Ứng dụng các thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện năng trong lưới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ TRÍ HỒN Lê Trí Hồn HỆ THỐNG ĐIỆN ỨNG DỤNG CÁC THIẾT BỊ FACTS NHẰM ĐIỀU KHIỂN DUNG LƯỢNG BÙ ĐỂ GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HỆ THỐNG ĐIỆN KHÓA 2009 Hà Nội – Năm 2012 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ PHẦN MỞ ĐẦU 11 Lý chọn đề tài 11 Mục đích nghiên cứu đề tài: 12 Đối tượng nghiên cứu: 12 Nhiệm vụ nghiên cứu: 12 Phương pháp nghiên cứu: 12 Bố cục luận văn: 13 CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ VẤN ĐỀ BÙ CSPK VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 14 1.1 Công suất phản kháng (CSPK) hệ thống điện 14 1.1.1 Khái niệm CSPK 14 1.1.2 Sự tiêu thụ CSPK 15 1.1.2.1 Sự tiêu thụ CSPK động không đồng 15 1.1.2.2 Sự tiêu thụ CSPK Máy biến áp (MBA) 17 1.1.2.3 Sự tiêu thụ CSPK đèn huỳnh quang 18 1.1.3 Các nguồn phát CSPK lưới điện 19 1.1.3.1 Máy điện đồng 19 1.1.3.2 Đường dây tải điện 20 1.1.3.3 Tụ điện tĩnh 20 1.2 Khái quát bù CSPK hệ thống điện 21 1.2.1 Chế độ làm việc cân băng CSPK HTĐ 21 1.2.2 Quan hệ CSPK - Điện áp 22 1.2.3 Tại phải bù CSPK 23 1.3 Các dạng bù HTĐ 26 1.3.1 Bù ngang 26 1.3.2 Bù dọc 27 2.1 Tổn thất điện HTĐ 29 2.1.1 Thực trạng tổn thất điện 30 2.1.2 Khái quát số phương pháp tính tổn thất điện 30 Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới 2.1.2.1 Phương pháp phân tích đồ thị 30 2.1.2.2 Phương pháp dịng điện trung bình bình phương 32 2.1.2.3 Phương pháp thời gian tổn thất 33 2.2 Các biện pháp giảm tổn thất điện 36 2.2.1 Đối với đường dây 36 2.2.2 Đối với MBA 36 2.2.3 Giảm tổn thất điện vận hành 37 CHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ FACTS TRONG HTĐ 38 Khái quát chung FACTS 38 Các thiết bị FACTS 40 2.1 SVC 40 2.1.1 Khái quát chung SVC 40 TCR (Thyristor Controlled Reactor) 41 TSC (Thyristor Switched Capacitor) 48 2.1.2 Cầu tạo nguyên lý vận hành SVC 51 2.1.2.1 Cấu tạo nguyên lý vận hành 51 2.1.2.2 Các thành phần điều khiển SVC 53 a Khối đo lường (Measurement System) 55 b Khối điều chỉnh điện áp 56 c Khối đồng hóa 61 d Khối phát xung 61 2.1.3 Phân tích hiệu điều khiển SVC 63 2.1.3.1 Mơ hình truyền tải đơn giản máy (2 nút) 63 2.1.3.2 Sơ đồ hình tia 65 2.2 STATCOM 67 2.2.1 Tổng quan STATCOM 67 2.2.2 Nguyên lý hoạt động STATCOM 70 2.2.2.1 Tính tốn dịng lượng 70 2.2.2.1.1 Nguyên lý 70 2.2.2.1.2 Các loại (Buses) 70 2.2.2.1.3 Cơng thức Newton-Raphson tính tốn dịng cơng suất hệ tọa độ cực 71 CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ, DUNG LƯỢNG VÀ PHƯƠNG THỨC ĐIỀU KHIỂN CỦA THIẾT BỊ BÙ 88 Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới Tính tốn dung lượng bù CSPK theo tiêu chí khác 88 1.1 Lựa chọn dung lượng tụ điện tĩnh hợp lý theo quan điểm kinh tế 88 1.1.1 Xác định dung lượng bù kinh tế 88 1.1.2 Phân phối dung lượng bù phía sơ cấp thứ cấp máy biến áp 94 1.2 Tính dung lượng bù theo điều kiện tổn thất CSTD đường dây 96 1.2.1 Tính dung lượng bù 96 1.2.2 Xác định dung lượng bù theo hệ số công suất cosφ2 cần đạt 97 1.2.3 Phân phối dung lượng bù mạng hình tia 97 1.2.4 Phân phối dung lượng bù mạng phân nhánh 99 1.3 Xác định dung lượng bù mạng điện đặt thiết bị bù trạm 101 1.4 Xác định dung lượng bù mạng đặt thiết bị bù nhiều trạm 106 1.4.1 Xác định dung lượng bù mạng điện có nguồn cung cấp 106 1.4.2 Xác định dung lượng bù mạng điện kín 108 1.4.3 Tụ điện tĩnh 109 Điều khiển dung lượng bù theo thời gian thực 111 Thuật tốn điều khiển dung lượng bù CSPK theo dịng phụ tải 114 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSS/E TÍNH TỐN CHO LƯỚI ĐIỆN 500KV VIỆT NAM KHI ĐẶT SVC VÀO CÁC VỊ TRÍ KHÁC NHAU 117 Hiện trạng lưới điện 500kV Việt Nam 117 Định hướng phát triển lưới điện siêu cao áp 120 Ứng dụng phần mềm PSS/E tính tốn cho lưới điện 500kV Việt Nam 121 3.1 Tổng quan phần mềm PSS/E 121 3.2 Các kịch tính tốn 131 