TÍNH TỐN XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG ĐỂ NGHIÊN CỨU CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA THIẾT BỊ UPFC A CALCULATION FOR BUILDING A SIMULATION MODEL TO RESEARCH THE OPERATION SYSTEMS OF UPFC NGUYỄN HỒNG VIỆT PHƯƠNG Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng NGÔ VĂN DƯỠNG Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Trên sở nghiên cứu ngun lý làm việc mơ hình tính tốn thiết bị UPFC, báo trình bày việc xây dựng phần mềm tính tốn mơ hình mơ lắp đặt thiết bị UPFC đường dây truyền tải để nghiên cứu chế độ vận hành thiết bị UPFC ABSTRACT On the basis of examining the working principle and calculated model of the UPFC, this article presents aimed at presenting to build calculated softwares and simulation models to install the UPFC on loading transmission lines for researching the operation systems of UPFC Đặt vấn đề Cùng với nhịp độ tăng trưởng kinh tế gia tăng dân số toàn cầu, nhu cầu tiêu thụ lượng khơng ngừng tăng lên lượng điện địng vai trị then chốt Từ hệ thống điện (HTĐ) liên tục mở rộng phát triển nguồn đường dây truyền tải Do tính chất tiêu thụ điện khu vực thời khác trào lưu công suất đường dây truyền tải liên tục thay đổi theo thời gian Kinh nghiệm vận hành HTĐ cho thấy thời điểm hệ thống có đường dây bị tải đường dây khác non tải ngược lại Nếu có biện pháp điều - 4 chỉnh thơng số HTĐ thích hợp làm thay đổi trào lưu công suất 8 8 12 12 làm giảm tải cho số đường 2000 2400 2500 2100 dây mà khơng cần phải cải tạo 1000 600 nâng cấp Ví dụ xét sơ đồ HTĐ 4 4 hình 1a, giả thiết khả Hình 1a 1500 1500 Hình 1b 3000 tải đường dây PAB=PAC=2500MW, PBC=800MW, trường hợp nầy đường dây BC bị tải Nếu đường dây AB lắp đặt tụ bù dọc có XC=-4 hình 1b, lúc nầy cơng suất truyền tải đường dây nằm giới hạn cho phép Khi phụ tải B C thay đổi 3000 - 3 8 12 1750 2750 8 250 4 3000 Hình 1c 12 2000 2500 500 4 1500 3000 Hình 1d 1500 hình 1c dẫn đến đường dây AC bị tải, tương tự lắp đặt tụ bù dọc có XC=-3 đường dây AB hình 1d khơng có đường dây bị tải Như tụ C đường dây AB điều chỉnh XC giúp điều khiển linh hoạt trào lưu công suất truyền tải HTĐ theo chế độ vận hành đảm bảo khả tải đường dây Từ năm 1980 công nghệ FACTs cho đời hàng loạt thiết bị có khả điều khiển linh hoạt trào lưu công suất hệ thống như: SVC, TCSC, STATCOM, TCPAR UPFC Trong UPFC thiết bị có khả điều khiển dịng cơng suất tác dụng, cơng suất phản kháng góc pha điện áp Để tạo công cụ cho phép nghiên cứu khả điều khiển thiết bị UPFC, đề tài xây dựng mơ hình mơ hoạt động thiết bị UPFC Nguyên lý làm việc mơ hình tính tốn thiết bị UPFC UPFC thiết bị hệ thống FACTs kết hợp từ thiết bị STATCOM SSSC SSSC có nhiệm vụ tạo vectơ điện áp nối tiếp đường dây thay đổi SSSC modul góc pha STATCOM lấy STATCOM cơng suất tác dụng từ đường dây cung cấp cho SSSC, đồng thời đóng vai trị điều khiển điện áp cuối đường dây thông qua điều khiển công suất phản kháng Thiết bị UPFC sử dụng để Control điều khiển công suất tác dụng, cơng suất phản kháng góc pha điện áp đường dây Hình truyền tải Trong trường hợp trang bị thêm phận dự trữ lượng vào mạch liên kết DC, hoạt động hiệu trình độ đường dây khả điều khiển lượng bơm vào lấy