Luận văn thạc sĩ đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao khả năng vận hành an toàn hệ thống điện 110 kv tỉnh quảng nam xét đến năm 2025
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.22 MB, 104 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------------
LÊ VĂN TÂN
ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO
KHẢ NĂNG VẬN HÀNH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN
110KV TỈNH QUẢNG NAM XÉT ĐẾN NĂM 2025
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN
Đà Nẵng – Năm 2020
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------------
LÊ VĂN TÂN
ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO
KHẢ NĂNG VẬN HÀNH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN
110KV TỈNH QUẢNG NAM XÉT ĐẾN NĂM 2025
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
: 8520201
Mã số
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Ngƣờı hƣớng dẫn khoa học: TS. HẠ ĐÌNH TRÚC
Đà Nẵng – Năm 2020
ii
ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG VẬN HÀNH
AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN 110KV TỈNH QUẢNG NAM XÉT ĐẾN NĂM
2025
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Học viên: Lê Văn Tân
Mã số: 8520201 Khóa: K36.KTĐ Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt: Hiện nay nhiều cụm cơng nghiệp, khu công nghiệp được xây dựng trên địa bàn tỉnh
Quảng Nam với nhu cầu sử dụng điện công suất lớn, yêu cầu chất lượng ngày càng cao nên việc vận
hành lưới điện an toàn liên tục là nhiệm vụ được ngành điện và toàn xã hội quan tâm.
Lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam trải rộng trên địa bàn toàn tỉnh với chiều dài đường dây lớn đi
qua khu vực đồi núi và rừng nguyên sinh thường sự cố khi có giông lốc nên độ tin cậy chưa cao. Các
nhà máy thủy điện tập trung phía tây phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nước nên cũng ảnh hưởng đến chế
độ vận hành lưới điện 110kV.
Luận văn tập trung xây dựng mô hình hệ thống điện 110kV tỉnh Quảng Nam bằng phần mềm
PSS/E, trên cơ sở sơ đồ lưới điện và nhu cầu phụ tải hiện trạng có xét đến quy hoạch năm 2025 để tiến
hành phân tích đánh giá mức độ an tồn của lưới điện. Tính tốn chế độ vận hành bình thường và chế
độ sự cố N-1 từ đó xác định các trường hợp nguy hiểm có thể gây quá tải, thấp áp hoặc hư hỏng các
phần tử trong hệ thống điện ảnh hưởng đến vận hành an toàn hệ thống.
Đề xuất các giải pháp đầu tư, cải tạo lưới điện để nâng cao khả năng vận hành an toàn lưới điện
đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế xã hơi an ninh quốc phịng của địa phương.
Từ khóa: khả năng vận hành, an tồn, hệ thống điện 110KV, lưới điện, đánh giá
EVALUATION AND PROPOSAL OF ADVANCED SOLUTIONS CAPACITY
FOR SAFETY OPERATION OF 110KV ELECTRIC SYSTEM IN QUANG
NAM PROVINCE TILL 2025
Summary: At present, many industrial clusters and industrial parks are built in Quang Nam
province with the demand of using high capacity electricity, increasing the quality requirements, so the
safe operation of the power grid is continuously The mission is of interest to the electricity sector and
the whole society.
Quang Nam's 110kV power grid spreads over the province with a large length of transmission line
going through the hilly and primeval forests, which often incidents when there are tornadoes, so the
reliability is not high. The centralized hydropower plants in the west rely heavily on water sources,
which also affects the operation of the 110kV grid.
The thesis focuses on building a 110kV electricity system model in Quang Nam province with PSS
/ E software, based on the grid diagram and current load demand with the 2025 plan taken into
consideration. Safety level of the grid. Calculation of normal operation mode and N-1 fault mode from
which to identify dangerous cases that may cause overload, low pressure or damage of components in
the electricity system affecting safe operation. system.
Proposing solutions to invest and renovate the power grid to improve the ability to safely operate
the electricity grid to meet the needs of socio-economic development and national security and
defense.
