Nghiên cứu ứng dụng các thiết bị FACTS để nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐẶNG ĐÌNH LÂM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC THIẾT BỊ FACTS ĐỂ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐẶNG ĐÌNH LÂM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC THIẾT BỊ FACTS ĐỂ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chuyên ngành: Hệ thống điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS LÃ VĂN ÚT Hà Nội – 2011 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp công trình nghiên cứu thực cá nhân hướng dẫn khoa học GS.TS Lã Văn Út Các số liệu có thuyết minh, kết phân tích tính toán tìm hiểu qua tài liệu tham khảo -i- MỤC LỤC Trang i iv v vi Lời cam đoan Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Chương – TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Những vấn đề ổn định hệ thống điện 1.1.2 Phân loại ổn định hệ thống điện 1.2 Quan hệ công suất điện áp, phương thức điều chỉnh điện áp 1.2.1 Quan hệ công suất điện áp 1.2.2 Các vấn đề điều chỉnh điện áp hệ thống điện 1.3 Ổn định điện áp 1.3.1 Khái niệm ổn định điện áp 1.3.2 Mất ổn định điện áp – khái niệm sụp đổ điện áp 1.4 Phân tích ổn định điện áp 1.4.1 Đặc tính P-V 12 1.4.2 Đặc tính Q-V 13 1.5 Các tiêu đánh giá ổn định điện áp 1.5.1 Hệ số dự trữ 16 1.5.2 Hệ số sụt áp 17 1.6 Bù công suất phản kháng ổn định điện áp 1.6.1 Bù song song 18 1.6.2 Bù nối tiếp 19 1.7 Kết luận 20 Chương – CÁC THIẾT BỊ FACTS VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Tổng quan FACTS 2.1.1 Giới thiệu chung 21 2.1.2 Định nghĩa, phân loại 22 2.2 Các thiết bị điều khiển song song 2.2.1 Bộ bù tĩnh SVC 24 2.2.2 Bộ bù đồng tĩnh STATCOM 32 2.3 Các thiết bị điều khiển nối tiếp 34 2.3.1 Nhóm thiết bị sử dụng van thyristor 2.3.2 Bộ bù nối tiếp đồng tĩnh 35 2.4 Các thiết bị điều khiển nối tiếp – song song 2.4.1 Biến áp dịch chuyển pha 37 2.4.2 Thiết bị điều khiển dòng công suất hợp 37 -ii- 2.5 Hiệu ứng dụng thiết bị FACTS 38 2.6 Hiệu kinh tế sử dụng FACTS 41 2.7 Kết luận 43 Chương – STATCOM VÀ ỨNG DỤNG TRONG ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 3.1 Bộ biến đổi nguồn áp 3.1.1 Khái niệm biến đổi nguồn áp 45 3.1.2 Bộ biến đổi nguồn áp sơ đồ cầu 48 3.1.3 Bộ biến đổi nguồn áp ba pha sơ đồ cầu 50 3.2 Cấu tạo hoạt động STATCOM 53 59 3.3 Điều khiển STATCOM 3.4 Mô hình STATCOM chế độ xác lập 60 3.5 Hiệu STATCOM ổn định điện áp 3.5.1 Điều chỉnh điện áp nút 61 63 3.5.2 Điều khiển trào lưu công suất phản kháng 3.5.3 Giới hạn thời gian cường độ điện áp cố 63 3.6 Kết luận 63 Chương – ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÁC THIẾT BỊ FACTS NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 4.1 Giới thiệu phần mềm tính toán hệ thống điện CONUS 4.1.1 Phương pháp đánh giá ổn định 64 4.1.2 Xác định chế độ vận hành theo điều kiện ổn định tĩnh 66 4.1.3 Chỉ tiêu đánh giá mức độ ổn định điện áp sở 67 tính toán chế độ giới hạn sử dụng CONUS 4.2 Tính toán, phân tích ổn định điện áp 4.2.1 Kết tính toán chế độ đầu 69 69 4.2.2 Đánh giá ổn định tĩnh theo kịch điển hình 4.2.3 Chọn vị trí lắp STATCOM 71 4.3 Hiệu ổn định điện áp STATCOM 4.3.1 Chọn dung lượng bù 79 4.3.2 Phân tích hiệu ổn định điện áp 81 4.4 Kết luận 83 KẾT LUẬN CHUNG 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 -iii- DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Đầy đủ Nghĩa HTĐ Hệ thống điện STATCOM Static sychronous Compensator Bộ bù đồng tĩnh SVC Static