1. Trang chủ
  2. » Kỹ Thuật - Công Nghệ

Phân tích hệ thống phân phối hình tia có thiết bị SVC sử dụng thuật toán LFB

148 167 0
Tài liệu được quét OCR, nội dung có thể không chính xác

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 148
Dung lượng 3,47 MB

Nội dung

Trang 1

HUTECH oy

University

NGUYÊN NGỌC THIÊM

PHAN TiCH HE THONG PHAN PHOI HINH TIA

CO THIET BI SVC SU DUNG THUAT TOAN LFB

LUAN VAN THAC SI

Trang 2

Cán bộ hướng dẫn khoa học : Tiến sĩ Hồ Văn Hiến

2

TS Hỗ Văn Hiến

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP.HCM ngày 21 tháng 03 năm 2015

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội dong chấm bảo vệ Luận văn Thạc #)

TT Họ và tên Chức danh Hội đồng

| | PGS.TS Phan Thi Thanh Binh Chủ tịch

2 | GS.TS Lé Kim Hing Phan bién 1

3 | PGS.TS Võ Ngọc Điêu Phản biện 2

4 | PGS.TS Dương Hoài Nghĩa Uy viên

Š | TS Huynh Chau Duy Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được

sửa chữa (nếu có)

Chú tịch Hội đồng đánh giá LV

a

Trang 3

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Ngọc Thiêm Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 16 — 02 — 1974 Nơi sinh : Tỉnh Bắc Giang

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1341830035

I- Tên đề tài:

PHAN TiCH HE THONG PHAN PHOI HINH TIA CO THIET B] SVC SU DUNG THUAT TOAN LFB

II- Nhiệm vụ và nội dung:

Nghiên cứu thuật toán LFB để giải bài tốn phân bố cơng suất cho mạng phân phối hình tia

Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc của thiết bị SVC và một số thiết bị FACTS

thông dụng Xây dựng phương trình trào lưu công suất LFB cho mạng phân phối hình

tia co thiét bi SVC

Thực hiện tinh tốn trào lưu cơng suất cho mạng phân phối hình tia 15 nat IEEE va

cho mạng phân phối hình tia 64 nút thực tế không và có thiết bị SVC sử dụng thuật

toán LFB và kiểm tra lại bằng thuật toán Newton-Raphson trên chương trình Matlab III- Ngày giao nhiệm vu: ngay 18 thang 08 năm 2014

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: zøgày 20 tháng 01 năm 2015

V- Cán bộ hướng dẫn: Tiến sĩ Hồ Văn Hiến

CAN BO HUONG DAN KHOA QUAN LY CHUYEN NGANH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

_

Trang 4

quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công

trình nào khác

Tôi xin cam đoan răng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này

đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc Học viên thực hiện Luận văn

(Ky va ghi rõ họ tên)

~~)

Trang 5

LOI CAM ON

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành đến quí thầy cô

trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp HCM và trường Đại học Bách Khoa Tp HCM đã nhiệt tình dạy bảo tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường

Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Hồ Văn Hiến đã dành nhiều thời gian

hướng dẫn và khuyến khích tôi hồn thành Luận văn này

Tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã tạo điều kiện cho tôi có đủ thời gian, nghị lực dé

vừa công tác vừa học tập nghiên cứu đề tài này và nay đã đạt được kết quả nhất định !

Tôi cũng xin cám ơn các nhà nghiên cứu mà công trình nghiên cứu của họ đã được

tôi tham khảo và trích dẫn trong Luận văn

Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng hoàn thiện Luận văn này bằng tắt cả sự nhiệt tình và

năng lực của mình, tuy nhiên không thẻ tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được những đóng góp của thầy cô va cdc ban !

Tp HCM, ngày2øtháng ö{ năm 2015

Học viên

—~——

Trang 6

TOM TAT

Luận văn này trình bày một phương pháp nhanh và hiệu quả để phân tích phân bố

*công suất mạng phân phối hình tia có thiết bị bù tĩnh điều khiển bởi Thyristor (SVC) Phương pháp này dựa trên thuật toán Line-Flow-Based (LFB) Thuật toán LFB sử dụng trào lưu công suất trên đường dây (thay vi dòng điện trên đường dây) và độ lớn

điện áp nút như những biến độc lập và liên quan trực tiếp biến thiết bị SVC với điều

kiện hoạt động của hệ thống Vì biến điều khiển như công suất tác dụng và phản kháng trên đường dây được tính toán trực tiếp trong phương trình trào lưu công suất

LFB, việc xử lý hoạt động của một hay nhiều thiết bị SVC trong hệ thống phân phối

là trực tiếp và dễ dàng Tiềm năng của thuật toán Line-Flow-Based được chứng minh qua giải bài tốn phân bố cơng suất của hệ thống phân phối hình tia 15 nút IEEE và

một hệ thống phân phối hình tia 64 nút thực tế được chọn lựa từ mạng phân phối quận

Trang 7

ABSTRACT

Trang 8

LOL CAM ON ii TOM TAT g:.:^-^-^"^-:i.4 iii ABSTRACT 4 iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮTT s 52- 2 212221 9E1EEEEEEEEEErEErErvrrrrkerkerree ix

IM.9I580)/109 9 (00:7) ca 4 X

DANH MỤC CÁC BIÊU ĐỎ, ĐỎ THỊ, SƠ ĐỎ VÀ HÌNH ẢNH xii Chuong 1: GIGI THIEU LUAN VAN ucescssssssscssssssecssessecescesecesecsessueeseessecsnessenssessenens 1

Ga .Ô I

1.2 Tóm tắt các bài bao 16m Quan cesssesscsesesssessseecsseccsssesssscssssccssecesseesssesesseesseess l

1.3 Mục tiêu, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu của đề tài 2

1.3.1 Mục tiêu đề tài - c2 v21 1111111111110 reo 2

1.3.2 Nhiệm vụ của đề tài c- cv 2t 2 2E H11 reo 3

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu cành Ha He 3

1.4 Nội dung chính của để tài . -5scS2scctteExgcrrtrrtrkrrrkrrrrrrrrrerrrrrree 3

15 Y nghĩa khoa học và thực tiễn của dé tai c.cceccescssessesstesesscessssneessestesssseseess 4

Chuong 2: PHAN TICH HE THONG PHAN PHOI HINH TIA SU DUNG THUAT

TOAN LINE-FLOW-BASED .sscsssssssssessssessssecsssecssueesssccsssessssecaseessseesssessseesseeeans 5

2.1 Khái quát hệ thống phân phối hình tia ¿- 5-5225 5+2cxvccxcrxrrrxee 5

2.1.1 _ Hệ thống phân phối hình tia cơ bản c5: 5c ccccecrveerrrereree 5

2.1.2 Yéu cau vé hé thong phan ph6i cecsecsecsesseesseesueeseesneeseeeseeeneesneeees 6 2.1.3 Phan loai hé théng phan phéi c.cccccccccssesssssessesseseeseeseesecstesnesseeseesees 6

Trang 9

2.2 Phan bé céng suat trong hé thống điện -:-¿-©2cccccxcserxrerrrveee 7 2.2.1 Phân tích phân bố công suất trong hệ thống điện . 7

