Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp của hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - TRẦN THỊ TUYẾT NHUNG NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG ĐIỆN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - TRẦN THỊ TUYẾT NHUNG NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG ĐIỆN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN HÙNG TP HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Nguyễn Hùng (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày tháng năm 2016 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) Họ tên TT Chức danh Hội đồng PGS.TS Nguyễn Thanh Phương Chủ tịch TS Nguyễn Minh Tâm Phản biện TS Đinh Hoàng Bách Phản biện PGS.TS Trần Thu Hà Ủy viên PGS.TS Võ Ngọc Điều Ủy viên, thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV PGS.TS Nguyễn Thanh Phƣơng TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày…… tháng… năm 20 … NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trần Thị Tuyết Nhung Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 12/9/1974 Nơi sinh: Quảng Bình Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1441830034 I- Tên đề tài: Nghiên cứu cải thiện chất lƣợng điện áp hệ thống điện II- Nhiệm vụ nội dung: - Nghiên cứu lý thuyết ổn định điện áp hệ thống điện - Nghiên cứu lý thuyết Statcom ứng dụng vào hệ thống điện để cải thiện chất lượng điện áp - Nghiên cứu sử dụng phần mềm MATLAB/SIMULINK - Mơ hình mơ ứng dụng Statcom vào hệ thống điện phần mềm MATLAB/ SIMULINK - Ứng dụng vào mạng điện thực tế nút, nút lưới điện Hòa Hưng – Thiện Thuật - Nhận xét, đánh giá kết III- Ngày giao nhiệm vụ : Tháng 12/2015 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ : Tháng 06/2016 V- Cán hƣớng dẫn CÁN BỘ HƢỚNG DẪN TS Nguyễn Hùng : TS Nguyễn Hùng KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS.TS Nguyễn Thanh Phƣơng i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Trần Thị Tuyết Nhung ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu trường, tơi hồn thành đề tài luận văn cao học mình, có kết tơi xin bày tỏ lịng biết ơn Thầy TS Nguyễn Hùng, người hướng dẫn tận tình giúp đỡ tơi suốt q trình thực Luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn tất Thầy môn trang bị kiến thức bổ ích cho tơi, cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ tơi hồn thành nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn! Học viên Trần Thị Tuyết Nhung iii TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp hệ thống điện” giải vấn đề sau : - Nghiên cứu lý thuyết ổn định điện áp hệ thống điện - Nghiên cứu lý thuyết Statcom ứng dụng vào hệ thống điện để cải thiện chất lượng điện áp - Nghiên cứu sử dụng phần mềm MATLAB/SIMULINK - Mơ hình mơ ứng dụng Statcom vào hệ thống điện phần mềm MATLAB/ SIMULINK nhằm cải thiện chất lượng điện áp - Ứng dụng vào mạng điện thực tế nút, nút lưới điện Hòa Hưng – Thiện Thuật - Nhận xét, đánh giá kết iv ABSTRACT Thesis “Research to improve the voltage quality in power system” have resolved the following issues : - Theoretical study voltage stability in power system - STATCOM theoretical research and