Tài liệu Phân tích an toàn vận hành lưới điện truyền tải cấp điện áp 220kv khu vực tây nguyên

  • Số trang: 110 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 13 |
  • Lượt tải: 0

Hệ thống đang quá tải...vui lòng truy cập lại sau.

Mô tả:

Hệ thống truyền tải điện 220kV khu vực Tây Nguyên gồm 05 tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông, Lâm Đồng, đây là lưới điện quan trọng trong việc liên kết các nhà máy điện (nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện, điện mặt trời và điện gió), các phụ tải ở khu vực và giải tỏa hết công suất của các nhà máy điện này lên hệ thống Truyền tải 500kV Bắc-Trung-Nam, đồng thời đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục cho các tỉnh Tây Nguyên. Đối với công tác quản lý vận hành hệ thống Truyền tải điện, việc dự báo và đánh giá được các tình huống biến động của nguồn, phụ tải hoặc sự cố để chuẩn bị sẵn các giải pháp xử lý tối ưu nhằm đảm bảo vận hành an toàn hệ thống điện luôn là một yêu cầu quan trọng. Luận văn đã nghiên cứu và phân tích an toàn vận hành lưới điện Truyền tải 220kV khu vực Tây Nguyên, xác định các tình huống nguy hiểm, từ đó đề xuất các giải pháp thích hợp nhằm nâng cao an toàn vận hành lưới điện trước tình hình mới.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ĐINH VĂN CƢỜNG C C R L T. PHÂN TÍCH AN TOÀN VẬN HÀNH LƢỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CẤP ĐIỆN ÁP 220KV KHU VỰC TÂY NGUYÊN DU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng - Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ĐINH VĂN CƯỜNG PHÂN TÍCH AN TOÀN VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CẤP ĐIỆN ÁP 220KV KHU VỰC TÂY NGUYÊN C C R L T. DU Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 852.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. LÊ KIM HÙNG Đà Nẵng - Năm 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Học viên luận văn Đinh Văn Cƣờng C C DU R L T. ii PHÂN TÍCH AN TOÀN VẬN HÀNH LƢỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CẤP ĐIỆN ÁP 220KV KHU VỰC TÂY NGUYÊN Học viên: Đinh Văn Cường Mã số: 8520201 Khóa: K37.KTĐ.KT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Hệ thống truyền tải điện 220kV khu vực Tây Nguyên gồm 05 tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông, Lâm Đồng, đây là lưới điện quan trọng trong việc liên kết các nhà máy điện (nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện, điện mặt trời và điện gió), các phụ tải ở khu vực và giải tỏa hết công suất của các nhà máy điện này lên hệ thống Truyền tải 500kV Bắc-Trung-Nam, đồng thời đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục cho các tỉnh Tây Nguyên. Đối với công tác quản lý vận hành hệ thống Truyền tải điện, việc dự báo và đánh giá được các tình huống biến động của nguồn, phụ tải hoặc sự cố để chuẩn bị sẵn các giải pháp xử lý tối ưu nhằm đảm bảo vận hành an toàn hệ thống điện luôn là một yêu cầu quan trọng. Luận văn đã nghiên cứu và phân tích an toàn vận hành lưới điện Truyền tải 220kV khu vực Tây Nguyên, xác định các tình huống nguy hiểm, từ đó đề xuất các giải pháp thích hợp nhằm nâng cao an toàn vận hành lưới điện trước tình hình mới. C C R L T. DU SAFETY ANALYSIS OF 220KV POWER TRANSMISSION GRID IN THE CENTRAL HIGHLANDS REGION Abstract: 220kV power transmission system in the Central Highlands region, including 05 provinces of Kon Tum, Gia Lai, Dak Lak, Dak Nong and Lam Dong, this is an important power grid in linking power plants (hydroelectric plants, thermal power, solar and wind power), regional loads and release all the power of these power plants to the 500kV North-Central-South Transmission System, while ensuring safe power supply, ongoing for the Central Highlands provinces. For the management and operation of the Power Transmission System, forecasting and evaluating fluctuations of the source, load or breakdown to prepare the optimal handling solutions to ensure operation power system safety is always an important requirement. The dissertation has studied and analyzed the safety of 220kV Transmission grid operation in the Central Highlands, identifying dangerous situations, thereby proposing appropriate solutions to improve the safety of power grid operation before the new situation. iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i TÓM TẮT .................................................................................................................... ii MỤC LỤC .................