Nghiên cứu tính toán giới hạn ổn định điện áp xuất tuyến 22kV LJ04 tỉnh Savannaket, Lào (Luận văn Thạc sĩ Quản lý năng lượng)

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

PHENGBUNTHAVONG OUDOMSAY

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN CÁC GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH

ĐIỆN ÁP CHO XUẤT TUYẾN 22 KV LJ04, TỈNH SAVANNAKET, NƯỚC CHDCND LÀO

Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Đạt Minh

Oudomsay PHENBUNTHAVONG Học viên thực hiện:

Mã ngành: 22CH5020020

Hà Nội, 2024

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 9

1. Tính cấo thiết của đề tài .................................................................................... 9

2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................... 9

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 10

4. Nội dung và các phương pháp nghiên cứu ..................................................... 10

5. Ý nghĩa khoa học của luận văn ....................................................................... 10

6. Kết cấu của luận văn ....................................................................................... 11

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN LIÊN QUAN ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN ............... 12

1.1. Một số khái niệm ......................................................................................... 12

1.2. Hiện tượng mất ổn định điện áp trong hệ thống điện .................................. 13

1.2.1. Công suất tải lớn nhất ........................................................................... 13

1.2.2. Các kịch bản sụp đổ điện áp ................................................................. 14

1.3. Các phương pháp xác định giới hạn ổn định điện áp nút trong hệ thống điện 16

1.3.1. Phân tích đường cong quan hệ công suất tác dụng và điện áp ............ 16

1.3.2. Phương pháp xác định khoảng cách nhỏ nhất dẫn đến mất ổn định điện áp trên mặt phẳng công suất .............................................................................. 18

1.3.3. Các phương pháp phân tích độ nhạy VQ (VQ sensitivity analysis) và phân tích trạng thái QV (QV modal analysis) ................................................... 20

1.3.4. Hệ số dự trữ điện áp .............................................................................. 20

1.3.5. Chỉ số sụt áp L ....................................................................................... 20

1.3.6. Hệ số dự trữ công suất phản kháng ...................................................... 20

1.3.7. Chỉ số ổn định điện áp dựa trên độ nhạy trung bình của điện áp nút theo công suất phản kháng của phụ tải ............................................................. 21

1.4. Vấn đề đánh giá mức độ ổn định của lưới điện phức tạp ............................ 22

1.4.1. Ổn định phụ tải động cơ không đồng bộ ............................................... 22

1.4.2. Ổn định điện áp nút tải tổng hợp trong lưới điện phân phối trung áp . 23

1.4.3. Đặc tính tĩnh của phụ tải tổng hợp trong lưới điện phân phối ............. 24

1.5. Giới thiệu chương trình tính toán đánh giá ổn định điện áp cho lưới điện phân phối ............................................................................................................... 26

2. CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH TÌNH HÌNH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CỦA TUYẾN 22KV TẠI TỈNH SAVANNAKET, NƯỚC CHDCND LÀO................................. 29

2.1. Giới thiệu về hệ thống điện tại tỉnh Sannavaket, nước CHDCND Lào ...... 29

2.1.1. Nguồn cấp điện ...................................................................................... 29

2.1.2. Lưới điện trung áp và hạ áp .................................................................. 30

2.1.3. Trạm biến áp phân phối và hệ thống công tơ đo lường ........................ 31

2.2. Thực trạng các chỉ tiêu liên quan đến giới hạn ổn định điện áp của xuất tuyến 22 kV LJ04 .................................................................................................. 34

2.2.1. Xuất tuyến 22 kV LJ04 của TBA trung gian 115/22 kV Parkbro .......... 34

2.2.2. Đánh giá TBA phân phối 22/0.4 kV ...................................................... 41

3. CHƯƠNG 3. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP NÚT TẢI TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22kV LJ04 ......... 44

3.1. Mô hình toán học của phương pháp ............................................................ 44

3.2. Mô hình nghiên cứu ..................................................................................... 45

3.3. Điển hình áp dụng ........................................................................................ 52

3.4. Nhận xét ....................................................................................................... 55

3.5. Kết quả tính toán giới hạn ổn định điện áp lưới điện xuất tuyến LJ04, tỉnh Savannaket, nước CHDCND Lào ......................................................................... 56

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 65

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1. 2 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản ................................................................... 13 Hình 1. 3 Đồ thị điện áp theo công suất tác dụng và phản kháng ............................ 14 Hình 1. 4 Mạng điện 2 nút ....................................................................................... 16 Hình 1. 5 Biểu đồ pha điện áp và biểu đồ công suất ................................................ 16 Hình 1. 6 Biểu đồ vectơ trên mặt phẳng công suất .................................................. 17 Hình 1. 7 Sơ đồ đơn giản vẽ đường cong QV .......................................................... 17 Hình 1. 8 Đường cong QV ở các chế độ vận hành khác nhau ................................. 18 Hình 1. 9 Kỹ thuật xác định khoảng cách nhỏ nhất đến điểm mất ổn định điện áp 19 Hình 1. 10 Đường cong QV sử dụng biến Q thay đổi phụ tải ................................. 21 Hình 1. 11 Đường cong PV xác định giới hạn tăng công suất tải ............................ 22 Hình 1. 12 Đặc điểm sơ đồ lưới điện trung áp ......................................................... 23 Hình 1. 13 Đặc tính tĩnh phụ tải: a. Riêng động cơ (với tải cứng); b. Phụ tải tổng hợp ............................................................................................................................ 26 Hình 1. 14 Thiết lập phương pháp giải chế độ xác lập của mạng điện trên NEPLAN .................................................................................................................................. 27 Hình 2. 1 -a. Công tơ phía sơ cấp ............................................................................ 33 Hình 2.1-b. Công tơ phía thứ cấp ............................................................................. 33 Hình 2. 2 Sơ đồ thay thế tính toán ........................................................................... 35 Hình 2. 3 Biểu đồ hệ số công suất đầu nguồn của xuất tuyến 22kV LJ04 .............. 36 Hình 3. 1 Mô hình hệ thống điện đơn giản và biểu đồ vectơ điện áp ...................... 45 Hình 3. 2 Thuật toán xác định giới hạn ổn định điện áp tại nút tải tổng hợp .......... 49 Hình 3. 3 Đặc tính PV khi thay đổi thành phần phụ tải ........................................... 50 Hình 3. 4 Ảnh hưởng của đặc tính phụ tải đối với đường cong PV trong trường hợp phụ thuộc điện áp ..................................................................................................... 51 Hình 3. 5 Sơ đồ lưới điện trong ví dụ ...................................................................... 53 Hình 3. 6 Đặc tính PV nút tải trong các trường hợp điển hình ................................ 53 Hình 3. 7 Đặc tính PV nút tải khi thay đổi tỷ lệ thành phần phụ tải ........................ 54 Hình 3. 8 Đặc tính PV nút tải (mang tính cảm) với cos khác nhau ....................... 54 Hình 3. 9 Đặc tính PV nút tải với cos khác nhau, tải công suất hằng ................... 55 Hình 3. 10 Đặc tính PV nút tải khi thay đổi cấu trúc đường dây ............................. 55 Hình 3. 11 Sơ đồ một sợi của 1 phân đoạn nhánh Parkbro, lộ LJ04, tỉnh Savannaket .................................................................................................................................. 57 Hình 3. 12 Đặc tính PV các nút tải (công suất hằng) ............................................... 58

Hình 3. 13 Đặc tính PV các nút với tải tổng trở hằng và dòng điện hằng ............... 58 Hình 3. 14 So sánh đặc tính PV, QV nút 1 trong các kịch bản vận hành khác nhau .................................................................................................................................. 58 Hình 3. 17 Đặc tính QV các nút tải, kịch bản 30% công suất hằng; 50% dòng điện hằng .......................................................................................................................... 60 Hình 3. 18 Đặc tính PV các nút, tải công suất hằng khi thay đổi cấu trúc lưới điện .................................................................................................................................. 60 Hình 3. 19 So sánh đặc tính PV nút 1 trong các kịch bản tính toán ........................ 61

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1 Các tham số của mô hình phụ tải của một số thiết bị điện [13] .............. 25 Bảng 2. 1 Thông số kỹ thuật của các TBA trung gian trong tỉnh Savannaket [4] ... 29 Bảng 2. 2 Tổng chiều dài LPP ................................................................................. 30 Bảng 2. 3 Số liệu dây dẫn ......................................................................................... 30 Bảng 2. 4 MBA đang vận hành trong hệ thống LPP trung áp tỉnh Savannaket ...... 31 Bảng 2. 5 Công suất phụ tải từng giờ trong ngày của TBA nút T_Xonphao .......... 37 Bảng 2. 6 Tổng công suất tải tại các thời điểm trong ngày ...................................... 38 Bảng 2. 7 Công suất nhánh đầu nguồn của xuất tuyến 22 kV LJ04 của TBA trung gian 115/22 kV Parkbro ........................................................................................... 39 Bảng 2. 8 Tổn thất điện áp cho phép của EDL ........................................................ 40 Bảng 2. 9 Số lượng các loại MBA trong xuất tuyến 22kV LJ04 ............................. 41 Bảng 2. 10 Kết quả hiện trạng các chỉ tiêu của xuất tuyến 22kV LJ04 ................... 42 Bảng 2. 11 Kết quả hiện trạng dòng diện chạy qua các loại dây dẫn ...................... 42 Bảng 3. 1 Điểm giới hạn sụp đổ điện áp khi tỷ lệ thành phần phụ tải khác nhau .... 50

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÁC GIỚI HẠN

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO XUẤT TUYẾN 22KV LJ04, TỈNH SAVANNAKET,

NƯỚC CHNDND LÀO” do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Đạt

Minh. Các tài liệu tham khảo để thực hiện đề tài đều có nguồn gốc rõ ràng. Tôi xin

cam đoan các nội dung trình bày trong luận văn đều đúng theo đề cương và yêu cầu

của thầy giáo hướng dẫn, nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng

Hà Nội, tháng 04 năm 2024

khoa học.

Tác giả

LỜI CẢM ƠN

Với tình cảm chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy Nguyễn Đạt

Minh, lãnh đạo Khoa QLCN&NL trường Đại học Điện lực, Phòng đào tạo Sau

đại học và các thầy cô giáo đã tham gia giảng dạy và hướng dẫn tôi trong suốt

quá trình học tập và nghiên cứu để hoàn thành bản luận văn này.

Do năng lực cá nhân và khả năng tiếng Việt còn hạn chế nên bản luận văn

không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của thầy cô và

đồng nghiệp để bản luận văn được hoàn thiện hơn.

Hà Nội, tháng 04 năm 2024

Tác giả

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Nghiên cứu và tính toán các giới hạn ổn định điện áp là một trong những nội

dung quan trọng trong công tác thiết kế và vận hành hệ thống điện (HTĐ). Khi mức

độ công nghiệp hóa ở Lào đang tăng dần, vấn đề ổn định điện áp, đặc biệt trong

lưới điện phân phối, nơi cung cấp điện trực tiếp cho các phụ tải lại càng trở nên cấp

thiết. Ở CHDC nhân dân Lào thời gian qua, nhu cầu phụ tải luôn tăng với tốc độ

khá cao, trung bình 6,5%/năm, do đó việc tính toán được giới hạn ổn định điện áp

sẽ làm căn cứ quan trọng để đề xuất các kế hoạch cải thiện lưới điện phù hợp trong

tương lai.

