NGHIÊN cứu, TÍNH TOÁN GIẢI TÍCH lưới điện có THIẾT bị bù dọc TCSC

MỤC LỤC KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT iii DANH SÁCH BẢNG BIỂU iv DANH SÁCH HÌNH VẼ v ĐẶT VẤN ĐỀ vi CHƢƠNG 1: TỤ BÙ DỌC CÓ ĐIỀU KHIỂN TCSC 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Tụ bù dọc có điều khiển TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Vai trò 1.2.3 Cấu tạo [1],[3] 1.2.4 Các chế độ hoạt động [3] 1.3 Nhận xét chung CHƢƠNG 2: GIẢI TÍCH LƢỚI ĐIỆN BẰNG PHƢƠNG PHÁP NEWTONRAPHSON KHI CÓ THIẾT BỊ BÙ TCSC 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Hệ phƣơng trình cân công suất nút 2.2.1 Hệ phƣơng trình cân công suất nút theo Yij φij 2.2.2 Hệ phƣơng trình cân công suất nút theo Gij Bij 11 2.2.3 Thuật toán tính ma trận Y 11 2.3 Giải tích lƣới điện phƣơng pháp Newton-Raphson [1] 12 2.3.1 Mô tả toán học 12 2.3.2 Áp dụng phƣơng pháp vào giải tích Lƣới điện 15 2.4 Giải tích lƣới điện có thiết bị TCSC 20 2.4.1 Mô hình TCSC [1] 20 2.4.2 Thuật toán 22 i GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH GIẢI TÍCH LƢỚI ĐIỆN CÓ TCSC BẰNG PHƢƠNG PHÁP NEWTON-RAPHSON 29 3.1 Giới thiệu chƣơng trình Matlab 29 3.2 Chƣơng trình giải tích lƣới điện có TCSC 30 3.2.1 Tổ chức chƣơng trình 30 30 3.2.2 Dữ liệu vào 32 3.2.3 Dữ liệu 32 3.2.4 Kiểm tra chƣơng trình 33 3.2.5 Ứng dụng chƣơng trình với trƣờng hợp đặt TCSC vị trí khác 38 KẾT LUẬN CHUNG 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 ii GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT FACTS IEEE SVC TCSC STATCOM SSSC IPFC TSSC TCSR TSSR TCVL TCVR UPFC TCPST TCR TSR TSC FC pu CĐXL HTĐ Nút PQ Nút PV Nút SL Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt Viện kỹ thuật điện điện tử (Là tổ chức chuyên phát triển loại tiêu chuẩn) Thiết bị bù tĩnh (Bộ bù tĩnh) điều khiển thyristor Tụ bù dọc có điều khiển thyristor Bộ bù đồng tĩnh Thiết bị bù dọc đồng tĩnh Bộ điều khiển dòng công suất liên đƣờng dây Tụ điện nối tiếp đóng mở thyristor Điện kháng nối tiếp điều khiển thyristor Kháng điện nối tiếp đóng mở thyristor Bộ giới hạn điện áp điều chỉnh thyristor Bộ điều chỉnh điện áp điều chỉnh thyristor Thiết bị điều chỉnh dòng công suất hợp Máy biến áp chuyển pha điều chỉnh thyristor đóng cắt Kháng điện điều chỉnh thyristor Kháng đóng mở thyristor Bộ tụ đóng mở thyristor Bộ lọc Đơn vị tƣơng đối Chế độ xác lập Hệ thống điện Nút phụ tải Nút giữ điện áp Nút cân công suất iii GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Kết chạy chƣơng trình giải tích CĐXL lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC phƣơng pháp Newton-Raphson 34 Bảng 3.2: Kết chạy chƣơng trình giải tích CĐXL lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC phƣơng pháp Newton-Raphson theo tài liệu 35 Bảng 3.3: Kết chạy chƣơng trình giải tích CĐXL lƣới điện IEEE-5 nút phƣơng pháp Newton-Raphson theo tài liệu 36 Bảng 3.4: Kết chạy chƣơng trình giải tích CĐXL lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC phƣơng pháp Newton-Raphson theo tài liệu 36 Bảng 3.5: Kết chạy chƣơng trình giải tích CĐXL lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC phƣơng pháp Newton-Raphson (trên nhánh từ nút South đến nút Elm) 39 Bảng 3.6: Kết chạy chƣơng trình giải tích CĐXL lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC phƣơng pháp Newton-Raphson 41 iv GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Hình minh họa TCSC Hình 1.2: Hình minh