(Luận văn thạc sĩ) giải thích hệ thống điện truyền tải dùng giải thuật line flow based (LFB)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM THƯƠNG THƯƠNG GIẢI TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI DÙNG GIẢI THUẬT LINE FLOW BASED (LFB) NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 SKC006022 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ PHẠM THƯƠNG THƯƠNG GIẢI TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI DÙNG GIẢI THUẬT LINE FLOW BASED (LFB) NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Giảng viên hướng dẫn TS HỒ VĂN HIẾN Tp HCM, tháng năm 2017 Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Hồ Văn Hiến LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Phạm Thương Thương Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 20/10/1990 Nơi sinh: Gia Lai Quê quán: Kỳ Lợi, Kỳ Anh, Hà Tĩnh Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Đường 4, Phường Trường Thọ, Quận Thủ Đức Điện thoại quan: Fax: E-mail:phamthuongthuong03@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Điện thoại riêng: 0975 699 775 Cao đẳng chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Cao Đẳng Chính Quy Thời gian đào tạo từ 09/2008 đến 10/2011 Nơi học (trường, thành phố): Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng Ngành học: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 10/2012 đến 06/2014 Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM Ngành học: CNKT Điện, Điện Tử Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Điều khiển tốc độ động KĐB pha dùng DSP Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM, ngày 20/04/2014 Người hướng dẫn: Ths Trần Quang Thọ HVTH: Phạm Thương Thương i Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Hồ Văn Hiến LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu luận văn hoàn toàn trung thực, chưa công bố tài liệu khác, tài liệu tham khảo trích dẫn nguồn đầy đủ Tp HCM, ngày…… tháng…… năm 2017 Ký ghi rõ họ tên Phạm Thương Thương HVTH: Phạm Thương Thương ii Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Hồ Văn Hiến LỜI CẢM TẠ Qua năm học tập trường ĐH SPKT Tp HCM, bảo giảng dạy nhiệt tình quý thầy cô khoa Điện-Điện Tử, thầy Khoa khác em có tảng kiến thức lý thuyết thực hành thật bổ ích Cùng với nỗ lực thân thời gian vừa qua, em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Từ kết đạt này, em xin chân thành cám ơn: Quý thầy cô trường ĐH SPKT Tp HCM, truyền đạt cho em kiến thức bổ ích thời gian em theo học trường Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Hồ Văn Hiến- giảng viên trường ĐH Bách Khoa Tp HCM tận tình hướng dẫn em hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp Do kiến thức hạn hẹp nên q trình thực luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót cách hiểu, lỗi trình bày Em mong nhận đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn để luận văn tốt nghiệp đạt kết tốt HVTH: Phạm Thương Thương iii Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Hồ Văn Hiến TĨM TẮT Luận văn nghiên cứu thuật tốn phân bố cơng suất sở dịng nhánh (LFB) để giải vấn đề phân bố cơng suất, góc lệch pha điện áp Phương pháp đề xuất có cấu trúc đơn giản phương pháp truyền thống trước đó, số vịng lặp đặc biệt kết đáng tin cậy Những điều minh chứng qua trinh thử nghiệm luận văn Một khía cạnh khác luận văn nghiên cứu việc kết hợp thiết bị FACTS vào hệ thống nhằm cải thiện cấu hình điện áp Như biết, ưu điểm thiết bị FACTS dễ dàng kết hợp cấu hình mạng điện khác Do đó, việc kết hợp thuật tốn LFB có mặt thiết bị FACTS thực hứa hẹn nhiều điểm hiệu cho việc