Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số hệ thống điện việt nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số hệ thống điện Việt Nam LẠI VIỆT AN Ngành Kỹ thuật điện – Hệ thống điện Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Đức Huy Viện: Điện Chữ ký GVHD HÀ NỘI, 07/2020 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Lại Việt An Đề tài luận văn: Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số hệ thống điện Việt Nam Chuyên ngành: Kỹ thuật điện – Hệ thống điện Mã số SV: CB170141 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 02/7/2020 với nội dung sau: Luận văn chỉnh sửa Ngày tháng năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS Nguyễn Đức Huy Lại Việt An CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS Đinh Quang Huy Lời cảm ơn Trong q trình học tập, nghiên cứu hồn thiện Luận văn, tác giả nhận khuyến khích, động viên tạo điều khiển giúp đỡ nhiệt tình thầy cô giáo, lãnh đạo, bạn bè đồng nghiệp gia đình Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy cô giáo Bộ môn Hệ thống điện, Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đặc biệt thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đức Huy người trực tiếp hướng dẫn, truyền thụ kiến thức quý báu đóng góp ý kiến cho tác giả suốt q trình học tập hồn thành Luận văn thạc sĩ Tác giả xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới lãnh đạo đồng nghiệp Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia tạo điều kiện cho tác giả tham gia khóa học Thạc sĩ cho phép tác giả khai thác số công cụ phần mềm, thông tin, liệu trình nghiên cứu thực Luận văn Cuối cùng, xin gửi lời biết ơn to lớn đến gia đình ln hỗ trợ, động viên suốt năm tháng học tập, nghiên cứu để đạt kết Với thời gian nghiên cứu hạn chế, nội dung Luận văn hẳn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp xây dựng từ thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện có ý nghĩa thiết thực áp dụng thực tiễn cơng tác Xin chân thành cảm ơn! Tóm tắt nội dung luận văn Nội dung luận văn tập trung vào việc đánh giá trạng, nghiên cứu, đưa giải pháp kiểm chứng hiệu giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số hệ thống điện Việt Nam khung vận hành ngắn hạn (từ thời gian thực đến tiếng) Công cụ phần mềm tác giả sử dụng để nghiên cứu, kiểm chứng đáp ứng tần số hệ thống điện Việt Nam dựa ứng dụng mô đào tạo điều độ viên OTS (Operator Training Simulator) Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia (EVNNLDC) Các kết đưa phù hợp với vấn đề nghiên cứu, có tính thực tiễn, khoa học chưa cơng bố tài liệu, đề tài Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả Lại Việt An MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề, tóm tắt luận văn 1.1.1 Mục đích thực đề tài 1.1.2 Phạm vi thực bố cục nội dung đề tài 1.2 Tổng quan hệ thống điện Việt Nam 1.2.1 Phụ tải điện 1.2.2 Nguồn điện 1.3 Hiện trạng chất lượng tần số tổ chức điều khiển tần số hệ thống điện Việt Nam 11 1.3.1 Tiêu chuẩn tần số cho hệ thống điện Việt Nam 11 1.3.2 Hiện trạng chất lượng tần số 12 1.3.3 Tổ chức điều khiển tần số hệ thống điện Việt Nam 19 LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 24 2.1 Tổng quan tần số hệ thống điện 24 2.1.1 Ý nghĩa điều khiển tần số 24 2.1.2 Tần số cân công suất hệ thống 25 2.2 Các giai đoạn đáp ứng tần số điều khiển tần số 28 2.2.1 Quán tính hệ thống điện 28 2.2.2 Điều khiển tần số sơ cấp 32 2.2.3 Điều khiển tần số thứ cấp 41 2.2.4 Điều khiển tần số cấp loại hình dự phịng điều tần 47 2.2.5 Tổng kết giai đoạn điều khiển tần số 48 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TẦN SỐ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 51 3.1 Điều khiển tần số sơ cấp hệ thống điện Việt Nam 51 3.1.1 Hiện trạng đáp ứng tần số sơ cấp nhà máy điện 51 