báo cáo nghiên cứu khoa học 'nghiên cứu ảnh hưởng của tụ bù dọc 500kv đến ổn định điện áp của hệ thống điện việt nam và giải pháp ứng dụng tcsc để nâng cao hiệu quả vận hành'

6 808 3
báo cáo nghiên cứu khoa học  'nghiên cứu ảnh hưởng của tụ bù dọc 500kv đến ổn định điện áp của hệ thống điện việt nam và giải pháp ứng dụng tcsc để nâng cao hiệu quả vận hành'

Đang tải... (xem toàn văn)

Thông tin tài liệu

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỤ DỌC 500KV ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG TCSC ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH A STUDY OF THE IMPACT OF 500KV SERIES CAPACITOR ON VOLTAGE STABILITY OF VIETNAM POWER SYSTEM AND TCSC APPLICATION TO IMPROVE THE OPERATION EFFECT ĐINH THÀNH VIỆT Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng LÊ HỮU HÙNG Công ty Truyền tải Điện 2 – EVN TÓM TẮT Bài báo trình bày ảnh hưởng của tụ dọc 500kV đến ổn định điện áp của hệ thống điện Việt Nam giải pháp ứng dụng thiết bị dọc điều khiển bằng thyristor TCSC (Thyristor- Controlled Series Capacitor) để nâng cao hiệu quả vận hành. Các kết quả phân tích được thực hiện cho 1 số ngày đặc trưng trong các năm 2005-2006. ABSTRACT This paper presents the impact of 500kV series capacitor on voltage stability of Vietnam power system and TCSC (Thyristor-Controlled Series Capacitor) application to improve the operation effect. Analysis results are performanced for some typical days during 2005-2006. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ thống điện (HTĐ) 500kV Việt Nam được đưa vào vận hành từ ngày 27/5/1994 đã mang lại hiệu quả rất lớn trong việc truyền tải cung cấp điện. Hiện nay lưới điện 500kV có chiều dài đường dây 500kV là 3466km 10 trạm biến áp với tổng công suất là 6150MVA. Trên các đoạn đường dây 500kV có khoảng cách lớn đều lắp đặt tụ dọc (TBD) ở hai đầu trạm biến áp với mức độ là 60%. Công suất truyền tải trên đường dây 500kV luôn ở mức cao, công suất trên đường dây 500kV Pleiku – Đà Nẵng khoảng 1500MW trên đường dây 500kV Đà Nẵng – Hà Tĩnh là 1200MW nên điện áp các thanh cái 500kV Đà Nẵng, Dốc Sỏi, Hà Tĩnh thường ở mức thấp. Vì vậy trong chế độ vận hành này trạng thái làm việc của tụ dọc 500kV ảnh hưởng nhiều đến ổn định điện áp của hệ thống điện. Thiết bị dọc điều khiển bằng thyristor TCSC là một phần tử cơ bản của hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS (Flexible AC Transmission System) có khả năng thay đổi nhanh, liên tục điện kháng dọc. Vì vậy giải pháp ứng dụng lắp đặt TCSC tại điểm nút quan trọng của lưới điện 500kV là một trong những giải pháp hữu hiệu để nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống điện Việt Nam. 2. CÁC TÁC DỤNG CỦA TỤ DỌC MÔ HÌNH TCSC 2.1 Các tác dụng của tụ dọc Mô hình hệ thống điện đơn giản có tụ điện mắc nối tiếp trên đường dây được cho ở hình 1. U2 2 x c x L 1 U1 Hình 1. Mô hình hệ thống điện đơn giản khi có tụ nối tiếp Công suất tác dụng truyền tải trên đường dây khi có tụ dọc:  sin 21 CL XX UU P   (1) Khi có tụ dọc mắc nối tiếp vào đường dây có dung kháng X C thì sẽ làm tăng khả năng tải của đường dây do điện kháng của đường dây giảm xuống. Khi có tụ dọc thì CL gh XX UU PP   21 max sẽ tăng lên do đó độ dự trữ ổn định tĩnh tăng lên. Khảo sát các đường đặc tính công suất P(δ) như ở hình 2. a1 o 0 PT c max  