Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu khả năng huy động nguồn năng lượng tái tạo cho hệ thống điện Miền Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

FOR THE SOUTHERN POWER SYSTEM

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mả số : 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2023

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS Trương Việt Anh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày 15 tháng 07 năm 2023

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 Chủ tịch hội đồng: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình 2 Ủy viên phản biện 1: TS Trần Hoàng Lĩnh

3 Ủy viên phản biện 2: PGS.TS Trương Việt Anh 4 Ủy viên: TS Nguyễn Hữu Vinh

5 Thư ký: TS Nguyễn Ngọc Phúc Diễm

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

I

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HUY ĐỘNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM (A STUDY OF THE POSSIBILITY OF MOBILIZING RENEWABLE ENERGY SOURCES FOR THE SOUTHERN POWER SYSTEM)

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Nghiên cứu huy động nguồn năng lượng tái tạo cho hệ thống điện 220kV miền Nam

dựa trên điều kiện ổn định quá độ

- Nghiên cứu huy động nguồn năng lượng tái tạo cho hệ thống điện 220kV miền Nam

dựa trên điều kiện ổn định điện áp

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 14/02/2022

IV NGÀY HOÀN THIỆN NHIỆM VỤ: 12/06/2023

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Phạm Đình Anh Khôi

Tp HCM, ngày… tháng năm 2023

PGS TS Phạm Đình Anh Khôi TS Nguyễn Nhật Nam TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

II

LỜI CÁM ƠN

Kiến thức rộng lớn muôn màu muôn vẻ, nắm bắt được kiến thức và làm chủ được công nghệ là một hành trình gian khổ và vất vả Trên con đường thành công đó không có sự thành công nào mà không gắn liền với sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Bách Khoa TP.HCM em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, điều đó thật đáng quý và trân trọng

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô giáo trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, đặc biệt là các thầy cô bộ môn Hệ thống điện, khoa Điện – Điện tử đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ tích, giúp em khắc phục được nhiều thiếu sót trong quá trình học tập, nghiên cứu và làm việc

Đặc biệt, em xin gửi đến PGS.TS Phạm Đình Anh Khôi người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn này lời cảm ơn sâu sắc nhất Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến các thành viên trong Trung Tâm Điều Độ Hệ Thống Điện Miền Nam – Trung Tâm Hệ Thống Điện Quốc Gia đã không ngừng hỗ trợ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu thực hiện luận văn

Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, các anh chị và các bạn đã luôn giúp đỡ, sát cánh trong quá trình làm luận văn và trong quãng thời gian tươi đẹp trên ghế nhà trường này

Sau cùng, em xin kính chúc quý thầy cô thật dồi dào sức khỏe, tràn đầy vui tươi để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau

TP.HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2023

Học viên thực hiện

Huỳnh Ngọc Nhiên

III

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong những năm gần đây nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) đã và đang phát triển rất nhanh chóng ở các nước và Việt Nam Đối với công tác điều độ hệ thống điện, việc vận hành khi có nguồn NLTT trong hệ thống điện truyền tải là một bài toán khó, đến nay vẫn đang được triển khai nghiên cứu bởi các công ty điện lực và trường đại học

Để góp phần hiện thực hóa các nghiên cứu liên quan, Luận văn sẽ tiến hành nghiên cứu các khả năng huy động nguồn NLTT vào hệ thống điện 220kV miền Nam dựa trên phân tích điều kiện ổn định quá độ Theo đó, Luận văn sẽ xây dựng các mô hình thiết bị và bộ tham số tính toán ổn định quá độ trong phần mềm PSS/E và thực hiện mô phỏng các kịch bản huy động nguồn NLTT vào lưới điện 200 kV miền Nam theo điều kiện ổn định quá độ dựa trên mô hình lưới điện hiện hữu

Kế tiếp, Luận văn cũng sẽ tiến hành phân tích các khả năng huy động nguồn NLTT cho lưới điện 220 kV miền Nam dựa trên điều kiện ổn định điện áp, tức thông qua phân tích các điểm sụp đổ điện áp và giới hạn công suất truyền tải Công cụ thực hiện nghiên cứu cũng dựa trên giải pháp mô phỏng sử dụng phần mềm PSS/E cho mô hình lưới điện hiện hữu

Cuối cùng, Luận văn sẽ phân tích, đánh giá tổng thể các khả năng huy động nguồn NLTT vào hệ thống điện 220kV miền Nam dựa trên các nghiên cứu triển khai, và đề xuất các giải pháp góp phần cải thiện vận hành ổn định cho hệ thống điện 220 kV miền Nam khi có thêm nguồn NLTT nhằm hỗ trợ công tác vận hành, điều độ hệ thống điện trong bối cảnh hiện nay

IV

ABSTRACT

In recent years, renewable energy sources (RE) have been developing very rapidly in other countries and in Vietnam For the dispatching of the power system, the operation when there is a renewable energy source in the transmission power system is a difficult problem, which is still being researched by power companies and universities so far

In order to contribute to the realization of related studies, the thesis will conduct research on the possibilities of mobilizing renewable energy sources into the Southern 220kV power system based on the analysis of transient stability conditions Accordingly, the thesis will build equipment models and a set of parameters for calculating transient stability in PSS/E software and simulate scenarios for mobilizing RE sources into the Southern 200kV power grid according to the following conditions: transient stabilization conditions based on the existing grid model

Next, the thesis will also analyze the possibilities of mobilizing renewable energy sources for the Southern 220 kV power grid based on voltage stability conditions, through analysis of voltage collapse points and capacity limits transmission The research tool is also based on a simulation solution using PSS/E software for the existing grid model

Finally, the thesis will analyze and evaluate the overall possibilities of mobilizing renewable energy sources into the Southern 220kV power system based on the research and implementation and propose solutions to contribute to improving the stable operation of the project Power system 220kV in the South when there is more renewable energy source to support the operation and dispatching of the power system in the current context

V

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Huỳnh Ngọc Nhiên, xin cam đoan luận văn thạc sĩ đề tài “Nghiên Cứu Khả Năng Huy Động Nguồn Năng Lượng Tái Tạo Cho Hệ Thống Điện Miền Nam” là công trình nghiên cứu của chính bản thân tôi, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Phạm Đình Anh Khôi

Các số liệu, kết quả mô phỏng trong luận văn này là trung thực Tôi cam đoan không sao chép bất kỳ công trình khoa học nào của người khác, mọi sự tham khảo đều có trích dẫn rõ ràng

TP.HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2023

Người cam đoan

Huỳnh Ngọc Nhiên

VI

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ I LỜI CÁM ƠN II TÓM TẮT LUẬN VĂN III ABSTRACT IV LỜI CAM ĐOAN V MỤC LỤC VI DANH MỤC BẢNG X DANH MỤC HÌNH XII CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN XV

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 3

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 3

1.2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN 4

1.3 TẦM QUAN TRỌNG CỦA LUẬN VĂN 4

1.4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5

1.5 TÍNH MỚI CỦA LUẬN VĂN 5

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM 6

2.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM 6

2.1.1 Nguồn điện truyền thống và NLTT 6

2.2.3 Phân tích và lựa chọn chương trình tính toán 13

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HUY ĐỘNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO LƯỚI ĐIỆN 220KV MIỀN NAM DỰA TRÊN ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ 15