3.1.2 Phân tích đáp ứng tần số sơ cấp với cố điển hình 52 3.1.3 Giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số sơ cấp hệ thống điện Việt Nam 59 3.2 Điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện Việt Nam 62 3.2.1 Hiện trạng điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện Việt Nam 62 3.2.2 Giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện Việt Nam 67 NGHIÊN CỨU ĐÁP ỨNG TẦN SỐ DỰA TRÊN ỨNG DỤNG OTS 71 4.1 Giới thiệu hệ thống SCADA/EMS ứng dụng OTS EVNNLDC 71 4.1.1 Giới thiệu hệ thống SCADA/EMS 71 4.1.2 Giới thiệu ứng dụng OpenOTS 73 4.2 Mơ hình liệu mơ hệ thống điện OpenOTS 75 4.3 Mơ hình đánh giá đáp ứng tần số ứng dụng OpenOTS 78 4.3.1 Mô hình tần số 78 4.3.2 Tiến trình chung chạy mô hệ thống điện 79 4.4 Mô đáp ứng tần số OpenOTS kiểm chứng với đáp ứng thực tế 81 4.4.1 Mô đáp ứng tần số chế độ thấp điểm đêm 3h 81 4.4.2 Mô đáp ứng tần số chế độ cao điểm ngày 15h 82 4.4.3 Mô đáp ứng tần số chế độ cao điểm tối 21h 83 4.4.4 Đánh giá kết mô 84 4.5 Đánh giá hiệu số giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số 85 4.5.1 Giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số sơ cấp 85 4.5.2 Giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số thứ cấp 88 4.5.3 Kết luận đánh giá hiệu số giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số 94 KẾT LUẬN 96 5.1 Kết luận 96 5.2 Hướng phát triển Luận văn tương lai 96 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Tăng trưởng sản lượng điện hệ thống điện quốc gia qua năm 2009-2019 Hình 1.2: Đồ thị phụ tải ngày điển hình mùa nóng (tháng – 9) Hình 1.3: Đồ thị phụ tải ngày điển hình mùa lạnh (tháng 10 – 3) Hình 1.4: Cơ cấu phụ tải điện quốc gia 2019 theo ngành Hình 1.5: Quy mơ tăng trưởng nguồn điện hệ thống điện Việt Nam, 2009 – 2019 Hình 1.6: Cơ cấu nguồn hệ thống điện Việt Nam 2019 phân theo loại hình nguồn Hình 1.7: Độ lệch tần số 50,2 Hz qua tháng năm 2019 14 Hình 1.8: Độ lệch tần số 50,2 Hz tính trung bình theo ngày tuần năm 2019 14 Hình 1.9: Tần số hệ thống điện Việt Nam tuần lễ Nguyên đán 2020 15 Hình 1.10: Độ lệch tần số 49,8 Hz qua tháng năm 2019 16 Hình 1.11: Diễn biến tần số có cố nguồn điển hình vào chế độ cao điểm tải cao 17 Hình 1.12: Diễn biến tần số có cố nguồn điển hình vào chế độ thấp điểm tải thấp 18 Hình 2.1: Đường giới hạn điện áp – tần số làm việc cho máy phát máy biến áp 24 Hình 2.2: Tần số với cân công suất nguồn – tải 26 Hình 2.3: Diến biến trình đáp ứng quán tính với tần số hệ thống sau cố 1000 MW nguồn phát 31 Hình 2.4: Ảnh hưởng độ lớn quán tính hệ thống diễn biến sụt giảm tần số sau cố nguồn 31 Hình 2.5: Sơ đồ khối điều khiển điều tốc tua-bin 32 Hình 2.6: Sơ đồ rút gọn hàm truyền điều khiển điều tốc 33 Hình 2.7: Đường đặc tính điều chỉnh lý tưởng trạng thái ổn định điều tốc 34 Hình 2.8: Các đường đặc tính làm việc điều tốc ứng với thay đổi điểm đặt tải 35 Hình 2.9: Đường đặc tính điều chỉnh điều tốc có dải chết ± 0.2 Hz 35 Hình 2.10: Kết hợp đáp ứng tần số điều tốc tải hệ thống 38 Hình 2.11: Bộ điều tốc với thành phần bù độ dốc độ 41 Hình 2.12: Khâu điều khiển tích phân tổ máy tham gia điều tần thứ cấp 42 Hình 2.13: Cơ chế tính tốn ACE phân bổ cơng suất đặt cho tổ máy 44 Hình 2.14: Các loại hình dự phòng nguồn 48 Hình 2.15: Các tác động tiếp diễn giai đoạn đáp ứng điều khiển tần số sau có cố đột ngột lượng nguồn phát lớn 50 Hình 3.1: Đồ thị tần số đáp ứng loại hình nhà máy cố điển hình chế độ cao điểm 54 Hình 3.2: Đồ thị tần số đáp ứng loại hình nhà máy cố điển hình chế độ thấp điểm 57 Hình 3.3: Đồ thị tần số đáp ứng điều khiển tần số với cố xếp chồng nhiều tổ máy hệ thống 65 Hình 3.4: Tần số trì ngưỡng cao liên tục vào trưa ngày 30/4/2020 66 Hình 3.5: Cơng cụ AGC điều chỉnh tự động giảm nguồn lượng tái tạo tần số vượt ngưỡng cao cần giám sát 