Key words: operability, safety, 110KV electrical system, grid, evaluation
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN...................................................................................................................................... i
TÓM TẮT................................................................................................................................................... ii
MỤC LỤC.................................................................................................................................................. iii
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT.................................................................... v
DANH SÁCH CÁC BẢNG................................................................................................................ vi
DANH SÁCH CÁC HÌNH................................................................................................................ vii
MỞ ĐẦU...................................................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................................................. 1
2. Mục tiêu 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......................................................................................... 2
6. Bố cục đề tài.................................................................................................................................... 2
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ THỰC TRẠNG VẬN HÀNH
HỆ THỐNG ĐIỆN 110kV TỈNH QUẢNG NAM..................................................................... 3
1.1. Quy mô nguồn, lưới điện và sơ đồ kết dây cơ bản của hệ thống..................................... 3
1.2. Đặc trưng về phụ tải......................................................................................................................... 6
1.3. Nhu cầu sử dụng điện của địa phương...................................................................................... 7
1.4. Kết luận................................................................................................................................................. 8
CHƢƠNG 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ CƠNG CỤ PHÂN
TÍCH KHẢ NĂNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN........................................................... 9
2.1. Tổng quan về an toàn của hệ thống............................................................................................ 9
2.2. An toàn cung cấp điện và bài tốn phân tích sự cố............................................................ 10
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn hệ thống điện............................................................... 13
2.4. Phân tích sự cố................................................................................................................................. 14
2.5. Mơ hình hệ thống điện.................................................................................................................. 16
2.5.1. Mơ hình đường dây truyền tải........................................................................................ 16
2.5.2. Mơ hình máy biến áp......................................................................................................... 17
2.5.3. Mơ hình máy phát............................................................................................................... 18
2.5.4. Mơ hình tải............................................................................................................................ 18
2.6. Bài tốn trào lưu cơng suất.......................................................................................................... 18
2.7. Phương pháp số để giải bài tốn trào lưu cơng suất.......................................................... 20
2.7.1. Phân loại các nút trong hệ thống điện......................................................................... 20
2.7.2. Phương pháp lặp Gauss – Seidel................................................................................... 21
iv
2.7.3. Phương pháp lặp Newton – Raphson.......................................................................... 24
2.8. Chọn phương pháp phân tích..................................................................................................... 29
2.8.1. Đánh giá quy mơ lưới điện để phân tích.................................................................... 29
2.8.2. Chọn phương pháp để tính tốn..................................................................................... 29
2.9. Cơng cụ phân tích........................................................................................................................... 30
2.9.1. Giới thiệu và ứng dụng của phần mềm mô phỏng PSS/E................................... 30
2.9.2. Phương pháp tính của phần mềm.................................................................................. 30
2.9.3. Chương trình tính tốn trào lưu cơng suất trong phần mềm PSS/E.................31
CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN 100KV
TỈNH QUẢNG NAM XÉT ĐẾN 2025........................................................................................ 34
3.1. Phân tích an tồn lưới điện 110kV hiện hữu........................................................................ 34
3.1.1. Xét chế độ vận hành bình thường................................................................................. 34
3.1.2. Phân tích an tồn lưới điện xét chế độ sự cố N-1................................................... 38
3.1.3. Nhận xét.................................................................................................................................. 45
3.2. Phân tích an toàn lưới điện 110kV xét đến 2025................................................................ 45
3.2.1. Các dự án triển khai trong giai đoạn 2019-2025 theo quy hoạch sơ đồ
điện VII kèm theo Quyết định 1100QĐ-BCT ngày 3/4/2018 V/v Phê duyệt Quy
hoạch phát triển điện lực tỉnh Quảng Nam giai đoạn 2016-2025, có xét đến 2035Quy hoạch phát triển hệ thống điện 110kV................................................................................... 45
3.2.2. Dự báo phụ tải khu vực tỉnh Quảng Nam đến năm 2025.................................... 46
3.2.3. Sơ đồ lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam xét đến 2025......................................... 48
3.3. Kết luận............................................................................................................................................... 52
CHƢƠNG 4. CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH AN
TOÀN LƢỚI ĐIỆN TỈNH QUẢNG NAM.............................................................................. 53
4.1. Đề xuất giải pháp nâng cao khả năng vận hành an toàn lưới điện 110 kV
Quảng Nam................................................................................................................................................ 53
4.2. Đánh giá các giải pháp đảm bảo vận hành an toàn lưới điện 110kV Quảng Nam . 53
4.2.1. Phát triển năng lượng điện mặt trời trên mái nhà tại CCN Tây An huyện
Duy Xuyên và KCN Tam Thăng thành phố Tam Kỳ................................................................. 53
4.2.2. Đầu tư cải tạo đường dây 110kV Đà Nẵng 500kV - Điện Bàn-Duy
Xuyên và Duy Xuyên đi Tam Kỳ 220kV....................................................................................... 56
4.3. Kết luận............................................................................................................................................... 58
KẾT LUẬN.............................................................................................................................................. 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................. 61
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)
KÝ HIỆU:
N-1
Sđm
Uđm
Usc
Iđm
P
Q
ΔP
ΔQ
PBCS
TSVH
ACCC
DCCC
DFAX
SOLV
MSLV
FNSL
NSOL
FDNS
CHỮ VIẾT TẮT:
HTĐ
ĐZ
MBA
TĐ
NĐ
PSS/E
PTI
vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng
1.1.
Các nguồn cung
1.2.
Hiện trạng các tr
1.3.
Công suất và sản
1.4.
Sản lượng điện t
3.1.
TSVH ĐZ Dốc S
khô
3.2.
TSVH ĐZ 110kV
3.3.
TSVH ĐZ Đà N
3.4.
TSVH ĐZ Dốc S
mưa
3.5.
TSVH ĐZ 110kV
3.6.
TSVH ĐZ đường
3.7.
TSVH ĐZ Dốc S
N-1
3.8.
TSVH ĐZ 110kV
3.9.
TSVH ĐZ 110kV
máy thủy điện
3.10.
