Nghiên cứu mô hình và ứng dụng một số thiết bị FACTS trong tính toán hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN XUÂN HỒNG NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :TS ĐINH QUANG HUY HÀ NỘI – 2010 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố Tác giả Nguyễn Xuân Hồng Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU LINH HOẠT (FACTS) 13 1.1 Hệ thống truyền tải điện 13 1.1.1 Giới thiệu chung 13 1.1.2 Điều chỉnh , điều khiển thông số hệ thống điện 15 1.2 Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) 20 1.2.1 Thiết bị điều khiển ngang 20 1.2.2 Thiết bị điều khiển dọc 22 1.2.3 Thiết bị điều khiển kết hợp 24 1.3 Hiệu ứng dụng thiết bị điều khiển FACTS 25 CHƯƠNG CẤU TẠO NGUYÊN LÝ VÀ MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ SVC VÀ TCSC 27 2.1 Cấu tạo nguyên lý phần tử 27 2.1.1 Cuộn kháng có điều chỉnh thyristor – TCR 27 2.1.1.1 Cấu tạo TCR 27 2.1.1.2 Nguyên lý hoạt động đặc tính điều chỉnh 28 2.1.1.3 TCR pha 32 2.1.2 Cuộn kháng đóng cắt thyristor – TSR 35 2.1.3 Tụ điện đóng cắt thyristor – TSC 36 2.2 Thiết bị bù ngang tĩnh có điều khiển - SVC 40 2.2.1 Cấu tạo SVC 40 Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN 2.2.2 Đặc tính làm việc SVC 41 2.2.3 Các khối điều khiển SVC 47 2.2.4 Mô hình hóa thiết bị SVC tính toán chế độ xác lập hệ thống điện 50 2.2.4.1 Mô hình thiết bị bù SVC theo dung dẫn điều chỉnh 51 2.2.4.2 Mô hình thiết bị bù SVC theo nguồn công suất phản kháng phụ thuộc vào góc điều khiển α 51 2.3 Thiết bị bù dọc điều chỉnh thyristor - TCSC 53 2.3.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động TCSC 53 2.3.2 Đặc tính làm việc TCSC 57 2.3.3 Các khối điều khiển TCSC 58 2.3.3.1 Mô hình điều khiển TCSC 58 2.3.3.2 Mô hình điều khiển TCSC 60 2.3.4 Mô hình hóa thiết bị TCSC tính toán chế độ xác lập hệ thống điện 62 2.3.4.1 Mô hình thiết bị TCSC theo điện kháng điều chỉnh 62 2.3.4.2 Mô hình TCSC theo điện kháng thay đổi phụ thuộc vào góc điều khiển α 62 CHƯƠNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ SVC VÀ TCSC TRONG BÀI TOÁN TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 68 3.1 Mô hình toán tính toán chế độ xác lập hệ thống điện 68 3.2 Bài toán tính toán chế độ xác lập hệ thống điện có thiết bị SVC 70 3.2.1 Trường hợp SVC có mô hình theo dung dẫn điều chỉnh 70 3.2.2 Trường hợp SVC có mô hình theo nguồn công suất phản kháng phụ thuộc vào góc điều khiển 72 3.3 Bài toán tính toán chế độ xác lập hệ thống điện có thiết bị TCSC 74 Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN 3.3.1 Trường hợp TCSC có mô hình theo điện kháng điều chỉnh 75 3.3.2 Trường hợp TCSC có mô hình theo điện kháng phụ thuộc vào góc điều khiển 77 3.4 Kết ứng dụng 81 CHƯƠNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ SVC VÀ TCSC TRONG BÀI TOÁN TỐI ƯU HÓA CHI PHÍ PHÁT ĐIỆN CỦA CÁC MÁY PHÁT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 88 4.1 Lý thuyết tối ưu hóa phi tuyến 88 4.1.1 Tối ưu hóa phi tuyến không ràng buộc 88 4.1.1.1 Bài toán tối ưu hóa phi tuyến không ràng buộc 88 4.1.1.2 Phương pháp Newton giải toán tối ưu hóa không ràng buộc 89 4.1.2 Tối