Luận văn Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

Hệ thống điện đóng (HTĐ) 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 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 nh au, 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. Tất cả các vấn đề trên khiến cho các HTĐ được vận hành rất gần với giới hạn về ổn định. Và đặc biệt là các HTĐ rất “nhạy cảm” với các sự cố có thể xảy ra. Một số sự cố tan rã HTĐ gần đây ở châu Âu, Bắc Mỹ với những hậu quả to lớn là những ví dụ sinh động cho luận điểm này. Ví dụ như sự cố xảy ra tại Bắc Mỹ tháng 8 năm 2003, tổng lượng tải bị cắt là 65GW, với tổng thời gian mất điện là gần 30 giờ. Ở sự cố tại Ý tháng 9 năm 2003, tổng lượng tải bị cắt là 27GW, và tổng thiệt hại vào khoảng 50 tỉ đô la. Một sự cố khác là sự sụp đổ tần số ở các nước Tây Âu năm 2006 cũng làm khoảng 15 triệu người bị ảnh hưởng, và rất nhiều các sự cố khác Có rất nhiều sự cố liên quan trực tiếp đến hiện tượng sụp đổ điện áp. Chính vì vậy mà việc nghiên cứu về ổn định điện áp là một nhu cầu cấp thiết đối với HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam nói riêng. Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu và mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp trong hệ thống điện. Việc nghiên cứu thành công luận văn sẽ giúp ích cho ngành điện lực, trong tính toán thiết kế, vận hành và điều khiển HTĐ góp phần nâng cao ổn định điện áp, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. Như phân tích ở trên, HTĐ Việt Nam cũng đang phải đối mặt với những thách thức kể trên, đặc biệt là do yếu tố lịch sử, địa lý, và quá trình phát triển nhanh chóng, khiến HTĐ Việt Nam ngày càng trở lên rộng lớn và phức tạp trong tính toán, thiết kế vận hành và điều khiển. Từ đó cũng phát sinh các vấn đề kỹ thuật cần phải được giải quyết, đặc biệt là những nghiên cứu về ổn định điện áp. Trong luận văn này, chúng tôi tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định điện áp trong HTĐ, cơ chế xảy ra sự cố, nguyên nhân cũng như dùng một biện pháp xa thải phụ tải theo điện áp thấp để nâng cao ổn định điện áp trong HTĐ

pdf137 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Lượt xem: 2263 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp trong hệ thống điện, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---------* --------- Đặng Hoài Nam NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chuyên ngành: Thiết bị mạng và nhà máy điện LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Đăng Toản Thái Nguyên - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---------* --------- Đặng Hoài Nam NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chuyên ngành: Thiết bị mạng và nhà máy điện LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Đăng Toản Thái Nguyên, năm 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Luận văn Thạc sĩ Lời cam đoan Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 1 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu. Trong luận văn có sử dụng các tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo. Thái Nguyên, ngày 24 tháng 8 năm 2010 Tác giả luận văn Đặng Hoài Nam Luận văn Thạc sĩ Lời cảm ơn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 2 LỜI CẢM ƠN Tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS Nguyễn Đăng Toản đã hướng dẫn tận tình, chỉ bảo cặn kẽ để tác giả hoàn thành luận văn này. Xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy, các cô Khoa sau đại học, Khoa điện và các bạn đồng