Nghiên cứu sử dụng thiết bị TCSC để nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện 500 kv Việt Nam

Nội dung text: Nghiên cứu sử dụng thiết bị TCSC để nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện 500 kv Việt Nam

1. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THIẾ T BI ̣TCSC ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀ N TẢ I CỦ A HÊ ̣ THỐ NG ĐIÊṆ 500 KV VIÊṬ NAM RESEARCH ON UTILIZATION TCSC TO INCREASE POWER TRANSFER CAPACITY OF 500 KV VIETNAM POWER SYSTEM PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH – Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TpHCM PHAN VĂN HẢI – Công ty Truyền tải điện 4. TÓM TẮT Thyristor-Controlled Series Capacitors (TCSC) là một trong những thiết bị quan trọng trong hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (Flexible AC Tranmission System), cho phép điều chỉnh nhanh và linh hoạt tổng trở đường dây. Do vậy, TCSC giúp nâng cao khả năng truyền tải cũng như tăng khả năng ổn định, giảm dao động công suất, sụp đổ điện áp và loại trừ cộng hưởng dưới đồng bộ. Bài báo trình bày việc nghiên cứ u sử dụng thiết bi ̣ TCSC để nâng cao truyền tải của Hê ̣thống điêṇ 500kV Viêṭ Nam (HTĐVN). ABSTRACT Thyristor-Controlled Series Capacitors (TCSC) is one of the most effective Flexible AC Tranmission System (FACTS) devices.It offers smooth and flexible control of the line impedances. Therefore, TCSC can allow to increase power transfer capacity, improve transient stability as well as reduce damping of power swings, voltage collapse, sub- synchronous resonance. This research focuses on the usilization of TCSC to increase power transfer capacity of 500kV VietNam power system. 1.Đặt vấn đề Khả năng truyền tải của đường dây siêu cao áp và các tiêu chí kỹ thuật liên quan như điện áp vận hành, ổn định, tổn thất công suất trên đường dây, là những vấn đề được các nhà nghiên cứu, kỹ sư thiết kế, vận hành đặt biệt quan tâm. Hệ thống điện 500kV Việt Nam được xây dựng và đư vào vận hành từ năm 1994, sau hơn 15 năm vận hành hệ thống này được liên tục mở rộng và phát triển ( hiêṇ nay hệ thống gồm có 3266 km chiều dài đườ ng dây và 13 trạm biến áp vớ i tổng công suất là 7650 MVA) nhằm đáp ứng yêu cầu truyền tải, cung cấp điện cho phụ tải của cả nước.Qua quá trình thực tế vận hành hệ thống điện đã xuất hiện các chế độ vận hành mà công suất truyền tải trên đường dây khá lớn -vào mùa hè, các hồ của nhà máy thủy điện ở Miền Bắc thiếu nước không thể phát đáp ứng yêu cầu phụ tải nên phải huy đôṇ g lươṇ g công suất từ miền Nam và miền Trung ra miền Bắc-làm cho các đường dây bị quá tải,điện áp tại một số nút trên đường dây giảm thấp dễ dẫn đến mất ổn định điện áp. Từ thực tiễn vận hành đặt ra yêu cầu cho các nhà nghiên cứu và kỹ sư phải tìm ra giải pháp để nâng cao khả năng truyền tải của đường dây 500kV Việt Nam. TCSC có khả năng thay đổi nhanh tổng trở đường dây, từ đó có thể đáp ứ ng đươc̣ các chế đô ̣vâṇ hành khác nhau của hê ̣thống điêṇ . Vì vậy việc lắp đặt TCSC ở một số nút quan trọng là giải pháp hữu hiệu để tăng khả năng truyền tải của HTĐ.