Tỉnh Sannavaket là tỉnh miền trung nước CHDCND Lào, có vị trí quan trọng

huyết mạch nối liền hành lang kinh tế Đông – Tây và đang trong quá trình phát

triển mạnh mẽ. Hệ thống điện trung áp của tỉnh Sannavaket trong những năm qua

đã được cải thiện tuy nhiên vẫn còn những hạn chế như tỷ lệ tổn thất cao, mức độ

ổn định điện áp thấp… Vì vậy, việc phân tích ổn định điện áp cho lưới điện trung

áp 22kV Lào rất cần được quan tâm nhiều hơn nữa, để có những biện pháp để ngăn

ngừa mất ổn định điện áp, dẫn đễn sụp đổ điện áp và gây thiệt hại do mất điện của

các phụ tải trực tiếp. Ở CHDCND Lào và tỉnh Sannavaket, việc nghiên cứu quá

trình mất ổn định điện áp trên lưới điện phân phối chưa được thực hiện. Vì vậy, tác

giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, tính toán các giới hạn ổn định điện áp cho

xuất tuyến 22kV LJ04, tỉnh Savannaket, nước CHDCND Lào” để phân tích,

đánh giá, nhằm áp dụng cho các lưới điện phân phối ở tỉnh Savannaket, nước

CHDCND Lào.

2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đề xuất phương pháp tính toán các giới

hạn ổn định điện áp cho xuất tuyến 22 kV LJ04 của tỉnh Savannaket, nước

CHDCND Lào để là cơ sở đề xuất các giải pháp ổn định điện áp và nâng cao chất

lượng điện năng tại tỉnh Sannavaket.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

Với đặc thù của lưới điện phân phối CHDCND Lào là tồn tại nhiều cấp điện

áp; một số đường dây trung áp vừa có chức năng của đường dây phân phối, vừa

mang chức năng đường dây truyền tải (lưới điện 35 kV). Một số đường dây trung

áp có chiều dài quá lớn, công suất mang tải có xu hướng tăng cao.

Luận văn này nghiên cứu đề xuất áp dụng phép phân tích độ nhạy và xây dựng

công cụ đánh giá ổn định điện áp sử dụng phương pháp đường cong PV, QV cho

nút tải tổng hợp trong lưới điện phân phối, ứng dụng cho lưới điện 22 kV LJ04,

tỉnh Savannaket, CHDCND Lào.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là giới hạn ổn định điện áp áp cho xuất tuyến 22kV

LJ04 của tỉnh Savannaket, nước CHDCND Lào;

Phạm vi nghiên cứu là cho 01 xuất tuyến 22kV LJ04 tại tỉnh Sannavaket của

CHDCND Lào.

4. Nội dung và các phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu ổn định điện áp và ứng dụng các phương pháp phân tích ổn định

điện áp cho nút tải tổng hợp trong lưới điện phân phối là nội dung chính của Luận

văn. Phương pháp nghiên cứu là lựa chọn công cụ phân tích thích hợp để đánh giá

ổn định điện áp cho nút tải tổng hợp và ứng dụng cho lưới điện 22 kV LJ04, tỉnh

Savannaket, CHDCND Lào.

5. Ý nghĩa khoa học của luận văn

Đề xuất ứng dụng phép phân tích độ nhạy Q/V của điện áp nút theo công

suất phản kháng (CSPK) phụ tải, kết hợp với độ dự trữ công suất phản kháng của

nút tải để đánh giá ổn định điện áp HTĐ theo phương pháp đường cong PV, dựa

trên phần mềm tính toán mô phỏng HTĐ chuyên dụng NEPLAN.

Nghiên cứu và ứng dụng một số giải pháp: tụ bù, MBA có OLTC và tái cấu

hình lưới điện phân phối để nâng cao hiệu quả vận hành, chất lượng điện áp và ổn

định điện áp cho lưới điện 22 kV Savannaket, CHDCND Lào.

6. Kết cấu của luận văn

Ngoài lời mở đầu và kết luận, luận văn được chia thành 03 chương như sau:

Chương 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn liên quan đến chất lượng điện năng và ổn

định điện áp trong lưới điện

Chương 2. Phân tích tình hình ổn định điện áp của tuyến 22 kV LJ04 tỉnh

Sannavaket, nước CHDCND Lào

Chương 3. Đề xuất phương pháp tính toán giới hạn ổn định điện áp nút tải trong

lưới điện phân phối 22 kV LJ04

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN LIÊN QUAN ĐẾN CHẤT

LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN

1.1. Một số 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. Đối với mỗi hệ thống điện của mỗi quốc gia khác nhau

việc duy trì điện áp ở mức chấp nhận được sẽ khác nhau dựa vào quy định và kinh

nghiệm vận hành của từng nước.

Việc duy trì điện áp ở mức chấp nhận được cũng sẽ tuỳ thuộc vào quy định ở

mỗi nước và dựa vào kinh nghiệm vận hành. Cho đến nay, hầu hết các nghiên cứu

đều thống nhất với quan điểm của Carson. Theo W. Taylor, phân tích ổn định điện

áp, cũng như xây dựng phương pháp nghiên cứu, đề xuất chỉ số, hệ số phù hợp

nhằm đánh giá, đề xuất biện pháp nâng cao ổn định điện áp trong lưới điện phân

phối.

Trong thực tế, vấn đề về ổn định điện áp còn có thể được chia thành các vấn

đề nhỏ hơn, tương ứng là ổn định điện áp khi có kích động lớn và khi có dao động

nhỏ.

Ổn định điện áp khi xuất hiện kích động lớn: là khả năng của hệ thống điện

vẫn còn duy trì được các giá trị điện áp ổn định sau khi có kích động lớn. Ổn định

điện áp khi có kích động nhỏ: là khả năng của hệ thống điện vẫn còn duy trì được

điện áp ổn định khi chịu các tác động nhỏ, Với các giả thiết thích hợp, các phương

trình của hệ thống có thể được tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc để phân

tích và do đó cho phép tính toán được thông tin độ nhạy rất hữu ích trong việc nhận

dạng các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định điện áp, do vậy vấn đề này còn được phân

chia thành hiện tượng ngắn hạn và dài hạn.

- Ổn định điện áp ngắn hạn liên quan đến tính chất động của các thành phần

tải tác động nhanh, chẳng hạn như: động cơ cảm ứng, tải điều khiển điện tử

và các bộ biến đổi HVDC. Trường hợp này thời gian nghiên cứu cần đến

một vài giây và các kỹ thuật và việc phân tích yêu cầu phải giải các phương

trình vi phân

- Ổn định điện áp dài hạn liên quan đến các thiết bị tác động chậm hơn,

chẳng hạn, OLTC, tải nhiệt điều khiển tĩnh, và các bộ giới hạn kích từ

(OEL). Sự mất ổn định điện áp: xuất phát từ các thay đổi của tải tiêu thụ

công suất vượt quá khả năng của hệ thống truyền tải và hệ thống nguồn.

An ninh điện áp

Khái niệm an ninh điện áp là khả năng của một hệ thống điện không những

vận hành trong trạng thái ổn định, mà còn duy trì trạng thái ổn định sau khi gặp các

sự cố ngẫu nhiên hoặc khi phụ tải tăng.

1.2. Hiện tượng mất ổn định điện áp trong hệ thống điện

Mất ổn định điện áp là hiện tượng sụt giảm điện áp liên tục hoặc quá trình

điện áp tăng cao 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 điện truyền tải.

1.2.1. Công suất tải lớn nhất

Một trong những nguyên nhân đầu tiên của mất ổn định hệ thống điện là do

truyền tải lượng công suất quá lớn trên các đường dây. Trong vấn đề ổn định điện

áp cũng cần chú ý đến sự truyền tải công suất giữa nguồn phát và các phụ tải lớn.

Hình 1. 1 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản

(UT/UN)

(PX/UN

(QX/UN

Hình 1. 2 Đồ thị điện áp theo công suất tác dụng và phản kháng

Trong không gian (P, Q, UT), cho thấy sự thay đổi của điện áp nút tải và công

suất phụ tải như hình

Ứng dụng các thiết bị bù công suất phản kháng. Độ dự trữ ổn định điện áp

phụ thuộc vào sự lựa chọn phù hợp dung lượng và vị trí của các thiết bị bù công

suất phản kháng.

Sa thải phụ tải theo điện áp thấp. Để ngăn ngừa các tình huống ngoài dự kiến,

cần thiết sử dụng các sơ đồ sa thải phụ tải theo điện áp thấp.

1.2.2. Các kịch bản sụp đổ điện áp

Kịch bản 1: Tải tăng từ từ (sụp đổ điện áp trong khoảng thời gian dài hạn)

Trong kịch bản này, các yếu tố chính gây ra sự sụp đổ điện áp là:

- Tính cứng (không linh hoạt) của đặc tính tải tiếp tục đòi hỏi các giá trị cao

của công suất tác dụng và phản kháng khi điện áp thấp ở vùng tải.

- Điều khiển OLTC trên mạng phân phối và truyền tải trung gian để cố gắng

duy trì điện áp không đổi, và do đó yêu cầu công suất tác dụng và phản

kháng cao trong khi điện áp nguồn bị hạ thấp.

- Do các giới hạn trường và dòng điện cảm ứng, nhu cầu tải công suất phản

kháng cao có thể làm cho các máy phát mất khả năng điều chỉnh điện áp.

Khi đó, máy phát hoạt động giống như nguồn điện áp phía điện kháng

đồng bộ và điện áp đầu cực giảm đi.

- Sự sụp đổ điện áp do sự tăng dần tải có thể có nguyên nhân là một số hoặc

tất cả các yếu tố trên. Tính chất động của các thiết bị điều khiển điện áp

khác nhau (máy phát, thiết bị bù, và máy biến áp) có thể tương tác theo

cách mà sự sụt áp thực tế khác với dự đoán khi chỉ xét các điều kiện tĩnh.

Kịch bản 2: Mất một số phần tử trong hệ thống điện

Thực tế cho thấy các tham số hệ thống điện đóng vai trò quan trọng khi xác

định công suất cực đại có thể được phân phối đến các khu vực tải. Việc ngắt một

trong số các đường dây trong hệ thống truyền tải sẽ làm tăng điện kháng tương

đương giữa nguồn điện áp tương đương và tải, làm giảm công suất tới hạn và tăng

xác suất sụt áp.

Kịch bản 3: Hiện tượng bên trong tải phức hợp

Đáp ứng động của tải phức hợp có thể làm cho các đặc tính tải động và tĩnh

khác nhau. Sự khác nhau này chủ yếu là do các động cơ cảm ứng và có thể dẫn đến

giảm tính ổn định hệ thống và cuối cùng dẫn đến sụp đổ điện áp. Chẳng hạn, sự

giảm điện áp nhanh và nghiêm trọng xảy ra trong quá trình loại trừ sự cố ngắn

mạch chậm có thể dẫn đến mô men của động cơ giảm và sau đó là “kẹt động cơ”.

Khi động cơ bị “kẹt”,

Kịch bản 4: Sụt áp và hoạt động không đồng bộ

Sự sụp đổ điện áp trên một hoặc một số nút của hệ thống điện có thể làm cho

điện áp hạ xuống ở các nút lân cận dẫn đến sụt áp ở các nút này. Đảm bảo chất

lượng điện áp và ổn định phụ tải trong lưới điện phân phối

Chất lượng điện áp trong lưới điện phân phối là một chỉ tiêu quan trọng, luôn

phải được quan tâm và đảm bảo từ khâu thiết kế đến vận hành. Có các chỉ tiêu khác

nhau được đặt ra để đánh giá, kiểm tra chất lượng điện áp cho lưới điện, đồng thời

trên cơ sở đó đề ra các biện pháp đảm bảo).

1.3. Các phương pháp xác định giới hạn ổn định điện áp nút trong hệ thống

điện

1.3.1. Phân tích đường cong quan hệ công suất tác dụng và điện áp

Quan hệ giữa công suất tác dụng và điện áp nút tải có ý nghĩa quan trọng trong

nghiên cứu ổn định điện áp.

Hình 1. 3 Mạng điện 2 nút

(1.1)

Xuất phát từ hình 1.4, phương trình công suất viết cho nút T có dạng [5]:

Ở đây là các hằng số tương đương của mạng điện.

Hình 1. 4 Biểu đồ pha điện áp và biểu đồ công suất

Do nút T có góc hệ số công suất chậm pha hơn so với nút N nên từ sơ đồ hình

1.6 có thể biểu diễn sơ đồ vectơ như hình

Hình 1. 5 Biểu đồ vectơ trên mặt phẳng công suất

Phân tích đường cong quan hệ công suất phản kháng và điện áp (QV)

Hình 1. 6 Sơ đồ đơn giản vẽ đường cong QV

Công suất cuối đường dây tại nút tải có giá trị: .