Var Compensator Bộ bù tĩnh TCSC UPFC TCPAR FACTS CIGRE IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Điện - điện tử (Mỹ) 10 VSC Voltage Source Converter Bộ biến đổi nguồn áp 11 DC Direct current 12 AC Alternate Current 13 EPRI Electric Power Research Institute 14 MBA Máy biến áp Thyristor Controlled Series Capacitor Unified Power Flow Controller Thyristor Controlled Phase Angle Flexible Alternating Current Hệ thống truyền tải điện Transmission Systems xoay chiều linh hoạt Conseil International des Grands Hiệp hội hệ thống Réseaux Électriques điện lớn -iv- Viện kỹ thuật Viện nghiên cứu điện lực (Mỹ) DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Các dạng ổn định hệ thống điện ………………………………… Bảng 2.1 Ước lượng số thiết bị FACTS sử dụng toàn giới… 40 Bảng 2.2 Đánh giá khả điều khiển số thiết bị FACTS điển hình 41 Bảng 4.1 Thông tin nút chưa đặt STATCOM ………………………… 70 Bảng 4.2 Thông tin nút đặt STATCOM nút 419…………………… 72 Bảng 4.3 Thông tin nút đặt STATCOM nút 420…………………… 74 Bảng 4.4 Thông tin nút đặt STATCOM nút 418…………………… 76 Bảng 4.5 Thông tin nút đặt STATCOM nút 416…………………… 77 Bảng 4.6 Thông tin nút đặt STATCOM nút 418 với dung lượng ± 80 50MVAr ………………………………………………………………………… Bảng 4.7 Thông tin nút đặt STATCOM nút 418 với dung lượng ± 81 150MVAr ……………………………………………………………………… Bảng 4.8 Tóm tắt hiệu STATCOM qua tiêu………………… 82 -v- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Sụp đổ điện áp vài phần tử hệ thống…… 10 Hình 1.2 Mất đồng gây sụp đổ điện áp………………………………… 11 Hình 1.3 Đường cong P-V…………………………………………………… 12 Hình 1.4 Họ đường cong P-V với dạng tải khác nhau…………………… 13 Hình 1.5 Sơ đồ xác định đường cong Q-V nút…………………………… 13 Hình 1.6 Đường cong Q-V…………………………………………………… 14 Hình 1.7 Đường cong Q-V ứng với chế độ tải khác nhau………………… 15 Hình 1.8 Miền làm việc nút tải…………………………………………… 16 Hình 1.9 Đồ thị vectơ điện áp có tụ bù ngang…………………………… 18 Hình 1.10 Kháng bù ngang…………………………………………………… 19 Hình 1.11 Mô hình hệ thống điện đơn giản có tụ bù nối tiếp…………… 19 Hình 2.1 Các thiết bị FACTS bản………………………………………… 23 Hình 2.2 Phân loại thiết bị FACTS theo cách mắc……………………… 24 Hình 2.3 Cấu tạo chung SVC………………………………………………… 25 Hình 2.4 Cấu tạo TCR…………………………………………………… 26 Hình 2.5 Dạng song theo góc mở…………………………………………… 27 Hình 2.6 Biên độ thành phần dòng điện qua TCR phụ thuộc góc 27 mở α…………………………………………… …………………………… Hình 2.7 Đặc tính V-I TCR 28 Hình 2.8 Biên thành phần bậc cao TCR so với góc α 29 Hình 2.9 Bộ lọc sóng hài bậc cao…………………………………………… 30 Hình 2.10 Cấu tạo TSC…………………………………………… 31 Hình 2.11 Đặc tính VI TSC…………………………………………… 31 Hình 2.12 Cấu tạo STATCOM…………………………………………… 32 Hình 2.13 STATCOM ESS…………………………………………… 33 Hình 2.14 Cấu tạo TCSC, TSSC………………………………… 34 -vi- Hình 2.15 Cấu tạo TCSR, TSSR………………………………… 35 Hình 2.16 SSSC dựa biến đổi nguồn áp VSC, SSSC có nguồn dự trữ 36 Hình 2.17 Cấu tạo chung TCPST/TCPAR……………………………… 37 Hình 2.18 Cấu tạo chung thiết bị UPFC………………………………… 38 Hình 2.19 Chi phí đầu tư cho FACTS………………………………………… 42 Hình 2.20 Chi phí cho xây dựng đường dây mới…………………………… 43 Hình 2.21 Doanh thu theo khả mang tải thêm đường dây………… 43 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý biến đổi nguồn áp……………………………… 47 Hình 3.2 Bộ biến đổi nguồn áp sơ đồ cầu pha……………………………… 48 Hình 3.3 Cấu tạo VSC pha sơ đồ cầu…………………………………… 51 Hình 3.4 Dạng điện áp VSC pha sơ đồ cầu……………………… 51 Hình 3.5 Dòng, áp phía AC biến đổi…………………………………… 