Nghiên cứu tối ưu dung lượng bù cho lưới điện bạc liêu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐINH CÔNG PHỤNG DỰC NGHIÊN CỨU TỐI ƯU DUNG LƯỢNG BÙ CHO LƯỚI ĐIỆN BẠC LIÊU NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐINH CÔNG PHỤNG DỰC NGHIÊN CỨU TỐI ƯU DUNG LƯỢNG BÙ CHO LƯỚI ĐIỆN BẠC LIÊU NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐINH CÔNG PHỤNG DỰC NGHIÊN CỨU TỐI ƯU DUNG LƯỢNG BÙ CHO LƯỚI ĐIỆN BẠC LIÊU NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN-60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2020 i ii iii iv v vi LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ & tên: Đinh Công Phụng Dực Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 12/10/1979 Nơi sinh: Đăk Lăk Q qn: Đà Bắc – Hịa Bình Dân tộc: Mường Chỗ riêng địa liên lạc: số 26 Đường số 10, Phường Tăng Nhơn Phú B, Quận 9, Tp Hồ Chí Minh Điện thoại quan: 028-54110002 Điện thoại di động: 0902 976 416 E-mail: phungduc1124200@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Trung Học Điện Hệ đào tạo: Trung học kỹ thuật điện Thời gian đào tạo: từ 10/200 đến 10/2002 Nơi học: Trường Trung Học Kỹ Thuật Điện Hội An - Thị Xã Hội An Tỉnh Quảng Nam Ngành học: Quản lý vận hành trạm điện đường dây 35kV Đại học Hệ đào tạo: Khối K quy Thời gian đào tạo: từ 10/2011 đến 03/2016 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ ChíMinh Ngành học: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC vii TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ Đắc Lộc Thiết bị FACTS hệ thống điện Nhà xuất xây dựng, 2013 [2] Nguyễn Hồng Việt, Phan Thị Thanh Bình Ngắn mạch ổn định hệ thống điện, 2013 [3] Lâm Hoàng Linh Ứng dụng thiết bị FACTS để cao khả ổn định góc rotor máy phát Đại học Thái Nguyên, 2009 [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] Quyền Huy Anh Vận hành tối ưu hệ thống điện, 2012 [7] Nhà máy điện gió Bạc Liêu Hạng mục đường dây trạm biến áp Công ty TNHH hệ thống điện Tinh Cầu [8] Nguyễn Văn Hưng Tính tốn, phân tích đề xuất giải pháp cao vận hành an tồn lưới điện cơng ty truyền tải điện đến năm 2015, năm 2013 [9] Nguyễn Hồng Anh, Lê Cao Quyền “Lựa chọn thiết bị bù công suất phản kháng tối ưu cho lưới điện 500kV Việt Nam” – Tạp chí khoa học cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng [10] Nguyễn Xuân Dũng Đánh giá ổn định điện áp 220kV khu vực miền trung Đại học Đà Nẵng, 2012 [11] Võ Hồ Huy Hàn Huỳnh Thế Bảo Bài báo “Ứng dụng thiết bị FACTS truyền tải, 2014 [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 64 [14] Mania PAVELLA, Damien ERNST Daniel RAIZ-VEGA Transient stability of power system, 2012 [15] Electricity and New Energy, 2014 Static Synchronous Compensator (STATCOM) [16] Ứng dụng thiết bị FACTS cải thiện ổn định động hệ thống điện – Đặng Tuấn Khanh; Nguyễn Văn Liêm/ Tạp chí phát triển khoa học công nghệ/ Journal of Science and Technology Development ISSN: 1859-0128 [17] Prof Dr Grega Bizjak Voltage control in the power supply network of