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 144 Kết luận: 144 Kiến nghị: 144 Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt HTĐ STATCOM SVC TCSC FACTS IEEE Đầy đủ Nghĩa Hệ thống điện Static sychronous Compensator Bộ bù đồng tĩnh Static Var Compensator Bộ bù tĩnh Thyristor Controlled Series Tụ nối tiếp điều khiển Capacitor thyristor Flexible Alternating Current Hệ thống truyền tải điện Transmission Systems xoay chiều linh hoạt Institute of Electrical and Viện kỹ thuật Electronics Engineers Điện - điện tử (Mỹ) 10 VSC Voltage Source Converter Bộ biến đổi nguồn áp 11 DC Direct current Điện chiều 12 AC Alternate Current Điện xoay chiều 13 CSPK Công suất phản kháng 14 CSTD Công suất tác dụng 15 MBA Máy biến áp Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới DANH MỤC CÁC BẢNG Trang 58 Bảng 2.1: Các ví dụ mối liên hệ thông số khác Bảng 2.2: Kết đa điều khiển STATCOM hệ thống IEEE 30 nút 84 Bảng 2.3: Kết trường hợp hệ thống IEEE 30 nút 84 Bảng 2.4: Dịng cơng suất đường dây truyền tải trường hợp 1, 10 hệ thống IEEE 30 nút 85 Bảng 2.5: Chế độ giới hạn STATCOM hệ thống IEEE 30 nút 86 Bảng 4.1: Tổng hợp khối lượng đường dây trạm 500kV 117 Bảng 4.2: Tổn thất truyền tải điện năm 2009 119 Bảng 4.3: Tổn thất truyền tải điện 2001-2009 119 Bảng 4.4: Thông số nút 132 Bảng 4.5: Kết 139 Bảng 4.6: Kết 141 Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1-1: Sơ đồ mạch thay 14 Hình 1-2: Quan hệ cơng suất P&Q 15 Hình 1-3: Mạch điện thay hình Γ đơn giản hố động khơng đồng 16 Hình 1-4: Đặc tính tĩnh CSPK động khơng đồng 17 Hình 1-5: Bù cho đèn huỳnh quang cách nối tụ điện song song 18 Hình 1-6: Bù cho đèn huỳnh quang cách nối tụ điện nối tiếp (chấn lưu điện dung) 19 Hình 1-7: Bù nhóm với tụ điện đơn pha 19 Hình 1-8: Sơ đồ hệ thống điện 22 Hình 1-9 Đồ thị vectơ điện áp có tự bù ngang 27 Hình 1-10 Kháng bù ngang 27 Hình 1-11 Mơ hình hệ thống điện đơn giản có tụ bù nối tiếp 28 Hình 1-12: Đặc tính P(δ) với trường hợp khơng có tụ bù dọc (a) có tụ bù dọc (b) 29 Hình 1-13: Đồ thị biến thiên dịng điện theo thời gian 30 Hình 1-14a: Đồ thị phụ tải chữ nhật hóa 31 Hình 1-14b: Đồ thị phụ tải hình thang hóa 31 Hình 1-15a: Đồ thị phụ tải dòng điện theo thời gian T 32 Hình 1-15b: Đồ thị xác định dịng điện trung bình bình phương Itb 32 Hình 1-16: Xác định thời gian sử dụng cơng suất cực đại Tmax 34 Hình 1-17: Xác định thời gian tổn thất công suất cực đại τmax 34 Hình 2-1 Bộ điều khiển nối tiếp 38 Hình 2-2 Bộ điều khiển song song 38 Hình 2-3 Bộ điều khiển nối tiếp – nối tiếp 39 Hình 2-4 Bộ điều khiển nối tiếp – song song kết hợp 39 Hình 2-5 Bộ điều khiển nối tiếp – song song hợp 39 Hình 2-6 Cấu tạo chung SVC 41 Hình 2-7 Cấu tạo TCR 42 Hình 2-8 Điều khiển góc đánh lửa 42 Hình 2-9 Các dạng sóng theo góc mở 43 Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới Hình 2-10 Biến thiên biên độ dịng điện thành phần qua TCR phụ thuộc góc mở α 44 Hình 2-11 Đặc tính V-I TCR 45 Hình 2-12 Biên thành phần bậc cáo TCR so với góc α 46 Hình 2-13 Dạng sóng minh họa cho phương pháp điều khiển để giảm sóng hài 47 hệ thống 4TCR Hình 2-14 Cách xếp 12 xung TCR dạng sóng dịng điện 48 Hình 2-15 Cấu tạo TSC dạng sóng vận hành 49 Hình 2-16 Dạng sóng minh họa qúa trình đóng cắt khơng có trình độ TSC 50 Hình 2-17 Đặc tính V-I TSC 51 Hình 2-18 Cấu tạo VSC đặc tính cơng suất theo u cầu so với cơng suất đầu 52 Hình 2-19 Đặc tính V-I SVC với TSC – TCR với TSC 53 Hình 2-20 Sơ đồ điều khiển chức SVC 54 Hình 2-21 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển SVC 54 Hình 2-22 Mạch đo module điều khiển cho SVC 56 Hình 2-23 Cách thức điều chỉnh điện áp 57 Hình 2-24 Mơ hình IEEE cho hệ thống điều khiển SVC (a) mơ hình 59 điều chỉnh điện áp (b) Hình 2-25 Mơ hình IEEE cho hệ thống điều khiển SVC (a) mơ hình 60 điều chỉnh điện áp (b) Hình 2-26 Mơ hình PLL nói chung cho hệ thống điều khiển số 61 Hình 2-27 Sơ đồ khối điều