Sử dụng phần mềm PSSE nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí đặt thiết bị FACTS trên lưới điện khu vực Miền Nam

Nội dung text: Sử dụng phần mềm PSSE nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí đặt thiết bị FACTS trên lưới điện khu vực Miền Nam

1. SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSSE NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VỊ TRÍ ĐẶT THIẾT BỊ FACTS TRÊN LƯỚI KHU VỰC MIỀN NAM Lê Kỷ, Trần Minh Quyến Trường Đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Tóm Tắt: Vấn đề ổn định điện áp, giảm dao động sóng hài, nâng cao chất lượng điện năng là vấn đề được rất nhiều quốc gia đang quan tâm, Việt Nam đã có rất nhiều công trình nghiên cứu như quy hoạch lưới, lắp đặt các tụ bù, máy bù đồng bộ vv để bù công suất phản kháng, nhằm nâng cao khả năng truyền tải. Tuy nhiên các thiết bị bù đó chưa đáp ứng đủ những yêu cầu khi hệ thống có sự thay đổi đột ngột về tải và công suất phản kháng [7], và các dao động trong hệ thống. Để giải quyết vấn đề này cần có thiết bị tự động điều khiển công suất phản kháng, điện áp, giảm các dao động một cách linh hoạt. Việc sử dụng thiết bị FACTS vào hệ thống điện là cần thiết bởi nó có khả năng đáp nhanh dung lượng bù tối ưu cho hệ thống. Bài báo này thực hiện khảo sát các kịch bản nhằm đưa ra vị trí lắp đặt phù hợp cho thiết bị FACTS tại khu vực miền Nam Việt Nam. Trong quá trình phân tích bỏ qua yếu tố kinh tế và chỉ chú trọng vào yếu tố kỹ thuật. Quá trình nghiên cứu tính toán sử dụng sơ đồ hệ thống điện Việt Nam và việc tính toán bù công suất phản kháng tập trung chủ yếu vào các khu vực có mật độ tải dày đặc và có thể gia tăng đột biến trong các chế độ làm việc khác nhau. Các kết quả tính toán trào lưu công suất hệ thống, phân tích các chế độ tăng tải, đặc tính P-V , khảo sát qua phần mềm PSS/E 32. 1. Giới thiệu Điện áp là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng. Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống ở trong một phạm vi cho phép ở điều kiện vận hành bình thường hoặc sau các biến động. Hệ thống chuyển sang trạng thái không ổn định khi xuất hiện các kích động như tăng tải đột ngột hay thay đổi các thông số của hệ thống. Các thay đổi đó có thể làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nề nhất là có thể rơi vào tình trạng không thể điều khiển được, gọi là sụp đổ điện áp. Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự mất ổn định và sụp đổ điện áp thường là do không đáp ứng đủ nhu cầu công suất phản kháng cần thiết khi phụ tải tăng bất thường và đột biến. Giải pháp kỹ thuật để khắc phục sự mất ổn định và sụp đổ điện áp mà bài báo này đưa ra là áp dụng bộ điều khiển STATCOM thuộc nhóm thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System). Với độ nhanh nhạy, chính xác, điều khiển linh hoạt, các thiết bị FACTS sẽ cải thiện độ ổn định điện áp và nâng cao khả năng truyền tải công suất trên hệ thống. 2. Mô hình thiết bị STATCOM STATCOM là một thiết bị bù ngang, nó điều chỉnh điện áp tại vị trí nó lắp đặt đến giá trị cài đặt (Vref) thông qua việc điều chỉnh biên độ và góc pha của điện áp rơi giữa STATCOM và hệ thống điện. Trong chế độ hoạt động ổn định điện áp phát ra bởi STATCOM V2 là cùng pha với V1 (δ = 0), do đó chỉ có công suất phản kháng truyền tải. Bằng cách điều khiển điện áp V2 tạo ra bởi VSC cùng pha với điện áp V1 của hệ thống nhưng có biên độ lớn hơn
2. khiến dòng phản kháng (Iq) chạy từ STATCOM vào hệ thống, lúc này dòng điện Iq hoạt động như một điện dung cung cấp công suất phản kháng đến hệ thống, qua đó nâng cao điện áp hệ thống lên. Ngược lại, nếu điện áp V2 tạo ra bởi VSC có biên độ thấp hơn điện áp V1 của hệ thống khiến dòng phản kháng (Iq) chạy từ hệ thống vào STATCOM, lúc này dòng điện Iq hoạt động như một điện cảm tiêu thụ công suất phản kháng từ hệ thống, qua đó hạn chế quá điện áp trên lưới điện. Nếu điện áp V2 tạo ra bởi VSC và điện áp hệ thống V1 bằng nhau thì không có trao đổi công suất phản kháng Hình 1: Nguyên lý hoạt động cơ bản STATCOM 3. Các thử nghiệm 3.1 Trường hợp tăng tải không trang bị thiết bị STATCOM lưới điện 500KV và 220KV miền Nam Việt Nam Hệ thống điện 500kV và 220kV miền Nam Việt Nam là nơi có mật độ tải lớn, dày đặc phụ tải có khả năng tăng bất thường và rất dễ xảy ra các sự cố trong hệ thống, để giảm các sự cố này cần sử dụng các phương pháp nghiên cứu, xây dựng đường cong P-V, phân tích trào lưu công suất của hệ thống dưới các chế độ làm việc khác nhau: chế độ bình thường, chế độ sự cố N-1, N-2, N-3, sự cố mất tổ máy phát vv mục đích khảo sát khả năng tải của hệ thống và tìm điểm đặt phù hợp cho thiết bị STATCOM nhằm cải thiện các thông số lưới.
