Nghiên cứu biện pháp ngăn chặn sụp đổ điện áp bằng rơle xa thải phụ tải theo điện áp thấp trong hệ thống điện

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Tuy nhiên, các HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam nói riêng đang phải đối mặt với những khó khăn: Thứ nhất là sự tăng lên quá nhanh của phụ tải: Đặc biệt là với một nước đang phát triền rất nhanh như Việt Nam, tỉ lệ tăng tải trong khoảng 15- 20% mỗi năm đang đặt ra một thách thức lớn cho ngành điện và cả đất nước nói chung: đó là làm sao phải đáp ứng được nhu cầu phụ tải. Như phân tích ở trên, HTĐ Việt Nam cũng đang phải đối mặt với những thách thức kể trên, đặc biệt là do yếu tố lịch sử, địa lý, và quá trình phát triển nhanh chóng, khiến HTĐ Việt Nam ngày càng trở lên rộng lớn và phức tạp trong tính toán, thiết kế vận hành và điều khiển.

CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN

Trong luận văn này, chúng tôi tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định điện áp trong HTĐ, cơ chế xảy ra sự cố, nguyên nhân cũng như dùng một biện pháp xa thải phụ tải theo điện áp thấp để nâng cao ổn định điện áp trong HTĐ. Khi phân tích sự cố này, có nhiều yếu tố ảnh hưởng quá trình sụp đổ điện áp như: Mô hình máy phát điện (MPĐ), mô hình hệ thống kích từ (KT), mô hình phụ tải, máy biến áp điều áp dưới tải, … Để nhận được những thông tin chính xác, các đáp ứng của các phần tử trong hệ thống, ở trong luận văn này, chúng tôi sử dụng chương trình PSS/E để tiến hành mô phỏng động các hiện tượng, và phân tích sự cố sụp đổ điện áp.

CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

Trong thực tế, HTĐ thường là rộng lớn, với nhiều đường dây liên lạc trong khi số lượng các thiết bị điều khiển lớn thì đây được coi là những biện pháp hưu hiệu nhất trong việc nâng cao ổn định điện áp. Trong luận văn này, chúng tôi dùng phương pháp mô phỏng động bằng PSS/E để phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp và đề xuất một cách thức xa thải phụ tải theo điện áp thấp.

GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN

Luận văn Thạc sĩ Chương 1 19 4 của luận văn, biện pháp dùng hệ thống xa thải phụ tải theo điện áp thấp được trình.

PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ TAN RÃ HỆ THỐNG ĐIỆN GẦN ĐÂY

Mặc dù các kỹ sư vận hành đã cố gắng khôi phục lại hệ thống tự động điều chỉnh điện áp, nhưng tổ máy số 5 vẫn bị cắt ra, dẫn đến đường dây 345kV trong vùng FE Chamberlin-Harding 345 kV bị cắt ra lúc 15giờ 05 phút do phóng điện từ dây dẫn vào cây trong hành lang tuyến mặc dù lúc đó đường dây này chỉ mang 44% tải định mức. Ngoài ra con nhiều nguyên nhân khách quan khác, như sự hư hỏng bất thường của thiết bị bảo vệ, hệ thống quản lý năng lượng (Energy System management - ESM), hệ thống đánh giá trạng thái (state estimator-SE) và hệ thống đánh giá sự cố ngẫu nhiên thời gian thực (real time contingency analysis-RTCA) đã làm cho các kỹ sư vận hành không thể giám sát và đánh giá tình trạng làm việc cũng như việc đưa ra các biện pháp kịp thời (Ví dụ như sự tan rã HTĐ ở Bắc Mỹ - Canada năm 2003).

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

Như đã phân tích ở trên, mặc dù các sự cố tan rã hệ thống điện có nhiều nguyên nhân, nhưng nguyên nhân vật lý trực tiếp đó là sự mất ổn định hệ thống điện. Vì vậy trong luận văn này, chúng tôi sẽ tập trung vào nghiên cứu về vấn đề này, các yếu tố ảnh hưởng, cũng như biện pháp ngăn chặn sụp đổ điện áp, đặc biệt là trong khoảng thời gian dài hạn.

Sự mất ổn định và sụp đổ điện áp

Sự mất ổn định điện áp: xuất phát từ các thay đổi của tải tiêu thụ công suất vượt quá khả năng của hệ thống truyền dẫn và hệ thống phát [22]. Sự sụp đổ điện áp: là quá trình mà qua đó chuỗi các sự cố liên quan đến sự không ổn định điện áp và cuối cùng dẫn đến tan rã HTĐ hoặc điện áp thấp bất thường trong phần lớn khu vực của HTĐ.

