TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009
44
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN LẮP ĐẶT THIẾT BỊ TCSC HOẶC TCPAR
KẾT HỢP SVC ĐỂ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO HTĐVN GIAI
ĐOẠN ĐẾN NĂM 2020
A RESEARCH INTO CALCULATING AND INSTALLING TCSC OR TCPAR
DEVICE IN COMBINATION WITH SVC DEVICE TO ENHANCE VOLTAGE
STABILITY FOR POWER SYSTEM OF VIETNAM UP TO 2020
Lê Quang An, Phạm Châu Tuấn
Công ty truyền tải Điện 2
Ngô Văn Dưỡng
Đại học Đà Nẵng
TÓM TẮT
Qui hoạch phát triển hệ thống điện Việt Nam đến năm 2020 tổng chiều dài đường dây
500 kV lên đến 9092km, tổng công suất lắp đặt các nhà máy là 52271MW. Khi đó trào lưu công
suất thay đổi lớn theo chế độ vận hành dễ dẫn đến sụp đổ điện áp gây mất ổn định hệ thống,
cần thiết phải tìm các giải pháp kỹ thuật để xử lý. Bài báo trình bày nội dung tính toán khảo sát
điện áp nút thông qua đặc tính V-P theo kịch bản điển hình. Qua đó cho thấy điện áp tại nhiều
nút biến động rất lớn không thể khắc phục được bằng thiết bị bù cố định. Bằng cách sử dụng
các thiết bị FACT, phối hợp và thay đổi vị trí lắp đặt tại các nút nguy hiểm đã tìm được 2
phương án khả thi để lắp đặt TCSC hoặc TCPAR kết hợp với SVC để cải thiện chất lượng điện
áp toàn hệ thống. Điều chỉnh đặc tính SVC để giữ ổn định điện áp theo ở mức phù hợp, kết
hợp với đặc tính TCSC (hoặc TCPAR) đã cải thiện đáng kể chất lượng điện áp theo chế độ vận
hành.
ABSTRACT
According to Power Network Planning in Vietnam, the total length of 500kV
transmission line will reach 9,092 kilometers and the total installation capacity of power plants
will be 52271 MW. At that time, the capacity trend may have a big change affected by operating
regimes, which is likely to cause big electrical voltage drop leading to network instability.
Therefore, technical solutions are needed to deal with the situation. This article presents how to
calculate and survey node voltage via V-P performance following a typical scenario. The results
show that the voltages at many nodes undergo great changes, which cannot be overcome by
fixed compensation devices. By using FACT devices as well as combining and changing
installation sites at dangerous nodes, two feasible options have been worked out to install
TCSC or a TCPAR - SVC combination to improve the whole network voltage quality. SVC
performance can be adjusted to stabilize the voltage at the appropriate levels, SVC can be
combined with TCSC (or with TCPAR) to considerably improve the voltage quality in
accordance with the operating regime.
1. Đặt vấn đề
Từ khi đường dây 500kV đưa vào vận hành năm 1994 đã liên kết hệ thống điện ba
miền Bắc – Trung – Nam của nước ta thành hệ thống điện hợp nhất Việt Nam. Thời
gian qua, hệ thống điện liên tục được mở rộng và phát triển, đến nay tổng chiều dài
đường dây 500kV đã lên đến 3131 km, tổng công suất lắp đặt của các nhà máy là 12357
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009
45
MW. Theo qui hoạch tổng sơ đồ VI (giai đoạn đến năm 2020) tổng chiều dài đường dây
500kV là 9092 km và tổng công suất lắp đặt của các nhà máy là 52271MW. Trong quá
trình thiết kế, xây dựng và vận hành HTĐ hợp nhất có đường dây siêu cao áp 500kV đã
xuất hiện nhiều vấn đề kỹ thuật khác với hệ thống điện nhỏ điện áp thấp. Đó là: giới hạn
truyền tải công suất trên các đường dây không còn phụ thuộc điều kiện phát nóng hay
điều kiện tổn thất điện áp trên đường dây mà phụ thuộc giới hạn ổn định tĩnh; Khi có sự
cố ngắn mạch trên các đường dây tải nặng thì dự trữ ổn định động bé, do đó dễ dẫn đến
dao động lớn có thể gây mất ổn định dẫn đến tan rã hệ thống; Trào lưu công suất trong
hệ thống thay đổi theo mùa dẫn đến điện áp các nút biến động lớn theo chế độ vận hành
thường không thể khắc phục được bằng các thiết bị bù cố định [1].