khiển góc đảnh lửa TCR 62 Hình 2-28 Hệ thống điện máy phát bù CSPK điểm đường dây a) Sơ đồ vector điện áp tương ứng 64 b) Đặc tính CSTD truyền tải – góc lệch khơng bù có bù c) Đặc tính CSPK nút bù – góc lệch Hình 2-29 Đồ thị biến thiên giới hạn ổn định điện áp tải hệ số công suất tải thay 66 đổi, chưa bù (a) có bù (b) Hình 2-30 Cấu tạo STATCOM 67 Hình 2-31 STATCOM ESS 69 Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới Hình 2-32 Cấu tạo đặc tính VA STATCOM điển hình 72 Hình 2-33 Mạch STATCOM tương đương 72 Hình 2-34 Sơ đồ sợi hệ thống IEEE 30 nút 83 Hình 3-1 Sơ đồ mạch tải điện có đặt thiết bị bù 88 Hình 3-2 Đồ thị phụ tải phản kháng năm 90 Hình 3-3 Sơ đồ tính dung lượng bù mạng điện bù nhiều điểm 91 Hình 3-4 Sơ đồ ví dụ 92 Hình 3-5 Bù CSPK mạng hình tia 97 Hình 3-6 Sơ đồ phân bố dung lượng bù theo mạng phân nhánh 99 Hình 3-7 Tính phân phối dung lượng bù mạng điện phân xưởng 100 Hình 3-8: Thơng số ví dụ 100 Hình 3-9 Sơ đồ mạng điện có dùng máy bù đồng để điều chỉnh điện áp 101 Hình 3-10 Sơ đồ mạng điện có phân nhánh 104 Hình 3-11: Sơ đồ mạng điện kín a) Sơ đồ nối dây 104 b) Sơ đồ thay Hình 3-12 Sơ đồ mạng điện khu vực hình tia 105 Hình 3-13 Mạng điện có đặt tụ bù điện hai trạm biến áp Tb Tc 106 Hình 3-14 Điều chỉnh điện áp mạng điện kín tụ điện 108 Hình 3-15 Điều chỉnh điện áp mạng kín 110 Hình 3-16 Cấu tạo TSC dạng sóng vận hành 111 Hình 3-17: Các thành phần cấu tạo SVC 112 Hình 3-18: Dạng sóng điện áp sử dụng ĐKPTBS 113 Hình 3-19 Sơ đồ lưới điện đơn giản 114 Hình 3-20 Vị trí thay đổi nấc bù tối ưu 115 Hình 4-1 Thống kê cố lưới 500kV giai đoạn 1994 – 2009 Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 118 10 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cùng với nghiệp cơng nghiệp hố, đại hố đất nước năm gần đây, Hệ thống điện Việt Nam có tốc độ phát triển nhảy vọt quy mô lưới truyền tải lẫn công suất phát Nhưng hệ thống điện mở rộng, vấn đề liên quan đến hệ thống ngày thiết Một vấn đề tổn thất điện lưới Tổn thất điện làm trầm trọng thêm thiếu hụt điện cho yêu cầu phát triển kinh tế đất nước, giảm hiệu vốn đầu tư ngành điện gây ảnh hưởng xấu lên thiết bị dùng điện Việc nghiên cứu tổn thất điện để giảm tổn thất điện có ý nghĩa vơ to lớn, tình hình yêu cầu lượng ngày tăng nhanh kinh tế quốc dân bối cảnh chung toàn cầu giá lượng ngày đắt đỏ Hiện có nhiều biện pháp đồng thời sử dụng để giảm thiểu tổn thất điện lưới, là: Xây dựng thêm trạm biến áp nguồn 220/110/35(22, 10) kV hay trạm biến áp 110/35(22, 10) kV nhằm tăng cường công suất cho phụ tải Cố gắng đưa vị trí trạm biến áp vào gần trung tâm phụ tải để giảm thiểu bán kính cấp điện Cải tạo, nâng cấp, xây dựng tuyến đường dây trung áp cung cấp điện cho phụ tải làm việc lộ đường dây có tổn thất lớn Khuyến khích phát triển sử dụng cấp điện áp cao (Dùng cấp 35kV 22kV), giảm thiểu tiến tới loại bỏ cấp điện áp 6kV 10kV lưới phân phối Bù công suất phản kháng (CSPK) cho phụ tải điện nhằm giảm tổn thất nâng cao chất lượng điện Ba phương pháp 1, 2, dễ dàng để nhận thấy phương pháp cần có vốn đầu tư lớn, thời gian thực lâu phức tạp q trình thực Chính vậy, phương pháp thứ phương pháp nhiều nhà khoa học, công ty kinh doanh mua bán điện quan tâm nghiên cứu ứng dụng phương pháp thực nhanh, vốn đầu tư ít, thực phạm vi nhỏ lẻ nhánh đường dây cuối nguồn, hay phân xưởng, xí nghiệp … mà đem lại hiệu giảm thiểu tổn thất cao Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 11 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới R, X, B: Tổng trở điện dẫn đường dây RATEA: Giới hạn truyền tải đường dây - MBA cuộn dây điển hình: RATIO: Từ nút (I) R X Đến nút (J) Số thứ tự mạch (CKT) Mức tải: RATEA Máy biến áp hai cuộn dây sử dụng khối có bốn ghi: I, J, K, CKT, CW, CZ, CM, MAG1, MAG2, NMETR, ’NAME’, STAT, O1, F1, , O4, F4/ R1-2, X1-2, SBASE1/ WINDV1, NOMV1, ANG1, RATA1, RATB1, RATC1, COD, CONT, RMA, RMI, VMA, VMI, NTP, TAB, CR, CX/ WINDV2,NOMV2/ - Máy biến áp cuộn dây : Máy biến áp ba cuộn dây chương trình PSS/E mơ tả sau: Dữ liệu MBA file RAW : I, J, K, CKT, CW, CZ, CM, MAG1, MAG2, NMETR, 'NAME', STAT, O1, F1, , O4, F4/ R1-2, X1-2, SBASE1, R2-3, X2-3, SBASE2, R3-1, X3-1, SBASE3, VMSTAR, ANSTAR/ WINDV1, NOMV1, ANG1, RATA1, RATB1, RATC1, COD, CONT, RMA, RMI, VMA, VMI, NTP, TAB, CR, CX/ WINDV2, NOMV2, ANG2, RATA2, RATB2, RATC2/ WINDV3, NOMV3, ANG3, RATA3, RATB3, RATC3/ 3.2 Các kịch tính tốn: Ta có vẽ lưới điện 500kV trạng: Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 131 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới Bảng 4.4: Thông số nút TT Số hiệu nút Tên nút Điện áp Công suất Shunt (kV) (MVA) (MVAr) 170205 TĐ Lai Châu 514,18 912-14,5i 80 170215 Lai Châu 514,13 -125-13i 80 190125 TĐ Sơn La 512,4 1824+557,1i 190105 Pitoong 511,8 -552+42i 65+2x91 +2x80 210305 Việt Trì 496,5 672+241i 240005 Hiệp Hoà 492,5 1054+247i 50 260225 Quảng Ninh 503,5 399+140i 65+2x50 260155 Mông Dương 507 1826+696,7i 190325 TĐTN Đông Phù 506,1 630+175,8i 2x91 65 Yên 10 230505 Hồ Bình 495,2 1215,7+430i 11 351555 Hồi Đức 503,9 1131+516i 12 340115 Đông Anh 489,4 863+408i 13 251355 Bắc Ninh 495,1 603+161i 50 14 260175 Thăng Long 503 498+9,9i 65 15 291005 Phố Nối 497,1 737+221i 2x65 16 341125 Long Biên 495,3 430+239i 17 350246 Thường Tín 497,2 997+387i 18 260135 Hải Phòng 500,1 512+197i 19 330285 Nho Quan 499 504+301i 20 360405 Nghi Sơn 494,6 239+168i 21 321445 Nam Định 509,8 996+333,5i 22 380525 Hà Tĩnh 488,2 189-7i 23 380535 Vũng Áng 490,7 -227+40i 24 380595 Quảng Trạch 498,6 996+544,8i Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 91+2x98 2x128 132 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới 25 528715 Huế 453,7 556+126i 2x128 26 530545 Đà Nẵng 465,1 249+13i 77 27 540775 Thạnh Mỹ 480,5 -867-116i 91 28 550665 Dốc Sỏi 469,2 476+91i 29 600565 Pleiku 485 -137-81i 91+116+91 +128+2x157 30 600645 Yaly 487,4 547,2+339,3i 31 560885 Đắk Nông 481,5 -189-43i 91 32 700725 Di Linh 502,5 -134-2i 116 33 719355 TĐTN Bá Cái 508,4 630-95,1i 34 628375 NĐ Vân Phong 511,1 225+169i 1x450 35 717535 ĐHN1 502,6 850+527i 2x65+2x91 36 778055 Củ Chi 461,6 1087+362i 37 700725 Di Linh 502,5 -134-2i 116+65 38 767185 Bình Dương 468,6 594+200i 2x91+65 39 760745 Tân Định 466,8 1383+522i 2x450 40 770985 Cầu Bông 468,3 1215+154i 41 767025 Tân Uyên 469,6 1467+507i 42 750835 Sông Mây 473,1 693+231i 43 727525 Vĩnh Tân 502,1 291+122i 44 756095 Long Thành 474,8 663+272i 45 727505 NĐ Sơn Mỹ 501,3 1267,5+785,8i 46 753035 Đồng Nai 485 493+167i 47 780905 Phú Mỹ 485,3 599+229i 48 770585 Phú Lâm 479,6 955+507i 49 770855 Nhà Bè 481,5 1335+255i 50 708145 Đức Hoà 480 878+252i 51 869005 NĐ Kiên Lương 508 704+280i 52 838705 Thốt Nốt 498,5 1015+363i Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 4x98 133 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới 53 808035 Mỹ Tho 488,4 1342+538i 54 907325 NĐ Duyên Hải 507,9 210+87i 55 830625 Ô môn 500 426+122i 56 814305 NĐ Sông Hậu 495,1 996+336,4i 57 899105 NĐ Long Phú 504,5 281+68i Điện áp đặt 500kV Tổng số nút tính tốn lưới 57 nút Số nút có điện áp cao vượt giới hạn cho phép nút Số nút có điện áp thấp giới hạn cho phép 10 nút nút : Số hiệu nút TT Tên nút Điện áp Công suất Shunt (kV) (MVA) (MVAr) 528715 Huế 453,7 556+126i 2x128 530545 Đà Nẵng 465,1 249+13i 77 550665 Dốc Sỏi 469,2 476+91i 778055 Củ Chi 461,6 1087+362i 767185 Bình Dương 468,6 594+200i 2x91+65 760745 Tân Định 466,8 1383+522i 2x450 770985 Cầu Bông 468,3 1215+154i 767025 Tân Uyên 469,6 1467+507i 750835 Sông Mây 473,1 693+231i Long Thành 474,8 663+272i 10 756095 4x98 Tiến hành đặt SVC bù số nút theo kịch đặt khác nhau, tính tốn lại phần mềm PSS/E để so sánh điện áp nút đặt tổn thất điện toàn lưới trước sau đặt SVC Ta có bảng biểu đồ phụ tải theo tháng năm lưới điện 500kV sau: Tháng Ngày LV 19944 19153 Tháng Cuối tuần Ngày đỉnh 