(1.2)

Khai triển phương trình này ta có:

Như vậy ta có các phương trình quan hệ tương ứng là:

(1.3)

(1.4)

(1.5)

QCX/UN 2

UT/UN

Hay:

Hình 1. 7 Đường cong QV ở các chế độ vận hành khác nhau

1.3.2. Phương pháp xác định khoảng cách nhỏ nhất dẫn đến mất ổn định điện

áp trên mặt phẳng công suất

Khoảng cách đến mất ổn định điện áp nhỏ nhất bình thường được xác định

bằng phương pháp tăng tải theo một cách xác định là: lựa chọn kịch bản nặng nề

nhất dựa trên các dữ liệu vận hành và dự báo phụ tải (phương pháp MVA nhỏ

nhất). Nội dung của phương pháp này là: xác định một bộ thông số công suất tác

dụng và phản kháng của phụ tải có thể truyền tải tăng thêm trong hệ thống mà hệ

thống vẫn đảm bảo vận hành ổn định khi cho trước điều kiện ban đầu. Hay nói cách

khác là xác định khoảng cách nhỏ nhất từ điểm vận hành ban đầu đến điểm giới hạn

ổn định điện áp, ứng với ma trận Jacobi bị suy biến. Một hệ thống điện bất kỳ đều

tồn tại miền ổn định trên mặt phẳng công suất truyền tải (P, Q). Các bước thực hiện

chung để xác định khoảng cách nhỏ nhất từ mức tải ban đầu đến đường giới hạn ổn

định S của hệ thống bao gồm (hình 3.6):

Bước 1. Tăng tải từ giá trị (P0, Q0) theo vài hướng cho đến khi có một giá trị

riêng của ma trận Jacobi gần bằng 0. Mức tải (P1, Q1) tương ứng với điểm này là

giới hạn ổn định. Điểm P1, Q1 xem như nằm trên đường cong S.

Bước 2. Với các điều kiện tại P1, Q1 xác định vectơ riêng bên trái của ma trận

Jacobi đầy đủ. Vectơ riêng bên trái chứa phần tử tác động đến sự gia tăng của phụ

tải cho mỗi nút. Vectơ riêng chỉ rõ hướng ngắn nhất dẫn đến duy nhất, nghĩa là

vuông góc với S.

Bước 3. Trở lại trường hợp cơ sở với mức tải là (P0, Q0), sau đó cho tăng tải

trong hệ thống điện, nhưng lần này theo hướng cho bởi vectơ riêng được tìm thấy

trong bước 2. Khi S được tìm thấy, một vectơ riêng bên trái mới được tính toán.

Bước 4. Trở lại trường hợp cơ sở với mức tải là (P0, Q0), sau đó cho tăng tải

theo hướng vectơ riêng đã cho trong bước 3. Quá trình này được lặp lại cho đến khi

vectơ riêng được tính toán không thay đổi đối với mỗi bước lặp mới. Như vậy, quá

trình sẽ hội tụ.

Hình 1. 8 Kỹ thuật xác định khoảng cách nhỏ nhất đến điểm mất ổn định điện áp

Khi quá trình tính toán hội tụ, kết quả của phương pháp là tìm được khoảng

cách vectơ nhỏ nhất (P, Q) từ giá trị ban đầu (P0, Q0) đến đường giới hạn ổn định S.

1.3.3. Các phương pháp phân tích độ nhạy VQ (VQ sensitivity analysis) và phân

tích trạng thái QV (QV modal analysis)

Phương pháp phân tích đường cong PV và QV thường được sử dụng để xác

định giới hạn ổn định điện áp tại nút chọn lọc riêng lẻ nên các đặc tính ổn định chỉ

nhấn mạnh cho từng nút độc lập.

1.3.4. Hệ số dự trữ điện áp

Một chỉ tiêu để đánh giá mức độ ổn định điện áp của một nút là sự chênh lệch

(1.6)

điện áp giữa điện áp làm việc Ulv và điện áp giới hạn Ugh.

1.3.5. Chỉ số sụt áp L

Một trong những tiêu chuẩn thực dụng có thể áp dụng để đánh giá ổn định

(1.7)

điện áp các nút tải là chỉ số ổn định điện áp nút tải.

với j L

1.3.6. Hệ số dự trữ công suất phản kháng

Đối với phương pháp phân tích đường cong QV truyền thống sử dụng biến

điện áp nút thay đổi thì khi thay đổi điện áp nút theo kịch bản giảm dần đều từ điểm

vận hành ban đầu thì lượng công suất phản kháng bù thêm vào nút tải QC sẽ tăng

(1.8)

dần theo, tại đáy của đường cong QV,

(1.9)

Qdt = -Qgh

Hình 1. 9 Đường cong QV sử dụng biến Q thay đổi phụ tải

Như vậy trong cả 2 phương pháp, nếu độ dự trữ công suất phản kháng của một

nút lớn sẽ biểu thị nút đó đạt được mức ổn định điện áp, Qdt càng lớn thì mức ổn

định điện áp càng cao. Hệ thống điện có độ dự trữ công suất phản kháng của tất cả

các nút đều dương trong các chế độ vận hành thì hệ thống điện ổn định điện áp, và

ngược lại. Khi hệ thống điện có một số nút tải có Qdt = 0 hoặc khi vận hành ở chế

độ n-1 có một số nút tải có Qdt < 0 thì hệ thống điện đó kém ổn định.

1.3.7. Chỉ số ổn định điện áp dựa trên độ nhạy trung bình của điện áp nút theo

công suất phản kháng của phụ tải

Qua nghiên cứu các phương pháp đánh giá ổn định điện áp dựa vào đường

cong QV có thể thấy: mức ổn định điện áp của nút tải không chỉ phụ thuộc công

suất phản kháng nút tải mà còn phụ thuộc nhiều vào mức độ thay đổi điện áp của

nút đó so với lượng công suất phản kháng bù thêm vào nút tải (QC) từ điểm vận

hành ban đầu đến đáy đường cong theo biến Vnút thay đổi; hoặc vào mức độ sụt

giảm điện áp của nút tải khi Qpt tăng dần từ Q0 đến Qmax của đường cong QV khi

biến Qpt thay đổi; nghĩa là phụ thuộc tốc độ thay đổi Unút so với tốc độ thay đổi của

Qpt. Vì vậy, từ đường cong QV nhận thấy, mức độ ổn định điện áp nút tải sẽ phụ

thuộc độ nhạy trung bình của Vnút theo Qpt, được định nghĩa như sau:

(1.10)

Hệ số sụt áp các nút

Làm thay đổi chế độ hệ thống theo kịch bản điển hình như đã nêu trên còn cho

phép xác định hệ số sụt áp các nút. Giả thiết ở chế độ đầu điện áp nút j quan sát có

trị số Uj0, đến chế độ giới hạn trị số của nó là Ujgh (hình 3.8). Hệ số sụt áp được

(1.11)

định nghĩa là:

Hệ số sụt áp các nút đặc trưng cho mức độ mạnh yếu khác nhau về phương

diện ổn định điện áp. Nút có kU lớn là nút yếu, bởi nó suy giảm nhanh điện áp và bị

sụp đổ điện áp trước tiên. Các biện pháp cải thiện ổn định cần tập trung cho nút

Uj0

Ujgh

kgh

yếu.

Hình 1. 10 Đường cong PV xác định giới hạn tăng công suất tải

1.4. Vấn đề đánh giá mức độ ổn định của lưới điện phức tạp

1.4.1. Ổn định phụ tải động cơ không đồng bộ

Việc phân tích ổn định phụ tải động cơ rất khác so với ổn định điện áp nút nói

chung. Phương pháp phân tích cần dựa trên sơ đồ đẳng trị đơn giản, từ đó xác định

công suất giới hạn theo đặc tính mômen. Với đặc tính cứng có thể tính được hệ số

dự trữ ổn định:

(1.12)

Cũng có thể áp dụng Q/V để đánh giá ổn định như nút phụ tải tổng hợp.

Tuy nhiên, ở đây chế độ giới hạn không phải do tăng trưởng phụ tải động cơ (bởi

nguyên nhân gây ra mất ổn định là sự giảm thấp điện áp nút cung cấp).

1.4.2. Ổn định điện áp nút tải tổng hợp trong lưới điện phân phối trung áp

Nút tải tổng hợp trong lưới điện phân phối trung áp thường được xét như nút

l Qil

MBA

Qik

Qsi

thanh cái các trạm biến áp phân phối trong phạm vi lưới trung áp (hình 3.9).

~

i Qi

QFi = Qsi

Qti = Qi+Qik+Qil

Hình 1. 11 Đặc điểm sơ đồ lưới điện trung áp

Trong trường hợp này, đặc tính công suất lấy ra từ nút phụ thuộc tổng hợp các

trang thiết bị điện nhận công suất từ trạm phân phối, trong đó động cơ không đồng

bộ chiếm tỷ lệ cao (50-80)% nên chúng có ý nghĩa quyết định đến đặc tính công

suất. Như đã biết, sơ đồ lưới điện phân phối lúc vận hành luôn có dạng hình tia

(lưới kín vận hành hở), phụ tải nút là phụ tải tổng hợp. Với mỗi nút i, công suất

nguồn chỉ do nhánh nối về phía nguồn cung cấp. Do đó dễ nhận thấy rằng kịch bản

nguy hiểm nhất là kịch bản tăng đồng thời công suất tác dụng tại mọi nút phụ tải

trong lưới (theo cùng tỷ lệ) cho đến lúc mất ổn định. Để xét đến ảnh hưởng gây sụt

áp từ phía hệ thống, sơ đồ tính toán lúc này cần xét đến tổng trở hệ thống (tính

được qua công suất ngắn mạch).

Các thành phần tham gia nhận công suất từ nút tải tổng hợp có thể là các động

cơ không đồng bộ, lò điện, các bộ chỉnh lưu, chiếu sáng và tải sinh hoạt…, kể cả

các tổn thất trên mạng điện phân phối. Đặc tính phụ tải tổng hợp là trường hợp

được xét để nghiên cứu ổn định điện áp lưới điện trung áp của luận văn này.

1.4.3. Đặc tính tĩnh của phụ tải tổng hợp trong lưới điện phân phối

Đặc tính tĩnh phụ tải tổng hợp có thể biểu thị dưới các mô hình cơ bản là:

(1.13)

a. Mô hình hàm mũ (Exponential Models)

Trong đó:

P, Q là công suất tác dụng và phản kháng tiêu thụ bởi thiết bị điện;

U, f là giá trị điện áp và tần số

P0, Q0, U0, f0 là các tham số tiêu chuẩn (tham số định mức) của thiết bị điện;

pU, qU, pf, qf là các hệ số hồi quy, xác định từ các số liệu thống kê.

(1.14)

(1.15)

Biểu thức (1.13) cũng có thể được viết dưới dạng đơn vị tương đối:

Khi đó tg = Q/P có thể biểu thị như là hàm số phụ thuộc vào hệ số phụ tải

(1.16)

kpt:

Ký hiệu  biểu thị hệ số phụ tải thụ động/chủ động (lagging/leading). Các biểu

thức hoàn toàn phù hợp trong phạm vi biến đổi của điện áp  10% và của tần số 

2,5%. Các tham số của mô hình phụ thuộc của phụ tải xác định trên cơ sở phân tích

số liệu thống kê của một số thiết bị dùng điện được biểu thị trong bảng 1.1.