2.2.2 Bài toán phân bố công suất - -:-c: 55222 cv 8 2.2.3 Thành lập mô hình hệ thống điện . - 2-55 se csttretrrrrkerrkee 8

2.2.4 Phương trình dòng công suất - 2-22 eerxevxxerrrerrerrsrrree 10

2.3 Phân tích hệ thống phân phổi hình tỉa sử dụng thuật tốn LFB 1]

2.3.1 Mơ hình đường dây -.- Ăn HH HH HH He tệ, 1}

2.3.2 Thành lập công thức và mô hình trào lưu công suất mạng phân phối

0880:0888 2£ 12

2.3.3 Bản chất của sơ đồ mạng phân phối hình tia - 5-2 15 2.3.4 Mô hình phân lập (Decoupled) LEB của mạng phân phối hình tia I9

Chương 3: TÔNG QUAN THIẾT BỊ FACT§ VÀ MƠ HÌNH SVC TRONG HỆ

THỒNG ĐIỆN .-25- kh TH 112cc ngàn 21 3.1 Téng quan vé thiét bj FACTS ooo ccecccccessescsssesessessvessssessssueseesateateneeerers 21

3.1.1 Nguyên lý của thiết bị bù điều khiến nối tiếp -c-cccc 21 3.1.2 Nguyên lý của thiết bị bù điều khiển mắc shunt -.-. ¿ 22

3.1.3 Nguyên lý thiết bị bù điều khiển kết hợp nối tiếp-nối tiếp 22

3.1.4 Nguyên lý của thiết bị bù điều khiển kết hợp nối tiếp-shunt 22

3.2 Mô hình SVC trong hệ thống điện .- 252252 25cccszecrxrrrvcees 23

3.2.1 Tổng quan về SVC -s s23 1111 1111 01111121111 111111111 ctrep 23

3.2.2 Nguyên lý hoạt động của SVC cà HH he 23

3.2.3 Cấu hình của SVC c2 HH HH reo 24

Trang 10

3.2.5 Nghiên cứu mô hình thiết bị bù tĩnh có điều khiển SVC trong hệ thống điện _ V2 HH HH He ưệu 28

3.2.6 Ứng dụng của SVC St k2 1112152711211 7-1111 crkrei 29

3.3 Khai quat và chức năng của một số thiết bị bù có điều khiển thông dụng 30

3.3.1 Thiết bị bù đọc điều khiển bởi Thyristor (TCSC) - cc 30 3.3.2 Thiết bị bù tĩnh đồng bộ điều khiển bằng Thyristor (STATCOM) 3 l 3.3.3 Thiết bị điều khiển công suất hợp nhất (UPFC) -c-c xe 33 3.3.4 Thiết bị điều chỉnh góc pha bằng Thyristor (TCPAR) 34

3.4 Nhận xét chung HH HH TH H111 ke 35

Chuong 4: PHAN TICH HE THONG PHAN PHOI HINH TIA CO THIET BI SVC

SU DUNG THUAT TOAN LEB cesscssssssssssesssssssscssssessssssssvssssscsssessersssstesssseenseeen 37

4.1 Mô hình lý tưởng của SVC n2 tt rưê 37

4.2 Thành lập công thức LFB khi đặt thiết bị SVC trong mạng phân phối hình

TA i eesssessscesecsscccsscestensessenscscevseseseuseercensecsseccasseausesuuesusessasesesesssesaetstereaseeseesass 38

4.3 Giải bài toán phân bố công suất sử dụng thuật toán Newton-Raphson 40 4.4 Thành lập mô hình trào lưu cơng suất trong thuật tốn Newton-Raphson

khi mạng hình tia có thiết bị SC 2c tt HH1 1121211 xe cree 42

Chương 5: ỨNG DỰNG PHÀN MÈN MATLAB TÍNH TỐN PHÂN BÓ CÔNG SUÁT SỬ DỰNG THUẬT TOÁN LFB VÀ NEWTON-RAPHSON 44

5.1 Các phương pháp giải bài toán phân bố công suắt - 5e: 44 5.2 Chương trình giải bài toán phân bố công suất sử dụng thuật toán LFB trên nền ẶMatlab 5: ©2222222tEEEEE2E12213271127112111111E1111.0711.1211 11 1e 44 5.3 Chương trình giải bài tốn phân bố cơng suất sử dụng thuật toán

Trang 11

5.4.1 Khảo sát mạng hình tia 15 nt IEEE oo eeeeeeeseeeeeneeeeeees 53

5.4.2 Khảo sát hệ thống phân phối hình tia 64 nút cc-55ccs: 70

5.4.3 Đánh giá kết quả khảo sát 56-2 t2 v2 trtrtrrrrrrrrrrrrrrrrree 80

Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIÊN CỦA ĐÈ TÀI 82

An" .n 5 ÔÒÔ 82

6.2 Hướng phát triển của đề tài 2scsccrtvrkerrxerxerrrerrerrrrrrrerrrres 83

Trang 12

DANH MUC CAC TU VIET TAT

SVC: Static Var Compensator — Thiết bị bù công suất tĩnh điều khiển bởi Thyristor

LFB: Line Flow Based — Thuật toán dựa trên dòng công suất trên đường dây FACTS: Flexible AC transmission System — Hé théng truyén tai dién xoay chiéu

linh hoat

RDNs: Radial Distribution Networks — Mang phan phdi hình tia BFS: Breadth First Search — Tim kiém theo chiéu rong

TCSC: Thyristor Controlled Series Compensator — Diéu khién bù dọc bởi Thyristor

IPFC: Interline Power Flow Controller — Thiét bj diéu khién trào lưu công suất trên đường dây

UPFC: Unified Power Flow Controller — Thiết bị điều khiển trào lưu công suất hợp nhất

TCR: Thyristor Controlled Reactor - Điều khiển cuộn kháng bởi Thyristor TSC: Thyristor Switched Capaccitor — Déng cat tu điện bởi Thyristor

MSC: Mechanically Switched Capacitors — Déng cat tụ điện bởi công tắc cơ khí

FC: Fixed Capacitor — Tu bt cé dinh

STATCOM: Static Synchronous Compensator — Bu tĩnh đồng bộ điều khiển bằng Thyristor

GTO: Gate Turn Off— Khóa đóng mở Thyristor

VSC: Vottage Sourced Converter - Bộ nghịch lưu nguồn áp

TCPAR: Thyristor Controlled Phase Angle Regulator — Thiết bị điều chỉnh góc pha được điều khiển bởi Thyristor

Trang 13

Bang 2.1 Phan loai nut hé théng

Bang 3.1 So sánh các tính năng của một số thiết bị điều khiển FACTS

Bảng 5.1 Dữ liệu linedata hệ thống phân phối 15 nút IEEE

Bảng 5.2 Dữ liệu tải hệ thống phân phối 15 nút IEEE

Bảng 5.3 So sánh điện áp và góc pha tại các nút giữa thuật toán LFB và

Newton-Raphson khi mạng điện hình tia 15 nút không có SVC Bảng 5.4 So sánh công suất trên các nhánh giữa thuật toán LFB và

