Đang tải... (xem toàn văn)
This paper presents an algorithm and a method to determine the optimal open points of loops, analyses and selects the proper modes of operation as well as investigates the[r]
(1)Tạp chí KHKT Nông nghiệp 2007: Tập V, Số 2: 71-79 Đại học Nông nghiệp I
Nghiên cứu ảnh h−ởng nguồn thủy điện vừa nhỏ đến chế độ vận hành l−ới điện phân phối vùng nông thôn
Research on the influence of mini and micro hydro-power plants on the distribution network in rural areas
TrÞnh Träng Ch−ëng1
SUMMARY
In the future, energy sources such as: solar power, wind power, mini and micro hydro-power plants will play a more and more important role in the liberalized electricity market It should have a significant influence on the power flow, voltage profile and the power quality
Rural areas of Vietnam have height potentiality of mini and micro hydro-power plants with power MW to 30 MW However there are still few researches on the influence of mini and micro hydro-power plants on the distribution network This requires a suitable tool to analyze the influence of such technologies on the distribution system This paper presents an algorithm and a method to determine the optimal open points of loops, analyses and selects the proper modes of operation as well as investigates the influence of mini and micro hydro-power plants on the distribution network in rural areas
Key words: Distribution network, mini and micro hydro-power, network reconfiguration
1 ĐặT VấN Đề1
Qua cỏc cụng tỏc nghiên cứu quy hoạch b−ớc đầu cho thấy tiềm thủy điện vừa nhỏ (TĐN) n−ớc ta phong phú Hiện phong trào xây dựng TĐN phát triển rộng khắp tỉnh thành có tiềm thủy điện với quy mô công suất từ kW đến hàng ngàn kW Kết quy hoạch TĐN với quy mơ cơng suất lớn MW có 409 cơng trình, phạm vi phân bố chủ yếu tỉnh miền núi phía Bắc, miền Trung, khu vực Tây nguyên Tây Nam Bộ với tổng công suất 2.873,74 MW, điện đạt 13,403 tỷ kWh Tổng cộng có 173 cơng trình có quy mơ cơng suất lắp máy từ MW trở lên để xem xét đầu t− xây dựng với tổng công suất lắp máy 2296 MW với điện l−ợng trung bình hàng năm 10,470 tỷ kWh, có 140 cơng trình có tiêu B/C > (Nguyễn Huy Hoạch, 2005)
1 Khoa Hệ thống điện, Đại học Công nghiệp Hà Nội
Đây nguồn lợng dồi dào, quan trọng bổ sung cho lới điện quốc gia cấp điện cho vùng cha có lới điện quốc gia vơn tới Trong công phát triển kinh tế nông thôn miền núi việc khai thác hợp lý nguồn TĐN phục vụ nhu cầu cho phụ tải khu vực trở thành nhu cầu cấp bách, đem lại hiệu cao
(2)TrÞnh Träng Ch−ëng
chế độ vận hành l−ới điện phân phối cần
xác định chế độ phụ tải khác ngày (cực đại, trung bình, cực tiểu) điều kiện chn im m mch vũng hp lý
2 PHƯƠNG PH¸P NGHI£N CøU
Nội dung ph−ơng pháp nghiên cứu xác định mức độ thâm nhập TĐN vào hệ thống phân phối điện, cho tăng dần tỷ tham gia TĐN để quan sát diễn biến điện áp nút Để lập đ−ờng cong tổn thất công suất, tiến hành chia đồ thị phụ tải thành vùng: phụ tải cực đại (17h - 22h), phụ tải trung bình (06h - 17h), phụ tải cực tiểu (22h - 06h), sau tính tốn chế độ xác lập chế độ ứng với mức độ thâm nhập TĐN
Xác định mức độ thâm nhập TĐN vào hệ thống phân phối điện
