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

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008<br /> <br /> <br /> NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH<br /> GIÁM SÁT ĐỘ DỰ TRỮ ỔN ĐỊNH TĨNH CHO<br /> HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM GIAI ĐOẠN 2015<br /> A STUDY ON DEVELOPING A PROGRAM TO MONITOR<br /> THE STABILITY RESERVE LEVEL OF VIETNAM POWER<br /> SYSTEM IN 2015<br /> <br /> NGÔ VĂN DƢỠNG<br /> Đại học Đà Nẵng<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Công suất tại các nút phụ tải của hệ thống điện thường xuyên thay đổi để đáp<br /> ứng nhu cầu của hộ tiêu thụ, khi phụ tải tăng đến một mức nào đó sẽ dẫn đến<br /> sụp đổ điện áp, gây mất ổn định hệ thống làm tan rã lưới. Việc xác định được độ<br /> dự trữ ổn định ứng với một trạng thái vận hành thực tế có ý nghĩa quan trọng<br /> trong quá trình quản lý vận hành hệ thống điện. Bài báo trình bày phương pháp<br /> xây dựng miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh trên mặt<br /> phẳng công suất để đánh giá độ dự trữ ổn định tĩnh cho hệ thống điện. Áp dụng<br /> xây dựng chương trình giám sát ổn định cho Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn<br /> 2015.<br /> ABSTRACT<br /> The power at the load bus of the power system always changes to meet the<br /> electrical ulitisation demand. However, when the boost load reaches a certain<br /> level, there will be collapsing voltage, the power system becomes unstable and<br /> will be separated into small systems. Identifying the stability reserve in conformity<br /> with a certain practical operation condition is very important for management and<br /> operation the system. This paper presents a method to build a possible operation<br /> region in the power plane of load bus which works in comply with the stability limit.<br /> This method is used to build a program to monitor the stability reserve of<br /> Vietnam’s power system in 2015.<br /> <br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ thì nhu cầu năng lƣợng<br /> cũng ngày một gia tăng trong đó năng lƣợng điện<br /> đóng vai trò rất quan trọng. Do đó phụ tải Hệ thống Q<br /> điện liên tục phát triển và mở rộng dẫn đến việc quản o<br /> lý và vận hành hệ thống cũng ngày càng khó khăn và<br /> QF<br /> phức tạp hơn. Đối với các hệ thống điện nhỏ, đƣờng b a Qpt<br /> dây truyền tải ngắn thì khả năng tải của các đƣờng<br /> dây thƣờng bị giới hạn bởi điều kiện phát nóng và<br /> tổn thất điện áp, đối với các hệ thống điện lớn thì U<br /> điều kiện ổn định hệ thống là yếu tố quyết định khả Ub U0 Ua<br /> năng tải của các đƣờng dây [1]. Thực tế vận hành Hình 1<br /> <br /> <br /> <br /> 32<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008<br /> <br /> <br /> cho thấy hiện tƣợng sụp đổ điện áp dẫn đến tan rã lƣới đã diễn ra đối với nhiều hệ<br /> thống điện trên Thế giới nhƣ: Ở Mỹ - Canada ngày 14/8/2003, phía Nam London<br /> ngày 28/8/2003, Nam Thuỵ Điển và Đông Đan Mạch ngày 23/09/2003, Ý ngày<br /> 28/09/2003 ..., đối với Hệ thống điện Việt Nam cũng đã xảy ra sự cố dẫn đến mất<br /> điện trên diện rộng vào các ngày 17/05/2005, 27/12/2006, 20/07/2007 và<br /> 04/09/2007 [6]. Qua phân tích cho thấy tất cả các hiện tƣợng trên đều liên quan<br /> đến mất ổn định hệ thống. Đánh giá khả năng ổn định tĩnh của hệ thống điện<br /> thƣờng đƣợc phân tích theo ổn định điện áp (sự gia tăng công suất làm giảm thấp<br /> và sụp đổ điện áp nút tải dẫn đến tan