its application in power systems to improve voltage quality - Research using the software MATLAB / SIMULINK - Application simulation model STATCOM in the power system on the software MATLAB / SIMULINK to improve the voltage quality - Applications in real power system buttons, buttons and grid Hoa Hung Thien Thuat - Reviews, evaluate the results v MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam đoan .i Lời cảm ơn ii Tóm tắt iii Abstract iv Mục lục v Danh mục từ viết tắt………………………………………………………… viii Danh mục biểu đồ, đồ thị, hình ảnh .ix CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ 1.3 Phương pháp giải 1.4 Giới hạn đề tài 1.5 Điểm luận văn 1.6 Phạm vi ứng dụng 1.7 Bố cục luận văn .3 1.8 Một số nghiên cứu có liên quan ……………………………………………… CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH ÁP .4 2.1 Các chế độ làm việc hệ thống điện 2.1.1 Các chế độ 2.1.2 Chế độ xác lập bình thường 2.2 Tổng quan ổn định hệ thống điện 2.2.1 Đặc điểm hoạt động hệ thống điện 2.2.2 Ổn định hệ thống điện 2.2.3 Phân loại ổn định hệ thống điện .11 2.2.4 Giới hạn ổn định hệ thống điện .12 2.3 Ổn định điện áp hệ thống điện 17 2.3.1 Khái niệm 17 vi 2.3.2 Các tiêu chuẩn ổn định áp 17 2.3.3 Nguyên nhân làm ổn định điện áp .19 2.3.4 Phân loại ổn định điện áp 19 2.3.5 Điều chỉnh điện áp hệ thống điện 20 2.3.6 Đánh giá ổn định áp qua đường cong PV, QV 23 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG STATCOM VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG ĐIỆN ÁP 25 3.1 Bù công suất phản kháng 25 3.1.1 Công suất phản kháng .25 3.1.2 Nguyên lý bù công suất phản kháng 25 3.1.3 Hiệu việc bù công suất phản kháng 28 3.2 Thiết bị FACTS (FACTS-Flexible AC Transmission System) 30 3.3.Tổng quan Statcom 31 3.4.Cấu trúc 33 3.5 Nguyên lý hoạt động 33 3.6 Đặc tính bù Statcom 36 3.7 Ưu điểm Statcom 38 CHƢƠNG 4: MƠ HÌNH MƠ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ .39 4.1 Phần mềm MATLAB/SIMULINK 39 4.2 Khảo sát mạng điện nút 40 4.2.1 Sơ đồ đơn tuyến 40 4.2.2 Sơ đồ Simulink 41 4.2.3 Chạy mô kết .48 4.3 Mạng điện bus 52 4.3.1 Sơ đồ đơn tuyến 52 4.3.2 Sơ đồ Simulink 52 4.3.3 Chạy mô kết 53 4.4 Mạng điện phân phối tuyến Hòa Hưng – Thiện Thuật 56 4.4.1 Sơ đồ đơn tuyến 56 49 Hình 4.8 Đường cơng suất phản kháng B3(3bus) Khảo sát thời gian 0.5 giây, ta thấy có Statcom đường đặc tính Q dao động nhỏ tương đối phẳng Do khoảng thời gian 0.2 đến 0.3s Statcom hấp thu Q (kéo thấp), khoảng thời gian 0.3 đến 0.4s Statcom phát Q lên hệ thống điện (nâng cao Q) * Khảo sát điện áp B3, B1 Đánh giá tác động Statcom tới điện áp nút B1 Hình 4.9 Đường điện áp bus B1(3bus) 50 Khảo sát thời gian 0.5 giây, ta thấy có Statcom khoảng thời gian 0.2 đến 0.3s Statcom hấp thu Q nên điện áp V_B1 giảm thấp, khoảng thời gian 0.3 đến 0.4s Statcom phát Q lên hệ thống điện nên điện áp V_B1 nâng lên Hình 4.10 Đường điện áp bus B3(3bus) Khảo sát thời gian 0.5 giây, ta thấy có Statcom khoảng thời gian 0.2 đến 0.3s Statcom hấp thu Q nên điện áp V_B3 giảm thấp, khoảng thời gian 0.3 đến 0.4s Statcom phát Q lên hệ thống điện nên điện áp V_B3 nâng lên B3 nút đặt Statcom nên tác động Statcom điện áp B3 