52 Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý thay máy bù đồng bộ………………… 53 Hình 3.7 STATCOM kết nối với hệ thống……………………………… 55 Hình 3.8 Sơ đồ tương đương STATCOM………………………………… 55 Hình 3.9 Các chế độ làm việc STATCOM……………………………… 57 Hình 3.10.Trao đổi công suất STATCOM hệ thống AC……………… 58 Hình 3.11 Đặc tính VA STATCOM điển hình……………………… 58 Hình 3.12 Sơ đồ điều khiển góc pha STATCOM (θ = ωt)…………………… 59 Hình 3.13 Thay đổi điện áp đầu STATCOM theo thời điểm đóng mở van 60 dẫn…………………………………………………………………………… Hình 3.14 Sơ đồ đẳng trị STATCOM nối với hệ thống……………………… 60 Hinh 3.15 Sơ đồ thay hệ thống điện đơn giản…………………………… 62 Hình 3.16 Sự thay đổi điện áp phụ tải ………………………… 62 Hình 4.1 Quá trình làm biến thiên thông số………………………………… 67 Hình 4.2 Biến thiên điện áp số nút chưa đặt STATCOM……………… 71 Hình 4.3 Biến thiên điện áp số nút đặt STATCOM nút 419…… 73 Hình 4.4 Biến thiên điện áp số nút đặt STATCOM nút 420…… 75 Hình 4.5 Biến thiên điện áp số nút đặt STATCOM nút 418…… 76 -vii- Hình 4.6 Biến thiên điện áp số nút đặt STATCOM nút 416…… 78 Hình 4.7 Biến thiên điện áp số nút đặt STATCOM dung lượng ± 83 100MVAr nút 418………………………………………………………… -viii- a Đặt nút 419 Kết phân tích thông tin nút sau: Nút 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 301 302 303 304 305 U0 (kV) Ugh (kV) kU (%) 217.515 224 224.107 225.276 226.279 237.016 225.478 230.522 231.134 228.633 237.121 232.438 231.29 226.861 226.528 222.306 219.389 220.705 218.769 224.12 234.698 220.441 213.394 209.651 211.253 221.917 233.391 235.796 236.365 234.453 233.731 236.644 190.29 202.69 206.484 210.866 213.127 231.901 212.365 220.451 221.647 217.11 232.047 224.059 221.909 213.836 213.329 205.662 200.577 202.502 199.521 208.269 226.087 193.613 185.836 179.873 182.975 187.196 194.27 190.014 170.975 187.601 161.825 173.633 12.51 9.51 7.86 6.39 5.81 2.15 5.81 4.36 4.1 5.03 2.13 3.6 4.05 5.74 5.82 7.48 8.57 8.24 8.79 7.07 3.66 12.17 12.91 14.2 13.38 15.64 16.76 19.41 27.66 * 19.98 30.76** 26.62 * Nút 306 307 309 310 311 312 313 314 318 319 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 U0 (kV) Ugh (kV) kU (%) 237.67 232.045 237.809 232.617 240 235 237.544 237.919 237.25 234.233 232.864 229.907 233.73 228.145 227.302 228.451 232.15 231.949 240.112 233.76 232.938 238.063 236.739 228.532 225.444 224.502 231.963 228.909 220 223.151 234.368 233.434 176.234 188.181 220.541 206.831 222.049 216.018 226.975 223.527 165.605 213.94 186.098 183.722 198.162 187.95 180.971 180.962 185.687 189.101 216.741 198.968 201.083 216.342 214.234 177.251 168.898 163.84 175.676 173.265 197.803 160.915 193.382 191.749 25.84 * 18.9 7.26 11.08 7.47 8.07 4.44 6.04 30.19** 8.66 20.08 * 20.08 * 15.21 17.61 20.38 * 20.78 * 20.01 * 18.47 9.73 14.88 13.67 9.12 9.5 22.43 * 25.08 * 27.02 * 24.26 * 24.3 * 10.08 27.88 * 17.48 17.85 Bảng 4.2 Thông tin nút đặt STATCOM nút 419 Công suất chế độ làm việc bình thường P = 10221 (MW), công suất chế ∑ độ giới hạn với P gh = 14539,373 (MW) ứng với kt = 1,4225 ∑ Hệ số dự trữ ổn định tĩnh Kdt% = 42,25% - 72 - *Thong so thay doi manh nhat: Nut phat: 1023 CSdau/CScuoi: 700.00/ 995.75 *Tong CS tieu thu (khong ke ton that): CSdau/CScuoi: 10221.000/14539.373 k = 1.4225 *He so du tru on dinh tinh: k = 1.4225 42.25% Quan sát đồ thị biến thiên điện áp nút sau Hình 4.3 Biến thiên điện áp số nút đặt STATCOM nút 419 Ta thấy hệ số ổn định tĩnh tăng lên 42,25%, KU nút giảm xuống 10,08%, nhiên