TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ SỤT ÁP NGẮN HẠN
Tổng quan về chất lượng điện năng (CLĐN)
1.1.1 Tại sao CLĐN lại là vấn đề được quan tâm
Hiện nay, cả các công ty điện lực và người tiêu dùng điện cuối cùng đang ngày càng quan tâm đến CLĐN Thuật ngữ CLĐN đã trở thành một trong nhữ ng từ thông dụng phổ biến nhất trong ngành điện kể từ cuối những năm 1980 Nó là một khái niệm chung cho vô số những dao động của hệ thống điện Các vấn đề này là không mới, điểm mới là các kỹ sư hiện đang cố gắng giải quyết những vấn đề này bằng cách sử d ụng phương pháp tiếp cận một cách hệ thống thay vì xử lý bằng những cách phân tán, riêng lẻ.
Có bốn lý do để quan tâm đến vấn đề CLĐN:
1 Các thiết bị ngày nay nhạy cảm hơn với những thay đổi của chất lượng nguồn điện so với những thiết bị trong quá khứ Phụ tải ngày nay bao gồm nhiều bộ điều khiển dựa trên bộ vi xử lý và các thành phần điện tử công suất nhạy cảm với các dao động trong hệ thống.
2 Sự phát triển của hệ thống điện đã cho phép phát triển các động cơ kiểm soát tốc độ hiệu suất cao và tụ bù ngang để điều chỉnh hệ số công suất, cải thiện tổn thất điện năng Điều này dẫn đến tăng mức sóng hài trên hệ thống điện và có nhiều người lo ngại về tác động trong tương lai đối với hệ thống điện.
3 Khách hàng sử dụng điện quan tâm hơn đến chất lượng nguồn điện Họ nhận thức rõ hơn về các vấn đề như mất điện, sụt áp, sự cố thoáng qua và đòi hỏi nhiều hơn về CLĐN.
4 Ngày nay, càng nhiều các thiết bị hoặc dây chuyền công nghiệp được đấu nối vào hệ thống điện Vì vậy, khi xảy ra sự cố của một phần tử có thể gây ra sự cố nghiêm trọng trên toàn hệ thống điện.
Lý do cuối cùng mà chúng ta quan tâm đến CLĐN là các ảnh hưởng của nó đến hoạt động kinh tế xã hội Có những tác động kinh tế đến các công ty điện lực và khách hàng của họ.
Chất lượng điện năng có thể tác động trực tiếp đến nhiều khách hàng là phụ tải công nghiệp Gần đây người ta rất chú trọng đến việc phát triển ngành công nghiệp ngày càng tăng tính tự động hóa và xuất hiện thêm nhiều thiết bị hiện đại hơn Điều này có nghĩa là thiết bị điện tử, tiết kiệm năng lượng hi ện nay nhạy cảm hơn nhiều với sự thay đổi điện áp điện áp cung cấp so với các thiết bị điện cơ trước đây Do đó, khách hàng phụ tải công nghiệp hiện nay nhận thức sâu sắc hơn về những dao động nhỏ trong hệ thống điện Vì vậy, sẽ xảy tổn thất kinh tế rất lớn do ảnh hưởng của những dao động nhỏ trong hệ thống.
1.1.2 Định nghĩa về CLĐN Định nghĩa về CLĐN thay đổi theo thời gian và khác nhau giữa các quốc gia Do yêu cầu của xã hội và sự phát triển của đất nước, CLĐN có thể chỉ được định nghĩa là độ tin cậy hoặc nhiều tiêu chuẩn khác.
Ngày nay, CLĐN thường được định nghĩa bởi:
− Đối với đơn vị cung cấp điện: CLĐN là độ tin cậy của nguồn cung cấp, phụ thuộc vào sự cố, dao động của phụ tải và ảnh hưởng của sét đối với hệ thống.
− Đối với nhà sản xuất thiết bị điện: CLĐN là đặc tính của nguồn cung cấp để thiết bị hoạt động tốt.
− Đối với người tiêu dùng: Bất kỳ sự thay đổi nào của dòng điện, điện áp hoặc tần số khiến các thiết bị hoạt động không đúng cách hoặc bị hỏng.
Trong hệ th ống điện, CLĐN chủ yếu được sử dụng để đảm bảo chất lượng năng lượng điện cung cấp cho người tiêu dùng, do đó CLĐN có thể được định nghĩa là: B ất kỳ sự cố điện nào biểu hiện bằng sai lệch điện áp, dòng điện hoặc tần số dẫn đến hỏng hóc hoặc vận hành sai thiết bị của khách hàng CLĐN tốt có thể được thể hiện bởi điện áp cung cấp ổn định nằm trong phạm vi quy định, tần số xoay chiều ổn định gần với giá trị danh định và dạng sóng đường cong điện áp trơn (dạng sóng sin) Nói chung, sẽ rất đúng khi coi CLĐN là sự tương thích giữa nguồn cấp và phụ tải đầu nối vào Thuật ngữ này được sử dụng để mô tả công suất điện truyền tải điện và khả năng hoạt động bình thường của phụ tải. Nếu không có nguồn điện thích hợp, thiết bị điện (hoặc phụ tải) có thể hoạt động sai, hư hỏng hoặc hoàn toàn không hoạt động Có nhiều tác nhân dẫn đến giảm chất lượng nguồn điện và nhiều lí do để giải thích cho các tác nhân đó.
1.1.3 CLĐN – Chất lượng điện áp?
Khi CLĐN được xem xét, chất lượng của điện áp đang được giải quyết trong hầu hết các trường hợp Về mặt kỹ thuật, công suất tỷ lệ với tích của điện áp và dòng điện Sẽ rất khó để xác định chất lượng của công suất vì phụ thuộc vào dòng điện mà dòng điện thay đổi theo m ức tiêu thụ của phụ tải Vì vậy, hệ thống cung cấp điện chỉ có thể kiểm soát chất lượng của điện áp Do đó, các tiêu chuẩn trong lĩnh vực chất lượng điện được dành để duy trì điện áp cung cấp trong các giới hạn nhất định.
1.1.4 Quy trình và thông số đánh giá CLĐN
Các vấn đề về chất lượng điện bao gồm một loạt các hiện tượng khác nhau,như đã mô tả trước đây Mỗi hiện tượng này có thể có nhiều nguyên nhân khác nhau và có thể sử dụng các giải pháp khác nhau để nâng cao CLĐN và hiệu suất của thiết bị Tuy nhiên, cần có một phương pháp đồng bộ để tìm ra nguyên nhân dẫn đến các hiện tượng này, đặc biệt nếu phương pháp tiếp c ận trực tiếp đến sự đáp ứng giữa hệ thống cung cấp điện và khách hàng Hình 1.1 đưa ra một phương pháp đồng bộ thường được yêu cầu trong điều tra chất lượng điện năng, cùng với những vấn đề chính cần được giải quyết ở mỗi bước.
