nâng cao hiệu quả truyền tải điện năng trong hệ thống điện

NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG TS NGUYỄN Nhất Tùng KHOA HTĐ-ĐHĐL Mục Lục  30 tiết lý thuyết, 1- kiểm tra Thi viết, không dùng tài liệu NGUYÊN TẮC CHUNG VỀ QUẢN LÝ HỆ THỐNG ĐiỆN  Công tác vận hành hệ thống điện  Khái quát chung thiết bị dùng điều khiển lưới điện  Khái quát phương thức vận hành lưới điện NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP & CÔNG SUẤT Q  Những vấn đề chung điều chỉnh Đ.A & công suất phản kháng htđ  Tự động điều chỉnh điện áp CSPK MFĐ đồng (TĐA)  Điều chỉnh điện áp lưới điện truyền tải phân phối Chế độ xác lập đường dây với tụ bù doc Các vấn đề cần quan tâm đường dây có tụ bù dọc ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU Các kết nối đường dây chiều Các biến đổi… ỨNG DỤNG PHẦN TỬ HẠN CHẾ DÒNG ĐIỆN FCL Lịch sử phát triển HTĐ     Năm 1882, Thomas Alva Edison lần đầu thiết lập nhà máy điện Mỹ, với tải 400 bóng đèn, bóng có công suất 83 W Điện áp lúc 110 V chiều (DC=Direct Current) Đồng thời châu ÂU, HTĐ truyền tải, phân phối điện đến phụ tải cho mục đích sử dụng chung Bóng đèn Edison http://www.wikipedia.org Năm 1885, Ferranti thiết kết htđ, nhà máy điện Deptford bên bờ sông Thames để cung cấp điện cho thủ đô London:   Sử dụng dòng điện xoay chiều AC (Alternating Current ), Dùng hệ thống cáp ngầm Điện áp 10kV Lịch sử phát triển HTĐ  Hai yếu tố định đến phát triển HTĐ là:   Sự phát minh MBA (chỉ làm việc với dòng điện xoay chiều) Sự phát minh Từ trường quay: =>động máy phát điện nhiều pha Ngày nay, HTĐ chủ yếu dùng hệ thống dòng điện xoay chiều pha  Phát minh Tesla (US390721): máy phát điện Dynamo http://www.wikipedia.com/ Giới thiệu chung Lịch sử phát triển HTĐ  Các nhân tố định truyền tải công suất xa:       Vấn đề đầu tư/kinh tế Các tiêu chuẩn kĩ thuật vận hành thiết kế Vấn đề tổn thất Vấn đề ổn định Vấn đề điều khiển HTĐ Xuất xu hướng khác việc lựa chọn phương thức truyền tải công suất điện 1 Giới thiệu chung Ví dụ htđ đại PHÁT ĐIỆN IPP    Phụ tải tăng Cạn kiệt tài thiên nhiên Coal fired nguyên Áp lực tối đa hóa lợi ích kinh tế Các HTĐ vận hành gần giới Hạn ổn định, an toàn Hydro plant Nuclear Plant HTĐ khác đ/dây liên lạc TRUYỀN TẢI IPP HTĐ Phi điều tiết HV/MV Tải Công nghiệp Điện phân tán HV/MV Công nghiệp MV/LV MV/LV Gia đình Tòa nhà PHÂN PHỐI NGUYEN DANG TOAN Một số phần tử NMĐ  Nhà Máy điện  Nơi biến đổi lượng sơ cấp (hạt nhân, than/dầu, khí, thủy năng, gió, mặt trời ) thành điện năng, Điện áp đầu cực từ 6-25kV NM hạt nhân NMThủy điện NM địa nhiệt điện NM Nhiệt điện NM pin mặt trời NM phong điện Một số phần tử HTĐ    MBA tăng áp: nâng điện áp đầu cực lên 220-765kV cho mục đích truyền tải điện năng, đường dây dài Nhằm giảm tổn thất, giảm dòng điện tải Các mba trung gian giảm điện áp từ cấp truyền tải xuống khoảng từ 66-150kV Cấp phân phối: giảm điện áp xuống 0,4kV Một số phần tử HTĐ   Đường dây truyền tải siêu