Thông số vận hà
Mùa Khô
3.11.
Thông số vận hà
1 Mùa mưa
3.12.
Thông số vận hà
Mùa Khô
3.13.
Thông số vận hà
Mùa mưa
3.14.
Công suất cực đạ
3.15.
Dự báo phụ tải c
2025
4.1.
Công suất lắp đặ
4.2.
Bảng tổng hợp H
4.3.
Bảng tổng hợp H
vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Số hiệu
hình
1.1.
Sơ đồ ngun lý lư
1.2.
Biểu đồ phụ tải cực
1.3.
Biểu đồ phụ tải cực
2.1.
Các mức an toàn củ
2.2.
Sơ đồ minh họa quá
2.3.
Sơ đồ thay thế hình
2.4.
Sơ đồ thay thế hình
2.5.
Sơ đồ thay thế của m
2.6.
Mơ hình máy phát
2.7.
Mơ hình của một hệ
2.8.
Sơ đồ khối của chư
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
Phân bố công suất l
tải cực đại mùa khô
Phân bố công suất l
tải cực đại mùa mưa
Phân bố công suất l
cố ĐZ Đà Nẵng-Đi
Phân bố công suất l
cố ĐZ Tam Thăng-T
Phân bố công suất l
tải cực đại năm 202
Phân bố công suất l
đại năm 2025 - Xét
Thăng Bình
3.7.
4.1.
4.2.
Phân bố cơng suất l
đại năm 2025 Xét c
Xun 220kV
Phân bố công suất l
Tây An và KCN Ta
Phân bố công suất l
đường dây 110kV
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hệ thống điện 110kV Quảng Nam trải rộng trên địa bàn toàn tỉnh từ vùng núi
phía tây đến vùng biển ở phía đơng với quy mô 14TBA 110kV tổng dung lượng
781MVA và 18 đường dây 110kV tổng chiều dài 277,60km.
Với tốc độ tăng trưởng phụ tải hằng năm cao, đặc biệt các phụ tải tập trung ở các
khu công nghiệp và cụm công nghiệp với công suất lớn với yêu cầu chất lượng điện
năng cao nên công tác vận hành và cung cấp điện an toàn, liên tục là một trong những
vấn đề được ngành điện quan tâm.
Sự xuất hiện ngày càng nhiều các thủy điện vùng núi phía tây tỉnh Quảng Nam
và các nguồn năng lượng tái tạo được đấu nối vào lưới điện 110kV, các khu công
nghiệp được xây dựng thu hút các nhà đầu tư với nhu cầu sử dụng điện với công suất
lớn cần xây dựng các TBA 110kV ở các khu công nghiệp nên hệ thống điện 110 kV
không ngừng mở rộng và phát triển.
Việc quy hoạch, xây dựng và vận hành hệ thống điện 110kV đảm bảo truyền tải
điện năng từ nguồn đến phụ tải tiêu thụ với độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện
năng ngày càng cao được ngành điện và địa phương quan tâm.
Một số tuyến đường dây được xây dựng từ rất sớm, qua thời gian vận hành kết
cấu, dây dẫn xuống cấp trong khi đó với yêu cầu vận hành an toàn lưới điện 110kV
phải đảm bảo cấp điện liên tục khi sự cố bất kỳ phần tử nào (N-1) trong hệ thống thì
lưới điện vẫn vận hành ổn định nhằm đáp ứng được yêu cầu sử dụng điện cho các phụ
tải đây là bài tốn khó địi hỏi ngành điện phải đầu tư xây dựng mới và nâng cấp cải
tạo lưới điện hiện hữu.
Một số tuyến đường dây 110kV mạch đơn đang vận hành với mức tải cao phải
truyền tải công suất từ các nhà máy thủy điện đến trung tâm phụ tải nên khi sự cố một
đường dây sẽ gây q tải các đường dây cịn lại có nguy cơ mất ổn định hệ thống
110kV trên địa bàn tỉnh Quảng Nam.
Đề tài nghiên cứu đánh giá khả năng vận hành an toàn hệ thống điện 110kV, đề
xuất các giải pháp đảm bảo điều kiện khi sự cố bất kỳ phần tử nào vẫn đảm bảo điều
kiện cấp điện an toàn liên tục với chất lượng cao cho phụ tải trên địa bàn tỉnh Quảng
Nam. Tác giả đề xuất tên luận văn như sau: “Đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao
khả năng vận hành an toàn hệ thống điện 110 kV tỉnh Quảng Nam xét đến năm
2025”.
2
2. Mục tiêu nghiên cứu
Luận văn tập trung vào việc nguyên cứu kết lưới hệ thống điện 110kV khu vực
tỉnh Quảng Nam giai đoạn từ 2019-2025 và đề xuất giải pháp nâng cao khả năng vận
hành an toàn hệ thống điện nhằm đảm bảo cấp điện liên tục với chất lượng điện năng
đáp ứng yêu cầu phụ tải.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Trong phạm vi thực hiện của luận văn, tác giả sẽ phân tích lưới điện hiện hữu từ
đó đề xuất các giải pháp tối ưu đảm bảo vận hành an toàn cho các đường dây và trạm
biến áp 110kV trên phạm vi địa bàn tỉnh Quảng Nam.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Tiếp cận lưới điện 110kV với kết lưới, số liệu nguồn điện, phụ tải hiện trạng
trong thực tế để tính tốn điều kiện vận hành an toàn.
