Xét trường hợp khi lượng đặt giữ nguyên, nhưng phụ tải tại các nút khác thay đổi, Giải sử tại nút 5 thay đổi giảm 50%
- Lượng đặt CSTD là: P = -100 MW (dấu âm tại nút tải chỉ công suất phát ngược lại với công suất tiêu thụ)
- Lượng đặt điện áp là U=110 kV
Thông số các nút và kết quả tính được từ chương trình được mô phỏng như trên hình 2.12a,b.
b) Giá trị biên độ và góc pha điện áp tại các nút
Hình 2.11 Mô phỏng lưới có 3 loại nút nút V, nút PQ và nút PV ở chế độ có sự thay đổi phụ tải các nút _ tải nút 5 giảm 50% Từ hình 2.12a,b cho thấy các thông số tại nút 4 (nút PV):
- Lượng đặt vẫn không thay đổi. - 02 biến số tính được giá trị mới là: Q = 93,8 MVAr
và = 2,30o
Các giá trị tìm được trong các trường hợp trên cung cấp thông tin cho lựa chọn công suất bù và vận hành thiết bị bù tại nút 4.
Hiện nay, hầu hết các nước trên thế giới đều chuyển dịch cấu trúc lưới điện theo mô hình FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System). Trong đề tài này, thay vì các thiết bị bù thông thường là một STATCOM (Static Compensator)
được áp dụng bù công suất phản kháng tại các nút PV như đã phân tích ở trên. Trước đây, các STACOM có nhược điểm là dòng bù có lẫn nhiều sóng hài cao do sử dụng các VSC với linh kiện bán dẫn là thyristor. Ngày nay, các STATCOM – PWM (Static Compensator – Pulse Width Modulation) đảm bảo dòng bù chất lượng cao đã được áp dụng rất phổ biến trong hệ thống điện.
2.5 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG BẰNG STATCOM 2.5.1 Thiết bị bù tĩnh - STATCOM 2.5.1 Thiết bị bù tĩnh - STATCOM
Các STATCOM cũng giống như SVC (Static VAR Compensator) là một loại thiết bị tĩnh được tạo ra nhằm bù công suất phản kháng tại điểm kết nối với lưới. Khác hẳn với máy bù đồng bộ ở chỗ là nó không có chi tiết quay như rotor máy phát. Cũng chính vì thế, STATCOM có động học cao hơn, có thể phản ứng nhanh gần như tức thời. Về nguyên tắc, nó thực hiện chức năng điều chỉnh điện áp tương tự như SVC nhưng ổn định hơn, không giống như các SVC, hoạt động của nó không bị ảnh hưởng bởi ảnh hưởng của điện áp thấp. Một STATCOM có thể được mô tả như trên hình vẽ 2.13
a) b) Hình 2.13 Mô tả cấu trúc STATCOM.
a) Sơ đồ kết nối STATCOM với lưới tại nút k; b) Sơ đồ thay thế STATCOM Trong đó: Sơ đồ mạch tương đương như một mát phát Thevenin thường nhìn thấy từ phía nút k, với các nguồn điện áp EVR là tần số cơ bản thành phần của điện áp đầu ra VSC, kết quả từ các sản phẩm của VDC và ma. Trong các thành phần tần số cơ bản của STATCOM có thể được xem như dòng bù của một tụ điện đồng bộ, mà trong nhiều trường hợp là mô hình của một máy phát điện đồng bộ với với công suất tác dụng phát ra bằng 0. Một mô hình linh hoạt hơn có thể được biểu diễn các STATCOM như là một nguồn điện áp biến thiên EVR, mà độ lớn và góc pha có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng một thuật toán lặp thích hợp, để đáp ứng cho việc ổn định độ lớn điện áp tại điểm kết nối với lưới AC. Một STATCOM có thể được biểu diễn dưới dạng nguồn áp ba pha bởi:
(2.49)
trong đó: là các chỉ số của các pha a, b và c.
Độ lớn điện áp, VvR, được giới hạn trong phạm vi điện áp max và min, tuy nhiên, góc pha điện áp có thể lấy bất kỳ giá trị giữa 0 và 2 radian.
