Đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao khả năng vận hành an toàn hệ thống điện 110 kV tỉnh Quảng Nam xét đến năm 2025
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hệ thống điện 110kV Quảng Nam trải rộng trên địa bàn toàn tỉnh từ vùng núi phía tây đến vùng biển ở phía đông với tốc độ tăng trưởng phụ tải hằng năm cao, đặc biệt các phụ tải tập trung ở các khu công nghiệp và cụm công nghiệp với yêu cầu chất lượng điện năng cao nên công tác vận hành và cung cấp điện an toàn, liên tục là một trong những vấn đề được ngành điện quan tâm.
Một số tuyến đường dây được xây dựng từ rất sớm, qua thời gian vận hành kết cấu, dây dẫn xuống cấp trong khi đó với yêu cầu vận hành an toàn lưới điện 110kV phải đảm bảo cấp điện liên tục khi sự cố bất kỳ phần tử nào (N-1) trong hệ thống đây là bài toán khó đòi hỏi ngành điện phải đầu tư xây dựng mới và nâng cấp cải tạo lưới điện hiện hữu.
Đề tài nghiên cứu đánh giá khả năng vận hành an toàn hệ thống điện 110kV, đề xuất các giải pháp đảm bảo điều kiện khi sự cố bất kỳ phần tử nào vẫn đảm bảo điều kiện cấp điện an toàn liên tục với chất lượng cao cho phụ tải trên địa bàn tỉnh Quảng Nam. Tác giả đề xuất tên luận văn như sau: “Đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao khả năng vận hành an toàn hệ thống điện 110 kV tỉnh Quảng Nam xét đến năm 2025”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Luận văn tập trung vào việc nguyên cứu kết lưới hệ thống điện 110kV khu vực tỉnh Quảng Nam giai đoạn từ 2019-2025 và đề xuất giải pháp nâng cao khả năng vận hành an toàn hệ thống điện.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Trong phạm vi thực hiện của luận văn, tác giả sẽ phân tích lưới điện hiện hữu từ đó đề xuất các giải pháp tối ưu đảm bảo vận hành an toàn cho các đường dây và trạm biến áp 110kV trên phạm vi địa bàn tỉnh Quảng Nam.
4. Phương pháp nghiên cứu
Tiếp cận lưới điện 110kV với kết lưới, số liệu nguồn điện, phụ tải hiện trạng để tính toán điều kiện vận hành an toàn.
Sử dụng phần mềm PSS/E với dữ liệu lấy từ hệ thống quản lý số liệu đo xa (DSPM) để kiểm tra các chế độ vận hành các đường dây khi sự cố các phần tử trong hệ thống vẫn đảm bảo cấp điện an toàn.
Căn cứ số liệu quy hoạch lưới điện 110kV Quảng Nam để tính toán chế độ vận hành giai đoạn 2025.
5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn
5.1. Ý nghĩa khoa học:
Việc nghiên cứu đề tài giúp nắm bắt được tổng quát về Phương án xây dựng và vận hành tối ưu hệ thống điện 110kV trên địa bàn tỉnh Quảng Nam.
5.2. Tính thực tiễn:
- Kết quả của đề tài sẽ là tài liệu bổ sung để làm cơ sở cho công tác quy hoạch và đầu tư xây dựng, cải tạo lưới điện 110kV nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng điện.
- Đảm bảo điều kiện vận hành an toàn, liên tục, tin cậy để cung cấp điện cho phụ tải với chất lượng cao nhất.
6. Bố cục đề tài
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về thực trạng vận hành lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam.
Chương 2: Các phương pháp phân tích và công cụ phân tích khả năng vận hành hệ thống điện.
Chương 3: Phân tích chế độ vận hành hệ thống điện 110 KV tỉnh Quảng Nam xét đến năm 2025
Chương 4: Các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành an toàn hệ thống điện 110KV tỉnh Quảng Nam.
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ THỰC TRẠNG
VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN 110kV TỈNH QUẢNG NAM
1.1. Quy mô nguồn, lưới điện và sơ đồ kết dây cơ bản của hệ thống
Quy mô lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam gồm có 270,6 km đường dây 110 kV và 14 TBA 110kV với 23 MBA tổng công suất lắp đặt 781 MVA. Nhận điện từ các đường dây 110 KV kết nối với trạm 500 kV Đà Nẵng, 500 kV Dốc Sỏi, 220 kV Tam Kỳ, 220 kV Thạnh Mỹ và các thủy điện vừa và nhỏ trên địa bàn tỉnh Quảng Nam.
Trong các trạm 110 kV cấp điện cho tỉnh Quảng Nam thì hiện tại trạm 110 Kv Tam Kỳ, 110 Kv Thăng Bình, trạm 110kV Kỳ Hà, trạm 110kV Đại Lộc và trạm 110kV Hội An đã vận hành với mức tải cao trên 80%Sđm.
1.2. Đặc trưng về phụ tải
Công suất cực đại của tỉnh Quảng Nam năm 2019 là 362MW và sản lượng điện tiêu thụ của các phụ tải 2.035.550.000 kWh tốc độ tăng trưởng sản lượng điện thương phẩm 14,85% năm.
1.3. Nhu cầu sử dụng điện của địa phương
Nhằm đảm bảo cung cấp điện phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phòng của địa phương và nhu cầu sử dụng điện sinh hoạt cho nhân dân trên địa bàn tỉnh Quảng Nam nên cung cấp điện an toàn liên tục cho các doanh nghiệp trên địa bàn tỉnh được ngành điện ưu tiên hàng đầu.
1.4. Kết luận
Chương 1 giới thiệu tổng quan về lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam. Trên cơ sở lưới điện hiện trạng một số đường dây tiết diện nhỏ ACSR185 với bán kính cấp điện lớn trãi rộng từ miền núi phía tây đến vùng biển phía đông.