khỏi hệ thống thay thay đổi tham số đường dây Nút i Nút j Xnt truyền tải Từ nguyên lý hoạt động, để sử dụng Ui Uj tốn giải tích mạng điện sử dụng mơ hình tính tốn thiết bị UPFC sau: [1,3] PiUPFC + j QiUPFC PjUPFC + j QjUPFC Hình Piupfc 0,02rbntVi sin 1,02rbntViV j sin( i j ) Qiupfc rbntVi cos (1) Pjupfc rbntViV j sin( i j ) Q jupfc rbntViV j cos( i j ) Nghiên cứu xây dựng chương trình mơ vận hành thiết bị UPFC 3.1 Chương trình mơ điều khiển dịng cơng suất truyền tải thiết bị UPFC B A E Xnt HT1 HT2 C D PEUPFC j QEUPFC PC + j QC PDUPFC j QDUPFC Hình PD + j QD BẮT ĐẦU Vẽ sơ đồ lên hình Đọc file số liệu HTĐ UD=500kV, UE=500kV E=0, D=0, k=0 Chọn công suất ĐK r=r+r = 0; r = rmax/2; P= Pdat = 90; r = rmax/2; Q=Qdat Nhận PD, PE, QD, QE từ bàn mô Nhận PD, PE, QD, QE từ bàn mơ Tính cập nhật PEUPFC, QEUPFC, PDUPFC, QDUPFC Tính cập nhật PEUPFC, QEUPFC, PDUPFC, QDUPFC Tính chế độ xác lập Tính chế độ xác lập m = E- D m = E- D r=r+r r=r-r S mk P Pdat k=m k=m mk Đ Đ P Pdat Q Qdat Hiển thị thông số lên sơ đồ HTĐ hình Hiển thị thơng số lên sơ đồ HTĐ hình Lệnh dừng K K C r=r-r S Q Qdat Lệnh dừng C DỪNG Hình Xét sơ đồ HTĐ hình gồm hai hệ thống HT1 HT2 liên lạc với qua đường dây truyền tải AB, đường dây cung cấp điện cho trạm biến áp C D Cuối đường dây CD có lắp đặt UPFC, thiết bị UPFC thay mô hình tính tốn mục 2, PEUPFC, QEUPFC, PDUPFC, QDUPFC xác định theo (1) Sử dụng chương trình CONUS để tính tốn chế độ xác lập kết hợp với việc thu nhận thông tin thông số vận hành (PC, QC, PD, QD) thông số điều khiển thiết bị UPFC (r, ) tác giả xây dựng thuật tốn chương trình mơ UPFC tự động khống chế dịng cơng suất truyền tải đường dây (hình 5) mơ điều khiển UPFC (hình 6) BẮT ĐẦU Vẽ sơ đồ lên hình 3.2 Xây dựng bàn mô vận hành thiết bị UPFC Đề tài xây dựng bàn mô Hệ thống điện có lắp đặt thiết bị UPFC hình [2,4] Để mô cácthông số vận hành (PD, QD, PE, QE) thông số điều khiển UPFC (r, ) tín hiệu tương tự, đề tài sử dụng cầu phân áp hình để cung cấp điện áp thay đổi từ (05)V cho chuyển đổi tín hiệu AD/DA Trong chuyển đổi sử dụng PIC lập trình để trao đổi tín hiệu máy tính thiết bị ngoại vi Tín hiệu từ bàn mơ thông qua chuyển đổi cung cấp cho chương trình mơ phỏng, hệ số nhân thích hợp điều khiển thơng số thay đổi phạm vi giới hạn cho phép: P D = 0-PDmax, QD = 0-QDmax, PE = 0-PEmax, QE=0-QEmax, r=0-rmax, =0-360o Thông số hệ thống điện cập nhật trước file số liệu, bàn mô phỏng, card chuyển đổi AD/DA máy tính kết nối hình Khởi động chương trình hình mơ hình 9, chương trình liên tục cập nhật thơng tin theo chu ký 3sec/lần, tính tốn hiển thị thơng số chế độ hệ thống điện lên +12 o hình Khi thực thay đổi V thông số vận hành (PD, QD, PE, R1 +5V QE) thông số điều khiển R2 UPFC (r, ) từ bàn mô phỏng, thông số chế độ hệ thống thay đổi quan sát trực o Hình tiếp vận hành hệ thống điện thực tế Đọc file số liệu HTĐ UD=500kV, E =500kV E =0, D=0, k=0 Nhận thông tin r, , PD, PE, QD, QE từ bàn mơ Tính cập nhật PEUPFC, QEUPFC, PDUPFC, QDUPFC vào file số liệu Tính chế độ xác lập CT CONUS m = E- D S mk k=m Đ Hiển thị thông số lên sơ đồ HTĐ K Lệnh dừng C DỪNG Hình Hình Hình Thực số chế độ vận hành bàn mô kết thu bảng Bảng Chế độ [độ] 60 60 60 60 r 0.010 