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................v DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................... vi DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................... vii MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1 1. Lý do lựa chọn đề tài.............................................................................................1 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu.........................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................2 4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................2 5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài .......................................................3 6. Tên đề tài...............................................................................................................3 7. Bố cục đề tài..........................................................................................................3 CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHÂN TÍCH AN TOÀN ...........................4 1.1. Ngữ cảnh về yêu cầu phân tích an toàn hệ thống .....................................................4 1.1.1. Yêu cầu về vận hành an toàn hệ thống ...........................................................4 1.1.2. Chức năng của phân tích an toàn hệ thống điện .............................................4 1.1.3. Ngữ cảnh về phân tích an toàn hệ thống: ........................................................6 1.2. Một số phương pháp phân tích an toàn ....................................................................7 1.2.1. Phương pháp tính toán phân bố công suất một phần (1P-1Q) ........................7 1.2.2. Phương pháp hệ số chuyển tải ........................................................................8 1.2.3. Phương pháp định vùng (cục bộ biên) ..........................................................12 1.3. Kết luận Chương 1..................................................................................................18 C C R L T. DU CHƢƠNG 2. PHÂN TÍCH AN TOÀN VẬN HÀNH LƢỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CẤP ĐIỆN ÁP 220KV KHU VỰC TÂY NGUYÊN ........................................19 2.1. Giới thiệu chung về lưới điện Truyền tải điện 220kV khu vực Tây Nguyên .............19 2.1.1 Qui mô lưới điện Truyền tải điện 220kV khu vực Tây Nguyên ....................19 2.1.2. Tình hình vận hành hệ thống Truyền tải điện 220kV khu vực Tây Nguyên những năm gần đây ..........................................................................................19 2.2. Thiết lập sơ đồ lưới điện 220kV khu vực Tây Nguyên bằng phần mềm Powerworld Simulator ...................................................................................................20 2.2.1. Giới thiệu sơ lược về phần mềm Powerworld Simulator ............................20 2.2.2. Một số giả thiết khi thiết lập sơ đồ ................................................................21 iv 2.2.3. Sơ đồ lưới điện 220kV khu vực Tây Nguyên ...............................................21 2.3. Phân tích vận hành an toàn tương ứng với các chế độ vận hành lưới điện ............23 2.3.1. Chế độ vận hành ứng với phụ tải ở mức cao, mùa khô ................................23 2.3.2. Chế độ vận hành ứng với phụ tải ở mức thấp, mùa mưa ..............................43 2.3.3. Tổng hợp các tình huống nguy hiểm ............................................................52 2.4. Kết luận Chương 2..................................................................................................55 CHƢƠNG 3. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO AN TOÀN VẬN HÀNH LƢỚI ĐIỆN 220kV KHU VỰC TÂY NGUYÊN ........................................57 3.1. Phân tích các tình huống nguy hiểm ......................................................................57 3.2. Đề xuất các giải pháp .............................................................................................60 3.2.1. Đề xuất các giải pháp liên quan đến điều độ hệ thống .................................60 3.2.2. Đề xuất các giải pháp liên quan đến cải tạo các phần tử lưới điện ...............62 3.2.3. Đề xuất các giải pháp liên quan đến xây dựng phát triển lưới điện..............64 3.3. Kết luận Chương 3..................................................................................................66 3.3.1. Giải pháp điều độ hệ thống ...........................................................................66 3.3.2. Giải pháp cải tạo lưới điện ............................................................................67 3.3.3. Giải pháp xây dựng phát triển lưới điện .......................................................67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................75 C C R L T. DU TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ACLF ĐZ FDLF LF MBA AC load flow (Tính phân bố công suất đầy đủ) Đường dây Fast decoupled load flow (tính phân bố công suất bằng phương pháp tách cặp nhanh) Load flow (phân bố công suất) Máy biến áp MF Máy phát điện N-1 Sự cố một phần tử N-2 Sự cố đồng thời 2 phần tử PW Powerworld Simulator TBA Trạm biến áp TC C C Thanh cái DU R L T. vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 2.1. Số liệu phụ tải vào mùa khô, phụ tải cao ngày 26 tháng 3 năm 2019 25 2.2. Kết quả phân tích các trường hợp nguy hiểm khi xảy ra tình huống N-1 vào thời điểm mùa khô, phụ tải cao 35 2.3. Kết quả phân tích các trường hợp nguy hiểm khi xảy ra tình huống N-2 vào thời điểm mùa khô, phụ tải cao 41 2.4. Số liệu phụ tải vào mùa mưa, phụ tải thấp Ngày 02 tháng 9 năm 2019 43 2.5. Kết quả phân tích các trường hợp nguy hiểm khi xảy ra tình huống N-1 vào thời điểm mùa mưa, phụ tải thấp 50 2.6. Kết quả phân tích các trường hợp nguy hiểm khi xảy ra tình huống N-2 vào thời điểm mùa mưa, phụ tải thấp 53 2.7. Tổng hợp các tình huống nguy hiểm ứng với các trường hợp trường hợp N-1 và N-2 trong các chế độ phụ tải ở mức cao, mùa khô và phụ tải ở mức thấp, mùa mưa 53 C C DU R L T. vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1. Các chức năng chính của phân tích an toàn 5 1.2. Qui trình phân tích an toàn trong thời gian thực 6 1.3. Lưu đồ thuật toán phương pháp 1P-1Q 9 1.4. Lưu đồ thuật toán hệ số chuyển tải khi cắt một đường dây 11 1.5. Lưu đồ thuật toán hệ số chuyển lượng công suất phát 13 1.6. Quá trình lọc sự cố 14 1.7. Chia hệ thống nghiên cứu thành hai tiểu hệ thống 14 1.8. Sự chia hệ thống thành hai tiểu hệ thống N1 và N2 15 1.9. Sự chia hệ thống thành ba tiểu hệ thống 16 2.1A. Sơ đồ lưới truyền tải điện điện 220kV khu vực Tây Nguyên 22 2.1B. Sơ đồ lưới truyền tải điện điện 220kV khu vực Tây Nguyên vận hành ở chế độ bình thường vào thời điểm tải cao, mùa khô 28 2.2. Cắt ĐZ 220kV Di Linh – Đức Trọng 29 2.3. Cắt ĐZ 220kV Tháp Chàm – Nha Trang 30 2.4. Cắt MBA 220/110kV - 250MVA trạm 220kV Pleiku. 31 2.5. Cắt hai MBA 220/110kV AT3 và AT4 trạm 500kV Pleiku gây mất điện diện rộng lưới 110kV khu vực tỉnh Gia Lai 31 2.6. Cắt 1 trong 2 MBA 220/110kV - 250MVA trạm 220kV Nha Trang 32 2.7. Cắt 1 trong 2 MBA 220/110kV - 250MVA trạm 220kV Qui Nhơn. 32 2.8. Cắt hai MBA 220/110kV trạm 500kV Nha Trang gây mất điện diện rộng lưới 110kV khu vực tỉnh Khánh Hoà. 32 2.9. Cắt hai MBA 220/110kV trạm 500kV Qui Nhơn gây mất điện diện rộng lưới 110kV khu vực tỉnh Bình Định. 33 2.10. Cắt 1 trong 2 MBA 220/110kV - 250MVA trạm 220kV Tuy Hoà. 33 2.11. Cắt MBA 500/220kV - 250MVA trạm 500kV Di Linh. 33 2.12. Cắt 1 trong 2 MBA 220/110kV - 250MVA trạm 220kV Đắk Nông. 34 2.13. Cắt MF Vĩnh Tân 2. 