Phụ tải chênh lệch lớn vào các giờ cao thấp điểm nên đánh giá mức độ an toàn cung cấp điện của hệ thống điện 110kV tỉnh Quảng Nam chưa cao đặc biệt khi sự cố hoặc cô lập một số đường dây để bảo dưỡng sửa chữa.
Trên cơ sở lưới điện và phụ tải hiện trạng, phân tích, đề xuất các giải pháp đầu tư xây dựng mới, cải tạo nâng cấp lưới điện 110kV hiện trạng đảm bảo cung cấp điện an toàn liên tục.
CHƯƠNG 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ CÔNG CỤ PHÂN TÍCH
KHẢ NĂNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1. Tổng quan về an toàn của hệ thống
- Hệ thống thường xuyên có biến động ngẫu nhiên và sự thay đổi trong hệ thống cần có giải pháp để giữ được hệ thống truyền tải điện năng trong giới hạn vận hành an toàn cho phép ở chế độ vận hành bình thường cũng như có giải pháp đưa hệ thống về vận hành an toàn khi xảy ra sự cố.
- Việc phân tích, đánh giá khả năng vận hành an toàn thông qua các hoạt động sau:
+ Kiểm soát hệ thống: Thông tin cập nhập hệ thống báo quá tải, lệch áp
+ Phân tích sự cố ngẫu nhiên: Thông báo những nguy hiểm.
+ Phân tích hoạt động hiệu chỉnh: Chống quá tải, lệch áp và Tái điều độ
2.2. An toàn cung cấp điện và bài toán phân tích sự cố
Khái niệm về an toàn cung cấp điện và phương pháp đánh giá an toàn của 01 hệ thống điện dựa trên việc phân tích một tập hợp chọn lọc các phân tích sự cố và lập nên nền tảng cho một trong những nhiệm vụ quan trọng và phức tạp nhất của hệ thống quản lý năng lượng trong các trung tâm điều khiển hiện nay.
Đánh giá an toàn của hệ thống điện có thể thực hiện theo phương thức thời gian thực hay phương thức nghiên cứu.
Trong trường hợp một sự cố hệ thống điều khiển an toàn có thể dự trù các tác động sau đây, tùy theo mức độ nguy hiểm:
- Thay đổi chế độ trước sự cố để khử hay giảm nhẹ sự nguy hiểm của sự cố.
- Xây dựng một phương thức điều khiển sau sự cố để loại trừ nguy hiểm.
Bài toán phân tích sự cố được chia ra làm 3 giai đoạn:
- Xác định sự cố.
- Chọn lọc sự cố.
- Đánh gia sự cố.
- Xếp hạn sự cố nhờ chỉ số nguy hiểm:
Chỉ số nguy hiểm là một phương tiện cho phép lượng hóa nguy hiểm hay mất an toàn của sự cố.
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn hệ thống điện
Do hậu quả nghiêm trọng của sự cố rã lưới trong các hệ thống điện liên kết, nên sự vận hành các hệ thống điện hiện đại được ưu tiên theo các mục tiêu sau:
– Vận hành một cách tin cậy
– Tối ưu về kinh tế
Ta xét hoạt động hiệu chỉnh phục hồi trạng thái làm việc của 2 loại sự cố chính sau:
- Cắt đường dây truyền tải.
- Sự cố các tổ máy phát
Khi sự cố trên đường dây truyền tải làm thay đổi công suất và điện áp trên thiết bị truyền tải còn lại trong hệ thống. .
2.4. Phân tích sự cố
Khi một đường dây bị cắt ra, thì dòng công suất truyền qua các đường dây còn lại và điện áp tại các nút trên hệ thống thay đổi làm ảnh hưởng đến thông số vận hành hệ thống nên cần phân tích các yêu tố nguy hiểm.
2.5.1. Mô hình đường dây truyền tải
Các đường dây truyền tải được mô phỏng bằng một điện trở , một điện kháng , một điện dẫn tác dụng và một điện dẫn phản kháng .
2.5.2.1. Máy biến áp hai cuộn dây
Để đơn giản trong việc tính toán, máy biến áp hai cuộn dây có các tham số điện trở tác dụng , điện kháng , điện dẫn tác dụng , điện dẫn phản kháng , với cuộn dây thứ cấp được quy đổi về phía cuộn dây sơ cấp của máy biến áp.
Tổng dẫn của máy biến áp:
2.5.2.2 Máy biến áp ba cuộn dây
Mô hình máy biến áp ba cuộn dây được mô phỏng với sơ đồ tương đương gồm những thành phần sau:
Giá trị tổng dẫn từ hoá của máy biến áp được xác định bằng tính toán hoặc thí nghiệm.
Máy phát được mô hình hoá bằng một nguồn bơm công suất biểu kiến
Một máy phát tại nút , và là công suất tác dụng và công suất phản kháng được bơm vào nút. Công suất biểu kiến được bơm vào nút bởi nguồn là:
Tải có công suất không đổi được mô hình hoá theo công thức:
Trong đó, và là công suất tiêu thụ và công suất phản kháng tại nút .
2.6. Bài toán trào lưu công suất
2.7. Phương pháp số để giải bài toán trào lưu công suất
Mục đích của việc tính toán trào lưu công suất là xác định thông số chế độ làm việc, chủ yếu là dòng điện và điện áp tại các nút trong hệ thống khi có phụ tải kết nối vào. Từ đó, tính toán được công suất truyền qua toàn bộ phần tử của hệ thống truyền tải điện (đường dây, máy biến áp).
Có rất nhiều thuật toán được đề xuất để tính toán trào lưu công suất, trong đó hai phương pháp lặp Guass – Seidel và phương pháp lặp Newton – Raphson được sử dụng rộng rãi.
