Ứng dụng SVC cho việc cải thiện chất lượng điện áp

iii Lời cảm ơn Trải qua thời gian học tập và nghiên cứu tại trường, nay tôi đã hoàn thành Đề Tài Tốt Nghiệp Cao Học của mình. Để có được thành quả này, tôi đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ và giúp đỡ tận tình từ thầy cô, gia đình, đơn vị chủ quản và bạn bè. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Cô PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình, người đã tận tình trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện hoàn thành Luận Văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Lãnh đạo Công ty Tư Vấn Dự Án SEAS đã tạo điều kiện thuận tiện cho tôi về mặt thời gian để hoàn thành khóa học. Xin chân thành cảm ơn đến tất cả quí Thầy Cô trường Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh đã dạy tôi một lượng kiến thức rất bổ ích, Đặc biệt là các Thầy Cô Khoa Điện – Điện Tử đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong quá trình học tập cũng như trong thời gian làm Luận Văn này. Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến đồng nghiệp, gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và đã tạo cho tôi niềm tin, tình cảm để tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn ! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2013 Học viên Nguyn Đức Cờng iv TÓM TT n định điện áp là một vấn đề đã và đang được nghiên cứu nhiều ở các nước phát triển trên thế giới, nhất là trong cơ chế thị trường điện do tác hại của hiện tượng mất n định điện áp là rất lớn, có thể đưa hệ thống điện đến tình trạng sụp đ điện áp từng phần hoặc hoàn toàn. n định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống nằm trong một phạm vi cho phép ở điều kiện vận hành bình thường hoặc sau các kích động. Hệ thống sẽ đi vào trạng thái không n định khi xuất hiện các kích động như tăng tải đột ngột hay thay đi các điều kiện vận hành trong hệ thống. Các thay đi đó có thể làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nhất là có thể rơi vào tình trạng không thể điều khiển điện áp, gây ra sụp đ điện áp. Việc tính toán tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối ưu sẽ giúp cải thiện độ lệch điện áp tại các nút, giảm thiểu tn thất công suất trong mạng điện. Nhằm nâng cao độ tin cậy và khả năng cung cấp điện. Luận văn bước đầu tìm hiểu về bù công suất phản kháng, nghiên cứu các thiết bị FACTS, đặc biệt là thiết bị bù tĩnh có điều khiển SVC, Đi sâu nghiên cứu SVC bằng cách mô phỏng và mô hình hóa sử dụng phần mềm Matlab Simulink. Đng thời sử dụng thuật toán Bầy đàn PSO để mô phỏng tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối ưu trong một số mạng điện cụ thể, với hàm đơn mục tiêu (giảm thiểu độ lệch điện áp tại các nút) và hàm đa mục tiêu (giảm thiểu tn thất công suất, độ lệch điện áp và chi phí). So sánh kết quả đạt được với kết quả tìm được theo thuật toán Di truyền [27]. Luận văn đã xây dựng được thuật toán PSO và đánh giá được lợi ích khi đặt thiết bị bù tĩnh có điều khiển SVC lên lưới điện 13 nút, IEEE 14 nút, IEEE 30 nút và sau đó đề xuất áp dụng trên lưới điện phân phối thực tế Việt Nam. v MC LC Trang Quyết định giao đề tài Xác nhận của cán bộ hướng dẫn i Lý lịch khoa học ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách các chữ viết tắt vi Danh sách các hình vii Danh sách các bảng viii CHƠNG 1 TNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề 1.1.1. Lý do chọn đề tài và nhiệm vụ nghiên cứu 1.1.2. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài 1.1.3. Phương pháp nghiên cứu 1.1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Luận văn 1.2. Bố cục Luận văn CHƠNG 2. THIT BỊ ĐIU KHIN CÔNG SUT TRONG H THNG ĐIN 2.1 Hệ thống điện hợp nhất và đặc điểm của bù công suất phản kháng 2.3.1 Đặc điểm 2.3.2 Các biện pháp áp dụng trong công nghệ truyền tải điện 2.3.3 Bù công suất phản kháng 2.1.3.1. Bù dọc 2.1.3.2 Bù ngang 1 1 2 4 4 5 5 6 6 6 7 7 9 11 v 2.1.3.3 Nhận xét 2.2 Giới thiệu và phân loại các thiết bị FACTS 2.4 Một số thiết bị FACTS 2.4.1. SVC (Static Var Compensator) 2.4.2. STATCOM (Static Synchronous Compensator) 2.4.3. TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) 2.4.4. SSSC (Static Synchronous Series Compensator) 2.4.5. DFC (Dynamic Flow Controller) 2.4.6. IPFC (Interline Power Flow Controller) 2.4.7. UPFC- (Unified power flow controller) 2.4.8. TCPAR- (Thyristor controlled phase angle regulator) 2.4.9. Nhận xét 2.4.10. Kết luận CHƠNG 3 TÌM HIU CU TẠO, NGUYểN Lụ HOẠT ĐNG CA SVC VÀ MÔ HÌNH HÓA- MÔ PHNG SVC TRONG MATLAB, KT HP PHỂN TệCH ĐC TệNH ĐIU CHNH VÀ N ĐỊNH ĐIN ÁP TRONG H THNG ĐIN 3.1. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor SVC (Static Var Compensator) 3.1.1. Cấu tạo và nguyên lý của SVC 3.1.2. Một số ứng dụng của SVC 3.1.3. Các đặc tính của SVC 3.1.3.1. Đặc tính điều chỉnh của SVC 3.1.3.2. Đặc tính làm việc của SVC 3.1.3.3. Điều chỉnh điện áp của SVC 3.2. Mô hình hóa và mô phỏng SVC đơn giản 3.2.1. Mô hình SVC đơn giản 12 13 16 16 17 18 19 20 21 22 25 26 28 29 29 29 39 39 39 41 42 44 44 v 3.2.2. Mô hình hóa và mô phỏng các thành phần của SVC 3.2.2.1. Mô hình TCR 3.2.2.2. Mô hình TSC 3.2.3. Mô hình SVC kiểu Phasor 3.2.4. Mô hình chi tiết của SVC 3.3. Tng quan n định điện áp trong hệ thống điện 3.3.1. Những nguyên nhân làm mất n định điện áp 3.3.2. Phân loại n định điện áp 3.4. Phân tích n định điện áp 4.1.1. Đường cong P-V và phân tích n định điện áp 4.1.2. Đường cong Q-V và phân tích n định điện áp. CHƠNG 4 TÌM VỊ TRệ ĐT SVC TI U SỬ DNG THUẬT TOÁN BY ĐÀN NHM CI THIN Đ LCH ĐIN ÁP 4.2. Hàm mục tiêu 4.3. Các ràng buộc 4.3.1. Phương trình cân bằng công suất 4.3.2. Giới hạn công suất truyền tải 4.3.3. Giới hạn điện áp 4.3.4. Giới hạn công suất tải 4.3.5. Giá trị của thiết bị SVC 4.4. Thiết bị SVC 4.5. Mô hình toán học của SVC 4.6. Tối ưu bầy đàn (Particle Swarm Optimization) 4.6.1. Biểu thức cơ bản của thuật toán PSO 4.6.2. Giải thuật PSO nguyên thủy 4.7. Giải thuật Bầy đàn cho bài toán tìm điểm đặt tối ưu SVC trên mạng điện IEEE 14 nút 47 47 49 51 55 60 61 61 61 61 62 63 63 63 63 64 64 64 65 65 65 66 67 70 70 v 4.7.1. Xác định chiều 4.7.2. Hàm fitness 4.7.3. Giải thuật áp dụng cho bài toán 4.7.4. Bài toán áp dụng với một mục tiêu (giảm thiểu độ lệch điện áp tại các nút) áp dụng với mạng điện IEEE 14 nút. 4.7.5. Bài toán áp dụng với một mục tiêu (Cải thiện độ lệch điện áp) áp dụng với mạng điện IEEE 30 nút. CHƠNG 5 TÌM VỊ TRệ ĐT VÀ DUNG LNG SVC TI U SỬ DNG THUẬT TOÁN BY ĐÀN VI HÀM ĐA MC TIểU 5.1. Hàm mục tiêu 5.1.1. Tn thất công suất 5.1.2. Chỉ số độ lệch điện áp 5.1.3. Chi phí đầu tư SVC 5.1.4. Các ràng buộc khác 5.1.4.1. Phương trình cân bằng công suất 5.1.4.2. Giới hạn công suất truyền tải 5.1.4.3. Giới hạn điện áp 5.1.4.4. Giá trị của thiết bị SVC 5.1.5. Thiết bị SVC 5.1.6. Mô hình toán học của SVC 5.2. Giải thuật PSO nguyên thủy 5.3. Giải