Nghiên cứu xây dựng chương trình đánh giá ổn định cho hệ thống điện 500kv Việt Nam có xét đến các yếu tố bất định của phụ tải

38 Phạm Văn Kiên, Ngô Văn Dưỡng, Lê Kim Hùng, Lê Đình Dương NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH CHO HỆ THỐNG ĐIỆN 500kV VIỆT NAM CÓ XÉT ĐẾN CÁC YẾU TỐ BẤT ĐỊNH CỦA PHỤ TẢI A STUDY ON BUILDING A COMPUTER PROGRAM FOR ASSESSING STABILITY OF THE 500KV POWER SYSTEM OF VIETNAM CONSIDERING LOAD UNCERTAINTY Phạm Văn Kiên1, Ngô Văn Dưỡng2, Lê Kim Hùng1, Lê Đình Dương1 1Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; pvkien@dut.udn.vn, lekimhung@dut.udn.vn, ldduong@dut.udn.vn 2Đại học Đà Nẵng; nvduong@ac.udn.vn Tóm tắt - Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, hệ thống điện (HTĐ) ngày càng phát triển nhanh chóng cả về quy mô lẫn công nghệ. Đối với các HTĐ lớn, vấn đề ổn định thường được đặc biệt quan tâm. Trong quá trình vận hành HTĐ, một trong những nguyên nhân phổ biến gây sụp đổ điện áp dẫn đến mất ổn định hệ thống là sự thay đổi công suất phụ tải hệ thống. Hơn nữa, phụ tải trong HTĐ luôn biến đổi theo các quy luật ngẫu nhiên của nó. Do đó, đối với mỗi HTĐ cần phải có giải pháp tính toán đánh giá ổn định phù hợp trong đó có xét đến yếu tố bất định của phụ tải. Bài báo trình bày phương pháp và chương trình đánh giá ổn định cho HTĐ 500kV Việt Nam giai đoạn đến 2025 có xét đến các yếu tố bất định của phụ tải. Chương trình cho phép đánh giá được mức độ nguy hiểm của hệ thống điện do mất ổn định gây ra. Abstract - Along with the development of the economy, power systems have been growing rapidly in both size and technology. For a large power system, stability issues are often of particular concern. During the operation of the power system, one of the most common causes of voltage collapse leading to instability of the system is system load changes. In addition, nodal loads in the system always change according to their random characteristics. Therefore, for each system, there must be an appropriate measure for calculating and assessing stability, taking into account the uncertainty of the load. This article presents a methodology and computer program for stability assessment for the 500kV power system of Vietnam in the period up to 2025 considering load uncertainty. The program allows us to evaluate risk level of the power system due to instability. Từ khóa - hệ thống điện; ổn định; yếu tố bất định; giới hạn ổn định; mặt phẳng công suất Key words - power system; stability; uncertainty; stability boundary; power plane 1. Đặt vấn đề Do những đặc điểm địa lý, phân bố nguồn tài nguyên và phân vùng nhu cầu tiêu thụ điện, HTĐ Việt Nam từ Bắc tới Nam hiện nay được liên kết bằng các đường truyền tải 500kV, gồm hai mạch đường dây (ĐD) 500kV miền Bắc liên kết với miền Trung, ba mạch ĐD 500kV liên kết giữa miền Trung với miền Nam. Những năm gần đây, phụ tải tiêu thụ điện của miền Nam tăng cao đã vượt quá khả năng cấp nguồn tại chỗ, lượng điện thiếu hụt phải nhận chủ yếu từ các nguồn thủy điện miền Trung và nguồn điện miền Bắc thông qua đường dây 500 kV liên kết. Trong giai đoạn từ 2016 đến 2025, nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tải tăng cao (Hình 1), đồng thời với sự xuất hiện hàng loạt trung tâm nhiệt điện ở cả ba miền đất nước, kế hoạch triển khai xây dựng mở rộng lưới điện 500kV được Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) tăng cường đẩy mạnh [1, 2]. Ngoài ra, trong giai đoạn này, với dự kiến xuất hiện các trung tâm nhiệt điện than ven biển cũng sẽ tiến hành xây dựng các mạch đường dây truyền tải 500kV như Vĩnh Tân - Sông Mây, Duyên Hải - Mỹ Tho, Long Phú - Ô Môn [2, 3]. Theo thống kê của EVN, giai đoạn từ năm 2000 đến 2016, lượng điện tiêu thụ tăng trưởng cao với tốc độ bình quân 13,29%/năm. Sản lượng điện thương phẩm năm 2016 tăng gấp 5,73 lần so với nhu cầu ở năm 2000, đạt 180,17 tỷ kWh [1]. Như vậy, sự gia tăng liên tục về nhu cầu phụ tải cùng với những hạn chế về mặt đầu tư kinh tế và môi trường đối với việc xây dựng các nhà máy điện mới đã khiến cho các HTĐ vận hành gần hơn với giới hạn công suất cực đại và tần suất mất ổn định thường xảy ra nhiều hơn. Đối với các đường dây tương đối ngắn (cấp điện áp thấp), giới hạn công suất truyền tải thường được xác định theo điều kiện phát nóng. Khi chiều dài tăng lên, điện áp tương đối lớn thì độ lệch điện áp là yếu tố cần được quan tâm. Với các đường dây dài truyền tải điện đi xa siêu cao áp và cực cao áp, khả năng tải được quyết định bởi điều kiện giới hạn ổn định tĩnh [4, 5]. Trong quá trình vận hành, trào lưu công suất trên các đường dây truyền tải thường xuyên thay đổi theo sự thay đổi của phụ tải tiêu thụ và công suất phát của các nhà máy điện. Khi công suất truyền tải vượt quá giới hạn cho phép sẽ dẫn đến sụp đổ điện áp, nặng nề hơn sẽ gây mất ổn định và tan rã HTĐ [5, 6]. Trên thế giới có rất nhiều nước đã xảy ra sự cố tan rã HTĐ liên quan đến ổn định của hệ thống, ví dụ gần đây về vấn đề ổn định điện áp, đã xảy ra các sự cố được đánh giá rất nghiêm trọng vào năm 2003 tại Mỹ, Canada và Ý. Sự cố mất điện tại Mỹ vàCanada ảnh hưởng đến một khu vực khoảng 50 triệu người với sản lượng công suất bị cắt là khoảng 61,8 MW trong gần hai ngày. Ước tính tổng chi phí khoảng từ 4 đến 10 tỷ đô-la Mỹ. Ở Việt Nam, theo thống kê trong thời gian qua, trên HTĐ 500kV Việt Nam đã có nhiều sự cố mất điện lớn, diện rộng, có liên quan hiện tượng dao động công suất lớn, mất ổn định điện áp hoặc sụp đổ điện áp, xảy ra vào các ngày 17/05/2005, 27/12/2006, 04/09/2007, 29/03/2009, 18/06/2009, 25/07/2009, 08/07/2010 và 22/5/2013 [2, 3, 7, 8]. Như vậy, các sự cố sụp đổ HTĐ đều gây ra các vấn đề xã hội và tổn thất kinh tế nghiêm trọng với chi phí rất lớn. ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(124).2018 39 Hình 1. Tình hình nguồn cung điện tại Việt Nam giai đoạn 2001-2016 và dự phòng theo quy hoạch điện VII đến 2025 Để đảm bảo cho HTĐ vận hành an toàn, trong quá trình vận hành cần phải tính toán kiểm tra HTĐ, đặc biệt là đánh giá khả năng ổn định của HTĐ. Trong lĩnh vực này đã có nhiều công trình nghiên cứu và phương pháp được công bố, tuy nhiên mỗi phương pháp đều có những hạn chế nhất định. Phương pháp sử dụng hệ số dự trữ ổn định được sử dụng phổ biến [4, 5], trong đó các hệ số được xác định theo các công thức sau: gh 0 gh 0 P Q 0 0 P - P Q - Q k = 100%; k = 100% P Q (1) Trong đó: Pgh và Qgh là các giá trị giới hạn của công suất tác dụng và phản kháng, được xác định từ bài toán tính toán chế độ xác lập với những điều kiện quy ước; P0 và Q0 là công suất tác dụng và phản kháng của phụ tải xem xét tại điểm vận hành. Hạn chế của phương pháp là thực tế vận hành của HTĐ không đúng với các điều kiện quy ước nên thường phải đánh giá cho trường hợp nguy hiểm nhất, điều này không tận dụng được khả năng làm việc của các phần tử trong HTĐ. Phương pháp đường cong P-V, Q-V [6, 9 - 14] biểu diễn quan hệ giữa công suất với điện áp khi cho tăng công suất theo một kịch bản nhất định, kết quả xác định được công suất Pgh, Qgh ứng với giá trị điện áp ở điểm sụp đổ điện áp. Tuy nhiên, công suất thay đổi thực tế thường không đúng với kịch bản đặt ra, đồng thời thời gian tính toán lâu nên không phù hợp khi khảo sát trong thời gian thực. Phương pháp xây dựng miền làm việc cho phép trong mặt phẳng công suất theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh [4-6], bằng cách sử dụng tiêu chuẩn thực dụng dQ/dU của Markovits để xác định đặc tính giới hạn, cho phép phân chia mặt phẳng công suất thành 2 vùng: vùng làm việc ổn định và vùng mất ổn định (Hình 2). 0 Qi Pi Vùng ổn định Vùng làm việc không ổn định Biên giới ổn định Q0 P0 M (b) Pgh Qgh Hình 2. Miền làm việc ổn định của công suất phụ tải trong mặt phẳng công suất Miền làm việc cho phép được xây dựng cho các nút phụ tải, căn cứ vào vị trí điểm làm việc của nút phụ tải để đánh giá hệ thống có ổn định hay mất ổn định, khi hệ thống ổn định còn cho phép xác định mức độ ổn định dựa vào khoảng cách từ điểm làm việc của phụ tải đến đặc tính giới hạn ổn định. Ưu điểm của phương pháp là tính toán vẽ đặc tính giới hạn nhanh, đồng thời cho phép đánh giá được độ dự trữ ổn định đối với công suất nút phụ tải [4]. Tuy nhiên, đặc tính giới hạn trên được tính toán xây dựng ứng với một chế độ vận hành nhất định, không xét đến sự biến đổi ngẫu nhiên của phụ tải. Tuy nhiên trong thực tế, phụ tải tại các nút luôn biến đổi theo một quy luật ngẫu nhiên nhất định và phương pháp đánh giá ổn định nên xét đến yếu tố này, khi đó đường đặc tính giới hạn xây dựng được mới phản ánh đúng bản chất quá trình biến đổi phụ tải trong thực tế. Ngoài yếu tố ngẫu nhiên của phụ tải, trong HTĐ còn có các yếu tố ngẫu nhiên khác gây ra do sự cố ngẫu nhiên các phần tử như ĐD, máy biến áp (MBA) sự biến đổi ngẫu nhiên của các nguồn năng lượng mới như gió, mặt trời Các yếu tố này nên được tích hợp vào trong quá trình phân tích, tính toán. Tuy nhiên, trong phạm vi bài báo này, nhóm tác giả tập trung xem xét yếu tố ngẫu nhiên từ phụ tải, các yếu tố khác sẽ được xem xét trong các nghiên cứu tiếp theo. Bài báo trình bày phương pháp và chương trình đánh giá ổn định cho HTĐ 500kV Việt Nam giai đoạn đến 2025 có xét đến các yếu tố bất định của phụ tải. Chương trình cho phép đánh giá được mức độ ổn định của hệ thống trong mặt phẳng công suất trong thời gian thực. 2. Xây dựng vùng làm việc của hệ thống điện trong mặt phẳng công suất có xét đến yếu tố bất định Phương pháp xây dựng đường giới hạn ổn định điện áp cho các nút phụ tải trong mặt phẳng công suất P-Q được trình bày cụ thể trong tài liệu [4], trong đó mặt phẳng công suất được phân thành hai miền làm việc ổn định và không ổn định như Hình 2. Trong bài báo [4], đường cong giới hạn được xây dựng theo sự biến đổi công suất thực tế tại các nút phụ tải và không dùng các giả thiết về kịch bản biến đổi phụ tải như các nghiên cứu trước đó. Do đó, phương pháp cho phép xây dựng đường cong P-Q có tính thực tế cao. Ngoài ra, nhờ áp dụng thuật toán loại trừ Gauss để rút gọn sơ đồ lưới điện từ một dạng phức tạp bất kỳ về dạng hình tia đơn giản chỉ có các nút nguồn và nút phụ tải cần xét, nên thuật toán xây dựng đường cong giới hạn ổn định trong [4] cho kết quả rất nhanh, cho phép ứng dụng đánh giá ổn định cho HTĐ lớn trong thời gian thực. 0 Q [Mvar] P [MW] Q1 P1 M1 Q2 P2 M2 M3 P3 Q3 Vùng ổn định Hình 3. Miền làm việc cho phép trong mặt phẳng công suất khi có xét đến yếu tố bất định Khi xét đến các yếu tố bất định trong HTĐ trong bài báo 40 Phạm Văn Kiên, Ngô Văn Dưỡng, Lê Kim Hùng, Lê Đình Dương này, đường cong giới hạn ổn định trên Hình 2 sẽ không còn là một đường duy nhất nữa, mà là một tập hợp nhiều đường tạo thành các miền với ý nghĩa khác nhau về ổn định như Hình 3. Trên Hình 3, mỗi đường cong giới hạn ứng với mỗi bộ giá trị khác nhau (mẫu) của các yếu tố ngẫu nhiên xét đến trong HTĐ như đã giới thiệu trong Mục 1. Cách xây dựng bộ số liệu này sẽ được trình bày trong Mục 3 (ở đó tập trung xét riêng cho sự biến đổi ngẫu nhiên công suất phụ tải các nút). Sau khi có được tập hợp các đường cong giới hạn ổn định thể hiện đặc tính ngẫu nhiên của các yếu tố bất định trong HTĐ như Hình 3, chỉ số xác suất mất ổn định p được tính như sau:  1 2 C p 100 % C = (2) Với C1 là số điểm cắt giữa đoạn thẳng OM3 với các đường giới hạn ổn định trên Hình 3, C2 là số đường giới hạn được xây dựng tương ứng với số mẫu ngẫu nhiên (C2) của phụ tải được tạo ra (xem Mục 3). Từ Hình 3, ứng với một chế độ vận hành nhất định, căn cứ vào công suất nút phụ tải để đánh giá khả năng ổn định của HTĐ như sau: - Khi phụ tải làm việc tại điểm M1 thì HTĐ chắc chắn ổn định, xác suất gây mất ổn định p = 0. - Khi phụ tải làm việc tại điểm M2 thì HTĐ chắc chắn mất ổn định, xác suất gây mất ổn định p = 100%. - Khi phụ tải làm việc tại điểm M3 thì HTĐ ở trạng thái nguy hiểm, có thể xảy ra mất ổn định với xác suất p (0% < p < 100%). Khả năng xảy ra mất ổn định được đánh giá theo hệ số p, khi hệ số p vượt giá trị cho phép nào đó (được xác định trong điều kiện vận hành) thì cần phải có giải pháp điều khiển để giảm công suất nút phụ tải hoặc điều chỉnh các thiết bị bù, ... để đưa về giới hạn cho phép. 3. Xác định quy luật ngẫu nhiên của công suất phụ tải trong hệ thống điện 500kV Việt Nam Để có cơ sở dữ liệu đầu vào cho việc tích hợp yếu tố ngẫu nhiên của phụ tải vào trong chương trình tính toán xây dựng miền làm việc cho phép trong mặt phẳng công suất ở Mục 4, trước tiên cần phải xây dựng bộ số liệu ngẫu nhiên của phụ tải tổng hợp tại các thanh cái các trạm biến áp (TBA) 500kV Việt Nam quy hoạch đến năm 2025. Các bước tạo ra bộ số liệu ngẫu nhiên có thể được thực hiện như sau: Bước 1: Xác định quy luật ngẫu nhiên (hàm phân bố) của sự biến đổi công suất phụ tải tại các nút. Sử dụng các số liệu thống kê trong quá khứ của các nút phụ tải tại các thanh cái của TBA 500kV và dùng phần mềm SPSS [10] để phân tích, nhóm tác giả nhận thấy rằng quy luật biến đổi của hầu hết các nút phụ tải tại các TBA 500kV có phân bố theo hàm phân phối chuẩn (Normal Distribution), ký hiệu N(μ, σ2) và có hàm mật độ [11]: 2 2 2 )( 2 1 )(    − − = x exf (3) Trong đó: μ là kỳ vọng toán (giá trị trung bình, Mean) và σ là độ lệch quân phương (độ lệch chuẩn, Standard Deviation). Các đại lượng này xác định bằng SPSS trên cơ sở số liệu thu thập được tại các nút phụ tải. Hình 4 là một ví dụ vẽ cho trường hợp phân bố ngẫu nhiên (dạng histogram) của phụ tải (công suất tác dụng) tại nút 500kV Đà Nẵng và Bảng 1 là kết quả phân tích bằng phần mềm SPSS, trong đó các đại lượng đặc trưng như kỳ vọng toán (μ), độ lệch chuẩn (σ), phương sai (Variance σ2), độ bất đối xứng (Skewness) được tính toán. Skewness có giá trị rất nhỏ cho thấy hàm phân bố rất gần với hàm phân phối chuẩn. Hình 4. Phân bố ngẫu nhiên của công suất phụ tải tại nút 500kV Đà Nẵng Bảng 1. Kết quả phân tích bằng phần mềm SPSS cho phụ tải tại nút 500kV Đà Nẵng Statistics Pdanang Mean () 271,47 Variance (2) 15318,05 Standard Deviation () 123,77 Skewness 0,09 Công suất phụ tải tại các nút khác cũng được tiến hành tương tự. Bước 2: Tạo bộ số liệu ngẫu nhiên của phụ tải tại các TBA 500kV Việt Nam. Từ kết quả phân tích tại từng TBA 500kV bằng phần mềm SPSS như trên, sau khi xác định được hàm phân bố ngẫu nhiên của phụ tải, áp dụng lệnh Compute Variable trong thẻ Tranform và chọn số lượng mẫu cần tạo trong cửa sổ Dataview của SPSS để tạo mẫu. Ví dụ, tạo 1.000 mẫu (C2 = 1.000) đối với công suất tác dụng tại TBA 500kV Đà Nẵng như Hình 5. Phụ tải tại các nút khác trong hệ thống cũng được tiến hành tương tự. Như vậy, sau Bước 2 ta có bộ số liệu ngẫu nhiên cho phụ tải gồm C2 mẫu, tương ứng ta sẽ vẽ được C2 đường cong giới hạn ổn định cho nút phụ tải cần xét (C2 đường trên Hình 3). Hình 5. Tạo bộ số liệu ngẫu nhiên Pdanang trong cửa số Compute Variable của SPSS ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(124).2018 41 4. Áp dụng xây dựng chương trình đánh giá ổn định cho hệ thống điện 500kV Việt Nam Xét sơ đồ nguyên lý HTĐ 500kV Việt Nam đến năm 2025 được quy hoạch theo tổng sơ đồ 7 như trong Hình 6. Chọn nút máy phát Hòa Bình làm nút cân bằng (Slack bus). TĐ L AI CHÂU TBA 500KV LAI CHÂU TBA 500KV SƠN LA TĐ S ƠN L A TBA 500KV NHO QUAN TBA 500KV HÒA BÌ NH TBA 500KV TÂY HÀ NỘI TBA 500KV ĐÔNG ANH TBA 500KV HIỆ P HÒA TBA 500KV PHỐ NỐI NĐ THĂNG LONG NĐ QUẢNG NINH NĐ MÔNG DƯƠNG TBA 500KV QUẢNG NI NH TT ĐL VŨNG ÁNG NMNĐ VŨNG ÁNG TBA 500KV HÀ TĨ NH TBA 500KV ĐÀ NẴNG TBA 500KV DỐC S ỎI TĐ I ALY TBA 500KV PL EIKU TBA 500KV DI L INH TBA 500KV VĨNH TÂN NĐ VĨNH TÂN 2 NĐ VĨNH TÂN 4 TBA 500KV SÔNG MÂY TBA 500KV PHÚ MỸ TBA 500KV TÂN ĐỊNH NĐ PHÚ MỸ 4 NĐ PHÚ MỸ 3 NĐ PHÚ MỸ 2 TBA 500KV NHÀ BÈ TBA 500KV DUYÊN HẢI TBA 500KV MỸ T HO TBA 500KV Ô MÔN TBA 500KV PHÚ LÂM TBA 500KV CẦU BÔNG TBA 500KV ĐĂK NÔNG TBA 500KV PL EIKU 2 TBA 500KV THẠNH MỸ TBA 500KV THƯỜNG T ÍN TBA 500KV LONG PHÚ NMND LONG PHÚ NMND Ô MÔN NMND DUYÊN HẢI NMT D ĐỒNG NAI 3,4,5; DAK TIK NMT D SES AN 3, 3A NMT D SÔNG BUNG, XEKAMAN, DAKMI NMT D SES AN 4, 4A; SE ROPOK NMT D ĐẠI NINH; BẮC BÌNH NMT D HUỘI QUẢNG; NẬM CHIẾ N; BẢN CHÁT NĐ PHÚ MỸ 1 TBA 500KV ĐỨC HÒA TBA 500KV TÂN UYÊN TBA 500KV VIỆ T T RÌ 2 4 3 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 30 31 32 33 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 47 4849 50 51 54 55 56 57 58 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 72 74 75 76 1 5 29 73 34 71 46 59 52 53 Hình 6. Sơ đồ quy hoạch HTĐ 500kV Việt Nam giai đoạn đến năm 2025 Chương trình máy tính đánh giá ổn định cho HTĐ 500kV Việt Nam được xây dựng trên phần mềm Delphi trên cơ sở phương pháp ở Mục 2. Áp dụng chương trình để tính toán phân tích ổn định điện áp tại các nút phụ tải bằng cách nhập tất cả số liệu các phần tử của hệ thống như thông tin nút, thông tin nhánh ĐD, thông tin MBA, thông tin các thiết bị bù và bộ số liệu ngẫu nhiên vào các cửa sổ tương ứng của chương trình. Giao diện sơ đồ thao tác sau khi nhập liệu được thể hiện như trong Hình 7. Hình 7. Một phần giao diện sơ đồ nguyên lý HTĐ 500kV Việt Nam giai đoạn đến năm 2025 Trong nghiên cứu này, trên cơ sở xem xét yếu tố ngẫu nhiên từ phụ tải ứng với các mức độ tải khác nhau tại các TBA, ba kịch bản được xét đến: - Kịch bản 1 (KB1): Vùng làm việc nguy hiểm được xây dựng trên cơ sở bộ số liệu ngẫu nhiên, còn điểm làm việc của từng nút phụ tải được xét cho trường hợp phụ tải tại nút đó là cực đại. Điều này cho phép khảo sát đánh giá được mức độ nguy hiểm nhất của hệ thống. - Kịch bản 2 (KB2): Tương tự như ở KB1, KB2 xét cho trường hợp tại từng nút phụ tải sẽ làm việc với công suất MBA là định mức. Kịch bản này cho phép đánh giá mức độ nguy hiểm của HTĐ khi một nút phụ tải nào đó trong HTĐ làm việc ở chế độ đầy tải của MBA, khi đó thông qua chỉ số xác suất xảy ra mất ổn định sẽ giúp cán bộ xác định phương thức vận hành tìm ra giải pháp điều chỉnh phù hợp để hệ thống làm việc an toàn. - Kịch bản 3 (KB2): Kịch bản này đề cập đến trường hợp nguy hiểm nhất về mặt ổn định tĩnh khi xét đến khả năng quá tải của MBA tại một trong những nút phụ tải của hệ thống. Trong kịch bản này, khi tăng công suất của một nút phụ tải bất kỳ đến giới hạn phát nóng của MBA (giới hạn quá tải sự cố cho phép của MBA) thì khả năng ổn định điện áp tại nút phụ tải so với giới hạn phát nóng cho phép có đảm bảo không? Nghĩa là lúc đó MBA vẫn có thể làm việc theo giới hạn phát nóng cho phép nhưng nút phụ tải đó có khả năng làm việc ổn định hay không? Kết quả tính toán đánh giá xác suất nguy hiểm ở các kịch bản khác nhau được trình bày trong Bảng 2. Bảng 2. Kết quả tính toán xác suất mất ổn định ở các kịch bản khác nhau cho HTĐ 500kV Việt Nam giai đoạn đến 2025 TT Tên trạm Xác suất mất ổn định p (%) KB1 KB2 KB3 1 TBA 500KV LAICHAU 0 73 100 2 TBA 500KV VIETTRI 0 10,2 100 3 TBA 500KV DONGANH 0 16,6 100 4 TBA 500KV TAYHANOI 0 46,4 100 5 TBA 500KV QUANGNINH 0 47 100 6 TBA 500KV HIEPHOA 0 57,8 100 7 TBA 500KV PHONOI 0 56 100 8 TBA 500KV THUONGTIN 0 28 100 9 TBA 500KV NHOQUAN 0 57,4 100 10 TBA 500KV HATINH 0 99 100 11 TBA 500KV DANANG 0 100 100 12 TBA 500KV DOCSOI 0 61,4 100 13 TBA 500KV TANDINH 0 34,4 100 14 TBA 500KV CAUBONG 0 34,4 100 15 TBA 500KV DUCHOA 0 81,6 100 16 TBA 500KV PHULAM 0 0,8 100 17 TBA 500KV TANUYEN 0 52,8 100 18 TBA 500KV PHUMY 0 66,4 100 19 TBA 500KV SONGMAY 0 63,6 100 20 TBA 500KV NHABE 0 24,6 100 21 TBA 500KV MYTHO 0 10,8 100 Từ kết quả tính toán ở Bảng 2 cho thấy, khi làm việc ở chế độ bình thường (KB1) thì hệ thống vẫn làm việc ổn 42 Phạm Văn Kiên, Ngô Văn Dưỡng, Lê Kim Hùng, Lê Đình Dương định với xác suất mất ổn định là 0%. Trong trường hợp công suất phụ tải tại các nút tăng lên bằng công suất định mức của các MBA (KB2) thì lúc này TBA 500kV Đà Nẵng chắc chắn mất ổn định (p = 100%), TBA Hà Tĩnh hầu như mất ổn định (p = 99%). Các nút phụ tải còn lại đều làm việc trong vùng nguy hiểm, trong đó có 10 nút trong tổng số 21 nút phụ tải có xác suất mất ổn định vượt quá 50%. Như vậy, từ kết quả tính toán phân tích ở trên, kết quả của chương trình cho phép định lượng được khả năng ổn định điện áp tại các nút phụ tải tương ứng với các kịch bản vận hành khác nhau. Từ đó giúp cán bộ xác định phương thức vận hành có thể đánh giá và có giải pháp điều chỉnh kịch bản vận hành đảm bảo cho HTĐ vận hành được an toàn tin cậy. Bảng 3 mô tả các kịch bản tính toán phân tích ổn định điện áp cho trường hợp ví dụ tại nút 500kV Hà Tĩnh (có công suất định mức MBA là SđmBMA = 900 MVA). Hình 8 vẽ kết quả tính toán phân tích 3 kịch bản tương ứng trên Bảng 2 tại nút 500kV Hà Tĩnh. Hình 8. Kết quả tính toán phân tích 3 kịch bản tương ứng trên Bảng 2 tại nút 500kV Hà Tĩnh Bảng 3. Kịch bản tính toán phân tích ổn định điện áp tại nút 500kV Hà Tĩnh TBA 500kV Hà Tĩnh P [MW] Q [Mvar] S [MVA] Kịch bản 1 510 50 512.45 Kịch bản 2 (100% Sđm MBA) 828,0 352,7 900,0 Kịch bản 3 (kqt = 1.2) 993,6 423,3 1.080,0 5. Kết luận Trong quá trình vận hành HTĐ, các thông số vận hành và cấu trúc lưới điện thay đổi một cách ngẫu nhiên (tuân theo các quy luật ngẫu nhiên và có thể được mô tả bằng các hàm ngẫu nhiên dựa vào số liệu thu thập được), do đó HTĐ cũng có thể chuyển từ trạng thái ổn định sang trạng thái mất ổn định một cách ngẫu nhiên. Đối với một HTĐ thực tế, sau khi xây dựng được bộ số liệu ngẫu nhiên về thông số vận hành và cấu trúc lưới, sử dụng chương trình xác định vùng làm việc nguy hiểm của công suất nút phụ tải, khảo sát ảnh hưởng của công suất tại các nút phụ tải đến khả năng ổn định của HTĐ để xác định các nút nguy hiểm, đó là các nút có điểm làm việc nằm trong vùng nguy hiểm. Tuỳ theo điều kiện thực tế của HTĐ đang vận hành, có thể điều khiển để nâng cao mức độ ổn định cho HTĐ, về nguyên tắc có thể điều khiển để HTĐ tuyệt đối an toàn về mặt ổn định nếu tất cả điểm làm việc của các nút phụ tải đều nằm trong vùng an toàn. Trong phạm vi bài báo, yếu tố ngẫu nhiên từ phụ tải của các TBA 500kV Việt Nam được tập trung nghiên cứu. Dựa vào bộ số liệu thu thập được, các quy luật phân bố của phụ tải được xác định và các mẫu ngẫu nhiên được tạo ra nhờ phần mềm SPSS. Bộ số liệu này giúp cho việc đánh giá ổn định HTĐ 500kV Việt Nam giai đoạn đến 2025 có xét đến các yếu tố bất định của phụ tải. Chương trình cho phép đánh giá được mức độ ổn định của hệ thống trong mặt phẳng công suất trong thời gian thực. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vietnam Electricity, Annual Report 2016 (Báo cáo ngành điện), 2016. [2] Danish Energy Agency, Energy Outlook Report 2017, 2017. [3] Nguyễn Đức Ninh, Tăng cường độ ổn định, tin cậy của lưới điện 500kV sau các sự cố mất điện diện rộng và sự cần thiết phải trang bị hệ thống bảo vệ chống mất điện diện rộng, Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Việt Nam, 2014. [4] Van Duong Ngo, Dinh Duong Le, Kim Hung Le, Van Kien Pham and Alberto Berizzi, “A Methodology for Determining Permissible Operating Region of Power Systems According to Conditions of Static Stability Limit”, Energies, 10, 1163, 2017. [5] Ngô Văn Dưỡng, Phân tích nhanh tính ổn định và xác định giới hạn truyền tải công suất trong Hệ thống điện hợp nhất có các đường dây siêu cao áp, Luận án Tiến sĩ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 2002. [6] Lã Văn Út, Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2011. [7] Lê Hữu Hùng, Nghiên cứu ổn định điện áp để ứng dụng trong Hệ thống điện Việt Nam, Luận án tiến sĩ, Đại học Đà Nẵng, 2012. [8] Đinh Thành Việt, Ngô Văn Dưỡng, Lê Hữu Hùng, Ngô Minh Khoa, “Xây dựng chương trình vẽ đường cong PV và xác định điểm sụp đổ điện áp trong hệ thống điện”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng, Số 6(35), 2009, trang 30-38. [9] Fraha Kundur, Power system stability and control, McGraw-Hill, Inc 2013. [10] C. W. Taylor, Power System Voltage Stability, McGraw-Hill Inc., 1994. [11] Clark, H. K., “New challenge: Voltage stability”, IEEE Power Eng. Rev., 19, 1990, pp. 30-37. [12] R. K. Gupta, Z. A. Alaywan, R. B. Stuart, T. A. Reece, “Steady state voltage instability operations perspective”, IEEE Trans. Power Syst., Vol. 5, No. 4, 1990, pp. 1345-1354. [13] R. Toma, M. Gavrilas, Voltage stability assessment for wind farms integration in electricity grids with and without consideration of voltage dependent loads, in Proceedings of 2016 International Conference and Exposition on Electrical and Power Engineering (EPE 2016), 2016, pp. 754-759. [14] M. S. Rawat, S. Vadhera, Analysis of wind power penetration on power system voltage stability, in Proceedings of the IEEE 6th International Conference on Power Systems (ICPS), 2016, pp. 1-6. [15] Sabine Landau and Brian S. Everitt, A Handbook of Statistical Analyses using SPSS, Chapman & Hall/CRC Press LLC, 2004. [16] K. Krishnamoorthy, Handbook of Statistical Distributions with Applications, CRC Press, 2006. (BBT nhận bài: 05/3/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 25/3/2018)