2.7.1. Phân loại các nút trong hệ thống điện
Trong hệ thống điện có 03 loại nút:
– Nút phụ tải (P-Q) là nút sử dụng (lấy đi) công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. Tại nút này, công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q là cố định.
– Nút nguồn phát (nút điều chỉnh điện áp, P-V) là nút có công suất tác dụng cố định được phát lên hệ thống và độ lớn điện áp được giữ không đổi bằng cách thay đổi công suất phản kháng truyền vào hệ thống.
– Nút hệ thống (nút cân bằng, V-θ) là nút có điện áp và góc pha không đổi.
2.7.2. Phương pháp lặp Gauss – Seidel
Phương pháp Gauss – Seidel là một phương pháp lặp được sử dụng để giải hệ phương trình tuyến tính . Trong đó: là một ma trận phân tích thành ma trận tam giác trên , ma trận tam giác dưới và ma trận đường chéo .
2.7.2.2. Áp dụng phương pháp Gauss – Seidel vào bài toán trào lưu công suất
Trong chế độ vận hành bình thường của hệ thống điện, công suất tác dụng và công suất phản kháng của nút phụ tải và công suất tác dụng của máy phát tại nút điều chỉnh điện áp được xem như bằng giá trị đặt ( và ), trong khi đó biên độ điện áp của các nút xấp xỉ bằng giá trị định mức và gần với biên độ của nút hệ thống. Góc pha của các nút điều khiển áp và nút phụ tải cũng gần với giá trị tham chiếu. Vì vậy, một giá xác định ban đầu của các nút tại cho các nút chưa xác định điện áp có thể được chấp nhận [5]. Và với ma trận tổng dẫn cho ở công thức (II.11) là một ma trận đường chéo chính, các điều kiện để áp dụng phương pháp Gauss – Seidel được thoả mãn. Các bước chính để thực hiện quá trình lặp được mô tả dưới đây.
1. Quá trình được bắt đầu bằng việc gán các giá trị được xác định hoặc được ước lượng cho biên độ và góc pha điện áp tại mọi nút.
- Nút hệ thống: Biên độ và góc pha điện áp đã được xác định.
- Nút điều chỉnh điện áp: Biên độ điện áp tại các nút này bằng với giá trị đặt . Góc pha của nút được cho bằng 0 ().
- Nút phụ tải: Biên độ và góc pha điện áp tại các nút này được cho giá trị ban đầu bằng .
2. Tại mỗi bước lặp thứ , giả sử rằng điện áp nút được tính từ các bước trước đó, quá trình tính toán các nút trong hệ thống.
- Nút hệ thống:
- Nút điều chỉnh điện áp:
- Nút phụ tải:
3. Tổn thất công suất ( và ) là sự chênh lệch giữa giá trị đặt.
Điều kiện hội tụ là , khi đó quá trình lặp kết thúc. Quá trình cũng có thể bị dừng lại nếu nó vượt quá số lần lặp tối đa được xác định trước. Trong trường hợp này, có thể coi rằng hệ không hội tụ.
2.7.3. Phương pháp lặp Newton – Raphson
Phương pháp lặp Newton – Raphson là một phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong việc giải các phương trình đại số phi tuyến. Phương pháp này là một quá trình lặp gần đúng liên tục dựa trên một giá trị tiên đoán của các biến chưa xác định và việc sử dụng khai triển chuỗi Taylor.
2.7.3.1. Áp dụng phương pháp Newton – Raphson vào bài toán trào lưu công suất
Để áp dụng phương pháp Newton – Raphson, ta xét hệ thống với một nút hệ thống và nút phụ tải. Công suất được mô tả bằng hệ phương trình đại số phi tuyến. Các biến này tương ứng với biên độ và góc pha của điện áp tất cả các nút trừ nút hệ thống được xem là nút tham chiếu.
Phương pháp tính toán phân bố công suất được tóm tắt ớ dưới đây.
- Bước khởi tạo ban đầu, các giá trị đã được xác định hoặc ước lượng trước được gán cho biên độ và góc pha điện áp tại mọi nút.
a. Nút hệ thống: Biên độ và góc pha điện áp đã được xác định.
b. Nút phụ tải: Biên độ và góc pha điện áp được gán giá trị ban đầu là 1.0 và 0 cho từng nút.
- Tại mỗi bước lặp thứ , giả sử rằng điện áp nút đã được tính từ các bước trước đó, quá trình tính toán được trình bày dưới đây:
- Đối với tất cả các nút, ngoại trừ nút hệ thống: Tính toán công suất bơm vào, tổn thất công suất.
- Xác định ma trận Jacobi vơi hàng và cột tương ứng với nút hệ thống được xoá khỏi ma trận.
- Sử dụng ma trận Jacobi rút gọn, để tìm được và cho tất cả các nút phụ tải.
- Biên độ và góc pha điện áp tại nút
- Kiểm tra hội tụ thì kết thúc quá trình tính toán, ngược lại tiếp tục quay lại thực hiện bước 2.
- Tính toán công suất tác dụng và công suất phản kháng tại nút hệ thống
Quá trình này sẽ một ít khác biệt nếu hệ thống bao gồm nút P-V. Những điểm khác biệt chính là:
- Có ít biến để tính toán hơn do biên độ điện áp đã biết và cố định tại nút P-V.
- Có ít phương trình hơn cần được tính toán các biến chưa biết.
Nhận xét: Phương pháp Gauss – Seidel là một phương pháp đơn giản, đáng tin cậy. Tuy nhiên, phương pháp Gauss – Seidel có tốc độ hội tụ chậm hơn phương pháp Newton – Raphson trong việc tính toán có nhiều bước lặp hơn. Và phương pháp này gặp một số vấn đề về hội tụ khi hệ thống truyền tải lượng lớn công suất tác dụng [7].
