Giải tích hệ thống điện hệ thống FACTS dùng TCSC

Trước đây các thiết bị bù thường không có tự động điều chỉnh điện áp, hoặc có điều chỉnh nhưng rất chậm (máy bù đồng bộ) hoặc bù từng nấc. Với sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt kỹ thuật điện tử công suất nhờ thyristor công suất lớn đó cho phép thực hiện các thiết bị bù điều khiển nhanh, thực tế các thiết bị bù dùng Thyristor có thể thay đổi công suất từ 0 đến trị số định mức không quá 14 chu kỳ tần số điện công nghiệp.Trước đây các thiết bị bù thường không có tự động điều chỉnh điện áp, hoặc có điều chỉnh nhưng rất chậm (máy bù đồng bộ) hoặc bù từng nấc. Với sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt kỹ thuật điện tử công suất nhờ thyristor công suất lớn đó cho phép thực hiện các thiết bị bù điều khiển nhanh, thực tế các thiết bị bù dùng Thyristor có thể thay đổi công suất từ 0 đến trị số định mức không quá 14 chu kỳ tần số điện công nghiệp.

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ FACTS Trước thiết bị bù thường khơng có tự động điều chỉnh điện áp, có điều chỉnh chậm (máy bù đồng bộ) bù nấc Với phát triển vượt bậc lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt kỹ thuật điện tử công suất nhờ thyristor cơng suất lớn cho phép thực thiết bị bù điều khiển nhanh, thực tế thiết bị bù dùng Thyristor thay đổi cơng suất từ đến trị số định mức không 1/4 chu kỳ tần số điện công nghiệp FACTS hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt sử dụng thiết bị điện tử công suất hoạt động chế độ tự động với dòng điện điện áp cao, cho phép điều khiển bù công suất phản kháng gần tức thời, ngăn cản dao động để ổn định điện áp, hệ số công suất hệ thống cách nhanh chóng Mặt khác việc định hướng phát triển hệ thống sở dự báo phụ tải, nhiên trình vận hành lúc đảm bảo cân cung cầu dẫn đến tình trạng hệ thống điện có thời điểm bị tải Thêm vào đó, khả tải đường dây bị giới hạn yếu tố nhiệt độ, điện dung độ ổn định, khơng có điều khiển hợp lý, không tận dụng hết khả tải đường dây Việc sử dụng thiết bị FACTS góp phần giải việc vận hành hệ thống điện cách khoa học, nâng cao hiệu đường dây tải điện có, đáp ứng yêu cầu thực tế đặt Đặc biệt nơi yêu cầu cung cấp điện an toàn tin cậy 1.1 Lý thuyết FACTS Trong trường hợp đường dây khơng có tổn thất, giá trị điện áp nhận cuối đường dây thường gần giá trị đầu đường dây: Vs = Vr=V Trong q trình truyền tải, xuất góc lệch pha delta δ , phụ thuộc vào giá trị trở kháng X (1.1) (1.2) (1.3) Vì đường dây khơng có tổn thất nên cơng suất tác dụng P điểm đường dây: (1.4) Công suất phản kháng đầu đường dây khác dấu với công suất phản kháng cuối đường dây: (1.5) Khi giá trị δ nhỏ, công suất truyền tải đường dây phụ thuộc chủ yếu vào giá trị δ Trong đó, cơng suất phản kháng phụ thuộc chủ yếu vào độ lớn điện áp hai đầu Hình 1.1 Đường dây khơng có tổn thất 1.1.1 Khi bù nối tiếp Các tụ bù nối tiếp FACTS thay đổi điện kháng đẳng trị đường dây: X giảm tăng khả truyền tải công suất tác dụng đường dây Tuy nhiên, nguồn điện phải cung cấp thêm