Các kịnh bản sụp đổ điện áp

Tính chất động của các thiết bị điều khiển điện áp khác nhau (máy phát, thiết bị bù, và máy biến áp) có thể tương tác theo cách mà sự sụt áp thực tế khác với dự đoán khi chỉ xét các điều kiện tĩnh. Sau đó, điện áp sẽ bắt đầu khôi phục nhưng việc khôi phục không điều khiển tải phức hợp bởi sự tự khởi động của động cơ cảm ứng công suất lớn có thể lại dẫn đến giảm áp và dẫn đến sụp đổ điện áp toàn bộ.

Phương pháp nghiên cứu ổn định điện áp

Trong các trường hợp mà tiêu chuẩn về tính ổn định điện áp không được đáp ứng, các biện pháp phòng ngừa và ngăn chặn phải được thiết kế để tăng cường cho hệ thống đáp ứng các tiêu chuẩn này. Phương pháp nghiên cứu này cho phép kết hợp cả hai ưu điểm của phương pháp mô phỏng tĩnh và động, do đo đưa ra các kết quả chính xác hơn khi có sự có mặt của mô hình các thiết bị động như máy phát, kích từ, giới hạn kích từ, bộ điều áp dưới tải….

Phương pháp phòng ngừa và ngăn chặn sụp đổ điện áp

 Khóa đầu phân áp sau một số nấc điều chỉnh: Đơn giản là cho MBA với hệ thống ULTC được tác động, nếu sau một số nấc dịch chuyển điện áp được khôi phục thì giữ nguyên giá trị, ngược lại, nếu sau một số nấc dịch chuyển điện áp vẫn không được khôi phục thì khóa đầu phân áp lại. Cơ cấu thực hiện sa thải phụ tải được xác định dựa trên các ngưỡng xa thải, trong đó lượng tải bị sa thải phụ thuộc tương ứng với phần trăm suy giảm điện áp tại các nút, và thời gian sa thải phụ tải cũng được định trước.

CÁC ĐỀ XUẤT NGĂN CHẶN CÁC SỰ CỐ TAN RÃ HỆ THỐNG ĐIỆN Tan rã HTĐ thường bắt nguồn từ một chuỗi các sự kiện có mối liên hệ lẫn nhau

Các bài học kinh nghiệm từ những sai lầm trong quá khứ phải được kết hợp vào các kịch bản mới cũng như sử dụng những kinh nghiệm đã đúc kết được để giúp phát triển công nghệ mới và cải tiến cho các hệ thống điều khiển và giám sát. Các kỹ sư vận hành phải được đào tạo, bồi dưỡng thường xuyên và thực tập sống trong việc phục hồi hệ thống để đảm bảo rằng họ quen thuộc với các thủ tục phục hồi và có kỹ năng thực hành tốt nhất.

GIỚI THIỆU CHUNG

Sau khi có sự hiểu biết đầy đủ về cơ chế cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến một hiện tượng phức tạp như sụp đổ điện áp, từ đó cần thiết đưa ra một kế hoạch điều khiển hợp lý chống lại sự sụp đổ điện áp với hành động phòng ngừa và khắc phục. Đứng trên quan điểm phòng ngừa, các biện pháp phòng ngừa thường được thực hiện trước khi sự sụp đổ điện áp thực sự xảy ra, mục tiêu là để mà xác định một độ dự trữ ổn định đối với các sự cố có thể nhìn thấy và có khả năng xảy ra.

PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN – PSS/E

• Giới thiệu tổng quan về chương trình PSS/E
• Tính toán tối ưu trào lưu công suất

Một hoặc một số máy phát có thể tương ứng với một nút máy phát (mã 2) hoặc nút cân bằng (mã 3), công suất tác dụng và phản kháng phát ra và các giới hạn công suất phản kháng phát được khởi tạo từ dữ liệu mô hình tính toán trào lưu công suất thông thường. Nút điều khiển và cờ cho phép điều khiển được sử dụng bởi OPF, nhưng các giới hạn giá trị điều khiển (điện áp, trào lưu MW hoặc MVar) chỉ được sử dụng để phân biệt loại mát biến áp, điều khiển nấc hoặc điều khiển góc pha, và sau đó bị bỏ qua.