Hình 1.1 Các bước cơ bản trong đánh giá chất lượng điện năng
Phương pháp đồng bộ cũng phải xem xét vi ệc đánh giá đến vấn đề chất lượng điện hiện có hoặc vấn đề phát sinh từ những thiết kế mới hoặc từ các thay đổi đối với hệ thống điện Hệ thống đo đếm sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc đánh giá CLĐN Khi thực hiện các phép đo, điều quan trọng là phải ghi lại các tác động của sự thay đổi CLĐN đồng thời có thể tìm ra được nguyên nhân dẫn đến các tác động đó.
Các giải pháp cần được đánh giá theo quan điểm toàn hệ thống, và cả tính kinh tế và các yêu cầu kỹ thuật cần phải được xem xét Các giải pháp khả thi có thể được áp dụng ở tất cả các cấp của hệ thống điện từ đơn vị cung cấp điện đến thiết bị sử dụng cuối Các giải pháp không khả thi về mặt kỹ thuật sẽ bị loại bỏ và các giải pháp khả thi sẽ được lựa chọn dựa trên cơ sở so sánh về lợi ich kinh tế. Giải pháp tối ưu sẽ phụ thuộc vào loại vấn đề, số lượng người dùng bị ảnh hưởng và tính khả thi Vai trò của mô phỏng và phép đo để đánh giá các vấn đề về CLĐN được mô tả riêng cho từng loại kịch bản Các giải pháp hiện có và tính kinh tế của các giải pháp này cũng được đề cập trong các chương của luận văn. Chất lượng điện năng có thể được mô tả như một tập hợp các giá trị của các thông số, chẳng hạn như:
− Mất điện ngắn hạn ( 1 phút)
− Dạng sóng điện áp thấp hoặc cao
− Điện áp thoáng qua, quá điện áp (đóng/cắt thiết bị, sét)
− Mất cân bằng điện áp
− Biên độ điện áp cao hoặc thấp trong thời gian dài
1.1.5 Quy định về CLĐN ở Việt Nam
Sụt áp ngắn hạn (SANH)
SANH (thuật ngữ IEC) được [7] định nghĩa là sự giảm mức điện áp hiệu dụng xuống 10% - 90% (1% - 90% đối với EN 50160 - Tiêu chuẩn về đặc tính điện áp trong hệ thống phân phối công cộng) ở mức danh định, tại tần số danh định trong khoảng thời gian từ ẵ chu kỳ (đối với tần số 50Hz là 0.02 giõy) đến một phút Ngoài ra, SANH được phân loại là hiện tượng biến đổi điện áp trong thời gian ngắn, là một trong những vấn đề về chất lượng điện năng.
Khoảng thời gian sụt giảm điện ỏp được chia thành ba loại: thoỏng qua (ẵ chu kỳ đến 30 chu kỳ), tức thời (30 chu kỳ đến 3 giây) và tạm thời (3 giây đến 1 phút) Các khoảng thờ i gian này liên quan với thời gian hoạt động của thiết bị bảo vệ cũng như phân chia thời lượng do các tổ chức kỹ thuật quốc tế khuyến nghị Hình 1.2, điện áp sụt 75% xuống 0,25 p.u diễn ra trong 0,55 giây, sau đó nó có thể được phân loại là thoáng qua (27,5 chu kỳ).
Hình 1.2 Ví dụ về SANH Đôi khi, người ta nhầ m lẫn khi phân biệt giữa hiện tượng sụt giảm điện áp dài hạn, quá độ điện áp và SANH Sụt giảm điện áp dài hạn là sự giảm điện áp trong thời gian dài hơn nhiều, vài phút hoặc nhiều giờ trong khi quá độ điện áp được định nghĩa là sự tăng đột ngột trong thời gian ngắn của năng lượng điện và là kết quả của sự giải phóng đột ngột năng lượng đã được lưu trữ trước đó hoặc được tạo ra bởi các phương tiện khác, chẳng hạn như phụ tải lớn hoặc sét.
SANH thường do sự cố (ngắn mạch) trên hệ thống điện Ví dụ một khách hàng được cung cấp từ bộ cấp nguồn được cung cấp bởi một xuất tuyến trên sơ đồ thể hiện trong Hình 1.3 Nếu ngắn mạch trên cùng một ngăn lộ đầu ra phía ngắn mạch, sau đó là gián đoạn khi máy c ắt mở ra để loại bỏ sự cố ngắn mạch. Nếu ngắn mạ ch có tính chất tạm thời, hoạt động tự đóng lại sẽ thành công và sự cố gián đoạn sẽ chỉ là tạm thời Thông thường sẽ cần khoảng 5 hoặc 6 chu kỳ để cầu dao hoạt động, trong thời gian đó xảy ra hiện tượng sụt áp Máy cắt s ẽ vẫn mở trong tối thiểu 12 chu kỳ tối đa 5 giây tùy thuộc vào các hoạt động tự đóng lại Thiế t bị nhạy với điện áp gần như chắc chắn sẽ không hoạt động hoặc gặp sự cố trong thời gian gián đoạn này.
Hình 1.3 Vị trí xảy ra ngắn mạch trong hệ thống cấp điện
Một sự kiện phổ biến hơn nhiều sẽ là sự cố ở một trong các thiết bị từ trạm biến áp 110kV được cấp điện từ hai đường dây song song và bị sự cố một trong hai đường dây (vị trí s ự cố được thể hiện trong Hình 1.3) Trong một trong hai trường hợp này, khách hàng sẽ gặp phải hiện tượng sụt áp trong khoảng thời gian mà sự cố thự c sự xảy ra trên hệ thống Ngay sau khi máy cắt mở để loại bỏ sự cố, điện áp bình thường sẽ được khôi phục cho khách hàng.
Lưu ý rằng để loại bỏ được sự cố, cả hai máy cắt A và B phải hoạt động Sự cố sẽ được loại bỏ trong 5 hoặc 6 chu kỳ Trong trường hợp này có hai đường dây cung cấp cho trạm biến áp phân phối và chỉ có một đường dây bị sự cố Do đó,khách hàng được cung cấp từ trạm biến áp sẽ chỉ thấy SANH ch ứ không phải gián đoạn Sự cố trên xuất tuyến số 4 có thể được loại bỏ bằng cầu chì hoặc c ầu dao, tùy thuộc vào phương pháp tiết kiệm chi phí của công ty điện lực Bất kỳ vị trí sự cố nào trong số này đều có thể khiến thi ết bị của khách hàng hoặc động sai hoặc sự cố Tự tác động của các sự cố đối với hệ thống lưới điện truyền tải và hệ thống lưới điện phân phối sẽ phụ thuộc vào các đặc tính cụ thể của hệ thống(trung tính nối đất trực tiếp và trung tính cách điện, mật độ sét, ngắn mạch chạm đất và không chạm đất, v.v.) và độ nhạy của thiết bị với sụt áp Hình 1.4 cho thấy một ví dụ về sự cố của các sự kiệ n gây ra hoạt động sai thiết bị cho một khách hàng công nghiệp Lưu ý rằng sự cố trên xuất tuyến của khách hàng chỉ chiếm23% tổng số lượng các sự cố ảnh hưởng đến chế độ làm việc bình thường của các thiết bị Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc hiểu rõ việc sụt giảm điện áp của hệ thống và độ nhạy của thiết bị đối với hiện tượng này.
