Với khả năng có thể khống chế được dòng công suất chạy trên đường dây theo yêu cầu, thiết bị UPFC có thể được sử dụng để lắp đặt trên các đường dây liên kết giữa HTĐ Vi[r]
(1)NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THIẾT BỊ UPFC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN DỊNG CƠNG SUẤT TRÊN CÁC ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI THUỘC HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM RESEARCH ON APPLICATION OF UPFC TO CONTROL POWER FLOW ON THE TRANSMISSION LINES OF VIETNAM ELECTRICAL POWER SYSTEM
NGÔ VĂN DƯỠNG Đại học Đà Nẵng
TĨM TẮT
Bài báo trình bày việc nghiên cứu mơ hình tính tốn thiết bị UPFC để xây dựng chương trình mơ điều khiển dịng cơng suất đường dây truyền tải Sử dụng chương trình để tính tốn xây dựng đường đặc tính biểu thị mối quan hệ dịng cơng suất đường dây với thông số điều khiển thiết bị, qua đánh giá khả áp dụng cho hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam
ABSTRACT
This article presents the research calculation models of UPFC to make simulation software to control power flow on the transmission lines The software is used to show the relationship between the power flow on the transmission lines with the controller parameters of UPFC, which helps evaluate the possibility of using this device in Vietnam electrical power system
1 Đặt vấn đề
Nhu cầu lượng toàn cầu nói chung Việt Nam nói riêng ngày gia tăng lượng điện đóng vai trị quan trọng Để đáp ứng nhu cầu Hệ thống điện (HTĐ) ngày phát triển mở rộng, nhiều đường dây truyền tải điện dài điện áp siêu cao hình thành để liên kết HTĐ nhiều khu vực với Vai trò đường dây vừa làm nhiệm vụ liên kết để hình thành HTĐ lớn, vừa làm nhiệm vụ truyền tải trao đổi công suất khu vực nhằm đảm bảo vận hành kinh tế nâng cao độ tin cậy cho HTĐ
Đối với Việt Nam, năm 1994 hoàn thành việc xây dựng đường dây 500 kV mạch liên kết HTĐ ba miền Bắc, Trung, Nam thành HTĐ hợp Việt Nam Qui hoạch đến năm 2020 HTĐ 500 kV mở rộng để liên kết nhà máy điện lớn Quảng Ninh, Mông Dương, Sơn La miền Bắc, Phú
Mỹ, Ơ Mơn miền Nam, đồng thời cung cấp điện cho trung tâm phụ tải lớn khu lọc dầu Dung Quất miền Trung, khu công nghiệp lớn miền Bắc miền Nam tương lai có
sự liên kết để thực việc mua bán điện với HTĐ Trung Quốc Lào
Công suất truyền tải đường dây liên kết hai HTĐ hình xác định theo điều kiện phân bố tự nhiên biểu thức (1)
> >
HT1 HT2
V11 V22
P1 + jQ1 P2 + jQ2 Z
(2)) (
) cos(
cos
) sin(
sin
) cos(
cos
) sin(
sin
12 12
2 22 22
2 2
12 12
2 22 22
2 2
12 12
2 11 11
2 1
12 12
2 11 11
2 1
Z V V Z
V Q
Z V V Z
V P
Z V V Z
V Q
Z V V Z
V
P Qua (1) cho thấy công suất truyền tải
đường dây phụ thuộc vào thông số đường dây thông số chế độ hai đầu đường dây Trong thiết kế vận hành đường dây truyền tải ln tìm cách điều chỉnh dịng cơng suất đường dây nhằm nâng cao khả tải công suất tác dụng, giảm tổn thất, nâng cao chất lượng điện đảm bảo ổn định cho HTĐ Một số biện pháp thường sử dụng bù ngang bù dọc điện kháng điện dung cố định điều khiển theo cấp
