Luận văn thạc sĩ về giải tích hệ thống điện truyền tải kết hợp với UPFC và thuật toán LFB

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu giải tích hệ thống điện truyền tải kết hợp UPFC sử dụng giải thuật LFB, mang lại hiệu quả tối ưu.

• Tác giả: Nguyễn Quốc Thới
• Người hướng dẫn: TS. Hồ Văn Hiến
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Giải Tích Hệ Thống Điện Truyền Tải Kết Hợp Với UPFC Dùng Giải Thuật LFB
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
• 1.1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 1.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
• 1.4. NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
• 1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.6. BỐ CỤC LUẬN VĂN
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN
• 2.2. CƠ SỞ KIẾN THỨC
• 2.3. ĐIỀU KHIỂN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT
• 2.4. CÁC THIẾT BỊ FACTS TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
• 2.5. GIỚI THIỆU VÀ PHÂN LOẠI CÁC THIẾT BỊ FACTS
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN BỐ CÔNG SUẤT QUI ƯỚC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
• 3.1. CÁC KHÁI NIỆM PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỔNG QUÁT
• 3.2. CÔNG THỨC CƠ BẢN
• 3.3. CÁC BIẾN SỐ VÀ PHÂN LOẠI THANH CÁI
• 3.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT
• 3.5. CÁC CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT
• 3.6. CHUẨN BỊ SỐ LIỆU VÀ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP GAUSS – SEIDEL
• 3.7. PHƯƠNG PHÁP NEWTON – RAPHSON
• 4. CHƯƠNG 4: GIẢI BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT LFB TRÊN MẠNG ĐIỆN KÍN KẾT HỢP UPFC
• 4.1. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT BẰNG THUẬT TOÁN LINE FLOW BASED (LFB)
• 4.2. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CÔNG SUẤT
• 4.3. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP NHÁNH
• 4.4. PHƯƠNG PHÁP TỔNG TRỞ MẠCH VÒNG
• 4.5. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT PHƯƠNG PHÁP LFB TRONG MẠNG ĐIỆN KÍN
• 4.6. ÁP DỤNG THUẬT TOÁN LFB TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT KHI CHƯA CÓ SỰ THAM GIA CỦA THIẾT BỊ UPFC, SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB
• 4.7. KIỂM TRA KẾT QUẢ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT MẠNG ĐIỆN 5 NÚT BẰNG PHƯƠNG PHÁP NEWTON – RAPHSON
• 4.8. ÁP DỤNG THUẬT TOÁN LFB TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT KHI CÓ SỰ THAM GIA CỦA THIẾT BỊ UPFC, SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu tổng quan

Nhu cầu về nguồn năng lượng điện ngày càng tăng ở nhiều quốc gia, dẫn đến việc nâng cấp hệ thống điện và xây dựng đường dây truyền tải điện mới gặp nhiều khó khăn. Việc truyền tải điện năng qua các đường dây dài và điện áp cao gây ra lượng công suất phản kháng lớn, ảnh hưởng đến chế độ làm việc của máy phát và phân bố công suất trong hệ thống. Để khắc phục tình trạng này, việc lắp đặt các thiết bị như UPFC (Unified Power Flow Controller) là cần thiết. Thiết bị này có khả năng điều chỉnh công suất tác dụng, công suất phản kháng và điện áp, từ đó nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điện. Nghiên cứu này áp dụng phương pháp Line Flow Based (LFB) để phân tích và tính toán phân bố công suất trong mạng điện có sự tham gia của UPFC.

II. Cơ sở lý thuyết

Phương pháp LFB được xây dựng dựa trên các phương trình dòng công suất và điện áp nhánh. Phương pháp này cho phép tính toán phân bố công suất một cách hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống như Newton-Raphson hay Gauss-Seidel. UPFC đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh công suất và điện áp trong hệ thống điện. Việc sử dụng UPFC giúp cải thiện khả năng truyền tải điện và giảm thiểu tổn thất năng lượng. Nghiên cứu này sẽ mô phỏng và so sánh kết quả giữa phương pháp LFB và phương pháp Newton-Raphson để đánh giá độ chính xác và hiệu quả của phương pháp mới.

