Luận văn Phân tích khả năng quan sát của hệ thống có chứa các bộ đo vector tại các nút (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Phân tích khả năng quan sát của hệ thống có chứa các bộ đo vector tại các nút (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 VIỆT TÂM PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG QUAN SÁT CỦA HỆ THỐNG CÓ CHỨA CÁC BỘ ĐO VECTOR TẠI CÁC NÚT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 S K C0 0 4 6 6 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ NGUYỄN VIỆT TÂM PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG QUAN SÁT CỦA HỆ THỐNG CÓ CHỨA CÁC BỘ ĐO VECTOR TẠI CÁC NÚT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 1
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. Lý Lịch Sơ Lược Họ & tên: NGUYỄN VIỆT TÂM Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 10/01/1988 Nơi sinh: Vĩnh Long Quê quán: Mỹ Trung 2, Mỹ Thạnh Trung, Tam Bình, Vĩnh Long Địa chỉ liên lạc: P.C419, KTX KCN Long Hậu, Cần Giuộc, Long An Điện thoại: 0986 020 026 – 0906 907 902 E-mail: nguyenviettam1988@gmail.com II. Quá Trình Đào Tạo 1. Cao đẳng: Hệ đào tạo: Cao đẳng Thời gian đào tạo: 09/2006 đến 03/2010 Nơi học: Trường Cao Đẳng Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long, Tỉnh Vĩnh Long Ngành học: Kỹ Thuật Điện 2. Đại học: Hệ đào tạo: Đại học Chính quy Chuyển tiếp Thời gian đào tạo: 09/2010 đến 05/2012 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Ngành học: Điện Công Nghiệp (CT) Tên môn thi tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống điện, Điều khiển lập trình nâng cao, Chuyên đề tốt nghiệp ĐKC III. Quá Trình Công Tác Chuyên Môn Kể Từ Khi Tốt Nghiệp Đại Học Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty TNHH MTV Magic 25/08/2014 đến nay Kỹ sư công đoạn Vina i
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp.Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 10 năm 2015 Ký tên Nguyễn Việt Tâm ii
5. LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt đã hướng dẫn tận tình, chỉ bảo cặn kẽ để tôi hoàn thành luận văn này. Xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các Thầy, Cô Khoa Sau đại học, Khoa Điện Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Tp.Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 10 năm 2015 Ký tên Nguyễn Việt Tâm iii
6. TÓM TẮT Trong luận văn này, tôi phân tích để tìm ra vị trí đặt PMU tại các nút trong một mạch điện. Hệ thống đo lường, giám sát và bảo vệ diện rộng khai thác các tiến bộ mới nhất trong các kỹ thuật về cảm biến, truyền thông, máy tính, thuật toán và đặc biệt là công nghệ đo lường được đồng bộ hóa. Sự xuất hiện các thiết bị đo góc pha được đồng bộ hóa (Phasor Measurement Unit-PMU) đã làm nên cuộc cách mạng toàn diện trong lĩnh vực giám sát, điều khiển và bảo vệ hệ thống điện. iv
7. ABSTRACT In this thesis, I analyse to figure out the place of PMU at nodes in the circuit. The system of measurement, supervision and wide area protection exploits the latest advances of the techniques about sensor, communication, computer, algorithm, especially synchronous measurement technology. The appearance of synchronous PMU has made a comprehensive revolution in terms of monitoring, controlling and protecting power system. v