ưu hóa phi tuyến có ràng buộc đẳng thức 90 4.1.2.1 Bài toán tối ưu hóa phi tuyến có ràng buộc đẳng thức 90 4.1.2.2 Phương pháp Lagrange giải toán phi tuyến có ràng buộc đẳng thức 90 4.1.3 Tối ưu phi tuyến có ràng buộc bất đẳng thức 91 4.1.3.1 Bài toán tối ưu phi tuyến có ràng buộc bất đẳng thức 91 4.1.3.2 Một số phương pháp giải toán phi tuyến có ràng buộc bất đẳng thức 91 4.2 Tối ưu hóa hệ thống điện 94 4.2.1 Bài toán tối ưu hóa hệ thống điện 94 4.2.2 Hàm mục tiêu 94 4.2.3 Các biến 95 4.2.4 Các ràng buộc đẳng thức 96 4.2.5 Các ràng buộc bất đẳng thức 97 Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN 4.2.6 Giải toán tối ưu hệ thống điện chưa có thiết bị FACTS 97 4.2.7 Bài toán tối ưu hóa hệ thống điện có thiết bị SVC 107 4.2.8 Bài toán tối ưu hóa hệ thống điện có thiết bị TCSC 109 4.3 Kết ứng dụng thuật toán tối ưu hóa 112 CHƯƠNG KẾT LUẬN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 PHỤ LỤC 120 Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT HTĐ Hệ thống điện ĐDK Đường dây không FACTS Flexible AC Transmission System – Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt TCR Thyristor Controlled Reactor – Kháng điện điều khiển thyristor TSR Thyristor Switched Reactor – Kháng điện đóng mở thyristor TSC Thyristor Switched Capacitor – Tụ điện đóng mở thyristor SVC Static Var Compensator TCSC Thyristor Controlled Series Capacitor Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 4.1 Hệ số chi phí giới hạn phát công suất tác dụng máy phát 113 Bảng 4.2 Kết tính toán trào lưu công suất chi phí hệ thống điện nút chưa tính toán tối ưu hóa 113 Bảng 4.3 Kết tính toán tối ưu hóa cho hệ thống điện có thiết bị SVC để điều chỉnh điện áp 114 Bảng 4.4 Kết tính toán tối ưu hóa hệ thống điện có thiết bị bù TCSC 116 Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Điều khiển dòng công suất đường dây truyền tải 16 Hình 1.2 Thiết bị điều khiển ngang 21 Hình 1.3 Cấu tạo SVC 22 Hình 1.4 Thiết bị điều khiển dọc 23 Hình 1.5 Thiết bị TCSC 23 Hình 1.6 Thiết bị điều khiển kết hợp dọc-dọc 24 Hình 1.7 Thiết bị điều khiển kết hợp dọc - ngang 24 Hình 2.1 Cấu tạo TCR 27 Hình 2.2 Dòng điện điện áp TCR với góc điều khiển khác 29 Hình 2.3 Đặc tính dung dẫn TCR theo góc điều khiển 30 Hình 2.4 Sóng hài dòng điện TCR 31 Hình 2.5 Sóng hài tổng sóng hài không dòng điện qua TCR 31 Hình 2.6 TCR nối tam giác, giá trị dòng điện dây pha ứng với góc điều khiển khác 32 Hình 2.7 Sơ đồ sợi TCR ba pha có lọc 33 Hình 2.8 Điện áp dòng điện đóng tụ điện vào nguồn điện 37 Hình 2.9 TSC có cuộn kháng nối tiếp với tụ 38 Hình 2.10 Điện áp sau đóng van TSC 38 Hình 2.11 Các loại TSC ba pha 39 Hình 2.12 Sơ đồ TSC nói chung 40 Hình 2.13 Các thành phần cấu tạo SVC 40 Hình 2.14 a) Đặc tính V-I SVC b) Đặc tính V-Q SVC 41 Hình 2.15 Đặc tính độ dốc có độ dốc SVC 44 Hình 2.16 Phối hợp hoạt động hai SVC 46 Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN Hình 2.17 Cấu trúc chung hệ thống điều khiển SVC 47 Hình 2.18 Đặc tính làm việc SVC 50 Hình 2.19 Mô hình thiết bị SVC theo dung dẫn thay đổi 51 Hình 2.20 Mô hình thiết bị SVC nguồn công suất phản kháng phụ thuộc