Nghiên cứu khoa học sử dụng thiết bị TCSC để nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện 500 kv Việt Nam

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 93 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG T RESEARCH ON UTILIZATION TCSC TO INCREASE POWER TRANSFER CAPACITY OF 500 KV VIETNAM POWER SYSTEM SVTH: 05DHT, Khoa hoa GVHD: ThS. Khoa hoa - hệ thống truyền tải điện xoay chiều lin , giảm dao động công suất, sụp đổ điện áp và loại trừ cộng hưởng dưới đồng (HTĐVN). ABSTRACT Thyristor-Controlled Series Capacitors (TCSC) is one of the most effective Flexible AC Tranmission System (FACTS) devices.It offers smooth and flexible control of the line impedances. Therefore, TCSC can allow to increase power transfer capacity, improve transient stability as well as reduce damping of power swings, voltage collapse, sub-synchronous resonance. This research focuses on the usilization of TCSC to increase power transfer capacity of 500kV VietNam power system. 1. Khả năng truyền tải của đường dây siêu cao áp và các tiêu chí kỹ thuật liên quan như điện áp vận hành, ổn định, tổn thất công suất trên đường dây,... là những vấn đề được các nhà nghiên cứu, kỹ sư thiết kế, vận hành đặt biệt quan tâm. Hệ thống điện 500kV Việt Nam được xây dựng và đư vào vận hành từ năm 1994, sau hơn 15 năm vận hành hệ thống này được liên tục mở rộng và phát triển ( hệ thống gồm có 7650 MVA) nhằm đáp ứng yêu cầu truyền tải, cung cấp điện cho phụ tải của cả nước.Qua quá trình thực tế vận hành hệ thống điện đã xuất hiện các chế độ vận hành mà công suất truyền tải trên đường dây khá lớn - mùa hè, các hồ của nhà máy thủy điện ở Miền Bắc thiếu nước không thể phát đáp ứng yêu cầu phụ tải nên phải và miền Trung ra miền Bắc- làm cho các đường dây bị quá tải,điện áp tại một số nút trên đường dây giảm thấp dễ dẫn đến mất ổn định điện áp.Từ thực tiễn vận hành đặt ra yêu cầu cho các nhà nghiên cứu và kỹ sư phải tìm ra giải pháp để nâng cao khả năng truyền tải của đường dây 500kV Việt Nam. tổng trở đường dây . . Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 94 2. Mô hình hóa TCSC TCSC là thiết bị mắc nối tiếp với đường dây, gồm tụ điện được nối song song với một điện cảm điều khiển bằng cách thay đổi góc mở của thyristor. 1: Mô hình của t Công suất tác dụng truyền tải trên đường dây: 1 2 1 2sin( ) L C U U P X X     Khi thay đổi góc mở của thyristor ta có thể thay đổi được dòng điện chạy qua tụ điện, từ đó thay đổi được dung kháng của thiết bị TCSC, vì vậy khi lắp đặt thiết bị TCSC nối tiếp trên đường dây thì có thể tăng công suất truyền tải. Khả năng giới hạn truyền tải theo điều kiện ổn định tĩnh cũng được nâng cao khi đặt thiết bị TCSC 1 2 maxgh L C U U P P X X    Khi đặt TCSC thì đường đặc tính công suất P(δ) được nâng cao, do đó khả năng ổn định động cũng được tăng lên H 2: Đặc tính P(δ) khi lắp đặt và không lắp đặt TCSC Việc đặt TCSC vào hệ thống làm cho hệ thống vận hành linh hoạt hơn, cải thiện điện áp của hệ thống vào giờ cao điểm khi điện áp bị giảm thấp. Ngoài ra còn có khả năng giảm dao động công suất, sụp đổ điện áp và loại trừ cộng hưởng dưới đồng bộ. 3. Xây dựng mô hình toán học TCSC Giả sử thiết bị TCSC được nối vào giữa 2 điểm l và r: L C P δo PT δ Khi không có TCSC Khi có TCSC P’T Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 95 3: Mô hình TCSC khi lắp đặt vào đường dây Dòng điện qua thyristor của thiết bị TCSC [2] (1) 0 cos4 cos cos( ) cos( ) cos( ) a a thy a I A t A t t d t               (1) 2 2 2 sin(2 ) 4Acos (2 ) tan( ) tan( ) 1 a a a a akA                       (2) Với: a    : góc dẫn của thyristor 2 0 2 2 