Đề xuất giải pháp nâng cao ổn định điện áp trên lưới điện truyền tải 220kV khu vực Nam Miền Trung và Tây Nguyên
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây nền kinh tế nước ta đã chuyển mình và có tốc độ tăng trưởng tương đối cao. Chính điều này đã thúc đẩy các ngành công nghiệp mũi nhọn và tiền đề cho nền kinh tế phải liên tục thay đổi công nghệ và kĩ thuật để theo kịp tốc độ tăng trưởng mạnh đó. Trong đó ngành công nghiệp năng lượng đóng một vai trò đặc biệt quan trọng đã và đang được quan tâm đầu tư phát triển.
Tình hình năng lượng điện tại Việt Nam theo dự báo của viện năng lượng quốc gia, nhu cầu điện tiêu dùng của Việt Nam tăng hơn 10%/năm cho đến năm 2020. Hiện tại Việt Nam phải nhập khẩu điện từ Trung Quốc, Lào, bây giờ Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã và đang có đề án triển khai nhập khẩu điện từ Lào về với lượng công sức cực lớn (2020 – 1000MW, 2025 – 3000MW). Do đó hệ thống điện (HTĐ) có vai trò quan trọng, là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền kinh tế quốc dân.
Trong đó vấn đề ổn định điện áp là một vấn đề đã và đang được nghiên cứu nhiều ở các nước phát triển trên thế giới, do tác hại của hiện tượng mất ổn định điện áp là rất lớn, có thể làm cho HTĐ bị sụp đổ điện áp từng phần hoặc hoàn toàn.
- Tính cấp thiết của đề tài
Với đặc điểm lưới điện truyền tải khu vực Nam Miền Trung – Tây Nguyên bao gồm lưới điện 500kV và 220kV trải dài qua địa bàn 9 tỉnh từ Tây Nguyên đến các tỉnh Duyên hải Nam Trung bộ. Trong khi lưới điện 500kV chủ yếu với nhiệm vụ truyền tải cấp điện cho miên Nam, thì lưới điện 220 kV trong khu vực có nhiệm vụ hết sức quan trọng trong việc liên kết, truyền tải, phân phối điện năng từ các cụm nhà máy điện hoặc TBA 500kV đến các trung tâm phụ tải chính của vùng như tỉnh Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa. Ngoài ra do đặc điểm địa lý, điều kiện kinh tế xã hội dẫn đến sự phân bố nguồn và phụ tải trong khu vực chưa đồng đều.
Trong những năm gần đây với sự tăng trưởng nhanh chóng của phụ tải (mỗi năm tốc độ tăng trưởng đều trên 10%), cùng với đó là khó khăn trong việc đầu tư hệ thống truyền tải (kinh phí và thời gian thi công), do đó đến nay mạch vòng 220kV Pleiku – Quy Nhơn – Tuy Hòa – Nha Trang – KrongBuk – Pleiku 2 vẫn là trục xương sống cấp điện cho các tỉnh Duyên hải Nam Trung bộ mặc dù các đường dây này đa số đã vận hành trên 20 năm với khả năng tải tối đa chỉ từ 260 – 320 MW và thường xuyên vận hành trong chế độ đầy – quá tải. Đồng thời các đường dây 220 kV này đa số có chiều dài trên 100km đương đối lớn.
Đồng thời ngoài nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải lớn ở khu vực thì các đường dây 220kV tại đây còn có nhiệm vụ truyền tải giải phóng một lượng công suất rất lớn của các nhà máy thủy điện, nhà máy nhiệt điện, năng lượng tái tạo đưa lên lưới 500kV cung cấp cho HTĐ quốc gia, điều này đã làm cho các đường dây 220kV trong khu vực đa số vận hành ở chế độ đầy và quá tải đặc biệt khi có các sự cố xảy ra.