vào góc điều khiển 52 Hình 2.21 Cấu tạo TCSC 53 Hình 2.22 Hệ thống TCSC thực tế 54 Hình 2.23 Các chế độ hoạt động TCSC 55 Hình 2.24 Đặc tính làm việc TCSC 57 Hình 2.25 Sơ đồ điều khiển TCSC 58 Hình 2.26 Cấu trúc vòng lặp điều khiển ổn định TCSC 59 Hình 2.27 Sơ đồ khối điều khiển TCSC dựa đồng thành phần dòng điện 61 Hình 2.28 Sơ đồ điều khiển TCSC dựa dự đoán thời điểm qua giá trị điện áp tụ điện 61 Hình 2.29 Mạch điện tương đương TCSC 62 Hình 2.30 Sơ đồ thay nhánh có thiết bị bù TCSC 63 Hình 2.31 Dòng điện chạy qua TCR 63 Hình 2.32 Điện kháng TCSC tần số 67 Hình 3.1 Sơ đồ thay nhánh đường dây điển hình 68 Hình 3.2 Sơ đồ thuật toán tính toán trào lưu công suất hệ thống có thiết bị SVC (theo mô hình điện dung điều chỉnh được) 71 Hình 3.3 Sơ đồ thuật toán tính toán trào lưu công suất hệ thống điện có thiết bị SVC (theo mô hình nguồn công suất phản kháng phụ thuộc vào góc điều khiển) 73 Hình 3.4 Sơ đồ thuật toán tính toán trào lưu công suất hệ thống có thiết bị Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN toán theo nhánh hệ thống Hệ thống có nbr từ nút k đến nút m ta có Lline P P Qk Qm   pk k   pm m  qk  qm  k  k  k  k  k Lline P P Qk Qm   pk k   pm m  qk  qm  m  m  m  m  m Lline P P Qk Qm   pk k   pm m  qk  qm V k V k Vk V k Vk (4.69) Lline P P Qk Qm   pk k   pm m  qk  qm V m V m V m Vm Vm Lline  Pk  pk Lline  Pm  pm Lline  Qk qk Lline  Qm qm Bằng phép lặp liên tục phương trình tuyến tính hóa (4.46) ta tìm lời giải toán tối ưu Thông thường, điều kiện cho tính tối ưu toàn thể kiểm tra cách đánh giá tính dương ma trận w Tuy nhiên, khó khăn để kiểm tra toán lớn xem ma trận w có hoàn toàn dương hay không kiểm tra bỏ qua đa số trường hợp Một vài kiểm tra tính tối ưu khác thực cách kiểm tra vector gradient không nhân tử Lagrange ứng với ràng buộc bất đẳng thức phải dương Trong lời giải toán tối ưu hóa thực tế, kiểm tra sau thực hiện: – Toàn sai số công suất phải nằm khoảng giới hạn cho trước – Các ràng buộc bất đẳng thức phải thỏa mãn – Vector gradient không Cần nhấn mạnh toán tối ưu tổng quát, lời giải phải thỏa mãn số lượng lớn ràng buộc đẳng thức bất phương trình Các ràng buộc bất đẳng thức đưa vào cách chuyển chúng thành ràng buộc đẳng thức Do đó, toán tối ưu tổng quát tìm giá trị tối ưu hàm mục tiêu thỏa mãn ràng buộc đẳng thức Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 106 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN Hình 4.2 Sơ đồ thuật toán giải toán tối ưu hóa hệ thống điện thường 4.2.7 Bài toán tối ưu hóa hệ thống điện có thiết bị SVC Khi hệ thống điện có thêm thiết bị SVC dùng để điều chỉnh điện áp nút ma trận w ma trận g toán tối ưu hóa thay đổi kích cỡ Với thiết bị SVC ma trận w tăng thêm hàng cột véc tơ g tăng thêm phần tử tương ứng với biến trạng thái dung kháng góc điều khiển thiết bị SVC Giả sử hệ thống điện có thêm thiết bị bù SVC nút thứ k, hàm mục tiêu hệ thống có thêm thành phần thiết bị SVC sau Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 107 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN k LSVC ( x,  )  qk QSVC Trong biểu thức trên, x vector biến trạng thái Vk (4.70) t