Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 MỤC LỤC MỤC LỤC… Lời cảm ơn… Lời cam đoan MỞ ĐẦU… Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HTĐ, LƯỚI 500KV VIỆT NAM I Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2005-2010 1.1 Hiện trạng tiêu thụ điện toàn quốc giai đoạn 2005-2010 1.2 Tình hình sản xuất điện tồn quốc giai đoạn 2005-2010 10 1.3 Hiện trạng lưới điện 500kV toàn quốc 13 II Phát triển nguồn lưới điện 500kV giai đoạn 2011-2015 17 2.1 Phát triển nguồn điện giai đoạn 2011-2015 1Error! Bookmark not defined 2.2 Phát triển lưới điện 500kV Việt Nam giai đoạn 2011-2015 21 Chương 2: KHÁI NIỆM ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG 29 I Các chế độ Hệ thống điện, khái niệm ổn định 29 1.1 Các chế độ Hệ thống điện 29 1.2 Các khái niệm ổn định 29 II Mục tiêu khảo sát ổn định 30 III Hậu cố ổn định 31 IV Sơ lược biện pháp nâng cao ổn định 32 Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 V Các phương pháp khảo sát ổn định 32 VI Phương pháp phân tích ổn định động 35 6.1 Các kích động lớn hệ thống điện 35 6.2 Điện kháng sức điện động máy phát điện 36 6.3 Sơ đồ thay hệ thống điện ngắn mạch3Error! Bookmark not defined 6.4 Chọn điểm ngắn mạch 38 6.5 Khảo sát ổn định động hệ thống điện đơn giản 39 6.5.1 Đặc tính công suất 39 6.5.2 Quá trình độ máy phát điện xảy ngắn mạch 42 Chương 3: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN 500kV VIỆT NAM BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PSS/E 29 44 I Giới thiệu chương trình tính tốn PSS/E 44 II Tổng quan cách tính 46 2.1 Tính tốn chế độ xác lập trước cố 47 2.2 Số liệu động 47 2.3 Kiểm tra số liệu 57 2.4 Chạy chương trình mơ 58 2.5 Phân tích ổn định động 59 III Trình tự bước tính tốn mơ ổn định động chương trình PSS/E .60 3.1 Phương pháp tính tốn 60 Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 3.2 Chuẩn bị Các file cần thiết, sơ đồ khối tính tốn chương trình 62 3.3 Các bước tính tốn 64 3.4 Xem kết tính tốn 71 3.5 Mô trường hợp cố Error! Bookmark not defined.2 IV Các kết tính tốn đánh giá 74 KẾT LUẬN CHUNG 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC PHỤ LỤC Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập, nghiên cứu Khoa Điện - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, giúp đỡ thầy cô đồng nghiệp luận văn cao học tơi đến hồn thành Với tất kính trọng lịng biết ơn sâu sắc, cho phép gửi lời cảm ơn chân thành tới:  Thầy giáo PGS-TS Trần Bách –Khoa Điện Trường Đại học Bách khoa Hà Nội  Các thầy, cô giáo khoa Điện, cán Trung tâm đào tạo bồi dưỡng sau đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện cho hoàn thành luận văn  Sự giúp đỡ lãnh đạo đồng nghiệp Ban Kế hoạch Ban khác Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia quan tâm, động viên tạo điều kiện cho tơi q trình thực hoàn thành luận văn Hà Nội, tháng 02 năm 2012 Học viên Lê Nam Bình Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu, tính tốn riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố Tác giả Lê Nam Bình Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 MỞ ĐẦU Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030 (Tổng Sơ đồ VII) Thủ tướng Chính phủ phê duyệt định số 1208/QĐ-TTg ngày 21/7/2011, riêng giai đoạn 2011-2015 khối lượng đường dây trạm biến áp 500/220kV cần đưa vào vận hành lớn (17.100MVA trạm 500kV; 3.833km đường dây 500kV, 35.800MVA trạm 220kV; 10.637km đường dây 220kV) Mặt khác mùa khô giai đoạn 2013-2015, miền Nam cần huy động lượng lớn công suất tăng dần từ 2760MW (năm 2013) lên đến 3957MW (năm 2014) tăng cao năm 2015 Lượng công suất cần truyền tải