Sử dụng phần mềm PSS/E với dữ liệu lấy từ hệ thống quản lý số liệu đo xa
(DSPM) để kiểm tra các chế độ vận hành các đường dây khi sự cố các phần tử trong hệ
thống vẫn đảm bảo cấp điện an toàn với chất lượng điện cao.
Căn cứ số liệu quy hoạch lưới điện 110kV Quảng Nam để tính tốn chế độ vận
hành giai đoạn 2025.
5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn
5.1. Ý nghĩa khoa học
Việc nghiên cứu đề tài giúp nắm bắt được tổng quát về Phương án xây dựng và
vận hành tối ưu hệ thống điện 110kV trên địa bàn tỉnh Quảng Nam.
5.2. Tính thực tiễn
- Kết quả của đề tài sẽ là tài liệu bổ sung để làm cơ sở cho công tác quy hoạch và
đầu tư xây dựng, cải tạo lưới điện 110kV nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng điện.
- Đảm bảo điều kiện vận hành an toàn, liên tục, tin cậy để cung cấp điện cho phụ
tải với chất lượng cao nhất.
6. Bố cục đề tài
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về thực trạng vận hành lưới điện 110kV tỉnh
Quảng Nam.
Chương 2: Các phương pháp phân tích và cơng cụ phân tích khả năng vận hành
hệ thống điện.
Chương 3: Phân tích chế độ vận hành hệ thống điện 110 KV tỉnh Quảng Nam
xét đến năm 2025
Chương 4: Các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành an toàn hệ thống điện
110KV tỉnh Quảng Nam.
3
CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ THỰC TRẠNG
VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN 110kV TỈNH QUẢNG NAM
1.1. Quy mô nguồn, lƣới điện và sơ đồ kết dây cơ bản của hệ thống
Sơ đồ lưới điện 110 kV tỉnh Quảng Nam thể hiện trong hình H1.1 gồm có 270,6
km đường dây 110 kV và 14 TBA 110kV với 23 MBA tổng công suất lắp đặt 781
MVA. Hiện nay lưới điện 110 KV vận hành với kết lưới vịng hoặc hình tia được nhận
điện từ các đường dây 110 KV kết nối với trạm 500 kV Đà Nẵng, 500 kV Dốc Sỏi, 220
kV Tam Kỳ, 220 kV Thạnh Mỹ và các thủy điện vừa và nhỏ trên địa bàn tỉnh Quảng
Nam. Các nguồn điện cấp cho lưới 110 kV Quảng Nam được thể hiện chi tiết trong
bảng 1.1:
Bảng 1.1. Các nguồn cung cấp cho lưới điện 110 KV tỉnh Quảng Nam
STT
Tên nhà máy
1
CH1-SONGCON2
2
CH1-SONGTRANH3
3
CH1-SONGBUNG5
4
CH1-DAKMI4C
5
CH1-DAKMI4B
6
CH1-ZAHUNG
7
CH1-SONGBUNG6
8
CT1-NONGSON
Hiện tại trên địa bàn tỉnh Quảng Nam có 14 trạm biến áp 110kV với 23 máy,
tổng công suất đặt là 781 MVA và phụ tải các trạm 110kV như sau [2]:
4
5
Bảng 1.2. Hiện trạng các trạm biến áp 110kV trên địa bàn tỉnh Quảng Nam
TT
Tên trạm
1
Tam Kỳ
Máy T1
Máy T2
2
Kỳ Hà
Máy T1
Máy T2
3
Thăng Bình
Máy T1
Máy T2
4
Đại Lộc
Máy T1
Máy T2
5
Điện Nam – Điện Ngọc
Máy T1
Máy T2
Máy T3
6
Hội An
Máy T1
Máy T2
7
Duy Xuyên
Máy T1
Máy T2
8
Điện Bàn
Máy T1
9
Thăng Bình 2
Máy T1
10
Tam Thăng
Máy T1
11
Tam Anh
Máy T1
12
Tam Kỳ nối cấp
Máy T3
13
Thạnh Mỹ nối cấp
Máy T1
6
Trong các trạm 110 kV cấp điện cho tỉnh Quảng Nam thì hiện tại trạm 110 kV
Tam Kỳ, Thăng Bình, trạm 110kV Kỳ Hà, trạm 110kV Đại Lộc và trạm 110kV Hội An
đã vận hành với mức tải cao trên 80%Sđm.