cao áp: làm nhiệm vụ truyền tải điện từ nhà máy điện đến vùng phụ tải, thành phố…thường từ 230kV đến 750kV (800kV, 1000kV) Các đ/d truyền tải điện áp cao: 66kV-150kV Sơ đồ hệ thống truyền tải tiêu biểu  HT truyền tải  Mạch vòng     Nhược điểm    Một nút (bus, node) nối với hai đường dây khác Nếu hỏng mạch, mạch khác để mang điện Tăng độ tin cậy cung cấp điện Dòng điện cố lớn Phức tạp vận hành bảo vệ Các đ/d truyền tải   Nối NMĐ với phụ tải Tạo “power pool” để tăng độ tin cậy ccđ Ví dụ trạm biến áp  Các cấp điện áp lưới truyền tải VN    500kV 220kV Các thiết bị chủ yếu TBA  MBA, Máy cắt, DCL, BU,BI      Nút MPĐ MBA Đ/dây Sơ đồ thay Công tác vận hành HTĐ Điều khiển HTĐ làm việc chế độ xác lập Sử lý cố : NM, hỏng thiết bị, nhân tố ngẫu nhiên Lập chương trình vận hành ngắn hạn: tính toán chọn sơ đồ vận hành lưới điện, tinh chỉnh định thiết bị điều khiển, bảo vệ  Sửa chữa, bảo dưỡng: đường dây, trạm biến áp Thực công tác cải tạo, nâng cấp lưới điện Chi phi cho hạng mục đầu chi phí hoạt động bảo dưỡng 12 Mục đích vận hành lưới điện Đảm bảo chất lượng điện áp Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải Đảm bảo hiệu kinh tế cao: tổn thất công suất chế độ max tổn thất điện thấp nhất, phối hợp với nguồn điện đảm bảo chi phí sản xuất nhỏ Đảm bảo an toàn cho lưới điện chế độ bình thường cố 13 Các thiết bị dùng điều khiển lưới điện  Thiết bị điều khiển chế độ bình thường     Máy cắt, dao cách ly, dao cách ly tự động Điều chỉnh điện áp: MBA điều áp tải, máy điều chỉnh điện áp, MBA điều áp tải Tụ bù dọc, tụ bù ngang, kháng bù dọc, kháng bù ngang Thiết bị FACTS: Tụ bù ngang (SVC hình 1), tụ bù dọc, điều khiển tự động, tức thời thyristor   -Thiết bị cân pha hay lọc sóng hài bậc cao điện áp, dòng điện Thiết bị đóng cắt, điều chỉnh điều khiển tự động theo chương trình cho trước hay điều khiển từ xa chỗ nhân viên điều độ 14 Các thiết bị dùng điều khiển lưới điện  Thiết bị bảo vệ điều khiển cố     Bảo vệ rơ le, thiết bị tự đóng lại đường dây điện, Máy cắt, dao cách ly tự động, Tự đóng nguồn dự trữ, tự động xa thải phụ tải Các thiết bị điều khiển điều khiển riêng lẻ tích hợp hệ thống SCADA (hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu - Supervisory Control And Data Acquisition) 15 Tụ bù ngang SVC 16 Phương thức vận hành lưới điện  Điều khiển lưới điện chia làm giai đoạn:  Điều khiển tức thời :     Điều chỉnh kích từ máy phát AVR, máy bù tĩnh SCV, tự động đóng điện lặp lại (relay autocreslose), tự đóng nguồn dự trữ ATS, MBA điều áp tải tự động, Thiết bị tự động theo dõi liên tục thông số cần điều khiển Tự động thay đổi thông số biến thiên giới hạn cho phép Điều khiển tức thời nhằm bảo đảm an toàn cho lưới điện, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải yêu cầu độ tin cậy cao, chất lượng điện áp; Điều khiển chậm: nhân viên vận hành thực Có thể thực thường xuyên tải theo mùa năm, tải 17 Giới thiệu chung 1.4 Tại phải nâng cao hiệu truyền