8. MỤC LỤC Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH CÁC HÌNH x Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG 11 1.1. Đặt vấn đề 11 1.2. Tính cấp thiết đề tài 15 1.3. Mục đích của đề tài 16 1.4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài 16 1.5. Phương pháp nghiên cứu 16 1.6. Kế hoạch thực hiện 17 Chương 2. HỆ THỐNG ĐIỆN 18 2.1. Tổng quan về hệ thống điện 18 2.1.1. Định nghĩa hệ thống điện 18 2.1.2. Định nghĩa ổn định HTĐ 18 2.1.3. Các dạng ổn định HTĐ 18 2.2. Cơ chế và nguyên nhân gây ra sự cố mất điện trên diện rộng 19 2.2.1. Cơ chế chung gây ra sự cố 19 2.2.2. Những nguyên nhân chính 22 2.3. Điều khiển hệ thống điện 24 vi
9. 2.4. Phương pháp nghiên cứu ổn định điện áp 27 2.5. Các biện pháp ngăn ngừa và giảm thiểu sự cố mất điện trên diện rộng 29 2.5.1. Biện pháp ngăn ngừa 29 2.5.2. Các đề xuất ngăn chặn sự cố 29 Chương 3. HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG MẤT ĐIỆN TRÊN DIỆN RỘNG 32 3.1. Hệ thống scada 32 3.1.1. Tổng quan hệ thống SCADA 32 3.1.2. Các ứng dụng chính của hệ thống scada 48 3.1.3. SCADA trong hệ thống điện 51 3.2. Thiết bị đo góc pha – PMU 54 3.2.1. Định nghĩa 54 3.2.2. Chức năng đồng bộ pha của PMU 55 3.2.3. Ứng dụng của PMU trong HTĐ 58 3.2.4. Ứng dụng WAPS trong HTĐ 500 kV Việt Nam 63 Chương 4. PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG QUAN SÁT CỦA HỆ THỐNG CÓ CHỨA BỘ ĐO VECTOR 65 4.1. Mục đích sử dụng PMU 65 4.2. Khả năng quan sát của PMU tại các nút 65 4.3. Phương pháp tìm vị trí đặt tối ưu của PMU 66 Chương 5. KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 vii
10. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Automatic Generation Control AGC (Điều khiển phân phối công suất tự động) Automatic Voltage Regulator AVR (Bộ tự động điều chỉnh điện áp) Energy Management Systems EMS (Hệ thống quản lý năng lượng) Flexible Alternating Current Transmission System FACTS (Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt) Global Positioning System GPS (Hệ thống định vị toàn cầu) Local Protection Center LPC (Trung tâm bảo vệ địa phương) PC Procurement Coordinator Phasor Data Concentrator PDC (Bộ thu thập dữ liệu góc pha) Phase Measurement Unit PMU (Thiết bị đo pha) Potential Transformer PT (Máy biến điện thế) System Protection Center SPC (Trung tâm bảo vệ hệ thống) Supervisory Control And Data Acquisition. SCADA (Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu) Under Load Tap Changer ULTC (Bộ phận tự động điều chỉnh điện áp dưới tải) viii
11. Wide Area Application WAA (Ứng dụng trên diện rộng) Wide Area Controller System WACS (Hệ thống điều khiển diện rộng) Wide Area Measurement System WAMS (Hệ thống đo lường trên diện rộng) Wide Area Protection System WAPS (Hệ thống bảo vệ diện rộng) ix
12. DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Sự phân loại các dạng ổn định HTĐ 19 Hình 2.2: Cơ chế xảy ra sự cố tan rã HTĐ 21 Hình 2.3: Tóm tắt các nguyên nhân chính của sự cố tan rã HTĐ 23 Hình 2.4: Điều khiển tần số và phân phối CSTD trong HTĐ 26 Hình 2.5: Các phương pháp nghiên cứu sụp đổ điện áp 28 Hình 3.1: Một kết cấu RTU cơ bản 35 Hình 3.2: Hệ thống SCADA cơ bản 44 Hình 3.3: Hệ thống SCADA tích hợp 45 Hình 3.4: Hệ thống mạng SCADA 45 Hình 3.5: Sơ đồ một hệ thống SCADA truyền