34 2.14. Cắt đồng thời ĐZ 500kV và 220kV nối giữa hai TBA 500kV 36 C C R L T. DU viii Số hiệu hình Tên hình Trang Pleiku, Pleiku 2 2.15. Cắt đồng thời ha ĐZ 500kV Pleiku - Pleiku 2 và ĐZ 220kV Pleiku 2 – Krông Búk 37 2.16. Ba ĐZ 500kV Pleiku – Pleiku 2, 220kV Pleiku – Pleiku và Pleiku 2 – Krông Búk đưa ra khỏi vận hành gây sụp đỗ, rã lưới lưới điện 220kV 38 2.17. Cắt hai đường dây 220kV Tháp Chàm – Nha Trang và đường dây 220kV Di Linh – Đức Trọng. 38 2.25. Cắt hai đường dây 220kV Di Linh – Đức Trọng và đường dây 220kV Phan Thiết – Vĩnh Tân. 39 2.26. Cắt đường dây 220kV Pleiku – Pleiku 2 và một trong hai MBA 500/220kV – 450MVA TBA 500kV Pleiku 2. 39 2.27. Cắt đường dây 220kV Di Linh – Bảo Lộc và MBA 500/220kV – 450MVA TBA 500kV Di Linh. 40 2.28. Cắt đường dây 220kV Đa Nhim – Tháp Chàm và MBA 500/220kV – 450MVA TBA 500kV Di Linh. 40 2.29. Cắt MF Vĩnh Tân 4 và ĐZ 22kV Di Linh – Bảo Lộc (1 mạch) 41 2.30. Sơ đồ lưới truyền tải điện 220kV khu vực Tây Nguyên – vận hành bình thường ở chế độ thấp tải mùa mưa. 47 2.31. Cắt MBA 500/225 kV – 450 MVA tại TBA 500kV Di Linh. 49 2.32. Cắt một trong hai MBA 220/110kV – 125MVA tại TBA 220kV Đắk Nông. 49 2.33. Cắt đồng thời hai ĐZ 220kV Vĩnh Tân – Phan Thiết và 220kV Vĩnh Tân – NMĐ Mặt trời Hồng Phong 1A. 50 2.34. Cắt đồng thời hai ĐZ 220kV Vĩnh Tân – Phan Thiết và 220kV Vĩnh Tân – NMĐ Mặt trời Hồng Phong 1A. 51 2.35. Cắt MBA AT2 TBA 500kV Di Linh đồng thời với ĐZ 220kV Qui Nhơn – Tuy Hoà. 52 2.36. Cắt MF Vĩnh Tân 4 và một mạch ĐZ 220kV Di Linh – Bảo Lộc. 52 3.1. Cắt MF Vĩnh Tân 4 đồng thời ĐZ 220kV Di Linh – Bảo Lộc (1 mạch) au khi tăng công suất phát các MF khu vực phía Nam thêm 500MW 68 R L . T U D C C ix Số hiệu hình Tên hình Trang 3.2. Cắt MF Vĩnh Tân 2 sau khi tăng công suất phát MF Vĩnh Tân 4 thêm 500MW và các MF khu vực phía Nam thêm 300MW. 68 3.3. Cắt MF Vĩnh Tân 4 đồng thời với ĐZ 220kV Di Linh – Bảo Lộc (một mạch) sau khi tăng công suất phát MF Vĩnh Tân 2 thêm 150MW 69 3.4. Cắt một trong hai MBA 220/110kV - 250MVA hai TBA 220kV Qui Nhơn và Nha Trang sau khi điều chỉnh phân bố công suất lưới 110kV. 69 3.5. Cắt đồng thời hai ĐZ 500kV và 220kV Pleiku – Pleiku 2 sau khi xây dựng thêm một ĐZ 220kV kết nối giữa TBA 500kV Pleiku 2 và TBA 220kV Krông Búk. 70 3.6. Cắt MBA 220/110kV AT3 250MVA sau khi nâng công suất MBA 220/110kV AT4 từ 125MVA lên 250MVA tại TBA 500kV Pleiku. 70 3.7. Cắt đồng thời một trong hai MBA 500/220kV tại TBA 500kV Pleiku 2 và ĐZ 220kV Pleiku – Pleiku 2 sau khi nâng công suất hai MBA 500/220kV TBA 500kV Pleiku 2 từ 450MVA lên 900MVA. 71 3.8. Cắt một trong hai MBA sau khi thay hai MBA 220/110kV – 125MVA bằng hai MBA 220/110kV – 250MVA tại TBA 220kV Đắk Nông. 71 3.9. Giải pháp xây dựng thêm một ĐZ 220kV kết nối giữa TBA 220kV Tháp Chàm và TBA 220kV Nha Trang, giữa TBA 220kV Tháp Chàm và TBA 220kV Đức Trọng, giữa TBA 220kV Đức Trọng và TBA 500kV Di Linh. 72 3.10. Giải pháp lắp đặt thêm 01 MBA 500/220kV – 450MVA tại TBA 500kV Di Linh. 72 3.11. Đề xuất các giải pháp về điều độ, cải tạo lưới, phát triển lưới điện 220kV khu vực Tây Nguyên. 73 3.9. Sơ đồ lưới điện 500 kV Công ty Truyền tải điện 3 và Công ty Truyền tải điện 4 74 C C R L T. DU x DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Số hiệu biểu đồ Tên biểu đồ Trang 2.1. Phụ tải vào mùa khô, phụ tải cao 26 2.2. Công suất các nguồn điện phát lên lưới vào mùa khô, phụ tải cao 27 2.3. Biểu đồ phụ tải vào mùa mưa, phụ tải thấp 45 2.4. Biểu đồ công suất các nguồn điện phát lên lưới vào mùa mưa, phụ tải thấp 46 C C DU R L T. 