VII 3.1 TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ CHO HTĐ MIỀN

NAM 15

3.1.1 Các mô hình phần tử động trên hệ thống điện 15

3.1.2 Khảo sát lưới điện miền Nam 15

3.1.3 Ảnh hưởng của nguồn NLTT hiện hữu lên tính ổn định lưới điện miền Nam 19

a) Huy động 36% công suất nguồn năng lượng tái tạo 21

b) Huy động 41% công suất nguồn năng lượng tái tạo 22

c) Huy động 42% công suất nguồn năng lượng tái tạo 23

3.1.4 Mức huy động năng lượng tái tạo tối đa dựa trên điều kiện ổn định động xét đến tiêu chí N-0 26

3.1.5 Từ mức huy động năng lượng tái tạo tối đa xét sự cố mất nguồn năng lượng tái tạo dẫn đến mất ổn định hệ thống điện 28

3.1.6 Giải pháp thay đổi nút cân bằng đến gần nguồn NLTT bị sự cố 33

4.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 38

4.2 LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN 38

4.2.1 Khảo sát điện áp tại các nút ở chế độ làm việc bình thường 39

a Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực đại 39

b Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực tiểu 42

4.2.2 Khảo sát điện áp tại các nút ở chế độ sự cố 45

a Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố 1 đường dây 500kV 45

b Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố 1 máy MBA 500kV 46

c Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố 1 máy MBA 500kV và 1 đường dây 500kV 46

VIII

d Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố đường dây 220kV 47

e Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố MBA 220kV 48

f Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố MBA 220kV và ĐZ 220kV 49

4.3 KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH P-V ĐỂ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM 50

4.3.1 Khảo sát đặc tính P-V tại các nút để xác định giới hạn truyền tải trong trường hợp vận hành bình thường 50

4.3.2 Khảo sát đặc tính P-V để xác định giới hạn truyền tải trong trường hợp vận hành sự cố 53

a) Sự cố 1 đường dây 500kV Cầu Bông – ĐăkNông 53

b) Sự cố 1 đường dây 500kV Di linh – Tân Định 54

c) Sự cố 1 MBA 500kV Phú Lâm 55

d) Sự cố 1 MBA 500kV Nhà Bè 56

e) Sự cố máy biến áp 500kV Sông Mây và đường dây 500kV Sông Mây – Tân Định 57

f) Sự cố đường dây 220kV Thốt Nốt 2 – Long Xuyên 2 58

g) Sự cố máy biến áp 220kV Tân Định 59

h) Sự cố máy biến áp 220kV Sông Mây 60

i) Sự cố mất MBA 220kV Đức Hòa 2 và đường dây 220kV Cầu Bông 500kV – Đức Hòa 2 61

4.4 KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH Q-V ĐỂ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CỦA HTĐ MIỀN NAM 62

4.4.1 Độ dự trữ công suất phản kháng tại các nút 220kV 63

4.4.2 Đường đặc tính Q-V tại các nút khảo sát 64

IX

4.6.3 Huy động 40% nguồn NLTT của HTĐ miền Nam 76

4.6.4 Huy đồng 35% nguồn NLTT của HTĐ miền Nam 78

4.6.5 Giải pháp khắc phục khi huy đồng 35% nguồn NLTT của HTĐ miền Nam bị mất ổn định điện áp 80

CHƯƠNG 5 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 83

X

DANH MỤC BẢNG

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HUY ĐỘNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO LƯỚI ĐIỆN 220KV MIỀN NAM DỰA TRÊN ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ

Bảng 3.1: Tổng hợp kết quả của các trường hợp kiểm tra ổn định cho hệ thống điện miền Nam năm 2022 với các mức huy động khác nhau 20

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HUY ĐỘNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO LƯỚI ĐIỆN 220KV MIỀN NAM DỰA TRÊN ĐIỀU KIỆN ỒN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

Bảng 4.1: Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực đại 39Bảng 4.2: Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực tiểu 42Bảng 4.3: Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố đường dây 500kV Di Linh – Ea Nam 2 45Bảng 4.4: Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố đường dây 500kV Cầu Bông – Đăk Nông 45Bảng 4.5: Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố MBA 500kV Di Linh 46Bảng 4.6: Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố MBA 500kV Tân Định 46Bảng 4.7: Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố MBA 500kV Sông Mây và đường dây 500kV Tân Định – Sông Mây 47Bảng 4.8: Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố đường dây 220kV Thốt Nốt 2 – Long Xuyên 2 47Bảng 4.9: Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố MBA 220kV Tân Định 48Bảng 4.10: Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố MBA 220kV Sông Mây 48Bảng 4.11: Điện áp tại một số nút của khu vực khi sự cố MBA 220kV Đức Hòa 2 và đường dây 220kV Cầu Bông 500kV – Đức Hòa 2 49Bảng 4.12: Giới hạn truyền tải giữa 2 khu vực miền Bắc và miền Trung theo từng chế độ bình thường và sự cố N-1 51Bảng 4.13: Độ dự trữ công suất phản kháng tại các nút 220kV 63Bảng 4.14: Công suất huy động các loại hình nguồn của hệ thốn điện miền Nam theo ngày điển hình 73Bảng 4.15: Giới hạn truyền tải giữa 2 khu vực miền Bắc và miền Nam theo từng chế độ bình thường và sự cố N-1 (trường hợp NLTT phát tối đa công suất) 74Bảng 4.16: Giới hạn truyền tải giữa 2 khu vực miền Bắc và miền Nam theo từng chế độ bình thường và sự cố N-1 (trường hợp NLTT phát 40% công suất) 76Bảng 4.17: Giới hạn truyền tải giữa 2 khu vực miền Bắc và miền Nam theo từng chế độ bình thường và sự cố N-1 (trường hợp NLTT phát 35% công suất) 78

XI Bảng 4.18: Giới hạn truyền tải giữa 2 khu vực miền Bắc và miền Nam theo từng chế độ bình thường và sự cố N-1 (trường hợp NLTT phát 35% công suất) và thay đổi nút Swing về NMTĐ Trị An 80

XII

DANH MỤC HÌNH

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HUY ĐỘNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO LƯỚI ĐIỆN 220KV MIỀN NAM DỰA TRÊN ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ

Hình 3.1: Mô tả quá trình từ tạo các kịch bản tính toán, chạy sự cố và kiểm tra kết quả ổn định cũng như thời gian ước tính mỗi khâu nếu không có công cụ 17Hình 3.2: Phương pháp chạy và kiểm tra các sự cố trên hệ thống 18Hình 3.3: Điện áp tại các nút Cầu Bông, Đăk Nông khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn NLTT huy động 36% trên tổng phụ tải 21Hình 3.4: Tần số tại các nút Cầu Bông, Đăk Nông, Tân Định khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn NLTT huy động 42% trên tổng phụ tải 21Hình 3.5: Điện áp tại các nút Cầu Bông, Đăk Nông khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn NLTT huy động 41% trên tổng phụ tải 22Hình 3.6: Tần số tại các nút Cầu Bông, Đăk Nông, Tân Định khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn NLTT huy động 41% trên tổng phụ tải 22Hình 3.7: Góc pha của rotor các tổ máy thủy điện khu vực Lâm Đồng khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn NLTT huy động 42% trên tổng phụ tải 23Hình 3.8: Điện áp tại các nút Cầu Bông, Đăk Nông khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn NLTT huy động 42% trên tổng phụ tải 23Hình 3.9: Tần số tại các nút Cầu Bông, Đăk Nông, Tân Định khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn NLTT huy động 42% trên tổng phụ tải 24Hình 3.10: Phân vùng các khu vực có nhiều nguồn NLTT 25Hình 3.11: Góc pha của các tổ máy phát tại các nút Hòa Bình, Lai Châu, Phú Mỹ, Sơn La, Trị An 26Hình 3.12: Công suất của các tổ máy phát tại các nút Hòa Bình, Vĩnh Tân, Phú Mỹ, Sơn La, Trị An 27Hình 3.13: Điện áp tại các nút Lai Châu, Mông Dương, Thạnh Mỹ, Thuận Nam, Tân Định 27Hình 3.14: Tần số tại các nút Lai Châu, Phố Nối, Nhà Bè, Pleiku 3, Phú Mỹ 28Hình 3.15: Góc pha của các tổ máy phát tại các nút Hòa Bình, Lai Châu, Trị An, Sơn La, Bản Chát, Phú Mỹ trong trường hợp mất tuần tự NLTT 29Hình 3.16: Công suất của các tổ máy phát tại các nút Hòa Bình, Lai Châu, Trị An, Sơn La trong trường hợp mất tuần tự NLTT 29