thống (Truyền thông dùng sóng Radio và modem) 46 Hình 3.6: Một hệ thống SCADA mở rộng 47 Hình 3.7: Hệ thống SCADA Bắc Mỹ 48 Hình 3.8: SCADA trong hệ thống điện 49 Hình 3.9: SCADA trong hệ thống cấp nước 50 Hình 3.10: SCADA trong hệ thống Gas 50 Hình 3.11 : Phân cấp SCADA trong hệ thống điện 51 Hình 3.12: Sơ đồ kết hợp PMU vào WAMS 59 Hình 3.13: Cấu trúc điển hình của WAMs 59 Hình 3.14: Sơ đồ vận hành của điều khiển diện rộng (WACS) 62 Hình 3.15: Kiến trúc bảo vệ diện rộng ba lớp trong hệ thống điện 500kV Việt Nam 64 Hình 4.1: Sơ đồ khối của thiết bị đo vector pha PMU 65 Hình 4.2: Thông tin về dòng điện và điện áp của PMU 66 Hình 4.3: Hệ thống đo lường và xử lí dữ liệu vector pha 66 Hình 4.4: Sơ đồ quy hoạch HTĐ 500 kV Việt Nam 67 x
13. Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Đặt vấn đề Hệ thống điện (HTĐ) đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia vì nó là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền kinh tế quốc dân. Một HTĐ thường phân chia thành ba phần chính: Phần phát điện - hay phần nguồn điện - bao gồm các nhà máy phát điện như: nhiệt điện chạy than, nhiệt điện chạy khí, nhà máy thủy điện, nhà máy điện hạt nhân, và một số loại phát điện khác Phần truyền tải, đây cũng có thể được coi là hệ thống xương sống của một HTĐ bao gồm các đường dây cao áp, và máy biến áp truyền tải. Phần phân phối, nơi điện áp được hạ thấp để cung cấp trực tiếp cho các phụ tải. Đây cũng là phần có nhiều các nút nhất trong hệ thống điện, với nhiều loại phụ tải khác nhau. Để đảm bảo chế độ vận hành bình thường thì HTĐ cần thoả mãn các điều kiện về an ninh, tin cậy, đảm bảo chất lượng điện năng, và yêu cầu về kinh tế. Tuy nhiên, các HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam nói riêng đang phải đối mặt với những khó khăn: Thứ nhất là sự tăng lên quá nhanh của phụ tải: Đặc biệt là với một nước đang phát triền rất nhanh như Việt Nam, tỉ lệ tăng tải trong khoảng 15-20% mỗi năm đang đặt ra một thách thức lớn cho ngành điện và cả đất nước nói chung: đó là làm sao phải đáp ứng được nhu cầu phụ tải. Vần đề thứ hai là sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên như than đá, dầu mỏ, khí đốt, và cả nguồn thủy điện. Không chỉ riêng Việt Nam và cả thế giới đều nhận thức được rằng chúng ta đang phải đối mặt với vấn đề cạn kiệt năng lượng sơ cấp, và giá nhiên liệu ngày càng tăng trên bình diện quốc tế. Ở đây chúng ta cần hiểu rằng nguồn thủy điện cạn kiệt nghĩa là tiềm năng thủy điện đã được phát hiện và khai thác gần hết. Đây cũng là một áp lực to lớn đối với ngành điện của mỗi quốc gia. Việc ứng dụng công nghệ hạt nhân trong sản xuất điện ở nước ta vẫn còn nhiều khó khăn, do vấn đề về công nghệ, sự lo ngại về an toàn, nguồn cung cấp nhiên liệu và cả sự huy động vốn đầu 11