thuật Bầy đàn cho bài toán tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối ưu 5.3.1. Xác định chiều 5.3.2. Hàm fitness 5.3.3. Giải thuật áp dụng cho bài toán 70 71 71 71 76 84 84 84 84 85 85 85 86 86 86 86 86 87 88 88 88 89 v 5.4. Bài toán sử dụng thuật toán PSO áp dụng ở mạng điện 13 nút với hàm đa mục tiêu và so sánh với kết quả bài báo thực hiện theo phương pháp Di truyền GA 5.5. Bài toán sử dụng thuật toán PSO áp dụng ở mạng điện IEEE 30 nút với hàm đa mục tiêu CHƠNG 6 KT LUẬN VÀ HNG PHÁT TRIN CA Đ TÀI 6.1. Kết luận 6.2. Những hạn chế và đề xuất hướng phát triển của đề tài 6.2.1. Những hạn chế 6.2.2. Những đề xuất hướng phát triển của đề tài 90 95 101 101 101 101 102 vi CÁC CH VIT TT  SVC: Static Var Compensator  TCR: Thyristor Controlled Reactor  TSR: Thyristor Switched Reactor  TSC: Thyristor Switched Capacitor  STATCOM: Static Synchronous Compensator  TCSC: Thyristor Controlled Series Capacitor  SSSC: Static Synchronous Series Compensator  DFC : Dynamic Flow Contronller  IPFC: Interline Power Flow Controller  UPFC: Unified power flow controller  TCPAR:Thyristor controlled phase angle regulator  BCT: Bi-Directional Control Thyristors-BCT  PSO: Particle Swarm Optimization  GA: Genetic Algorithm vii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Hình 2.1:  Hình 2.2:  Hình 2.3:  Hình 2.4 M Hình 2.6:  Hình 2.7:  Hình 2.8:   Hình 2.10:  (UPFC) Hình 2.11: PAR Hình 2.12:   Hình 2.13:   Hình 3.2:  Hình 3.3:  -Directional Control Thyristors-BCT)     Hình 3.9:  Hình 3.10:  Hình 3.11:  Trang 10 14 16 17 18 19 19 20 22 23 24 26 27 29 30 31 33 34 35 36 36 37 37 38 vii Hình 3.12: - Hình 3.13:  Hình 3.14:  Hình 3.15:  Hình 3.16:  Hình 3.17:  Hình 3.18: Mô hình nhánh TCR Hình 3.19:  Hình 3.20: Mô hình nhánh TSC Hình 3.21:  Hình 3.22:  C0 iá : U C0 = -0.3141V  Hình 3.24:  Hình 3.25:  Hình 3.26:  Hình 3.27:  Hình 3.28:  Hình 3.29: g SVC Hình 3.30:  Hình 3.31:  Hình 3.32: - Hình 3.33:  -  Hình 4.2 Hình 4.3-  Hình 4.4.  Hình 4.5 40 41 42 43 44 46 48 48 49 50 51 51 52 53 54 55 56 58 59 60 61 62 65 67 69 72 75 [...]... chúng Việc nghiên cứu thiết bị bù ngang có khả năng điều chỉnh nhanh bằng thyristor hay triắc đối với việc nâng cao ổn định và chất lượng điện áp trong hệ thống điện là nhiệm vụ rất cần thiết Nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp dụng các phương pháp điều khiển linh hoạt hoạt động của hệ thống điện Bản luận văn sẽ đưa ra những đánh giá bước đầu hiệu quả của SVC ứng dụng để cải thiện chất lượng điện áp. .. chú ý là thiết bị bù tĩnh SVC ứng dụng qua các mạng điện cụ thể, tìm hiểu các lợi ích thu được khi lắp đặt thiết bị này lên lưới điện Đi sâu nghiên cứu bù công suất phản kháng sử dụng SVC để cải thiện độ lệch điện áp và tổn thất công suất trong hệ thống điện Góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến bài toán ứng dụng SVC để cải thiện chất lượng điện năng Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu... số điện dung tụ điện cố định, thay đổi điện kháng của 46 SVC: U= 66kV Bảng 3.2: Giữ thông số bộ điện kháng cố định, thay đổi điện dung tụ của 47 SVC: U= 66kV Bảng 4.1 Thông số của PSO áp dụng cho bài toán IEEE 14 nút 72 Bảng 4.2: Bảng thông số công suất (100%), điện áp mạng điện IEEE 14 nút 73 Bảng 4.3: Bảng thông số đường dây mạng điện IEEE 14 nút 73 Bảng 4.4: Bảng thông số công suất (50%), điện áp. ..dung lượng 16MVar Hình 4.6 Dạng sóng điện áp trường hợp 50% tải, lắp