69 Hình 4.1: Cấu trúc hệ thống SCADA EVNNLDC 73 Hình 4.2: Kiến trúc trung tâm hệ thống SCADA/EMS EVNNLDC 73 Hình 4.3: Tổng quan mơ-đun chức cấu thành hệ thống OpenOTS 75 Hình 4.4: Mơ hình tần số OpenOTS 78 Hình 4.5: Tiến trình chung chu kỳ chạy mô hệ thống điện OpenOTS 80 Hình 4.6: Mô đáp ứng tần số cố tổ máy 600 MW chế độ thấp điểm đêm 82 Hình 4.7: Mơ đáp ứng tần số cố tổ máy 600 MW chế độ cao điểm ngày 83 Hình 4.8: Mơ đáp ứng tần số cố tổ máy 600 MW chế độ cao điểm tối 84 Hình 4.9: Đáp ứng tần số hệ thống với tất tổ máy tham gia điều tần sơ cấp, thông số điều tốc: độ dốc 4%, dải chết 0,1 Hz cho thủy điện 0,2 Hz cho nhiệt điện 86 Hình 4.10: Đáp ứng tần số hệ thống với tất tổ máy tham gia điều tần sơ cấp, thông số điều tốc: độ dốc 4%, dải chết 0,3 Hz 87 Hình 4.11: Đáp ứng tần số hệ thống với tất tổ máy tham gia điều tần sơ cấp, thông số điều tốc: độ dốc 6%, dải chết 0,1 Hz cho thủy điện 0,2 Hz cho nhiệt điện 88 Hình 4.12: Đáp ứng tần số hệ thống với cố N-1 tổ máy 600 MW, dự phòng cao điều tần thứ cấp 89 Hình 4.13: Đáp ứng tần số hệ thống với cố N-1-1 tổ máy 600 MW 300 MW,dự phòng cao điều tần thứ cấp 89 Hình 4.14: Đáp ứng tần số hệ thống với hệ số Frequency bias lớn, dự phòng điều tần thứ cấp vừa đủ 90 Hình 4.15: Đáp ứng tần số hệ thống với hệ số Frequency bias lớn, dự phòng điều tần thứ cấp cao 91 Hình 4.16: Các nguồn tua-bin khí điều tần phụ tải hệ thống giảm 93 Hình 4.17: Các nguồn tua-bin khí phối hợp thủy điện điều tần cố tổ máy 600 MW 93 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Số liệu phụ tải hệ thống điện Việt Nam 2019 Bảng 1.2: Dải tần số phép dao động thời gian khôi phục hệ thống điện 11 Bảng 1.3: Dải tần số phép số lần phép tần số vượt giới hạn trường hợp cố nhiều phần tử, cố nghiêm trọng chế độ khẩn cấp 12 Bảng 1.4: Số lần tần số hệ thống điện vượt ngưỡng cho phép, năm 2018-2019 16 Bảng 2.1: Dải số qn tính, đóng góp đáp ứng qn tính loại hình nguồn đặc trưng hệ thống điện Việt Nam 29 Bảng 2.2: Tổng kết đặc điểm giai đoạn đáp ứng điều khiển tần số 49 Bảng 2.3: Tổng kết giai đoạn điều khiển tần số theo tiêu chuẩn NERC [4] 50 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT EVN EVNNLDC F81 HTĐ NLTT EMS OTS OpenAGC OpenOTS SCADA Tập đoàn Điện lực Việt Nam Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia Rơ-le tần số Hệ thống điện Năng lượng tái tạo Hệ thống chương trình quản lý lượng (Energy Management System) Hệ thống mô đào tạo điều độ viên (Operating Training Simulator) Hệ thống AGC hãng OSI trang bị EVNNLDC Hệ thống OTS hãng OSI trang bị EVNNLDC Supervisory Control and Data Acquicition GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề, tóm tắt luận văn 1.1.1 Mục đích thực đề tài Trong công tác điều độ vận hành hệ thống điện, việc điều khiển tần số khung thời gian thực cho tần số trì thường xuyên dải vận hành bình thường cho phép mục tiêu quan trọng Tần số hệ thống tiêu chất lượng điện nói quan trọng hệ thống điện Đặc biệt, với hệ thống điện Việt Nam hệ thống điện lớn khu vực, có quy mơ ngày phát triển, việc đảm bảo chất lượng điện nói chung chất lượng tần số nói riêng cần phải trọng có ý nghĩa định đến vận hành ổn định, tin cậy hệ thống điện Tuy nhiên, hệ thống điện Việt Nam lại phải đối mặt với nhiều thách thức lớn ảnh hưởng đến chất lượng tần số, tỉ trọng nguồn điện lượng tái tạo ngày cao với đặc điểm nguồn khơng đóng góp nhiều vào qn tính hệ thống có cơng suất phát bất định phụ thuộc vào biến động tức thời điều kiện thời tiết; nhiều nhà máy điện vận hành lâu năm, cơng nghệ lạc hậu nên khả đóng góp vào điều khiển tần số cịn hạn chế; việc ứng dụng tự động hóa cơng tác vận hành hệ thống điện cịn chưa cao… Vì việc nâng cao chất lượng tần số đảm bảo tuân thủ theo quy định hành cần phải trọng thời gian tới Do vậy, đặt vấn đề cần thiết