oil platform with static compensators University of Ljubljana, 2014 [18] Ứng dụng thiết bị bù đồng tĩnh (STATCOM) để nâng cao ổn định hệ thống điện khu vực Bạc Liêu PSG.TS-Trương Đình Nhơn1, Nguyễn Hải Tâm2 [19] Bài báo Genetic Algorithm (GA) - PSG.TS-Trương Đình Nhơn [20] Giải thuật di truyền ứng dụng hỗ trợ lập lịch điều hành công tác bệnh viện- phan Việt Anh, Bùi Thu Lâm [chuyên san công nghệ thông tin truyeeng thông – số 2(4-2013)] [21] Hồ Văn Hiến “Hệ Thống Điện Truyền Tải Và Phân Phối” NXB ĐH Quốc GiaTp.HCM [22] TS Quyền Huy Ánh “Giáo trình giải tích mạng” (trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM) 65 PHỤ LỤC Mơ hình tuabin gió DFIG Wind Turbine Grid Ps GB Pw DFIG Pr RSC GSC CONTROLLERS Hình Mơ hình tương đương máy phát điện gió nguồn kép Hình thể sơ đồ nguyên lý máy phát điện nguồn kép với mạch stator kết nối với lưới, mạch rotor kết nối với biến đổi phía rotor (RSC) biến đổi phía lưới (GSC) Trong cấu hình cơng suất biến đổi thiết kế xấp xỉ 30% công suất định mức máy phát Máy phát điện gió DFIG máy điện mà stator rotor phát công suất Công suất phát rotor tỉ lệ với hệ số trượt s máy phát tính Pr = − s.Ps (1) với Pr công suất phát rotor Ps công suất phát stator Hệ số trượt xác định công thức: s=  s − r s với r tốc độ rotor s tốc độ đồng 66 (2) Nếu máy phát vận hành tốc độ đồng s > nên Pr < dẫn đến rotor tiêu thụ công suất Ngược lại máy phát vận hành tốc độ đồng tức s < Pr > rotor cung cấp cơng suất lên lưới Dưới phương trình mơ tả máy phát điện DFIG Phương trình điện áp stator: vds = Rs ids − s qs + d ds dt vqs = Rs iqs + s ds + (3) d qs dt (4) Phương trình điện áp rotor: vdr = Rr idr − (s − r ) qr + vqr = Rs iqr + (s − r ) dr + d dr dt (5) d qr dt (6) Công suất P Q cực stator: Ps = (vds ids + vqs iqs ) (7) Qs = (vqs ids − vds iqs ) (8) Pr = (vdr ir + vqr iqr ) (9) Qr = (vqr idr − vdr iqr ) (10) Công suất P Q cực rotor: Trong đó:  từ thơng máy phát 67 Các số r, s thông số rotor stator Các số d q thông số chiếu lên trục d q hệ trục tọa độ 0dq Từ sở lý thuyết mơ hình mơ cho hệ thống máy phát gió DFIG Hình Trong đó: Khối (Aerodynamics): Mơ chức tua bin gió nhằm chuyển đổi động gió thành đầu trục tua bin Các tín hiệu đầu vào vận tốc gió, góc xoay cánh quạt vận tốc góc trục tua bin Tín hiệu đầu mô men trục tua bin Khối (Driver train): Mô chức hộp số truyền động kết nối tua bin gió trục rotor máy phát DFIG Khối (Stator): Mô stator máy phát DFIG với tín hiệu đầu vào dòng điện sức điện động cuộn dây quấn stator, tín hiệu ngõ giá trị điện áp Các giá trị chuyển qua hệ trục tọa độ d-q Khối (Rotor Dynamic): Mô rotor máy phát DFIG với tín hiệu ngõ vào dòng điện stator, điện áp cuộn dây quấn rotor vận tốc góc rotor Tín hiệu ngõ sức điện động cảm ứng stator, dòng điện rotor moment điện (Te) Khối (Controllers): Mô khối điều khiển sử dụng cho máy phát DFIG bao gồm RSC GSC Ở ta bỏ qua khâu điều khiển góc xoay cánh quạt tua bin Khối (DC link): Có vai trị cấp nguồn cầu nối cho chuyển đổi cơng suất