cơng suất phản kháng (1.6) (1 7) Hình 1.2 Bù nối tiếp 1.1.2 Khi bù song song Công suất phản kháng đưa lên đường dây để trì giá trị điện áp Khả truyền tải cơng suất tác dụng đường dây tăng lên phải cung cấp thêm công suất phản kháng cho đường dây (1.8) (1.9) Hình 1.3 Bù song song 1.2 Lợi ích sử dụng thiết bị FACTS Các ưu điểm sử dụng thiết bị FACTS: Sử dụng thiết bị FACTS cho phép: + Nâng cao khả giữ ổn định điện áp, giảm dao động công suất làm cho việc vận hành HTĐ linh hoạt hiệu + Điều khiển trào lưu công suất phản kháng theo yêu cầu + Tăng khả tải đường dây gần tới giới hạn nhiệt + Tăng độ tin cậy, giảm tổn thất hệ thống Tuy nhiên giá thành thiết bị FACTS cao so với khả tài nước ta Do đó, nghiên cứu áp dụng thiết bị FACTS cần phải phân tích tiêu kinh tế, kỹ thuật để lựa chọn giải pháp phù hợp 1.3 Phân loại thiết bị FACTS FACTS kết nối với hệ thống điện theo kiểu nối tiếp (bù dọc) bù song song (shunt) kết hợp hai phương thức Các thiết bị FACTS phân làm bốn loại: a Thiết bị điều khiển nối tiếp (Series Controllers): Loại thiết bị cho phép thay đổi tổng trở đường dây tụ điện, điện kháng, biến đổi nguồn có tần số tần số lưới nhờ thiết bị bán dẫn công suất Về nguyên lý, tất thiết bị điều khiển nối tiếp cung cấp tiêu thụ công suất phản kháng biến đổi Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC): thiết bị mắc nối tiếp với đường dây; gồm tụ điện nối song song với điện cảm điều khiển cách thay đổi góc mở thyristor Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR): thiết bị mắc nối tiếp với nhau; gồm điện kháng nối song song với điện kháng khác điều khiển thyristor Thyristor Switched Series Capacitor (TSSC): thiết bị gồm tụ đóng mở khóa thyristor Thyristor Switched Series Reactor (TSSR): thiết bị gồm kháng đóng mở khóa thyristor Hình 1.4 Ứng dụng FACTS tụ bù nối tiếp (sơ đồ mạch) b Thiết bị điều khiển song song (Shunt Controllers): Loại thiết bị cho phép thay đổi tổng trở, thay đổi nguồn kết hợp hai Tất thiết bị điều khiển song song bù dòng điện vào hệ thống điểm nút Các đường dây truyền tải điện dài sinh điện kháng ký sinh nối tiếp dọc đường dây Do đó, truyền tải cơng suất lớn gây tổn thất điện áp đường dây Để bù điện kháng ký sinh này, người ta đặt tụ bù dọc đường dây Trong trường hợp này, FACTS có tác dụng nguồn áp Hệ thống điện nối shunt với thiết bị FACTS Trường hợp này, FACTS đóng vai trò nguồn dòng Bù song song có hai loại: - Bù điện dung Phương pháp dùng để nâng cao hệ số cơng suất Khi tải có tính cảm nối với hệ thống, hệ số công suất bị giảm xuống trễ pha dòng điện Để bù cảm kháng này, người ta lắp tụ điện nối song song với tải, việc kéo dòng điện lên sớm pha so với điện áp Và kết hệ số công suất nâng cao - Bù điện cảm Phương pháp dùng để bù trường hợp đóng điện đường dây khơng tải non tải cuối đường dây Khi không tải tải nhỏ, có dòng nhỏ chạy đường dây Trong đó, điện dung ký sinh đường dây, đặc biệt với đường dây dài lại có giá trị lớn Việc sinh áp đường dây (hay gọi hiệu ứng Ferranti) Điện áp cuối đường dây tăng gấp đôi điện áp