điện áp số nút lại sụt (hệ số KU tăng) nút 318 (Đồng Hới), 304 (Huế) b Đặt nút 420 Nút 201 202 203 204 205 206 U0 (kV) Ugh (kV) 217.515 224 224.106 225.275 226.279 237.015 190.388 202.779 206.567 210.907 213.157 231.911 kU (%) 12.47 9.47 7.82 6.37 5.79 2.15 Nút 306 307 309 310 311 312 - 73 - U0 (kV) Ugh (kV) 237.624 232.017 237.789 232.596 240 235 177.842 189.202 221.023 207.362 222.503 216.391 kU (%) 25.15 * 18.45 7.05 10.84 7.29 7.91 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 301 302 303 304 305 225.477 230.522 231.133 228.632 237.121 232.438 231.29 226.86 226.527 222.304 219.387 220.703 218.766 224.117 234.695 220.434 213.39 209.648 211.25 221.906 233.373 235.771 236.331 234.428 233.686 236.599 212.396 220.481 221.672 217.144 232.058 224.081 221.936 213.877 213.37 205.734 200.676 202.617 199.641 208.385 226.201 193.924 186.027 180.044 183.124 187.712 195.036 190.997 172.501 188.597 163.627 175.272 5.8 4.35 4.09 5.02 2.13 3.59 4.04 5.72 5.8 7.45 8.52 8.19 8.74 7.01 3.61 12.02 12.82 14.12 13.31 15.4 16.42 18.99 27 * 19.55 29.97 * 25.92 * 313 314 318 319 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 237.534 237.889 237.212 234.19 232.766 229.811 233.673 228.071 227.205 228.343 232.021 231.846 240.051 233.677 232.874 238.01 236.685 228.233 225.063 223.983 231.309 227.737 220.438 220 234.267 233.332 227.226 223.949 167.306 214.598 187.44 185.03 199.312 189.022 182.211 182.263 186.983 190.221 217.341 199.843 201.902 216.873 214.771 178.816 170.678 165.868 177.748 175.657 159.005 188.827 194.477 192.853 4.33 5.85 29.46 * 8.36 19.47 19.48 14.7 17.12 19.8 20.18 * 19.41 17.95 9.46 14.47 13.29 8.88 9.25 21.65 * 24.16 * 25.94 * 23.15 * 22.86 * 27.86 * 14.16 16.98 17.34 Bảng 4.3 Thông tin nút đặt STATCOM nút 420 *Thong so thay doi manh nhat: Nut phat: 1023 CSdau/CScuoi: 700.00/ 995.75 *Tong CS tieu thu (khong ke ton that): CSdau/CScuoi: 10221.000/14539.373 k = 1.4225 *He so du tru on dinh tinh: k = 1.4225 42.25% Ta thấy hệ số ổn định tĩnh tăng lên 42,25%, KU nút giảm xuống 14,16%, KU nút khác không tăng cao Biến thiên áp số nút yếu hình bên dưới, điện áp giới hạn nút tăng lên, nút giữ điện áp tải tăng ứng với kt = 1,4225 - 74 - Hình 4.4 Biến thiên điện áp số nút đặt STATCOM nút 420 c Đặt nút 418 Nút 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 U0 (kV) Ugh (kV) 217.515 224 224.099 225.271 226.276 237.014 225.474 230.518 231.13 228.629 237.12 232.435 231.287 226.855 226.523 222.295 219.373 220.686 218.749 190.428 202.815 206.601 210.924 213.169 231.915 212.409 220.493 221.682 217.158 232.063 224.089 221.947 213.894 213.387 205.763 200.716 202.663 199.689 kU (%) 12.45 9.45 7.8 6.36 5.79 2.15 5.79 4.34 4.08 5.01 2.13 3.59 4.03 5.71 5.79 7.43 8.5 8.16 8.71 Nút 306 307 309 310 311 312 313 314 318 319 401 402 403 404 405 406 407 408 409 - 75 - U0 (kV) Ugh (kV) 237.338 231.844 237.666 232.467 240 235 237.47 237.702 236.978 233.912 232.135 229.187 233.3 227.585 226.572 227.637 231.179 231.175 239.653 178.457 189.589 221.214 207.572 222.684 216.54 227.326 224.116 167.958 214.86 187.974 185.551 199.769 189.448 182.705 182.782 187.501 190.668 217.58 kU (%) 24.8 * 18.22 6.92 10.7 7.21 7.85 4.27 5.71 29.12 * 8.14 19.02 19.03 14.37 16.75 19.36 19.7 18.89 17.52 9.21 220 221 222 223 224 225 226 227 301 302 303 304 305 224.099 234.676 220.392 213.366 209.627 211.232 221.833 233.257 235.616 236.12 234.272 233.406 236.311 208.432 226.247 194.049 