0
Tải bản đầy đủ (.pdf) (141 trang)

ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ BÙ DỌC TCSC TRONG HTĐ

Một phần của tài liệu TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ FACTS (SVC; TCSC) VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 220 KV MIỀN BẮC VIỆT NAM (Trang 57 -57 )

2.6.1. Thiết bị bù dọc trong việc truyền tải công suất

Cơ sở cho việc áp dụng thiết bị bù dọc công suất phản kháng là để giảm ảnh hƣởng của điện kháng trên đƣờng dây truyền tải từ điểm phát đến điểm nhận. Điện kháng X trong quan hệ P =V2/Xsinδ đặc trƣng cho mối quan hệ truyền tải công suất trên một đƣờng dây đơn. Xem xét mô hình 2 máy phát đơn giản với 1 tụ điện bù dọc trên 1 đƣờng dây đơn. Xem xét mô hình 2 máy phát đơn giản với một tụ điện bù dọc trên đƣờng dây, mà để đơn giản trong việc nghiên cứu, chung ta giả thiết rằng tụ điện đƣợc tạo nên từ 2 phần bằng nhau nhƣ hình 2.20a.

Hình 2.21. (a) Hệ thống 2 máy phát với thiết bị bù dọc công suất phản kháng, (b) đồ thị véc tơ; (c) các đường cong công suất tác dụng và công suất phản kháng qua tụ bù dọc với góc lệch các đường cong công suất tác dụng và công suất phản

kháng qua tụ bù dọc với góc lệch .

Điện áp và dòng điện pha tƣơng ứng đã đƣợc chỉ ra trong hình 2.21 (b). Nhận thấy rằng, khi điện áp ở 2 đầu đƣờng dây nhƣ nhau, biên độ của điện áp tổng dọc theo điện kháng đƣờng dây, Vx = 2Vx/2 tăng lên khi có điện áp ngƣợc chiều Vc dọc theo tụ điện bù dọc.

Điện kháng thực trên đƣờng dây truyền tải Xeff khi có thiết bị bù dọc công suất phản kháng đƣợc xác định bằng:

Xeff = X – XC (2.23)

Hoặc Xeff = (1-k)X (2.24) Trong đó, k là hệ số bù dọc, do đó:

k = Xc/X 0 ≤ k < 1 (2.25)

Giả thiết VS=Vr =V trong hình 2.23b, dòng điện trong đƣờng dây đƣợc bù và công suất tác dụng truyền tải tƣơng ứng có thể lấy đƣợc theo các công thức sau:

(2.26)

Công suất phản kháng phát ra bởi tụ điện bù dọc theo công thức sau: (2.28)

Mối quan hệ giữa công suất tác dụng P, công suất phản kháng của tụ điện bù dọc QC, và góc đã đƣợc vẽ trên đồ thị với các giá trị thay đổi của hệ số bù dọc k trong hình 2.21(c). Có thể thấy độ dốc của công suất truyền tải tăng lên theo hệ số bù dọc k. Công suất phản kháng do tụ điện bù dọc phát ra cũng tăng đột ngột cùng với k và thay đổi cùng với góc giống nhƣ công suất phản kháng của đƣờng dây.

Các mối quan hệ giữa mô tả thiết bị bù dọc công suất phản kháng có thể đƣợc giải thích theo tính chất vật lý. Trở kháng của tụ điện trong máy bù dọc khử một phần điện kháng của bản thân đƣờng dây và vì vậy tổng trở kháng của đƣờng dây truyền tải theo (2.23), đã giảm đi giống nhƣ đƣờng dây bị ngắn lại. Giải thích đúng đắn về mặt vật lý sẽ giúp để hiểu rõ các bộ điều khiển công suất cơ sở chuyển đổi, mà ở đó, để tăng dòng điện (tƣơng ứng với công suất truyền tải) trong một đƣờng dây thực, trở kháng dọc đƣợc đƣa vào trong đƣờng dây làm cho điện áp dọc theo tổng trở kháng tăng lên. Điều đó có thể đƣợc thực hiện bởi các phần tử mạch nối tiếp thích hợp, giống nhƣ một tụ điện, trở kháng của nó sẽ tạo ra điện áp ngƣợc với điện áp dọc theo điện kháng đƣờng dây (nhƣ đồ thị hình 2.21(b) đã chỉ ra), bởi vậy nó đã gây ra điện áp sau cùng đƣợc tăng lên. Bởi vậy, phần tử mạch bù xắp xếp theo thứ tự có thể đƣợc hình dung nhƣ là một nguồn điện áp xoay chiều mà trực tiếp đƣa điện áp bù nhƣ mong muốn vào dọc với đƣờng dây.