nguồn tới (trong trường hợp đường dây dài) Để bù điện dung ký sinh này, người ta lắp điện cảm song song dọc đường dây Thyristor Controlled Reactor (TCR): Cuộn kháng điều khiển Thyristor Nó mắc nối tiếp với van Thyristor lắp ngược chiều Mỗi Thyristor điều khiển pha Điện kháng đẳng trị giá trị liên tục Thyristor Switched Reactor (TSR): Cuộn kháng đóng cắt Thyristor Thiết bị có cấu tạo tương tự TCR Thyristor có hai trạng thái đóng mở hồn tồn Điện kháng đẳng trị giá trị nhảy cấp Thyristor Switched Capacitor (TSC): Tụ điện đóng cắt Thyristor Do đó, điện dung đẳng trị giá trị nhảy cấp Mechanically Switched Capacitor (MSC): Tụ điện đóng cắt máy cắt Thiết bị dùng để bù công suất phản kháng, đóng mở vài lần ngày hệ thống thiếu công suất phản kháng tụt áp nhiều đường dây Hình 1.5 Ứng dụng FACTS thiết bị bù song song (sơ đồ mạch) c Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với nối tiếp (Combined series - series Controllers): Đây kết hợp thiết bị điều khiển nối tiếp riêng rẽ, có cách thức điều khiển sử dụng hệ thống nhiều dây dẫn thiết bị điều khiển hợp Trong thiết bị điều khiển nối tiếp công suất phản kháng bù độc lập cho đường dây, nhiên công suất tác dụng đường dây trao đổi qua nguồn liên kết Khả chuyển công suất tác dụng thiết bị điều khiển nối tiếp - nối tiếp hợp tạo cân dòng cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng dây dẫn, tận dụng tối đa hệ thống truyền tải d Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với song song (Combined series - shunt Controllers): Đây kết hợp thiết bị điều khiển song song nối tiếp riêng rẽ điều khiển kết hợp điều khiển hợp dòng lượng với phần tử nối tiếp song song Về nguyên lý, thiết bị điều khiển song song nối tiếp kết hợp bù dòng điện hệ thống với phần tử điều khiển song song bù điện áp đường dây với phần tử bù nối tiếp 1.4 Một số thiết bị FACTS 1.4.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển Thyristor (SVC) SVC (Static Var Compensator) thiết bị bù ngang dùng để phát tiêu thụ cơng suất phản kháng điều chỉnh cách tăng hay giảm góc mở thyristor, tổ hợp từ hai thành phần bản: - Thành phần cảm kháng để tác động mặt cơng suất phản kháng (có thể phát hay tiêu thụ công suất phản kháng tuỳ theo chế độ vận hành) - Thành phần điều khiển bao gồm thiết bị điện tử Thyristor, cửa đóng mở (GTO - Gate turn off) SVC cấu tạo từ ba phần tử bao gồm: + Kháng điều chỉnh Thyristor (TCR - Thyristor Controlled Reactor): Có chức điều chỉnh liên tục công suất phản kháng tiêu thụ + Kháng đóng mở Thyristor (TSR - Thyristor Switched Reactor): Có chức tiêu thụ cơng suất phản kháng, đóng cắt nhanh Thyristor + Bộ tụ đóng mở thyristor (TSC - Thyristor Switched Capacitor): Có chức phát cơng suất phản kháng, đóng cắt nhanh Thyristor Sử dụng SVC cho phép nâng cao khả tải đường dây cách đáng kể mà không cần dùng đến phương tiện điều khiển đặc biệt phức tạp vận hành Các chức SVC bao gồm: Hình 1.6 Cấu tạo nguyên lý hoạt động SVC Điều khiển điện áp nút có đặt SVC cố định giá trị điện áp - Điều khiển trào lưu công suất phản kháng nút bù 10 - Giới hạn thời gian cường độ điện áp xảy cố (mất tải, ngắn mạch…) HTĐ - Tăng cường tính ổn định HTĐ - Giảm dao động công suất xảy cố HTĐ ngắn mạch, tải đột ngột Ngoài ra, SVC có chức mang lại hiệu tốt cho trình vận hành HTĐ như: - Làm giảm nguy sụt áp ổn định tĩnh - Tăng cường khả truyền tải đường dây - Giảm góc làm việc làm tăng cường khả vận hành đường dây Giảm tổn thất công suất điện 1.4.2 Thiết bị bù dọc điều khiển Thyristor (TCSC) Cũng tương tự phần tử SVC, phần tử TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) thiết bị điều khiển trở kháng nhanh đường dây hoạt động điều kiện ổn định hệ thống điện, tổ hợp từ hay nhiều modul TCSC, modul bao gồm hai thành phần bản: - Thành phần cảm kháng thay đổi điện dung nhờ điều chỉnh van thyristor - Thành phần điều khiển bao gồm thiết bị điện tử van Thyristor , khố đóng mở GTO Ngồi ra, TCSC có số thiết bị phụ lọc F nhằm lọc bỏ sóng hài bậc cao, thiết bị đóng ngắt phục vụ chế độ vận hành TCSC chế độ khác HTĐ 65 % UPDATE THE TCSC VARIABLES [X]=TCSCUpdating(it,nbb,D,NTCSC,X,PSta); %CHECK IMPEDANCE FOR LIMITS [X]=TCSCLimits(NTCSC,X,XLo,XHi,PSta); it = it + 1; end %Function to calculate injected bus powers by the TCSC function [TCSC_PQsend,TCSC_PQrec,PCAL,QCAL] = TCSCCalculatedpower (nbb,VA, VM,NTCSC,TCSCsend,TCSCrec,X,PCAL,QCAL); for ii = : NTCSC Bmm = - 1/X(ii); Bmk = 1/X(ii); for kk = : A = VA(TCSCsend(ii))-VA(TCSCrec(ii)); Pcal = VM(TCSCsend(ii))*VM(TCSCrec(ii))*Bmk*sin(A); Qcal = - VM(TCSCsend(ii))^2*Bmm - VM(TCSCsend(ii))* VM(TCSCrec(ii))*Bmk*cos(A); PCAL(TCSCsend(ii)) = PCAL(TCSCsend(ii)) + Pcal; QCAL(TCSCsend(ii)) = QCAL(TCSCsend(ii)) + Qcal; if kk == TCSC_PQsend(ii) = Pcal + j*Qcal; else TCSC_PQrec(ii) = Pcal + j*Qcal; end send = TCSCsend(ii); TCSCsend(ii) = TCSCrec(ii); TCSCrec(ii) = send; end end %Function to compute power mismatches with TCSC function [DPQ,flag] = TCSCPowerMismatches(flag,tol,nbb,DPQ,VM,VA, NTCSC, TCSCsend,TCSCrec,TCSCX,Flow,it,TCSC_P,PSta); if it > for ii = : NTCSC if PSta(ii) == Bmk = 1/TCSCX(ii); forkk=1:2 A = VA(TCSCsend(ii)) - VA(TCSCrec(ii)); Pcal = VM(TCSCsend(ii))*VM(TCSCrec(ii))*Bmk*sin(A); if (Flow(ii) == & kk == 1) | (Flow(ii) == -1 & kk == 2) DPQ(1, 2*nbb + ii) = TCSC_P(ii) - Pcal; break; end send = TCSCsend(ii); TCSCsend(ii) = TCSCrec(ii); TCSCrec(ii) = send; end else DPQ(1, 2*nbb + ii)= 0; end end end %Function to add the TCSC elements to Jacobian matrix function [JAC] = TCSCJacobian(nbb,JAC,VM,VA,NTCSC,TCSCsend, 66 TCSCrec,X,Flow, PSta,it); for ii = : NTCSC Bmm = - 1/X(ii); Bmk = 1/X(ii); for kk = : A = VA(TCSCsend(ii))-VA(TCSCrec(ii)); Hkm = - VM(TCSCsend(ii))*VM(TCSCrec(ii))*Bmm*cos(A); Nkm = VM(TCSCsend(ii))*VM(TCSCrec(ii))*Bmm*sin(A); JAC(2*TCSCsend(ii)-1, 2*TCSCsend(ii)-1) = JAC(2*TCSCsend(ii)-1, 2*TCSCsend(ii)-1) - VM(TCSCsend(ii))^2*Bmm; JAC(2*TCSCsend(ii)-1, 2*TCSCrec(ii)-1) = JAC(2*TCSCsend(ii)-1, 2*TCSCrec(ii)-1) - Hkm; JAC(2*TCSCsend(ii)-1, 2*TCSCrec(ii)) = JAC(2*TCSCsend(ii)-1, 2*TCSCrec(ii)) - Nkm; JAC(2*TCSCsend(ii), 