Nghiên cứu các biện pháp nâng cao khả năng tải cho lưới truyền tải, áp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.05 MB, 82 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN THANH HỒNG
NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG
TẢI CHO LƢỚI TRUYỀN TẢI, ÁP DỤNG CHO LƢỚI ĐIỆN
MIỀN BẮC VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
HỆ THỐNG ĐIỆN
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN BÁCH
HÀ NỘI – 2013
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi nghiên cứu, tính
toán và phân tích.
Số liệu đưa ra trong luận văn dựa trên kết quả tính toán trung thực của tôi, không
sao chép của ai hay số liệu đã được công bố.
Nếu sai với lời cam kết trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Tác giả
Nguyễn Thanh Hồng
1
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. 1
CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU.......................................................................... 4
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................... 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.............................................................................. 5
CHƢƠNG MỞ ĐẦU ............................................................................................ 6
1. Tính cấp thiết của đề tài...................................................................................6
2. Tên đề tài: “Nghiên cứu các biện pháp nâng cao khả năng tải cho lƣới truyền
tải, áp dụng cho lƣới điện miền Bắc Việt Nam”. ...........................................7
3. Tóm tắt nội dung luận văn: .............................................................................7
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài: ...........................................................................8
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:............................................................................8
CHƢƠNG 1........................................................................................................... 9
KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƢỚI TRUYỀN TẢI ĐIÊN MIỀN
BẮC VIỆT NAM ................................................................................................... 9
1.1. Khái quát về hệ thống điện. .............................................................................9
1.2. Lƣới truyền tải. ...............................................................................................12
CHƢƠNG 2......................................................................................................... 17
KHẢ NĂNG TẢI CỦA LƢỚI ĐIỆN ............................................................... 17
CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG TẢI................................ 17
2.1. Định nghĩa khả năng tải .................................................................................17
2.2. Các điều kiện và tiêu chuẩn xác định giới hạn công suất tải của lƣới truyền
tải điện .............................................................................................................21
2.2.1. Các điều kiện xác định giới hạn công suất tải của lưới điện ...... 21
2.2.2. Các tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng để tính khả năng tải ............... 25
2.3. Các biện pháp kỹ thuật nâng cao khả năng tải tổng của lƣới truyền tải điện
..........................................................................................................................26
2.4. Các phƣơng pháp tính và đánh giá khả năng tải tổng của lƣới truyền tải :27
2.4.1. Thuật toán chung tính khả năng tải tổng ................................... 27
2.4.2. Các phương pháp tính ............................................................... 31
2.4.3. Phương pháp tuyến tính hóa ...................................................... 33
2.4.4. Hệ số phân bố công suất(PTDF) ............................................... 35
2
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
2.4.5. Phương pháp hệ số phân bố sự cố đường dây (LODF-Line Outage
Distribution Factor) .................................................................. 38
2.4.6. Phương pháp tính lặp lại chế độ-ACPF và DCPF ..................... 39
2.4.7. .Phương pháp tính liên tục chế độ-CPF ..................................... 45
2.4.8. Phương pháp tính phân bố công suất tối ưu-OPF..................... 48
CHƢƠNG 3......................................................................................................... 50
PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG TẢI CỦA LƢỚI TRUYỀN TẢI ĐIỆN MIỀN BẮC
THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG.................................................................... 50
3.1. Lƣới truyền tải điện miền Bắc.......................................................................50
3.2. Sơ đồ và các số liệu .........................................................................................52
3.3. Chƣơng trình tính toán ..................................................................................62
3.4. Tính toán chế độ mùa mƣa ............................................................................63
3.5. Tính toán chế độ mùa khô .............................................................................74
3.6. Nhận xét chung ...............................................................................................77
KẾT LUẬN VÀ CÁC ĐỀ XUẤT ĐƢỢC ĐƢA RA .............................................78
3
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Chữ viết tắt
Tên đầy đủ
HTĐ
Hệ thống điện
TTĐ
Truyền tải điện
TBA
Trạm biến áp
MBA
Máy biến áp
CSTD
Công suất tác dụng
CSPK
Công suất phản kháng
CSBK
Công suất biểu kiến
NMĐ
Nhà máy điện
NĐ
Nhiệt điện
TĐ
Thủy điện
LPP
Lưới phân phối
KNTT
Khả năng tải tổng
KNTKD
Khả năng tải khả dụng
DTĐTC
Dự trữ độ tin cậy
DTLI
Dự trữ lợi ích
SO
Đơn vị vận hành lưới điện
TT
Thứ tự
STT
Số thứ tự
4
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Ảnh hưởng của các thiết bị FACTS đến hệ thống điện.
Bảng 2.2: So sánh các phương pháp tính khả năng tải.
Bảng 2.3: Kết quả tính toán PTDF và ITC của các đường dây tải điện
Bảng 3.1: Thông số các nút.
Bảng 3.2: Thông số các máy phát (nguồn)
Bảng 3.3: Thông số các đường dây trong hệ đơn vị tương đối
Bảng 3.4: Thông số các loại dây dẫn
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống điện
Hình 1.1: Sơ đồ bố trí các đƣờng dây và TBA của lƣới truyền tải điện miền Bắc
Hình 2.1: Khả năng tải khả dụng
Hình 2.2: Sơ đồ phân loại ổn định của hệ thống điện
Hình 2.3: Ví dụ sơ đồ lƣới điện 4 nút.
Hình 2.4: Sơ đồ thuật toán phƣơng pháp N-R
Hình. 2.5: Sai số của phƣơng pháp DC
Hình 2.6: Tập hợp các đƣờng cong nghiệm trên không gian (U,λ)
Hình 3.1: Sơ đồ lƣới truyền tải điện miền Bắc
Hình 3.1a: Sơ đồ bố trí các đƣờng dây và TBA của lƣới truyền tải miền Bắc
Hình 3.2: Đƣờng dây Hòa Bình – Hà Đông 1, 2 quá tải
Hình 3.2a: Nhảy sự cố 1 đƣờng dây Hòa Bình1 - Hà Đông1
Hình 3.2b: Tách 1 đƣờng dây Thƣờng Tín – Hà Đông
Hình 3.3: Nhảy sự cố đƣờng dây 500kV Nho Quan - Thƣờng Tín
Hình 3.4: Nhảy sự cố 1 MBA 500/220kV trạm Hiệp Hòa
Hình 3.5: Nhảy sự cố đƣờng dây 500kv Thƣờng Tín - Quảng Ninh
5
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
CHƢƠNG MỞ ĐẦU
1.