Ngày nay, với phát triển thiết bị điện tử công suất lớn, điện áp cao, công nghệ FACTS đời vào cuối thập niên 1980 [3] giúp cho trình điều khiển dịng cơng suất đường dây truyền tải cách linh hoạt nhanh chóng Mỹ, Canada, Brazil nước tiên phong sử dụng công nghệ FACTS lưới điện truyền tải., thiết bị thường sử dụng như: SVC, TSC, TSR, TCR, TCSC, STATCOM UPFC [1,2,3] Trong đó, thiết bị UPFC (Unifile Power Flow Controller) thiết bị có khả điều khiển dịng cơng suất đường dây linh hoạt nhất, cho phép điều khiển dịng cơng suất tác dụng, cơng suất phản kháng, điện áp góc pha.Việc nghiên cứu sử dụng thiết bị nầy cho HTĐ Việt Nam tương lai cần thiết, sử dụng đường dây liên kết để trao đổi mua bán điện với HTĐ Trung Quốc Lào
2 Cấu trúc nguyên lý làm việc thiết bị UPFC
Thiết bị UPFC có cấu tạo gồm hai biến đổi cơng suất dạng nghịch lưu áp mắc theo kiểu lưng tựa lưng liên kết qua tụ DC để dự trữ công suất hình 2a
Cơng suất tác dụng trao đổi theo hai chiều điểm đối nối vào HTĐ xoay chiều biến đổi biến đổi cịn có khả cung cấp hấp thụ công suất phản kháng Bộ nghịch lưu thứ hai (NL2) thực nhiệm vụ UPFC đặt nối tiếp vào đường dây điện áp Vpq có biên độ góc pha điều chỉnh Theo giản đồ véctơ hình 2b cho thấy UPFC điều khiển mơdul
2
V góc lệch
1 V
V , điều khiển dịng cơng suất truyền tải
đường dây Bộ nghịch lưu thứ (NL1) hỗ trợ hoạt động cho nghịch lưu thứ hai cách thực đưa vào mạch DC lượng công suất tác dụng yêu cầu cho trình thiết lập điện áp nối tiếp đường dây nghịch lưu thứ hai
3 Mơ hình tính tốn thiết bị UPFC
Từ nguyên lý hoạt động mơ tả mơ
V1
Vc
Vpq
V2
0
Hình 2b
nut j
Hình
Xnt
i V
j V
nut i
'
i V
ij
I I.L
nt V
ss V
Xss o
V1 Vc V2
(3)hình tính tốn thiết bị UPFC gồm hai nguồn điện áp hình [4], nguồn áp Vnt Vss điều khiển biên độ góc pha Nguồn áp nối tiếp đặt vào đường dây xác định:
j i nt rV e
V
(2)
Trong đó: r rmax 2
Nguồn áp nối tiếp thay nguồn dòng Int mắc song song với đường dây truyền tải hình
nt nt
nt jb V
I (3)
Trong đó: bnt = 1/Xnt
Nguồn dịng Int mơ tả nguồn công suất bơm vào hai nút i j hình 5, từ xác định dịng công suất nầy sau:
(5) (4) ) ( * * nt j js js js nt i is is is I V jQ P S I V jQ P S
Thay (3) vào (4) (5), sử dụng công thức Ơ le số phép biến đổi để tách riêng phần thực phần ảo số phức
is
S
js
S , cho phép xác định [1]:
) cos( ) sin( cos sin 2 j i nt j i js j i nt j i js i nt is i nt is r b V V Q r b V V P V rb Q V rb P (6)
Trong thiết bị UPFC nhánh song song sử dụng chủ yếu để cung cấp công suất tác
dụng cho HTĐ thơng qua biến đổi nối tiếp, mơ hình tốn học thiết bị UPFC trạng thái ổn định hình (6) Theo [4] ta có:
nt
ss P
P 1.02 (7)
Công suất biểu kiến cung cấp biến đổi nối tiếp tính sau: * * nt j i i j ij nt nt nt nt jX V V V re I V jQ P S
Qua số phép biến đổi xác định được:
) sin
sin( i j nt i2
j i nt
nt rb VV rb V
P (8)
Công suất phản kháng biến đổi (nhánh song song) khơng đáng kể nên xem Qss=0 Xếp chồng hai mơ hình từ hình
và hình ta có mơ hình tính tốn thiết bị UPFC hình 7, với thành phần công suất bơm vào nút i j biểu thức (9):
j
V
Hình
bnt = 1/Xnt
i V
nut i nut j
nt I
Pis + jQis
Hình
Pjs + jQjs Xnt i V j V
nut i nut j
Hình Pss + j0
Xnt i V j V
nut i nut j
Hình
Piupfc + jQiupfc Pjupfc + jQjupfc Xnt i V j V
(4)Mơ hình hình cơng thức tính tốn (9) sử dụng để thay thiết bị UPFC sơ đồ tính tốn tốn giải tích mạng điện
4. Xây dựng chương trình mơ điều khiển thiết bị UPFC
Xét sơ đồ hệ thống điện đơn giản có lắp đặt thiết bị UPFC đường dây truyền tải hình 8, chọn nút số làm nút cân sử dụng chương trình CONUS để tính