họa TCSC chế độ thyristor đƣợc mở hoàn toàn Hình 1.3: Hình minh họa TCSC chế độ thyristor khóa hoàn toàn Hình 1.4: Hình minh họa TCSC chế độ thyristor có điều khiển Hình 2.1: Lƣới điện xây dựng phƣơng trình cân công suất nút Hình 2.2: Sơ đồ thuật toán tính ma trận tổng dẫn Y 12 Hình 2.3:Hình mô tả toán học phƣơng pháp Newton-Raphson 13 Hình 2.4: Mô hình dung dẫn BTCSC 20 Hình 2.5: Mô hình TCSC với góc mở alpha 21 Hình 3.1: Sơ đồ tổ chức chƣơng trình giải tích lƣới điện có TCSC 30 Hình 3.2: Hình lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC tài liệu 33 Hình 3.3: Hình kết chạy chƣơng trình giải tích CĐXL lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC phƣơng pháp Newton-Raphson tài liệu 34 Hình 3.4: Hình lƣới điện IEEE-5 nút tài liệu 37 Hình 3.5: Hình lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC tài liệu 37 Hình 3.6: Hình lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC nhánh từ nút South tới nút Elm 38 v GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh ĐẶT VẤN ĐỀ Với lên khoa học kĩ thuật, công nghệ tiên tiến, lĩnh vực kĩ thuật có thành tựu mới, đặc biệt đời thiết bị điện tử công suất giải kịp thời vấn đề điều khiển hệ thống điện Một số thiết bị FACTS (Flexible Alternating Curent Transmission System) - Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt, thiết bị đóng vai trò vô quan trọng hệ thống điện giới Hiện Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu thiết bị FACTS, nhiên thƣờng tập trung vào việc giới thiệu đánh giá hiệu hệ thống điện mà chƣa sâu nghiên cứu toán giải tích lƣới điện có thiết bị Điều cho thấy cấp thiết việc xây dựng chƣơng trình để giải vấn đề Trong nội dung đồ án này, tập trung sâu nghiên cứu thiết bị FACTS là: TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) TCSC số thiết bị tiêu biểu cho thiết bị bù dọc, đƣợc sử dụng rộng rãi giới TCSC có vai trò việc điều khiển dòng công suất nâng cao giới hạn truyền tải, đáp ứng nhu cầu tăng lên công suất tác dụng lƣới điện Mục tiêu đề tài xây dựng thuật toán giải toán giải tích lƣới điện có thiết bị TCSC, đƣa modul lập trình thuật toán Từ kết thu đƣợc đƣa đánh giá hiệu việc sử dụng thiết bị TCSC lƣới điện Nội dung đề tải gồm phần sau: Chƣơng 1: “Tụ bù dọc có điều khiển TCSC”, Chƣơng 2: “Giải tích lƣới điện phƣơng pháp Newton-Raphson có thiết bị bù TCSC” Chƣơng 3: “ Chƣơng trình giải tích lƣới điện có thiết bị bù TCSC” vi GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh CHƢƠNG 1: TỤ BÙ DỌC CÓ ĐIỀU KHIỂN TCSC 1.1 Giới thiệu chung Hệ thống lƣợng điện bao gồm thành phần chính: Nguồn phát, Hệ thống truyền tải (điện áp cao), Hệ thống phân phối (trung hạ thế) Các nguồn phát thƣờng đƣợc xây dựng phát triển thƣờng xa khu trung tâm phụ tải lớn, chẳng hạn nhƣ nhà máy Thủy điện thƣờng đƣợc xây nơi có nguồn nƣớc với cột áp cao có lƣu lƣợng dòng chảy lớn; nhà máy nhiệt điện thƣờng đƣợc xây dựng gần nguồn nhiên liệu; nhà máy địa nhiệt thủy triều xây dựng số địa điểm; nhà máy điện hạt nhân đƣợc xây dựng xa khu dân cƣ, đô thị Chính vậy, để điện xa cần có lƣới điện truyền tải cao áp, kết nối với tất nguồn phát tạo thành hệ thống điện quốc gia Các hệ thống phân phối kết nối với hệ thống truyền tải gần hộ phụ tải Hệ thống truyền tải có vai trò đặc biệt quan trọng việc đảm bảo an ninh lƣợng phải đƣợc đảm bảo phát triển phù hợp với yêu cầu phát triển trạng phát triển kinh tế quốc gia Hệ thống