2.6.2. Thiết bị bù dọc nâng cao ổn định điện áp

Thiết bị bù dọc công suất phản kháng đƣợc sử dụng để giảm điện kháng đƣờng dây, cực tiêu dao động điện áp ở đầu ra và để giảm khả năng sụp đổ điện áp. Một hệ thống điện đơn giản với điện kháng đƣờng dây X, điện kháng bù dọc Xc, và tổng trở của tải Z đã đƣợc chỉ ra ở hình 2.22 (a). Các đồ thị ở hình 2.22 (b) là mối quan hệ giữa điện áp đầu đƣờng dây V và công suất tác dụng P truyền tải trên đƣờng dây trong trƣờng hợ tải thuần trở bằng 0.5 theo các hệ số bù dọc công suất phản kháng khác nhau. Các đƣờng cong cho thấy sự ổn định điện áp phụ thuộc vào

làm tăng một cách đáng kể giới hạn ổn định điện áp. Thiết bị bù dọc công suất phản kháng làm giảm bớt một phần điện kháng đƣờng dây và do đó cung cấp một nguồn điện áp lớn cho tải. Để tăng đƣợc giới hạn ổn định điện áp của đƣờng dây truyền tải, thiết bị bù dọc công suất phản kháng có hiệu quả hơn nhiều so với thiết bị bù ngang công suất phản kháng mà có cùng công suất định mức.

Hình 2.22. Công suất truyền tải và giới hạn ổn định điện áp của đường dây truyền tải khi có máy bù dọc công suất phản kháng

2.7. KẾT LUẬN

Sau khi tìm hiểu cấu tạo và các đặc tính làm việc của các thiết bị SVC, TCSCcho thấy:

TCR là phần tử chính trong các thiết bị bù SVC và TCSC nhằm tăng cƣờng tính linh hoạt của đƣờng dây truyền tải trong HTĐ. Khi dòng điện đi qua TCR, ngoài thành phần cơ bản nó sinh ra các thành phần song hài bậc cao. Các thành phần này sẽ ảnh hƣởng không tốt đến các chế độ vận hành HTĐ, vì thế ta phải sử dụng thêm các bộ lọc song hài.

Để đánh giá đƣợc khả năng ứng dụng của SVC trong hệ thống điện để giữ ổn định điện áp, TCSC trong hệ thống điện để nâng cao khả năng truyền tải ta sử dụng phần mềm PSS/E để tính toán và đánh giá hiệu quả của thiết bị trên lƣới điện mẫu 12 nút.

CHƢƠNG 3

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA THIẾT BỊ

FACTS (SVC, TCSC) TRONG LƢỚI ĐIỆN MẪU 12NÚT

3.1. CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PSS/E 3.1.1. Tổng quan về phần mềm PSS/E 3.1.1. Tổng quan về phần mềm PSS/E

PSS/E (Power System Simulator for Engineering) PSS/E là phần mềm mô phỏng HTĐ trên máy tính nhằm mục đích tính toán nghiên cứu phục vụ vận hành cũng nhƣ quy hoạch HTĐ. Phiên bản đầu tiên của PSS/E ra đời vào năm 1976, phiên bản đƣợc sử dụng là PSS/E Version 30.2

Các chức năng chính của PSS/E:

- Tính toán trào lƣu công suất - Tính toán ngắn mạch

- Tính toán tối ƣu hóa trào lƣu công suất - Tính toán ổn định

Giao diện chính của chƣơng trình: nhƣ hình 3.2

Hình 3.2. Giao diện chính của chương trình PSS/E

3.1.2. Mô tả các phần tử trong PSS/E

- Buses (nút): Bus là thành phần quan trọng cần khai báo đầu tiên trong PSS/E, mọi phần tử khác sẽ đƣợc nối vào Bus.

