(Luận văn thạc sĩ) giải tích hệ thống điện truyền tải kết hợp với UPFC dùng giải thuật LFB

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN QUỐC THỚI GIẢI TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỂN TẢI KẾT HỢP VỚI UPFC DÙNG GIẢI THUẬT LFB NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN – 60520202 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2017 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Quốc Thới Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 02/10/1987 Nơi sinh: Cửu Long Quê quán: Mang Thít, Vĩnh Long Dân tộc: Kinh Chổ riêng địa liên lạc: Ấp Tân Qui, Tân Long Hội, Mang Thít, Vĩnh Long Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 0902613009 Fax E-mail: quocthoitv@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2010 đến 10/2013 Nơi học: Trường đại học Trà Vinh, tỉnh Trà Vinh Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật điện Tên đồ án: Mơ hình điều khiển phân loại sản phẩm dùng S7 - 200 Ngày & nơi bảo vệ đồ án: Trường đại học Trà Vinh Người hướng dẫn: Mã Học Nhân III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2013 - 2017 Trường Cao đẳng nghề Trà Vinh Giáo viên i LỜI CAM ĐOAN Tôi Nguyễn Quốc Thới học viên lớp Kỹ thuật điện khóa 2015 – 2017 sau năm rưởi học tập nguyên cứu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Tơi định lựa chọn đề tài: “Giải tích hệ thống điện truyền tải kết hợp với UPFC dùng giải thuật LFB” Tôi xin cam đoan luận văn thực với thân hướng dẫn thầy TS HỒ VĂN HIẾN Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, Ngày….tháng….năm 201… ( ký tên ghi rõ họ tên) ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS HỒ VĂN HIẾN, người tận tình bảo, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức chuyên môn kinh nghiệm để xây dựng, thực luận văn Xin chân thành cảm ơn đến tất quí Thầy, Cô Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh Trường đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh trang bị cho tơi kiến thức bổ ích, đặc biệt Thầy, Cơ Khoa Điện – Điện tử tạo điều kiện thuận lợi h trợ cho nhiều trình học tập c ng thời gian làm luận văn Tôi c ng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình tất bạn lớp Kỹ Thuật Điện KDD15B h trợ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành kh a học iii TÓM TẮT Trong Luận Văn ứng dụng phương pháp Line Flow Based (LFB) việc tính tốn phân bố cơng suất lưới điện truyền tải Phương pháp LFB tính tốn dựa phương trình dịng cơng suất phương trình điện áp nhánh Nghiên cứu thực lưới điện tiêu chuẩn nút (với UPFC lưới điện) Thiết bị UPFC có khả điều chỉnh cơng suất tác dụng, cơng suất phản kháng điện áp Vì vậy, việc lắp đặt UPFC số nút quan trọng giải pháp hữu hiệu để tăng khả truyền tải phân phối lưới điện Nhằm mở hướng việc áp dụng phương pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động hệ thống điện Điều c nghĩa mặt tái cấu tr c hệ thống điều khiển thị trường điện cạnh tranh Mô thực phần mềm Matlab Với kết thu từ việc sử dụng phương pháp LFB, có khơng có UPFC Thơng qua yêu cầu c UPFC mạng điện, để đánh giá tác động thiết bị đến dịng cơng suất tác dụng, cơng suất phản kháng đường dây độ lớn điện áp nút So sánh kết phương pháp LFB với phương pháp Newton-Raphson trường hợp cụ thể, để đánh giá mức độ xác nêu lên ưu điểm phương pháp LFB iv ABSTRACT In this thesis, a new method, Line Flow Based (LFB), is applied to calculate the power distribution on the transmission network Moreover the LFB method mostly calculates based on the power flow equations and branching voltage equations Besides that the researches are carried on