Giới thiệu chương trình PSS/E

PSS/E là chương trình tính toán mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa hệ thống điện được phát triển bởi Power Tech nologies International thuộc Siemens Power Transmission & Distribution, Inc. PSS/E được sử dụng rộng rãi trên thế giới do có các tính năng kỹ thuật cao và khả năng trao đổi dữ liệu với các ứng dụng trong MS Office, AutoCad, Matlab … Ở Việt Nam, PSS/E được sử dụng tại Trung tâm điều độ HTĐ Quốc gia, các trung tâm điều độ khu vực, Viện năng lượng và các công ty tư vấn điện …

57

Chương trình PSS/E bao gồm hệ thống các file chương trình và dữ liệu có cấu trúc để thực hiện các công việc tính toán mô phỏng hệ thống điện:

- Tính toán phân bố công suất

- Tính toán hệ thống khi xảy ra sự cố - Tính toán các mô hình tương đương - Phân tích ổn định của hệ thống điện

3.3 Giới thiệu chức năng đường cong PV, QV của phần mềm PSS/E 3.3.1 Ứng dụng đường cong PV, QV đánh giá ổn định điện áp tĩnh

Phân tích đường cong PV, QV xác định khả năng truyền tải để duy trì ổn định điện áp cho hệ thống điện. Thông qua phân tích đường cong PV, QV ta có thể:

- Xác định điểm sụp đổ điện áp của hệ thống điện

- Nghiên cứu giới hạn truyền tải công suất tối đa trước khi hệ thống sụp đổ điện áp

- Xác định kích thước thiết bị bù để ngăn chặn sụp đổ điện áp

- Nghiên cứu ảnh hưởng của máy phát, tải và các thiết bị bù đến hệ thống điện.

3.3.2 Kỹ thuật vẽ đường cong PV, QV trong phần mềm PSS/E

Kỹ thuật vẽ đường cong PV, QV trong phần mềm PSS/E dựa trên thuật toán trào lưu công suất theo phương pháp Newton-Raphson và xác định giới hạn ổn định điện áp bằng phương pháp trào lưu công suất lặp lại theo sơ đồ thuật toán như hình (2-16) của chương 2.

58

3.4 Sơ đồ hệ thống điện Việt Nam đến năm 2015

Hệ thống điện của Việt Nam hiện đang vận hành với các cấp điện áp cao áp 500kV, 220 kV, 110kV và các cấp điện áp trung áp từ 35kV tới 6kV. Phần lưới điện truyền tải 500kV và 220kV do tổng công ty Truyền tải điện Quốc Gia quản lý, phần lưới điện phân phối ở cấp điện áp 110kV và lưới điện trung áp ở các cấp điện áp từ 6kV tới 35kV do các công ty điện lực miền quản lý.

Theo quy hoạch điện 7, sản lượng điện sản xuất và nhập khẩu năm 2015 khoảng 194-210 tỷ kWh và tổng công suất nguồn mới dự kiến đưa thêm vào khoảng 26300 MW. Trong giai đoạn này nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tải tăng cao, đồng thời với sự xuất hiện hàng loạt trung tâm nhiệt điện ở cả 3 miền đất nước, công tác xây dựng lưới điện 500kV được tăng cường đẩy mạnh.

Khu vực miền Bắc sẽ hình thành lưới điện với 3 mạch vòng 500kV như Pitoong–Sơn La–Nho Quan–Hòa Bình , Pittong–Hòa Bình–Nho Quan–Thường Tín–Hiệp Hòa–Việt Trì và Phố Nối–Quảng Ninh–Hiệp Hòa nhằm cung cấp điện an toàn cho các trạm biến áp 500kV, trạm biến áp 220kV và các phụ tải quan trọng trong hệ thống điện miền Bắc.