XIII Hình 3.17: Điện áp tại các nút Lai Châu, Nhà Bè, Tân Định, Duyên Hải trong trường hợp mất

Hình 4.2: Đặc tính P-V của một số nút 220kV ở chế độ vận hành bình thường 52

Hình 4.3: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố đường dây 500kV Cầu Bông – ĐăkNông 53

Hình 4.4: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố đường dây 54

Hình 4.5: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố MBA 500kV Phú Lâm 55

Hình 4.6: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố MBA 500kV Nhà Bè 56

Hình 4.7: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố MBA 500kV Sông Mây và đường dây 500kV Sông Mây – Tân Định 57

Hình 4.8: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố đường dây 220kV Thốt Nốt 2 – Long Xuyên 2 58

Hình 4.9: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố MBA 220kV Tân Định 59

Hình 4.10: Đặc tính P-V của một số nút 220kV khi sự cố MBA 220kV Sông Mây 60

Hình 4.11: Đặc tính P-V của một số nút 220kV Sự cố mất MBA 220kV Đức Hòa 2 và đường dây 220kV Cầu Bông 500kV – Đức Hòa 2 61

Hình 4.12: Đặc tính Q-V [6] 62

Hình 4.13: Đặc tính Q-V của nút 220kV Long Xuyên 2 64

Hình 4.14: Đặc tính Q-V của nút 220kV Đức Hòa 2 65

Hình 4.25: Phương thức huy động các loại hình nguồn của HTĐ miền Nam 73

Hình 4.26: Đặc tính P-V của một số nút 220kV ở chế độ vận hành bình thường (trường hợp NLTT phát tối đa công suất) 75

Hình 4.27: Đặc tính P-V của một số nút 220kV ở chế độ vận hành bình thường (trường hợp NLTT phát 40% công suất) 77

Hình 4.28: Đặc tính P-V của một số nút 220kV ở chế độ vận hành bình thường (trường hợp NLTT phát 35% công suất) 79

Hình 4.29: Đặc tính P-V của một số nút 220kV ở chế độ vận hành bình thường (trường hợp NLTT phát 35% công suất) trường hợp thay đổi nút Swing về nút 220kV NMTĐ Trị An 81

XV

CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

NMMT Năng lượng mặt trời NLTT Năng lượng tái tạo BCT Bộ công thương NMĐMT Nhà máy điện mặt trời NMĐG Nhà máy điện gió

TBA Trạm biến áp HTĐ Hệ thống điện NMĐ Nhà máy điện

SCADA Hệ thống giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu ULTC Bộ chỉnh áp dưới tải của MBA

UEL Bộ hạn chế trạng thái bị kích thích quá mức PSSE Power System Simulator for Engineering BSQH Bổ sung qui hoạch

1

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển khoa học công nghệ ngày càng cao, điện năng ngày càng đóng vai trò quan trọng trong các ngành kinh tế Ngày nay đã hình thành nhiều hệ thống điện lớn trong phạm vi quốc gia, xuất hiện thêm các trạm biến áp, đường dây tải điện làm nhiệm vụ liên lạc và truyền tải công suất Nước ta là nước đang phát triển, mức độ phụ tải tăng lên nhanh chóng thì việc tính toán, mô phỏng giả lập sự cố là hết sức cần thiết Từ đó, chúng ta có kế hoạch đầu tư dự án mới một cách hiệu quả, cũng như dự đoán được các trường hợp sự cố có thể xảy ra để có biện pháp khắc phục và xử lý kịp thời

Cùng với quá trình phát triển kinh tế, nhu cầu tiêu thụ năng lượng của các quốc gia ngày càng tăng, do đó ngành điện đóng vai trò rất quan trọng và để đáp ứng nhu cầu đó, các hệ thống điện ngày càng thay đổi và hình thành các hệ thống điện xuyên quốc gia Ở Việt Nam hiện chia thành 3 khu vực hệ thống điện miền Bắc, Trung, Nam

Hệ thống điện miền Nam ngày càng phát triển mạnh nên việc đảm bảo hệ thống vận hành tin cậy rất quan trọng Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống nằm trong phạm vi cho phép (tùy vào tính chất của mỗi nút mà cho phép điện áp dao động trong những phạm vi khác nhau) ở điều kiện vận hành bình thường hoặc sau các kích động của hệ thống Các thay đổi đó có thề làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nề nhất là có thể rơi vào tình trạng không thể điều khiển được điện áp và gây ra sự sụp đổ điện áp Nhân tố chính gây ra sự sụp đổ điện áp là hệ thống không có khả năng đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng trong mạng Những kích động nhỏ trong hệ thống điện như do yêu cầu công suất phụ tải thay đổi hay thay đổi đầu phân áp tại trạm biến áp Những kích động lớn như việc mất tải đột ngột do ngắn mạch hay thay đổi cấu trúc lưới

Sụp đổ điện áp là sự cố nghiêm trọng trong vận hành hệ thống điện, làm mất điện một vùng hay trên diện rộng, thậm chí có thể dẫn đến rã lưới điện, gây thiệt hại rất lớn về mặt kinh tế, chính trị và xã hội Vì vậy, việc phân tích sụp đổ điện áp rất cần được quan tâm nhiều hơn nữa và có những biện pháp ngăn ngừa sụp đổ điện áp trên hệ thống

Hiện nay nguồn năng lượng tái tạo (điện gió, điện mặt trời) ngày càng tăng cao riêng năm 2019 được xem là năm của điện mặt trời và trong cuối năm 2021 hàng loạt dự án điện gió được đưa vào vận hành vì vậy việc vận hành dự báo và kiểm soát nguồn năng lượng tái tạo đang là một bài toán khá đau đầu cho công tác điều độ vận hành hệ thống điện nói riêng và ngành điện nói chung do đa phần nguồn năng lượng sơ cấp của năng lượng tái tạo là bất định và không thể kiểm soát được Do đó việc tính toán khả năng huy động nguồn năng lượng

2 tái tạo của lưới điện đang là một bài toán được trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia (A0) nghiên cứu và phát triển để góp phần giải tỏa và khai thác tối đa nguồn năng lượng tái tạo

Trong những năm gần đây thì NLTT đang là một xu thế của toàn cầu nói chung cũng như Việt Nam nói riêng đỉnh điểm là năm 2019 là năm của năng lượng điện mặt trời khi có một lượng lớn công suất của điện mặt trời ồ ạt đưa vào hệ thống điện Việc đưa vào vận hành nguồn điện mặt trời có nhiều thuận lợi như tận dụng được năng lượng tái tạo sơ cấp giúp tiết kiệm được chi phí sản xuất điện từ các nguồn điện truyền thống như than, khí gas…, giúp hệ thống điện miền Nam tự cân đối nội miền Tuy nhiên việc giải tỏa được công suất của nguồn năng lượng tái tạo là một bài toán khó cho ngành điều độ bởi cơ sở hạ tầng về lưới điện chưa đáp ứng được nguồn công suất khá lớn, mặt khác đa phần các nhà máy năng lượng tái tạo tập trung chủ yếu ở các khu vực như Ninh Thuận, Bình Thuận… khá xa so với những khu vực tập trung phụ tải cao do đó bài toán cơ sở hạ tầng lưới điện hết sức nan giải Việc đặt ra yêu cầu khai thác tối đa các nguồn NLTT đang là yêu cầu bức thiết của ngành điều độ nhưng bên cạnh đó vẫn còn những ràng buộc về các yêu cầu ổn định điện áp, tần số, và khả năng mang tải của lưới điện [2]

