Đang tải... (xem toàn văn)
Điều khiển công suất phản kháng của hệ thống bằng thiết bị FACTS là một biện pháp để ngăn chặn mất ổn định điện áp và nâng cao khả năng truyền tải công suất của đường dây đến mức gi[r]
(1)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557)
Số - tháng 10 năm 2015 35
ỨNG DỤNG THIẾT BỊ FACTS ĐỂ NÂNG CAO MÔ ĐUN ĐIỆN ÁP TRONG VIỆC ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
APPLICATION OF FLEXIBLE AC TRANSMISSION SYSTEM (FACTS) FOR IMPROVEMENT OF VOLTAGE MODULE IN
POWER SYSTEM STABILITY CONTROL
Phạm Ngọc Hùng(1), Nghiêm Thị Thúy Nga(2), Hoàng Minh Hải(3)
(1)
TrườngĐại học Điện lực,
(2)
Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định,
(3)
Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Cẩm Phả
Tóm tắt:
Các thiết bị FACTS sử dụng để điều khiển điện áp, phân bố công suất, giảm tổn thất phản kháng, làm giảm dao động công suất cho mức truyền tải cơng suất cao Ngun nhân gây ổn định điện áp hệ thống điện thiếu công suất phản kháng Điều khiển công suất phản kháng hệ thống thiết bị FACTS biện pháp để ngăn chặn ổn định điện áp nâng cao khả truyền tải công suất đường dây đến mức giới hạn nhiệt cho phép Trong báo này, sử dụng ngôn ngữ lập trình MATLAB để mơ hình hóa mơ điều khiển điện áp hệ thống điện thiết bị FACTS
Từ khóa:
Ổn định điện áp, FACTS, SVC
Abstract:
FACTS devices are used for controlling transmission voltage, power flow, reducing reactive losses, and damping of power system oscillations for high power transfer levels One of the major causes of voltage instability in power system is the reactive power limit of the system Power reactive control of power network with FACTS is a remedy for prevention of voltage instability and capable of increasing the power transfer capability of a line, insofar as thermal limits permit In this paper, use the programming language MATLAB to modelling and simulation for voltage control of the power system with FACTS
Keywords:
Stability voltage, flexible AC transmission system, static synchronous compensator, static VAR compensator.1
1
(2)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557)
Số - tháng 10 năm 2015 36
1 GIỚI THIỆU
Phân tích điều khiển ổn định điện áp trở nên cần thiết hệ thống điện phải vận hành gần tới giới hạn ổn định chúng, kể giới hạn ổn định điện áp Hệ thống điện phải làm việc trạng thái gần điểm giới hạn điện áp thiếu đầu tư thiết bị FACTS cho mạng điện công suất truyền tải vùng lớn Điện áp không ổn định trở thành mối quan tâm hàng đầu vận hành hệ thống điện Có cố điện xảy liên quan đến ổn định điện áp hệ thống Do việc phân tích điều khiển ổn định điện áp nhằm nâng cao độ dự trữ ổn định hệ thống điện cần thiết [1], tránh ổn định điện áp xảy xảy biến động ngẫu nhiên trạng thái xác lập quan trọng
Một nguyên nhân dẫn đến ổn định điện áp hệ thống điện thiếu công suất phản kháng để hỗ trợ cho hệ thống Việc cải thiện khả điều khiển công suất phản kháng hệ thống thiết bị FACTS (Flexible Ac Transmission System) [2] biện pháp để ngăn chặn ổn định điện áp sụp đổ điện áp Trong báo trình bày mơ hình hệ thống điện có điều khiển FACTS để mơ ổn định điện áp cho hệ thống điện ngơn ngữ lập trình MATLAB [4]
2 CƠ SỞ XÂY DỰNG MƠ HÌNH PHÂN BỐ CƠNG SUẤT
2.1 Phương trình phân bố cơng suất
Phương trình phân bố cơng suất
thanh cho biết trước công suất phát, phụ tải công suất trao đổi chạy qua phần tử đường dây truyền tải kết nối đến phải cộng lại khơng Đó phương trình điều kiện “phương trình độ thay đổi cơng suất” k có cơng thức sau:
,
Pk PGk PLk Pkcal Pksch Pkcal
kcal
sch k cal k Lk Gk
k Q Q Q Q Q
Q
(1)
Trong đó:
k
P
Qklần lượt độ thay đổi công suất tác dụng phản kháng k PGkvà QGklần lượt công suất tác dụng phản kháng bơm vào máy phát k
Lk
P QLklần lượt công suất tác dụng phản kháng phụ tải k
Công suất tác dụng phản kháng biết trước:
Lk Gk sch
k P P
P , sch Gk Lk
k Q Q
G
Công suất tác dụng phản kháng truyền tải cal
k
P cal
k
Q hàm điện áp nút, tổng trở tính tốn cách sử dụng phương trình phân bố công suất
Tổng công suất tác dụng phản kháng bơm vào k là:
,
1
n
i cal i k cal
k P
P
1
n
i cal i k cal
k Q
Q (2)
(3)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557)
Số - tháng 10 năm 2015 37 , n i cal i k Lk Gk
k P P P
P
1 n i cal i k Lk Gk
k Q Q Q
Q (3)
2.2 Phân bố công suất theo phương pháp Newton-Raphson Cơ sơ để mơ tốn ổn định điện áp dựa ma trận đạo hàm riêng Jacobian có từ tốn phân bố cơng suất Newton-Raphson Phương trình ma trận mơ tả thay đổi cơng suất phương pháp lặp phân bố công suất Newton-Raphson sau:
) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( i X i X J i X F i i i V V V V Q Q V V P P Q P
(4)
Ma trận biến số Jacobian tốn phân bố cơng suất Newton-Raphson bao gồm (nb – 1) x (nb – 1) phần tử có dạng: , , , , m m k m k m m k m k V V Q Q V V P P (5)
trong k = 1, ., nb, vm = 1, ., nb
nhưng bỏ qua Slack (nb là số cái)
Xem xét phần tử thứ l kết nối k m Hình 1, số hạng Jacobian cho sau:
, , , n
l k l
l k k k P P
,
, , , n l l k l k l k k k k V V P V V P , , , n
l k l
l k k k Q Q
, , , n l l k l k l k k k k V V Q V V Q (6) 3 MƠ HÌNH CÁC BỘ ĐIỀU
KHIỂN FACTS
Trong nghiên cứu ổn định điện áp, quan tâm đến điều khiển bù tĩnh SVC điều khiển bù đồng STATCOM Mơ hình chúng xây dựng sở phương trình phân bố cơng suất phương pháp phân bố công suất Newton-Raphson [5] PGk k PLk (a) m QGk k QLk (b) m
Hình Cân cơng suất k:
(4)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557)
Số - tháng 10 năm 2015 38
3.1 Mơ hình bù tĩnh SVC Trong hình SVC xem cuộn kháng điều chỉnh có góc kích giới hạn tổng trở giới hạn Bằng cách thay đổi góc kích - mở công tắc điều khiển thyristor để điều chỉnh tổng dẫn song song BVSC
Tổng dẫn thay đổi theo góc kích- mở SVC
Thyristor SVC là: BSVC = BC – BTCR =
C SVC SVC L
L C
X X X
X 2( ) sin2
1
(7)
Trong đó: XL = L, XC =
C
1
,SVC lần
lượt điện kháng, điện dung góc kích
- mở cơng tắc điều khiển thyristor Phạm vi điều khiển góc SVC từ /2 đến
Công suất phản kháng SVC theo góc kích – mở SVC là:
[2( ) sin(2 )]
SVC SVC
C L L C
k k
X X X X
V
Q
(8) 3.2 Mô hình bù đồng STATCOM
Bộ STATCOM tŕnh bày hình bao gồm chuyển đổi nguồn áp (VSC) máy biến áp liên kết kiểu nối shunt
Điện áp đầu STATCOM là: )
sin
(cos vR vR
vR
vR V j
E (9)
Công suất STATCOM l: )
( * *
* *
k vR vR vR vR vR
vR V I V Y V V
S (10)
Công suất tác dụng phản kháng đầu STATCOM:
)], sin(
) cos(
[
2
k vR vR k vR vR
k vR vR vR
vR V G V V G B
P (11)
Vk
ISVC
BSV
Hình Mơ hình tổng dẫn song song thay đổi SVC
VDC
+ -
ma
EvR
IvR
Bus k
Vk
(a)
Bus k YvR
+ VvR vR
Vk k
Ik k
(5)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557)
Số - tháng 10 năm 2015 39 )],
cos( )
sin( [
2
k vR vR
k vR vR k vR vR vR
vR V B V V G B
Q (12)
Công suất tác dụng phản kháng nối STATCOM: )], sin(
) cos(
[
2
vR k vR vR k vR vR k vR k
k V G V V G B
P (13)
)] cos(
) sin(
[
2
vR k vR vR k vR vR k vR k
k V B VV G B
Q (14)
