nâng cao hiệu quả truyền tải điện năng trong hệ thống điện

NÂNG CAO HIỆU QUẢ
TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG

TS. NGUYỄN Nhất Tùng
KHOA HTĐ-ĐHĐL


Mục Lục

 30 tiết lý thuyết, 1- 2 bài kiểm tra
Thi viết, không dùng tài liệu

1. NGUYÊN TẮC CHUNG VỀ QUẢN LÝ HỆ THỐNG ĐiỆN
 Công tác vận hành hệ thống điện
 Khái quát chung các thiết bị dùng trong điều khiển lưới điện
 Khái quát các phương thức vận hành trong lưới điện

2. NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP & CÔNG SUẤT Q
 Những vấn đề chung về điều chỉnh Đ.A & công suất phản kháng trong htđ
 Tự động điều chỉnh điện áp và CSPK ở MFĐ đồng bộ (TĐA)
 Điều chỉnh điện áp trong lưới điện truyền tải và phân phối

Chế độ xác lập của đường dây với tụ bù doc
Các vấn đề cần quan tâm đối với đường dây có tụ bù dọc

3. ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU
Các kết nối đường dây một chiều
Các bộ biến đổi…

4. ỨNG DỤNG PHẦN TỬ HẠN CHẾ DÒNG ĐIỆN FCL

Lịch sử phát triển của HTĐ








Năm 1882, Thomas Alva Edison lần đầu
thiết lập nhà máy điện ở Mỹ, với tải là 400
bóng đèn, mỗi bóng có công suất 83 W.
Điện áp lúc đó là 110 V một chiều
(DC=Direct Current)
Đồng thời ở châu ÂU, các HTĐ cũng truyền
tải, phân phối điện năng đến phụ tải cho
mục đích sử dụng chung

Bóng đèn của Edison



Năm 1885, Ferranti thiết kết một htđ, bắt đầu từ một nhà máy
điện ở Deptford bên bờ sông Thames để cung cấp điện cho thủ
đô London:




Sử dụng dòng điện xoay chiều AC (Alternating Current ), Dùng hệ
thống cáp ngầm
Điện áp 10kV


Lịch sử phát triển của HTĐ


Hai yếu tố quyết định đến sự phát
triển của HTĐ hiện nay là:




Sự phát minh MBA (chỉ làm việc với dòng
điện xoay chiều)
Sự phát minh của Từ trường quay:
=>động cơ và máy phát điện nhiều pha

Ngày nay, HTĐ chủ yếu dùng hệ
thống dòng điện xoay chiều 3 pha



Phát minh của Tesla (US390721): máy phát điện Dynamo
/>

1. Giới thiệu chung

Lịch sử phát triển của HTĐ



Các nhân tố quyết định truyền tải công suất đi xa:









Vấn đề đầu tư/kinh tế
Các tiêu chuẩn kĩ thuật về vận hành và thiết kế
Vấn đề tổn thất
Vấn đề ổn định
Vấn đề điều khiển HTĐ

Xuất hiện các xu hướng khác nhau trong việc lựa
chọn các phương thức truyền tải công suất điện.


1. Giới thiệu chung

Ví dụ về htđ hiện đại
PHÁT ĐIỆN

IPP






Phụ tải tăng
Cạn kiệt tài
thiên nhiên

Coal fired

nguyên

Áp lực về tối đa hóa lợi
ích kinh tế

Các HTĐ đang được
vận hành gần giới
Hạn về ổn định,
và an toàn

Hydro plant

Nuclear Plant

HTĐ
khác

đ/dây liên lạc

TRUYỀN TẢI

IPP

HTĐ
Phi điều tiết

HV/MV

Tải Công
nghiệp

Điện phân tán

HV/MV

Công nghiệp

MV/LV

MV/LV

Gia đình

Tòa nhà

PHÂN PHỐI
NGUYEN DANG TOAN

6

Một số phần tử NMĐ


Nhà Máy điện


Nơi biến đổi năng lượng sơ cấp (hạt nhân, than/dầu, khí, thủy năng, gió, mặt
trời..) thành điện năng, Điện áp đầu cực từ 6-25kV