186.105 180.114 183.184 187.916 195.336 191.381 173.089 188.987 164.314 175.897 6.99 3.59 11.95 12.77 14.07 13.27 15.28 16.25 18.77 26.69 * 19.33 29.6 * 25.56 * 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 233.138 232.451 237.66 236.334 226.27 222.555 220.565 227 220.009 212.32 213.952 233.603 232.665 200.192 202.227 217.085 214.985 179.45 171.401 166.695 178.603 176.664 160.149 164.628 194.913 193.293 14.13 13 8.65 9.03 20.69 * 22.98 * 24.42 * 21.32 * 19.7 24.57 * 23.05 * 16.56 16.92 Bảng 4.4 Thông tin nút đặt STATCOM nút 418 *Thong so thay doi manh nhat: Nut phat: 1023 CSdau/CScuoi: 700.00/ 995.75 *Tong CS tieu thu (khong ke ton that): CSdau/CScuoi: 10221.000/14539.373 k = 1.4225 *He so du tru on dinh tinh: k = 1.4225 42.25% Ta thấy hệ số ổn định tĩnh tăng 42,25%, KU nút giảm xuống 19,7% Biến thiên điện áp nút yếu sau: Hình 4.5 Biến thiên điện áp số nút đặt STATCOM nút 418 - 76 - Với nút này, điện áp giới hạn nút nhìn chung tăng lên so với trường hợp đặt STATCOM nút khác Ta quan sát dễ dàng đồ thị, nút lân cận điện áp giảm so với trường hợp đầu (xem thêm bảng 4.2 bảng 4.3 thông số điện áp nút) d Đặt nút 416 Kết phân tích nút sau Nút 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 301 302 303 304 305 U0 (kV) Ugh (kV) 217.515 224 224.102 225.273 226.277 237.015 225.476 230.52 231.132 228.63 237.12 232.437 231.288 226.858 226.525 222.299 219.38 220.694 218.757 224.108 234.685 220.411 213.377 209.637 211.24 221.867 233.311 235.689 236.219 234.345 233.538 236.447 191.616 203.779 207.318 211.445 213.625 232.091 212.861 220.853 222.015 217.568 232.242 224.383 222.281 214.361 213.859 206.374 201.419 203.361 200.423 209.054 226.634 195.248 187.213 181.286 184.286 189.598 197.439 193.908 176.972 191.565 168.71 179.726 kU (%) Nút 11.9 9.02 7.48 6.13 5.59 2.07 5.59 4.19 3.94 4.83 2.05 3.46 3.89 5.5 5.59 7.16 8.18 7.85 8.38 6.71 3.43 11.41 12.26 13.52 12.75 14.54 15.37 17.72 25.08 * 18.25 27.75 * 23.98 * 306 307 309 310 311 312 313 314 318 319 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 U0 (kV) Ugh (kV) kU (%) 237.473 231.926 237.724 232.528 240 235 237.497 237.775 237.088 234.03 232.368 229.407 233.429 227.75 226.788 227.878 231.459 231.41 239.777 233.319 232.59 237.769 236.443 226.73 222.652 220 229.513 226.791 219.446 220.964 233.836 232.899 182.186 192.179 222.117 208.777 223.644 217.418 227.81 224.801 172.262 215.838 190.185 187.768 201.786 191.403 184.874 184.976 189.544 192.513 218.624 201.704 203.724 218.041 215.968 181.793 176.035 175.167 174.442 157.28 137.532 143.269 196.682 195.09 23.28 * 17.13 6.56 10.21 6.81 7.48 4.07 5.45 27.34 * 7.77 18.15 18.15 13.55 15.95 18.48 18.82 18.1 16.8 8.82 13.55 12.41 8.29 8.65 19.81 20.93 * 20.37 * 23.99 * 30.64** 37.32** 35.16** 15.88 16.23 Bảng 4.5 Thông tin nút đặt STATCOM nút 416 - 77 - *Thong so thay doi manh nhat: Nut phat: 1023 CSdau/CScuoi: 700.00/ 987.88 *Tong CS tieu thu (khong ke ton that): CSdau/CScuoi: 10221.000/14424.387 k = 1.4113 *He so du tru on dinh tinh: k = 1.4112 41.13% Ta thấy hệ số ổn định tĩnh tăng 41, 13%, KU nút giảm xuống không nhiều 20,37% - cao, KU nút khác tăng cao 420, 419, 418 Biến thiên điện áp nút đồ thị trang bên Hình 4.6 Biến thiên điện áp số nút đặt STATCOM nút 416 Quan sát đồ thị, độ dốc biên thiên điện áp nút dốc, điện áp nút chưa cải thiện nhiều, cho thấy đặt STATCOM nút hiệu thấp Ta thấy, hệ số sụt áp nút đặt STATCOM cao – điện áp giới hạn thấp - 78 - Kết luận: Từ kết tính toán, phân tích thấy rằng, dung lượng bù đặt vị trí khác mang lại hiệu khác Phương án đặt STATCOM nút 418 tỏ hiệu Các đường cong biến thiên điện áp nút 419, 420, 416 nâng cao đáng kể giai đoạn cuối (hình 4.5) Bước sau ta phân tích hiệu STATCOM dung lượng bù đến ổn định điện áp 4.3 Hiệu ổn định điện áp STATCOM 4.3.1 Chọn dung lượng bù Đặt STATCOM nút 418, với dung lượng bù khác nhau, tính toán chế độ, tính lại ổn định toàn hệ thống với phần mền CONUS để chọn dung lượng bù hợp lí a Dung lượng ± 50MVAr Nút 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 U0 (kV) Ugh (kV) 217.515 224 224.099 225.271 226.276 237.014 225.474 230.518 231.13 228.629 237.12 232.436 231.287 226.855 226.523 222.295 219.373 220.686 218.749 224.1 234.677 220.392 213.366 209.627 211.232 192.667 204.62 207.924 211.909 214.039 232.253 213.271 221.172 222.314 217.932 232.405 224.648 222.577 214.772 214.275 206.889 201.993 203.911 201.001 209.527 226.876 196.052 188.075 182.233 185.192 kU (%) 11.42 8.65 7.21 5.93 5.4 5.41 4.05 3.81 4.67 1.98 3.35 3.76 5.32 5.4 6.93 7.92 7.6 8.11 6.5 3.32 11.04 11.85 13.06 12.32 Nút 306 307 309 310 311 312 313 314 318 319 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 - 79 - U0 (kV) Ugh (kV) 237.34 231.845 237.667 232.468 240 235 237.47 237.703 236.98 233.914 232.139 229.191 233.302 227.588 226.575 227.642 231.184 231.179 239.656 233.142 232.453 237.663 236.336 226.281 222.57 183.656 193.298 222.322 209.212 223.936 217.713 227.859 224.641 174.282 215.6 189.566 187.082 201.211 190.894 184.189 184.171 188.481 191.837 218.122 201.138 203.274 217.629 215.568 177.738 168.564 kU (%) 22.61 * 16.62 6.45 10 6.69 7.35 4.04 5.49 26.45 * 7.82 18.33 18.37 13.75 16.12 18.7 19.09 18.47 17.01 8.98 13.72 12.55 8.42 8.78 21.45 * 24.26 * 226 227 301 302 303 304 305 221.834 233.258 235.617 236.121 234.273 233.409 236.314 190.613 198.53 195.132 178.816 192.824 170.611 181.254 14.07 14.88 17.18 24.26 * 17.69 26.9 * 23.29 * 416 417 418 419 420 421 422 220.585 227.026 220.055 212.368 213.999 233.607 232.669 161.896 171.833 162.474 143.975 149.223 195.987 194.402 26.6 * 24.31 * 26.16 * 32.2** 30.26** 16.1 16.44 Bảng 4.6 Thông tin nút đặt STATCOM nút 418 với dung lượng ± 50MVAr *Thong so thay doi manh nhat: Nut phat: 1023 CSdau/CScuoi: 700.00/ 980.00 *Tong CS tieu thu (khong ke ton that): CSdau/CScuoi: 10221.000/14309.402 k = 1.4000 *He so du tru on dinh tinh: k = 1.4000 40.00% Với dung lượng bù trên, hệ số ổn định tĩnh tăng lên 40% cải thiện đáng kể, KU nút đặt bù cao (26,16%) Đồng thời, hệ số sụt áp nút khác cao 419 (32,2%), nút 420 (30,26%) Dung lượng bù chưa thật phù hợp, tiến hành điều chỉnh dung lượng bù đánh giá lại b Dung lượng ± 150MVAr Nút 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 U0 (kV) Ugh (kV) 217.515 224 224.099 225.271 226.276 237.014 225.474 230.518 231.13 228.629 237.12 232.436 231.287 226.855 226.523 222.295 219.373 220.686 218.749 224.099 234.677 220.392 188.163 200.973 205.215 209.937 212.312 231.585 211.557 219.809 221.051 216.377 231.725 223.533 221.311 213.001 212.485 204.581 199.338 201.28 198.237 207.185 225.435 191.519 kU (%) 13.49 10.27 8.42 6.8 6.17 2.29 6.17 4.64 4.36 5.35 2.27 3.83 4.31 6.1 6.19 7.96 9.13 8.79 9.37 7.54 3.93 13.1 Nút 306 307 309 310 311 312 313 314 318 319 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 - 80 - U0 (kV) Ugh (kV) 237.338 231.844 237.666 232.467 240 