truyền công suất hệ thống điện HVTH: Phạm Thương Thương iv Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Hồ Văn Hiến ABSTRACT In this thesis, development of Line Flow Based Algorithm (LFB) has been proposed to solve some problems, as: power flow and voltage dephasing angle The LFB has simple structure, less iteration and reliable than conventional method The mechanism and effectiveness of the LFB have been characterized by coordinating FACTS into the power system As expected, the resultant experiment could achieve realistic goals through improving the voltage profile This work significantly contributed in enhancing the utility of LFB for combined for many types of power grid and development of intelligent electronic system… Therefore, we predicts this coherence create many advantage points for transferring power in bulk grids HVTH: Phạm Thương Thương v Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Hồ Văn Hiến MỤC LỤC  LÍ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM TẠ iii TÓM TẮT iv ABSTRACT .v MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x DANH MỤC CÁC HÌNH xi DANH MỤC CÁC BẢNG xii CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.3 Mục tiêu bước nghiên cứu 1.4 Các kết nước nước ngồi cơng bố CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết đường dây tải điện .6 2.2 Phân loại đường dây truyền tải .8 2.3 Các thông số quan trọng đường dây truyền tải 2.4 Hệ thống truyền tải điện 11 CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ BÀI TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT GAUSS-SEIDEL VÀ NEWTON-RAPHSON DECOUPLE 12 HVTH: Phạm Thương Thương vi Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Hồ Văn Hiến KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Phương pháp phân bố công suất giải thuật LFB có ưu điểm đơn giản pháp truyền thống kết đáng tin cậy Khi kết hợp với thiết bị bù tĩnh điều khiển Thyristor (SVC) giúp cải thiện điện áp nút cách đáng kể Bên cạnh đó, giải thuật LFB hứa hẹn cải thiện hệ thống điện với việc phân bố cơng suất tối ưu cải thiện cấu hình điện áp thử nghiệm hệ thống mẫu Nghiên cứu áp dụng SVC việc có ý nghĩa, giúp hệ thống điện vận hành cách linh hoạt, tăng độ tin cậy tính kinh tế vận hành Đồng thời, việc sử dụng SVC đem lại hiệu đáng kể việc nâng cao tính ổn định điện áp trường hợp gặp cố, giảm tổn thất toàn hệ thống Luận văn nghiên cứu, áp dụng thuật toán LFB cho hệ thống điện mẫu nhỏ, không phức tạp Trong tương lai, cần xây dựng chương trình Line Flow Based (LFB) áp dụng cho hệ thống điện Việt Nam HVTH: Phạm Thương Thương Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Hồ Văn Hiến TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] PGS.TS Quyền Huy Ánh Giáo trình giải tích mạng điện máy tính Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM, 2005 [2] Võ Hồ Thy Hàn, Hồ Thế Bảo Báo cáo thiết bị FACTS truyền tải Trường ĐHBK TPHCM, tháng 12/2014 [3] Mơ hình tốn trào lưu cơng suất tối ưu OPF Internet: http://toc.123doc.org/document/818589-1-mo-hinh-co-ban-bai-toan-trao-luucong-suat-toi-uu-opf.htm, 10/03/2017 [4] Trào lưu công suất Internet: https://www.google.com.vn/search?q=tra%C3%A0o+l%C6%B0u+c%C3%B4ng+ su%E1%BA%A5t+pdf&rlz=1C1NDCM_enVN718VN718&oq=tra%C3%A0o+l %C6%B0u&aqs=chrome.0.69i59j69i57j0l4.4632j0j4&sourceid=chrome&ie=UTF -8, 10/3/2017 [5] Hồ Văn Hiến Hệ thống điện truyền tải phân phối (Tái lần thứ nhất, có sửa chữa, bổ sung) NXB Đại Học Quốc Gia Tp HCM, 2005 [6] Nguyễn Trung Nghiên cứu đánh giá vai trò lựa chọn thiết bị FACTS sử dụng cho hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015-2020 