Luận văn Nghiên cứu ổn định điện áp bằng thiết bị STATCOM và SVC trên lưới điện 500KV Việt Nam (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu ổn định điện áp bằng thiết bị STATCOM và SVC trên lưới điện 500KV Việt Nam (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN KHA LY NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP BẰNG THIẾT BỊ STATCOM VÀ SVC TRÊN LƯỚI ĐIỆN 500KV VIỆT NAM S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 4 2 0 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN KHA LY NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP BẰNG THIẾT BỊ STATCOM VÀ SVC TRÊN LƯỚI ĐIỆN 500KV VIỆT NAM NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 605250 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03/2014
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN KHA LY NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP BẰNG THIẾT BỊ STATCOM VÀ SVC TRÊN LƯỚI ĐIỆN 500KV VIỆT NAM NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 605250 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03/2014
4. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ và tên học viên: Nguyễn Kha Ly MSHV: 1202520202009 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Khĩa: 2012 - 2014 Tên đề tài: Nghiên cứu ổn định điện áp bằng thiết bị STATCOM và SVC trên lưới điện 500KV Việt Nam Học viên đã hồn thành LVTN theo đúng yêu cầu nội dung và hình thức (theo qui định) của một luận văn thạc sĩ. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) Trương Việt Anh
5. Luận văn thạc sĩ Lý lịch khoa học LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Kha Ly Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 05/09/1985 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Bến Tre Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 506/23, Lạc Long Quân, F 5, Quận 11, TP.HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại di động: 0909.714.104 Fax: E-mail: khaly1985@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Đại học Thời gian đào tạo từ 09/2006 đến 09/ 2010 Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐHSPKT TP.Hồ Chí Minh Ngành học: Điện Khí Hĩa – Cung Cấp Điện Tên đồ án, luận án hoặc mơn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu thi cơng mơ hình ứng dụng năng lượng mặt trời và giĩ phục vụ giảng dạy ngành điện cơng nghiệp Ngày & nơi bảo vệ đồ án: Trường ĐHSPKT TP.Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: ThS. NGUYỄN NHÂN BỔN III. QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi cơng tác Cơng việc đảm nhiệm 1.Trường trung cấp KT-KT kỹ 2010 - Nay thuật nguyễn hữu cảnh Giáo Viên HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang i GVHD:TS.Trương Việt Anh
6. Luận văn thạc sĩ Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Tơi là Nguyễn Kha Ly học viên lớp Thiết Bị Mạng- Nhà Máy Điện khĩa 2012 - 2014. Sau hai năm học tập và nghiên cứu tại khoa sau đại học trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh. Tơi quyết định lựa chọn và thực hiện đề tài: Nghiên cứu ổn định điện áp bằng thiết bị STATCOM và SVC trên lưới điện 500KV Việt Nam Tơi xin cam đoan bản luận văn này được thực hiện bởi chính bản thân tơi dưới sự hướng dẫn của thầy TS. TRƯƠNG VIỆT ANH. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 ( ký tên và ghi rõ họ tên ) Nguyễn Kha Ly HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang ii GVHD: TS.Trương Việt Anh