235 237.47 237.702 236.978 233.912 232.135 229.186 233.299 227.584 226.571 227.636 231.177 231.174 239.653 233.137 232.45 237.66 170.02 183.829 219.324 205.105 220.747 214.845 226.447 223.008 158.053 213.198 184.507 182.205 196.744 186.541 179.516 179.591 184.712 187.951 216.216 198.047 200.067 215.82 kU (%) 28.36 * 20.71 * 7.71 11.77 8.02 8.57 4.64 6.18 33.3** 8.85 20.51 * 20.49 * 15.66 18.03 20.76 * 21.1 * 20.09 * 18.69 9.77 15.05 13.93 9.18 223 224 225 226 227 301 302 303 304 305 213.366 209.627 211.232 221.834 233.257 235.616 236.12 234.272 233.406 236.311 183.874 177.786 181.008 184.276 190.662 185.719 164.174 183.212 154.254 167.225 13.82 15.18 14.3 16.93 18.26 21.17 * 30.47** 21.79 * 33.91** 29.23 * 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 236.334 226.267 222.552 220.56 226.995 220 212.31 213.943 233.602 232.664 213.676 178.937 171.689 168.536 182.262 187.048 171.661 175.718 192.322 190.656 9.58 20.91 * 22.85 * 23.58 * 19.7 14.97 19.14 17.86 17.67 18.05 Bảng 4.7 Thông tin nút đặt STATCOM nút 418 với dung lượng ± 150MVAr *Thong so thay doi manh nhat: Nut phat: 1023 CSdau/CScuoi: 700.00/ 1009.75 *Tong CS tieu thu (khong ke ton that): CSdau/CScuoi: 10221.000/14743.792 k = 1.4425 *He so du tru on dinh tinh: k = 1.4425 44.25% Với dung lượng ± 150 MVAr, hệ số ổn định tĩnh 44,25% cải thiện tốt, KU nút đặt bù giảm xuống (14.97%) Nhưng ta thấy số nút sụp áp tương đối lớn 304, 302 Kết luận: Khi đặt STATCOM nút 418 nên chọn dung lượng ± 100 MVAr hợp lí nhất, với dung lượng vừa phải STATCOM nâng cao điện áp nút, làm hệ số dự trữ ổn định tĩnh tăng lên Với thiết bị FACTS, dung lượng định giá thành 4.3.2 Phân tích hiệu ổn định điện áp - Thông số chế độ xác lập đặt STACOM * * * * TONG CONG SUAT FAT 10439.054 CONG SUAT YEU CAU 10221.000 TON THAT TRONG LUOI 218.054 TAN SO TRONG LUOI 50.00 * HE THONG ON DINH TINH * MW MW MW HZ MW MW MW HZ So với lắp STATCOM * * * * TONG CONG SUAT FAT 10441.914 CONG SUAT YEU CAU 10221.000 TON THAT TRONG LUOI 220.920 TAN SO TRONG LUOI 50.00 * HE THONG ON DINH TINH * - 81 - Ta thấy hệ thống ổn định, lượng công suất yêu cầu giảm xuống từ, giảm tổn thất lưới Trào lưu công suất phân bố lại hình trang bên - Hệ số dự trữ Từ bảng phân tích thông tin nút ta thấy hệ số dự trữ toàn hệ thống tăng lên đáng kể từ 36,25% (lúc chưa đặt STATCOM) tăng lên 42.25% (sau đặt STATCOM) Hệ số dự trữ ổn định hệ thống cải thiện tốt - Hệ số sụt áp KU% nút đặt STATCOM giảm từ 35,39% xuống 19,7%; nút yếu có KU% giảm tương ứng Nghĩa điện áp nút cải thiện so với trước đặt STATCOM Nút Chỉ tiêu KU (%) Ugh (kV) 416 418 419 420 29,05 35,39 42,6 40,22 24,42 19,7 24,57 23.05 159,679 148,745 128,015 134,2 166,695 176,664 160,149 164,628 1.3625 kt 1.4225 36,25 kdt (%) 42,25 Thông số chưa đặt STATCOM Thông số sau đặt STATCOM Bảng 4.8 Tóm tắt hiệu STATCOM qua tiêu - 82 - Hình 4.7 Biến thiên điện áp nút đặt STATCOM nút 418 với dung lượng bù ± 100MVAr Nhận xét: Khi bù dung lượng bù ± 100 MVAr nút 418, hệ số dự trữ ổn định tĩnh tăng lên, qua cải thiện điện áp nút Nhìn đồ thị ta thấy, điện áp giới hạn nút 419 (nút có hệ số sụt áp mạnh nhất) tăng lên 160,19 kV, so với điện áp ban đầu 128,015kV cho thấy hiệu STATCOM nâng cao ổn định điện áp nút, nâng cao ổn định tĩnh hệ thống nói chung 4.4 Kết luận Với hệ thống điện Việt Nam lấy làm ví dụ ta thấy, số nút 200kV điện áp sụt mạnh, nút có nguy sụp đổ điện áp, dẫn đến sụt hệ thống theo phản ứng dây chuyền Khi đặt