20167 19377 24399 23432 Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 Ngày LV 24645 23668 Tháng Cuối tuần Ngày đỉnh 24921 23944 30151 28955 Ngày LV 26176 25138 Cuối tuần 26469 25431 Ngày đỉnh 32024 30754 134 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới 18818 18316 18699 19152 20914 23237 25214 26967 28978 29346 25218 25062 26520 27578 27578 26789 27483 27646 26838 25704 23365 22008 Ngày LV 32619 30514 28868 27783 27024 26425 27730 29253 32008 33895 37926 38640 35519 35723 36537 36595 36110 35800 36227 36227 36169 19093 18637 19153 19720 20632 22041 23787 25316 27251 27509 23735 23176 24139 24981 25437 25102 25497 25790 25214 24302 22721 22008 23022 22407 22876 23431 25587 28428 30846 32992 35452 35902 30852 30661 32445 33738 33738 32774 33623 33823 32834 31446 28585 26925 Tháng Cuối Ngày đỉnh tuần 32250 30659 29437 28031 27420 27051 26781 27375 28487 30278 32745 34209 32318 31823 32619 32978 33045 32745 33472 33356 32861 Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 39906 37331 35317 33990 33062 32328 33925 35788 39158 41468 46399 47273 43454 43704 44700 44771 44178 43798 44320 44320 44249 23253 22633 23106 23667 25844 28714 31157 33324 35809 36263 31163 30969 32772 34078 34078 33104 33961 34163 33165 31762 28873 27196 23593 23030 23668 24369 25495 27237 29394 31283 33674 33993 29330 28639 29829 30870 31433 31019 31507 31869 31157 30031 28076 27196 Ngày LV Tháng Cuối tuần 32629 30523 28877 27792 27033 26433 27739 29262 32018 33906 37938 38652 35530 35734 36548 36607 36122 35811 36238 36238 36180 32260 30669 29446 28040 27428 27060 26789 27384 28496 30287 32755 34220 32328 31833 32629 32988 33056 32755 33483 33366 32871 28448 27689 28268 28954 31618 35129 38117 40769 43809 44364 38124 37888 40093 41691 41691 40500 41548 41795 40574 38858 35323 33271 Ngày đỉnh 39918 37342 35328 34000 33072 32338 33935 35799 39170 41480 46413 47287 43467 43718 44713 44785 44191 43811 44334 44334 44262 24698 24039 24542 25137 27450 30498 33092 35394 38033 38516 33098 32893 34807 36195 36195 35161 36071 36285 35225 33735 30666 28885 Ngày LV 35144 32876 31103 29934 29117 28471 29877 31518 34486 36520 40862 41632 38269 38489 39366 39429 38906 38572 39032 39032 38969 25059 24461 25138 25883 27079 28929 31220 33227 35766 36105 31152 30418 31682 32788 33386 32946 33465 33848 33092 31896 29820 28885 30215 29409 30024 30752 33582 37311 40485 43301 46530 47120 40493 40242 42583 44281 44281 43016 44129 44391 43094 41272 37517 35338 Tháng Cuối Ngày đỉnh tuần 34747 33033 31716 30201 29543 29146 28855 29495 30693 32622 35280 36858 34820 34287 35144 35531 35604 35280 36064 35938 35405 42995 40221 38051 36621 35621 34831 36552 38559 42190 44678 49991 50933 46818 47088 48160 48237 47598 47189 47751 47751 47675 135 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới 35577 35282 33719 Ngày LV 35908 33591 31779 30585 29750 29090 30527 32203 35236 37314 41751 42537 39101 39326 40222 40286 39752 39411 39881 39881 39816 39165 38840 37120 Ngày LV 30404 28849 27837 27164 26989 27561 28849 30318 32954 35981 37799 38594 37860 32619 32250 31639 43525 43164 41252 Tháng Cuối Ngày đỉnh tuần 35503 33752 32406 30858 30185 29780 29482 30136 31360 33332 36047 37660 35577 35033 35908 36304 36378 36047 36848 36720 36175 35908 35503 34830 43930 41096 38879 37418 36396 35588 37346 39398 43108 45650 51078 52040 47836 48112 49208 49286 48633 48215 48790 48790 48711 47915 47517 45412 Tháng 10 Cuối Ngày đỉnh tuần 31430 28917 27717 27279 27090 26832 27528 28472 30598 32825 35299 35925 34236 Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 37196 35293 34056 33233 33019 33718 35293 37092 40316 44019 46244 47216 46318 35588 35293 33729 32629 32260 31649 Ngày LV Tháng Cuối tuần 34582 32350 30605 29455 28651 28015 29399 31014 33934 35935 40208 40966 37656 37873 38736 38798 38284 37955 38407 38407 38345 