SỬ DỤNG ĐƯỜNG CONG PV/QV PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG ĐIỆN 500KV VIỆT NAM

Bài báo này đề xuất cách phân tích ổn định điện áp hệ thống điện 500 kV Việt Nam bằng cách sử dụng công cụ đường cong PV, QV

Trang 1

SỬ DỤNG ĐƯỜNG CONG PV/QV PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

HỆ THỐNG ĐIỆN 500KV VIỆT NAM

USING PV/QV CURVE TO ANALYSE VOLTAGE STABILITY

OF VIETNAMESE 500KV POWER SYSTEM

SVTH: Nguyễn Tùng Lâm, Trần Thị Hằng, Nguyễn Văn Nhật

Lớp 05ĐHT, Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa

GVHD: PGS.TS Đinh Thành Việt

Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa

TÓM TẮT

Bài báo này đề xuất cách phân tích ổn định điện áp hệ thống điện 500 kV Việt Nam bằng cách sử dụng công cụ đường cong PV, QV trong phần mềm chuyên dụng PowerWorld Simulator 13

Từ việc thiết lập các sự cố, ta vẽ được các đường cong PV, QV cho từng trường hợp Dựa vào đó

có thể xác định được các nút yếu về ổn định điện áp, các sự cố gây ảnh hưởng lớn đến ổn định điện

áp Trên cơ sở đó có các biện pháp cần thiết để cải thiện độ dự trữ ổn định điện áp tại các nút yếu

ABSTRACT

This thesis propose the method for analyzing the voltage stability of 500kV power system

in Viet Nam by using PV, QV curve in the professional software PowerWolrd Simulator 13 By setting up contingencies, we draw the PV, QV curve for each case Based on this, weak bus that are related to the voltage stability and contingencies that a great deal affect the voltage stability can

be defined From all of these, there are necessary methods to improve the stable voltage storage

at weak bus

1 Đặt vấn đề

Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống nằm trong một phạm vi cho phép (tuỳ vào tính chất 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

Hệ thống sẽ đi vào trạng thái không ổn định khi xuất hiện các kích động như tăng tải đột ngột hay thay đổi các điều kiện của mạng lưới hệ thống, … Các thay đổi đó có thể làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nhất là có thể rơi vào tình trạng không thể điều khiển điện áp, gây ra sụp đổ điện áp Nhân tố chính gây ra mất ổn định điện áp là hệ thống không

có khả năng đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng trong mạng Các thông số có liên quan đến sụp đổ điện áp là dòng công suất tác dụng, công suất phản kháng cùng với điện dung,

điện kháng của mạng lưới truyền tải

Mất ổn định điện áp hay sụp đổ điện áp là sự cố nghiêm trọng trong vận hành hệ thống điện, làm mất điện trên một vùng hay trên cả diện rộng, gây thiệt hại rất lớn về kinh

tế, chính trị, xã hội Trên thế giới đã ghi nhận được nhiều sự cố mất điện lớn do sụp đổ điện áp gây ra như tại Ý ngày 28/9/2003, Nam Thụy Điển và Đông Đan Mạch ngày 23/9/2003, phía Nam Luân Đôn ngày 28/8/2003, Phần Lan ngày 23/8/2003, Mỹ-Canada ngày 14/8/2003 Ổn định điện áp đã được quan tâm, nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới Ở Việt Nam cũng đã xảy ra các sự cố mất điện trên diện rộng vào các ngày 17/5/2005, 27/12/2006, 20/7/2007 và 04/9/2007 Theo ông Trần Viết Ngãi - Chủ tịch Hiệp

Trang 2

hội Đầu tư xây dựng năng lượng:” Với một nước đang phát triển như Việt Nam, khi ngành công nghiệp chiếm khoảng 49% tổng GDP cả nước, chỉ cần mất điện một giờ, mức thiệt hại cũng có thể vượt quá con số 1.000 tỉ đồng” Do điện là yếu tố then chốt của sản xuất,

nhiều nước trên thế giới không còn tính toán thiệt hại do mất điện theo đơn vị giờ mà là đơn vị phút Vì vậy, việc phân tích ổn định điện áp ở Việt Nam cần được quan tâm nhiều hơn nữa và có những biện pháp để ngăn ngừa sụp đổ điện áp