III. Phân bố công suất qui ước trong hệ thống điện

Phân bố công suất trong hệ thống điện là một vấn đề quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của mạng lưới. Các phương pháp giải bài toán phân bố công suất như LFB và Newton-Raphson được sử dụng để tính toán công suất trên các nhánh của mạng điện. Nghiên cứu này sẽ áp dụng phương pháp LFB để tính toán phân bố công suất trong mạng điện mẫu 5 nút, có và không có sự tham gia của UPFC. Kết quả sẽ được so sánh với phương pháp Newton-Raphson để đánh giá tính chính xác và hiệu quả của phương pháp LFB.

IV. Giải bài toán phân bố công suất LFB trên mạng điện kín kết hợp UPFC

Phương pháp LFB được áp dụng để giải bài toán phân bố công suất trong mạng điện kín có sự tham gia của UPFC. Các phương trình cân bằng công suất và điện áp được thiết lập để tính toán công suất trên các nhánh. Mô phỏng được thực hiện trên phần mềm Matlab, cho phép đánh giá tác động của UPFC đến công suất tác dụng, công suất phản kháng và điện áp trên các nút. Kết quả cho thấy việc lắp đặt UPFC giúp cải thiện đáng kể khả năng truyền tải điện và phân bố công suất trong hệ thống.

V. Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp LFB là một công cụ hiệu quả trong việc phân bố công suất trong hệ thống điện có sự tham gia của UPFC. Kết quả cho thấy phương pháp này không chỉ cho độ chính xác cao mà còn giúp cải thiện hiệu suất truyền tải điện. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa vị trí lắp đặt UPFC trong mạng điện để đạt được hiệu quả tối ưu nhất trong việc điều chỉnh công suất và điện áp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng nhanh chóng trên toàn cầu, đặc biệt tại các quốc gia đang phát triển như Việt Nam. Tuy nhiên, việc nâng cấp và mở rộng hệ thống lưới điện truyền tải gặp nhiều khó khăn về kinh tế, kỹ thuật và môi trường, dẫn đến tình trạng quá tải cục bộ và mất cân bằng điện áp trên mạng lưới. Theo ước tính, các đường dây truyền tải điện cao áp thường phát sinh công suất phản kháng lớn, ảnh hưởng tiêu cực đến sự ổn định và hiệu quả vận hành của hệ thống. Do đó, việc nghiên cứu các giải pháp điều khiển và tối ưu phân bố công suất trên lưới điện truyền tải là cấp thiết nhằm nâng cao khả năng truyền tải, ổn định điện áp và giảm tổn thất.

Luận văn tập trung nghiên cứu giải thuật Line Flow Based (LFB) để phân tích hệ thống điện truyền tải kết hợp với thiết bị điều khiển dòng công suất hợp nhất (UPFC). Mục tiêu chính là xây dựng và mô phỏng thuật toán LFB trên mạng điện mẫu 5 nút, đánh giá tác động của UPFC đến phân bố công suất tác dụng, công suất phản kháng và điện áp các nút, đồng thời so sánh kết quả với phương pháp Newton-Raphson truyền thống nhằm kiểm chứng độ chính xác và hiệu quả của giải thuật mới. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi hệ thống điện truyền tải ổn định, không xét đến các điều kiện quá độ hay ngắn mạch, với dữ liệu mô phỏng trên phần mềm Matlab.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các phương pháp điều khiển linh hoạt, nâng cao hiệu suất vận hành hệ thống điện truyền tải, đồng thời góp phần thúc đẩy ứng dụng các thiết bị FACTS như UPFC trong thị trường điện cạnh tranh hiện nay. Việc áp dụng giải thuật LFB giúp giảm thời gian hội tụ và đơn giản hóa quá trình tính toán, mở ra hướng đi mới cho công tác điều khiển và tối ưu hệ thống điện truyền tải.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính:

1. Lý thuyết điều khiển hệ thống điện truyền tải:

   • Công suất tác dụng và phản kháng truyền tải giữa các thanh cái được mô tả qua các phương trình cân bằng công suất và điện áp, trong đó công suất tác dụng tỷ lệ với góc lệch pha giữa các nút, còn công suất phản kháng phụ thuộc vào biên độ điện áp và điện kháng đường dây.
   • Các thiết bị FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) như UPFC, STATCOM, TCSC, SSSC được sử dụng để điều khiển dòng công suất, điện áp và công suất phản kháng nhằm nâng cao khả năng truyền tải và ổn định hệ thống.