Tính cấp thiết của đề tài
Trong thời kỳ công nghiệp hóa và hiện đại hóa, với sự phát triển mạnh mẽ của
nền kinh tế Việt nam, hệ thống điện Việt nam nói chung và lưới truyền tải điện nói
riêng phát triển nhanh chóng cả về phạm vi và công suất.
Từ những năm 80 của thế kỷ 20, lưới TTĐ 220- 500kV Việt nam bắt đầu được
xây dựng. Ngày nay, lưới TTĐ Việt nam đã có 18 Trạm biến áp 500kV, 75 Trạm biến
áp 220kV với tổng dung lượng 40.501MVA; 4.847 km đường dây 500kV, 10.858km
đường dây 220 kV. Lưới truyền tải điện 220-500kV đã vươn ra khắp các vùng miền
của đất nước, kết nối các nhà máy thủy điện, nhiệt điện lớn với các trung tâm phụ tải
lớn ở các thành phố, khu công nghiệp. Lưới TTĐ cũng đã vươn xa, kết nối với Hệ
thống điện của các nước láng giềng Trung Quốc, Lào, Campuchia để hợp tác, trao đổi,
mua bán điện năng.
Lưới truyền tải điện miền Bắc Việt nam nằm trên địa bàn 26 tỉnh thành miền
Bắc từ Cao Bằng tới Hà Tĩnh . Hiện nay lưới TTĐ miền Bắc có 7 trạm biến áp 500kV
gồm trạm biến áp 500kv Sơn la (900MVA), Hiệp Hòa (1800MVA), Nho quan(
900MVA), Quảng Ninh ( 900MVA), Thường Tín( 900MVA), Hòa Bình(900MVA) ,
Hà Tĩnh ( 450MVA ), 31 trạm biến áp 220kV gồm TBA 220kV Hà Đông (750MVA),
Chèm (750MVA), Mai Động (750MVA ), Phủ Lý (250MVA), Ninh Bình(375MVA),
Thanh Hóa(250MVA), Nghi Sơn(250MVA), Vinh(250MVA), Đô Lương(125MVA),
Nam Định(375MVA), Thái Bình(250MVA), Đồng Hòa (375MVA), Đình
Vũ(250MVA), Vật Cách(250MVA), Tràng Bạch(250MVA), Hoành Bồ(250MVA),Hải
Dương(250MVA), Phố Nối(375MVA), Bắc Ninh(375MVA), Bắc Giang(375MVA),
Thái
Nguyên(500MVA),
Cao
Bằng(125MVA),
Sóc
Sơn(375MVA),
Vân
Trì(500MVA), Vĩnh Yên(375MVA), Việt Trì(375MVA), Yên Bái (125MVA), Lào
Cai(125MVA), Hà Giang(125MVA), Sơn La(125MVA),Xuân Mai(250MVA). Ngoài
ra còn có các trạm biến áp 220kV-500kV thuộc các nhà máy điện quản lý : Hòa bình,
Phả lại, Quảng ninh, Uông Bí, Sơn Động, Cẩm Phả, Sơn La, Nho Quế, Thái An, Huội
6
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
quảng, Bản Chát, Hủa Na…Hệ thống đường dây 220kV gồm hơn 3280km và đường
dây 500kV hơn 1575km kết nối các trạm biến áp với nhau và với các nhà máy điện .
Trong những năm gần đây, một loạt các nhà máy điện mới được xây dựng và
đưa vào vận hành( TĐ Sơn la, NĐ Quảng ninh, Hải phòng, Mạo khê, Cẩm phả, Bản
vẽ…) với công suất không ngừng tăng lên cùng với sự phát triển của các khu công
nghiệp, đô thị với nhiều trang thiết bị dùng điện đã làm gia tăng công suất truyền tải
qua lưới TTĐ miền Bắc. Ngoài ra, lưới TTĐ còn làm nhiệm vụ điều tiết công suất giữa
các vùng miền khi chế độ vận hành của các nhà máy điện thay đổi do điều kiện thời
tiết thủy văn,tình hình cung ứng than, khí đốt... Lưới TTĐ, dù đã được quan tâm đầu tư
xây dựng, nâng cấp song do các khó khăn về vốn đầu tư và giải phóng mặt bằng, vẫn
không kịp đáp ứng sự gia tăng công suất, nên thường xuyên bị quá tải, đặc biệt trong
các giờ cao điểm.Từ đó nguy cơ xảy ra sự cố và mất ổn định của Hệ thống điện là rất
lớn.
Việc nghiên cứu khả năng tải và chế độ vận hành của lưới TTĐ là yêu cầu rất
cần thiết , để từ đó thấy được các điểm yếu của lưới TTĐ, tìm các biện pháp nâng cao
khả năng tải cho lưới.
Trong phạm vi luận văn này, do hạn chế về thời gian nên tác giả chỉ giới hạn ở
việc tính toán và nghiên cứu các biện pháp nâng cao khả năng tải cho lưới TTĐ, áp
dụng cho lưới điện miền Bắc Việt nam.
2.
Tên đề tài: “Nghiên cứu các biện pháp nâng cao khả năng tải cho lƣới
truyền tải, áp dụng cho lƣới điện miền Bắc Việt Nam”.
3.
Tóm tắt nội dung luận văn:
Nội dung luận văn gồm 3 chương :
Chương 1: Khái quát về HTĐ và lưới TTĐ miền Bắc Việt nam.
Chương 2: Khả năng tải của lưới điện – Các phương pháp phân tích khả năng
tải.
Chương 3 : Phân tích khả năng tải của lưới TTĐ miền Bắc và các đề xuất nâng
cao khả năng tải
7
Nguyễn Thanh Hồng
4.
Luận văn cao học
Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Hiểu biết tổng thể về Hệ thống điện, các phần tử trong hệ thống điện ,
phương pháp tính toán chế độ xác lập của Hệ thống điện . Hiểu biết về khả năng tải của
lưới điện và các biện pháp, các thiết bị sử dụng để nâng cao khả năng tải cho lưới điện .
5.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Cập nhật sơ đồ hiện trạng của lưới truyền tải điện Việt nam và lưới TTĐ miền
Bắc Việt nam . Tinh toán các thông số vận hành và đánh giá khả năng tải của lưới TTĐ
miền Bắc Việt nam ở các phương thức vận hành khác nhau về nguồn và lưới. Các đề
xuất về biện pháp nâng cao khả năng tải cho lưới TTĐ miền Bắc Việt nam.
Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo
PGS. TS. Trần Bách cùng các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện – Viện Điện –
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình
làm luận văn. Cảm ơn các kỹ sư và lãnh đạo Tổng công ty truyền tải điện quốc gia và
Công ty truyền tải điện 1 đã giúp đỡ thu thập các số liệu về lưới TTĐ Việt nam nói
chung và lưới TTĐ miền Bắc nói riêng.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận
lợi và có những đóng góp quý báu cho bản luận văn.
Để bản luận văn trở nên hoàn chỉnh và hướng nghiên cứu trong bản luận văn
được phát triển tiếp, tác giả mong nhận thêm được sự góp ý của các thầy cô giáo, bạn
bè và bạn đọc.
Xin trân trọng cảm!
8
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
CHƢƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƢỚI TRUYỀN TẢI ĐIÊN
MIỀN BẮC VIỆT NAM
1.1.
Khái quát về hệ thống điện.
Hệ thống điện là tập hợp các phần tử như máy phát điện, máy biến áp, đường
dây …nối liền với nhau trong một thể thống nhất, được điều khiển chung, làm nhiệm
vụ sản xuất, truyền tải và phân phối , sử dụng điện năng.
Hệ thống điện của mỗi quốc gia là một thể thống nhất, làm việc ở một tần số
được lựa chọn (50Hz, 60Hz, 100Hz,...). Hệ thống đó chia làm ba phần theo chức năng
: Các nhà máy phát điện, lưới điện truyền tải và lưới điện phân phối.
Các nhà máy điện sử dụng các nguồn năng lượng sơ cấp khác nhau biến đổi
thành năng lượng điện . Căn cứ vào các loại năng lượng sơ cấp ta phân ra thành các
loại :
Nhà máy thủy điện sử dụng thế năng của dòng nước quay tua bin , máy phát để
phát ra điện.
Nhà máy nhiệt điện sử dụng các dạng năng lượng hóa thạch (than, khí,dầu,...)
đốt giải phóng năng lượng tạo hơi nước hoặc tạo khí trong buồng đốt quay tua bin ,máy
phát để phát ra điện.
Nhà máy điện hạt nhân sử dụng năng lượng hạt nhân tạo hơi nước quay tua bin.
Ngoài ra còn có các NMĐ khác như nhà máy phong điện sử dụng sức gió, nhà
máy điện địa nhiệt sử dụng năng lượng nhiệt ngầm dưới đất , NMĐ thủy triều sử dụng
năng lượng thủy triều để quay tua bin....
Tại các nhà máy phát điện, điện áp phát ra ở cực máy phát từ 6 – 24 kV. Để tải
điện năng đi xa đến các phụ tải và liên kết giữa các nhà máy điện , phải nâng điện áp
lên cao áp 110-220-500-750-1000kV... để nâng khả năng tải và tránh tổn thất. Năng
lượng điện đến các trung tâm phụ tải lại được hạ điện áp xuống từng cấp trung áp- hạ
áp để cấp cho phụ tải ở điện áp phù hợp. Năng lượng điện có tính chất không lưu giữ
9
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
được. Công suất điện sản xuất ra từ nguồn phải cân băng với công suất điện tiêu thụ ở
phụ tải cộng với phần tổn thất trên lưới điện. Nếu sự mất cân bằng xảy ra sẽ làm thay
đổi tần số điện áp của HTĐ, điều này sẽ gây ảnh hưởng đến các thiết bị điện trên toàn
HTĐ và có thể dẫn đến tan rã HT. Ở Việt nam hiện nay quy định cấp điện áp lưới
truyền tải điện là 220-500kV, lưới phân phối cao áp 110-66kV, lưới phân phối trung áp
35-22-10-6kV và lưới phân phối hạ áp 0,4kV. Sơ đồ mô hình hệ thống điện được mô tả
trong Hình 1.1.
10
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
~
Nguồn điện - nhà máy điện
Trạm biến áp nhà máy điện:
tăng áp
~
~
ĐD
Đường dây điện (ĐD)
Lưới truyền tải: 220-500 kV
Thiết bị linh hoạt hoá lưới
điện (FACTS)
Trạm biến áp trung gian khu
vực:giảm áp
Tụ bù
Lưới phân phối:110-66 kV
ĐD
ĐD
ĐD
Trạm biến áp trung
gian địa phương:
giảm áp giảm áp
Lưới phân phối:
Lưới phân phốitrung áp:6-35 kV
Trạm biến áp phụ tải:giảm áp
35, 22, 10, 6/0,4kV
ĐD
(trạm phân phối)
ĐD
ĐD
hộ tiêu thụ điện lớn:xí
nghiệp,doanh nghiệp,siêu
thị...
Trạm phân phối hạ
áp:380/220V
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống điện
11
~
Trạm phát điện
DG
tụ bù
Hộ tiêu thụ điện nhỏ: nhà
ở, cửa hiệu, trường học...
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
Cấu trúc của hệ thống điện bao gồm : 1- Sơ đồ nối dây; 2- Các phần tử.
Các phần tử của hệ thống điện bao gồm các phần tử lực làm nhiệm vụ sản xuất,
truyền tải, phân phối điện và các phần tử điều khiển, bảo vệ. Các phần tử lực gồm có
các máy phát điện, máy biến áp, cầu dao, máy cắt, thanh cái, thiết bị phân phối, đường
dây tải điện...Các phần tử điều khiển, bảo vệ gồm có các role bảo vệ, điều khiển, đồng
hồ đo lường, hệ thống máy tính, SCADA truyền số liệu, tín hiệu điều khiển, giám sát,
kết nối từ các NMĐ, TBA tới các trung tâm điều độ,...
Sơ đồ hệ thống điện và tất cả các phần tử hiện có tạo thành cấu trúc đầy đủ hay
cấu trúc tổng của hệ thống điện.Cấu trúc của hệ thống điện được thực hiện qua quy
hoạch, thiết kế và xây dựng trong một quá trình lâu dài. Sau đó được thực hiện trong
vận hành.
Các phần tử luôn được đổi mới, thay thế. Nhiều phần tử mới được bổ xung như
làm thêm nhà máy điện mới, đường dây mới, thêm các thiết bị điều khiển, bảo vệ… để
nâng cấp hệ thống điện, nâng cao khả năng tải nhằm đáp ứng sự tăng trưởng không
ngừng của phụ tải điện trong thời gian và không gian. Nhiều công nghệ mới được áp
dụng nhằm nâng cao độ linh hoạt, độ tin cậy , hiệu suất của hệ thống điện .
Cấu trúc tổng thể của hệ thống điện là cầu trúc có các đặc điểm:
1-Là cấu trúc thừa : thừa về khả năng lập sơ đồ vận hành, thừa về số phần tử và
khả năng tải điện của phần tử, thừa về công suất phát.
Sở dĩ HTĐ phải có độ dư thừa như vậy là để đảm bào độ tin cậy cung cấp điện ,
dự phòng cho các tình huống sự cố.
2-Là cấu trúc linh hoạt. cấu trúc linh hoạt là cấu trúc có thể biến đổi được, có thể
tái cấu trúc trong vận hành.
1.2.
Lƣới truyền tải.
Lƣới truyền tải điện Việt nam do Tổng công ty truyền tải điện quốc gia quản
lý vận hành, trong đó Công ty truyền tải điện 1 quản lý vận hành lưới truyền tải điện
miền Bắc từ Hà Tĩnh trở ra, Công ty truyền tải điện 2 quản lý vận hành lưới truyền tải
điện từ Quảng Bình đến Phú Yên, Công ty truyền tải điện 3 quản lý vận hành lưới
truyền tải điện từ Bình định đến Bình thuận và Tây nguyên, Công ty truyền tải điện 4
12
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
quản lý vận hành lưới truyền tải điện từ Đồng Nai trở vào các tỉnh miền Nam tính đến
tháng 3 năm 2013. Lưới TTĐ Việt nam đã có 18 Trạm biến áp 500kV, 75 Trạm biến áp
220kV với tổng dung lượng 40.501MVA; 4.847 km đường dây 500kV, 10.858km
đường dây 220 kV
Trước những năm 80 của thế kỷ 20, lưới truyền tải điện miền Bắc gồm các
đường dây và TBA 110kV. Năm 1981, trạm biến áp 220kV/110kV Hà đông là TBA
220kV đầu tiên và đường dây 220kV Phả Lại – Hà Đông được xây dựng và đưa vào
vận hành, từ năm 1984-1987 các đường dây 220 kV Hòa Bình – Hà Đông , Hà đôngThanh Hóa – Vinh- Đồng hới được đưa vào vận hành, năm 1988 trạm 220 kV Chèm và
đường dây 220 kV Hòa Bình – Chèm và Hà Đông- Chèm vào vận hành... Đến nay, lưới
TTĐ miền Bắc bao gồm 7 trạm biến áp 500kV tổng dung lượng 6750MVA, 31 trạm
biến áp 220kV tổng dung lượng 10375MVA, 1568 km đường dây 500kV và 3041 km
đường dây 220kV nằm trên địa bàn 26/29 tỉnh miền Bắc . Lưới TTĐ miền Bắc hiện
nay vận hành với hai mảng riêng rẽ không hòa với nhau: Lưới TTĐ hòa HTĐ Việt nam
và lưới TTĐ hòa lưới điện Trung quốc cấp điện cho các tỉnh miền núi phía Bắc: mạch
1 Lào Cai - Yên Bái – Việt Trì, mạch 2 Thanh Thủy - Hà Giang - Tuyên Quang - Thái
Nguyên,... Trong thời gian tới, theo sơ đồ quy hoạch điện VII đã được Thủ tướng
Chính phủ phê duyệt, lưới TTĐ miền Bắc sẽ được xây dựng thêm các tuyến đường dây
500kV Quảng Ninh – Hiệp Hòa, Quảng Ninh – Mông Dương, Sơn La – Lai Châu để
kết nối với các trung tâm thủy điện vùng tây Bắc, nhiệt điện vùng đông Bắc, cùng với
các TBA 500kV Đông Anh, Hoài Đức, Phố Nối, Việt Trì, các đường dây 220kV
Thường Tín – Kim Động – Thái Bình, Hiệp Hòa - Đông Anh - Phố Nối,... để tăng
cường khả năng tải và độ tin cậy cung cấp điện.
Ở đây ta chỉ nghiên cứu phần lưới TTĐ miền Bắc hòa lưới Việt nam. Sơ đồ kết
dây lưới TTĐ miền Bắc thuộc HTĐ Việt nam được mô tả trên hình 1.2. và Bản đồ mặt
bằng các đường dây và TBA 220-500kV miền Bắc trên hình 1.3:
13
Nguyn Thanh Hng
Lun vn cao hc
Tđ Bản Chát
Tđ Nậm Chiến
Tx sơn La
Hiệp Hòa
48
500kV
49
sơn La
220kV
42
25
sơn La
500kV
Hiệp Hòa
220kV
36
Quảng Ninh
500kV
28
43
26
Bắc Giang
45
56
Sóc
Sơn
Bắc Ninh
27
47
37
4
Vân Trì
Hòa Bình
220kV
1
Chèm
16
Tràng Bạch
Vạt Cách
Nđ Hải Phòng
18
15 Th-ờng Tín
220kV
29
đồng Hòa
9
Nam định
Phủ Lý
38
Th-ờng Tín
500kV
Ba Chè
Nho Quan
220kV
52
7
Nđ Nghi Sơn
Nghi Sơn
220kV
Tđ B?n Lỏ
33
Thái Bình
Nđ Hủa Na
Ninh Bình
5
31
đình Vũ
8
6
40
30
50
Hải D-ơng
Xuân Mai
Nđ Uông Bí
19
14
2
Nho Quan
500kV
22
Nđ Phả Lại
Mai động
3
Tđ Hòa Bình
17
Nđ Cẩm Phả
34
21
20
Phố Nối
Hà đông
Hòa Bình
500kV
Quảng Ninh 220kV
35
23
54
24
46
Vĩnh Yên
39
Nđ Sơn đông
Nđ Mạo Khê
Việt Trì
Tđ sơn La
Tđ Bắc Hà
Nđ Quảng Ninh
Thái Nguyên
44
53
Yên Bái
Tđ Tuyên Quang
10
Chú thích:
51
500 kV
11
32
H-ng đông
220 kv
đụ Lu o ng
nhà máy điện
H Tinh
H Tinh
41
12
MBA 500 kv
55
Nđ Vũng áng
đà Nẵng
13
đồng Hới
Hỡnh 1.3:
1.2: Sơ đồ bố trí các đ-ờng dây và TBA của l-ới truyền tải điện miền Bắc
Hình
14
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
Các phần tử của sơ đồ:
Các nút:
%1:Hoabinh_220;2:Xuanmai;3:Hadong;4:Chem;5:Nhoquan_220;6:Ninhbinh