nghiệp trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên. Thái Nguyên, ngày 24 tháng 8 năm 2010 Tác giả luận văn Đặng Hoài Nam Luận văn Thạc sĩ Tóm tắt luận văn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 3 TÓM TẮT LUẬN VĂN 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. Do sự phát triển kinh tế và các áp lực về môi trường, sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, cũng như sự tăng nhanh nhu cầu phụ tải, sự thay đổi theo hướng thị trường hóa ngành điện lực làm cho HTĐ ngày càng trở lên rộng lớn về quy mô, phức tạp trong tính toán thiết kế, vận hành do đó mà HTĐ được vận hành rất gần với giới hạn về ổn định. Và đặc biệt là các HTĐ rất “nhạy cảm” với các sự cố có thể xảy ra. Theo kết quả nghiên cứu, HTĐ có thể bị sụp đổ là do sự mất ổn định điện áp trong hệ thống. Một số sự cố tan rã HTĐ gần đây trên thế giới với những hậu quả to lớn là những ví dụ sinh động cho luận điểm này. Chính vì vậy mà trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu về ổn định điện áp, phương pháp nghiên cứu và đặc biệt là phân tích các kết quả mô phỏng, các kinh nghiệm nhằm đưa ra biện pháp ngăn chặn sụp đổ điện áp. Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng các mô hình phụ tải, mô hình máy phát điện, mô hình bộ điều áp dưới tải, mô hình bộ giới hạn kích từ để phân tích cơ chế của quá trình sụp đổ điện áp dài hạn. Từ đó đưa ra rút ra những kinh nghiệm để đưa ra những phương pháp nhằm ngăn chặn sụp đổ điện áp trong hệ thống điện. Một trong những phương pháp được đưa ra thảo luận và cho kết quả tốt đó là sử dụng hệ thống rơle xa thải phụ tải theo điện áp thấp. Các nội dung chính của luận văn: Tính cấp thiết của đề tài được trình bày trong chương I của luận văn. Chương II của luận văn tóm tắt một số sự cố tan rã HTĐ điển hình trên thế giới trong một số năm gần đây. Trong đó, sự mất ổn điện áp là một trong những nguyên nhân chính. Các nguyên nhân chủ yếu dẫn đến các sự cố này, các định nghĩa, cũng như là phương pháp nghiên cứu ổn định điện áp được trình bày cụ thể trong chương này. Chương III, giới thiệu về các mô hình phụ tải, mô hình máy phát điện, mô hình bộ điều áp dưới tải, mô hình bộ giới hạn kích từ và Luận văn Thạc sĩ Tóm tắt luận văn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 4 các kết quả mô phỏng với HTĐ Bắc Âu được đưa ra phân tích.Và để ngăn chặn sụp đổ điện áp, biện pháp sử dụng hệ thống rơle xa thải phụ tải theo điện áp thấp được trình bày trong chương IV của luận văn. Chương V là các kết luận chủ yếu và các kiến nghị. Luận văn Thạc sĩ Mục lục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 5 MỤC LỤC Trang Lời cam đoan 1 Lời cảm ơn 2 Tóm tắt luận văn 3 Mục lục 5 Danh mục các hình vẽ 9 Danh mục các bảng 12 Thuật ngữ viết tắt 13 Chương 1 Giới thiệu chung 15 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 15 1.2 Các nội dung chính của luận văn 17 1.2.1 Nghiên cứu các sự cố tan rã HTĐ liên quan đến vấn đề mất ổn định do mất ổn định điện áp 17 1.2.2 Tìm hiểu phương pháp nghiên cúu và biện pháp nâng cao ổn định điện áp 18 1.3 Cấu trúc của luận văn 18 1.4 Giới hạn của luận văn 19 Chương 2: Ổn định điện áp 20 2.1 Phân tích các sự cố tan rã hệ thống điện gần đây 20 2.1.1 Những sự cố tan rã hệ thống điện gần đây trên thế giới 20 2.1.2 Các nguyên nhân của sự cố tan ra hệ thống điện 33 2.1.3 Cơ chế xẩy ra sự cố tan rã hệ thống điện 35 2.1.4 Các dạng ổn định hệ thống điện: 38 2.2 Ổn định điện áp 38 2.2.1 Các định nghĩa về ổn địng điện áp 38 2.2.1.1 Định nghĩa ổn