7. Luận văn thạc sĩ Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và cơ giáo trong bộ mơn Hệ thống điện Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh và các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian thực hiện luận văn. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc với Thầy giáo TS.TRƯƠNG VIỆT ANH, người đã quan tâm, tận tình hướng dẫn giúp tác giả xây dựng và hồn thành luận văn này. Thành phố Hồ Chí Minh, Ngày tháng năm 2014 Người thực hiện Nguyễn Kha Ly HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang iii GVHD: TS.Trương Việt Anh
8. Luận văn thạc sĩ Tĩm tắt TĨM TẮT Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) đã nhận được nhiều chú ý trong hai thập niên gần đây. Nĩ sử dụng các thiết bị điện tử cơng suất dạng cao để điều khiển điện áp, phân bố cơng suất, ổn định, v.v. của hệ thống truyền tải. Các thiết bị FACST cĩ thể được kết nối đến đường dây truyền tải trong nhiều cách khác nhau, chẳng hạn như nối tiếp, song song, hoặc phối hợp của nối tiếp và song song. Ví dụ: bộ bù tĩnh VAR (SVC) và bộ bù đồng bộ tĩnh (STATCOM) được kết nối song song; bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh (SSSC) và bộ tụ nối tiếp điều khiển thyristor được kết nối nối tiếp; máy biến áp dịch pha điều khiển thyristor (TCPST) và bộ điều khiển phân bố cơng suất hợp nhất (UPFC) được kết nối nối tiếp và song song phối hợp. Các thiết bị FACTS là rất hiệu quả và tăng khả năng truyền tải cơng suất của đường dây tới mức giới hạn cho phép trong khi duy trì mức độ ổn định. Đánh giá hiệu quả thiết thực trong việc nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện do thiết bị STATCOM và SVC mang lại, từ đĩ rút ra kết luận và xem xét khả năng đưa thiết bị STATCOM và SVC vào lưới điện truyền tải 500kV của Việt Nam. HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang iv GVHD: TS.Trương Việt Anh
9. Luận văn thạc sĩ Mục lục MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tĩm tắt iv Mục lục v Danh sách các chử viết tắt và kí hiệu vi Danh sách các hình viii Chương I. TỔNG QUAN 01 1.1 Mục đích và lý do chọn đề tài 01 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 01 1.3 Phạm vi nghiên cứu 02 1.4 Các bước tiến hành 02 1.5 Điểm mới của luận văn 02 1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn 02 1.7 Nội dung dự kiến 03 Chương II: ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 04 2.1 Đặt vấn đề 04 2.2 Phân tích những sự cố tan rã hệ thống điện gần đây 05 2.3. Ổn định điện áp 07 2.4. Kết luận 11 Chương III: TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ FACTS 12 3.1 Đặt vấn đề 12 3.2 Lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS 12 3.3 Một số thiết bị FACTS 13 3.4 Kết luận 26 Chương IV: SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK ĐỂ MƠ PHỎNG STATCOM VÀ SVC TRONG HTĐ Ở VIỆT NAM 27 4.1 Đặt vấn đề 27 4.2 Xây dựng mơ hình mơ phỏng cho hệ thống điện 500kV Việt Nam 27 4.3 Mơ phỏng và kết quả đáp ứng động của STATCOM và SVC khi đặt ở trạm Đà Nẵng trong lưới điện 500 kV Việt Nam 37 4.4 Mơ phỏng và kết quả đáp ứng động của STATCOM và SVC khi đặt ở trạm Hà Tĩnh trong lưới điện 500 kV Việt Nam 45 4.5 Nhận xét kết quả mơ phỏng 57 Chương V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN 58 5.1 Kết luận 58 5.2 Hướng nghiên cứu phát triển 58 5.3 Kiến nghị 58 Tài liệu tham khảo 60 Phụ lục 61 HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang v GVHD: TS.Trương Việt Anh