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài Hệ thống truyền tải điện 220kV Quốc Gia khu vực Tây Nguyên gồm 05 tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông, Lâm Đồng, tuy nhiên lưới điện truyền tải 220kV tại tỉnh Lâm Đồng không kết nối trực tiếp với các tỉnh Tây Nguyên còn lại mà kết nối thông qua các tỉnh Bình Định, Phú Yên, Khánh Hoà, Ninh Thuận, Bình Thuận, đây là lưới điện quan trọng của hệ thống Truyền tải điện Bắc - Nam. Cùng với sự phát triển của hệ thống điện Việt nam, lưới điện truyền tải cấp điện áp 220kV trên địa bàn Tây Nguyên không ngừng được mở rộng, nâng cấp để đáp ứng kịp thời cung cấp điện phục vụ nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, đồng thời cũng góp phần khắc phục tình trạng thiếu điện hiện nay của đất nước và đặc biệt trong thời gian gần đây hàng loạt các công trình điện và nguồn năng lượng điện mới được xây dựng và đưa vào vận hành (thực hiện chính sách của Chính phủ về việc tăng cường phát triển các nguồn C C năng lượng tái tạo - năng lượng điện mặt trời, năng lượng điện gió). Lưới điện truyền tải cấp điện áp 220kV khu vực Tây Nguyên có nhiệm vụ kết nối, truyền dẫn điện năng từ các nguồn điện trong khu vực Tây Nguyên: Nhà máy Thủy điện: Ialy, Sê San 3, Sê San 3A, Sê San 4, Sê San 4A, An Khê-KaNak, Sông Ba Hạ, Serepok 3, Serepok 4, Serepok 4A, Buonkuop, Buontusrah, Đồng Nai 3, Đăk R’tih, Đồng Nai 4, Đồng Nai 5, thuỷ điện Xekaman 1 của nước CHDCND Lào; Nhà máy điện Sinh khối An Khê và các nguồn điện tại các tỉnh lân cận: Nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 2, Vĩnh Tân 4; Nhà máy điện mặt trời Hòa Hội, Hacom Solar, Thuận Nam, Nhị Hà, BIM, Mỹ Sơn, Trung Nam, Hồng Phong 1... đến các TBA 220kV Kom Tum, KrongBuk, Đức Trọng, Bảo Lộc, Đắk Nông và các TBA 500kV Pleiku, Pleiku 2, Di Linh, Đắk Nông để cung cấp điện cho các tỉnh Tây Nguyên và truyền tải điện lên hệ thống điện 500kV Bắc-Trung-Nam. Với địa bàn Tây Nguyên nằm trong vùng đồi núi cao, các nhà máy phát điện, các Trạm biến áp và hệ thống lưới điện truyền tải đi qua khu vực này thường là vùng có thời tiết khắc nghiệt, di chuyển khó khăn, cách xa khu dân cư. Ngoài nhà máy thủy điện, nhiệt điện có công suất lớn, trong thời gian gần đây các nhà máy điện năng lượng mặt trời được đầu tư quy mô công suất lớn phát lên hệ thống truyền tải điện cấp điện áp 220kV. Trong khi đó, việc đầu tư, mở rộng lưới truyền tải điện đang gặp nhiều khó khăn về công tác thi công, đền bù giải phóng mặt bằng. Do vậy, trong thời gian tới, từ nay đến năm 2025 khả năng sẽ quá tải, không giải phóng hết công suất phát của các nhà máy điện ở khu vực và nguy cơ gây mất ổn định, sự cố trên hệ thống điện truyền tải 220kV ở địa bàn Tây Nguyên rất cao. DU R L T. 2 Hiện nay, lưới điện truyền tải cấp điện áp 220kV khu vực Tây Nguyên là lưới điện quan trọng trong việc liên kết các nhà máy điện, các phụ tải ở khu vực và giải tỏa hết công suất của các nhà máy điện này lên hệ thống Truyền tải 500kV Bắc-TrungNam, đồng thời đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục cho các tỉnh Tây Nguyên và các tỉnh miền Nam. Đối với công tác quản lý vận hành hệ thống Truyền tải điện, việc dự báo và đánh giá được các tình huống biến động của nguồn, phụ tải hoặc sự cố để chuẩn bị sẵn các giải pháp xử lý tối ưu nhằm đảm bảo vận hành an toàn hệ thống điện luôn là một yêu cầu quan trọng. Tuy nhiên, đối với lưới điện càng phức tạp, bài toán này càng khó thực hiện vì yêu cầu khối lượng tính toán và thời gian tính toán rất lớn, trong lúc người vận hành phải xử lý tình huống trong thời gian ngắn nhất. Học viên là người được giao nhiệm vụ trực tiếp quản lý vận hành hệ thống truyền tải điện Quốc Gia trên địa bàn tỉnh Gia Lai. Với mong muốn nghiên cứu để áp dụng vào thực tiễn công việc đang làm, để đảm bảo vận hành an toàn cho hệ thống điện 220kV khu vực Gia Lai nói riêng và khu vực Tây Nguyên nói chung ở thời điểm hiện tại, trước khi lưới điện được nâng cấp tương xứng với sự phát triển quá nóng của các nguồn năng lượng mới, đồng thời phân tích đánh giá tổng thể và đưa ra các tình huống vận hành nguy hiểm, nhằm có phương pháp giải quyết thích hợp kịp thời. Vì vậy, học viên chọn đề tài “Phân tích an toàn vận hành lưới điện truyền tải cấp điện áp 220kV khu vực Tây Nguyên” làm đề tài luận văn tốt nghiệp. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu và phân tích an toàn vận hành lưới điện Truyền tải 220kV khu vực Tây Nguyên, xác định các tình huống nguy hiểm, từ đó đề xuất các giải pháp thích hợp nhằm nâng cao an toàn vận hành lưới điện trước tình hình mới. C C R L T. DU 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lưới điện Truyền tải 220kV khu vực Tây Nguyên. Phạm vi nghiên cứu của đề tài là vận hành an toàn lưới điện, bao gồm tính toán kiểm tra trào lưu công suất trên các đường dây, máy biến áp và giá trị điện áp tại các nút trong tình huống vận hành bình thường và khi sự cố một phần tử (N-1), hai phần tử (N-2). Từ đó đề xuất các giải pháp thích hợp nhằm nâng cao an toàn vận hành lưới điện. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Thu thập các số liệu về thông số kỹ thuật lưới điện truyền tải 220kV khu vực Tây Nguyên, lưới điện 220kV liên kết lưới điện truyền tải 220kV tỉnh Lâm Đồng với các tỉnh Tây Nguyên còn lại và các nhà máy điện có liên quan trong khu vực. 3 Thu thập số liệu về tình hình phụ tải. Thiết lập sơ đồ lưới điện bằng phần mềm Powerworld Simulator (PW). Sử dụng phần mềm PW để phân tích an toàn lưới điện. Trên cơ sở kết quả tính toán của phần mềm, phân tích và đưa ra các giải pháp giải quyết các tình huống nguy hiểm. 5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 5.1. Về mặt khoa học Đề tài đã nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao an toàn vận hành lưới điện 220kV khu vực Tây Nguyên trước tình hình mới. Đề tài xây dựng mô hình lưới điện Truyền tải 220kV khu vực Tây Nguyên bằng phần mềm Powerworld Simulator (PW) có thể mô phỏng được các trạng thái vận hành và đề xuất các giải pháp đối với các sự cố có thể gây mất an toàn hệ thống. 5.2. Về mặt thực tiễn Đề tài dựa trên các số liệu thực tế, tính toán và phân tích các chế độ vận hành của lưới điện Truyền tải 220kV khu vực Tây Nguyên, từ đó xác định các trường hợp nguy hiểm đề xuất các giải pháp giải quyết các tình huống hợp lý, nhằm nâng cao an toàn vận hành của lưới điện 220kV khu vực Tây Nguyên trong tình hình mới, góp phần đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục và ổn định, đáp ứng cho nhu cầu phát triển của đất nước. C C R L T. DU 6. Tên đề tài Từ những lý do đã nêu ở trên, đề tài được chọn có tên là: “Phân tích an toàn vận hành lưới điện Truyền tải cấp điện áp 220kV khu vực Tây Nguyên”. 7. Bố cục đề tài Với mục tiêu đề tài như trên, bố cục luận văn gồm các phần sau: Phần mở đầu Chƣơng 1: Cơ sở lý thuyết về phân tích an toàn Chƣơng 2: Phân tích an toàn vận hành lƣới điện 220kV khu vực Tây Nguyên Chƣơng 3: Đề xuất các giải pháp nâng cao an toàn vận hành lƣới điện 220kV khu vực Tây Nguyên Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo. Phụ lục. 4 CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHÂN TÍCH AN TOÀN 1.1. Ngữ cảnh về yêu cầu phân tích an toàn hệ thống 1.1.1. Yêu cầu về vận hành an toàn hệ thống Hệ thống điện là một tổng thể bao gồm các khâu sản xuất (các nhà máy phát điện), truyền dẫn (các đường dây và trạm biến áp) và tiêu thụ (phụ tải điện). Đặc điểm riêng của hệ thống điện là quá trình sản xuất diễn ra đồng thời với quá trình tiêu thụ. Trong vận hành bình thường, sự cân bằng giữa công suất phát và công suất tiêu thụ trên toàn hệ thống luôn phải đảm bảo. Bất kỳ một sự biến động nào làm mất cân bằng công suất đều dẫn đến nguy cơ mất ổn định lưới nếu không có những biện pháp điều chỉnh kịp thời. Trong vận hành, hệ thống điện thường xuyên có biến động, đặc biệt là khi có thao tác đóng - cắt hoặc sự cố phải cô lập bất kỳ một phần tử nào trong hệ thống cũng đều dẫn tới thay đổi trào lưu công suất. Đối với các phần tử đóng vai trò quan trọng trong hệ thống như máy phát công suất lớn, các đường dây truyền tải chính… khi đột ngột bị tách khỏi vận hành sẽ gây ra thay đổi lớn về trào lưu công suất. Sự thay đổi này có thể dẫn đến quá tải các phần tử khác hoặc gây ra hiện tượng điện áp thấp hoặc cao quá qui định tại một số nút. Khi đó, đòi hỏi phải có biện pháp giải quyết phù hợp trong thời gian ngắn nhất để đảm bảo vận hành an toàn cho hệ thống. Để có các giải pháp giải quyết phù hợp trong thời gian ngắn nhất, đòi hỏi người vận hành cần có các biện pháp phòng ngừa bằng cách tiến hành phân tích các sự cố ngẫu nhiên (contingency analysis), đánh giá các tình huống nào có thể gây nguy hiểm đến vận hành an toàn hệ thống và chuẩn bị sẵn các phương án giải quyết thích hợp nhất. C C R L T. DU 1.1.2. Chức năng của phân tích an toàn hệ thống điện Phân tích an toàn hệ thống điện bao gồm ba (03) chức năng chính [1], [3]: + Chức năng kiểm soát hệ thống. + Chức năng phân tích sự cố. + Chức năng hoạt động hiệu chỉnh. 