Newton-Raphson khi mạng điện hình tia 15 nút không có SVC

Bảng 5.5 So sánh tốn thất công suất trên các nhánh giữa thuật toán LFB và

Newton-Raphson khi mạng điện hình tia 15 nút không có SVC Bảng 5.6 Tổng tốn thất, công suất SVC khi mạng điện hình

tia 15 nut khong va co 1 SVC

Bảng 5.7 Điện áp tại các nút khi mang dién hinh tia 15 nit khéng va cd 1 SVC 09 36 54 55 56 57 58 59 60 Bảng 5.8 So sánh điện áp, góc pha và công suất bù của SVC giữa thuật toán LFB

và Newton-Raphson khi mạng điện hình tia 15 nút có I SVC Bảng 5.9 So sánh công suất trên các nhánh giữa thuật toán LFB

và Newton-Raphson khi mạng điện hình tia I5 nút có I SVC Bảng 5.10 So sánh tổn thất công suất trên các nhánh giữa thuật toán LFB

và Newton-Raphson khi mạng điện hình tia 15 nút có 1 SVC

Bảng 5.11 Tổng độ chênh lệch điện áp và tổng tổn thất

khi mạng điện hình tia có 2 SVC

Bảng 5.12 So sánh độ lớn điện áp và góc pha giữa thuật toán LFB và Newton-Raphson khi mạng điện hình tia có 2 SVC Bảng 5.13 So sánh công suất trên các nhánh giữa thuật toán LFB và

Newton-Raphson khi mạng điện hình tia 15 nút có 2 SVC

Bảng 5.14 So sánh tổn thất công suất trên các nhánh giữa thuật toán LFB và

Trang 14

Bảng 5.15 So sánh công suất nút nguồn, tổng tốn thất, công suất SVC mạng hình tia 15 nút khi không, có một và hai SVC giữa

thuật toán LEB và Newton-Raphson 67

Bảng 5.16 So sánh thời gian tính, sai số, số vòng lặp khi mạng hình tia 15 nút không, có một và hai SVC giữa thuật toán LEB và Newton-Raphson 68 Bảng 5.17 Dữ liệu đường dây và tải pháp tuyến SAGODA 73

Bảng 5.18 Điện áp tại các nút mạng hình tia 64 nút trước khi đặt SVC 76

Bảng 5.19 Tổng độ chênh lệch điện áp và tổng tổn thất khi mạng hình

tia 64 nút có 1 SVC 77

Bảng 5.20 So sánh công suất nút nguồn, tổng tổn thất, công suất SVC khi mạng hình tia 64 nút không, có một và hai SVC giữa

thuật toán LEFB và Newton-Raphson 77

Bảng 5.21 So sánh thời gian tính, sai số, số vòng lặp khi mạng hình tia 64 nút

Trang 15

DANH MỤC CÁC BIÊU ĐÒ, ĐÔ THỊ, SƠ ĐÔ VÀ HÌNH ẢNH

Hình

Hình 2.1 Mô hình khảo sát nút bất kỳ trong hệ thống

Hình 2.2 Mô hình zx tương của đường dây Hình 2.3 Dòng công suất tại nút và nhánh

Hình 2.4 Mô hình tổng quát một phân đoạn đường dây

Hình 2.5 Sơ đồ 13 nút,12 nhánh IEEE

Hình 2.6 Sắp xếp tùy ý ma trận liên thuộc hình cây từ hình 2.5 Hình 2.7 Sơ đồ cây BFS của hệ thống 13 nút IEEE

Hình 2.8 Sắp xếp lại ma trận liên thuộc hình cây tối ưu BFS hình 2.7 Hinh 3.1a Sơ đồ một pha TCR

Hình 3.1b Sơ đồ một pha TSC Hinh 3.2 Cau hinh TCR-FC Hinh 3.3 Cau hinh TCR-TSC Hinh 3.4 Cầu hình TCR—FC Hinh 3.5 Đặc tinh V-I cua SVC

Hình 3.6 Mô hình SVC hoạt động trong và ngoài phạm vi điều khiển

Hình 3.7a Cầu hình TCSC

Hinh 3.7b Mô hình tương đương của TCSC

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý của STATCOM

Hình 3.9 Sơ đồ UPEC

Hình 3.10 Cầu hình của TCPAR

Hình 4.1 Mô hình thiết bị FACTS mắc shunt với đường dây

Hình 4.2 Mô hình SVC như nút PV thông thường

Hình 5.1 Sơ đồ cây 15 nút, 14 nhánh IEEE

Hình 5.2 Biểu đồ điện áp mạng hình tia 15 nút chưa có SVC

Hình 5.3 Biểu đồ điện áp trước và sau khi mạng hình tia 15 nút có một SVC

Hình 5.4 Biêu đồ điện áp khi mạng hình tia 15 nút không, có một và hai SVC

Trang 16

Hình 5.6 Sơ đồ cây hệ thống hình tia 64 nút (pháp tuyến SAGODA)

Hình 5.7 Biểu đồ điện áp mạng hình tia 64 nút không có SVC

Hình 5.8 Biểu đồ điện áp trước và sau khi mạng hình tia 64 nút có một SVC

Hình 5.9 Biểu đồ điện áp mạng hình tia 64 nút trước

và sau khi có một và hai SVC

Trang 17

1.I Téng quan

Phân bố công suất rất quan trọng và là thông số cơ bản để phân tích bat kỳ hệ thống điện nào và được sử dụng trong giai đoạn lập kế hoạch cũng như hoạt động của hệ thống Một số ứng dụng, đặc biệt là trong tự động hóa, tối ưu hóa hệ thống phân phối, giải bài toán phân công suất cần lặp lại một cách tự nhiên Trong những năm qua để phân tích phân bố công suất trong hệ thống phân phối đã áp dụng thuật toán Newton-Raphson và các biến thể của thuật toán Newton như tách biến nhanh “ Fast Decoupleđd” đã được áp dụng rộng rãi

Phân tích phân bố cơng suất theo thuật tốn truyền thống như Newton- Raphson

và tách biến nhanh “Fast Decoupled” đã được đưa vào để áp dụng cho mô hình thiết

bị bù tĩnh điều khiển bởi Thyristor trong hệ thống phân phối Nhưng khi phân tích

bằng thuật toán nay lại gặp phải vấn đề hội tụ vì đặc điểm tự nhiên của hệ thống hình

tia va tỷ số R/X cao của phần đường dây phân phối Một phương pháp mới đã được áp dụng để phân tích, tính tốn trào lưu cơng suất trong hệ thống phân phối hình tia dựa vào độ lớn điện áp tại các nút, dòng công suất tác dụng và phản kháng trên đường dây Thuật toán này được gọi là thuật toán Line-Flow-Based Với thuật toán này việc

xử lý hoạt động của thiết bị Flexible AC Trasmission System (FACTS) trong hệ thông

phân phối là trực tiếp, dễ thực hiện và có thể kết hợp dễ dàng với nhiều thiết bị

FACTS

1.2 Tóm tắt các bài báo liên quan

Ritu Parasher [3] đã đề xuất một phương pháp để giải bài toán phân bố công suất

cho hệ thống phân phối hình tia Thuật toán này dựa trên cấu trúc dữ liệu tuyến tính

tạo điều kiện cho phép tính đơn giản dòng điện cho tất cả các nhánh Thời gian tính

toán và sự đơn giản trong khi thành lập thuật toán là kết quả đạt được của phương