1.2. Đặc trƣng về phụ tải
Theo tài liệu tham khảo [3], Công suất cực đại và sản lượng điện tiêu thụ của các
phụ tải do Công ty Điện lực Quảng Nam quản lý trong các năm 2015-2018 như sau:
Bảng 1.3. Công suất và sản lượng các năm 2015-2018
Năm
2015
2016
2017
2018
Cơ cấu thành phần điện thương phẩm theo ngành kinh tế trong sản lượng điện
thương phẩm bình quân/tháng như bảng 1.4. Tốc độ tăng trưởng sản lượng điện
thương phẩm 14,85% năm.
Bảng 1.4. Sản lượng điện thương phẩm theo cơ cấu ngành nghề
Ngành kinh tế
Công nghiệp, xây dựng
Thương nghiệp, khách sạn, nhà
hàng
Hoạt động khác
Nông lâm, thủy sản
Tiêu dùng
Tổng
7
Đồ thị phụ tải điển hình vào mùa khơ và mùa mưa thể hiện trong các hình H1.2 và
H1.3
Hình 1.2. Biểu đồ phụ tải cực đại mùa khô tỉnh Quảng Nam ngày 12/7/2019
350
300
250
200
150
100
50
0
1
Hình 1.3. Biểu đồ phụ tải cực đại mùa mưa tỉnh Quảng Nam ngày 03/10/2019
Qua các biểu đồ phụ tải ngày có thể thấy:
- Biểu đồ phụ tải tương đối nhấp nhơ, có độ dốc tương đối lớn, sự chênh lệch nhu cầu
phụ tải giữa ban ngày và ban đêm tương đối lớn.
- Nhu cầu phụ tải cực đại vào tháng 07 lớn hơn tháng 11. Những điều này thể hiện việc
nhu cầu phụ tải tỉnh Quảng Nam có sự thay đổi theo mùa.
1.3. Nhu cầu sử dụng điện của địa phƣơng
Ngoài việc đảm bảo cung cấp điện cho phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc
phòng của địa phương và ánh sáng sinh hoạt cho nhân dân, tỉnh Quảng Nam với các
Khu công nghiệp, Cụm công nghiệp bố trí nhiều nơi trên địa bàn tồn tỉnh, nên cung
cấp điện an toàn liên tục cho các doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh được ngành điện ưu
tiên hàng đầu.
Hiện nay, ngành du lịch phát triển mạnh ở thành phố Hội An, huyện Duy Xuyên
với các loại hình du lich đa dạng và phong phú, loại hình lưu trú biệt thự du lịch có
8
diện tích trên 1.000m2, homestay; phát triển mạnh loại hình du lịch hội nghị, hội thảo
(MICE). Ngoài ra các khu đô thị, du lịch nghỉ dưỡng đẳng cấp cao cũng phát triển
mạnh nên việc đáp ứng nhu cầu cấp điện là việc rất cấp thiết.
Dự báo nhu cầu phụ tải đến năm 2025: Căn cứ tốc độ phát triển kinh tế của tỉnh
Quảng Nam để dự báo nhu cầu phát điển phụ tải theo vùng đến năm 2025.
1.4. Kết luận
Chương 1 giới thiệu tổng quan về lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam. Trên cơ sở
lưới điện hiện trạng một số đường dây tiết diện nhỏ ACSR185 với bán kính cấp điện
lớn trãi rộng từ miền núi phía tây đến vùng biển phía đơng.
Phụ tải chênh lệch lớn vào các giờ cao thấp điểm nên đánh giá mức độ an toàn
cung cấp điện của hệ thống điện 110kV tỉnh Quảng Nam chưa cao đặc biệt khi sự cố
hoặc cô lập một số đường dây để bảo dưỡng sửa chữa.
Trên cơ sở lưới điện và phụ tải hiện trạng, phân tích, đề xuất các giải pháp đầu tư
xây dựng mới, cải tạo nâng cấp lưới điện 110kV hiện trạng đảm bảo cung cấp điện an
toàn liên tục nhằm đáp ứng được nhu cầu phát triển phụ tải góp phần phát triển kinh tế
xã hội an ninh quốc phòng trên địa bàn tỉnh Quảng Nam.
9
CHƢƠNG 2
CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ CƠNG CỤ PHÂN TÍCH
KHẢ NĂNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1. Tổng quan về an tồn của hệ thống
- Hệ thống thường xun có biến động ngẫu nhiên và sự thay đổi trong hệ thống
cần có giải pháp để giữ được hệ thống truyền tải điện năng trong giới hạn vận hành an
toàn cho phép ở chế độ vận hành bình thường cũng như có giải pháp đưa hệ thống về
vận hành an tồn khi xảy ra sự cố. Việc duy trì một hệ thống vận hành an toàn là yêu
cầu bắt buộc nhằm đảm bảo việc cung cấp điện cho khách hàng. Để đảm bảo hệ thống
vận hành an tồn với các thơng số vận hành nằm trong giới hạn cho phép, chúng ta cần
phải tiến hành phân tích, đánh giá các trạng thái vận hành khác nhau của hệ thống
nhằm đề xuất giải pháp phù hợp giúp hệ thống vận hành ổn định, đảm bảo tin cậy cung
cấp điện cho khách hàng. Hệ thống vận hành an toàn khi đảm bảo giá trị điện áp tại
các nút nằm trong giới hạn cho phép và khả năng truyền công suất cấp điện cho phụ
tải.