rã lƣới) và ổn định góc pha  (mất đồng bộ ở<br /> đầu cực máy phát), tuy nhiên độ dự trữ ổn định phân tích theo ổn định góc pha <br /> thƣờng lớn hơn nhiều so với độ dự trữ ổn định phân tích theo ổn định điện áp<br /> [2,8]. Do đó để giám sát độ dự trữ ổn định của hệ thống điện Việt Nam bài báo<br /> dựa theo tiêu chuẩn ổn định điện áp để tính toán đánh giá. Vấn đề ổn định điện áp<br /> gắn liền với sự tồn tại chế độ xác lập của hệ thống, sự gia tăng phụ tải làm giảm<br /> thấp điện áp và dẫn đến mất ổn định [3,7] (không tồn tại chế độ xác lập ứng với<br /> chế độ không hội tụ của bài toán giải tích mạng điện). Mặt khác, có thể đánh giá sự<br /> biến động điện áp nút tải theo đƣờng đặc tính Q(u) nhƣ trên hình 1. Ở trạng thái<br /> xác lập QF = Qpt sẽ tồn tại 2 điểm làm việc a và b, trong đó điểm a là điểm làm<br /> việc ổn định [2], khi phụ tải tăng thì điện áp sẽ giảm dần, đến khi Qpt = Q0 điện áp<br /> U = U0 thì hệ thống sẽ ở biên giới ổn định (điểm o) và khi Qpt > Q0 thì hệ thống sẽ<br /> mất ổn định (không tồn tại chế độ xác lập). Nhƣ vậy để xác định độ dự trữ ổn định<br /> có thể sử dụng phƣơng pháp làm nặng chế độ (tăng dần phụ tải) để tìm điểm giới<br /> hạn ổn định (điểm bắt đầu xảy ra chế độ không hội tụ của bài toán giải tích mạng<br /> điện). Bài báo sử dụng phƣơng pháp này kết hợp với chƣơng trình tính toán chế độ<br /> xác lập để xây dựng miền làm việc cho phép trên mặt phẳng công suất cho các nút<br /> tải của Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015.<br /> 2. Phương pháp tính và sơ đồ thuật toán<br /> 2.1. Phương pháp xây dựng miền làm việc cho phép<br /> Qui hoạch phát triển Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015 đã đề xuất<br /> nhiều phƣơng án [4], bài báo sử dụng tổng sơ đồ VI nhƣ hình 2 để nghiên cứu xây<br /> dựng chƣơng trình giám sát ổn định. Công suất tại các nút phụ tải của hệ thống<br /> điện liên tục thay đổi theo thời gian, vấn đề đặc biệt quan tâm trong quá trình vận<br /> hành là tại mỗi thời điểm cần xác định đƣợc độ dự trữ ổn định tĩnh. Độ dự trữ ổn<br /> định vừa phụ thuộc công suất nút khảo sát, vừa phụ thuộc công suất các nút khác<br /> cũng nhƣ công suất phát của các nhà máy đang vận hành, nói chung là phụ thuộc<br /> vào trào lƣu công suất trong toàn hệ thống. Do đó để đánh giá độ dự trữ ổn định<br /> bài báo chọn phƣơng pháp xây dựng miền làm việc cho phép cho nút tải trên mặt<br /> phẳng công suất. Giả sử xây dựng đƣợc đƣờng đặc tính giới hạn ổn định hợp với<br /> hệ trục tọa độ xác định đƣợc miền làm việc cho phép trên mặt phẳng công suất nhƣ<br /> hình 3, O(Q0,P0) là một điểm làm việc ổn định (Q0, P0 là công suất nút phụ tải).<br /> Căn cứ vào khoảng cách từ O đến đƣờng giới hạn cho phép xác định đƣợc độ dự<br /> <br /> <br /> 33<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008<br /> <br /> <br /> LAI CHÂU<br /> HUỘI QUẢNG NHẬP TRUNG QUỐC<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> VIỆT TRÌ<br /> SÓC SƠN<br /> 2x450MVA<br /> 2x900MVA<br /> QUẢNG NINH<br /> 450MVA<br /> THUỶ ĐIỆN SƠN LA<br /> SƠN LA MÔNG DƢƠNG<br /> 2x600MVA<br /> <br /> <br /> THUỶ ĐIỆN HOÀ BÌNH THƢỜNG TÍN<br /> HOÀ BÌNH 2x450MVA<br /> 2x450MVA<br /> <br /> <br /> <br /> NHO QUAN<br /> 2x450MVA<br /> <br /> NHIỆT ĐIỆN THỦ ĐỨC<br /> HÀ TỈNH<br /> 2x450MVA<br /> DI LINH<br /> 450MVA<br /> THỦ ĐỨC<br /> 2x900MVA<br /> VŨNG ÁN<br /> 450MVA SONG MÂY<br /> 2x600MVA<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> TÂN ĐỊNH<br /> 2x450MVA<br /> ĐÀ NẴNG<br /> 2x450MVA<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> DỐC SỎI<br /> 2x450MVA<br /> PHÚ LÂM<br /> 2x900MVA<br /> <br /> PLEIKU<br /> 2x450MVA<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Ô MÔN<br /> 2x450MVA<br /> NHẬP LÀO<br /> <br /> <br /> ĐẮKNÔNG HÓC MÔN NHÀ BÈ PHÚ MỸ<br /> YALY 2x450MVA 2x600MVA 2x600MVA 2x450MVA<br /> <br /> <br /> Hình 2<br /> trữ ổn định, oa là độ dự trữ công suất tác dụng khi giữ Q không đổi, oc là độ dự<br /> trữ công suất phản kháng khi giữ P không đổi và ob là độ dự trữ ổn định khi giữ<br /> hệ số công suất không đổi. Để xác định đƣợc đƣờng đặc tính giới hạn tại một nút<br /> <br /> <br /> <br /> 34<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008<br /> <br /> <br /> phụ tải bài báo sử dụng phần mềm tính toán giải tích mạng điện và phƣơng pháp<br /> làm nặng chế độ. Giữ cố định giá trị P, tăng dần Q cho<br /> đến khi hệ thống chuyển từ trạng thái ổn định sang trạng P<br /> thái mất ổn định, tại đó xác định đƣợc một điểm trên đặc a<br /> tính giới hạn, thay đổi P và tính toán tƣơng tự sẽ tìm<br /> đƣợc tập hợp điểm nằm trên đặc tính giới hạn, nối các b<br /> điểm này lại xác định đƣợc miền làm việc cho phép của P O c<br /> công suất phụ tải theo điều kiện giới hạn ổn định.<br /> 0 *<br /> 2.2. Xây dựng sơ đồ thuật toán Q<br /> Dựa theo phƣơng pháp đã trình bày ở mục 2.1, Q0<br /> sử dụng chƣơng trình CONUS để tính toán chế độ xác Hình 3<br /> lập và xây dựng sơ đồ thuật toán chƣơng trình xác định<br /> miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh cho Hệ thống điện<br /> Việt Nam giai đoạn 2015 nhƣ hình 4.<br /> Bắt đầu<br /> <br /> <br /> Vẽ sơ đồ HTĐ <br />  i=0; Pti=0<br /> <br /> Đọc file số liệu HTD.abc <br />  i=i+1<br /> <br /> Ghi lại số liệu vào file MP.abc <br />  Pti=Pti+P<br /> <br /> Tính toán CĐXL và hiển thị <br /> thông số chế độ lên sơ đồ<br /> Qti=-Q<br />  <br /> C<br /> Thay đổi số liệu Qti=Qti+Q<br /> <br /> <br /> K K Tính toán CĐXL<br /> Kiểm tra ổn định<br /> <br /> C HT ổn định<br /> <br /> Chọn nút khảo sát <br />  Biểu diễn (Qti,Pti) lên đồ thị<br /> <br /> Vẽ miền làm việc cho phép <br />  Qti=0<br /> <br /> Kết thúc <br /> K Nối các điểm (Qti,Pti)<br /> C <br /> Bắt đầu<br /> Hình 4<br /> <br /> <br /> <br /> 35<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008<br /> <br /> <br /> 3. Chương trình giám sát ổn định cho Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015<br /> 3.1. Giới thiệu chương trình GSOD<br /> Trên cơ sở sơ đồ thuật toán ở trên, tác giả đã xây dựng phần mềm GSOD<br /> mô phỏng vận hành và giám sát độ dự trữ ổn định cho Hệ thống điện Việt Nam<br /> giai đoạn 2015. Khởi động chƣơng trình trên màn hình xuất hiện giao diện các<br /> chức năng nhƣ hình 5a:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5a Hình 5b<br /> <br /> - Mô phỏng vận hành HTĐ: Chức năng này cho phép khảo sát các chế độ vận hành<br /> Hệ thống điện, khi cho thay đổi các thông số vận hành nhƣ công suất phụ tải, công<br /> suất phát của nhà máy điện hoặc thay đổi cấu trúc hệ thống (đóng cắt các đƣờng<br /> dây truyền tải), chƣơng trình sẽ tính toán chế độ xác lập và hiển thị các thông số<br /> chế độ lên sơ đồ, chúng ta có thể quan sát trực tiếp trên màn hình máy tính (hình<br /> 5b) nhƣ đang vận hành hệ thống điện thực tế. Chƣơng trình còn có chức năng hỗ<br /> trợ bằng cách sử dụng các phím lên, xuống, qua, lại để di chuyển sơ đồ trên màn<br /> hình cho phép quan sát đƣợc tất cả<br /> các nút của hệ thống điện.