Với sơ đồ tương đương như trong hình 2.11 (b), và các tham số 3 pha giả thiết, có thể viết được phương trình sau:
(2.50)
Trong đó:
(2.51)
Phân tích dòng công suất qua STATCOM được thực hiện thông qua một nguồn áp đồng bộ với giới hạn về độ lớn điện áp Umax và Umin. Nguồn áp đồng bộ biểu diễn thành phần cơ bản của dạng sóng điện áp ở đầu bộ biến đổi của STATCOM.
Nút mà STATCOM nối vào được xem như nút PV, và sẽ trở thành nút PQ khi biến Q không thể thay đổi qua các giá trị cực hạn Qmax hoặc Qmin. Trong trường hợp này, công suất phản kháng phát ra hay hấp thụ sẽ tương ứng là không đổi và giữ nguyên với giá trị cực hạn Qmax hoặc Qmin. Không giống như SVC, STATCOM được biểu diễn như 1 nguồn áp, khả năng hỗ trợ điện áp nhanh chóng. Sơ đồ mạch tương đương của STATCOM có thể được mô tả như trên hình 2.14 để làm cơ sở cho xây dựng mô hình tính toán của bộ điều khiển.
Hình 2.14 sơ đồ mạch điện thay thế STATCOM kết nối tại nút k
Từ hình 2.14, các phương trình dòng công suất cho STATCOM được viết:
Chuyển sang dạng phức và tách riêng thành phần CSTD và CSPK tại nút k viết được như sau:
, (2.56)
, (2.58) , (2.59) Sử dụng các phương trình công suất này, mô hình STATCOM tuyến tính hóa được mô tả như sau:
(2.60)
Trong đó, biên độ điện áp VvR và góc pha vR là các biến trạng thái
2.5.2 Mô tả toán học STATCOM trên sơ đồ 3 pha a, b, c
Cấu trúc 3 pha của một STATCOM có thể được mô tả thông qua một sơ đồ thay thế như trên hình 2.15
Hình 2.15 Sơ đồ mạch điện thay thế 3 pha của một STATCOM Từ hình 2.15 có thể viết được tại nút các phương trình sau:
(2.62) (2.63)
(2.64) Trong đó, đại diện cho các pha a, b, và c ở bus k và tại các đầu cuối của nguồn.
Từ đây, với các biến trạng thái và của STATCOM viết được:
(2.65)
Trong đó: các Jacobian được tính:
(2.68)
(2.69)
)
Giải phương trình (2.65) thu được các thông tin về các biến trạng thái của hệ thông qua thuật toán tính lặp để đạt được kết quả về giá trị điện áp nút nằm trong giới hạn và góc pha để có được lượng công suất bù cần thiết.
2.5.3 Điều khiển điện áp nút bằng STATCOM
Trở lại hình 2.11 và 2.10 so sánh thành phần CSPK tại nút số 4 là nút PV cho thấy :
Trên hình 2.10: Q = 79,9 MVAr Trên hình 2.12: Q = 19,9 MVAr
Q = 79,5-19 = 60 MVAr
Tức là để đảm bảo tại nút 4 có P = 216,5 MW và U=105 kV không thay đổi khi sự cố đứt một trong hai đường dây song song nhánh L24 cần thiết phải bù một lượng CSPK là Qbù = 60 MVAr. Điều muốn nói ở đây là lượng Qbù này có thể được thực hiển bởi một STATCOM kết nối tại nút 4. Tất nhiên, việc STATCOM được kết nối trực tiếp hay thông qua máy biến áp hai cuộn dây là tùy theo thiết kế cụ thể, đề tài này vượt quá phạm vi đề cập của luận văn.
2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Tới đây, nội dung chương hai tạm thời được dừng lại sau khi đã thực hiện phân tích lưới một cách khá kỹ bằng công cụ thuật toán Newton-Raphson và phần mềm Matlab.
Việc phân tích mô hình lưới có hai loại nút V và nút PQ có ý nghĩa rất quan trọng cho công tác khảo sát đánh giá thực trạng lưới điện sẵn có và đề xuất các phương án vận hành hợp lý và các giải pháp tái cấu trúc lưới nếu cần thiết.