Trang 18

tính toán điện áp nút xa nhất Khi quét về phía trước, điện áp tại các nút tiếp theo được cập nhật bắt đầu từ nút nguồn Tổn thất trên đường dây được tính toán sau khi

điện áp tại các nút được cập nhật Sử dụng phương pháp này, kết quả bài toán cho phân bố công suất mạng phân phối có thể thu được mà không giải bất kỳ tập hợp các phương trình cùng một lúc

H Amhriz-PBrez, E Acha, and C R Fuerte-Esquivel [5] tập trung vào sự phát triển của mô hình SVC mới và áp dụng chúng trong thuật toán Newton-Raphson và

các thuật toán khác để phân tích phân bố công suất Trong bài báo này SVC được

xem như biến điện nạp để điều chỉnh điện áp khi thỏa mãn các điều kiện ràng buộc Bài viết này đã phân tích mô hình tổng điện nạp và mô hình góc kích của SVC trong thuật toán Newton-Raphson

Jizhong Zhu, Kwok Cheung, Davis Hwang and Ali Sadjadpour {6] da trinh bay

một ứng dụng của thiết bị FACTS như một thiết bị điều khiển bổ xung trong quá trình

hoạt động của hệ thống và phân tích các tác động của thiết bị SVC về giảm thiểu tổn thất và cải thiện điện áp của hệ thống Kết quả đạt được của bài báo này là phân tích

được lợi ích đáng kế của mô hình SVC mới trong hệ thống điện thông qua việc so

sánh với hệ thống điện khi không có SVC

Shraddha Udgir, Sarika Varshney & Laxmi Srivastava [7] tập trung phân tích vị trí của SVC để cải thiện điện áp và giám tổn thất công suất tác dụng trên đường dây Phương pháp này đã áp dụng các tiêu chí để chọn lựa vị trí tối ưu của SVC cho việc giảm thiểu độ chênh lệch điện áp và tốn thất công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống

1.3 Mục tiêu, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu của đề tài

1.3.1 Mục tiêu đề tài

Trang 19

dây của hệ thống phân phối hình tia khi có thiết bị bù công suất tĩnh điều khiển bởi

Thyristor Thời gian tính toán và sự đơn giản trong quá trình thành lập phương trình LEB là hai yếu chính quyết định tính hiệu quả của thuật toán

1.3.2 Nhiệm vụ của đề tài

Nghiên cứu thuật toán LEB để giải bài toán "phân bố công suất cho mạng phân

phối hình tia

Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc của thiết bị SVC và một số thiết bị FACTS

thông dụng Xây dựng phương trình trào lưu công suất LEB cho mạng phân phối hình

tia có thiết bị SVC

Thực hiện tính toán trào lưu công suất cho mạng phân phối hình tia 15 nút IEEE

và cho mạng phân phối hình tia 64 nút thực tế không và có thiết bị SVC sử dụng thuật

toán LFB và so sánh với thuật toán Newton-Raphson truyền thống trên chương trình

Matlab dé phan tich ưu và khuyết điểm (đặc điểm hội tụ, độ tin cậy và tính hiệu quả)

của thuật toán LFB

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu

- _ Dựa vào các phương trình công suất và điện áp trong hệ thống điện cơ bản để

thành lập phương trình LFB cho mạng phân phối hình tia không và có SVC

- _ Thu thập các tải liệu liên quan cho mục đích nghiên cứu

-_ Sử dụng phần mền Matlab để viết chương trình tính toán phân bố công suất sử

dụng thuật toán LFB trong đề tài 1.4 Nội dung chính của Luận văn

Luận văn này bao gồm sáu chương Mô tả ngắn gọn về các chương như sau:

- _ Chương 1: Mô tả ngắn gọn tổng quan về đẻ tài, cũng bao gồm các mục tiêu,

nhiệm vụ và ý nghĩa thực tiễn của đề tài, phương pháp nghiên cứu được sử

Trang 20

- _ Chương 3: Trình bày tóm tắt nguyên lý và ứng dụng các thiết bị FACTS và

mô hình SVC trong hệ thống điện

- _ Chương 4: Thành lập thuật toán LFB và Newton-Raphson khi có thiết bị SVC - Chương 5: Thực hiện tính toán phân bố công suất của mạng hình tia 15 nut

IEEE va mạng hình tia 64 nút thực tế sử dụng thuật toán LFB và thuật toán

Newton-Raphson trên chương trình Matlab khi không và có thiết bị SVC - _ Chương 6: Trình bày kết luận và hướng phát triển của đề tài

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Thuật toán LFB được đề xuất đã giảm bớt các thủ tục tính toán trong bài toán phân

bố công suất đối với hệ thống phân phối hình tia khi có thiết bị FACTS là SVC

Với thuật toán LFB việc phân tích mạng phân phối hình tia có đặt một hay nhiều thiết bị SVC được thực hiện dé dàng hơn so với các thuật toán truyền thống

Ap dung dụng thuật toán này để phân tích mạng phân phối thực tế khi có đặt SVC

với bài tốn phân bố cơng suất đã đánh giá được hiệu quả của thiết bị SVC mang lại

Trang 21

THUAT TOAN LINE-FLOW-BASED 2.1 Khái quát hệ thống phân phối hình tia

Hệ thống phân phối giữ một vị trí rất quan trọng trong hệ thống điện vì nó là mối

liên hệ giữa hệ thống lớn và người tiêu dùng Lập kế hoạch hiệu quả của hệ thống

phân phối hình tia là cần thiết để đáp ứng sự phát triển của đất nước, phụ tải công

nghiệp và thương mại Mạng lưới điện phân phối có ba hoặc bốn dây, trong bốn dây đó, ba dây là dây pha và một dây trung tính Điện áp giữa dây pha và dây pha gọi là điện áp dây, điện áp giữa dây pha và dây trung tính gọi là điện áp pha Dây trung tính

có thể được nối đất trực tiếp hoặc nối đất thông qua một điện trở hoặc một cuộn

kháng Để đáp ứng các thông số kỹ thuật, một mạng lưới phân phối hình tia được thiết kế và vận hành nên có những đặc điểm sau đây

(a) Hệ thống này sẽ hỗ trợ cung cấp năng lượng hoạt động và phải thỏa mãn các

khía cạnh xã hội và kỹ thuật

(b) Phải đáp ứng các thay đổi liên tục công suất tác dụng và phản kháng của phụ

tải

(c) Không giống như các nguồn năng lượng khác, điện năng không dễ dàng lưu

trữ và do đó phải duy trì và điều khiển công suất tiêu thụ một cách thích hợp

(d) Việc cung cấp điện phải đáp ứng các tiêu chuẩn cụ thể sau day dé duy trì chất

lượng dịch vụ cung cấp - _ Điện áp đúng quy định

- _ Duy trì tần số không đổi

- _ Mức độ tin cậy, an ninh hệ thống cung cấp đâm bảo rằng người tiêu dùng hài lòng