phải có đánh giá toàn diện trạng chất lượng tần số điều khiển tần số hệ thống điện Việt Nam tình hình nay, từ nghiên cứu đưa giải pháp để nâng cao chất lượng điều khiển tần số hệ thống điện Việt Nam thời gian tới 1.1.2 Phạm vi thực bố cục nội dung đề tài Với mục đích thực trên, khuôn khổ đề tài này, tác giả tập trung vào việc đánh giá trạng, nghiên cứu, đưa giải pháp kiểm chứng hiệu giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số hệ thống điện Việt Nam khung vận hành ngắn hạn (từ thời gian thực đến tiếng) Công cụ phần mềm tác giả sử dụng để nghiên cứu, kiểm chứng đáp ứng tần số hệ thống điện Việt Nam dựa ứng dụng mô đào tạo điều độ viên OTS (Operator Training Simulator) Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia (EVNNLDC), kết đưa chưa công bố tài liệu, đề tài Nội dung Luận văn bố cục thành chương sau:  Chương 1: Giới thiệu chung Chương giới thiệu tổng quan hệ thống điện Việt Nam, trạng chất lượng tần số, hệ thống quy định liên  Dự phòng điều tần:  Điều khiển tần số sơ cấp: 27 tổ máy tham gia, dự phịng 1040,6 MW chiều tăng cơng suất Thơng số điều tốc tổ máy sau: độ dốc 4%, dải chết 0,1 Hz (với thủy điện) 0,2 Hz (với nhiệt điện)  Điều khiển tần số thứ cấp: tổ máy tham gia (3 tổ máy thủy điện Sơn La, tổ máy thủy điện Hịa Bình), dự phịng 652,5 MW chiều tăng cơng suất Kết mô đáp ứng tần số với cố tổ máy phát 600 MW Hình 4.8: Mơ đáp ứng tần số cố tổ máy 600 MW chế độ cao điểm tối Một số kết sau:      Tần số sụt giảm thấp nhất: 49,45 Hz; Thời gian tần số trở ngưỡng 49,5 Hz: 20s; Thời gian tần số trở ngưỡng 49,8 Hz: 40s; Thời gian tần số trở ~ 50 Hz: 200s; Lượng đáp ứng sơ cấp cao nhất: 244,5 MW 4.4.4 Đánh giá kết mô Kết mô dựa ứng dụng OpenOTS cho thấy đáp ứng tần số hệ thống xảy cố tổ máy phát lớn ba chế độ vận hành điển hình ngày tương đồng với đáp ứng thực tế Với lượng nguồn bị mất, mức độ sụt giảm tần số thấp phụ thuộc vào mức quán tính hệ thống thời điểm cố Cụ thể, chế độ thấp điểm đêm với tổng nguồn phát ~ 24000 MW, mức quán tính hệ thống thấp dẫn đến tần số sụt giảm thấp xuống ~ 49,3 Hz cố nguồn 600 MW; ngược lại chế độ cao điểm ban ngày với tổng nguồn lên đến ~ 38600 MW, mức quán tính hệ thống lớn nên điểm sụt giảm tần số 84 thấp xuống 49,66 Hz Lượng đáp ứng tần số sơ cấp lớn qua mô trường hợp đạt mức 200÷250 MW, tương đương với mức đáp ứng thực tế hệ thống Lượng công suất cho dự phòng điều tần thứ cấp trường hợp mơ mức ~ 600÷700 MW, tương đương với lượng cơng suất dự phịng điều tần thứ cấp yêu cầu hệ thống Với lượng đáp ứng điều tần sơ cấp thứ cấp trường hợp mô ba chế độ điển trên, thời gian để tần số khơi phục giá trị định mức sau cố N-1 tổ máy phát lớn khoảng 3÷4 phút, phù hợp với thời gian khôi phục tần số thực tế hệ thống xảy cố điển hình Tuy nhiên, thiết kế thuật tốn ứng dụng OpenOTS chạy tốn trào lưu cơng suất tính tốn mơ hình tần số chu kỳ mô giây, nên ứng dụng chưa thể đầy đủ trình động học xảy chu kỳ ngắn Đây hạn chế việc tính tốn mơ động học chương trình OpenOTS so với chương trình PSS/E, đổi lại OpenOTS lại có khả mơ trình điều khiển tần số thứ cấp tự động qua AGC – điều mà PSS/E chưa hỗ trợ Như vậy, qua kết mô kiểm chứng phân tích trình bày trên, cho thấy ứng dụng OpenOTS công cụ hữu hiệu để thực nghiên cứu, phân tích đáp ứng tần số hệ thống điện Việt Nam Nội dung mục 4.5 trình bày hiệu số giải pháp nâng cao chất lượng đáp ứng tần số hệ thống tác giả đề xuất, dựa kiểm chứng kết mô OpenOTS 4.5 Đánh giá hiệu số giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số Trong nội dung phần tập trung trình bày kết quả mơ đáp ứng tần số hệ thống áp dụng số giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng điều khiển tần số sơ cấp, điều khiển tần số thứ cấp nêu chương CHƯƠNG Chế độ sử dụng để kiểm chứng hiệu giải pháp chế độ thấp điểm