Từ các ràng buộc về ổn định điện áp và yêu cầu khai thác nguồn NLTT và vận hành các nguồn NLTT đó để xác định được giới hạn truyền tải công suất Bắc – Nam và điểm sụp đổ điện áp là những vấn đề đang được ngành điều độ tính toán

4

1.2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN

Mục tiêu của luận văn là khảo sát ổn định điện áp xác định được các nút có điện áp thấp vượt ngưỡng vận hành cho phép theo thông tư quy trình điều độ hệ thống điện của Bộ Công Thương [3] xét trong chế độ vận hành bình thường và chế độ sự cố N-1 tại các nút của hệ thống điện miền Nam

Khảo sát đặc tính đường cong P-V để xác định được điểm sụp đổ điện áp của hệ thống và các nút có điểm sụp đổ điện áp nhỏ hơn ngưỡng vận hành cho phép để ta có các biện pháp ngăn ngừa và cải thiện ổn định điện áp Luận văn xác định được giới hạn truyền tải Bắc Nam của hệ thống điện miền Nam dựa trên các điều kiện ràng buộc về điện áp, khả năng mang tải của lưới điện

Khảo sát đặc tính đường cong Q-V để đánh giá độ dự trữ công suất phản kháng tại các nút 220kV (do phạm vi quản lý vận hành nên chỉ tập trung ở lưới 220kV là chủ yếu) của hệ thống từ đó tìm ra được các nút có độ dự trữ công suất phản kháng thấp và có các biện pháp khắc phục cải thiện vấn để về điện áp

Dựa vào các ràng buộc về ổn định điện áp luận văn sẽ tính toán ra được khả năng huy động nguồn NLTT của hệ thống để tránh sụp đổ điện áp và ứng với từng trường hợp huy động nguồn NLTT ta xác định được điện áp tới hạn của hệ thống và khả năng truyền tải công suất Bắc Nam Từ đó đưa ra các yêu cầu về việc vận hành và huy động nguồn năng lượng tái tạo của hệ thống để tránh tình trạng sụp đổ điện áp đảm bảo công tác vận hành hệ thống điện

1.3 TẦM QUAN TRỌNG CỦA LUẬN VĂN

Việc đảm bảo cung cấp điện liên tục tin cậy là mục tiêu hàng đầu trong công tác điều độ vận hành hệ thống điện do đó điều kiện ràng buộc về ổn định điện áp và giới giới hạn công suất truyền tải là rất quan trọng để đảm bảo tính an toàn của hệ thống và khả năng cung cấp điện liên tục tin cậy

Điện áp là một tiêu chí hết sức quan trọng trong bài toán chất lượng điện năng cũng như bài toán kinh tế bởi điện áp là một phần của tổn thất điện điện năng trong truyền tải điện bởi lý do đó việc xác định những dao động điện áp cũng như là những nút có điện áp vận hành ngoài phạm vi cho phép theo quy định của thông tư là hết sức cấp thiết Từ đó chúng ta tính toán cải thiện và ngăn ngừa các vấn đề về điện áp tại các nút đó để hệ thống vận hành ổn định tin cậy

5 Nguồn NLTT đang phát triển khá nhanh chóng vì thế việc huy động nguồn NLTT là ưu tiên hàng đầu trong vận hành hệ thống nhưng bên cạnh đó cũng phải xét đến các ràng buộc về điện áp, khả năng mang tải của lưới điện Qua đó luận văn tính toán huy động được nguồn NLTT tối thiểu phải phát và ứng với các trường hợp tìm ra được điểm sụp đổ điện áp và giới hạn truyền tải của hệ thống

Đưa ra được các yêu cầu về vận hành nguồn NLTT cũng như khả năng đáp ứng về điện áp trong trường hợp vận hành bình thường và sự cố N-1

1.4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đầu tiên luận văn đưa ra thuật toán cũng như phương pháp để tính toán huy động nguồn năng lượng tái tạo trên hệ thống điện miền Nam dựa trên điều kiện ổn định động

Tiếp đến luận văn sẽ khảo sát điện áp tại các nút 220kV,110kV của hệ thống điện miền Nam (dựa trên tổng thể hệ thống điện Việt Nam) trong chế độ vận hành bình thường và chế độ sự cố N-1 để xác định được các nút có điện áp vượt ngưỡng vận hành cho phép

Khảo sát đặc tính đường cong PV, QV của hệ thống điện miền Nam (nhận công suất từ HTĐ miền Bắc) để xác định được điểm sụp đổ điện áp và giới hạn công suất truyền tải của hệ thống Xác định độ dự trữ công suất phản kháng của các nút 220kV trong hệ thống và đưa ra các biện pháp cải thiện độ dự trữ công suất phản kháng và cải thiện vấn đề ổn định điện áp trong hệ thống điện miền Nam

Tính toán huy động nguồn NLTT của hệ thống điện miền Nam dựa trên các ràng buộc về ổn định điện áp, ứng với từng kịch bản huy động nguồn tính được điểm sụp đổ điện áp và giới hạn truyền tải của hệ thống và đưa ra các yêu cầu về vận hành nguồn NLTT

1.5 TÍNH MỚI CỦA LUẬN VĂN

Luận văn khảo sát trên toàn bộ hệ thống điện miền Nam với số liệu được kiểm chứng sát với thông số vận hành lấy từ SCADA theo phương thức vận hành năm của trung tâm điều độ HTĐ miền Nam A2

Thông số vận hành của các phần tử trên hệ thống điện cũng như các đường dây liên kết hệ thống điện miền sát với thực tế vận hành và được kiểm chứng với các báo cáo tính toán của A0 về việc xác định giới hạn truyền tải Trung – Nam trong các chế độ vận hành khác nhau ứng với các thời điểm phụ tải điển hình của hệ thống điện miền Nam

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM

Chương 2 sẽ giới thiệu tổng quan về hệ thống điện miền Nam (theo phạm vi quản lí vận hành thì luận văn tập trung chủ yếu về lưới 220kV 110kV và phần 500kV chỉ nói tổng quát) và phân tích lựa chọn phần mềm tính toán

2.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM

- Miền Nam có địa hình tương đối bằng phẳng, độ dốc nhỏ trải dài từ Đông Nam Bộ về đồng bằng sông Cửu Long Hệ thống điện miền Nam cấp điện cho 22 tỉnh, thành phố gồm: Lâm Đồng, Ninh Thuận, Bình Thuận, Thành phố Hồ Chí Minh, Bà Rịa Vũng Tàu, Bình Dương, Bình Phước, Đồng Nai, Tây Ninh, Cần Thơ, An Giang, Bạc Liêu, Bến Tre, Long An, Cà Mau, Sóc Trăng, Hậu Giang, Trà Vinh, Đồng Tháp, Vĩnh Long, Kiên Giang, Tiền Giang

2.1.1 Nguồn điện truyền thống và NLTT

- Tổng công suất đặt của các NMĐ ở miền Nam chiếm khoảng 41% (23503MW) tổng công suất đặt của các NMĐ của HTĐ quốc gia (57318MW)

- HTĐ miền nam có nhiều loại hình cơ cấu nguồn điện nhất trong HTĐ quốc gia • Khu vực miền Nam nằm gần các mỏ khí đốt: khí Nam Côn Sơn, khí Cửu