Phương pháp Newton – Raphson vì vậy được sử dụng rộng rãi trong việc tính toán trào lưu công suất trong nhiều phần mềm tính toán hệ thống điện mặc dù phương pháp này yêu cầu thời gian tính toán lâu hơn và tốn nhiều bộ nhớ hơn phương pháp Gauss – Seidel cho mỗi bước lặp.
Phương pháp Newton – Raphson có tốc độ hội tụ nhanh hơn nên phương pháp được sử dụng để tính toán trong các phần mềm ứng dụng và trong luận văn sẽ sử dụng phương pháp này để tính trào lưu công suất phục vụ công việc phân tích khả năng vận hành an toàn của hệ thống.
2.8. Chọn phương pháp phân tích
2.8.1. Đánh giá quy mô lưới điện để phân tích
- Hệ thống điện 110kV tỉnh Quảng Nam với quy mô 18 đường dây 110kV và 14 trạm biến áp 110kV cấp điện cho các hộ tiêu thụ trên toàn tỉnh với tổng công suất năm 362MW.
- Lưới điện 110kV được xây dựng với các mạch vòng đảm bảo cấp điện chế độ vận hành bình thường, tuy nhiên đối với các sự cố xếp chồng thì quá tải các đường dây có nguy cơ quá tải các đường dây khác và mất an toàn hệ thống.
2.8.2. Chọn phương pháp để tính toán
- Dựa vào bài toán bài toán tính phân bố công suất (Load Flow) để tính toán khả năng mang tải của các xuất tuyến trên cơ sở phân tích chế độ sự cố từng cung đoạn đường dây trên lưới điện.
- Lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam có kết cấu lưới không quá phức tạp, số lượng đường dây và số nút ít nên ta chọn phương pháp tính toán trào lưu công suất phi tuyến (AC load flow) đề tính toán phân tích khả năng vận hành an toàn của hệ thống điện.
2.9. Công cụ phân tích
- Thu thập số liệu đầu vào từ chương trình đo xa DSPM để thu thập thông số phụ tải.
- Sử dụng chương trình Mô phỏng tính toán thông số hệ thống điện PSS/E để tính toán khả năng vận hành an toàn của lưới điện 110kV.
2.9.1. Giới thiệu và ứng dụng của phần mềm mô phỏng PSS/E
PSS/E (Power System Simulator for Engineering) được Siemens Power Technologies International (Siemens PTI) phát triển, là chương trình mô phỏng hệ thống điện trên máy tính nhằm mục đích tính toán nghiên cứu phục vụ vận hành cũng như quy hoạch hệ thống điện.
– Các tính năng của chương trình:
+ Tính toán trào lưu công suất.
+ Nghiên cứu các loại sự cố N-1, N-2, N-1-1.
+ Tối ưu hóa trào lưu công suất.
+ Tính toán ngắn mạch.
+ Mô phỏng quá trình quá độ điện cơ.
+ Mô phỏng ổn định.
– Đối với phần tính toán trào lưu công suất, thông qua giao diện của PSS/E, còn có thêm các chức năng phân tích sau:
+ Truy cập mở.
+ Phân tích sự cố.
+ Tương đương hóa hệ thống. Các sơ đồ một sợi Online.
+ Các chương trình tự động.
2.9.2.Phương pháp tính của phần mềm
Chương trình PSS/E [11] dựa trên các lý thuyết về năng lượng để xây dựng các mô hình cho các thiết bị trong hệ thống điện với các mô hình một sợi và hệ đơn vị tương đối. Trong PSS/E để tiến hành mô phỏng và tính toán các quá trình xảy ra trong hệ thống, ta thực hiện các bước sau:
- Bước 1: Phân tích các thiết bị vật lý (đường dây truyền tải, máy biến áp,…) để thực hiện việc mô phỏng và tính toán các thông số đặc trưng.
- Bước 2: Chuyển các mô hình vật lý đã được nghiên cứu thành dữ liệu đầu vào cho chương trình PSS/E. .
- Bước 3: Sử dụng các chương trình của PSS/E để xử lý dữ liệu, thực hiện tính toán và xuất kết quả.
- Bước 4: Chuyển đổi kết quả tính toán thành các thông số cho các thiết bị thực đã dùng để mô phỏng ở bước 1.
Thuật toán chính của PSS/E là các phương pháp lặp, áp dụng cho việc phân tích hệ thống ở chế độ xác lập, là tiền đề cho việc phân tích vận hành an toàn của hệ thống.
2.9.3. Chương trình tính toán trào lưu công suất trong phần mềm PSS/E
Chương trình tính toán trào lưu công suất của phần mềm PSS/E sử dụng thuật toán dựa trên hai phương pháp lặp phổ biến là Gauss – Seidel và Newton – Raphson với 05 phương pháp:
- Phương pháp Gauss – Seidel.
- Phương pháp Modified Gauss – Seidel (Gauss – Seidel cải tiến).
- Phương pháp Full Newton – Raphson (Newton – Raphson đầy đủ).
- Phương pháp Decoupled Newton – Raphson (Newton – Raphson tách biệt).
- Phương pháp Fixed slope decoupled Newton – Raphson (Newton – Raphson tách biệt cố định độ dốc).
Mỗi phương pháp kể trên có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp nào để giải bài toán trào lưu công suất sẽ tuỳ thuộc vào bản chất vấn đề.
2.9.3.1. Phương pháp Gauss – Seidel (SOLV)
- Hội tụ chậm, điều này có thể cải thiện bằng hệ số tăng tốc.
- Có thể sử dụng để đánh giá sơ bộ điện áp ban đầu và các vấn đề về công suất phản kháng.
- Chấp nhận các sai số dữ liệu.