Với những lý do nêu trên, việc nghiên cứu phân tích ổn định điện áp lưới điện 220kV khu vực Nam Miền Trung – Tây Nguyên là rất cần thiết trong thực tế hiện nay và tương lai, vì vậy em chọn làm luận văn thạc sĩ với tên đề tài là “Đề xuất giải pháp nâng cao ổn định điện áp trên lưới điện truyền tải 220kV khu vực Nam Miền Trung và Tây Nguyên”.
- Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu giải pháp nâng cao ổn định, chất lượng điện áp trên lưới điện 220kV khu vực Nam Miền Trung – Tây Nguyên trong giai đoạn 2020 tại các chế độ vận hành. Với các nhiệm vụ là:
- Nghiên cứu chất lượng điện áp ở chế độ phụ tải cực tiểu mùa khô.
- Nghiên cứu chất lượng điện áp ở chế độ phụ tải cực tiểu mùa mưa.
- Nghiên cứu chất lượng điện áp ở chế độ phụ tải cực đại mùa khô.
- Nghiên cứu chất lượng điện áp ở chế độ phụ tải cực đại mùa mưa.
- Đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao ổn định, chất lượng điện áp trên lưới điện 220kV tại khu vực.
- Đưa ra kết luận và các kiến nghị.
- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu
Lưới điện truyền tải 220kV khu vực Nam Miền Trung và Tây Nguyên quy hoạch giai đoạn đến năm 2020.
b. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu về chất lượng điện áp, phân tích ổn định điện áp tại các nút trên lưới điện truyền tải 220kV hiện tại và nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao ổn định, chất lượng điện áp trên lưới điện 220kV khu vực Nam Miền Trung – Tây Nguyên giai đoạn 2020.
- Phương pháp nghiên cứu
Thu thập và nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước đề cập đến vấn đề chất lượng điện năng, độ ổn định điện áp ảnh hưởng đến lưới điện truyền tải. Kết hợp phương pháp tính toán, kiểm tra, thu thập số liệu thực tế thông số vận hành, dự báo, quy hoạch phụ tải, nguồn điện và lưới điện tại khu vực Nam Miền Trung – Tây Nguyên trong giai đoạn 2020 và xét đến những năm tiếp theo.
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng phần mềm PSS/E, phân tích, đánh giá trào lưu công suất, điện áp tại các nút 220kV xây dựng mô hình, mô phỏng, so sánh và phân tích để đánh giá chất lượng điện áp, phân tích ổn định điện áp tại các nút của lưới điện trong các chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố và lựa chọn thiết bị để nâng cao hơn sự ổn định chất lượng điện áp của lưới điện.
- Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Qua kết quả của luận văn này cho thấy các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điện áp của lưới và giải pháp được đề cập đến trong luận văn này cơ bản đã giải quyết được vấn đề nêu trên.
Đề tài có thể được dùng để tham khảo trong việc thiết kế, vận hành lưới điện linh hoạt, cũng như đưa ra giải pháp khắc phục nhanh các vấn đề điện áp của lưới điện trong giai đoạn hiện nay.
- Cấu trúc của luận văn
Nội dung luận văn gồm các phần chính sau:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN, HIỆN TRẠNG, KẾ HOẠCH PHÁT TRIỂN VÀ TÌNH HÌNH CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC NAM MIỀN TRUNG VÀ TÂY NGUYÊN.
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRONG CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA LƯỚI TRUYỀN TẢI KHU VỰC NAM MIỀN TRUNG – TÂY NGUYÊN.
CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TẠI KHU VỰC
KẾT LUẬN.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN, HIỆN TRẠNG, KẾ HOẠCH PHÁT TRIỂN VÀ TÌNH HÌNH CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC NAM MIỀN TRUNG VÀ TÂY NGUYÊN
Tổng quan về ổn định điện áp trong HTĐ
Khái niệm
Có nhiều định nghĩa về ổn định điện áp của các nhà khoa học và các tổ chức nghiên cứu trên thế giới. Nói chung các định nghĩa đều cho rằng ổn định điện áp là khả năng HTĐ khôi phục lại điện áp ban đầu hay rất gần ban đầu khi bị các kích động nhỏ ở nút phụ tải.
