Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu lắp đặt thiết bị FACTS cho hệ thống điện Việt Nam

Nghiên cứu hệ thống lắp đặt thiết bị FACTS cho hệ thống điện Việt Nam, phương pháp định lượng kết hợp định tính, góp phần phát triển chuyên ngành

• Tác giả: Trần Lê Ngọc Phước
• Người hướng dẫn: TS. Lê Kỷ
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Lắp Đặt Thiết Bị FACTS Cho Hệ Thống Điện Việt Nam
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu tổng quan đề tài

Chương 1 của luận văn "Nghiên cứu lắp đặt thiết bị FACTS cho hệ thống điện Việt Nam" trình bày lý do chọn đề tài, nội dung nghiên cứu, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, ý nghĩa khoa học và thực tiễn, phương pháp nghiên cứu và bố cục của luận văn. Việc phân bố nguồn điện không đồng đều giữa các miền của lưới điện Việt Nam gây ra nhiều vấn đề về chất lượng điện năng, đặc biệt là điện áp và khả năng ổn định. Giải pháp nghiên cứu lắp đặt thiết bị FACTS, cụ thể là thiết bị bù tĩnh SVC, được đề xuất nhằm cải thiện chất lượng điện năng và tăng cường độ ổn định cho hệ thống điện. Điều này không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao cho việc quản lý và vận hành hệ thống điện Việt Nam.

1.1 Lý do chọn đề tài

Việt Nam đang đối mặt với thách thức lớn trong việc phân bố nguồn điện không đồng đều giữa các khu vực, đặc biệt là sự thiếu ổn định của điện áp trong lưới điện truyền tải. Việc nghiên cứu lắp đặt thiết bị FACTS, đặc biệt là thiết bị bù tĩnh SVC, sẽ giúp cải thiện tình hình này. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin quan trọng cho việc nâng cao chất lượng điện mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của hệ thống điện Việt Nam.

1.2 Nội dung của đề tài

Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu các chế độ vận hành trong hệ thống điện, quy định chất lượng điện năng tại Việt Nam và đánh giá tác động của việc lắp đặt thiết bị FACTS. Các nội dung chính bao gồm tổng quan về thiết bị FACTS, đánh giá lưới điện truyền tải Việt Nam và tác động của thiết bị bù tĩnh SVC đến chất lượng điện năng. Thông qua các kịch bản mô phỏng, luận văn sẽ phân tích và đưa ra giải pháp khả thi cho việc cải thiện hệ thống điện Việt Nam.

II. Các chế độ vận hành trong hệ thống điện

Chương 2 của luận văn cung cấp cái nhìn tổng quan về các chế độ vận hành trong hệ thống điện và quy định của Việt Nam về chất lượng điện năng lưới điện 500kV. Các chế độ này bao gồm các khái niệm về ổn định điện áp, ổn định động và ổn định tín hiệu nhỏ. Việc hiểu rõ các chế độ này là rất quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống điện, đặc biệt là khi áp dụng các thiết bị FACTS. Bên cạnh đó, chương cũng đề cập đến các quy định hiện hành của Việt Nam nhằm đảm bảo chất lượng điện năng, từ đó xác định được các yêu cầu cần thiết cho việc lắp đặt thiết bị FACTS.

2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống điện

Hệ thống điện Việt Nam đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, từ những ngày đầu với các nguồn điện nhỏ lẻ đến hệ thống điện quốc gia hiện đại. Sự phát triển này đã tạo ra những thách thức lớn trong việc quản lý và vận hành hệ thống, đặc biệt là trong việc duy trì chất lượng điện năng. Việc áp dụng công nghệ mới như thiết bị FACTS là cần thiết để đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao về chất lượng điện.

2.2 Quy định của Việt Nam về chất lượng điện năng

Các quy định về chất lượng điện năng của Việt Nam rất nghiêm ngặt, nhằm đảm bảo rằng lưới điện 500kV hoạt động ổn định và hiệu quả. Các tiêu chí về điện áp, tần số và độ ổn định cần được tuân thủ chặt chẽ. Việc lắp đặt thiết bị FACTS sẽ hỗ trợ trong việc duy trì các tiêu chí này, từ đó nâng cao độ tin cậy và an toàn cho hệ thống điện.

III. Tổng quan về hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt FACTS

Chương 3 trình bày tổng quan về công nghệ FACTS, bao gồm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của các thiết bị FACTS trong hệ thống điện. Thiết bị bù tĩnh SVC là một trong những thiết bị chính được nghiên cứu, với khả năng điều chỉnh điện áp và cải thiện độ ổn định cho lưới điện. Việc hiểu rõ về công nghệ FACTS sẽ giúp đánh giá hiệu quả của việc lắp đặt thiết bị này cho hệ thống điện Việt Nam, từ đó đưa ra các giải pháp phù hợp.

3.1 Đặc tính và ứng dụng của thiết bị FACTS

Thiết bị FACTS có khả năng điều chỉnh các thông số điện năng như điện áp, công suất và dòng điện trong thời gian thực. Việc ứng dụng thiết bị FACTS giúp cải thiện chất lượng điện năng, tăng cường khả năng truyền tải và giảm thiểu các sự cố trong hệ thống điện. Các thiết bị như SVC đặc biệt hữu ích trong việc duy trì ổn định điện áp và cải thiện độ tin cậy cho lưới điện.

3.2 Thiết bị bù tĩnh SVC

SVC là thiết bị bù tĩnh được sử dụng phổ biến trong hệ thống điện để điều chỉnh điện áp và ổn định lưới điện. Cấu tạo của SVC bao gồm các tụ điện và cuộn cảm, cho phép thiết bị này điều chỉnh công suất phản kháng một cách linh hoạt. Việc lắp đặt SVC sẽ giúp cải thiện đáng kể chất lượng điện năng và độ ổn định cho lưới điện 500kV của Việt Nam.

IV. Đánh giá lưới điện truyền tải Việt Nam đến năm 2025

Chương 4 tập trung vào việc đánh giá lưới điện truyền tải Việt Nam theo quy hoạch quốc gia đến năm 2025. Các yếu tố như cân bằng công suất, điện áp và khả năng truyền tải sẽ được phân tích để xác định các điểm yếu trong hệ thống. Đặc biệt, việc đánh giá này sẽ giúp xác định nhu cầu cần thiết cho việc lắp đặt thiết bị FACTS, nhằm cải thiện chất lượng điện năng và nâng cao độ ổn định cho lưới điện.

4.1 Giả thiết tính toán

Các giả thiết tính toán sẽ được xây dựng dựa trên các dữ liệu thực tế về quy hoạch lưới điện truyền tải 500kV. Việc này sẽ giúp mô phỏng chính xác tình hình hoạt động của lưới điện trong tương lai, từ đó đưa ra các kết quả đáng tin cậy cho việc đánh giá tác động của thiết bị FACTS.

4.2 Kết quả tính toán

Kết quả tính toán sẽ được phân tích để đánh giá hiệu quả của việc lắp đặt thiết bị FACTS trong việc cải thiện chất lượng điện năng. Các chỉ số như điện áp, công suất và độ ổn định sẽ được xem xét kỹ lưỡng nhằm đưa ra các khuyến nghị cho việc triển khai thiết bị FACTS trong lưới điện Việt Nam.

V. Đánh giá tác động đến lưới điện truyền tải Việt Nam sau khi lắp đặt thiết bị SVC

Chương 5 sẽ phân tích tác động của việc lắp đặt thiết bị SVC đến lưới điện truyền tải Việt Nam. Các kết quả mô phỏng trước và sau khi lắp đặt sẽ được so sánh để đánh giá hiệu quả của thiết bị bù tĩnh này. Việc này không chỉ giúp cải thiện chất lượng điện năng mà còn tăng cường độ ổn định cho hệ thống điện, từ đó góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành điện Việt Nam.

5.1 Phân tích tác động của SVC trong ổn định điện áp

Việc lắp đặt SVC sẽ giúp điều chỉnh điện áp trong lưới điện, từ đó cải thiện chất lượng điện năng. Các kết quả mô phỏng sẽ cho thấy sự khác biệt rõ rệt về điện áp trước và sau khi lắp đặt SVC, chứng minh hiệu quả của thiết bị này trong việc duy trì ổn định cho lưới điện.

5.2 Phân tích tác động của SVC trong ổn định động

SVC không chỉ giúp cải thiện ổn định điện áp mà còn tăng cường độ ổn định động cho hệ thống điện. Các kết quả phân tích sẽ chỉ ra rằng việc lắp đặt SVC sẽ giúp giảm thiểu các dao động trong hệ thống, từ đó đảm bảo an toàn và độ tin cậy cho lưới điện truyền tải.

VI. Kết luận và hướng phát triển

Chương 6 sẽ tổng kết các kết quả nghiên cứu và đưa ra các khuyến nghị cho việc lắp đặt thiết bị FACTS trong hệ thống điện Việt Nam. Việc áp dụng công nghệ FACTS, đặc biệt là thiết bị bù tĩnh SVC, sẽ góp phần quan trọng vào việc cải thiện chất lượng điện năng và nâng cao độ ổn định cho lưới điện. Hướng phát triển trong tương lai cần tiếp tục nghiên cứu và áp dụng các công nghệ mới để đảm bảo sự phát triển bền vững cho hệ thống điện Việt Nam.

6.1 Hướng phát triển

Hướng phát triển trong tương lai cần tập trung vào việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ mới trong lĩnh vực FACTS. Việc mở rộng lắp đặt các thiết bị FACTS sẽ giúp cải thiện đáng kể chất lượng điện năng và độ ổn định cho hệ thống điện. Đồng thời, cần có các chính sách hỗ trợ từ nhà nước để khuyến khích việc đầu tư vào công nghệ này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài. - Chương 2: Các chế độ vận hành trong hệ thống điện và quy định của Việt Nam về chất lượng điện năng lưới điện 500kV. - Chương 3: Tổng quan về hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt (FACTS). - Chương 4: Đánh giá lưới điện truyền tải Việt Nam đến năm 2025 theo quy hoạch Quốc gia.

- Chương 5: Đánh giá tác động đến lưới điện truyền tải Việt Nam sau khi lắp đặt thiết bị SVC. - Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. Học viên: Trần Lê Ngọc Phước Trang 4 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ CHƯƠNG 2 : CÁC CHẾ ĐỘ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ QUY ĐỊNH CỦA VIỆT NAM VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN 500KV Trong chương 2, báo cáo sẽ giới thiệu về các chế độ trong hệ thống điện, đưa ra các khái niệm, định nghĩ về phân bố công suất và ổn định.

Đồng thời, báo cáo cũng đề cập đến các quy định hiện hành của Việt Nam về chất lượng điện năng cho lưới điện 500kV. Hệ thống điện Lịch sử phát triển của hệ thống điện Lịch sử điện năng đã có những phát minh vượt bậc và nổi trội trong thế kỉ XIX: phát minh ra hệ thống điện xoay chiều ba pha (1883), tải điện năng đi xa bằng dòng điện xoay chiều (1884) hay đường dây tải điện ba pha được vận hành thử nghiệm ở khoảng cách 175 km (1891). Kể từ đó, hệ thống điện xoay chiều ba pha ngày càng phát triển, khoảng cách truyền tải ngày càng tăng, công suất truyền tải trên đường dây sẽ tồn tại các giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện ổn định hệ thống, hoặc khi có các thay đổi trong hệ thống như thay đổi chế độ làm việc của máy phát, xảy ra sự cố làm thay đổi cấu trúc của hệ thống hay sự cố dẫn đến phân bố lại công suất,… Khi đó hệ thống sẽ rơi vào trạng thái không giữ được cân bằng dẫn tới các máy phát quay với các tốc độ khác nhau, hay còn nói cách khác là hệ thống bị mất ổn định đồng bộ. Vì những lí do này mà dẫn đến yêu cầu phát triển lí thuyết ổn định hệ thống điện.

Các chế độ của hệ thống điện Hệ thống điện làm việc ở hai chế độ chính đó là: chế độ xác lập (CĐXL) và chế độ quá độ (CĐQĐ). CĐXL là chế độ trong đó các thông số hệ thống không thay đổi, hoặc chỉ thay đổi xung quanh giá trị xác lập với sai số rất nhỏ trong một khoảng thời gian ngắn. Chế độ làm việc bình thường và lâu dài của hệ thống là CĐXL. Sau sự cố, hệ thống làm việc và duy trì ở một chế độ nhất định cũng được gọi là CĐXL.

CĐQĐ là chế độ trung gian chuyển từ CĐXL này sang CĐXL khác sau khi xảy ra các tác động. CĐQĐ sau tác động bị biến thiên nhưng sau một thời gian trở về vị trí ban đầu hoặc có trị số gần định mức được gọi là CĐQĐ bình thường. Ngược lại, CĐQĐ với thông Học viên: Trần Lê Ngọc Phước Trang 5 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ số biến thiên mạnh nhưng sau đó tăng trưởng vô hạn hay bị giảm dần về giá trị 0, CĐQĐ đó được gọi là CĐQĐ sự cố.

Bài toán phân bố công suất trong hệ thống điện Giới thiệu về bài toán phân bố công suất trong hệ thống điện Phân bố công suất là bài toán quan trọng trong quy hoạch, thiết kế phát triển hệ thống trong tương lai cũng như trong việc xác định chế độ vận hành tốt nhất của hệ thống hiện hữu. Thông tin chính có được từ khảo sát phân bố công suất là trị số điện áp và góc pha tại các thanh cái, dòng công suất tác dụng và phản kháng trên các nhánh. Tuy vậy, nhiều thông tin phụ thêm cũng được tính toán bằng chương trình máy tính. Định nghĩa bài toán phân bố công suất Khảo sát phân bố công suất thường áp dụng cho hệ thống ba pha cân bằng, dựa trên sơ đồ tương đương một pha của hệ thống điện và tính toán trên đơn vị có tên hoặc đơn vị tương đối.

Trước đây việc phân bố công suất được khảo sát bằng bàn tính điện xoay chiều mô hình hóa một hệ thống điện. Ngày nay nhờ vào máy tính điện tử, vấn đề phân bố công suất được thực hiện nhanh chóng và chính xác. Khảo sát phân bố công suất đòi hỏi các dữ kiện thông tin chi tiết hơn việc khảo sát ngắn mạch chẳng hạn như tổng trở đường dây và máy biến áp, đầu phân áp của máy biến áp, điện dung đường dây, số liệu công suất nguồn và phụ tải. Cơ sở lý thuyết của bài toán phân bố công suất dựa trên hai định luật Kirchoff về dòng điện điểm nút và điện thế mạch vòng.

Các phương trình Kirchoff không còn tuyến tính như trong bài giải tích mạch thông thường nữa mà là phương trình phi tuyến, số liệu ban đầu cho trước đối với hệ thống điện có khác so với một bài giải tích mạch điện thông thường. Đối tượng của khảo sát phân bố công suất là xác định giá trị điện áp và góc pha ở các điểm nút, dòng công suất trên các nhánh và tổn thất công suất trong mạng điện. Học viên: Trần Lê Ngọc Phước Trang 6 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ Mục đích của phân bố công suất thay đổi trong phạm vi rộng trong đó nhằm phục vụ cho thiết kế và vận hành hệ thống điện, khảo sát hệ thống ở chế độ trước và sau sự cố, điều chỉnh điện áp và công suất, vận hành kinh tế hệ thống điện… Phân biệt các loại điểm nút trong hệ thống điện Thường có ba loại nút hay thanh cái - Thanh cái cân bằng: là thanh cái máy phát điện đáp ứng nhanh chóng với sự thay đổi của phụ tải.

Nhờ vào bộ điều tốc nhạy cảm, máy phát điện cân bằng có khả năng tăng tải hoặc giảm tải kịp thời theo yêu cầu của toàn hệ thống. Đối với thanh cái cân bằng, cho trước giá trị điện áp U và góc pha δ0 chọn làm chuẩn (thường cho δ0 = 0). - Thanh cái máy phát: đối với các máy phát điện khác ngoài máy phát cân bằng, cho biết trước công suất thực P mà máy phát ra (định trước vì lý do năng suất của nhà máy) và điện áp U ở thanh cái đó. Thanh cái máy phát còn gọi là thanh cái P, U.

- Thanh cái phụ tải: cho biết công suất P và Q của phụ tải yêu cầu. Thanh cái phụ tải còn gọi là thanh cái P, Q. Nếu không có máy phát hay phụ tải ở một nút nào đó thì coi nút đó như nút phụ tải với P = Q = 0. Dòng công suất ở các thanh cái được quy ước theo chiều đi vào thanh cái.

Các loại nút được biểu diễn bằng sau đây: Hình 2. Các loại nút trong hệ thống. Học viên: Trần Lê Ngọc Phước Trang 7 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ Các phương pháp khảo sát phân bố công suất Có 4 phương pháp chính sau: - Khảo sát phân bố công suất dùng ma trận YTC bằng phép lặp Gauss – Seidel.

- Phân bố công suất dùng ma trận ZBUS bằng phép lặp Gauss – Seidel. - Phân bố công suất và phương pháp Newton – Raphson. Phương pháp phân lập Jacobi. Do hạn chế về số lượng trang trong luận văn tốt nghiệp bạn đọc có thể tham khảo chi tiết nội dung các phương pháp khảo sát trong tài liệu « Hệ thống điện – Truyền tải và phân phối (Giải tích hệ thống điện) » của tác giả Hồ Văn Hiến [3].

Khái niệm về ổn định Ổn định hệ thống điện có thể được định nghĩa một cách tổng quát là đặc tính của hệ thống điện cho phép nó duy trì trạng thái cân bằng trong chế độ vận hành bình thường và đạt đến trạng thái cân bằng với sai số chấp nhận được sau khi chịu các tác động của nhiễu. CĐQĐ có thể được gây ra bởi các nhiễu bé hoặc lớn. Nhiễu bé xảy ra thường xuyên trong hệ thống điện dưới dạng thay đổi công suất của phụ tải, nhiễu lớn là các sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải, sự cố dẫn đến cắt tổ máy phát hoặc tải lớn, mất đường dây kết nối của hệ thống,… Ổn định hệ thống có thể chia làm các loại như sau: Hình 2.2 Các loại ổn định trong hệ thống điện. Học viên: Trần Lê Ngọc Phước Trang 8 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.

Lê Kỷ Ổn định góc rotor Ổn định góc rotor là khả năng của các máy đồng bộ liên kết với nhau trong HTĐ duy trì sự đồng bộ. Bài toán ổn định góc rotor liên quan đến việc nghiên cứu dao động cơ điện vốn có trong HTĐ, trong đó công suất phát của các máy phát đồng bộ thay đổi khi góc rotor dao động. Mối quan hệ giữa công suất và góc rotor được gọi là đặc tính công suất-góc, đây là đặc tính rất quan trọng trong nghiên cứu ổn định. Đặc tính máy điện đồng bộ: - Máy điện đồng bộ gồm 2 phần: Phần cảm và phần ứng.

Thông thường, phần cảm ở rotor và phần ứng ở stator. - Khi có 2 hay nhiều máy điện đồng bộ nối với nhau, điện áp và dòng điện stator của chúng có cùng tần số, và tốc độ của các rotor đồng bộ với tần số này. - Từ trường quay sinh ra bởi dòng điện stator tương tác với từ trường của rotor sinh ra mô men điện từ có khuynh hướng làm cho 2 từ trường đồng bộ với nhau. Trong máy phát, mô men điện từ ngược chiều chuyển động của rotor do đó mô men cơ phải được cung cấp từ động cơ sơ cấp để duy trì sự chuyển động.

Mô men (hoặc công suất) đầu ra của máy phát thay đổi khi mô men cơ đầu vào cung cấp bởi động cơ sơ cấp thay đổi. - Trong chế độ xác lập, từ trường rotor và từ trường quay stator có cùng tốc độ, tuy nhiên giữa chúng có góc lệch phụ thuộc vào mô men (hoặc công suất) đầu ra của máy phát. - Mối quan hệ công suất – góc: Đặc tính quan trọng có liên quan đến ổn định HTĐ là mối quan hệ giữa công suất trao đổi và vị trí góc rotor của các máy điện đồng bộ. Đây là mối quan hệ rất phi tuyến.

Để minh họa, xét HTĐ đơn giản gồm 2 máy điện đồng bộ sau đây: Học viên: Trần Lê Ngọc Phước Trang 9 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ Hình 2.3 Hệ thống điện đơn giản 2 máy phát điện đồng bộ.4 Đồ thị công suất theo góc máy phát. - Công suất truyền tải là hàm của góc lệch giữa rotor 2 máy điện: EG EM P sin  X (1.7) X  XG  XL  XM (1.