10. Luận văn thạc sĩDanhsáchcácchữviếttắtvàkýhiệu DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CĐXL : Chếđộxáclập CSPK : Cơngsuấtphảnkháng CSTD :Cơngsuấttácdụng HTĐ : Hệthốngđiện HT : Hệthống NM : Ngắnmạch FACTS :Flexible AC Transmission Systems - Hệthốngtruyềntảiđiệnxoay chiềulinhhoạt . GTO :Gate Turn - Off Thyristor - Khĩađĩngmở STATCOM :Static Synchronous Compensator -Thiếtbịbùngangđiềukhiển bằngthyristor SVC :Static Var Compensator - Thiếtbịbùtĩnhđiềukhiểnbằngthyristor TCR :Thyristor Controlled Reactor - khángđiệnđiềukhiểnbằngthyristor TCSC :Thyristor Controlled Series Compensator - Thiếtbịbùdọcđiều khiểnbằngthyristor TSR : Thyristor Switched Reactor - Khángđiệnđĩngmởbằngthyristor TSC : Thyristor Switched Capacitor - Tụđiệnđĩngmởbằngthyristor HVTH: NguyễnKha LyTrangviGVHH: TS. TrươngViệtAnh
11. Luận văn thạc sĩ Danh sách các hình DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 3.1. So sánh các chức năng của từng thiết bị bù cĩ ĐK bằng thyristor. 13 Hình 3.2. Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC. 14 Hình 3.3. Sự thay đổi của điện áp tại thanh cái phụ tải khi cĩ và khơng cĩ SVC. 15 Hình 3.4. Quan hệ thời gian và điện áp quá áp 15 Hình 3.5. Mơ hình vị trí SVC 17 Hình 3.6. Sự thay đổi P và Q khi cĩ SVC đối với mơ hình SMIB 17 Hình 3.7. Đường cong gĩc – cơng suất đối với mơ hình SMIB 18 Hình 3.8. Đặc tính cơng suất khi cĩ và khơng cĩ SVC 20 Hình 3.9. Sơ đồ nguyên lý và hoạt động của TCSC 21 Hình 3.10. Sơ đồ cấu trúc Statcom 23 Hình 3.11. đồ nguyên lý hoạt động của Statcom 24 Hình 3.12. Nguyên lý bù của bộ bù 24 Hình 3.13. Trạng thái hấp thụ cơng suất phản kháng của bộ bù 25 Hình 3.14. Trạng thái phát cơng suất phản kháng của bộ bù 26 Hình 4.1. Mơ hình mơ phỏng hệ thống điện 500kV Việt Nam 28 Hình 4.2. Hợp thoại thiết lập tham số cho bộ điều khiển STATCOM 29 Hình 4.3. Hợp thoại thiết lập tham số cho bộ điều khiển SVC 29 Hình 4.4. Hợp thoại thiết lập tham số cho NMĐ Hịa Bình 30 Hình 4.5. Hợp thoại thiết lập tham số cho nguồn điện từ NMĐ Yaly 30 Hình 4.6. Hợp thoại thiết lập tham số cho nguồn điện từ miền Nam 31 HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang viii GVHD: TS.Trương Việt Anh
12. Luận văn thạc sĩ Danh sách các hình Hình 4.7. Hợp thoại thiết lập tham số cho nguồn điện từ miền Bắc 31 Hình 4.8. Hợp thoại thiết lập tham số cho đường dây L1 32 Hình 4.9. Hợp thoại thiết lập tham số cho đường dây L2 32 Hình 4.10. Hợp thoại thiết lập tham số cho đường dây L3 33 Hình 4.11. Hợp thoại thiết lập tham số cho đường dây L4 33 Hình 4.12. Hợp thoại thiết lập tham số cho đường dây L9 34 Hình 4.13. Hợp thoại thiết lập tham số cho đường dây L10 34 Hình 4.14. Hợp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối vào thanh cái Hịa Bình 35 Hình 4.15. Hợp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối vào thanh cái Hà Tĩnh 35 Hình 4.16. Hợp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối vào thanh cái Đà Nẵng 36 Hình 4.17. Hợp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối vào thanh cái Pleiku 36 Hình 4.18. Hợp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối vào thanh cái Di Linh 37 Hình 4.19. Hợp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối vào thanh cái Nho Quan 37 Hình 4.20. Mơ hình mơ phỏng hệ thống khi cĩ xảy ra ngắn mạch 38 Hình 4.21. Hợp thoại thiết lập tham số cho sự cố ngắn mạch pha A chạm đất 39 Hình 4.22. Tín hiệu ngõ ra của STATCOM và SVC ở thanh cái Đà Nẵng khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 1 pha 39 Hình 4.23. Kết quả đáp ứng điện áp tại nút Đà Nẵng khi bị sự cố NM 1pha 40 Hình 4.24. Kết quả đáp ứng điện áp Vmes và Vref tại thanh cái Đà Nẵng khi đặt thiết bị STATCOM khi hệ thống bị sự cố ngắn mạch 1pha 40 Hình 4.25. Kết quả đáp ứng điện áp khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Đà Nẵng khi hệ thống bị sự cố ngắn mạch 1pha 41 Hình 4.26. Kết quả đáp ứng cơng suất phản kháng khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Đà Nẵng khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 1pha 41 HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang viii GVHD: TS.Trương Việt Anh