2.1.1 Hệ thống phân phối hình tia cơ bản

Trang 22

có hình tia hoặc cấu trúc cây và vì thế được gọi là mạng lưới phân phối hình tia RDNs

(Radial Distribution Networks) Cấp điện áp chính của nó khoảng 4,0 +35 kV, trong

mạng phân phối thứ cấp cung cấp cho khách hàng dân cư và thương mại khoảng

127/230/400 V Nói chung, hệ thống phân phối là hệ thống điện giữa các trạm biến

áp được cung cấp bằng hệ thống truyền tải và khách hàng

2.1.2 Yêu cầu về hệ thống phân phối

Là yêu cầu bắt buộc để duy trì việc cung cấp điện trong các yêu cầu của nhiều khách hàng Sau đây là những yêu câu cần thiết của một hệ thông phân phối tốt:

(a) Nhu cầu năng lượng: Điện năng nên được cung cấp cho người tiêu dùng với công suất theo yêu cầu của khách hàng Điều này là yêu cầu rất quan trọng của

một hệ thống phân phối

(b) Độ tin cậy: Như chúng ta có thé thấy rằng ngành công nghiệp ngày nay đang

hoàn toàn phụ thuộc vào năng lượng điện để hoạt động Vì vậy, có một nhu

cầu cấp thiết của một dịch vụ đáng tin cậy Nếu tinh cờ, có một sự cô mắt điện,

nó nên được cho thời gian tối thiểu có thể có ở mọi chỉ phí Cải thiện độ tin

cậy có thể được thực hiện tối đa một mức độ đáng kẻ bởi: - _ Hệ thống điều khiển tự động đáng tin cậy

- _ Cung cấp các hệ thống phân phối dự trữ bổ sung

(c) Điện áp phù hợp: Yêu cầu cao hơn của một hệ thống phân phối là sự biến động điện áp tại các thiết bị đầu cuối của người tiêu dùng càng thấp càng tốt Như vậy, một hệ thống phân phối được cho là tốt, nếu nó đảm bảo rằng sự biến động điện áp nằm trong giới hạn cho phép của phụ tải

(d) Đường dây truyền tải: Các đường truyền tải nên không bao giờ là quá tải Hiệu suất của đường dây truyền tải tối đa khoảng 90%

2.1.3 Phân loại hệ thống phân phối

Trang 23

- _ Hệ thống phân phối DC

b Theo cách thức lắp đặt: Theo loại hình xây dựng, hệ thống phân phối được phân loại như:

- _ Hệ thống trên không - Hệ thống ngầm

c Theo sơ đồ hoạt động: Theo sơ đồ hoạt động, hệ thống phân phối có thể được phân loại như là:

- _ Hệ thống phân phối hình tia

- _ Hệ thống liên thông

- _ Hệ thống mạch vòng

2.1.4 Đặc điểm của mạng hình tia

- _ Không chắc chắn và sự không hoàn thiện của các tham số hệ thống - Tỷ số R/X cao

- _ Số nhánh và số nút vô cùng lớn

- _ Quá trình động của hệ thống thay đổi do tải thay đổi liên tục

2.2 Phân bố công suất trong hệ thống điện

2.2.1 Phân tích phân bố công suất trong hệ thống điện

Nghiên cứu phân bố công suất trong hệ thống phân phối được sử dụng để đảm bảo rằng năng lượng điện truyền từ máy phát tới người tiêu dùng qua hệ thống lưới

điện 1a én định, dang tin cậy và kinh tế Trong một hệ thống điện xoay chiều ba pha,

phân bố công suất tác dụng, phản kháng từ các nhà máy phát điện cho tải thông qua mạng lưới điện nút và nhánh khác nhau Dòng công suất tác dụng hay phản kháng gọi chung là phân bố công suất hay phân bố tải Nghiên cứu phân bố công suất là

cách tiếp cận toán học có hệ thống để xác định điện áp khác nhau tại các nút, góc pha,

Trang 24

Độ lớn điện áp tại các nút gần với giá trị định mức

Máy phát hoạt động trong giới hạn công suất tác dụng và phản kháng cho phép

Đường dây tải điện và trạm biến áp không bị quá tải

Phân tích trào lưu công suất được sử dụng để xác định tình trạng hoạt động ổn định của một hệ thống điện Bài toán phân bố công suất được thực hiện cho quy hoạch hệ thống điện, kế hoạch hoạt động và kết nối với hệ thống hoạt động và điều khiển 2.2.2 Bài toán phân bố công suất

Mục tiêu: để xác định điều kiện hoạt động ỗn định điện áp thanh cái, máy phát,

nhánh công suất, và tôn thất trong hệ thống

Nút quy ước hay vòng là không thích hợp cho nghiên cứu phân bố công suất bởi vì tải được cho đưới dạng công suất chứ không phải trở kháng Cũng như máy phát được xem như là nguồn công suất, không phải nguồn áp hay nguồn dòng

Cùng với sự ràng buộc công suất và điện áp, bài toán phân bố công suất trở thành một bài toán phi tuyến được xây dựng như là một tập hợp các phương trình đại số phi tuyến và cách giải bài toán đó phải được lặp đi lặp lại tự nhiên Một số bước giải bài toán phân bố công suất của một hệ thống điện yêu cầu là:

- _ Thành lập phương trình hệ thống điện (phương trình công suất )

-_ Áp dụng thuật toán phù hợp dé giải phương trình (Newton-Rahson,

Gauss-Seidel, Line-Flow~Based, )

2.2.3 Thành lập mô hình hệ thống điện

Trong hệ thống điện, mỗi nút thường được kết hợp với 4 đại lượng

- _ Công suất thực và phản kháng, P & Q

- _ Độ lớn điện áp nút và góc pha, |V| & 6

Trong số 4 đại lượng này chỉ có 2 đại lượng có thể xác định và còn lại 2 tính được

thông qua giải bài tốn phân bố cơng suất Tùy thuộc vào đại lượng đã cho, các nút

Trang 25

Nút máy phát (PV) P, |V| Q.ổ

Nút cân bằng |V| P,Q

a Phân loại nút

Nút tải hay nút PQ: Công suất (P, Q) được cho Đó là giá trị mong muốn để tìm

độ lớn điện áp và góc pha qua giải phương trình công suất

Nút máy phát hay nút PV hoặc nút điều khiến điện áp: Độ lớn điện áp và công suất thực được cho, thường giới hạn đến giá trị công suất phản kháng là tốt Nó cần thiết để tìm ra công suất phản kháng nguồn phát và góc pha của nút điện áp-tụ điện, máy bù đồng bộ, và máy phát

Nút cân bằng: Độ lớn điện áp và góc pha được cho, thông thường 1.0⁄0° Trong khi công suất P, Q tính được qua phương trình công suất và bao gồm cả tốn thất Góc

pha điện áp sẽ thực hiện như giá trị tham khảo Chỉ có một nút cân bằng trong một hệ

thống khảo sát, và thông thường một máy phát lớn nhất sẽ được chọn là nút cân bằng b Mô hình mạng