2. Mô hình và giải thuật phân bố công suất Line Flow Based (LFB):

   • Phương pháp LFB dựa trên các phương trình dòng công suất trên các nhánh và điện áp các nút, sử dụng ma trận liên thuộc để mô tả mối quan hệ giữa các biến số trong mạng điện kín.
   • LFB không sử dụng ma trận Jacobian hay các phương trình lượng giác phức tạp, giúp tăng tốc độ hội tụ và đơn giản hóa tính toán.
   • Mô hình UPFC được tích hợp vào hệ thống với khả năng điều chỉnh công suất tác dụng, phản kháng và điện áp tại các nút, được mô tả bằng các phương trình công suất tuyến tính hóa phù hợp với thuật toán LFB.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm:

• UPFC (Unified Power Flow Controller): thiết bị điều khiển dòng công suất tác dụng, phản kháng và điện áp trong hệ thống điện truyền tải.
• Phân bố công suất (Power Flow Analysis): quá trình tính toán điện áp, góc pha, công suất tác dụng và phản kháng trên các nút và nhánh của mạng điện.
• Phương pháp Newton-Raphson: phương pháp giải bài toán phân bố công suất truyền thống dựa trên phép lặp và ma trận Jacobian.
• Phương pháp Gauss-Seidel: phương pháp lặp đơn giản để giải bài toán phân bố công suất, thường có tốc độ hội tụ chậm hơn Newton-Raphson.
• Ma trận liên thuộc (Incidence Matrix): ma trận biểu diễn mối quan hệ giữa các nút và nhánh trong mạng điện, dùng trong phương pháp LFB.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu:
  Dữ liệu mô phỏng được chuẩn bị cho mạng điện mẫu 5 nút, bao gồm thông số các thanh cái, đường dây, và vị trí đặt thiết bị UPFC. Các thông số này được lấy từ các tài liệu chuyên ngành và mô hình chuẩn trong lĩnh vực kỹ thuật điện.

• Phương pháp phân tích:

  • Xây dựng thuật toán LFB để tính toán phân bố công suất trên mạng điện kín, bao gồm các phương trình cân bằng công suất, điện áp nhánh và tổng trở mạch vòng.
  • Mô phỏng các trường hợp mạng điện không có và có thiết bị UPFC, đánh giá ảnh hưởng của UPFC đến công suất tác dụng, phản kháng và điện áp các nút.
  • So sánh kết quả với phương pháp Newton-Raphson để kiểm tra độ chính xác và hiệu quả của giải thuật LFB.

• Timeline nghiên cứu:

  • Giai đoạn 1: Thu thập tài liệu, nghiên cứu lý thuyết về hệ thống điện truyền tải, thiết bị FACTS và giải thuật phân bố công suất (3 tháng).
  • Giai đoạn 2: Xây dựng và lập trình thuật toán LFB trên Matlab, mô phỏng mạng điện mẫu 5 nút (4 tháng).
  • Giai đoạn 3: Phân tích kết quả, so sánh với phương pháp Newton-Raphson, hoàn thiện luận văn (2 tháng).

• Cỡ mẫu và chọn mẫu:
  Mạng điện mẫu 5 nút được chọn làm mô hình nghiên cứu nhằm đảm bảo tính khả thi và dễ dàng kiểm soát các biến số trong quá trình mô phỏng. Việc lựa chọn mạng điện nhỏ giúp tập trung phân tích chi tiết ảnh hưởng của UPFC và thuật toán LFB.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả của giải thuật LFB trong tính phân bố công suất:

   • Thuật toán LFB hội tụ nhanh hơn so với phương pháp Newton-Raphson, giảm thời gian tính toán khoảng 20-30% trên mạng điện mẫu 5 nút.
   • Kết quả điện áp và công suất tại các nút tính bằng LFB có sai số nhỏ hơn 0.5% so với Newton-Raphson, đảm bảo độ chính xác cao.

2. Ảnh hưởng của UPFC đến phân bố công suất:

   • Việc lắp đặt UPFC tại nút trung tâm mạng điện mẫu giúp tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng lên đến 15%, đồng thời giảm tổn thất công suất trên các đường dây khoảng 10%.
   • Công suất phản kháng được điều chỉnh linh hoạt, giúp ổn định điện áp các nút, giảm biến động điện áp xuống dưới 3% so với trường hợp không có UPFC.

3. Điện áp các nút được cải thiện rõ rệt:

   • Biên độ điện áp tại các nút PQ được duy trì ổn định trong khoảng 0.98 – 1.02 p.u., giảm thiểu hiện tượng sụt áp và quá áp.
   • Góc pha điện áp được điều chỉnh hợp lý, giảm thiểu nguy cơ mất đồng bộ trong hệ thống.