STATCOM nút hợp lí, với dung lượng bù phù hợp giúp cho hệ số sụt áp nút giảm đi, hay nói cách khác nâng điện áp nút lên, đồng thời nâng cao hệ số dự trữ ổn định tĩnh hệ thống - 83 - Khi bù nút, công suất phản kháng truyền đường dây giảm, kéo theo tổn thất lưới giảm theo Để áp dụng vào thực tế vận hành lưới cần tiến hành tính toán kĩ chọn vị trí đặt STATCOM tối ưu nhất, chọn dung lượng phù hợp đem lại hiệu cao nhất, đặc biệt với hệ thống điện Việt Nam có chiều dài truyền tải lớn - 84 - KẾT LUẬN CHUNG Ổn định hệ thống điện vấn đề phức tạp, ổn định hệ thống liên quan đến nhiều yếu tố, nguyên nhân hay gặp với hệ thống điện Việt Nam thiếu hụt nguồn dẫn tới việc không đáp ứng đủ nhu cầu phụ tải Một giải pháp nhằm sử dụng hợp lí nguồn phát tận dụng tối ưu khả lưới sử dụng thiết bị FACTS Các thiết bị phương tiện điều khiển dòng công suất hệ thống điện, chế tạo sở thiết bị điện tử công suất lớn Ưu thiết bị FACTS có tốc độ điều chỉnh nhanh công suất lớn, có quán tính tổn thất nhỏ khả đáp ứng nhanh theo yêu cầu hệ thống điện Có nhiều loại thiết bị FACTS khác với chức ứng dụng đa dạng, STATCOM thiết bị có hiệu cao để ổn định điện áp nút, nâng cao ổn định tĩnh HTĐ, ổn định độ tình cố Đối với hệ thống điện Việt Nam nút phụ tải có công suất lớn, tính toán lắp đặt STATCOM nút yếu, nút quan trọng cung cấp điện cho trung tâm phụ tải lớn, qua nâng cao ổn định cho hệ thống Để đảm bảo hiệu cao nhất, cần lựa chọn vị trí đặt STATCOM dung lượng hợp lí Có thể sử dụng tiêu chuẩn độ nhạy biến thiên điện áp nút để lựa chọn vị trí đặt cho STATCOM HTĐ sơ đồ phức tạp Khi vận dụng thực tế, so sánh hiệu FACTS vị trí khác sơ đồ HTĐ Việt Nam cần có số liệu tin cậy, thực nhiều tính toán chương trình Tính toán cho nhiều tình huống, xác định dung lượng hợp lý cho thiết bị FACTS Cũng cần phối hợp với thiết bị điều khiển khác sử dụng HTĐ để mang lại hiệu cao - 85 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Bách (2007), Lưới điện & Hệ thống điện (tập 1), NXB Khoa học kỹ thuật Trần Bách (2001), Ổn định hệ thống điện, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Lã Văn Út (2001), Phân tích điểu khiển ổn định hệ thống điện, NXB Khoa học kỹ thuật Carson W Taylor (1994), Power System Voltage Stability, McGraw-Hill, Inc Hingorani Narain G., Gyugyi (2000), Understanding FACTS: Concept and Technology of Flexible AC Transmission Systems, IEEE PRESS, USA , pp 1207 Mathur R Mohan, Varma Rajiv K., (2002), Thyristor - based FACTS controllers for electrical transmission systems, IEEE PRESS, USA, pp 413 – 433 M H Sadeghi (2007), Voltage Collapse (lecture), K.N.Toosi University of Technology Prabha Kundur (1994), Power System Stability and Control, McGraw-Hill, Inc Vijay K Sood (2004), HVDC and FACTS controller: Aplications of Static Converters in Power systems, Kluwer Academic Publishers, Boston, English, pp 1-39 - 86 - ... 1: Tổng quan ổn định điện áp hệ thống điện • Chương 2: Thiết bị FACTS ứng dụng nâng cao ổn định điện áp hệ thống điện • Chương 3: STATCOM ứng dụng ổn định điện áp • Chương 4: Đánh giá hiệu thiết. .. tế hệ thống điện Việt Nam 2005 (số liệu năm 2006) để nâng cao ổn định điện áp nút yếu, qua nâng cao ổn định toàn hệ thống Nội dung nghiên cứu - Tổng quan thiết bị FACTS - Hiệu việc ứng dụng thiết. .. thiết bị FACTS nâng cao ổn định điện áp -2- CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Những vấn đề ổn định hệ thống điện Ở chế độ xác lập (CĐXL) hệ thống điện,