Bài giảng Vận hành và điều khiển hệ thống điện - Chương 1: Đại cương về hệ thống điện

Bài giảng Vận hành và điều khiển hệ thống điện - Chương 1: Đại cương về hệ thống điện trình bày khái niệm chung; các đặc điểm của hệ thống điện; các mục tiêu chính của vận hành hệ thống điện; các yêu cầu về chất lượng điện năng; so sánh giữa điều khiển tập trung và điều khiển phân tán; phân cấp điều khiển trong hệ thống điện...

VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN Chương Đại Cương Hệ Thống Điện Võ Ngọc Điều Bộ môn Hệ Thống Điện Trường ĐH Bách Khoa TP HCM Email: vndieu@hcmut.edu.vn I Khái niệm chung * Vận hành hệ thống điện (HTĐ) tập hợp thao tác nhằm trì chế độ làm việc bình thường HTĐ để đáp ứng yêu cầu chất lượng, độ tin cậy tính kinh tế Các đặc điểm HTĐ Các yêu cầu HTĐ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Các đặc điểm HTĐ Cấu trúc HTĐ Tổ máy phát Trạm biến áp Đường dây Trạm biến áp Phụ tải ~ Sản xuất điện (NGUỒN) Truyền tải & phân phối điện (LƯỚI) Tiêu thụ điện (TẢI) * Cấu trúc nguồn điện * Cấu trúc lưới hệ thống Hệ thống điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cấu trúc nguồn điện Nguồn điện tổ hợp nhà máy loại: Tổ máy phát ~ - Nhà máy thủy điện - Nhà máy nhiệt điện Sản xuất điện (NGUỒN) - Nhà máy điện nguyên tử - Nhà máy điện gió - Nhà máy điện mặt trời … Thủy điện Nhiệt điện Điện hạt nhân Điện gió Điện mặt trời CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cấu trúc lưới hệ thống điện Trạm biến áp Đường dây Trạm biến áp Truyền tải & phân phối điện (LƯỚI) Lưới hệ thống điện gì? Lưới hệ thống điện hệ bao gồm trạm biến áp đường dây sử dụng để liên kết nguồn phụ tải Phụ tải điện Phụ tải hệ thống điện ? Phụ tải Phụ tải điện thiết bị hay tập hợp khu vực gồm nhiều thiết bị sử dụng điện để biến đổi thành dạng lượng khác quang năng, nhiệt năng, năng, hóa năng, … Tiêu thụ điện (TẢI) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Các mục tiêu vận hành HTĐ * Cân công suất: Công suất phát PHẢI luôn cân với công suất yêu cầu phụ tải Tổng công suất phát(t) = Tổng công suất yêu cầu phụ tải(t) * An ninh HTĐ: Các dịng phân bố cơng suất qua phần tử HTĐ PHẢI không vượt giới định mức cho phép chúng Pg1(t) Pg2(t) Pl1(t) Các mạng truyền tải phân phối Pl2(t) Pgn(t) PG(t) Plm(t) Các mạng truyền tải phân phối PL(t) Sơ đồ thu gọn HTĐ 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Các yêu cầu chất lượng điện Điều chỉnh tần số: Tần số hệ thống phải ln ln trì giới hạn cho phép f < f(t) < f max Điều chỉnh điện áp: Điện áp nút phải ln ln trì giới hạn vận hành cho phép chúng Vmin < V(t) < Vmax 11 • Các hình thức điều khiển HTĐ: – Điều khiển tập trung (Dựa vào liệu diện rộng) – Điều khiển phân tán (Dựa vào liệu cục bộ) • Điều khiển HTĐ mang tính chất phân cấp: – Có thể sử dụng hai chiến lược điều khiển tập trung điều khiển phân tán – Các kiện chậm thường thực điều khiển tập trung – Các kiện nhanh thường giải điều khiển phân tán 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt So sánh điều khiển tập trung điều khiển phân tán Hệ thống điều khiển tập trung HTĐ Phát Truyền tải Phân phối Các hệ thống bảo vệ Các hệ thống bảo vệ Các hệ thống bảo vệ Hộ tiêu thụ 13 • Điều khiển tập trung thực bởi: - Các kỹ sư vận hành - Các phần mềm dựa hệ thống máy tính như: * SCADA (Supervisory control and data acquisition) * EMS (Energy Management System) • Điều khiển phân tán thực đo lường cục thông qua: – Các hệ thống điều khiển tương tự (analog control) truyền thống – Các hệ thống vi xử lý • Các hệ thống bảo vệ phần lớn dựa phương thức điều khiển phân tán 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt * Phân cấp điều khiển HTĐ – – – – – – – Device Remote Terminal Unit (RTU) Master station (MS) Regional control centers Utility control center Pool control center Interconnection coordinator 15 Cấu trúc điều khiển phân cấp HTĐ Interconnection Coordinator Pool Control Center PS Utility Controls Control Center Regional Control Center … Regional Control Center MS … MS MS … MS RTU … RTU RTU … RTU Device … Device Device … Device 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Các trường hợp sử dụng điều khiển tập trung: – Điều chỉnh tần số – Điều phối công suất phát nhà máy điện – Đánh giá nâng cao an ninh HTĐ – Quy hoạch nguồn phát 17 Các trường hợp sử dụng điều khiển phân bố: – Điều khiển tốc độ máy phát – Điều khiển điện áp đầu cực máy phát – Bảo vệ thiết bị chống lại cố dịng q áp 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tóm lại: a Quá trình sản xuất tiêu thụ điện diễn đồng thời b HTĐ hệ thống phần tử HTĐ Chúng ln ln có mối liên hệ mật thiết với 19 c Các trình diễn HTĐ nhanh d HTĐ có liên quan mật thiết đến tất ngành lĩnh vực sản xuất sinh hoạt nhân dân e HTĐ phát triển liên tục không gian thời gian 20 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt III Khái quát HTĐ Việt Nam Sơ đồ phân bố nguồn nhiên liệu 03 vùng sau: Phân bổ nguồn nhiên liệu – M Bắc 51 III Khái quát HTĐ Việt Nam Sơ đồ phân bố nguồn nhiên liệu 03 vùng sau: Phân bổ nguồn nhiên liệu – M Trung 52 26 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt III Khái quát HTĐ Việt Nam Sơ đồ phân bố nguồn nhiên liệu 03 vùng sau: Phân bổ nguồn nhiên liệu – M Nam 53 III Khái quát HTĐ Việt Nam Sơ đồ phân bố chung nước sau 54 27 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt III Khái quát HTĐ Việt Nam Sơ đồ phân bố chung nước sau 55 III Khái quát HTĐ Việt Nam Công suât đặt loại nhà máy năm 2008 56 28 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt III Khái quát HTĐ Việt Nam Tương quan công suất đặt – tải qua năm (từ 2000 đến 2010) 57 III Khái quát HTĐ Việt Nam Chế độ vận hành NMĐ - Thuỷ điện: Theo đặc tính vận hành tổ máy Có khả ngừng khởi động thường xuyên Có khả chạy bù Có khả điều tần (Hồ Bình, Trị An, Đa Nhim, ) - Nhiệt điện than dầu, GT+ST Theo đặc tính vận hành tổ máy Vận hành điều chỉnh tốc độ tăng giảm tải chậm - Gasturbine chạy khí dầu: Theo đặc tính vận hành tổ máy Vận hành liên tục phủ đỉnh 58 29 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt III Khái quát HTĐ Việt Nam Chế độ khai thác NMĐ - Thuỷ điện Theo điều tiết hồ chứa Theo ràng buộc hợp đồng mua bán điện Kế hoạch sửa chữa lớn thường bố trí vào mùa khơ sản lượng so với mùa lũ - Nhiệt điện than dầu Theo ràng buộc hợp đồng mua bán điện Huy động cao mùa khô, huy động tối thiểu mùa lũ (đảm bảo công suất đỉnh, chống tải, bù điện áp ) Kế hoạch sửa chữa lớn thường bố trí vào mùa lũ 59 III Khái quát HTĐ Việt Nam Chế độ khai thác NMĐ - Gasturbine chạy dầu: Theo ràng buộc hợp đồng mua bán điện Chạy chế độ phủ đỉnh, chống tải, bù áp theo yêu cầu đặc biệt khác Huy động lấy sản lượng thiếu điện mùa khô Kế hoạch sửa chữa theo EOH (số vận hành tương đương) - Gasturbine chạy khí hơi: Theo ràng buộc hợp đồng mua bán điện Huy động cao mùa khô, giảm khai thác mùa lũ (đảm bảo công suất đỉnh, chống tải, bù điện áp ) Kế hoạch sửa chữa theo EOH (số vận hành tương đương) 60 30 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt III Khái quát HTĐ Việt Nam Quản lý công tác nguồn 61 III Khái quát HTĐ Việt Nam Thứ tự khai thác nguồn điện 62 31 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt III Khái quát HTĐ Việt Nam Thứ tự khai thác nguồn điện 63 III Khái quát HTĐ Việt Nam Tổng quan hệ thống truyền tải 64 32 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt III Khái quát HTĐ Việt Nam Chiều dài đường dây 65 III Khái quát HTĐ Việt Nam Trạm biến áp năm 2008 Cấp điện áp 500 kV 220 kV Số trạm Dung lượng (MVA) Số trạm Dung lượng (MVA) M Bắc M Trung M Nam Tổng cộng 11 2250 1350 3450 7050 29 34 72 6314 1814 9716 17844 66 33 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt III Khái quát HTĐ Việt Nam Nhập điện Nhập