SVC tại nút 14, với 75 dung lượng -4MVar Hình 4.7: Sơ đồ mạng điện IEEE 30 nút 77 Hình 4.8: Dạng sóng điện áp trường hợp 100% tải, lắp đặt SVC tại nút 16, với 81 dung lượng -40MVar Hình 4.9: Dạng sóng điện áp trường hợp 50% tải, lắp đặt SVC tại nút 16, với 82 dung lượng -62MVar Hình 5.1: Sơ đồ mạng điện 13 nút 90 Hình 5.2: Dạng sóng điện. .. làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nhất là có thể rơi vào tình trạng không thể điều khiển điện áp, gây ra sụp đổ điện áp Mất ổn định điện áp hay sụp đổ điện áp là sự cố nghiêm trọng trong vận hành hệ thống điện, làm mất điện trên một vùng hay trên cả diện rộng, gây thiệt hại rất lớn về kinh tế, chính trị, xã hội.Trên thế giới đư ghi nhận được nhiều sự cố mất điện lớn do sụp đổ điện áp gây... vấn đề: “ ng dụng SVC để cải thiện chất lượng điện áp Mà cụ thể là giảm thiểu độ lệch điện áp tại các nút trong hệ thống điện 1.1.3 Ph ng pháp nghiên cứu Để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu trên sử dụng phối hợp các nhóm phương pháp nghiên cứu: - Nhóm phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo các Tư liệu kỹ thuật để phân tích, tổng hợp những vấn đề có liên quan tới Đề tài - Nhóm phương pháp nghiên cứu... mạng điện 13 nút 90 Hình 5.2: Dạng sóng điện áp khi lắp và chưa lắp SVC mạng điện 13 nút 94 Hình 5.3: Dạng sóng điện áp ở phương pháp PSO và GA mạng điện 13 nút 95 Hình 5.4: Sơ đồ mạng điện IEEE 30 nút 96 Hình 5.5 Dạng sóng điện áp khi gắn và chưa gắn SVC ở nút 13 ở mạng điện 99 IEEE 30 nút Hình 5.6 Dạng sóng điện áp khi gắn và chưa gắn SVC ở nút 15 mạng điện IEEE 30 nút vii 100 DANH SÁCH CÁC B NG B... điện, ví dụ như: nâng cấp, bổ sung các trạm biến áp và đường dây điện Thiết bị FACTS cung cấp một sự thích nghi tốt hơn trong các điều kiện hoạt động khác nhau và cải thiện việc sử dụng các thiết bị hiện có Các ứng dụng cơ bản các thiết bị FACTS là:  Điều khiển dòng công suất  Tăng khả năng truyền tải  Điều khiển điện áp  Bù công suất phản kháng  Cải thiện sự ổn định hệ thống điện  Nâng cao chất. .. SVC, Mô hình hóa và mô phỏng nguyên lý hoạt động của SVC trong Matlab Simulink  Sử dụng thuật toán Bầy đàn PSO với hàm đơn mục tiêu để tìm điểm đặt và dung lượng SVC tối ưu nhằm giảm thiểu độ lệch điện áp trong hệ thống điện 14 nút và 30 nút  Nâng cao tìm hiểu sử dụng thuật toán Bầy đàn PSO với hàm đa mục tiêu, tìm điểm đặt và dung lượng SVC tối ưu nhằm giảm thiểu độ lệch điện áp trong hệ thống điện. .. nung hồ quang điện n định điện áp là một vấn đề đư và đang được nghiên cứu nhiều ở các nước phát triển trên thế giới, nhất là trong cơ chế thị trường điện do tác hại của hiện tượng mất ổn định điện áp là rất lớn, có thể đưa hệ thống điện đến tình trạng sụp đổ điện áp từng phần hoặc hoàn toàn n định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống nằm trong một phạm vi cho phép ở điều . thuật áp dụng cho bài toán 4.7.4. Bài toán áp dụng với một mục tiêu (giảm thiểu độ lệch điện áp tại các nút) áp dụng với mạng điện IEEE 14 nút. 4.7.5. Bài toán áp dụng với một mục tiêu (Cải thiện. trung xoay quanh v  ng dụng SVC để cải thiện chất lượng điện áp . Mà cụ thể là giảm thiểu độ lệch điện áp tại các nút trong hệ thống điện. 1.1.3. Phng pháp nghiên cứu  thc hin nhim. nguyên lý của SVC 3.1.2. Một số ứng dụng của SVC 3.1.3. Các đặc tính của SVC 3.1.3.1. Đặc tính điều chỉnh của SVC 3.1.3.2. Đặc tính làm việc của SVC 3.1.3.3. Điều chỉnh điện áp của SVC 3.2.