Đại Học Đà Nẵng [7] Nguyễn Thế Vĩnh Điều khiển thiết bị bù tĩnh (SVC) ứng dụng việc nâng cao cho ổn định chất lượng điện hệ thống điện Đại Học Thái [8]PGS.TS Quyền Huy Ánh Vận hành tối ưu hệ thống điện [9] Thực hành Matlab Internet: https://www.academia.edu/18734174/Lap_trinh_matlab, 11/03/2017 [10] Chế độ làm việc kinh tế hệ thống điện Internet: https://www.academia.edu/10452783/Ph%C3%A2n_b%E1%BB%91_c%C3% B4ng_su%E1%BA%A5t_trong_h%E1%BB%87_th%E1%BB%91ng_%C4% 91i%E1%BB%87n, 12/03/2017 HVTH: Phạm Thương Thương Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Hồ Văn Hiến TIẾNG NƯỚC NGOÀI [11] P Yan, A Sekar Steady-state analysis of power system having multiple FACTS devices using line-flow-based equations IEE Proc.-Gener Transm Distrib., Vol 152, No 1, January 2005B Venkata Slipa An optimal power flow to improve Power system security by using Particle Swarm Optimization PG Scholar Department of EEE, 2015 [12] Water Murray, Tomas Tinoco De Rubia and Adam Wigington Ipmroving robustness of Newton-based power flow methods to cope with poor intial points Stanford university and Electric Power Research Institute [13] Kumaraswamy, W.V Jahnavi, T Devaraju, P Ramesh An optimal power flow (OPF) method with improved voltage stability Analysis vol 2, 2012 [14] Priyanka P Tambe and K.D Joshi Power flow improvement using distributed static series compensator vol 1, issue 4,6/2012 [15] P Pavan Kumar and N.Poornachanndrarao Improvement of power low in the power system network by using UPFC device vo 2, issue 3, 2012 [16] Performance of Transmission Lines Internet: http://www.ncttech.edu.lk/Download/Technology%20Zone/Performance%20of%20Transmiss ion%20Lines pdf, 11/03/2017 CÁC TRANG WEB THAM KHẢO [1] luanvan.vn [2] 123doc.org [3] google.vn [4] google scholar [5] ieee.xplore HVTH: Phạm Thương Thương Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Hồ Văn Hiến GIẢI TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI DÙNG GIẢI THUẬT LINE FOW BASED POWER TRANSMISSION SYSTEM ANALYSIS BY USING LINE FLOW BASED ALOGRITHM Hồ Văn Hiến , Phạm Thương Thương Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Học viên cao học trường ĐHSPKT TPHCM TÓM TẮT Theo phương pháp giải tích hệ thống điện truyền tải cách dùng giải thuật Line Flow Based(LFB), phương trình đơn giản ngắn hơn, vịng lặp so với phương pháp truyền thống (Newton Raphson) Phương pháp LFB mang lại lợi ích tiết kiệm thời gian phân bố công suất nút, nhờ có thể có thời gian kiểm tra lại chế độ vận hành hệ thống Bên cạnh đó, báo đề cập đến việc sử dụng thiết bị FACTS hệ thống để thay đổi điện áp nút có gắn thiết bị FACTS theo yêu cầu Theo việc phân bố cơng suất góc lệch pha điện áp nút so với nút cân thay đổi tạo điều kiện để kiểm tra, theo dõi tính ổn định cấu hình tải mới Bài báo xây dựng giải thuật LFB theo lưu đồ đơn giản dễ dàng thực Kết mô Matlab cho thấy số liệu phân bố công suất dùng phương pháp LFB phương pháp NR gần trùng khớp Từ khóa: Line Flow Based(LFB), SVC, Giải tích hệ thống điện truyền tải, FACTS ABSTRACT According to the Power Transmission System Analytics by using Line Flow Based Alogrithm, the irterations are less than conventional method(Newton Raphson), the equations are also simplify and less than NR method LFB method bring benefits about economical time while distributing power flows at the nodes Then, we can make time to check out the operation system In addition, the paper is also mentioned that using FACTS(SVC) to change the voltage at the node which embbed FACTS Then power flows and drop phase angles will be