Tài liệu Phân tích an toàn và đề xuất các giải pháp điều độ cho hệ thống điện 110 220kv khu vực nam miền trung

MỤC LỤC MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 1 2. Lịch sử nghiên cứu.............................................................................................. 1 3. Mục đ ch và mục tiêu nghiên cứu củ đề tài ......................................................2 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................2 5. Cơ sở kho học ...................................................................................................2 6. Cấu trúc củ luận văn..........................................................................................3 CHƢƠNG 1. LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN..............4 1.1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH SỰ CỐ NGẪU NHIÊN .......................................4 1.1.1. Phƣơng pháp tƣờng minh .............................................................................4 1.1.2. Phƣơng pháp đánh giá trạng thái ..................................................................4 1.1.3. Phƣơng pháp nhận dạng................................................................................4 1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH AN TOÀN ....................................................5 1.2.1. Phƣơng pháp sắp xếp ....................................................................................5 1.2.2. Các phƣơng pháp đánh giá trạng thái ...........................................................9 1.3. KẾT LUẬN .............................................................................................................14 CHƢƠNG 2. CÁC PHẦN MỀM PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN ...15 2.1. CÁC PHẦN MỀM PHÂN TÍCH AN TOÀN ĐANG SỬ DỤNG .........................15 2.1.1. Phần mềm Power World .............................................................................15 2.1.2. Phần mềm PSS/E ........................................................................................15 2.1.3. Phần mềm PSS/ADEPT ..............................................................................16 2.1.4. Phần mềm CONUS .....................................................................................16 2.2. PHÂN TÍCH AN TOÀN TRONG PSS/E .............................................................. 17 2.2.1. Cấu trúc câu lệnh trong file subsystem .......................................................19 2.2.2. Cấu trúc câu lệnh trong file contingency ....................................................19 2.2.3. Cấu trúc câu lệnh trong file monitor ........................................................... 21 2.3. KẾT LUẬN .............................................................................................................21 CHƢƠNG 3. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỆN 110 - 220KV KHU VỰC NAM MIỀN TRUNG VÀ QUY TRÌNH PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN .22 3.1. NGUỒN ĐIỆN, LƢỚI ĐIỆN VÀ PHỤ TẢI .........................................................22 3.1.1. Nguồn điện HTĐ N m miền Trung ............................................................ 22 3.1.2. Phụ tải HTĐ N m miền Trung ...................................................................24 3.1.3. Lƣới điện HTĐ N m miền Trung ............................................................... 25 3.1.4. Kết dây cơ bản củ HTĐ N m miền Trung ................................................25 3.1.5. Đặc điểm vận hành hệ thống điện N m miền Trung ..................................26 3.2. QUY TRÌNH PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN .................................27 3.3. XÂY DỰNG DỮ LIỆU PHÂN TÍCH AN TOÀN ................................................28 3.4. KẾT LUẬN ............................................................................................................32 CHƢƠNG 4. PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN NAM MIỀN TRUNGVÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU ĐỘ ..............................................33 4.1. CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI .........................33 4.1.1. Hệ thống điện ở chế độ bình thƣờng .......................................................... 