đêm, chế độ có biến động tần số lớn so với chế độ phụ tải cao 4.5.1 Giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số sơ cấp 4.5.1.1 Tất tổ máy tham gia đáp ứng điều tần sơ cấp Thơng tin cấu hình hệ thống  Cơ cấu nguồn tải: chế độ thấp điểm đêm tương tự mục 4.4.1  Dự phòng điều tần:  Điều khiển tần số sơ cấp: tất tổ máy vận hành nối lưới tham gia Thông số điều tốc tổ máy sau: độ dốc 4%, dải chết 0,1 Hz (với thủy điện) 0,2 Hz (với nhiệt điện)  Điều khiển tần số thứ cấp: tương tự mục 4.4.1 85 Kết mô đáp ứng tần số với cố tổ máy phát 600 MW Hình 4.9: Đáp ứng tần số hệ thống với tất tổ máy tham gia điều tần sơ cấp, thông số điều tốc: độ dốc 4%, dải chết 0,1 Hz cho thủy điện 0,2 Hz cho nhiệt điện Một số kết sau:  Tần số sụt giảm thấp nhất: 49,57 Hz (cao nhiều so với trường hợp mô mục 4.4.1 tần số giảm thấp xuống 49,31 Hz);  Thời gian tần số trở ngưỡng 49,5 Hz: 0s;  Thời gian tần số trở ngưỡng 49,8 Hz: 35s (ngắn nhiều so với trường hợp mô mục 4.4.1);  Thời gian tần số trở ~ 50 Hz: 250s;  Lượng đáp ứng sơ cấp cao nhất: 441,8 MW 4.5.1.2 Ảnh hưởng thông số dải chết điều tốc đến đáp ứng tần số Thơng tin cấu hình hệ thống  Cơ cấu nguồn tải: chế độ thấp điểm đêm tương tự mục 4.4.1  Dự phòng điều tần:  Điều khiển tần số sơ cấp: tất tổ máy vận hành nối lưới tham gia Thông số điều tốc tổ máy sau: độ dốc 4%, dải chết 0,3 Hz với tất tổ máy  Điều khiển tần số thứ cấp: tương tự mục 4.4.1 Kết mô đáp ứng tần số với cố tổ máy phát 600 MW 86 Hình 4.10: Đáp ứng tần số hệ thống với tất tổ máy tham gia điều tần sơ cấp, thông số điều tốc: độ dốc 4%, dải chết 0,3 Hz Một số kết sau:  Tần số sụt giảm thấp nhất: 49,54 Hz (tương đương trường hợp mô mục 4.5.1.1);  Thời gian tần số trở ngưỡng 49,5 Hz: 0s;  Thời gian tần số trở ngưỡng 49,8 Hz: 135s, tần số trì mức 49,7 Hz từ giây thứ 35 đến 125 dải chết điều tốc tổ máy đặt 0,3 Hz;  Thời gian tần số trở ~ 50 Hz: 200s;  Lượng đáp ứng sơ cấp cao nhất: 396,6 MW 4.5.1.3 Ảnh hưởng thông số độ dốc điều tốc đến đáp ứng tần số Thơng tin cấu hình hệ thống  Cơ cấu nguồn tải: chế độ thấp điểm đêm tương tự mục 4.4.1  Dự phòng điều tần:  Điều khiển tần số sơ cấp: tất tổ máy vận hành nối lưới tham gia Thông số điều tốc tổ máy sau: độ dốc 6%, dải chết 0,1 Hz (với thủy điện) 0,2 Hz (với nhiệt điện)  Điều khiển tần số thứ cấp: tương tự mục 4.4.1 Kết mô đáp ứng tần số với cố tổ máy phát 600 MW 87 Hình 4.11: Đáp ứng tần số hệ thống với tất tổ máy tham gia điều tần sơ cấp, thông số điều tốc: độ dốc 6%, dải chết 0,1 Hz cho thủy điện 0,2 Hz cho nhiệt điện Một số kết sau:  Tần số sụt giảm thấp nhất: 49,54 Hz (tương đương trường hợp mô mục 4.5.1.1);  Thời gian tần số trở ngưỡng 49,5 Hz: 0s;  Thời gian tần số trở ngưỡng 49,8 Hz: 50s;  Thời gian tần số trở ~ 50 Hz: 230s;  Lượng đáp ứng sơ cấp cao nhất: 384,3 MW (thấp 60 MW so với lượng đáp ứng sơ cấp lớn trường hợp mô mục 4.5.1.1) 4.5.2 Giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số thứ cấp 4.5.2.1 Tăng lượng dự phòng điều tần thứ cấp  Cơ cấu nguồn tải: chế độ thấp điểm đêm tương tự mục 4.4.1  Dự phòng điều tần:  Điều khiển tần số sơ cấp: tương tự mục 4.4.1  Điều khiển tần số thứ cấp: tổ máy tham gia (3 tổ máy thủy điện Hịa Bình, tổ máy thủy điện Sơn La), dự phịng 1088,7 MW chiều tăng cơng suất Hệ số “Frequency bias” đặt AGC 75 MW – mức trung vị theo thống kê đáp ứng tần số thực tế hệ thống Kết mô đáp ứng tần số với cố tổ máy phát 600 MW 88 Hình 4.12: Đáp ứng tần số hệ thống với cố N-1 tổ máy 600 MW, dự phòng cao điều tần thứ cấp Một số kết sau:  Tần số sụt giảm thấp nhất: 49,34 Hz (tương đương trường hợp mô 4.4.1)  Thời gian tần số trở ngưỡng 49,5 Hz: 30s;  Thời gian tần số trở ngưỡng 49,8 Hz: 80s;  Thời gian tần số trở ~ 50 Hz: 180s;  Lượng đáp ứng sơ cấp cao nhất: 200,3 MW Kết mô đáp ứng tần số với cố N-1-1 tổ máy 