Nghiên cứu xây dựng chương trình giám sát độ dự trữ ổn định tĩnh cho hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT ĐỘ DỰ TRỮ ỔN ĐỊNH TĨNH CHO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM GIAI ĐOẠN 2015 A STUDY ON DEVELOPING A PROGRAM TO MONITOR THE STABILITY RESERVE LEVEL OF VIETNAM POWER SYSTEM IN 2015 NGÔ VĂN DƢỠNG Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Công suất tại các nút phụ tải của hệ thống điện thường xuyên thay đổi để đáp ứng nhu cầu của hộ tiêu thụ, khi phụ tải tăng đến một mức nào đó sẽ dẫn đến sụp đổ điện áp, gây mất ổn định hệ thống làm tan rã lưới. Việc xác định được độ dự trữ ổn định ứng với một trạng thái vận hành thực tế có ý nghĩa quan trọng trong quá trình quản lý vận hành hệ thống điện. Bài báo trình bày phương pháp xây dựng miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh trên mặt phẳng công suất để đánh giá độ dự trữ ổn định tĩnh cho hệ thống điện. Áp dụng xây dựng chương trình giám sát ổn định cho Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015. ABSTRACT The power at the load bus of the power system always changes to meet the electrical ulitisation demand. However, when the boost load reaches a certain level, there will be collapsing voltage, the power system becomes unstable and will be separated into small systems. Identifying the stability reserve in conformity with a certain practical operation condition is very important for management and operation the system. This paper presents a method to build a possible operation region in the power plane of load bus which works in comply with the stability limit. This method is used to build a program to monitor the stability reserve of Vietnam’s power system in 2015. 1. Đặt vấn đề Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ thì nhu cầu năng lƣợng cũng ngày một gia tăng trong đó năng lƣợng điện đóng vai trò rất quan trọng. Do đó phụ tải Hệ thống Q điện liên tục phát triển và mở rộng dẫn đến việc quản lý và vận hành hệ thống cũng ngày càng khó khăn và phức tạp hơn. Đối với các hệ thống điện nhỏ, đƣờng F dây truyền tải ngắn thì khả năng tải của các đƣờng pt dây thƣờng bị giới hạn bởi điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp, đối với các hệ thống điện lớn thì điều kiện ổn định hệ thống là yếu tố quyết định khả U U Ua năng tải của các đƣờng dây [1]. Thực tế vận hành Hình 1 32 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 cho thấy hiện tƣợng sụp đổ điện áp dẫn đến tan rã lƣới đã diễn ra đối với nhiều hệ thống điện trên Thế giới nhƣ: Ở Mỹ - Canada ngày 14/8/2003, phía Nam London ngày 28/8/2003, Nam Thuỵ Điển và Đông Đan Mạch ngày 23/09/2003, Ý ngày 28/09/2003 ..., đối với Hệ thống điện Việt Nam cũng đã xảy ra sự cố dẫn đến mất điện trên diện rộng vào các ngày 17/05/2005, 27/12/2006, 20/07/2007 và 04/09/2007 [6]. Qua phân tích cho thấy tất cả các hiện tƣợng trên đều liên quan đến mất ổn định hệ thống. Đánh giá khả năng ổn định tĩnh của hệ thống điện thƣờng đƣợc phân tích theo ổn định điện áp (sự gia tăng công suất làm giảm thấp và sụp đổ điện áp nút tải dẫn đến tan rã lƣới) và