37718 37405 35748 34191 32505 31209 29718 29070 28679 28393 29023 30202 32100 34715 36268 34263 33739 34582 34962 35034 34715 35487 35363 34839 34582 34191 33543 Ngày LV 30353 28801 27791 27119 26944 27515 28801 30268 32899 35921 37736 38530 37797 43538 43177 41264 Ngày đỉnh 42307 39577 37442 36035 35051 34274 35967 37942 41515 43963 49191 50118 46069 46334 47390 47465 46836 46434 46987 46987 46912 46144 45761 43734 Tháng 11 Cuối Ngày đỉnh tuần 31378 28868 27670 27234 27045 26787 27482 28424 30547 32770 35240 35865 34179 37134 35235 33999 33177 32964 33662 35235 37030 40249 43945 46166 47137 46241 38331 38013 36329 Ngày LV 34275 32064 30334 29194 28397 27767 29138 30739 33633 35617 39852 40603 37323 37538 38393 38454 37944 37618 38067 38067 38006 37384 37074 35431 Ngày LV 30732 29160 28137 27457 27280 27858 29160 30645 33309 36369 38207 39010 38268 35144 34747 34089 46895 46505 44445 Tháng Cuối Ngày đỉnh tuần 33888 32217 30932 29455 28812 28425 28141 28766 29934 31816 34408 35947 33959 33440 34275 34652 34724 34408 35172 35050 34530 34275 33888 33246 41933 39227 37111 35716 34741 33970 35648 37606 41147 43574 48755 49674 45661 45924 46970 47045 46421 46022 46571 46571 46496 45735 45356 43347 Tháng 12 Cuối Ngày đỉnh tuần 31770 29229 28016 27574 27383 27121 27825 28779 30929 33179 35680 36313 34605 37597 35674 34423 33591 33375 34081 35674 37492 40751 44494 46742 47725 46818 136 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới 36394 36684 37809 37799 37353 38053 38124 37353 37161 36040 33749 33421 33421 33987 34390 34365 35428 35617 35369 34782 33858 32559 44525 44879 46256 46244 45698 46554 46640 45698 45462 44091 41289 36334 36623 37746 37736 37291 37989 38060 37291 37099 35980 33693 33365 33365 33931 34332 34308 35369 35558 35310 34724 33802 32505 44451 44805 46179 46166 45622 46476 46563 45622 45387 44018 41220 36787 37080 38217 38207 37756 38463 38535 37756 37561 36429 34113 33781 33781 34354 34761 34736 35810 36001 35750 35157 34223 32911 45005 45364 46755 46742 46191 47056 47144 46191 45953 44567 41734 Trong bảng, số liệu dòng ứng với ngày, lúc 0h tới 23h Số liệu biểu thị hình vẽ sau: P (MW) t (h) Lấy ngày điển hình ngày đỉnh tháng 7, biểu diễn theo đồ thị sau để tính tốn: P (MW) t (h) Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 137 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới Xét kịch đặt SVC : Đặt SVC (Xem phần tử Shunt, sau gọi thành phần Shunt) nút : Huế, Đà Nẵng, Bình Dương Tiến hành nhập số liệu vào phần mềm PSS/E: Thêm thành phần Shunt vào nút Đà Nẵng sau : Thành phần Shunt thêm vào Hình vẽ mơ tả thêm thành phần Shunt vào nút Đà Nẵng Tương tự, thêm thành phần Shunt vào nút Huế Bình Dương, chạy phần mềm, cho ta kết sau tính điện áp tổn thất CSTD từ lúc 0h đến 3h sau: Add SVC (Shunt): No Number Name ID Binit Step 528715 HUẾ -200 10 767185 ĐÀ NẴNG -200 10 330285 BÌNH DƯƠNG -200 10 Bus's Voltages: No Number Name BasekV VBus1 530545 HUẾ 500 VBus2 767185 ĐÀ NẴNG 500 VBus3 330285 BÌNH DƯƠNG 500 Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 138 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới Bảng 4.5: Kết No 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 VBus1 1.00805 1.00856 1.00907 1.00959 1.0101 1.01062 1.01114 1.01165 1.01217 1.01269 1.0132 1.01372 1.01423 1.01475 1.01527 1.01578 1.0163 1.01682 1.01733 1.01785 1.01837 1.01889 1.01941 1.01993 1.02045 1.02097 1.02149 1.02201 1.02253 1.02305 1.02357 VBus2 1.02029 1.02066 1.02102 1.02139 1.02176 1.02213 1.0225 1.02287 1.02324 1.02361 1.02398 1.02435 1.02472 1.02508 1.02545 1.02582 1.02618 1.02655 1.02692 1.02729 1.02765 1.02802 1.02839 1.02876 1.02913 1.02949 1.02986 1.03023 1.0306 1.03097 1.03134 VBus3 0.99453 0.99484 0.99515 0.99546 0.99578 0.99609 0.9964 0.99671 0.99702 0.99734 0.99765 0.99796 0.99827 0.99858 0.99889 0.9992 0.99952 0.99983 1.00014 1.00045 1.00076 1.00108 