NM hạt nhân

NMThủy điện

NM địa nhiệt điện

NM Nhiệt điện

NM pin mặt trời

NM phong điện


Một số phần tử trong HTĐ






MBA tăng áp: nâng điện áp đầu cực lên 220-765kV cho mục đích
truyền tải điện năng, bằng các đường dây dài. Nhằm giảm tổn thất,
giảm dòng điện tải.
Các mba trung gian giảm điện áp từ cấp truyền tải xuống khoảng
từ 66-150kV
Cấp phân phối: giảm điện áp xuống 0,4kV


Một số phần tử trong HTĐ




Đường dây truyền tải siêu cao áp: làm nhiệm vụ truyền
tải điện năng từ nhà máy điện đến các vùng phụ tải,
thành phố…thường từ 230kV đến 750kV (800kV,
1000kV)
Các đ/d truyền tải điện áp cao: 66kV-150kV


Sơ đồ một hệ thống truyền tải tiêu biểu


HT truyền tải


Mạch vòng








Nhược điểm





Một nút (bus, node) nối với ít nhất hai
đường dây khác
Nếu hỏng một mạch, vẫn còn mạch
khác để mang điện
Tăng độ tin cậy cung cấp điện
Dòng điện sự cố lớn
Phức tạp trong vận hành và bảo vệ

Các đ/d truyền tải



Nối NMĐ với phụ tải
Tạo ra một “power pool” để tăng độ tin
cậy ccđ


Ví dụ về một trạm biến áp


Các cấp điện áp của lưới
truyền tải VN





500kV
220kV

Các thiết bị chủ yếu trong
TBA


MBA, Máy cắt, DCL, BU,BI







Nút
MPĐ
MBA
Đ/dây
Sơ đồ thay thế

Công tác vận hành HTĐ
1.
2.
3.

Điều khiển HTĐ làm việc trong chế độ xác lập.
Sử lý các sự cố : NM, hỏng thiết bị, các nhân tố ngẫu nhiên.
Lập chương trình vận hành ngắn hạn: tính toán chọn
sơ đồ vận hành của lưới điện, tinh chỉnh định thiết bị điều khiển,
bảo vệ...

4.
5.



Sửa chữa, bảo dưỡng: đường dây, trạm biến áp...
Thực hiện các công tác cải tạo, nâng cấp lưới
điện.
Chi phi cho 4 hạng mục đầu là chi phí hoạt động
và bảo dưỡng
12


Mục đích của vận hành lưới điện
1.
2.
3.

4.

Đảm bảo chất lượng điện áp
Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải.
Đảm bảo hiệu quả kinh tế cao: tổn thất công suất
trong chế độ max và tổn thất điện năng thấp nhất,
phối hợp với nguồn điện đảm bảo chi phí sản xuất
nhỏ nhất.
Đảm bảo an toàn cho lưới điện trong chế độ bình
thường cũng như sự cố.

13


Các thiết bị dùng điều khiển lưới điện


Thiết bị điều khiển chế độ bình thường







Máy cắt, dao cách ly, dao cách ly tự động.
Điều chỉnh điện áp: MBA điều áp dưới tải, máy điều chỉnh
điện áp, MBA điều áp ngoài tải.
Tụ bù dọc, tụ bù ngang, kháng bù dọc, kháng bù ngang.
Thiết bị FACTS: Tụ bù ngang (SVC hình 1), tụ bù dọc,... điều khiển tự
động, tức thời bằng thyristor.





-Thiết bị cân bằng pha hay lọc các sóng hài bậc cao của
điện áp, dòng điện
Thiết bị đóng cắt, điều chỉnh điều khiển tự động theo chương
trình cho trước hay điều khiển từ xa hoặc tại chỗ bởi các
nhân viên điều độ.
14


Các thiết bị dùng điều khiển lưới điện


Thiết bị bảo vệ và điều khiển khi sự cố






Bảo vệ rơ le, thiết bị tự đóng lại đường dây điện,
Máy cắt, dao cách ly tự động,
Tự đóng nguồn dự trữ, tự động xa thải phụ tải...
Các thiết bị điều khiển có thể điều khiển riêng lẻ hoặc tích
hợp trong hệ thống SCADA (hệ thống điều khiển giám sát
và thu thập dữ liệu - Supervisory Control And Data
Acquisition).