600 MW 300 MW sau phút Hình 4.13: Đáp ứng tần số hệ thống với cố N-1-1 tổ máy 600 MW 300 MW,dự phòng cao điều tần thứ cấp 89 Một số kết sau:  Tần số sụt giảm thấp cố tổ máy 600 MW: 49,32 Hz (tương đương trường hợp mô 4.4.1);  Thời gian tần số trở ngưỡng 49,5 Hz sau cố đầu tiên: 30 s;  Sự cố lần hai tổ máy 300 MW tần số 49,79 Hz phút sau cố đầu tiên, tần số sụt giảm thấp 49,57 Hz;  Thời gian tần số trở ~ 50 Hz: 350s;  Lượng đáp ứng sơ cấp cao nhất: 201,7 MW;  Lượng đáp ứng thứ cấp đạt ~ 910 MW để đưa tần số trở bình thường 4.5.2.2 Đặt giá trị “Frequency bias” thích hợp cho AGC  Cơ cấu nguồn tải: chế độ thấp điểm đêm tương tự mục 4.4.1  Dự phòng điều tần:  Điều khiển tần số sơ cấp: tương tự mục 4.4.1  Điều khiển tần số thứ cấp: Hệ số “Frequency bias” đặt AGC 150 MW – tăng gấp đôi so với mức trung vị theo thống kê đáp ứng tần số thực tế hệ thống Xét trường hợp lượng dự phòng cơng suất: + TH1: Lượng dự phịng điều tần vừa đủ (mức 700 MW, gồm tổ máy thủy điện Hịa Bình); + TH2: Lượng dự phịng điều tần cao (mức 1100 MW, gồm tổ máy thủy điện Hòa Bình, tổ máy thủy điện Sơn La) Kết mô đáp ứng tần số với cố tổ máy phát 600 MW, dự phòng điều tần vừa đủ (TH1) Hình 4.14: Đáp ứng tần số hệ thống với hệ số Frequency bias lớn, dự phòng điều tần thứ cấp vừa đủ Một số kết sau: 90  Tần số sụt giảm thấp nhất: 49,33 Hz (tương đương trường hợp mô 4.4.1);  Thời gian tần số trở ngưỡng 49,5 Hz: 25s;  Thời gian tần số trở ngưỡng 49,8 Hz: 65s;  Thời gian tần số trở ~ 50 Hz: 150s;  Lượng đáp ứng sơ cấp cao nhất: 187,7 MW Kết mô đáp ứng tần số với cố tổ máy phát 600 MW, dự phịng điều tần cao (TH2) Hình 4.15: Đáp ứng tần số hệ thống với hệ số Frequency bias lớn, dự phòng điều tần thứ cấp cao Một số kết sau:  Tần số sụt giảm thấp nhất: 49,32 Hz (tương đương trường hợp mô 4.4.1);  Thời gian tần số trở ngưỡng 49,5 Hz: 25s;  Thời gian tần số trở ngưỡng 49,8 Hz: 45s;  Thời gian tần số trở ~ 50 Hz lần đầu: 100s  Sau tần số tăng lên mức 50,1 Hz bị đáp ứng điều tần thứ cấp lên đến 800 MW Thời gian tần số trở ~ 50 Hz trì ổn định 200s  Lượng đáp ứng sơ cấp cao nhất: 180,7 MW 4.5.2.3 Phối hợp đa dạng loại hình nguồn điện tham gia điều tần thứ cấp Trong thực tế công tác điều độ vận hành hệ thống điện, có nhiều thời điểm phải thực tiết kiệm tối huy động nguồn thủy điện, đặc biệt chế độ thấp điểm mùa khô Khi đó, nhà máy thủy điện lớn thường xuyên thực nhiệm vụ điều tần hệ thống điện quốc gia (thủy điện Hịa Bình, Sơn La, Lai 91 Châu) huy động thấp, nhiều thời điểm buổi đêm có tổ máy vận hành, dẫn đến tần số hệ thống thường xuyên tăng cao ngưỡng cho phép Do vậy, cần thiết phải đưa thêm loại hình nguồn điện khác nguồn tua-bin khí (có tốc độ thay đổi tải tương đối tốt) vào vận hành hệ thống AGC để phối hợp điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện quốc gia, nhằm thực mục tiêu tiết kiệm tối đa nước hồ thủy điện Trong mục này, tác giả thực mô ứng dụng OpenOTS kịch nhà máy điện tua-bin khí cụm Phú Mỹ EVN thực điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện quốc gia Các giả thiết đầu vào hệ thống sau:  Cấu hình hệ thống lấy vào thời điểm 3h sáng  Nhà máy Hịa Bình phát tổ công suất mức tối thiểu 170 MW, tổ chạy không tải  Các Nhà máy tua bin khí Phú Mỹ phát cơng suất sau:  Phú Mỹ 1: 647,2 MW  Phú Mỹ 21 + 21MR: 637,2 MW  Phú Mỹ 4: 373,9 MW  Tốc độ tăng giảm tải tổ máy tua-bin khí mô theo thử nghiệm tham gia AGC nhà máy:  Phú Mỹ 1: 8,3 MW/phút  Phú Mỹ 21: 12,3 MW/phút  Phú Mỹ 21MR: 12,3 MW/phút  Phú Mỹ 4: 13,5 MW/phút  Tổng nguồn hệ thống: 25800 MW  Từ liệu khứ thấy, từ khoảng thời gian 23h đến 5h sáng hàng ngày tốc độ thay đổi phụ tải (giảm) lớn vào khoảng 140MW/10 phút Các trường hợp mô sau:  Trường hợp 1: Các nhà máy tua-bin khí Phú Mỹ điều tần, thủy điện Hịa Bình phát cố định, phụ tải hệ thống thay