Đó lă: giới hạn truyền tải công suất trín câc đường dđy không còn phụ thuộc điều kiện phât nóng hay điều kiện tổn thất điện âp trín đường dđy mă phụ thuộc giới hạn ổn định tĩnh; Khi có s
Trang 1NGHIÊN C ỨU TÍNH TOÁN LẮP ĐẶT THIẾT BỊ TCSC HOẶC TCPAR
ĐOẠN ĐẾN NĂM 2020
A RESEARCH INTO CALCULATING AND INSTALLING TCSC OR TCPAR DEVICE IN COMBINATION WITH SVC DEVICE TO ENHANCE VOLTAGE
STABILITY FOR POWER SYSTEM OF VIETNAM UP TO 2020
Lê Quang An, Ph ạm Châu Tuấn
Ngô Văn Dưỡng
Đại học Đà Nẵng
TÓM T ẮT
500 kV lên đến 9092km, tổng công suất lắp đặt các nhà máy là 52271MW Khi đó trào lưu công suất thay đổi lớn theo chế độ vận hành dễ dẫn đến sụp đổ điện áp gây mất ổn định hệ thống,
điện áp nút thông qua đặc tính V-P theo kịch bản điển hình Qua đó cho thấy điện áp tại nhiều
phương án khả thi để lắp đặt TCSC hoặc TCPAR kết hợp với SVC để cải thiện chất lượng điện
hành
ABSTRACT
According to Power Network Planning in Vietnam, the total length of 500kV transmission line will reach 9,092 kilometers and the total installation capacity of power plants
regimes, which is likely to cause big electrical voltage drop leading to network instability Therefore, technical solutions are needed to deal with the situation This article presents how to calculate and survey node voltage via V-P performance following a typical scenario The results show that the voltages at many nodes undergo great changes, which cannot be overcome by fixed compensation devices By using FACT devices as well as combining and changing installation sites at dangerous nodes, two feasible options have been worked out to install TCSC or a TCPAR - SVC combination to improve the whole network voltage quality SVC performance can be adjusted to stabilize the voltage at the appropriate levels, SVC can be combined with TCSC (or with TCPAR) to considerably improve the voltage quality in accordance with the operating regime
1 Đặt vấn đề
Từ khi đường dây 500kV đưa vào vận hành năm 1994 đã liên kết hệ thống điện ba
miền Bắc – Trung – Nam của nước ta thành hệ thống điện hợp nhất Việt Nam Thời gian qua, hệ thống điện liên tục được mở rộng và phát triển, đến nay tổng chiều dài đường dây 500kV đã lên đến 3131 km, tổng công suất lắp đặt của các nhà máy là 12357
Trang 2MW Theo qui hoạch tổng sơ đồ VI (giai đoạn đến năm 2020) tổng chiều dăi đường dđy 500kV lă 9092 km vă tổng công suất lắp đặt của câc nhă mây lă 52271MW Trong quâ trình thiết kế, xđy dựng vă vận hănh HTĐ hợp nhất có đường dđy siíu cao âp 500kV đê
xuất hiện nhiều vấn đề kỹ thuật khâc với hệ thống điện nhỏ điện âp thấp Đó lă: giới hạn
truyền tải công suất trín câc đường dđy không còn phụ thuộc điều kiện phât nóng hay điều kiện tổn thất điện âp trín đường dđy mă phụ thuộc giới hạn ổn định tĩnh; Khi có sự
cố ngắn mạch trín câc đường dđy tải nặng thì dự trữ ổn định động bĩ, do đó dễ dẫn đến dao động lớn có thể gđy mất ổn định dẫn đến tan rê hệ thống; Trăo lưu công suất trong
hệ thống thay đổi theo mùa dẫn đến điện âp câc nút biến động lớn theo chế độ vận hănh thường không thể khắc phục được bằng câc thiết bị bù cố định [1]