- Việc phân tích, đánh giá khả năng vận hành an tồn thơng qua các hoạt động
sau:
+ Kiểm sốt hệ thống: Thông tin cập nhập hệ thống báo quá tải, lệch áp
+ Phân tích sự cố ngẫu nhiên: Thơng báo những nguy hiểm.
+ Phân tích hoạt động hiệu chỉnh: Chống quá tải, lệch áp và Tái điều độ
Việc kiểm tra hệ thống cung cấp cho nhân viên điều độ những thơng tin được
cập nhật liên tục về tình trạng làm việc của hệ thống điện. Để vận hành có hiệu quả hệ
thống điện cần có các thơng số đánh giá trạng thái của hệ thống. Giá trị các thông số
được truyền đến trung tâm điều khiển để xác định tình trạng làm việc của hệ thống.
Quá trình truyền dữ liệu và các thông số hệ thống như điện áp, công suất, tình trạng
làm việc của các thiết bị đóng cắt trên lưới điện được thông qua hệ thống đo xa. Các
thông số như tần số, công suất phát của các nhà máy thủy điện hoặc nấc phân áp các
máy biến áp có thể truyền về trung tâm điều khiển. Nếu các thơng tin đó truyền về
cùng một lúc thì điều độ viên không thể xử lý các thông tin cùng một lúc. Vì lý do này
sẽ nhờ sự hỗ trợ của hệ thống máy tính để thu thập và kiểm tra xử lý thơng tin và báo
tín hiệu khi thơng số hệ thống vượt quá giá trị quy định như quá tải, quá áp xảy ra
trong hệ thống điện.
Để có cơ sở đưa ra kết luận thống kê về trạng thái của hệ thống điện thì việc đánh
giá trạng thái được sử dụng bằng việc kết hợp các thông tin đo lường từ xa với các mơ
hình hệ thống. Hệ thống SCADA cho phép nhân viên trực vận hành tại phòng Điều độ
10
điều khiển từ xa thao tác đóng cắt máy cắt, dao cách ly và chỉnh định đầu phân áp các
TBA 110kV. Hệ thống SCADA giám sát quá trình phát điện, truyền tải cơng suất và có
những điều chỉnh khi xảy ra trường hợp quá tải hoặc điện áp vượt ra khỏi giá trị cho
phép.
Chức năng phân tích các sự cố có thể giúp cho việc phán đốn và chủ động trước
việc xảy ra sự cố. Kết quả chức năng phân tích sự cố trong hệ thống đảm bảo cho hệ
thống bảo vệ làm việc tin cậy. Đối với trường hợp nhiều sự cố xảy ra cùng lúc nhân
viên vận hành khơng thể thao tác kịp thời có nguy cơ xảy ra chuỗi sự cố. Do vậy phải
nhờ máy tính tính tốn các trường hợp sự cố nghiêm trọng có thể xảy ra trên lưới điện.
Các chương trình này được thiết kế dựa trên mơ hình hệ thống điện để nghiên cứu sự
cố đứt dây và báo khả năng quá tải hoặc quá áp của hệ thống cho điều độ viên. Điều
này cho phép thiết lập các trạng thái vận hành và ngăn ngừa các sự cố sẽ không xảy ra
quá tải hoặc lệch quá áp ở các phần tử khác trong hệ thống. Sự phân tích này sẽ phát
triển hiệu quả và áp dụng trong vận hành kinh tế. Kỹ thuật phân tích sự cố ngẫu nhiên
bằng phương pháp tách biến nhanh, tự động chọn lựa sự cố ngẫu nhiên, phân bố công
suất ban đầu, sử dụng dữ liệu thống nhất và các thủ tục đánh giá trạng thái.
Chức năng phân tích hành vi hiệu chỉnh hệ thống, cho phép điều độ viên thay đổi
chế độ làm việc của hệ thống khi q tải hoặc khi chương trình phân tích sự cố ngẫu
nhiên dự báo sự cố nghiêm trọng có thể xảy ra. Hoạt động điều chỉnh bao gồm dịch
chuyển quá trình phát điện từ máy phát này đến máy phát khác. Khi chuyển công suất
sẽ thay đổi trào lưu cơng suất và có thể giảm tải trên đường dây q tải.
2.2. An tồn cung cấp điện và bài tốn phân tích sự cố
Khái niệm về an tồn cung cấp điện và phương pháp đánh giá an toàn của 01 hệ
thống điện dựa trên việc phân tích một tập hợp chọn lọc các phân tích sự cố và lập nên
nền tảng cho một trong những nhiệm vụ quan trọng và phức tạp nhất của hệ thống
quản lý năng lượng trong các trung tâm điều khiển hiện nay.