4. So sánh kết quả mô phỏng:

   • Bảng kết quả mô phỏng cho thấy sự tương đồng cao giữa hai phương pháp, tuy nhiên LFB có ưu thế về tốc độ và khả năng tích hợp dễ dàng với các thiết bị FACTS như UPFC.
   • Biểu đồ dòng công suất trên các nhánh thể hiện rõ sự phân bố lại dòng điện khi có UPFC, giúp giảm quá tải cục bộ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả vượt trội của giải thuật LFB là do phương pháp này dựa trên phân bố dòng công suất trên các nhánh, không cần tính toán ma trận Jacobian phức tạp như Newton-Raphson. Điều này giúp giảm thiểu số phép toán ma trận và tăng tốc độ hội tụ. Kết quả mô phỏng cho thấy UPFC đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh công suất tác dụng và phản kháng, từ đó cải thiện điện áp và giảm tổn thất trên lưới điện.

So với các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào các thiết bị FACTS như TCSC hay SVC, luận văn đã mở rộng ứng dụng UPFC kết hợp với giải thuật LFB, tạo ra hướng đi mới trong điều khiển hệ thống điện truyền tải. Việc mô phỏng trên phần mềm Matlab cũng giúp minh họa trực quan các ảnh hưởng của UPFC, hỗ trợ cho việc thiết kế và vận hành thực tế.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc nâng cao hiệu quả tính toán mà còn góp phần thúc đẩy ứng dụng các thiết bị điều khiển hiện đại trong hệ thống điện, đáp ứng yêu cầu vận hành linh hoạt và ổn định trong thị trường điện cạnh tranh.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai áp dụng giải thuật LFB trong các trung tâm điều khiển lưới điện

   • Mục tiêu: Tăng tốc độ tính toán phân bố công suất, nâng cao hiệu quả vận hành.
   • Thời gian: 6-12 tháng để tích hợp và thử nghiệm trên hệ thống thực tế.
   • Chủ thể thực hiện: Các công ty truyền tải điện, trung tâm điều khiển hệ thống điện quốc gia.

2. Mở rộng nghiên cứu và ứng dụng UPFC trong các mạng điện lớn hơn

   • Mục tiêu: Tối ưu vị trí đặt UPFC, số lượng thiết bị để đạt hiệu quả cao nhất.
   • Thời gian: 12-18 tháng nghiên cứu và thử nghiệm mô hình.
   • Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu, trường đại học chuyên ngành kỹ thuật điện.

3. Phát triển phần mềm mô phỏng tích hợp UPFC và giải thuật LFB

   • Mục tiêu: Hỗ trợ kỹ sư vận hành và thiết kế hệ thống điện với giao diện thân thiện, dễ sử dụng.
   • Thời gian: 9-12 tháng phát triển và hoàn thiện.
   • Chủ thể thực hiện: Các công ty phần mềm chuyên về kỹ thuật điện, hợp tác với các trường đại học.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ kỹ thuật về công nghệ FACTS và giải thuật LFB

   • Mục tiêu: Đảm bảo nhân lực có đủ kiến thức và kỹ năng vận hành hệ thống điện hiện đại.
   • Thời gian: Liên tục, tổ chức các khóa đào tạo định kỳ hàng năm.
   • Chủ thể thực hiện: Các trường đại học, trung tâm đào tạo kỹ thuật điện, các công ty điện lực.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và chuyên gia vận hành hệ thống điện truyền tải

   • Lợi ích: Nắm bắt phương pháp tính toán phân bố công suất mới, ứng dụng thiết bị UPFC để nâng cao hiệu quả vận hành.
   • Use case: Tối ưu hóa vận hành lưới điện, giảm tổn thất và tăng độ ổn định.

2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện

   • Lợi ích: Hiểu sâu về lý thuyết và ứng dụng giải thuật LFB, thiết bị FACTS trong hệ thống điện.
   • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu, luận văn thạc sĩ, tiến sĩ liên quan đến hệ thống điện.

3. Các công ty truyền tải và phân phối điện

   • Lợi ích: Đánh giá và triển khai công nghệ mới nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ và hiệu quả kinh tế.
   • Use case: Lập kế hoạch đầu tư, nâng cấp hệ thống điện truyền tải.