Mạng hệ thống điện có thể hoạt động trong điều kiện cân bằng hay không cân

băng thường sử dụng một pha biểu diễn tương đương hệ thống mạng (hình 2.1) Để

Trang 26

- Nhanh shunt nhu cuén day va tu dién: Dan nap shunt được thêm vào số hạng đường chéo của ma trận Y¡¡ tương ứng với các nút mà chúng kết nối

- Đường dây và cáp: Theo mô hình như một hình x tương đương (hỉnh 2.2), tham gia vào cả trên thành phần đường chéo và ngoài đường chéo của các ma trận Y¡, Yịi, Yụ vàY), Yij

Hình 2.2 Mô hình x tương của đường dây 2.2.4 Phương trình dòng công suất

Phương trình dòng dién tai nut i: I, =>Y,V, =¥Vi+ ¥V, (2.1) J=l j Hoặc viết dưới dạng điện ap nit i: ,=,~ 3 WƑ)= 1 Ụ 1 1, J=l,J=i Y, (28 _ VY) (2.2)

Công suất thy va cong suat phan khang tai nut i:

S,=P+j0,=VI =VDYV, =VV.+ DY, jst fel jai (2.3)

Vị, Vị được biểu điễn dưới dạng cực (độ lớn và góc) Công suat tai nat ila: Por = Poi— Pri, QoL = Qai - Qui

Trong d6: Pai, Qai la công suất máy phat tai nut i, PLi, Qui 1a công suat tai tai nut i

Từ mô hình dòng công suất và nhánh (hình 2.3), công suất trên nhánh gần nút

nhận được tính:

Trang 27

v P Vị = »> Pett | * Qạu Qi Bus i Pg † Gi Put 4 Qui

Hinh 2.3 Dòng công suất tại nút và nhánh

2.3 Phân tích hệ thống phân phối hình tia sử dụng thuật tốn LFB 2.3.1 Mơ hình đường dây busbar i " ị busbar j

Hình 2.4 Mô hình tổng quát một phân đoạn đường dây

Trên hình 2.4 trình bày mô hình tổng quát của một đường dây trong hệ thống phân

phối Mặc đù sự bố trí đầu nhận va đầu phát là tùy ý, tuy nhiên hướng dòng công suất được chỉ định gần cuối đầu nhận Một máy biến áp với biên độ điện áp, góc pha và

Trang 28

LEB Thong số góc pha được bỏ qua vì nó không có ý nghĩa trong hệ thống phân phổi hình tia

2.3.2 Thành lập công thức và mô hình trào lưu công suất mạng phân phối hình tia LFB

Phương trình cân bằng công suất tac dung và phán kháng tại tất cả các nút trừ nút

cân bằng có thê được viết sử dung trong ma trận liên thuộc của sơ dé mang dién Vi tat cả các kết nối shunt được loại trừ trong ma trận liên thuộc, dòng công suất thực và

công suất phản kháng của chúng được tính toán riêng trong phương trình cân bằng công suất Công suất thực và phản kháng của tải, tụ kết nối shunt, và điện nạp đường

dây có thể được đề cập như những nhánh mắc shunt Sau khi phân loại nút cân bằng,

nút điện áp, nút tải, phương trình cân bằng công suất tại các nút và phương trình điện áp trên đường dây được trình bày dưới đây

2.3.2.1 Phương trình cân bằng công suất

Sử dụng một ma trận liên thuộc A (ma trận liên quan giữa nhánh và nút) với số

hàng tương ứng tất cả các nút trừ nút cân bằng, phương trình cân bằng công suất tác dụng và phản kháng viết lại như sau:

Ap — P,, - A'l=0 (2.4)

A.q - Qạ„— A'.m - H.V'=0 (2.5) Trong đó:

A’ la ma tran nut liên thuộc được xác định khi cho tất cả các giá trị “—1” trong

ma trận A bằng 0, chúng được tạo ra để dễ dàng chứa đựng tốn thất trên đường dây trong phương trình cân bằng công suất khi sử dụng những vector nhánh tốn thất công suất tác dụng và phản kháng Ì và m

H là ma trận đường chéo ,với những thành phần là tổng điện nạp và bù điện

nạp tại mỗi nút

PoL và Qou, là vector công suất bơm vào nút được xác định Pou¡ = Poi — Priva

Qoui = Qoi - Qui Với Pdi, Qui, Pụi, Qui là công suất tác dụng và phân kháng của

Trang 29

h và mị là tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trong đường dây |

p và q là vector công suất tac dung va phan khang tai gần cuối đầu nhận

V' là vector điện áp chưa biết của tất cả các nút trừ điện áp tại nút cân bằng

VỶ là bình phương độ lớn điện áp tại nut i

Nếu máy phát điện nằm rải rác trong hệ thống phân phối, những nút máy phát tương ứng được phân chia thành hai loại nghĩa là những nút công suất PQ bơm vào

là không đổi hoặc điều khiển điện áp nút PV,

Gọi n là tổng số nút và nạy là số nút điều khiển điện áp và nụa là số nút tải, tương

ứng Với một nút cân bằng, tổng số các nút là:

n=n,+n, +1 (2.6)

Số lượng an trong (2.5) giảm từ n— 1 tới n — nạy — Í và phương trình (2.5) viết lại như sau:

Trang 30

Vv?

Vi +2[5-P, + x-4,]-— =—k, (2.11)

|

Về bên phải của (2.11) được viết với k,= sĩ (+ x7) /V? Dé 1a phuong trinh

điện áp đường dây I Tổng số các độ lớn điện áp chưa biết sẽ giảm xuống tới (n — 1)

— npy khi máy phát phân tán được thiết lập như những nút điều khiển điện áp Vì điện áp của một nút PV đã biết, giá trị được chuyển qua phía bên phải (2 1) Phương trình

(2.11) có thể viết bằng một dạng ma trận như sau:

2R.p+2X.q - (A.AL+Ar)V?= ~k+A.AT,V? (2.12)

Trong đó:

Ác là nút ma trận liên thuộc tương ứng với nút PV

Về, là vector bình phương điện áp của các nút PV và nút cân bằng

A là ma trận đường chéo bậc I với giá trị đầu phân áp máy biến áp và bằng bình phương giá trị đầu ra đó

Ai+ và Ai nhận được từ Ai bằng cách thiết lập tương ứng giá trị âm, dương trong Aj bang zero

R và X là ma trận đường chéo điện trở và điện kháng đường day

k là vector tượng trưng cho số hạng bên phải (2.11) với tất cả các đường day 2.3.2.3 Phương trình trào lưu công suất LEB

Trang 31

AwwX=y,† Y; (2.15)

Ma trận liên thuộc Aw là ma trận hằng là thừa số tức thời trong suốt quá trình giải bài toán Ma trận liên thuộc là không suy biến khi mạng tia là cau trúc cây với tất cả các nhánh kết nói, và những hàng tương đương với nhánh cây trong đồ thị mạng độc lập

Trong đó:

x là biến vector của công suất tác dụng và phản kháng trên đường dây (p, q)

và bình phương độ lớn điện áp ( VỶ )

y¡ là vector hằng của công suất bơm và nút điện áp PV

y› là vector biến tổn thất trên nhánh, các giá trị công suất bơm vào và thiết bị bù trên nhánh