định điện áp 38 2.2.1.2 Sự mất ổn định và sụp đổ điện áp 40 2.2.1.3 An ninh điện áp 41 Luận văn Thạc sĩ Mục lục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 6 2.2.2 Các kịnh bản sụp đổ điện áp 41 2.2.2.1 Kịch bản 1 41 2.2.2.2 Kịch bản 2 42 2.2.2.3 Kịch bản 3 42 2.2.2.4 Kịch bản 4 43 2.2.3 Phương pháp nghiên cứu ổn định điện áp 43 2.2.3.1 Hướng tiếp cận dựa trên mô phỏng động 45 2.2.4 Phương pháp phòng ngừa và ngăn chặn sụp đổ điện áp 46 2.2.4.1 Điêù khiển khẩn cấp ULTC 47 2.2.4.2 Xa thải phụ tải 48 2.3 Các đề xuất ngăn chặn các sự cố tan rã hệ thống điện 49 2.4 Kết luận 52 Chương 3 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp trong hệ thống điện 53 3.1 Giới thiệu chung 53 3.2 Phần mềm mô phỏng hệ thống điện – PSS/E 54 3.2.1 Giới thiệu chung 54 3.2.2 Giới thiệu tổng quan về chương trình PSS/E 55 3.2.3 Các thủ tục cơ bản khi tính toán trào lưu công suất 58 3.2.3.1 Kiểm tra dữ liệu 58 3.2.3.2 Chỉnh sửa các số liệu 58 3.2.3.3 Quá trình tính toán với GAUSS-SEIDEL 58 3.2.3.4 Quá trình tính toán với NEWTON-RAPHSON 59 3.2.3.5 Báo cáo kết quả và in ấn 60 3.2.4 Tính toán tối ưu trào lưu công suất 60 3.2.4.1 Hàm mục tiêu 62 3.2.4.2 Các ràng buộc và các điều khiển 62 3.2.4.3 Độ nhạy 63 3.2.4.4 Các mô hình trong tính toán trào lưu công suất thông thường 64 3.2.4.5 Mô phỏng các đại lượng điều khiển trào lưu công suất 67 3.2.5 Tính toán mô phỏng quá trình quá độ, sự cố bằng PSS/E 71 Luận văn Thạc sĩ Mục lục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 7 3.2.5.1 Tóm tắt qui trình tính toán mô phỏng sự cố 71 3.3 Mô phỏng động sự sụp đổ điện áp 75 3.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sụp đổ điện áp của hệ thống điện “BPA” 75 3.3.1.1 Mô tả hệ thống điện “BPA” 75 3.3.1.2 Ảnh hưởng của các loại phụ tải khác nhau 77 3.3.1.3 Ảnh hưởng của bộ điều áp dưới tải (ULTC) đến sự sụp đổ điện áp 81 3.3.1.4 Ảnh hưởng của bộ giới hạn kích từ (OEL) và ULTC đến sụp đổ điện áp 84 3.3.1.5 Ảnh hưởng của phụ tải động 89 3.3.2 Mô phỏng sự sụp đổ điện áp của hệ thống điện Bắc Âu “Nordic Power System” 92 3.3.2.1 Mô tả hệ thống điện Bắc Âu 92 3.3.2.2 Kịch bản 1 95 3.3.2.3 Kịch bản 2 97 3.3.2.4 Kịch bản 3 99 3.3.2.5 Kịch bản 4 100 3.4 Kết luận 103 Chương 4 Biện pháp ngăn chặn sụp đổ điện áp bằng việc dung rơle xa thải phụ tải theo điện áp thấp 104 4.1 Giới thiệu chung 104 4.2 Lựa chọn các thông số đặt cho rơle 108 4.2.1 Chọn ngưỡng tác động cho rơle UVLS 108 4.2.2 Chọn lượng tải xa thải 113 4.2.3 Lựa chọn thời gian khởi động của rơle UVLS và khoảng thời gian sa thải phụ tải 115 4.2.3.1 Xác định khoảng thời gian sa thải phụ tải của rơle UVLS 115 4.2.3.2 Xác định thời gian bắt đầu khởi động rơle UVLS 115 4.3 Kiểm tra tính hiệu quả bằng mô phỏng động 116 4.3.1.1 Kịch bản 1 116 4.3.1.2 Kịch bản 2 117 Luận văn Thạc sĩ Mục lục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 8 4.3.1.3 Kịch bản 3 118 4.3.1.4 Kịch bản 4 119 4.3.1.5 Kịch bản 5 120 4.4 Kết luận 121 Chương 5 Kết luận và kiến nghị 123 5.1 Kết luận 123 5.1.1 Các gợi ý trong việc ngăn chặn tan rã hệ thống điện 123 5.1.2 Các đóng góp cho việc nghiên cứu ổn định điện áp 124 5.2 Các kiến nghị 125 Phụ lục 126 Tài liệu tham khảo 129 Luận văn Thạc sĩ Danh mục các hình vẽ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 9 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình vẽ Trang Chương 2 Hình vẽ 2-1: Sụp đổ điện áp trong HTĐ tại Pháp 12/01/1987 22 Hình vẽ 2-2: Quá trình sụp đổ điện áp trên hệ thống 500kV 24 Hình vẽ 2-3: Sơ đồ và trình tự các sự cố dẫn