14. tư lớn. Vấn đề thứ ba đó là sự xuất hiện và sử dụng ngày càng nhiều các nguồn năng lượng tái tạo trên bình diện cả nước. Một mặt, các nhà máy phát điện phân tán này góp phần giảm thiểu gánh nặng cho ngành điện trên phương diện đáp ứng nhu cầu phụ tải, giảm tổn thất, tiết kiệm chi phí truyền tải, tận dụng năng lượng tái tạo sẵn có. Cùng với sự xuất hiện của các thiết bị điện tử công suất cả ở phía truyền tải và phân phối làm thay đổi căn bản khái niệm về một HTĐ phân phối truyền thống, làm khó khăn hơn trong quản lý, vận hành, giám sát và điều khiển hệ thống điện. Một vấn đề nữa mà Việt Nam cũng đang phải đối mặt đó là các áp lực về môi trường do các nhà máy điện gây ra. Do đó chúng ta cũng cần phải xem xét kỹ lưỡng vấn đề này khi quyết định đầu tư xây mới những nhà máy điện chạy than, hay những đập thủy điện lớn. Vấn đề thứ năm đó là xu hướng thị trường hóa ngành điện. Nó làm hay đổi hoàn toàn khái niệm về một HTĐ truyền thống, phần nguồn, phần phân phối hoàn toàn mở cho các doanh nghiệp có thể tham gia xây dựng nhà máy điện, kinh doanh điện. Và đặc biệt là xu hướng kết nối các HTĐ với nhau, điều này đã làm cho HTĐ ngày càng phức tạp về qui mô, rộng lớn cả về không gian, khó khăn trong việc quản lý, vận hành, điều khiển giám sát. Bên cạnh đó, Ðặc điểm địa lý của đất nước dài và hẹp, đã ảnh hưởng dến việc phân phối các nguồn phát tại Việt Nam. Các dạng nguồn điện chính bao gồm thủy điện, nhiệt điện than, nhiệt điện turbin khí (chu trình đơn và chu trình hỗn hợp). Các nhà máy thủy diện tập trung ở các khu vực Tây Bắc miền Bắc, khu vực miền Trung và khu vực Cao Nguyên miền Nam. Các nhà máy nhiệt điện than được xây dựng gần nguồn năng lượng sơ cấp trong khu vực Ðông Bắc miền Bắc, khu vực Bắc Trung Bộ. Các nhà máy điện turbin khí nằm ở hai khu vực Ðông Nam Bộ và Tây Nam Bộ. Mà phụ tải hệ thống điện quốc gia tập trung chủ yếu ở miền Bắc và miền Nam đặc biệt là khu vực thủ đô Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Do đặc điểm phân bố không đồng đều cũng như chế độ hoạt động khác nhau của các dạng nguồn điện, lưới điện 500 kV thường xuyên phải truyền tải một lượng công suất rất lớn, đặc biệt là các đường dây Nho Quan – Hà Tĩnh – Đà Nẵng trên 12
15. giao diện Bắc – Trung, các cung đoạn đường dây từ Pleiku đến Phú Lâm trên giao diện Trung – Nam. Xu hướng trao đổi điện năng giữa hệ thống điện các miền ngày càng tăng. Theo thực tế vận hành, khả năng truyền tải trên lưới điện 500 kV cần được tính toán xem xét đảm bảo các yếu tố: (1) ổn định điện áp, (2) ổn định động. Hiện tượng sụp đổ điện áp gây sụt giảm điện áp tại đầu nhận công suất thường xuất hiện khi truyền tải 500 kV cao. Sụp đổ điện áp cũng có thể xuất hiện ở đầu nhận công suất do hậu quả của sự cố các đường dây 500kV quan trọng hoặc sự cố gây mất một lượng nguồn lớn ở đầu nhận công suất (sự cố tổ máy, sự cố giảm/cắt khí ) gây ra hiện tượng tăng công suất truyền tải trên các đường dây liên kết. Theo kết quả tính toán hiện tượng với cấu hình hệ thống điện năm 2014, hiện tượng sụp đổ điện áp có thể xuất hiện trong chế độ cao điểm trên đường dây Hà Tĩnh - Đà Nẵng khi truyền tải trên 2400/1980 MW ứng với chế độ vận hành 2 mạch/1 mạch, trên các đường dây từ Pleiku đến Phú Lâm là 3600/2600 ứng với chế độ vận hành 3 mạch/2 mạch đường dây [1]. Hiện tượng mất ổn định động trên hệ thống điện có thể xuất hiện khi có sự cố lớn trên hệ thống điện. Tổng kết các sự cố lớn cho thấy mất ổn định động thường do sự cố các đường dây 500 kV khi đang truyền tải cao, điển hình là các đường dây Nho Quan - Hà Tĩnh - Đà Nẵng, các đường dây từ Pleiku - Phú Lâm. Theo tiêu chí sự cố N-1 các đường dây 500 kV, giới hạn truyền tải trên các giao diện Bắc - Trung, Trung - Nam năm 2014 đã được tính toán đạt xấp xỉ 