Khi cơng trình TĐN đ−ợc xây dựng ngày nhiều mức độ thâm nhập TĐN vào hệ thống phân phối điện ngày lớn để đáp ứng nhu cầu phụ tải ngày tăng Vấn đề đặt mức độ thâm nhập TĐN chấp nhận đ−ợc xét độ tin cậy, mức độ ổn định, chế độ vận hành Tr−ờng hợp ban đầu khơng có kết nối TĐN với l−ới, sau tăng dần mức độ tham gia TĐN từ 1-2- -n nhà máy (hoặc xác định theo % tham gia TĐN: 0%-:-100%) Mức độ thâm nhập xem nh− tỷ số l−ợng phát điện tổng TĐN với tổng nhu cầu phụ tải:
Mức độ thâm nhập % = ∑ ì
∑TDNT
P
100
P (1)
Trong đó:
PTDN: công suất phát thủy điện nhỏ,
MW
PT: công suất phụ tải, MW
Vi gi thit tổng nhu cầu phụ tải khổng đổi khoảng thời gian xét điều dẫn đến giảm công suất phát từ nhà máy điện trung tâm hệ thống điện (HTĐ)
quốc gia (do có cân công suất l−ợng phát tiêu thụ thời điểm) Nếu hệ thống điện thời khơng đủ mạnh điều gây nhiều vấn đề liên quan đến chế độ vận hành, độ tin cậy chí mức độ cao ổn định HTĐ; điều địi hỏi có l−ợng cơng suất dự trữ đủ lớn khoảng (10 - 15)% (Belmans, 2004)
H×nh Sù tham gia nguồn TĐN làm giảm công suất phát nhà máy điện
trung tâm
Một hệ thống phân phối đ−ợc đặt d−ới áp lực có tham gia TĐN chế độ vận hành đ−ợc áp dụng chung hay riêng biệt Chỉ tiêu tổn thất điện tổn thất điện áp coi nh− ph−ơng thức để xem xét hệ thống có chấp nhận tham gia TĐN hay không Công việc đ−ợc lặp lặp lại tiêu xem xét v−ợt mức cho phép, từ xác định đ−ợc mức độ tham gia tối a ca TN
Chọn điểm mở mạch vòng hợp lý điều kiện có nhiều nguồn TĐN
i với l−ới điện địa ph−ơng đ−ợc cấp điện từ l−ới điện quốc gia kết hợp với nhà máy thủy điện, tổn thất điện l−ới điện phụ thuộc vào chế độ phụ tải phụ thuộc nhiều vào chế độ phát thủy điện Xét l−ới phân phối, giả sử kết tính tốn tổn thất điện l−ới ph−ơng án đ−ợc cho Bảng I Từ bảng tổng hợp ta cần chọn ph−ơng án l−ới điện có ∆Amax (tổn thất điện lớn nhất, kWh)
làm ph−ơng án tìm điểm mở tối −u Việc tìm điểm mở tối −u ứng với việc xác định đ−ợc
Trung t©m
nguồn NLM
(3)Nghiên cứu ảnh hởng nguồn thủy điện vừa nhỏ cấu hình lới điện hợp lý có Pmin
phng án có ∆Amax để giảm thiểu l−ợng tổn
thất điện l−ới ứng với chế độ gây thiệt hại kinh tế lớn (Rubin and Dragoslav,1997; Tr−ơng Việt Anh, 2004) Đối với ph−ơng án khác điểm mở tối −u khác với ph−ơng án có ∆Amax, nhiên
trong điều kiện vận hành thực tế khó thay đổi điểm mở liên tục ngày đêm, nên điểm mở th−ờng đặt gần nh− cố định xuất thay đổi lớn cấu hình l−ới hay thơng số phụ tải tính lại Các b−ớc tính tốn chế độ xác lập l−ới điện phân phối đ−ợc trình bày theo Trần Bách (2005)
Bảng Các phơng án xem xét
Ch phát
của TĐN Chế độ phụ tải ∆A (kWh/năm)
Pmax ∆A1
Pt.b ∆A2
PFmax (mïa lò)
Pmin ∆A3
Pmax ∆A4
Pt.b×nh ∆A5
PFmin (mïa kh«)
Pmin ∆A6
Ghi chú: PFmax: công suất phát cực đại thủy điện nhỏ mùa lũ, MW PFmin: công suất phát cực tiểu thủy
điện nhỏ mùa khô, MW Pmax: phụ ti cc i, MW
Ptb: phụ tải trung bình, MW
Pmin: phơ t¶i cùc tiĨu, MW
Trong mạch vịng kín có nhiều dao cách ly (DCL), cần xác định chọn DCL mở để đ−a l−ới điện trạng thái hình tia với hàm mục tiêu tổn thất công suất nhỏ nh−ng đảm bảo điều kiện khác nh−: cung cấp điện đầy đủ cho phụ tải, không gây tải cho phần tử hệ thống, điện áp nút phải nằm phạm vi cho phép Thứ tự −u tiên chọn mạch vịng kín để tính tốn chọn điểm mở DCL từ mạch có dịng tải lớn đến mạch có dịng tải bé (Rubin and Dragoslav,1997) Tính tốn tổn thất điện l−ới điện chế độ, kết cho biết tổn thất điện lớn tr−ờng hợp Từ lựa chọn đ−ợc chế độ xác lập l−ới sở để tìm điểm mở hợp lý
