Phân tích, tính toán bù công suất phản kháng và ổn định điện áp lưới điện 110 kv tỉnh gia lai

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRẦN ANH TÚ C C R L T PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP LƢỚI ĐIỆN 110 kV TỈNH GIA LAI DU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng - Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRẦN ANH TÚ PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP LƢỚI ĐIỆN 110 kV TỈNH GIA LAI C C R L T DU Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 85202001 LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS LÊ KIM HÙNG Đà Nẵng - Năm 2020 i LỜI CẢM ƠN Để hồn thành cơng trình này, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc kính trọng đến GS.TS Lê Kim Hùng trực tiếp hƣớng dẫn, định hƣớng khoa học trình nghiên cứu Thầy dành nhiều thời gian, bảo hỗ trợ nhiều cho tơi suốt q trình thực đề tài Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trƣờng Đại học Đà Nẵng tạo điều kiện thuận lợi cho học viên suốt trình học tập nghiên cứu C C DU R L T ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học đƣợc trình bày luận văn thành nghiên cứu thân suốt thời gian thực đề tài chƣa xuất công bố tác giả khác Các kết đạt đƣợc xác trung thực Tác giả luận văn C C Trần Anh Tú DU R L T iii PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP LƢỚI ĐIỆN 110 kV TỈNH GIA LAI Học viên: Trần Anh Tú Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số: 85202001 Khóa:37 Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Lƣới điện 110 kV Gia Lai phần quan trọng hệ thống lƣới điện miền Trung Hiện nay, vấn đề đặt cho chất lƣợng điện cung cấp cho khách hàng đảm bảo phạm vi cho phép, đồng thời phải giảm tổn thất công suất (∆P) lƣới điện 110kV mức thấp nhằm đem lại hiệu kinh tế cho ngành điện Nghiên cứu sử dụng phần mềm PSS/E để phân tích đánh giá trạng lƣới điện 110kV Gia lai dựa thông số thực tế Từ kết cho thấy tổn thất điện cao, điện áp nút nằm mức điện áp cho phép ±5%, nhiên đa số nút có điện áp dƣới 1pu Luận văn đƣa phƣơng thức vận hành hợp lý nhƣ bù công suất phản kháng, điều chỉnh nấc phân áp nhằm giảm tổn thất điện năng, đảm bảo chất lƣợng điện nhƣ tính liên tục cung cấp điện Luận văn tính tốn hai trƣờng hợp bị cố điện tổ máy thủy điện H Mun cố đƣờng dây Diên Hồng - Pleiku Kết tính tốn cho hai trƣờng hợp cho thấy lƣới điện làm việc đƣợc nhƣng cần ý đến công suất dự phịng hệ thống Từ khóa- PSS/E, ổn định hệ thống điện, chất lƣợng điện năng, bù công suất phản kháng, đặc tính PV/QV C C R L T DU ANALYSIS AND CALCULATION OF RESISTIVE POWER AND STABILITY VOLTAGE STABILITY 110 kV NETWORK IN GIA LAI PROVINCE Abstract- The 110 kV Gia Lai grid is an important part of the central grid system Currently, the question is how to ensure that the quality of electricity supplied to customers is always within the permissible range, and at the same time reduce the power loss (∆P) on the 110kV grid to a minimum in order to bring about economic efficiency for the electricity industry The study used PSS / E software to analyze and evaluate the current status of Gia Lai 110kV grid based on actual parameters From the results that the power loss is still high, the voltage at the nodes is still within the permissible voltage level of ± 5% however most nodes have a voltage below 1pu The thesis proposes reasonable operating methods