đến tan rã HTĐ WSCC 10/08/1996 24 Hình vẽ 2-4: Tổng công suất truyền tải trên đường dây California- Oregon [19] 26 Hình vẽ 2-5: Công suất tác dụng trong hệ thống điện Đan Mạch (vùng Zealand) 29 Hình vẽ 2-6: Tần số và điện áp trong HTĐ Đức và Hungary trước và sau khi 3h25phút33giây khi HTĐ Italy bị tách rời khỏi HTĐ UCTE 30 Hình vẽ 2-7 Tần số của HTĐ châu Âu trước và sau khi tan rã [17] 31 Hình vẽ 2-8: Tóm tắt các nguyên nhân chính của sự cố tan rã HTĐ 35 Hình vẽ 2-9: Cơ chế xảy ra sự cố tan rã hệ thống điện 37 Hình vẽ 2-10: Sự phân loại các dạng ổn định Hệ thống điện 38 Hình vẽ 2-11: Sụp đổ điện áp trong sự cố tan rã HTĐ ở Mỹ 14/08/2003 [14] 41 Hình vẽ 2-12: Các phương pháp nghiên cứu sụp đổ điện áp 45 Chương 3 Hình vẽ 3-1: Sơ đồ khối của chương trình PSS/E 57 Hình vẽ 3-2: Sơ đồ hệ thống điện BPA 75 Hình vẽ 3-3: Mô hình tải động phức hợp (loại LOAD) 80 Hình vẽ 3-4: Điện áp ở nút 11 trong các trường hợp A,B, và C 80 Hình vẽ 3-5: Điện áp ở nút 11 trong các trường hợp C (không có ULTC) và D (có ULTC) 83 Hình vẽ 3-6: Sự dịch chuyển của ULTC với điện áp ở nút 11 và nút 10 trong trường hợp D 83 Hình vẽ 3-7: Sơ đồ khối và đặc tính thời gian nghịch đảo của bộ 84 Luận văn Thạc sĩ Danh mục các hình vẽ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 10 MAXEX2 Hình vẽ 3-8: Ảnh hưởng của ULTC và OEL đối với sự sụp đổ điện áp 88 Hình vẽ 3-9: Điện áp của thanh cái 11 trong hai trường hợp E,và F 88 Hình vẽ 3-10: Trường hợp G: ảnh hưởng của động cơ đối với sự sụp đổ điện áp 91 Hình vẽ 3-11: Sơ đồ hệ thống điện Bắc Âu 93 Hình vẽ 3-12: Kịch bản 1 - Điện áp của thanh cái 4043 đối với hai trường hợp có và không có ULTC và OEL. 96 Hình vẽ 3-13: Kịch bản 1 - Công suất phản kháng của G4042 đối với hai trường hợp có và không có ULTC và OEL. 96 Hình vẽ 3-14: Điện áp của thanh cái 41 trong hai trường hợp không có và có các thiết bị ULTC và OEL 98 Hình vẽ 3-15: Kịch bản 2- Công suất phản kháng của MPĐ G4042 đối với hai trường hợp không có và có các thiết bị ULTC và OEL 98 Hình vẽ 3-16: Kịch bản 3- Điện áp của thanh cái 46 đối với hai trường hợp. 99 Hình vẽ 3-17: Kịch bản 4- Điện áp của thanh cái 41, 42, 43 và 46 101 Hình vẽ 3-18: Kịch bản 4- Công suất phản kháng của MPĐ G4041,G4042,G4047, G4051 101 Chương 4 Hình vẽ 4-11: Ngưỡng tác động cho rơle UVLS 109 Hình vẽ 4-2: Điện áp tại nút 42 khi áp dụng qui tắc của C. W. Taylor [26] 110 Hình vẽ 4-3: Điện áp tại nút 42 khi áp dụng qui tắc của tác giả [37] 111 Hình vẽ 4-4: Điện áp tại nút 41 khi áp dụng qui tắc của tác giả [37] 112 Hình vẽ 4-5: Cấu trúc dùng rơ le UVLS tập trung 113 Hình vẽ 4-6: Cấu trúc dùng rơ le UVLS phân tán với khái niệm phụ tải thông minh 114 Hình vẽ 4-7: Kịch bản 1- Điện áp tại thanh góp 41 khi có cơ cấu rơle UVLS đề xuất 117 Hình vẽ 4-8: Kịch bản 2 – Điện áp của thanh cái 46 khi có cơ cấu UVLS đề xuất 118 Luận văn Thạc sĩ Danh mục các hình vẽ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 11 Hình vẽ 4-9: Kịch bản 3 – Điện áp của thanh cái 42 khi có cơ cấu UVLS đề xuất 119 Hình vẽ 4-10: Kịch bản 3 – Điện áp của thanh cái 41 khi có cơ cấu UVLS đề xuất 120 Hình vẽ 4-11: Kịch bản 5 – Điện áp của thanh cái 41,42,42 khi có cơ cấu UVLS đề xuất. 121 Luận văn Thạc sĩ Danh mục các bảng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 12 DANH MỤC CÁC BẢNG Stt Bảng Trang 1 Bảng 3-1: Điện áp và công suất phản kháng ở điều kiện ban đầu 76 2 Bảng 3-2: Các trường hợp nghiên cứu và một kịch bản điển hình 76 3 Bảng 3-3: Các giá trị hệ số mũ điển hình của các loại tải khác nhau [2]. 