rõ rệt Khi có Statcom quan sát thấy khoảng dao động điện áp ngắn biên độ V_B3 dao động ngưỡng cho phép < ± 5% * Khảo sát flicker (nhấp nháy) điện áp B3 Dùng thiết bị đo nhấp nháy (Digital Flickermeter), khảo sát dao động thời gian giây Quan sát đường nhấp nháy trường hợp, ý thơng số trục dọc, ta thấy có chênh lệch lớn (khơng có Statcom khoảng dao động điện áp lên tới 300V, có Statcom khoảng dao động điện áp khoảng 10V) thể khơng có Statcom điện áp B3 nhấp nháy cao, có Statcom điện áp ổn định, độ nhấp nháy, chập chờn giảm thấp 51 Hình 4.11 Flicker bus B3(3bus) với time 4s Hình 4.12 Điện áp bus B3(3bus) với time 4s Khi khơng có Statcom, điện áp B3 quan sát thấy nhấp nhô, gợn sóng Khi có Statcom, điện áp B3 quan sát thấy phẳng, khơng cịn nhấp nhơ, gợn sóng, chứng tỏ có Statcom biên độ điện áp B3 ổn định Như bus B3, Statcom điều chỉnh Q làm cho điện áp B3 ổn định đảm bảo độ lệch điện áp (biên độ), độ dao động điện áp (nhấp nháy) giảm xuống thấp Điện áp ổn định biên độ, độ chập chờn thấp có nghĩa chất lượng điện áp nâng cao Ngoài Statcom ảnh hưởng tốt hệ thống điện, điều chỉnh điện áp cho bus khác hệ thống 52 4.3 Mạng điện bus 4.3.1 Sơ đồ đơn tuyến Sơ đồ đơn tuyến mạng điện bus thể hình vẽ 4.12 Yêu cầu : Ổn định điện áp bus mạng bus theo sơ đồ đơn tuyến Hình 4.13 Sơ đồ đơn tuyến mạng bus 4.3.2 Sơ đồ Simulink Hình 4.14 Sơ đồ Simulink mạng bus 53 4.3.4 Chạy mô kết * Khảo sát đƣờng công suất tác dụng, cơng suất phản kháng B3 Hình 4.15 Đường công suất tác dụng B3(4bus) Khi điện áp nguồn tăng (0,2- 0,3s) dịng biến tải tăng, để đảm bảo hệ số công suất không đổi (theo lập trình biến tải) P tăng ngược lại thời gian 0,3 – 0,4s Khi có Statcom điện áp nguồn 1pu I P trở lại ổn định ban đầu, nên ta thấy đồ thị P có Statcom phẳng, ổn định Hình 4.16 Đường công suất phản kháng B3(4bus) 54 Khảo sát thời gian 0.5 giây, ta thấy có Statcom đường đặc tính Q dao động nhỏ tương đối phẳng Do khoảng thời gian 0.2 đến 0.3s Statcom hấp thu Q (kéo thấp), khoảng thời gian 0.3 đến 0.4s Statcom phát Q lên hệ thống điện (nâng cao Q) * Khảo sát điện áp B1, B3 Hình 4.17 Đường Điện áp bus B1(4bus) Khảo sát thời gian 0.5 giây, khoảng thời gian 0.2 đến 0.3s điện áp V_B1 cao có Statcom hấp thu Q nên điện áp V_B1 giảm thấp, khoảng thời gian 0.3 đến 0.4s điện áp V_B1 thấp có Statcom phát Q lên hệ thống điện nên điện áp V_B1 nâng lên Hình 4.18 Đường Điện áp bus B3(4bus) 55 Khảo sát thời gian 0.5 giây, ta thấy có Statcom khoảng thời gian 0.2 đến 0.3s điện áp V_B3 có Statcom mang tính cảm hấp thu Q nên điện áp V_B3 giảm thấp, khoảng thời gian 0.3 đến 0.4s điện áp V_B3 thấp có Statcom mang tính dung phát Q lên hệ thống điện nên điện áp V_B3 nâng lên B3 nút đặt Statcom nên tác động Statcom điện áp B3 rõ rệt Khi có Statcom quan sát thấy khoảng dao động điện áp ngắn biên độ V_B3 dao động ngưỡng cho phép < ± 5% * Khảo sát flicker (nhấp nháy) điện áp B3 Dùng thiết bị đo nhấp nháy (Digital Flickermeter), khảo sát thời gian giây Hình 4.19 Điện áp bus B3 (4bus) với time 4s Khi khơng có Statcom, điện áp B3 quan sát thấy rõ nhấp nhô, gợn sóng Khi có Statcom, điện áp bus B3 quan sát thấy phẳng, ổn định 56 Hình 