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: Thiế t bị mạ ng và nhà má y điệ n LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾ T BỊ MẠ NG VÀ NHÀ MÁ Y ĐIỆ N
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS Nguyễn Đăng Toản
LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾ T BỊ MẠ NG VÀ NHÀ MÁ Y ĐIỆ N
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
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
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
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
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 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
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
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
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
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
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
(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
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
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 thống điện. Việc nghiên cứu
thành công luận văn sẽ giúp ích cho ngành điện lực, trong tính toán thiết kế, vận
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
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
18
Sự cố sụp đổ điện áp đã được xem như là một trong những nguyên nhân chính
dẫn đến một số sự cố tan rã HTĐ gần đây. Khi phân tích sự cố này, có nhiều yếu tố
ảnh hưởng quá trình sụp đổ điện áp như: Mô hình máy phát điện (MPĐ), mô hình
hệ thống kích từ (KT), mô hình phụ tải, máy biến áp điều áp dưới tải, … Để nhận
được những thông tin chính xác, các đáp ứng của các phần tử trong hệ thống, ở
trong luận văn này, chúng tôi sử dụng chương trình PSS/E để tiến hành mô phỏng
động các hiện tượng, và phân tích sự cố sụp đổ điện áp.
Đứng trên quan điểm ngăn chặn sự cố mất ổn định do sụp đổ điện áp, chúng ta
phải sử dụng các biện pháp tức thời, ở đây chúng tôi đề cập đến hệ thống xa thải
phụ tải theo điện áp thấp. Các vấn đề như ngưỡng tác động, thời gian tác động và
mức tải xa thải trong mỗi nấc cũng sẽ được cân nhắc kỹ lưỡng trong luận văn này.
Trong thực tế, HTĐ thường là rộng lớn, với nhiều đường dây liên lạc trong khi số
lượng các thiết bị điều khiển lớn thì đây được coi là những biện pháp hưu hiệu nhất
trong việc nâng cao ổn định điện áp.
Trong luận văn này, chúng tôi dùng phương pháp mô phỏng động bằng PSS/E để
phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp và đề xuất một cách
thức xa thải phụ tải theo điện áp thấp. Kết quả được tiến hành với hai hệ thống điện
của Carson Taylor và hệ thống điện Bắc Âu.
1.3. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN:
Bản luận văn được trình bày như sau:
Tính cấp thiết của đề tài được trình bày trong chương 1 của luận văn. Chương 2
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 định do sụp đổ điện áp là một trong những
Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ
20
CHƢƠNG 2
ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP
2.1. PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ TAN RÃ HỆ THỐNG ĐIỆN GẦN ĐÂY:
2.1.1. Những sự cố tan rã hệ thống điện gần đây trên thế giới:
Trong vòng hơn 20 năm, đã có rất nhiều sự cố tan rã HTĐ xảy ra trên khắp thế
giới với những hậu quả vô cùng to lớn, thậm chí ở các nước phát triển như Mỹ,
Nhật Bản, Tây Âu…. Trong phần này, một số các sự cố điển hình được thảo luận
tóm tắt dựa trên các tài liệu tham khảo: [1] [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10],
[11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18] và [51]:
Sự cố tan rã hệ thống điện ngày 19/12/1978 tại Pháp. Lúc đó HTĐ Pháp đang
nhập khẩu điện năng từ các nước bên cạnh. Phụ tải tăng lên từ khoảng 7h đến
8h là 4600MW. So với ngày hôm trước thì nhu cầu phụ tải tăn lên là
1600MW. Điều này làm cho điện áp giảm xuống trong khoảng từ 8h5-8h10,
các nhân viên vận hành đã khóa bộ tự động điều áp dưới tải của các MBA
trên lưới cao áp (EHV/HV). Trong khoảng từ 8h20, thì điện áp của các nút
trên lưới truyền tải (400kV) đã giảm xuống trong khoảng từ 342kV-374kV.
Trong khi đó một số đường dây đã bị cắt ra do bảo vệ quá dòng, càng làm
điện áp bị giảm thấp thêm nữa, và sảy ra sụp đổ điện áp sau đó. Trong quá
trình khôi phục lại HTĐ đã xảy ra một sự cố sụp đổ điện áp khác. Hậu quả
của sự cố là 29GW tải đã bị cắt, với tổng năng lượng không truyền tải phân
phối được là 100GWh. Hậu quả về tiền được dự tính trong khoảng 200-300
triệu đôla. Nguyên nhân chính là sự mất ổn định và sụp đổ điện áp trong
khoảng thời gian 26 phút [1], [2], [3].
Sự cố tan rã hệ thống điện ngày 04/08/1982 tại Bỉ: Bắt đầu bằng việc dừng
một tổ máy có công suất 700MW trong quá trình thí nghiệm nghiệm thu sau
dẫn đến việc cắt ba đường dây 500kV đang mang tải nhẹ dẫn đến sụp đổ điện
áp và tan rã hoàn toàn HTĐ trong vòng vài giây. Lượng tải bị mất khoảng
4292 MW. Nguyên nhân của sự cố tan rã HTĐ là quá trình sụp đổ điện áp
trong khoảng thời gian quá độ [2], [3].
Sự cố tan rã HTĐ Tokyo – Nhật Bản ngày 23 tháng 7 năm 1987: Toàn bộ thủ
đô Tokyo có thời tiết rất nóng, dẫn đến lượng tải tiêu thụ do điều hòa nhiệt độ
tăng cao. Sau thời gian buổi trưa, lượng tải tăng lên khoảng 1% /1 phút
Copyright: Tài liệu đại học ©