78 4 Bảng 3-4: Các MPĐ với giới hạn công suất phản kháng đầu ra 95 Luận văn Thạc sĩ Thuật ngữ viết tắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 13 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CIGRE Conseil International des Grands Réseaux Électriques or : International Council on Large Electric systems (Hiệp hội các hệ thống điện lớn) E.ON Netz A Transmission System Operator in Germany (Trung tâm điều độ hệ thống điện Đức) EPRI Electric Power Research Institute (Viện nghiên cứu điện lực Mỹ) ESM Energy System Management (Hệ thống quản lý năng lượng) FACTS Flexible AC Transmission System (Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt) RWE TSO A transmission system operator in Germany – RWE Transportnetz Strom (Trung tâm điều độ hệ thống điện Đức) IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers (Viện kỹ thuật Điện điện tử Mỹ) PTI Power Technology Inc. (Công ty phần mềm Inc - Mỹ) RTCA Real Time Contingency Analysis (Hệ thống đánh giá sự cố ngẫu nhiên thời gian thực) HVDC High Voltage Direct Current (Đường dây tải điện một chiều) PMU Phasor Measurement Unit (Hệ thống đo góc pha) PSS Power System Stabilizer (Bộ ổn định công suất) PSS/E Power System Simulation Engineering (Mô phỏng hệ thống điện) Luận văn Thạc sĩ Thuật ngữ viết tắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 14 SE State Estimator (Hệ thống đánh giá trạng thái) SMA Seclective Modal Analysis (Phân tích mô hình lựa chọn) SSR Sybsynchronous Resonance (Cộng hưởng tần số thấp) SSS Small Signal Stability (Ổn định với nhiễu loạn nhỏ) SVC Static Var Compensator (Thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh) TenneT The transmission system operator in Netherlands (Trung điều độ hệ thống điện Hà Lan) ULTC Under Load Tap Changer (Bộ phận tự động điều chỉnh điện áp dưới tải) WAMS Wide Area Measurement Systems (Hệ thống đo lường trên diện rộng) WAPC Wide Area Protection and Control (Hệ thống bảo vệ và điều khiển trên diện rộng) OLTC Under Load Tap Changer model: Mô hình bộ tự động điều áp dưới tải OEL Over Excitation Limiter: Mô hình bộ giới hạn kích từ MPĐ Máy phát điện HTĐ Hệ thống điện Luận văn Thạc sĩ Chƣơng 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 15 CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: Hệ thống điện đóng (HTĐ) 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 Luận văn Thạc sĩ Chƣơng 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ 16 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. Tất cả các vấn đề trên khiến cho các HTĐ được vận hành rất gần với giới hạn về ổn định. Và đặc biệt là các HTĐ rất “nhạy cảm” với các sự cố có thể xảy ra. Một số sự cố tan rã HTĐ gần đây ở châu Âu, Bắc Mỹ với những hậu quả to lớn là những ví dụ sinh động cho luận điểm này. Ví dụ như sự cố xảy ra tại Bắc Mỹ tháng 8 năm 2003, tổng lượng tải bị cắt là 65GW, với tổng thời gian mất điện là gần 30 giờ. Ở sự cố tại Ý tháng 9 năm 2003, tổng lượng tải bị cắt là 27GW, và tổng thiệt hại vào khoảng 50 tỉ đô la. Một sự cố khác là sự sụp đổ tần số ở các nước Tây Âu năm 2006 cũng làm khoảng 15 triệu người bị ảnh hưởng, và rất nhiều các sự cố khác… Có rất nhiều sự cố liên quan trực tiếp đến hiện tượng sụp đổ điện áp. Chính vì vậy mà việc nghiên cứu về ổn định điện áp là một nhu cầu cấp thiết đối với HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam nói riêng. Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu và mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp trong hệ thố