Đánh giá an toàn của hệ thống điện có thể thực hiện theo phương thức thời gian
thực hay phương thức nghiên cứu. Phương thức thời gian thực sẽ dựa trên thời gian
thực của hệ thống, trong khi phương thức nghiên cứu khảo sát điều kiện làm việc dự
báo, được xác lập từ chế độ có trước và thơng tin về hướng tiến triển hoặc các điều
kiện giả thiết. Nói chung mục tiêu đánh giá an toàn là xác định mức độ an toàn của chế
độ làm việc của hệ thống, làm cơ sở cho chức năng điều khiển an tồn. Nghĩa là tính
tốn các tác động điều khiển nhằm đưa hệ thống tới mức na toàn mong muốn.
Các mức an toàn hệ thống đặc trưng bởi sự xuất hiện điều kiện làm việc nguy
hiểm với sự vi phạm các giới hạn của thông số, trong thời điểm hiện tại hoặc sau sự cố.
Các mức an toàn của hệ thống được thể hiện trong sơ đồ hình 2.1. Trong trường
11
hợp một sự cố (sự cố hư hỏng một phần hoặc xếp chồng) nếu xảy ra sẽ tạo nên chế độ
nguy hiểm, thì điều độ viên hay hệ thống điều khiển an tồn có thể dự trù các tác động
sau đây, tùy theo mức độ nguy hiểm:
- Thay đổi chế độ trước sự cố để khử hay giảm nhẹ sự nguy hiểm của sự cố.
- Xây dựng một phương thức điều khiển sau sự cố để loại trừ nguy hiểm.
- Không cần quan tâm nếu sự cố là nhỏ.
Tất cả phụ tải được cấp
điện không vi phạm
giới hạn kể cả khi sự cố
Mức 1:
An toàn
Tất cả phụ tải được cấp điện
khơng vi phạm giới hạn. Vi
phạm do sự cố có thể sửa
chữa bởi tác động điều
khiển không mất tải
Mức 2: An tồn
với tác động điều
Mức 3: Báo động
Mức 4: Khơng an tồn
sửa chữa được
Mức 5: Khơng an tồn
Khơng sửa chữa được
Mức 6: Khôi phục
Tất cả phụ tải được cấp
điện không vi phạm giới
hạn, không thể được sửa
chữa và không mất tải
Tất cả phụ tải được cấp điện
có vi phạm giới hạn và có thể
được sửa chữa và khơng mất
tải
Tất cả phụ tải được cấp
Tác động điều khiển
điện có vi phạm giới hạn,
không thể sửa chữa và
không mất tải
Tất cả phụ tải được cấp
điện không vi phạm giới
hạn, kể cả khi sự cố
Hình 2.1. Các mức an tồn của hệ thống
Mức 1 và 2 là chế độ làm việc bình thường. Mức 1 là an toàn lý tưởng trong khi
mức 2 kinh tế hơn. Để loại bỏ các phạm vi giới hạn ở mức 4 nói chung cần có tác động
điều khiển sửa chữa để đưa về mức 3 sau đó sử dụng điều khiển phòng ngừa để trở về
mức 1 và mức 2. Nếu hệ thống đã rơi vào mức 5, phụ tải sẽ bị sa thải tự động tại chỗ
hay do lệnh từ trung tâm điều khiển. Đôi khi cần tính tốn sa thải phụ tải tối ưu.
12
Phân tích sự cố sẽ mơ phỏng mỗi chế độ sự cố tiềm tàng có khả năng xảy ra
trên chế độ gốc (chế độ trước sự cố) và kiểm tra phạm vi các giới hạn làm việc. Thực
tế có 3 nhiệm vụ khó khăn để giải quyết cho vấn đề phân tích sự cố trong thời gian
thực:
- Lập mơ hình thời gian thực thích hợp cho hệ thống cần nghiên cứu.
- Xác định các sự cố cần xem xét.
-
Phát triển các phương pháp cho phép tính tốn một số lượng lớn sự cố trong
thời gian ngắn.
-
Xác định sự cố.
Chọn lọc sự cố.
Đánh gia sự cố.
-
Trong giai đoạn thứ nhất, có thể dựa trên xác suất xảy ra để lập danh sách sự cố
cố cần xem xét. Danh sách này thay đổi chế độ và cấu hình của hệ thống và có thể bao
gồm cả sự cố thứ cấp (sự cố sinh ra do sự cố). Mỗi sự cố được mô tả bởi hư hỏng
nhánh hay nguồn trong sơ đồ lưới điện.
Chọn lọc sự cố là quá trình cho phép giảm nhẹ nhiều nhất cơng sức tính tốn.
Mục tiêu là loại bỏ khỏi danh sách phần lớn sự cố không gay nguy hiểm. Nó sử dụng
mơ hình xấp xỉ của hệ thống. Sau đó danh sách sự cố được sắp xếp theo mức nguy
hiểm giảm giần.
Cuối cùng đánh giá sự cố sẽ dùng các cơng cụ chính xác hơn của giải tích lưới
điện để mơ tả các sự cố theo thứ tự sắp xếp. Quá trình tiếp tục cho đến sự cố khơng
cịn xảy ra ngồi phạm vi giới hạn an toàn hoặc cho đến khi đã xem xét đủ tập hợp sự
cố nào đó.