3. Hình 2: Kết quả mô phỏng tăng tải lưới 500kV /220KV khu vực Miền Nam không lắp đặt thiết bị STATCOM Theo đặc tính P-V ta thấy khi công suất truyền tải gia tăng trên 450 MW thì hiện tượng mất ổn định điện áp sẽ xuất hiện. Tại biên độ giới hạn ổn định thì điện áp của nút 500kV Ô Môn là thấp nhất (0.94pu), các nút 220kV có điện áp thấp nhất là: CPC-Take (0.798pu), Châu Đốc (0.858), Bến Tre (0.878). Với giá trị công suất truyền tải là 450 MW và hệ thống đang đứng tại điểm có nguy cơ sụp đổ điện áp, nếu có bất kì một sự cố nào làm các máy cắt đường dây 500kV khu vực miền Nam tác động thì hệ thống có nguy cơ mất ổn định rất dễ xảy ra sụp đổ điện áp . Mặt khác xây dựng đặc tính P-V của các nút trong hệ thống cho thấy nút 500kV Ô Môn, 220kV Châu Đốc là những nút có độ dự trữ ổn định thấp nhất, do đó cần phải bù công suất phản kháng cho các nút có điện áp giảm mạnh (theo đặc tính P-V) và có độ dự trữ ổn định thấp. 3.2 Trường hợp sự cố không trang bị thiết bị STATCOM lưới điện 220KV đường dây Kiên Bình – Châu Đốc Từ các kết quả khảo sát hình 3 cho thấy điện áp tại nút CPC_Take là thấp nhất 0,798pu thấp hơn điều kiện cho phép vận hành của bộ công thương quy định +Điện áp đầu cực máy phát: 1,0pu đến 1,09 pu. + Các nút 220kV : 0,90pu đến 1,1 pu. + Các nút 500kV: 0,95pu đến 1,05 pu Nếu tiếp tục cho hệ thống vận hành ở chế độ này hệ thống sẽ mất ổn định các rơ le bảo vệ thấp áp sẽ tác động cắt các đường dây thấp áp sẽ dẫn đến nguy cơ sụp đổ điện áp.
4. Hình 3: Kết quả mô phỏng đường dây Kiên Bình – Châu Đốc khi không lắp đặt thiết bị STATCOM 3.3 Trường hợp sự cố ngắn mạch 1 pha đóng lập lại thành công đường dây Mỹ Tho - Cai Lậy không trang bị thiết bị STATCOM lưới điện 220KV Hình 4: Kết quả mô phỏng sự cố đường dây Mỹ Tho - Cai Lậy khi không lắp đặt thiết bị STATCOM Từ các kết quả khảo sát hình 4 cho thấy điện áp tại nút thấp nhất là CPC – Take dao động với biên độ dao động là (0.47 – 0.88 pu) sau sự cố dần dần ổn định tại giá trị điện áp là 0,85pu nhưng biên độ điện áp này nằm ngoài 10% giá trị vận hành theo qui định của Bộ Công Thương ở cấp điện áp 220kV là từ (0.90 – 1.1 pu) hệ thống có nguy cơ mất ổn định. 3.4 Trường hợp sự cố ngắn mạch đường dây Nhà Bè – Phú Lâm máy cắt chính không tác động máy cắt phụ cắt trễ đường dây bị sự cố thời gian dao động 0,7sec đến 0,8sec không trang bị thiết bị STATCOM lưới điện 500KV
5. Hình 4: Kết quả mô phỏng sự cố đường dây Nhà Bè – Phú Lâm khi không lắp đặt thiết bị STATCOM Từ các kết quả khảo sát hình 4 cho thấy điện áp 0,961pu hệ thống cơ bản đáp ứng được và trạng thái phục hồi sau sự cố, tuy nhiên điện áp tại nút NDÔMôn là gần với giới hạn thấp theo qui định của Bộ Công Thương vận hành ở cấp điện áp 500kV là từ (0,95 – 1,05pu) nếu xãy ra dao động lớn hoặc tải tăng trong khu vực này thì khả năng đáp ứng của hệ thống kém và có nguy cơ sụp đổ điện áp. Góc máy phát tại Phú