7:Bache(Thanh hoa);
%8:Namdinh;9:Thaibinh;10:Nghison;11:Hungdong;12:Hatinh_220;13:Donghoi;
%14:Maidong;15:Thuongtin_220;16:Phonoi;17:Phalai;18:Donghoa;19:Vatcach;
%20:Trangbach;21:Hoanhbo;22:Uongbi;23:Sondong;24:Socson;25:TD_Tuyenquang;
%26:Bacgiang;27:Bacninh;28:Thainguyen;29:Phuly;30:ND_Haiphong;31:Dinhvu;
%32:Doluong;33:TD_Banla;34:ND_Campha;35:Quangninh_220;36:Son_la_500;
%37:Hoabinh_500;38:Thuongtin_500;39:Quangninh_500;40:Nhoquan_500;
%41:Hatinh_500;42:Hiephoa500;43:Hiephoa220;44:Sonla220;45:Viettri;46:Vinhye
%n;47:Vantri;48:TXSonla220;49:TDBanChat;50:Haiduong;51:NDNghison;
52TDHuana;
%53:TDnamchien;54:NDMaokhe;55:NDVungang;56:Yenbai
Các NMĐ:
%1:Hoabinh-1920MW;17:Phalai-1040MW;22:Uongbi-710MW;23:Sondong-220MW;
%25:Tuyenquang-342MW;30:Haiphong-1200MW;%33:TD_Banla320MW;34:ND_Campha-600MW;
%39:Quangninh-600MW;36:Sonla-2400MW;49TDBanchat-220MW;51:NDNghison600MW;
%52:TDHuana-180MW;53:TDNamchien-132MW;54:NDMaokhe-440MW;55:NDVungang600MW;
%56:TDBacha-90MW
Các đƣờng dây:
%1-2:Hoa Binh-Xuan Mai-1x640MVA;
%1-3:Hoa Binh-Ha dong-2x360MVA;
%1-5:Hoa binh-Nho quan-2x460MVA;
%1-4:Hoa Binh-Chem-1x360 MVA;
%1-45:Hoa binh-Viettri-1x373 MVA;
%2-3:Xuan Mai-Ha dong-1x360MVA;
%3-4:Ha dong-chem-1x360MVA;
%3-29:Ha dong-PhuLy1x271 MVA;
%3-15:Hadong- Thuong tin-2x314 MVA;
%5-29:Nhoquan-Phuly-1x271 MVA;
%5-6:Nhoquan-Ninhbinh-2x460 MVA;
%5-7:Nhoquan- Ba che( Thanh hoa)1x271 MVA;
%6-8:Ninh Binh-Nam dinh-1x505 MVA;
%6-52:Ninh binh-HuaNa-1x271 MVA;
%7-10:Ba che-Nghi son-1x271 MVA;
%7-52: Ba che-Hua na-1x271 MVA;
%8-9:Nam dinh-Thai binh-1x360 MVA;
%9-18:Thai binh-Dong hoa-1x360 MVA;
%9-17: Thai binh-Pha lai-1x314 MVA;
%10-11:Nghi son-Hung Dong(Vinh)-1x271 MVA;
%10-51:Nghi son-ND Nghi son-2x648 MVA;
%11-12:Hung Dong-Ha tinh_220-2x271 MVA;
%11-32: Hung Dong-Do luong-2x460 MVA;
%12-55:Ha tinh-ND Vungang-(2x279+1x271) MVA;
%14-15: Mai dong-Thuong tin-2x640 MVA;
%15-16:Thuong tin-Pho noi-1x314 MVA;
15
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
%15-50:Thuong tin-Haiduong-1x314 MVA;
%16-17:Pho noi-Pha lai-1x574 MVA;
%17-18:Pha lai- Dong Hoa-1x322 MVA;
%17-54:Pha lai-Maokhe-2x505 MVA;
%17-26:Pha lai-Bac giang-1x373 MVA;
%17-27:Pha lai-Bac ninh-1x373 MVA
%17-43:Pha lai-Hiephoa-1x373 MVA;
%18-19:Dong hoa-Vat cach-2x354 MVA;
%18-31:Dong hoa-Dinh vu-2x360 MVA;
%19-20:Vat cach-Trang Bach-2x354 MVA;
%19-30:Vat cach-NDHai Phong-2x354 MVA;
%20-21:Trang Bach-Hoanh Bo-1x505 MVA;
%20-22:Trang Bach-Uong bi-2x505 MVA;
%20-23:Trang Bach-Son dong-1x505 MVA;
%20-54: Trang bach-Mao khe-2x505V;
%21-23: Hoanh bo-Son Dong-1x505 MVA;
%21-35: Hoanh bo-Quang ninh 220-2x505 MVA;
%24-43:Soc son-Hiephoa-(2x373+2x322) MVA;
%24-47:Soc son-Vantri-2x505 MVA;
%24-46: Soc son-Vinh yen 1x373 MVA;
%25-28:Tuyen quang-Thai Nguyen-1x535 MVA;
%25-43: Tuyen quang-Hiep hoa1x 322MVA;
%26-28:Bac giang-Thai nguyen-1x 314MVA;
%30-31:Hai phong (Dong Hoa)-Dinh vu-2x360 MVA;
%27-43: Bac ninh-Hiep hoa-1x 373MVA;
%28-43: Thai nguyen-Hiep hoa-1x 322MVA;
%30-31: ND Hai phong-Dinh vu-2x 566MVA;
%32-33:Do luong-Ban ve-2x 460MVA;
%34-35:Cam pha-Quang ninh-2x505 MVA;
%36-37:Son la500- Hoa binh 500-1x732 MVA;
%36-40:Sonla 500– Nhoquan500-1x 1732MVA;
%36-42:500 Son la500 -Hiephoa500 -2x2456 MVA;
%37-40:Hoa binh500-Nho quan500-1x1372 MVA;
%38-39:Thuong tin500-Quang ninh500-1372 MVA;
%38-40:Thuong tin500-Nho quan500- 1x1372 MVA;
%40-41:Nho quan500-Ha tinh500- 2x1372 MVA;
%44-45: Son la-Viet tri1x MVA-1x314 MVA;
%44-48: Son la-TX Son la-2x314 MVA;
%44-49: Son la-Ban chat-1x505 MVA;
%44-53: Son la- Nam chien-2x371 MVA;
%45-46: Viet tri- Vinh yen-1x373 MVA;
%45-56: Viet tri-Yen bai -2x314MVA;
Các MBA 500/220 kV:
%39-35:Tram Quang Ninh2x450 MVA;
%37-1:Tram Hoa Binh2x450 MVA;
%40-5:Tram Nho Quan2x450 MVA;
%41-12:Tram Ha tinh1x450 MVA;
%38-15:Tram Thuong tin2x450 MVA;
%42-43:Tram Hiep hoa2x900 MVA;
%36-44:Tram Son la2x450 MVA;
16
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
CHƢƠNG 2
KHẢ NĂNG TẢI CỦA LƢỚI ĐIỆN
CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG TẢI
2.1.