k B ( )  ; QSVC công suất phản kháng bơm vào lấy SVC nút k ;  vector nhân tử Lagrange tương ứng với phương trình cân công suất phản kháng Biến B ( ) lấy BSVC  tùy thuộc vào mô hình SVC áp dụng toán tối ưu hóa Khi sử dụng mô hình SVC toán tối ưu mô hình kháng điện có điều chỉnh BSVC Khi phương trình (4.70) trở thành LSVC ( x,  )  qk BSVC Vk2 (4.71) Tuyến tính hóa hệ phương trình (4.71) có dạng sau:   Lsvc   Vk  2L svc   qk Vk    Lsvc  B V  SVC k  Lsvc Vk qk  Lsvc BSVC qk  Lsvc   Lsvc     Vk BSVC  Vk    Vk   L   Lsvc         svc  qk  qk BSVC    qk    BSVC   L    svc    BSVC   (4.72) Với L LSVC  2.qk BSVC Vk , SVC  BSVC Vk2 qk Vk (4.73) LSVC   pk Vk2 BSVC  LSVC  LSVC  LSVC  2.qk BSVC ,   2.BSVC Vk , Vk Vk Vk qk qk Vk (4.74) 2  LSVC  LSVC   2.qk Vk , Vk BSVC BSVC Vk Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 108 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN  LSVC  LSVC   Vk2 qk BSVC BSVC qk Hình 4.3 Sơ đồ thuật toán giải toán tối ưu hóa hệ thống điện có thiết bị SVC 4.2.8 Bài toán tối ưu hóa hệ thống điện có thiết bị TCSC Khi hệ thống có thêm thiết bị bù TCSC nhánh đường dây kích cỡ ma trận w g thay đổi Mục đích thiết bị TCSC điều chỉnh dòng công suất nhánh đường dây mà đặt vào, điều kiện Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 109 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN buộc đẳng thức toán tối ưu hóa hệ thống điện có thiết bị bù TCSC Như với nhánh thêm thiết bị bù TCSC kích cỡ ma trận w tăng thêm hai hàng , hai cột vecto g tăng thêm hai phần tử tương ứng với biến trạng thái điện kháng hay góc điều khiển thiết bị TCSC điều kiện buộc đẳng thức dòng công suất cần điều chỉnh Thiết bị TCSC làm thay đổi thông số đường dây mà đặt vào Giả sử thiết bị TCSC đặt vào nhánh đường dây hai nút k m, hàm mục tiêu liên quan đến phần tử đường dây hệ thống thay đổi Do nhánh đặt thiết bị TCSC hàm mục tiêu không thay đổi ta viết hàm mục tiêu cho nhánh hai nút k m csc Ltline   pk Pk (V , , X t csc )   pm Pm (V , , X t csc )  qk Qk (V , , X t csc )  qmQm (V , , X t csc )  t csc ( Pkmt csc (V , , X t csc )  Pspec ) (4.75) Trong Ptcsckm công suất thực truyền tải đường dây có gắn thiết bị TCSC hai nút k m Pspec công suất mong muốn mà thiết bị TCSC cần điều khiển chạy nhánh k-m Xtcsc mô hình điện kháng thay đổi thiết bị TCSC Ngoài phần tử cập nhập hệ thống điện thông thường có thêm thiết bị bù TCSC hai nút m k phần tử ma trận w g cập nhập thêm thành phần sau csc Ltline Pkmt csc  t csc  k  k csc Ltline Pkmt csc  t csc  m  m csc Ltline Pkmt csc  t csc Vk Vk csc Ltline Pkmt csc  t csc Vm Vm csc Ltline  Pkmt csc  Pspec t csc (4.76) csc Ltline Pk Pm Qk Qm Pkmt csc   pk   pm  qk  qm  t csc X t csc X t csc X t csc X t csc X t csc X t csc Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 110 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN csc csc csc csc  Ltline  Ltline Pkmt csc  Ltline  Ltline Pkmt csc   ,   ,  k t csc t csc  k  k  m t csc t csc  m  m csc csc csc csc  Ltline  Ltline Pkmt csc  Ltline  Ltline Pkmt csc   ,   , Vk t csc t csc Vk Vk Vm t csc t csc Vm Vm csc csc csc csc  Ltline  Ltline  Ltline  