3 ảNH HƯởNG CủA NHà MáY TĐN ĐếN DIễN BIếN ĐIệN áP Và TổN THấT CÔNG SUấT CủA MạNG ĐIệN PHÂN PHốI
3.1 S thay i điện áp nút kết nối nút lân cận
Công suất tác dụng phát máy phát TĐN làm tăng điện áp công suất phản kháng phát làm giảm nút kết nối nút lân cận S− thay đổi giá trị điện áp
U
∆ điểm kết nối NLM đ−ợc xác định (Bellman et al, 2004):
}
{
( ) ( ) /
∆
= NLM − Tj ij + NLM − Tj ij
U
P P R Q Q X U
U (2)
Trong đó: ,
NLM NLM
P Q : Công suất phát tác dụng công suất phát phản kháng TĐN ,
Tj Tj
P Q : C«ng suÊt tải tác dụng công suất tải phản kháng U : Điện áp nút điểm kết nối TĐN
: ij ij
ij R jX
(4)TrÞnh Träng Ch−ëng
Hình Các b−ớc chọn chế độ vận hành Hình Các b−ớc tìm điểm mở hợp lý
3.2 Sự thay đổi tổn thất công suất
Tr−ơng Việt Anh (2004) cho thay đổi công suất phát TĐN làm thay đổi dịng cơng suất nhánh Điều dẫn đến dịng điện chạy nhánh thay đổi làm thay đổi l−ợng tổn thất công suất mạng điện nh− sau:
2 *
Re i ( m n) loop i
i D i D
P I U U R I
∈ ∈
∆ = − +
∑ ∑
Trong đó:
D: Tập nút tải đ−ợc đổi nhánh Ii: Dòng tải nút thứ i
Em, En: Tỉn thÊt ®iƯn áp thành phần
điện trở gây nút m, n
Rloop: Tổng điện trở vßng kÝn
đóng khố điện
Từ giá trị tổn thất công suất dễ dàng xác định đ−ợc tổn thất điện thông qua giá trị thời gian sử dụng công suất lớn năm Tmax
4 KếT QUả TíNH TOáN áP DụNG
áp dụng cho xuất tuyến 371 trạm 110kV
Tằng Lống - Lµo Cai
Lộ 371 trạm 110 kV Tằng Loỏng, Lào Cai, chiều dài trục 60 km, cung cấp điện cho phụ tải huyện Văn Bàn phần huyện Bảo Thắng tỉnh Lào Cai Công suất cực đại đạt 11,6 MW (Nguyễn Đăng Diễn cs, 2004) Hình lần l−ợt sơ đồ sợi đồ thị phụ tải ngày 25/11/2006 Nhập công suất phụ tải chế độ khác
nhau, công suất phát thủy điện
úng tất DCL sơ đồ để tạo lập li in kớn
Giải toán phân bố công suất
Tính toán tổn thất điện lới
So sánh để chọn chế độ vận hành li in cú tn tht in nng
trong năm lớn
Nhập công suất trung bình phụ tải công suất phát thủy điện chế
độ phát hạn chế vào mùa nắng
§ãng tất DCL lới điện
Giải toán phân bố công suất
Mở DCL mạch vòng có dòng điện qua bé
Giải toán phân bố công suất cho lới điện
Vi phạm điều kiện vận hành
Kết
Đóng DCL vừa mở, mở DCL có dòng điện bé
tiếp theo
Lới điện hình tia Có Không
(5)Nghiên cứu ảnh hởng nguồn thủy điện vừa nhỏ lộ 371 Trên đờng trục cña lé 371 cã kÕt
nối với thủy điện Phú Mậu (tại địa điểm xã Liêm Phú - Văn Bàn, Lào Cai) đ−ợc đ−a vào sử dụng hoà l−ới điện 35 kV ngày 21/11/2006 Thủy điện Phú Mậu có cơng suất lắp máy 6,0 MW, cơng suất đảm bảo 1,0 MW Vị trí dao cắt đặt vị trí nút 18 19 Hình
Cho tăng dần cơng suất phát thủy điện Phú Mậu từ công suất đảm bảo lên công suất lắp máy (1,0 MW- 6,0 MW ), tiến hành quan sát diễn biến điện áp tất nút lộ 371 Xác định tổn thất công suất tác dụng tr−ờng hợp lập đ−ờng cong tổn thất công suất tác dụng Kết xác định đ−ợc trình bày hình 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
1
10
11
12
13
14
15 16 17
18
19 20 21 22 23 24
25
26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
0 10 12 14
1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