Bảng 1. 1 Các tham số của mô hình phụ tải của một số thiết bị điện [13]

Các hệ số của mô hình Thiết bị điện pU

0 0

kpt pf qU 0,84 0,8 0,5 2,5 -1,4 0,8 1 0,65 0,08 2,9 1,6 1,8 - 3,5 -1,4 0,8 1 0 0,99 1,8 0 - 0 0 2 1 - 0 0 1 1,54 0 - 3 0,9 0,08 1 -2,8 0 - 5,2 -4,6 0 0 2 0,77 - 0,87 0,08 2,9 1,6 1,8 1 - 0,83 0,1 2,9 0,6 -1,8 1 qf Nn kpt pU0 pf0 qU0 qf0 0 2 - - 0 2 - - - - - - - - - - - - 0 - 0 - - - - - - 0 - 0 - - - - - -

0,89 0,05 1,9 0,5 1,2 1 - - - - -

0,85 1,4 5,6 1,4 4,2 0,8 0,08 2,9 1,6 1,8 1 1 - - - - - - - - - -

Tủ lạnh Máy giặt Máy rửa bát Bình nóng lạnh Đèn sợi đốt Đèn huỳnh quang Tivi màu Máy bơm, quạt Môtơ công nghiệp cỡ nhỏ Môtơ công nghiệp cỡ lớn Máy bơm nông nghiệp Tự dùng trong nhà máy điện

b. Mô hình dạng đa thức (Polynomial Models)

Mô hình phụ tải phụ thuộc điện áp và tần số dạng đa thức được thể hiện như

(1.17)

(1.18)

Trong đó ai và bi là các hệ số hồi, với: ao + a1 + a2 = 1; bo + b1 + b2 = 1. Dp; Dq

là hệ số suy giảm công suất tác dụng và phản kháng do ảnh hưởng của tần số; f là

độ lệch tần số so với giá trị quy định.

Hình 1. 12 Đặc tính tĩnh phụ tải: a. Riêng động cơ (với tải cứng); b. Phụ tải tổng hợp

Để xây dựng được đặc tính tĩnh của phụ tải tổng hợp cần có số liệu đo đếm chi

tiết về phụ tải, cụ thể là: điện áp, công suất tác dụng và phản kháng trong một

khoảng thời gian nhất định (thường xét trong biểu đồ phụ tải ngày đêm điển hình).

Từ các trị số đo đạc, áp dụng phương pháp bình phương cực tiểu, sẽ xây dựng được

đặc tính tĩnh của phụ tải tổng hợp.

1.5. Giới thiệu chương trình tính toán đánh giá ổn định điện áp cho lưới điện

phân phối

Để đánh giá ổn định điện áp theo tiêu chuẩn mất ổn định phi chu kỳ có thể lợi

dụng các chương trình tính toán chế độ xác lập. Trị số của số hạng tự do phương

trình đặc trưng an trùng với trị số định thức Jacobi của hệ phương trình chế độ xác

lập, có thể sử dụng ngay ma trận Jacobi đã có sẵn (nếu chương trình áp dụng thuật

toán Newton Raphson) để tính toán. Vấn đề còn lại là tạo kịch bản để xác định chế

độ giới hạn. Chương trình tính toán chế độ xác lập mang tên NEPLAN [11] có mô

hình khá hoàn thiện (có đầy đủ các phần tử, xét đến đặc tính tĩnh phụ tải), được giải

theo phương pháp Newton Raphson (hình 1.14).

Hình 1. 13 Thiết lập phương pháp giải chế độ xác lập của mạng điện trên NEPLAN

Hiện chương trình đã phát triển nhiều chức năng mới, tương ứng với phương

pháp đề xuất để phân tích ổn định điện áp LPP, tác giả đã ứng dụng các chức năng

- Tạo kịch bản điển hình, xác định chế độ giới hạn ổn định điện áp.

- Thiết lập chức năng tạo lập đặc tính tĩnh phụ tải theo số liệu thực nghiệm.

Với các chức năng trên, Luận văn sẽ áp dụng để đánh giá ổn định một số

phương án vận hành lưới điện phân phối LJ04, tỉnh Oudomxay ở Cộng hòa dân chủ

nhân dân Lào.

1.6. Tóm tắt chương 1

Qua nghiên cứu các trường hợp mất ổn định điện áp điển hình ở Lào và một

số nước cho thấy: các hiện tượng mất ổn định điện áp đều do có các nhiễu loạn

như: mất một phần tử trong lưới điện, mất nguồn, hoặc do hệ thống vận hành ở chế

độ ngưỡng giới hạn ổn định điện áp ở chế độ tải cực đại; do có quá nhiều phụ tải

tiêu thụ công suất phản kháng lớn…Nội dung Luận văn này cũng tập trung chủ yếu

vào các hiện tượng trên, đặc biệt là trường hợp hệ thống vận hành ở chế độ ngưỡng

giới hạn ổn định điện áp ở chế độ tải cực đại và đề xuất biện pháp khắc phục.

Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan, luận văn sẽ trình bày lý thuyết cơ bản, phù

hợp với đối tượng lưới điện phân phối, đặc biệt là lưới điện phân phối trung áp, xây

dựng đặc tính tĩnh của phụ tải tổng hợp trên lưới điện này để tính toán giới hạn ổn

định điện áp cho một số nút tải điển hình trong LPP 22 kV LJ04. Từ đó đề xuất

biện pháp phù hợp nhằm nâng cao chất lượng điện áp, cải thiện độ tin cậy chung

cấp điện cho lưới điện phân phối ở Savannaket, CHDCND Lào.

2. CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH TÌNH HÌNH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CỦA

TUYẾN 22KV TẠI TỈNH SAVANNAKET, NƯỚC CHDCND LÀO

2.1. Giới thiệu về hệ thống điện tại tỉnh Sannavaket, nước CHDCND Lào

Mạng lưới điện trong tỉnh Savannaket, nước CHDCND Lào hiện có các cấp

điện áp vận hành như:

- Lưới điện truyền tải có 1 đường dây 230 kV (từ trạm Nam đến) và có 2

đường dây 115 kV (từ trạm Parkbor đến trạm Nongbern đến trạm Saeno, từ

trạm Muang Pin đến trạm Dansavanh).

- Lưới điện phân phối (LPP) trung áp với cấp điện áp 22 kV và một số vùng

vận hành bằng sơ đồ lưới SWER 12,7 kV, phía hạ áp vận hành cấp điện áp

220V và 380V.

Hiện nay, trong tỉnh savannaket bao gồm 5 trạm biến áp (TBA) trung gian:

trạm Parkbor đến trạm Nongbern đến trạm Saeno, từ trạm Muang Pin đến trạm

Dansavanh. Các TBA trung gian 115/22kV đều có 5 xuất tuyến LPP cung cấp điện

cho các phụ tài điện trong tỉnh Savannaket và một số huyện của các tỉnh lân cận,

khiến cho một số lộ có chiều dài lớn .

2.1.1. Nguồn cấp điện

Các xuất tuyến LPP trong tỉnh Savannaket đều có nguồn cung cấp điện

(CCĐ) từ các TBA trung gian 115/22kV nói trên. Các trạm có thông số kỹ thuật

như bảng 2.1.

Bảng 2. 1 Thông số kỹ thuật của các TBA trung gian trong tỉnh Savannaket [4]

Điện áp Chiều dài, km Pt,max TT Tên TBA MVA Feeder kV LPP 22kV MW

1 Prakbor 20 115/22 5 561.05 15,4

2 Nongbarn 30 115/22 5 231,17 17,5

3 Saeno 120 230/115/22 5 spare spare

4 Muang Pin 30 115/22 5 169,08 20,7

5 Dansavanh 20 115/22 5 211,53 14,4

Ngoài ra còn có nhà máy thủy điện nhỏ: nhà máy Namko (1,5MW), Hoaixe

(80kW). Cả hai nhà máy điều làm nhiệm vụ phát điện lên LPP 22 kV

2.1.2. Lưới điện trung áp và hạ áp

Lưới điện trung áp trong tỉnh Savannaket đang được cấp điện từ TBA Trung

gian 115/22kV đã nêu trong bảng 2.1 qua các xuất tuyến LPP bằng cấp điện áp 22

kV lưới SWER 12,7 kV và lưới điện phía hạ áp 400/220V. Chiều dài các loại lưới

phân phối được cho trong bảng 2.2.

Bảng 2. 2 Tổng chiều dài LPP

STT Cấp điện áp Chiều dài, km

1 22 kV 1,066,62

2 1 pha 12,7 kV (lưới WER) 88.34

3 0.4 kV 628.963

LPP dưới sự quản lý của công ty EDL tỉnh Savannaket chủ yếu là lưới điện

trên không và đã sử dụng các loại dây dẫn như trong bảng 2.3.

Bảng 2. 3 Số liệu dây dẫn

TT Loại dây Điện áp, kV

Tổng chiều dài, km

1 ACSR 25 SQmm 48,084 22 kV

2 ACSR 35 SQmm 94,373 22 kV

3 ACSR 50 SQmm 242,81 22 kV

4 ACSR 70 SQmm 221,67 22 kV

5 ACSR 95 SQmm 4,313 22 kV

6 ACSR 150 SQmm 418,53 22 kV

TT Loại dây Điện áp, kV

Tổng chiều dài, km

7 SAC 150 SQmm 125,19 22 kV

8 AL 70 SQ mm (có vỏ) 52,464 0,4 kV

9 AL 50 SQ mm (có vỏ) 223,54 0,4 kV

10 AL 35 SQ mm (có vỏ) 310,54 0,4 kV

11 AL 25 SQ mm (có vỏ) 13,519 0,4 kV

12 AL 16 SQ mm (có vỏ) 5,877 0,4 kV

13 AL 10 SQ mm (có vỏ) 2,706 0,4 kV

14 AL 70 SQ mm 2,925 0,4 kV

15 AL 70 SQ mm 15,933 0,4 kV

16 AL 70 SQ mm 0,19 0,4 kV

17 CU 10-16 SQ mm 1,069 0,4 kV

18 CU 25-35SQ mm 0,2 0,4 kV

2.1.3. Trạm biến áp phân phối và hệ thống công tơ đo lường

2.1.3.1. TBA phân phối

Máy biến áp (MBA) phân phối 22/0,4 kV đang sử dụng trên các xuất tuyến

LPP trong tỉnh Savannaket có rất nhiều hãng MBA của các công ty như: Hanaka,

Akarat, Union Thai, Pattanakit,Panco, Thai Maxwel, Lunan, PLG,... Khi phân loại

theo công suất đặt và điện áp vận hành của MBA thì có thể chia ra được như trong

bảng 2.4 như sau.

Bảng 2. 4 MBA đang vận hành trong hệ thống LPP trung áp tỉnh Savannaket

TT Số pha Công suất, kVA Điện áp, kV Số lượng, máy Tổng công suất, kVA

1 2000 3 ph 22/0,4 2 4000

2 1500 3 ph 22/0,4 2 3000

3 1000 3 ph 22/0,4 13 13000

TT Số pha Công suất, kVA Điện áp, kV Số lượng, máy Tổng công suất, kVA

33 26400 4 800 3 ph 22/0,4

33 20790 5 630 3 ph 22/0,4

22 1100 6 500 3 ph 22/0,4

18 7200 7 400 3 ph 22/0,4

5 1575 8 315 3 ph 22/0,4

67 16750 9 250 3 ph 22/0,4

1 200 10 200 3 ph 22/0,4

95 15200 11 160 3 ph 22/0,4

2 250 12 125 3 ph 22/0,4

129 12900 13 100 3 ph 22/0,4

2 150 14 75 3 ph 22/0,4

294 14700 15 50 3 ph 22/0,4

91 2730 16 20 3 ph 22/0,4

11 220 17 25 3 ph 22/0,4

99 2970 18 20 1 ph 22/0,4

2 50 19 25 1 ph 22/0,4

5 100 20 10 1 ph 22/0,4

7 140 21 20 SWER 12,7/0,22

12 180 22 15 3SWER 12,7/0,22

945 Tổng hợp 155.850

2.1.3.2. Hệ thống công tơ đo lường

Hệ thống công tơ đo điện đang được áp dụng tại nược CHDCND Lào là các

công tơ đo tiêu chuẩn, sai số cho phép ± 3%. Dưới sự quản lý của công ty EDL hợp

tác với bộ Năng lượng và Mỏ địa chất, Bộ Khoa học và Công nghệ. Hiện nay, công

tơ đo điện đang được áp dụng bao gồm 2 phân loại chính là: công tơ đo điện kiểu

đĩa quay và công tơ điện tử.