Ltline   0,   0,  pk t csc t csc  pk  pm t csc t csc  pm (4.77) csc csc csc csc  Ltline  Ltline  Ltline  Ltline   0,   0, qk t csc t csc qk qm t csc t csc qm csc  Ltline  0, t csc t csc csc csc  Ltline  Ltline   k X t csc X t csc k   pk  Pk  Pm  2Qk  2Qm  Pkmt csc   pm  qk  qm  t csc X t csc k X t csc  k X t csc  k X t csc k X t csc k csc csc  Ltline  Ltline   m X t csc X t csc m   pk  Pk  Pm  2Qk  2Qm  Pkmt csc   pm  qk  qm  t csc X t csc m X t csc m X t csc m X t csc  m X t csc  m csc csc  Ltline  Ltline  Vk X t csc X t csc Vk   pk  Pk  Pm  2Qk  2Qm  Pkmt csc   pm  qk  qm  t csc X t cscVk X t csc Vk X t cscVk X t csc Vk X t csc Vk (4.78) csc csc  Ltline  Ltline  Vm X t csc X t csc Vm   pk  Pk  Pm  Qk  2Qm  Pkmt csc   pm  qk  qm  t csc X t csc Vm X t csc Vm X t csc Vm X t csc Vm X t cscVm csc csc csc csc  Ltline  Ltline Pk  Ltline  Ltline Pm   ,    pk X t csc X t csc  pk X t csc  pm X t csc X t csc  pm X t csc csc csc csc csc  Ltline  Ltline Qk  Ltline  Ltline Qm   ,   qk X t csc X t csc qk X t csc qm X t csc X t csc qm X t csc csc csc  Ltline  Ltline P t csc   km t csc X t csc X t csc t csc X t csc Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 111 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN csc  Ltline  Pk  Pm  2Qk  2Qm  Pkmt csc   pk   pm  qk  qm  t csc X t csc X t csc X t2csc X t2csc X t2csc X t2csc X t2csc Hình 4.4 Sơ đồ thuật toán giải toán tối ưu hệ thống điện có thiết bị TCSC 4.3 Kết ứng dụng thuật toán tối ưu hóa Trong phần áp dụng phương pháp thuật toán nêu cho việc giải toán tối ưu hóa cho hệ thống điện nút nêu chương Hệ thống điện nút gồm máy phát nút 1, Các máy phát có hệ số hàm chi phí lấy bảng sau Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 112 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN Bảng 4.1 Hệ số chi phí giới hạn phát công suất tác dụng máy phát Máy phát Hệ số chi phí Giới hạn công suất (MW) a ($ h 1 ) b ($ MW 1h 1 ) b($ MW 2h 1 ) Min Max 60 60 3.4 3.4 0.004 0.004 10 10 200 200 Trước tiên không xét đến điều kiện tối ưu, điều kiện vận hành bình thường thông số chế độ chi phí hệ thống tính toán theo thuật toán tính toán trào lưu công suất hệ thống chế độ xác lập với kết sau Bảng 4.2 Kết tính toán trào lưu công suất chi phí hệ thống điện nút chưa tính toán tối ưu hóa S T T Biên Góc độ pha điện điện áp áp (pu) (độ) 1.060 0.000 1.000 -2.061 0.987 -4.637 0.984 -4.957 0.972 -5.765 Tổng Phụ tải P (MW) Q (MVAr) Q bù tĩnh (MVAr) 0.000 20.000 45.000 40.000 60.000 165.000 0.000 10.000 15.000 5.000 10.000 40.000 0 0 0 Máy phát P Q Chi phí (MW) (MVAr) ($/h) 131.122 40.000 0.000 0.000 0.000 171.122 90.816 -61.593 0.000 0.000 0.000 29.223 574.587 202.400 350.3 0.000 0.000 776.987 Bây với hàm chi phí ta cho máy phát điều chỉnh điện áp tự Máy phát nút đóng vai trò nút sở nên cho điện áp nút dải từ 0.95 đến 0.115 điện áp nút lại khoảng từ 0.95pu đến 1.1pu Công suất phát máy phát tính toán theo điều kiện tối ưu hóa Các buộc toán công suất tác dụng, công suất phản kháng (đã cho bảng trên), điện áp nút Xét cho trường hợp hệ thống có thiết bị SVC nút SVC đặt vào nút với mục đích điều chỉnh điện áp