4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Xem xét mạng điện gồm nút [3], tiến hành chạy phần mềm mơ lập trình ngơn ngữ MATLAB cho trường hợp khác nhau, thu kết điện áp nút, trào lưu công suất, công suất bù, góc kích - mở thyristor, tổn thất cơng suất, điện áp STATCOM Kết
phân bố công suất có SVC đặt 4, phụ tải tăng 40% so với phụ tải chế độ vận hành thông thường, SVC phát công suất phản kháng cần thiết 49.55 MVAr, ứng với góc kích - mở thyristor 140.50o để giữ điện áp p.u
Hình Sơ đồ phân bố cơng suất phụ tải tăng 40%, có SVC
10.20 8.56
10.02 12.85
Bus Bus Bus
Bus Bus
G2
G1 63+j21 56+j7
84+j14 28
+j
202.38 68.50
62.00
8.63
59.17
5.43 140.39 59.87
136.17 53.58
28.85
23.47
28.71
21.89
76.33
5.30
73.98
1.15 38.45
13.21
37.49
12.10 33.39
9.77 32.68
7.90
40 57.26
(6)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557)
Số - tháng 10 năm 2015 40
Khi đặt SVC 3, mạng điện vận hành chế độ đặc trưng: bình thường, tải non tải Bộ điều khiển SVC điều chỉnh góc kích - mở thyristor để phát/hấp thụ lượng công suất phản kháng cần thiết giữ điện áp có nối SVC giá trị định mức
Khi đặt STATCOM 3, chế độ phụ tải bình thường, phát 20.5 MVAr, điện áp đầu l 1.0205 p.u, để giữ ổn định điện áp giá trị định mức
Hình So sánh biên độ, góc pha điện áp vận hành chế độ bình thường
1
0.9 0.95 1.05 1.1
BIEU DO - DIEN AP THANH CAI
Thanh cai so:
B
ien
d
o
d
ien
ap
(p
u)
1
-6 -4 -2
BIEU DO - GOC PHA DIEN AP
Thanh cai so:
Go
c
ph
a
die
n
ap
(
de
g)
Khong co FACTS Co SVC o TC3 Co SVC o TC4 Co STATCOM o TC3
Hình Cơng suất phản kháng phát/ hấp thụ SVC theo phụ tải hệ thống điện
Phu tai binh thuong Phu tai tang 20% Phu tai tang 40% Phu tai giam -50% -20
0 20 40 60
BIEU DO CONG SUAT PHAN KHANG PHAT/HAP THU CUA SVC
C
ong
su
a
t
pha
n
khan
g
bu
(M
V
A
r)
Phu tai he thong:
Phu tai binh thuong Phu tai tang 20% Phu tai tang 40% Phu tai giam -50% 100
120 140 160 180
BIEU DO GOC KICH-MO THYRISTOR
G
o
c
ki
ch
-
m
o
T
h
yr
ist
o
r
(d
e
g
)
Phu tai he thong:
49.55
-8.9 32.98
20.47
126.170 139.370
135.690 132.540
(7)TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557)
Số - tháng 10 năm 2015 41 5 KẾT LUẬN
Bài báo trình bày mơ hình, mơ phân bố cơng suất mạng điện từ đánh giá điều khiển ổn định điện áp, cho thấy linh hoạt điều khiển góc kích - mở thyristor để giữ ổn định điện áp cho có nối SVC,
STATCOM nâng cao ổn định cho hệ thống
Hướng phát triển nghiên cứu xây dựng mơ hình để mô điều khiển ổn định điện áp trào lưu công suất hệ thống điện
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Thierry Van Custem, Costas Vournas; Voltage Stability Of Electric Power System; Kluwer Academis Publishers, America, 4, 2003
[2] Enrique Acha, Claudio R Fuerte – Esquivel, Hugo Ambriz-Pérez, César Angeles-Camaccho; Modelling and Simulation in Power Networks; John Wiley & Sons, Ltd, England, 2004
[3] K R Padigar; FACTS controllers in power transmission and distribution; New Age International (P) Limited, India, 2007
[4] Phạm Thị Ngọc Yên; Cơ sở Matlab ứng dụng; Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật; Hà
Nội 2005
[5] Phương Hồng Kim; Tối ưu hố vận hành hệ thống điện có xét đến thiết bị điều chỉnh hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt; Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật; Hà Nội 2008
Giới thiệu tác giả:
Tác giả Phạm Ngọc Hùng sinh năm 1976 Hải Dương, tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nhận Thạc sỹ ngành Kỹ thuật điện năm 2006 Tác giả giảng viên Bộ môn Nhà máy điện Trạm biến áp - Khoa Hệ thống điện - Trường Đại học Điện lực Các lĩnh vực nghiên cứu chính: nhà máy điện, trình độ lượng