từ miền Bắc, Tây Nguyên vào miền Nam thông qua đường dây 500/220kV đặc biệt qua trạm biến áp 500kV Pleiku công suất 3x450MVA (Gia Lai) Như với khối lượng xây dựng cơng trình lưới điện truyền tải lượng công suất truyền tải lớn song song với tính tốn trào lưu cơng suất, thiết kế lưới điện việc khảo sát phân tích ổn định động để đảm bảo an toàn vận hành chỉnh định hệ thống bảo vệ cần thiết Do thời gian hạn chế quy mô lớn hệ thống điện Quốc gia, khuôn khổ luận văn tác giả tập trung nghiên cứu phân tích đánh giá khả đảm bảo ổn định hệ thống thông qua giả lập số trường hợp cố xảy đường dây 500kV nối với trạm biến áp 500kV Pleiku có xét thêm vài trường hợp cố xung quanh trạm biến áp 500kV lớn thuộc miền Nam, Bắc Ngồi ra, mục tiêu tính tốn ổn định động tìm tc quan trọng cần thiết để phục vụ cho việc chỉnh định hệ thống bảo vệ Vì luận văn đưa thêm vấn đề nghiên cứu chạy chương trình mơ tả nhiều lần để dị tìm tc Để thực phân tích ổn định động cho hệ thống điện toàn quốc luận văn sử dụng chương trình PSS/E (Power System Similator for Engineering) hãng PTI (Mỹ) Thông qua việc mô tả máy phát, đường dây, trạm biến áp phụ tải chương trình tự động thiết lập phương trình vi phân cho phép phân tích phản ứng hệ thống có biến động lớn xảy Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 Về nội dung luận văn bao gồm chương phụ lục, cụ thể sau: Chương 1: Giới thiệu chung lưới điện 500kV Việt Nam bao gồm trạng lưới điện, tình hình tiêu thụ, sản xuất điện tồn quốc giai đoạn 20052010; kế hoạch phát triển nguồn lưới điện 500kV giai đoạn 2011-2015 Chương 2: Đưa khái niệm chung ổn định hệ thống điện, mục tiêu khảo sát ổn định, hậu ổn định, phương pháp khảo sát ổn định biện pháp nâng cao ổn định hệ thống Chương 3: Mơ tả chi tiết phương pháp q trính sử dụng chương trình PSS/E để tính tốn khảo sát ổn định động hệ thống bao gồm bước chuẩn bị, tiêu chuẩn tính tốn, giả thiết cố đưa kết tính tốn, từ rút nhận xét, kết luận chung kết Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HTĐ, LƯỚI 500KV VIỆT NAM I HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM GIAI ĐOẠN 2005-2010: 1.1 Hiện trạng tiêu thụ điện toàn quốc giai đoạn 2005-2010 Trong năm qua sản lượng điện thương phẩm cung cấp cho ngành kinh tế sinh hoạt nhân dân không ngừng tăng lên Điện thương phẩm tăng từ 44,83 tỷ kWh năm 2005 lên tới 87,86 tỷ kWh năm 2010, năm tăng gấp gần 1.96 lần Tuy nhiên nhìn chung năm 2007 đến năm 2009, tốc độ tiêu thụ điện không tăng mạnh lạm phát kinh tế gia tăng Tình hình tiêu thụ điện toàn quốc giai đoạn 2005 – 2010 thể bảng sau: Bảng 1.1: Tiêu thụ điện toàn quốc giai đoạn 2005-2010 STT Danh Mục Tổng thương phẩm (GWh) Tốc độ tăng trưởng Công suất cực đại (MW) Tốc độ tăng trưởng 2005 2006 2007 2008 2009 2010 44837 51295 58412 65890 76046 87860 13,2% 14,4% 13,8% 12,8% 14.3% 15,2% 9255 12636 13867 16048 10187 11286 11,7% 10,1% 10,8% 11,96% 11,9% 15,72% Từ năm 2005 đến 2010, công suất cực đại qua năm tăng với tốc độ thấp nhu cầu điện thương phẩm Năm 2005 công suất cực đại toàn hệ thống 9.255MW, năm 2010 đạt 16.048 MW Cơ cấu tiêu thụ điện toàn quốc giai đoạn 2005-2010 chi tiết cho bảng Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 Bảng 1.2 Cơ cấu tiêu thụ điện toàn quốc giai đoạn 2005-2010 STT I Danh Mục Điện Tiêu Thụ (GWh) 2005 2006 2008 2009 2010 44837 51295 58412 65926 76046 87860 700 791,8 Nông nghiệp 579 Công nghiệp 20553 24290 29152 33110 38501 45104,2 2200,3 2476 3512 T.Mại & K/Sạn, Nh/Hàng Quản lý & T.dùng dân cư Các hoạt động khác II Cơ cấu Tiêu Thụ (%) 560 2007 566 2809 661,4 3228,5 19674,6 22015 23925 26602 4314,9 