+ Bus Number + Bus Name

+ Base kV: điện áp của Bus (thông thƣờng tại 1 trạm điện mỗi cấp điện áp sẽ là 1 Bus).

+ Area, Zone

+ Code (xác định xem Bus là loại gì: 1 - nút tải (PQ), 2 - nút nguồn (PV), 3 - nút Swing, 4 - nút cô lập).

*Khi nút PV không giữ được điện áp thì code tự động chuyển thành -2.

+ Các Swing Bus hiện tại: Hà Khẩu (7001), Tân Kiều (7052), M_M_TIAO (7101), MA_GUAN (7152), THAMCAU (7201), HBINH_H1 (28610).

- Branches (Nhánh): + From Bus

+ To Bus

+ Id (thứ tự các mạch song song)

+ Line R (RL), line X (XL), Charging (BL). + In-service (đƣờng dây vận hành hay không)

+ RateA, RateB, RateC: các mức mang tải (thƣờng chỉ sử dụng RateA)

+ Line B (From); Line B (To): dùng để mô tả kháng bù ngang trên HTĐ 500kV.

+ Length: chiều dài đƣờng dây (km)

Hình 3.3. Dữ liệu các nhánh trong PSS/E

- Phụ tải đƣợc mô tả gồm các thành phần: + Bus Number/bus name

+ Id (khi có nhiều Load tại 1 Bus) + Area/Zone: Miền phụ tải/vùng phụ tải + In-service

Dùng lệnh Scale để thay đổi Load của cả hệ thống hoặc miền, hoặc một khu vực cụ thể (thông qua các Area/Zone của khu vực đó).

Có thể hiệu chỉnh hệ số Cos(φ) (Power Factor) khi tính các chế độ khác nhau.

Hình 3.4. Dữ liệu các phụ tải trong PSS/E

- Máy phát điện đƣợc mô tả trong 2 Tab: Machines và Plants - Machines:

+ Bus Number/Bus Name + Id, In-service.

+ Pgen: Công suất phát của tổ máy, giá trị này thƣờng xuyên phải thay đổi tùy thuộc vào cấu hình nguồn tính toán, riêng swing bus (code 3) chƣơng trình sẽ tự tính Pgen.

+ Pmax, Pmin: Công suất tối đa của tổ máy, có thể thay đổi theo cột nƣớc thủy điện hoặc số lò nối vào ST (TBK).

+ Qmax, Qmin: có thể thay đổi. Ví dụ: khi Ialy phát thì Qmin = -40, khi bù thì Qmin = -100 (đối với các tổ máy H1, H3, H4).

Hình 3.5. Dữ liệu các máy phát trong PSS/E

- Một số Machines đặc biệt:

+ Các nút Trung Quốc cấp điện cho Việt Nam đƣợc coi là các Machines đặt tại Swing Bus.

+ SVC - Việt Trì, SVC - Thái Nguyên đƣợc coi là các Machines có P = 0; khai báo Qmax, Qmin.

+ Số lƣợng thủy điện nhỏ là rất lớn và đƣợc mô tả đến từng tổ máy, trong thực tế vận hành thƣờng chỉ thống kê con số tổng của các miền.

- Tab Plants chỉ cần khai báo 2 tham số:

+ Vsched: giá trị điện áp nút cần giữ, đây là tham số quan trọng để điều chỉnh điện áp nút, khi tổ máy hết khả năng phát (hút) Q mà điện áp vẫn không đạt Vsched thì Code của Bus chuyển thành -2. Tùy vào giá trị Vsched mà PSS/E sẽ tính

+ Remote Bus Number: bus mà tổ máy sẽ giữ điện áp (tại Hòa Bình 8 tổ máy sẽ giữ điện áp tại thanh cái 220kV nằm trong khoảng từ 229-242kV).

- Mô tả các Tụ bù ngang 110kV, 35kV (Phú Lâm). + Khai báo trong giá trị Binit (MVAr)

+ Thông thƣờng trong file max sẽ đóng tất cả các Tụ, file min sẽ cắt hết. + Lƣu ý một số tụ bù ngang hạn chế đóng cắt tránh dao động điện áp tại nút tải (Nghi Sơn).