2*TCSCsend(ii)) = JAC(2*TCSCsend(ii), 2*TCSCsend(ii)) - VM(TCSCsend(ii))^2*Bmm; JAC(2*TCSCsend(ii), 2*TCSCrec(ii)-1) = JAC(2*TCSCsend(ii), 2*TCSCrec(ii)-1) + Nkm; JAC(2*TCSCsend(ii), 2*TCSCrec(ii)) = JAC(2*TCSCsend(ii), 2*TCSCrec(ii)) - Hkm; if it > if PSta(ii) == if (Flow(ii) == & kk == )j (Flow(ii) == -1 & kk == 2) JAC(2*nbb + ii, 2*TCSCsend(ii)-1) = Hkm; JAC(2*nbb + ii, 2*TCSCsend(ii)) = - Nkm; JAC(2*nbb + ii, 2*TCSCrec(ii)-1) = - Hkm; JAC(2*nbb + ii, 2*TCSCrec(ii)) = - Nkm; JAC(2*nbb + ii, 2*nbb + ii) = + Nkm; end JAC(2*TCSCsend(ii)-1, 2*nbb + ii) = Nkm; JAC(2*TCSCsend(ii), 2*nbb + ii) = Hkm - VM(TCSCsend(ii))^2*Bmk; else JAC(2*nbb + ii, 2*nbb + ii) = 1; end end send = TCSCsend(ii); TCSCsend(ii) = TCSCrec(ii); TCSCrec(ii) = send; end end %Function to update TCSC state variable function [X]= TCSCUpdating(it,nbb,D,NTCSC,X,PSta); if it > for ii = : NTCSC if PSta(ii) == X(ii) = X(ii) + D(2*nbb + ii,1)*X(ii); end end end 67 %Function to check the impedance limits function [X] = TCSCLimits(NTCSC,X,XLo,XHi,PSta); for ii = : NTCSC % Check impedance Limits if X(ii) < XLo(ii) | X(ii) > XHi(ii) PSta(ii) = 0; if X(ii) < XLo(ii) X(ii) = XLo(ii); elseif X(ii) > XHi(ii) X(ii) = XHi(ii); end end end %Function to calculate power flows in TCSC controller function [Ptcsc,Qtcsc] = TCSCPQflows(nbb,VA,VM,NTCSC,TCSCsend, TCSCrec,TCSCX); for ii = : NTCSC Bmk = 1/TCSCX(ii); Bmm = -1/TCSCX(ii); for kk = : A = VA(TCSCsend(ii)) - VA(TCSCrec(ii)); Ptcsc(ii,kk) = VM(TCSCsend(ii))*VM(TCSCrec(ii))*Bmk*sin(A); Qtcsc(ii,kk) = - VM(TCSCsend(ii))^2*Bmm – M(TCSCsend(ii))*VM (TCSCrec(ii))*Bmk*cos(A); send = TCSCsend(ii); TCSCsend(ii) = TCSCrec(ii); TCSCrec(ii) = send; end end Viết chương trình Hadi Saadat cho trường hợp khơng có TCSC basemva=100; accuracy= 0.0001; maxiter=10; %U goc pha-load-generator -injected %No code Mag.Degr MW Mvar MW Mvar Qmin Qmax Mvar busdata=[1 1.06 0 0 0 0 20 10 40 0 0 1.0 45 15 0 0 1.0 40 0 0 1.0 60 10 0 0 0]; %Nut Nut R X 1/2B Dd %dau cuoi p.u p.u p.u linedata=[1 0.020 0.060 0.03 1.0 0.080 0.240 0.025 1.0 0.060 0.180 0.020 1.0 0.060 0.180 0.020 1.0 2 1.0 68 0.040 0.120 0.015 1.0 0.010 0.030 0.010 1.0 0.08 0.240 0.025 1.0]; lfybus% ma tran dien dan lfnewton% giai tich theo phương phap Newton-Paphson busout%hien thi ket qua tren mang hinh lineflow%hien thi ket qua giai tich duoi dang bang Viết chương trình Hadi Saadat cho trường hợp có TCSC basemva=100; accuracy= 0.0001; maxiter=10; %U goc pha-load-generator -injected %No code Mag.Degr MW Mvar MW Mvar Qmin Qmax Mvar busdata=[1 1.06 0 0 0 0 2 1.0 20 10 40 0 0 1.0 45 15 0 0 1.0 40 0 0 1.0 60 10 0 0 1.0 0 0 0 0 ]; %Nut Nut R X 1/2B Dd %dau cuoi p.u p.u p.u linedata=[1 0.020 0.080 0.240 0.060 0.03 1.0 0.025 1.0 0.060 0.180 0.020 1.0 0.060 0.180 0.020 1.0 0.040 0.120 0.015 1.0 0.005 0.0043 0.005125 1.0 0.005 0.0043 0.005125 1.0 0.240 0.080 0.025 1.0]; lfybus% ma tran dien dan lfnewton % giai tich theo phương phap Newton-Paphson busout %hien thi ket qua tren mang hinh lineflow % hien thi ket qua giai tich duoi dang bang CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS HỒ VĂN HIẾN Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP HCM ngày … tháng 09 năm 2012 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP HCM NAM PHỊNG QLKH - ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP HCM, ngày 03 tháng 09 năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Quân Giới tính: nam Ngày, tháng, năm sinh: 26 - 01- 1974 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện MSHV: 1081031050 I- TÊN ĐỀ TÀI: GIẢI TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN HỆ THỐNG FACTS DÙNG TCSC II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu hệ thống điện chương trình phân bố cơng suất - Nghiên cứu hệ thống điện có thiết bị FACTS dùng TCSC - Tính tốn hệ thống điện có TCSC - Kiểm tra kết mạng điện mẫu III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15 - 09 - 2011 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31 - 08 - 2012 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến Sỹ HỒ VĂN HIẾN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN NGÀNH KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN TS HỒ VĂN HIẾN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn Nguyễn Quân LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình Cao học viết luận văn này, nhận hướng dẫn, giúp đỡ góp ý nhiệt tình q thầy trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.HCM trường Đại học Công Nghiệp Tp.HCM Trước hết, xin chân thành cảm ơn đến q thầy trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.HCM, đặc biệt thầy tận tình dạy bảo cho tơi suốt thời gian học tập trường Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Hồ Văn Hiến dành nhiều thời gian hướng dẫn giúp tơi hồn thành Luận văn Tốt nghiệp Nhân xin cảm ơn Ban lãnh đạo trường Đại học Công Nghiệp Tp.HCM q thầy Khoa Điện tạo nhiều điều kiện để tơi học tập hồn thành tốt khóa học Đồng thời, tơi xim cảm bạn bè, gia đình tạo điều kiện để tơi có đủ thời gian, nghị lực để vừa công tác vừa học tập nghiên cứu đề tài đạt kết định ! Mặc dù có nhiều cố gắng hoàn thiện Luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đóng góp q báu thầy cô bạn ! Tp HCM, ngày 26 tháng 10 năm 2012 Học viên Nguyễn Quân TÓM TẮT Ngày nay, với phát triển thiết bị điện tử công suất lớn, điện áp cao, công nghệ FACTS đời vào cuối thập niên 1980 giúp cho q trình điều khiên dòng cơng suất đường dây truyền tải cách linh hoạt nhanh chóng Mỹ, Canada, Brazil…là nước tiên phong sử dụng công nghệ FACTS lưới điện truyền tải, thiết bị thường sử dụng như: SVC, STC, TCR, TCSC, STATCOM, UPFC Trong đó, thiết bị TCSC thiết bị có khả điều khiển dòng cơng suất đường dây linh hoạt , cho phép điều khiển dòng cơng suất tác dụng, cơng suất phản kháng, điện áp góc pha Do việc nghiên cứu sử dụng thiết bị để nâng cao dự trữ ổn định cho đường dây truyền tải cần thiết nhằm bảo vệ vận hành ổn định, tin cậy cho hệ thống, đồng thời hạn chế việc tác động sa thải phụ tải nhằm nâng cao tính vận hành liên tục hệ thống đảm bảo tính