0.020 0.020 0.011 PD [MW] 400 400 450 450 QD [MVar] 320 320 320 320 PC [MW] 100 100 100 100 QC [MVar] 80 80 80 80 UC [V] 524.11 523.86 523.69 523.91 UD [V] 501.83 502.35 501.08 500.60 PCE [MW] 63.21 72.21 80.30 72.21 QCE [MVar] 74.94 79.57 82.56 78.44 PBD [MW] 336.83 327.82 369.73 377.83 QBD [MVar] 323.21 318.54 327.41 331.58 Qua bảng cho thấy chế độ dịng cơng suất PCE = 63,21 MW, ta điều chỉnh hệ số r từ r=0,010 lên r=0,020 PCE = 72,21MW (chế độ 2), tiếp tục tăng công suất tác dụng nút D lên P D=450MW dịng cơng suất đường dây CE tăng lên PCE=80,30MW (chế độ 3), điều chỉnh r=0,011 PCE=72,21MW (chế độ 4) Như thiết bị UPFC hoàn tồn khống chế dịng cơng suất truyền tải đường dây CE theo giá trị cho trước phụ tải thay đổi Cũng quan sát tính chất nầy thiết bị UPFC chuyển bàn mô sang chế độ tự động điều khiển dịng cơng suất truyền tải cho chạy số chế độ kết bảng Bảng Chế độ [độ] r PD [MW] QD [MVar] PC [MW] QC [MVar] UC [V] UD [V] 90 90 90 90 0.016 0.080 0.030 0.022 400 450 480 360 320 320 320 320 100 100 100 100 80 80 80 80 524.32 524.17 524.06 524.43 501.41 500.08 499.21 502.37 Giá trị đặt PCE [MW] 70 70 70 70 o QCE [MVar] PBD [MW] QBD [MVar] 69.51 72.97 75.26 67.06 329.58 379.64 409.86 289.92 328.71 337.12 342.70 322.75 Khi chuyển sang chế độ nầy hệ số giữ cố đình 90 , điều chỉnh thay đổi cơng suất tác dụng nút D cách tuỳ ý, hệ thống điều khiển tự động điều chỉnh giá trị hệ số r để giữ cho dịng cơng suất đường dây CE theo giá trị đặt trước PCE=70MW Kết luận Nhờ khả điều khiển vectơ điện áp nối tiếp đường dây truyền tải modul lẫn góc pha thiết bị UPFC cho phép điều khiển linh hoạt dịng cơng suất truyền tải đường dây điện áp cuối đường dây theo chế độ vận hành Qua nghiên cứu nguyên lý làm việc mơ hình tính tốn đề tài xây dựng mơ hình mơ vận hành thiết bị UPFC lắp đặt đường dây truyền tải nối liền hai hệ thống điện có trao đổi cơng suất qua lại với Mơ hình cho phép nghiên cứu khả điều khiển dịng cơng suất truyền tải đường dây tự động khống chế dịng cơng suất truyền tải theo giá trị định trước cho thông số vận hành thay đổi UPFC loại thiết bị thuộc hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTs), giá thành cao việc lắp đặt thiết bị đường dây truyền tải thực tế để phục vụ cho việc nghiên cứu khơng thể thực Cho nên mơ hình mô vận hành thiết bị UPFC công cụ tốt giúp cho sinh viên cán nghiên cứu khả ứng dụng loại thiết bị nầy để điều khiển trào lưu công suất hệ thống điện nhằm nâng cao khả tải đường dây truyền tải điện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngô Văn Dưỡng, Nghiên cứu sử dụng thiết bị UPFC để điều khiển dịng cơng suất đường dây truyền tải thuộc HTĐ Việt Nam, tạp chí KH&CN-ĐHĐN số 4(21)/2007, 2007 [2] Nguyễn Hồng Việt Phương, Nghiên cứu xây dựng bàn mô thiết bị UPFC, Đồ án tốt nghiệp kỹ sư chuyên ngành Hệ thống điện, 2007 [3] Yong Hua Song and Allan T Jhons (1999), Flexible AC transmission systems (FACT), The Institution of Electrical Engineers, London, United Kingdom [4] A.Mete Vural, Mehmet Tumay (2004), Analysis ang modeling of Unified power flow controller, Department of Electrical and Electronics Engineering, University of Gaziantep, Sahinbey, Gaziantep, 27310, Turkey