standard bus network (with UPFC on network) The UPFC device is capable of adjusting the active power, reactive power and voltage profile Therefore, the installation of UPFC at some important buses is an effective solution to increase the transmission and distribution capacity of the network The thesis aims are to open up a new direction to apply the adjustment methods and control the operation of the power system In addition, simulation is done in Matlab software The use of the LFB method, with and without the UPFC, obtains the exact results We should set the requirements for electric network and then set up UPFC in this network in order to analyze the impact of UPFC to the active power, reactive power and voltage magnitude on the buses Finally, we compare the result of the LFB method with the result of the Newton- Raphson method so as to evaluate the exact level of the LFB method and point out the advantages of the LFB method v MỤC LỤC  Trang tự Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC HÌNH ix DANH MỤC CÁC BẢNG x C ng GI I THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Các bước thực 1.7 Bố cục luận văn C ng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Điều khiển hệ thống điện 2.1.1 Tổng quan 2.1.2 Cơ sở kiến thức 2.1.3 Điều khiển phân bố công suất 10 2.2 Các thiết bị facts hệ thống điện 11 2.2.1 Giới thiệu phân loại thiết bị FACTS 11 2.2.2 VSC ( Static var Compensator) 14 2.2.3 STATCOM (Static Synchronous Compensator) 16 2.2.4 TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) 17 2.2.5 SSSC (Static Synchronous Series Compensator) 18 2.2.6 UPFC ( Unified Power Flow Controller) 18 vi C ng PHÂN BỐ CÔNG SUẤT QUI Ư C TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 25 3.1 Giới thiệu 25 3.2 Các khái niệm phân bố công suất tổng quát 26 3.2.1 Công thức 26 3.2.2 Các biến số phân loại 29 3.3 Các phương pháp giải tốn phân bố cơng suất 30 3.4 Các chương trình tính tốn phân bố công suất 30 3.5 Chuẩn bị số liệu phân bố công suất phương pháp gauss – seidel 32 3.6 Phương pháp newton – raphson 33 C ng GIẢI BÀI TOÁN PHÂN BỐ C NG SUẤT LFB TR N MẠNG ĐIỆN N ẾT HỢP UPFC 34 4.1 Giới thiệu 34 4.2 Phương pháp giải tốn phân bố cơng suất thuật toán Line Flow Based (LFB)………………………………………………………………… 34 4.2.1 Phương trình cân cơng suất 34 4.2.2 Phương trình cân điện áp n t 36 4.2.4 Phương pháp tổng trở mạch vòng 38 4.2.5 Lưu đồ giải thuật phương pháp LFB mạng điện kín 40 4.3 p dụng thuật tốn lfb tính phân bố công suất chưa c tham gia thiết bị UPFC, sử dụng phần mềm Matlap 43 4.3.1 Xét mạng điện mẫu n t sau 43 4.3.2 Kiểm tra kết phân bố cơng suất mạng điện n t hình 4.5 phương pháp Newton – Raphson 47 4.3.3 Nhận x t 49 4.4 p dụng thuật toán lfb tính phân bố cơng suất c tham gia thiết bị UPFC, sử dụng phần mềm Matlap 49 4.4.1 Xét mạng điện n t c đặt UPFC 49 4.4.2 Nhận x t 56 C ng ẾT LUẬN VÀ HƯ NG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN 58 5.1 Kết luận 58 5.2 Hướng nghiên cứu phát triển 59 5.3 Lời kết 59 PHỤ LỤC………………………………………………………………………….60 TÀI LIỆU THAM HẢO 112 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT FACTS Flexible Alternating Current Transmission System LFB Line Flow Based UPFC Unified Power Flow Controller VSC Static var Compensator STATCOM Static Synchronous Compensator TCSC Thyristor Controlled Series Capacitor SSSC Static Synchronous Series Compensator viii DANH MỤC CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Mơ hình đơn giản hệ thống hình tia hai cái…………………………8 Hình 2.2: Tổng quan thiết bị FACTS………………………………… 12 Hình 2.3 Một vài ứng dụng thiết bị FACTS hệ thống điện………………… 14 Hình 2.4: Cấu tạo nguyên lý hoạt động VSC……………………………… 15 Hình 2.5: Cấu hình STATCOM………………………………………………… 16 Hình 2.6: Cấu tạo nguyên lý hoạt động TCSC……………………………… 17 Hình 2.7: Cấu hình SSSC………………………………………………………….18 Hình 2.8: Bộ điều khiển dịng cơng suất hợp nhất(UPFC)………………………… 19 Hình 2.9: Sơ đồ mạch tương đương UPFC ……………………………………….21 H n Mơ hình t nh t n UPFC……………………………………………….23 Hình 3.1: Tổng trở tương đương………………………………………… 27 Hình 3.2: Cân cơng suất k: (a) công suất tác dụng, (b) cơng suất phản kháng……………………………… 29 Hình 4.1: Sơ đồ thay thiết bị FACTS…………………………………… 36 H n 4.2 Hệ thống ụ………………………………………………………… 37 H n 4.3 Triển hai cấ tr c c ạng điện n…………….……………………… 39 Hình 4.4: Lư đồ giải toán phương ph p LFB mạng điện n… 42 Hình 4.5: Sơ đồ mạng điện n t…………………………………………………… .43 Hình 4.6: Sơ đồ mạng điện nút Hình 4.7: Sơ đồ mạng điện c tương đương ề t công an đ t đến ất …………………………………………….49 c n t đ t UPFC gi a n t …………………………………………50 H n 4.8: Lư đồ giải th t phương ph p LFB tr ng ạng điện n c UPFC… 53 H n 4.9: Mạng điện n t c UPFC………………………………………………….55 ix Luận Văn Thạc Sĩ GIẢI TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI KẾT HỢP V I UPFC DÙNG GIẢI THUẬT LFB Hồ Văn Hiến, Nguyễn Quốc Thới Tr ờng Đại học s p ạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Tóm tắt: Trong Luận Văn ứng dụng phương pháp Line Flow Based (LFB) việc tính tốn phân bố cơng suất lưới điện truyền tải Phương pháp LFB tính tốn dựa phương trình dịng cơng suất phương trình điện áp nhánh Nghiên cứu thực lưới điện tiêu chuẩn nút (với UPFC lưới điện) Thiết bị UPFC có khả điều chỉnh công suất tác dụng, công suất phản kháng điện áp Vì vậy, việc lắp đặt UPFC số nút quan trọng giải pháp hữu hiệu để tăng khả truyền tải phân phối lưới điện Nhằm mở hướng việc áp dụng phương pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động hệ thống điện Điều c nghĩa mặt tái cấu tr c hệ thống điều khiển thị trường điện cạnh tranh Mô thực phần mềm Matlab Với kết thu từ việc sử dụng phương pháp LFB, có khơng có UPFC So sánh kết phương pháp LFB với phương pháp Newton-Raphson trường hợp cụ thể, để đánh giá mức độ xác nêu lên ưu điểm phương pháp LFB GI I THIỆU Trước đây, việc điều chỉnh công suất phản kháng thiết bị bù thường thực đơn giản: Thay đổi nấc (nhờ đ ng cắt máy cắt khí) thay đổi kích từ (trong máy bù đồng bộ) Chúng cho ph p điều chỉnh thô theo tốc độ chậm Để khắc phục nhược điểm nêu nhằm quản lý hệ thống điện cách hiệu quả, đổi công nghệ sản xuất truyền tải điện Kỹ thuật Thyristor công suất lớn mở khả mới, đ việc đời ứng dụng thiết bị FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) [5] Mục tiêu nghiên cứu xây dựng giải thuật dựa phương pháp Line Flow Based (LFB) [8], phương pháp phân bố cơng suất dựa sở dịng nhánh, để phân tích hệ thống phân bố cơng suất mạng điện kín với kết hợp hiệu thiết bị Unified Power Flow Controller (UPFC) [13] Thông qua liệu yêu cầu đặt trước tốn phân bố cơng suất điện áp n t, dịng cơng suất nhánh, tương đương với trường hợp c đặt thiết bị UPFC mạng điện, dùng phương pháp LFB để tính phân bố cơng suất, sau đ kiểm tra kết dịng cơng suất UPFC MƠ HÌNH PHÂN BỐ CƠNG SUẤT CỦA UPFC Mạch tương đương UPFC hiển thị hình bao gồm nguồn Trang 114 Luận Văn Thạc Sĩ điện áp kết nối shunt, nguồn điện áp kết nối nối tiếp, phương trình ràng buộc công suất tác dụng, mà liên kết hai nguồn điện áp Các biểu thức s là: EvR = VvR (cosδvR + jsin δvR) (1) EcR = VcR (cosδcR + jsin δcR) (2) * * Re{- VvR I vR + VcR I m} = (3) Trong đ VvR δvR biên độ điện áp điều khiển(VvRmin≤ VvR ≤VvRmax) g c pha(0 ≤ δvR ≤ 2π) nguồn