Thực tế vận hành đã có các trường hợp sự cố vào các ngày 17/5/2005, 27/12/2006,
20/7/2007 và ngày 04/9/2007, gây mất điện một vùng rộng lớn trong nhiều giờ liền. Để
đảm bảo cho HTĐ vận hành an toàn và tin cậy cần thiết tìm các giải pháp kỹ thuật hợp
lý để nâng cao độ dự trữ ổn định, điều khiển trào lưu công suất trong hệ thống để chống
sụp đổ điện áp. Giải pháp mà đề tài lựa chọn là sử dụng công nghệ FACTS để tính toán
lựa chọn vị trí và dung lượng bù thích hợp bằng thiết bị TCPAR hoặc TCSC kết hợp với
SVC để điều khiển nâng cao ổn định điện áp nút phụ tải theo chế độ vận hành.
2. Tính toán xây dựng đặc tính V-P cho các nút tải của HTĐVN
Sơ đồ HTĐVN giai đoạn 2020 như trên hình 1,
thông số hệ thống được lấy theo quy hoạch tổng sơ
đồ VI [4]. Sử dụng phần mềm CONUS để tính toán
thông số chế độ ở chế độ xác lập (CĐXL). Sau khi
cập nhật thông số hệ thống vào file số li
ệu, chọn nút
cân bằng (Slake), đặt chế độ TĐK giữ điện áp đầu
cực các máy phát bằng điện áp định mức trong phạm
vi điều chỉnh từ (Q min, Qmax
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
SS S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
Lai Cháu
TÂ Sån La
S
TÂ Têch Nàng
Pitoong
B.Chaït
N.Chiãún H.Quaíng
Viãût Trç
Vénh Yãn
Hiãûp Hoìa
Trung Quäúc
Thaïi Nguyãn
Bàõc Giang
NÂ Quaíng Ninh
NÂ Mäng Dæång
NÂ Haíi Phoìng
Bàõc Ninh
Âäng Anh
Hoaìi Âæïc
Hoìa Bçnh
Nho Quan
Thæåìng TÊn
Phäú Näúi
Thaïi Bçnh
Nghi Sån
NÂ Nghi Sån I Thanh Hoïa
NÂ Nghi Sån II
Haì Ténh NÂ Vuîng AÏng1,2
Vuîng AÏng
S
NÂ Vuîng AÏng 3
NÂ Quaíng Bçnh
Cáöu Hai
Âaì Nàông
Däúc Soíi
Thaûch Myî
Säng Bung 4,5 A Væång ÂàkMy 4,1
Baín Soïc âãún
PLeiku
Sã San 4
Sã San 3A
Sã San 3
Yaly
Âàk Tik Âäöng Nai 5,4,3
Âàk Näng
Myî Phæåïc
Táy Ninh
Cuí Chi
Âæïc Hoìa
Thäút Näút
Cáöu Bäng
Tán Âënh
Di Linh
TÂ Têch Nàng
Âi
?
n
H
?