33 4.1.2. Hệ thống điện ở chế độ cảnh báo ................................................................ 33 4.1.3. Hệ thống điện ở chế độ khẩn cấp ................................................................ 33 4.1.4. Hệ thống điện ở chế độ cực kỳ khẩn cấp ....................................................34 4.2. PHÂN TÍCH AN TOÀN HTĐ NAM MIỀN TRUNG CHẾ ĐỘ N-1 ....................36 4.2.1. Phân t ch n toàn HTĐ N m miền Trung mù khô chế độ N-1 .................36 4.2.2. Phân t ch n toàn HTĐ N m miền Trung mù mƣ chế độ N-1 ................43 4.3. PHÂN TÍCH AN TOÀN HTĐ NAM MIỀN TRUNG CHẾ ĐỘ N-2 ....................50 4.3.1. Phân t ch n toàn HTĐ N m miền Trung mù khô ở chế độ N-2 ..............50 4.3.2. Phân t ch n toàn HTĐ N m miền Trung mù mƣ chế độ N-2 ................55 4.4. KẾT LUẬN .............................................................................................................59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................60 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 61 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO) TÓM TẮT LUẬN VĂN PHÂN TÍCH AN TOÀN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU ĐỘ CHO HỆ THỐNG ĐIỆN 110 - 220KV KHU VỰC NAM MIỀN TRUNG Học viên: Ph n Trƣờng Gi ng. Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện Mã số: 60.52.02.02 Khó : 31 Trƣờng Đại học Bách kho – ĐHĐN Tóm tắt – Hệ thống điện Việt N m có những bƣớc phát triển nh nh về quy mô lƣới điện, đ dạng về nguồn điện để đáp ứng nhu cầu tăng trƣởng củ phụ tải. Nhiệm vụ củ cơ qu n điều hành hệ thống điện là vận hành n toàn, tin cậy, ổn định, đảm bảo chất lƣợng điện năng và kinh tế. Trong quá trình điều hành, các tình huống sự cố xuất hiện ngẫu nhiên ở bất kỳ chế độ vận hành nào. Do đó yêu cầu đặt r đối với các Điều độ viên là phải nh nh chóng thực hiện những th o tác xử lý ch nh xác, đúng quy trình, quy định nhằm đƣ hệ thống điện về vận hành ở chế độ bình thƣờng. Trong phạm vi luận văn, tác giả sử dụng phần mềm PSS/E để t nh toán và xác định những tình huống sự cố ngẫu nhiên trên hệ thống điện khu vực N m miền Trung làm cho các phần tử còn lại trên hệ thống vận hành ở chế độ khẩn cấp hoặc cực kỳ khẩn cấp. Từ đó đề xuất các giải pháp điều độ nhằm mục đ ch đƣ hệ thống điện về vận hành ở chế độ bình thƣờng. Từ khóa – Hệ thống điện; phân tích an toàn; PSS/E; Điều độ viên; chế độ cực kì khẩn cấp. CONTINGENCY ANALYSIS AND PROPOSITION ALL SOLUTIONS TO 110 220KV POWER SYSTEM IN SOUTH CENTRAL VIETNAM Abstract: VietNam's power system has developed rapidly in terms of grid size and power diversity to meet the growth need of additional loads. The task of the power system operator is to operate safely, reliably, stably in order to ensure the quality of power and economy. During the operation, incident situations appear randomly in any operating mode. It is therefore imperative for operators to promptly carry out precise, correct and regulated procedures to put the electrical system in normal operation. In this thesis, the author uses PSS/E software to analyse and point out random incident scenarios on the South central power system which make the remaining elements in the system operate in the urgent or extremely urgent mode. From which, we propose dispatching solutions for the purpose of bringing the electrical system to normal operation. Key words - Power System; Contingency Analysis; PSS/E; Operator; Extremely urgent mode. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: N-1 Sự cố đơn lẻ một phần tử N-2 Sự cố h i phần tử PI Hệ số nghiêm trọng X/R Tỉ số giữ điện kháng và điện trở củ đƣờng dây Các chữ viết tắt: A0 Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gi A2 Trung tâm điều độ hệ thống điện miền N m A3 Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Trung BCT Bộ Công Thƣơng CA Phân tích an toàn DCL Dao cách ly ĐD Đƣờng dây ĐĐV Điều độ viên FDFL Phƣơng pháp tách cặp nh nh HTĐ Hệ thống điện MBA Máy biến áp MC Máy cắt NMĐ Nhà máy điện PSS/ADEPT Phần mềm PSS/ADEPT PSS/E Phần mềm PSS/E T110 Trạm biến áp 110 kV T220 Trạm biến áp 220 kV T500 Trạm biến áp 500 kV TBA Trạm