điện áp đại diện cho biến đổi shunt Biên độ VcR góc pha δcR nguồn điện áp đại diện cho chuyển đổi nối tiếp điều khiển giới hạn (VcRmin≤ VcR ≤VcRmax) (0≤ δvR ≤2π) , tương ứng Vk   k k Ik I vR Z vR I cR Z cR P vR Vm  m  VcR   cR  m Im PcR PvR  PcR   V vR   vR  Hình 1: Sơ đồ mạch tương đương UPFC Dựa mạch tương đương hiển thị hình phương trình (1) (2), phương trình cơng suất tác dụng phản kháng nút k [7]: Pk  Pk ,k m  Pk ,k n  VkVm Bmk sin(k  m )  VkVcR Bmk sin(k   cR )  VkVvR BvR sin(k   vR ) (4) Qk  Qk ,k m  Qk ,k n  VkVm Bmk cos( k   m )  VkVcR Bmk cos( k   cR ) (5) VkVvR BvR cos( k   vR )  Vk2 Bkk Tại nút m: Pm,mk  VmVk Bmk sin(m  k )  VmVcR Bmm sin(m   cR ) Qm,mk  VmVk Bmk cos(m  k )  VmVcR Bmm cos(m   cR )  Vm2 Bmm Tại chuyển đổi nối tiếp: PcR  VcRVk Bmk sin( cR  k )  VcRVm Bmm sin( cR  m ) Trang 115 (6) (7) (8) Luận Văn Thạc Sĩ QcR  VcR2 Bmm  VcRVk Bmk cos( cR  k )  VcRVm Bmm cos( cR  m ) (9) Tại chuyển đổi shunt: PvR  VvRVk BvR sin( vR  k ) (10) QvR  B V  VvRVk BvR cos( vR  k ) vR vR Công ất ộ nối tiếp cR th chiề (11) đ Pk ,cR  VkVcR Bmk sin(k   cR )  VkVm Bmk sin(k  m ) (12) Qk ,cR  VkVcR Bmk cos(k   cR )  VkVm Bmk cos(k  m )  BmkVk2 (13) Công ấ ộ ng ng R th Pk ,vR  VvRVk BvR sin( vR  k ) (14) chiề n đ Qk ,vR  VvRVk BvR cos( vR  k )  B V vR k (15) Điề iện r ng ộc ề công ất t c ụng tr ng UPFC Giả sử van chuyển đổi tổn thất bé, công suất tác dụng cung cấp tới chuyển đổi shunt, PvR , công suất tác dụng theo yêu cầu chuyển đổi nối tiếp , PcR , c nghĩa là: PvR + PcR = (16) Các phương trình cơng suất UPFC, dạng tuyến tính, kết hợp với khác lưới AC Đối với trường hợp UPFC điều khiển thông số sau: (1) biên độ điện áp đầu cuối chuyển đổi shunt(nút k) , (2) dòng công suất tác dụng từ nút m đến nút k, (3) công suất phản kháng tiêm(bơm) tai nút m, làm cho nút m trở thành nút PQ, hệ thống tuyến tính phương trình sau: Pk  P   m  Qk    Qm  P   mk  Qmk  P   bb   Pk    k  Pm    k  Qk    k  Q  m   k  P  mk   k  Q  mk   k  P  bb   k Pk  m Pm  m Pk VvR VvR Qk  m Qk VvR VvR Qm  m Pk Vm Vm Pm Vm Vm Pm  cR Qk Vm Vm Qk  cR Qm Vm Vm Qm  cR Pmk  cR Pmk  m Pmk Vm Vm Qmk  m Qmk Vm Vm Pbb  m Pbb VvR VvR Pk  cR Pbb Vm Vm Pk    vR     Pm VcR  k  VcR   m  Qk Qk   VvR  VcR   VcR  vR   VvR    V  Qm VcR  m  VcR   Vm     Pmk VcR   cR  VcR   VcR   V  Qmk VcR   cR  VcR   vR  Pbb Pbb   VcR VcR  vR  Pk VcR VcR Qmk  cR Pbb  cR Trang 116 (18) Luận Văn Thạc Sĩ Trong đ : ΔPbb độ thay đổi công suất đưa phương trình (18) Nếu điện ápđiều khiển tai nút k không hoạt động, cột phương trình (14) thay đạo hàm riêng n t độ thay đổi công suất UPFC biên độ nút Vk Hơn , tăng lên biên độ điện áp nguồn shunt , ΔVvR /VcR thay tăng biến độ điện áp n t k, ΔVk /Vk PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN PHÂN BỐ C NG SUẤT BẰNG THUẬT TOÁN LINE FLOW BASED LFB P ng tr n cân công suất Sử dụng ma trận liên thuộc A với hàng tương ứng với tất n t, trừ n t slack cột ma trận tương ứng tất nhánh mạng điện, phương trình cân cơng suất n t viết sau [8]: A  p  PGL  A '.l  (19) A  q  QGL  A '.m  H V  p l  q  R.(( Atru _ t )) p m V2 (20) vectơ tổn thất công suất thực nhánh  q  X (( Atru _ t )) vectơ tổn thất công suất kháng nhánh V2 PGL = PGeneral – PLoad vectơ công suất thực n t QGL = QGeneral – QLoad vectơ công suất kháng n t Nếu hệ thống điện c máy phát, n t máy phát tương ứng phân làm loại, n t P-Q với công suất đưa vào số hay n t P-V điều khiển điện áp Đặt n tông số n t hệ thống, npv npq tương ứng với số n t điều n = npv + npq +l (21) Tổng số biến phương trình (20) từ (n-l) đến (n – npv - l) A1  q  QGL1  A1'  m  H1 V  (22) Ma trận liên thuộc n t, với