điện từ Trung Quốc cung cấp cho số phụ tải miền Bắc: - Qua đường dây 110 kV: 150MW, 2,5 triệu kWh/ngày - Qua đường dây 220kV:350MW, 6,8 triệu kWh/ngày HĐ mua bán điện TQ qua đường dây 220kV: - Qua đường dây Mã Quan - Hà Giang: Công suất tối đa 200 MW sản lượng điện năm 700 triệu kWh (từ 30/04/2007 đến 30/04/2008) năm tỉ kWh 31/12/2010 - Qua đường dây Hà Khẩu - Lào Cai: Công suất tối đa 250-300 MW sản lượng điện năm từ 2007 từ 1,1 đến 1,3 tỉ kWh (tính từ ngày vận hành thương mại) 67 III Khái quát HTĐ Việt Nam Xuất điện Xuất điện sang Camphuchia: - Ngày 24/07/2000 ký PPA mua bán điện cấp điện áp cao EVN EDC qua đường dây: Thốt Nốt – Châu Đốc – Takeo – Phnom Penh với công suất sau: - Từ 2003-2005: 80 MW - Sau 2005: 200 MW - EDC PC2 ký hợp đồng mua bán điện cấp điện áp trung áp, cung cấp điện cho địa phương Campuchia nằm gần biên giới nước - Hội thảo EVN EDC ngày 29/10/2003 điều chỉnh số điều PPA - Thời gian thực mua bán điện: giai đoạn (80MW) thực từ 2007 – 2008, giai đoạn (200 MW) thực từ 2009 68 34 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt III Khái quát HTĐ Việt Nam Sơ lược hệ thống quản lý khó khăn Mơ hình cũ 69 III Khái quát HTĐ Việt Nam Sơ lược hệ thống quản lý khó khăn Quan hệ đơn vị 70 35 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt III Khái quát HTĐ Việt Nam Sơ lược hệ thống quản lý khó khăn Cơ cấu ngành điện dự kiến 71 III Khái quát HTĐ Việt Nam Sơ lược hệ thống quản lý khó khăn Mơ hình nhóm nhà máy điện 72 36 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt III Khái quát HTĐ Việt Nam Sơ lược hệ thống quản lý khó khăn Lộ trình phát triển thị trường 73 III Khái quát HTĐ Việt Nam Trung tâm điều độ HTĐ Quốc gia Bao gồm bốn trung tâm: Cơ quan Trung tâm điều độ HTĐ Quốc gia Trung tâm điều độ HTĐ miền Bắc Trung tâm điều độ HTĐ miền Trung Trung tâm điều độ HTĐ miền Nam 74 37 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt III Khái quát HTĐ Việt Nam Cơ quan A0 75 III Khái quát HTĐ Việt Nam Nhiệm vụ A0: Huy động nguồn điện, điều độ kinh tế Điều chỉnh tần số, điện áp Giám sát vận hành hệ thống điện Quốc gia Giám sát hợp đồng mua bán điện, mua bán khí Tham gia thương thảo, sửa đổi ký kết hợp đồng mua bán điện Vận hành thị trường điện 76 38 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt III Khái quát HTĐ Việt Nam Phòng điều khiển A0 77 III Khái quát HTĐ Việt Nam Khó khăn thách thức - Tỉ lệ tăng trưởng phụ tải cao (~13%) - Nguồn, lưới vào chậm, không đáp ứng tiến độ đề - Khơng có dự phòng nguồn vài năm tới - Tỉ lệ nhà máy thuỷ điện lớn nên việc cấp điện ảnh hưởng nhiều thời tiết yếu tố bất định - Đang giai đoạn chuyển dần sang chế thị trường: - Tái cấu ngành điện - Thiết kế thị trường - Chuyển dần từ chế điều khiển tập trung sang chế cạnh tranh lĩnh vực phát điện 78 39 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt III Khái quát HTĐ Việt Nam Vận hành nhà máy thuỷ điện: - Thuỷ điện bậc thang - Giới hạn sản lượng đảm bảo - Giới hạn nhiên liệu - Thứ tự tăng giảm tổ máy TBK? - Có nên chuyển đổi sang DO thiếu khí? - Nhiều dạng hợp đồng - Hợp đồng có hai thành phần giá điện - Hợp đồng bao tiêu - Các giới hạn hợp đồng - Tỉ lệ nhà máy điện ngành tăng nhanh 79 40 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... trung điều khiển phân tán Hệ thống điều khiển tập trung HTĐ Phát Truyền tải Phân phối Các hệ thống bảo vệ Các hệ thống bảo vệ Các hệ thống bảo vệ Hộ tiêu thụ 13 • Điều khiển tập trung thực bởi: -. .. nguồn điện Nguồn điện tổ hợp nhà máy loại: Tổ máy phát ~ - Nhà máy thủy điện - Nhà máy nhiệt điện Sản xuất điện (NGUỒN) - Nhà máy điện nguyên tử - Nhà máy điện gió - Nhà máy điện mặt trời … Thủy điện. .. thức điều khiển HTĐ: – Điều khiển tập trung (Dựa vào liệu diện rộng) – Điều khiển phân tán (Dựa vào liệu cục bộ) • Điều khiển HTĐ mang tính chất phân cấp: – Có thể sử dụng hai chiến lược điều khiển