30534 34237,1 1830 1954 1961 2324 2799 3412,2 Nông nghiệp 1,3 1,1 1 0,9 0,9 Công nghiệp 45,8 47,4 49,9 50,1 50,6 51,3 4,9 4,8 4,8 4,9 4,6 4,9 43,9 42,9 41 40,4 40,2 39 4,1 3,8 3,4 3,5 3,7 3,9 T.Mại & K/Sạn, Nh/Hàng Quản lý & T.dùng dân cư Các hoạt động khác Theo đó: từ năm 2005 đến nay, tỷ lệ điện dùng cho quản lý tiêu dùng dân cư có xu hướng giảm dần, tỷ lệ điện dùng cho công nghiệp khối thương mại hoạt động khác lại tăng Tỷ trọng điện cung cấp cho sinh hoạt gia dụng giảm dần từ 43,9% năm 2005 xuống 39% năm 2010, đó, tỷ trọng điện cơng nghiệp tăng từ 45,8% năm 2005 lên 51,3% năm 2010 Tuy cấu điện sinh hoạt có giảm chênh lệch công suất cao thấp điểm hệ thống 2,5 lần, điều làm cho việc vận hành hệ thống điện khó khăn khơng kinh tế, đồng thời tạo nên sức ép lớn đầu tư nguồn lưới điện để đáp ứng nhu cầu phụ tải 3-4 cao điểm Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 Hiện nay, theo xu chung phát triển kinh tế, tỉ trọng công nghiệp thương mại dịch vụ ngày tăng lên tỉ trọng nông nghiệp tiêu dùng dân cư ngày giảm Hình 2.1 Cơ cấu tiêu thụ điện năm 2005 năm 2010 Cơcấu cấutiêu tiêuthụ thụđiện điệnnăm năm2010 2006 Cơ Cơ cấu tiêu Cơ tiêu thụ thụđiện điệnnăm năm2001 2005 Các hoạt động khác 4% 4.1% Nông nghiệp 2% 1.3% Quản lý & T.dùng dân cư 43.9% 48% 1.2 Các hoạt động khác 4% Công nghiệp 41% 45.8% Quản lý & T.dùng dân cư 43% 39% T.Mại & K/Sạn, Nh/Hàng 4.9% 5% Nông nghiệp 1% Công nghiệp 47% 51 T.Mại & K/Sạn, Nh/Hàng 4.9% 5% Tình hình sản xuất điện tồn quốc giai đoạn 2005-2010 Đến cuối năm 2005, tổng công suất đặt nhà máy điện (NMĐ) 9255MW Trong năm 2005, Phú Mỹ – 733MW tổ máy - 39MW thuỷ điện Cần Đơn (IPP) vào vận hành đầu năm, có thêm số nguồn đưa vào vận hành chạy thử thời gian quý như: - Phú Mỹ - 468MW - Na Dương (IPP) - 110MW - Formosa (IPP) – 150MW - Phú Mỹ 2.2 - 733MW (vào tháng 2/2005) Tính đến tháng 12 năm 2010, cơng suất đặt tồn hệ thống 17.585MW, công suất khả dụng 16.932MW Danh sách nguồn điện có phân theo loại nhiên liệu trình bày bảng sau: 10 Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 Lệnh CHAN: Chọn kênh xuất kết (Output Channels) để theo dõi kết mô ổn định Lệnh STRT: để bắt đầu mơ phỏng: Chương trình đưa dịng thơng báo (INITIAL CONDITIONS CHECK O.K.) trường hợp lệnh START thực thành công chương trình sẵn sàng để mơ ổn định động Một số lỗi hay gặp thực lệnh START: - Mơ thiếu mơ hình máy phát - Điện kháng siêu độ dọc trục (X"d) mơ hình khơng ZSORCE file sav 70 Luận văn Cao học - Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 Thơng số kích từ bị giới hạn Lệnh RUN: bắt đầu chạy chương trình: Chú ý thơng số quan trọng như: Run to - Chương trình chạy đến thời điểm TPAUSE dừng lại; Chương trình in kết hình khoảng thời gian NPRT; Chương trình in kết tính tốn file out khoảng thời gian NPLT.Chương trình mơ từ thời điểm 0.17sec đến thời điểm sec Sau 100 bước tính in kết tính tốn hình lần sau 10 bước tích phân in kết file lần (Chọn thông số TPAUSE, NPRT, NPLT: 1, 100, 10) run AT TIME = -0.004 ENTER TPAUSE, NPRT, NPLT, CRTPLT: 1,100,10 1.4 Xem kết tính tốn Gọi chương trình PSSPLT.EXE Lệnh CHNF: mở file out để xem kết Lệnh RANG \ OK\ No more: tự động nhận giới hạn max, kết tính tốn Nên sử dụng tùy chọn xem kết tính tốn lần đầu chưa xác định đồ thị hết khung hình hay khơng 71 Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 Lệnh SLCT: chọn output chanel để xuất hình Lệnh PLOT,IN: Để xem kết Chọn 26/ MS-Windows (color) Bắt đầu từ chương trình PSS/E version 29 người sử dụng mở lúc hai cửa sổ: đồng thời tính tốn chương trình PSSDS4.EXE xem kết mơ chương trình PSSPLT.EXE 1.5 Mơ trường hợp cố Theo định nghĩa ổn định động cần mô nhiều trường hợp cố địa điểm cố để đảm bảo chắn hệ thống giữ ổn định Trong luận văn nghiên cứu trường hợp cố sau: 1.Trường hợp cố pha đường dây 500kV Pleiku – Di Linh Điểm cố gần 500kV trạm 500kV Pleiku 2.Trường hợp cố pha đường dây 500kV Hịa Bình – Nho Quan Điểm cố gần 500kV trạm 500kV Nho Quan 72 Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 3.Trường hợp cố pha đường dây Phú Mỹ - Nhà Bè Điểm cố gần 500kV trạm 500kV Nhà Bè 73 Luận văn Cao học II Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ ĐÁNH GIÁ Kịch tính tốn với trường hợp hệ thống huy động công suất cho miền Nam lên đến 3000MW mạch đường dây 500kV từ Pleiku vào miền Nam năm 2015 Với lượng cơng suất truyền tải cao, tính tốn ngắn mạch pha đường dây 500kV đấu nối đến TBA 500kV Pleiku, Nho Quan, Nhà Bè… điểm cố đầu đường dây gần Hình ảnh dao động góc lệch pha tổ máy phát điển hình miền năm 2015 trường hợp tính tốn Đối với trường hợp cố fa đường dây Pleiku – Di Linh Điểm cố gần 500kV Pleiku, kết cho thấy, thời điểm từ 0->1s máy phát thủy điện Yaly vận hành ổn định Sau đó, đến thời điểm t=1s, xảy cố pha đường dây 500kV Pleiku – Di Linh, điểm xảy cố gần trạm 500 Pleiku, góc pha máy phát bắt đầu dao động mạnh, hệ thống có nguy ổn định Sau khoảng thời gian 120ms, hệ thống rơ le bảo vệ hoạt động loại trừ cố, tách đường Pleiku – Di Linh khỏi hệ thống Kết cho thấy dao động góc pha máy phát Yaly có xu hướng tắt dần, hệ thống vận hành ổn định Tương tự giả thiết trường hợp cố khác, kết tính tốn cho thấy với cố ngắn mạch ba pha máy phát vận hành ổn định 74 Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 Dao động góc pha máy phát Yaly – Trường hợp cố fa đường dây Pleiku – Di Linh Điểm cố gần 500kV Pleiku 75 Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 Dao động góc pha máy phát Hịa Bình, Hải Phịng, Sơn La, Bn Kuop, Phú Mỹ, Vĩnh Tân – Trường hợp cố fa đường dây Pleiku – Di Linh Điểm cố gần 500kV Pleiku 76 Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 Dao động góc pha máy phát Hịa Bình, Sơn La, Yaly, Phú Mỹ – Trường hợp cố fa đường dây Hịa Bình – Nho Quan Điểm cố gần 500kV Nho Quan 77 Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 Dao động góc pha máy phát Trà Vinh, Vĩnh Tân, Yaly, Phú Mỹ, Sơn – Trường hợp cố fa đường dây Nhà Bè – Phú Lâm Điểm cố gần 500kV Nhà Bè 78 Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 Ngoài ra, mục tiêu tính tốn ổn định động tìm tc quan trọng cần thiết để phục vụ cho việc chỉnh định hệ thống bảo vệ Vì luận văn đưa thêm vấn đề nghiên cứu chạy chương trình mơ tả nhiều lần để dị tìm tc Tiếp tục xét trường hợp cố pha đường Pleiku – Di Linh với điểm cố gần trạm 500kV Pleiku, tính toán với thời gian cắt cố 120ms kết cho thấy máy phát Yaly hoạt động ổn định Tăng thời gian cắt cố lên 200ms, kết sau: Như với thời gian cắt cố t = 200ms dao động góc pha máy phát Yaly có xu hương tắt dần Tiếp tục tính tốn với t cắt cố 250ms, kết tính tốn sau: 79 Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 Như với thời gian cắt cố t = 250ms dao động góc pha máy phát Yaly có xu hương tắt dần 80 Luận văn Cao học Lê Nam Bình – Lớp CH Hệ thống điện 2009 Với t cắt cố 270ms, kết hình vẽ trên, dao động góc pha máy phát Yaly khơng có xu hướng tắt dần, hệ thống ổn định Tiếp tục tính tốn với t cắt lên tới 300ms, kết hình vẽ đây: Kết cho thấy, dao động góc pha máy phát Yaly tăng đột biến, hệ thống ổn định nghiêm trọng Như vậy, để đảm bảo vận hành hệ thống ổn định sau loại trừ cố có khả gây ổn định hệ thống cần chỉnh định thời gian cắt cố hệ thống rơ le bảo vệ