Long (cung cấp điện cho các nhà máy điện Phú Mỹ-Bà Rịa), khí PM3 (cung cấp khí cho NMĐ Cà Mau) Nên tuabin khí có tổng công suất đặt lớn chiếm khoảng 31% (7074MW) (Phân bố ở khu vực miền đông và Cà Mau) Đây là loại hình nhà máy điện chỉ có ở miền Nam nên thường được gọi là đặc sản ở miền Nam

• Nhiệt điện than có tổng công suất đặt khoảng 34% (8079MW): Duyên Hải, Vĩnh Tân, Fomosa…

• Do địa hình miền nam tương đối bằng phẳng nên thủy điện có tổng công suất đặt nhỏ hơn miền bắc và miền trung, chiếm khoảng 9% (2079MW) tổng công suất đặt ở miền Nam Phân bố chủ yếu ở các tỉnh có địa hình cao: Trị An, Bình Phước, Lâm Đồng, Đồng Nai…

• Nhiệt điện dầu chiếm khoảng 7% (1068MW) tổng công suất đặt ở miền Nam

• Nguồn năng lượng tái tạo chiếm khoảng 22% (5129MW)

• Nhà máy sinh khối Bourbon 49MW ở Tây Ninh sử dụng bã mía là nguyên

7liệu để sản xuất và phát điện lên lưới nhưng chỉ phát điện vào vụ thu hoạch mía

• Nguồn diesel ở Đồng Nai (Amata), Cà Mau…

- Ngoài ra còn có nguồn chuyển nhượng từ miền Bắc miền Trung vào miền Nam thông qua bốn đường dây liên kết 500kV với giới hạn truyền tải là 4300MW (Cầu Bông-Đăk Nông :1 mạch, Cầu Bông-PleiKu: 2 mạch, Di Linh-PleiKu: 1 mạch) HTĐ miền nam liên kết với HTĐ quốc gia qua 14 trạm biến áp 500kV

2.1.2 Lưới điện

- Lưới điện là hệ thống các đường dây trạm điện và các thiết bị phụ trợ để truyền tải điện

- Lưới điện 220kV gồm 56 trạm biến áp 220kV

• Các máy biến áp 220kV hầu hết có dung lượng là: 125MWA, 250MVA (Ngoại trừ một số MBA có dung lượng khác như T1 Bảo Lộc (63MVA), và một số MBA 220kV của các NMĐ như: T3 Hàm Thuận (63MVA), AT3 Đại Ninh (63MVA)

• Các trạm biến áp 220kV liên kết với nhau qua 179 Đz 220kV, phần lớn là đường dây mạch kép, vận hành mạch vòng khép kín, ngoại trừ một số điểm mở vòng tách thanh cái (200A 200B Phú Mỹ 1, 200 Phú Mỹ 2-1, 212 Bình Chánh, 212 Long Thành)

• Các đường dây 220kV: không phân pha, phân pha đôi, phân pha ba, dây siêu nhiệt, cáp ngầm (ĐZ 220kV Mỹ Tho 2 – Bến Tre có dòng định mức thấp 690A)

• Các trạm lắp kháng phân đoạn thanh cái 220kV trên HTĐ miền Nam là: Cầu Bông, Tân Định, Thuận An (15.1 Ohm), Phú Lâm, Tân Uyên, Bình Hòa, Long Thành (7.5 Ohm)

• Lắp kháng phân đoạn thanh cái 110kV: trạm 220kV Tân Thành (7.5 Ohm) - Liên kết với lưới điện miền Trung qua:

• ĐZ 220kV: Thiên Tân Solar-Nha Trang (1 mạch), Bình Long 2-Đak Nông (2 mạch)

• Kết nối với HTĐ Cam-pu-chia qua hai mạch ĐZ 220kV Châu Đốc-Tà Keo Giữ điện áp trạm 220kV Châu Đốc 2 lớn hơn 0.95 pu (209 kV) Giới

8hạn công suất truyền tải là 250MW

- Lưới điện 110kV miền nam gồm có 334 trạm 110kV và các đường dây liên kết 110kV Hiện nay các trạm 110kV đa phần là các trạm ĐKX không người trực, một số trạm ĐKX có người trực và các trạm truyền thống

- Các máy biến áp 110kV hầu hết có dung lượng là 25MVA 40MVA 63MVA Ngoại trừ một số MBA của trạm khách hàng có dung lượng khác, đặc biệt là khu vực ở các nhà máy thép ở Vũng Tàu: T1 Thép Miền Nam (100MVA), T1 Thép Việt (53 MVA), VeDan 2 (7.5MVA),

- Các trạm 110kV nhận điện chủ yếu từ các trạm 220kV qua phần lớn các đường dây 110kV liên kết mạch vòng giữa các trạm 220kV, một số ít là đường dây 110kV hình tia, các mạch vòng 110kV hầu hết vận hành hở mạch, ngoại trừ một số mạch vòng 110kV giữa các trạm 220kV sau đây vận hành khép kín: Phú Mỹ 1-Tân Thành (khu vực các nhà máy thép), Mỹ Xuân 2-Long Thành, Đức Hòa 2-Trảng Bàng 2, Bàu Sen-Long Thành

- Các đường dây 110kV phần lớn có dòng định mức từ 510A – 610A, một số có dòng định mức lớn 745A-1210A, và một vài đường dây có dòng định mức nhỏ 450A như: Tháp Chàm 2-Cam Ranh, Bảo Lộc – TĐ Bảo Lộc, Đại Ninh – Bắc Bình

- Liên kết với lưới điện 110kV miền Trung qua 3 ĐZ nhưng mở 2 ĐZ liên kết 1 ĐZ: • Bù Đăng – ĐakLấp

• Tháp Chàm 2 – ĐMT Nhơn Hải • Ninh Hải – NMĐG Lợi Hải

- Có nhiều đường dây cáp ngầm ở TPHCM, hay đoạn đường dây hỗn hợp Hà Tiên- Phú Quốc, có kháng điện áp ở cấp điện áp 110kV ở trạm 110kV Phú Quốc

9- Tổng sản lượng HTĐ miền Nam tính đến 6 tháng đầu năm khoảng 54 tỷ KWh - Công suất ngày cao nhất là Pmax= 17.396 MW vào ngày 10/03/20

- Mức tăng trưởng phụ tải hệ thống điện hằng năm khoảng 10% nhưng trong 6 tháng đầu năm 2020 do ảnh hưởng của đại dịch COVID 19 nên mức tăng trưởng phụ tải chậm lại khoảng còn 0.54% so với 6 tháng đầu năm 2019

- Phụ tải khu vực miền nam thường tăng cao vào các tháng cao điểm mùa khô từ tháng 3 đến tháng 5 trong năm Tuy nhiên, trong năm 2020, do ảnh hưởng của dịch bệnh Covid-19 nên phụ tải trong các tháng 03-04 tương đối ổn định, tăng cao vào tháng 05 khi hoạt động sản xuất trở lại bình thường và nắng nóng tăng cao ở phía Bắc

- Ngày thường từ thứ hai đến thứ bảy: phụ tải thấp điểm rơi vào 2-4h sáng, hai giờ cao điểm là 9-10h sáng và 2-3h chiều

- Vào ngày chủ nhật: phụ tải thấp điểm rơi vào 6-7h sáng và cao điểm vào 8-9h tối - Khu vực có phụ tải cao nhất là TPHCM với Pmax là 4521 MW với đặc thù phụ tải sinh hoạt là chủ yếu và là khu vực phụ tải quan trong, chiếm 27-28% phụ tải của htđ miền nam Do đây là thành phố trực thuộc trung ương và là trung tâm phát triển kinh tế xã hội của cả nước

- Tổng công ty điện lực miền nam bao gồm 21 tỉnh thành có Pmax=11731MW chiếm 70-71% phụ tải htđ miền nam