truyền tải cần phải đảm bảo độ tin cậy, độ an toàn cung cấp điện có độ dự trữ định dung lƣợng để đáp ứng nhu cầu phát triển phụ tải Hệ thống truyền tải điện thƣờng xoay chiều pha, vận hành cấp điện áp khác (thƣờng từ cấp 220kV trở lên) Với yêu cầu ngày tăng lên công suất khoảng cách truyền tải, cấp điện áp đƣợc tăng lên để giảm tổn thất truyền tải Khả truyền tải hệ thống truyền tải phụ thuộc vào yếu tố sau: - Giới hạn nhiệt Giới hạn cách điện Giới hạn ổn định Các giới hạn xác định tối đa công suất truyền tải mà đảm bảo không gây nguy hiểm tới đƣờng dây thiết bị truyền tải điện Về ta xây lắp thêm đƣờng dây truyền tải để nâng cao công suất truyền tải Tuy nhiên điều dẫn tới vấn đề khác nhƣ: tốn vốn đầu tƣ, thời gian xây lắp lâu hành lang an toàn tuyến đƣờng dây… Vì hệ thống điện phát triển nhanh đòi hỏi có công nghệ để khai thác tối đa khả tải hệ thống mà không làm ảnh hƣởng tới an toàn hệ thống điện Để đáp ứng nhu cầu này, nghiên cứu thiết bị điều GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh chỉnh linh hoạt hệt hống truyền tải xoay chiều (FACTS) đƣợc tiến hành vào cuối năm 1980 nhằm giải hai vấn đề nâng cao khả truyền tải cảu hệ thống truyền tải giữ công suất khoảng giới hạn định trƣớc Với phát triển vƣợt bậc lĩnh vực điều khiển tự động, với phát triển nhanh chóng thiết bị bán dẫn điện tử công suất lớn cho phép điều khiển dòng lƣợng tức thời giúp cho việc điều khiển hệ thống điện thực đƣợc theo cách thức mà phần tử khí, điện từ trƣớc không đảm bảo đƣợc Để điều khiển công suất cách hiệu hệ thống điện cần xem xét tới yếu tố giới hạn khả truyền tải xác định rõ lợi ích đạt đƣợc sử sụng thiết bị Trong trình truyền tải điện năng, để điều khiển điện áp nút hệ thống nâng cao khả tải đƣờng dây, sử dụng thiết bị chuyên dùng cho hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt, viết tắt FACTS (Flexible Alternating Curent Transmission System) Hệ thống kết hợp thiết bị điện tử công suất (bộ chỉnh lƣu nghịch lƣu có điều khiển) phần tử cuộn cảm, tụ điện để thay đổi thông số đƣờng dây thay đổi dòng công suất đƣờng dây Các thiết bị FACTS đƣợc phân chia thành loại nhƣ sau:  Các thiết bị bù ngang: SVC, STATCOM  Các thiết bị bù dọc: TCSC, TSSC, SSSC, IPFC, TCSR, TSSR  Các thiết bị bù hỗn hợp: UPFC, TCPST, TCVL, TCVR Bên cạnh đó, chất lƣợng điện ngày đƣợc trọng Chất lƣợng điện đƣợc đặc trƣng giá trị qui định điện áp tần số mạng điện Chất lƣợng điện ảnh hƣởng nhiều tới tiêu kinh tế kxy thuật hộ dùng điện Các thiết bị dùng điện làm việc với hiệu tốt trƣờng hợp điện có chất lƣợng cao Các tiêu chất lƣợng điện là: độ lệch tần số, độ lệch điện áp, dao động điện áp, không đối xứng không hình sin đƣờng cong điện áp Độ lệch tần số nhƣ toàn hệ thống điện, giá trị tần số thời điểm đƣợc xác định tốc độ quay máy phát điện Trong chế GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh độ xác lập bình thƣờng tất máy phát có tốc độ đồng Vì độ lệch tần số tiêu hệ thống chất lƣợng điện Điện áp có giá trị khác điểm khác mạng điện Vì tiêu chất lƣợng điện áp cục Trong chế độ thực mạng điện, điện áp khác với điện áp danh định Sự khác biệt đƣợc đặc trƣng tiêu chất lƣợng điện áp: độ lệch điện áp, dao động điện áp… Chúng ta có số phƣơng pháp để điều chỉnh điện áp nhƣ: điều chỉnh điện áp đầu phân áp máy biến áp, thực biện pháp bù… Điện áp công suất phản kháng có mối liên hệ với nhau, muốn điều chỉnh điện áp ngƣời ta tìm cách