giê
Hình Sơ đồ sợi lộ 371 Hình Đồ thị phụ tải lộ 371
31 32 33 34 35 36 37
1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
nót
1 1.6 2.5 3.5
4 4.5 5.5
31 32 33 34 35 36 37
1 10 11 12 13 14 15 16 17 25 26 27 28 29 30 31 32 33 nót
U
,k
V
1 1.6 2.5 3.5
4 4.5 5.5
Hình Diễn biến điện áp nút nhánh có TĐN phụ tải cực đại
(6)TrÞnh Träng Ch−ëng
33 33.5 34 34.5 35 35.5 36 36.5 37
1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
nót
U
,k
V
1 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5
33 33.5 34 34.5 35 35.5 36 36.5 37
1 10 11 12 13 14 15 16 17 25 26 27 28 29 30 31 32 33 nut
1 1.5 2.5 3.5
4.5 5.5
H×nh Diễn biến điện áp nút nhánh có TĐN phụ tải trung bình
Hình Diễn biến điện áp nút nhánh TĐN phụ tải trung bình
34 34.5 35 35.5 36 36.5 37 37.5 38
1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
nót
1 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5
34.5 35 35.5 36 36.5 37 37.5
1 10 11 12 13 14 15 16 17 25 26 27 28 29 30 31 32 33
nót
U
,k
V
1 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5
H×nh 10 Diễn biến điện áp nút nhánh có TĐN phụ tải cực tiểu
Hình 11 Diễn biến điện áp nút nhánh TĐN phụ tải cùc tiÓu
Để khảo sát mức độ tổn thất điện chế độ phụ tải khác nhau, tiến hành chia đồ thị phụ tải thành vùng, tính tốn tìm chế độ có tổn thất điện lớn
vïng Pmax = (3,12 - 11,55) MW
Thêi gian: 17-:-22 h vïng Pmin = (2,38 - 3,11) MW
Thêi gian: 22-:-06 h vïng Ptb = (3,11 - 8,88) MW
Thêi gian: 06-:-17 h
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
1 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5
P (P hu M au),M W
tai max tai tb tai
(7)Nghiªn cøu ảnh hởng nguồn thủy điện vừa nhỏ
Bảng Tổn thất điện l−ới chế độ phụ tải khác
Thêi gian
Thời gian Chế độ vận hành ΣPf,
MW
ΣQf,
MVAR
ΣPf (T§),
MW
ΣQf (T§), MVAR
ΣPpt,
MW
ΣQpt,
MVAR
P,
MW
h/ngày ng/năm
∆A,
kWh
Mïa m−a 726
Phụ tải cực đại (max) 14,21 7,62 3,16 14,0 7,37 0,21 150 157,5 Phụ tải trung bình (TB) 9,98 5,24 3,16 9,81 5,16 0,17 11 150 280,5 Phụ tải cực tiểu (min) 5,85 3,06 3,16 5,61 2,95 0,24 150 288
Mïa kh« 728,9
Phụ tải cực đại (max) 14,3 8,11 0,53 14,0 7,37 0,3 215 322,5 Phụ tải trung bình (TB) 9,94 5,36 0,53 9,79 5,16 0,15 11 215 354,8 Phụ tải cực tiểu (min) 5,64 2,87 0,53 5,61 2,95 0,03 215 51,6
Dựa theo kết xác định trào l−u công suất chế độ vận hành lộ 371 chế độ xác lập ta thấy: chế độ phụ tải trung bình cơng suất phát nhà máy thủy điện mùa khô ph−ơng án ứng với tổn thất điện lớn Do chọn chế độ phụ tải trung bình lúc nhà máy thủy
điện phát vào mùa khơ để xét tìm điểm mở hợp lý l−ới Điểm mở đ−ợc lựa chọn dòng điện chạy nhánh nhỏ mạch vịng kín đồng thời cho mức tổn thất điện áp tổn thất công suất nhỏ (Bảng Bảng 4)
Bảng Kết xác định phõn b cụng sut trờn cỏc nhỏnh
Nhánh Công st, MVA I, A ∆U, kV §iĨm më lùa chän
1-2 8,96+j4,80 278,5 0,24
2-3 8,89+j4,72 277,7 0,12
3-4 8,59+j4,55 268,9 0,12
4-5 8,43+j4,45 264,7 0,12
5-6 8,36+j4,41 262,9 0,11
6-7 8,09+j4,24 255,2 0,22
7-8 4,51+j2,33 142,7 0,19
8-9 4,28+j2,19 136,1 0,06
9-10 4,16+j2,13 132,1 0,11
10-11 4,11+j2,096 131,2 0,06
11-12 3,91+j1,99 124,9 0,16
12-13 3,79+j1,92 121,3 0,16
13-14 3,76+j1,90 120,8 0,32
14-15 3,55+j1,79 114,6 0,09
15-16 3,22+j1,61 104,1 0,05
16-17 2,57+j1,27 83 0,11