biến áp DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 3.1. Nguồn điện HTĐ N m miền Trung 23 3.2. Phụ tải HTĐ N m miền Trung 24 4.1. Biểu đồ phát NMĐ N m miền trung c o điểm mùa khô 36 4.2. Phụ tải t nh toán ở chế độ c o điểm mù khô 37 4.3. Biểu đồ phát NMĐ khu vực N m miền Trung vào c o điểm mù mƣ 43 4.4. Phụ tải t nh toán ở chế độ c o điểm mù mƣ 44 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1. Mô tả quá trình phân t ch n toàn trong thời gi n thực 6 1.2. Sơ đồ logic các phƣơng pháp sắp xếp 6 1.3. Thuật toán phân t ch sự cố 8 1.4. Sơ đồ logic phƣơng pháp hệ số chuyển tải 10 1.5. Thuật toán phân t ch sự cố ngẫu nhiên dùng các hệ số nhạy 13 1.6. Sơ đồ phƣơng pháp l n truyền theo vòng tròn 14 2.1. Sơ đồ khối quá trình t nh toán thủ công một sự cố đơn lẻ 18 2.2. Sơ đồ khối mô tả phƣơng pháp tự động nhiều sự cố 18 2.3. Các dạng file .con 19 3.1. Biểu đồ phụ tải ngày đặc trƣng 25 3.2. Quy trình phân t ch n toàn hệ thống điện 29 4.1. Sơ đồ các bƣớc thực hiện xử lý quá điện áp 35 4.2. Sơ đồ các bƣớc thực hiện xử lý quá tải đƣờng dây hoặc máy biến áp 35 4.3. Sơ đồ HTĐ khu vực Gi L i-Đăk Lăk khi sự cố AT2/T220 Krong Buk 38 4.4. Sơ đồ HTĐ khu vực Nh Tr ng khi sự cố AT2/T220 Nh Trang 39 4.5. Sơ đồ HTĐ khu vực Nh Tr ng s u khi xử lý sự cố AT2/T220 Nha Trang 41 4.6. Sơ đồ HTĐ khu vực Đăk Lăk s u khi xử lý sự cố MBA AT2/ T220 Krong Buk 42 4.7. Sơ đồ HTĐ khu vực Bình Định khi sự cố MBA AT2/ T220 Quy Nhơn 45 4.8. Sơ đồ HTĐ khu vực Nh Tr ng khi sự cố MBA AT2/ T220 Nha Trang 46 4.9. Sơ đồ HTĐ khu vực Bình Định, Phú Yên s u xử lý sự cố MBA AT2/T220 Quy Nhơn 48 4.10. Sơ đồ HTĐ khu vực Phú Yên, Nh Tr ng s u xử lý sự cố MBA AT2/T220 Nha Trang 49 Số hiệu Tên hình hình 4.11. 4.12. 4.13. 4.14. 4.15. Sơ đồ HTĐ khu vực Đăk Lăk khi công tác MBA AT2/T220 Krong Buk Sơ đồ HTĐ khu vực Đăk Lăk s u khi xử lý sự cố MBA AT1/T220 Krong Buk Sơ đồ HTĐ khu vực Nh Tr ng khi công tác MBA AT2/T220 Nha Trang Sơ đồ HTĐ khu vực Bình Định khi công tác MBA AT2/T220 Quy Nhơn Sơ đồ HTĐ khu vực Nh Tr ng khi công tác MBA AT2/T220 Nha Trang Trang 51 53 54 56 58 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hệ thống điện Việt N m hiện n y có những bƣớc phát triển nh nh về quy mô lƣới điện, đ dạng về nguồn điện với nhiều thành phần kinh tế th m gi . Điều này nhằm đáp ứng tốc độ tăng trƣởng củ phụ tải hệ thống điện Quốc gi . Nhiệm vụ củ cơ qu n điều hành hệ thống điện là vận hành HTĐ n toàn, tin cậy, ổn định, đảm bảo chất lƣợng điện năng và kinh tế. Vì vậy, trong quá trình điều hành, các Điều độ viên phải thƣờng xuyên giám sát, điều chỉnh các thông số, xử lý các tình huống bất thƣờng xảy r trên hệ thống nhằm đƣ hệ thống về chế độ vận hành bình thƣờng. Các tình huống sự cố xuất hiện ngẫu nhiên và có thể ở bất kỳ chế độ vận hành nào. Có những sự cố mà vùng ảnh hƣởng củ nó rất nhỏ hoặc không ảnh hƣởng nhƣng có những sự cố có phạm vi ảnh hƣởng rất lớn đến hệ thống điện. Đó là sự cố xếp chồng hoặc sự cố các phần tử đ ng truyền tải công suất c o trong hệ thống, những sự cố này có thể làm mất điện một khu vực hoặc t n rã hệ thống. Yêu cầu đặt r đối với các Điều độ viên là phải nh nh chóng thực hiện những th o tác xử lý ch nh xác, đúng quy trình, quy định. Nhằm chủ động đối phó với các tình huống sự cố có thể xảy r trên hệ thống cần có những phƣơng thức vận hành phù hợp. Trên cơ sở đó t nh toán, phân t ch, lập các d nh sách các sự cố có thể xảy r . Đối với các sự cố nguy hiểm ảnh hƣởng đến n toàn hệ thống điện khu vực hoặc n ninh hệ thống điện Quốc gi cần có giải pháp điều hành chính xác, phù hợp. Hệ thống điện khu vực Nam miền Trung nằm trên đị bàn có điều kiện kh hậu phức tạp, chi phối biểu đồ phát các nhà máy điện. Phụ tải khu vực có sự chênh lệnh lớn giữ c o điểm, thấp điểm và giữ các mù . Đây là khu vực có thể xảy r các sự cố nghiêm trọng cần phải qu n tâm nghiên cứu. 2. Lịch sử nghiên cứu Trƣớc đây đã có nhiều đề tài về phân t ch n toàn (Contingency Analysis) một số hệ thống điện. Tuy nhiên, đ số các nghiên cứu trƣớc đây phân tích an toàn HTĐ ở chế độ phụ tải dự báo c o nhất trong năm và đƣ r các giải pháp xử lý kỹ thuật lâu dài nhƣ lắp đặt thêm thiết bị hoặc cải tạo lƣới. Trong phạm vi đề tài này, tác giả sẽ t nh toán phân tích an toàn HTĐ dự trên