nút giá trị đặt trước (ở ta lấy giá trị 1.1pu) Thông số thiết bị SVC nút XC=.0.9375pu Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 113 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN XL=.0.1625pu Dung dẫn ban đầu toán lặp BSVCo=0.514pu Áp dụng phương pháp thuật toán tối ưu hóa cho hệ thống điện có thiết bị SVC viết code chương trình chạy ta kết sau Sai so lon nhat = 8.26927e-005 So buoc lap = 15 Bus Voltage Angle No Mag Load Degree MW -Generation - Mvar MW Injected Cost Mvar Mvar $/h 1.111 0.000 0.000 0.000 80.141 2.312 0.000 358.172 1.100 -1.261 20.000 10.000 87.873 4.714 0.000 389.655 1.095 -3.836 45.000 15.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.100 -4.148 40.000 5.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.080 -4.471 60.000 10.000 0.000 0.000 0.000 0.000 168.014 7.026 Total 165.000 Chi phi phat dien cua he thong 40.000 0.000 747.826 747.826 $/h Thong so thiet bi SVC tai cac nut Frombus Bsvc Qsvc pu MVAr 0.306 37.13 Line Flow and Losses Line Power at bus & line flow from to 80.141 Mvar 2.312 MVA MW Mvar 43.467 1.842 43.506 0.311 -6.401 33.061 -5.617 33.535 0.713 -3.945 67.873 -5.286 68.079 -43.156 -8.243 43.936 0.311 -6.401 29.199 -8.194 30.327 0.439 -3.502 31.764 -11.917 33.926 0.545 -3.207 57.316 -0.928 57.323 1.086 -0.310 -45.000 -15.000 47.434 -32.348 1.673 32.392 0.713 -3.945 -28.760 4.691 29.140 0.439 -3.502 14.268 -24.122 28.026 0.061 -2.227 -40.000 -5.000 tap 80.175 2 MW Line loss Transformer 40.311 Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 114 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN -31.219 8.710 32.412 0.545 -3.207 -14.208 21.895 26.101 0.061 -2.227 4.278 6.749 5 5.220 -60.000 -10.000 -56.230 0.053 -5.783 60.828 0.618 56.233 1.086 -0.310 -5.167 -10.060 11.309 0.053 -5.783 Total loss 3.207 -25.374 Bảng 4.3 Kết tính toán tối ưu hóa cho hệ thống điện có thiết bị SVC để điều chỉnh điện áp Biên Phụ tải Máy phát Góc S độ Q bù P Q P Q pha Chi phí T điện tĩnh (MW) (MVAr) (MW) (MVAr) điện áp ($/h) T áp (MVAr) (độ) (pu) 0.000 0.000 0.000 80.141 2.312 358.172 1.111 87.873 4.714 389.655 1.100 -1.2613 20.000 10.000 0.000 0.000 0.000 1.095 -3.836 45.000 15.000 5.000 0.000 0.000 0.000 1.100 -4.148 40.000 0.000 0.000 0.000 1.080 -4.471 60.000 10.000 Tổng 165.000 40.000 168.014 7.026 747.826 Trong trường hợp SVC hoạt động với BSVC  0.306 pu bơm vào lượng công suất phản kháng 37.13MVAr Điện áp nút giữ không đổi 1.1pu Chi phí cho phát điện hệ thống giảm từ 776.987 $/h xuống 747.826 $/h Tiếp theo ta xét toán tối ưu cho hệ thống điện nút có thiết bị bù TCSC mắc nhánh nằm nút nút Các buộc công suất tác dụng, công suất phản kháng điện áp nút Ngoài thêm buộc điện kháng thiết bị TCSC Thiết bị TCSC đặt nút nút để điều chỉnh làm giảm dòng công suất từ chạy đường dây nhánh từ 19.386MW xuống 14.97 MW Thiết bị TCSC có thông số ban đầu Xtcsc=-0.018pu Khi toán tối ưu hệ thống tính theo phương pháp thuật toán nêu phần có kết bảng sau Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 115 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN Sai so lon nhat = 6.6057e-008 So buoc lap = 17 Bus Voltage Angle No Mag Degree Load -MW Mvar Injected Cost MW Mvar Mvar $/h 0.290 0.000 358.207 1.109 0.000 1.100 -1.460 1.078 -3.712 45.000 15.