• Phụ tải Bình Dương và Đồng Nai chiếm tỉ trọng cao Mỗi tỉnh chiếm khoảng 12-14% phụ tải htđ miền nam, trong thời gian gần đây phụ tải Bình Dương có nhỉnh hơn phụ tải Đồng Nai, cả hai tỉnh này có sản lượng cao và vượt xa các tỉnh khác trong miền nam do tập trung nhiều khu công nghiệp, khu chế xuất

• Bà Rịa Vũng Tàu chiếm tỉ trọng khoảng 6-8% có đặc điểm là phụ tải tăng giảm nhanh với biên độ lớn vì nơi đây chủ yếu có nhiều KCN nhà máy luyện thép, khi các nhà máy này nhúng các điện cực để nấu thép thì cần một lượng tải lớn, dễ gây ảnh hưởng dao động lưới điện, ảnh hưởng chất lượng điện năng, ổn định htđ khu vực

• Phụ tải Bình Thuận có đặc tính là ngày thấp đêm cao, phụ tải tăng cao vào các giờ 22h-05h sáng hôm sau và rơi vào từ tháng 9 năm này đến tháng 4 năm sau do thời điểm này là mùa xông đèn thanh long nên chủ yếu dùng đèn điện để xông đèn cho trái thanh long Các tháng còn lại thì phụ tải ngày cao đêm thấp

1 0trong khi tháng 7 thì phụ tải khá bằng phẳng

• Gần đây sản lượng phụ tải ở các tỉnh miền Tây nam bộ tăng khá mạnh do sự phát triển lớn về mặt kinh tế và phát triển các khu công nghiệp nổi bật là tỉnh Long An

• Phụ tải tỉnh Ninh Thuận thấp nhất

• Sản lượng bán điện qua Campuchia chiếm 1-2%

• HTĐ miền nam được trang bị hệ thống F81và các mạch sa thải phụ tải đặc biệt tin cậy đảm bảo cho htđ miền nam vận hành an toàn tin cậy ổn định tránh tan rã hệ thống khi sự cố lan rộng, hoặc xảy ra các sự cố nguy hiểm liên quan

• Các đơn vị quản lí vận hành cơ bản đã xóa đấu nối T và hoàn thiện sơ đồ lưới điện 220kV 110kV theo chỉ đạo của EVN, đã cải thiện lưới điện vận hành linh hoạt độ tin cậy được nâng cao hơn

• Các công trình mới, công trình cải tạo về nguồn điện lưới điện được đưa vào kịp thời đã góp phần làm giảm áp lực đầy tải quá tải trên lưới điện miền nam

• Hệ thống SCADA/EMS ngày càng dần hoàn thiện đảm bảo sự tin cậy hỗ trợ ĐĐV giám sát trạng thái thiết bị, trào lưu công suất, kịp thời xử lý sự cố và các trạng thái bất thường trên HTĐ

• Các công ty điện lực đã đưa vào lưới điện trung áp một số lượng lớn tụ bù theo chỉ đạo của EVN góp phần khắc phục vấn đề điện áp thấp trên lưới điện 220kV 110kV

• Bổ sung vào HTĐ miền nam một lượng lớn nguồn NLTT (áp mái) giảm bớt việc mất cân bằng nội miền

1 1• Các thông tư quy trình qui định được liên tục cập nhật góp ý bổ sung sửa

đổi để phù hợp với tình hình vận hành thực tế, giúp công tác vận hành điều độ htđ thêm chặt chẽ an toàn

• Không chủ động huy động được các nguồn NLTT trong giờ cao điểm • Hệ thống điện miền nam không thể tự cân bằng nội miền nên phải cần một

lượng điện lớn truyền tải từ miền Bắc miền Trung vào miền Nam và ĐZ 500kV liên kết Bắc Nam thường xuyên mang tải cao điều này tiềm ẩn nguy cơ đe dọa vận hành an toàn tin cậy ổn định khi xảy ra sự cố trên ĐZ 500kV liên kết bắc nam

• Nguồn tập trung khu vực Phú Mỹ Bà Rịa với công suất lớn (5350MW) vận hành phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu khí được cấp từ bờ biển vào trạm cấp khí qua một đường ống khí duy nhất, nên xác suất sự cố mất nguồn cung cấp khí là không hề nhỏ, dẫn đến nguy cơ thiếu nguồn thậm chí tan rã hệ thống • Dòng ngắn mạch qua lưới truyền tải ngày càng tăng cao theo sự phát triển

của nguồn, mà chưa có biện pháp xử lí dòng ngắn mạch triệt để, biện pháp hiện tại là vận hành tách thanh cái ở các trạm và NMĐ Có thể tách thêm một số trạm nữa, Tuy nhiên việc vận hành tách thanh cái làm giảm độ tin cậy cung cấp điện, gây khó khăn trong việc thao tác vận hành, xử lý sự cố • Vẫn còn tồn tại nhiều ĐZ MBA 220kV 110kV vận hành đầy tải

• Kết nối trực tiếp với lưới điện Campuchia gây ra dao động điện áp khi xảy ra sự cố bên lưới Campuchia

2.2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHẦN MỀM TÍNH TOÁN 2.2.1 Đặt vấn đề

- Trong quá trình vận hành hệ thống điện cần phải tiến hành tính toán mô phỏng hệ thống và tính toán các quá trình xác lập và quá độ của hệ thống điện để đảm bảo cho

1 2sự vận hành tối ưu, an toàn, liên tục của hệ thống điện

- Quá trình xác lập của hệ thống: tính toán phân bố công suất, điện áp, dòng điện trên các nhánh ở các chế độ làm việc khác nhau và các sơ đồ kết dây khác nhau của hệ thống Việc này giúp cho tạo một phương thức vận hành kinh tế và chất lượng điện năng tối ưu nhất

- Tính các quá trình quá độ khi có các dao động trong hệ thống: sự cố ngắn mạch, khi có sự cắt/ đóng tải đột ngột để có phương án bảo vệ rơle và tiến hành sa thải, huy động nguồn, để loại trừ các dao động ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ thống

- Hầu hết các phần mềm tính toán dựa trên cơ sở thuật toán lặp Newton-Raphson và Gauss-Seidel Trong phần này sẽ giới thiệu một số phần mềm tính toán mô phỏng hệ

thống điện

2.2.2 Phần mềm PSSE a Tổng quan

- Phần mềm PSS/E của Công ty Power Technologies, Inc (Mỹ) tính toán mô phỏng các chế độ làm việc của hệ thống điện, được dùng ở nhiều nước trên thế giới Chương trình PSS/E là hệ thống các file chương trình và dữ liệu có cấu trúc để thực hiện các công việc tính toán mô phỏng hệ thống điện:

• Tính toán phân bổ công suất

• Tính toán hệ thống khi xảy ra các sự cố • Phân tích ổn định của hệ thống điện

- Chương trình PSS/E dựa trên các lý thuyết về năng lượng để xây dựng các mô hình cho các thiết bị trong hệ thống điện Việc mô hình hóa các thiết bị và thực hiện tính toán phụ thuộc rất nhiều vào giới hạn của các thiết bị tính toán Trước kia, do các máy tính có khả năng còn hạn chế nên việc tính toán trở nên khó khăn, chỉ thực hiện đối với các hệ thống nhỏ và độ tin cậy tính toán không cao Ngày nay, với các kỹ thuật hiện đại, máy tính có các tiện nghi như bộ nhớ ảo, bộ nhớ phân trang và tốc độ tính toán rất lớn nên việc tính toán mô phỏng trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn

- Các bước được sử dụng trong PSS/E để tiến hành mô phỏng và tính toán các quá trình xảy ra trong hệ thống là:

• Phân tích các thiết bị vật lý (đường dây truyền tải, máy phát, MBA, bộ điều tốc, rơle, ) để thực hiện việc mô phỏng và tính toán các thông số đặc trưng

1 3và hàm truyền của nó

• Chuyển các mô hình vật lý đã được nghiên cứu thành dữ liệu đầu vào cho chương trình PSS/E

• Sử dụng các chương trình của PSS/E để xử lý dữ liệu, thực hiện tính toán và in kết quả

Chuyển đổi kết quả tính toán thành các thông số cho các thiết bị thực đã dùng để mô phỏng trong bước 1

b Các ứng dụng của chương trình

- Tính phân bổ công suất: (Power Flow Calculation)

Yêu cầu tính toán: Cho nhu cầu phụ tải ở tất cả các thanh cái của hệ thống điện và công suất phát của các nhà máy trong hệ thống Tính phân bổ công suất trên tất cả các đường dây và MBA trong hệ thống

- Phân tích sự cố trong hệ thống điện: (Fault analysis)

Cho phép tính toán chế độ làm việc của hệ thống ở tình trạng sự cố như: các dạng ngắn mạch, đứt dây, … ở bất cứ điểm nào trong hệ thống điện

- Tính toán mô phỏng ổn định động:

Mỗi hệ thống điện, thiết bị điện có một khả năng tải nhất định Khi có các dao động lớn thì hệ thống điện có thể xảy ra các dao động lớn dẫn đến làm mất ổn định của hệ thống Chương trình PSS/E cho phép tính toán mô phỏng các chế độ làm việc của hệ thống khi có những dao động lớn xảy ra Từ kết quả tính toán, cho phép kỹ sư điều hành có biện pháp khắc chế nguy cơ tan rã hệ thống do mất ổn định

2.2.3 Phân tích và lựa chọn chương trình tính toán

- Hiện nay để tính toán các chế độ hệ thống điện có thể sử dụng nhiều phần mềm khác nhau: PSS/E, PSS/ADEPT, POWERWORLD SIMULATOR, CONUS Mỗi phần mềm đều có một số chức năng và phạm vi ứng dụng khác nhau PSS/ADEPT thường được sử dụng tính toán cho lưới phân phối POWERWORLD SIMULATOR phù hợp cho việc xây dựng các hệ thống mô phỏng vận hành hệ thống điện thích hợp cho công tác đào tạo CONUS dùng để tính toán trào lưu công suất và đánh giá ổn định hệ thống Ưu điểm của phần mềm CONUS là có thể nhập trực tiếp thông số đường dây và MBA vào file số liệu mà không cần tính toán thông số sơ đồ thay thế PSS/E là phần mềm mạnh, có nhiều chức năng như: mô phỏng hệ thống điện, tính toán ngắn mạch, ổn định

1 4hệ thống điện hiện nay đang được các Công ty Điện lực ở Việt Nam sử dụng Chương trình có thể liên kết dữ liệu với phần mềm quản lý và phối hợp rơle bảo vệ ASPEN ONELiner rất tiện dụng Để phân tích sụp đổ điện áp trên HTĐ Miền Nam, luận văn sử dụng phần mềm PSS/E do những ưu điểm trên của nó

1 5

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HUY ĐỘNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CHO LƯỚI ĐIỆN 220KV MIỀN NAM DỰA TRÊN

ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ

Tính ổn định của hệ thống phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Với ổn định tín hiệu nhỏ, nó phụ thuộc vào mức tải của hệ thống, vào vận hành các thiết bị và vào điều khiển lưới điện Với ổn định quá độ, khi có các nhiễu lớn, thời gian cắt sự cố thường là một yếu tố then chốt Khi có nguồn NLTT việc thời gian cắt sự cố của các máy cắt hiện hữu còn đảm bảo tính ổn định hay không là một vấn đề cần nghiên cứu

Sự huy động của các nguồn NLTT có ảnh hưởng tới quán tính hệ thống Mức độ huy động và mức quán tính hệ thống thay đổi, tùy thuộc vào thời điểm trong ngày (tùy thuộc vào tải của hệ thống) sẽ lại có ảnh hưởng khác nhau lên ổn định Tất cả các yếu tố nêu trên cần được khảo sát cho hệ thống điện miền Nam Việt Nam

Luận văn sẽ phân tích một số yếu tố quan trọng, ảnh hưởng lớn đến việc khảo sát ổn định quá độ của hệ thống điện Việt Nam Mô hình hệ thống điện Việt Nam được xây dựng dựa trên sơ đồ lưới điện hiện hữu (đầy đủ) của các cấp điện áp từ 110 kV-500 kV Mô hình được kiểm chứng dựa trên sự cố đã xảy ra trên hệ thống điện Việt Nam

3.1 TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ CHO HTĐ MIỀN NAM

3.1.1 Các mô hình phần tử động trên hệ thống điện

Xem phụ lục 02

3.1.2 Khảo sát lưới điện miền Nam

3.1.2.1 Giả thiết tính toán, cơ sở xây dựng mô hình tính toán

- Phụ tải của hệ thống điện toàn quốc được lấy theo tình hình vận hành thực tế của

hệ thống điện quốc gia tính đến năm 2022

- Tiến độ lưới điện và nguồn điện dự kiến theo QHĐ 7 ĐC, QĐ 47/TTg-CN, QĐ 1891/ TTg-CN, QĐ 441/ TTg-CN, QĐ 911/TTg-CN, QĐ 2869/QĐ-BCT có xem xét các quyết định phê duyệt phát triển điện lực vùng và các văn bản điều chỉnh

tiến độ khác như nêu trong phần trên

- Đấu nối các dự án nguồn điện thực hiện theo các Quyết định phê duyệt đấu nối vào HTĐ quốc gia, theo QHĐ 7 điều chỉnh hoặc theo thực tế triển khai

1 6- Chế độ, thời điểm tính toán: Thời điểm tính toán vào năm 2022, chế độ tính toán phụ tải cực tiểu buổi trưa ngày lễ tết (thời điểm tỷ lệ huy động khả dĩ cao nhất)

- Tiêu chí tính toán: Hệ thống đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy trong chế độ vận hành bình thường (N-0)

- Huy động các nguồn dựa trên các nhóm ưu tiên của EVNNLDC - Các tính toán hệ thống điện được thực hiện bằng chương trình PSS/E

3.1.2.2 Giải thuật tìm tỷ trọng huy động

- Khảo sát lưới điện miền Nam tính đến thời điểm năm 2022 Trong đó, các nguồn NLTT (điện gió, điện mặt trời) được huy động dựa trên tỷ lệ các nguồn đã BSQH cũng như đang trình BSQH trong trường hợp hệ thống đảm bảo vận hành khi các nguồn NLTT đã BSQH phát toàn bộ công suất Hệ thống được kiểm tra theo kịch bản phụ tải cực tiểu và các nguồn khác NLTT sẽ được huy động nhằm đảm bảo hệ thống không bị quá tải trong chế độ vận hành bình thường (N-0)

- Tỷ lệ giữa các nguồn NLTT sẽ được tăng giảm đều trên các loại hình nguồn và kiểm tra tính ổn định của hệ thống Nghiên cứu 2 dạng sự cố chủ yếu trong hệ thống điện bao gồm sự cố ngắn mạch và sự cố mất tổ máy Chỉ cần có 1 sự cố làm hệ thống mất ổn định, có thể kết luận rằng hệ thống bị mất ổn định theo mức huy động tính toán

- Lưu đồ dưới thể hiện thuật toán tìm tỷ trọng huy động cực đại của hệ thống đến khi hệ thống bị mất ổn định

Ví dụ tính toán cho năm 2022, quá trình tính toán sử dụng giải thuật phân đôi (bisection method) như sau