những số liệu thu thập thực tế, từ đó xây dựng quy trình xử lý, đƣ r những th o tác tức thời đối với những sự cố khác nh u hoặc cùng đối tƣợng sự cố nhƣng chế độ vận hành hệ thống khác nh u, nhằm đảm bảo n toàn trong quá trình vận hành HTĐ. 2 3. Mục đ ch và mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3.1. Mục đ ch nghiên cứu Dự trên lý thuyết môn học phân t ch n toàn hệ thống điện, sử dụng phần mềm t nh toán PSS/E phân t ch hệ thống điện 110 - 220kV khu vực N m miền Trung. Từ đó tìm r các sự cố nặng nề có khả năng làm cho hệ thống điện phải vận hành ở chế độ khẩn cấp, cực kỳ khẩn cấp gây mất n toàn trong truyền tải. Dự vào kết quả phân t ch và các quy trình quy định liên qu n lập các phƣơng án xử lý sự cố N-1, N-2 cho từng trƣờng hợp cụ thể. 3.2. Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng các phƣơng án xử lý sự cố N-1, N-2 giúp cho các Điều độ viên đƣ r các biện pháp kịp thời, nh nh chóng để đƣ hệ thống điện về vận hành ở giới hạn n toàn, ngăn ngừ sự cố l n rộng. 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 4.1. Đối tƣợng nghiên cứu - Cấu trúc lƣới điện, phân bố công suất khu vực N m miền Trung. - Các phƣơng pháp phân t ch n toàn. - Những sự cố N-1, N-2 nguy hiểm trong HTĐ N m miền Trung. - Phƣơng án xử lý sự cố N-1, N-2. 4.2. Phạm vi nghiên cứu - Lý thuyết phân t ch n toàn hệ thống điện. - Thuật toán phân t ch n toàn trong phần mềm PSS/E. - Chế độ vận hành HTĐ N m miền Trung thời gi n c o điểm, thấp điểm vào mù khô, mù mƣ . - Thu thập số liệu thực tế từ hệ thống SCADA củ Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Trung. - T nh toán mô phỏng HTĐ trên phần mềm PSS/E. - Phân t ch kết quả t nh toán dự trên các quy định về chế độ vận hành củ hệ thống. - Áp dụng các tiêu chuẩn theo thông tƣ, quy trình, quy định do Bộ Công thƣơng và EVN b n hành để xây dựng Quy trình xử lý sự cố. 5. Cơ sở khoa học - Lý thuyết phân t ch n toàn HTĐ. - Giải t ch mạng điện. - Lý thuyết bảo vệ rơ le và tự động hó HTĐ. 3 - Luật điện lực, các nghị định và thông tƣ về điều độ HTĐ, thông tƣ quy định quy trình xử lý sự cố, thông tƣ quy định quy trình th o tác, thông tƣ quy định hệ thống điện truyền tải và các quy trình quy định củ ngành Điện. 6. Cấu trúc của luận văn Mở đầu Chƣơng 1: Lý thuyết phân t ch n toàn hệ thống điện. Chƣơng 2: Các phần mềm t nh toán n toàn trong hệ thống điện. Chƣơng 3: Giới thiệu HTĐ 110 – 220 kV Nam miền Trung và quy trình phân t ch n toàn hệ thống điện. Chƣơng 4: Phân t ch n toàn hệ thống điện Nam miền Trung và đề xuất các giải pháp điều độ. Kết luận và kiến nghị 4 CHƢƠNG 1 LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH SỰ CỐ NGẪU NHIÊN Quá trình vận hành hệ thống điện thƣờng gặp phải những sự cố ngẫu nhiên, những sự cố này có thể gây r những d o động nguy hiểm trong thời gi n rất ngắn. Với mục tiêu vận hành hệ thống điện n toàn, liên tục ngƣời vận hành cần có những biện pháp phòng ngừ nhằm chủ động đối phó trong các tình huống. Lý thuyết phân tích sự cố ngẫu nhiên dự trên việc phân t ch sự vi phạm giới hạn truyền tải và giới hạn điện áp khi xảy r các sự cố, s u đây là một số phƣơng pháp đã từng đƣợc nghiên cứu. 1.1.1. Phƣơng pháp tƣờng minh Để định lƣợng t nh nghiêm trọng củ mỗi sự cố cần sử dụng các hàm toán học. Vấn đề là cần t nh toán nh nh nhằm phân biệt và xếp loại chúng theo thứ tự nghiêm trọng giảm dần, s u đó thực hiện phép t nh đầy đủ đối với những giá trị chỉ số nghiêm trọng khác không. Những thuật toán chọn lọc sự cố củ phƣơng pháp tƣờng minh (phƣơng pháp chỉ số xếp loại) là dự trên các công thức đơn giản đã đƣợc đƣ r trong các tài liệu. Tuy nhiên, việc mô tả trạng thái s u sự cố bởi một chỉ số vô hƣớng có nhƣợc điểm không mô tả đầy đủ thông tin và nhƣ vậy độ tin cậy củ kết quả chƣ đƣợc khẳng định. Những phƣơng pháp nhƣ vậy cũng đƣợc gọi là phƣơng pháp sắp xếp trong phân tích an toàn. 1.1.2. Phƣơng pháp đánh giá trạng thái Phƣơng pháp đánh giá trạng thái nhằm đánh giá trạng thái củ hệ thống s u sự cố bằng một phép t nh rất nh nh và gần đúng. Từ đó đƣ r d nh sách các trƣờng hợp sự cố đƣợc xem là có khả năng nguy hiểm và thực hiện việc t nh toán đầy đủ công suất tác dụng và công suất phản kháng đối với các trƣờng hợp này. Phƣơng pháp này dự trên sự phát triển củ phƣơng pháp số nhằm giảm bớt thời gi n t nh toán. Những định hƣớng hiện n y củ phƣơng pháp này là nhằm kh i thác bản chất cục bộ củ hầu hết các sự cố về mặt tác dụng cũng nhƣ phản kháng. Những phƣơng pháp mới trong loại này đƣợc gọi là cục bộ vì nó giới hạn phạm vi phân t ch đối với mỗi sự cố, chúng dự vào kỹ thuật số tiên tiến, cho phép tiết kiệm khá nhiều thời gi n t nh toán và có nhiều hƣớng phát triển để áp dụng trong thời gi n thực. 1.1.3. Phƣơng pháp nhận dạng Nhằm xác định tình trạng n toàn theo thời gi n thực tế, bằng cách so sánh với các tình trạng tƣơng tự đã đƣợc nghiên cứu trƣớc đó. Những dữ liệu đã đƣợc nghiên 5 cứu b o gồm tất cả các thông tin liên qu n với những trƣờng hợp trong tình trạng vận hành bình thƣờng và trong trạng thái biến động. 1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH AN TOÀN Trong quá trình vận hành hệ thống điện, việc tách r một hoặc nhiều phần tử sẽ dẫn đến th y đổi trạng thái làm việc củ hệ thống. Chế độ làm việc củ hệ thống s u đó cần đƣợc đánh giá cụ thể và có v i trò rất qu n trọng trong vận hành thời gi n thực. Với sơ đồ hệ thống điện hiện n y, việc tách hoặc cắt một đƣờng dây truyền tải công suất c o sẽ gây nên tình trạng quá tải một số đƣờng dây khác, có thể nguy hiểm hơn và dẫn đến d o động công suất trong hệ thống. Đối với các thiết bị ch nh khác nhƣ một tổ máy đ ng phát công suất c o hoặc máy biến áp đầy tải thì hậu quả cũng có thể xảy r nhƣ thế. Vấn đề đặt r ở đây là phải nh nh chóng phát hiện sự cố này và đƣ r những quyết định điều chỉnh. Trong quá trình vận hành, việc phân t ch hệ thống cần đƣợc thực hiện đầy đủ và ch nh xác. Từ đó có phƣơng thức vận hành phù hợp với từng chế độ củ hệ thống. Hình 1.1 mô tả quá trình phân t ch n toàn hiện n y đ ng áp dụng rộng rãi. Quá trình phân t ch hệ thống thực hiện chủ yếu dự vào t nh toán phân bố trào lƣu công suất (Power flow) đối với từng sự cố. Hiện n y cấu trúc HTĐ ngày càng phức tạp, vì vậy quá trình phân t ch phải thực hiện hàng ngàn sự cố. Việc phân t ch trƣớc hết cần phải có thủ tục mô phỏng sự cố rồi thực hiện bài toán phân bố công suất, đối với mỗi sự cố cần kiểm tr các giới hạn về công suất, điện áp củ hệ thống s u sự cố. Với khối lƣợng t nh toán nhiều nhƣ vậy và mục tiêu là làm sao phân t ch tất cả các sự cố với thời gi n bé nhất. Điều đó yêu cầu tốc độ t nh toán, độ ch nh xác củ mỗi phƣơng pháp phù hợp với đặc điểm củ các dạng sự cố. Phƣơng pháp phân t ch hệ thống nhƣ trên tỏ r nặng nề và tốn nhiều thời gi n, vì vậy nó t đƣợc sử dụng trong thời gi n thực. Nhằm khắc phục những nhƣợc điểm trên nhiều phƣơng pháp đã đƣợc nghiên cứu. Hiện n y dự trên việc phân t ch kinh nghiệm, ngƣời t nhận thấy rằng phần lớn các sự cố xảy r không gây nên hậu quả nghiêm trọng về mặt n toàn. Có thể nêu r một số phƣơng pháp phân t ch n toàn hệ thống điện nhƣ s u: 1.2.1. Phƣơng pháp sắp xếp Phƣơng pháp này dự trên việc đánh giá độ nguy hiểm củ một sự cố thông qu một hàm toán học mô tả trạng thái hệ thống khi xảy r một sự cố. Các sự cố đƣợc lập d nh sách và sắp xếp theo thứ tự mức độ giảm dần củ chỉ số nghiêm trọng PI. 6 Dữ liệu trong thời gi n thực Thuật toán phân t ch nh nh sự cố D nh sách sự cố có thể gây nguy hiểm Phân t ch đầy đủ sự cố Xuất r những sự cố nào gây mất n toàn hệ thống Hình 1.1. Mô tả quá trình phân tích an toàn trong thời gian thực S u đó, các sự cố sẽ đƣợc phân t ch cặn kẽ bởi một phép t nh toán phân bố công suất tác dụng, công suất phản kháng đầy đủ. Quá trình đƣợc tiếp tục cho đến sự cố không còn gây r vi phạm giới hạn n toàn (điện áp các nút, dòng điện các nhánh) hoặc cho đến khi đã xem xét đủ một số lƣợng sự cố trong d nh sách thiết lập từ trƣớc h y đã hết thời gi n t nh toán cho phép. Quá trình này có thể biểu diễn thông qu sơ đồ logic Hình 1.2. Những phƣơng pháp này có h i phần có thể ghép chung h y tách biệt: - Đánh giá ảnh hƣởng sự cố. - Sắp xếp các sự cố tùy thuộc vào chỉ số PI. Hiệu quả củ phƣơng pháp này phụ thuộc h i điểm: - Chất lƣợng củ việc đánh giá trạng thái s u sự cố cần thiết cho việc t nh toán chỉ số. - Chất lƣợng riêng củ việc thành lập công thức chỉ số mức độ trầm trọng, nó xác định chất lƣợng củ việc sắp xếp giữ các sự cố. P, Q U, I T nh chỉ số nghiêm trọng PI Sắp xếp các sự cố theo mức độ PI