Ứng dụng d SSSC trong điều khiển ổn định công suất cho xuất tuyến 472 TA cho lưới điện phân phối huyện tuy an

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÔ VĂN HÙNG ỨNG DỤNG D-SSSC TRONG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT CHO XUẤT TUYẾN 472/TA CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN TUY AN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 S K C0 9 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƠ VĂN HÙNG ỨNG DỤNG D-SSSC TRONG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT CHO XUẤT TUYẾN 472/TA CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN TUY AN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THỊ MI SA TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGÔ VĂN HÙNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20-08-1982 Nơi sinh: Phú Yên Quê quán: An Ninh Đông, Tuy An, Phú Yên Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước học tập, nghiên cứu: CBKT, Điện lực Tuy An - Công ty Điện lực Phú Yên Chỗ riêng địa liên lạc: 238 QL1A, TT Chí Thạnh, huyện Tuy An, tỉnh Phú Yên Điện thoại quan: 02573.835020 Điện thoại nhà riêng: E-mail: hungdlpy@gmail.com II Q TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học phổ thơng: Hệ đào tạo: qui Thời gian đào tạo từ 9/1997 đến 6/2000 Nơi học (trường, thành phố): Trường THPT Trần Phú Đại học: Hệ đào tạo: quy Thời gian đào tạo từ 9/2001 đến 7/ 2006 Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Ngành học: Điện tử Viễn thông Tên đồ án tốt nghiệp: Công nghệ GPRS ứng dụng mạng di động 3G Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 7/2006, Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn: TS Nguyễn Tiến Quyết Thạc Sĩ: Hệ đào tạo: quy Thời gian đào tạo từ năm 2017 đến năm 2019 Nơi học (trường, thành phố): ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tên luậnvăn: Ứng dụng D-SSSC điều khiển ổn định công suất cho xuất tuyến 472/TA cho lưới điện phân phố huyện Tuy An i Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 5/2019, ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Mi Sa Trình độ ngoại ngữ: B1 Anh văn III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 11/2006- 2/2012 24/2/2012 đến Nơi công tác Trung tâm Viễn thông - Công ty Điện lực Phú Yên Điện lực Tuy An - Công ty Điện lực Phú Yên ii Công việc đảm nhiệm Cán kỹ thuật Cán kỹ thuật LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2019 (Ký tên ghi rõ họ tên) NGÔ VĂN HÙNG iii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy cô giáo Khoa Điện – Điện tử trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM tận tình giảng dạy tạo điều kiện để học tập nghiên cứu năm học cao học Tác giả xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Mi Sa tận tình hướng dẫn tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp Bên cạnh tác giả xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo PGS TS Trương Đình Nhơn cho tơi nhiều bảo quý báu, kiến thức chuyên môn suốt thời gian thực đề tài nghiên cứu Các bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn Mặc dù cố gắng, song trình độ kinh nghiệm cịn hạn chế nên luận văn cịn thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy giáo để luận văn hồn thiện có ý nghĩa ứng dụng thực tế Kính chúc Quý thầy, cô thật nhiều sức khỏe Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2019 Học viên thực NGÔ VĂN HÙNG Phạm Văn Nghĩa iv TÓM TẮT Hiện lưới điện phân phối tỉnh Phú Yên nói chung