Khu vực miền Nam với 4 mạch vòng 500kV như Phú Mỹ–Nhà Bè–Phú Lâm–Cầu Bông–Tân Định–Sông Mây, Mỹ Tho–Nhà Bè–Phú Lâm–Mỹ Tho–Đức

59

Hòa–Phú Lâm và Phú Lâm–Đức Hòa–Cầu Bông đảm bảo cung cấp điện an toàn cho các phụ tải kinh tế trọng điểm như Bình Dương, Thành Phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai. Ngoài ra trong giai đoạn này với dự kiến xuất hiện các trung tâm nhiệt điện than ven biển cũng sẽ tiến hành xây dựng các mạch đường dây truyền tải 500kV như Vĩnh Tân–Sông Mây, Duyên Hải–Mỹ Tho, Long Phú–Ô Môn.

Trong khi đó tại khu vực miền Trung ngoài dự án đường dây 500kV Pleiku– Cầu Bông 2 mạch dài 440km còn lại từ TBA Nho Quan đến TBA Pleiku vẫn chỉ là đường dây 500kV mạch kép.

Như vậy HTĐ Việt Nam năm 2015 với 33 TBA 500kV, 16ĐD mạch kép 500kV, 22 đường dây mạch đơn 500kV cùng với các đường dây , trạm biến áp 220kV và 211 tổ máy phát của các nhà máy nhiệt điện với lượng công suất phát ra là 29513MW được đưa vào mô phỏng. Các dữ liệu của hệ thống được mô hình hóa bằng phần mềm tính toán chuyên dụng PSS/E. Sơ đồ hệ thống điện 500kV Việt Nam năm 2015 như hình 3.1

60

HOA BINH

HIEP HOA THUONG TIN

PHO NOI Q.NINH TÐ.SON LA HA TINH NHO QUAN 500kV VIET TRI 500KV SON LA ÐA NANG ÐAK NONG TAN ÐINH

PHU LAM NHA BE

THOT NOT

PHU MY TAN UYEN

NÐ.TRA VINH ÐUC HOA

SO DO LUOI DIEN 500KV VIET NAM NAM 2015

M.DUONG THANH MY DOC SOI SONG MAY YALI NK LAO VUNG ANG 1 VINH TAN CAU BONG MY THO O MON NÐ.SOC TRANG DI LINH PEIKU

61

3.5 Đánh giá ổn định điện áp lưới điện 500kV Việt Nam năm 2015

Lưới điện 500kV Việt Nam được mô phỏng theo một phần số liệu lưới điện truyền tải Việt Nam đến năm 2015. Để xây dựng các đường đặc tính PV, QV và phân tích trào lưu công suất của lưới điện 500kV dưới 2 chế độ: Chế độ làm việc cơ bản (Có đầy đủ các phần tử máy phát, đường dây và nút tại thời điểm xét) và chế độ sự cố N-1. Ta xây dựng các đặc tính PV, QV của lưới điện 500kV thông qua phương pháp phân tích, tính toán trào lưu công suất truyền tải theo kịch bản duy trì hệ số giữa công suất tác dụng và phản kháng tại mỗi phụ tải theo một hệ số cho trước. (Maintain the MW/MVAR ratio at each load)

3.5.1 Đặc tuyến PV của các nút

Khảo sát chế độ vận hành cơ bản, tổng CSTD nguồn phát/ tổng CSTD phụ tải của HTĐ Việt Nam năm 2015 là 29513MW/28927,3MW. Phân tích đặc tuyến PV với chương trình PSS/E bằng cách tăng dần công suất phụ tải cho đến khi đạt đến điểm tới hạn điện áp.