15


Tụ bù ngang SVC

16


Phương thức vận hành lưới điện


Điều khiển lưới điện chia làm 2 giai đoạn:


Điều khiển tức thời :








Điều chỉnh kích từ ở máy phát AVR, máy bù tĩnh SCV, tự động
đóng điện lặp lại (relay autocreslose), tự đóng nguồn dự trữ ATS,
MBA điều áp dưới tải tự động,
Thiết bị tự động theo dõi liên tục thông số cần điều khiển. Tự động
thay đổi khi các thông số biến thiên quá giới hạn cho phép.
Điều khiển tức thời nhằm bảo đảm an toàn cho lưới điện, đảm bảo

độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải yêu cầu độ tin cậy cao,
chất lượng điện áp;

Điều khiển chậm: nhân viên vận hành thực hiện. Có thể thực
hiện thường xuyên từng giờ dưới tải hoặc theo mùa trong năm,
ngoài tải.
17


1. Giới thiệu chung

1.4 Tại sao phải nâng cao hiệu quả truyền tải điện năng
















Rất nhiều sự cố tan rã HTĐ liên quan đến khả năng truyền tải
của đường dây truyền tải, mât ổn định, tan rã htđ

Pháp, 1978, 1987
Bỉ, 1982
Thụy Điển, 1983
Mỹ: Florida 1985, WSCC
1996, NERC 2003
Tokyo-Nhật, 1987
Phần lan, 1992
Thụy Điển/Đan Mạch, 2003
Ý, 2003
Hi Lạp, 2004
Tây Âu 2006



Hậu quả rất nghiêm trọng


Ý - 2003:





Mỹ - 2003:





Phụ tải bị cắt: 27GW

Thiệt hại về tièn: $50 tỉ

Phụ tải bị cắt: 65GW
30 giờ để khôi phục hoàn toàn hệ thống

Tây Âu


15 triệu người bị ảnh hưởng

Hệ thống điện VN??
18


1.4 Tại sao phải nâng cao hiệu quả truyền tải điện


HTĐ truyền tải






Những htđ ngày nay được kết
nối với nhau qua hệ thống đ/d
liên lạc (tie line,
interconnected systems)
Được phối hợp và điều khiển
dòng công suất, tần số

Những nhược điểm tồn tại:






Sự xuất hiện nhiều dao động
công suất
Xuất hiện nhiều mức độ hư
hỏng khác nhau
Truyền sự cố từ hệ thống này
sang HTĐ khác









Sự xuất hiện điện dung đối với
đất (cụ thể là thành phần thứ
tự không)
Các đường dây AC cao áp
thường có các thiết bị bù,
Tổn hao cả công suất tác dụng
và công suất phản kháng

Đang được vận hành gần với
giới hạn

Cần phải nâng cao
khả năng truyền tải


1.4 Khả năng tải của HTĐ đơn giản




Xét HTĐ đơn giản như hình
vẽ. Từ hình vẽ ta có
V  E  jXI

Tải

MPĐ E/_0

V/_ 

Công suất biểu kiến
*
*


V

E

S  P  jQ  V I*  V
 jX
V 2  V(cos   j sin )E *  Được phân tích thành hai thành phần

 jX
EV
j 2
P
sin 
 V  EV cos   jEV sin 
X
X
V2
EV





Q

X



X

cos 

1.4 Khả năng tải của HTĐ đơn giản


Để nâng cao công suất tác
dụng
EV
P
sin 



Để nâng cao công suất phản
kháng
V 2 EV
Q

X





Tăng E, V (nâng cao điện áp
truyền tải, 220kV, 400kV
500kV, 765kV…)
Giảm X













Một giải pháp khác là: Sử
dụng đường dây một chiều





Gần với phụ tải
Bù dọc với tụ bù hoặc Facts

Bù công suất phản kháng


Nâng cao sin

cos 

X
X
Giảm tổn thất công suất phản
kháng



Tụ bù dọc
Bù thông minh (FACTS)



Bù ngang với tụ
Dùng FACTS

Một giải pháp khác là: Sử
dụng đường dây một chiều