Tổng quan nghiên cứu

Ổn định điện áp là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng trong hệ thống điện. Theo ước tính, hệ thống điện truyền tải 500-220 kV khu vực miền Tây Nam Bộ đang đối mặt với nhiều thách thức về ổn định điện áp do sự gia tăng tải và các biến động trong vận hành. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng giải pháp sử dụng đường cong công suất tác dụng và điện áp (PV) cùng đường cong công suất phản kháng và điện áp (QV) để xác định vị trí lắp đặt thiết bị bù tĩnh SVC (Static Var Compensator) phù hợp trong hệ thống điện 220 kV khu vực miền Tây Nam Bộ năm 2020. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống điện 220 kV miền Tây Nam Bộ, sử dụng phần mềm chuyên dụng PSS/E 33.0 để mô phỏng và phân tích. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao chất lượng ổn định hệ thống điện, góp phần giảm thiểu sự cố mất ổn định điện áp, từ đó đảm bảo cung cấp điện liên tục và ổn định cho khu vực. Kết quả nghiên cứu có thể làm cơ sở triển khai cho hệ thống điện cao áp 220 kV/500 kV ở các khu vực khác tại Việt Nam trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Ổn định hệ thống điện: Bao gồm ổn định góc rôto, ổn định tần số và ổn định điện áp. Ổn định điện áp được phân thành ổn định tĩnh và ổn định động, trong đó ổn định tĩnh liên quan đến khả năng duy trì điện áp trong giới hạn cho phép khi có các kích động nhỏ, còn ổn định động liên quan đến khả năng phục hồi điện áp sau các kích động lớn như sự cố mất máy phát hoặc đường dây.

  • Lý thuyết bifurcation (sự rẽ nhánh): Mô tả sự mất ổn định của hệ thống khi tham số tải thay đổi, đặc biệt điểm rẽ nhánh yên ngựa liên quan đến sụp đổ điện áp.

  • Phân tích trào lưu công suất liên tục (CPF - Continuation Power Flow): Phương pháp này giúp xác định điểm sụp đổ điện áp bằng cách giải các phương trình trào lưu công suất với tham số tải thay đổi liên tục, vượt qua giới hạn hội tụ của các phương pháp truyền thống.

  • Chỉ số ổn định điện áp: Bao gồm eigenvalue của ma trận Jacobian trào lưu công suất, hệ số độ nhạy điện áp (VSF), chỉ số lân cận mất ổn định điện áp (VIPI), và giới hạn tải (load margin).

  • Thiết bị bù tĩnh SVC: Là thiết bị điện tử công suất cung cấp hoặc hấp thụ công suất phản kháng nhanh chóng, giúp điều khiển điện áp và nâng cao ổn định hệ thống. SVC gồm các thành phần như cuộn kháng điều khiển thyristor (TCR), tụ bù đóng cắt thyristor (TSC), tụ cố định (FC), và các bộ lọc sóng hài.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng dữ liệu hệ thống điện 220 kV khu vực miền Tây Nam Bộ năm 2020, bao gồm các thông số tải, điện áp, công suất, và cấu trúc lưới điện.

  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn 25 nút quan trọng trong hệ thống điện 220 kV để khảo sát vị trí lắp đặt SVC, dựa trên phân tích đường cong PV và QV.

  • Phương pháp phân tích: Mô phỏng và phân tích trên phần mềm PSS/E 33.0, sử dụng phương pháp phân tích trào lưu công suất liên tục (CPF) để xác định điểm sụp đổ điện áp và đánh giá độ ổn định điện áp tại các nút. Phân tích eigenvalue của ma trận Jacobian để xác định biến trạng thái ảnh hưởng lớn nhất đến mất ổn định.

  • Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 1 đến tháng 12 năm 2019, bao gồm thu thập dữ liệu, mô phỏng, phân tích và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Xác định vị trí tối ưu lắp đặt SVC: Qua phân tích đường cong PV tại 25 nút khảo sát, vị trí lắp đặt SVC tại nút Long Xuyên được xác định là tối ưu, giúp nâng cao điện áp tại điểm tới hạn từ khoảng 0.85 pu lên trên 0.95 pu, tăng biên độ dự trữ ổn định điện áp lên khoảng 15%.

  2. Cải thiện độ dự trữ công suất tải: Sau khi lắp đặt SVC, công suất huy động hệ thống tăng trung bình 10-12%, đồng thời độ dự trữ hệ thống được cải thiện rõ rệt, giúp hệ thống vận hành an toàn hơn khi tải tăng đột ngột.

  3. Giảm tổn thất công suất và dao động điện áp: SVC giúp giảm dao động điện áp quá độ và tổn thất công suất phản kháng trên đường dây, góp phần nâng cao độ ổn định động của hệ thống.

  4. Phân tích eigenvalue: Giá trị eigenvalue nhỏ nhất của ma trận Jacobian tăng từ gần 0 lên khoảng 0.05 sau khi lắp đặt SVC, cho thấy hệ thống được đẩy xa điểm mất ổn định, tăng khả năng chịu tải và giảm nguy cơ sụp đổ điện áp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện là do SVC cung cấp công suất phản kháng nhanh và linh hoạt, điều chỉnh điện áp tại các nút yếu, đặc biệt là các nút có điện áp thấp gần điểm sụp đổ. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ứng dụng thiết bị FACTS trong nâng cao ổn định điện áp. Việc sử dụng phương pháp phân tích trào lưu công suất liên tục CPF giúp xác định chính xác điểm tới hạn và biên độ ổn định, từ đó đưa ra giải pháp lắp đặt thiết bị phù hợp. Biểu đồ điện áp tại các nút trước và sau khi lắp đặt SVC minh họa rõ sự cải thiện điện áp, đồng thời bảng dữ liệu công suất huy động và độ dự trữ hệ thống thể hiện hiệu quả vận hành được nâng cao. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn, có thể áp dụng cho các hệ thống điện cao áp khác tại Việt Nam nhằm nâng cao độ ổn định và chất lượng điện năng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai lắp đặt SVC tại các nút có điện áp thấp: Ưu tiên các nút như Long Xuyên trong hệ thống điện 220 kV miền Tây Nam Bộ để nâng cao ổn định điện áp, giảm nguy cơ sụp đổ điện áp. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, do các đơn vị vận hành và quản lý lưới điện chủ trì.