such as reactive power compensation, adjusting step voltage to ensure power quality as well as continuity of power supply, while reducing power loss The dissertation has calculated two cases of power failure: H Mun power failure at H Mun hydropower plant and Dien Hong - Pleiku line fault Calculation results for these two cases show that the grid can still work but need to pay attention to the system's redundant capacity Key words - PSS / E, power system stability, power quality, reactive power compensation, PV / QV characteristics iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH ix MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu .1 Đối tƣợng, nội dung phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn C C CHƢƠNG CÁC BIỆN PHÁP GiẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT, TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG VÀ VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 1.1 Khái niệm chung .3 1.1.1 Tổn thất kỹ thuật .3 1.1.2 Tổn thất điện phi kỹ thuật 1.2 Quản lý nhận dạng tổn thất điện 1.2.1 Xác định TTĐN thực qua hệ thống công tơ đo đếm .4 1.2.2 Xác định TTĐN lƣới điện qua tính tốn TTĐN kỹ thuật .4 1.2.3 Nhận dạng tổn thất điện theo biện pháp khác 1.3 Các biện pháp giảm tổn thất công suất tổn thất điện 1.3.1 Bù công suất phản kháng .5 1.3.2 Vận hành kinh tế trạm biến áp 1.3.3 Bù tối ƣu công suất phản kháng theo điều kiện kinh tế 1.3.4 Tính tốn bù tối ƣu với phƣơng pháp phân tích động theo dịng tiền tệ 1.3.5 Phƣơng pháp tính tốn bù tối ƣu 10 1.3.6 Biện pháp quản lý kỹ thuật - vận hành 11 1.3.7 Nâng cao hệ số công suất phụ tải 12 1.3.8 San đồ thị phụ tải 13 1.3.9 Chọn lựa thiết bị có cơng suất phù hợp 14 1.3.10 Phân phối dung lƣợng bù mạng nhánh tập trung 14 1.4 Khái niệm ổn định điện áp hệ thống điện 15 1.4.1 Định nghĩa .15 DU R L T v 1.4.2 Giới thiệu đặc tính đƣờng cong để nghiên cứu ổn định điện áp 16 1.5 Kết luận Chƣơng 19 CHƢƠNG PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG LƢỚI ĐIỆN 110kV GIA LAI .20 2.1 Tổng quan lƣới điện 110kV Gia Lai 20 2.1.1 Nguồn lƣới điện 20 2.1.2 Thực trạng lƣới điện 110kV tỉnh Gia Lai .21 2.2 Đánh giá tình hình tổn thất điện .27 2.2.1 Đánh giá chung .27 2.2.2 Ảnh hƣởng đƣờng dây Siêu nhiệt 176/500kV Pleiku – 171/110kV Kon Tum đến TTĐN lƣới điện 110kV 28 2.2.3 TTĐN tăng thêm vận hành nhà máy NLTT 28 2.3 Lựa chọn phần mềm tính tốn 29 2.3.1 Chƣơng trình PSS/E (Power system simulation/engineering) 29 2.3.2 Chƣơng trình POWERWORLD 31 2.3.3 Chƣơng trình CONUS 32 2.3.4 Phân tích lựa chọn chƣơng trình tính tốn 33 2.4 Phân tích, tính tốn bù cơng suất phản kháng lƣới điện 110kV Gia Lai 34 2.4.1 Dữ liệu tính tốn 34 2.4.2 Kết phân tích trào lƣu công suất 37 2.4.3 Bù công suất phản kháng 38 2.4.4 Bù công suất phản kháng kết hợp với điều chỉnh nấc phân áp .43 2.5 Kết luận Chƣơng 49 C C R L T DU CHƢƠNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP LƢỚI ĐIỆN 110KV GIA LAI 51 3.1 Sử dụng đƣờng cong pv/qv phân tích ổn định điện áp lƣới điện 110kV gia lai chế độ vận hành bình thƣờng cố 51 3.1.1 Những nguyên nhân gây nên ổn định điện áp hệ thống 51 3.1.2 Phân loại ổn định điện áp 51 3.1.3 Xây dựng đƣờng cong tính tốn .52 3.2 Kết tính tốn đƣờng cong P-V Q-V 55 3.2.1 Kết tính tốn đƣờng cong P-V chế độ vận hành bình thƣờng cố chƣa bù công suất phản kháng 55 3.2.2 Kết tính tốn đƣờng cong P-V chế độ vận