đổi ngẫu nhiên theo xu hướng giảm với tốc độ trung bình 100 MW/5 phút  Trường hợp 2: Các nhà máy tua-bin khí Phú Mỹ phối hợp điều tần thủy điện Hịa Bình (1 tổ phát tối thiểu 170 MW, tổ dự phịng điều tần chạy khơng tải, tổng cơng suất dự phịng điều tần Hịa Bình 310 MW), cố tổ máy 600 MW Kết mơ sau: Trường hợp 1: Tua-bin khí điều tần phụ tải thay đổi giảm ngẫu nhiên 92 Hình 4.16: Các nguồn tua-bin khí điều tần phụ tải hệ thống giảm Nhận xét: Các tổ máy tua bin khí đáp ứng tốt với thay đổi phụ tải, tần số hồn tồn nằm dải bình thường Trường hợp 2: Tua-bin khí phối hợp với thủy điện điều tần cố tổ máy 600 MW Hình 4.17: Các nguồn tua-bin khí phối hợp thủy điện điều tần cố tổ máy 600 MW Nhận xét: Sự cố tổ máy 600 MW khiến tần số giảm xuống 49,3 Hz Nhà máy thủy điện Hịa Bình đưa tổ máy phát dự phòng vào điều tần phối hợp với tổ máy tua-bin khí cụm Phú Mỹ đưa tần số lên ngưỡng bình thường (49.8 Hz) vòng khoảng phút 93 4.5.3 Kết luận đánh giá hiệu số giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số Qua kết mô dựa ứng dụng OpenOTS trường hợp kiểm chứng số giải pháp nhằm nâng cao khả đáp ứng tần số hệ thống, thấy giải pháp thực hiệu để nâng cao chất lượng tần số hệ thống vận hành thời gian thực xảy cố nguồn lớn hay số chế độ vận hành đặc biệt hệ thống Có thể kết luận hiệu giải pháp mô kiểm chứng sau:  Đối với điều khiển tần số sơ cấp  Khi tất tổ máy hệ thống tham gia đáp ứng điều khiển tần số sơ cấp theo quy định hành, thông số điều tốc theo yêu cầu EVNNLDC, với cố điển hình tổ máy phát 600 MW, điểm rơi thấp tần số cải thiện cao nhiều so với tổ máy không tham gia đầy đủ đáp ứng điều tần sơ cấp (49,57 Hz so với 49,31 Hz), thời gian để tần số quay trở ngưỡng vận hành bình thường cho phép 49,8÷50,2 Hz ngắn đáng kể (35s so với 70s)  Các thông số điều tốc (độ dốc đặc tính, dải chết) tổ máy có ảnh hưởng lớn đến chất lượng đáp ứng tần số hệ thống Khi đặt thông số dải chết độ dốc đặc tính tất điều tốc tăng lên, lượng cơng suất đáp ứng tần số sơ cấp hệ thống giảm, thời gian tần số trở ngưỡng vận hành bình thường bị kéo dài nhiều đặc biệt tăng thông số dải chết Tuy nhiên điểm rơi thấp tần số không bị ảnh hưởng nhiều Hiện EVNNLDC đưa yêu cầu chỉnh định thông số điều tốc tổ máy sau: độ dốc đặc tính %, dải chết 0,1 Hz cho tổ máy thủy điện 0,2 Hz cho tổ máy nhiệt điện  Đối với điều khiển tần số thứ cấp  Việc tăng lượng cơng suất dự phịng điều tần thứ cấp khơng làm thay đổi nhiều đặc tính đáp ứng tần số hệ thống xảy cố điển hình tổ máy 600 MW Tuy nhiên, dự phịng điều tần thứ cấp tăng có ý nghĩa quan trọng để khôi phục tần số xảy cố xếp chồng nhiều tổ máy  Đặt hệ số “Frequency bias” thích hợp cho AGC cho đáp ứng tần số ổn định hơn, đặt giá trị lớn xảy tượng đáp ứng (4.5.2.2) Qua thống kê thực tế xảy cố tổ máy lớn hệ thống điện Việt Nam năm 2019, đặc tính “Frequency response” hệ thống mức khoảng 70 MW / 0,1 Hz Vì vậy, qua kiểm chứng mơ ứng dụng OpenOTS, hệ số “Frequency bias” đặt cho AGC 94 70 MW / 0,1 Hz phù hợp với hệ thống điện Việt Nam thời điểm  Việc đa dạng loại hình nguồn điện tham gia điều tần thứ cấp AGC có ý nghĩa quan trọng cho hệ thống để điều khiển tần số tốt nhiều chế độ vận hành khác Kết mô 4.5.2.3 cho thấy chế độ thấp điểm đêm mùa khô, nguồn điện tua-bin khí đảm nhận tốt nhiệm vụ điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện quốc gia 95 KẾT LUẬN 5.1 Kết luận Qua nội dung trình bày trên, nói đến Luận văn đạt kết không nhỏ việc đánh giá toàn diện trạng chất lượng tần số điều khiển tần số hệ thống điện Việt Nam, nghiên cứu sâu vấn đề lý thuyết điều khiển tần số khung vận hành thời gian thực, với đưa giải pháp để nâng cao chất lượng điều khiển tần số chất lượng tần số hệ thống điện Việt Nam thời gian tới Cuối cùng, kết nói quan trọng đạt đề tài xây dựng thành cơng mơ hình nghiên cứu đáp ứng tần số hệ thống điện dựa ứng dụng OpenOTS, từ kiểm chứng tính hiệu cao số giải pháp kỹ thuật đưa để nâng cao chất lượng điều khiển tần số hệ thống Tóm lại, Luận văn đưa giải pháp có tính hiệu thực tiễn cao, hồn tồn áp dụng để nâng cao chất lượng điều khiển tần số hệ thống điện Việt Nam giai đoạn thời gian tới 5.2 Hướng phát triển Luận văn tương lai Phạm vi Luận văn giải vấn đề nâng cao chất lượng điều khiển tần số hệ thống điện khung vận hành ngắn hạn, hay hiểu rộng đảm bảo trì trạng thái cân cơng suất hệ thống điện thời gian thực Để mở rộng thêm phạm vi nghiên cứu liên quan đến vấn đề điều khiển tần số hệ thống điện, số hướng phát triển là:  Nghiên cứu vấn đề điều khiển tần số xét khung thời gian dài hạn, tức toán đảm bảo cân điện hệ thống, với vấn đề kinh tế - tối ưu chi phí cho vận hành hệ thống nói chung điều khiển tần số nói riêng thị trường điện Việt Nam ngày phát triển mở rộng quy mô nhà máy điện tham gia  Nghiên cứu vấn đề sử dụng nguồn phi truyền thống để thực điều khiển tần số, nguồn điện lưu trữ (Battery Energy Storage System – BESS), thủy điện tích năng, điều khiển phía phụ tải…  Nghiên cứu vấn đề giám sát on-line quán tính hệ thống điện, tính tốn on-line mức qn tính cực đoan hệ thống thời gian thực 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P Kundur, Power System Stability And Control, McGraw-Hill, 1994 [2] Brendan J Kirby, Jim Dyer, Carlos Martinez, Dr Rahmat A Shoureshi, Ross Guttromson, Jeff Dagle, "Frequency Control Concerns In The North American Electric Power System," Consortium for Electric Reliability Technology Solutions, 2002 [3] T Bách, Lưới điện & Hệ thống điện, Tập 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2008 [4] N R Subcommittee, "Balancing And Frequency Control," 2011 [5] J Duncan Glover, Mulukutla S Sarma, Thomas J Overbye, Power System Analysis And Design, Fifth Edition [6] Erik Ørum, Mikko Kuivaniemi, Minna Laasonen, Alf Ivar Bruseth, Alf Ivar Bruseth, Anders Danell, Katherine Elkington, Niklas Modig, "Future System Inertia," European Network of Transmission System Operators for Electricity (ENTSO-E), 2013 [7] P M Ashton, G A Taylor, A M Carter, M E Bradley, W Hung, "Application of Phasor Measurement Units to Estimate Power System Inertial Frequency Response," in IEEE Power & Energy Society General Meeting, 2013 [8] "Inertia: Basic Concepts and Impacts on the ERCOT Grid," Electric Reliability Council of Texas (ERCOT), 2018 [9] J Undrill, Primary Frequency Response and Control of Power System Frequency, 2018 [10] "Frequency Response Initiative Report," North American Electric Reliability Corporation (NERC), 2012 [11] "Frequency Response - Draft Final Proposal," California ISO, 2016 [12] C Henderson, "Increasing the flexibility of coal-fired power plants," IEA Clean Coal Centre, 2014 [13] "Báo cáo trạng đáp ứng tần số nhà máy điện hệ thống điện Quốc gia công tác xác định, toán dịch vụ điều tần thị trường," EVNNLDC, tháng 05/2020 97 [14] "Báo cáo hiệu sử dụng AGC điều độ, vận hành hệ thống điện," EVNNLDC, Tháng 4/2020 [15] OpenOTS Design Description, Open Systems International, Inc (OSI), 2010 98 ... điều khiển tần số sơ cấp, điều khiển tần số thứ cấp, trạng đáp ứng tần số nhà máy điện hệ thống, giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số sơ cấp, điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện Việt. .. toàn diện trạng chất lượng tần số điều khiển tần số hệ thống điện Việt Nam tình hình nay, từ nghiên cứu đưa giải pháp để nâng cao chất lượng điều khiển tần số hệ thống điện Việt Nam thời gian tới... đoạn điều khiển tần số 48 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TẦN SỐ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 51 3.1 Điều khiển tần số sơ cấp hệ thống điện