1600 MW và 2300 MW (ứng với cấu hình đủ 3 mạch đường dây 500 kV) [1]. Trong các sự cố trên, việc các mạch sa thải đặc biệt, mạch sa thải phụ tải theo tần số, mạch sa thải phụ tải theo điện áp tác động đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc làm giảm nguy cơ sự cố lan rộng. Nhờ đó, có thể xem xét cho phép truyền tải công suất trên các giao diện ở mức cao hơn giới hạn truyền tải tính toán trong một số trường hợp cần thiết. Một số hiện tượng, sự cố điển hình trên hệ thống điện trong một vài năm trở lại đây: Sự cố ngày 27/12/2006 lúc 14h43 tại trạm biến áp 500 kV Pleiku. Một máy cắt 500 kV không thực hiện cắt được khi có lệnh cắt do lỗi hệ thống nguồn nuôi 13
16. DC. Chức năng chống hư hỏng máy cắt (50BF) tác động thực hiện cắt thanh cái tại trạm Pleiku. Trong thời điểm trước sự cố, một máy cắt kết nối với thanh cái khác của trạm Pleiku đã được tách ra khỏi vận hành, gây ra hiện tượng trào lưu công suất chạy vòng từ Ialy tới Phú Lâm, trở lại thanh cái Pleiku và tới Đà Nẵng. Hiện tượng dao động điện xảy ra do liên kết 500 kV quá yếu Dao động điện trên đường dây 500 kV Pleiku - Đà Nẵng lúc 11h30 ngày 24/4/2008. Bảo vệ khoảng cách (F21) tại trạm Đà Nẵng đã nhận biết được dao động công công suất trên đường dây. Tại thời điểm này, đường dây 500 kV Đà Nẵng - Hà Tĩnh đang vận hành một mạch duy nhất. Công suất truyền tải trên các đường dây Pleiku - Đà Nẵng, Đà Nẵng - Hà Tĩnh lần lượt là 1040 MW và 690 MW. Hiện tượng dao động gây cắt các đường dây 500 kV Đà Nẵng - Hà Tĩnh, Đà Nẵng - Pleiku, hệ thống điện bị tách đôi tại Hà Tĩnh, Đà Nẵng. Tiếp theo bảo vệ quá áp tiếp tục cắt đường dây 500 kV Hà Tĩnh - Nho Quan. Sự cố ngày 04/10/2012: sự cố gây nhảy đường dây Di Linh – Tân Định khi đang truyền tải cao công suất vào miền Nam, dẫn đến dao động và gây nhảy cả đường dây ĐắkNông – Phú Lâm làm tách mảng hệ thống điện miền Nam khỏi hệ thống điện Quốc gia. Hệ thống sa thải phụ tải theo tần số thấp tác động cắt 2147 MW. Ngày 02/4/2013, NMĐ Cà Mau 2 (620MW), Phú Mỹ 1 GT3 (174 MW) lần lượt ngừng do sự cố. Trong ngày có thời điểm điện áp tại các thanh cái 500 kV Phú Lâm, Tân Định xuống tới 417 ÷ 427 kV, kỹ sư vận hành ra lệnh sa thải 300 MW đầu nguồn 110 kV để đảm bảo chế độ điện áp miền Nam. Sự cố ngày 26/4/2013: Do điều kiện vận hành phải bypass 2 tụ bù dọc tại Nho Quan trên đường dây Nho Quan - Hà Tĩnh và 4 tụ bù dọc tại Hà Tĩnh trên đường dây Hà Tĩnh - Nho Quan và Hà Tĩnh - Đà Nẵng dẫn đến hiện tượng dao động công suất và gây nhảy 2 mạch đường dây Hà Tĩnh - Đà Nẵng làm tách mảng hệ thống điện miền Bắc với hệ thống điện miền Trung và miền Nam. 14
17. 1.2. Tính cấp thiết đề tài Cần thiết phải trang bị hệ thống bảo vệ chống mất điện diện rộng. Vì công tác vận hành cho thấy rằng, để có thể kịp thời đưa ra các lệnh điều độ phù hợp nhằm ngăn chặn các sự cố mất điện diện rộng, nhân viên vận hành cần được trang bị các công cụ đủ mạnh để phân tích, đưa ra được các cảnh báo nhanh chóng, chính xác về tình trạng vận hành của hệ thống điện trong hệ thời gian thực. Thậm chí, hệ thống điện cần được trang bị các bảo vệ để thực hiện một loạt các hành động tự động trước khi hệ thống bị tách ra hoặc phân chia theo cách thức có thể kiểm soát được. Các sự cố diện rộng có thể xảy ra khi hệ thống vận hành