n t PQ A’1 Ma trận liên thuộc n t, cải thiện từ ma trận A1 cách thay tất giá trị “-1” giá trị “0” Trong đ tất ký hiệu với số dòng vector hay ma trận liên quan chứa PQ 3.2 P ng tr n cân điện áp n t A1 V j2  2[R l pl  ( X l  xc )ql ]  t l2Vi  kl Trang 117 (23) Luận Văn Thạc Sĩ Ta c kl p  l  ql  ( Rl  X l ) Vj2 Với kl phương trình (23) gọi phương trình điện áp n t Phương trình điện áp c tổng cộng l nhánh Khi n t máy phát n t điều khiển điện áp (n t PV), tổng số biến độ lớn điện áp s (n-1) – npv Vì điện áp n t PV xác định nên vế phải (23) c ng xác định Phương trình (23) c thể viết lại dạng ma trận sau: 2Rp  Xp  (A1T  A1T ) V  k  AcTVpv2 Trong đ : Hệ số 3.3 P k p  ng tr n g c p (24)  q  ( R  X ).( Atru _ t ) V2 ạc v ng Tổng đại số ' độ sụt g c pha ' đường dây xung quanh mạch vịng độc lập Số lượng phương trình (l – n – 1) Các góc pha góp qua đường dây mơ tả cách bỏ qua sai số gần đ ng (25) CXp  CRp  C α vector đại diện cho chuyển đổi pha chuyển đổi pha 1cách khác Từ phương trình (19), (22), (24) (25) ta c biểu thức ma trận sau: 0 A ' l  A   PGL    p        ' 2 A1    q    QGL1    A1  m  H1 V  T T  R X (A1  A1 )     AcTV pv2    k   V      0 CX CR   C    (26) Hệ phương trình (26) c thể viết lại sau: ApqV x( k 1)  y1  y2( k )  y ( k ) (27) Trong đ , ma trận hệ số ma trận số Ma trận hệ số không suy biến mạng hình tia với tất nhánh kết nối có hình hàng tương ứng nhánh đồ thị mạng không phụ thuộc, x vector công suất thực, kháng nhánh p,q bình phương độ lớn điện áp nút, yl vector số công suất n t điện áp nút P-v, y2 vector tổn thất nhánh công Trang 118 Luận Văn Thạc Sĩ suất bù vào lưới điện, vế phải phương trình (27) cập nhập liệu trình lặp thơng qua việc tính tốn vector y2 cộng vào vector y1[6] ÁP DỤNG THUẬT TOÁN LFB T NH PHÂN BỐ C NG SUẤT HI CHƯA C SỰ THAM GIA CỦA THIẾT BỊ UPFC S DỤNG PHẦN MỀM MATLAP X t ạng điện u n t n s u Một mạng điện nhỏ sử dụng để minh họa cho giải pháp phân bố công suất sinh giải pháp LFB miêu tả hình mạng điện bao gồm máy phát đường dây truyền tải [1] (1) (2) (6) (3) (4) (7 ) (5) Hình 2: Sơ đồ mạng điện nút Các liệu mạng điện hình cho bảng đây: Bảng 1: Dữ liệu mạng điện nút Nút Loại Điện sổ nút áp (*) (pu) Phụ tải Góc (độ) Máy phát p Q p Q (MW) (Mvar) (MW) (Mvar) Qmin Qmax (Mvar) (Mvar) 1 1.06 0 0 -500 500 2 1.00 0 20 -300 300 3 1.00 45 15 0 0 1.00 40 0 0 1.00 60 10 0 0 1: cân bằng; 2: máy phát PV; 3: phụ tải PQ Trang 119 Luận Văn Thạc Sĩ Bảng 2: Dữ liệu đ ờng dây mạng điện nút Đường dây số Từ n t Đến n t R (pu) X (pu) B (pu) 1 0.02 0.06 0.030 0.08 0.24 0.025 3 0.06 0.18 0.020 4 0.06 0.18 0.020 5 0.04 0.12 0.015 0.01 0.03 0.010 0.08 0.24 0.025 4.1.1.Kết phân bố công suất LFB c ế độ b n đầu ội tụ s u ần  ết điện áp v công suất n t Bảng 3: Kết mô điện áp công suất nút, tr n ản N t p loại V V delta Ptai (pu) (kV) (do) (MW) Qtai Pphat MV KV Qphat Qbu (MVAr) (MW) (MVAr) (MVAr) 90.816 0.00 1 1.06000 116.600 0.0000 0.000 0.000 131.122 1.00000 110.000 -2.0645 0.000 0.000 20.000 -71.594 0.00 0.98725 108.597 -4.6387 45.000 15.000 0.000 0.000 0.00 0.98413 108.254 -4.9592 40.000 5.000 0.000 0.000 0.00 0.97170 106.887 -5.7684 60.000 10.000 0.000 0.000 0.00 Loại nút : nut PV Loại nút : nut PQ  ết d ng công suất n án v tổn t ất Bảng 4: Kết mơ dịng cơng suất nhánh tổn thất, tr n ản MV 110KV STT dau cuoi Pnhan(MW) Qnhan(MVAr) Dong(kAmpe) deltaP(MW) deltaQ(MVAr) 1 86.8314 69.9137 0.5851 2.4855 7.4565 40.2867 15.0701 0.2287 1.5186 4.5558 3 24.1032 -1.5930 0.1284 0.3592 1.0776 4 27.2459 -1.1039 0.1454 0.4606 1.3819 Trang 120 Luận Văn Thạc Sĩ 5 53.4473 3.4121 0.2893 1.2151 3.6453 19.3499 3.7175 0.1051 0.0401 