Hình 1.4 Ví dụ về các vị trí ngắn mạch gây ra hoạt động sai các thiết bị sản xuất nhạy với điện áp tại một cơ sở công nghiệp
SANH cũng có thể do đóng cắt phụ tải hoặc khởi động động cơ lớn Chẳng hạn, một động cơ có thể tạo ra từ sáu đến mười lần dòng điện ở mức đầy t ải của nó trong quá trình kh ởi động Nếu cường độ dòng điện lớn hơn dòng ngắn mạch hiện được cài đặt, thì SANH có thể cần phải quan tâm.
Việc chuyển đổi nguồn cấp điện cũng là m ột lý do khác gây ra hiện tượng sụt áp trong phụ tải công nghiệp Có hai nguồn cung cấp song song khác nhau hoạt cùng cấp điện cho phụ tải sẽ gây ra sự thay đổi điện áp tứ c thời nhanh chóng Sự thay đổi tức thời mức điện áp có thể gây ra hiện tượng SANH trong công nghiệp mà các thiết bị công nghiệp sẽ không bị ảnh hưởng trừ khi thiết bị này nhạy với mức điện áp, nói cách khác là thiết bị có thể bị ảnh hưởng ngay cả khi độ SANH rất thấp Các nhà sản xuất ngày nay đang tăng cường nhiều thiết bị điện tử công suất để có khả năng phục hồi điện tốt hơn.
Việc đóng điện cho nhiều máy biến áp cũng có thể gây ra dòng khởi động đáng kể, tự nó ảnh hưởng đến máy biến áp, ảnh hưởng đến cuộn dây và giảm tuổi thọ Mặt khác, việc đóng điện cho nhiều máy biến áp cũng có thể ảnh hưởng đến vân hành hệ thống điện, do làm giảm CLĐN và hoạt động sai của các thiết bị bảo vệ Các vấn đề về CLĐN do nhiều máy biến áp đóng điện, chủ yếu ở dạng SANH Hệ thống có tính trở kháng có thể bị sụt áp nghiêm trọng.
1.2.3 Những ảnh hưởng của SANH
Việc SANH có gây ra sự cố hay không sẽ phụ thuộc vào độ lớn và thời gian của SANH cũng như độ nhạy của thiết bị Nhiều loại thiết bị điện tử nhạy cảm với SANH, bao gồm bộ điều khiể n biến tần, bộ công tắc tơ động động cơ, rô bốt, bộ PLC, bộ nguồn bộ điều khiển và rơ le điề u khiển Phần lớn thiết bị này được sử dụng trong các ứng dụng quan trọng trong các dây chuyền công nghiệp, có thể dẫn đến thời gian ngừ ng hoạt động rất tốn kém khi xảy ra hiện tượng SANH. Hình 1.5 cho thấy một sự cố ngắn mạch và điện áp sụt xuống 65% Mặc dù đây là sụt áp trong thời gian rất ngắn và hầu như không thể nhận thấy bằng cách quan sát sự nhấp nháy của đèn báo hiệu nhưng nhiều dây chuyền công nghiệp vẫn có thể ngừng hoạt động.
Hình 1.5 SANH do ngắn mạch xảy ra trên đường dây cấp điện song song Ảnh hưởng của SANH đối với động cơ cảm ứng: Khi điện áp cung cấp cho động cơ cảm ứng giảm, tốc độ động cơ giảm Tùy thuộc vào biên độ và thời gian sụt áp, tốc độ động cơ có thể phục hồi về giá trị bình thường khi biên độ điện áp phục hồi Nếu không, động cơ có thể bị ngừng Đáp ứ ng trong cả hai trường hợp phụ thuộc vào các thông số động cơ và đặc tính tốc độ mômen của mức mang tải. Các tác động có thể xảy ra của SANH sẽ là ngừ ng hệ thống hoặc làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị điện, cụ thể là động cơ Do đó, những xáo trộn như vậy là vấn đề đặc biệt nghiêm trọng đối với ngành công nghiệp mà sự cố của một thiết bị có thể dẫn đến thiệt hại lớn về kinh tế.
Khi xảy ra hiện tượng SANH, nguồn điện bên trong các thiết bị điện tử sẽ sử dụng một phần năng lượng dự trữ của nó để bù đắp cho sự mất mát của điện áp đầu vào Nếu dùng năng lượng để đáp ứng cho phần điện áp bị mất do SANH, nguồn điện có thể mất khả năng duy trì điện áp một chiều chính xác cho tất cả các thiết bị đang hoạt động, chẳng hạn như mạch tích hợp, bên trong thiết bị - ngay cả trong vài mili giây Khoả ng thời gian này đủ lâu để làm hỏng dữ liệu trong thiết bị điện tử dựa trên bộ vi xử lý và gây ra sự cố của thiết bị kỹ thuật số. Điển hình, các thiết bị biến tần xoay chiều được quảng cáo là có kh ả năng chịu SANH áp tốt Tuy nhiên, kiểm tra kỹ hơn có thể cho thấy điều ngược lại Sự dịch pha liên quan đến sự mất cân bằng do điện áp gây ra có ảnh hưởng trực tiếp đến phản ứ ng của biến tần xoay chiều vì mạch cầu điot biến tần phản ứng vớ i sự chênh lệch lớn nhất giữa hai điện áp ở hai đầu bất kỳ Cho dù biên độ điện áp hay góc pha, sự mất cân bằng tạm thời của điện áp cung cấp trong quá trình SANH có thể dẫn đến hoạt động của biến tần hoặc các thiết bị bảo vệ của nó bị lỗi do mất cân bằng dòng điện quá mức trong biến tần.
1.2.4 Ước tính suất SANH Điều quan trọng là phải hiểu suất SANH dự kiến của hệ thống cung cấp để có thể thiết kế các hạ tầng và phát triển các thông số kỹ thuật của thiết bị để đảm bảo hoạt động tối ưu của các cơ sở sản xuất Sau đây là quy trình chung để làm việc với khách hàng công nghiệp để đả m bảo tính tương thích giữa các đặc tính của hệ thống cung cấp và hoạt động của cơ sở:
1 Xác định số lần và đặc điểm của sụt áp do sự cố lưới truyền tải.
2 Xác định số lượng và đặc điểm của sụt áp do sự cố lưới phân phối (đối với phụ tải được cung cấp từ lưới phân phối).
3 Xác định độ nhạy của thiết bị đối với SANH Điều này sẽ xác định hiệu suất thực tế của quá trình sản xuất dựa trên hiệu suất sụt áp được tính toán ở bước 1 và 2.