ở chế độ biên, xuất phát từ một hoặc một vài phần tử bị tách ra khỏi vận hành và gây phản ứng dây chuyền dẫn đến việc một loạt các phần tử bị tách ra khỏi vận hành. Trong khi đó, nhược điểm lớn của các hệ thống điều khiển và giám sát truyền thống là không cung cấp được các hình ảnh mang tính động của hệ thống nghĩa là các nhân viên vận hành không có được bức tranh tổng thể xem cái gì đang diễn ra trên hệ thống. Hơn nữa sự cố mất điện diện rộng có thể xuất hiện và diễn biến trong thời gian ngắn, mà bản thân người vận hành không thể kịp đưa ra các phân tích hay tính toán nhằm đưa ra được các quyết định hợp lý. Các mạch sa thải & liên động hiện hữu trong trường hợp tác động đúng sẽ có tác dụng phòng tránh sự cố lan rộng. Tuy nhiên, các mạch này được thiết kế cho những trường hợp cụ thể và có thể không đạt hiệu quả mong muốn khi cấu hình hệ thống thay đổi. Ngày nay, việc đo góc pha đồng bộ được ứng dụng chủ yếu cho việc xác thực các mô hình hoá hệ thống điện, phân tích sau sự cố, hiển thị thời gian thực và hứa hẹn sẽ ngày càng có vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy, ổn định và tính kinh tế của hệ thống điện thông qua việc điều khiển và trang bị phương thức bảo vệ thời gian thực. Như đã phân tích ở trên, hệ thống điện 500 kV Việt Nam hiện nay và những năm tiếp theo thường truyền tải một lượng công suất lớn từ hệ thống điện miền Bắc, Trung vào miền Nam. 15
18. Trong một số chế độ vận hành cực đoan, nguy cơ xảy ra mất ổn định là rất cao (ví dụ sự cố ngày 26/04/2013 gây nhảy đường dây mạch kép Hà Tĩnh - Đà Nẵng sau khi 06 tụ bù dọc tại Hà Tĩnh và Nho Quan bị Bypass). Việc trang bị các bộ PMU (hoặc các bộ ghi sự cố có chức năng đo đồng bộ góc pha) để từng bước triển khai, khai thác các tính năng của PMU như tính năng cảnh báo tình trạng vận hành của hệ thống điện sẽ giúp cho người vận hành có được những phản ứng kịp thời và hiệu quả Hơn nữa, theo lộ trình triển khai xây dựng hệ thống lưới điện thông minh (Smart Grid) tại Việt Nam đã được Chính phủ phê duyệt (Quyết định số 1670/QĐ- TTg ngày 08/11/2012 về việc “Phê duyệt đề án phát triển Lưới điện Thông minh tại Việt Nam”) thì trong giai đoạn 2012 - 2016 sẽ: “Triển khai các ứng dụng nhằm tăng cường độ tin cậy, tối ưu vận hành lưới điện truyền tải, lưới điện phân phối, giảm tổn thất điện năng; tăng cường hệ thống ghi sự cố, hệ thống phát hiện và chống sự cố mất điện diện rộng nhằm đảm bảo truyền tải an toàn trên hệ thống điện 500 kV”. Do đó, việc trang bị các bộ đo góc pha cũng là bước quan trọng chuẩn bị cơ sở hạ tầng cho việc đáp ứng lộ trình triển khai lưới điện thông minh ở Việt Nam. 1.3. Mục đích của đề tài - Tìm hiểu về thiết bị PMU và việc ứng dụng PMU vào HTĐ - Nghiên cứu các phương pháp tìm vị trí đặt tối ưu cho PMU - Đề xuất phương pháp xếp hạng nút để tìm vị trí đặt tối ưu - Phân tích khả năng quan sát của PMU. 1.4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài Phạm vi nghiên cứu của Luận văn là tìm hiểu về thiết bị đo góc pha, thiết bị có khả năng đồng bộ góc pha, tần số và tốc độ thay đổi của tần số thông qua việc đo các tín hiệu điện áp và/hoặc dòng điện và tín hiệu đồng bộ thời gian. 1.5. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng hợp, phân tích các tài liệu có liên quan đến đề tài về hệ thống bảo vệ diện rộng WAP, PMU 16
