Tính hiệu quả của việc sử dụng thiết bị Facts để nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện có hai nguồn

Bài báo giới thiệu tóm tắt về các thiết bị FACTS và khả năng ứng dụng của chúng trong hệ thống điện; xây dựng sơ đồ mô phỏng cho một hệ thống điện gồm hai nguồn và phân tích hiệu quả khi lắp đặt các thiết bị FACTS.

ISSN 2354-0575 TÍNH HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG THIẾT BỊ FACTS ĐỂ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ HAI NGUỒN Trần Thị Ngoạt1, Lê Ngọc Giang2, Nguyễn Thị Khánh1, Vũ Thị Tựa1 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Học viện Phịng Khơng - Khơng Qn Ngày tịa soạn nhận báo: 17/09/2017 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 20/10/2017 Ngày báo chấp nhận đăng: 02/11/2017 Tóm tắt: Trong năm gần đây, nhu cầu điện tăng lên đáng kể phát triển nguồn đường dây truyền tải điện bị hạn chế nguồn đầu tư hạn hẹp u tố mơi trường Do đó, số đường dây truyền tải bị tải nặng nề ổn định hệ thống trở thành yếu tố khơng thể kiểm sốt Bộ thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) sử dụng cho việc truyền tải dòng điện xoay chiều, nâng cao khả điều khiển hệ thống điện tăng khả truyền tải công suất đường dây Tuy nhiên, nghiên cứu gần cho thấy điều khiển FACTS sử dụng để tăng cường tính ổn định hệ thống điện bên cạnh chức việc kiểm sốt dịng điện truyền tải Bài báo trình bày giải pháp nâng cao ổn định cho hệ thống điện gồm hai nguồn sử dụng thiết bị FACTS Từ khoá: FACTS, SVC, STATCOM, ổn định hệ thống điện, ổn định điện áp Giới thiệu Những năm gần đây, với phát triển khoa học cơng nghệ, điện ngày đóng vai trò quan trọng tất ngành kinh tế Sự phát triển nhu cầu tiêu thụ điện đánh giá phát triển xã hội nâng cao đời sống vùng, quốc gia Do đó, hệ thống điện ngày phát triển quy mô lẫn công nghệ Ngày hình thành nhiều hệ thống điện lớn phạm vi quốc gia liên quốc gia Sự xuất nhiều nhà máy nhiệt điện, thủy điện làm cho việc vận hành hệ thống điện trở nên phức tạp, đặc biệt vấn đề đồng tính ổn định hệ thống Theo Kundur “Ổn định hệ thống điện khả trì điểm làm việc cân điều kiện làm việc bình thường, sau chịu kích động với thơng số hệ thống thay đổi phạm vi cho phép để chế độ xác lập hệ thống bảo tồn” [1] Sự ổn định hệ thống đánh giá dạng ổn định sau: ổn định tần số, ổn định điện áp, ổn định góc lệch rotor máy phát [2] Bài báo nghiên cứu ứng dụng thiết bị FACTS vào hệ thống điện nhằm nâng cao khả ổn định cho hệ thống tránh tượng tan rã hệ thống Sự phát triển nhanh chóng cơng nghệ chế tạo thiết bị điện tử công suất vi xử lý, có tác động lớn đến thiết bị sử dụng để vận hành hệ thống điện Các thiết bị điện tử công suất lớn vi xử lý làm cho việc truyền tải phân phối điện ngày tin cậy, khả 38 điều khiển cao đạt hiệu mong muốn [3] Thuật ngữ hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS (Flexible AC Transmission System) dần trở nên quen thuộc Với công nghệ FACTS cho phép điều khiển dịng cơng suất, tăng cường khả truyền tải vùng với giảm thiểu dao động hệ thống [4] Nội dung báo gồm: giới thiệu tóm tắt thiết bị FACTS khả ứng dụng chúng hệ thống điện Xây dựng sơ đồ mô cho hệ thống điện gồm hai nguồn phân tích hiệu lắp đặt thiết bị FACTS Cuối kết luận Họ thiết bị FACTS khả ứng dụng chúng 2.1 Họ thiết bị FACTS Các thiết bị FACTS bao gồm: Load tap changer (LTC): Thiết bị điều chỉnh nấc phân áp máy biến áp, thiết bị xem xét thiết bị FACTS điều khiển Thyristor Thyristor controller reactor (TCR): thiết bị điều chỉnh cuộn kháng, TCR điều chỉnh dòng điện chạy qua cuộn Thyristor dựa nguyên tắc điều chỉnh góc mở Thyristor Thyristor controller series capacitor (TCSC): Thyristor điều khiển tụ nối tiếp, hiệu chỉnh tổng trở mạng điện Khoa học & Công nghệ - Số 16/Tháng 12 - 2017 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 Static compensator (STATCOM): thiết bị bù đồng tĩnh thiết bị điều khiển FACTS Thiết bị hoạt động dựa biến đổi dòng điện điện áp Static Synchoronous Series Compensators (SSSC): thiết bị bù tĩnh nối tiếp đồng bộ, thiết bị SSSC hoạt động không cần nguồn riêng, điều chỉnh dòng điện đường dây làm thay đổi điện áp đặt lên đường dây, từ điều khiển công suất truyền Unified Power Flow Controller (UPFC): thiết bị điều khiển dịng cơng suất hợp nhất, kết hợp thiết bị bù tĩnh STATCOM thiết bị SSSC để điều chỉnh dịng cơng suất tác dụng phản kháng truyền đường dây Static Var Compensator (SVC): sử dụng để trì điều chỉnh số thông số cụ thể hệ thống điện, chẳng hạn điện áp nút High-voltage direct-curren (HVDC): hệ thống truyền tải điện chiều cao áp, điều khiển bao gồm trạm chỉnh lưu trạm biến đổi, kết nối với “bộ đệm” (back to back) cáp điện chiều Bộ biến đổi có sử dụng Thyristor thiết bị bán dẫn GTOs, IGBTs 2.2 Ứng dụng thiết bị FACTS Các thiết bị FACTS cho phép thay đổi tham số liên quan đến vận hành hệ thống bao gồm điện kháng đường dây, điện áp, dịng điện, góc pha dao động tần số khác so với tần số Các thông số điều chỉnh không vượt giá trị cho phép trì độ ổn định hệ thống, nói cách khác không làm giảm khả truyền tải đường dây Bằng cách thêm vào thiết bị có tính linh hoạt cao, thiết bị FACTS cho phép đường dây truyền tải đến sát giới hạn nhiệt Cơng nghệ FACTS khơng phải thiết bị điều khiển công suất lớn riêng rẽ mà tập hợp nhiều thiết bị điều khiển, sử dụng độc lập kết hợp với để điều chỉnh hay nhiều tham số hệ thống đề cập Việc lựa chọn thiết bị FACTS phù hợp giải hạn chế truyền tải đường dây cấu trúc vật lý dây dẫn nâng cao ổn định hệ thống điện mà yếu tố định ổn định tần sơ; ổn định điện áp ổn định góc lệch roto máy phát Việc ứng dụng thiết bị FACTS vào hệ thống điện thời gian gần cho thấy HVDC, SVC, STATCOM thiết bị sử dụng hiệu Trong báo nhóm tác giả mô hiệu nâng cao ổn định hệ thống điện hai thiết bị đại diện SVC STATCOM cho Khoa học & Công nghệ - Số 16/Tháng 12 - 2017 hệ thống điện gồm hai nguồn nối với qua đường dây liên kết Ổn định hệ thống điện hai nguồn dùng SVC STATCOM Xem xét hệ thống điện gồm nguồn vùng (vùng & vùng 2), kết nối đường truyền dài Hình Hướng dịng cơng suất từ vùng đến vùng Đường truyền chia thành hai phần (đoạn đoạn 2) Trên đường truyền đặt góp B1, B2, B3 theo khoảng cách B1B2 = L1, B2B3 = L2 B1 Vùng L1 Đoạn B2 L2 B3 Vùng Đoạn SVC STATCOM Hình Hệ thống điện gồm hai