Tính toán mô phỏng quá trình quá độ, sự cố bằng PSS/E

Các file chương trình lệnh này kết nối chương trình PSS/E với các mô hình trong thư viện của PSS/E, cũng như các mô hình do người dùng tự viết để mô tả các thiết bị, chứa các biến trạng thái và đại số. Dùng lệnh DYRE để khởi tạo cho quá trình mô phỏng động, cho phép chúng ta tải các file dữ liệu động, tạo ra các chương trình con CONET, CONET (lưu giữ và gọi các môdul trong thư viện) và xác định file COMPILE để dịch các môdul.

MÔ PHỎNG ĐỘNG SỰ SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP

• Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sụp đổ điện áp của hệ thống điện “BPA”
• Mô phỏng sự sụp đổ điện áp của hệ thống điện Bắc Âu “Nordic Power System”

Trường hợp C (tương ứng với phụ tải là loại công suất không đổi) là nguy hiểm nhất, vì mô đun điện áp giảm thấp nhất, vì phụ tải không phụ thuộc vào điện áp, nên khi điện áp giảm thấp thì phụ tải vẫn giữ nguyên giá trị ban đầu như trước khi xảy ra sự cố, chính vì vậy làm cho điện áp giảm thấp.  Thông thường, sau khi hệ thống giới hạn kích từ được kích hoạt thì các MPĐ không còn khả năng điều chỉnh công suất phản kháng nữa, và cũng không còn khả năng cung cấp công suất phản kháng để đáp ứng nhu cầu về công suất phản kháng bù đắp vào lượng tổn thất, và do đó không điều khiển điện áp được các nút phụ tải nữa.

GIỚI THIỆU CHUNG

Trái lại, một số phương pháp và những kinh nghiệm thực tế trong việc thiết kế rơle xa thải phụ tải theo điện áp thấp đã được chứng minh với khả năng làm việc rất hiệu quả và có độ tin cậy cao để ngăn chặn sụp đổ điện áp được nêu ra trong các tài liệu: [26], [37], [45]. Trên quan điểm điều khiển và giám sát: Hiện nay có hai cơ cấu UVLS đang được áp dụng trên thế giới: đó là cơ cấu phân tán (phi tập trung) (áp dụng ở công ty Puget Sound) và cơ cấu tập trung (dùng ở Hydro Quebec, New Mexico utilities [47], [48]).

LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ ĐẶT CHO RƠLE 1. Chọn ngƣỡng tác động cho rơle UVLS

Trong thực tế, có nhiều HTĐ đang được vận hành trong điều kiện nặng tải mà mô đun điện áp của các nút có thể rất gần với ngưỡng điện áp thấp nhất cho phép (ví dụ 0.95(pu)) (do đó, ngưỡng đầu tiên cho rơle UVLS được chọn là 8%. Với xu hướng mới về việc phát triển phụ tải thông minh, có thể linh hoạt với nhu cầu sử dụng điện của khách hàng, việc mất một vài phần trăm tải có thể không ảnh hưởng đến mức độ thỏa mãn những nhu cầu cơ bản hoặc tối thiểu của khách hàng.

KIỂM TRA TÍNH HIỆU QUẢ BẰNG MÔ PHỎNG ĐỘNG

Nội dung kịch bản như sau: Cắt máy phát điện tại thanh cái 4047 ở khu vực miền Trung ra khỏi lưới (Máy phát điện có công suất tác dụng là 540 MW và công suất phản kháng là 152 MVar). Để minh hoạ rừ hơn về phương phỏp dựng UVLS trong trường hợp khụng cú sụp đổ điện áp, một kịch bản được đề xuất với nội dung như sau: Cắt đường dây truyền tải nối giữa khu vực phía Bắc và khu vực phía Nam, giữa thanh cái 4032 và thanh cái 4044 tại thời điểm t = 5(s).

CÁC KIẾN NGHỊ

Schlọpfer, "Comparative Case Studies on Recent Blackouts " in Workshop on Interdependencies and Vulnerabilities of Energy, Transportation and Communication 22 – 24 September 2005 Zurich, Switzerland available at website: http://pforum.isn.ethz.ch/docs/BAAF270D- 65B0-58E9-217BE9DF3A540E24.pdf, 2005. Paduraru, "The Leap Forward Raising the Functionality and Impact of the Synchrophasor Measurement Systems on Power Systems Stability-A presenation at: International Conference on Synchrophasor Measurement Applications," Rio de Janeiro BRASIL, June 2006.