Fuse 22kV

kWh

22/0,4 kV kVA

kWh

CB 0,4kV

Load

Hình 2. 1 -a. Công tơ phía sơ cấp Hình 2.1-b. Công tơ phía thứ cấp

Nếu phân biệt theo loại sơ đồ nối công tơ thì có thể chia ra thành 2 loại sơ đồ

- Công tơ đo điện cao áp của máy biến áp: thường áp dụng để đó riêng sản

lượng điện cho các phụ tải của khách hàng lớn có công suất đặt MBA từ 160kVA

trở lên như: Nhà máy lớn, Khách sạn, siêu thị, khu công nghiệp, ... có sơ đồ như

hình 2.1-a.

- Công tơ đo điện phía hạ áp của máy biến áp: thường được áp dụng với các

hộ phụ tải sinh hoạt và các hộ phụ tải của khách hàng mà có công suất đặt MBA bé:

từ 100kVA xuống, có sơ đồ như hình 2.1-b.

2.1.4. Phân loại phụ tải [6]

Các loại phụ tải điện trên LPP được công ty EDL chia ra 8 loại phụ tải như

- Phụ tải sinh hoạt

- Thường mại dịch vụ.

- Kinh doanh quán Bar.

- Cơ quan nhà nước.

- Tưới tiêu nông nghiệp.

- Cơ quan sứ quán quốc tế

- Công nghiệp

- Hoạt động giáo dục, thể thao.

2.2. Thực trạng các chỉ tiêu liên quan đến giới hạn ổn định điện áp của xuất

tuyến 22 kV LJ04

Để đánh giá các chỉ tiêu yêu cầu kỹ thuật của LPP trước tiên ta xét: chất lượng

điện áp, khả năng tải của đường dây và MBA phân phối. Các chỉ tiêu về tổn thất

công suất và tổng thất điện năng cũng là yêu cầu cơ bản thường được xem xét khi

đánh giá tình trạng của lưới điện. Trong thực tế, do lưới điện có số nút lớn và phức

tạp nên các đơn vị vận hành quản lý thường áp dụng các công cụ tính toán phân

tích lưới điện chuyên dụng.

2.2.1. Xuất tuyến 22 kV LJ04 của TBA trung gian 115/22 kV Parkbro

Xuất tuyến 22 kV LJ04 của TBA trung gian 115/22 kV Prakbro, tỉnh

Savannaket là lưới điện hình tia và liên thông, có một nguồn cung cấp, tổng chiều

dài 132,84 km, có 66 TBA phân phối 22/0,4kV với tổng công suất đặt S = 9600

kVA. Trong luận văn này, tác giả sẽ sử dụng một đoạn của xuất tuyến 22 kV LJ04

để làm ví dụ cho việc tính toán. Sơ đồ thay thế tính toán của LPP LJ04 được thể

hiện trên (hình 2.2).

Hình 2. 2 Sơ đồ thay thế tính toán

2.2.1.1. Đặc điểm phụ tải của LPP xuất tuyến LJ04

Do hạn chế về công nghệ đo (công tơ đo điện) đang được áp dụng với các xuất

tuyến LPP trong tỉnh Savanaket, nên việc thu thập số liệu công suất tải các nút phụ

tải một cách chính xác ở thời điểm hiện tại là công việc rất khó khăn. Để thuận lợi

cho việc tính toán, trong luận văn sẽ lấy số liệu công suất tải của các nút phụ tải

bằng hiện trạng khả năng tải của từng MBA phân phối nhân với hệ số tải tương đối

của nhánh đầu nguồn của xuất tuyến 22kV LJ04 của TBA trung gian Nalae. Tức là

công suất tải của các nút phụ tải sẽ có dạng biến thiên giống sự biến thiên công suất

từng thời điểm của công suất nhánh đầu nguồn của xuất tuyến. Còn giá trị cos

(Power factor) thì lấy cos = 0,875 theo tiêu chuẩn của EDL. Dạng đồ thị phụ tải

nhánh đầu nguồn của LPP xuất tuyến 22kV LJ04 của TBA trung gian được trình

bày bằng giá trị k = PT/Pmax (k là hệ số tải tương đối, PT là công suất tại điểm t, Pmax

là công suất cực đại). Các hệ số công suất nhánh đầu nguồn được cho trên hình 2.3.

Hình 2. 3 Biểu đồ hệ số công suất đầu nguồn của xuất tuyến 22kV LJ04

2.2.1.2. Tính toán phụ tải cho các hộ phụ tải của LPP xuất tuyến LJ04

Theo phương pháp tính toán ta đặt SL,i* là công suất tải của nút phụ tải i tương

đối với công suất đầu nguồn tại thời điểm t nào đó:

;

(2.1)

: Công suất tải ở thời điểm t trên đồ thị phụ tải khảo sát.

: Công suất tải cực đại trên đồ thị phụ tải khảo sát.

: Công suất tải nút i trên biểu đồ tại thời điểm t.

: Công suất phụ tải của nút i.

(2.2)

(2.3)

Dựa vào đồ thị phụ tải đầu nguồn trên hình 1.5 và theo biểu thức tính toán trên

ta có thể tính toán được công suất tải các nút tại các thời điểm t như sau:

 Ví dụ tính toán:

Xét phụ tải ở nút phụ tải T_XonPhao: Sđm = 250kVA; kpt =0,595;

cos=0,875. Khi đó:

+ Ở thời điểm 1 giờ:

= 68,1 = =

kVA

= 59,6 kW

= 33 kVAR

+ Ở thời điểm 14 giờ:

= 148,8

= =

kVA

= 130,2 kW

= 71,9 kVAR

Qua các bước tính toán phụ tải của TBA phân phối T_XonPhao ta có kết quả

đồ thị phụ tải ngày của TBA phân phối T_XonPhao như trong bảng 2.5.

Bảng 2. 5 Công suất phụ tải từng giờ trong ngày của TBA nút T_Xonphao

Giờ P* Q* Giờ P* Q*

h kW kVAR h kW kVAR

01:00 59,6 33 13:00 107,9 59,7

02:00 63,1 34,9 14:00 130,2 72

03:00 58,7 32,6 15:00 119,8 66,2

04:00 43,7 24,2 16:00 124,4 68,9

05:00 47,2 26 17:00 119,2 66

Giờ P* Q* Giờ P* Q*

06:00 52,4 28,9 18:00 79,9 44,1

07:00 61,6 34,1 19:00 77,3 42,7

08:00 83,9 46,4 20:00 86,2 47,7

09:00 105,6 58,4 21:00 97,5 54

10:00 108,5 60 22:00 78,4 43,4

11:00 114,3 63,2 23:00 59,6 33

12:00 94,6 52,4 24:00 59,3 32,8

Từ số liệu đã tham khảo được từ công ty EDL tỉnh Savannaket, tiến hành

tính toán cho các nút còn lại của LPP xuất tuyến 22kV LJ04 sẽ có kết quả như cho

trong bảng 2.5. Từ kết quả trong bảng 2.5, ta có tổng công suất phụ tải của xuất

tuyến LJ04 tại các thời điểm như bảng 2.6.

Bảng 2. 6 Tổng công suất tải tại các thời điểm trong ngày

S*pt P*pt Q*pt S*pt P*pt Q*pt Giờ Giờ kVA kW kVAR kVA kW kVAR

3513,3 1943,5 01:00 2217,5 1940,1 1073,8 13:00 4015,2

4238,6 2344,9 02:00 2346,7 2053,6 1135,5 14:00 4844,1

3899,3 2158 03:00 2185,2 1911,6 1059,1 15:00 4456,6

787,6 4050,4 2240,9 04:00 1625,5 1421,9 16:00 4628,8

849,6 3880,5 2147,8 05:00 1754,6 1535,1 17:00 4435,1

942,7 2599,9 1437,8 06:00 1948,4 1705 18:00 2971,1

2514,8 1391,9 07:00 2292,9 2006,2 1110,1 19:00 2874,2

2807,1 1552,6 08:00 3121,8 2731,2 1511,4 20:00 3207,9

3174,1 1756,6 09:00 3929,1 3438 1902,5 21:00 3627,7

2553,1 1411,2 10:00 4036,8 3532,9 1953,1 22:00 2971,2

1940,1 1073,8 11:00 4252,1 3720,7 2058,3 23:00 2217,5

S*pt P*pt Q*pt S*pt P*pt Q*pt Giờ Giờ kVA kW kVAR kVA kW kVAR

1930,9 1068,9 12:00 3520,1 3079,6 1705,1 24:00 2206,8

2.2.1.3. Dòng công suất và khả năng tải của đường dây

Sau khi nhập số liệu và tính toán trào lưu công suất của xuất tuyến LJ04 sử

dụng phần mềm PSS/ADEPT ta được công suất lớn nhất là công suất chạy từ đầu

ngồn có giá trị theo các thời điểm trong ngày như bảng 2.7.

Bảng 2. 7 Công suất nhánh đầu nguồn của xuất tuyến 22 kV LJ04 của TBA trung gian 115/22 kV Parkbro

ΣS*Ng ΣP*Ng ΣQ*Ng ΣS*Ng ΣP*Ng ΣQ*Ng Giờ Giờ kVA kW kVAR kVA kW kVAR

2267,5 1993,9 4217,7 3650,8 2112 1 1079,8 13

2404,4 2111,6 5152,8 4434,4 2624,5 2 1149,9 14

2233,6 1964,4 4712,8 4066,2 2382,6 3 1063,1 15

1646,3 1459,7 671,4 4907,1 4228,8 2489,2 4 16

1780,9 1575,9 829,6 4688,1 4045,8 2368,5 5 17

1983,8 1750,9 932,8 3072,9 2682,1 1499,6 6 18

2347,4 2062,4 1121 2968,6 2592,8 1445,6 7 19

3235,8 2820,2 3329,6 2900,2 1635,6 8 1586,5 20

4122,4 3570,2 3789 3288,8 1881,4 9 2060,9 21

3668,5 3014,6 2632,7 1468,5 10 4239 2123,9 22

3873,5 2267 1993,3 1079,8 11 4482,6 2256,1 23

3188,5 2254,7 1983,4 1072,4 12 3670,7 1818,7 24

Kết quả tính toán trào lưu công suất với các hộ phụ tải có tải lớn nhất trong đồ

thị phụ tải ngày (lúc 14:00 giờ) được cho trong bảng 2.7. Ở đây, khả năng tải của

các loại dây dẫn được xét theo dòng điện cực đại Imax chạy trên các đoạn đường dây

so với dòng điện cho phép Icp của các loại dây bằng biểu thức sau:

2.2.1.4. Chất lượng điện áp

Chất lượng điện áp các nút được đánh giá theo tổn thất điện áp theo biểu thức

Trong đó:

: tỷ lệ tổn thất điện áp tại nút i.

: Điện áp vận hành tại nút I, (V).

: Điện áp định mức ,(V).

Theo tiêu chuẩn của công ty EDL năm 2017 [3], tổn thất điện áp trong các cấp

điện áp không được vượt qua các giá trị như bảng 2.8.

Bảng 2. 8 Tổn thất điện áp cho phép của EDL

Điện áp vận hành

TT Cấp điện áp Lớn nhất Nhỏ nhất Tỷ lệ chênh lệch điện áp cho phép Trường hợp sự cố hoặc ngắn mạch

1 230V 243,8V 207V - +6%  -10%

2 400V 424V 360V - +6%  -10%

3 22 kV 23,1 kV 20,9 kV +5%  -5% +10%  - 10%

4 36,225 kV +5%  -5% 34,5 kV 109,5 kV +10%  - 10%

5 115 kV +5%  -5% 120,775 kV 218,5 kV +10%  - 10%

6 230 kV 241,5 kV +5%  -5% 218,5 kV +10%  - 10%

7 500 kV 525 kV 475 kV +5%  -5% +10%  - 10%

Thông qua việc tính toán trào lưu công suất bằng phần mềm PSS/ADEPT ta

có thể biết được điện áp trên lưới. Để có thể xét được rõ ràng hơn về chất lượng

điện áp thì phải nhìn từ các trường hợp mang tải khác nhau, đặc tính khác nhau khi

phụ tải tăng công suất.