4.20 Flicker bus B3 (4bus) với time 4s Quan sát khơng có Statcom điện áp B3 nhấp nháy nhiều với biên độ lớn, khoảng dao động điện áp lên tới khoảng 280V, có Statcom độ nhấp nháy bé, gần phẳng, khoảng dao động điện áp 10V 4.4 Mạng điện phân phối tuyến Hịa Hƣng – Thiện Thuật (Trích sơ đồ tuyến dây CMT8, Quận 3, TP HCM) 4.4.1 Sơ đồ đơn tuyến Lưới điện phân phối từ Hòa Hưng đến Thiện Thuật (thuộc tuyến dây CMT8, Quận 3, TP HCM), nguồn điện áp từ trạm biến áp Hịa Hưng 110KV/15KV, cơng suất 25MVA Đường dây B1B2 dài 3.5km, B2 kết nối tải 40MW, 11.6MVAR Đường dây B2B3 dài 1km, B3 kết nối D – STATCOM 25KV, ± 3MVAR Sau B3 trạm biến áp tải : Thiện Thuật - máy biến áp 15KV/400V, công suất 6MVA kết nối tải 1.5MW, 0.5MVAR Anh Thư - máy biến áp 15KV/400V, công suất 6MVA kết nối tải 1MW, 0.3MVAR Thiện Thuật - máy biến áp 15KV/400V, công suất 6MVA kết nối tải 2MW, 0.5MVAR Đường dây từ 57 Thiện Thuật đến trạm biến áp Anh Thư dài km, đường dây từ Anh Thư đến trạm biến áp Thiện Thuật dài 1.5 km Yêu cầu : Ổn định điện áp bus (Thiện Thuật) hệ thống phân phối điện Hòa Hưng đến Thiện Thuật Hình 4.21 Sơ đồ đơn tuyến mạng điện phân phối Hịa Hưng đến Thiện Thuật 4.4.2 Sơ đồ Simulink Hình 4.22 Sơ đồ Simulink mạng phân phối Hòa Hưng đến Thiện Thuật 58 4.4.3 Chạy mô kết Mơ mạng phân phối Hịa Hưng đến Thiện Thuật trường hợp phụ tải đỉnh (theo thông số cho mạng) * Khảo sát đƣờng công suất tác dụng, cơng suất phản kháng B3 Hình 4.23 Đường cơng suất tác dụng B3(Hịa Hưng) Hình 4.24 Đường cơng suất phản kháng B3(Hịa Hưng) 59 Khảo sát thời gian 0.5 giây, ta thấy có Statcom đường đặc tính P, Q phẳng chút ít, P dao động khoảng đến 5MW, Q dao động khoảng 1.3 đến 1.55MVAr * Khảo sát điện áp B1, B3 Hình 4.25 Đường Điện áp bus B1(Hịa Hưng) Khi có Statcom, biên độ điện áp B1 có thay đổi ít, theo hướng gần phía 1pu Hình 4.26 Đường Điện áp bus B3(Hịa Hưng) Khi có Statcom, biên độ điện áp bus B3 nằm phạm vi quy định ≤ 5% 60 * Khảo sát flicker (nhấp nháy) điện áp B3 Dùng thiết bị đo nhấp nháy (Digital Flickermeter), khảo sát thời gian giây Hình 4.27 Điện áp bus B3(Hòa Hưng) với time 4s Quan sát từ đồ thị ta thấy khơng có Statcom, đường điện áp B3 thấy rõ nhấp nhô, có Statcom đường điện áp làm phẳng, biên độ trường hợp gần Như có Statcom, đường điện áp phẳng ổn định 61 Hình 4.28 Flicker bus B3(Hịa Hưng) với time 4s Quan sát khơng có Statcom điện áp B3 nhấp nháy nhiều với biên độ lớn (dao động khoảng 260V), có Statcom độ nhấp nháy khoảng dao động bé (khoảng 20V) Statcom làm điện áp B3 chập chờn Qua thực nghiệm lắp đặt Statcom vào hệ thống điện trường hợp trên, ta thấy nút B3 có đặt Statcom, điện áp điều chỉnh ổn định, biên độ điện áp nằm ngưỡng cho phép ≤ ±5%, độ chập chờn, nhấp nháy điện áp giảm thấp, tăng tính ổn định nâng cao chất lượng điện áp, nút đặt Statcom, mạng lưới điện chịu tác động, ảnh hưởng tốt từ Statcom, nhiên ảnh hưởng bé so với điểm đặt Statcom 62 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết luận Với mục tiêu “Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp hệ thống điện” tác giả thực nội dung : - Nghiên cứu lý thuyết ổn định điện áp hệ thống điện - Nghiên cứu