  2. Tăng cường giám sát và phân tích ổn định điện áp định kỳ: Sử dụng phần mềm PSS/E hoặc tương đương để theo dõi đường cong PV, QV và eigenvalue nhằm phát hiện sớm các nguy cơ mất ổn định, từ đó có biện pháp xử lý kịp thời. Thực hiện hàng quý hoặc khi có biến động lớn về tải.

  3. Đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ vận hành: Tập huấn về lý thuyết ổn định điện áp, phương pháp phân tích trào lưu công suất liên tục và vận hành thiết bị FACTS nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả và an toàn hệ thống điện.

  4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng thiết bị FACTS khác: Ngoài SVC, nghiên cứu thêm các thiết bị như STATCOM, TCSC để nâng cao khả năng điều khiển điện áp và công suất phản kháng, đặc biệt trong các hệ thống điện phức tạp hơn. Thời gian nghiên cứu và thử nghiệm trong 3-5 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên gia vận hành hệ thống điện: Nắm bắt kiến thức về ổn định điện áp và ứng dụng thiết bị FACTS để nâng cao hiệu quả vận hành và xử lý sự cố.

  2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Sử dụng kết quả nghiên cứu làm cơ sở cho các quyết định đầu tư, phát triển hạ tầng truyền tải điện nhằm đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống.

  3. Giảng viên và sinh viên ngành điện – điện tử: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về lý thuyết ổn định hệ thống điện, phương pháp phân tích trào lưu công suất và ứng dụng thiết bị bù tĩnh SVC.

  4. Các nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ điện lực: Tham khảo phương pháp và kết quả nghiên cứu để phát triển các giải pháp mới trong lĩnh vực điều khiển và ổn định hệ thống điện.

Câu hỏi thường gặp

  1. SVC là gì và vai trò của nó trong hệ thống điện?
    SVC (Static Var Compensator) là thiết bị điện tử công suất cung cấp hoặc hấp thụ công suất phản kháng nhanh chóng, giúp điều chỉnh điện áp và nâng cao ổn định hệ thống điện. Ví dụ, SVC có thể nâng điện áp tại các nút yếu, giảm dao động điện áp quá độ.

  2. Phân tích đường cong PV giúp gì cho việc ổn định điện áp?
    Đường cong PV thể hiện mối quan hệ giữa công suất tải và điện áp tại một nút, giúp xác định điểm tới hạn (điểm “mũi”) mà tại đó hệ thống có nguy cơ mất ổn định điện áp. Qua đó, có thể xác định vị trí cần lắp đặt thiết bị bù để nâng cao ổn định.

  3. Phương pháp phân tích trào lưu công suất liên tục (CPF) có ưu điểm gì?
    CPF cho phép tính toán được các điểm cân bằng ổn định và không ổn định, bao gồm điểm sụp đổ điện áp, vượt qua giới hạn hội tụ của các phương pháp truyền thống. Điều này giúp xác định chính xác biên độ ổn định và điểm tới hạn của hệ thống.

  4. Làm thế nào để xác định vị trí lắp đặt SVC tối ưu?
    Dựa trên phân tích đường cong PV và eigenvalue của ma trận Jacobian tại các nút trong hệ thống, vị trí có điện áp thấp nhất và eigenvalue nhỏ nhất thường là điểm ưu tiên lắp đặt SVC để nâng cao ổn định.

  5. Ảnh hưởng của việc lắp đặt SVC đến vận hành hệ thống điện như thế nào?
    Lắp đặt SVC giúp tăng biên độ dự trữ công suất tải, giảm tổn thất công suất phản kháng, làm giảm dao động điện áp quá độ và nâng cao độ ổn định động, từ đó giảm nguy cơ sụp đổ điện áp và cải thiện chất lượng điện năng.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công giải pháp sử dụng đường cong PV và QV để xác định vị trí lắp đặt thiết bị bù tĩnh SVC trong hệ thống điện 220 kV miền Tây Nam Bộ.
  • Kết quả mô phỏng trên phần mềm PSS/E 33.0 cho thấy vị trí Long Xuyên là điểm tối ưu giúp nâng cao điện áp và biên độ dự trữ ổn định điện áp.
  • Việc lắp đặt SVC góp phần tăng công suất huy động, giảm tổn thất và cải thiện độ ổn định động của hệ thống điện.
  • Phương pháp phân tích trào lưu công suất liên tục và phân tích eigenvalue là công cụ hiệu quả để đánh giá và dự báo mất ổn định điện áp.
  • Đề xuất triển khai lắp đặt SVC tại các nút yếu, tăng cường giám sát và đào tạo nhân lực nhằm nâng cao chất lượng vận hành hệ thống điện trong vòng 1-2 năm tới.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị quản lý và vận hành hệ thống điện nên áp dụng kết quả nghiên cứu để triển khai lắp đặt thiết bị SVC, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng thiết bị FACTS nhằm nâng cao độ ổn định và chất lượng điện năng trên toàn quốc.