Tro khi đó, việc phân tích mô hình lưới có ba loại nút V, nút PQ và nút PV mang lại một ý nghĩa rất thiết thực cho giải pháp bù CSPK theo lượng đặt điện áp tại một nút chỉ định trong khi nút này thực hiện cố định phát CSTD.
Kết hình ảnh mô phỏng rõ ràng đã làm tăng sức thuyết phục cho kết quả nghiên cứu.
Tiếp theo, chương 3 sẽ cụ thể hóa các nghiên cứu của chương 2 áp dụng cho một lưới điện 110 kV thực tế tại khu vực tỉnh Vĩnh Phúc.
Chương III
TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT LƯỚI ĐIỆN 110 KV KHU VỰC TỈNH VĨNH PHÚC
3.1 GIỚI THIỆU LƯỚI ĐIỆN 110 KV VĨNH PHÚC 3.1.1 Mô tả cấu trúc lưới 3.1.1 Mô tả cấu trúc lưới
Lưới điện 110 kV khu vực tỉnh Vĩnh Phúc được thể hiện như sơ đồ trên hình 3.1.
Hình 3.1 Sơ đồ lưới điện 110 kV tỉnh Vĩnh Phúc Trong đó, gồm ba hạng mục chính:
- Phần nguồn: có 03 nguồn đại diện bởi 03 trạm biến áp 220/110 kV - Phần trạm biến áp 110 kV: có 08 trạm biến áp
- Phần đường dây 110 kV: là các đường dây xuất phát từ 03 trạm 220 kV kể trên và kiên kết với 08 trạm biến áp 110 kV.
Thông số nguồn, trạm biến áp và đường dây được thống kê như sau:
3.1.2 Nguồn điện
+ AT1 và AT2 có công suất đặt mỗi máy là 250MVA (tổng công suất đặt là 500MVA có điện áp 225/115/23kV, tỷ lệ phân bổ là 100/100/100%) cung cấp cho 07 lộ đường dây 110kV
+ T3 có công suất đặt là 63MVA (có điện áp 115/23kV, tỷ lệ phân bố là 100/100%) cung cấp điện áp cho thanh cái C41
- Trạm 220kV Vĩnh Yên (E25.2): gồm 2MBA AT1, AT2
+ Mỗi máy có công suất đặt là 250MVA, cấp điện áp 225/115/23 có cấp cho 4 lộ đường dây 110kV gồm: 171, 172, 173, 174 và thanh cái C41, C42 của trạm
- Trạm 220kV Việt Trì (E4.4): gồm 2 MBA AT1, AT2
+ AT1 và AT2 có công suất đặt mỗi máy là 125MVA (tổng công suất đặt là 250MVA có điện áp 225/115/11kV, tỷ lệ phân bổ là 125/125/25MVA) cung cấp cho 07 lộ đường dây 110kV
3.1.3 Thông số Lưới điện 110kV.
3.1.3.1- Thông số trạm biến áp:
1. Thông số và phương thức vận hành TBA 110kV Quang Minh (E1.36)
- TBA 110kV Quang Minh (E1.36) đặt tại thị trấn Quang Minh- Mê Linh- Hà Nội, Công suât đặt là 63MVA.
- Trạm gồm 01MBAT1- 115/38.5/23kV công suất 63/31,5/63MVA nhận điện 110kV từ đường dây 173 trạm 220kV Vân Trì (E1.23) cấp đến lộ 171 TBA 110kV Quang Minh (E1.36) qua MC112 (E1.36) cấp vào 172 E1.36 (Quang Minh).
