Một số phương pháp tối ưu ông suất phản kháng trong hệ thống điện và ứng dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN TUẤN ANH MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN HƯỚNG HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS TRẦN BÁCH Hà Nội – Năm 2011 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131383831000000 LUẬN VĂN CAO HỌC Chuyên nghành: Kỹ thuật điện hướng Hệ thống điện LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan luận văn cao học với đề tài: “Một số phương pháp tối ưu công suất phản kháng Hệ thống điện ứng dụng” hoàn toàn tác giả tự làm số liệu chưa công bố tài liệu khác Tác giả có tham khảo số tài liệu ghi mục “Tài liệu tham khảo” Tác giả luận văn Nguyễn Tuấn Anh Học viên: Nguyễn Tuấn Anh Khóa : 2010B LUẬN VĂN CAO HỌC Chuyên nghành: Kỹ thuật điện hướng Hệ thống điện LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Bộ môn Hệ thống điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, gia đình, đồng nghiệp bạn bè giúp đỡ, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực luận văn Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS TS Trần Bách người tận tình hướng dẫn giúp tác giả hồn thiện luận văn Học viên: Nguyễn Tuấn Anh Khóa : 2010B LUẬN VĂN CAO HỌC Chuyên nghành: Kỹ thuật điện hướng Hệ thống điện MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: VẤN ĐỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG T 23 T 23 TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Vai trò ảnh hưởng công suất phản kháng hệ thống điện 1.1.1 Khái niệm công suất phản kháng 1.1.2 Các nguồn công suất phản kháng tiêu thụ công suất phản kháng 1.2 Ảnh hưởng công suất phản kháng đến điện áp 1.3 Sụt giảm điện áp đường dây truyền tải: nguyên nhân ảnh hưởng 1.3.1 Các nguyên nhân gây tượng sụt giảm điện áp 1.3.2 Ảnh hưởng sụt giảm điện áp 10 CHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 12 2.1 Tụ bù dọc 12 2.1.1 Tác dụng tụ bù dọc 12 2.1.2 Vị trí đặt thiết bị bù 14 2.1.3 Mức độ bù dọc 16 2.2 Kháng bù ngang 16 2.3 Tụ bù ngang 18 Học viên: Nguyễn Tuấn Anh Khóa : 2010B LUẬN VĂN CAO HỌC Chuyên nghành: Kỹ thuật điện hướng Hệ thống điện 2.3.1 Tụ bù ngang dùng để điều chỉnh điện áp 18 2.3.2 Tụ bù ngang dùng để điều chỉnh hệ số công suất 20 2.4 Các thiết bị bù có điều khiển 21 2.4.1 Nhóm thiết bị điều khiển nối tiếp 23 2.4.2 Nhóm thiết bị điều khiển song song 25 2.4.3 Nhóm thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp - song song 26 CHƯƠNG III: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TỐN TỐI ƯU CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 28 3.1 Giới thiệu tốn tối ưu cơng suất phản kháng 28 3.1.1 Bài tốn tối ưu chế độ xác lập nói chung 28 3.1.2 Bài tốn tối ưu cơng suất phản kháng 29 3.2 Một số phương pháp tối ưu hóa cơng suất phản kháng 30 3.2.1 Phương pháp điều độ công suất phản kháng cổ điển 30 3.2.2 Phân tích độ nhạy điện áp 36 3.2.3 Phương pháp quy hoạch tuyến tính 37 3.2.4 Phương pháp điểm 41 3.2.5 Phương pháp mạng nơ-ron tối ưu phi tuyến 46 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN CHUẨN IEEE VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN BẮC VIỆT NAM 52 4.1 Giới thiệu phần mềm PSS/E 52 4.1.1 Giới thiệu chung 52 4.1.2 Module PSS/E Power Flow 52 4.1.3 Module PSS/E OPF 53 4.2 Ứng dụng PSS/E hệ thống điện chuẩn IEEE – 30 nút 55 Học viên: Nguyễn Tuấn Anh Khóa : 2010B LUẬN VĂN CAO HỌC Chuyên nghành: Kỹ thuật điện hướng Hệ thống điện 4.2.1 Giới thiệu hệ thống điện chuẩn IEEE – 30 nút 55 4.2.2 Chế độ xác lập sử dụng PSS/E Power Flow 59 4.2.3 Chế độ tối ưu tìm dung lượng bù sử dụng PSS/E OPF 64 4.3 Ứng dụng PSS/E việc phân tích bù cơng suất phản kháng cho lưới điện miền Bắc Việt Nam 67 4.3.1 Giới thiệu hệ thống điện miền Bắc Việt Nam 67 4.3.2 Vị trí bù dung lượng bù tối ưu CSPK cho lưới miền Bắc Việt Nam 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC Học viên: Nguyễn Tuấn Anh Khóa : 2010B LUẬN VĂN CAO HỌC Chuyên