điều chỉnh công suất phản kháng cách thực biện pháp bù công suất phản kháng Ta thực bù tụ bù, máy bù không đồng thiết bị bù FACTS Ngoài việc làm giảm tổn thất công suất lƣới góp phần đảm bảo chất lƣợng điện Chính điều trên, thiết bị FACTS TCSC đem lại cho nhiều lợi ích sử dụng thiết bị lƣới Đây thiết bị quan trọng đƣợc sử dụng rộng rãi, cần nghiên cứu, tìm hiểu chúng Trong nội dung đồ án nghiên cứu vai trò, tác dụng thiết bị bù dọc TCSC tới chế độ xác lập hệ thống điện 1.2 Tụ bù dọc có điều khiển TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) 1.2.1 Định nghĩa TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) hay gọi tụ bù dọc có điều khiển TCSC bù điện kháng mang tính chất dung kháng, có chứa tụ điện nối tiếp song song với kháng điện điều khiển thyristor (TCR) nhằm cung cấp điện dung điều chỉnh trơn 1.2.2 Vai trò Thiết bị TCSC có ứng dụng sau:  Tăng khả tải đƣờng dây  Điều khiển dòng công suất, giảm tổn thất  Cải thiện vận hành ổn định HTĐ GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh  Dập dao động tầm số thấp  Ngăn ngừa sụp đổ điện áp 1.2.3 Cấu tạo [1],[3] TCSC dựa thyristor thông thƣờng nhƣng lại thiết bị FACTS quan trọng Một kháng điện thay đổi điện kháng nhƣ TCR đƣợc nối song song với tụ Khi góc pha TCR 1800, kháng điện không dẫn điện tụ có điện kháng bình thƣờng Khi góc pha thay đổi từ 1800 nhỏ 1800, điện kháng dung tăng lên Khi góc pha 900, kháng điện trở nên dẫn điện hoàn toàn, điện kháng tăng mang tính chất cảm, điện kháng kháng điện đƣợc thiết kế nhỏ nhiều so với điện kháng tụ.Với góc pha 900, TCSC hạn chế dòng cố TCSC khối lớn, đơn lẻ chứa vài tụ điện kích cỡ khác để hoạt động mang lại hiệu tốt Hình 1.1: Hình minh họa TCSC 1.2.4 Các chế độ hoạt động [3] Nguyên lý hoạt động: Thay đổi giá trị điện kháng thông qua góc mở thyristor - Chế độ thyrsistor mở hoàn toàn  Dòng điện hình sin  Tổng trở TCSC có tính cảm kháng điện dẫn B kháng thƣờng chọn lớn tụ  Dòng điện hầu hết qua cuộn kháng phần nhỏ chạy qua tụ > có tác dụng bảo vệ tụ chống áp có độ dòng điện Hình 1.2: Hình minh họa TCSC chế độ thyristor đƣợc mở hoàn toàn GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH GIẢI TÍCH LƢỚI ĐIỆN CÓ TCSC BẰNG PHƢƠNG PHÁP NEWTON-RAPHSON 3.1 Giới thiệu chƣơng trình Matlab Cùng với phát triển tin học, Matlab phần mềm tính toán đƣợc xây dựng hoàn thiện đầy đủ với việc áp dụng nhiều thuật toán phong phú, đặc biệt với tên nó: “Matrix Laboratory” thuật toán ma trận đƣợc coi nhƣ hạt nhân quan trọng lập trình Matlab Nó chứa đựng phƣơng tiện tính toán thuận tiện kĩ thuật điện, điện tử, học nhƣ: toán tử phức, ma trận, véc tơ, đa thức, xử lí tín hiệu, lọc Matlab làm việc đƣợc hai chế độ: tƣơng tác lập trình Trong chế độ tƣơng tác, Matlab thực lệnh đƣợc gõ cửa sổ lệnh sau dấu nhắc lệnh (>>) Trong chế độ lập trình, tệp lệnh đƣợc soạn thảo ghi thành tệp đuôi m (m-file) Để chạy chƣơng trình cần gọi tên m-file cửa sổ lệnh Hệ thống Matlab cho phép ngƣời dùng giải toán chuyên sâu nhƣ: tính toán tối ƣu, hệ thống điều khiển, mạng nơron, logic mờ, phân tích tài chính, mô dạng sóng…với độ xác cao tốc độ nhanh Ngôn ngữ Matlab phong phú ngôn ngữ lập trình cấp cao khác Nó gần nhƣ áp dụng tất phƣơng tiện lập trình biết, kể mô (Simulink), đồ họa, hoạt hình… Hệ thống Matlab có chứa số lƣợng khổng lồ phép tính, thuật giải hàm cho phép giải nhiều toán phức tạp nhƣ lấy nghịch đảo ma trận, đạo hàm, vi phân, tích