nguồn Các thông số hệ thống điện sử dụng mơ sau: Thơng số máy phát: M1 = 1500MVA, M2 = 1000MVA, V = 13,8kV, f = 50Hz, Xd = 1,305Ω, Xd1 = 0,296Ω, Xd// = 0,255Ω, Xq = 0,474Ω, Xq// = 0,243Ω, X1 = 0,18Ω Thông số biến áp: T1 = 1500MVA, T2 = 1000MVA, 13,8/500kV, R2 = 0,002Ω, L2 = 0,12H, Rm = 500Ω, Xm = 5000Ω Thông số đường dây cho km: R1 = 0,1755Ω, R0 = 0,2758 Ω, L1 = 0,8737mH, L0 = 3,22mH, C1 = 13,33nF, Co = 8,297nF Trong trình truyền tải điện, hệ thống ổn định nhờ SVC Statcom với thông số sau: Thông số SVC: 500kV, ±100 MVAr, Td = 4ms, Vref = 1, Xs = 0,03, Kp = 3, Ki = 500 Thông số STATCOM: 500kV, ±100MVAr, R = 0,071Ω, L = 0,22, Vdc = 40kV, Cdc = 375µF, Vref = 1,0, Kp = 50, Ki = 1000 Hệ thống hai nguồn đề xuất với hai máy phát điện thủy lực 1500 MVA 1000 MVA kết nối qua đường dây truyền tải dài 600 km Hình Hai máy phát trang bị tuabin thủy điện HTG, hệ thống kích hoạt ổn định hệ thống điện (PSS) Đầu công suất ban đầu máy phát Pref1 = 0,7pu Pref2 = 0,8pu Cả SVC STATCOM sử dụng cho mơ hình có cơng suất ±100 MVA điện áp tham chiếu đặt 1pu cho SVC STATCOM Một lỗi ba pha xảy góp B1 khoảng thời gian từ 0,5s÷1s Journal of Science and Technology 39 ISSN 2354-0575 Hình Sơ đồ mơ hệ thống điện khảo sát Matlab-Simulink Để minh họa hiệu STATCOM, tải vùng thay đổi để quan sát SVC STATCOM trì cơng suất khoảng 1±0,05pu Chế độ 100% tải: Tải có P = 1000 MW, Q = 200 MVAr Tải có P = 1500 MW, Q = 500 MVAr Chế độ 75% tải: Tải có P = 750 MW, Q = 140 MVAr Tải có P = 1125 MW, Q = 375 MVAr Chế độ 50% tải: Tải có P = 500 MW, Q = 100 MVAr Tải có P = 750 MW, Q = 250 MVAr Kết mô sau: Bảng Điện áp góp chế độ hệ thống chưa kết nối thiết bị bù V1 (pu) 50% 1,065 75% 0,9747 V2 (pu) 100% 0,9289 50% 1,066 75% 0,9692 Hình Điện áp góp chế độ 50% tải hệ thống chưa kết nối thiết bị bù V3 (pu) 100% 0,9208 50% 1,064 75% 0,975 100% 0,9298 Hình Điện áp góp chế độ 100% tải hệ thống chưa kết nối thiết bị bù Từ tác giả đề xuất đặt thiết bị FACTS góp B2 để nâng điện áp góp (đặc biệt góp B2) chế độ tải, giảm điện áp góp (đặc biệt góp B2) chế độ non tải Bảng Điện áp góp chế độ hệ thống có khơng kết nối thiết bị bù V1(pu) V2(pu) V3(pu) Chế độ 50% 75% 100% 50% 75% 100% 50% 75% 100% Không bù SVC 1,065 1,030 0,9747 0,9875 0,9289 0,9572 1,066 1,027 0,9692 0,9861 0,9208 0,9536 1,064 1,031 0,975 0,9897 0,9298 0,9597 Statcom 1,024 0,9885 0,9588 1,022 0,9869 0,9555 1,021 0,9898 0,9598 Như hệ thống kết nối thiết bị bù, điện áp tất góp nằm giới hạn cho phép, từ 0,95pu đến 1,05pu, tất chế độ tải 40 Điện áp góp B2 chế độ khác hệ thống chưa bù, bù SVC STATCOM Khoa học & Công nghệ - Số 16/Tháng 12 - 2017 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 Như hệ thống chưa kết nối thiết bị bù, điện áp góp B2 thay đổi nhanh thay đổi chế độ tải Điện áp góp B2 ổn định hệ thống kết nối với STATCOM so với hệ thống kết nối với SVC Giả thiết khoảng thời gian từ 0,4 đến 0,5 giây xảy lỗi chạm đất pha A Hình Điện áp góp B2 chế độ Hình Điện áp góp B2 xảy lỗi chạm đất pha A, có khơng có bù Ta thấy, điện áp góp B2 bị dao động hệ thống chưa kết nối thiết bị bù Khi bù SVC, đến thời điểm 1,25 giây điện áp góp B2 ổn