4 Đánh giá tính kinh tế của các giải pháp khác nhau có thể cải thiện hiệu suất, trên hệ thống cung cấp điện (ít xảy ra SANH hơn) hoặc trong thiết bị của khách hàng (khả năng chống SANH tốt hơn). kiến biến thiện điện áp hi Độ SANH có thể được đánh giá bằng các chỉ số biến thiên điện áp hiệu dụng, một trong số đó là : đại diện cho số lượng trung bình của các sự ệu dụng cụ thể đã xảy ra trong khoảng thời gian đánh giá cho mỗi khách hàng, trong đó các lần được xác định là những lần biến thiên điện áp có cường độ nhỏ hơn x đối với sụt áp hoặc cường độ lớn hơn x đối với quá áp:
Trong đó X = ngưỡng điện áp hiệu dụng; các giá trị có thể là 140, 120, 110,
Kết luận
Từ những thảo luận trên, có một số tóm tắt như sau SANH là một vấn đề của hiện tượng này là do ngắn mạch trong hệ thống Đề tài nghiên cứu giải pháp giảm thiểu SANH trong lưới điện phân phối Từ quan điểm hệ thống (quan điểm chung của các công ty điện lực), một phương pháp giảm thiểu độ SANH mang tính tổng thể để cải thiện CLĐN của toàn hệ th ống nên được chọn khi áp dụng D-STATCOM Trong chương tiếp theo, các thiết bị D-FACTS sẽ được thảo luận và một thiết bị thích hợp, D-STATCOM, được mô hình hóa để giảm thiểu SANH.
MÔ PHỎNG THIẾT BỊ D-STATCOM TRONG CẢI ĐIỆN SỤT ÁP NGẮN HẠN
Định nghĩa về thiết bị D-FACTS và bộ bù công suất phản kháng trong hệ thống điện
Cân bằng công suất là yêu cầu đối vớ i trạng thái ổn định trong hệ thống điện Trong khi công suất tác dụng thường được máy phát đảm bảo để tần số không đổi hoặc ít thay đổi nhất, thì điện áp của mỗi nút là khác nhau do công suất phản kháng tại nút Để ổn định điện áp của mọi nút, phải có đủ công suất phản kháng kèm theo dòng công suất phản kháng thích h ợp và khả năng điều chỉnh. Các biện pháp luôn được thực hiện là thay đổi công suất phản kháng của máy phát và thay đổi nấc phân áp của máy biến áp Ngoài ra, các phương pháp bù công suất phản kháng và bù nối tiếp (để thay đổi điện kháng) cũng được áp dụng để điều khiển điện áp / công suất phản kháng, các phương pháp này là ý tưởng của các thi ết bị hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt (FACTS) Hơn nữa, bằng cách áp dụng các thiết bị này, dòng điện trong lưới có thể được sắp xếp lại. Điều kiển dòng công suất tác dụng và phản kháng trên các đường dây là vấn đề được quan tâm trong nhiều năm Điề u khiển dòng điện đặc biệt được áp dụng hiện nay khi cấu trúc của phụ tải công nghiệp đang thay đổi từng ngày, và lưới điện ngày càng được mở rộng Ví dụ, khả năng kiểm soát hiệu quả dòng điện trong mạng có thể cho phép tận dụng tốt hơn lưới hiện có bằng cách định hướng dòng điện ra khỏi các đường dây quá tải.
Trong trạng thái quá độ, các máy điện truyền thống (máy phát điện, máy biến áp, máy bù đồng bộ ) vốn có quán tính l ớn có thể khó khăn trong việc kiểm soát Trong khi các thiết bị FACTS, bao gồm các linh kiện điện tử công suất, có khả năng thích ứng và điều chỉnh tức thời và linh hoạt.
Gần đây, các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt trên lưới phân phối (D-FACTS) đã được thiết kế để giải quyết các loại vấn đề điều khiển dòng công suấ t Các thiết bị D-FACTS gắn trực tiếp vào đường dây truy ền tải và có thể được sử dụng để kiểm soát trở kháng đường dây hiệu quả Ngoài ra, các thiết bị D-FACTS nhỏ hơn và ít tốn kém hơn so với các thiết bị FACTS truyền thống, điều này có thể khiến các thiết bị D-FACTS phù hợp hơn để triển khai quy mô rộng.
2.1.2 Phân loại các thiết bị FACTS
Nguyên tắc chung của thiết bị FACTS là tạo ra nguồn công suất phản kháng theo nhu cầu ngay lập tức và liên tục trong một phạm vi rộng Khi được đấu nối tiếp (với một thiết bị), nó cho phép bù điện áp (cả biên độ và góc pha), tương đương với điều ch ỉnh điện trở N ếu được nối với một nút (song song với tải), nó có thể điều chỉnh cân bằng công suất phản kháng, sau đó điều chỉnh điện áp Thiết bị FACTS có thể được phân loại như sau:
− Thiết bị bù nối tiếp
− Thiết bị bù song song
− Dòng kết hợp các thiết bị bù dọc
− Dòng kết hợp các thiết bị bù song song
Dựa trên cấu trúc của các thiết bị, cuộn kháng điều khiển bằng thyristor (TCR) hoặc bộ chuyển đổi nguồn điện áp (VSC), các thiết bị FACTS cũng có thể được phân loại:
− Thiết bị sử dụng TCR o SVC: thiết bị bù tĩnh o TCSC: gồm các tụ mắc song song với cuộn kháng điều khiển bằng thyristor o DFC: điều khiển động
− Thiết bị sử dụng VSC: o STATCOM: Tụ bù đồng bộ o SSSC: Tụ bù đồng bộ kiểu tĩnh o UPFC: Điều khiển dòng công suất phản kháng tức thời
2.1.3 Bù song song và bù nối tiếp
Thiết bị bù song song là một thiết bị có thể tạo ra công suất phản kháng bơm vào lưới điện hoặc tiêu thụ công suất phản kháng từ lưới Nó được kết nối giữ a một nút với điểm trung tính (tương tự như máy phát điện và tải), trái ngược với bộ bù nối tiếp bơm năng lượng vào một nhánh Thiết bị bù song song là các tụ bù ngang đặt tại phụ tải, các kháng bù ngang của đường dây truyền tải (không điều khiển được), máy bù đồng bộ (điều khiển được).
2.1.4 Các loại bù công suất phản kháng
Liên quan đến các thiết bị bù công suất phản kháng, có một số loại:
− Máy bù tĩnh (SVG): các thiết bị không quay có thể tạo ra hoặc tiêu thụ công suất phản kháng.
− Thiết bị bù tĩnh (SVC): các thiết bị không quay tạo ra hoặc tiêu thụ công suất phản kháng, được kết nối giữa một nút và điểm trung tính (điểm nối đất). Công suất đầu ra của các thiết bị này có thể điều khiển được phụ thuộc vào tham chiếu từ hệ thống.
− Hệ thống bù tĩnh (SVS): Tổ hợp các thiết bị bù tĩnh và các thiết bị bù như kháng, tụ để phối hợp với các thông số tham chiếu.
− Hệ thống bù (VCS): Tổ hợp của SVS và các máy bù đồng bộ.