13. Luận văn thạc sĩ Danh sách các hình Hình 4.27. Hợp thoại thiết lập tham số cho sự cố ngắn mạch 2pha 42 Hình 4.28. Mơ hình tín hiệu ngõ ra của STATCOM và SVC ở trạm Đà Nẵng ở chế ngắn mạch 2pha 43 Hình 4.29. Kết quả đáp ứng điện áp tại nút Đà Nẵng khi bị sự cố NM 2pha 43 Hình 4.30. Kết quả đáp ứng điện áp Vmes và Vref tại thanh cái Đà Nẵng khi đặt thiết bị STATCOM khi hệ thống bị sự cố ngắn mạch 2pha 44 Hình 4.31. Kết quả đáp ứng điện áp khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Đà Nẵng khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 2pha 44 Hình 4.32. Kết quả đáp ứng cơng suất phản kháng khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Đà Nẵng khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 2pha 45 Hình 4.33. Mơ hình tín hiệu ngõ ra của STATCOM và SVC ở trạm Hà Tĩnh ở chế độ bình thường 46 Hình 4.34. Kết quả đáp ứng điện áp tại nút Hà Tĩnh khi Hệ thống điện làm việc bình thường 46 Hình 4.35. Kết quả đáp ứng điện áp và cơng suất phản kháng tại thanh cái Hà Tĩnh khi đặt thiết bị STATCOM khi HTĐ làm việc bình thường 47 Hình 4.36. Kết quả đáp ứng điện áp Vmes và Vref của SVC khi HTĐ làm việc bình thường 47 Hình 4.37. Kết quả đáp ứng cơng suất phản kháng khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Hà Tĩnh khi HTĐ làm việc bình thường 48 Hình 4.38. Mơ hình mơ phỏng hệ thống khi cĩ xảy ra ngắn mạch 49 Hình 4.39. Hợp thoại thiết lập tham số cho sự cố ngắn mạch pha A chạm đất 50 Hình 4.40. Mơ hình tín hiệu ngõ ra của STATCOM và SVC ở thanh cái Hà Tĩnh khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 1 pha. 50 Hình 4.41. Kết quả đáp ứng điện áp tại nút Hà Tĩnh khi bị sự cố NM 1 pha 51 HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang viii GVHD: TS.Trương Việt Anh
14. Luận văn thạc sĩ Danh sách các hình Hình 4.42. Kết quả đáp ứng điện áp Vmes và Vref tại thanh cái Hà Tĩnh khi đặt thiết bị STATCOM khi hệ thống bị sự cố ngắn mạch 1 pha 51 Hình 4.43. Kết quả đáp ứng điện áp khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Hà Tĩnh khi hệ thống bị sự cố ngắn mạch 1 pha 52 Hình 4.44. Kết quả đáp ứng cơng suất phản kháng khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Hà Tĩnh khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 1 pha 52 Hình 4.45. Mơ hình mơ phỏng hệ thống khi cĩ xảy ra ngắn mạch 2 pha 53 Hình 4.46. Hợp thoại thiết lập tham số cho sự cố ngắn mạch 2 pha 54 Hình 4.47. Kết quả đáp ứng điện áp tại nút Hà Tĩnh khi bị sự cố NM 2pha 54 Hình 4.48. Kết quả đáp ứng điện áp Vmes và Vref tại thanh cái Hà Tĩnh khi đặt thiết bị STATCOM khi hệ thống bị sự cố ngắn mạch 2pha 55 Hình 4.49. Kết quả đáp ứng điện áp khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Hà Tĩnh khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 2pha 55 Hình 4.50. Kết quả đáp ứng cơng suất phản kháng khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Hà Tĩnh khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 2pha 56 HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang viii GVHD: TS.Trương Việt Anh