2.9.3.2. Phương pháp Modified Gauss – Seidel (MSLV)
2.9.3.3. Phương pháp Full Newton – Raphson (FNSL)
2.9.3.4. Phương pháp lặp Decoupled Newton – Raphson (NSOL)
2.9.3.5. Phương pháp Fixed slope decoupled Newton – Raphson (FDNS)
Các ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp được nêu ở phía trên, đối với hệ thống điện Việt Nam nên sử dụng phương pháp Full Newton – Raphson và Fixed slope decoupled Newton – Raphson cho chương trình tính toán trào lưu công suất trong phần mềm PSS/E.
PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN 100KV
TỈNH QUẢNG NAM XÉT ĐẾN 2025
3.1. Phân tích an toàn lưới điện 110kV hiện hữu
3.1.1. Xét chế độ vận hành bình thường
3.1.1.1. Chế độ vận hành phụ tải cực đại vào mùa khô
Kết quả tính toán phân bố công suất và giá trị điện áp tại các nút trên hệ thống ứng với chế độ phụ tải vận hành cực đại mùa khô (362MW) vào ngày 03/07/2019 bằng phần mềm PSS/E.
Trạng thái vận hành bình thường các đường dây đều vận hành non tải. Đường dây mang tải nhiều nhất là Đường dây Đà Nẵng 500 đi Dốc Sỏi truyền tải công suất cấp điện cho tỉnh Quảng Nam trong đó có đoạn Tam Thăng-Tam Kỳ 220 vận hành 57,5 MW tương ứng mức mang tải 54,5%. Điện áp tại các nút trong hệ thống nằm trong giới hạn cho phép 114 kV đến 118 kV.
Các MBA 110kV trong chế độ vận hành này khá cao, gần đầy tải: MBA 110kV Tam Kỳ T2(25MW), MBA 110kV Kỳ Hà T2 (40MW), MBA 110kV Thăng BìnhT2 (25MW), MBA 110kV Đại Lộc T1 (40MW), MBA 110kV Đại Lộc T1 (25MW), MBA 110kV Hội An T1 (40MW), MBA 110kV Hội An T2 (40MW).
3.1.1.2. Chế độ vận hành công suất phát của cụm thủy điện ở mức cao về mùa mưa
– Phân bố công suất và giá trị điện áp tại các nút trên hệ thống ứng với chế độ phụ tải vận hành cực đại mùa mưa vào ngày 03/10/2019. Ở trạng thái vận hành bình thường các đường dây đều vận hành non tải. Các đường dây này truyền tải công suất phát các nhà máy thủy điện lên TBA Đà Nẵng 500kV.
– Đường dây mang tải nhiều nhất là Đường dây 178/Đà Nẵng 500 – 171/Đại Lộc đạt 60,6%.
– Điện áp tại các nút trong hệ thống nằm trong giới giạn cho phép 114 kV đến 118kV.
3.1.2. Phân tích an toàn lưới điện xét chế độ sự cố N-1
Vận hành an toàn hệ thống điện khi xảy ra sự cố trên bất kỳ phần tử nào trong hệ thống điện đảm bảo vận hành bình thường.
Sau khi xảy ra một sự cố, hệ thống điện có thể rơi vào các tình trạng vận hành:
- Bình thường: Khi hệ thống điện có thể tự cân bằng sau sự cố mà không gây quá tải cho phần tử nào
– Nghiêm trọng: Khi một vài phần tử như đường dây, máy biến áp bị quá tải và có khả năng bị hư hại.
– Cực kỳ nghiêm trọng: Khi hệ thống điện trở nên mất cân bằng và có khả năng dẫn đến rả lưới.
Nhằm đảm bảo cấp điện an toàn, liên tục đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế – xã hội hiện nay, hệ thống điện cần đảm bảo vận hành đáp ứng tiêu chí N-1.
Khi chạy chương trình ở chế độ sự cố N-1 và tính toán sự cố trên tất cả các đường dây để căn cứ xếp loại các sự cố theo các nhóm sau:
- Nhóm các xuất tuyến hình tia:
– Đường dây Dốc Sỏi-Kỳ Hà.
– Đường dây Điện Nam Điện Ngọc-Hội An.
Các xuất tuyến hình tia cấp điện các nhánh rẽ và TBA 110kV nên khi sự cố trên các đường dây này ít ảnh hưởng đến vận hành toàn hệ thống điện tỉnh Quảng Nam
- Nhóm các xuất tuyến đấu nối vào nhà máy thủy điện:
Đối với các xuất tuyến hình tia đấu nối các nhà máy thủy điện khi sự cố trên các đường dây này sẽ ngưng truyền tải công suất phát của các nhà máy lên lưới điện dẫn đến sẽ thay đổi phân bố công suất truyền tải trên các đường dây ảnh hưởng đến tổn thất và điện áp tại một số nút trên lưới điện Quảng Nam.
c. Nhóm các xuất tuyến nối mạch vòng:
Lưới điện 110kV Quảng Nam với 02 đường dây nối mạch vòng giữa các TBA bao gồm:
- Đường dây TBA Đà Nẵng 500 đi Dốc Sỏi 500
Kết quả phân tích cho thấy các trường hợp sự cố trên đoạn đường dây 110 kV từ Đà Nẵng 500 – Điện Bàn và Tam Thăng – Tam Kỳ là những trường hợp sự cố nguy hiểm gây ra quá tải trên các đường dây và có thể gây mất an toàn cung cấp điện cho nhiều trạm biến áp 110 KV.