- Trạm cung cấp điện 35kV, 22kV phục vụ cho đời sống chính trị, kinh tế, xã hội của khu công nghiệp Quang Minh, huyện Mê Linh. Trạm có 2 máy cắt tổng 110kV, 03 máy cắt 35kV, 09 máy cắt 22kV đang vận hành cung cấp điện. bên cạnh đó còn có hệ thống TU, TI, DCL, hệ thống tự dùng, một chiều, các thiết bị rơle bảo vệ…
- Phương thức kết dây hiện tại:
Phía 110 kV : MC 131, 112 đóng , DCL 171-7,172-7,131-1 đóng. Phía 35 kV : MC 331, 371 đóng,
2. Thông số và phương thức vận hành TBA 110kV Phúc Yên (E25.1)
Trạm 110kV Phúc Yên (E25.1) đặt tại Phường Hùng Vương thị xã Phúc Yên, công suất đặt là 126MVA.
Trạm E25.1 gồm 2 MBA 115/38.5/23kV (mỗi máy 63MVA, với tổng công suất 126MVA, tỷ lệ phân bổ công suất là 63/63/63MVA)
+ MBA T1 115/38.5/23kV (phân bổ công suất 63/63/63MVA), nhận điện 110kV từ đường dây 173 trạm 220kV Vân Trì (E1.23) cấp đến lộ 171 TBA 110kV Quang Minh (E1.36) qua MC112 (E1.36) cấp vào 172 E1.36 (Quang Minh) cấp đến lộ 171 E25.1 (Phúc Yên)
+ MBA T2 115/38.5/23kV (phân bổ công suất 63/63/63MVA), nhận điện 110kV từ đường dây 171 trạm 220kV Vĩnh Yên (E25.2) cấp đến lộ 172 TBA 110kV Thiện Kế (E25.4) qua MC112 (E25.4) cấp vào 171 E25.4 (Thiện Kế) cấp đến lộ 172 E25.1 (Phúc Yên)
MC112 của trạm vận hành chế độ thường đóng
Trạm cung cấp điện 35kV, 22kV phục vụ cho đời sống chính trị, kinh tế, xã hội của thị xã Phúc Yên, thị trấn Xuân Hòa, khu công nghiệp Quang Minh và các phụ tải lớn khác như Công ty Hon Da, Toyota, Thép Việt Đức. Trạm có 3 máy cắt tổng 110kV, 9 máy cắt 35kV, 12 máy cắt 22kV đang vận hành cung cấp điện. Bên cạnh đó còn có hệ thống TU, TI, DCL, hệ thống tự dùng, một chiều, các thiết bị rơle bảo vệ…
- Phương thức kết dây thời điểm hiện tại :
Phía 110 kV: MC 131, 132, 112 đóng, DCL 171-7, 172-7, 131-1, 131-3, 132-2, 132-3,112-1, 112-2 đóng. Phía 35 kV : - MC 371, 373, 375, 377, 372, 374, 378 đóng, - MC 312 cắt, DCL cắt 313-1, còn lại đóng. Phía 22 kV : - MC 471, 473, 477, 472, 482 đóng, - MC 412 cắt, DCL 412-2 cắt
Trạm 110kV Thiện Kế (E25.4) đặt tại xã Bá Hiến huyện Bình Xuyên, công suất đặt là 25MVA.
Trạm E25.4 gồm 01 MBA 115/23kV với công suất 25MVA (tỷ lệ phân bổ công suất là 25/25MVA)
+ Nhận điện 110kV từ trạm 220kV Vĩnh Yên lộ 171 (E25.2) cấp đến 172E25.4 qua MC112 cấp đến 171 E25.4 cấp đến 172E25.1.
+ Cấp điện 22kV cho khu công nghiệp Bá Thiện - Bình Xuyên. Trạm có 02MC 110kV, 01 MC tổng 22kV, 06 lộ xuất tuyến 22kV, bên cạnh đó còn có hệ thống TU, TI, DCL, hệ thống tự dùng, một chiều, các thiết bị rơle bảo vệ…
+ Phương thức vận hành bình thường: MC112 thường đóng
- Phương thức kết dây thời điểm hiện tại :
Phía 110 kV: MC112, 131, DCL171-7, 172-7, 112-1, 112-2, 131-1, 131-3 đóng. Phía 22 kV:
- MC 431, 471, 473, 475, 477, 481 đóng. - MC, DCL đang dự phòng : 479, 412-1
4. Thông số và phương thức vận hành TBA 110kV Lập Thạch (E25.3)
Trạm 110kV Lập Thạch (E25.3) đặt tại thị trấn Lập Thạch huyện Lập Thạch, công suất đặt là 50MVA.