huyện Tuy An nói riêng ngày đầu tư nâng cấp, mở rộng để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội địa phương Thực tế vận hành cho thấy, phương thức vận hành lưới điện phân phối huyện Tuy An chưa tối ưu, phụ tải không ổn định, thay đổi liên tục ngày theo mùa vụ Non tải khơng vào mùa sản xuất q tải mùa cao điểm sản xuất, gây khó khăn cho công tác vận hành liên tục ổn định lưới điện phân phối Bên cạnh số vị trí bù trung áp khơng cịn phù hợp phụ tải thay đổi liên tục; bù cứng nên chưa đáp ứng đủ yêu cầu phản ứng nhanh nhạy hệ thống có thay đổi đột ngột nhu cầu cầu suất Luận văn trình bày so sánh kết mô chế độ vận hành sử dụng thiết bị đồng tĩnh phân tán (D-SSSC) kết hợp hệ thống quản lý liệu đo đếm MDMS thu thập số liệu (P, Q, U, ) thực tế vận hành xuất tuyến 472/TA để nâng cao tính ổn định hệ thống tải nội Kết mơ miền thời gian dựa vào mơ hình phi tuyến đươc trình bày Có thể kết luận từ kết mô thiết bị bù đề xuất D-SSSC cung cấp hệ số giảm chấn tốt cho hệ thống điều kiện vận hành nghiêm trọng xảy Học viên thực NGÔ VĂN HÙNG Phạm Văn Nghĩa v ABSTRACT Phu Yen province's distribution network in general and Tuy An district in particular are increasingly invested to upgrade and expand to meet the needs of local socio-economic development In fact, the operation of Tuy An district's distribution network has not been optimized, the load is unstable Underload duringnormal season and overload during production season will make it be difficult for the continuous and stable operation of the distribution grid Besides, some medium-voltage compensation positions are no longer suitable due to the constantly changing load; fix compensation does not meet the requirements for quick response when the system has a sudden change in demand.The dissertation presents a comparison of simulation results of operating mode using a distributed serial static synchronous device (D-SSSC) in combination with data management system of MDMS data collection (P, Q, U, ) Actual operation of outgoing 472/TA to improve the stability of the internal load system Simulation results in time domain based on nonlinear model will be presented It can be concluded from the simulation results that the proposed D-SSSC compensation device can provide better damping factor for the system when serious operating conditions occur Author NGÔ VĂN HÙNG vi MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG Quyết đinh giao đề tài LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vii CÁC TỪ VIẾT TẮT x DANH SÁCH CÁC BẢNG xi DANH SÁCH CÁC HÌNH xii Chương .1 TỔNG QUAN .1 1.1 Tổng quan hướng nguyên cứu 1.2 Tính cấp thiết đề tài , ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục đích nguyên cứu, khách thể đối tượng nguyên cứu 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu giới hạn đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Kế hoạch thực Chương .6 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan bù công suất phản kháng (CSPK) lưới phân phối 2.1.1 Sự tiêu thụ công suất phản kháng .6 2.1.2 Các nguồn phát công suất phản kháng .10 2.1.3 Phối hợp công suất phản kháng 14 2.1.4 Quản lý công suất phản kháng 15 2.1.5 Bù công suất phản kháng cho phụ tải .16 2.1.6 Ý nghĩa việc bù CSPK lưới phân phối 22 2.2 Các khái niệm 22 vii 2.2.1 Chế độ HTĐ .22 2.2.2 Khái niệm ổn định HTĐ 23 2.2.3 Phân loại ổn định HTĐ .26 2.3 Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định tĩnh 27 