- Sự cố trên đường dây Đà Nẵng-Điện Bàn vào mùa khô làm quá tải các cung đoạn đường dây:
- Thăng Bình đi Tam Thăng vận hành công suất 101,3 MW mức tải 111,5%
- Tam Thăng đi Tam Kỳ 220kV vận hành công suất 111,7 MW mức tải 121,1%
- Sự cố trên cung đoạn Điện Bàn – Duy Xuyên làm các cung đoạn đường dây vận hành đầy tải:
- Thăng Bình đi Tam Thăng vận hành công suất 82,8 MW mức tải 89,6%
- Tam Thăng đi Tam Kỳ 220kV vận hành công suất 94,2 MW mức tải (99,0%)
- Sự cố trên cung đoạn Thăng Bình – Tam Thăng làm các cung đoạn đường dây vận hành đầy tải:
- Đà Nẵng 500kV đi Điện Bàn vận hành công suất 100,5 MW mức tải 99,1%
- Điện Bàn đi Duy Xuyên vận hành công suất 84.7MW mức tải (85,1%)
- Sự cố trên cung đoạn Tam Thăng – Tam Kỳ 220kV làm các cung đoạn đường dây vận hành quá tải:
- Đà Nẵng 500kV đi Điện Bàn vận hành công suất 111,0MW mức tải 109,8%
- Điện Bàn đi Duy Xuyên vận hành công suất 94,9MW mức tải (95,7%)
- Tam Kỳ đi Tam Kỳ 220kV vận hành công suất 94,9MW mức tải (84,5%)
- Đường dây Đà Nẵng 500 – Thạnh Mỹ 220kV
Sự cố trên cung đoạn Thạnh Mỹ 220kV đi Sông Côn 2 cung đoạn đường dây Thạnh Mỹ 220kV đi XM Thạnh Mỹ vận hành công suất 34,6 MW mức tải 53,9%
Sự cố trên cung đoạn Sông Côn 2 đi Đại Lộc cung đoạn đường dây Đại Lộc đi trụ 38 (Rẽ NĐ Nông Sơn) vận hành công suất 66,8 MW mức tải 56%, XM Thạnh Mỹ đi Thạnh Mỹ 220kV vận hành công suất 29,1 MW mức tải 54,3%, Thạnh Mỹ 220kV đi Sông Côn vận hành công suất 29,1 MW mức tải 54,3%
3.1.3. Nhận xét
- Nhóm các xuất tuyến hình tia cấp điện phụ tải khi sự cố mất điện phụ tải và không ảnh hưởng đến hệ thống nên ta không xem xét các xuất tuyến này.
- Đối với nhóm xuất tuyến đấu nối thủy điện khi sự cố tách nhà máy thủy điện ra khỏi hệ thống, thiếu hụt công suất và thay đổi phân bố công suất trên hệ thống.
- Đối với các xuất tuyến nối mạch vòng xét chế độ sự cố N-1 thì có đường dây vận hành quá tải Thăng Bình – Tam Kỳ 200 và Đà Nẵng 500- Điện Bàn cần có giải pháp để chống quá tải.
Nhằm chủ động trong công tác điều hành xử lý khi có sự cố xảy, tác giả phân nhóm sau:
- Nhóm 1: Gồm các xuất tuyến có mức mang tải sau sự cố từ dưới 80% mức tải cho phép. Đối với nhóm này vận hành ở mức tải an toàn.
- Nhóm 2: Gồm các xuất tuyến có mức tải 80% đến dưới 90% mức tải cho phép. Nhóm này có nguy cơ nhưng chưa đến mức nguy hiểm cho hệ thống.
- Nhóm 3: Gồm các xuất tuyến có mức tải từ 90% trở lên. Các xuất tuyến này có nguy cơ sự cố khi phụ tải dao động sẽ gây quá tải các xuất tuyến còn lại nếu không được xử lý kịp thời sẽ xảy ra hiện trường hợp rả lưới.
3.2. Phân tích an toàn lưới điện 110kV xét đến 2025
3.2.1. Các dự án triển khai trong giai đoạn 2019-2025
- Xây dựng mới 5TBA 110 kV với tổng công suất 271MVA.
- Nâng dung lượng 6TBA 110 kV với tổng công suất 225MVA
3.2.2. Dự báo phụ tải khu vực tỉnh Quảng Nam đến năm 2025
Tốc độ tăng trưởng công suất của tỉnh Quảng Nam giai đoạn 2015 – 2019 là 11,83%. Theo phương pháp ngoại suy theo thời gian tính đến năm 2025 tổng công suất phụ tải của Công ty Điện lực Quảng Nam 708 MW.
Căn cứ số liệu quy hoạch theo sơ đồ điện VII kèm theo quyết định 1100QĐ-BCT tổng công suất phụ tải dự báo năm 2025 của Công ty Điện lực Quảng Nam 704 MW tương đương với phương pháp dự báo ngoại suy theo thời gian.
3.2.3. Sơ đồ lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam xét đến 2025
3.2.3.1. Vận hành lưới điện ở chế độ bình thường
Tính toán với các phụ tải năm 2025 với chế độ vận hành bình thường đường dây từ Đà Nẵng 500 – Điện Bàn vận hành với mức tải cao 103 MW, tương đương 104%. Điện áp tại các nút đảm bảo trong giới hạn cho phép 112,84kV. Các đường dây còn lại vận hành đảm bảo an toàn.
+ Khi sự cố đường dây Tam Kỳ 220 – Thăng Bình làm đường dây Đà Nẵng 500 – Điện Bàn vận hành mức tải từ 106,03 MW tương ứng mức mang tải 107,10%. Điện áp trong giới hạn cho phép. Các đường dây khác vận hành bình thường
+ Khi sự cố trên đường dây Điện Bàn-Duy Xuyên 220 làm đường dây Đà Nẵng 500-Điện Bàn vận hành mức tải từ 114,84 MW tương ứng mức mang tải 99,00%. Điện áp trong giới hạn cho phép. Các đường dây khác vận hành bình thường.
3.3. Kết luận
Phân tích các kết quả tính toán trào lưu công suất ở các chế độ vận hành của hệ thống điện 110 kV Quảng Nam hiện trạng và xét đến thay đổi cấu trúc lưới cùng với sự gia tăng phụ tải đến năm 2025, tác giả rút ra một số nhận xét sau:
- Sơ đồ hiện trạng và phụ tải mùa khô năm 2019:
- Trong chế độ bình thường các xuất tuyến vận hành an toàn và điện áp các nút trong hệ thống đều nằm trong giới hạn cho phép (114 – 118) kV.