phân… Ngôn ngữ đầu vào Matlab gần giống nhƣ Basic (hỗn hợp Fortran Pascal) quen thuộc dễ dàng nhiều ngƣời sử dụng Thêm vào đó, hệ thống có khả hiệu chỉnh chƣơng trình, ngƣời dùng không máy báo lỗi giúp cho việc tìm kiếm sửa lỗi dễ dàng Là hệ thống mở, Matlab kết hợp nhiều phƣơng pháp tính mà áp dụng thuận tiện cho ngƣời sử dụng Matlab thực phƣơng tiện trợ giúp ngƣời tốt lĩnh vực học tập, nghiên cứu ứng dụng khoa học kĩ thuật 29 GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh 3.2 Chƣơng trình giải tích lƣới điện có TCSC 3.2.1 Tổ chức chƣơng trình Nhập liệu lƣới điện vào file (NetworkData.m) Nhập liệu TCSC vào file (TCSCdata.m) Đọc liệu lƣới điện (NetworkData.m) Đọc liệu TCSC (TCSCData.m) Tính ma trận tổng dẫn (Ybus.m) Tính chế độ xác lập lƣới điện theo phƣơng pháp Newton-Raphson có TCSC (TCSCFANewtonRaphson.m) Tính dòng công suất lƣới (Pqflows.m) Tính Dòng công suất chảy qua TCSC (TCSCPQpower.m) In kết tính công suất hình (DisplayPowerResult.m) Hình 3.1: Sơ đồ tổ chức chƣơng trình giải tích lƣới điện có TCSC 30 GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Quá trình đƣợc tổ chức file MainTCSC, nội dung file nhƣ sau: %Chuong trinh chinh tinh toan giai tich luoi dien co TCSC che dieu %chinh goc alpha bang thuat toan Newton-Raphson %Nguoi viet: Nguyen Dinh Thinh - D5H2_EPU %HAM DOC DU LIEU LUOI DIEN NetworkData; %HAM DOC DU LIEU SVC TCSCdata; %THONG SO CHUNG %itmax= So buoc lap lon nhat %tol= Sai so cho phep itmax=100; tol=1e-12; nmax=2*nb; VA=VA*180/pi; MVAbase=100; % Cong suat co ban %HAM TINH MA TRAN TONG DAN [YR, YI] = Ybus(tlsend, tlrec, tlresis, tlreac, tlsuscep, tlcond, shbus, shresis, shreac, ntl, nb, nsh); %HAM GIAI TICH LUOI DIEN BANG PHUONG PHAP NEWTON-RAPHSON KHI CO TCSC [VM, VA, it, FA, X,gocalpha,XTCSC,deltaPTCSC] = TCSCFANewtonRaphson(nmax, tol, itmax, ngn, nld, nb, bustype, genbus, loadbus, PGEN,QGEN, QMAX, QMIN, PLOAD, QLOAD, YR, YI, VM, VA, NTCSCFA, TCSCFAsend, TCSCFArec, Xc, Xl, FA,FALo, FAHi, Flow, Psta, Psp); %HAM TINH DONG CONG SUAT TRONG LUOI [PQsend, PQrec, PQloss, PQbus] = PQflows(nb, ngn, ntl, nld, genbus, loadbus, tlsend, tlrec, tlresis,tlreac, tlcond, tlsuscep, PLOAD, QLOAD, VM, VA); %HAM TINH DONG CONG SUAT CHAY QUA TCSC [PQTCSCsend, PQTCSCrec] = TCSCPQpower(VA, TCSCFAsend, TCSCFArec, X); VM, NTCSCFA, %HAM IN KET QUA TINH CONG SUAT RA MAN HINH DisplayPowerResults; 31 GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh TONGSOBUOCLAP=it 3.2.2 Dữ liệu vào - Dữ liệu vào MainTCSC.m bao gồm: tol: Sai số cho phép itmax: Số bƣớc lặp lớn ngn: Số lƣợng máy phát nld: Số lƣợng tải nb: Tổng số nút bustype: Loại nút genbus: Ký hiệu nút máy phát loadbus: Ký hiệu nút tải PGEN: Công suất tác dụng máy phát QGEN: Công suất phản kháng máy phát QMAX: Giới hạn công suất phản kháng tối đa máy phát QMAX: Giới hạn công suất phản kháng tối thiểu máy phát PLOAD: Công suất tác dụng tải tiêu thụ QLOAD: Công su ất phản kháng tải tiêu thụ YR: Phần thực tổng dẫn Y YI: Phần ảo tổng dẫn Y VM: Modun điện áp nút VA: Góc pha điện áp nút NTCSCFA: Số lƣợng TCSC TCSCsend: Nút gửi công suất đến TCSC TCSCrec: Nút nh ận công suất từ TCSC FA: Góc alpha ban đầu Xc: Điện dung TCSC Xl: Điện cảm TCSC FALo: Giới hạn góc alpha nhỏ FAHi:Giới hạn góc alpha lớn Flow: Chiều dòng công suất Psp: Lƣợng công suất tác dụng đƣợc điều khiển TCSC Psta: Tình trạng điều khiển công suất tác dụng 3.2.3 Dữ liệu Dữ liệu