Nguyên lý hoạt động của D-STATCOM
D-STATCOM (Thiết bị bù đồng bộ tĩnh lưới phân phối), được mô tả như ở Hình 2.1, bao gồm bộ chuyển đổi nguồn điện áp (VSC), hệ thống lưu trữ năng lượng DC, máy biến điện áp kết nối với lưới phân phối VSC chuyển đổi điện áp
DC trên bộ lưu trữ Năng lượng thành điện áp xoay chiều ba pha Điện áp này có độ lớn và góc pha có thể điều khiển được, áp dụng lên lưới thông qua trở kháng của máy biến áp Bằng cách điều khiển độ lớn và góc pha điện áp đầu ra của D-
STATCOM, công suất tác dụng và phản kháng giữa D-STATCOM và hệ thống
AC có thể thay đổi được Cấu hình này cho phép thiết bị có thể cung cấp hoặc tiêu thụ năng lượng.
Hình 2.1 Bộ điều khiển bù điện áp song song
Kết nối song song giữa VSC và hệ thống AC có thể cung cấp nhiều chức năng, có thể được sử dụng cho ba mục đích:
− Điều khiển điện áp và hỗ trợ công suất phản kháng,
− Điều chỉnh hệ số công suất,
Mô hình trạng thái ổn định của D-STATCOM để cải thiện sụt giảm điện áp
D-STATCOM là một thiết bị FACTS được nối song song Mô tả trạng thái ổn định cơ bản của D-STATCOM thường được đưa ra dưới dạng 1 nguồn dòng bơm vào một nút cần thiết để bù điện áp. Để hiểu được sự đóng góp của D-STATCOM trong việc giảm SANH, định lý Thevenin có thể được áp dụng [8] Trong định lý, một điện trở cụ thể trong mạch (thường là điện trở tải) hoặc tr ở kháng trong hệ thống AC có thể thay đổi, và việc tính toán lại mạch là cần thiết với mỗi giá trị thử nghiệm của điện trở tải, để xác định điện áp rơi và dòng điện qua nó Khái niệm được sử dụng trong định lý của Thevenin là loại bỏ tất cả, trừ nguồn điện Sau đó, có thể xác định sự sụt giảm điện áp trong mạng tương đương cho từ ng nguồn riêng biệt Khi sự sụt giảm điện áp và/ hoặc dòng điện đã được xác định riêng biệt cho từng nguồn điện, tất cả các giá trị đều được "xếp chồng" lên nhau (cộng đại số) để tìm sự sụt giảm điện áp/dòng điện thực tế với tất cả các nguồn đang hoạt động. Để giảm thiểu sụt áp do sự cố, điện áp tải có th ể được coi là tổng của điện áp hệ thống và sự thay đổi điện áp do dòng phản kháng được bơm bởi D-STATCOM (Hình 2.2).
Hình 2.2 Mô hình D-STATCOM để giảm thiểu SANH a) Mạng đơn giản với D-STATCOM để bù điện áp b) Mạng với 1 sự cố và không có D-STATCOM c) Mạng không có nguồn, chỉ có D-STATCOM như 1 nguồn dòng
Hình 2.2a là mạng đơn giản với một nguồn (Điện áp nguồn: US, Trở kháng nguồn: ZS) và một tải (Trở kháng tải: ZL) có điện áp đượ c bù bởi D- STATCOM Trong trường hợp điện áp bị sụt, điện áp tải (Usag) có thể được bù U∆L bằng dòng điện IDS được bơm vào bởi D-STATCOM để có được điện áp tải cần thiết UL. ̇ ̇ ̇ (2.1)
Với Z th : tổng trở Thevenin của hệ thống nhìn từ thiết bị D-STATCOM (bằng Z S song song với Z L ).
Hình 2.3 Đường đặc tính V-I của D-STATCOM
28 đầu ra ổn định Nếu D-STATCOM được kết nối với nút sụt áp quá thấp, nó không thể tăng điện áp lên đến 1p.u với dòng IDSmax nhất định Vì vậy, giả định thiết IDS chỉ lấy IDSmax Kết quả điện áp bù U∆L là:
Mô hình D-STATCOM để giảm thiểu SANH
STATCOM để giảm thiểu SANH ̇ ̇
Như đã đề cập trong từ trước, có một số nguyên nhân gây sụt áp; tuy nhiên, ngắn mạch là lý do trong hầu hết các trường hợp (khoảng 90%) Vì vậy, một cách chung để nghiên cứu SANH là thông qua các sự cố ngắn mạch Để hiểu điều này, tính toán ngắn mạch phải được thực hiện, sau đó có thể thấy rõ sự tác động khi xảy ra ngắn mạch, sự sụt giảm điện áp tại các nút Tính toán ngắn mạch nút ở trạng thái ngắn mạch (là độ sZn
[9] Sau khi đạt được điện áp của các bằng cách sử dụng ma trận tổng trở ụt áp mà không cần sự can thiệp của D- STATCOM) việc sử dụng D-STATCOM có thể bơm thêm dòng vào thiết bị.
Dòng điện bơm thêm giúp điện áp được cải thiện tại các nút Bằng cách áp dụng định lý xếp chồng Thevenin, điện áp sau khi bù có thể được xác định. dụ sẽ được phân tích để hiểu phương pháp này Một hệ thống gồmZn ut
, một ví bằng Về tính toán ngắn mạch bằng cách sử dụng ma trận tổng trở
0.85∠ − 45° được nối vào nút 3 và 1.25∠0° 4 nút được cả các như trong hình 3.4, một máy phát có E = và một động cơ có điện áp nút 4 thông qua các máy biến áp Tất giá trị được tính trong hệ đơn vị tương đối (pu).
Hình 2.4 Sơ đồ một sợ của hệ thống bốn nút (trái) và sơ đồ điện kháng (phải)
Hệ thống có điện kháng như trong Hình 2.5, các giá trị tương đương cho điện kháng và điện áp bên đồng bộ của máy phát được thay thế cho Hình 2.4. nút 2 được
Hình 2.5 Sơ đồ điện kháng thay thế cho hình Hình 2.4
Ví dụ, nếu chúng ta giả sử sự cố tại nút 2, chúng ta có thể xem là điện thành nhánh ngắn mạch Do đó, dòng điện ngắn mạ − mô phỏng áp thực tế tại nút 2 trước khi sự cố xảy ra Sự cố ba pha ở − bởi sơ đồ trong Hình 2.6, trong đó điện áp nguồn ′′ và mắc nối tiếp tạo ch là do gây ra.