2 Đường cong PV, QV trong phân tích ổn định điện áp

2.1 Đường cong P-V

Hình 1 Dạng đường cong P-V cơ bản

Hình trên biểu diễn dạng tiêu biểu nhất của đường cong P-V Nó thể hiện sự thay đổi điện áp tại từng nút, được xem là một hàm của tổng công suất tác dụng truyền đến nút

đó Có thể thấy rằng tại điểm “mũi” của đường cong P-V, điện áp sẽ giảm rất nhanh khi phụ tải tăng lên Hệ thống sẽ bị sụp đổ điện áp nếu công suất vượt quá điểm “mũi” này, và điểm này được gọi là điểm giới hạn Như vậy, đường cong này có thể được sử dụng để xác định điểm làm việc giới hạn của hệ thống để không làm mất ổn định điện áp hoặc sụp đổ điện áp, từ đó xác định độ dự trữ ổn định dùng làm chỉ số để đánh giá sự ổn định điện áp của hệ thống

2.2 Đường cong Q-V

Sự ổn định điện áp được quyết định bởi sự thay đổi công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q tác động như thế nào đến điện áp tại các nút Tầm ảnh hưởng của đường đặc tính công suất phản kháng của phụ tải hay thiết bị bù được biểu diễn rõ ràng trong quan hệ đường cong Q-V Nó chỉ ra độ nhạy và biến thiên của nút điện áp đối với lượng công suất phản kháng bơm vào hoặc tiêu thụ

Điện áp tới hạn

0

Hệ thống ổn định

P(MW)

Điểm tới hạn

Hệ thống không ổn định

Công suất tới hạn V(pu)

Trang 3

tích Trục tung biểu diễn đầu ra của máy phát ảo (MVAr) Trục hoành biểu diễn điện áp tương ứng trong đơn vị tương đối( pu) Đường cong QV xác định tải MVAr lớn nhất trước khi sụp đổ điện áp Điểm vận hành cơ bản được xác định tại giao điểm giữa trục hoành và đường cong Đây là điểm mà máy phát ảo phát công suất phản kháng 0MVAr Khi vạch đường cong đi xuống, nó thể hiện máy phát ảo phát công suất phản kháng MVAr giảm Sự giảm này thể hiện sự tăng tải MVAr Tại một điểm, giá trị MVAr của máy phát ảo sẽ ngừng giảm và chạm tới đáy của đường cong Điểm này thể hiện sự tăng lớn nhất của tải MVAr tại nút này Bất kì tải MVAr nào cao hơn sẽ gây ra sụp đổ điện áp

Hình 2 Dạng đường cong Q-V điển hình

3 Sử dụng đường cong PV/ QV trong PowerWorld Simulator 13 để phân tích ổn định điện áp hệ thống điện 500kV Việt Nam

Số liệu dùng trong việc phân tích ổn định điện áp lấy năm 2010

Các sự cố được xét ở đây là tất cả các contingency n-1 (mất 1 phần tử trong hệ thống như máy phát, máy biến áp, đường dây), một số contingency n-2 quan trọng (mất 2 phần tử trong hệ thống), sự cố mất 1 nút 500kV

3.1 Sử dụng đường cong PV

Đường cong PV được vẽ một phần về phía hệ thống làm viêc ổn định, từ điểm làm việc cơ bản đến điểm “mũi” tức là điểm hệ thống bắt đầu mất ổn định Trục tung biểu diễn điện áp trong hệ đơn vị tương đối( pu) Trục hoành biểu diễn lượng công suất truyền trong

hệ thống được thêm vào( MW)

Đầu tiên xác định nguồn nhận và nguồn phát trong hệ thống

0

dQ

dV

Điểm tới hạn Q(Var)

V(pu)

0

HT ổn định

HT không

ổn định

Trang 4

- Nguồn phát:

Hình 3

- Nguồn nhận:

Hình 4

Lúc vận hành bình thường, lượng công suất truyền tải trong hệ thống điện Việt Nam là 13742 MW