kinh tế cung cấp điện hướng đề tài hướng đến ABSTRACT Today, with the development of power electronic devices, high voltage, FACTS technology came in the late 1980s helped to control the power flow on the transmission line dynamicallyactive and fast U.S., Canada and Brazil are the countries that pioneered FACTS technology use in the transmission grid, the equipment is often used like: SVC, STC, TCR, TCSC, STATCOM, and UPFC In particular, the TCSC device is a device able to control power flow on the line flexibility, it allows control of active power flow, reactive power, voltage and phase angle Therefore, the study and use of this equipment to improve the storage stability of the transmission line is necessary to protect the operational stability, reliability for the system, and limit the impact of layoffs load in order to enhance the continuous operation of the system as well as to ensure the power supply in the economy and this is also the direction of the subject MỤC LỤC TRANG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ FACTS 1.1 Lý thuyết facts 1.1.1 Khi bù nối tiếp 1.1.2 Khi bù song song 1.2 Lợi ích sử dụng thiết bị facts 1.3 Phân loại thiết bị FACTS 1.4 Một số thiết bị FACTS 1.4.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển thyristor ( SVC ) 1.4.2 Thiết bị bù dọc điều khiển thyristor ( TCSC ) 10 1.4.3 Thiết bị bù ngang điều khiển thyristor ( STATCOM ) 11 1.4.4 Thiết bị điều khiển góc pha thyristor ( TCPAR ) 13 1.4.5 Thiết bị điều khiển dòng cơng suất hợp ( UPFC ) 14 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU HỆ THỐNG ĐIỆN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PHÂN BỐ CƠNG SUẤT 17 2.1 Cấu tạo TCSC 17 2.2 Lý thuyết TCSC 17 2.3 Bảo vệ TCSC 18 2.4 Mơ hình điều khiển TCSC 19 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ FACTS DÙNG TCSC 21 3.1 Thuật toán điều khiển TCSC 21 3.1.1 Điều khiển TCSC theo tín hiệu đóng cắt 21 3.1.2 Điều khiển TCSC theo tác động tối ưu 23 3.2 Hiệu điều khiển theo tín hiệu đo 25 3.2.1 Hiệu điều khiển theo tín hiệu đo công suất truyền tải 25 3.2.2 Hiệu điều khiển theo tín hiệu đo dòng điện đường dây 26 CHƯƠNG 4: BÀI TOÁN BÙ CÔNG SUẤT ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 28 4.1 Lưu đồ thuật toán 28 4.2 Kết từ mô phần mềm Matlab 29 4.2.1 Khi chưa dùng thiết bị TCSC 29 4.2.2 Khi dùng thiết bị TCSC 31 CHƯƠNG 5: KIỂM TRA KẾT QUẢ TRÊN MẠNG ĐIỆN MẪU 34 5.1 Lưu đồ thuật toán 34 5.2 Kết từ mô phần mềm matlab 35 5.2.1 Khi chưa dùng thiết bị TCSC 35 5.2.2 Khi có thiết bị TCSC 42 5.3 Viết chưong trình Hadi Saadat 46 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHẦN PHỤ LỤC 56 CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CĐXL Chế độ xác lập CSPK Công suất phản kháng CSTD Công suất tác dụng HTĐ Hệ thống điện HTCCĐ Hệ thống cung cấp điện FACTS Flexible AC Transmission Systems - Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt GTO Gate Turn - Off Thyristor – Khóa đóng mở MBA Máy biến áp STATCOM Static Synchronous Compensator - Thiết bị bù ngang điều