giảm dần Danh sách các sự cố T nh phân bố công suất đầy đủ lần lƣợt cho các trƣờng hợp có chỉ có số PI lớn Xác định những trƣờng - hợp vi phạm giới hạn an toàn Hình 1.2. Sơ đồ logic các phương pháp sắp xếp a. Xác định chỉ số nghiêm trọng Điểm xuất phát củ mọi phƣơng pháp chọn lọc sự cố là xác định một chỉ số phản ánh mức độ nghiêm trọng, nó cho phép sắp xếp tình trạng củ các sự cố khác 7 nh u, cái này so với cái khác. Chỉ số này nói chung là một đại lƣợng vô hƣớng hoặc một đại lƣợng véc tơ mô tả khoảng cách giữ trạng thái củ hệ thống ng y s u sự cố và những giới hạn vận hành khác nhau. Có nhiều công thức tính toán chỉ số này đã đƣợc nghiên cứu. Những công thức đầu tiên chỉ hạn chế ở việc t nh khả năng cực đại củ việc truyền công suất tác dụng, tiếp theo đó nó đựợc làm phong phú thêm bằng cách kết hợp cả về cƣờng độ dòng điện trên đƣờng dây cũng nhƣ điện áp tại các nút. Những cách tính chung nhất đƣợc sử dụng là: T nh độ s i lệch củ các biến hệ thống so với giá trị b n đầu và (hoặc) khoảng cho phép th y đổi. Việc chọn giữ h i cách tính trên thể hiện các mặt khác nh u, hoặc ngƣời t đánh giá để biết ngƣỡng an toàn không đƣợc vƣợt qu bằng cách sử dụng độ lệch Xfinal - Xmax, hoặc đo độ suy giảm củ hệ thống s u sự cố bằng cách dùng độ lệch Xfinal - Xđầu. Trong đó Xfinal: giá trị cuối, Xmax: giá trị lớn nhất, Xđầu: giá trị b n đầu. Nhiều cách xác định chỉ số PI đã đƣợc phát triển cả về mặt công suất tác dụng cũng nhƣ điện áp kết hợp công suất phản kháng. b. Công thức và thuật toán Trong việc xác định này, chỉ số PI là chỉ số t nh đến độ lệch củ biến hệ thống so với giá trị định mức củ nó và vùng mà trong đó đại lƣợng có thể th y đổi. Để phân tích một sự cố, công thức củ nó là [2]: ∑( ⁄ )[(| | | |) ] (1.1) Với: X i : Độ lớn (công suất/điện áp) đo đƣợc ở nút i. X inom : Độ lớn (công suất/điện áp) định mức ở nút i. ∆X ilim : Khoảng cách n toàn (phạm vi n toàn). W i : Trọng số ở nút i, là một số thực không âm t nh đến cấu trúc củ hệ thống. Số mũ n đƣợc đƣ vào để tăng phạm vi giá trị củ chỉ số, do vậy tăng độ nhạy củ chỉ số (bình thƣờng chỉ số này không nhạy đối với các biến đổi nhỏ và sẽ tăng độ nhạy đối với những biến đổi lớn). Hình 1.3 trình bày thuật toán phân t ch sự cố trong một hệ thống điện. Điều này có thể gây nên những nhƣợc điểm về s i số và ngƣời t gọi chung là s i số “mặt nạ”. Những s i số này thƣờng xuất hiện ở gi i đoạn sắp xếp sự cố, tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng. Nhƣ vậy, những sự cố t nghiêm trọng và t phần tử vƣợt giới hạn thì có thể đƣợc sắp xếp ng ng hàng với những sự cố có nhiều phần tử vƣợt giới hạn nhƣng không nghiêm trọng. 8 Bắt đầu Thuật toán phân t ch sự t ch sự cố: T nh chỉ số Tạo và lƣu trữ các danh sách PI các sự cố có Đặt chỉ số lên khả năng nguy trƣờng hợp đầu hiểm tiên củ d nh sách sự cố Thực hiện t nh phân bố công suất đầy đủ (AC) đối với trƣờng hợp PI lớn trong bảng chỉ số D nh sách các sự cố Chỉ số Trƣờng hợp 1 2 Sự cố nghiêm trọng 1 Sự cố tiếp theo 3 Xuất r những trƣờng hợp quá/giảm áp và quá tải Tăng chỉ số ở trƣờng hợp tiếp theo Còn Còn sự cố nào xét nữ không Hết Dừng Hình 1.3. Thuật toán phân tích sự cố Những trọng số thể hiện sự quan trọng củ việc liên kết các nút khác nh u hoặc những phần tử củ hệ thống (cấu trúc hệ thống, truyền tải công suất tác dụng, công suất phản kháng). Nhiều phƣơng pháp nhƣ thế đã đƣợc phát triển, bắt đầu từ hệ số PI để thành lập “sự lự chọn những sự cố” và “sắp xếp chúng”. Điều này nhằm mục đ ch đạt đƣợc những t nh năng tốt nhất về xác định đúng sự cố có khả năng nguy hiểm, cũng nhƣ sắp xếp chúng với một thời gi n t nh toán có thể chấp nhận đƣợc. Những phát triển đã đƣợc định hƣớng dự trên việc loại bỏ những s i số “mặt nạ” bắt đầu từ chỉ số PI cũng đƣợc các nhà nghiên cứu tiếp tục qu n tâm. Tuy nhiên, những cải thiện mặc dù làm tăng đáng kể thời gi n t nh toán nhƣng lại không khử đƣợc toàn bộ những s i sót trong phƣơng pháp này. Vì vậy những kết quả 9 thu đƣợc từ phƣơng pháp trên không có khả năng đánh giá những tác dụng củ việc th y đổi cấu trúc phức tạp. Điều này làm cho phƣơng pháp sắp xếp đƣợc chấp nhận một cách hạn chế. Do đó, những phƣơng pháp đánh giá trạng thái đƣợc phát triển s u đây nhằm khắc phục những điểm yếu củ phƣơng pháp