Ở chế độ cơ bản Pdt = 2637,5 MW tương ứng với hệ số dự trữ công suất tác dụng ở chế độ cơ bản là KtdP% = 9,12%

62

3.5.1.1 Đặc tuyến PV của các nút ở chế độ sự cố 1 đường dây

Bảng 3.1 Độ dự trữ CSTD Pdt ở chế độ cắt 1 ĐD 500kV S STT Chế độ cắt 1 ĐD 500kV Độ dự trữ CSTD của HTĐ Pdt (MW) Hệ số dự trữ CSTD KdtP%

1 Cắt đường dây Sơn La-Hiệp Hòa 2393,75 8,27

2 Cắt đường dây Sơn La-Hòa Bình 2362,50 8,16

3 Cắt đường dây Hà Tĩnh-Vũng Áng 2531,25 8,75

4 Cắt đường dây Đà Nẵng-Dốc Sỏi 2581,25 8,92

5 Cắt đường dây Phú Lâm-Nhà Bè 2637,50 9,12

63

Hình 3.4 Đặc tuyến PV các nút Sơn La, Thường Tín, Phố Nối, Đức Hòa – chế độ sự cố ĐD Sơn La-Hiệp Hòa

Khảo sát chế độ sự cố 1 đường dây bằng phương pháp đường cong PV của phần mềm PSS/E cho kết quả độ dự trữ CSTD & hệ số dự trữ CSTD như ở bảng 3.1 ở trên.

Trường hợp cắt một đường dây Vũng Áng - Đà Nẵng, ... thì hệ thống sẽ mất ổn định điện áp.

Đặc tuyến PV một số nút ở chế độ sự cố ĐD Sơn La-Hiệp Hòa được thể hiện như hình 3.4

3.5.1.2 Đặc tuyến PV của các nút ở chế độ sự cố 1 tổ máy phát

Độ dự trữ CSTD (Pdt) của HTĐ Việt Nam trong các trường hợp cắt một tổ máy phát như ở bảng 3.2 & đặc tuyến PV một số nút được thể hiện như hình 3.5

Trường hợp cắt một tổ máy phát có công suất lớn của các nhà máy Long Phú, Ô Môn thì hệ thống điện sẽ mất ổn định điện áp.

64

Bảng 3.2 Độ dự trữ CSTD Pdt ở chế độ cắt 1 tổ máy phát

STT Chế độ cắt 1 tổ máy phát Độ dự trữ CSTD của HTĐ Pdt (MW) Hệ số dự trữ CSTD KdtP% 1 Cắt máy phát H1 NMĐ Hòa Bình 2450,00 8,47

2 Cắt máy phát NMĐ Quảng Ninh 2406,25 8,32

3 Cắt máy phát NMĐ Vũng Áng 2012,50 6,95

4 Cắt máy phát Đồng Nai 2600,00 8,98

5 Cắt máy phát 3.1 NMĐ Vĩnh Tân 1612,50 5,57

Đặc tuyến QV của các nút

Hình 3.5 Đặc tuyến PV các nút Sơn La, Thường Tín, Phố Nối, Đức Hòa- chế độ sự cố 1 tổ máy phát NMĐ Vĩnh Tân

65

3.5.2 Đặc tuyến QV của các nút

Từ số liệu của lưới điện truyền tải Việt Nam giai đoạn đến năm 2015 và với sự hỗ trợ của phần mềm PSS/E ta vẽ được đường đặc tuyến QV trong các trường hợp chế độ vận hành cơ bản & chế độ sự cố N-1 (Sự cố 1 phần tử máy phát, sự cố 1 đường dây) và tính toán độ dự trữ CSPK tại các nút như bảng 3.3

3.5.2.1 Đặc tuyến QV của các nút ở chế độ vận hành cơ bản

Ta có đặc tuyến QV một số nút ở chế độ vận hành cơ bản được thể hiện trên các hình vẽ 3.6, 3.7, 3.8

66

Hình 3.8 Đặc tuyến QV nút tải Thốt Nốt - chế độ cơ sở Hình 3.7 Đặc tuyến QV nút tải Việt Trì - chế độ cơ sở

67

3.5.2.2 Đặc tuyến QV của các nút ở chế độ sự cố 1 đường dây

Xét chế đố sự cố đường dây Sơn La-Hòa Bình, ta có đặc tuyến QV một số nút như ở hình 3.9, 3.10, 3.11;

Hình 3.9 Đặc tuyến QV nút tải Thường Tín - chế độ sự cố ĐD Sơn La-Hòa Bình

68

3.5.2.3 Đặc tuyến QV của các nút ở chế độ sự cố 1 tổ máy phát nhà máy điện

Hình 3.12 Đặc tuyến QV nút tải Thường Tín - chế độ sự cố 1 tổ máy phát NMĐ Vĩnh Tân

69

Hình 3.14 Đặc tuyến QV nút tải Thốt Nốt - chế độ sự cố 1 tổ máy phát NMĐ Vĩnh Tân Hình 3.13 Đặc tuyến QV nút tải Việt Trì - chế độ sự cố 1 tổ máy phát NMĐ Vĩnh Tân

70

3.5.2.4 Độ dự trữ công suất phản kháng các nút tải 500kV

Mức độ ổn định điện áp tại mỗi nút phụ tải được xác định qua khả năng dự trữ công suất phản kháng như đã mô tả ở trên. Một nút có mức độ ổn định càng cao, khi khả năng cung cấp công suất phản kháng cho phụ tải càng lớn, nghĩa là độ dự trữ CSPK Qdt càng lớn.

Như vậy, độ dự trữ công suất phản kháng là chỉ tiêu để đánh giá ổn định điện áp tại nút tải .Ta có bảng tổng hợp độ dự trữ công suất phản kháng tại các nút cho các chế độ đã xét như bảng 3.3

Từ kết quả phân tích đặc tuyến QV các nút tải 500kV ở trên và kết quả tổng hợp như bảng 3.3, ta nhận xét các nút 500kV Thường Tín, Việt Trì, Sóc Sơn của khu vực miền Bắc, nút 500kV Thốt Nốt của khu vực miền Nam là các nút có điện áp thấp nhất của HTĐ 500kV Việt Nam trong các chế độ vận hành năm 2015.

Bảng 3.3 Độ dự trữ công suất phản kháng của các nút tải 500kV

STT Tên nút Độ dự trữ CSPK chế độ cơ sở Qdt (MVAr) Độ dự trữ CSPK sự cố 1 tổ máy phát NMĐ Vĩnh Tân Qdt ( MVar) Độ dự trữ CSPK sự cố 1 đường dây Sơn La-Hòa Bình Qdt (MVAr) 1 Thường Tín 2133,39 1858,68 1938,04 2 Nho Quan 2135,26 1865,58 1955,05 3 Việt Trì 2109,04 1859,31 2000,39 4 Hà Tĩnh 2673,93 2368,06 2604,82 5 Đà Nẵng 3063,79 2668,01 3046,82 6 Pleiku 3804,58 3324,68 3794,06 7 Phú Lâm 3131,65 2907,37 3127,13 8 Dốc Sỏi 3140,38 2915,15 3138,40 9 Di Linh 3218,80 2820,48 3211,20 10 Tân Định 3250,27 2863,39 3219,42

71

3.6 Nhận xét và kết luận

Có thể thấy, dựa trên khả năng xác định chế độ giới hạn ổn định theo tiêu chuẩn mất ổn định phi chu kỳ, bằng chương trình tính toán có thể đề xuất các chỉ tiêu khác nhau đánh giá mức độ ổn định cho HTĐ phức tạp.

Trong đó các chỉ tiêu hệ số dự trữ ổn định vể công suất và điện áp có ý nghĩa đánh giá tổng hợp mức độ ổn định hệ thống, còn các chỉ tiêu phân tích đường cong P-V lại có ý nghĩa đối với việc đánh giá các yếu tố ảnh hướng đến mức độ ổn định.