<br /> - Đánh giá dự trữ ổn định tĩnh:<br /> Chức năng này dùng để xác định<br /> miền làm việc cho phép theo điều<br /> kiện giới hạn ổn định tĩnh của<br /> công suất phụ tải trên mặt phẳng<br /> công suất, dùng chuột để chọn nút<br /> cần khảo sát, chƣơng trình sẽ vẽ<br /> đƣờng đặc tính giới hạn ổn định<br /> hợp với hệ trục toạ độ xác định<br /> miền làm việc của công suất phụ<br /> tải nhƣ hình 6. Trên đồ thị biểu<br /> diễn điểm làm việc hiện tại, dựa Hình 6<br /> vào khoảng cách từ điểm làm việc đến đặc tính giới hạn ổn định để đánh giá độ dự<br /> <br /> <br /> <br /> 36<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008<br /> <br /> <br /> trữ ổn định nhƣ đã trình bày trong mục 2.1. Chƣơng trình còn có chức năng hỗ trợ<br /> để chọn độ chính xác tính toán nhằm tăng tốc độ xây dựng miền làm việc cho<br /> phép. Bình thƣờng chọn độ chính xác lớn để chƣơng trình có thể tính toán trong<br /> thời gian thực (online), khi quan sát thấy điểm làm việc tiến gần đến đặc tính giới<br /> hạn nên chọn lại độ chính xác bé để có thể đánh giá chính xác độ dự trữ hiện tại<br /> nhằm tìm các biện pháp điều khiển thích hợp để tăng độ dự trữ ổn định cho hệ<br /> thống.<br /> - Hướng dẫn sử dụng: Tóm tắt một số hƣớng dẫn nhanh để sử dụng phần mềm.<br /> 3.2. Đánh giá khả năng ổn định của hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015<br /> Để đánh giá ảnh hƣởng của công suất các nút phụ tải đến khả năng ổn định<br /> tĩnh của hệ thống, thực hiện chạy chƣơng trình GSOD ở chế độ cao điểm (công<br /> suất các nút tải lớn hơn 60% công suất cực đại), lần lƣợt khảo sát miền làm việc<br /> của các nút<br /> tải [5]. Kết<br /> quả cho thấy<br /> các nút gần<br /> Giới hạn ổn định<br /> nguồn công Giới hạn ổn định<br /> suất lớn nhƣ Giới hạn khả năng tải MBA<br /> Sơn La, Hoà<br /> Bình, Phú<br /> Mỹ miền làm Giới hạn khả năng tải MBA<br /> <br /> việc cho phép<br /> khá rộng lớn<br /> hơn miền làm<br /> việc theo Hình 7a Hình 7b<br /> điều kiện giới hạn khả năng tải của MBA (hình 7a), do đó trong vận hành việc thay<br /> đổi công suất các nút nầy hầu nhƣ không ảnh hƣởng đến khả năng ổn định của hệ<br /> thống. Các<br /> nút nằm trên<br /> tuyến đƣờng<br /> dây 500kV<br /> liên lạc Bắc -<br /> Nam nhƣ Hà<br /> Tĩnh, Vũng<br /> Áng, Đà<br /> Nẵng có miền<br /> làm việc cho<br /> phép hẹp,<br /> đƣờng đặc<br /> tính giới hạn Hình 8a Hình 8b<br /> ổn định giao cắt với đƣờng đặc tính giới hạn khả năng tải của MBA (hình 7b), do<br /> <br /> <br /> <br /> 37<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008<br /> <br /> <br /> đó trong vận<br /> hành phải<br /> thƣờng xuyên<br /> giám sát độ<br /> dự trữ ổn<br /> định của các<br /> nút này. Cũng<br /> qua khảo sát<br /> cho thấy miền<br /> làm việc cho<br /> phép thay đổi<br /> theo trào lƣu<br /> công suất Hình 9a Hình 9b<br /> trong hệ thống, có thể mở rộng miền làm việc cho phép bằng cách tăng công suất<br /> phát các nhà máy hoặc bù công suất phản kháng các nút lân cận. Ví dụ miền làm<br /> việc cho phép của nút Vũng Áng ở chế độ cao điểm nhƣ hình 8a, nếu bù công suất<br /> phản kháng cho nút Hà Tĩnh 200Mvar và nút Đà Nẵng 200Mvar thì miền làm việc<br /> đƣợc mở rộng nhƣ hình 8b. Khi quan sát thấy điểm làm việc tiến gần đến đƣờng<br /> đặc tính giới hạn ổn định (độ dự trữ ổn định bé), có thể thực hiện bù công suất<br /> phản kháng hoặc sa thải phụ tải tại nút khảo sát để dịch chuyển điểm làm việc cách<br /> xa đặc tính giới hạn (tăng độ dự trữ ổn định). Ví dụ ứng với phụ tải nút Đà Nẵng là<br /> (630 +j450) MVA thì điểm làm việc lân cận biên giới ổn định nhƣ hình 9a, nếu<br /> thực hiện bù một lƣợng công suất phản kháng 200MVar thì điểm làm việc dịch xa<br /> đặc tính giới hạn ổn định nhƣ hình 9b.