changed and these things bring a new loads profile that is more stabilitier than it before The paper establish LFB quite simplify and easy to implement Simulation results using Matlab sofware demonstrated that power flow distribution by LFB and by NR is quitely the same Key words: Line Flow Based(LFB), SVC, Power Transmission System Analysis, FACTS I GIỚI THIỆU Một hệ thống điện mạng lưới kết nối thiết bị điện gồm máy phát điện, hệ thống đường dây truyền tải thiết bị sử dụng điện năng, cung cấp điện cho vùng miền, quốc gia chia nhỏ thành ba mảng lớn gồm: máy phát (sản xuất điện), hệ thống truyền tải (đưa điện đến nơi tiêu thụ) hệ thống phân phối (cấp điện cho khu công nghiệp, thương mại hộ) HVTH: Phạm Thương Thương Những hệ thống điện nhỏ sử dụng nội khu cơng nghiệp, bệnh viện, gia đình, máy bay, xe Để đảm bảo vận hành ổn định hệ thống điện tốn có tính chất quan trọng tốn phân bố cơng suất Trong đó, mục tiêu quan trọng phân bố lại công suất phụ tải hợp lý nhằm đảm bảo cho hệ thống vận hành cách linh hoạt Giải thuật LFB đề xuất báo với lưu đồ đơn giản bước thực hoàn Luận văn thạc sỹ thành nhanh chóng đẩy nhanh q trình tính tốn thông số phụ tải công suất tải, điện áp tải, góc lệch pha điện áp(so với nút cân bằng) Điều có ích việc kiểm tra theo dõi nhằm phát nguy tiềm ẩn hệ thống II.Công thức LFB áp dụng với thiết bị FACTS(SVC) 2.1 Ví dụ về số vòng dây độc lập hướng Ví dụ hệ thống mẫu hình: số, xem cụ thể điều khiển điện áp gỡ khỏi vector x Bậc ma trận LFB giảm Lượng công suất bơm vào Q Gi y1 tính cách điều khiển điện áp III Bộ phương trình dòng cơng suất LFB, khảo sát topo mạch- phương pháp tổng trở mạch vòng 3.1 Các phương trình Hình 2.1 Hệ thống mẫu Ta hình dung vịng dây hướng bên Cũng theo [1], phương trinh̀ LFB dưạ phương trinh̀ dịng cơng suất vàtổn thất cơng suất taịcác nhánh Phương trinh ̀ cân công suất tác dung ̣ vàcông suất phản kháng ởtất cảcác ngoaịtrừ cân có thểđươc ̣ viết ma trâṇ liên thc ̣ Bộ phương trình dịng cơng suất LFB bao gồm: phương trinh̀ cân công suất tổng quát, phương trinh̀ điêṇ áp nhánh phương trinh̀ góc pha macḥ vòng thể sau: Phương trinh̀ cân cơng suất tổng qt có dạng: A.p – PGL – A’.l = A.q – QGL – A’.m – H V = Phương trình điện áp nhánh có dạng: Hình 2.2 Số vịng dây độc lập hướng Theo [1], trước thiết lập đầy đủ phương trình dịng cơng suất LFB ví dụ viết, ma trận liên thuộc đưa sau: (3.3) Phương trình góc pha mạch vịng sau: −≈− Ma trận A= 3[0 1+ 1− thành lập cho phần tử hay -1 ma trận A Ma trận l, m, k chứa thông tin thổn thất công suất nhánh HVTH: Phạm Thương Thương Ma tr nút PV Ma trận X, R thơng số điện kháng trở kháng ban đầu đường dây 3.2 Ma trận dòng công suất LFB đưa vào ma trận tổng quát sau: phương trình lặp là: Sau phương trình (3.6) hội tụ, ta tìm ma trận x chứa thơng tin công suất tác dụng, công suất phản kháng nút bình phương điện áp nút PV Đó kết sau phân bố lại dịng cơng suất hệ thống 3.3 Topo mạch – phương pháp tổng trở mạch vòng Phương pháp tổng trở mạch vòng dựa vào định luật Kirchoff điện áp, tổng số sụt áp theo vịng kín phải “0”[2] Trong phương pháp tổng trở mạch vòng, suất điện động mạch vòng tính theo dịng điện độc lập phương pháp để vẽ mạch vòng mà đảm bảo đủ mạch vòng độc lập phương pháp cây-nhánh nối Khảo sát topo- nhánh nối giúp hiểu rõ vấn đề Mạch graph topo mạng điện biểu diễn đường đơn giản suy từ mạng điện nguyên thủy cách nối tắt suất điện động nhánh, hở nguồn dịng điện, trở nhánh đề khơng, có Hình 3.1 Mạng điện có thêm nhánh nối Ở đây, đường liền nét Nhánh nối đường gạch nối Dòng điện mạch vịng chiều mũi tên Mạng điện có nhánh nút: B = 