1.00139 1.0017 1.00201 1.00232 1.00263 1.00294 1.00325 1.00356 1.00387 Loss 468.822 468.421 468.022 467.627 467.233 466.843 466.455 466.071 465.688 465.309 464.932 464.56 464.191 463.825 463.461 463.101 462.743 462.388 462.035 461.686 461.339 460.995 460.654 460.315 459.98 459.648 459.318 458.992 458.668 458.348 458.031 Từ bảng số liệu trên, tiến hành vẽ sơ đồ phần mềm Excell ta đồ thị sau: Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 139 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới Voltage, pu 468,82MW 458,03MW Step Giải thích đồ thị : Để thấy tăng điện áp ứng với giảm tổn thất CSTD, tác giả thể tăng điện áp giảm tổn thất CSTD hệ toạ độ, với trục tung trục hoành tỷ lệ chia để nhìn thấy rõ thay đổi điện áp tổn thất CSTD sau đặt thêm SVC vào nút Qua đồ thị ta thấy, sau thêm SVC vào nút, điện áp nút tăng, cụ thể : - Tại nút Huế có pu Huế tăng từ 1,008 lên 1,02 đạt trị số cho phép - Tại nút Đà Nẵng có p u Đà Nẵng tăng từ 1,02 lên 1,03 đạt trị số cho phép - Tại nút Bình Dương có pu Bình Dương tăng từ 0,99 lên 1,00 đạt trị số cho phép - Tổn thất CSTD toàn lưới giảm từ 468,82MW xuống 458,03MW ; tổn thất CSTD toàn lưới giảm lượng ∆P1 = 10,79MW Tính tốn tương tự cho khoảng thời gian 4÷7h, 8÷11h, 12÷15h, 16÷19h, 19÷23h ta tổn thất CSTD tồn lưới ứng với khoảng thời gian : ∆P = 4,03MW, ∆P3 = 4,03MW, ∆P4 = 14,77MW, ∆P5 = 6,32MW, ∆P6 = 6,72MW Như vậy, tổn thất điện ngày có đặt thêm SVC nút Huế, Đà Nẵng, Bình Dương tồn lưới điện : ∆Akb1 = ∆P1 + ∆P2 +∆P3 + ∆P4 +∆P5 +∆P6 = 186,64 MWh Đặt SVC nút : Sông Mây, Long Thành, Dốc Sỏi Tiến hành nhập số liệu vào phần mềm PSS/E kịch 1, chạy phần mềm, cho ta kết sau tính điện áp tổn thất CSTD từ lúc 0h đến 3h sau: Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 140 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới Add SVC (Shunt): No Number Name ID Binit Step 750835 SÔNG MÂY -200 10 756095 LONG THÀNH -200 10 550665 DỐC SỎI -200 10 Bus's Voltages: No Number Name BasekV VBus1 750835 SÔNG MÂY 500 VBus2 756095 LONG THÀNH 500 VBus3 550665 DỐC SỎI 500 Bảng 4.6: Kết No VBus1 VBus2 VBus3 Loss 0.98727 0.97237 1.02174 472.941 0.98752 0.97255 1.02183 472.739 0.98778 0.97274 1.02192 472.537 0.98803 0.97293 1.02201 472.336 0.98829 0.97311 1.0221 472.136 0.98854 0.9733 1.02219 471.936 0.98879 0.97348 1.02228 471.736 0.98905 0.97367 1.02237 471.538 0.9893 0.97386 1.02247 471.339 0.98956 0.97404 1.02256 471.142 10 0.98981 0.97423 1.02265 470.945 11 0.99007 0.97442 1.02274 470.748 12 0.99032 0.9746 1.02283 470.552 13 0.99058 0.97479 1.02292 470.357 14 0.99083 0.97497 1.02301 470.165 15 0.99108 0.97516 1.0231 469.973 16 0.99133 0.97534 1.02319 469.782 17 0.99159 0.97552 1.02328 469.591 18 0.99184 0.97571 1.02337 469.401 19 0.99209 0.97589 1.02346 469.211 20 0.99235 0.97608 1.02355 469.022 21 0.9926 0.97626 1.02364 468.833 22 0.99285 0.97645 1.02372 468.646 23 0.99311 0.97663 1.02381 468.458 24 0.99336 0.97682 1.0239 468.271 Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 141 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới 25 26 27 28 29 30 0.99361 0.99387 0.99412 0.99438 0.99463 0.99488 0.977 0.97718 0.97737 0.97755 0.97774 0.97792 1.02399 1.02408 1.02417 1.02426 1.02435 1.02444 468.085 467.9 467.715 467.53 467.346 467.163 Từ bảng số liệu trên, tiến hành vẽ sơ đồ phần mềm Excell ta đồ thị sau: Voltage, pu 472,94MW 467,16MW Step Qua đồ thị ta thấy, sau thêm SVC vào nút, điện áp nút tăng, cụ thể : - Tại nút Sơng Mây có p u Sông Mây tăng từ 0,987 lên 0,995 đạt trị số cho phép - Tại nút Long Thành có pu Long Thành tăng từ 0,972 lên 0,978 đạt trị số cho phép - Tại nút Dốc Sỏi có p u Dốc Sỏi tăng từ 1,021 lên 1,024 đạt trị số cho phép - Tổn thất CSTD tồn lưới giảm từ 472,94MW xuống cịn 467,16MW ; tổn thất CSTD toàn lưới giảm lượng ∆P1 = 5,78MW Tính tốn tương tự cho khoảng thời gian 4÷7h, 8÷11h, 12÷15h, 16÷19h, 19÷23h ta tổn