5 Kiểm soát hệ thống Chức năng: - Thông tin cập nhật hệ thống. - Thông tin báo quá tải, lệch áp. Phương pháp: - Xử lý, so sánh. Phân tích sự cố Chức năng: - Thông báo những sự cố nguy hiểm. Phương pháp: - Tuyến tính DC. - AC C C R L T. DU Hoạt động điều độ Chức năng: - Chống quá tải, lệch áp. - Tái điều độ. Phương pháp: - Phương pháp nhạy. - Qui hoạch tuyến tính. Hình 1.1. Các chức năng chính của phân tích an toàn - Chức năng kiểm soát hệ thống: Đây là chức năng quan trọng nhất, chức năng này thu thập các thông tin của hệ thống, xử lý, so sánh và đưa ra các thông báo về quá tải, kém áp, … - Chức năng phân tích sự cố ngẫu nhiên: Chức năng này dựa trên các thông số hệ thống, phân tích ngẫu nhiên các sự cố, đánh giá và dự báo các sự cố có thể dẫn đến nguy hiểm cho vận hành hệ thống (quá tải hoặc lệch áp ngoài phạm vi cho phép) nhằm có thể chuẩn bị các giải pháp xử lý khi tình huống xảy ra hoặc thiết lập trước các trạng thái vận hành có tính ngăn ngừa. - Chức năng phân tích hoạt động hiệu chỉnh: Chức năng này phân tích các tác động hiệu chỉnh của người vận hành, nó cho phép người vận hành thay đổi chế độ vận hành của hệ thống điện khi có sự cố quá tải hoặc khi chương trình phân tích sự cố 6 ngẫu nhiên thông báo trước về một sự cố nghiêm trọng sắp xảy ra, nhằm kịp thời giải quyết tình huống nguy hiểm. 1.1.3. Ngữ cảnh về phân tích an toàn hệ thống: Như đã đề cập đến ở phần trên, việc dự báo tình trạng hoạt động của hệ thống sau khi cắt một phần tử hoặc sau khi xảy ra sự thay đổi trạng thái làm việc của hệ thống là một yêu cầu rất quan trọng và cần được đánh giá ở thời gian thực. Trình tự thực hiện là sẽ phải tính toán mô phỏng tất cả các sự cố, tính toán phân bố công suất và giá trị điện áp tại các nút đối với từng sự cố và đưa ra giải pháp giải quyết. Về mặt vận hành, việc tiến hành tính toán phân tích theo trình tự trên ứng với thời gian thực là rất khó khăn, đặc biệt đối với các hệ thống lớn, do sẽ phải tiến hành tính toán với khối lượng rất lớn và tốn nhiều thời gian. Vấn đề đặt ra ở đây là phải tính toán trong thời gian bé nhất nhưng vẫn phải đảm bảo tính chính xác của kết quả tính toán trong một phạm vi cho phép chấp nhận được. Dựa trên kinh nghiệm, người ta nhận thấy phần lớn các sự cố không gây hậu quả nghiêm trọng về an toàn. Vì vậy, nhiều phương pháp nghiên cứu đã được sử dụng dựa trên đặc điểm này. Qui trình thực hiện thể hiện như sau (xem Hình 1.2): C C Dữ liệu trong thời gian thực R L T. DU Thuật toán phân tích nhanh sự cố Phân tích đầy đủ sự cố Danh sách sự cố có thể nguy hiểm Xuất ra những sự cố nào gây mất an toàn hệ thống Hình 1.2. Qui trình phân tích an toàn trong thời gian thực Người ta phân biệt hai nhóm phương pháp chính trong phân tích an toàn: - Phương pháp “Sắp xếp”: Đánh giá mức độ trầm trọng của một sự cố bởi một hàm toán học mô tả trạng thái hệ thống khi xảy ra một sự cố trong hệ thống. Hàm này được gọi là chỉ số nghiêm trọng (Performance Index-PI). Đối với phương pháp này kết quả có nhiều sai sót nên không đáng tin cậy lắm và không có khả năng đánh giá những tác dụng của việc thay đổi cấu trúc phức tạp nên phương pháp này ít được chấp nhận. - Phương pháp “Đánh giá trạng thái”: Mục đích của phương pháp này là đánh giá trạng thái (lọc nhanh) các sự cố để chọn ra các sự cố cần tính toán phân bố công suất đầy đủ. Ưu điểm của phương pháp này là có tốc độ tính toán nhanh do tiết kiệm thời gian tính toán thông qua việc lọc nhanh các sự cố không nguy hiểm và việc sử 7 dụng những lời giải gần đúng mà không cần đến sự sắp xếp riêng. Các phương pháp đánh giá trạng thái có thể kể đến như phương pháp tính toán phân bố công suất một phần 1P-1Q, phương pháp hệ số chuyển tải, phương pháp mở rộng vùng, phương pháp định vùng… 1.2. Một số phƣơng pháp phân tích an toàn Nội dung mục này trình bày hai phương pháp thông dụng trong nhóm phương pháp “Đánh giá trạng thái” là phương pháp Tính toán phân bố công suất một phần 1P1Q và phương pháp Hệ số chuyển tải [1]. 