tải điện            Rất nhiều cố tan rã HTĐ liên quan đến khả truyền tải đường dây truyền tải, mât ổn định, tan rã htđ Pháp, 1978, 1987 Bỉ, 1982 Thụy Điển, 1983 Mỹ: Florida 1985, WSCC 1996, NERC 2003 Tokyo-Nhật, 1987 Phần lan, 1992 Thụy Điển/Đan Mạch, 2003 Ý, 2003 Hi Lạp, 2004 Tây Âu 2006  Hậu nghiêm trọng  Ý - 2003:    Mỹ - 2003:    Phụ tải bị cắt: 27GW Thiệt hại tièn: $50 tỉ Phụ tải bị cắt: 65GW 30 để khôi phục hoàn toàn hệ thống Tây Âu  15 triệu người bị ảnh hưởng Hệ thống điện VN?? 18 1.4 Tại phải nâng cao hiệu truyền tải điện  HTĐ truyền tải    Những htđ ngày kết nối với qua hệ thống đ/d liên lạc (tie line, interconnected systems) Được phối hợp điều khiển dòng công suất, tần số Những nhược điểm tồn tại:    Sự xuất nhiều dao động công suất Xuất nhiều mức độ hư hỏng khác Truyền cố từ hệ thống sang HTĐ khác     Sự xuất điện dung đất (cụ thể thành phần thứ tự không) Các đường dây AC cao áp thường có thiết bị bù, Tổn hao công suất tác dụng công suất phản kháng Đang vận hành gần với giới hạn Cần phải nâng cao khả truyền tải 1.4 Khả tải HTĐ đơn giản   Xét HTĐ đơn giản hình vẽ Từ hình vẽ ta có V  E  jXI Tải MPĐ E/_0 V/_  Công suất biểu kiến * *   V  E S  P  jQ  V I*  V  jX V  V(cos   j sin )E *  Được phân tích thành hai thành phần   jX EV j P sin   V  EV cos   jEV sin  X X V2 EV   Q X  X cos  1.4 Khả tải HTĐ đơn giản  Để nâng cao công suất tác dụng EV P sin   Để nâng cao công suất phản kháng V EV Q X   Tăng E, V (nâng cao điện áp truyền tải, 220kV, 400kV 500kV, 765kV…) Giảm X        Một giải pháp khác là: Sử dụng đường dây chiều   Gần với phụ tải Bù dọc với tụ bù Facts Bù công suất phản kháng  Nâng cao sin cos  X X Giảm tổn thất công suất phản kháng  Tụ bù dọc Bù thông minh (FACTS)  Bù ngang với tụ Dùng FACTS Một giải pháp khác là: Sử dụng đường dây chiều [...]... cho lưới điện, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải yêu cầu độ tin cậy cao, chất lượng điện áp; Điều khiển chậm: nhân viên vận hành thực hiện Có thể thực hiện thường xuyên từng giờ dưới tải hoặc theo mùa trong năm, ngoài tải 17 1 Giới thiệu chung 1.4 Tại sao phải nâng cao hiệu quả truyền tải điện năng            Rất nhiều sự cố tan rã HTĐ liên quan đến khả năng truyền tải của... bị ảnh hưởng Hệ thống điện VN?? 18 1.4 Tại sao phải nâng cao hiệu quả truyền tải điện  HTĐ truyền tải    Những htđ ngày nay được kết nối với nhau qua hệ thống đ/d liên lạc (tie line, interconnected systems) Được phối hợp và điều khiển dòng công suất, tần số Những nhược điểm tồn tại:    Sự xuất hiện nhiều dao động công suất Xuất hiện nhiều mức độ hư hỏng khác nhau Truyền sự cố từ hệ thống này sang... cải tạo, nâng cấp lưới điện Chi phi cho 4 hạng mục đầu là chi phí hoạt động và bảo dưỡng 12 Mục đích của vận hành lưới điện 1 2 3 4 Đảm bảo chất lượng điện áp Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải Đảm bảo hiệu quả kinh tế cao: tổn thất công suất trong chế độ max và tổn thất điện