15. Chương I: Tổng Quan GVHD: TS.Trương Việt Anh Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Mục đích và lý do chọn đề tài Trong những năm qua cùng với sự phát triển của nền kinh tế Hệ Thống Điện Việt Nam cũng liên tục phát triển cả về qui mơ lẫn cơng nghệ. Từ khi mới hình thành năm 1994 tổng chiều dài đường dây truyền tải 500kV là 1.487 km, đến nay đã tăng lên 3.758 km và theo qui hoạch đến năm 2015 sẽ tiếp tục mở rộng và phát triển đạt tổng chiều dài 4.500 km. Hệ Thống điện Việt Nam hiện nay, cĩ các đường dây siêu cao áp 500 kV liên kết nhiều nhà máy điện cơng suất lớn và các trung tâm phụ tải với đồ thị phụ tải khác nhau. Trào lưu cơng suất trong hệ thống sẽ liên tục thay đổi theo chế độ vận hành, kết quả thơng số chế độ cũng liên tục thay đổi, đặc biệt là điện áp tại các nút thay đổi trong phạm vi rộng và dễ dàng rơi ra ngồi phạm vi cho phép. Đối với các Hệ Thống điện này khơng thể sử dụng các thiết bị bù cố định để điều chỉnh điện áp, vì nếu chọn dung lượng bù để điều chỉnh điện áp thỏa mản ở chế độ này thì sẽ khơng thỏa mản ở chế độ khác. Ví dụ tại một nút trên đường dây truyền tải ở chế độ 1 cĩ điện áp 1,08pu lớn hơn giới hạn cho phép (Ucpmax) và ở chế độ 2 cĩ điện áp 0,96pu nằm trong giới hạn cho phép, nếu lắp đặt kháng bù ngang để đưa điện áp ở chế độ 1 về 1,0pu thì ở chế độ 2 điện áp sẽ thấp hơn giới hạn cho phép. Ngược lại tại một nút chế độ 1 cĩ điện áp 1,04pu nằm trong giới hạn cho phép và ở chế độ 2 cĩ điện áp 0,9pu thấp hơn giới hạn cho phép(Ucpmin), nếu lắp đặt tụ bù ngang để đưa điện áp ở chế độ 2 về 1,0pu thì điện áp ở chế độ 1 sẽ lớn hơn giới hạn cho phép. Trong trường hợp này chỉ cĩ thể sử dụng các thiết bị bù cĩ điều khiển như SVC và STATCOM mới cĩ khả năng điều khiển nhanh lượng cơng suất phản kháng trao đổi với Hệ Thống để giử ổn định điện áp nút khi thay đổi chế độ vận hành. Từ các phân tích nêu trên cho thấy đối với Hệ Thống điện Việt Nam cần thiết phải sử dụng thiết bị bù cĩ điều khiển để lắp đặt nhằm nâng cao chất lượng điện áp và độ tin cậy vận hành cho Hệ Thống. 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn Phân tích các giới hạn ổn định của hệ thống điện, trong đĩ đi sâu phân tích giới hạn ổn định điện áp. Tìm hiểu các nguyên nhân gây mất ổn định điện áp đã xảy ra HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang 1
16. Chương I: Tổng Quan GVHD: TS.Trương Việt Anh trong hệ thống điện. Vùng cĩ điện áp thấp nhất trong lưới truyền tải điện, biện pháp nâng cao ổn định điện áp. Nghiên cứu để xây dựng mơ hình điều khiển điện áp của hệ thống điện để từ đĩ mơ phỏng các chế độ vận hành của hệ thống điện, đánh giá mức độ ổn định điện áp thực tế của mạng điện. Mơ phỏng mơ hình trên phần mềm Matlab/Simulink để quan sát khả năng ổn định điện áp khi ứng dụng thiết bị STATCOM và SVC trong lưới điện truyền tải. Đánh giá hiệu quả thiết thực trong việc nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện do thiết bị STATCOM và SVC mang lại, từ đĩ rút ra kết luận và xem xét khả năng đưa thiết bị STATCOM và SVC vào lưới điện truyền tải 500kV của Việt Nam. 1.3 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu phần mềm Matlab/Simulink/ STATCOM hoặc SVC mơ phỏng mơ hình hệ thống điện 500kV Việt Nam để phân tích các giới hạn ổn định của hệ thống điện, trong đĩ đi sâu nghiên cứu và phân tích giới hạn ổn định điện áp. 1.4 Các bước tiến hành  Thu thập và đọc hiểu các tài liệu liên quan từ cán bộ hướng dẫn, sách, các bài báo, phiên dịch các tài liệu viết bằng tiếng Anh trên phương tiện truyền thơng mạng internet. Sau đĩ phân tích và tổng hơp các tài liệu dựa trên cơ sở của luận văn.  Khảo sát ổn định điện áp, phương pháp nghiên cứu đánh giá ổn định điện áp.  Giới thiệu và ứng dụng thiết bị bù cơng suất phản kháng sử dụng cơng nghệ FACT  Nghiên cứu phần mềm Matlab, đặc biệt là mơ hình Hệ Thống điện 500kV trên Matlab/Simulink /STATCOM và SVC. 1.5 Điểm mới của luận văn Nghiên cứu phần mềm Matlab/Simulink/ STATCOM và SVC mơ phỏng mơ hình hệ thống điện 500kV Việt Nam vận hành ở chế độ bình thường và chế độ ngắn mạch để phân tích các giới hạn ổn định của hệ thống điện, trong đĩ đi sâu nghiên cứu và phân tích giới hạn ổn định điện áp. 1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang 2