2.2.2. Đánh giá TBA phân phối 22/0.4 kV

Các TBA phân phối trên LPP xuất tuyến 22kV LJ04 bao gồm các loại MBA

có công suất đặt từ: 30, 50, 100, 160, 250, 400, 630 và 800 kVA (bảng 2.9). Trong

đó có tài sản của công ty EDL 36 máy và tài sản của khách hàng 30 máy.

Theo số liệu được từ Công ty Điện lực tỉnh Savannaket cho biết: các MBA trên

LPP xuất tuyến 22kV LJ04 có giá trị hệ số tải kpt = 0,20 – 0,75 (20% - 75% của

công suất định mức máy). Với những số liệu này ta cần phải quan tâm đến việc

thay đổi hoặc tăng số lượng MBA cho các nút phụ tải nào khi có sự tăng lên phụ tải

trong tương lai.

Bảng 2. 9 Số lượng các loại MBA trong xuất tuyến 22kV LJ04

Các loại MBA (kVA) Tổng

30 50 100 160 250 400 500 630 800 9600 Công suất định mức, kVA

Số lượng máy 5 32 11 4 5 2 4 2 1 66

7,6 48,5 16,7 6,1 7,6 3,0 6,1 3,0 1,5 100 Tỷ lệ theo số lượng máy %

1,6 16,7 11,5 6,7 13,0 8,3 20,8 13,1 8,3 100 Tỷ lệ theo dung lượng máy %

Như vậy, qua tính toán hiện trạng LPP xuất tuyến 22kV LJ04 của TBA trung

gian Parkbro, tỉnh Savannaket, nước CHDCND Lào, có thể đưa ra một số kết quả

tính toán như trong bảng 2.10 và bảng 2.11.

Bảng 2. 10 Kết quả hiện trạng các chỉ tiêu của xuất tuyến 22kV LJ04

Đầu vào Kết quả

Qmax Uđm ΔPmax ΔAngày Angày Pmax ΔUmax, 22kV ΔUmax, 0,4kV

MWH MW MVVAR kV % % % MWh/ngày

66,178 4,238 2,345 22/0,4 4,63 3,758 5,128 2,379

Bảng 2. 11 Kết quả hiện trạng dòng diện chạy qua các loại dây dẫn

TT Loại dây dẫn Dòng điện cho phép, A

1 ACSR150 445 Dòng điện Imax, A 131,34 Hệ số kI,ep 0,295

2 AC70 265 5,17 0,02

3 AC50 210 36,12 0,172

4 AC35 175 10,11 0,058

2.2.3. Một số hạn chế và nguyên nhân

Qua phân tích một số chỉ tiêu và các bước tính toán phân tích và đánh giá LPP

xuất tuyến 22kV LJ04 của TBA trung gian 115/22kV Prakbro, tỉnh Savannaket có

thể nhận xét như sau:

- Các hộ phụ tải lớn tập trung ở đầu đường dây đến khu công nghiệp khai thác

đá, nên làm cho điện áp bắt đầu giảm xuống nhiều ở khu vực này. Nếu tải tiếp tục

tăng trong thời gian tới, sẽ có nguy cơ điện áp giảm thấp và mất ổn định điện áp;

- Khi các hộ phụ tải mang tải lớn nhất điện áp các nút vẫn còn thỏa mãn yêu

cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn của EDL là:

-5% < Ui < +5%; Umax 22kV = 3,758%; Umax 0,4kV = 5,128%

- Khả năng tải của các loại dây đẫn vẫn thỏa mãn tiêu chuẩn dây dẫn, ki,epmax =

0,295 .

- Đường dây có chiều dài lớn làm tăng tổn hao công suất và tốn thất điện năng:

Pmax = 4,63%; Angày = 3,59%Error! Digit expected..

Theo kết quả trên thì Công ty Điện lực tỉnh Savannaket cần sớm có các biện

pháp để đối phó và giải quyết các vấn đề chất lượng điện năng và tốn thất công suất

khi có sự tăng trưởng nhu cầu điện năng của các hộ phụ tải trong những năm sắp

tới, nhằm đảm bảo an toàn lưới điện và đủ khả năng CCĐ cho khách hàng, đặc biệt

khi phụ tải tăng lên, sẽ phát sinh những vấn đề về ổn định điện áp.

2.3. Tóm tắt chương 2

Chương này tập trung giới thiệu về đặc điểm của lưới điện phân phối tại tỉnh

Sannavaket, CHDCND Lào và phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật liên quan đến độ tin

cậy cung cấp điện đối với đường dây 22 kV LJ04 để chỉ ra một số những hạn chế

và các nguyên nhân dẫn đến tình trạng không ổn định điện áp.

Trên cơ sở kết quả tính toán về tổn thất điện áp cho thấy do đặc điểm hệ thống

phụ tải không đồng đều dẫn đến mức độ ổn định ở đầu nguồn và cuối nguồn là

khác nhau dẫn đến nguy cơ mất ổn định điện áp hoặc sụp đổ điện áp. Một số lộ có

mức tổn thất khá cao, trong khi đường dây tải điện lại quá dài, dẫn đến điện áp nút

xa nguồn sẽ có giá trị rất thấp, có nguy cơ xảy ra mất ổn định điện áp khi có các

biến động về cấu trúc lưới, về nguồn điện. Điều này đòi hỏi cần sớm có những

đánh giá qua các giới hạn ổn định điện áp, để phục vụ công tác quy hoạch, thiết kế

phù hợp với xu thế phát triển của tỉnh Savannaket.

3. CHƯƠNG 3. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN GIỚI HẠN ỔN

ĐỊNH ĐIỆN ÁP NÚT TẢI TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22kV LJ04

Trong các phân tích lưới điện, mô hình phụ tải có thể được mô tả theo 3 dạng

chủ yếu: tổng trở hằng, công suất hằng và dòng điện hằng. Với lưới điện phân phối,

nếu chỉ mô tả phụ tải đơn thuần là các dạng: tổng trở hằng, công suất hằng hay

dòng điện hằng như đã nêu trên thì kết quả phân tích chế độ trên lưới điện phân

phối sẽ không còn chính xác nữa. Trong trường hợp này cần đưa về dạng mô hình

phi tuyến công suất phụ tải phụ thuộc điện áp, tần số, và còn được gọi là đặc tính

tĩnh của phụ tải tổng hợp. Chương này sẽ trình bày một phương pháp phân tích các

giới hạn ổn định điện áp nút phụ tải tổng hợp trên lưới điện phân phối bằng việc

phân tích độ nhạy, áp dụng cho mô hình tổng quát của đặc tính tĩnh, có xét đến tỷ lệ

các thành phần phụ tải.

3.1. Mô hình toán học của phương pháp

(3.1)

Một hệ phi tuyến có thể được mô tả bởi hệ phương trình [7]:

Trong đó:

x là biến trạng thái;

y là biến đầu ra;

 là biến điều khiển.

Nếu gọi (x0, y0, 0) là điểm cân bằng của hệ thống này, khi đó (3.1) trở

(3.2)

(3.3)

thành:

Hệ thống phi tuyến có thể được tính bằng ma trận Jacobi (J) tại (x0, y0, 0).

Giả thiết biến điều khiển là hằng số (hoặc tuyến tính), d = 0, ta sẽ có hệ phương

trình vi phân:

-1.J3= 0 và det [J4]  0 thì đây là điều kiện xác định giới hạn ổn

NếuJ1 - J2.J4

định.

3.2. Mô hình nghiên cứu

Xét một hệ thống điện đơn giản bao gồm 2 nút: nút nguồn UN kết nối với một

nút phụ tải tổng hợp có công suất ST,k = PT,k +jQT,k bởi một đường dây liên lạc. Ký

hiệu tên nút và giả thiết các trị số ban đầu của các phần tử cho như hình 4.1.

Hình 3. 1 Mô hình hệ thống điện đơn giản và biểu đồ vectơ điện áp

Phương trình cân bằng công suất nút trong hệ thống này có xét đến cân bằng

công suất nguồn và tải [2, 7]. Gọi là điện áp phức tại nút T, với

là tổng trở đường dây nối giữa nút hệ nguồn và nút tải. Trong lưới điện

phân phối phức tạp sẽ bao gồm nhiều nhánh và phụ tải nối với nhau theo một cấu

trúc bất kỳ. Phương trình cân bằng công suất viết cho nút tải thứ k có xét đến đặc

(3.3)

tính phụ tải, được biểu diễn như sau:

Trong phương trình (3.3), đặc tính tĩnh của phụ tải PT,k và QT,k được xây dựng

bằng cách đo đạc, tính toán cụ thể cho từng nút tải (giả thiết bỏ qua ảnh hưởng của

tần số). Có thể viết lại mô hình tải tính ở công thức sau:

Với: P0, Q0 là công suất tác dụng và phản kháng ở điện áp U0;

Khi pu = qu = 0: tải công suất hằng; Khi pu = qu = 1: tải dòng điện hằng; Khi pu

= qu = 2: tải tổng trở hằng; Khi pu = m, qu = r: tải tổng hợp.

Khi tải là phụ tải tổng hợp, các hệ số có dạng: pu = m; qu = r; PT,k = PT0.UT

r; cotgk = PT,k/QT,k. Từ điều kiện J1J4 – J2J3 = 0 sẽ có:

(3.4)

QT,k = QT0.UT

Áp dụng lý thuyết tìm điểm giới hạn (điểm sụp đổ điện áp) ta có:

(3.5)

(3.6)

Điểm vận hành giới hạn (PT0,m, UT,cr) có thể xác định bởi:

(3.7)

Qua một số biến đổi ta được:

(3.8)

Hay:

Biểu thức (4.8) tương đương với biểu thức:

Hay:

(3.9)

(3.10)

Suy ra:

Biểu thức (3.10) chính là trị số điện áp giới hạn của nút phụ tải tổng hợp trong

lưới điện phân phối. Trị số này phụ thuộc vào: thông số phía hệ thống, góc pha điện

áp giữa nút hệ thống và nút tải, tỷ lệ thành phần phụ tải. Rõ ràng: nếu phía hệ thống

có công suất lớn, điện áp nút nguồn luôn được điều chỉnh để giữ trị số không đổi

thì mức điện áp giới hạn được cải thiện và ngược lại.

Các bước thực hiện bài toán xác định trị số vận hành giới hạn trong lưới điện

phân phối được cho trong hình 3.1. Sau khi có dữ liệu về mạng điện (đường dây,

trạm biến áp, các thiết bị khác…), sử dụng phương pháp Newtơn Raphson giải bài

toán phân bố công suất, kiểm tra điều kiện hội tụ của bài toán. Việc xác định trị số

giới hạn được tính toán theo các công thức (3.9) và (3.10). Ứng dụng các bước tính

toán trên, trong hình 3.1 biểu diễn đặc tính PV có xét đến các mô hình khác nhau

của đặc tính tĩnh phụ tải ở một lưới điện mẫu [4].

Hình 3. 2 Thuật toán xác định giới hạn ổn định điện áp tại nút tải tổng hợp

Đặc tính PV này thu được từ các số liệu thu thập từ phụ tải tổng hợp phụ

thuộc điện áp. Dễ thấy, với các tỷ lệ thành phần phụ tải khác nhau thì điểm giới hạn

(điểm sống mũi) ổn định điện điện áp là hoàn toàn khác nhau. Với các phụ tải có

công suất hằng: pu = qu = 0; thì mức giới hạn ổn định thường thấp, có nghĩa là trong

phụ tải tổng hợp, nếu hoàn toàn là các động cơ không đồng bộ (tiêu thụ nhiều công

suất phản kháng) thì miền ổn định điện áp có diện tích bị thu hẹp.