sắp xếp. 1.2.2. Các phƣơng pháp đánh giá trạng thái Mục đ ch đầu tiên củ phƣơng pháp này là không phải t nh toán một chỉ số nghiêm trọng, nhƣng để đánh giá sơ bộ trạng thái s u sự cố để biết rằng có cần t nh ch nh xác những hậu quả củ nó bởi một phép t nh phân bố công suất tác dụng - phản kháng đầy đủ (AC Loadflow) hay không. Đi sâu vào tìm hiểu kỹ nguyên tắc đánh giá củ từng phƣơng pháp sẽ giúp chúng t có thể đƣ r những so sánh, nhận xét đối với từng phƣơng pháp. a. Phương pháp tính toán phân bố công suất một phần Việc đánh giá các biến trạng thái (ph , điện áp) đạt đƣợc s u những bƣớc lặp đầu tiên củ một phép t nh công suất tác dụng - phản kháng (1P-1Q) bằng phƣơng pháp Newton – R phson là một kỹ thuật thƣờng đƣợc sử dụng. Nói chung đó là việc thực hiện một phép lặp tách rời phần thực (phƣơng trình công suất/góc) và phần ảo (phƣơng trình công suất phản kháng/điện áp) giải độc lập, gọi là bài toán tính phân bố công suất bằng phƣơng pháp tách cặp nh nh (FDLF) [3]. Trƣờng hợp sự cố gây r việc vƣợt giới hạn về truyền tải thì đƣợc thêm vào d nh sách sự cố và sẽ đƣợc nghiên cứu chi tiết hơn bằng việc phân t ch đầy đủ về công suất tác dụng và công suất phản kháng. Chúng t chú ý rằng trong trƣờng hợp công suất tác dụng, ngƣời t dùng một mô hình t nh toán phân bố công suất tuyến t nh hó hoặc mô hình “dòng một chiều” nhƣ một chức năng tiền xử lý để kiểm tr tất cả những sự cố đơn giản trên đƣờng dây và máy phát. Mô hình sử dụng trong trƣờng hợp này là mô hình số gi củ việc t nh toán phân bố công suất tuyến t nh hó (hoặc “DC”): [B’][∆θ] = [∆P] (1.2) Với: [∆P]: Véc tơ số gi củ công suất tác dụng [∆θ]: Véc tơ số gi củ góc ph điện áp [B’]: M trận (n x n) là m trận chỉ tổng dẫn củ hệ thống (đƣợc t nh toán chỉ một lần ở đầu quá trình). Mô hình này càng trở nên ch nh xác khi tỉ số X/R lớn. Nhƣ vậy ảnh hƣởng củ mỗi sự cố về truyền dẫn công suất tác dụng có thể đánh giá bằng việc giải ∆θ và bằng việc t nh toán những th y đổi công suất tác dụng trên 10 các nhánh ∆Pkm từ công thức sau: ∆Pkm = (∆θk - ∆θm)/Xkm (1.3) Với: Xkm: Điện kháng củ nhánh km. (∆θk - ∆θm): Số gi củ sự th y đổi góc trên nhánh km. Phƣơng pháp này đơn giản, tiết kiệm thời gi n trong quá trình t nh toán so với phƣơng pháp giải toàn bộ nhƣng chỉ t nh toán cho trƣờng hợp công suất tác dụng. b. Phương pháp hệ số chuyển tải Việc nghiên cứu các sự cố với số lƣợng lớn sẽ rất khó khăn nếu yêu cầu nhanh chóng tìm r kết quả trong một hệ thống có cấu trúc phức tạp. Một trong những phƣơng pháp đƣợc sử dụng là phƣơng pháp hệ số chuyển tải h y còn gọi là phƣơng pháp hệ số nhạy hệ thống, mà nguyên tắc thực hiện quá trình t nh toán đƣợc mô tả trong Hình 1.4. Các hệ số nhạy này sẽ phản ánh sự th y đổi tƣơng qu n củ dòng công suất trên đƣờng dây khi th y đổi cấu trúc, công suất phát trong hệ thống. Có h i loại hệ số: Hệ số phân phối công suất trên các đƣờng dây còn lại khi cắt một đƣờng dây bất kỳ và hệ số chuyển lƣợng công suất phát s ng các tổ máy phát và đƣờng dây còn lại khi tách một tổ máy phát bất kỳ trong hệ thống. Hệ số phân phối công suất khi cắt một đƣờng dây α Hệ số chuyển công suất phát a T nh công suất trên tất cả các đƣờng dây khi cắt các đƣờng dây T nh công suất trên tất cả các đƣờng dây khi cắt các máy phát So sánh với công suất định mức trên các đƣờng dây Xác định các đƣờng dây quá tải khi cắt các đƣờng dây Xác định các đƣờng dây quá tải khi cắt các máy phát Hình 1.4. Sơ đồ logic phương pháp hệ số chuyển tải - Hệ số chuyển công suất khi cắt một đường dây: Hệ số này đƣợc sử dụng để kiểm tr quá tải trên các đƣờng dây khác khi đƣờng dây truyền tải bị cắt, nó đƣợc định nghĩ nhƣ sau: (1.4) Với: 11 : Hệ số phân phối công suất trên đƣờng dây lm s u khi cắt đƣờng dây jk. : Độ th y đổi dòng công suất (MW) trên đƣờng dây lm. : Dòng công suất trên đƣờng dây jk trƣớc khi nó bị cắt. Nếu biết dòng công suất củ đƣờng dây lm và đƣờng dây jk trƣớc khi th y đổi cấu trúc thì dòng công suất trên đƣờng dây lm khi đƣờng dây jk bị cắt có thể xác định thông qu hệ số α: (1.5) Với: : Dòng công suất trên đƣờng dây lm khi đƣờng dây jk bị cắt. , : Dòng công suất trên đƣờng dây lm và jk trƣớc khi cắt đƣờng dây jk. Nhƣ vậy, nếu t t nh trƣớc các hệ số αlm/jk thì có thể tiến hành rất nh nh việc kiểm