2. 2.Mô hình hóa TCSC TCSC là thiết bị mắc nối tiếp với đường dây, gồm dàn tụ điện được nối song song với một điện cảm đươc̣ điều khiển bằng cách thay đổi góc mở của thyristor. C L Hình 1 : Mô hình của thiết bi ̣TCSC Công suất tác dụng truyền tải trên đường dây: UU P 12 sin( ) XX 12 LC Khi thay đổi góc mở của thyristor ta có thể thay đổi được dòng điện chạy qua tụ điện, từ đó thay đổi được dung kháng của thiết bị TCSC, vì vậy khi lắp đặt thiết bị TCSC nối tiếp trên đường dây thì có thể tăng công suất truyền tải. Khả năng giới hạn truyền tải theo điều kiện ổn định tĩnh cũng được nâng cao khi đặt thiết bị TCSC U U P P 1 2 gh max X X L C Khi đặt TCSC thì đường đặc tính công suất P(δ) được nâng cao, do đó khả năng ổn định động cũng được tăng lên P Khi có TCSC P’T Khi không có TCSC PT Aht δo δ Hình 2 : Đặc tính P(δ) khi lắp đặt và không lắp đặt TCSC Việc đặt TCSC vào hệ thống làm cho hệ thống vận hành linh hoạt hơn, cải thiện điện áp của hệ thống vào giờ cao điểm khi điện áp bị giảm thấp. Ngoài ra còn có khả năng giảm dao động công suất, sụp đổ điện áp và loại trừ cộng hưởng dưới đồng bộ. 3.Xây dựng mô hình toán học TCSC Giả sử thiết bị TCSC được nối vào giữa 2 điểm l và r : C Vr Vl Rlr Xlr Il Ir L Hình 3 : Mô hình TCSC khi lắp đặt vào đường dây
3. Dòng điện qua thyristor của thiết bị TCSC [2] 4  a cos I Acos t Aa cos(  t ) cos(  t ) d  t thy(1) (1) 0 cos(  a ) 2 sin(2  ) 4Acos2 (2  )  tan(k  ) tan(  ) A a a a a a (2) 2  1 Với : a : góc dẫn của thyristor 2 0 2 1 A 22; 0 0 LC Dòng điện qua thyristor ở tần số cơ bản có thể viết: i I cos( t ) thy(1) thy (1) (3) Điện áp đặt lên TCSC VTCS C (1) ,bằng điện áp đặt lên tụ điện. Điêṇ kháng của TCSC được xác định: V jX I j X ( c os t I cos t) X TCS C (1) C c a p (1) C thy(1) TC S C (1) I I cos t (4) lin ee lin 2 XC C 12 2( ) sin 2( ) C c os (  ) tan[ ( ) tan( ) (5)  X CLX 0 Vớ i: X LC (6)  (7); XXCL  2 XX 4XLC C C LC (8) C (9) 1 2 X L 1 (2n 1)( LC ) 2  với n=1,2,3 . (10 ) 2 Hình 4: Sư ̣ thay đổi của điêṇ khá ng TCSC theo gó c mở thyristor 4. Xây dựng sơ đồ thuật toán khi lắp đặt thiết bị TCSC vào hệ thống
4. 5.Kết quả tính toán 5.1 Chế độ vận hành bình thường khi chưa đặt thiết bị TCSC Điện áp tại các thanh cái 500KV và công suất truyền tải trên các đường dây vào chế độ vận hành bình thường của hệ thống, khi đặt tụ bù cố định. Tên nút Điện áp Nút đi Nút đến Công suất truyền tải Hoà Bình 480 Nho Quan Hoà Bình 80.342 + j115.19 Nho Quan 476 Nho Quan Thường Tín 117.424 - j33.261 Thường Tín 475,5 Quảng Ninh Thường Tín 142 - j29.545 Quảng Ninh 481,5 Hà Tĩnh Nho Quan 453.912 - j138.569 Hà Tĩnh 486 Đà Nẵng Hà Tĩnh 709.158 - j151.386 Đà Nẵng 498,5 Pleiku Đà Nẵng 992.747 - j58.735 Pleiku 515 Yaly Pleiku 700 - j88.678 Yaly 515 Pleiku Phú Lâm 432.624 - j35.557 Di Linh 505,5 Di Linh Pleiku 187.48 - j424.894 Tân Định 497 Tân Định Di Linh 285.52 - j350.007 Phú Lâm 509,5 Phú Lâm Tân Định 544.193 - j184.843 Nhà Bè 514 Nhà Bè Phú Lâm 857.689 + j412.257 Phú Mỹ 525 Phú Mỹ Nhà Bè 1182.242 + j803.95 Ở chế độ vận hành này, ta thấy điện áp tại các nút đều nằm trong giới hạn cho phép (±5%) và lượng công suất truyền trên các đoạn đường dây vẫn đảm bảo giới hạn tải cho phép của đường dây. 5.2 Chế độ vận hành nặng tải khi chưa đặt thiết bị TCSC Điện áp tại các thanh cái 500KV và công suất truyền