Định nghĩa khả năng tải
Đặc trưng quan trọng của các phần tử của hệ thống điện là thông số và khả
năngtải.
Các thông số của các phần tử phản ánh các tính chất vật lý của chúng, hành vi của
chúng khi có điện áp và dòng điện đi qua. Các thông số này gọi chung là các thông số
hệ thống , ví dụ R,X,B của đường dây , Xd, X’d,X”d, hằng số thời gian tương ứng của
máy phát, R,X,hệ số biến áp K của máy biến áp , hệ số khuếch đại, hằng số thời gian
và các hệ số khác của các thiết bị điều khiển.
Khả năng tải của các phần tử lực là công suất hay dòng điện phần tử tải được xác
định bởi: khả năng chịu nhiệt, khả năng tải theo điều kiện phát nóng.
Đối với bộ phận của hệ thống điện như lưới điện các loại hay toàn hệ thống điện ,
khả năng tải là công suất tải được lớn nhất theo hướng nhất định từ A đến B mà không
vi phạm các điều kiện :
- Phát nóng : dòng điện qua mọi phần tử không được lớn hơn dòng điện cho phép
max theo điều kiện phát nóng của phần tử đó.
- Điện áp : điện áp tại mọi nút của lưới điện nằm trong phạm vi cho phép.
- Ổn định tĩnh và ổn định điện áp : không làm giảm độ dự trữ ổn định xuống dưới
mức cho phép.
Trong hệ thống điện độc quyền, trong đó các nguồn phát và lưới truyền tải điện do
một chủ thể quản lý, điện năng được sản xuất rồi tải đến các nút của lưới truyền tải
điện để bán cho các đơn vị phân phối điện, khả năng tải tổng quát của toàn lưới điện
hay khả năng tải riêng của từng đường dây được theo dõi, tính toán nhằm phục vụ công
tác cải tạo, nâng cấp hay phát triển lưới điện. Do đó, vấn đề khả năng tải là vấn đề
17
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
riêng của hệ thống điện. Trong quá trình vận hành, khi một đường dây nào đó quá tải,
đơn vị điều độ sẽ điều chỉnh dòng công suất bằng cách phân bố lại công suất phát để
khắc phục, công việc này không ảnh hưởng gì đến đơn vị mua điện vì giá bán điện đã
được định trước và không đổi trong khoảng thời gian nhất định. Cho nên các đơn vị
phân phối không cần quan tâm đến khả năng tải của lưới điện, họ chỉ biết trả tiền theo
điện năng đo được tại điểm nhận điện.
Trong thị trường điện vấn đề hoàn toàn khác. Đơn vị sản xuất điện, đơn vị mua
điện độc lập với nhau và cũng độc lập với đơn vị tải điện. Họ giao dịch mua bán điện
với nhau trên sàn giao dịch theo giá biên nút hay theo hợp đồng song phương rồi thuê
đơn vị tải điện thực hiện. Khi lưới điện bị quá tải đơn vị vận hành (SO) thực hiện các
điều chỉnh để khắc phục, việc này lập tức ảnh hưởng đến giá biên nút và như vậy ảnh
hưởng trực tiếp đến các đơn vị bán điện cũng như các đơn vị mua điện. Hiện tượng quá
tải này được gọi tên là nghẽn mạch. Khái niệm nghẽn mạch không có trong hệ thống
điện độc quyền.
Nghẽn mạch ảnh hưởng xấu đến hoạt động của thị trường điện, do đó khả năng
xảy ra nghẽn mạch cần được dự báo trước để phục vụ các giao dịch mua bán điện.
Tại một thời điểm nhất định hiện tại hoặc tương lai, khi các giao dịch cho thời
điểm đó đã xác định gọi là t0, người ta muốn biết ở thời điểm t1 sau đó trước khi có
một giao dịch mới được thực hiện, lưới điện còn tải được bao nhiêu giữa các điểm khác
nhau của lưới điện để cân nhắc các giao dịch mới.
Ví dụ, tại giờ thứ 30 tính từ hiện tại (giờ thứ 0) các giao dịch đã được xác định
xong. Người ta cần biết từ nhà máy điện A đến nút tải B, C còn có thể tải thêm được
bao nhiêu công suất mà không xảy ra quá tải đường dây nào và từ nhà máy điện D đến
nút tải B, C v.v… Tóm lại là giữa các nguồn phát còn dư công suất và các nút tải có
nhu cầu điện tăng thêm trong giờ quan tâm. Khả năng tải có thể tải thêm này được gọi
là khả năng tải còn lại hay khả năng tải khả dụng.
Nếu trong giờ thứ 31 từ A đến B chỉ có thể tải thêm được 50 MW, nhưng nhu
cầu công suất thêm ở nút B là 40 MW, vậy họ có thể thực hiện giao dịch mua điện của
nhà máy điện A. Ngay sau khi giao dịch được thực hiện và báo cho SO thì SO lại phải
tính lại khả năng tải còn lại của lưới điện với số liệu ban đầu có thêm giao dịch mới
18
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
này và thông báo cho mọi khách hàng, để cho các giao dịch ngay trong giờ 31 nếu còn
hạn giao dịch hoặc cho các giờ tiếp theo.
Khả năng tải như vậy phải tính liện tục và thông tin cũng được phát liên tục cho
khách hàng.