0 A      ; 2 0 1 LC   Dòng điện qua thyristor ở tần số cơ bản có thể viết: (1) (1) os( )thy thyi I c t (3) Điện áp đặt lên TCSC S (1)TC CV ,bằng điện áp đặt lên tụ điện. của TCSC được xác định: S (1) a (1) thy(1) S (1) e e X X ( os t I cos t) os t TC C C c p C TC C lin lin V j I j c X I I c          (4)    21 22( ) sin2( ) os ( ) tan[ ( ) tan( )CX C C c                      (5) : XC L LC C L X X X X   (6) 0   (7); 1 C LCX XC    (8) 2 2 4XLC L C X    (9) 1 2(2 1)( ) 2 n LC     với n=1,2,3…. (10) 4: thyristor Rlr Xlr L C Vr Ir Vl Il Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 96 4. Xây dựng sơ đồ thuật toán khi lắp đặt thiết bị TCSC vào hệ thống 5. Kết quả tính toán 5.1. Chế độ vận hành non tải khi đặt thiết bị TCSC Điện áp tại các thanh cái 500kV và công suất truyền tải trên các đường dây vào chế độ vận hành non tải của hệ thống, khi điều chỉnh XTCSC=XC Tên nút Điện áp Nút đi Nút đến Công suất truyền tải Hoà Bình 515 Hoà Bình Nho Quan 217,047-j101,285 Nho Quan 507,5 Nho Quan Thường Tín 26,145- j87,217 Thường Tín 509 Quảng Ninh Thường Tín 100 - j91,674 Quảng Ninh 512,5 Nho Quan Hà Tĩnh 71,298 - j503,049 Hà Tĩnh 513,5 Đà Nẵng Hà Tĩnh 34,402 - j309,241 Đà Nẵng 516 Pleiku Đà Nẵng 205,091 - j337,714 Pleiku 515 Yaly Pleiku 360 - j57,237 Yaly 515 Pleiku Phú Lâm 283,728- j172,91 Di Linh 505,5 Pleiku Di Linh 36,041- j40,987 Tân Định 498,5 Tân Định Di Linh 25.142 - j259,364 Phú Lâm 510 Phú Lâm Tân Định 140,346 - j165,764 Nhà Bè 511 Nhà Bè Phú Lâm 111,459+ j114,056 Phú Mỹ 515 Phú Mỹ Nhà Bè 400 + j240,283 Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 97 Ở chế độ vận hành này, ta thấy điện áp tại các nút khá cao tuy nhiên đều nằm trong giới hạn cho phép (±5%) và lượng công suất truyền trên các đoạn đường dây vẫn đảm bảo giới hạn tải cho phép của đường dây. 5.2. Chế độ vận hành bình thường khi đặt thiết bị TCSC Điện áp tại các thanh cái 500kV và công suất truyền tải trên các đường dây vào chế độ vận hành bình thường của hệ thống, khi điều chỉnh XTCSC=2.4XC. Tên nút Điện áp Nút đi Nút đến Công suất truyền tải Hoà Bình 495 Nho Quan Hoà Bình 80,22+j77,387 Nho Quan 491,5 Nho Quan Thường Tín 117,402- j41,512 Thường Tín 491 Quảng Ninh Thường Tín 142 -j37,326 Quảng Ninh 497 Hà Tĩnh Nho Quan 453,306 - j209,451 Hà Tĩnh 499 Đà Nẵng Hà Tĩnh 707,726 - j233,656 Đà Nẵng 509 Pleiku Đà Nẵng 990,611 - j141,018 Pleiku 513,5 Yaly Pleiku 587,029- j217,196 Yaly 515 Pleiku Phú Lâm 270,291- j113,126 Di Linh 499 Di Linh Pleiku 242,153- j624,798 Tân Định 482 Tân Định Di Linh 344,046 - j529,928 Phú Lâm 507,5 Phú Lâm Tân Định 603,652- j389,204 Nhà Bè 508,5 Nhà Bè Phú Lâm 805,19+ j4,329 Phú Mỹ 515 Phú Mỹ Nhà Bè 1400 + j401,569 Ở chế độ vận hành này, ta thấy điện áp tại các nút đều nằm trong giới hạn cho phép (±5%) và lượng công suất truyền trên đoạn đường dây vẫn đảm bảo giới hạn tải cho phép của đường dây. 5.3. Chế độ vận hành nặng tải khi chưa đặt thiết bị TCSC Điện áp tại các thanh cái 500kV và công suất truyền tải trên các đường dây vào chế độ vận hành nặng tải, khi đặt tụ bù cố định. Tên nút Điện áp Nút đi Nút đến Công suất truyền tải Hoà Bình 467 Nho Quan Hoà Bình 132,21+j10,561 Nho Quan 464,5 Nho Quan Thường Tín 298,045- j59,321 Thường Tín 464,5 Quảng Ninh Thường Tín 95 - j24,964 Quảng Ninh 470 Hà Tĩnh Nho Quan 829,412 - j250,223 Hà Tĩnh 471,5 Đà Nẵng Hà Tĩnh 1194,421- j158,238 Đà Nẵng 487 Pleiku Đà Nẵng 1593,098 + j104,467 Pleiku 512 Yaly Pleiku 684,156- j481,079 Yaly 515 Pleiku Phú Lâm 91,45- j48,258 Di Linh 497,5 Di Linh Pleiku 502,382- j602,359 Tân Định 486 Tân Định Di Linh 634,128 - j463,666 Phú Lâm 508 Phú Lâm Tân Định 969,63- j357,8 