tốn trào lưu công suất đường dây truyền tải Sử dụng kết nghiên cứu mục xây dựng sơ đồ thuật tốn hình
HT
V1 V2
V3
P4upfc + jQ4upfc P2upfc + jQ2upfc
V4
P3 + jQ3
P2 + jQ2
X
Hình
Nhập số liệu HTĐ
V2=500kV; V4=500kV 2=0; 4=0
Chọn giá trị r Tính cập nhật P2upfc, Q2upfc, P4upfc, Q4upfc
vào file số liệu Tính chế độ xác lập
chương trình CONUS
2 4
Biểu diễn thông số VH lên mơ hình mơ
Thay đổi r DỪNG
r = rmoi = moi
Đ S
C
K
Hình
Hình 10
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14
50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
P[MW]
r
=0o
=15o
=30o
=60o
=90o
Hình 11 )
9 ( )
cos(
) sin(
cos
) sin(
02 , sin 02
,
2
j i j i nt jupfc
j i j i nt jupfc
i nt iupfc
j i j i nt i
nt iupfc
V V rb Q
V V rb P
V rb Q
V V rb V
(5)Từ sơ đồ thuật toán xây dựng chương trình mơ điều khiển thiết bị UPFC Khởi động chương trình hình mơ
như hình 10 Thay đổi giá trị r điều khiển dịng cơng suất đường dây từ nút số đưa đến nút số thông qua thiết bị UPFC Kết chạy chương trình đề tài xây dựng đường đặc tính biểu thị mối quan hệ thông số r UPFC với dịng cơng suất đường dây hình 11 hình 12
5. Kết luận
Qua phân tích kết cấu nguyên lý làm việc xây dựng mơ hình tính tốn thiết bị UPFC hình với dịng cơng suất bơm vào nút i j xác định theo (9) Đây sở để đưa vào mơ hình tính tốn tốn giải tích mạng điện HTĐ có lắp đặt thiết bị UPFC đường dây truyền tải
Bài báo xây dựng chương trình mơ cho phép khảo sát chế độ làm
việc thiết bị UPFC cách trực quan hình máy tính Qua nghiên cứu cho thấy đường dây truyền tải có lắp đặt thiết bị UPFC, điều khiển dịng cơng suất tác dụng, công suất phản kháng đường dây cách linh hoạt, khống chế dịng cơng suất chạy đường dây cố định công suất phụ tải nguồn thay đổi
Từ đồ thị hình 11 hình 12 cho thấy khí điều chỉnh =900 cơng suất phản kháng đường dây gần không thay đổi ngược lại điều chỉnh =00 cơng suất tác dụng gần không thay đổi ta thay đổi r Như cần điều chỉnh dịng cơng suất tác dụng đường dây ta cho =00 ngược lại cần điều chỉnh cơng suất phản kháng điều chỉnh =900
Với khả khống chế dịng cơng suất chạy đường dây theo yêu cầu, thiết bị UPFC sử dụng để lắp đặt đường dây liên kết HTĐ Việt Nam với HTĐ Trung Quốc Lào để thực việc trao đổi mua bán điện tương lai, nhiên cần có phân tích kinh tế để so sánh với số thiết bị khác
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Duy Dũng, Nghiên cứu sử dụng thiết bị UPFC nhằm nâng cao khả tải
đường dây truyền tải điện xoay chiều siêu cao áp, Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng, 2006
[2] Yong Hua Song and Allan T Jhons (1999), Flexible AC transmission systems (FACT), The
Institution of Electrical Engineers, London, United Kingdom
[3] Narain G.Hingorani, Laszlo Gyugyi (2000), "Understanding FACTS", Concepts and
technology of Flexible AC transmission systems, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York
[4] A.Mete Vural, Mehmet Tumay (2004), Analysis ang modeling of Unified power flow
controller, Department of Electrical and Electronics Engineering, University of Gaziantep, Sahinbey, Gaziantep, 27310, Turkey
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14
50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
Q[MVar]
r
=0o =15
o
=30o
=60o
=90o