+ Máy biến áp 2 cuộn dây: không cần thiết phải thay đổi giá trị của Tab này. + Thực tế vận hành có thể phải thay đổi nấc MBA tăng áp của máy phát, tuy nhiên trong chƣơng trình chỉ cần điều chỉnh Vched là có thể điều khiển khả năng phát (hút) Q của tổ máy.

Hình 3.6. Dữ liệu các máy biến áp trong PSS/E

- Máy biến áp 3 cuộn dây: Các MBA 500kV đều đƣợc mô tả trong Tab này.

+ Tab này có 1 Tab con là Windings chỉ khi click vào 1 MBA cụ thể thì mới nhìn thấy thông số trong Windings.

+ Các tham số MBA: R1-2, X1-2, R2-3, X2-3, R3-1, X3-1;

+ In-service: gồm 4 giá trị: All-out-service, wind1, wind2, wind3 out service (do MBA 500kV có thể chỉ mở vòng 1 phía). Nếu tách toàn bộ MBA cần phải chuyển code của Bus phía hạ áp sang code 4 để tránh lỗi Island.

+ Trong Tab Windings có thể phải chỉnh Rate A (ví dụ khi thay dây dẫn phía 220kV của MBA Phú Lâm).

+ Ratio (pu): tham số thƣờng xuyên thay đổi tùy thuộc vào chế độ tính toán.

Bảng 3.1. Bảng quy đổi nậc máy biến áp

3.1.3. Một số FILE của PSS/E

- File .SAV: đây là file tổng hợp có thể dùng tính chế độ xác lập, ngắn mạch. Thông thƣờng sẽ có file .SAV cho 3 chế độ Max, Min, Med cho từng tuần.

- File .RAW: chỉ chứa các thông tin về chế độ xác lập.

- File .SEQ: chứa các thông số thứ tự dùng cho tính toán ngắn mạch. - File .DYR: dùng để tính toán ổn định

- File .SUB: chứa thông tin về Subsystem dùng để tính bài toán PV Analysis.

Ratio Ratio (pu)

1 1.1000 2 1.0875 3 1.0750 4 1.0625 5 1.0500 6 1.0375 7 1.0250 8 1.0125 9 1.0000 10 0.9875 11 0.9750 12 0.9625 13 0.9500 14 0.9375 15 0.9250 16 0.9125 17 0.9000

- File.CON: chứa thông tin về sự cố, bất thƣờng (Contingency) trong bài toán PV Analysis.

- File.SLD (Single Line Diagram): file sơ đồ dùng để giám sát tổng thể HTĐ, thao tác tách thiết bị trực tiếp trên sơ đồ SLD.

Hình 3.7. Hình ảnh FILE SLD

- File.IDV (IDEV): phục vụ việc tính toán tự động có thể record lại các thao tác thƣờng xuyên thực hiện.

- File.PY (Python): tƣơng tự file.IDV viết bằng ngôn ngữ Python, hiện tại đã xây dựng đƣợc các file phục vụ việc tính toán, Report ra file Excel.

3.1.4. Các lệnh của PSS/E

Hình 3.8. Màn hình chỉ các câu lệnh trong PSS/E

- Trên màn hình chính click vào nút CLS để mở cửa sổ Command Line Input, lƣu ý chọn Command language là PSS/E Response.

- Đây là cửa sổ nhập lệnh của PSS/E. Khi gõ các lệnh kiểm tra chế độ hệ thống sẽ xuất hiện thêm các tab Report.

- FD (Fixed slope Decouped Newton-Raphson solution) - FN (Full Newton-Raphson solution)

Đây là 2 lệnh chính để giải bài toán Power Flow (PF). Thông thƣờng sẽ chạy 1 vài lần để đảm bảo Mismatch < 1.

- Rate: lệnh kiểm tra mức mang tải của các phần tử, có thể kiểm tra theo cấp điện áp, theo Area, Zone.

- Vchk: lệnh kiểm tra điện áp của hệ thống hoặc Area, Zone, cần nhập vào giá trị Vmax, Vmin (pu).

- Tree: kiểm tra các nút Island.