Thực tế vận hănh đê có câc trường hợp sự cố văo câc ngăy 17/5/2005, 27/12/2006, 20/7/2007 vă ngăy 04/9/2007, gđy mất điện một vùng rộng lớn trong nhiều giờ liền Để đảm bảo cho HTĐ vận hănh an toăn vă tin cậy cần thiết tìm câc giải phâp kỹ thuật hợp
lý để nđng cao độ dự trữ ổn định, điều khiển trăo lưu công suất trong hệ thống để chống
sụp đổ điện âp Giải phâp mă đề tăi lựa chọn lă sử dụng công nghệ FACTS để tính toân
lựa chọn vị trí vă dung lượng bù thích hợp bằng thiết bị TCPAR hoặc TCSC kết hợp với SVC để điều khiển nđng cao ổn định điện âp nút phụ tải theo chế độ vận hănh
Sơ đồ HTĐVN giai đoạn 2020 như trín hình 1,
thông số hệ thống được lấy theo quy hoạch tổng sơ
đồ VI [4] Sử dụng phần mềm CONUS để tính toân
thông số chế độ ở chế độ xâc lập (CĐXL) Sau khi
cập nhật thông số hệ thống văo file số liệu, chọn nút
cđn bằng (Slake), đặt chế độ TĐK giữ điện âp đầu
cực câc mây phât bằng điện âp định mức trong phạm
vi điều chỉnh từ (Qmin, Qmax
S S
S S
S S
Lai Châu
TĐ Sơn La
TĐ Tích Năng
Pitoong
B.Chát N.Chiến H.Quảng Việt Trì Vĩnh Yên Hiệp Hòa Trung Quốc Thái Nguyên Bắc Giang
NĐ Quảng Ninh
NĐ Mông Dương
NĐ Hải Phòng Bắc Ninh
Đông Anh
Hoài Đức
Hòa Bình
Nho Quan Thường TÍn Phố Nối
Thái Bình
Nghi Sơn
NĐ Nghi Sơn I Thanh Hóa
NĐ Nghi Sơn II Hà Tĩnh
NĐ Vũng Áng1,2
Vũng Áng
NĐ Vũng Áng 3
NĐ Quảng Bình
Cầu Hai
Đà Nẵng
Dốc Sỏi Thạch Mỹ Sông Bung 4,5 A Vương ĐăkMy 4,1
Bản Sóc đến PLeiku
Sê San 4
Sê San 3A
Sê San 3 Yaly
Đăk Tik Đồng Nai 5,4,3
Đăk Nông
Mỹ Phước Tây Ninh
Củ Chi
Đức Hòa
Thốt Nốt Cầu Bông Tân Định
Di Linh
TĐ Tích Năng
Đi?n H?t Nhđn1
NĐ Vĩnh Tân NĐ Vĩnh Tân II
NĐ Cam Ranh Bình Định NĐ.Bình Định
Thủ Đức Bắc Sông Mây
NĐ Sơn Mỹ
NĐ Phú Mỹ
NĐ Phú Mỹ Phú Mỹ
Phú Lâm Nhà Bè
Mỹ Tho
NĐ Kiên Giang
Ô Môn
NĐ Sóc Trăng
NĐ Trà Vinh 2x450MVA
1x450MVA
2x450MVA
2x900MVA 1x450MVA 2x600MVA 2x600MVA
2x600MVA 2x450MVA
2x600MVA
2x600MVA
2x600MVA 2x900MVA 1x900MVA
2x450MVA
2x450MVA
1x600MVA 1x450MVA
2x450MVA
1x450MVA
1x600MVA 2x900MVA 2x450MVA
2x450MVA
2x450MVA 2x450MVA
2x450MVA
2x450MVA Cam Ranh
2x450MVA
2x900MVA
2x600MVA 2x450MVA 2x900MVA Vĩnh Tân 1x450MVA
Sơn Mỹ 1x450MVA 2x900MVA
2x450MVA 2x600MVA
2x900MVA 1x900MVA
2x900MVA 1x600MVA
2x450MVA
Trà Vinh 1x450MVA
Sóc Trăng 2x450MVA 2x450MVA 2x450MVA 2x450MVA 2x900MVA
So d? h? th?ng di?n 2020
), chọn hệ số công suất
phụ tải cosφ=0.9 Thực hiện quâ trình tính toân xđy
dựng đặc tính điện âp nút như sau: chọn chế độ đầu
ứng với 25% công suất cực đại cho tất cả câc nút tải
vă 25% công suất định mức của câc nút nguồn trừ
nút Slake (khoảng trín 50% giâ trị tại thời điểm hiện
tại) Tăng công suất từng bước 5%, tính toân CĐXL
để lấy thông tin điện âp nút vă vẽ đặc tính điện âp
V-P cho tất cả câc nút tải [2], [3] Qua kết quả tính toân
cho thấy:
Hình 1 Sơ đồ HTĐVN giai đoạn 2000
- Khu vực miền Bắc: Ở chế độ tải nhẹ điện âp tại nút Lai Chđu, Hòa Bình lớn
hơn 105%Uđm Trong chế độ nặng tải một số nút có đi ện âp giảm thấp hơn 95%Uđm như: Hoăi Đức, Vĩnh Yín, Thâi Nguyín, Phố Nối, Thâi Bình, Đông Anh Đặc tính V-P
một số nút điển hình có điện âp biến động lớn như hình 2
Trang 3- Khu vực miền Trung: Chế độ tải nhẹ, tại các nút: Nghi SơnI-II , Hà Tĩnh, Vũng Áng I II, Vũng Áng III, Quảng Bình, Cầu Hai, Đà Nẵng, Thành Mỹ, Dốc Sõi, Bình Định, Pleiku, Yaly, ĐăkNông có điện áp tăng lớn hơn 105%Uđm