ổn định góc pha  (mất đồng bộ ở đầu cực máy phát), tuy nhiên độ dự trữ ổn định phân tích theo ổn định góc pha  thƣờng lớn hơn nhiều so với độ dự trữ ổn định phân tích theo ổn định điện áp [2,8]. Do đó để giám sát độ dự trữ ổn định của hệ thống điện Việt Nam bài báo dựa theo tiêu chuẩn ổn định điện áp để tính toán đánh giá. Vấn đề ổn định điện áp gắn liền với sự tồn tại chế độ xác lập của hệ thống, sự gia tăng phụ tải làm giảm thấp điện áp và dẫn đến mất ổn định [3,7] (không tồn tại chế độ xác lập ứng với chế độ không hội tụ của bài toán giải tích mạng điện). Mặt khác, có thể đánh giá sự biến động điện áp nút tải theo đƣờng đặc tính Q(u) nhƣ trên hình 1. Ở trạng thái xác lập QF = Qpt sẽ tồn tại 2 điểm làm việc a và b, trong đó điểm a là điểm làm việc ổn định [2], khi phụ tải tăng thì điện áp sẽ giảm dần, đến khi Qpt = Q0 điện áp U = U0 thì hệ thống sẽ ở biên giới ổn định (điểm o) và khi Qpt > Q0 thì hệ thống sẽ mất ổn định (không tồn tại chế độ xác lập). Nhƣ vậy để xác định độ dự trữ ổn định có thể sử dụng phƣơng pháp làm nặng chế độ (tăng dần phụ tải) để tìm điểm giới hạn ổn định (điểm bắt đầu xảy ra chế độ không hội tụ của bài toán giải tích mạng điện). Bài báo sử dụng phƣơng pháp này kết hợp với chƣơng trình tính toán chế độ xác lập để xây dựng miền làm việc cho phép trên mặt phẳng công suất cho các nút tải của Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015. 2. Phương pháp tính và sơ đồ thuật toán 2.1. Phương pháp xây dựng miền làm việc cho phép Qui hoạch phát triển Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015 đã đề xuất nhiều phƣơng án [4], bài báo sử dụng tổng sơ đồ VI nhƣ hình 2 để nghiên cứu xây dựng chƣơng trình giám sát ổn định. Công suất tại các nút phụ tải của hệ thống điện liên tục thay đổi theo thời gian, vấn đề đặc biệt quan tâm trong quá trình vận hành là tại mỗi thời điểm cần xác định đƣợc độ dự trữ ổn định tĩnh. Độ dự trữ ổn định vừa phụ thuộc công suất nút khảo sát, vừa phụ thuộc công suất các nút khác cũng nhƣ công suất phát của các nhà máy đang vận hành, nói chung là phụ thuộc vào trào lƣu công suất trong toàn hệ thống. Do đó để đánh giá độ dự trữ ổn định bài báo chọn phƣơng pháp xây dựng miền làm việc cho phép cho nút tải trên mặt phẳng công suất. Giả sử xây dựng đƣợc đƣờng đặc tính giới hạn ổn định hợp với hệ trục tọa độ xác định đƣợc miền làm việc cho phép trên mặt phẳng công suất nhƣ hình 3, O(Q0,P0) là một điểm làm việc ổn định (Q0, P0 là công suất nút phụ tải). Căn cứ vào khoảng cách từ O đến đƣờng giới hạn cho phép xác định đƣợc độ dự 33 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 LAI CHÂU HUỘI QUẢNG NHẬP TRUNG QUỐC VIỆT TRÌ 2x450MVA SÓC SƠN 2x900MVA QUẢNG NINH THUỶ ĐIỆN SƠN LA 450MVA SƠN LA 2x600MVA MÔNG DƢƠNG HOÀ BÌNH THUỶ ĐIỆN HOÀ BÌNH 2x450MVA THƢỜNG TÍN 2x450MVA NHO 2x450MVA QUAN HÀ TỈNH 2x450MVA NHIỆT ĐIỆN THỦ ĐỨC DI LINH 450MVA THỦ 2x900MVA VŨNG ÁN 450MVA ĐỨC SONG MÂY 2x600MVA ĐÀ NẴNG 2x450MVA TÂN ĐỊNH 2x450MVA DỐC SỎI 2x450MVA PLEIKU 2x450MVA PHÚ LÂM 2x900MVA Ô MÔN NHẬP LÀO 2x450MVA YALY ĐẮKNÔNG 2x450MVA HÓC MÔN 2x600MVA NHÀ 2x600MVA BÈ PHÚ MỸ 2x450MVA