0.1203 2.8111 0.0385 0.0431 0.1292 6.5527 Tổng tổn thất công suất tác dụng: deltaP = 6.12223 MW Tổng tổn thất công suất phản kháng cảm kháng đường dây: deltaQL = 18.36669 MVAr Tổng tổn thất công suất phản kháng điện dung nạp đường dây: deltaQc = 29.14401 MVAr Tổng tổn thất công suất phản kháng toàn hệ thống: deltaQ_tong = -10.77732 MVAr 4.1.2 Kiểm tra ết p ân bố công suất p ạng điện n t n n ng p áp Newton – Raphson Bảng 5: Kết mô điện áp công suất n t phương pháp Newton – Raphson Sai so = 9.82099e-010 So lan lap = Nut Dien ap Goc Phu tai No dvtd Degree MW Mvar MW Mvar Mvar 1.06000 0.000 0.000 0.000 131.122 90.816 0.000 1.00000 -2.061 0.000 0.000 20.000 -71.593 0.000 0.98725 -4.637 45.000 15.000 0.000 0.000 0.000 0.98413 -4.957 40.000 5.000 0.000 0.000 0.000 0.97170 -5.765 60.000 10.000 0.000 0.000 0.000 145.000 30.000 151.122 19.223 0.000 Tong -May phat - Tu bu 4.2 ÁP DỤNG THUẬT TOÁN LFB T NH PHÂN BỐ C NG SUẤT SỰ THAM GIA CỦA THIẾT BỊ UPFC S 4.2 X t HI C DỤNG PHẦN MỀM MATLAP ạng điện n t c đ t UPFC Trước tiên để tính tốn đặt UPFC nhánh 3-4, cần cắt đường dây nhánh 3-4 hình Dự kiến đặt UPFC nhánh 3-4 với yêu cầu sau : Trang 121 Luận Văn Thạc Sĩ - Đầu phát: N t - Đầu nhận: N t - Công suất P yêu cầu vào đầu phát UPFC: Pk = 0.25 - Điện áp yêu cầu đầu phát Vk = V3 = 1.00 - Công suất P yêu cầu vào đầu nhận UPFC: Pm = -0.25 - Công suất Q yêu cầu vào đầu nhận UPFC: Qm = -0.05 (1) (2) (3) (6) (4) (7 ) (5) Hình 3: Sơ đồ mạng điện c t đến c đ t UPFC gi a n t tương đương ề t công ất n t Bảng 6: Dữ liệu n t mạng điện x t đến yêu cầu đặt UPFC n t 6: Nút Loại Điện sổ nút áp (*) (pu) Phụ tải Góc (độ) Máy phát p Q p Q (MW) (Mvar) (MW) (Mvar) Qmin Qmax (Mvar) (Mvar) 1 1.03 0 0 -500 500 2 1.02 0 60 -300 300 1.00 70 30 0 -300 300 0.00 30 25 0 0 0.00 50 35 0 0 0.00 -25 -5 0 0 1: cân bằng; 2: máy phát PV; 3: phụ tải PQ Dữ liệu đường dây mạng điện bảng 2: 4.2.2 Kết phân bố công suất LFB c ế độ b n đầu ội tụ s u ần  ết điện áp v công suất n t Trang 122 p Luận Văn Thạc Sĩ Bảng Kết ả ô điện p đ t gi a n t tr n ản Nut loai công ất n t tr ng ạng điện n t UPFC KV KV V V delta Ptai Qtai (pu) (kV) (do) (MW) Pphat (MVAr) (MW) Qphat Qbu (MVAr) (MVAr) 1 1.03000 113.300 0.0000 0.000 0.000 68.438 3.074 0.00 1.02000 112.200 -1.0044 0.000 0.000 60.000 35.290 0.00 1.00000 110.000 -4.6478 70.000 30.000 0.000 0.000 27.78 0.98055 107.860 -1.9292 30.000 25.000 0.000 0.000 0.00 0.96662 106.328 -3.1690 50.000 35.000 0.000 0.000 0.00 0.98488 108.337 -1.5196 -25.000 0.000 0.000 0.00 -5.000 Loại n t 1: n t PV Loại n t 0: n t PQ  ết d ng công suất n án v tổn t ất Bảng Kết ả ng công UPFC đ t gi a n t ất tổn thất tr n nh nh tr ng ạng điện n t tr n ản KV KV STT dau cuoi Pnhan(MW) Qnhan(MVAr) Dong(kAmpe) deltaP(MW) deltaQ(MVAr) 1 32.6432 5.8499 0.1706 0.2114 0.6343 34.6244 -0.4527 0.1817 0.9592 2.8777 3 35.3756 -1.8244 0.1859 0.7529 2.2586 4 14.4937 16.5874 0.1179 0.3028 0.9084 5 40.6541 28.8605 0.2707 1.0641 3.1924 6 24.9319 5.7657 0.1370 0.0681 0.2043 9.3459 2.4020 0.0524 0.0797 0.2392 Tổng tổn thất công suất tác dụng: deltaP = 3.43827 MW Tổng tổn thất công suất phản kháng cảm kháng đường dây: deltaQL = 10.31482 MVAr Tổng thất công suất phản kháng điện dung nạp đường dây: deltaQc = 29.17388 MVAr Tổng tổn thất cơng suất phản kháng tồn hệ thống: deltaQ_tong = -18.85906 MVAr Trang 123 Luận Văn Thạc Sĩ 4.2.3 ết t n củ t iết bị UPFC Mạng điện n t hiệu chỉnh bao gồm UPFC nhánh 3-4 để điều chỉnh điện áp n t (V3 =1.00) dòng tác dụng nhánh 3-4 (P3-4 = 25MW) D liệ an đ - Mạng điện sử dụng UPFC - Đầu phát: n t - Đầu nhận: n t - Công suất P yêu cầu vào đầu phát UPFC: Pk = 0.25 - XVR = 0.1; XCR = 0.1 ( nguồn UPFC ) - Điện áp yêu cầu đầu phát Vk = V3 = 1.00 - Công suất P yêu cầu vào đầu nhận UPFC: Pm = -0.25 - Công suất Q yêu cầu vào đầu nhận UPFC: Qm = -0.05 UPFC (2) (1) (3) (6) (4) (7 ) (5) H n Mạng điện n t c UPFC Kết tính tốn UPFC Cơng suất P tính toán theo chiều vào đầu phát UPFC: Pk_upfc = 0.2500 Cơng suất Q tính tốn theo chiều vào đầu phát UPFC: Qk_upfc = -0.2778 Kết c thể kiểm tra qua dịng cơng suất thơng qua q trình tính lặp dựa ma trận Jacobian cho UPFC thu gọn, liên quan đến n t k m - Cơng suất P tính tốn biến đổi nối tiếp thoát đầu phát UPFC: : Pcrk = -0.2562 - Công suất P tính tốn biến đổi song song đầu phát UPFC: Pvrk = 0.0062 = Tổng số công suất P biến đổi đầu phát là: -0.250 - Cơng suất Q tính tốn biến đổi nối tiếp thoát đầu phát UPFC: Qcrk = -0.0368 Trang 124 Luận Văn Thạc Sĩ - Công suất Q tính tốn biến đổi song song đầu phát UPFC: Qvrk = 0.3146 = Tổng số công suất Q biến đổi thoát đầu phát là: 0.278 Sức điện động biến đổi nối tiếp Vcr  0.08041  85.41380 - Công suất P c biến đổi nối tiếp phát từ nguồn suất điện động hướng phía đầu phát UPFC: Pcr = -0.0062 - Cơng suất Q c biến đổi nối tiếp phát từ nguồn sức điện động hướng phía đầu phát UPFC: Qcr = 0.0199 Sức điện động biến đổi song song Vvr  1.03146   4.61320 - Công suất P c biến đổi song song phát từ nguồn sức điện động hướng phía đầu phát UPFC: Pvr = 0.0062 - Công suất Q c biến đổi song song phát từ nguồn sức điện động phía đầu phát UPFC: Qvr = 0.3245 => Ch P r -Pcr thỏa n điề iện r ng ộc gi a ộ iến đổi Cơng suất P tính tốn theo chiều vào đầu nhận UPFC: Pm_upfc = -0.2500 Cơng suất Q tính toán theo chiều vào đầu nhận UPFC: Qm_upfc = -0.0500 4.4.2 N ận x t Sử dụng thuật tốn LFB cho tốn phân bố cơng suất với kết mơ xác, thời gian hội tụ nhánh, số lượng tính tốn m i lần lặp ít, phương pháp đơn giản dễ hiễu, phương pháp không sử dụng phương trình lượng giác hay lấy đạo hàm riêng, mạng điện c tham gia thiết bị UPFC thuật tốn LFB tính lặp Jacobian vị trí n t đặt UPFC Như mong đợi, dịng cơng suất mạng điện hình 4.5 c đặt UPFC trì cơng suất tác dụng phản kháng từ n t hướng tới n t 25 MW MVAr (tức tăng khả truyền tải) Những điểm cần ch sau: cơng suất tác dụng chảy phía n t thông qua đường dây 1-3 2-3 lượng công suất đáp ứng với lượng lớn công suất tác dụng theo yêu cầu chuyển đổi nối tiếp UPFC Lượng công suất tác dụng lớn trao đổi UPFC hệ thống AC s phụ thuộc vào khả cung cấp công suất n t kết nối chuyển đổi Shunt UPFC (n t 3) Với lượng công suất truyền tải nhánh 3-4 lớn, k o theo truyền tải công suất nhánh 4-5 tăng lên, điều đ làm cho dịng cơng suất truyền tải nhánh 2-4 2-5 giảm Điều c nghĩa mặt tái cấu tr c hệ thống điều khiển thị trường điện cạnh tranh Mặc khác, UPFC phát cơng suất phản kháng n 27.78 MVAr để nâng biên độ điện áp (n t 3) tăng lên 1.00 pu theo yêu cầu (bằng giá trị cài đặt cho chuyển đổi shunt UPFC), nên máy phát n t số n t số c ng giảm phát công suất phản kháng Trang 125 Luận Văn Thạc Sĩ ẾT LUẬN Luận văn trình bày c hệ thống dẫn dắt toán từ đơn giản đến phức tạp, toán cụ thể so sánh, nhận x t, đánh giá với nhiều nguồn tài liệu khác để khẳng định tính xác tin cậy kết đạt luận văn Ch ng ta s dễ dàng giải tốn phân bố cơng suất dùng thuật tốn LFB mạng điện kín, c khơng c tham gia thiết bị UPFC phương pháp đơn giản dễ hiểu Mặc dù luận văn áp dụng vào giải cho mạng điện cụ thể n t, nhiên với giải thuật ch ng đưa không bị hạn chế số lượng n t hay toán c cấu tr c phức tạp c nhiều n t biến điều khiển Thuật tốn LFB dùng phân bố cơng suất nghiên cứu năm gần bước đầu cho thấy hiệu phương pháp phân bố