Xếp hạn sự cố nhờ chỉ số nguy hiểm:
Chỉ số nguy hiểm là một phương tiện cho phép lượng hóa nguy hiểm hay mất
an tồn của sự cố. Biểu diễn chế độ sau sự cố của lưới điện về mặt an toàn cung cấp
điện bởi con số, từ đó cho phép xếp thứ tự các sự cố.
Chỉ số nguy hiểm có dạng:
∑
(II.1)
Trong đó: x là thơng số được kiểm sốt như dịng điện hay điện áp, X là giới
hạn ngưỡng trên của của nó, w là hệ số trọng, m là số nguyên dương.
Một công thức của chỉ số nguy hiểm biểu diễn dưới dạng công suất:
13
∑
(II.2)
Trong đó:
- p là xác suất xảy ra sự cố.
-
Sk, Skmax là cơng suất tồn phần trên đường dây k sau sự cố và cơng
suất giới hạn của nó.
J là tập chọn lọc các đường dây thỏa mãn:
Pk>Pk(0) với Pk(0) là công suất ở chế độ gốc.
-
γ là một số sao cho 0< γ <
-
Trong đó các giá trị m,
γ xác định từ thực nghiệm cho phép chọn một xếp
hạng tốt cho các sự cố, thường chọn 0,8 < <1; γ= m=10
2.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến an toàn hệ thống điện
Do hậu quả nghiêm trọng của sự cố rã lưới trong các hệ thống điện liên kết, nên
sự vận hành các hệ thống điện hiện đại được ưu tiên theo các mục tiêu sau:
- Vận hành một cách tin cậy
- Tối ưu về kinh tế
Đề cập đến việc vận hành hệ thống điện sao cho mang lại hiệu quả kinh tế cao
nhất. Giả thiết việc thiết kế hệ thống truyền tải điện và vận hành hệ thống điện đã thực
hiện được hiệu quả kinh tế với độ tin cậy theo thiết kế. Nghĩa là ứng với quá trình
truyền tải và phân phối công suất đã thỏa mãn yêu cầu tải. Nếu q trình vận hành hệ
thống điện khơng xảy ra sự cố hoặc tình trạng làm việc khơng bình thường thì ta có hệ
thống vận hành tin cậy. Tuy nhiên các phần tử trong hệ thống có thể gặp sự cố do
nguyên nhân khách quan như các lỗi tác động sai của rơle bảo vệ. Hệ thống điện được
thiết kế sao cho khả năng xảy ra mất phụ tải là nhỏ nhưng khi đó cần tốn kém chi phí
cho việc xây dựng các đường dây dự phịng, máy phát dự phòng... Như vậy, hầu hết
các hệ thống điện để có đủ dự trử chịu được các sự cố lớn, nhưng sẽ không bảo đảm để
hệ thống vận hành tin cậy 100%.
Trong điều kiện giới hạn kinh tế thì điều độ viên cố gắn vận hành với độ tin cậy
cao nhất trong một thời điểm cho phép. Thường hệ thống điện không bao giờ vận hành
tất cả các thiết bị vì khi sự cố hoặc xảy ra tình trạng mất cân bằng trong hệ thống lúc
đó yêu cầu phải đưa các thiết bị dự phòng vào làm việc.
Ta xét hoạt động hiệu chỉnh phục hồi trạng thái làm việc của 2 loại sự cố chính
sau:
- Cắt đường dây truyền tải.
14
- Sự cố các tổ máy phát
Khi sự cố trên đường dây truyền tải làm thay đổi công suất và điện áp trên thiết
bị truyền tải còn lại trong hệ thống. Do đó các phương pháp phân tích sự cố đưa ra dự
báo chắc chắn về giới hạn cho phép của dịng cơng suất và điện áp. Khi sự cố máy phát
điện dẫn đến thay đổi dịng cơng suất và điện áp. Hơn nữa, với sự cố ở mức nghiêm
trọng thì dẫn đến thay đổi cấu trúc và quy trình vận hành của hệ thống.
2.4. Phân tích sự cố
Xem xét sơ đồ lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam như hình H1.1. Với các thông
số trên sơ đồ, giới hạn truyền tải đường dây có thể biểu diễn bằng MW hay MVA. Khi
một đường dây bị cắt ra, thì dịng cơng suất truyền qua các đường dây còn lại và điện
áp tại các nút trên hệ thống thay đổi. Cấu trúc đơn giản nhất của kỹ thuật phân tích các
sự cố thể hiện vị trong hình 2.2.
Xét trường hợp sự cố máy phát thì phân bố cơng suất và điện áp trên mạng điện
đều thay đổi. Thấy rằng việc phát thay công suất cho một nút sẽ làm thay đổi rất nhiều
về phân bố cơng suất và điện áp do đó việc xét phân bổ hợp lý giữa các máy phát còn
lại là rất quan trọng.