Phân tích phân bố công suất với phép lặp được bắt đầu với vector y: bằng không Bảng cách sử dụng phép giải vector x trong một phép lặp, về phải (2.15) được cập nhật bằng việc tính toán y2 và thêm vector y¡ Việc thành lập công thức LFB cho hệ thống mạng liên thông thể hiện khả năng đáp ứng tốt tốc độ hội tụ trong quá trình lặp,

ngay cả khi hệ thống có những khuyết điểm cao 2.3.3 Bản chất của sơ đồ mạng phân phối hình tia

Sơ đồ mạng phân phối hình tia có một cấu trúc cây không có vòng Tổng số nhánh

băng tổng số nút trừ một Khi mô hình mẫu của ma trận liên thuộc phụ thuộc thứ tự đường dây và nút, ma trận liên thuộc (2.13) có một cấu trúc phụ thuộc trên thứ tự

trong các đường dây được đọc từ dỡ liệu Hơn nữa, ma trận liên thuộc là vuông và không suy biến Bằng cách sắp xếp lại các nhánh một cách thích hợp, ma trận liên thuộc có thể thực hiện hoàn toàn trên đường chéo Điều này dẫn đến tăng tốc trong

thời gian tính toán để giải bài tốn phân bố cơng suất Thuật toán Breadth First Search

(BFS) si dung dé dat diéu này được giải thích trong phần ví dụ sử dụng thuật toán

BES

Trang 32

cây đồ thị mạng phân phối hình tia trong mô hình LFB Ý tưởng cơ bản của BFS là

chỉ ra càng nhiều nút càng tốt trước khi thâm nhập sâu vào cây Điều này nghĩa là

chúng ta phải xem xét tắt cả cách nút liền kề với mức hiện tại trước khi đi đến một

nút khác Mô tả văn tắt của BES để đánh lại số nút và nhánh có thể tóm tắt trong ba

bước tiếp theo để xây dựng một cây BFS tối ưu

1 Bắt đầu nút nguồn như mức đầu tiên và phân nhánh đến các nút “hạ lưu” như các mức kế tiếp

2 Giống như mức trên, tất cả các số nút được sắp xếp liên tiếp

3 Nhánh đánh số tương tự như đánh số nút, ở mọi cấp độ, sô nhánh ít hơn số nút là một Vĩ dụ sử dụng thuật toán BES đồ 42 @)

Hình 2.5 Sơ đồ cây13 nút, 12 nhánh IEEE (Nguồn: “Radial distribution

Trang 34

Sử dụng thuật toán BFS được minh họa trong hệ thống phân phối hình tia có 13

nút và 12 nhánh biểu diễn trong hình 2.5 Đường dây chỉ có điện trở và điện kháng nối tiếp Nút được đánh số tùy ý với số thứ nút liên tiếp bắt đầu từ 1 Mặt dù nút I

được cho bởi chỉ một nút nguồn ở đây, những nút khác vây quanh là số tùy ý được cho trong danh sách dữ liệu gốc Điều này có ích khi mạng được cấu hình lại để đáp ứng nhu cầu khác nhau dưới tải Dòng trong các nhánh luôn luôn có hướng từ nút nguôn, do vậy hướng mũi tên được bỏ qua Aol, db de de de ty be b ba là lạ 1 bus, bus,{-1 1 1 1 bus, -1 1 bus, -l 1 I1 1 bus; -1 l bus, ¬Ì bus, -l I1 bus, -l bus, ¬I Ị DUS ~l bus, ¬] bus 1 bus; -l

Hinh 2.8 Sắp xếp lại ma trận liên thuộc hình cây tối ưu BFS hình 2.7

Ma trận liên thuộc trong hình 2.5 bao gồm nút nguồn gọi là nút 1, được biêu diễn trong hình 2.6 cho phù hợp với phương trình dòng tải LFB của phần sau, các hàng

của ma trận có liên quan với nút và các cột của nó đến các nhánh Đánh số BFS duoc

áp dụng cho 13 nút kể cả nút nguồn Cay BFS tối ưu của IEEE 13 nút biểu điển trên hình 2.7 Ma trận liên thuộc của nó đươc sắp xếp lại, bao gồm nút nguồn như trên hình 2.8 Sau đó hàng tương ứng của nút nguồn được xóa từ hình 2.8, ma trận liên

Trang 35

tam giác trên kết quả làm giảm quá trình tính toán trong suốt qua trình lặp, đề cập trong (2.16) ở dưới 1 1 1 100000000 0-10 010000 0 0 0 0 0-10 041 4 1000 0 000-100 001 00 0 0000-1000 000 0 z-|0 0 000-1000 110 0 0 0000-10 000 0| gi 0 0 0 00 0 0-10 00 1 0000 000 0-10 0 0 00000 00 0 0-10 0 0000 0000 0 0-1 0 10 0 0 0000 0 0 0 0 =I]

2.3.4 M6 hinh phan lip (Decoupled) LFB của mạng phân phối hình tia

Ma trận (2.10) có thể tách ra thành bộ ba phương trình“ tách riêng” và viết lại như sau: Ap=P, - A'l (2.17) A,.q= Qạ — A/jm+H,.V? (2.18) AT.V?= ~A.AT.V?+k+2R.p+2X.q (2.19) Với đường dây đã được sắp xếp theo BFS, nut ma trận liên thuộc A như (2.16) Trong đó:

Ay 14 ma tran tam giác trên

Trang 36

Bằng việc sử dụng chế độ điện áp bằng phẳng như giá trị bắt đầu, trào lưu công suất trên đường dây p và q có thé thu được trực tiếp bằng cách thay ngược lại (2.17) và (2.18) và sau đó cập nhật p và q vào (2.19)

Bình phương điện áp V°có thể được tinh bằng cách thay thế về phía trước Không

Trang 37

Chương 3

TỎNG QUAN THIẾT BỊ FACTS VÀ MƠ HÌNH SVC

TRONG HỆ THÓNG ĐIỆN

3.1 Tổng quan về thiết bị FACTS

Ngày nay, hơn bao giờ hết, chúng ta đang phải đối mặt với cdc van dé tắc nghẽn

lưới và những hạn chế của công suất truyền trong các hệ thống truyền tải điện Như

một phần của việc hiện đại hóa lưới điện, tất cả các lựa chọn thay thế cho phép tăng

công suất truyền tải đang được nghiên cứu Thiết bị điều khiển FACTS là ứng dụng

mới nhất và là một trong những tiến bộ công nghệ quan trọng nhất trong những năm gần đây Đây là một lĩnh vực mới được hình thành mà sẽ yêu cầu, trong tương lai gần, nghiên cứu và phát triển đáng kể Thiết bị điều khiển FACTS đang thâm nhập vào hệ thống truyền tải cao áp và lan rộng đến các ứng dụng trong mạng lưới điện trung thế

Mục tiêu chính của thiết bị điều khiển FACTS như sau:

- _ Điều chỉnh công suất theo yêu cầu truyền tải

- _ Đảm bảo an toàn cho đường dây truyền tải thấp hơn giới nhiệt của nó

- _ Ngăn ngừa tầng suất mắt điện bằng cách đóng góp điều khiển trong tinh trạng khẩn cấp