2 3 a2 Pmax P 1 1 P Pmax a2 3 2 maxc PT 0 o a1 (a) (b) Hình 2. Đặc tính P(δ) ứng với trường hợp không có tụ dọc (a) tụ dọc (b) Từ (1) nhận thấy rằng khi (X L - X C ) giảm thì các đường đặc tính công suất P(δ) khi xảy ra sự cố (2) sau khi xảy ra sự cố (3) sẽ được nâng cao. Khi 2 đường đặc tính này nâng cao thì diện tích tăng tốc A 1 sẽ giảm xuống, còn diện tích hãm tốc A 2 sẽ tăng lên. Như vậy độ dự trữ ổn định động sẽ được tăng lên khi đường dây có tụ dọc [1, 2]. Tụ nối tiếp còn có khả năng lại sự giảm áp do điện cảm nối tiếp trên đường dây truyền tải gây ra. Khi tải nhỏ, tổn thất điện áp trên đường dây nhỏ tại thời điểm này điện áp nối tiếp do tụ dọc sinh ra cũng nhỏ (vì công suất phản kháng do tụ dọc sinh ra tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện Q C =3I 2 X C ). Khi tải tăng cao tổn thất điện áp sẽ lớn hơn, nhưng lúc này điện áp thanh cái vẫn không bị sụt giảm mạnh do xuất hiện lượng công suất phản kháng của tụ dọc tỉ lệ thuận với bình phương dòng điện. 2.2 Mô hình TCSC TCSC là 1 dung kháng điều khiển nối tiếp có thể cho phép điều khiển liên tục công suất với một dải rộng trên đường dây truyền tải điện xoay chiều. Nguyên lý của nối tiếp có điều khiển là làm tăng điện áp tần số cơ bản qua tụ cố định bằng cách thay đổi góc mở thích hợp. Điện áp gia tăng này làm thay đổi giá trị dung kháng nối tiếp. Mô hình TCSC được trình bày như ở hình 3. Hình 3. Mô hình TCSC (a) Mô hình cơ bản; (b) Mô hình thực tế + t 2 - t 1 i line i C L S i T C CB MOV + - C t 2 t 1 L S L d ( a) ( b) Trong đó: T 1 , T 2 : Thyristor, L s : Cuộn kháng nối vào mạch thyristor, CB: Máy cắt, MOV (Metal-Oxide-Varistor): Biến trở kim loại-ôxit, L cf : cuộn kháng cản dịu, I c : dòng điện qua tụ dọc C I T : dòng điện qua mạch thyristor, I line : dòng điện trên đường dây. Tổng trở tương đương Z tđ của mạch LC:         L Cj Z tđ   1 1 (2) Nếu C - (1/L) > 0 hay L > (1/C) nghĩa là điện kháng của tụ C nhỏ hơn điện kháng của cuộn cảm nối song song mạch LC cho một điện kháng có tính dung thay đổi. Hơn nữa, điện kháng cuộn cảm biến đổi làm cho điện kháng tính dung tương đương của mạch kết hợp LC lớn hơn cả dung kháng của bản thân tụ C. Nếu C - (1/L) = 0 thì xảy ra hiện tượng cộng hưởng, tổng trở tương đương không xác định. Đây là trạng thái không chấp nhận được. Nếu C - (1/L) < 0, mạch kết hợp LC cho cảm kháng tương đương lớn hơn điện kháng của cuộn cảm. Tình huống này tương ứng với chế độ cảm kháng vernier trong hoạt động của TCSC. Trong chế độ dung kháng thay đổi của TCSC, khi điện kháng của cuộn cảm biến thiên tăng lên thì điện kháng tính dung tương đương giảm xuống dần. Giá trị nhỏ nhất của điện kháng tính dung tương đương khi điện kháng của cuộn cảm rất lớn hoặc khi cuộn cảm biến thiên bị hở mạch lúc này giá trị bằng với điện kháng của chính tụ C. Dòng điện đi qua cuộn cảm được xác định theo công thức [4, 5]:          t k tI k k ti rmT     cos cos cos cos 1 )( 2 2 (3) với LC r 1   L Cr X X CL k    11 X C điện kháng định mức của tụ cố định C. Điện áp tụ ở trạng thái vận hành bình thường tại thời điểm  t = -  là: )tancos(sin 1 2 1  kk k XI v Cm C    (4) Tại t= ; i T = 0, điện áp tụ được xác định: 12 )( CCC vvtv       (5) Điện áp tụ sau khi tính toán là: )sin cos cos sin( 1 )( 2 t k kt k XI tv r Cm C        ;       t (6) )sin(sin)( 2   tXIvtv