4. Nhà hoạch định chính sách và quản lý ngành điện

   • Lợi ích: Hiểu rõ các giải pháp kỹ thuật hiện đại để xây dựng chính sách phát triển ngành điện bền vững.
   • Use case: Định hướng phát triển hạ tầng điện, hỗ trợ thị trường điện cạnh tranh.

Câu hỏi thường gặp

1. Giải thuật Line Flow Based (LFB) là gì và có ưu điểm gì so với Newton-Raphson?
   LFB là phương pháp tính phân bố công suất dựa trên dòng công suất trên các nhánh và điện áp các nút, không sử dụng ma trận Jacobian phức tạp. Ưu điểm chính là tốc độ hội tụ nhanh hơn, đơn giản hóa tính toán và dễ dàng tích hợp với các thiết bị FACTS như UPFC.

2. UPFC hoạt động như thế nào trong hệ thống điện truyền tải?
   UPFC là thiết bị điện tử công suất linh hoạt, có khả năng điều chỉnh đồng thời công suất tác dụng, công suất phản kháng và điện áp tại các nút lưới điện, giúp cân bằng tải, ổn định điện áp và tăng khả năng truyền tải điện năng.

3. Tại sao cần kết hợp UPFC với giải thuật LFB trong nghiên cứu này?
   Việc kết hợp giúp mô phỏng chính xác ảnh hưởng của UPFC đến phân bố công suất và điện áp trên mạng điện, đồng thời tận dụng ưu điểm của LFB trong việc tính toán nhanh và hiệu quả, hỗ trợ thiết kế và vận hành hệ thống điện hiện đại.

4. Phạm vi áp dụng của nghiên cứu này có giới hạn gì không?
   Nghiên cứu tập trung vào mạng điện mẫu 5 nút trong trạng thái ổn định, không xét đến các điều kiện quá độ, ngắn mạch hay tối ưu vị trí đặt UPFC. Tuy nhiên, kết quả có thể mở rộng và áp dụng cho các hệ thống lớn hơn với điều chỉnh phù hợp.

5. Làm thế nào để triển khai giải thuật LFB và UPFC vào thực tế?
   Cần phát triển phần mềm mô phỏng tích hợp, đào tạo nhân lực kỹ thuật, thử nghiệm trên các hệ thống điện thực tế và phối hợp với các đơn vị vận hành để áp dụng dần dần, đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành.

Kết luận

• Giải thuật Line Flow Based (LFB) được phát triển và áp dụng thành công trong tính toán phân bố công suất trên mạng điện truyền tải mẫu 5 nút, cho kết quả chính xác và tốc độ hội tụ nhanh hơn phương pháp Newton-Raphson.
• Thiết bị UPFC khi được tích hợp vào mạng điện giúp điều chỉnh linh hoạt công suất tác dụng, phản kháng và điện áp, nâng cao khả năng truyền tải và ổn định hệ thống.
• Kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab chứng minh hiệu quả của giải thuật LFB kết hợp UPFC trong việc giảm tổn thất và duy trì điện áp ổn định.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển mới cho công tác điều khiển và tối ưu hệ thống điện truyền tải trong bối cảnh thị trường điện cạnh tranh.
• Đề xuất triển khai áp dụng giải thuật LFB và UPFC trong thực tế, đồng thời mở rộng nghiên cứu cho các hệ thống lớn hơn và các điều kiện vận hành phức tạp hơn.

Next steps: Phát triển phần mềm mô phỏng tích hợp, thử nghiệm trên hệ thống thực tế, đào tạo nhân lực và nghiên cứu tối ưu vị trí đặt UPFC.

Các đơn vị nghiên cứu và vận hành hệ thống điện nên phối hợp triển khai ứng dụng giải thuật LFB và thiết bị UPFC để nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của lưới điện truyền tải.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN QUỐC THỚI GIẢI TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỂN TẢI KẾT HỢP VỚI UPFC DÙNG GIẢI THUẬT LFB NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN – 60520202 S K C0 0 5 2 1 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2017 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Quốc Thới Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 02/10/1987 Nơi sinh: Cửu Long Quê quán: Mang Thít, Vĩnh Long Dân tộc: Kinh Chổ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Ấp Tân Qui, Tân Long Hội, Mang Thít, Vĩnh Long Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0902613009 Fax E-mail: quocthoitv@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1.

Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2010 đến 10/2013 Nơi học: Trường đại học Trà Vinh, tỉnh Trà Vinh Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật điện Tên đồ án: Mô hình điều khiển phân loại sản phẩm dùng S7 - 200 Ngày & nơi bảo vệ đồ án: Trường đại học Trà Vinh Người hướng dẫn: Mã Học Nhân III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2013 - 2017 Trường Cao đẳng nghề Trà Vinh Giáo viên i Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Quốc Thới học viên lớp Kỹ thuật điện khóa 2015 – 2017 sau một năm rưởi học tập và nguyên cứu tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh.

Tôi quyết định lựa chọn đề tài: “Giải tích hệ thống điện truyền tải kết hợp với UPFC dùng giải thuật LFB” Tôi xin cam đoan bản luận văn này thực hiện với chính bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của thầy TS. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, Ngày….năm 201… ( ký tên và ghi rõ họ tên) ii Luan van LỜI CẢM ƠN Trước hết, Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS. HỒ VĂN HIẾN, người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm để tôi xây dựng, thực hiện luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn đến tất cả quí Thầy, Cô của Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh và Trường đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh đã trang bị cho tôi những kiến thức rất bổ ích, đặc biệt hơn là những Thầy, Cô trong Khoa Điện – Điện tử đã tạo điều kiện thuận lợi và h trợ cho tôi rất nhiều trong quá trình học tập c ng như trong thời gian làm luận văn này. Tôi c ng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và tất cả các bạn lớp Kỹ Thuật Điện KDD15B đã h trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành kh a học. iii Luan van TÓM TẮT Trong Luận Văn này đã ứng dụng một phương pháp mới Line Flow Based (LFB) trong việc tính toán phân bố công suất trên lưới điện truyền tải. Phương pháp LFB tính toán dựa trên các phương trình dòng công suất và phương trình điện áp nhánh.

Nghiên cứu được thực hiện trên lưới điện tiêu chuẩn 5 nút (với 1 UPFC trên lưới điện). Thiết bị UPFC có khả năng điều chỉnh công suất tác dụng, công suất phản kháng và điện áp. Vì vậy, việc lắp đặt UPFC ở một số nút quan trọng là giải pháp hữu hiệu để tăng khả năng truyền tải và phân phối của lưới điện. Nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp dụng các phương pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động của hệ thống điện.

Điều này c nghĩa về mặt tái cấu tr c hệ thống và điều khiển trong thị trường điện cạnh tranh. Mô phỏng được thực hiện trong phần mềm Matlab. Với những kết quả thu được từ việc sử dụng phương pháp LFB, có và không có UPFC. Thông qua những yêu cầu khi c UPFC trong mạng điện, để đánh giá sự tác động của thiết bị này đến dòng công suất tác dụng, công suất phản kháng trên đường dây và độ lớn điện áp trên các nút.

So sánh kết quả phương pháp LFB với phương pháp Newton-Raphson ở từng trường hợp cụ thể, để đánh giá mức độ chính xác và nêu lên những ưu điểm của phương pháp LFB. iv Luan van ABSTRACT In this thesis, a new method, Line Flow Based (LFB), is applied to calculate the power distribution on the transmission network. Moreover the LFB method mostly calculates based on the power flow equations and branching voltage equations. Besides that the researches are carried on standard 5 bus network (with 1 UPFC on network).

The UPFC device is capable of adjusting the active power, reactive power and voltage profile. Therefore, the installation of UPFC at some important buses is an effective solution to increase the transmission and distribution capacity of the network. The thesis aims are to open up a new direction to apply the adjustment methods and control the operation of the power system. In addition, simulation is done in Matlab software.

The use of the LFB method, with and without the UPFC, obtains the exact results. We should set the requirements for electric network and then set up UPFC in this network in order to analyze the impact of UPFC to the active power, reactive power and voltage magnitude on the buses. Finally, we compare the result of the LFB method with the result of the Newton- Raphson method so as to evaluate the exact level of the LFB method and point out the advantages of the LFB method. v Luan van MỤC LỤC  Trang tự Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC.

i LỜI CAM ĐOAN. ii LỜI CẢM ƠN. vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. viii DANH MỤC CÁC HÌNH.

ix DANH MỤC CÁC BẢNG. x C ng GI I THIỆU TỔNG QUAN. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu. Tính cấp thiết của đề tài.

Mục tiêu nghiên cứu. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài. Phương pháp nghiên cứu. Các bước thực hiện.

Bố cục luận văn. 6 C ng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Điều khiển hệ thống điện. Cơ sở kiến thức.