- _ Giảm dao động có thể làm ảnh hướng đến hệ thống hoặc hạn chế khả năng tải của đường dây

Việc thực hiện mục tiêu trên đòi hỏi sự phát triển của bù công suất lớn và bộ điều

khiển Công nghệ cần thiết cho điều này là thiết bị điều khiển công suất với hoạt động

điều khiển tức thời Việc thực hiện như một thiết bị điều khiển tối ưu hóa hệ thống

tổng thể có thể được xem là một mục tiêu bổ sung của thiết bị điều khiển FACTS

Thiết bị điều khién FACTS co thể chia ra thành 4 loại, trong đó bao gồm thiết bị bù điều khiển nối tiếp, thiết bị bù điều khiển mắc shunt, thiết bị bù điều khiển kết hợp nói tiếp-nối tiếp, và thiết bị bù điều khiển kết hợp nối tiếp-shunt

Trang 38

Một thiết bị bù điều khiển nối tiếp có thể xem như một biến trở kháng hoặc điện

dung có giá trị điều chỉnh được để giảm dao động có thể xảy ra trong hệ thống điện Điều này đạt được bằng cách bơm một điện áp thích hợp nối tiếp với đường dây và điện áp này có thể xem như điện áp rơi trên một trở kháng nối tiếp trên đường dây Nếu điện áp đường dây có pha vuông góc với dòng điện, bộ điều khiển nối tiếp tiêu thụ hay cung cấp công suất phản kháng Ví dụ như Thyristor Controlled Series

Compensator (TCSC), chúng có thể được sử dụng hiệu quả để điều khiển công suất

trong hệ thống và giảm dao động của hệ thống

3.1.2 Nguyên lý của thiết bị bù điều khiển mắc shunt

Thiết bị bù điều khiển mắc shunt tương tự như bộ điều khiển nối tiếp, sự khác biệt

là bộ điều khiển mắc shunt bơm đòng điện vào hệ thống tại điểm mà nó kết nối Sự thay déi trở kháng mắc shunt với đường dây gây ra một dòng điện bằng cách bơm dòng điện vào trong hệ thống Nếu dòng điện bơm có pha vuông góc với điện áp

đường đây thì bộ điều khiển điều chỉnh công suất phản kháng Ví dụ như Static Var

Compensator (SVC) chúng được sử dụng tốt nhất để điều khiển điện áp tại và xung

quang điểm kết nối bằng cách bơm dòng điện tác dụng hay phản kháng vào trong hệ thống

3.1.3 Nguyên lý thiết bị bù điều khiến kết hợp nối tiếp- nối tiếp

Một thiết bị bù điều khiển kết hợp nối tiếp - nói tiếp có hai câu hình Một cấu hình

bao gồm một bộ điều khiển ndi tiếp trong cách phối hợp một hệ thống nhiều đường

dây truyền tải Một cấu hình khác cung cấp điều khiển công suất phản kháng độc lập

cho mỗi đường dây trong hệ thống nhiều đường đây truyền tải và đồng thời làm thuận tiện truyền công suất thực thông qua liên kết công suất Ví dụ như Interline Power Flow Controller (IPFC), chúng giúp cân bằng cả công suất thực và phản kháng trên đường dây

3.1.4 Nguyên lý của thiết bị bù điều khiến kết hợp nối tiếp - shunt

Một thiết bị bù điều khiển kết hợp nối tiếp-shunt có hai cấu hình, một là điều

Trang 39

trong khi thành phần nối tiếp bơm điện áp Khi hai yếu tố này được hợp nhất, một

công suất thực được trao đổi giữa chúng thông qua các liên kết công suất Ví dụ như

Unified Power Flow Controller (UPFC), ching tan dung cdc Igi thé diéu khiển của cả kết nối shunt và nối tiếp và do đó tạo thuận lợi điều khiển độc lập công suất và

điện áp đường dây một cách hiệu quả

3.2 Mô hình SVC trong hệ thống điện

3.2.1 Tổng quan về SVC

Static Var Compensator (SVC) là thế hệ đầu tiên của thiết bị điều khiển FACTS

đã được nghiên cứu Nó như là một biến trở kháng mà dòng điện qua điện kháng được điều khiển bằng cách sử dụng Thyristor

Việc áp dụng SVC bước đầu đã được bù cho tải dé thay đổi nhanh chóng tải chẳng hạn như các nhà máy thép và lò hồ quang Ở đây, mục tiêu là cung cấp cải thiện hệ số công suất và cân bằng công suất ở phía nguồn bắt cứ khi nào cần thiết Ứng dụng bù cho đường dây truyền tải bắt đầu vào cuối những năm bảy mươi

SVC không có quán tính so với máy bù đồng bộ và có thể đáp ứng cực nhanh (2-3

chu kỳ) Điều này cho phép điều khiển nhanh chóng công suất phản kháng trong giới hạn điều khiển Thông thường sử dụng các bộ SVC như:

- Thyristor—Controlled Reactor (TCR) - Điều khiển cuộn kháng bởi Thyristor - Thyristor—Switched Capaccitors (TSC) — Déng cắt tụ điện bởi Thyristor - _ Thyristor-Swiched Reactor (TSR) — Đóng cắt cuộn kháng bởi Thyristor -_ Mechanically-Switched Capacitors (MSC) —- Đóng cắt tụ điện bình thường 3.2.2 Nguyên lý hoạt động của SVC

Sơ đồ cơ bản một pha của TCR và một pha TSC được trình bày tương ứng trong

hình 3.1a và 3.1b Một TCR bao gồm một bộ điện kháng cố định nối tiếp với van

Thyristor hai chiều Thông thường điện cảm trong mỗi pha được chia thành một nửa ở mỗi bên của van Thyristor Phương pháp này làm giảm tác động lên Thyristor trong

điều kiện sự cố Thông thường cuộn kháng lõi không khí được sử dụng trong TCRs

Một tụ điện được đóng cắt bởi Thyristor nối tiếp với một van Thyristor hai chiều và

Trang 40

được thực hiện trong bán kỳ dương của điện áp cung cấp Tụ điện không điều khiển pha, nó đơn giản là bật hay tắt Bởi vì điều này, Một TSC không sinh sóng hài méo dạng Dòng điện trong cuộn kháng của TSC để xử lý đòng giới hạn trong điều kiện bất thường, cũng như điều chỉnh dòng TSC để có tần số mong muốn +, U 7 U >| : erp +“ Uc ”- Hình 3.1a Sơ đồ một pha TCR Hình 3.1b Sơ đồ một pha TSC 3.2.3 Cấu hình của SVC

Điều khiển bù công suất phản kháng trong hệ thống lưới điện thông thường được

thực hiện với cấu hình SVC sau

a Thyristor-Controlled Reactor, Fixed Capacitor SVC

Sơ đồ đơn tuyến của một SVC Thyristor Controlled Reactor-Fixed Capacitor

(TCR-FC) sử dụng một tụ cố định và một Thyristor điều khiển điện kháng được trình

bày trong hình 3.2

TCR Filters FC

Hinh 3.2 Cau hinh TCR-FC

Ngày đăng: 06/09/2017, 21:47

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w