17. Chương I: Tổng Quan GVHD: TS.Trương Việt Anh Luận văn đã xây dựng được mơ hình mơ phỏng Hệ Thống điện 500kV bằng mơ hình trên phần mềm Matlab/Simulink /STATCOM và SVC, mơ phỏng thành cơng và chính xác, kết quả thu được của chương trình mơ phỏng sẽ được dùng để đánh giá một mạng điện cần nghiên cứu để từ đĩ đưa ra các phương thức vận hành thực tế phù hợp nhằm đảm bảo ổn định điện áp cho hệ thống điện và nâng cao khả năng truyền tải cơng suất. Luận văn là tài liệu tham khảo cĩ giá trị cho những ai quan tâm tới việc nghiên cứu ổn định điện áp cho hệ thống điện. 1.7 Nội dung dự kiến: Chương I: TỔNG QUAN. Chương II: ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG ĐIỆN. Chương III: TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ FACTS. Chương IV: SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK ĐỂ MƠ PHỎNG STATCOM VÀ SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 500kV Ở VIỆT NAM. Chương V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN. TÀI LIỆU THAM KHẢO. PHỤ LỤC. HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang 3
18. Chương II: Ổn định điện áp HTĐ GVHD: TS.Trương Việt Anh CHƢƠNG II ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1. Đặt vấn đề Nhờ thực hiện chủ trương đổi mới của Đảng, nền kinh tế Việt Nam từ năm 1985 đến nay đã tăng trưởng với tốc độ bình quân 7%/năm. Nhiều khu cơng nghiệp lớn, khu kinh tế mở và khu dân cư mới được hình thành, để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện tăng nhanh theo tốc độ tăng trưởng của phụ tải, Nhà nước đã huy động một nguồn vốn lớn để đầu tư phát triển Hệ thống điện. Ngày 27/5/1994 đã đĩng điện đưa đường dây 500kV vào vận hành kết nối HTĐ ba miền thành HTĐ hợp nhất Bắc-Trung-Nam, tạo điều kiện để khai thác một cách hiệu quả các nguồn điện hiện cĩ truyền tải và cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Trong những năm qua HTĐ Việt Nam liên tục phát triển, đến nay lưới điện 500kV cĩ tổng chiều dài là 3466km và 11 trạm biến áp với tổng cơng suất là 6600MVA. Hiệu quả do các HTĐ hợp nhất mang lại là rất lớn, tuy nhiên trên các HTĐ hợp nhất cĩ các đường dây siêu cao áp đã xuất hiện nhiều vấn đề kỹ thuật khá phức tạp cần được giải quyết trong thiết kế cũng như vận hành. Một trong những vấn đề đĩ là lượng cơng suất phản kháng do các đường dây siêu cao áp sinh ra rất lớn tỉ lệ với bình phương điện áp, đã gây ảnh hưởng đến khả năng tải của đường dây, tác động đến chế độ làm việc của máy phát và phân bố điện áp trong các mạng điện áp thấp, đặc biệt là tác động đến ổn định điện áp trong HTĐ. Để giải quyết vấn đề nầy thường lắp đặt các tụ bù dọc và kháng bù ngang trên các đường dây truyền tải, trong HTĐ Việt Nam trên các đoạn đường dây 500kV cĩ khoảng cách lớn, ở hai đầu được lắp đặt tụ bù dọc với mức độ bù là 60% và kháng điện bù ngang với mức độ bù là 70%. Tuy nhiên trào lưu cơng suất trên các đường dây truyền tải thường thay đổi rất lớn, cho nên ở chế độ tải nặng điện áp các nút giảm xuống đáng kể và dễ dàng đẩy HTĐ rơi vào trạng thái mất ổn định. Đối với HTĐ Việt Nam hiện nay cơng suất truyền tải trên đường dây 500kV luơn ở mức cao, cơng suất trên đường dây 500kV Pleiku – Đà Nẵng khoảng 1600MW và trên đường dây 500kV Đà Nẵng – Hà Tĩnh là 1200MW nên điện áp ở các thanh cái 500kV Đà Nẵng, Dốc Sỏi, Hà Tĩnh thường ở mức thấp vào khoảng 475kV ở giới hạn thấp nhất của điện áp vận hành bình thường và cĩ thời điểm điện áp xuống đến 455kV. Do đĩ việc nghiên cứu đánh giá ổn định và tìm các giải pháp để nâng cao độ dự trữ ổn định cho HTĐ Việt Nam là rất cần HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang 4