- Trong chế độ sự cố N-1 khi sự cố trên đường dây 110kV Đà Nẵng 500 – Điện Bàn – Duy Xuyên làm đường dây Thăng Bình – Tam Thăng- Tam Kỳ 220 mang tải đến 121% và Điện áp dao động trong khoảng (100.51-109.41) kV, thấp hơn giới hạn cho phép.
- Trường hợp, sự cố đường dây Tam Thăng-Tam Kỳ 220 làm quá tải đường dây từ Đà Nẵng 500-Điện Bàn-Duy Xuyên và Điện áp dao động trong khoảng (109.70-109.90) kV, dưới giới hạn cho phép.
- Với sơ đồ quy hoạch và phụ tải xét đến năm 2025:
- Trong chế độ bình thường đường dây từ Đà Nẵng 500 đến Điện Bàn vận hành quá tải 104%. Các xuất tuyến vận hành an toàn và điện áp các nút trong hệ thống đều nằm trong giới hạn cho phép (114 – 118)kV;
- Khi sự cố đường dây Tam Kỳ 220kV-Thăng Bình và Điện Bàn 2- Duy Xuyên làm quá tải đường dây Đà Nẵng 500- Điện Bàn.
Tóm lại với kết lưới hiện trạng chưa đảm bảo tiêu chí sự cố N-1. Xét đến 2025 trong chế độ vận hành bình thường và chế độ sự cố vẫn có xuất tuyến vận hành quá tải và điện áp dưới mức cho phép.
CHƯƠNG 4
CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ
VẬN HÀNH AN TOÀN LƯỚI ĐIỆN TỈNH QUẢNG NAM
4.1. Đề xuất giải pháp nâng cao khả năng vận hành an toàn lưới điện 110 kV Quảng Nam
Qua phân tích sự vận hành an toàn lưới điện 110 kV Quảng Nam khi sự cố trên đường dây nối mạch vòng làm cho các đường dây còn lại vận hành quá tải cụ thể:
– Sự cố trên đường dây Đà Nẵng 500- Điện Bàn gây quá tải Thăng Bình – Tam Kỳ 220. Trong đó đường dây Thăng Bình – Tam Thăng (111,4%), Tam Thăng-Tam Kỳ 220 (121,10%).
– Sự cố trên đường dây Tam Thăng- Tam Kỳ gây quá tải Đà Nẵng 500- Điện Bàn (109,70%).
Nhằm đảm bảo vận hành an toàn lưới điện đáp ứng nhu cầu sử dụng điện phục vụ phát triển kinh tế xã hội tỉnh Quảng Nam, tác giả đề xuất các giải pháp như sau:
- Phát triển năng lượng mặt trời trên mái nhà tại CCN Tây An huyện Duy Xuyên và KCN Tam Thăng thành phố Tam Kỳ.
- Đầu tư cải tạo đường dây 110kV từ Đà nẵng 500 đi Duy Xuyên thành mạch kép 2xACSR300.
4.2. Đánh giá các giải pháp đảm bảo vận hành an toàn lưới điện 110kV Quảng Nam
4.2.1. Phát triển năng lượng mặt trời trên mái nhà tại CCN Tây An huyện Duy Xuyên và KCN Tam Thăng thành phố Tam Kỳ
4.2.1.1. Quy mô phát triển điện mặt trời
– Cụm công nghiệp Tây An, KCN Tam Thăng có nhiều nhà máy với tổng diện tích mái nhà.459,0 35m2 với tổng công suất 20,8MWp trong đó:
+ Cụm công nghiệp Tây An có nhiều nhà máy với tổng diện tích mái nhà 78.210m2 đề xuất khuyến khích các doanh nghiệp lắp điện mặt trời dự kiến 30% diện tích mái nhà với công suất tương đương 3 MWp.
+ Khu công nghiệp Tam Thăng có nhiều nhà máy với tổng diện tích mái nhà 380.825 m2 đề xuất khuyến khích các doanh nghiệp lắp điện mặt trời dự kiến 50% diện tích mái nhà với công suất tương đương 20,8MWp.
4.2.1.2. Đánh giá hiệu quả giải pháp
Quy mô phát triển năng lượng điện mặt trời tại CCN Tây An và KCN Tam Thăng (20,8 MWp).
Sau khi phát triển nguồn điện mặt trời tại CCN Tây An và KCN Tam Thăng đã giảm tải các cung đoạn đường dây 110kV thuộc xuất tuyến Đà Nẵng 500 đi Dốc Sõi 500.
– Đường dây Thăng Bình-Tam Thăng giảm mức tải từ 111,3MW xuống 95,7MW tương ứng giảm mức mang tải 111,4% xuống 101,4% khi sự cố trên đường dây Đà Nẵng 500 đi Điện Bàn.
– Đường dây Tam Thăng-Tam Kỳ giảm mức tải từ 111,7MW xuống 105,93MW tương ứng giảm mức mang tải 121,1% xuống 90,8% khi sự cố trên đường dây Đà Nẵng 500 đi Điện Bàn.
– Đường dây Đà Nẵng 500-Điện Bàn giảm mức tải từ 111,0MW xuống 83,00MW tương ứng mức tải 109,7% xuống 83,2% khi sự cố trên ĐZ Tam Thăng đi Tam Kỳ 220.
– Đường dây Điện Bàn-Duy Xuyên giảm mức tải từ 94,9MW xuống 67,80MW tương ứng mức tải giảm từ 95,6% xuống 68,3% khi sự cố trên ĐZ Tam Kỳ-Tam Kỳ 220.