CmCC ;        t (7) Điện kháng TCSC tương đương X TCSC được tính theo tỉ số của V CF I m :     tantan )1( cos )( 42sin2 )( 2 2 22           k kXX X XX X X I V X LC C LC C C m CF TCSC ; (8) Điện kháng của TCSC trên đơn vị X C được biểu thị bằng X net = X TCSC / X C là:       )2/tan()2/tan( )1( )2/(cos )( 4 sin )( 1 2 2           kk k XX X XX X X LC C LC C net ; (9) Sự biến đổi của điện kháng TCSC theo góc mở  được thể hiện ở hình 4. -1.5 100 110 120 130 140 150 160 170 180 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 Cap ac itive Induc tive (de g.) XTCSC (p u on Xc) Hình 4: Sự thay đổi điện kháng của TCSC với góc mở α 3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA TỤ DỌC ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM HIỆU QUẢ CỦA TCSC 3.1 Ảnh hưởng của tụ dọc 500kV đến ổn định vận hành HTĐ Việt Nam 3.1.1 Kết quả tính toán ở chế độ cao điểm tối ngày 17/5/2005 Tính toán trào lưu công suất HTĐ Việt Nam bằng chương trình PSS/E [3, 6]. Điện áp tại các thanh cái 500kV trong các chế độ vận hành ngày 17/5/2005 như sau: Thanh cái Điện áp vận hành bình thường (kV) Điện áp khi nối tắt 1 TBD (kV) Điện áp khi nối tắt 2 TBD (kV) Hoà Bình 478,29 478,87 479,70 Hà Tĩnh 475,01 476,17 459,12 Đà Nẵng 476,47 464,11 456,79 Pleiku 487,29 479,42 474,75 Như vậy khi có 2 tụ dọc bị nối tắt (TBD tại Đà Nẵng của đường dây Đà Nẵng–Hà Tĩnh TBD tại Hà Tĩnh của đường dây Hà Tĩnh–Hoà Bình) thì điện áp của thanh cái Hà Tĩnh Đà Nẵng dao động mạnh tụt xuống quá thấp gần với giới hạn dưới của điện áp cho phép vận hành ở chế độ sự cố. Đồ thị điện áp quá độ của các thanh cái Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Pleiku thể hiện ở hình 2.6. Hình 2.6. Đồ thị điện áp quá độ ở chế độ cao điểm nối tắt 2 TBD ngày 17/5/2005 3.1.2 Kết quả tính toán ở chế độ cao điểm tối của ngày 31/6/2006 Điện áp tại các thanh cái 500kV trong các chế độ vận hành khi đường dây Đà Nẵng – Pleiku vận hành một mạch với công suất theo chiều từ Nam ra Bắc là 1300MW ngày 31/6/2006: Thanh cái Điện áp vận hành bình thường (kV) Điện áp khi nối tắt 1 TBD (kV) Điện áp khi mới nối tắt 2 TBD (kV) Hoà Bình 480,27 481,19 463,69 Hà Tĩnh 483,29 485,16 448,21 Đà Nẵng 476,92 471,96 422,33 Pleiku 490,28 487,98 459,77 Ở chế độ vận hành này khi có 2 tụ dọc bị nối tắt (TBD tại Đà Nẵng của đường dây Đà Nẵng–Hà Tĩnh 2 TBD tại Đà Nẵng của đường dây Đà Nẵng – Pleiku) thì hệ thống mất ổn định đồng bộ dẫn đến sụp đổ điện áp. Đồ thị điện áp quá độ biểu diễn sụp đổ điện áp như hình 2.8 Hình 2.8. Đồ thị điện áp quá độ của các thanh cái Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Pleiku trong chế độ đường dây Đà Nẵng – Pleiku vận hành 1 mạch 2 bộ tụ dọc nối tắt 3.2 Hiệu quả của TCSC khi lắp đặt trong HTĐ Việt Nam Tính toán trào lưu công suất HTĐ Việt Nam khi giả thiết có lắp đặt TCSC tại trạm biến áp 500kV Đà Nẵng trên đường dây 500kV Đà Nẵng-Pleiku. Điện áp tại các thanh cái 500kV trong các chế độ vận hành ngày 31/6/2006 như sau: Thanh cái Điện áp vận hành bình thường (kV) Điện áp khi nối tắt 2 TBD (kV) Điện áp khi nối tắt 2 TBD X TCSC =2,5X C (kV) Điện áp khi nối tắt 2 TBD X TCSC =3X C (kV) Hoà Bình 480,27 475,93 486,87 488,80 Hà Tĩnh 483,29 473,94 497,11 501,19 Đà Nẵng 476,92 456,75 488,01 493,52 Pleiku 490,28 474,35 490,54 493,91 Như vậy khi có TCSC lắp đặt tại