1.2.1. Phương pháp tính toán phân bố công suất một phần (1P-1Q) Việc đánh giá các biến trạng thái (góc pha, điện áp) đạt được bằng việc thực hiện một phép lặp công suất tác dụng và một phép lặp công suất phản kháng của bài toán tính phân bố công suất bằng phương pháp tách cặp nhanh (Fast Decoupled Power Flow - FDLF) [2], [5], [6]. Đối với những sự cố gây vượt giới hạn truyền tải sẽ được lập danh sách riêng và tính toán chi tiết hơn thông qua việc phân tích đầy đủ ACLF. Mô hình sử dụng trong trường hợp công suất tác dụng là mô hình số gia của việc tính toán phân bố công suất tuyến tính hóa (hoặc “DC”), ví dụ như: [B’] [Δθ] = [ΔP] (1.1) Với [ΔP] : Vectơ số gia của công suất tác dụng. [Δθ] : Vectơ số gia của góc pha điện áp. [B’] : Ma trận (n x n) là ma trận Jacobian của hệ thống. Mô hình này càng chính xác khi tỉ số X/R càng lớn. Ảnh hưởng của mỗi sự cố về truyền dẫn công suất tác dụng có thể đánh giá bằng việc giải Δθ từ (1.1) và bằng việc tính toán thay đổi công suất tác dụng trên các nhánh ΔPkm từ (1.2): ΔPkm = (Δθk – Δθm)/Xkm (1.2) Với Xkm : điện kháng của nhánh km. Δθk – Δθm : Số gia thay đổi góc pha trên nhánh km. Phương pháp này đơn giản, tiết kiệm thời gian, tuy nhiên có nhược điểm là có những sai sót do đã tính toán phân bố công suất tuyến tính hóa và phép tính gần đúng khi sử dụng phương pháp FDLF. C C R L T. DU * Các bước của phương pháp tính toán phân bố công suất một phần (1P-1Q): - Bước 1: Thu thập số liệu hệ thống. - Bước 2: Giả định tình huống sự cố phần tử thứ 1, đánh giá các biến trạng thái thông qua thực hiện một phép lặp công suất tác dụng và một phép lặp công suất phản kháng của bài toán tính phân bố công suất bằng phương pháp tách cặp nhanh (FDLF). 8 - Bước 3: Tính lượng công suất thay đổi trên các đường dây. (1.3) Với Xl: điện kháng của nhánh l. : Số gia của sự thay đổi góc trên nhánh l. Xác định công suất trên các đường dây khi sự cố N-1 theo (1.4): Pl = P0l + ∆Pl (1.4) Kiểm tra giới hạn truyền tải của phần tử trên lưới theo điều kiện: Pl > Pmaxl (1.5) Nếu điều kiện (1.5) thỏa nghĩa là vượt giới hạn truyền tải của phần tử l, tình huống sự cố này sẽ được ghi vào danh sách sự cố nguy hiểm và sẽ được nghiên cứu tính toán chi tiết hơn bằng cách phân tích đầy đủ (ACLF). Tiếp tục quay lại bước 2 với tình huống sự cố là của phần tử tiếp theo cho đến hết tất cả các tình huống. - Bước 4: Khi đã đánh giá toàn bộ các tình huống sự cố, tất cả các tình huống sự cố gây vượt giới hạn truyền tải sẽ được xuất ra để từ đó ta phân tích chi tiết và xây dựng các giải pháp hiệu chỉnh nhằm tái lập tình trạng an toàn. Lưu đồ thuật toán phương pháp 1P-1Q như Hình 1.3. C C R L T. DU 1.2.2. Phương pháp hệ số chuyển tải Phương pháp này sẽ đưa ra hệ số phản ánh sự thay đổi gần đúng của dòng công suất trên đường dây khi thay đổi cấu trúc, công suất phát trong hệ thống. Có hai loại hệ số: a. Hệ số chuyển tải khi cắt một đường dây (được ký hiệu là α) Hệ số chuyển tải công suất cho đường dây l khi cắt đường dây k được xác định theo (1.6): (1.6) Với là công suất trên đường dây k trước khi cắt đường dây k. là lượng thay đổi công suất trên đường dây l khi cắt đường dây k. Nếu biết dòng chảy công suất của đường dây l và đường dây k trước khi thay đổi cấu trúc thì dòng chảy công suất trên đường dây l khi đường dây k bị cắt có thể tính được dễ dàng thông qua hệ số αl/k: (1.7) Vậy nếu tính trước các hệ số chuyển tải [1], ta có thể xác định rất nhanh các đường dây nào quá tải khi cắt một đường dây cụ thể nào đó. Việc tính toán này có thể tiến hành lặp lại khi cắt lần lượt các đường dây và đưa ra các thông tin cảnh báo cho người vận hành.
- Xem thêm -