tải trên các đường dây vào chế độ vận hành nặng tải, khi đặt tụ bù cố định. Tên nút Điện áp Nút đi Nút đến Công suất truyền tải Hoà Bình 462 Nho Quan Hoà Bình 132.217 - j6.174 Nho Quan 460 Nho Quan Thường Tín 298.065 - j56.74 Thường Tín 460 Quảng Ninh Thường Tín 95 - j22.63 Quảng Ninh 466,5 Hà Tĩnh Nho Quan 829.702 - j234.953 Hà Tĩnh 467 Đà Nẵng Hà Tĩnh 1195.458 -j 99.174 Đà Nẵng 485 Pleiku Đà Nẵng 1595.37 + 196.538 Pleiku 513 Yaly Pleiku 700 + j317.642 Yaly 515 Pleiku Phú Lâm 97.094 - j200.034 Di Linh 502,5 Di Linh Pleiku 490.952 - j511.051 Tân Định 495 Tân Định Di Linh 620.745 - 382.478 Phú Lâm 511,5 Phú Lâm Tân Định 955.761 - j263.898 Nhà Bè 515 Nhà Bè Phú Lâm 1470.602 + j229.035 Phú Mỹ 525 Phú Mỹ Nhà Bè 2180.174 + j673.206 Ở chế độ vận hành này, ta thấy điện áp tại các nút phía Bắc như Hòa Bình(462KV), Nho Quan(460KV), Thường Tín(460KV), Quảng Ninh(466.5KV), Hà Tĩnh(467KV) đều thấp, dễ
5. dẫn đến sụp đổ điện áp và lượng công suất truyền trên các đoạn đường dây Pleiku-Đà Nẵng gần 1600MW và Đà Nẵng- Hà Tĩnh 1200MW . 5.3 Vận hành hệ thống vào giờ cao điểm khi đặt thiết bị TCSC tại trạm Đà Nẵng: Điện áp tại các thanh cái 500KV và công suất truyền tải trên các đường dây vào chế độ vận hành nặng tải, khi thay tụ bù dọc trên đoạn đường dây Pleiku-Đà Nẵng và đặt thiết bị TCSC, giá trị XTCSC = 3XC. Ở chế độ vận hành này, kết quả trên cho thấy điện áp tại các nút phía Bắc như Hòa Bình(462 KV 485 KV), Nho Quan(460 KV 482.5 KV), Thường Tín(460 KV 483 KV), Quảng Ninh(466.5 KV 488.5 KV), Hà Tĩnh(467 KV 488.5 KV) đã được cải thiện, tổn thất tổn thất điện áp và tổn thất công suất đã được giảm bớt khi đặt thêm thiết bị trên đoạn đường dây. Khi đặt thiết bị TCSC, ở chế độ vận hành nặng tải, kết quả tính toán đã chỉ ra rằng đã có khả năng truyền tải lượng công suất tương đương so với giờ cao điểm khi chưa đặt thiết bị đồng thời cải thiện đáng kể chất lượng điện áp. 6. Kết luận - Ở các chế độ vận hành khác nhau, nếu ta đặt tụ bù dọc cố định thì không linh hoạt trong quá trình vận hành, nhất là thời điểm vào chế độ vận hành nặng tải điện áp giảm quá thấp dễ dẫn đến sụp đổ điện áp khi phải truyền tải từ miền Nam vào miền Bắc trên chiều dài đường dây lớn vào mùa khô. - Việc thay thế thiết bị TCSC thay cho tụ bù dọc cố định có khả năng làm cho hệ thống làm việc linh hoạt hơn, đảm bảo được các chế độ vận hành của hệ thống điện. - Trong tương lai khi các nhà máy thủy điện ở miền Bắc được xây dựng, thì ứng dụng TCSC là rất hiệu quả để truyền tải lượng công suất theo hướng ngược lại từ miền Bắc vào miền Nam để hạn chế lượng công suất phát ra ở các nhà máy nhiệt điện, do giá thành điện năng của các nhà máy nhiệt điện vẫn còn cao. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hadi Saadat (2004) ,Power System Analysis, International Edition [2] Wiley (2004),FACTS Modelling and Simulation in Power Networks [3] Đinh Thành Việt, Mạng và thiết bị siêu cao, Trườ ng Đaị hoc̣ Bách Khoa – Đaị hoc̣ Đà Nẵng [4] ABB Review North-South 500KV AC power interconnection: Tranmission stability improvement by means of TCSC and SC. [5] ABB ,TCSC Thyristor Controlled Series Compensation, www.abb.com/FACTS [6]ABB Review (5/1999) ,FACTS-powerful systems for flexible power tranmission, www.abb.com
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.