2.3.1.Tiêu chuẩn lượng 27 2.3.2 Phương pháp dao động bé 29 2.4 Ổn định động điện áp 30 2.5 Giới hạn ổn định hệ thống 31 2.4 Tổng quan ứng dụng thiết bị FACTS 33 2.4.1 Bộ bù tụ mắc nối tiếp điều khiển thyristor (TCSC) 34 2.4.2 Bộ điều khiển trào lưu công suất hợp (UPFC) 34 2.4.3 Bộ bù tĩnh (SVC) 35 2.4.4 Bộ bù đồng tĩnh (STATCOM) 36 2.4.5 Bộ bù đồng tĩnh nối tiếp (SSSC) 36 Chương 38 ỨNG DỤNG BÙ ĐỒNG BỘ KIỂU TĨNH D-SSSC ĐỂ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 38 3.1 Giới thiệu 38 3.2 Bù nối tiếp đồng kiểu tĩnh (SSSC) 38 Chương 44 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ DỮ LIỆU ĐO ĐẾM LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN TUY AN 44 4.1 Tổng quan hệ thống quản lý liệu đo đếm MDMS 44 4.2 Các chức chương trình 44 4.2.1 Công suất theo thời gian 30’ .44 4.2.2 Sản lượng theo thời gian 30’ .45 4.2.3 Số liệu, biểu đồ dòng, áp, Cosφ .46 4.2.4 Chỉ số theo thời gian 46 4.3 Tổng quan lưới điện 22kV khu vực huyện Tuy An 47 4.4 Xuất tuyến đầu nguồn 472 TBA 110kV Tuy An 48 viii Điện áp (V) 24000.00 23500.00 23000.00 Pha A 22500.00 Pha B Pha C 22000.00 21500.00 21000.00 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Thời gian (h) KW, KVAr Hình 4.18: Điện áp node c.ty Trí Huệ 900.00 CS tác dụng 800.00 CS phản kháng 700.00 600.00 500.00 400.00 300.00 200.00 100.00 0.00 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Thời gian (h) Hình 4.19:Đồ thị cơng suất node C.ty Trí Huệ 57 Điện áp (V) 23600.00 23400.00 23200.00 23000.00 22800.00 Pha A 22600.00 Pha B 22400.00 Pha C 22200.00 22000.00 21800.00 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Thời gian (h) KW, KVAr Hình 4.20: Điện áp node Nắng Ban Mai 500.00 400.00 300.00 CS tác dụng 200.00 CS phản kháng 100.00 0.00 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 -100.00 -200.00 Thời gian (h) Hình 4.21:Đồ thị công suất node Nắng Ban Mai 58 Điện áp (V) 23600.00 23400.00 23200.00 23000.00 22800.00 Pha A 22600.00 Pha B 22400.00 Pha C 22200.00 22000.00 21800.00 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Thời gian (h) kW, kVAr Hình 4.22:Điện áp node NM Xi măng 900.00 CS tác dụng 800.00 CS phản kháng 700.00 600.00 500.00 400.00 300.00 200.00 100.00 0.00 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Thời gian (h) Hình 4.23: Đồ thị công suất node NM Xi măng Qua đồ thị điện áp phụ tải thuộc xuất tuyến 472/TA, ta có nhận xét sau: 59 - Điện áp phụ tải thường tăng cao vào không sản xuất từ khoảng (01- 05)h từ (22 - 24)h ngày - Điện áp phụ tải giảm thấp khoảng thời gian (09 -17)h ngày - Giữa phụ tải có khác thời điểm sản xuất, đa số sản xuất không liên tục ngày - Điện áp node có chênh lệch thời điểm Từ nhằm ổn định điện áp nâng cáo độ ổn định cho xuất tuyến 472/TA ta đề xuất sử dụng D-SSSC sở số liệu thu thập thông qua hệ thống quản lý dự liệu đo đếm MDMS 4.5 Xây dựng mô Matlab/Simulink từ số liệu MDMS Xuất tuyến với hai phụ tải lớn Phú Sơn (bán điện qua lưới hạ áp) NMXM (phụ tải bán điện qua lưới trung áp) hai phụ tải đặc trưng cho phụ tải theo cấp điện áp xuất tuyến Từ số liệu thu thập chương node (phụ tải) với thông số bảng 4.4 ta mô Matlab/Simulink để từ đo so sánh kết trước sau lắp đặt D-SSSC Hình 4.24 thể chương trình mơ Matlab/Simulink node thuộc xuất tuyến 472/TA sau: 60 Hình 4.24: Mơ hình xuất tuyến 472/TA Matlab 61 Hình 4.25: Mơ hình D-SSSC 48 xung 62 Hình 4.26: Sơ đồ mạch điều khiển cho D-SSSC 4.6 Kết mô Để đánh giá ưu điểm thiết bị D-SSSC đề