lý thuyết Statcom ứng dụng vào hệ thống điện để cải thiện chất lượng điện áp - Nghiên cứu sử dụng phần mềm MATLAB/SIMULINK - Mơ hình mơ ứng dụng Statcom vào hệ thống điện phần mềm MATLAB/ SIMULINK để cải thiện ổn định điện áp - Ứng dụng vào mạng điện thực tế nút, nút lưới điện Hòa Hưng – Thiện Thuật (trích sơ đồ tuyến dây CMT8, quận 3, thành phố Hồ Chí Minh) để cải thiện chất lượng điện áp chế độ xác lập Kết : Qua mạng điện khảo sát ta thấy nút đặt STATCOM, điện áp điều chỉnh ổn định (biên độ nằm phạm vi cho phép), độ dao động điện áp (nhấp nháy) giảm xuống thấp, ngồi STATCOM cịn tác động tốt hệ thống điện, chất lượng điện áp cải thiện đạt mục tiêu nghiên cứu 5.2 Hƣớng phát triển đề tài Qua trình thực đề tài, tác giả nhận thấy đề tài phát triển theo hướng sau : - Tính tốn vị trí dung lượng tối ưu cho Statcom - Ứng dụng Logic mờ (fuzzy logic) để nâng cao chất lượng điều khiển Statcom, cho ổn định áp mong đợi 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Trần Bách (2004), Lưới điện hệ thống điện Nhà xuất KH&KT – Hà Nội [2] Lã Văn Út (2010), Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện Nhà xuất KH&KT – Hà Nội [3] Nguyễn Hoàng Việt, Phan Thị Thanh Bình (2013), Ngắn mạch ổn định hệ thống điện Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [4] Phạm Văn Huy Nghiên cứu STATCOM, ứng dụng truyền tải điện năng, 2013 [5] Nguyễn Tùng Lâm, Trần Thị Hằng, Nguyễn Văn Nhật Sử dụng đường cong PV/QV phân tích ổn định điện áp Tuyển tập báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ Đại học Đà Nẵng, năm 2010 [6] Trần Đình Long Tra cứu chất lượng điện Nhà xuất Bách khoa Hà Nội, 2013 [7] Hồ Đắc Lộc Thiết bị FACTS hệ thống điện Nhà xuất xây dựng, 2013 [8] Nguyễn Xuân Dũng Đánh giá ổn định điện áp 220kV khu vực miền trung Đại học Đà Nẵng, 2012 [9] How FACTS controllers benefits AC transmission systems John J.Paserba, Fellow IEEE [10] How FACTS improve the performance of electrical grid Rolf Grunbaum, Ake Petersson, Bjom Thorvaldsson (ABB Review3/2002) [11] Electricity and New Energy, 2014 Static Synchronous Compensator (STATCOM) [12] Dr Nadarajah Mithunanthan, Mr.Arthit Sode-yome and Mr.Naresh Acharya Application of FACTS Contronllers in Thailand Power Systems, 2005 [13] Prof Dr Grega Bizjak Voltage control in the power supply network of oil platform with static compensators University of Ljubljana, 2014 [14] Mania PAVELLA, Damien ERNST Daniel RAIZ-VEGA Transient stability of power system, 2012 ... đề tài ? ?Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp hệ thống điện? ?? nhằm nghiên cứu lý thuyết ổn định áp nghiên cứu ứng dụng thiết bị STATCOM vào hệ thống điện để nâng cao chất lượng điện áp (ổn định... Kỹ thuật điện MSHV: 1441830034 I- Tên đề tài: Nghiên cứu cải thiện chất lƣợng điện áp hệ thống điện II- Nhiệm vụ nội dung: - Nghiên cứu lý thuyết ổn định điện áp hệ thống điện - Nghiên cứu lý thuyết... độ điện áp giảm chập chờn, nhấp nháy lưới điện) 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ Mục tiêu : Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp hệ thống điện Nhiệm vụ : - Nghiên cứu lý thuyết ổn định điện áp hệ thống