Tín hiệu vào khối DC link công suất tác dụng stator rotor máy phát DFIG để từ đưa tín hiệu điện áp DC thơng qua việc điều khiển khối GSC 68 Hình Mơ hình máy phát DFIG xây dựng phần mềm MATLAB 69 Hình Vị trí lắp đặt tuabin gió điện gió Bạc Liêu 70 Hình Sơ đồ đơn tuyến hệ thống phân phối điện điện gió Bạc Liêu 71 NGHIÊN CỨU TỐI ƯU DUNG LƯỢNG BÙ CHO LƯỚI ĐIỆN BẠC LIÊU OPTIMIZATION THE SIZE OF THE COMPENSATOR IN BAC LIEU POWER GRID Đinh Công Phụng Dực,Trương Đình Nhơn Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM TÓM TẮT Trong báo tác giả sử dụng giải thuật di truyền (GA- Genetic Algorithm) để xác định dung lượng bù phù tối ưu cho thiết bị bù đồng tĩnh (STATCOM) để bù công suất phản kháng lưới điện khu vực nhà máy điện gió Bạc Liêu để nâng cao tính ổn định hệ thống Các kết mô thực phần mềm MATLAB với cố ngắn mạch pha Từ kết mô ta thấy việc sử dụng thiết bị STATCOM vào hệ thống lưới điện Bạc Liêu nâng cao khả truyền tải cơng suất mà cịn nâng cao khả ổn định điện áp lưới điện Từ khóa: Giải thuật di truyền (GA- Genetic Algorithm), thiết bị bù đồng tĩnh (STATCOM) Xác định dung lượng bù ABSTRACT In this paper, the authors use the genetic algorithm (GA) to determine the optimal compensation capacity for static synchronous compensation device (STATCOM) to compenstate the reactive power on the regional power grid when Bac Lieu wind power plant provides stable electricity The simulation results were performed on MATLAB software with 3-phase short-circuit fault From the simulation results, we can see that the use of STATCOM equipment in Bac Lieu power grid not only improves the capacity of transmission capacity but also improve the voltage stability of the grid Key words: Genetic Algorithm (GA), static synchronous compensation device (STATCOM), Determine the amount of the size Tổng quan đặc biệt vấn đề tính đồng bộ, tính ổn định Hệ thống điện ngày phát triển để hệ thống.Vì việc đề xuất phương đáp ứng đầy đủ nhu cầu cho phát triển cuả pháp để giải toán kỹ thuật kinh tế xã hội Điều làm cho việc vận hành hệ vấn đề truyền tải mạng điện cao áp, thống điện ngày trở nên phức tạp hơn, vấn đề liên quan đến ổn định động, ổn 72 định tĩnh, khả truyền tải đường Các thiết bị FACTS thường sử dụng: dây, chất lượng điện năng, giảm tổn thất Static Var Compensator (SVC): Bộ bù tĩnh đường dây truyền tải… hạn chế tới mức thấp cố xảy cần Static thiết Trong báo tác giả sử dụng giải (STATCOM): Bộ bù đồng tĩnh thuật di truyền (GA- Genetic Algorithm) để Synchronous Thyristor xác định dung lượng bù phù tối ưu cho thiết bị Controlled Series Compensator Compensator (TCSC): Bộ bù dọc điều khiển Thyristor bù đồng tĩnh (STATCOM) để bù công suất phản kháng lưới điện khu vực Static nhà máy điện gió Bạc Liêu cung cấp điện (SSSC): Bộ bù nối tiếp đồng tĩnh ổn định Synchronous Series Compensator Unified Power Flow Controller (UPFC): Bộ điều khiển dịng cơng suất hợp Cơ sơ lý thuyết 2.1 Giới thiệu thiết bị FACTS High Voltage Direct Current (HVDC): Đường Để nâng cao chất lượng điện áp ổn định dây chiều cao áp điện áp cho hệ thống điện, có nhiều cơng trình nghiên cứu việc ứng dụng 2.2 Thiết bị bù đồng tĩnh STATCOM thiết bị bù công suất phản kháng Tuy Chức STATCOM tương tự nhiên, thiết bị bù chưa đáp ứng tụ bù đồng thời gian phản yêu cầu phản ứng nhanh nhạy ứng nhanh chóng hiệu Tóm lại, hệ thống có thay đổi đột ngột nhu cầu STATCOM cung cấp bù công suất phản kháng công suất phản kháng Vì thế, thiết bị để giải loạt yêu cầu chất truyền tải điện xoay chiều linh hoạt – FACTS lượng cho hệ thống điện điện áp, tần số đời đáp ứng yêu cầu độ hệ thống lưới điện công nghiệp phản ứng nhanh nhạy dung lượng bù thân có biến động nguy ổn định tối ưu cho hệ thống chế độ làm việc Một hệ thống STATCOM hồn thiện Ngồi ra, FACTS cịn dùng để nâng cao khả bao gồm nguồn điện áp DC, VSC điều khiển hệ thống điện tăng khả máy biến áp ghép nối với lưới điện truyền tải công suất đường Cấu trúc STATCOM sử dụng kỹ dây.[1],[2],[3] thuật nghịch lưu áp dựa vào thiết bị điện tử FACTS định nghĩa IEEE “Hệ cơng suất (GTO IGBT) có khả ngắt thống sử dụng thiết bị điện tử công suất dịng điện theo lệnh đóng mở Điều cho thiết bị tĩnh khác để điều khiển phép STATCOM phát nguồn AC đầu nhiều thông số hệ thống đường dây truyền nghịch lưu với tần số mong tải điện xoay chiều, qua đó, nâng cao khả nâng muốn biên độ điện áp điều khiển điều khiển khả truyền tải công suất” được.[4],[5] 73 3.1 Giải thuật di truyền (Genetic Algorithm- Hệ thống điện Vs, δ GA) IST Vs MBA Bộ lộc Giải thuật di truyền (Genetic Algorithm - GA) ghép nối E Vre PISTA mơ hình tính tốn phổ biến ISTA thành cơng lĩnh vực tính tốn thơng Bộ nghịch lưu áp minh Giải thuật di truyền vận dụng nguyên lý tiến hóa chọn lọc, sinh sản, Vdc đột biến nhằm tìm phương án tối ưu đẻ chọn lựa vện hành hệ thống tiết kiệm Hình 1: Sơ đồ cấu trúc STATCOM hiệu Giải thuật di truyền sử dụng ngôn ngữ máy tính để mơ q trình vận hành, thay đổi thơng số đường dây, tính tốn tiến triển theo hướng chọn lọc giải pháp tốt Giải thuật di truyền sử dụng nhằm:Tối ưu hóa, nâng cao hiệu vận hành hệ Hình Mơ hình phần tử khối thống khai thác.Thử nghiệm ứng STATCOM dụng mô hình định lượng.Giải tốn cực đai hóa cực tiểu hóa hệ thống Việc thay đổi công suất phản kháng thực khai thác VSC nối bên thứ cấp máy 3.2 Các bước giải thuật di truyền biến áp VSC sử dụng linh kiện điện tử công suất (GTO, IGBT IGCT) để điều Bắt đầu chế điện áp xoay chiều ba pha E từ nguồn Nhận tham số toán chiều Nguồn chiều lấy từ tụ Khởi tạo quần thể ban đầu điện Nguyên lý hoạt động STATCOM Tính giá trị thích nghi rỏ hình 2.3, thể cơng suất Điều kiện dừng tác dụng phản kháng truyền điện áp hệ Sinh sản thống để điều khiển Vl điện áp tạo Lai ghép VSC E STATCOM thiết bị bù Lựa chọn giải pháp tốt Đột biến ngang, điều chỉnh điện áp vị trí lắp Kết thúc đặt đến giá trị cài đặt Vref thông qua việc điều chỉnh biên độ góc pha điện áp rơi Hình 3: Sơ đồ giải thuật GA STATCOM Sau số lần xác định lặp lại, giá trị cuối Giải thuật tạo tốt hệ thống Xác 74 định vị trí bus cần phải bù chúng 1.2 ta chọn vùng bus có giá trị tải lớn VAn xuyen (p.u.) 0.8 Kết nghiêng cứu 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Thoi gian (s) Hình Điện áp bus An Xuyên 1.2 VNgoc hien (p.u.) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Thoi gian (s) Hình Điện áp bus Ngọc Hiền Hình Hệ thống điện Bạc Liêu 1.2 VTra noc (p.u.) Bộ điều khiển điện áp AC DC 0.8 0.6 0.4 STATCOM sử dụng PI tiêu chuẩn 0.2 mô tả sơ đồ khối Hình 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Thoi gian (s) Hình Điện áp bus Trà Nóc 1550 1500 1450 VDC (V) 1400 1350 1300 1250 1200 1150 1100 1050 0.2 0.4 0.6 0.8 Thoi gian (s) Hình 10 Điện áp bus DC STATCOM Hình Bộ điều khiển STATCOM Kết mô giả lập cố ngắn mạch pha bus Bạc Liêu 110 kV thời điểm 1.2 VBac lieu (p.u.) 0,2 giây kéo dài 0.1 giây có sử 0.8 0.6 dụng thiết bị bù STATCOM 0.4 sử dụng trên.Đường màu 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Thoi gian (s) xanh to minh họa cho trường hợp có STATCOM với dung lượng tính từ giải Hình Điện áp bus Bạc Liêu thuật GA Đường màu xanh nhỏ minh họa cho trường hợp khơng có STATCOM 75 Kết luận trường hợp có gắn thiết bị STATCOM Qua hình từ đến 10.Có thể nhận thấy tốt so với khơng có gắn thiết bị độ dao động độ thông số điện STATCOM áp dòng điện vài nút hệ thống 76 Tài liệu tham khảo [1] N G Hingorani and L Gyugyi, Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems, New York, USA: IEEE Press, 2000 [2] X.-P Zhang, C Rehtanz, and B Pal, Flexible AC Transmission Systems: Modelling and Control, Berlin, Germany: Springer, 2006 [3] L Gyugyi, ‘Unified power-flow control concept for flexible AC transmission systems” IEE Proceedings - Generation, Transmission - Distribution, vol 139, no 4, pp 323-331, Jul 1992 [4] Phạm Văn Huy Nghiên cứu STATCOM, ứng dụng truyền tải điện năng, 2013 [5] Ứng dụng thiết bị bù đồng tĩnh (STATCOM) để nâng cao ổn định hệ thống điện khu vực Bạc Liêu PSG.TS-Trương Đình Nhơn1, Nguyễn Hải Tâm2 Thơng tin liên hệ tác giả (người chịu trách nhiệm viết): Họ tên: Đinh Công Phụng Dực Đơn vị: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Điện thoại: 0902976416 Email: phungduc1124200@gmail.com XÁC NHẬN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS.TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN S K L 0 ... gió Bạc Liêu Hình 4.1: Nhà máy điện gió Bạc Liêu 42 Sơ đồ lưới điện Bạc Liêu Hình 4.2: Hệ thống điện Bạc Liêu Mơ hình nghiên cứu hệ thống điện Bạc Liêu kết nối nguồn điện gió có cơng suất 99,2MW... thống điện thiết bị STATCOM Tìm hiểu thuật tốn (GA) áp dụng tính toán tối ưu dung lượng bù cho hệ thống điện dựa nguyên tắc nâng cao chất lượng điện hệ thống điện Mô hệ thống điện Bạc Liêu với dung. .. TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN BẠC LIÊU 41 4.1 Giới thiệu sơ đồ hệ thống điện Bạc Liêu .41 4.1.1 Hiện trạng hệ thống lưới điện Bạc Liêu 42 4.1.2 Dữ liệu lưới điện khu vực Bạc Liêu .44