19. Chương II: Ổn định điện áp HTĐ GVHD: TS.Trương Việt Anh thiết. Thực tế vận hành trong thời gian qua HTĐ Việt Nam đã cĩ những sự cố liên quan đến mất ổn định điện áp dẫn đến mất điện trên diện rộng xảy ra vào các ngày 17/5/2005, 27/12/2006, 20/7/2007 và ngày 04/9/2007 .Các hiện tượng tan rã lưới trên diện rộng (black-out) cũng đã xảy ra đối với nhiều HTĐ trên Thế giới như: tại Ý ngày 28/9/2003, Nam Thụy Điển và Đơng Đan Mạch ngày 23/9/2003, phía Nam Luân Đơn ngày 28/8/2003, Phần Lan ngày 23/8/2003, Mỹ-Canada ngày 14/8/2003 , tất cả các trường hợp trên đều liên quan đến mất ổn định điện áp. Hiện nay nước ta đang và sẽ rơi vào tình trạng thiếu nguồn điện trong khi phụ tải tăng nhanh, do đĩ các đường dây truyền tải sẽ làm việc ở cơng suất giới hạn cho phép và điện áp tại các nút sẽ cĩ nguy cơ sụt giảm mạnh xuống dưới mức cho phép và cĩ thể tiến đến mức giới hạn về ổn định điện áp. Mặt khác, nước ta đang trong giai đoạn thực hiện vận hành thị trường điện lực ở khâu phát điện và sẽ tiến tới thị trường bán buơn và sau đĩ là thị trường bán lẽ theo lộ trình Chính phủ đã đề ra. Khi đĩ phương thức điều độ vận hành hệ thống điện sẽ phức tạp hơn nhiều và cơng suất truyền tải trong lưới điện sẽ phụ thuộc khơng chỉ vào cơng suất phát của nhà máy điện, cơng suất tiêu thụ của phụ tải mà cịn phụ thuộc vào cả giá bán điện của các nhà máy, các hợp đồng song phương nên việc nghiên cứu ổn định điện áp để đảm bảo an tồn trong vận hành hệ thống điện càng được đặc biệt quan tâm. 2.2. Phân tích những sự cố tan rã hệ thống điện gần đây 2.2.1. Những sự cố tan rã hệ thống điện gần đây trên thế giới: Trong vịng hơn 20 năm, đã cĩ rất nhiều sự cố tan rã HTĐ xảy ra trên khắp thế giới với những hậu quả vơ cùng to lớn, thậm chí ở các nước phát triển như Mỹ, Nhật Bản, Tây Âu . Sự cố tan rã HTĐ tại Florida – Mỹ ngày 17/05/1985: Một sự cố phĩng điện dẫn đến việc cắt ba đường dây 500kV đang mang tải nhẹ dẫn đến sụp đổ điện áp và tan rã hồn tồn HTĐ trong vịng vài giây. Lượng tải bị mất khoảng 4292 MW. Nguyên nhân của sự cố tan rã HTĐ là quá trình sụp đổ điện áp trong khoảng thời gian quá độ. . Sự cố tan rã HTĐ Tokyo – Nhật Bản ngày 23 tháng 7 năm 1987: Tồn bộ thủ đơ Tokyo cĩ thời tiết rất nĩng, dẫn đến lượng tải tiêu thụ do điều hịa nhiệt độ tăng cao. HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang 5
20. Chương II: Ổn định điện áp HTĐ GVHD: TS.Trương Việt Anh Sau thời gian buổi trưa, lượng tải tăng lên khoảng 1% /1 phút (tương đương với 400 MW/1 phút). Mặc dù, các tụ bù đã được đĩng hết, nhưng điện áp của HTĐ vẫn bắt đầu giảm thấp trên hệ thống truyền tải 500kV. Sau khoảng 20 phút, thì điện áp bắt đầu giảm xuống cịn khoảng 0,75 p.u (đơn vị tương đối) và kết quả là các hệ thống bảo vệ rơle tác động ngắt một số phần của hệ thống truyền tải và xa thải lượng phụ tải 8000MW. Nguyên nhân chính là quá trình sụp đổ điện áp trong khoảng thời gian dài hạn. Các đặc tính phụ tải phụ thuộc điện áp của các thiết bị điều hịa là nguyên nhân chính dẫn sự suy giảm điện áp. 2.2.2. Các nguyên nhân của sự cố tan ra hệ thống điện. Thơng thường, một sự cố tan rã HTĐ là một hiện tượng phức tạp, với