MainTCSC.m bao gồm: - VM: Modun điện áp nút i bƣớc lặp thứ k - VA: Góc pha điện áp nút i bƣớc lặp thứ k 32 GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh - it: Tổng số bƣớc lặp FA: Góc alpha cuối X: Điện kháng TCSC cuối gocalpha: Góc alpha bƣớc lặp thứ k XTCSC: Điện kháng TCSC bƣớc lặp thứ k deltaPTCSC: Độ lệch công suất bƣớc lặp thứ k 3.2.4 Kiểm tra chƣơng trình Để kiểm tra chƣơng trình ta sử dụng lƣới điện IEEE-5 nút (trang 188 tài liệu[1]) Ta thực mô lƣới điện chƣơng trình viết so sánh với kết tài liệu Kết thu đƣợc sau chạy chƣơng trình với sai số cho phép ε = 1.10-12 nhƣ bảng dƣới So sánh kết sau chạy chƣơng trình với đáp án ta đƣa kết luận chƣơng trình chạy với sai số chấp nhận đƣợc Hình 3.2: Hình lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC tài liệu [1] 33 GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Bảng 3.1: Kết chạy chƣơng trình giải tích CĐXL lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC phƣơng pháp Newton-Raphson Chƣơng trình Số bƣớc lặp XTCSC alpha ΔPTCSC -0,04711 145,0000 0,6 -0,04711 145,0000 0,021025917 -0,03164 146,3458 0,067476362 -0,02209 148,3147 0,004060404 -0,02162 148,4667 8,33E-05 -0,02162 148,4675 9,94E-09 -0,02162 148,4675 1,07E-14 Chƣơng trình Nút North South Lake Main Elm Modul điện áp nút (p.u.) 1,0600 1,000 0,9870 0,9876 0,9844 Góc pha điện áp nút(deg) -2,0380 -4,7274 -4,4605 -4,8113 Hình 3.3: Hình kết chạy chƣơng trình giải tích CĐXL lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC phƣơng pháp Newton-Raphson tài liệu [1] 34 GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Bảng 3.2: Kết chạy chƣơng trình giải tích CĐXL lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC phƣơng pháp Newton-Raphson theo tài liệu [1] Tài liệu Số bƣớc lặp XTCSC alpha ΔPTCSC -0,0518 145,00 2,10E-01 -0,0518 145,00 2,00E-02 -0,0341 146,26 7,80E-02 -0,0222 148,46 3,60E-03 -0,0216 148,66 1,10E-04 -0,0216 148,66 1,10E-08 -0,0216 148,66 1,00E-16 Tài liệu Nút North South Lake Main Elm Modul điện áp nút (p.u.) 1,06 0,987 0,988 0,984 Góc pha điện áp nút(deg) -2,04 -4,72 -4,46 -4,81 Ở số giá trị việc làm tròn kết chƣơng trình matlab nên có sai khác nhỏ chƣơng trình tài liệu [1] Sai số không 0,1% 35 GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh So sánh kết chạy giải tích lƣới điện trƣớc sau có thiết bị TCSC: Bảng 3.3: Kết chạy chƣơng trình giải tích CĐXL lƣới điện IEEE-5 nút phƣơng pháp Newton-Raphson theo tài liệu [1] Công suất tác dụng truyền tải qua nhánh Từ nút North đến nút Lake 41,7908 MW Từ nút South đến nút Lake 24,4727 MW Từ nút Lake đến nút Main 19,3862 MW Từ nút South đến nút Main 27,7130 MW Từ nút Main đến nút Elm 6,5983 MW Từ nút South đến nút Elm 54,6599 MW Từ nút North đến nút South 89,3314 MW Bảng 3.4: Kết chạy chƣơng trình giải tích CĐXL lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC phƣơng pháp Newton-Raphson theo tài liệu [1] Công suất tác dụng truyền tải qua nhánh Từ nút North đến nút Lake 42,4476 MW Từ nút South đến nút Lake 25,4980 MW Từ nút Lake đến nút Main 21,000 MW Từ nút South đến nút Main 26,6052 MW Từ nút Main đến nút Elm 7,1339 MW Từ nút South đến nút Elm 54,1059 MW Từ nút North đến nút South 88,6796 MW Dòng công suất cách nhánh có thay đổi trƣớc sau sử dụng TCSC, công suất lƣới đƣợc phân bố lại nhằm giảm tổn thất lƣới 36 GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Hình 3.4: Hình lƣới điện