t Nh
â
n1
NÂ Vénh Tán NÂ Vénh Tán II
NÂ Cam Ranh
Bçnh Âënh
NÂ.Bçnh Âënh
Thuí Âæïc Bàõc Säng Máy
NÂ Sån
Myî
NÂ Phuï Myî
NÂ Phuï Myî
Phuï Myî
Phuï Lám
Nhaì Beì
Myî Tho
NÂ Kiãn Giang
Ä Män
NÂ Soïc Tràng
NÂ Traì Vinh
2x450MVA
1x450MVA
2x450MVA
2x900MVA
1x450MVA
2x600MVA
2x600MVA
2x600MVA 2x450MVA
2x600MVA
2x600MVA
2x600MVA
2x900MVA
1x900MVA
2x450MVA
2x450MVA
1x600MVA
1x450MVA
2x450MVA
1x450MVA
1x600MVA
2x900MVA
2x450MVA
2x450MVA
2x450MVA
2x450MVA
2x450MVA
2x450MVA
Cam Ranh
2x450MVA
2x900MVA
2x600MVA
2x450MVA
2x900MVA
Vénh Tán
1x450MVA
Sån Myî
1x450MVA
2x900MVA
2x450MVA
2x600MVA
2x900MVA
1x900MVA
2x900MVA
1x600MVA
2x450MVA
Traì Vinh
1x450MVA
Soïc Tràng
2x450MVA
2x450MVA
2x450MVA
2x450MVA
2x900MVA
S
So d? h? th?ng di?n 2020
), chọn hệ số công suất
phụ tải cosφ=0.9. Thực hiện quá trình tính toán xây
dựng đặc tính điện áp nút như sau: chọn chế độ đầu
ứng với 25% công suất cực đại cho tất cả các nút tải
và 25% công suất định mức của các nút nguồn trừ
nút Slake (khoảng trên 50% giá trị tại thời điểm hiện
tại). Tăng công suất từng bước 5%, tính toán CĐXL
để lấy thông tin điện áp nút và vẽ đặc tính điện áp V-
P cho tất cả các nút tải [2], [3]. Qua kết quả tính toán
cho thấy:
Hình 1. Sơ đồ HTĐVN giai đoạn 2000
- Khu vực miền Bắc: Ở chế độ tải nhẹ điện áp tại nút Lai Châu, Hòa Bình lớn
hơn 105%Uđm. Trong chế độ nặng tải một số nút có đi ện áp giảm thấp hơn 95%Uđm
như: Hoài Đức, Vĩnh Yên, Thái Nguyên, Phố Nối, Thái Bình, Đông Anh. Đặc tính V-P
một số nút điển hình có điện áp biến động lớn như hình 2.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009
46
- Khu vực miền Trung: Chế độ tải nhẹ, tại các nút: Nghi SơnI-II , Hà Tĩnh, Vũng
Áng I II, Vũng Áng III, Quảng Bình, Cầu Hai, Đà Nẵng, Thành Mỹ, Dốc Sõi, Bình
Định, Pleiku, Yaly, ĐăkNông có điện áp tăng lớn hơn 105%U đm
Thái Bình
P(pu)
U(kV)
500
475
500
475
475
; cao nhất là nút Cầu
Hai (533.1kV) và đây là điện áp cao nhất trong toàn hệ thống. Ở chế độ tải nặng điện áp
các nút đều nằm trong vùng cho phép. Tuy nhiên, điện áp nút Cầu Hai và Đà Nẵng giảm
rất nhanh khi tăng tải, đặc tính V-P một số nút điển hình có điện áp biến động lớn như
hình 3.
Hình 2. Đặc tính V-P ở m
ột số nút điển hình có điện
áp biến động lớn tại khu vực Miền Bắc
Đà Nẵng
425
445
465
485
505
525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
U(kV)
Cầu Hai
425
445
465
485
505
525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
U(kV)
500
500
475
475
Hình 3. Đặc tính V-P ở một số nút điển hình có
điện áp biến động lớn tại khu vực Miền Trung
- Khu vực miền Nam: Ở chế độ tải nhẹ các nút có điện áp vượt quá giới hạn
105%Uđm như: Di Linh, Cam Ranh, Mỹ Phước, Cầu Bông, Tân Định, Phú Mỹ, Đức
Hòa, Củ Chi, Tây Ninh, Ô Môn, Sóc Trăng, Thốt Nốt, Kiên Giang. Chế độ tải nặng một
số nút có điện áp giảm thấp hơn 95%Uđm như: Mỹ Phước, Cầu Bông, Thủ Đức Bắc,
Đức Hòa, Củ Chi, Tây Ninh. Đặc biệt điện áp các nút Tân Định, Mỹ Phước, Cầu Bông,
Đức Hòa, Củ Chi, Tây Ninh biến động lớn trên 105%Uđm ở chế độ tải nhẹ và xuống
dưới 95%Uđm trong các chế độ tải nặng, trong đó nút Tây Ninh có điện áp giảm nhanh
nhất khi tăng tải. Công suất tải trên đường dây Thốt Nốt - Đức Hòa trong chế độ nặng
tải là 3395,5MW (UThốtNốt = 484,3kV, UĐứcHoà
500
475
500
475
475
500
500
475
= 464,5kV), các đường dây khác công
suất truyền tải dưới 1500MW. Đặc tính V-P một số nút điển hình biến động lớn như
hình 4.