19. - Khảo sát và đánh giá khả năng quan sát của PMU trong mạch điện nhiều nút. Nghiên cứu tập trung phân tích, đánh giá cơ chế và các nguyên nhân chính gây ra sự cố mất điện trên diện rộng bắt đầu từ các khâu như: - Quy hoạch và thiết kế. - Quản lý và vận hành. - Công tác bảo trì, bảo dưỡng. - Hệ thống điều khiển giám sát và bảo vệ. 1.6. Kế hoạch thực hiện Phân tích cơ chế và các nguyên nhân chính gây ra sự cố bắt đầu từ các khâu như: quy hoạch và thiết kế, quản lý và vận hành, công tác bảo trì, bảo dưỡng, điều khiển giám sát và bảo vệ. Từ đó đề xuất một số biện pháp nhằm ngăn chặn và giảm thiểu sự cố mất điện trên diện rộng có thể xảy ra trên HTĐ. Cần thiết phải trang bị hệ thống bảo vệ chống mất điện trên diện rộng đó là sử dụng bộ đo lường pha PMU, và hệ thống bảo vệ diện rộng WAPS. 17
20. Chương 2 HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1. Tổng quan về hệ thống điện 2.1.1. Định nghĩa hệ thống điện Hệ thống điện (HTĐ) là tập hợp các phần tử tham gia vào quá trình sản xuất, truyền tải và tiêu thụ năng lượng. 2.1.2. Định nghĩa ổn định HTĐ Điều kiện cân bằng công suất không đủ cho một chế độ xác lập tồn tại trong thực tế. Vì các chế độ trong thực tế luôn bị các kích động từ bên ngoài. Một chế độ thỏa mãn các điều kiện cân bằng công suất muốn tồn tại được trong thực tế phải chịu đựng được các kích động mà điều kiện cân bằng công suất không bị phá hủy. Các kích động đối với chế độ HTĐ được làm 2 loại: các kích động nhỏ và các kích động lớn [2], [3]. - Ổn định tĩnh: là khả năng của HTĐ khôi phục lại chế độ ban đầu hoặc rất gần chế độ ban đầu sau khi bị kích động nhỏ. - Ổn định động: là khả năng của HTĐ khôi phục lại chế độ làm việc ban đầu hoặc rất gần chế độ ban đầu sau khi bị kích động lớn. - Ổn định tổng quát: là khả năng của HTĐ lập lại chế độ đồng bộ sau khi đã rơi vào chế độ không đồng bộ do mất ổn định tĩnh hoặc mất ổn định động. - Ổn định điện áp: là khả năng của HTĐ khôi phục lại điện áp ban đầu hay rất gần ban đầu khi bị các kích động nhỏ ở nút phụ tải. 2.1.3. Các dạng ổn định HTĐ Mặc dù các sự cố tan rã hệ thống điện có nhiều nguyên nhân, nhưng nguyên nhân vật lý trực tiếp đó là sự mất ổn định hệ thống điện. Một tổng kết của IEEE/CIGRE về các loại ổn định được chỉ ra trong hình vẽ ở dưới đây: 18
21. Hình 2.1: Sự phân loại các dạng ổn định HTĐ Từ hình vẽ trên có thể thấy rằng mất ổn định điện áp hay sụp đổ điện áp là một trong những nguyên nhân gây ra sự cố tan rã HTĐ 2.2. Cơ chế và nguyên nhân gây ra sự cố mất điện trên diện rộng 2.2.1. Cơ chế chung gây ra sự cố Tất cả các sự cố ở phần trên đều có một quá trình chung đó là HTĐ đi từ trạng thái vận hành bình thường (có 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 đó chính là sự mất ổn định của HTĐ và có thể được tổng kết như sau: Ban đầu, HTĐ đang được vận hành ở những điều kiện bất lợi, khá gần với giới hạn ổn định. Ví dụ như: mất một số tổ máy/nhà máy điện, một số đường dây tải điện do sự cố hay bảo dưỡng trong khi đó nhu cầu phụ tải lại đang rất lớn hay tăng lên do những điều kiện bất thường của thời tiết. Hơn nữa, vùng trung tâm phụ tải lại ở xa vùng phát, làm tăng tổn thất truyền tải cả công suất tác dụng và phản kháng, 19
22. S K L 0 0 2 1 5 4