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.077 -4.411 40.000 5.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.072 -4.834 60.000 10.000 0.000 0.000 0.000 0.000 168.04 14.690 Total 0.000 -Generation - 20.000 0.000 80.150 10.000 87.890 165.000 40.000 Chi phi phat dien cua he thong 14.400 0.000 389.725 0.000 747.932 747.932 $/h Thong so thiet bi TCSC tai cac nhanh Frombus Tobus Xtcsc -0.0119 Line Flow and Losses Line Power at bus & line flow from to 80.150 Mvar 0.290 MVA MW Mvar 52.140 -2.631 52.206 0.442 -5.992 33.639 1.068 33.656 0.747 -3.741 67.890 4.400 68.032 -51.698 -3.361 51.807 0.442 -5.992 27.356 2.013 27.430 0.381 -3.600 34.882 0.615 34.887 0.608 -2.913 60.210 5.435 60.455 1.217 0.114 -45.000 -15.000 tap 80.151 2 MW Line loss Transformer 47.434 -32.892 -4.809 33.242 0.747 -3.741 -26.975 -5.613 27.553 0.381 -3.600 33.517 -5.926 34.037 0.099 -1.920 -40.000 -5.000 40.311 -34.274 -3.528 34.455 0.608 -2.913 -33.418 4.006 33.658 0.099 -1.920 Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 116 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN 5 3.925 -1.779 -60.000 -10.000 4.310 -5.736 60.828 -58.993 -5.321 59.232 1.217 0.114 -3.957 5.566 0.011 -5.736 -3.914 Total loss S T T 0.011 3.505 -23.788 Bảng 4.4 Kết tính toán tối ưu hóa hệ thống điện có thiết bị bù TCSC Biên Góc Phụ tải Máy phát độ pha Q bù P Q P Q Chi phí điện điện tĩnh (MW) (MVAr) (MW) (MVAr) ($/h) áp áp (MVAr) (pu) (độ) 1.109 0.000 0.000 0.000 80.15 0.290 358.207 1.100 -1.460 20.000 10.000 87.89 14.40 389.725 1.078 -3.712 45.000 15.000 0.000 0.000 0.000 1.077 -4.411 40.000 5.000 0.000 0.000 0.000 1.072 -4.834 60.000 10.000 0.000 0.000 0.000 Tổng 165.000 40.000 168.04 14.690 747.932 Trong trường hợp thiết bị TCSC hoạt động với thông số Xtcsc=-0.0119pu tức dung lượng bù khoảng 30% điện kháng đường dây Chi phí vận hành hệ thống giảm từ 776.987$/h xuống 747.932$/h Như với kết có ta thấy thiết bị TCSC vừa có khả điều chỉnh dòng công suất đồng thời làm cho chi phí vận hành toàn hệ thống giảm cách đáng kể Qua kết ta thấy việc ứng dụng mô hình chế độ xác lập thiết bị FACTS SVC TCSC ta giải toán tối ưu hóa hệ thống điện có thêm thiết bị này, đồng thời thấy hiệu thiết bị FACTS việc cải thiện thông số chế độ hệ thống giảm chi phí vận hành hệ thống Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 117 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN CHƯƠNG KẾT LUẬN Qua luận văn tác giả có số kết luận sau Các thiết bị FACTS phương tiện điều khiển áp dụng hệ thống điện chế tạo sở áp dụng kỹ thuật điện tử công suất lớn Ưu thiết bị tốc độ điểu chỉnh nhanh Thiết bị SVC có khả thay đổi thông số lưới điện điều chỉnh trơn điện áp nút phụ tải quan trọng hệ thống, tăng độ tin cậy kinh tế vận hành Thiết bị TCSC có khả thay đổi trơn thông số đường dây truyền tải để điều chỉnh dòng công suất chạy nhánh đường dây, điều chỉnh nâng cao khả tải, nâng cao ổn định hệ thống điện Chúng ta thấy áp dụng mô hình nghiên