định Khi bù STATCOM, điện áp góp B2 ổn định sớm vào thời điểm giây Trong thời gian xảy lỗi lưới, STATCOM có tác dụng trì điện áp lưới bị sụt nhỏ Hình cho thấy, xảy lỗi chạm đất pha A, góc roto bị dao động mạnh hệ thống chưa kết nối thiết bị bù Khi bù SVC, STATCOM biên độ dao động góc quay roto giảm nhiều Điều đảm bảo cho lưới điện hoạt động ổn định Hình Dao động góc quay roto xảy lỗi chạm đất pha A Khoa học & Công nghệ - Số 16/Tháng 12 - 2017 Journal of Science and Technology 41 ISSN 2354-0575 Kết luận Bài báo chứng minh tính hiệu thiết bị FACTS để cải thiện ổn định tức thời hệ thống điện hai nguồn vị trí khác thiết bị đường truyền Bài báo có hướng định trước dịng cơng suất, thiết bị FACTS cần đặt trung tâm để đạt lợi ích tối đa Kết cho thấy STATCOM có tác dụng trì điện áp đường truyền ổn định so với SVC Đặc biệt STATCOM nâng cao khả vượt qua cố xảy lưới điện Tài liệu tham khảo [1] Lã Văn Út, “Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện”, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, năm 2001 [2] Dr Prabha, S Kundur, “Power System Stability and Control”, 2011 [3] Hingorani, N Gyugyi, L., “Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC Transmission System”, IEEE PRESS, 2000 [4] Sybille, G.; Giroux, P., “Simulation of FACTS Controllers using the MATLAB Power System Blockset and Hypersim Real-Time Simulator”, IEEE PES, Panel Session Digital Simulation of FACTS and Custom-Power Controllers Winter Meeting, New York, January 2002, pp 488–491 THE EFFECTIVENESS OF USING FACTS EQUIPMENT TO IMPROVE THE VOLTAGE STABILITY FOR TWO-SOURCE POWER SYSTEMS Abstract: In recent years, power demand has increased substantially while the expansion of power generation and transmission has been severely limited due to limited resources and environmental restrictions As a consequence, some transmission lines are heavily loaded and the system stability becomes a power transfer-limiting factor Flexible AC transmission systems (FACTS) controllers have been mainly used for solving various power system steady state control problems However, recent studies reveal that FACTS controllers could be employed to enhance power system stability in addition to their main function of power flow control This paper presents the solution of a stabilise for your systems including two sources using FACTSs device Keywords: FACTS, SVC, STATCOM, power system stability, voltage stability 42 Khoa học & Công nghệ - Số 16/Tháng 12 - 2017 Journal of Science and Technology ... dây dẫn nâng cao ổn định hệ thống điện mà yếu tố định ổn định tần sơ; ổn định điện áp ổn định góc lệch roto máy phát Việc ứng dụng thiết bị FACTS vào hệ thống điện thời gian gần cho thấy HVDC,... STATCOM thiết bị sử dụng hiệu Trong báo nhóm tác giả mô hiệu nâng cao ổn định hệ thống điện hai thiết bị đại diện SVC STATCOM cho Khoa học & Công nghệ - Số 16/Tháng 12 - 2017 hệ thống điện gồm hai nguồn. .. có sử dụng Thyristor thiết bị bán dẫn GTOs, IGBTs 2.2 Ứng dụng thiết bị FACTS Các thiết bị FACTS cho phép thay đổi tham số liên quan đến vận hành hệ thống bao gồm điện kháng đường dây, điện áp,