UT, pu

Hình 3. 3 Đặc tính PV khi thay đổi thành phần phụ tải

Bảng 3. 1 Điểm giới hạn sụp đổ điện áp khi tỷ lệ thành phần phụ tải khác nhau

0 0,5 0,8 1,0

0,7071 0,5774 0,4328 0,0116 3,3331 4,3157 4,9275 6,6664 1,2 - - 1,5 - - 2,0 - - 2,5 - - TT pu, qu 1 UT,gh PL0 2

Như vậy, khi tăng công suất phụ tải, điện áp giảm nhanh và tốc độ tiến đến

điểm điện áp giới hạn khá lớn (trị số đạo hàm giảm nhanh về mức 0). Khi tỷ lệ các

động cơ không đồng bộ giảm, phụ tải thay thế là các phụ tải có đặc tính mềm thì

mức giới hạn về công suất cho phép tăng lên. Tỷ lệ tăng này càng lớn nếu tỷ lệ

động cơ trong thành phần phụ tải tổng hợp càng bé. Nếu thành phần phụ tải là tổng

trở hằng sẽ không còn tồn tại khái niệm ổn định điện áp. Trong thực tế vận hành,

giá trị điện áp luôn thay đổi trong một giới hạn cho phép, sự thay đổi này chủ yếu

do tác động của phụ tải lên hệ thống. Điều này khác với sự thay đổi đột ngột điện

áp do có sự cố xảy ra trên hệ thống điện. Sự thay đổi điện áp do phụ tải thường có

biên độ nhỏ, và phải được điều chỉnh kịp thời, nhất là khi có dao động công suất

trên hệ thống (mất nguồn, mất đường dây…).

Có thể nhận thấy: có mối quan hệ rất rõ giữa điện áp và công suất phụ thuộc

vào hệ số mũ pu. Nếu điện áp không ảnh hưởng đến công suất của phụ tải thì phụ

tải có công suất là hằng số và pU có giá trị là 0. Nếu pu nhận các giá trị khác 0 thì 50

phụ tải sẽ chịu tác động của điện áp. Trên hình 3.4, nếu pu có giá trị càng lớn thì

điểm vận hành càng xa điểm sụp đổ điện áp của đường đặc tính PV. Đối với đặc

tính động, hệ số mũ pU tương ứng với thời gian dài, nếu pu > 0 thì công suất phụ tải

được hồi phục một phần so với lúc trước khi xảy ra dao động. Nếu pu nhận giá trị

âm thì công suất phụ tải được phục hồi theo thời gian dài do tác động của thay đổi

nấc điện áp. Có nghĩa là khi bộ đổi nấc thay đổi thì điện áp ở phía sau bộ đổi nấc

của máy biến áp sẽ nằm trong giá trị cho phép. Khi phụ tải phụ thuộc vào độ nhạy

điện áp thì giá trị của công suất phụ tải sẽ tăng khi điện áp tăng.

Ở đây, nếu tham số có giá trị càng âm thì độ tăng công suất càng lớn, tức hệ

thống sẽ tiến gần đến giới hạn ổn định điện áp. Qua đó cho thấy đặc tính của phụ

tải đã tác động ra sao đối với độ ổn định điện áp và tạo ra các vị trí vận hành mới

trên đường cong PV, điểm vận hành này có thể xa hoặc gần hơn điểm sụp đổ điện

áp của đường cong PV sau khi mất một đường dây song song. Điều này rất quan

trọng trong việc vận hành và dự báo phụ tải trong tương lai.

Hình 3. 4 Ảnh hưởng của đặc tính phụ tải đối với đường cong PV trong trường hợp phụ thuộc điện áp

Theo phương pháp truyền thống, công suất của phụ tải đối với vấn đề ổn định

điện áp thường được sử dụng bằng mô hình phụ tải tĩnh, và trong nhiều trường hợp

thường dùng mô hình phụ tải có công suất không đổi do sử dụng bộ điều áp để thực 51

hiện điều chỉnh điện áp. Nhưng thực tế cho thấy sự phụ thuộc của phụ tải với điện

áp là một vấn đề rất quan trọng trong nghiên cứu ổn định điện áp. Hình 3.3 ở trên

trình bày độ nhạy điện áp đối với phụ tải có tác dụng tích cực đối với ổn định hệ

thống bằng cách đưa ra một số biện pháp như đóng các máy phát công suất nhỏ,

đóng các tụ bù tại chỗ ...

Bằng cách sử dụng công suất hằng số trong tính toán phân bố công suất, giá trị

điện áp sẽ thay đổi từ điểm A đến điểm B. Tuy nhiên, phần lớn các phụ tải đều phụ

thuộc vào giá trị điện áp, ví dụ như trường hợp pu = 0,6 trong hình 3.3. Với giá trị

này thì kết quả giá trị điện áp sẽ tương đương với điểm D. Sự khác nhau giữa điểm

B và điểm D rất quan trọng. Vị trí điểm D tương ứng với trường hợp tổng công suất

phụ tải sẽ nhỏ hơn và giá trị điện áp sẽ cao hơn so với trường hợp giải bằng phương

pháp phân bố công suất. Trong trường hợp này, nếu ta coi công suất là hằng số thì

sự tác động là khá rõ ràng và công suất truyền tải theo lý thuyết sẽ giảm xuống mặc

dù tăng các giới hạn biên an toàn, cuối cùng làm cho hệ thống không tận dụng được

hết khả năng sử dụng công suất.

3.3. Điển hình áp dụng

Một mạng điện 22 kV trên không cung cấp điện cho một phụ tải tổng hợp tập

trung. Đoạn đường dây DD1 có chiều dài 12km, dây dẫn AC 95. Phụ tải có công

suất S = (5,2 + j3,5) MVA. Trong hình 3.6 là kết quả tính toán mô phỏng đặc tính

PV trong các trường hợp cơ bản: tải công suất hằng; tải dòng điện hằng và tải tổng

trở hằng. Các đặc tính ổn định này hoàn toàn phù hợp với công thức tính toán ở

trên.

Dễ thấy: khi tải công suất hằng, giới hạn ổn định điện áp khá thấp, là do các

động cơ không đồng bộ luôn tiêu thụ một lượng lớn công suất phản kháng để duy

trì từ trường quay. Khi gia tăng công suất phụ tải, điện áp sụt giảm rất nhanh. Khi

tỷ lệ phụ tải công suất hằng giảm, tỷ lệ phụ tải là dòng điện hằng hay công suất

hằng tăng lên, dễ nhận thấy là giới hạn ổn định điện áp được gia tăng rõ rệt (hình 52

3.7). Điển hình là trường hợp phụ tải có 80% tổng trở hằng, công suất giới hạn tăng

gần 3 lần so với trường hợp tải công suất hằng (hình 3.8). Cho hệ số công suất cos

của nút phụ tải thay đổi từ 0,8 đến 1, kết quả tính toán mô phỏng ở hình 3.9 cho

thấy: hệ số công suất nút tải có ảnh hưởng khá mạnh đến giới hạn ổn định cũng như

hệ số sụt áp nút. Khi phụ tải có cos = 1, công suất Pmax = 16,5 MW tại Ugh =

54%Uđm. Khi cos = 0,8, công suất giới hạn cung cấp cho phụ tải toàn lưới là 11

MW tại Ugh = 48%Uđm.

Hình 3. 5 Sơ đồ lưới điện trong ví dụ

Hình 3. 6 Đặc tính PV nút tải trong các trường hợp điển hình

Hình 3. 7 Đặc tính PV nút tải khi thay đổi tỷ lệ thành phần phụ tải

Trong trường hợp tải công suất hằng: khi tăng hệ số công suất cos của phụ

tải cũng có tác dụng cải thiện giới hạn ổn định điện áp đáng kể. Với trường hợp

cos = 0,8, trị số công suất giới hạn đạt 11 MW; nhưng khi tăng hệ số công suất

cos lên 0,9, trị số công suất giới hạn cung cấp cho phụ tải toàn lưới là 12,5 MW,

chất lượng điện áp cũng được cải thiện. Ngoài ra, biện pháp thay đổi cấu trúc

đường dây theo hướng giảm tổng trở lưới điện sẽ có tác dụng cải thiện chất lượng

điện áp cho phụ tải.

Hình 3. 8 Đặc tính PV nút tải (mang tính cảm) với cos khác nhau

Hình 3. 9 Đặc tính PV nút tải với cos khác nhau, tải công suất hằng

Hình 3. 10 Đặc tính PV nút tải khi thay đổi cấu trúc đường dây

Ở hình 3.9 đã thể hiện rõ điều này, cụ thể: khi giảm tổng trở đường dây kết nối

bằng cách tăng cường mạch kép, công suất giới hạn các nút tải đạt 22,5MW ở

trường hợp cos = 0,8 (mang tính cảm). Trong trường hợp có bù công suất phản

kháng (từ giá trị cos = 0,8 mang tính cảm lên cos = 0,8 mang tính dung), công

suất giới hạn tăng từ 13 MW lên 19 MW (tải công suất hằng).

3.4. Nhận xét

Phần này đã sử dụng một cách tiếp cận mới về phân tích và xác định giới hạn

ổn định điện áp cho nút tải tổng hợp trong lưới điện phân phối. Đã thiết lập các

biểu thức giải tích tường minh tìm giới hạn ổn định công suất và điện áp. Bằng việc

sử dụng phép phân tích độ nhạy, kết hợp với sử dụng đường cong PV, chương này

đã phân tích chi tiết mức ổn định điện áp nút theo tỷ lệ thành phần phụ tải. Trên cơ

sở phân tích đường cong PV theo các thành phần tỷ lệ phụ tải khác nhau đã làm rõ

bản chất vật lý giới hạn ổn định điện áp của phụ tải tổng hợp.

Kết quả tính toán đã cho thấy: các nút tải tổng hợp có tỷ lệ thành phần phụ tải

khác nhau thì giới hạn ổn định và đặc tính PV là hoàn toàn khác nhau. Các phụ tải

công suất hằng có miền giới hạn ổn định “hẹp” nhất, bởi các động cơ không đồng

bộ khá nhạy cảm với điện áp. Hiện tượng mất ổn định điện áp chỉ xảy ra nếu [pu;

qu]  1. Một số giải pháp cơ bản như: tái cấu trúc lại lưới điện, lặp đặt thiết bị bù,

sử dụng máy biến áp có điều chỉnh dưới tải...có tác dụng khá rõ rệt để nâng cao

giới hạn ổn định điện áp cung như cải thiện chất lượng điện áp các nút tải.

3.5. Kết quả tính toán giới hạn ổn định điện áp lưới điện xuất tuyến LJ04,

tỉnh Savannaket, nước CHDCND Lào

Trên hình 3.11 là sơ đồ một sợi của nhánh Parkbro1-2, trên xuất tuyến 22 kV

LJ04 sau trạm biến áp trung gian Nalae 110/22 kV, tỉnh Savannaket [4]. Nhánh này

cấp điện cho cho các phụ tải Nongbern, huyện Seno, huyện Muang Pin, Dansava.

Trục chính của xuất tuyến LJ04 sử dụng dây dẫn AC 70. Phụ tải của trạm hiện có

đến 70% phục vụ điện sinh hoạt. Tuy nhiên, trên xuất tuyến có trạm biến áp

BanThin_2 (nút 7 trong hình 3.11) chủ yếu cấp điện cho phụ tải công nghiệp sản

xuất địa phương, quy mô vừa và nhỏ (máy khai thác đá và máy chế biến nhựa). Chi

tiết số liệu về chiều dài đường dây, công suất phụ tải cho trên hình 3.11.