- Outs: kiểm tra các phần tử Out of services

- Flat: đƣa điện áp các Bus về (1+j0), thực tế khi sử dụng chƣơng trình sẽ không hội tụ.

- Gens: liệt kê dữ liệu máy phát. Sử dụng kiểm tra tổng nguồn HT (Gens all), nguồn của các miền (Gens zone tƣơng ứng).

- Save *, Case *: save file, gọi file gần nhất, trƣớc khi thay đổi thông số cần save file, nếu file không hội tụ thì gọi lại file gần nhất.

Các lệnh về Scale tải, tách bus, nhập bus có thể thực hiện trực tiếp bằng button trên Menubar.

3.1.5. Sử dụng PSS/E để tính toán

Hình 3.9. Sơ đồ khối tính toán

Dữ liệu đầu vào:

- Cơ cấu huy động nguồn - Dự báo phụ tải - Công tác lƣới PSS/E LF Kết quả tính toán Đảm bảo điều kiện kỹ thuật Phƣơng thức lƣới Yes Thay đổi thông số đầu vào No Từ file UCREPORT.xlsm,

file công tác lƣới.

Đƣa vào file .SAV Max,

- Trình tự tính toán

- Dùng PSS/E để tính toán, đánh giá ảnh hƣởng của các công tác lƣới tới chế độ vận hành của HTĐ.

- Dùng cơ cấu huy động nguồn, lịch sửa chữa, dự báo phụ tải, kết dây cơ bản làm đầu vào cho 2 file .SAV Max, Min.

- Tính toán chế độ đƣa ra nhận xét, cảnh báo. - Đề xuất, kiến nghị các giải pháp.

3.2. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA THIẾT BỊ FACTS (SVC; TCSC) TRONG LƢỚI ĐIỆN MẪU 12 NÚT LƢỚI ĐIỆN MẪU 12 NÚT

3.2.1. Giới thiệu về lƣới điện

Lƣới điện mẫu là một lƣới điện đƣợc Prabha Kundur (tác giả của cuốn sách

Power System Stability) viết ra nhằm mục đích nghiên cứu các bài toán liên quan đến tính ổn định của hệ thống. Hiện nay lƣới điện này là mô hình đƣợc dùng phổ biến cho các bài toán mô phỏng tính ổn định của hệ thống.

Hình 3.10. Mô hình lưới mẫu 12 nút

Lƣới điện mẫu bao gồm 12 nút, trong đó có 4 máy phát. Hệ thống đƣợc chia làm 2 vùng có sơ đồ lƣới giống nhau và đƣợc nối với nhau qua 1 đƣờng dây kép giữa 2 nút 7 và 9. Mỗi vùng bao gồm 2 máy phát có công suất giống nhau và phụ tải của mỗi vùng đƣợc đặt tập trung tại nút 7 và nút 9. Tần số định mức của hệ thống là

G4 4 G3 8 9 10 11 3 110 km 10 km 25 km L9 G2 2 G1 1 5 6 7 110 km 10 km 25 km L7 12

Việc mô phỏng chế độ xác lập cho ta trạng thái ban đầu của hệ thống. Sau khi giải chế độ xác lập, chúng ta sẽ có những thông tin về điện áp nút, công suất phát của các nhà máy, công suất các tải và trào lƣu công suất trên các nhánh.

Để giải tích chế độ xác lập, chúng ta cần đƣa thông tin của lƣới điện nhƣ sau: - Thông số của các nút trong lƣới điện (phụ lục 1)

- Thông số về các máy phát (phụ lục 2)

- Thông số về các phụ tải và các tụ bù ngang (phụ lục 3) - Thông số về các nhánh (phụ lục 4)

3.2.2. Tính toán, phân tích đánh giá hiệu quả của thiết bị SVC trong lƣới điện mẫu 12 nút ở chế độ xác lập bằng phần mềm PSS/E mẫu 12 nút ở chế độ xác lập bằng phần mềm PSS/E

Mô hình lƣới điện mẫu 12 nút khi lắp đặt SVC tại nút 8 thể hiện nhƣ hình

Một phần của tài liệu TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ FACTS (SVC; TCSC) VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 220 KV MIỀN BẮC VIỆT NAM (Trang 57 -57 )

×