<br /> 4. Kết luận<br /> Sử dụng modul tính toán của chƣơng trình CONUS [2], bài báo đã xây<br /> dựng đƣợc chƣơng trình GSOD cho phép đánh giá một cách trực quan độ dự trữ<br /> ổn định tĩnh theo công suất các nút phụ tải của hệ thống điện Việt Nam giai đoạn<br /> 2015. Thực tế vận hành công suất phụ tải thƣờng xuyên thay đổi theo thời gian,<br /> chƣơng trình giúp cho ngƣời vận hành đánh giá đƣợc độ dự trữ cần thiết khi thực<br /> hiện tăng giảm công suất tại một nút bất kỳ, đồng thời cảnh báo những trạng thái<br /> nguy hiểm có thể dẫn đến mất ổn định hệ thống gây mất điện trên diện rộng.<br /> Bằng cách thao tác điều chỉnh trên chƣơng trình mô phỏng vận hành hệ<br /> thống điện để mở rộng miền làm việc cho phép hoặc dịch chuyển điểm làm việc<br /> cách xa đƣờng đặc tính giới hạn ổn định, từ đó tìm đƣợc phƣơng án điều khiển tối<br /> ƣu để nâng cao độ dự trữ ổn định cho các trạng thái đƣợc cảnh báo là nguy hiểm.<br /> Trong trƣờng hợp máy tính đƣợc kết nối với hệ thống SCADA để thu nhận<br /> thông tin về thông số vận hành của hệ thống điện thực tế cung cấp cho chƣơng<br /> trình GSOD. Khi đó, chƣơng trình cho phép nhân viên vận hành giám sát độ dự trữ<br /> ổn định của hệ thống điện đang vận hành trực tiếp trên màn hình máy tính, đồng<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 38<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008<br /> <br /> <br /> thời nhanh chóng phát hiện đƣợc các trạng thái nguy hiểm để tìm cách điều khiển<br /> nhằm đảm bảo ổn định cho hệ thống.<br /> Tuy nhiên để có thể giám sát độ dự trữ ổn định trong thời gian thực<br /> (online), cần có một số xử lý trong thuật toán để tăng tốc độ tính toán của chƣơng<br /> trình, sử dụng máy tính có cấu hình mạnh, đồng thời phải cập nhật tất cả các thông<br /> số hệ thống theo đúng sơ đồ thực tế đang vận hành.<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> [1] Lã Văn Út, Ngô Văn Dƣỡng (1998), Đánh giá ổn định Hệ thống điện hợp nhất<br /> qua các tiêu chuẩn thực dụng, Tạp chí khoa học và công nghệ số 16/1998.<br /> [2] Ngô Văn Dƣỡng (2002), Phân tích nhanh tính ổn định và xác định giới hạn<br /> truyền tải công suất trong hệ thống điện hợp nhất có các đường dây siêu cao<br /> áp, Luận án tiến sỹ.<br /> [3] Đinh Thành Việt, Ngô Văn Dƣỡng, Lê Hữu Hùng, Khảo sát quan hệ công<br /> suất tác dụng và điện áp tại nút tải để đánh giá giới hạn ổn định điện áp, Tạp<br /> chí Khoa học và công nghệ Đại học Đà Nẵng số 6(23)/2007.<br /> [4] Viện năng lƣợng - Tổng công ty Điện lực Việt Nam (2005), Tổng sơ đồ phát<br /> triển điện lực giai đoạn 2006-2015 có định hướng đến 2025, Hà Nội.<br /> [5] Nguyễn Hồng Sơn (2007), Nghiên cứu đánh giá độ dự trữ ổn định tĩnh cho<br /> Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015 trong thời gian thực, Luận văn thạc<br /> sỹ kỹ thuật.<br /> [6] Operation Group Report, Operation report on May 2005, December 2006 and<br /> September 2007, National Load Dispatch Center – EVN, Việt Nam.<br /> [7] C.W. Taylor (1994), Power System Voltage Stability, McGraw-Hill, New<br /> York.<br /> [8] P. Kundur (1994), Power System Stability and Control, McGraw Hill, New<br /> York.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 39<br />