Các kết quả bước đầu đánh giá ổn định HTĐ Việt Nam cho thấy, hệ thống có mức độ ổn định còn thấp, trong hệ thống có những khâu yếu đáng quan tâm, đặc biệt là một số nút được coi là yếu về ổn định, cho giá trị điện áp tại chế độ giới hạn rất thấp. Cần có những tính toán cụ thể và áp dụng biện pháp hiệu quả, nâng cao mức độ ổn định cho toàn hệ thống. STT Tên nút Độ dự trữ CSPK chế độ cơ sở Qdt (MVAr) Độ dự trữ CSPK sự cố 1 tổ máy phát NMĐ Vĩnh Tân Qdt ( MVar) Độ dự trữ CSPK sự cố 1 đường dây Sơn La-Hòa Bình Qdt (MVAr) 11 Thạnh Mỹ 3095,88 2736,11 3085,74 12 Sông Mây 3145,52 2742,19 3124,48 13 Nhà Bè 3153,96 2920,48 3149,82 14 Tân Uyên 2868,39 2526,00 2864,51 15 Cầu Bông 3111,35 2882,46 3107,10 16 Phố Nối 2150,41 1905,69 2055,60 17 Mỹ Tho 3155,00 2915,61 3105,43 18 Đức Hòa 3147,82 2907,98 3143,28 19 Thốt Nốt 2738,81 2652,82 2737,21 20 Sóc Sơn 2257,91 1969,23 2100,97

72

4. KẾT LUẬN CHUNG:

Cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, hệ thống điện Việt Nam gần đây đã có những bước phát triển nhanh cả về quy mô công suất lẫn phạm vi lưới cung cấp điện. Từ sau năm 1994, đường dây siêu cao áp 500 KV đầu tiên của Việt Nam, với tổng chiều dài gần 1500 km được xây dựng xong và đưa vào vận hành, đã nối liền HTĐ 3 khu vực (Bắc, Trung, Nam) thành một HTĐ hợp nhất. Trong đó lưới điện 500kV Việt Nam đóng vai trò của lưới điện hệ thống nhằm liên lạc và trao đổi công suất giữa các khu vực. Việc hình thành lưới điện hệ thống này đã nâng cao hiệu quả kinh tế, độ tin cậy vận hành, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển nhanh chóng các nguồn điện đa dạng, công suất lớn, mở rộng phạm vi lưới điện trên khắp các miền của đất nước. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển nhanh chóng sơ đồ HTĐ Việt Nam với cấu trúc ngày càng phức tạp, cũng xuất hiện kèm theo nhiều vấn đề kỹ thuật cần phải quan tâm giải quyết, trong đó có vấn đề đảm bảo vận hành ổn định cho HTĐ hợp nhất. Bối cảnh đó đã đặt ra rất nhiều bài toán cần quan tâm nghiên cứu như: đánh giá giới hạn truyền tải của sơ đồ lưới 500 kV theo điều kiện ổn định, nghiên cứu áp dụng các biện pháp phù hợp nhằm nâng cao ổn định và vận hành an toàn, ứng dụng các phần mềm phân tích ổn định và lắp đặt các thiết bị phần cứng để theo dõi giám sát các nguy cơ mất ổn định.

Liên quan đến nội dung đánh giá mức độ ổn định của HTĐ còn có vấn đề xác lập các chỉ tiêu mức độ ổn định. Đối với HTĐ phức tạp, việc nghiên cứu các chỉ tiêu ổn định tổng hợp có ý nghĩa rất quan trọng. Trên cơ sở tính toán các chỉ tiêu này người thiết kế, vận hành HTĐ có thể nhận biết những tình huống nguy cấp phải xử lý từ yếu tố ổn định. Luận văn đã tìm hiểu một số tiêu chuẩn và chỉ tiêu nhằm phân tích mức độ ổn định của hệ thống điện phức tạp, tiến hành mô phỏng lưới điện 500kV Việt Nam trên cơ sở số liệu của giai đoạn 2015 để đánh giá mức độ ổn định của hệ thống với kịch bản phụ tải điển hình.

Trên cơ sở các kết quả tính toán bằng chương trình PSS/E, có thể đưa ra được một số kết luận và đánh giá ban đầu (cho phép xét đến mức độ ảnh hưởng

73

khác nhau của các thông số đến ổn định hệ thống, đánh giá đặc tính ổn định riêng