công suất thông thường, mạng phân phối hình tia hệ thống truyền tải mạng kín Do hạn chế thời gian, kiến thức khối lượng tìm hiểu, tính tốn luận văn ch ng nghiên cứu giải thuật LFB với kết hợp thiết bị UPFC vào mạng điện Nên chưa xác định vị trí tối ưu số lượng lắp đặt thiết bị Ngoài luận văn đưa giải thuật tính tốn cho tốn với u cầu liệu cụ thể điều khiển UPFC chế độ xác lập, mà không c phần xác định vị trí, loại số lượng thiết bị FACTS Các vấn đề hạn chế luận văn c ng mục tiêu hướng tới ch ng nghiên cứu tiếp sau TÀI LIỆU THAM HẢO [1] T.S Hồ Văn Hiến, Hệ thống điện truyền tải phân phối ,Nhà xuất đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2012, 649 trang [2] PGS.TS Quyền Huy Ánh, V n hành hệ thống điện, 2012 [3] Nguyễn Xuân Phú , Cung cấp điện , Nhà xuất khao học kỹ thuật,1998 [4] Th.S Châu Minh Thuyên, Điều khiển phân bố công suất tr n lưới điện truyền tải sử dụng thiết bị UPFC, Luận văn Thạc sỹ, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM 08/2005 [5] Th.S Lê trân, Ng n ph n ố công ất tr n ng nh nh p ụng LINE FLOW BASE, Luận văn Thạc sỹ Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM , 2013 [6] Th.S Phan Châu Nam, Giải tích hệ thống điện phân phối hình tia với tham gia thiết bị FACTS, Luận văn Thạc sỹ, Đại h c B ch Kh a TP HCM , 6/2009 [7] Th.S Lâm Việt Thắng, Nghi n giải t ch hệ thống điện ùng thiết ị F CTS UPFC p ụng tr ng ạng điện cụ thể Luận văn Thạc sỹ, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 2013 Trang 126 Luận Văn Thạc Sĩ [8] P Yan and A Sekar, ―St a -state analysis of power system having multiple FACTS devices using line-fl w- a E ati n ‖ IEEE Proc – Gener.Transm Distrib.,Vol 152, No 1, January 2005 [9] Ping Yan and Arun Sekar ― nal i f Ra ial Di tri ti n S t With Embedded Series FACTS Devices Using a Fast Line Flow – Ba lg rith ‖ IEEE transactions on power systems, vol 20, no 4, november 2005 [10] Ping Yan and Arun Sekar, “ A new Approach to security – Constrained Opti al P w r Fl w nal i ‖ 2001 IEEE, [11] Guang Ya Yang, Geir Hovland, Raijat Majumder and Zhao Yang Dong, “Optimal TCSC Placement Based on Line Flow Equations via Mixed-Integer Linear Pr gra ing‖ school of information technology & Electrical Engineering, The University of Queensland, St Lucia, Brisbane QLD 4072, Australia [12] R W Chang, T Kuo and T K Saha, “Mixed-Integer Method for Optimal UPFC Placement based on Line Flow-Ba E ati n ‖ Student Member, IEEE, School of Information Technology & Electrical Engineering The University of Queensland Brisbane, Australia [13] Sajjad Ahmadnia , Nasir Boroomand , Saber Izadpanah Tous, a and Somayeh Hasanpour, “New Modeling of UPFC for Power Flow Study and Setting Para t r t Incr a V ltag L l an R c P w r L ‖ Sadjad Institute of Higher Education, Mashhad, Iran, June 2012 [14] Samina Elyas Mubeen, R K Nema, and Gayatri Agnihotri “Power Flow Contr l with UPFC in P w r Tran i i n S t ‖ World Academy of Science, Engineering and Technology, 47 2008 Trang 127 S K L 0 ... cụ thể việc áp dụng giải thuật Với lý luận văn ch ng xin trình bày: ? ?Giải tích hệ thống điện truyền tải kết hợp với UPFC dùng giải thuật LFB? ?? cần thiết hữu ích Trang Luận Văn Thạc Sĩ 1.3 MỤC TIÊU... Kỹ thuật điện khóa 2015 – 2017 sau năm rưởi học tập nguyên cứu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Tơi định lựa chọn đề tài: ? ?Giải tích hệ thống điện truyền tải kết hợp với UPFC dùng. .. mong muốn liên kết khác hệ thống truyền tải để đạt việc cung cấp công suất mong muốn Ngồi ra, đặc điểm hệ thống truyền tải cấu trúc vòng lặp tổng thể, trái ngược với hệ thống truyền tải lúc ban