′′ được sinh ra và phân tán trong toàn lưới điện từ nút− máy phát trước khi đi
Hình 2.6 Lưới điện xảy ra sự cố ba pha trên nút 2 được mô phỏng bởi và vào nút 2 Khi làm như vậy, nó−tạo ra sự thay đổi điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống do ngắn mạch Với là nguồn duy nhất, phải lập phương trình tổng trở nút ở dạng ma trận Z_bus:
Zbus điện Tiền tố ∆ được chọn để thể hiện sự thay đổi điện áp tại các nút do dòng được sinh ra tại nút 2 Phương pháp là xây dựng ma trận , hoặc sử dụng để đánh giá ma trận tổng trở nút của m Y bus có thể được một số phương pháp khác như xây dựng ma trận ạng Nói chung, khi sự cố ngắn mạch ba pha xảy ra trên nút k của mạng quy mô lớn, chúng ta có:
Bỏ qua dòng điện trong phụ tải, ta có thể tính toán cho điện áp tại bất kỳ nút j nào trong thời gian xảy ra sự cố
=−"=− k của ma trận tổng trở
Trong đó và là các phần tử ở cột
Nếu điện áp trước sự cố của nút j không giống như điện áp trước
(2.6) bằng điện áp trước sự cố thực tế của nút j. ở bên trái trong công thức nút k (nút bị sự cố), thì chúng ta chỉ cần thay thế chúng ta có thể tính toán dòng điện ngắn mạch " từ nút i đến nút j với tổng trở
Biết điện áp nút trong sự cố,
2.4.2 Mô hình D-STATCOM để giảm thiểu SANH Để mô hình hóa hiệu quả D-STATCOM giúp giảm thiểu SANH c ủa hệ thống, áp dụng định lý Thevenin cho tính toán ngắn mạch trong lưới điện phân phối Giả thiết rằng trạng thái ban đầu của h ệ thống là xảy ra ngắn mạch khi không có D-STATCOM Như vậy, điện áp các nút trên lưới có thể được tính như sau
[U 0 ]: Ma trận điện áp nút ban đầu (Điện áp sụt giảm ở tất cả các nút trong quá trình ngắn mạch).
[I 0 ]: Ma trận dòng điện nút (Dòng điện ngắn mạch).
[Z bus ]: Ma trận tổng trở tính toán từ ma trận tổng dẫn: [Z bus ]= [Y bus ] -1 Nếu giả thiết xảy ra ngắn mạch qua một tổng trở, chúng ta có thể thêm tổng trở sự cố vào [Z bus ].
Với sự có mặt của D-STATCOM, theo định lý xếp chồng Thevenin, phương trình điện áp nút được sửa đổi như sau [8]:
∆U i : độ cải thiện điện áp nút i (i=1-n) sau khi lắp đặt thiết bị D-STATCOM vào lưới điện.
∆I i : Dòng điện được bơm bổ sung vào nút i (i=1-n) sau khi lắp đặt thiết bị D- STATCOM vào lưới điện.
Tuy nhiên, không thể đề xuất một phương án mà không xét đến giới hạn của D-STATCOM Để cải thiện SANH do ngắn mạch gây ra (sử dụng chỉ số SARFI X ), cần phải xét đến tất cả các vị trí sự cố có thể xảy ra và khả năng vị trí sự cố gần với vị trí củ a D-STATCOM, việc này sẽ khiến D-STATCOM bơm 1 dòng điện rất lớn vào lưới để tăng điện áp đến giá trị cần thiết và điều này là không khả thi Luân văn đề xuất một phương pháp khác dựa trên dòng điện được giới hạn của D-STATCOM như sau:
Hình 2.7 Mô hình ma trận tổng trở nút nhìn từ D-STATCOM ̇
U trị mong muốn được tính
I DS để tăng điện áp U k k 0 sag.k lên đến giá pu):
Dòng điện bơm vào nút k ∗ từ
=I =∆I áp t × ại nút 1− k U chỉ có thể tăng lên đến 1 giá
Nếu giá trị dòng I < ∗ Z kk ,điệnZ kk trị nhất định k < 1pu với dòng điện bơm vào IDS = IDsmax k k sag.k
(2.14) Điện áp tại các nút khác ( , i=1-n; i≠k) có thể được tính khi đặt D- ̇ ̇ ̇ × Z ̇
STATCOM tại nút k như sau: i i i 0 U ik DS sag.i (2.15)
Từ kết quả tính điện áp nút, có thể đánh giá được mức độ SANH bằng hệ số
Kết luận
Tóm lại, SANH có thể được gây ra bởi một số lý do, lý do phổ biến nhất là do ngắn mạch Do đó, để hiểu rõ về SANH, luận văn tập trung vào việc thực hiện tính toán ngắn mạch cho hệ thống có và không có thiết bị bù.
Quá trình tính toán ngắn mạch dựa trên ma trận tổng trở, từ đó có thể tính được điện áp tại các nút Các điện áp này là điện áp khi xảy ra ngắn mạch mà không có D-STATCOM. Để xác định hiệu quả của D-STATCOM đối trong việc cải thiện SANH, định lý Thevenin được sử dụng Điện áp nút khi xảy ra ngắn mạch trong trường hợp được trang bị và không được trang bị D-STATCOM được tính toán độc lập. Mức độ điện áp được cải thiện sau đó được tính bằng cách cộng đại số các giá trị này, như trong định lý xếp chồng Thevenin.
Việc tính toán ngắn mạch và độ cải thiện điện áp khi có và không có D-STATCOM có thể được ước tính bằng chỉ số SARFI X Quá trình tính toán chỉ số này và vấn đề tối ưu hóa sẽ được thảo luận trong chương cuối cùng.
CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH TỐI ƯU HÓA THIẾT BỊ D-STATCOM TRONG CẢI THIỆN TỔNG THỂ SỤT ÁP NGẮN HẠN TRÊN LƯỚI PHÂN
Tổng quan
Về cải thiện CLĐN, hai mặt của vấn đề này luôn được cân nhắc song song là chi phí đầu tư và hiệu quả mang lại Tuy nhiên, hai khía cạnh này có tác động qua lại lẫn nhau Yêu cầu cao hơn đồng nghĩa với việc phải đầu tư nhiều tiền hơn và đầu tư tiết kiệm nhiều hơn đồng nghĩa với việc hi ệu qu ả sẽ không được như mong đợi Vì vậy, cả hai bên phải được đánh giá đồng thời.
Chi phí đầu tư có thể được thể bằng tiền nhưng hiệu quả mang lại của việc cải thiện CLĐN khó có thể quy về bằng lợi ích kinh tế rõ ràng Ví dụ, việc nâng cao SARFI không thể được trình bày bằng lợi ích kinh tế Do đó, hai khía cạnh này không thể được xem xét bởi một hàm duy nhất (hàm chi phí) Để giải quyết những khó khăn này, tối ưu hóa đa mục tiêu (multi-objective optimization - MOO) đượ c sử d ụng Phương pháp này được áp dụng khi hai mục tiêu không thể thống nhất thành một đơn vị Hai mục tiêu của vấn đề này là chi phí đầu tư vào D-STATCOM và cải thiện chỉ số SARFI.
Hai ẩn số, là hai mục tiêu tìm kiếm của hai hàm mục tiêu là dòng điện/công suất tối ưu và vị trí của thiết bị bù.
3.1.1 Hàm mục tiêu và ràng buộc Để áp dụng MOO cho bài toán này, chi phí đầu tư có thể được coi là một hàm tuyến tính tỷ lệ của quy mô D-STATCOM Hiệu quả giảm thiểu SANH có thể được đo lường và đánh giá bằng chỉ số SARFI, và chỉ số này không thể chuyển đổi thành lợi ích kinh tế Vì vậy, hai hàm mục tiêu cần được xem xét và thảo luận sau đây.