Ngoài việc tính toán khả năng tải phục vụ các giao dịch mua bán điện hiện tại,
khả năng tải còn được tính cho thời gian xa hơn (1 năm hay lớn hơn) phục vụ các vấn
đề như phát triển lưới điện, đấu thầu FTR v.v…
Định nghĩa khả năng tải khả dụng (Available Transfer Capability-ATC) do Hội
đồng Độ tin cậy của hệ thống điện Bắc Mỹ (NERC-North American Electric
Reliability Council) đưa ra và được Ủy ban Điều phối năng lượng Liên bang Mỹ
(FERC)sử dụng. Hầu như các nước trên thế giới đều sử dụng, cụ thể như sau :
KNTK-ATC là khả năng tải còn lại của lưới điện trên một đường dây hoặc nhóm
đường dây nào đó nối giữa một điểm phát và một điểm nhận điện trong hệ thống điện,
là hiệu của khả năng tải tổng (KNTT) (Total Transfer Capability-TTC) trừ đi 3 thành
phần: 1-công suất tải cam kết; 2-dự trữ độ tin cậy (DTTC) (Transmission Reliability
Margin-TRM); 3-dự trữ lợi ích (DTLI) (Capacity Benefit Margin-CBM) .
KNTT-TTC là lượng công suất max có thể tải trên một đường dây của lưới
truyền tải điện, trên đường dây liên lạc giữa các vùng của lưới truyền tải điện (interconnected transmission network) hay trên đường dây liên lạc giữa các thị trường điện
một cách tin cậy, an toàn, nghĩa là thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật trong chế độ làm
việc bình thường cũng như sự cố.
DTTC-TRM là lượng công suất dự trữ cần thiết để bảo đảm lưới điện liên kết
được an toàn trước các diễn biến bất thường xảy ra trong mức độ hợp lý trong hệ thống
điện.
DTLI-CBM là lượng công suất dự trữ để truyền tải điện từ các hệ thống điện liên
kết nhằm đảm bảo yêu cầu độ tin cậy của nguồn điện trong thị trường điện.
Công suất tải cam kết là công suất chắc chắn sẽ tải trên các đường dây đang xét
ở thời điểm tính khả năng tải do hợp đồng đã được ký kết.
Khái niệm độ tin cậy của lưới điện bao gồm 2 thành phần: đầy đủ là khả năng
của hệ thống điện cung cấp điện liên tục cho phụ tải, đã tính đến ngừng điện kế hoạch
19
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
hoặc ngẫu nhiên các phần tử của hệ thống điện; an toàn là khả năng chịu được các sự
cố lớn như ngắn mạch, bất ngờ mất các phần tử của lưới điện. Đây chính là khả năng
giữ vững ổn định động.
Khái niệm khả năng tải khả dụng gắn liền với các đường truyền điện năng giữa
các vùng hoặc giữa các hệ thống điện liên thông (interconnected power systems). Mỗi
đường truyền có thể bao gồm một hoặc nhiều đường dây tải điện, các đường dây này
có thể xuất phát từ một nút trong vùng phát đến một nút trong vùng nhận hoặc có thể
xuất phát từ nhiều nút trong vùng phát và đi đến nhiều nút khác nhau trong vùng nhận.
Trong thực tế các đường truyền có khả năng xảy ra nghẽn mạch cao sẽ được tính toán,
đó là các đường truyền trong quá khứ đã từng xảy ra nghẽn mạch hoặc đã vận hành rất
gần ngưỡng nghẽn mạch.
Xác định khả năng tải của lưới điện là bài toán rất phức tạp, vì số lượng lớn các
yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tải và tính bất định của chúng. Chỉ có thể xác định một
cách gần đúng nhất ảnh hưởng của các yếu tố này đến khả năng tải của lưới điện. Có
rất nhiều tình huống vận hành bình thường và sau sự cố có thể xảy ra với lưới điện, xác
định mức độ an toàn của chúng, chỉ ra các tình huống xấu nhất là bài toán cần được
giải quyết thường xuyên. Sự hiểu biết về khả năng tải của lưới điện có tác dụng quan
trọng đến vận hành thị trường điện, quy hoạch và phát triển lưới điện.
Khả năng tải khả dụng ATC được tính và công bố thường xuyên cho khách hàng
để họ có các lựa chọn giao dịch mua bán điện hợp lý, nó cũng giúp ích cho ISO trong
công tác vận hành hoặc cho các cơ quan quy hoạch.
Khả năng tải với các loại giới hạn diễn biến theo thời gian được mô tả trong
Hình 2.1. Tùy theo trạng thái vận hành của hệ thống điện mà một giới hạn nào đó thấp
hơn các giới hạn còn lại và cần phải xét đến. Ở các hệ thống điện lớn trên thế giới,
nhiều khi giới hạn ổn định điện áp thấp hơn giới hạn nhiệt và giới hạn điện áp .
20
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
Giới hạn điện áp
Giới hạn nhiệt
Giới hạn ổn định
Dự trữ TRM
Khả năng tải tổng
Khả năng tải khả
dụng
Công suất tải và
Dự trữ TRM
Hình 2.1: Khả năng tải khả dụng
2.2.
Các điều kiện và tiêu chuẩn xác định giới hạn công suất tải của lƣới
truyền tải điện
2.2.1. Các điều kiện xác định giới hạn công suất tải của lưới điện
“Nghẽn mạch là sự kiện công suất tải trên lưới điện gây ra vi phạm giới hạn
công suất tải trên một đường dây hay tại một điểm nút nào đó”.
Giới hạn công suất tải của lưới điện được tính theo 3 điều kiện kỹ thuật sau:
1 -Điều kiện phát nóng: theo điều kiện này các phần tử của lưới điện như đường
dây, máy biến áp v.v… chỉ chịu được nhiệt độ nhất định, quá nhiệt độ đó thiết bị cháy
hoặc lão hóa mạnh làm giảm tuổi thọ. Từ nhiệt độ tối đa cho phép người ta tính ra dòng
điện cho phép của đường dây và công suất tải max của máy biến áp.
Dòng điện max hay dòng công suất max đi qua đường dây hay máy biến áp
không được vượt quá giới hạn cho phép.
Đối với từng loại dây dẫn, các nhà sản xuất cho biết dòng điện cho phép ứng với
nhiệt độ nhất định và điều kiện lắp đặt nhất định. Khi sử dụng nếu điều kiện nhiệt độ
hay điều kiện lắp đặt khác đi thì phải tính hiệu chỉnh, thường thì các hệ số hiệu chỉnh
cũng được cho trong các bảng tra cứu.