vị trí TBD Đà Nẵng của đường dây Đà Nẵng – Pleiku thì điện áp tại thanh cái Đà Nẵng được cải thiện rất nhiều điện áp tại thanh cái Hà Tĩnh cũng tăng lên đến điện áp định mức. Điện áp được cải thiện phụ thuộc vào điện kháng của TCSC, với trị số X TCSC - nhỏ thì điện áp tăng lên không nhiều nên ít hiệu quả, còn với trị số X TCSC lớn quá thì hiệu quả điều khiển của TCSC rất thấp, chỉ với trị số X TCSC vừa phải tương ứng với sự gia tăng điện áp khá cao thì mới có hiệu quả tốt nhất. Căn cứ kết quả tính toán thì nên tính chọn TCSC có trị số điện kháng cao nhất có thể điều khiển được bằng khoảng 3 lần trị số dung kháng của tụ dọc cố định. 4. KẾT LUẬN 1. Trạng thái vận hành của các bộ tụ dọcảnh hưởng lớn đến điện áp các thanh cái 500kV ổn định điện áp của hệ thống điện Việt Nam. Khi một hoặc 2 bộ tụ dọc bị nối tắt sẽ dẫn đến thiếu đi một lượng dọc trên lưới điện 500kV, hay nói cách khác công suất phản kháng do tụ dọc sinh ra sẽ bị giảm đi. Việc thiếu dọc này nếu xảy ra đột ngột vào thời điểm điện áp ở các thanh cái 500kV đang vận hành ở ngưỡng thấp có thể sẽ dẫn đến hệ thống điện bị mất ổn định điện áp. 2. Việc nâng cấp tụ dọc trên lưới điện 500kV thành TCSC sẽ rất hiệu quả trong điều khiển điện áp, điều khiển trào lưu công suất cải thiện ổn định điện áp tại các nút của hệ thống điện 500kV Việt Nam. Kết quả tính toán cho thấy khi trên HTĐ có lắp đặt TCSC thay thế cho bộ tụ dọc tại Đà Nẵng của đường dây 500kV Đà Nẵng - Pleiku thì điện áp vận hành tại các thanh cái Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Dốc Sỏi Pleiku được nâng cao đến mức điện áp vận hành bình thường, đảm bảo cho HTĐ vận hành hiệu quả hơn độ ổn định điện áp tăng lên. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngô Văn Dưỡng, Truyền tải điện xoay chiều một chiều, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, 2004. [2] Lã Văn Út, Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2001. [3] Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gia, Tổng công ty Điện lực Việt Nam, Số liệu hệ thống điện Việt Nam, Hà Nội, 2005-2006. [4] Acha E., Agelidis V.G., Anaya-Lara O., Miller T.J.E, Power electronic control in electrical systems, Newnes power engineering series, Great Britain, 2002. [5] Mohan Mathur R., Rajiv K. Varma, Thyristor-based FACTS controllers for electrical transmission systems, Wiley Interscience, USA, 2002. [6] Power System Simulator Engineering PSS/E-29, Program operation guide, Program application guide, Power Teconologies Inc., 1998. . đổi điện kháng của TCSC với góc mở α 3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA TỤ BÙ DỌC ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM VÀ HIỆU QUẢ CỦA TCSC 3.1 Ảnh hưởng của tụ bù dọc 500kV đến ổn. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỤ BÙ DỌC 500KV ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM VÀ GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG TCSC ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH A STUDY OF THE IMPACT OF 500KV SERIES. lưới điện 500kV là một trong những giải pháp hữu hiệu để nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống điện Việt Nam. 2. CÁC TÁC DỤNG CỦA TỤ BÙ DỌC VÀ MÔ HÌNH TCSC 2.1 Các tác dụng của tụ bù dọc

Ngày đăng: 29/06/2014, 19:00

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan