Nghiên cứu tính toán vị trí tối ưu cho statcom trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN MINH TIÊN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN VỊ TRÍ TỐI ƯU CHO STATCOM TRONG HỆ THƠNG ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN SKC007429 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2017 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hƣớng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THỊ MI SA (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ trƣớc HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH Ngày 18 tháng năm 2017 i iii v LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN MINH TIÊN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04-9-1989 Nơi sinh: Long An Quê quán: Mỹ Thạnh Tây – Đức Huệ – Long An Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Ấp 1-Mỹ Qúy Tây – Đức Huệ – Long An E-mail: nguyenminhtienspkt@gmail.com SĐT: 0937929017 II Q TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học phổ thơng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ tháng 9/2004 đến tháng 6/2007 Nơi học (trƣờng, thành phố): THPT Đức Huệ, TT Đông Thành, Đức Huệ, Long An Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ tháng 9/2008 đến tháng 8/2012 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM Ngành học: Điện Công Nghiệp Tên đồ án tốt nghiệp: Các giải pháp tiết kiệm lƣợng chiếu sáng Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: Tháng 17/8/2012 Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM Ngƣời hƣớng dẫn: ThS VŨ THỊ NGỌC III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Nơi cơng tác Thời gian 1/10/2013 đến Trung Tâm GDNN-GDTX huyện Đức Huệ vii Công việc đảm nhiệm Giảng dạy VS2 VS VR cos  QS  X (3.6) VS2  VS VR cos  QR  X (3.7) Ta thấy phƣơng trình (3.6) (3.7), cơng suất phản kháng chuyển tải hai điểm đƣợc xác định biên độ điện áp hai cái, điện kháng nối tiếp đƣờng dây góc cơng suất hai điểm Trong chế độ làm việc bình thƣờng, góc công suất hai nối với nhỏ, phƣơng trình cơng suất phản kháng chuyển tải đƣợc đơn giản thành: QS  VS2 VS VR X (3.8) QR  VS2  VS VR X (3.9) Từ phƣơng trình (3.8) (3.9), cơng suất phản kháng truyền tải hai điểm đƣợc xác định biên độ điện áp hai điện kháng nối đƣờng dây Ở trạng thái tĩnh công suất phản kháng chạy từ nơi có điện áp cao đến có điện áp thấp Tóm lại, cơng suất tác dụng ln truyền từ nơi có góc cao sang nơi có góc thấp, cơng suất phản kháng thƣờng phân bố từ nơi có điện áp cao đến nơi có điện áp thấp Chƣơng TỐI ƢU VỊ TRÍ CHO STATCOM TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN DÙNG THUẬT TOÁN PSO 4.1 Hệ thống lƣới điện nghiên cứu Sơ đồ hệ thống điện máy bus IEEE gồm thành phần sau:  bus  máy phát điện  máy biến áp  bus tải G1 16.5 kV 16.5/230 kV 230 kV Load A (125MW, 50MVAR) Load B (90MW, 30MVAR) 18/230 kV 230/13.8 kV G2 G3 18 kV 230 kV 230 kV 13.8 kV Load C (100MW, 30MVAR) Hình 1: Hệ thống khảo sát máy phát nút Các thành phần phân bổ sử dụng hệ thống đƣợc biểu thị tải phụ tƣơng ứng bus nơi chúng đƣợc kết nối Trong mạng lƣới nhƣ vậy, độ lệch điện áp lý tƣởng phải đƣợc giữ khoảng ±5% để tránh sụp đổ điện áp điều kiện tải Nói 29 chung, yêu cầu tải điện gia tăng, điện áp bus tƣơng ứng tụt xuống dƣới 0.95 p.u cần có hỗ trợ điện áp bổ sung bus Trong nghiên cứu này, điện áp hỗ trợ đƣợc cung cấp STATCOM (tụ bù tĩnh), vị trí nhƣ kích cỡ tối ƣu STATCOM đƣợc tính tốn định cách sử dụng PSO Việc mô hệ thống đƣợc thực cách dùng phần mềm MATLAB 4.2 Hàm mục tiêu Hàm mục tiêu J đƣợc biểu thị biểu thức 4.1 tổng trọng số số liệu chênh lệch điện áp dung lƣợng STATCOM Dung lƣợng STATCOM đƣợc tính cho giá trị hai thuật ngữ hàm mục tiêu so sánh đƣợc đƣợc xác định cách thử sai Độ lệch điện áp đƣợc tính p.u dung lƣợng STATCOM đƣợc tính MVAR    J    (Vi  1)2    i 1  100 (4.1) Điều kiện: | Vi — | ≤ 0.05 cho i = 9,   đó: J: giá trị hàm mục tiêu Vi : gía trị điện áp bus i tính theo p.u Vi – 1: giá trị chênh lệch điện áp i tính theo p.u  2   (Vi  1)  : Tổng số liệu chênh lệch điện áp  i1   : Dung lƣợng STATCOM tính theo MVAR 100 Vì hệ thống điện đa máy có máy phát điện, điện áp bus máy phát lại bị kiểm sốt máy phát đó, nên bus tƣơng ứng với máy phát điện bị loại bỏ khỏi q trình tìm kiếm, cịn lại vị trí khả thi cho STATCOM 4.3 Áp dụng thuật toán bầy đàn PSO Việc áp dụng thuật tốn PSO đƣợc trình bày phần dƣới đƣợc minh họa lƣu đồ Bắt đầu Khởi tạo vận tốc, pbest, gbest, số phần tử lần lặp tối đa Với phần tử, khởi tạo kích thƣớc số vị trí bus STATCOM Nếu số lần lặp < Số lần NO Kết thúc lặp tối đa YES YES Tất phần tử đƣợc kiểm tra ? NO Chạy phân bố công suất tính tốn hàm mục tiêu Tính lƣu kết pbest cho phần tử Tính lƣu giá trị gbest cho tất phần tử Cập nhật vận tốc vị trí phần tử YES Kiểm tra tính khả thi NO Dời phần tử đến vị trí khả thi khu vực tìm kiếm Hình 2: Lƣu đồ ứng dụng PSO 4.3.1 Định nghĩa phần tử Phần tử đƣợc định nghĩa vec-tơ có chƣa số vị trí STATCOM bus có dung lƣợng đƣợc biểu thị nhƣ biểu thức 4.2 Particle:;  Trong đó:  : Số vị trí STATCOM bus số  : Dung lƣợng STATCOM tính theo MVAR 4.3.2 Hàm thích nghi 31 (4.2) Hàm thích nghi PSO đƣợc dùng để đánh giá hiệu suất phần tử ứng với hàm mục tiêu trình bày công thức (4.1) 4.3.3 Các tham số PSO Mức độ hiệu PSO bị ảnh hƣởng việc lựa chọn tham số Do đó, phải chọn đƣợc cách để tìm tham số phù hợp Trong trƣờng hợp này, viêc chọn tham số tuân theo chiến lƣợc xem xét kết khác cho tham số cụ thể đánh giá mức độ ảnh hƣởng độ hiệu PSO Các gía trị khác cho tham số PSO đƣợc thể phần phụ việc đánh giá độ hiệu đƣợc thể phần kết a Số phần tử: Cần phải cân nhăc lựa chọn số lƣợng phần tử số lần lặp bầy đàn Do giá trị thích nghi phải đƣợc đánh giá thông qua việc sử dụng giải pháp phân bố công suất lần lặp nên phần tử khơng nên q lớn cơng sức tính tốn bỏ tăng lên nhiều Các bầy gồm 10 phần tử đƣợc chọn kích thƣớc mật độ hợp lý b Khối lƣợng quán tính Từ kết trƣớc đó, khối lƣợng qn tính giảm tuyến tính Mục đích để cải thiện hội tụ bầy đàn cách giảm khối lƣợng qn tính từ giá trị ban đầu 0.9 xuống cịn 0.1 qua nhiều bƣớc tổng số lần lặp tối đa nhƣ đƣợc biểu diễn (4.2) w i  0.9  0.8 iter  max_iter  Trong đó: wi : Khối lƣợng qn tính lần lặp i iter: số lần lặp max_iter: tổng số lần lặp tối đa c Hằng số gia tốc (4.2) Một ba giá trị số gia tốc cá nhân đƣợc đánh giá nhằm nghiên cứu hiệu ứng việc coi trọng giá trị tốt cá thể giá trị tôt bầy đàn: c={1.5,2,2.5} Giá trị cho số gia tốc cộng đồng đƣợc định nghĩa : c2 = 4-c1 d Số lần lặp Số lần lặp khác {10, 15, 20, 30, 50} đƣợc xem xét nhằm đánh giá tác động tham số với hiệu PSO e Giá trị vận tốc tối đa Trong trƣờng hợp này, với phần tử thành phần giá trị vận tốc tối đa phải đƣợc lựa chọn Dựa kết từ trƣớc, giá trị đƣợc coi vận tốc tối đa cho số lân cận Đối với dung lƣợng STATCOM, giá trị vận tốc tối đa gồm {25, 50, 75} đƣợc xem xét Bảng 1: Trình bày tổng kết giá trị đƣợc thử nghiệm tham số Tham số Giá trị thử nghiệm Số phần tử 6,9 Khối lƣợng, quán tính Khối lƣợng quán tính giảm tuyến tính Hằng số gia tốc {1.5, 2, 2.5} Số lần lặp { 15, 20, 30, 50 } Gia tốc tối đa cho STATCOM bus Gia tốc tối đa cho dung lƣợng STATCOM {25, 50, 75 } 4.3.4 PSO số nguyên Riêng trƣờng hợp áp dụng PSO này, vị trí phần tử đƣợc xác định số nguyên (vị trí bus dung lƣợng STATCOM) Do đó, chuyển động phần tử đƣợc biểu diễn (2.4) đƣợc làm trịn đến số ngun gần Ngồi ra, số vị trí khơng đƣợc phép bus máy phát điện Nếu kết (2.4) bao hàm bus máy phát 33 điện, phần tử thành phần vị trí  đƣợc chuyển tới vị trí bus gần khơng có máy phát điện 4.4 Kết mô 4.4.1 Điều chỉnh thông số PSO tối ƣu Nhằm tìm tham số tốt cho PSO lựa chọn thay đề cập phần trƣớc, tham số đƣợc tiến hành thử nghiệm tối ƣu hóa 50 lần Với tổ hợp, giá trị cuối tốt mõi hàm thích nghi đƣợc chọn Từ giá trị này, giá trị chênh lệch nhỏ nhất, lớn nhất, trung bình tiêu chuẩn (tính theo %) đƣợc tính tốn để làm số thống kê cho hiệu suất PSO Bảng 2: Thông số PSO tối ƣu Tham số Số phần tử Giá trị Hằng số gia tốc cá thể 2.5 Hằng số gia tốc tập thể 1.5 Số lần lặp 50 Gia tốc tối đa cho STATCOM bus Gia tốc tối đa cho dung lƣợng STATCOM 50 4.4.2 Kết chạy phân bố công suất Sau cài đặt thông số tối ƣu cho thuật toán PSO Sau 50 lần lặp ta thấy điện áp bus tải đạt 0.97 khoảng cho phép  5% 1.05 0.95 0.9 0.85 0.8 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Hình 3: Điện áp bus tải sau 50 lần lặp Tốc độ rotor máy phát 1, cố tăng đột ngột công suất máy phát lên 20% Ta thấy tốc độ rotor máy phát 1, từ khoảng thời gian 1s đến 3s dao động giảm dần sau 3s tốc độ rotor dần ổn định 1 (p.u.) 1.005 0.995 0.5 1.5 2.5 t (s) 3.5 4.5 4.5 4.5 Hình 4: Tốc độ rotor máy phát 2 (p.u.) 1.005 0.995 0.5 1.5 2.5 t (s) 3.5 Hình 5: Tốc độ rotor máy phát 3 (p.u.) 1.005 0.995 0.5 1.5 2.5 t (s) 3.5 Hình 6: Tốc độ rotor máy phát 35 Công suất tác dụng máy phát 1, cố tăng đột ngột công suất máy phát lên 20% ổn định sau khoảng thời gian 3s PSG1 (p.u.) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.5 1.5 2.5 t (s) 3.5 4.5 4.5 Hình 7: Cơng suất tác dụng máy phát 1.8 PSG2 (p.u.) 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 0.5 1.5 2.5 t (s) 3.5 Hình 8: Cơng suất tác dụng máy phát PSG3 (p.u.) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 1.5 2.5 t (s) 3.5 4.5 Hình 9: Cơng suất tác dụng máy phát Điện áp máy phát 1, cố tăng đột ngột công suất máy phát lên 20% dần ổn định sau khoảng thời gian 3s nằm khoảng điện áp cho phép  5% 1.005 V SG1 (p.u.) 1.01 0.5 1.5 2.5 t (s) 3.5 Hình 10: Điện áp máy phát 4.5 1.005 V SG2 (p.u.) 1.01 0.5 1.5 2.5 t (s) 3.5 4.5 Hình 11: Điện áp máy phát 1.005 V SG3 (p.u.) 1.01 0.5 1.5 2.5 t (s) 3.5 4.5 Hình 12: Điện áp máy phát Điện áp tải cố tăng đột ngột công suất máy phát lên 20% V7 (p.u.) 1.05 0.95 0.5 1.5 2.5 t (s) 3.5 4.5 4.5 Hình 13: Điện áp bus tải V8 (p.u.) 1.05 0.95 0.5 1.5 2.5 t (s) 3.5 Hình 14: Điện áp bus tải 37 V9 (p.u.) 1.05 0.95 0.5 1.5 2.5 t (s) 3.5 4.5 Hình 15: Điện áp bus tải Điện áp bus tải ổn định khoảng điện áp cho phép  5% Bảng 4.3: Điện áp bus trƣớc sau có STATCOM Bus số Điện áp (p.u.) Trƣớc Sau 1.04 0.94 1.03 0.89 1.03 0.9 0.99 0.99 0.99 0.99 1.00 1.02 0.95 0.99 0.97 0.97 0.98 1.0  Nhận xét: Qua kết mô thu đƣợc từ việc giữ tải cố định tăng tải 20% sau 50 lần lặp ta thấy STATCOM kết nối với bus cung cấp 50 MVA cho hệ thống Lƣu ý rằng, sau STATCOM đƣợc kết nối, tất điện áp hệ thống nằm khoảng giới hạn chênh lệch điện áp tối đa ±5% Lƣu ý thêm điện áp bus mà STATCOM kết nối tới vừa đủ để giữ tất điện áp nằm khoảng giới hạn giữ cho dung lƣợng STATCOM nhỏ Nói cách khác, vị trí kích thƣớc tối ƣu STATCOM Bảng 4.3 cho thấy kết tốt số liệu công suất phát bù lắp đặt STATCOM 39 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Luận văn trình bày việc ứng dụng PSO việc xác định dung lƣợng vị trí STATCOM hệ thống điện xem xét điều kiện chênh lệch điện áp bus Các kết mô đƣợc thực hệ thống máy phát tiêu chuẩn IEEE cho thấy thuật tốn PSO đƣợc ứng dụng để tìm giải pháp tối ƣu cho việc xác định dung lƣợng vị trí thiết bị bù với mức độ hội tụ cao Ngồi việc tính tốn phân bố cơng suất, kết mơ miền thời gian đƣợc thực với tác động từ nguồn nhiễu khác nhằm kiểm tra tính ổn định hệ thống sau tiến hành bù Tuy nhiên, phạm vi nghiên cứu luận văn này, có tiêu kỹ thuật đƣợc đề cập mà chƣa xét đến tiêu khác 5.2 Hƣớng phát triển - Ứng dụng cho hệ thống lớn nhằm đánh giá hiệu suất đƣợc ứng dụng hệ thống điện thực tế - Xây dựng hàm mục tiêu có kể đến chi phí lắp thiết bị STATCOM đánh giá lợi ích sau lắp đặt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Đức Hiền, Trần Phƣơng Châu, Trần Văn Dũng, Hà Đình Nguyên Ứng dụng thiết bị STATCOM để nâng cao độ ổn định điện áp hệ thống điện việt nam, Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học Đại học Đà Nẵng, số 7, 2010 [2] Lê Hữu Hùng, Đinh Thành Việt, Ngô Văn Dƣỡng, Nguyễn Tùng Lâm Khảo sát quan hệ công suất tác dụng điện áp nút phụ tải để đánh giá giới hạn ổn định điện áp Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia, Trƣờng Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng [3] Ngơ Đức Minh, Phân tích lƣới điện kín ứng dụng cơng nghệ Facts cho điều khiển dịng cơng suấ Tạp chí khoa học cơng nghệ ĐH Thái Ngun, số 8, trang – 8, 2014 [4] Y del Valle, J.C Hernandez, G.K.Venayagamoorthy, and R.G Harley, Optimal STATCOM Sizing and Placement Using Particle Swarm Optimization Missouri University of Science and Technology Scholars' Mine 2006 [5] Mubeena.M.M, Baratraj E, Reshma.C.K Optimal Placement of STATCOM in Power Systems International Journal of Emerging Trends in Engineering Research (IJETER), Vol No.1, Pages : 30 – 33, 2015 [6] K Samrajyam, R.B.R Prakash Optimal location of STATCOM for reducing voltage fluctuations International Journal of Modern Engineering Research (IJMER), Vol.2, pp-834-839, 2012 [7] Hà Văn Du Ứng dụng STATCOM để điều chỉnh điện áp bù công suất phản kháng cho hệ thống điện Đại học kỹ thuật công nghệ Tp.HCM 2012 41 S K L 0 ... phân bố từ nơi có điện áp cao đến nơi có điện áp thấp Chƣơng TỐI ƢU VỊ TRÍ CHO STATCOM TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN DÙNG THUẬT TỐN PSO 4.1 Hệ thống lƣới điện nghiên cứu Sơ đồ hệ thống điện máy bus IEEE... ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chƣơng 4: TỐI ƢU VỊ TRÍ CHO STATCOM TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN DÙNG THUẬT TOÁN PSO Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan STATCOM STATCOM... để tổng hợp điện áp đầu Vc từ nguồn điện áp chiều Điện áp xoay chiều Vc biến đổi điện đƣợc đấu nối với hệ thống điện (đƣợc thể điện áp hệ thống Vs điện kháng hệ thống Xs), thông qua điện kháng