IEEE-5 nút tài liệu [1] Hình 3.5: Hình lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC tài liệu [1] 37 GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nhận xét: Với góc alpha 148,660, TCSC giữ công suất truyền tải nhánh từ Lake tới Main 21MW nhƣ mong muốn Vì góc alpha chƣa đạt đến giới hạn nên công suất truyền tải nhánh từ Lake tới Main thay đổi giới hạn định 3.2.5 Ứng dụng chƣơng trình với trƣờng hợp đặt TCSC vị trí khác Sau kiểm tra chƣơng trình chạy đúng, ta giả sử trƣờng khác đặt TCSC nhánh đƣờng dây khác, trƣờng hợp chọn nhánh đƣờng dây từ nút South tới nút Elm Nhƣ chƣơng trình chạy ta tăng thêm công suất tác dụng nhánh đƣờng dây từ Lake tới Main từ 19,4 MW lên 21 MW, nghĩa tăng thêm 8,2% công suất tác dụng Vì nhánh đƣờng dây từ nút South tới nút Elm ta chọn tăng thêm 8,2% công suất tác dụng từ 54,7 MW lên 59,19 MW để ta so sánh dòng công suất cách nhánh đƣờng dây lúc đƣợc xác lập nhƣ Hình 3.6: Hình lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC nhánh từ nút South tới nút Elm 38 GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Kết sau chạy chƣơng trình đƣợc cho bảng sau: Bảng 3.5: Kết chạy chƣơng trình giải tích CĐXL lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC phƣơng pháp Newton-Raphson (trên nhánh từ nút South đến nút Elm) Chƣơng trình Số bƣớc lặp XTCSC alpha ΔPTCSC -0,0471 145,0000 0,6 -0,0471 145,0000 0,0216 -0,0458 145,0782 0,1070 -0,0423 145,3060 0,0637 -0,0399 145,4860 0,0341 -0,0386 145,5915 0,0181 -0,0380 145,6493 0,0099 -0,0376 145,6811 0,0054 -0,0374 145,6988 0,0030 10 -0,0373 145,7086 0,0017 11 -0,0373 145,7141 9,2622E-4 12 -0,0372 145,7171 5,1562E-4 13 -0,0372 145,7188 2,8719E-4 14 -0,0372 145,7198 1,6000E-4 15 -0,0372 145,7203 8,9157E-5 16 -0,0372 145,7206 4,8695E-5 17 -0,0372 145,7208 2,7689E-5 18 -0,0372 145,7209 1,5432E-5 19 -0,0372 145,7209 8,6004E-6 20 -0,0372 145,7209 4,7932E-6 39 GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh 21 -0,0372 145,7210 2,6714E-6 22 -0,0372 145,7210 1,4889E-6 23 -0,0372 145,7210 8,2979E-7 24 -0,0372 145,7210 4,6247E-7 25 -0,0372 145,7210 2,5775E-7 26 -0,0372 145,7210 1,4365E-7 27 -0,0372 145,7210 8,0062E-8 28 -0,0372 145,7210 4,4621E-8 29 -0,0372 145,7210 2,4869E-8 30 -0,0372 145,7210 1,3860E-8 31 -0,0372 145,7210 7,7248E-9 32 -0,0372 145,7210 4,3053E-9 33 -0,0372 145,7210 2,3995E-9 34 -0,0372 145,7210 1,3373E-9 35 -0,0372 145,7210 7,4533E-10 36 -0,0372 145,7210 4,1540E-10 37 -0,0372 145,7210 2,3151E-10 38 -0,0372 145,7210 1,2903E-10 39 -0,0372 145,7210 7,1916E-11 40 -0,0372 145,7210 4,0072E-11 41 -0,0372 145,7210 2,2346E-11 42 -0,0372 145,7210 1,2451E-11 43 -0,0372 145,7210 6,9361E-12 44 -0,0372 145,7210 3,8686E-12 40 GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh 45 -0,0372 145,7210 2,1769E-12 46 -0,0372 145,7210 1,1992E-12 47 -0,0372 145,7210 6,7063E-13 Chƣơng trình Nút North South Lake Main Elm Modul điện áp nút (p.u.) 1,0600 1,000 0,9655 0,9609 0,9447 Góc pha điện áp nút(deg) -1,6624 -4,2985 -4,5620 -4,6279 Bảng 3.6: Kết chạy chƣơng trình giải tích CĐXL lƣới điện IEEE-5 nút có TCSC phƣơng pháp Newton-Raphson Công suất tác dụng truyền tải qua nhánh Từ nút North đến nút Lake 41,6507 MW Từ nút South đến nút Lake 22,7513 MW Từ nút Lake đến nút Main 17,2234 MW Từ nút South đến nút Main 25,5787 MW Từ nút Main đến nút Elm 2,3392 MW Từ nút South đến nút Elm 59,1926 MW Từ nút North đến nút South 91,8468 