nghành: Kỹ thuật điện hướng Hệ thống điện DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CĐXL Chế độ xác lập CSTD CSPK Công suất tác dụng Công suất phản kháng HTĐ FACTS Hệ thống điện Flexible AC Transmission System SSSC Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt Static Synchronous Series Compensator TCSC Thiết bị bù nối tiếp đồng tĩnh Thyristor Controlled Series Capacitor Tụ nối tiếp điều khiển thyristor TSSC Thyristor Switched Series Capacitor Tụ điện nối tiếp đóng mở thyristor TCSR Thyristor Controlled Series Reactor Kháng điện nối tiếp điều khiển thyristor TSSR Thyristor Switched Series Reactor Kháng điện nối tiếp đóng mở thyristor SVC Static Var Compensator – Bộ bù tĩnh TCR TSR Thyristor Controlled Reactor – Cuộn kháng điều chỉnh thyristor Thyristor Switched Reactor – Cuộn kháng đóng mở thyristor TSC Thyristor Switched Capacitor – Tụ đóng cắt thyristor STATCOM Static Synchronous Compensator – Bộ bù đồng tĩnh UPFC TCPST Unified Power Flow Cotroller Thiết bị điều khiển dịng cơng suất hợp Thyristor – Controlled Phase Shifting Transformer Biến áp dịch pha điều khiển thyristor LP Linear Programming – Bài toán quy hoạch tuyến tính NLP VBF LBF Nonlinear Programming – Bài toán quy hoạch phi tuyến Voltage Benefit Factor – Hệ số lợi điện áp Loss Benefit Factor – Hệ số lợi tổn thất p Page – Trang Học viên: Nguyễn Tuấn Anh Khóa : 2010B Chuyên nghành: Kỹ thuật điện hướng Hệ thống điện LUẬN VĂN CAO HỌC DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1: Thông số nút HTĐ 30 nút IEEE 56 Bảng 4.2: Thông số nhánh HTĐ 30 nút IEEE 57 Bảng 4.3: Thông số tải HTĐ 30 nút IEEE 58 Bảng 4.4: Thông số máy biến áp cuộn dây HTĐ 30 nút IEEE 58 Bảng 4.5: Thông số máy biến áp cuộn dây HTĐ 30 nút IEEE 58 Bảng 4.6: Thông số máy phát HTĐ 30 nút IEEE 58 Bảng 4.7: Công suất phát nhà máy 68 Bảng 4.8: Các đường dây tải điện 500kV 220kV lưới điện miền Bắc năm 2015 70 Bảng 4.9: Thông số loại dây dẫn 71 Bảng 4.10: Điện áp nút tải 72 Bảng 4.11: Dung lượng bù tối ưu dung lượng chọn tụ 75 Học viên: Nguyễn Tuấn Anh Khóa : 2010B LUẬN VĂN CAO HỌC Chuyên nghành: Kỹ thuật điện hướng Hệ thống điện DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Hình minh họa cơng suất phản kháng Hình 1.2: Mạch điện với tải có tính điện cảm Hình 1.3: Quan hệ P Q tải có tính điện cảm Hình 1.4: Mạch điện với tải có tính điện dung Hình 1.5: Quan hệ P Q tải có tính điện dung Hình 1.6: Mạch điện có điện kháng điện dung Hình 1.7: Đồ thị véc tơ điện áp Hình 1.8: Sự triệt tiêu CSPK điện cảm CSPK tụ điện gây Hình 2.1: Đồ thị véc tơ điện áp 13 Hình 2.2: Các vị trí đặt tụ bù dọc đường dây 15 Hình 2.3: Đồ thị véc tơ điện áp mạch minh họa 17 Hình 2.4: Mạch điện trước đặt tụ bù ngang 19 Hình 2.5: Mạch điện sau đặt tụ bù ngang 19 Hình 2.6: Minh họa việc đặt tụ bù điều chỉnh hệ số công suất 20 Hình 2.7: Bộ điều khiển nối tiếp 21 Hình 2.8: Bộ điều khiển song song 22 Hình 2.9: Bộ điều khiển kết hợp nối tiếp – nối tiếp 22 Hình 2.10: Bộ điều khiển kết hợp nối tiếp – song song 23 Hình 2.11: SSSC dựa biến đổi nguồn áp SSSC có nguồn dự trữ 23 Hình 2.12: Mơ tả đơn giản TCSC 24 Hình 2.13: Mơ tả đơn giản TSSC 24 Hình 2.14: Mơ tả đơn giản TCSR 24 Học viên: Nguyễn Tuấn Anh Khóa : 2010B LUẬN VĂN CAO HỌC Chuyên nghành: Kỹ thuật điện hướng Hệ thống điện Hình 2.15: Mơ tả đơn giản TSSR 25 Hình 2.16: Cấu tạo chung SVC 25 Hình 2.17: Cấu tạo STATCOM 26 Hình 2.18: Cấu tạo chung UPFC 27 Hình 2.19: Cấu tạo chung TCPST 27 Hình 3.1 Mạch minh họa 47 Hình 4.1: Sơ đồ khối q trình tính chế độ xác lập module PSS/E PowerFlow 53 Hình 4.2: Sơ đồ HTĐ 30 nút IEEE 55 Hình 4.3: Các bước thực tìm dung lượng bù tối ưu PSS/E 29 65 Hình 4.4: Đồ thị so sánh mức điện áp trước sau đặt bù 66 Hình 4.5: Đồ thị mức điện áp nút tải trước đặt bù tối ưu 73 Hình 4.6: Điện áp nút sau chạy OPF lần thứ 74 Hình 4.7: Điện áp nút sau chạy OPF lần thứ hai 75 Hình 4.8: So sánh điện áp nút trước sau bù tối ưu 76 Học viên: Nguyễn Tuấn Anh Khóa : 2010B