Thái Bình
425 445 465 485 505 525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95 P(pu)
500
475
500
; cao nhất là nút Cầu Hai (533.1kV) và đây là điện áp cao nhất trong toàn hệ thống Ở chế độ tải nặng điện áp các nút đều nằm trong vùng cho phép Tuy nhiên, điện áp nút Cầu Hai và Đà Nẵng giảm
rất nhanh khi tăng tải, đặc tính V-P một số nút điển hình có điện áp biến động lớn như hình 3
Hình 2 Đặc tính V-P ở một số nút điển hình có điện
Đà Nẵng
425 445 465 485 505 525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95 P(pu)
Cầu Hai
425 445 465 485 505 525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95 P(pu)
500
500
475
475
Hình 3 Đặc tính V-P ở một số nút điển hình có điện áp biến động lớn tại khu vực Miền Trung
- Khu vực miền Nam: Ở chế độ tải nhẹ các nút có điện áp vượt quá giới hạn 105%Uđ m như: Di Linh, Cam Ranh, Mỹ Phước, Cầu Bông, Tân Định, Phú Mỹ, Đức Hòa, Củ Chi, Tây Ninh, Ô Môn, Sóc Trăng, Thốt Nốt, Kiên Giang Chế độ tải nặng một
số nút có điện áp giảm thấp hơn 95%Uđm như: Mỹ Phước, Cầu Bông, Thủ Đức Bắc, Đức Hòa, Củ Chi, Tây Ninh Đặc biệt điện áp các nút Tân Định, Mỹ Phước, Cầu Bông, Đức Hòa, Củ Chi, Tây Ninh biến động lớn trên 105%Uđm ở chế độ tải nhẹ và xuống dưới 95%Uđm trong các chế độ tải nặng, trong đó nút Tây Ninh có điện áp giảm nhanh
nhất khi tăng tải Công suất tải trên đường dây Thốt Nốt - Đức Hòa trong chế độ nặng
tải là 3395,5MW (UThốtNốt = 484,3kV, UĐứcHoà
500
475
500
475
= 464,5kV), các đường dây khác công
suất truyền tải dưới 1500MW Đặc tính V-P một số nút điển hình biến động lớn như hình 4
Hình 4 Đặc tính V-P ở một số nút điển hình có điện áp biến động lớn tại khu vực Miền Nam
nút
3.1 Kh ảo sát vị trí lắp đặt thiết bị
Qua tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý làm việc của các thiết bị FACT cho thấy TCSC
và TCPAR có khả năng điều chỉnh linh hoạt dòng công suất truyền tải trên đuờng dây, đặc biệt là các mạch vòng; SVC và STATCOM cho phép điều khiển nhanh lượng công
suất phản kháng bù cho hệ thống để giữ ổn định điện áp [5,6] Để tìm vị trí thích hợp
Trang 4lắp đặt các thiết bị FACT nhằm giữ ổn định điện áp cho các nút tải của HTĐVN giai đoạn đến năm 2020, đề tài tiến hành như sau: lần lượt bố trí TCSC hoặc TCPAR trên các đường dây có công suất thay đổi lớn thuộc các mạch vòng và bố trí SVC tại các nút
có điện áp biến thiên nhiều [2,3] Điều khiển đặc tính điều chỉnh của các thiết bị bù
nhằm đưa điện áp tất cả các nút nằm trong vùng cho phép (Uđm
3.2 Phương án I
±5%) theo chế độ vận hành Kết quả đã tìm được hai phương án khả thi để giữ ổn định điện áp cho HTĐVN
Lắp đặt SVC tại nút Hoài Đức ở khu vực phía Bắc với công suất 800MVAr, tại nút
Đà Nẵng ở khu vực miền Trung với công suất 900MVAr và tại Phú Lâm ở khu vực phía Nam với công suất 500MVAr, đồng thời đặt TCSC trên đường dây Thốt Nốt-Đức Hòa
về phía nút Đức Hòa với khả năng điều chỉnh XTCSC từ (40 ÷ 60)Ω Điều chỉnh SVC để
giữ ổn định điện áp nút Hoài Đức UHĐ=493kV, nút Đà Nẵng UĐN=494,5kV và điện áp nút Phú Lâm theo 3 mức như trên hình 5, đồng thời điều chỉnh XTCSC
U(kV)
505
495
475
0.35 0.45 0.55 0.65
485
0.25
Đặc tính V-P tại Phú Lâm
0.75 515