Ở trường hợp cơ bản, khi lượng công suất tác dụng truyền trong hệ thống tăng lên 1100MW thì đường cong PV chạm “mũi”, tức là hệ thống mất ổn định điện áp Xét thêm các trường hợp sự cố để biết trong trường hợp nào thì độ dự trữ công suất tác dụng giảm nhiều nhất

Xét sự cố mất 1 đường dây 500kV, khi đứt 1 đường dây PLEIKU – ĐAKNÔNG hoặc DI LINH – TÂN ĐỊNH thì độ dự trữ công suất tác dụng giảm xuống rất thấp Cụ thể,

Trang 5

thống tăng lên 262MW thì hệ thống mất ổn định điện áp; còn đứt 1 đường dây DI LINH – TÂN ĐỊNH, khi lượng công suất tác dụng truyền trong hệ thống tăng lên 525MW thì hệ thống mất ổn định điện áp Vì vậy, lúc xảy ra các sự cố trên, hệ thống tiến gần hơn đến điểm “mũi”, dễ gây ra sụp đổ điện áp Đường cong PV tại một số nút:

Hình 5

Xét sự cố mất 1 nút, ngoài 2 trường hợp mất nút HÀ TĨNH và PHÚ MỸ làm hệ thống mất ổn định thì khi mất một trong các nút THƯỜNG TÍN, PHÚ LÂM, ĐAKNONG, NHÀ BÈ thì độ dự trữ công suất tác dụng tại các nút cũng giảm xuống thấp, lượng công suất tác dụng truyền đi trong hệ thống được tăng lên để PV chạm tới giới hạn ổn định tương ứng là 437MW, 37MW, 237MW, 512MW Đặc biệt chú ý khi mất nút PHÚ LÂM, lượng dự trữ công suất tác dụng rất thấp chỉ còn 37MW

Xét sự cố mất 2 tổ máy phát, độ dự trữ công suất tác dụng giảm xuống thấp nhất ở trường hợp mất 2 tổ máy phát Phú Mỹ, khi đó độ dự trữ công suất tác dụng chỉ còn 812MW

PWSIM V13 Optimal Power Flow (OPF), Security Constrained OPF (SCOPF), Av ailable Transf er Capability (ATC), PV and QV Curv es (PVQV), Automation Serv er (SimAuto); Build September 24, 2007

base case: HATINH (2000) L_03512DNO_PL_1-04419PL_PK_1C1: HATINH (2000) L_04022DL_TDINH-04129TD_DLINHC1: HATINH (2000)

Nominal Shift

1,000 500

0

1.012 1.01 1.008 1.006 1.004 1.002 1 0.998

base case: SONLA (1200) L_03512DNO_PL_1-04419PL_PK_1C1: SONLA (1200) L_04022DL_TDINH-04129TD_DLINHC1: SONLA (1200)

Nominal Shift

1,000 500

0

0.989 0.988 0.987 0.986 0.985 0.984 0.983 0.982

base case: PHULAM (4400) L_03512DNO_PL_1-04419PL_PK_1C1: PHULAM (4400) L_04022DL_TDINH-04129TD_DLINHC1: PHULAM (4400)

Nominal Shift

1,000 500

0

0.965 0.96 0.955 0.95 0.945 0.94

base case: PHUMY (4650) L_03512DNO_PL_1-04419PL_PK_1C1: PHUMY (4650) L_04022DL_TDINH-04129TD_DLINHC1: PHUMY (4650)

Nominal Shift

1,000 500

0

0.975 0.97

0.965 0.96

Trang 6

Hình 6

Hình 7

Xét sự cố đứt 2 đường dây, độ dự trữ công suất tác dụng giảm xuống thấp, cụ thể ở các trường hợp như sau:

SỰ CỐ 2 ĐƯỜNG DÂY

LƯỢNG CSTD TĂNG LÊN TỐI ĐA

(MW)

base case: DANANG (3100) B_01450TH_TIN: DANANG (3100) B_04400PHULAM: DANANG (3100) B_03500DAKNONG: DANANG (3100) B_04450NHABE: DANANG (3100)

Nominal Shif t

1,000 800

600 400

200 0

1.02

1.015

1.01

1.005

1

B_04450NHABE: HOABINH (1800)

Nominal Shif t

1,000 800

600 400

200 0

0.982 0.98 0.978 0.976 0.974 0.972 0.97 0.968

base case: PLEIKU (3300)