Phân loại ổn định điện áp
Dựa trên nguyên nhân gây mất ổn định điện áp, phân thành 2 loại:
+ Ổn định điện áp khi xuất hiện kích động lớn
+ Ổn định điện áp khi xuất hiện kích động bé
Hiện tượng mất ổn định điện áp và sụp đổ điện áp
Mất ổn định điện áp là hiện tượng tụt giảm điện áp liên tục hoặc quá trình tăng cao điện áp liên tục khi cố gắng phục hồi công suất phụ tải vượt quá giới hạn khả năng của hệ thống nguồn phát điện và lưới truyền tải.
Các biện pháp nâng cao ổn định điện áp trong HTĐ
+ Ứng dụng các thiết bị bù công suất phản kháng
+ Kết hợp điều khiển và bảo vệ
+ Điều khiển bộ điều áp MBA
+ Sa thải phụ tải theo điện áp thấp
+ Đảm bảo độ dự trữ ổn định điện áp
+ Điều khiển của nhân viên điều độ vận hành hệ thống điện
Tổng quan về lưới điện truyền tải Việt Nam trước năm 2020
Tính đến tháng 12/2019 lưới điện truyền tải 220/500kV do Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia quản lý gồm 153 TBA; gần 25.000 km đường dây và tổng dung lượng MBA đạt 87.488 MVA.
Hiện trạng lưới điện truyền tải khu vực Nam miền Trung và Tây Nguyên
Lưới 500kV: Khu vực Nam miền Trung và Tây Nguyên hiện có 09 đường dây 500kV và 05 TBA 500kV với tổng công suất là 4800 MVA.
- Lưới 220kV: Khu vực Nam miền Trung và Tây Nguyên hiện có 23 đường dây 220kV và 12 TBA 220kV với tổng công suất là 3563 MVA.
Nguồn điện: Nguồn điện hiện tại khu vực Nam miền trung – Tây Nguyên chủ yếu là từ các nguồn điện từ thủy điện, nhiệt điện sinh khối, điện mặt trời với tổng công suất đặt trên 3000MW.
Kế hoạch phát triển lưới điện khu vực Nam miền Trung và Tây Nguyên
Giai đoạn đến năm 2020 và 2025, dự kiến khu vực sẽ có thêm nhiều nguồn năng lượng tái tạo tham gia cấp điện lên lưới điện 220kV với riêng địa bàn khu vực Tây Nguyên là trên 5000 MW với nhiều dự án đã và đang trình bổ sung quy hoạch trên địa bàn.
Về lưới điện, đến giai đoạn 2020 – 2025, lưới 220kV tại khu vực dự kiến xây dựng thêm 10 TBA 220KV với công suất đặt là 2500MVA và khoảng 14 đường dây 220kV được xây dựng mới.
Tình hình chất lượng điện áp trên lưới truyền tải khu vực Nam miền Trung và Tây Nguyên
Tình hình chất lượng điện áp trên lưới 500kV
Theo tình hình vận hành của hệ thống trong các chế độ thấp điểm đêm mùa khô và mùa lũ, điện áp trên HTĐ 500kV tại các cung đoạn giữa ở miền Trung có những thời điểm lên cao trên ngưỡng 525kV (>1.05pu) tại các trạm 500kV Pleiku, Pleiku 2; các thời điểm này thường xảy ra vào ban đêm hoặc các ngày nghỉ lễ tết với phụ tải Pmin.
Qua dữ liệu tổng hợp giá trị điện áp Max/Min theo ghi nhận của đơn vị quản lý vận hành lưới điện thì điện áp trên lưới 500kV trong các năm 2018, 2019 vẫn xảy ra 1 số tình trạng vận hành điện áp vượt ra ngoài quy định (± 5%) tại điều 6 thông tư 25/2016/TT-BCT [7] ở chế độ vận hành bình thường.
Tình hình chất lượng điện áp trên lưới 220kV.
Theo ghi nhận trong khoảng thời gian 2018-2019, với các chế độ vận hành thì điện áp trên lưới 220kV tại khu vực vẫn còn nhiều thời điểm vượt ra ngoài dải quy định tại thông tư 25 [7] với cấp điện áp 220kV là từ 209 ÷ 242 kV, tập trung tại các trạm 220kV Quy Nhơn, Nha Trang, Tuy Hòa.
Kết luận Chương 1
Theo hiện trạng và các số liệu ghi nhận trong vận hành tại thời gian vừa qua, điện áp tại các thanh cái 500kV trong khu vực đã được cải thiện đảm bảo theo quy định hiện hành; riêng đối với chất lượng điện áp tại các nút trạm 220kV Tuy Hòa, Quy Nhơn, 220kV Nha Trang thì vẫn có nhiều thời điểm điện áp vượt quá yêu cầu cho phép (>242kV) do đó việc ổn định điện áp tại các trạm này vẫn còn một số bất cập trong quá trình vận hành lưới điện.
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRONG CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA LƯỚI TRUYỀN TẢI KHU VỰC NAM MIỀN TRUNG – TÂY NGUYÊN
Phương pháp luận
Mục tiêu
Mục tiêu của đề tài là sử dụng phần mềm PSSE với các dữ liệu đầu vào được xây dựng trên cơ sở lưới điện hiện trạng của Việt Nam và quy hoạch phát triển điện lực giai đoạn 2016 – 2025 (Quy hoạch VII điều chỉnh) để nghiên cứu phân tích các chế độ vận hành của hệ thống điện khu vực Nam Miền Trung – Tây Nguyên. Từ đó tính toán lựa chọn các giải pháp để điều chỉnh điện áp trên lưới điện truyền tải 220kV khu vực Nam Miền Trung – Tây Nguyên trong bất kỳ các chế độ của hệ thống đều có khả năng đảm bảo các mục tiêu đảm bảo điện áp tại các nút trên lưới điện truyền tải 220kV trong chế độ vận hành bình thường nằm trong dải 209kV÷242kV (0.95÷1.1pu); (theo điều 6 [7]) và đảm bảo không gây quá áp cho các MBA 220kV, 500kV;
Phương pháp thực hiện đề tài
- Xây dựng số liệu lưới điện truyền tải khu vực Nam Miền Trung – Tây Nguyên tính đến năm 2020 bao gồm các nút phụ tải, các đường dây, TBA, nhà máy điện trong khu vực.
- Sử dụng phần mềm PSSE để kiểm tra độ ổn định và chất lượng điện áp của lưới điện khu vực trong các chế độ vận hành cực đoạn của hệ thống bao gồm 04 chế độ:
- + Chế độ phụ tải khu vực cao điểm (Pmax) vào mùa mưa.
- + Chế độ phụ tải khu vực cao điểm (Pmax) vào mùa khô.
- + Chế độ phụ tải khu vực thấp điểm (Pmin) vào mùa mưa.
- + Chế độ phụ tải khu vực thấp điểm (Pmin) vào mùa khô.
- Tại mỗi chế độ vận hành sẽ tiếp tục phân tích các sự cố 01 đường dây 220kV (N-1) ứng với các trường hợp có khả năng gây ảnh hưởng biến động điện áp lớn nhất tại các nút phụ tải quan trọng.
- Từ kết quả phân tích tại mỗi chế độ sẽ phân tích, tính toán lựa chọn vị trí trang bị thiết bị bù điều chỉnh điện áp để khắc phục triệt để nhất các hiện tượng xảy ra trong các trường hợp phân tích.
- Xác định các phương án trang bị thiết bị điều chỉnh điện áp.
Tiêu chuẩn về điện áp
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KY THUAT HOA HOC\KY THUAT DIEN\LOP GIA LAI\LOP GIA LAI (Ở nhà)\LOP GIA LAI\File gui T.Khoa 28.09.20 (Dot 02)\File gui T.Khoa 28.09.20 (Dot 02)\Vu Ngoc Hung\TOM TAT