năng thấp nhất, phối hợp với nguồn điện đảm bảo chi phí sản xuất nhỏ nhất Đảm bảo an toàn cho lưới điện trong chế... EV   Q X  X cos  1.4 Khả năng tải của HTĐ đơn giản  Để nâng cao công suất tác dụng EV P sin   Để nâng cao công suất phản kháng V 2 EV Q X   Tăng E, V (nâng cao điện áp truyền tải, 220kV, 400kV 500kV, 765kV…) Giảm X        Một giải pháp khác là: Sử dụng đường dây một chiều   Gần với phụ tải Bù dọc với tụ bù hoặc Facts Bù công suất phản kháng  Nâng cao sin cos  X X Giảm tổn thất... sang HTĐ khác     Sự xuất hiện điện dung đối với đất (cụ thể là thành phần thứ tự không) Các đường dây AC cao áp thường có các thiết bị bù, Tổn hao cả công suất tác dụng và công suất phản kháng Đang được vận hành gần với giới hạn Cần phải nâng cao khả năng truyền tải 1.4 Khả năng tải của HTĐ đơn giản   Xét HTĐ đơn giản như hình vẽ Từ hình vẽ ta có V  E  jXI Tải MPĐ E/_0 V/_  Công suất biểu... tích hợp trong hệ thống SCADA (hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu - Supervisory Control And Data Acquisition) 15 Tụ bù ngang SVC 16 Phương thức vận hành lưới điện  Điều khiển lưới điện chia làm 2 giai đoạn:  Điều khiển tức thời :     Điều chỉnh kích từ ở máy phát AVR, máy bù tĩnh SCV, tự động đóng điện lặp lại (relay autocreslose), tự đóng nguồn dự trữ ATS, MBA điều áp dưới tải tự... tải của đường dây truyền tải, mât ổn định, tan rã htđ Pháp, 1978, 1987 Bỉ, 1982 Thụy Điển, 1983 Mỹ: Florida 1985, WSCC 1996, NERC 2003 Tokyo-Nhật, 1987 Phần lan, 1992 Thụy Điển/Đan Mạch, 2003 Ý, 2003 Hi Lạp, 2004 Tây Âu 2006  Hậu quả rất nghiêm trọng  Ý - 2003:    Mỹ - 2003:    Phụ tải bị cắt: 27GW Thiệt hại về tièn: $50 tỉ Phụ tải bị cắt: 65GW 30 giờ để khôi phục hoàn toàn hệ thống Tây Âu  15... lưới điện  Thiết bị điều khiển chế độ bình thường     Máy cắt, dao cách ly, dao cách ly tự động Điều chỉnh điện áp: MBA điều áp dưới tải, máy điều chỉnh điện áp, MBA điều áp ngoài tải Tụ bù dọc, tụ bù ngang, kháng bù dọc, kháng bù ngang Thiết bị FACTS: Tụ bù ngang (SVC hình 1), tụ bù dọc, điều khiển tự động, tức thời bằng thyristor   -Thiết bị cân bằng pha hay lọc các sóng hài bậc cao của điện. .. trạm biến áp  Các cấp điện áp của lưới truyền tải VN    500kV 220kV Các thiết bị chủ yếu trong TBA  MBA, Máy cắt, DCL, BU,BI      Nút MPĐ MBA Đ/dây Sơ đồ thay thế Công tác vận hành HTĐ 1 2 3 Điều khiển HTĐ làm việc trong chế độ xác lập Sử lý các sự cố : NM, hỏng thiết bị, các nhân tố ngẫu nhiên Lập chương trình vận hành ngắn hạn: tính toán chọn sơ đồ vận hành của lưới điện, tinh chỉnh định... cao của điện áp, dòng điện Thiết bị đóng cắt, điều chỉnh điều khiển tự động theo chương trình cho trước hay điều khiển từ xa hoặc tại chỗ bởi các nhân viên điều độ 14 Các thiết bị dùng điều khiển lưới điện  Thiết bị bảo vệ và điều khiển khi sự cố     Bảo vệ rơ le, thiết bị tự đóng lại đường dây điện, Máy cắt, dao cách ly tự động, Tự đóng nguồn dự trữ, tự động xa thải phụ tải Các thiết bị điều