Hình 3. 11 Sơ đồ một sợi của 1 phân đoạn nhánh Parkbro, lộ LJ04, tỉnh Savannaket

Sử dụng chương trình NEPLAN, qua kết quả mô phỏng ở các hình 3.11 với

giả thiết các phụ tải có công suất không đổi (công suất hằng: pu = qu = 0) thì mức

giới hạn ổn định khá thấp, có nghĩa là trong phụ tải tổng hợp, nếu hoàn toàn là các

động cơ không đồng bộ (tiêu thụ nhiều công suất phản kháng), sẽ mất ổn định điện

áp rất nhanh nếu tiếp tục tăng công suất ở nút này. Khi tăng công suất phụ tải, điện

áp giảm nhanh và tốc độ tiến đến điểm điện áp giới hạn khá lớn (trị số đạo hàm

giảm nhanh về mức 0). Nếu phụ tải 100% công suất hằng (các động cơ điện) thì

công suất giới hạn ở trị số 4,73 MW, tương ứng điện áp ở giới hạn ổn định là

0,65pu.

Nếu thành phần phụ tải hoàn toàn là tổng trở hằng sẽ không còn tồn tại khái

niệm ổn định điện áp. Trị số pu = qu = 1 ứng với trường hợp phụ tải là dòng điện

hằng cho thấy: khi phụ tải là dòng điện hằng lớn hơn nhiều so với khi phụ tải là

công suất hằng. Với trường hợp tải tổng trở hằng và dòng điện hằng (thời điểm các

phụ tải sử dụng nhiều phụ tải sinh hoạt: đun nấu, chiếu sáng dùng đèn huỳnh

quang,…) thì miền giới hạn được mở rộng đáng kể. Công suất giới hạn nằm cách

rất xa điểm vận hành ban đầu. Với tải dòng điện hằng, công suất giới hạn cung cấp

cho các phụ tải toàn lưới đạt qua trị số 12,83 MW và 18,8 MW khi tải tổng trở

hằng. Tuy nhiên cũng có thể thấy rằng, trong thực tế sẽ rất khó đạt được trị số này,

bởi các giới hạn phát nóng của đường dây và khả năng tải của MBA.

,

% U

MW

nut1 nut2 nut3 nut4 nut5 nut6 nut8 nut9 nut10 nut11 nut12

Hình 3. 12 Đặc tính PV các nút tải (công suất hằng)

Hình 3. 13 Đặc tính PV các nút với tải tổng trở hằng và dòng điện hằng

Hình 3. 14 So sánh đặc tính PV, QV nút 1 trong các kịch bản vận hành khác nhau

Với các nút tải ở xa nguồn và tiết diện dây dẫn nhỏ (nút 4, 5, 6) có chất lượng

điện áp kém do điện kháng đường dây lớn. Trong các hình dưới đây là kết quả mô

phỏng đặc tính PV và QV khi tải công suất hằng chiếm 30%; 50% tải dòng điện

hằng và so sánh đặc tính PV trong các kịch bản khác nhau. Có thể thấy, kết quả mô

phỏng hoàn toàn phù hợp với lý thuyết đã chứng minh ở phần trên, giá trị công suất

giới hạn tăng khá nhanh, đạt đến giá trị giới hạn 6,103 MW (điểm đứt gãy trong

hình) và 8,83 MW tại điểm giới hạn lý thuyết.

Giới hạn ổn định có thể được cải thiện nếu thay đổi cấu trúc lưới điện hoặc lắp

đặt các thiết bị bù. Trong hình 3.16 là kết quả mô phỏng giới hạn ổn định điện áp

các nút tải khi cho nhánh rẽ cấp cho phụ tải các nút 4, 5, 6 kết nối với thanh cái

22kV, nhánh Prakbro, của xuất tuyến LJ04. Kết quả cho thấy: công suất giới hạn

các nút tăng từ 4,73MW lên 5,2 MW với tải công suất hằng; và lên 6,0 MW với tải

30% công suất hằng, ngoài ra điện áp vận hành cải thiện khá rõ. Khi có đặt tụ bù

600 kVAR tại nút số 3, chất lượng điện áp cải thiện tốt hơn trong chế độ vận hành

đầu, công suất giới hạn tăng từ 4,73 MW lên 5,0 MW.

Cũng qua tính toán trị số độ nhạy và các hệ số sụt áp một số nút điển hình cho

thấy: các nút xa nguồn, các nút tải công nghiệp có chất lượng điện áp và mức độ ổn

định điện áp rất thấp. Hệ số dự trữ điện áp ở các nút này đều thấp hơn các nút còn

lại, đây là những nút yếu trên phương diện ổn định điện áp bảng 3.2. Với tải có tỷ

lệ thành phần công suất hằng giảm, độ dự trữ điện áp tăng mạnh (bảng 3.3), tuy

nhiên đây cũng chỉ là hệ số dự trữ tính theo lý thuyết (điểm có Ugh bé nhất), trong

thực tế vận hành, giá trị này thường nhỏ hơn nhiều do các tác động của hệ thống

bảo vệ và giới hạn khả năng tải của đường đây và MBA.

Có thể nhận thấy, với phụ tải có tỷ lệ công suất hằng thấp thì hệ số dự trữ theo

điện áp khá cao (Ugh nhỏ), chất lượng điện áp có xu hướng tốt hơn ở chế độ làm

việc ban đầu, công suất giới hạn và điện áp giới hạn tăng. Tuy nhiên, khi công suất

tải gia tăng quá mức, cần phải có giải pháp phù hợp để cải thiện ổn định điện áp ở

những nút này nhằm nâng cao ổn định điện áp chung cho toàn lưới: sử dụng MBA

nu t1

có OLTC; sử dụng tụ bù tại chỗ, nâng công suất trạm biến áp, cải tạo mạng điện,….

R A V M

nu t2

nu t3

U,%

Hình 3. 15 Đặc tính QV các nút tải, kịch bản 30% công suất hằng; 50% dòng

điện hằng

,

% U

MW

nut 1 nut 2 nut 3 nut 4 nut 5

Hình 3. 16 Đặc tính PV các nút, tải công suất hằng khi thay đổi cấu trúc lưới điện

,

% U

nut1-tai P hang-hien trang

nut1-tai P hang-thay doi CT luoi nut1-P hang, nang CS MBA

MW

Hình 3. 17 So sánh đặc tính PV nút 1 trong các kịch bản tính toán

3.6. Tóm tắt chương 3

Trong chương này, luận văn đã ứng dụng phép phân tích độ nhạy, kết hợp

với đường cong đặc tính PV và QV để phân tích ổn định điện áp nút tải tổng hợp ở

một số lưới điện đặc trưng các khu vực. Kết quả tính toán trong chương này đã làm

rõ sự đúng đắn các công thức tường minh mà luận văn đã chứng minh.

Trên cơ sở phân tích đường cong PV, QV theo các thành phần tỷ lệ phụ tải

khác nhau đã làm rõ bản chất vật lý giới hạn ổn định điện áp của phụ tải tổng hợp.

Các hệ số dự trữ ổn định theo điện áp và công suất tác dụng đã được lựa chọn, kết

hợp với phân tích đường cong PV, QV để đánh giá ổn định điện áp cho các nút tải

thưc tế một số nút đặc trưng ở xuất tuyến LJ04 Savannaket, nước Cộng hòa dân

chủ nhân dân Lào.

Từ các giá trị ổn định điện áp, độ dự trữ ổn định, kết quả này sẽ là cơ sở quan

trọng để các đơn vị quản lý lưới điện ở Savannaket, CHDCND Lào đề xuất giải

pháp nâng cao giới hạn ổn định và làm việc tin cậy cho lưới điện phân phối.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Luận văn đã xây dựng được các biểu thức tường minh cho việc xác định các

giới hạn ổn định điện áp ở nút tải tổng hợp trong lưới điện phân phối. Kết quả

nghiên cứu lý thuyết và tính toán mô phỏng từ lưới điện thực tế đã cho thấy:

 Việc đề xuất sử dụng phương pháp phân tích độ nhạy kết hợp với đường

cong PV, QV để phân tích ổn định điện áp nút tải tổng hợp trong lưới điện

phân phối là phù hợp với thực tế và cho kết quả mô phỏng tương đối chính

xác.

 Luận văn đã ứng dụng phương pháp phân tích ổn định điện áp dựa vào phép

phân tích độ nhạy kết hợp với thuật toán đánh giá ổn định điện áp bằng

phương pháp đường cong PV, QV sử dụng biến công suất phản kháng thay

đổi để đánh giá ổn định điện áp của các nút tải tổng hợp trên lưới điện phân

phối.

 Từ kết quả tính toán cho lưới điện thực tế 22kV LJ04, tỉnh Savannaket của

Lào bằng đường cong PV, QV cho thấy: với các nút tải có đặc tính tĩnh khác

nhau thì giới hạn mất ổn định điện áp là rất khác nhau. Theo xu hướng công

nghiệp hoá, tỷ lệ thành phần phụ tải công suất hằng sẽ ngày càng cao, do đó

miền giới hạn ổn định sẽ càng bị thu hẹp, đây là nội dung rất cần được các

nhà quản lý và vận hành lưới điện phân phối quan tâm trong quá trình thiết

kế và vận hành trong việc áp dụng các giải pháp ngắn hạn cũng như áp dụng

các phương tiện điều khiển để nâng cao ổn định điện áp cho lưới điện phân

phối. Kết quả này đã được Luận văn kiểm chứng bằng cả lý thuyết lẫn thực

nghiệm mô phỏng trên lưới điện đang vận hành.

2. Kiến nghị

Để nâng cao khả năng ổn định điện áp nút tải, trong thời gian tới cần thiết

phải:

 Nghiên cứu xây dựng thuật toán đánh giá nhanh giới hạn ổn định điện áp

trong thời gian thực cho lưới điện phân phối có xét đến khả năng đo lường

online (PMU), phù hợp với đặc thù lưới điện và phụ tải ở Lào;

 So sánh hiệu quả ổn định điện áp trong các kịch bản lắp đặt tụ bù, OLTC hay

tái cấu hình lưới điện tại các nút tải công nghiệp cần được tính toán đầy đủ,

với số liệu thống kê chi tiết hơn để có thể lựa chọn được giải pháp khả thi

trên phương diện kinh tế và kỹ thuật trong quá trình vận hành lưới điện phân

phối ở Lào.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] A. Allegato; J.V.Milanovic and I.A.Hiskens (2007). A Contribution to the Voltage Stability studies within Power Systems: Some Aspects Related to the Load Representation; Proceedings of the World Congress on Engineering 2007 Vol I WCE 2007, London, U.K

[2] A. Berizzi (1998). Bibliography on voltage stability, IEEE Trans.on Power

Systems, Vol. PWRS-13, pp. 115–125.

[3] EDL; Tiêu chuẩn đấu nối lưới điện; Viêng Chăn 2016. [4] Tổng kết công tác vận hành lưới điện của Công ty EDL tỉnh Savannaket

các năm 2017, 2018, 2019, 2020.

[5] Quy định số 563/MEM/2017 về việc: quản lý và ứng dụng hệ thống điện

(2017) – Công ty EDL, Viêng Chăn, Lào;

[6] Sở Kế hoạch đầu tư Savannaket (2016). Kế hoạch phát triển kinh tế tỉnh

Sannavaket giai đoạn 2016-2025, tầm nhìn 2030;

[7] Carson. W. Taylor (1994). Power System Voltage Stability; New York:

McGraw Hill.

[8] C. D. Vournas, Ajjarapu, V.; Christy, C. (1992). The continuation power flow: A tool for steady state voltage stability analysis. Power Systems, IEEE Transactions on., Vol.7, No. 1, p. 416–423.

[9] Dang Toan NGUYEN (2008). Contribution à l’analyse et à la prévention des blackouts de réseaux électriques; DIRECTEUR DE THÈSE Didier GEORGES.

[10] Anouvong Soutthivong, (2018). Luận văn tốt nghiệp Cao học, Đại học

Bách khoa Hà Nội.

[11] NEPLAN 5.0 Hilfe, www.neplan.ch [12] Trần Quang Khánh (2008). Hệ thống cung cấp điện; tập 1, 2. Nhà xuất bản

Khoa học và kỹ thuật; Hà Nội

[13] Lê Hữu Hùng (2012). Nghiên cứu ổn định điện áp để ứng dụng trong hệ

thống điện Việt Nam; Luận án tiến sĩ kỹ thuật; Đà Nẵng.