khiển thyristor SVC Static Var Compensator - Thiết bị bù tĩnh điều khiển Thyristor TCP AR Thyristor Controlled Phase Angle Regulator - Thiết bị điều chỉnh góc lệch pha điện áp TCR Thyristor Controlled Reactor – kháng điện điều khiển Thyristor TCSC Thyristor Controlled Series Compensator - Thiết bị bù dọc điều khiển Thyristor TSR Thyristor Switched Reactor – Kháng điện đóng mở Thyristor TSC Thyristor Switched Capacitor - Tụ điện đóng mở Thyristor UPFC Unified Power Flow Control - Thiết bị điều khiển dòng cơng suất hợp DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH TRANG Hình 1.1 Đường dây khơng có tổn thất Hình 1.2 Bù nối tiếp Hình 1.3 Bù song song Hình 1.4 Ứng dụng FACTS tụ bù nối tiếp Hình 1.5 Ứng dụng FACTS thiết bị bù song song Hình 1.6 Cấu tạo nguyên lý hoạt động SVC Hình 1.7 Cấu tạo nguyên lý hoạt động TCSC 11 Hình 1.8 Cấu tạo STATCOM 12 nguyên lý hoạt động Hình 1.9 Nguyên lý cấu tạo TCPAR 13 Hình 1.10 Nguyên lý UPFC 14 cấu tạo Hình 2.1 Cấu tạo TCSC 17 10 Hình 2.2 Mơ hình điều khiển TCSC 19 Hình 3.1 Mơ hình hệ thống có sử dụng TCSC 21 Hình 3.2 Đồ thị mơ tả QTQĐ máy phát có điều chỉnh đóng cắt TCSC 22 Hình 3.3 TCSC tác động theo tín hiệu dòng cơng suất 26 Hình 4.1 Thuật tốn Newton-Raphson có đặt thiết bị TCSC 28 Hình 4.2 Hệ thống điện mô chưa sử dụng TCSC 29 Hình 4.3: Hệ thống điện mô sử dụng TCSC 31 Hình 5.1: Thuật tốn Newton-Raphson có đặt thiết bị TCSC 34 Hình 5.2 Hệ thống điện mô chưa sử dụng TCSC 35 Hình 5.3: Kết mô hệ thống điện chưa sử dụng TCSC 37 Hình 5.4 : Sự cố bus 1, đường dây 12 loại bỏ 38 Hình 5.5: Sự cố bus 2, đường dây 23 loại bỏ 38 Hình 5.6: Sự cố bus 2, đường dây 25 loại bỏ 39 Hình 5.7: Sự cố bus 3, đường dây 13 loại bỏ 39 Hình 5.8 : Sự cố bus 3, đường dây 34 loại bỏ 40 Hình 5.9: Sự cố bus 4, đường dây 45 loại bỏ 40 11 Hình 5.10: Sự cố bus 4, đường dây 24 loại bỏ 41 Hình 5.11 : Sự cố bus 5, đường dây 25 loại bỏ 41 Hình 5.12: Hệ thống điện mô sử dụng TCSC 42 Hình 5.13: Kết mơ hệ thống điện sử dụng TCSC 48 Hình 5.14 : Sự cố bus 3, đường dây 13 loại bỏ 48 Hình 5.15: Sự cố bus 2, đường dây 23 loại bỏ 49 Hình 5.16: Sự cố bus 3, đường dây 13 loại bỏ 49 Hình 5.17: Sự cố bus 4, đường dây 45 loại bỏ 50 Hình 5.18: Sự cố bus 4, đường dây 24 loại bỏ 50 Hình 5.19: Sự cố bus 3, đường dây 36 loại bỏ 51 Hình 5.20: Sự cố bus 5, đường dây 25 loại bỏ 51 Hình 5.21: Sự cố bỏ 52 bus 2, đường dây 25 loại ... này, FACTS có tác dụng nguồn áp Hệ thống điện nối shunt với thiết bị FACTS Trường hợp này, FACTS đóng vai trò nguồn dòng Bù song song có hai loại: - Bù điện dung Phương pháp dùng để nâng cao hệ. .. quán tính thay đổi điện kháng (thường nhỏ) ta có: Hay (2.8) CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ FACTS DÙNG TCSC 3.1 Thuật toán điều khiển TCSC Hiện nay, thuật toán điều khiển TCSC vấn đề cần cần... TÌM HIỂU HỆ THỐNG ĐIỆN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PHÂN BỐ CƠNG SUẤT 2.1 Cấu tạo TCSC TCSC bao gồm tụ điện tĩnh nối tiếp ( fixed series capacitor – FC ) có điện dung C nối song song với cuộn dây điện cảm