hành bình thƣờng cố bù cơng suất phản kháng 58 vi 3.2.3 Kết tính tốn đƣờng cong Q-V chế độ vận hành bình thƣờng cố chƣa bù công suất phản kháng 59 3.2.4 Kết tính tốn đƣờng cong Q-V chế độ vận hành bình thƣờng cố sau bù cơng suất phản kháng 63 3.3 Kết luận Chƣơng 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .69 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO) C C DU R L T vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CĐQĐ CĐXL CSPK HTĐ MBA NMTĐ NLTT QPSK TBA TTĐN Chế độ độ Chế độ xác lập Công suất phản kháng Hệ thống điện Máy biến áp Nhà máy thủy điện Năng lƣợng tái tạo Khóa dịch pha vng góc Trạm biến áp Tổn thất điện C C DU R L T viii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 2.1 Thông số đƣờng dây lƣới điện 110kV Gia Lai năm 2019 23 2.2 Tình hình mang tải đƣờng dây lƣới điện 110kV Gia Lai 24 2.3 Tình hình mang tải máy biến áp lƣới điện 110kV Gia Lai 25 2.4 Tổn thất điện đƣờng dây trạm biến áp 27 2.5 Tổn thất công suất tổn thất điện đƣờng dây 38 2.6 Điện áp nút bù công suất phản kháng Diên Hồng (pu) 40 2.7 Điện áp nút bù công suất phản kháng Chƣ Sê (pu) 41 2.8 Bảng so sánh tổn thất điện trƣớc sau bù 42 2.9 Vị trí nấc phân áp trạng thái vận hành bình thƣờng 46 2.10 Vị trí nấc phân áp sau điều chỉnh 48 C C DU R L T 66 C C R L T Hình 3.21 Đặc tính Q-V Mang Yang bù CSPK DU Hình 3.22 Đặc tính Q-V Đức Cơ bù CSPK Qua phân tích bù cơng suất phản kháng ta thấy đa số lƣợng công suất dự trữ nút đƣợc tăng lên đáng kể đặc biệt Đức tăng lên gần nhƣ gấp đôi từ 15MVar 67 lên đến 30MVar, ngoại trừ nút Mang Yang có giá trị cơng suất dự trữ thay đổi Khi phân tích đƣờng cong P-V ta thấy nút Đức cơ, Chƣ prông nút dễ sụp đổ điện áp phụ tải tăng lên chế độ vận hành bình thƣờng C C R L T DU Hình 3.23 Đặc tính Q-V Chư Pưh bù CSPK * Nhận xét: Khi xét đƣờng cong Q-V cho nút hệ thống, nút gần trạm 500kV có độ dự trữ cơng suất phản kháng lớn, có độ ổn định cao Các nút nhƣ Đức cơ, Chƣ prông có độ dự trữ cơng suất phản kháng thấp dễ ổn định chƣa bù CSPK Qua phân tích đƣờng cong P-V Q-V ta đánh giá đƣợc mức độ ổn định hệ thống tìm nút có độ dự trữ cơng suất thấp dễ ổn định 68 3.3 Kết luận Chƣơng Trong chƣơng tác giả dựa sở lý thuyết đặc tính ổn định đƣờng cong P-V Q-V kết hợp với chạy tính tốn phần mềm PSS/E cho trƣờng hợp trạng thái vận hành bình thƣờng, trạng thái vận hành cố nhƣ cố nhà máy thủy điện H’Mun, cố đƣờng dây Pleiku- Diên Hồng để đánh giá mức ổn định lƣới điện nút từ xác định nút ổn định nút dễ ổn định Sau bù công suất phản kháng, theo phân tích đặc tính P-V ta thấy điện áp đƣợc tăng lên đáng kể xảy trình sụp đổ điện áp Ở chế độ vận hành bình thƣờng điện áp tăng từ 0.52pu lên 0.67pu chế độ cố nhà máy thuỷ điện H’Mun điện áp đa số nút tăng lên 0.9pu Nhƣ việc bù công suất phản kháng vào lƣới điện giúp ổn định đƣợc điện áp chế độ vận hành Qua phân tích đặc tính Q-V ta thấy nút Diên Hồng có giá trị dự trữ cơng suất lớn 250MVar nút Mang Yang có giá trị dự trữ cơng suất 114MVar thay đổi nên độ ổn định nút cao Cịn nút có giá trị dự trữ công suất nhỏ 30MVar Đức Cơ nên trạng thái bình thƣờng trạng thái cố Đức Cơ nút dễ xảy sụp đổ điện áp C C DU R L T 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Có nhiều giải pháp lựa chọn để phân tích tính toán hệ thống điện nhằm đƣa phƣơng pháp làm giảm tổn thất điện cho hệ thống điện nói chung lƣới điện Gia Lai nói riêng Tuy nhiên, tuỳ thuộc vào điều kiện thực tế để tính toán lựa chọn giải pháp cho phù hợp Đặc biệt, điều kiện sử dụng điện nay, việc nâng cao chất lƣợng điện vấn đề đƣợc quan tâm hàng đầu Qua việc phân tích vận hành lƣới điện 110 kV Gia Lai cho thấy điện áp nút nằm mức điện áp cho phép ±5% Tuy nhiên đa số nút có điện áp dƣới 1pu tổn thất điện cịn cao Từ kết phân tích luận văn đƣa phƣơng thức vận hành hợp lý nhƣ bù công suất phản kháng, điều chỉnh nấc phân áp nhằm giảm tổn thất điện đảm bảo chất lƣợng điện nhƣ tính liên tục cung cấp điện Để hệ thống làm việc với tổn thất nhỏ mà đảm bảo yêu cầu kinh tế - kỹ thuật cần áp dụng phƣơng thức vận hành điều chỉnh nấc phân áp kết hợp bù cơng suất phản kháng dựa sở tính tốn hợp lý thiết bị bù Qua phân tích cho thấy kết hợp điều chỉnh nấc phân áp lắp đặt tụ bù khoảng 50 MVar trạm Chƣ Sê giảm tổn thất công suất tổn thất điện mức thấp nhất, tổn thất điện giảm so với chƣa bù công suất phản kháng từ 11.552,76 kWh giảm xuống 9.868,66 kWh sau bù, tƣơng đƣơng giảm 14,58% Khi bù công suất phản kháng kết hợp điều chỉnh nấc phân áp MBA điện áp nút đƣợc nâng lên nằm mức cho phép đạt giá trị từ 1pu đến 1,02pu đảm bảo vận hành an toàn, ổn định Hệ thống điện Gia Lai nằm địa phƣơng có phát triển mạnh kinh tế, xã hội cần có phƣơng án đề phịng cố nhằm tránh tình trạng ngừng cung cấp điện tải lâu dài…gây thiệt hại kinh tế Luận văn tính tốn hai trƣờng hợp bị cố điện tổ máy thủy điện H’Mun cố đƣờng dây Diên Hồng - Pleiku Kết tính tốn cho hai trƣờng hợp cho thấy lƣới điện làm việc đƣợc nhƣng cần ý đến cơng suất dự phịng hệ thống Với trợ giúp phần mềm PSS/E, việc phân tích tính tốn lƣới điện 110kV Gia Lai đem lại kết tính tốn đảm bảo độ xác, cách tính tốn trực quan, sinh động có ý nghĩa đơn vị học viên cơng tác Kiến nghị Cần có phƣơng án hồn thiện cấu trúc lƣới điện dự báo phụ tải nhằm đảm bảo chất lƣợng điện Phân tích ổn định động lƣới điện có tham gia nhà máy lƣợng điện mặt trời kết nối vào lƣới điện 110kV Gia Lai C C DU R L T DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Bách (2004), Lưới điện Hệ thống điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Nguyễn Văn Đạm (2002), Mạng lưới điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [3] Lê Kim Hùng - Nguyễn Hữu Hiếu (2014), Giáo trình giải tích mạng điện, Nhà xuất Giáo dục [4] Lã Văn Út (2000), Ngắn mạch Hệ thống điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] Lã Văn Út (2001), Phân tích điều khiển ổn định Hệ thống điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội C C R L T Tiếng Anh [6] Tranmission & Distribution a division of global power, Power system stability calculation training, day – application of voltage stability DU C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T ... pháp: Bù công suất phản kháng bù công suất phản kháng kết hợp với điều chỉnh nấc phân áp MBA 20 CHƢƠNG PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG LƢỚI ĐIỆN 11 0kV GIA LAI 2.1 Tổng quan lƣới điện. .. 1.669,02 4.005,64 DU Tổng 11.552,76 2.4.3 Bù công suất phản kháng Để giảm tổn thất điện cải thiện điện áp nút lƣới điện 11 0kV tỉnh Gia Lai ta sử dụng phƣơng pháp bù công suất phản kháng nhƣ trình bày... tốn bù cơng suất phản kháng lƣới điện 11 0kV tỉnh Gia Lai + Chƣơng 3: Phân tích đánh giá ổn định điện áp lƣới điện 11 0kV Gia Lai + Kết luận kiến nghị + Tài liệu tham khảo 3 CHƢƠNG CÁC BIỆN PHÁP