Hình 4. Đặc tính V-P ở một số nút điển hình có điện áp biến động lớn tại khu vực Miền Nam
3. Tính toán lắp đặt TCSC (hoặc TCPAR) kết hợp với SVC để giữ ổn định điện áp
nút
3.1. Khảo sát vị trí lắp đặt thiết bị
Qua tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý làm việc của các thiết bị FACT cho thấy TCSC
và TCPAR có khả năng điều chỉnh linh hoạt dòng công suất truyền tải trên đuờng dây,
đặc biệt là các mạch vòng; SVC và STATCOM cho phép điều khiển nhanh lượng công
suất phản kháng bù cho hệ thống để giữ ổn định điện áp [5,6]. Để tìm vị trí thích hợp
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009
47
lắp đặt các thiết bị FACT nhằm giữ ổn định điện áp cho các nút tải của HTĐVN giai
đoạn đến năm 2020, đề tài tiến hành như sau: lần lượt bố trí TCSC hoặc TCPAR trên
các đường dây có công suất thay đổi lớn thuộc các mạch vòng và bố trí SVC tại các nút
có điện áp biến thiên nhiều [2,3]. Điều khiển đặc tính điều chỉnh của các thiết bị bù
nhằm đưa điện áp tất cả các nút nằm trong vùng cho phép (Uđm
3.2. Phương án I
±5%) theo chế độ vận
hành. Kết quả đã tìm được hai phương án khả thi để giữ ổn định điện áp cho HTĐVN.
Lắp đặt SVC tại nút Hoài Đức ở khu vực phía Bắc với công suất 800MVAr, tại nút
Đà Nẵng ở khu vực miền Trung với công suất 900MVAr và tại Phú Lâm ở khu vực phía
Nam với công suất 500MVAr, đồng thời đặt TCSC trên đường dây Thốt Nốt-Đức Hòa
về phía nút Đức Hòa với khả năng điều chỉnh XTCSC từ (40 ÷ 60)Ω. Điều chỉnh SVC để
giữ ổn định điện áp nút Hoài Đức UHĐ=493kV, nút Đà Nẵng U ĐN=494,5kV và điện áp
nút Phú Lâm theo 3 mức như trên hình 5, đồng thời điều chỉnh XTCSC
U(kV)
505
495
475
0.35 0.45 0.55 0.65
485
0.25
Đặc tính V-P tại Phú Lâm
0.75
515
520
P(pu)
519.5
490
480.5
với giá trị thích
hợp. Với đặc tính điều chỉnh của các thiết bị FACT như trên hình 5 đã đưa điện áp tất cả
các nút trong toàn hệ thống nằm trong giới hạn cho phép và nâng cao đáng kể khả năng
tải của các đường dây [3]. Đặc tính V-P của một số nút có điện áp thay đổi lớn theo chế
độ vận hành trước và sau khi lắp đặt thiết bị FACT như trên hình 6.
Đặc tính điệ n áp tại nút Phú Lâm
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75
P(pu)
Qsvc(MVAr)
Đặc tính điều chỉnh TCSC
0
16
32
48
64
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75
P(pu )
Q
tcsc
(Mvar)
Đặc tính điều chỉnh S VC tại Đà Nẵng
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75
P(pu)
Qsvc(Mvar)
Đặc tính điều chỉnh SVC tại Hoài Đức
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75
P(pu)
Qsvc(Mvar)
Hình 5. Đặc tính điều chỉnh thiết bị TCSC kết hợp SVCC
Qua các đặc tính trên cho thấy việc phối hợp các đặc tính điều chỉnh của SVC
kết hợp với đặc tính của TCSC hợp lý chất lượng điện áp của các nút đã được cải thiện
đáng kể, đồng thời qua các điểm giới hạn sụp đổ điện áp trên các đặc tính V-P trước và
sau khi đặt thiết bị FACT cho thấy khả năng tải công suất tác dụng cho phụ tải cũng
được nâng cao. Mặt khác, việc điều chỉnh đặc tính SVC để giữ ổn định điện áp nút ở
các mức hợp lý vừa kéo điện áp các nút trong khu vực nằm trong giới hạn cho phép,
vừa lựa chọn được công suất SVC phù hợp giảm được chi phí đầu tư.