520
P(pu) 519.5
490
480.5
với giá trị thích
hợp Với đặc tính điều chỉnh của các thiết bị FACT như trên hình 5 đã đưa điện áp tất cả các nút trong toàn hệ thống nằm trong giới hạn cho phép và nâng cao đáng kể khả năng
tải của các đường dây [3] Đặc tính V-P của một số nút có điện áp thay đổi lớn theo chế
độ vận hành trước và sau khi lắp đặt thiết bị FACT như trên hình 6
Đặc tính điện áp tại nút Phú Lâm
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800
P(pu)
Đặc tính điều chỉnh TCSC
0 16 32 48 64
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75
P(pu)
Đặc tính điều chỉnh SVC tại Đà Nẵng
-1000 -800 -400 0 200 600 1000
P(pu)
Đặc tính điều chỉnh SVC tại Hoài Đức
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75
P(pu)
Hình 5 Đặc tính điều chỉnh thiết bị TCSC kết hợp SVCC
Qua các đặc tính trên cho thấy việc phối hợp các đặc tính điều chỉnh của SVC
kết hợp với đặc tính của TCSC hợp lý chất lượng điện áp của các nút đã được cải thiện đáng kể, đồng thời qua các điểm giới hạn sụp đổ điện áp trên các đặc tính V-P trước và sau khi đặt thiết bị FACT cho thấy khả năng tải công suất tác dụng cho p hụ tải cũng được nâng cao Mặt khác, việc điều chỉnh đặc tính SVC để giữ ổn định điện áp nút ở các mức hợp lý vừa kéo điện áp các nút trong khu vực nằm trong giới hạn cho phép,
vừa lựa chọn được công suất SVC phù hợp giảm được chi phí đầu tư
Cầu Hai
425
445
465
485
505
525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
Thái Bình
425 445 465 485 505 525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
Cầu Bông
425 445 465 485 505 525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
Củ Chi
425 445 465 485 505 525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
500
475
500
475
500
475
500
475
Hình 6 Đặc tính P-V trước và sau khi lắp đặt thiết bị FACT
3.3 Phương án II
Tại khu vực phía Nam lắp đặt TCPAR trên đoạn đường dây Phú Lâm - Cầu Bông
Trang 5về phía Phú Lâm với công suất 2950 MVA và lắp đặt SVC tại nút Thốt Nốt với công
suất 1050 MVAr Tại khu vực miền Trung lắp đặt SVC tại nút Đà Nẵng với công suất
1100 MVAr Tại khu vực phía Bắc lắp đặt SVC tại nút Hoài Đức với công suất 900 MVAr
Hình 7 Đặc tính điều chỉnh của TCPAR kết hợp với SVC
Tương tự phương án I, điều chỉnh đặc tính công suất bù của SVC (hình 7) để giữ
ổn định điện áp nút lắp đặt SVC ở các mức khác nhau như trên hình 8 và góc dịch pha
của bộ TCPAR như hình 7 thì cũng kéo được đặc tính điện áp (V-P) của tất cả các nút
nằm trong giới hạn cho phép [2]
Hình 8 Đặc tính điện áp V- P lắp đặt SVC
Đặc tính V-P của một số nút có điện áp thay đổi lớn theo chế độ vận hành trước và sau khi lắp đặt thiết bị FACT như trên hình 9
Thái Bình
425
445
465
485
505
525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
Cầu Hai
425 445 465 485 505 525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
Củ Chi
425 445 465 485 505 525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
Cầu Bông
425 445 465 485 505 525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
500
475
500
475
500
475
500
475
Hình 9 Đặc tính V –P trước và sau lắp đặt thiết bị FACT
Qua các đặc tính trên hình 9 cũng cho thấy việc lựa chọn công suất và vị trí lắp đặt