2 to may PHUMY: PLEIKU (3300) Nominal Shift

1,000 500

0

1.01 1.008 1.006 1.004 1.002 1

base case: NHABE (4450)

2 to may PHUMY: NHABE (4450) Nominal Shift

1,000 500

0

0.97 0.965 0.96 0.955 0.95

Trang 7

PLEIKU-YALY; TÂN ĐỊNH-DILINH 599.99

Bảng 1

Đây là sự cố nặng nên tại nhiều trường hợp, độ dự trữ công suất tác dụng giảm xuống thấp

3.2 Sử dụng đường cong QV

Nút có độ ổn định càng cao khi độ dự trữ công suất phản kháng càng lớn, tức là có trị tuyệt đối Qmin của đường cong QV càng lớn và ngược lại

Xét trường hợp cơ bản, sau khi phân tích thu được Qmin tại mỗi nút, kết quả thể hiện qua đồ thị:

Trang 8

Hình 8

Các nút 500kV có độ dự trữ công suất phản kháng bé nhất là HÀ TĨNH, SƠN LA, PITOONG; có độ dự trữ công suất phản kháng lớn nhất là YALY, PLEIKU

Xét tại từng nút các sự cố N-1( mất 1 tổ máy phát, 1 đường dây, 1 máy biến áp, tăng tải), N-2( mất 2 tổ máy phát, 2 đường dây, 2 máy biến áp), mất 1 nút Sau đó, tại từng trường hợp, tìm sự cố có độ dự trữ công suất phản kháng bé nhất ở mỗi nút Kết quả thu được thể hiện trong bảng sau:

NÚT

BASE CASE

MẤT NÚT

PHÁT

ĐƯƠN

G DÂY

TĂNG TẢI 50%

2 ĐƯỜN

G DÂY

1150 PITOONG -1052.9 -1021.66 -939.9 -651.29 -1052.9 -485.58 -825.11 -897.55 -405.49

1200 SONLA -1051.94 -1020.42 -939.44 -654.28 -1051.94 -444.54 -824.82 -897.77 -403.85

1450 TH_TIN -1235.69 -1169.33 -1016.28 -673.54 -1234.92 -581.27 -1691 -1135.07 -425.42

1600 Q_NINH -1152.4 -1079.86 -963.78 -671.67 -1150.98 -459.5 -883.44 -1009.13 -419.66

1800 HOABINH -1300.99 -1230.46 -1089.72 -979.12 -1300.92 -697.04 -946.39 -1048.69 -485.37

1850

NHO_QUA

N -1308.54 -1286.49 -1148.95 -864.34 -1308.18 -440.9 -1463.86 -1320.22 -998.7

2000 HATINH -906.07 -778.98 -796.34 -515.51 -903.87 -213.88 -704.99 -740.53 -654.57

3100 DANANG -1937.28 -1655.36 -1665.64 -1398.02 -1774.78 -751.06 -1824.31 -1623.74 -904.14

3150 DOCSOI -1760.34 -1674.35 -1726.71 -1203.63 -1754.92 -187.38 -1652.97 -1652.9 -850.38

3300 PLEIKU -2059.65 -1962.48 -1770.61 -1510.61 -1948.51 -1270 -1607.48 -1726.44 -1368.4

3400 YALI -2009.37 -1917.57 -1759.31 -1554.24 -1913.02 -1243 -1558.51 -1713.49 -1390.6

3500 DAKNONG -1551.85 -1457.72 -1367.69 -977.82 -1519.47 -871,75 -1466.56 -1284.77 -816.69

4020 DI_LINH -1730.61 -1587.62 -1515.14 -891.17 -1584.22 -298.94 -1435.07 -1542.86 -898.1

4100 TAN_DINH -1547.49 -1429.67 -1260.37 -738.25 -1447.85 -596.93 -1092.78 -1263.56 -786

4200

SONG_MA

Y -1477.33 -1369.15 -1217.35 -746.58 -1363.19 -637.95 -1053.21 -1171.32 -507.53

4400 PHULAM -1485.52 -1390.45 -1208.29 -790.04 -1349.41 -659.33 -1226.76 -1162.15 -574.11

4450 NHABE -1488.55 -1333.4 -1189.46 -808.22 -1360.1 -687.76 -1029.24 -1137.71 -579.42

4650 PHUMY -1448.89 -1344.32 -1186.19 -751.11 -1361.53 -678.46 -1181.82 -1118.36 -542.5

4750 OMON -1244.44 -1197.42 -1089 -740.96 -1174.4 -636.61 -937.69 -1020.2 -569.25

Bảng 2

Sự cố mất 1 nút là sự cố nặng, ở sự cố này độ dự trữ công suất phản kháng tại tất cả