Trạm E25.3 gồm 02 MBA 115/38.5/23 (11kV) với công suất 50MVA
+ MBAT1 cấp điện áp 115/38,5/23 (11) kV (tỷ lệ phân bổ công suất là 25/16/12,5MVA), nhận điện 110kV từ đường dây 171E4.4 (trạm 220kV Việt Trì) cấp đến 171E25.3
+ MBA T2 cấp điện áp 115/38,5/23 (11)kV (tỷ lệ phân bổ công suất là 25/25/12,5MVA), nhận điện 110kV từ đường dây 171E4.4 (trạm 220kV Việt Trì) cấp đến 171E25.3 qua MC112 của trạm
+ Cung cấp điện 35, 10kV cho khu vực huyện Lập Thạch và Tam Dương. Trạm có 02 MC tổng 110kV, 03 MC tổng 35kV, 03 MC tổng (22kV) 10kV, 03 lộ xuất tuyến 35kV và 04 lộ xuất tuyến 10kV, bên cạnh đó còn có hệ thống TU, TI, DCL, hệ thống tự dùng, một chiều, các thiết bị rơle bảo vệ…
- Phương thức kết dây thời điểm hiện tại:
- MC 171, 112 đóng. - CD 171-7; 171-1; 131-1; 131-08; 112-1; 112-2; 132-2 Phía 35kV - MC 331; 332; 372; 373 đóng - MC 371 cắt dự phòng. Phía 10kV - MC 931; 932 ; 941-1; 971; 973; 975; 977 đóng. - CD 912-1 đóng.
5. Thông số và phương thức vận hành TBA 110kV Vĩnh Yên (E4.3)
Trạm 110kV Vĩnh Yên (E4.3) đặt tại xã Quất Lưu huyện Bình Xuyên, công suất đặt là 126MVA.
Trạm E4.3 gồm 2MBA 63MVA 115/38.5/23kV với tổng công suất 126MVA + MBAT1 cấp điện áp 115/38,5/23 kV (tỷ lệ phân bổ công suất là 63/40/63MVA), nhận điện 110kV từ đường dây 173E25.2 (trạm 220kV Vinh Yên) cấp đến 171E4.3
+ MBA T2 cấp điện áp 115/38,5/23 kV (tỷ lệ phân bổ công suất là 63/63/63MVA), nhận điện 110kV từ đường dây 172E25.2 (trạm 220kV Vĩnh Yên) cấp đến 172E4.3
+ Cung cấp điện 35kV, 22kV phục vụ cho đời sống chính trị, kinh tế, xã hội của thành phố Vĩnh Yên và một số khu vực khác của tỉnh Vĩnh Phúc. Trạm có 3 máy cắt tổng 110kV, 10 máy cắt 35kV, 14 máy cắt 22kV đang vận hành cung cấp điện. Bên cạnh đó còn có hệ thống TU, TI, DCL, hệ thống tự dùng, một chiều, các thiết bị rơle bảo vệ…
- Phương thức kết dây điểm hiện tại:
Phía 110kV + MC 132, 131, T102 đóng. + CD 131-1, 131-3, 132-2, 132-3,T102-2, 131-08 đóng. + MC 112 cắt, CD112-1, 112-2 cắt. Phía 35kV + MC 331, 332, 374, 376, 371, 373, 375, 377 đóng.
+ DCL 331-1, 331-3, 332-2, 332-3, 371-1, 371-7, 373-1, 373-7, 374-2, 374-7, 375- 1, 375-7, 376-2, 376-7, 377-1, 377-7 đóng + DCL312-1, 312-2, 372-2, 372-7 cắt. + MC 312, 372 cắt. Phía 22kV + MC 471, 472, 473, 474, 475, 476, 477, 478, 482, 484, 486,4 31, 432 đóng. + MC 412 cắt.
6. Thông số và phương thức vận hành TBA 110kV Vĩnh Tường (E25.5)