tr tất cả các đƣờng dây trong hệ thống có quá tải h y không khi cắt một đƣờng dây cụ thể nào đó. Hơn nữ tiến trình này có thể lặp đi lặp lại khi cắt lần lƣợt các đƣờng dây. Kết quả hiển thị thông báo quá tải cho nhân viên vận hành biết qu t n hiệu “báo động” để có biện pháp xử lý nh nh chóng và phù hợp. - Hệ số chuyển công suất phát: Hệ số này đƣợc ký hiệu là li và đƣợc xác định bởi tỉ số giữ độ th y đổi dòng công suất trên đƣờng dây l với độ th y đổi lƣợng công suất phát ở nút i [2]. (1.6) Với: l: Chỉ số đƣờng dây. i: Chỉ số nút. : Độ th y đổi dòng công suất trên đƣờng dây l khi th y đổi lƣợng phát tại nút i. : Độ th y đổi lƣợng công suất phát ở nút i. Giả thiết rằng lƣợng ∆Pi sẽ đƣợc phát bù ở nút hệ thống còn các máy phát khác không th y đổi. Hệ số li đặc trƣng cho t nh nhạy củ dòng công suất trên đƣờng dây l khi th y đổi công suất phát ở nút i. Xét trƣờng hợp khi có một máy phát lớn ngừng cấp, và giả thiết rằng lƣợng công suất hụt này sẽ đƣợc bù ở nút hệ thống (chúng t sẽ xem xét trƣờng hợp bù bằng nhiều máy phát nhỏ), giả sử máy phát lớn này phát r lƣợng Pi (MW) lúc đó ∆Pi bù là: ∆Pi = - Pi (1.7) Và trào lƣu công suất mới trên các đƣờng dây đƣợc t nh toán bằng các hệ số “ ” đã t nh trƣớc nhƣ s u: Pl = Pl0 + ali.∆Pi (1.8) 12 Với: l = 1…l Pl0: Dòng công suất trên đƣờng dây trƣớc sự cố. Pl: Dòng công suất trên đƣờng dây l s u khi máy phát nút i hỏng. Ở đây “dòng công suất s u sự cố” Pl củ mỗi đƣờng dây l đƣợc so sánh với giới hạn củ nó, nếu vƣợt quá giới hạn sẽ báo động, điều này cho phép nhân viên vận hành biết máy phát nút i sẽ gây r quá tải trên đƣờng dây l nào. T có thể xây dựng chƣơng trình để tiến hành phân t ch sự cố ngẫu nhiên hệ thống điện nhƣ thuật toán Hình 1.5. Hệ số nhạy chuyển công suất phát là sự ƣớc t nh tuyến t nh củ độ lệch dòng công suất ứng với sự th y đổi công suất phát ở một nút nào đó. Vì vậy, nếu có sự th y đổi đồng thời ở nhiều nút phát thì chúng đƣợc t nh toán bằng phƣơng pháp xếp chồng. c. Phương pháp mở rộng vùng Những phƣơng pháp này dự trên bản chất cục bộ (l n truyền bé) củ phần lớn sự cố, nội dung củ những phƣơng pháp này là sử dụng qu n điểm hậu quả sự cố ảnh hƣởng lớn ở vùng lân cận điểm sự cố và hậu quả củ chúng đƣợc l n truyền bởi các dạng “sóng” đến các nút có kết nối về điện.3 Nhƣ vậy lời giải chúng t cần tìm là lời giải trong vùng ảnh hƣởng đối với mỗi sự cố với giả thiết rằng những vùng x sự cố trơ cứng về điện với sự cố. Điều này dự trên cấu trúc hệ thống điện, thể hiện qu sự kết nối củ một nút đến những nút bên cạnh chúng. Những đặc t nh củ phƣơng pháp này là: - Việc kết nối với vùng biên là sự gần đúng. - Giả thiết t nh nghiêm trọng là cực đại và cục bộ. - Sự cố giả sử xảy r trong một hệ thống lớn. Chú ý rằng những công việc đầu tiên đƣợc thực hiện trong lĩnh vực này bởi nhà kho học Z borsky dƣới tên gọi là “l n truyền theo vòng tròn” theo Hình 1.6. Những vấn đề ch nh phƣơng pháp luận củ phƣơng pháp này b o gồm: - Xác định vùng ảnh hƣởng để đánh giá hậu quả củ sự cố. - Những giả thiết về trạng thái điện ở biên giới củ vùng để thực hiện bài toán. - Xây dựng những vùng biên cho phép đảm bảo không có sự ảnh hƣởng trên những phần củ hệ thống không t nh đến. - Phƣơng pháp này dự trên dạng lặp củ G uss - Seidel, trong phƣơng pháp lặp và thuật toán này có t nh chất hội tụ t tin cậy. 13 Bắt đầu Đọc các điều kiện củ hệ thống Kiểm tr quá tải tất cả các đƣờng dây sau khi cắt các máy phát i=1 ℓ=1 ∆Pℓ=-Pi 𝑃ℓ𝑜 𝑎ℓ𝑖 𝑃ℓ 𝑃ℓ𝑚𝑎𝑥 ≤ 𝑃ℓ ≤ 𝑃ℓ No 𝑃ℓ𝑚𝑎𝑥 Thông báo màn hình Yes ℓ= ℓ+1 i= i+1 No No Đƣờng dây cuối Yesphát cuối Máy Yes k=1 ℓ=1 Yes ℓ=kNo No 𝑓ℓ, 𝑓ℓ𝑜 𝛼ℓ𝑘 𝑓ℓ𝑜 ℓ= ℓ+1 ℓ= ℓ+1 No No 𝑓ℓ𝑚𝑎𝑥 ≤ 𝑓ℓ ≤ 𝑓ℓ𝑚𝑎𝑥 Yes Đƣờng dây cuối Yes Đƣờng dây cuối No Thông báo màn hình Kiểm tr quá tải tất cả các đƣờng dây sau khi cắt các đƣờng dây khác Yes Kết thúc Hình 1.5. Thuật toán phân tích sự cố ngẫu nhiên dùng các hệ số nhạy Những phƣơng pháp này khá hấp dẫn, tuy nhiên những giả thuyết vật lý nếu đƣợc kiểm tr thƣờng xuyên thì đôi khi cũng có s i sót. Vì vậy, những năm gần đây xuất hiện những phƣơng pháp mới, những phƣơng pháp này nghiên cứu để thực hiện những t nh toán củ dạng phƣơng pháp cục bộ. Chúng dự trên việc kh i thác tốt nhất những trạng thái điện ở biên vùng ảnh hƣởng không m ng t nh chất cơ học, điều này