nhiều nguyên nhân khác nhau. Một HTĐ bị tan rã là kết quả của một quá trình chia tách, mất đường dây, máy phát điện liên tục cho đến khi bị phân chia hồn tồn thành các vùng, khu vực cách ly nhau. Trong luận văn này, chúng tơi tổng kết một số các nguyên nhân chính như sau: - Nguyên nhân đầu tiên bắt đầu từ khâu qui hoạch và thiết kế - Quá trình vận hành HTĐ - Quá trình bảo dưỡng thiết bị - Ngồi ra con nhiều nguyên nhân khách quan khác, như sự hư hỏng bất thường của thiết bị bảo vệ, hệ thống quản lý năng lượng (Energy System management - ESM), hệ thống đánh giá trạng thái (state estimator-SE) và hệ thống đánh giá sự cố ngẫu nhiên thời gian thực (real time contingency analysis-RTCA) đã làm cho các kỹ sư vận hành khơng thể giám sát và đánh giá tình trạng làm việc cũng như việc đưa ra các biện pháp kịp thời. Hay hiện tượng thiên nhiên cũng là một trong những nguyên nhân dẫn đến việc tăng lên bất thường của phụ tải hay hư hỏng thiết bị được xem là những điều kiện bất lợi ban đầu cho HTĐ, là nguyên nhân bắt nguồn các sự cố. 2.2.3. Cơ chế xẩy ra sự cố tan rã hệ thống điện Trong phần trước, chúng tơi đã tĩm tắt các sự cố tan rã HTĐ xảy ra gần đây trên thế giới, nhưng các cơ chế xảy ra sự cố rất khác nhau từ hệ thống đơn lẻ đến hệ thống liên HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang 6
21. Chương II: Ổn định điện áp HTĐ GVHD: TS.Trương Việt Anh kết. Tuy nhiên tất cả các sự cố trên đều cĩ một quá trình chung đĩ là HTĐ đi từ trạng thái vận hành bình thường (cĩ thể rất gần với giới hạn an ninh/ ổn định) đến mất ổn định và cuối cùng là chia tách, sụp đổ thành các hệ thống riêng biệt. Cơ chế chung đĩ chính là sự mất ổn định của HTĐ. 2.3. Ổn định điện áp 2.3.1 Các định nghĩa về ổn định điện áp Khái niệm ổn định điện áp là khả năng của một HTĐ vẫn cịn duy trì được giá trị điện áp ổn định ở tất cả các nút trong HTĐ sau khi trải qua một sự cố từ điều kiện vận hành xác lập bình thường ban đầu. Vấn đề về ổn định điện áp cịn cĩ thể được chia nhỏ thành các vấn đề nhỏ hơn, tương ứng là ổn định điện áp khi cĩ kích động lớn và khi cĩ dao động nhỏ. Ổn định điện áp khi cĩ kích động lớn: là khả năng của HTĐ vẫn cịn duy trì được các giá trị điện áp ổn định sau khi cĩ kích động lớn, chẳng hạn như hư hỏng trong HTĐ, mất nguồn phát điện, hoặc các sự cố trên mạch điện. Việc xác định ổn định điện áp khi cĩ kích động lớn cần phải khảo sát đáp ứng phi tuyến của HTĐ trong một khoảng thời gian đủ để thu nhận được hoạt động và tương tác của các thiết bị, chẳng hạn như động cơ điện, ULTC (bộ chỉnh áp dưới tải của máy biến áp), và bộ hạn chế dịng kích từ của máy phát (OEL- bộ hạn chế trạng thái bị kích thích quá mức). Ổn định điện áp khi cĩ dao động nhỏ: là khả năng của HTĐ vẫn cịn duy trì được điện áp ổn định khi chịu các tác động nhỏ, chẳng hạn như, tải thay đổi tăng. Dạng ổn định này chịu tác động bởi các đặc trưng của tải, các điều khiển mang tính chất liên tục, và các điều khiển rời rạc vào một điểm thời gian cho trước. Khái niệm này rất hữu ích khi xác định, vào thời điểm bất kỳ, cách thức mà điện áp trên hệ thống đáp ứng với các thay đổi hệ thống nhỏ. Với các giả thiết thích hợp, các phương trình của hệ thống cĩ thể được tuyến tính hĩa xung quanh điểm làm việc để phân tích và do đĩ cho phép tính tốn được thơng tin độ nhạy rất hữu ích trong việc nhận dạng các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định điện áp. Tuy nhiên, quá trình tuyến tính hĩa này khơng tính đến các ảnh hưởng phi tuyến, chẳng hạn như MBA với bộ điều áp dưới HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang 7