xuất, luận văn tác giả tiến hành thực kịch mô bao gồm cố ngắn mạch trạm biến áp nhà máy Xi măng cố tải tăng đột ngột 200% bus cuối xuất tuyến bus Phú Sơn Chi tiết cố trình bày phần sau: Trong phần này, tác giả tiến hành so sánh trường hợp mô cố ngắn mạch pha bus đầu xuất tuyến 472/TA, bus nhà máy xi măng bus Phú Sơn (cuối xuất tuyến) trước lắp D-SSSC (đường màu xanh) sau lắp D-SSSC (đường màu đỏ) Cụ thể hình 4.27a trình bày công suất tác dụng đầu xuất tuyến Khi cố nghiêm trọng xảy cơng suất tồn tuyến bị dao động mạnh Khi có DSSSC độ dao động giảm Tương tự ta thấy lượng công suất phản kháng đầu xuất tuyến tăng có D-SSSC dao động giảm so với chưa có D-SSSC hình 4.27b Tiếp đến tác giả tiến hành khảo sát bus Nhà máy xi măng, hình 4.27c Hình 4.27d biểu diễn cơng suất tác dụng bus Ta nhận thấy độ dao động giảm đáng kể cố xảy Kết tương tự tiến hành đo công suất bus cuối xuất tuyến (bus Phú Sơn 3) hình 4.27e 63 Ngồi ra, đáp ứng D-SSSC trình bày hình 4.27f Hình 4.27g tương ứng với điện áp dòng điện Từ kết ta thấy ngắn mạch xảy D-SSSC tăng cơng suất để cấp dịng cho hệ thống nhằm giảm dao động cơng suất Hình 4.27a: Cơng suất tác dụng đầu xuất tuyến 472 Hình 4.27b: Cơng suất phản kháng đầu phát tuyến 64 Hình 4.27c: Cơng suất tác dụng bus Nhà máy xi măng Hình 4.27d: Cơng suất phản kháng bus Nhà máy xi măng Hình 4.27e: Công suất tác dụng bus cuối xuất tuyến 65 Hình 4.27f: Điện áp D-SSSC Hình 4.27g: Dịng điện D-SSSC Hình 4.27: Kết mơ cố ngắn mạch pha bus đầu xuất tuyến 472/TA, bus Nhà máy Xi măng bus Phú Sơn 66 Hình 4.28a: Điện áp bus đầu xuất tuyến Hình 4.28b: Điện áp bus Nhà máy xi măng Hình 4.28c: Điện áp bus Phú Sơn Hình 4.28: Kết mô điện áp trước sau lắp đặt D-SSSC bus đầu xuất tuyến 472/TA, bus Nhà máy Xi măng bus Phú Sơn 67 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết Luận Sau lắp đặt D-SSSC ta thấy điện áp công suất cải thiện có cố ngắn mạch xảy Các Bus phụ tải lớn phụ tải nhỏ xuất tuyến 472/TA, có cố xảy điện áp, công suất tải đáp ứng làm cho tính ổn định hệ thống nâng cao.Các nội dung đạt cụ thể gồm: - Nghiên cứu lưới điện phân phối huyện Tuy An, tỉnh Phú Yên - Nghiên cứu hệ thống quản lý liệu đo đếm MDMS - Nghiên cứu thiết bị điều khiển FACTS, đặc biệt D-SSSC việc nâng cao ổn định hệ thống điện lưới điện phân phối - Mơ mơ hình sử dụng thiết bị D-SSSC để ổn định điện áp xuất tuyến 472/TA thuộc lưới điện phân phối huyện Tuy An, tỉnh Phú Yên Xuất tuyến 472/TA xuất tuyến đại diện cho đặc thù phụ tải lưới điện phân phối huyện Tuy An nói riêng tồn tỉnh Phú n Sau lắp đặt thiết bị D-SSSC ổn định điện áp xuất tuyến tiền đề nâng cao chất lượng điện cung cấp cho khách hàng, giảm tổn thất điện khâu vận hành kỹ thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, tiền đề chuẩn bị bước vào giai đoạn thị trường bán lẻ điện cạnh tranh thời gian tới Tuy nhiên, nội dung luận văn chưa đề cập đến vấn đề kinh tế so sánh giá trị làm lợi việc trước sau lắp D-SSSC xuất tuyến 5.2 Hướng phát triển đề tài Phân tích giá trị kinh tế việc lắp đặt D-SSSC lưới điện phân phối So sánh biện pháp kỹ thuật gốc độ kinh tế để thấy giá trị làm lợi việc bù luồng công suất Tính tốn giá trị làm lợi việc lắp đặt thiết bị D-SSSC nhằm giảm tổn thất điện năng, nâng cao độ tinh cậy cung cấp điện toàn hệ thống lưới điện phân phối tỉnh Phú Yên 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Đăng Khải, Huỳnh Bá Minh.Bù công suất phản kháng lưới cung cấp phân phối điện NXB Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội, 2003 [2] Hồ Văn Hiến “Hệ Thống Điện Truyền Tải Và Phân Phối” NXB ĐH Quốc Gia Tp HCM [3] TS Quyền Huy Ánh “Giáo trình giải tích mạng” (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM) [4] L Gyugyi, C D Schauder, and K K Sen, “Static synchronous series compensator: A solid-state approach to series compensation of transmission lines,” IEEE Trans Power Delivery, vol 12, no 1, pp 406-417, Jan 1997 [5] S Jiang, A M Gole, U D Annakkage, and D A Jacobson, “Damping performance analysis of IPFC and UPFC controllers using validated smallsignal models,” IEEE Trans Power Delivery, vol 26, no 1, pp 446-454, Jan 2011 [6] H F Wang, “Design of SSSC damping controller to improve power system oscillation stability,” in Proc IEEE AFRICON, 28 Sep.-01 Nov 1999, Capetown, South Africa, vol 1, pp 495-500.,” IEEE Trans Power Delivery, vol 13, no.1, pp 241-245, Jan 1998 [7] K K Sen, “SSSC-Static synchronous series compensator: Theory,modeling, and applications,” IEEE Trans Power Delivery, vol 13, no.1, pp 241-245, Jan 1998 [8] Erwan LE PELLETER, Seddik BACHA, Raphael CAIRE, Joel GUIRAUD, "Active and reactive power flow control based on D-SSSC for looped and meshed ditribution grids", 19th International Conference on Electricity Distribution, pp 0667, 21-24 May 2007 [9] D.-N Truong and L Wang, “Application of a static synchronous series compensator to improve stability of a SG-based power system with an 69 offshore wind farm,” in Proc 2012 IEEE PES General Meeting, 22-26 Jul 2012, San Diego, CA, USA [10] A C Pradhan and P W Lehn, “Frequency-domain analysis of the static synchronous series compensator,” IEEE Trans Power Delivery, vol 21, no 1, pp 440-449, Jan 2006 [11] N.V.Nho, M.J Youn “ Two-mode overmodulation in two-level VSI using principle control between limit trajectories”, CD-ROM Proceedings PEDS 2003, pp.1274-1279 [12] N.V.Nho, M.J.Youn,” A Comprehensive Study On SVPWM – Carrier Based PWM Correlation In Multilevel Inverters”, IEE Proceedings -Electric Power Applications, 2005 [13] Tổng công ty Điện lực miền Trung Tài liệu: Hướng dẫn sử dụng chương trình MDMS-EVNCPC EVNCPC, 2012 [14] P Kundur, Power System Stability and Control, New York: McGrawHill, 1994 [15] L Wang, D.-N Truong, “Stability improvement of a DFIG-based offshore wind farm fed to a multi-machine power system using a static VAR compensator”, in IEEE Proc Industry Applications Society Annual Meeting (IAS), 7-11 Oct 2012, pp 1-7 [16] L Wang and D.-N Truong, “Dynamic stability improvement of four paralleloperated PMSG-based offshore wind turbine generators fed to a power system using a STATCOM,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol 28, no 1, pp 111-119, Jan 2013 70 S K L 0 ... Ứng d? ??ng D- SSSC điều khiển ổn định công suất cho xuất tuy? ??n 472/ TA cho lưới điện phân phố huyện Tuy An i Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 5/2019, ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Người hướng d? ??n:... GIÁO D? ??C VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÔ VĂN HÙNG ỨNG D? ??NG D- SSSC TRONG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT CHO XUẤT TUY? ??N 472/ TA CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN... vực huyện Tuy An 47 4.4 Xuất tuy? ??n đầu nguồn 472 TBA 110kV Tuy An 48 viii 4.4.1 Sơ đồ nguyên lý xuất tuy? ??n 472 TBA 110kV Tuy An 48 4.4.2 Các phụ tải xuất tuy? ??n 472 TBA 110kV Tuy An