Trong vận hành đường dây trên không, khả năng tải của đường dây phụ thuộc
mạnh vào điều kiện môi trường: nhiệt độ, mưa, gió v.v… Để đạt nhiệt độ cho phép, khi
trời mưa, dòng điện lớn hơn nhiều khi trời nắng, thực tế này được vận dụng trong vận
hành thực tế để tận dụng khả năng tải của đường dây.
21
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
Đối với máy biến áp thông thường lấy giá trị định mức của máy biến áp làm giá
trị giới hạn, trong các trường hợp sự cố cho phép máy biến áp được quá tải ở mức độ
nhất định và trong khoảng thời gian nhất định do nhà sản xuất quy định.
2-Điều kiện độ lệch điện áp so với định mức:
Theo điều kiện này, điện áp trên mọi điểm của lưới điện phải nằm trong giới hạn
cho phép. Tức là:
Umin U Umax
Ở lưới điện cấp điện trực tiếp cho thiết bị dùng điện Umin và Umax được xác định
theo điều kiện chất lượng điện áp. Còn ở lưới điện không cấp điện trực tiếp cho thiết bị
dùng điện (lưới điện từ trung áp trở lên), Umin được xác định theo điều kiện điều chỉnh
điện áp ở lưới điện cấp dưới còn Umax được xác định theo điều kiện an toàn của cách
điện đường dây và trạm biến áp. Điều kiện này thường là 10%.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ lệch điện áp là:
- Cân bằng công suất phản kháng;
- Thông số và cấu trúc của lưới điện;
- Các phương tiện điều chỉnh điện áp;
- Các thiết bị bù đặt trên lưới điện.
3-Điều kiện ổn định điện áp và ổn định tĩnh: theo điều kiện này lưới điện phải có
độ dự trữ ổn định tĩnh và ổn định điện áp nhất định.
Ổn định của hệ thống điện là khả năng của hệ thống điện phục hồi lại trạng thái
làm việc ban đầu hoặc rất gần ban đầu sau khi bị các kích động nhỏ hoặc kích động
lớn.
22
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
Ổn định của hệ thống điện được phân loại như sau:
ỔN ĐỊNH HỆ
THỐNG ĐIỆN
Ổn định góc lệch
Ổn định điện áp
Ổn định với kích động nhỏ
Mất ổn định phi
chu kỳ
Ổn định ngắn hạn
Ổn định với kích động lớn
Mất ổn định dao
động
Ổn định tĩnh
Ổn định trung hạn
Ổn định động
Ổn định dài hạn
Hình 2.2: Sơ đồ phân loại ổn định của hệ thống điện
Kích động nhỏ có biên độ nhỏ và xảy ra liên tục, ví dụ như phụ tải biến thiên liên
tục vì luôn luôn có thiết bị dùng điện được đóng vào hoặc tắt đi. Do đó, ổn định khi có
kích động nhỏ là điều kiện tồn tại của một chế độ vận hành.
Ổn định khi có kích động nhỏ được gọi là ổn định tĩnh. Ổn định tĩnh bao gồm ổn
định góc và ổn định điện áp.
Kích động lớn có biên độ rất lớn nhưng hiếm khi xảy ra, đó là các sự cố lớn như
mất máy phát, đường dây, ngắn mạch các loại. Ổn định với các kích động lớn là điều
kiện làm việc tin cậy của lưới điện. Ổn định loại này còn được gọi là ổn định động.
Ổn định góc thực chất là vấn đề giữ vững chuyển động đồng bộ giữa rotor của các
máy phát điện trong toàn hệ thống điện. Mất ổn định góc là mất đồng bộ giữa các máy
23
Nguyễn Thanh Hồng
Luận văn cao học
phát. Sự đồng bộ giữa các rotor được thể hiện qua góc tương đối giữa các vector điện
áp, do đó gọi là ổn định góc. Khi các góc này tăng lên có nghĩa là các rotor bắt đầu có
chuyển động trái chiều, cái thì quay nhanh hơn, cái chậm lại. Khi góc giữa các vector
điện áp vượt qua giá trị giới hạn, hệ thống điện mất ổn định, trạng thái đồng bộ không
thể tự khôi phục lại, công suất, điện áp, dòng điện biến thiên hỗn loạn, các bảo vệ rơle
của các máy phát điện sẽ cắt các máy phát khỏi lưới điện dẫn đến hệ thống điện tan rã.
Ổn định góc là quá trình quá độ cơ điện, xảy ra rất nhanh, do đó ổn định này là ngắn
hạn.
Ổn định điện áp là quá trình biến thiên điện áp tại các nút tải, vì thế còn được
gọi là ổn định phụ tải. Khi xảy ra kích động nhỏ làm mất cân bằng điện áp, phản ứng
lập tức xảy ra ở máy phát, các thiết bị điều chỉnh điện áp và ở phụ tải. Các phản ứng
này có thể đưa điện áp trở về tình trạng ban đầu, cũng có thể không; điện áp tiếp tục
biến thiên, khi trị số điện áp vượt giới hạn cho phép cả trên và dưới thì dẫn đến thiết
bị bảo vệ sẽ hoạt động cắt đường dây, máy biến áp v.v… gây mất điện cục bộ. Mất
điện có thể có tác động dây chuyền làm mất điện cả khu vực.
Ổn định điện áp dễ xảy ra khi lưới điện bị sự cố, khi đó mức điện áp chung giảm
thấp, khả năng điều chỉnh điện áp suy yếu.
Các kích động lớn xảy ra như mất máy phát, đường dây v.v… làm cho điện áp
các nút tải đột nhiên giảm thấp, các thiết bị điều chỉnh có khả năng điều chỉnh tức thời
(kích từ, SVC v.v…) bắt đầu hoạt động nhằm khôi phục điện áp, sau đó nếu điện áp
không khôi phục được thì các thiết bị điều chỉnh chậm hơn như máy biến áp điều áp dưới
tải bắt đầu tác động. Quá trình này có thể kéo dài nhiều phút mới ngã ngũ là có giữ được
ổn định hay không. Như vậy, quá trình giữ ổn định điện áp có thể nhanh (ngắn hạn-vài
ba giây) hoặc chậm (dài hạn-hàng phút).
Ổn định tần số xảy ra khi tần số của hệ thống điện xuống thấp hoặc tăng cao, các
thiết bị tự động điều chỉnh tần số hoạt động nhằm khôi phục lại tần số, nếu khôi phục
không thành công thì phải sa thải bớt phụ tải và nếu vẫn không được thì hệ thống điện
tan rã.
24