thất CSTD toàn lưới ứng với khoảng thời gian : ∆P = 3,93MW, ∆P3 = 3,93MW, ∆P4 = 22,35MW, ∆P5 = 6,00MW, ∆P6 = 6,37MW Như vậy, tổn thất điện ngày toàn lưới điện : ∆Akb2 = ∆P1 + ∆P2 +∆P3 + ∆P4 +∆P5 +∆P6 = 193,44 MWh Kết luận chung cho kịch bản: Qua kịch ta thấy, đặt vào nút SVC điều chỉnh dung lượng bù điện áp nút tăng, ta điều chỉnh để điện áp nút Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 142 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới tăng tới giới hạn cho phép, không bị thấp so với giới hạn mà không cao vượt quy định Ngoài ra, đặt thêm SVC vào nút để điều chỉnh dung lượng bù tổn thất điện tồn hệ thống giảm, giảm lượng khác nhau, đặt dung lượng bù SVC lượng giảm tổn thất điện kịch lại thấp so với kịch điều đặt cho tốn phải tính tốn điều chỉnh dung lượng bù tính tốn vị trí đặt bù cho hợp lý để đạt kết tối ưu giảm tổn thất công suất đồng thời tối ưu vốn đầu tư cho việc đặt bù Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 143 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Bản luận văn nghiên cứu sở chung vấn đề bù CSPK tổn thất công suất, nhằm hiểu rõ phương pháp thơng dụng tính tốn bù CSPK, góp phần giảm thiểu tổn thất công suất tổn thất điện lưới điện, đồng thời nâng cao chất lượng điện phục vụ sản xuất đời sống Mặt khác, luận văn nghiên cứu sâu thiết bị FACTS SVC, STATCOM… nhằm điều khiển dung lượng bù trình độ trình xác lập Khi có thiết bị FACTS việc điều chỉnh điện áp, điều chỉnh lượng CSPK đường dây có hiệu qủa tốt Thực chất thiết bị FACTS nguồn phát tiêu thụ CSPK điều chỉnh nhanh, đặn phạm vi đủ rộng, chúng có hiệu cao việc điều chỉnh điện áp nâng cao tính ổn định, đồng thời góp phần vào việc giảm tổn thất điện lưới Nghiên cứu cấu trúc FACTS cho phép tìm quy trình điều chỉnh cơng suất thiết bị theo tín hiệu điều khiển, sở đặc tính điều khiển mơ hình chế độ xác lập HTĐ mô hoạt động ảnh hưởng FACTS chế độ làm việc HTĐ Các tính tốn cho thấy rõ rằng, FACTS có hiệu cải thiện điện áp rõ rệt cho HTĐ Việt Nam, đồng thời góp phần giảm tổn thất điện lưới cách hiệu quả, song việc lắp đặt thiết bị FACTS cần phải có giải pháp hợp lý nhằm tìm kết tối ưu cho toán kinh tế-kỹ thuật Tuy nhiên, thời gian trình độ người viết cịn hạn chế nên luận văn chưa đáp ứng nhiều yêu cầu, mà đề cập phạm vi hẹp Ứng dụng thiết bị FACTS để điều khiển dung lượng bù nhằm giảm tổn thất điện lưới Kiến nghị: Trong q trình cơng nghiệp hố, đại hoá đất nước, nhu cầu lượng ngày tăng cao Ngành điện đứng trước áp lực nhu cầu cung cấp công suất điện ngày nặng nề Việc tiết kiệm điện ngày đặt lên tiêu chí hàng đầu, với việc đẩy mạnh đầu tư xây dựng nguồn phát điện Có nhiều phương pháp nhằm thực tiết kiệm điện lưới, nhiên qua thực tế vận hành, phương pháp bù CSPK phương pháp ưu việt Học viên: Lê Trí Hoàn Số hiệu: CB090237 144 Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới Bù CSPK lưới vấn đề mang tính thời sự, giải pháp góp phần giảm tổn thất nâng cao chất lượng lưới điện, cần khuyến khích phát triển vấn đề nghiên cứu ứng dụng thiết bị bù CSPK linh hoạt vào HTĐ Hiện nay, FACTS thiết bị tốt linh hoạt việc điều chỉnh điện áp điều chỉnh dung lượng bù lưới, nên cần phát triển tiếp thiết bị FACTS ứng dụng rộng rãi lưới điện Hà Nội, ngày … tháng … năm 2012 Tác giả : Học viên: Lê Trí Hồn Số hiệu: CB090237 145 ... chỉnh dung lượng bù nhằm giảm tổn thất điện lưới cần thiết Mục đích nghiên cứu đề tài: Luận văn lựa chọn đề tài nghiên cứu Ứng dụng thiết bị FACTS để điều chỉnh dung lượng bù nhằm giảm tổn thất điện. .. học: Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới điểm tụ điện giá thành cao nên chưa sử dụng phổ biến, đặc biệt lưới phân phối - Để điều chỉnh trơn dung lượng. .. điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện lưới Công suất bù thường điều chỉnh theo bậc cách tự động nhân viên vận hành Trong trường hợp cần thiết để điều chỉnh điện áp dùng thiết bị bù điều