Vấn đề được nghiên cứu là tìm ra công suất và và vị trí lắp đặt một D- STATCOM để giảm thiểu điện áp trong hệ thống phân phối như một MOO Nhìn chung, đối với một giải pháp cải thiện CLĐN , có hai hàm mục tiêu tỷ lệ nghịch với nhau[10] Thứ nhất là khoản chi phí đầu tư cho giải pháp cải thiện CLĐN, thứ hai là lợi ích của vi ệc cải thiện CLĐN mang lại Trong luận văn này, hai hàm mục tiêu được xem xét như sau
C DS : Chi phí đầu tư cho thiết bị D-FACTS tỷ lệ với dòng điện tối đa đầu vào I DSmax của nó để giảm thiểu độ SANH.
SARFI X : Tần suất dao động điện áp trung bình hệ thống cho một ngưỡng điện áp hiệu dụng X nhất định.
N i.X : Số lần sụt áp thấp hơn X% của phụ tải i trong hệ thống được xét đến. N: Số phụ tải được xét đến trong hệ thống. Đối với một vị trí D-STATCOM nhất định (nút k) v ới I DSmax giới hạn dòng nhất định, SARFI X của hệ thống phân phối (với phân bố tỷ lệ sự cố nhất định) được tính như mô tả trong sơ đồ khối ở Hình 3.1.
Hình 3.1 Tính toán hệ số SARFI X với hệ thống lắp đặt một D-STATCOM
3.1.1.2 Ràng buộc Đối với bài toán tối ưu hóa này, các biến chính là vị trí (nút đặt D- STATCOM) và một giới hạn dòng điện lớn nhất (IDSmax) của D-STATCOM. Đối với một lưới điện cho trước, số nút n là số lượng điểm để có thể đặt D- STATCOM Đối với vấn đề này, chỉ có một hạn chế là dòng điện lớn nhất của D- STATCOM.
Ràng buộc này đã được đưa vào trong quy trình tính toán SARFI Sau khi tính toán dòng điện tối ưu của D-STATCOM, giá trị này được so sánh với dòng điện lớn nhất Nếu dòng điện tối ưu lớn hơn dòng điện lớn nhất, thì nó được đặt về giá trị dòng điện lớn nhất.
3.1.2 Tối ưu hóa đa mục tiêu (MOO)
MOO được phân loại theo nhiều cách như sau: Tối ưu hóa tĩnh / tối ưu hóa động, tối ưu hóa xác định / tối ưu hóa ngẫu nhiên, tối ưu hóa có ràng buộc / tối ưu hóa không ràng buộc, tối ưu hóa tuyến tính / tối ưu hóa phi tuyến, tối ưu hóa toàn cục / tối ưu hóa cục bộ, tối ưu hóa mục tiêu đơn / tối ưu hóa đa mục tiêu. Hầu hết các bài toán tối ưu hóa thự c tế thường giống với các đặc điểm của MOO, tức là bài toán yêu cầu tối ưu hóa đồng thời nhiều hơn một hàm mục tiêu và điều quan trọng là cần nghiên cứu các vấn đề của MOO Thông thường trong loại tối ưu hóa này, một hoặc nhiều mục tiêu được coi là các ràng buộc để đơn giản hóa bài toán MOO Tuy nhiên, các mục tiêu này đã bị giới hạn trong một phạm vi nhất định dẫn đến không được tối ưu hóa đúng cách Một phương pháp đơn giản hóa khác cho bài toán MOO là phương pháp tổng hợp các hàm mục tiêu thành một hàm mục tiêu và sử dụ ng các trọng số Phương pháp này gộp tập hợp các mục tiêu thành một mục tiêu duy nhất bằng cách thêm từng mục tiêu nhân trước với trọng lượng do người dùng cung cấ p Trọng số của mỗi mục tiêu được chọn tương ứng với tầm quan trọng của mục tiêu đó Tuy nhiên, rất khó để thiết lập các vectơ trọng số để có được nghiệm tối ưu Pareto [11] trong một vùng mong muốn trong không gian nhất định Ngoài ra, không thể tìm thấy nghiệm tối ưu Pareto trong trường hợp không gian mục tiêu không lồi Trong MOO, mục tiêu là tìm ra càng nhiều nghiệm tối ưu Pareto khác nhau càng tốt.
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp hữu ích để giải quyết nhữ ng loại vấn đề này Các phương pháp cổ điển (hoặc xác định hoặc liên quan đến các v ấn đề đa mục tiêu) bao gồm phương pháp tổng trọng số, phương pháp ràng buộc epsilon, phương pháp tiêu chí toàn cục, lập trình mục tiêu và phương pháp phứ c hợp Trong khi đó, một số phương pháp thông minh, được gọi là MOO ngẫu nhiên, xuất hiện trong những năm gần đây Đó là các thuật toán di truyền (GA), mô phỏng gần đúng (SA), tiếp cận lôgic mờ, v.v.
Tóm lại, có hai cách tiếp cận để giải bài toán MOO, phân tích và heuristic.Phương pháp đầu tiên giải các bài toán tuyến tính trong khi phương pháp sau tìm hết các trường hợp, chỉ có thể đạt được kết qu ả gần đúng; tuy nhiên, đối với các mục đích trong thực tế thì những kết quả gần đúng đã có thể đáp ứng được yêu cầu đặt ra.
3.1.2.2 Ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp
Hầu như tất cả các thuật toán nêu trên của phương pháp MOO cho thấy rằng các phương pháp tiếp cận yêu cầu thêm thông tin đầu vào từ người ra quyết định, điều này thường mang tính chủ quan Do đó, bài toán MOO trông giống như một nghệ thuật hơn là một khoa học.
Phương pháp cổ điển có đặc điểm chung là cấu trúc đơn giản và dễ mở rộng, nhưng thường khó chọn đúng tham số Và chỉ thu được một nghiệm trong một lần mô phỏng.
Mặc dù phương pháp tổng có trọng số là cách đơn giản và dễ hiểu nhất để thu được nhiều điểm trên mặt tối ưu Pareto, nhưng nó không hoạt động trong việc tìm nghiệm tối ưu tuyến tính Thật khó để chọn trọng số để đảm bảo rằng các điểm được trải đều trên đường cong Pareto và rất khó trong việc tìm kiếm tất cả nghiệm tối ưu khi các trọng số thay đổi.
Phương pháp ràng buộc epsilon đã được sử dụng phổ biến như một công cụ ra quyết định vì dễ thự c hiện Nó cần nhiều thử nghiệm trong việc tìm kiếm tất cả không gian nghiệm tối ưu Một hạn chế của các phương pháp tổng có trọng số và phương pháp ràng buộc epsilon là các hàm mục tiêu của chúng không có ý nghĩa vật lý và khó hiểu.
Tối ưu toàn cục và các phương pháp đạo hàm của nó dựa trên kiến thức về véc tơ định hướng gần tối ưu Nhưng nếu vector định hướng được chọn không chính xác, nó sẽ làm cho bài toán không khả thi Hơn nữa, khi bài toán lớn và phức tạp, phương pháp này thường khó tìm được nghiệm.
Áp dụng vào bài toán ứng dụng D-STATCOM
Trong phần này, một trường hợp điển hình là mô hình một D-STATCOM được áp dụng vào lưới 33 nút sẽ được tính toán để thấy được những ưu điểm của bài toán MOO sử dụng GA.