MW Từ bảng kết hình vẽ lƣới điện, ta thấy lúc dòng công suất nhánh có thay đổi, điện áp nút thay đổi Qua thấy ta đặt TCSC nhánh khác dòng công suất lƣới có thay đổi, điều dẫn tới hiệu vị trí đặt TCSC khác Với kết việc so sánh trên, mở rộng qui mô toán xét với lƣới điện lớn hơn, nghiên cứu thêm để tiến hành tìm vị trí để đặt thiết bị TCSC để thu lại kết tối ƣu vận hành 41 GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh KẾT LUẬN CHUNG Trong khuôn khổ đồ án này, xét ứng dụng thuật toán giải tích lƣới điện có thiết bị TCSC lƣới điện IEEE nút Thuật toán phƣơng pháp đƣợc lập trình môi trƣờng Matlab Chƣơng trình viết có khả tính cho lƣới điện đơn giản mà áp dụng cho lƣới điện phức tạp nhiều nút Việc tính toán giải tích lƣới điện trở nên đơn giản thông số phần tử lƣới điện đƣợc chuyển sang đơn vị tƣơng đối Điều cần thiết trình lập trình modul giải thuật toán Trong chƣơng đồ án giới thiệu đến bạn đọc định nghĩa, vai trò, cấu tạo chế độ hoạt động TCSC Chƣơng đồ án trình bày trình xây dựng hệ phƣơng trình cân công suất nút (có thể biểu diễn theo mô đun - góc pha phần thực - phần ảo ma trận tổng dẫn nút), cách tính toán ma trận tổng dẫn Y, đƣa thuật toán giải tích lƣới điện phƣơng pháp Newton-Raphson có thiết bị bù dọc TCSC Chƣơng đồ án trình bày phần lập trình chƣơng trình giải tích chế độ xác lập lƣới điện môi trƣờng Matlab Ở phần này, ta trình bày cách tổ chức chƣơng trình, liệu nhập liệu xuất chƣơng trình Chƣơng trình đƣợc kiểm tra thông qua mô lƣới điện đơn giản phần cuối chƣơng So sánh với kết tài liệu [1] ta thấy chƣơng trình chạy hoàn toàn xác Các ứng dụng chƣơng trình đƣợc trình bày cụ thể chƣơng Việc mô thành công lƣới điện IEEE-5 nút giúp ta đến kết luận chƣơng trình hoàn toàn có khả tính toán cho lƣới điện phức tạp nhiều Nhƣ vậy, chƣơng trình lập trình theo phƣơng pháp tách biến nhanh xây dựng môi trƣờng Matlab thực công cụ hữu ích tin cậy tính toán chế độ xác lập lƣới điện phục vụ toán quy hoạch, phân bố tối ƣu công suất… đặc biệt việc phân tích hệ thống dự phòng hay mô hệ thống điều khiển tự động hệ thống điện 42 GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh: [1] (Wiley Publication 2004) FACTS - Modelling and Simulation in Power Networks - (By Laxxuss) [2] Power System Stability And Control - Prabha Kundur [3] Phân tích chế độ xác lập Hệ thống điện-Phạm Văn Hòa-Nhà Xuất Bản Bách Khoa Tiếng Việt: [4] Matlab ứng dụng-Trần Quang Khánh-Nhà Xuất Bản Khoa Học & Kĩ Thuật [5] Bài giảng bảo vệ điều khiển hệ thống điện II, Đại học Bách khoa Hà Nội [6] Phân tích chế độ xác lập Hệ thống điện, PGS.TS Phạm Văn Hòa, Nhà Xuất Bản Bách Khoa [7] Tài liệu điện tử công suất truyển tải điện năng,TS Trần Trọng Minh, Đại học Bách khoa Hà Nội 43 GVHD: TS Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Đình Thịnh ... Chƣơng 1: “Tụ bù dọc có điều khiển TCSC , Chƣơng 2: Giải tích lƣới điện phƣơng pháp Newton-Raphson có thiết bị bù TCSC Chƣơng 3: “ Chƣơng trình giải tích lƣới điện có thiết bị bù TCSC vi GVHD:... Bƣớc 2.4 Giải tích lƣới điện có thiết bị TCSC 2.4.1 Mô hình TCSC [1] Với việc sử dụng TCSC lƣới tính toán giải tích Lƣới điện ta cần đƣa mô hình cho việc tính toán chế độ xác lập, qua trình nghiên. .. lƣới điện Mục tiêu đề tài xây dựng thuật toán giải toán giải tích lƣới điện có thiết bị TCSC, đƣa modul lập trình thuật toán Từ kết thu đƣợc đƣa đánh giá hiệu việc sử dụng thiết bị TCSC lƣới điện