Trang 9

phân bố công suất sẽ không giải được

Ở sự cố mất 2 đường dây, có trường hợp độ dự trữ công suất phản kháng tại các nút

HÀ TĨNH, DI LINH, DỐC SỎI giảm xuống rất thấp, cụ thể như sau:

Bảng 3

Nhận thấy rằng các nút HÀ TĨNH, PITOONG, SƠN LA luôn có độ dự trữ công suất phản kháng bé nhất, vì vậy khi phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện Việt Nam thì đây là các nút yếu, dễ mất ổn định điện áp nhất Các nút PLEIKU, YALY là các nút có độ dự trữ công suất phản kháng lớn

Hình 9 Đường cong QV nút HÀ TĨNH trường hợp cơ bản và một số trường hợp sự cố

Kết luận

Ổn định điện áp là một vấn đề quan trọng cần được quan tâm trong vận hành hệ thống điện Sử dụng đường cong PV, QV ta có thể tìm được các nút yếu về ổn định điện áp trong hệ thống, xác định được các sự cố dễ gây ra sụp đổ điện áp Từ đó có được các biện pháp cần thiết để tăng độ dự trữ ổn định điện áp tại các nút đó như đặt các thiết bị bù tại các nút… Hệ thống 500kV của Việt Nam vẫn đảm bảo về ổn định điện áp, song vẫn còn

**BUS** 2000 (HATINH _500.0),**CASE** BASECASE

Voltage (V)

1.1 1.08 1.06 1.04 1.02 1 0.98 0.96 0.94

1,000 500 0 -500

**BUS** 2000 (HATINH _500.0),**CASE** G_52010PMY_1_G1U1

Voltage (V)

1.1 1.08 1.06 1.04 1.02 1 0.98 0.96 0.94

1,000 500 0 -500

**BUS** 2000 (HATINH _500.0),**CASE** L_02012HT_DN_1-03119DN_HT_1C1

Voltage (V)

1.1 1.08 1.06 1.04 1.02 1 0.98 0.96 0.94

500

0

-500

**BUS** 2000 (HATINH _500.0),**CASE** 1HOABINH+1HAIPHONG

Voltage (V)

1.1 1.08 1.06 1.04 1.02 1 0.98 0.96 0.94

1,000 500 0 -500

Trang 10

tồn tại một số nút yếu như HÀ TĨNH, PITOONG, SƠN LA, và một số sự cố có thể gây ảnh hưởng lớn đến độ dự trữ ổn định điện áp như đã trình bày ở trên Trong tương lai cần xem xét đến vấn đề này để bảo đảm vận hành hệ thống ngày một tốt hơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] P Kundur (1994), Power System Stability and Control, McGraw Hill, New York

[2] Operation Group Report, “Operation report on May 2005, December 2006 and

September 2007”, National Load Dispatch Center – EVN, Việt Nam

[3] PGS.TS Đinh Thành Việt, PGS.TS Ngô Văn Dưỡng, Lê Hữu Hùng, “Khảo sát quan

hệ công suất tác dụng tại nút phụ tải để đánh giá giới hạn ổn định điện áp”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng( 2007)

[4] PGS.TS Đinh Thành Việt, Lê Hữu Hùng, “Vietnamese 500kV Power System and Recent Blackouts” ( conference paper accepted to 2008 IEEE Power Engineering Society General Meeting, Pittsburgh, PA, USA, July 20-24, 2008)

[5] Thiệt hại do thiếu điện:Thống kê không kể xiết”, Trần Thủy, 16/06/2005

Định dạng
Số trang	10
Dung lượng	563,17 KB