3.2.1 Lưới trung áp mẫu Để đơn giản hóa việc giới thiệu phương pháp mới trong luận văn, lưới phân phối 33 nút IEEE [12] (Hình 3.3 - cho bài toán tối ưu một D-STATCOM) và lưới phân phối 69 nút IEEE [13] (Hình 3.4 - cho bài toán tối ưu nhiều D-STATCOM) được sử dụng làm hệ thống thử nghiệm vì đây là lưới điện phân phối ba pha đối xứng.
Hình 3.3 Lưới điện 33 nút IEEE
Hình 3.4 Lưới điện 69 nút IEEE
Luận văn này giả định công suất cơ bản là 100MVA Điện áp cơ bản là 11kV Điện áp hệ thống là 1pu Điện kháng của hệ thống được giả định là 0,1pu.
Luận án chỉ xem xét hi ện tượng sụt áp do ngắ n mạch Vì phương pháp được giới thiệu trong bài báo này xét đến hệ số SARFI X cho toàn lưới điện, nên chúng ta cần xem xét tất cả các vị trí sự cố có thể xảy ra trong hệ thống thử nghiệm[9] Tuy nhiên, để đơn giản hóa việc giới thiệu phương pháp mới, chúng tôi chỉ xem xét ngắn mạch ba pha Các loại ngắn mạch khác có thể được đưa vào mô hình tương tự nếu cần.
Tính toán ngắn mạch ba pha được thực hiện trong Matlab bằng phương pháp ma trận tổng trở nút Kết quả điện áp sụt giảm tại các nút và khi đặt và không đặ t D-STATCOM có thể được tính toán cho các kịch bản khác nhau ở các phần tiếp theo.
3.2.3 Các thông số cho trước
Nghiên cứu xem xét các tham số đặt trước sau:
− Để tính toán SARFI X , xác suất xảy ra sự cố được phân bổ đều cho tất cả các vị trí sự cố Nghiên cứu giả sử xảy ra sự cố xảy ra một lần tại mỗi nút trên lưới điện [14].
− Đối với ngưỡng điện áp sụt giảm, nghiên cứu xem xét các mức độ SANH có tham chiếu từ đường cong khả năng chấp nhận công suất SEMI F47 (đường cong ITIC sửa đổi [15]) Vì vậy, các giá trị X được cho là độ sụt giảm điện áp xuống dưới lần lượt 90, 80, 70, 50% điện áp tại các nút U n
− Nghiêu cứu giả định MaxI DS = 0,5p.u.
− Về thông số GA, nghiên cứu đặt số lượng dân số quần thể là 200.
Bằng cách giải quyết bài toán MOO vớ i các ràng buộc giả định và tham số cho trước sử dụng GA, sau đây là các kết quả đáng chú ý. Đầu tiên, xem xét X = 50% Tính toán SARFI X (Hình 3.1) mà không sử dụng D-STATCOM, chúng ta có SARFI 50 = 13,73 Tiếp thep, xét trường hợp sử dụng một D-STATCOM với MaxI DS = 0,5pu GA chạy qua 102 thế hệ để có được bộ nghiệm tối ưu Paretor với quy trình chọn lọc không bị chi phối và sắp xếp thứ hạng cho mỗi thế hệ và lai tạo các thế hệ mới để giải quyết bài toán MOO Tập nghiệm gồm 70 nghiệm tối ưu Pareto kết quả được đề cập trong Bảng 3-1 Nhận thấy rằng việc lựa chọn số cá thể trong quần thể là rất quan trọng để thuật toán hội tụ Số lượng cá thể lớn hơn có thể giúp thuật toán hội tụ dễ dàng hơn, nhưng thời gian tính toán lâu hơn.
Bảng 3-1 Tập nghiệm tối ưu vị trí và công suất của D-STATCOM với mức sụt giảm điện áp là X = 50%
Solution SARFI 50 I DSmax DS Solution SARFI 50 I DSmax DS
Ví dụ, lựa chọn một kết quả, giả sử nghiệm thứ 9, vị trí tối ưu của D- STATCOM là ở bus 12, I DSmax = 0,1322pu và SARFI 50 = 5,73 Hình 3.5 cho thấy số lần điện áp sụt xuống dưới X> 50% ở tất cả các nút khi lưới không có D- STATCOM (Xanh lam) và khi lưới có D-STATCOM ở nút 12 (Đỏ) cho thấy một sự cải thiện đáng kể.
Hình 3.5 Số lần điện áp sụt với X = 50% t ại các nút trong lưới không có và có một D-
STATCOM được đặt tại Bus 12, I DSmax = 0,1322pu
Với việc lắp đặt m∗ột D-STATCOM ở bus 12, dòng điện yêu cầu được đưa vào từ D-STATCOM ( ) chỉ là 0,0735pu (nhỏ hơn I DSmax = 0,1322pu) để tăng điện áp ở nút 12 lên 1pu Do đó, đối với I DSmax đã cho, điện áp nút tại một số nút (nút 9 đến nút 18, gần nút 12 trong Hình 3.6) được nâng lên 1pu và số lần sụt áp đối với X> 50% là 0.
Hình 3.6 Một D-STATCOM ở nút 12 cải thiện điện áp tại các nút lân cận
Tính toán hệ số SARFI 50 cho các vị trí có thể khác của vị trí đặt D- STATCOM, chúng ta có Hình 3.7 Đặt một D-STATCOM với I DSmax = 0,1322pu ởbus 12 dẫn đến giá trị nhỏ nhất của SARFI 50
Hình 3.7 SARFI 50 với các kịch bản đặt D-STATCOM với I DSmax = 0.1322pu
Từ kết quả trong Bảng 3-1, đường cong Pareto tương ứ ng cho X = 50% được vẽ trong Hình 3.8 Từ đường cong Pareto, chúng ta có thể thấ y rằng hầu hết các nghiệm có xu hướng có giá trị I DSmax khá thấp (nhỏ hơn 0,1pu) mặc dù giá trị I DSmax cao hơn có thể tạo ra SARFI X tốt hơn Do hàm mục tiêu f1 nên giá trị
I DSmax nhỏ được ưu tiên hơn.
Hình 3.8 Đường công Pareto tương ứng với các mức sụt giảm điện áp X = 50, 70, 80,
Tổng kết
Để xem xét hai khía cạnh đối lập nhau của CLĐN, bài toán MOO là lựa chọn tốt nhất Các khía cạnh có các đơn vị khác nhau, được đánh giá riêng biệt theo hai hàm mục tiêu Điều này cũng cho phép độ chính xác tốt hơn so với việc chuyển đổi hai mục tiêu thành một mục tiêu và một ràng buộc.
GA là phương pháp phù hợp nhất để giải MOO với hàm phi tuyến tính và công cụ này rất dễ lập trình.
Một bài toán điển hình đã được phân tích để hiểu rõ hơn về lý thuyết và chỉ ra những ưu điểm của các phương pháp và công cụ đã chọn Các kết quả khác đối với ngưỡng điện áp hiệu dụng X = 70%, 80% và 90% được trình bày trongPhụ lục.