Mỹ tăng từ (36,580 – 44,430 ), góc máy phát Trà Vinh vẫn giữ nguyên giá trị cũ, góc máy phát Ô MônS1 tăng lên (36,580 – 43,81 0 ),góc máy phát Cà Mau tăng từ (48,690 – 55,45 0 )ba góc máy phát tăng lên một ít sau đó chuyển sang trạng thái mới. 3.4 Trường hợp tăng tải không trang bị thiết bị STATCOM lưới điện 500KV và 220KV miền Nam Việt Nam Phương án 1:lắp đặt thiết bị STATCOM tại nút Phú Lâm Lắp đặt thiết bị STATCOM tại nút Phú Lâm kết quả cho thấy điện áp tại các nút 220 kV chưa được cải thiện mức trên lệch điện áp giữa các nút nhiều và khả năng tải của hệ thống đến 560MW. Phương án 2: lắp đặt thiết bị STATCOM tại nút CPC_Take
6. Lắp đặt tại nút CPC – Take điện áp tại các nút 220 kVđược nâng cao và khả năng tải của hệ thống được nâng lên 730MW Phương án 3: lắp đặt thiết bị STATCOM tại nút Bến Tre Điện áp tại các nút 220 kV khảo sát trên lệch nhiều khả năng tải của hệ thống là 530MW. Từ các kết quả khảo sát sự cố chương 4 ta tìm được điểm có điện áp thấp nhất trong hệ thống là nút CPC – Take, kết hợp các kịch bản tăng tải trong khu vực cho thấy phương án 2 là phương án phù hợp khi đặt thiết bị STATCOM vào nút CPC – Take điện áp được cải thiện nhiều nhất và khả năng tải của hệ thống là cao nhất nên đề tài chọn phương án 2 để khảo sát các chế độ của hệ thống điện Miền Nam. 3.5 Trường hợp sự cố không trang bị thiết bị STATCOM lưới điện 220KV đường dây Kiên Bình – Châu Đốc
7. Đường dây Kiên Bình – Châu Đốc đang hoạt động bình thường, tại thời điểm t = 0,5s xãy ra sự cố ngắn mạch, tại t = 0,6s máy cắt thực hiện cắt đường dây bị sự cố ra khỏi lưới, điện áp tại nút thấp nhất là CPC _ Take nhờ đáp ứng nhanh của thiết bị STATCOM kéo giảm biên độ dao động xuống còn (0,74 – 1,012 pu) sau đó dần dần ổn định tại giá trị điện áp là 1,008 pu điện áp được điều chỉnh bằng với giá trị cài đặt, các nút điện áp thấp gần đó cũng được cải thiện gần với giá trị cài đặt khả năng tải của hệ thống 450 MW được tăng lên 730MW thời gian dao động điện áp được giảm xuống còn t = 1,2s. Góc máy phát tại Phú Mỹ tăng lên từ ( 49,420 – 51,340)và Cà Mau tăng lên (35,990 – 37,60) hai máy phát tăng nhẹ sau đó trở về trạng thái xác lập mới. 3.6 Trường hợp sự cố ngắn mạch 1 pha đóng lập lại thành công đường dây Mỹ Tho - Cai Lậy không trang bị thiết bị STATCOM lưới điện 220KV Đường dây Mỹ Tho – Cai Lậy đang hoạt động bình thường, tại thời điểm t = 0,5s xãy ra sự cố ngắn mạch, tại t = 0,6s thời gian bị sự cố là t = 0,3s máy cắt cắt đường dây bị sự cố ra khỏi lưới tại t = 1.0s sau khoảng thời gian t = 1,28s sự cố được giải trừ máy cắt thực hiện đóng lập lại thành công lúc này điện áp tại nút có điện áp thấp nhất là CPC _ Take nhờ đáp ứng nhanh linh hoạt của thiết bị STATCOM dao động được giảm xuống với biên độ dao động là (0.60 – 1.008 pu) sau đó dần dần ổn định tại giá trị điện áp là 1,00pu và thời gian ổn định điện áp giảm còn t = 1,2s.
8. Góc máy phát tại Nhơn Trạch tăng từ (38,250 – 37,370 ),góc máy phát trà vinh vẫn giữ nguyên giá trị cũ, góc máy phát Ô MônS1 tăng lên (33,800 – 35,260 ) hai góc máy phát tăng lên một ít sau đó dần dần chuyển sang trạng thái làm việc mới 3.4 Trường hợp sự cố ngắn mạch đường dây Nhà Bè – Phú Lâm máy cắt chính không tác động máy cắt phụ cắt trễ đường dây bị sự cố thời gian dao động 0,7sec đến 0,8sec không trang bị thiết bị STATCOM lưới điện 500KV Đường dây Nhà Bè - Phú Lâm đang hoạt động bình thường tại thời điểm t = 0,5s xãy ra sự cố ngắn mạch tại t = 0,6s máy cắt chính không hoạt động máy cắt dự phòng thực hiện cắt trễ thời gian dao động 0,7sec đến 0,8sec cắt đường dây bị sự cố ra khỏi lưới lúc này điện áp tại nút có biên độ điện áp thấp nhất là NDÔMôn nhờ sử dụng thiết STATCOM biên độ dao động giảm còn (0.173 – 1.163 pu) sau đó dần dần ổn định tại giá trị điện áp là 0,987pu khả năng tải của hệ thống được nâng lên và có khả năng đáp ứng được với các dao động khác trong hệ thống thời gian dao động điện áp giảm còn 1,5s Góc máy phát tại Phú Mỹ tăng từ (35,580 – 43,430),góc máy phát trà vinh vẫn giữ nguyên giá trị cũ, góc máy phát Ô MônS1 tăng lên (33,800 – 40,86 0 ),góc máy phát Cà Mau tăng từ (49,500 – 56,36 0)ba góc máy phát tăng lên một ít sau đó chuyển sang trạng thái mới. Kết luận: Từ các kết quả trên ta rút ra kết luận rằng: Điện áp của các nút 500KV trong hệ thống được cải thiên đáng kể sau khi lắp đặt STATCOM cụ thể như: Chưa có Có STATCOM STATCOM Nút Cấp điện áp Điện áp (pu) Điện áp (pu) Cầu Bông 500KV 0,982 0,993 Phú Lâm 500KV 0,952 0,980 Nhà Bè 500KV 0,950 0,987
9. ND Phú Mỹ 500KV 0,989 0,994 Sông Mây 500KV 0.9783 0.997 ND Ô Môn 500KV 0.94 0.987 Điện áp của các nút 220KV trong hệ thống được cải thiên đáng kể sau khi lắp đặt STATCOM cụ thể như: Điện áp Không sử Sử dụng trước sự dụng STATCOM Cấp điện Nút cố STATCOM áp Điện áp Điện áp Điện áp (pu) (pu) (pu) Thốt Nốt 220 KV 0.942 0.919 1.016 Châu Đốc 220 KV 0,922 0.947 1.029 CPC take 220 KV 0.853 0.853 1.008 Kiên Bình 220 KV 0.943 0.970 1.030 Long Xuyên 220 KV 0.9495 0.9495 0.995 Đặc điểm nổi bật của STATCOM là phản ứng rất nhanh nhạy và linh hoạt khi ta đặt thiết bị STATCOM tại nút CPC -Take thì biên độ giới hạn ổn định điện áp được cải thiện từ 450.750MW lên 730.00MW và điện áp của hệ thống luôn được giữ ổn định trong mọi chế độ làm việc của hệ thống. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Quyen Le-Cao et al, “Study of FACTS device applications for the 500kV Vietnam's power system”, Transmission and Distribution Conference and Exposition, 2010 IEEE PES, 19-22 April 2010 [[2].Trần Minh Quyến,” Sử Dụng Phần Mềm Psse Nghiên cứu Ảnh Hưởng Của Vị Trí Đặt Thiết Bị Facts Trên Lưới Khu Vực Miền Nam”, Luận văn Thạc Sĩ, ĐH SPKT Tp. HCM, tháng 04/2017. [3] Nguyễn Hồng Anh, Lê Cao Quyền, “Lựa chọn thiết bị bù công suất phản kháng tối ưu cho lưới điện 500kV Việt Nam”, Tạp chí khoa học công nghệ đại học Đà Nẵng-số 3(26).2008. [4] Wenjuan Zhang, Fangxing Li, Leon M. Tolbert, “Optimal allocation of Shunt Dynamic Var Source SVC and STATCOM: A survey”, Student Member, IEEE, Senior Member, IEEE,, Senior Member, IEEE. 2003. [5] PSS/E-30-User manual. [6] Đinh Thành Việt, “Ứng Dụng Thiết Bị Statcom Để Nâng Cao Độ Ổn Định Điện Áp Hệ Thống Điện Việt Nam”, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 [7] Static Voltage Stability Margin Enhancement Using STATCOM,” TCSC and SSSC- Arhit Sode-Yome”, Nadarajah Mithulananthan Member, IEEE and Kwang Y.Lee Fellow, IEEE.
10. 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 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.