thích hợp và phối hợp đặc tính điều chỉnh hợp lý của các thiết bị FACT đã giữ ổn định điện áp của tất cả các nút trong toàn hệ thống, hạn chế nguy cơ sụp đổ điện áp của các nút nguy hiểm, đồng thời nâng cao khả năng truyền tải công suất cho các nút phụ tải
P(pu)
Đặc tính V-P tại nút Thốt Nốt
U(kV)
505
495
475
515
485
525
0.45
514.7
502.2
P(pu) U(kV)
505 495
475 515
485
0.25 Đặc tính V-P tại nút Đà Nẵng
0.75 525
0.45 500.8
U(kV)
505 495
475 515
485
525
501.9
496.4 Đặc tính V-P tại nút Hoài Đức
Đặc tính điều chỉnh SVC tại Hoài Đức
-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500
P(pu)
Đặc tính điều chỉnh SVC tại Thốt Nốt
-1000 -500 0 500 1000 1500
P(pu)
Đặc tính điều chỉnh SVC tại Đà Nẵng
-1000 -500 0 500 1000 1500 2000
P(pu)
Đặc tính góc phi - kịch bản điển hình
-20
-15
-10
-5
0
5
10
P(pu)
Trang 64 Kết luận
Nền kinh tế Việt Nam trong những năm qua phát triển nhanh đã kéo theo nhu
cầu tiêu thụ điện ngày một gia tăng và việc đảm bảo cung cấp đủ công suất cho phụ tải
đã trở thành một trong những điều kiện đảm bảo cho sự phát triển của nền kinh tế Cho nên việc tìm được các giải pháp giữ ổn định hệ thống, nâng cao khả năng tải các đường dây và đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện là rất cần thiết và cung cấp những thông ti n
hữu ích cho quá trình thiết kế, xây dựng và vận hành an toàn HTĐ
Sử dụng số liệu của tổng sơ đồ VI, tính toán CĐXL, xây dựng đặc tính V-P cho
tất cả các nút đã tìm được một số nút nguy hiểm có điện áp biến động lớn theo chế độ
vận hành, dễ dẫn đến sụp đổ điện áp gây mất ổn định hệ thống Qua đó cho thấy cần thiết phải tìm giải pháp bù thích hợp nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và vận hành an toàn hệ thống
Qua tìm hiểu công nghệ FACT, tính toán so sánh các phương án đề tài đã tìm được 2 phương án thích hợp đề xuất lắp đặt TCSC hoặc TCPAR kết hợp với SVC cho HTĐVN giai đoạn đến năm 2020 nhằm giữ ổn định điện áp cho các nút tải theo chế độ
vận hành, một điều kiện cần cho việc đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện
Kết quả tính toán cho thấy, lựa chọn công suất và vị trí lắp đặt thiết bị FACT thích hợp, đồng thời phối hợp đặc tính điều chỉnh hợp lý đã nâng cao chất lượng điện áp cho toàn hệ thống và khả năng tải của các đường dây siêu cao áp
[1] Lã Văn Út, Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện, Nhà xuất bản Khoa học
và Kỹ thuật, Hà Nội, năm 2001
[2] Phạm Châu Tuấn, “Nghiên cứu sử dụng thiết bị TCPAR và QBT để điều khiển các thông số chế độ trên đường dây truyền tải thuộc hệ thống điện Việt Nam”, Luận văn
[3] Lê Quang An, “ Nghiên cứu sử dụng thiết bị TCSC để nâng cao khả năng tải cho
các đường dây truyền tải thuộc hệ thống điện Việt Nam”, Luận văn thạc sĩ, năm
2009
[4] Viện Năng lượng, Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006-2015 có
[5] Yong Hua song and Allan T Johns (1999), "Flexible ac transmission systems
(Facts)", The Institution of Electrical Engineers, London, United Kingdom
[6] Narain G Hingorani, Laszlo Gyugyi (2000), “Understanding FACTS, Concepts of
Flexible AC Transmission Systems”, The Institution of Electrical and Electronics
Engineers, Inc, New York