cứu luận văn vào toán tính toán chế độ xác lập toán tối ưu cho hệ thống điện có thiết bị FACTS SVC TCSC, phục vụ cho việc thiết kế vận hành hệ thống điện Hai thiết bị SVC TCSC hai thiết bị FACTS đơn giản , nhiên lại hai thiết bị bản, việc nghiên cứu mô hình hai thiết bị giúp ích nhiều việc tìm hiểu nghiên cứu thiết bị FACTS phức tạp Hạn chế luận văn nghiên cứu mô hình tĩnh chế độ xác lập thiết bị SVC TCSC để giải toán tính toán chế độ hệ thống điện Tuy nhiên để hiểu rõ hiệu việc điều khiển hệ thống tính linh hoạt thiết bị cần phải nghiên cứu thêm mô hình động chúng toán điều khiển khác Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 118 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] David G Luengerger, 1984, “Linear and Nonlinear Programming, Second Edition”, Addison-Wesley Publishing Company [2] Enrique Acha, Claudio R Fuerte-Esquivel, Hugo Ambriz-Perez, Cesar Angeles-Camacho, 2004, “FACTS – Modelling and Simulation in Power Networks”, John Wiley & Son Inc [3] Hadi Saadat, “Power System Analysis, second edition”, McGraw-Hill [4] Hermann W Dommel, William F Tinney, “Optimal Power Flow Solutions”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol PAS-87, No 10, Oct 1968 [5] Mohammed Osman Hasan, S.J Cheng, Zakaria Anwar Zakaria, 2009, “ Steady – State Modeling of SVC and TCSC for Power Flow Analysis”, International MultiConference of Engineers and Computer Scientists 2009 Vol II [6] R Mohan Mathur, Raijv K.Varma, 2002, “Thyristor – Based FACTS Controllers and Electrical Transmission Systems”, IEEE Press, Wiley Interscience [7] Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, 2005, “Điện tử công suất”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [8] Lã Văn Út, 2000, “Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện”, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội [9] Trần Bách, 2004, “Lưới điện hệ thống điện, tập 1, 2”, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 119 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN PHỤ LỤC PHỤ LỤC Thông số liệu nút hệ thống điện nút (busdata) Nút Loại Điện áp Phụ Tải Máy phát TB bù số Nút Độ lớn Góc pha MW Mvar MW Mvar Qmin Qmax Mvar 1 1.06 0 0 0 0 2 20 10 40 -300 300 45 15 0 0 40 0 0 60 10 0 0 PHỤ LỤC Thông số nhánh đường dây hệ thống điện nút (linedata) Từ Đến Điện Điện 1/2 Đầu Nút Nút Trở Kháng Dung Dẫn Phân áp (pu) (pu) (pu) 0.02 0.06 0.03 1 0.08 0.24 0.025 0.06 0.18 0.02 0.06 0.18 0.02 0.04 0.12 0.015 0.01 0.03 0.01 0.08 0.24 0.025 Nguyễn Xuân Hồng – Cao học kĩ thuật điện 2009 120 ... thuật điện 2009 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN 4.2.6 Giải toán tối ưu hệ thống điện chưa có thiết bị FACTS 97 4.2.7 Bài toán tối ưu hóa hệ thống. .. thiết bị FACTS toán đặt cần phải mô hình thiết bị FACTS vào toán tính toán thông số chế độ hệ thống điện Chính mục đích luận văn tác giả muốn trình bầy số mô hình thiết bị FACTS cụ thể thiết bị. .. kĩ thuật điện 2009 12 NGUYÊN CỨU MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ FACTS TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU LINH HOẠT (FACTS) 1.1 Hệ thống truyền