4.2.2. Đầu tư cải tạo đường dây 110kV Đà Nẵng 500 – Điện Bàn-Duy Xuyên và Duy Xuyên đi Tam Kỳ 220
4.2.2.1. Quy mô đầu tư
– Cải tạo đường dây 110kV Đà Nẵng 500 – Điện Bàn-Duy Xuyên thành mạch kép 2xACSR300.
– Cải tạo đường dây110kV Duy Xuyên – Tam Kỳ 220 thành mạch kép 2xACSR240.
4.2.2.2. Đánh giá hiệu quả giải pháp
Sau khi đầu tư cải tạo đường dây 110kV từ Đà Nẵng 500 đi Duy Xuyên và đường dây từ Duy Xuyên đi Tam Kỳ 220 đã giảm tải cho các đường dây còn lại.
– Đường dây Thăng Bình-Tam Thăng giảm mức tải từ 111,3MW xuống 49,0MW tương ứng giảm mức mang tải 111,4% xuống 43,4% khi sự cố trên đường dây Đà Nẵng 500 đi Điện Bàn.
– Đường dây Tam Thăng-Tam Kỳ giảm mức tải từ 111,7MW xuống 53,90MW tương ứng giảm mức mang tải 121,1% xuống 47,2% khi sự cố trên đường dây Đà Nẵng 500 đi Điện Bàn.
– Đường dây Đà Nẵng 500-Điện Bàn giảm mức tải từ 111,0MW xuống 53,80MW tương ứng giảm mức mang tải 109,7% xuống 37,6% khi sự cố trên đường dây Tam Thăng đi Tam Kỳ 220.
– Đường dây Điện Bàn-Duy Xuyên giảm mức tải từ 94,9MW xuống 46,20MW tương ứng giảm mức mang tải 95,6% xuống 32,6% khi sự cố trên đường dây Tam Kỳ đi Tam Kỳ 220.
Trên cơ sở đánh giá, phân tích các giải pháp đề xuất tác giả nhận thấy cả hai giải pháp đề xuất có thể giúp cho lưới điện 110 kV Quang Nam vận hành An toàn, đảm bảo các các thông số vận hành nằm trong giới hạn cho phép.
KẾT LUẬN
Tỉnh Quảng Nam với định hướng phát triển kinh tế tập trung các khu công nghiệp và dịch vụ du lịch với yêu cầu chất lượng điện ngày càng cao, việc cung cấp điện an toàn, liên tục, tin cậy cho các phụ tải là một trong những ưu tiên hàng đầu của cả chính quyền địa phương và Công ty Điện lực Quảng Nam.
Việc tính toán vận hành an toàn lưới điện 110KV nhằm có cơ sở xây dựng hệ thống điện đảm bảo khả năng truyền tải công suất trong điều kiện sự cố các phần tử trong hệ thống và đáp ứng được nhu cầu về năng lượng, tạo điều kiện tối ưu cho sự phát triển kinh tế, xã hội trên địa bàn tỉnh Quảng Nam.
Phạm vi của đề tài đã tập trung vào tìm hiểu, thu thập số liệu hệ thống điện 110kV tại tỉnh Quảng Nam xét đến 2025, ứng dụng phần mềm PSS/E để mô phỏng hệ thống và thực hiện các tính toán trào lưu công suất, tính toán sự cố chế độ N-1 trong hệ thống, có xét đến quy hoạch năm 2025. Qua các kết quả tính toán, có thể đúc kết lại các nội dung chính sau:
- Chế độ vận hành bình thường
- Trào lưu công suất:
Tính toán với phụ tải cực đại mùa khô vào ngày 12/7/2019 và mùa mưa ngày 3/10/2019 xét chế độ vận hành bình thường các phần tử trong hệ thống đều làm việc ở các giới hạn cho phép, ngoại trừ một số máy biến áp MBA Kỳ Hà T2, Tam Kỳ T2, Đại Lộc T1, T2, Hội An T1, T2 có nhu cầu phụ tải cao phải mang tải nặng trên 80%.
- Điện áp các nút:
Ở các chế độ vận hành bình thường, điện áp các nút trong hệ thống đều nằm trong giới hạn vận hành cho phép.
- Tính toán ở chế độ sự cố N-1:
- Khi sự cố, công suất cực đại một số đường dây như Đà Nẵng 500- Duy Xuyên, Thăng Bình – Tam Thăng-Tam Kỳ 220 vận hành quá tải và chưa đáp ứng được tiêu chí N-1.
- Các sự cố nguy hiểm cho hệ thống tập trung trên mạch vòng Đà Nẵng 500 – Dốc Sỏi. Khi sự cố đoạn đường dây Đà Nẵng-Điện Bàn hoặc Tam Thăng-Tam Kỳ 220 thì một số xuất tuyến còn lại quá tải.
Sau khi phân tích các sự cố N-1 và xét các nhóm sự cố có thể gây nguy hiểm, tác giả đã đề xuất một số giải pháp để chống quá tải các đường dây và giảm thiểu hậu quả khi các sự cố này xảy ra, tác giả đã đề xuất hai giải pháp giúp nâng cao khả năng vận hành an toàn của hệ thống, đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục, tin cậy đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của địa phương.
- Giải pháp 1: Phát triển các hệ thống điện mặt trời áp mái lắp đặt trên mái nhà xưởng của các cơ sở sản xuất tại các CCN Tây An huyện Duy Xuyên và KCN Tam Thăng thành phố Tam Kỳ với tổng công suất lắp đặt 23,8 MWp
- Giải pháp 2: Nâng cấp cải tạo đường dây 110kV Đà Nẵng 500 – Tam Kỳ 220 thành mạch kép trong đó xây dựng mới mạch thứ 2 đi chung trụ với đường dây sẵn có và nâng tiết diện đường dây hiện có từ ACSR 185 lên ACSR240.
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KY THUAT DIEN\LE VAN TAN