Cầu Hai
425
445
465
485
505
525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
U(kV)
Thái Bình
425
445
465
485
505
525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
U(kV)
Cầu Bông
425
445
465
485
505
525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
U(kV)
Củ Chi
425
445
465
485
505
525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
U(kV)
500
475
500
475
500
475
500
475
Hình 6. Đặc tính P-V trước và sau khi lắp đặt thiết bị FACT
3.3. Phương án II
Tại khu vực phía Nam lắp đặt TCPAR trên đoạn đường dây Phú Lâm - Cầu Bông
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009
48
về phía Phú Lâm với công suất 2950 MVA và lắp đặt SVC tại nút Thốt Nốt với công
suất 1050 MVAr. Tại khu vực miền Trung lắp đặt SVC tại nút Đà Nẵng với công suất
1100 MVAr. Tại khu vực phía Bắc lắp đặt SVC tại nút Hoài Đức với công suất 900
MVAr.
Hình 7. Đặc tính điều chỉnh của TCPAR kết hợp với SVC
Tương tự phương án I, điều chỉnh đặc tính công suất bù của SVC (hình 7) để giữ
ổn định điện áp nút lắp đặt SVC ở các mức khác nhau như trên hình 8 và góc dịch pha
của bộ TCPAR như hình 7 thì cũng kéo được đặc tính điện áp (V-P) của tất cả các nút
nằm trong giới hạn cho phép [2].
Hình 8. Đặc tính điện áp V- P lắp đặt SVC
Đặc tính V-P của một số nút có điện áp thay đổi lớn theo chế độ vận hành trước và
sau khi lắp đặt thiết bị FACT như trên hình 9.
Thái Bình
425
445
465
485
505
525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
U(kV)
Cầu Hai
425
445
465
485
505
525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
U(kV)
Củ Chi
425
445
465
485
505
525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
U(kV)
Cầu Bông
425
445
465
485
505
525
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95
P(pu)
U(kV)
500
475
500
475
500
475
500
475
Hình 9. Đặc tính V –P trước và sau lắp đặt thiết bị FACT
Qua các đặc tính trên hình 9 cũng cho thấy việc lựa chọn công suất và vị trí lắp đặt
thích hợp và phối hợp đặc tính điều chỉnh hợp lý của các thiết bị FACT đã giữ ổn định
điện áp của tất cả các nút trong toàn hệ thống, hạn chế nguy cơ sụp đổ điện áp của các
nút nguy hiểm, đồng thời nâng cao khả năng truyền tải công suất cho các nút phụ tải.
P(pu)
Đặc tính V-P tại nút Thốt Nốt
U(kV)
505
495
475
515
0.35 0.55 0.65
485
0.25 0.75
525
0.45
514.7
502.2
P(pu)
U(kV)
505
495
475
515
0.35 0.55 0.65
485
0.25
Đặc tính V-P tại nút Đà Nẵng
0.75
525
0.45
500.8
U(kV)
505
495
475
515
0.35 0.55 0.65
485
0.25 0.75
525
0.45 P(pu)
501.9 496.4
Đặc tính V-P tại nút Hoài Đức
Đặc tính điều chỉnh SVC tại Hoài Đức
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75
P(pu)
Qsvc(MVAr)
Đặc tính điều chỉnh SVC tại Thốt Nốt
-1000
-500
0
500
1000
1500
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75
P(pu)
Qsvc(MVAr)
Đặc tính điều chỉnh SVC tại Đà Nẵng
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75
P(pu)
Qsvc(MVAr)
Đặc tính góc phi - kịch bản điển hình
-20
-15
-10
-5
0
5
10
0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75
P(pu)
Giá tr
ề
TCPAR