Nhà Bè 509 Nhà Bè Phú Lâm 1490,966 - j45,997 Phú Mỹ 515 Phú Mỹ Nhà Bè 2200 + j298,475 Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 98 Ở chế độ vận hành này, ta thấy điện áp tại các nút phía Bắc như Hòa Bình(467kV), Nho Quan(464,5kV), Thường Tín(464,5kV), Quảng Ninh(470kV), Hà Tĩnh(471,5kV) đều thấp, dễ dẫn đến sụp đổ điện áp và lượng công suất truyền trên các đoạn đường dây Pleiku- Đà Nẵng gần 1600MW và Đà Nẵng- Hà Tĩnh 1200MW. 5.4. Vận hành hệ thống vào giờ cao điểm khi đặt thiết bị TCSC tại trạm Đà Nẵng: Điện áp tại các thanh cái 500kV và công suất truyền tải trên các đường dây vào chế độ vận hành nặng tải, khi thay tụ bù dọc trên đoạn đường dây Pleiku-Đà Nẵng và điều chỉnh giá trị XTCSC = 2.8XC (hình 5) 389.265-j147.697 383.723+j128.124 432.449+j111.292 336+j212 358+j267 125+j93 386+j134 120+j96 698+j327 608+j306 612+j296 205+j120 392+j136 j428.816 j432.354 j183.079 j121.604 j124.337 j272.232 2200+j322.702 480+j336 j120.803 485.5 kV 483.5 kV 489 kV 489 kV 503 kV 512.5 kV 515 kV 503.5 kV 507.5 kV 509 kV 515 kV 300+j210 640+j450 671.82+j356.342 132.198-j8.065 4 7 .4 0 2 + j1 3 1 .3 4 7 132+j80.803 483 kV j506.539 494 kV 330+j227 j183.409 j63.392 297.974-j69.597 297.196-j5.089 47.5-j17.169 439.094-j144.27 586.134+j175.211 578.225+j177.176 591.506-j110.826 599.71-j110.565 839.217+j206.479 709.999+267.946 860.214-j6.019 727.666+j10.105 338.111+j198.788 333.089+j196.168 460.359-j179.932 58.679+j61.399 471.886-j484.65 591.886-j205.24 600.824-j348.699 930.824-j58.306 1486.955-j44.35 1490.927-j22.24 1 0 9 4 .4 6 4 + j1 5 2 .3 8 8 3 3 8 .4 2 4 + j1 7 9 .6 7 8 3 3 3 .3 9 8 + j1 7 6 .6 7 4 5 6 .6 7 2 + j3 9 7 .7 4 7 9 3 5 .6 2 7 -j 2 2 7 .8 3 5 1 1 0 0 + j1 6 1 .3 5 2 4 7 .4 0 2 + j1 3 1 .3 4 7 47.5-j17.169 1 1 0 0 + j1 6 1 .3 5 2 1 0 9 4 .4 6 4 + j1 5 2 .3 8 8 2x450 MVA 2x450 MVA 2x600 MVA 2x450 MVA 450 MVA 450 MVA 450 MVA 2x450 MVA 450 MVA 450 MVA 2x450 MVA 450 MVA 5: Phân bố công suất trong chế độ vận hành nặng tải khi đặt thiết bị TCSC Ở chế độ vận hành này, kết quả trên hình 5 cho thấy điện áp tại các nút phía Bắc Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 99 như Hòa Bình (467 kV -- 485,5 kV), Nho Quan(464,5 kV-- 483 kV), Thường Tín(464,5 kV—483,5 kV), Quảng Ninh(470 kV-- 489 kV), Hà Tĩnh(471,5 kV-- 489 kV) đã được cải thiện, tổn thất tổn thất điện áp và tổn thất công suất đã được giảm bớt khi đặt thêm thiết bị trên đoạn đường dây. Khi đặt thiết bị TCSC, ở chế độ vận hành nặng tải, kết quả tính toán đã chỉ ra rằng đã đảm bảo truyền tải lượng công suất theo yêu cầu phụ tải đồng thời cải thiện đáng kể chất lượng điện áp. Kết luận Ở các chế độ vận hành khác nhau, nếu ta đặt tụ bù dọc cố định thì không linh hoạt trong quá trình vận hành, nhất là thời điểm vào chế độ vận hành nặng tải điện áp giảm quá thấp dễ dẫn đến sụp đổ điện áp khi phải truyền tải từ miền Nam vào miền Bắc trên chiều dài đường dây lớn vào mùa khô. Việc thay thế thiết bị TCSC thay cho tụ bù dọc cố định có khả năng làm cho hệ thống làm việc linh hoạt hơn, đảm bảo được các chế độ vận hành của hệ thống điện. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hadi Saadat (2004), Power System Analysis, International Edition, Singapore [2] Wiley (2004), FACTS Modelling and Simulation in Power Networks [3] Đinh Thành Việt, Mạng và thiết bị siêu cao, – [4] ABB Review, ―North-South 500KV AC power interconnection: Tranmission stability improvement by means of TCSC and SC‖. [5] ABB, ―TCSC Thyristor Controlled Series Compensation‖, www.abb.com/FACTS [6] ABB Review (5/1999), ―FACTS-powerful systems for flexible power transmission‖, www.abb.com