Hình 2 trữ ổn định, oa là độ dự trữ công suất tác dụng khi giữ Q không đổi, oc là độ dự trữ công suất phản kháng khi giữ P không đổi và ob là độ dự trữ ổn định khi giữ hệ số công suất không đổi. Để xác định đƣợc đƣờng đặc tính giới hạn tại một nút 34 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 phụ tải bài báo sử dụng phần mềm tính toán giải tích mạng điện và phƣơng pháp làm nặng chế độ. Giữ cố định giá trị P, tăng dần Q cho đến khi hệ thống chuyển từ trạng thái ổn định sang trạng P thái mất ổn định, tại đó xác định đƣợc một điểm trên đặc tính giới hạn, thay đổi P và tính toán tƣơng tự sẽ tìm đƣợc tập hợp điểm nằm trên đặc tính giới hạn, nối các điểm này lại xác định đƣợc miền làm việc cho phép của công suất phụ tải theo điều kiện giới hạn ổn định. 0 2.2. Xây dựng sơ đồ thuật toán Q Dựa theo phƣơng pháp đã trình bày ở mục 2.1, Q sử dụng chƣơng trình CONUS để tính toán chế độ xác Hình 3 lập và xây dựng sơ đồ thuật toán chƣơng trình xác định miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh cho Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015 nhƣ hình 4. Bắt đầu  Vẽ sơ đồ HTĐ  Đọc file số liệu HTD.abc  Ghi lại số liệu vào file MP.abc  i=0; Pti=0  i=i+1   Tính toán CĐXL và hiển thị thông số chế độ lên sơ đồ  C Thay đổi số liệu K K Kiểm tra ổn định C Chọn nút khảo sát  Vẽ miền làm việc cho phép  K Kết thúc C Bắt đầu Hình 4 Pti=Pti+ΔP  Qti=-ΔQ  Qti=Qti+ΔQ  Tính toán CĐXL  HT ổn định  Biểu diễn (Qti,Pti) lên đồ thị  Qti=0  Nối các điểm (Qti,Pti)  35 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 3. Chương trình giám sát ổn định cho Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015 3.1. Giới thiệu chương trình GSOD Trên cơ sở sơ đồ thuật toán ở trên, tác giả đã xây dựng phần mềm GSOD mô phỏng vận hành và giám sát độ dự trữ ổn định cho Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015. Khởi động chƣơng trình trên màn hình xuất hiện giao diện các chức năng nhƣ hình 5a: Hình 5a Hình 5b - Mô phỏng vận hành HTĐ: Chức năng này cho phép khảo sát các chế độ vận hành Hệ thống điện, khi cho thay đổi các thông số vận hành nhƣ công suất phụ tải, công suất phát của nhà máy điện hoặc thay đổi cấu trúc hệ thống (đóng cắt các đƣờng dây truyền tải), chƣơng trình sẽ tính toán chế độ xác lập và hiển thị các thông số chế độ lên sơ đồ, chúng ta có thể quan sát trực tiếp trên màn hình máy tính (hình 5b) nhƣ đang vận hành hệ thống điện thực tế. Chƣơng trình còn có chức năng hỗ trợ bằng cách sử dụng các phím lên, xuống, qua, lại để di chuyển sơ đồ trên màn hình cho phép quan sát đƣợc tất cả các nút của hệ thống điện. - Đánh giá dự trữ ổn định tĩnh: Chức năng này dùng để xác định miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh của công suất phụ tải trên mặt phẳng công suất, dùng chuột để chọn nút cần khảo sát, chƣơng trình sẽ vẽ đƣờng đặc tính giới hạn ổn định hợp với hệ trục toạ độ xác định miền làm việc của công suất phụ tải nhƣ hình 6. Trên đồ thị biểu diễn điểm làm việc hiện tại, dựa vào khoảng cách từ điểm làm việc đến đặc tính giới hạn ổn định để đánh giá độ dự 36 ... - tailieumienphi.vn