Bước 1: Huy động toàn bộ công suất các nguồn NLTT

Bước 2: Kiểm tra về mặt trào lưu công suất có đảm bảo vận hành trong chế độ N-0 Bước 3: Quét toàn bộ các sự cố, kiểm tra về ổn định từ dữ liệu đã tính toán

Bước 4: Trong trường hợp ổn định xét tiếp các nguồn NLTT đang chờ BSQH Nếu bị

mất ổn định lui về tỷ lệ huy động còn một nửa (30% cho 2022) bằng cách giảm đều các nguồn NLTT và tăng đều các nguồn truyền thống

1 7

Bước 5: Tương tự lặp đi lặp lại đến khi Δ (phần trăm trước – phần trăm sau) ≤ 1% thì

dừng Phần trăm huy động cuối cùng đến khi hệ thống mất ổn định là phần trăm huy động cực đại của các nguồn NLTT lên hệ thống

3.1.2.3 Công cụ khảo sát các sự cố ổn định

- Vì lưới điện Việt Nam với số tổ máy và số đường dây truyền tải tương đối lớn Chỉ riêng việc nhập các thông số (các mô hình điều khiển, nguồn tải…) và xây dựng kịch bản cũng tốn khá nhiều thời gian Sau đó, cần tạo sự cố và các kênh quan sát để phần mềm chạy Cuối cùng, cần đánh giá kiểm tra tất cả các kết quả tính toán để xác định tính ổn định của hệ thống cũng như có vi phạm theo thông tư các điều kiện về tần số, điện áp

- Do đó đối với hệ thống điện cần có các công cụ đặc biệt để tính toán một lượng lớn sự cố cũng như quan sát rất nhiều phần tử (trong đó quan sát chính về góc rotor, điện áp và tần số cho 1 phần tử)

- Điều này kéo theo số nghiệm cần kiểm tra tăng theo cấp số nhân và khối lượng dữ liệu cần kiểm tra là rất lớn Toàn bộ quá trình và thời gian ước tính của mỗi công đoạn được biểu diễn theo hình dưới đây

Hình 3.1: Mô tả quá trình từ tạo các kịch bản tính toán, chạy sự cố và kiểm tra kết quả ổn định cũng như thời gian ước tính mỗi khâu nếu không có công cụ

1 8Vì vậy, cần có những công cụ nhằm tránh việc phải thao tác nhiều lần cũng như tránh việc sai sót trong kiểm tra kết quả tính toán đo phải kiểm tra rất nhiều dữ liệu Để giải quyết các vấn đề trên, đề tài sử dụng 3 công cụ (3 chương trình nhỏ độc lập với phần mềm PSS/E) được viết trên nền tảng ngôn ngữ lập trình Python Trong đó bao gồm công cụ tự động tạo sự cố và kênh quan sát, công cụ tự động chạy các sự cố và xuất kết

quả và công cụ kiểm tra kết quả sau khi đã chạy xong các sự cố

Hình 3.2: Phương pháp chạy và kiểm tra các sự cố trên hệ thống

1 9Công cụ tự động tạo sự cố dựa trên dữ liệu lưới điện mô phỏng trên PSS/E là công cụ đầu tiên nhằm tạo một loạt các tập lệnh chạy sự cố để đưa vào phần mềm mô phỏng Công cụ có chức năng tạo các sự cố ngắn mạch đường dây và sự cố ngắt tổ máy phát Đồng thời có các hộp kiểm giúp người dùng tạo các kênh quan sát mong muốn (Điện áp, tần số, góc pha, công suất cơ, tốc độ quay, công suất phản kháng, công suất tác dụng) của các phần tử trong bộ dữ liệu xác lập cũng như cho phép nhập thời gian mô phỏng mong muốn

3.1.3 Ảnh hưởng của nguồn NLTT hiện hữu lên tính ổn định lưới điện miền Nam

- Giai đoạn 2019-2021 chứng kiến sự tăng trưởng chóng mặt của nguồn năng lượng tái tạo Tỷ trọng huy động của năng lượng tái tạo vào hệ thống ngày càng tăng cao do rất nhiều nhà máy đi vào vận hành và phát điện lên lưới theo điều kiện thuận lợi của thời tiết Điều đó đã dẫn đến việc vào một số thời điểm phụ tải khu vực có nguồn năng lượng tái tạo thấp hoặc khu vực có nhiều hệ thống điện mặt trời áp mái phát lên lưới, mang tải của các đường dây truyền tải trong khu vực tăng cao dẫn đến việc quá tải trầm trọng lưới điện một số khu vực Đồng thời, một số nguồn chạy nền như nhiệt điện than có tính “linh động” thấp, dẫn đến việc bắt buộc phải cắt giảm công suất các nguồn năng lượng tái tạo để đảm bảo tần số không bị vượt quá giới hạn cho phép

- Dựa trên hiện trạng vận hành thực tế cũng như các nguồn năng lượng tái tạo đã đấu nối lên hệ thống điện miền Nam Luận văn đã kiểm tra tính ổn định của hệ thống truyền tải Việt Nam với kịch bản phụ tải, và tính toán với các mức huy động khác nhau cho hệ thống điện miền Nam trong năm 2022

Công thức tính tỷ lệ huy động nguồn NLTT như sau: Tỷ lệ huy động = Tổng nguồn NLTT

Tổng phụ tải × 100

- Tỷ lệ huy động của điện gió và điện mặt trời của từng vùng sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến hệ thống (nếu cùng một tỷ trọng huy động) Để khảo sát toàn bộ các kịch bản về các mức độ huy động của các nguồn năng lượng tái tạo cũng như các nguồn phát là không khả thi nên luận văn đã bám sát vào các điều kiện vận hành thực tế như:

• Kết hợp phát công suất giữa điện gió và điện mặt trời: Thời điểm thấp điểm trưa lễ tết theo ghi nhận là thời điểm các nguồn NLTT phát khá tốt và có tỷ lệ huy động cao nhất trong cả năm

2 0• Các nguồn được tăng/giảm theo thứ tự ưu tiên huy động nguồn của NLDC • Trong quá trình tăng giảm nguồn, khả năng mang tải của lưới điện (đường dây,

máy biến áp ) cũng được xem xét

- Kết quả tính toán chi tiết được tổng hợp theo Bảng 3.1:

Bảng 3.1: Tổng hợp kết quả của các trường hợp kiểm tra ổn định cho hệ thống điện miền Nam năm 2022 với các mức huy động khác nhau

STT

Tỷ lệ huy động điện

gió (%)

Tỷ lệ huy động điện mặt trời

(%)

Tổng tỷ lệ huy

động (%)

Tổng công suất huy

động (MW)

2 1

a) Huy động 36% công suất nguồn năng lượng tái tạo

Hình 3.3: Điện áp tại các nút Cầu Bông, Đăk Nông khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn NLTT huy động 36%

2 2

b) Huy động 41% công suất nguồn năng lượng tái tạo

Hình 3.5: Điện áp tại các nút Cầu Bông, Đăk Nông khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn

NLTT huy động 41% trên tổng phụ tải

Hình 3.6: Tần số tại các nút Cầu Bông, Đăk Nông, Tân Định khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn NLTT huy

động 41% trên tổng phụ tải

2 3

c) Huy động 42% công suất nguồn năng lượng tái tạo

Hình 3.7: Góc pha của rotor các tổ máy thủy điện khu vực Lâm Đồng khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn

NLTT huy động 42% trên tổng phụ tải

Hình 3.8: Điện áp tại các nút Cầu Bông, Đăk Nông khi có sự cố xảy ra ngắn mạch tại ĐD 500 kV Đăk Nông – Cầu Bông trong trường hợp các nguồn NLTT huy động 42%

trên tổng phụ tải