8, N=5 Số nhánh bằng: Bt = N – = (nhánh) Số mạch vòng số nhánh nối: L = B – Bt = B – N + = – + = (mạch) IV Bài tốn áp dụng kết phân bố cơng suất Cho mạng điện mẫu nút hình, thơng số kèm theo gồm có điện kháng trở kháng nhánh HVTH: Phạm Thương Thương Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Hồ Văn Hiến STT nhánh Bảng 2: Số liệu phụ tải ban đầu Tên nút Bảng 3: So sánh kết phân bố công suất LFB với phương pháp NR Đường dây Bảng 4: So sánh điện áp nút LFB với phương pháp NR HVTH: Phạm Thương Thương Luận văn thạc sỹ Bảng 5: So sánh kết phân bố công suất LFB với phương pháp NR có SVC Đường dây Bảng 6: So sánh điện áp nút LFB với phương pháp NR có SVC Nút Phương pháp LFB cho kết phân bố công suất sau lần lặp (xem bảng 3, bảng 4) ta thấy thông số đạt phương pháp LFB với phương pháp truyền thống Newton Raphson gần trùng khớp Như thấy ưu điểm LFB nhanh hội tụ, độ xác cao Sau gắn thiết bị SVC vào nút số phương pháp LFB hội tụ sau lần lặp thông số đạt bảng số số Như vậy, thấy gắn thiết bị FACTS(SVC) giúp cải thiện điện áp nút việc tạo thuận lợi cho việc phân bố lại công suất mạng điện mẫu IV KẾT LUẬN Phương pháp phân bố cơng suất giải thuật LFB có ưu điểm đơn giản pháp truyền thống kết đáng tin cậy Khi kết hợp với thiết bị bù tĩnh điều khiển Thyristor (SVC) giúp cải thiện điện áp nút cách đáng kể Bên cạnh đó, giải thuật LFB giúp việc phân bố cơng suất tối ưu cải thiện cấu hình điện áp thử nghiệm hệ thống mẫu Nghiên cứu áp dụng SVC việc có ý nghĩa, giúp hệ thống điện vận hành cách linh hoạt, tăng độ tin cậy tính kinh tế vận hành Đồng thời, việc sử dụng SVC đem lại hiệu đáng kể việc cải thiện cấu hình điện áp, nâng cao tính ổn định điện áp trường hợp hệ thống gặp cố, giảm tổn thất đáng kể TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P Yan, A Sekar, “Steady-state analysis of power system having multiple FACTS devices using line-flow-based HVTH: Phạm Thương Thương Luận văn thạc sỹ Particle Swarm Optimization PG Scholar Department of EEE, 2015 [2] TS Hồ Văn Hiến, “Hệ thống điện truyền tải phân phối (Tái lần thứ nhất, có sửa chữa, bổ sung)”, NXB Đại Học Quốc Gia Tp HCM, 2005 [3] PGS TS Quyền Huy Ánh,” Giáo trình giải tích mạng điện máy tính”, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM, 2005 [4] Võ Hồ Thy Hàn, Hồ Thế Bảo, “Báo cáo thiết bị FACTS truyền tải”, Trường ĐHBK TPHCM, tháng 12/2014 [5] Nguyễn Trung, “Nghiên cứu đánh giá vai trò lựa chọn thiết bị FACTS sử dụng cho hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015-2020”, Đại Học Đà Nẵng [6] Nguyễn Thế Vĩnh, “Điều khiển thiết bị bù tĩnh (SVC) ứng dụng việc nâng cao cho ổn định chất lượng điện hệ thống điện”, Đại Học Thái Nguyên [7] PGS.TS Quyền Huy Ánh Vận hành tối ưu hệ thống điện power low in the power system network by using UPFC device”, vol 2, issue 3, 2012 HVTH: Phạm Thương Thương Luận văn thạc sỹ Xác nhận của Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) HVTH: Phạm Thương Thương ... ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ PHẠM THƯƠNG THƯƠNG GIẢI TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI DÙNG GIẢI THUẬT LINE FLOW BASED (LFB) NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Giảng... thống điện lớn giới ngày sử dụng hệ thống điện xoay chiều ba pha, nhiên cần truyền tải khoảng cách khoảng 500 km thơng thường sử dụng công nghệ truyền tải điện chiều Hệ thống điện truyền tải bao... điện, hệ thống đường dây truyền tải thiết bị sử dụng điện Một hệ thống điện lớn cung cấp điện lực cho vùng miền, quốc gia chia nhỏ thành mảng lớn gồm: máy phát (sản xuất điện) , hệ thống truyền tải