Điều khiển phân bố công suất. Các thiết bị facts trong hệ thống điện. Giới thiệu và phân loại các thiết bị FACTS. 18 vi Luan van C ng 3 PHÂN BỐ CÔNG SUẤT QUI Ư C TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 25 3.

Các khái niệm phân bố công suất tổng quát. Công thức cơ bản. Các biến số và phân loại thanh cái. Các phương pháp giải bài toán phân bố công suất.

Các chương trình tính toán phân bố công suất. Chuẩn bị số liệu và phân bố công suất bằng phương pháp gauss – seidel. Phương pháp newton – raphson. 33 C ng 4 GIẢI BÀI TOÁN PHÂN BỐ C NG SUẤT LFB TR N MẠNG ĐIỆN N ẾT HỢP UPFC.

Phương pháp giải bài toán phân bố công suất bằng thuật toán Line Flow Based (LFB)…………………………………………………………………. Phương trình cân bằng công suất. Phương trình cân bằng điện áp n t. Phương pháp tổng trở mạch vòng.

Lưu đồ giải thuật phương pháp LFB trong mạng điện kín. p dụng thuật toán lfb tính phân bố công suất khi chưa c sự tham gia của thiết bị UPFC, sử dụng phần mềm Matlap. Xét trên mạng điện mẫu 5 n t như sau. Kiểm tra kết quả phân bố công suất mạng điện 5 n t như hình 4.5 bằng phương pháp Newton – Raphson.

p dụng thuật toán lfb tính phân bố công suất khi c sự tham gia của thiết bị UPFC, sử dụng phần mềm Matlap. Xét mạng điện 5 n t c đặt UPFC. 56 C ng 5 ẾT LUẬN VÀ HƯ NG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN. Hướng nghiên cứu phát triển.60 TÀI LIỆU THAM HẢO.

112 vii Luan van DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT FACTS Flexible Alternating Current Transmission System LFB Line Flow Based UPFC Unified Power Flow Controller VSC Static var Compensator STATCOM Static Synchronous Compensator TCSC Thyristor Controlled Series Capacitor SSSC Static Synchronous Series Compensator viii Luan van DANH MỤC CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Mô hình đơn giản hệ thống hình tia hai thanh cái…………………………8 Hình 2.2: Tổng quan về thiết bị FACTS…………………………………. Một vài ứng dụng thiết bị FACTS trong hệ thống điện………………….4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của VSC……………………………….5: Cấu hình của 1 STATCOM………………………………………………….6: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC……………………………….7: Cấu hình của 1 SSSC………………………………………………………….8: Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất(UPFC)………………………….9: Sơ đồ mạch tương đương của UPFC ………………………………………. 0 Mô hình t nh t n của UPFC……………………………………………….1: Tổng trở tương đương………………………………………….2: Cân bằng công suất tại thanh cái k: (a) công suất tác dụng, và (b) công suất phản kháng……………………………….1: Sơ đồ thay thế của các thiết bị FACTS…………………………………….3 Triển hai cấ tr c c ạng điện n…………….4: Lư đồ giải bài toán bằng phương ph p LFB trong mạng điện n….6: Sơ đồ mạng điện 5 nút an đ …………………………………………….7: Sơ đồ mạng điện c t đến c đ t UPFC gi a n t. tương đương ề t công ất ở n t …………………………………………50 H n 4.8: Lư đồ giải th t phương ph p LFB tr ng ạng điện n c UPFC….9: Mạng điện 5 n t c UPFC………………………………………………….55 ix Luan van.

DANH MỤC CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 4.1: D liệu các thanh cái của mạng điện 5 nút……………………………….2: D liệ c c đường dây của mạng điện 5 n t…………………………….3: Kết quả mô phỏng điện áp và công suất nút, tr n cơ ản MV KV…………………………………………………………….4: Kết quả mô phỏng dòng công suất nhánh và tổn thất, tr n cơ ản 100MV, 110KV.5: Kết quả mô phỏng điện p g c pha c c n t ằng phương ph p Newton – Raph n……………………………………………………………………….6: Kết ả ô phỏng dòng công suất nhánh và tổn thất ằng phương ph p Newton – Raph n………………………………………………………………………….7: D liệu các thanh cái của mạng điện t đến c đ t UPFC gi a n t …………………………………………………………………………….8: Kết ả ô phỏng điện p công ất n t tr ng ạng điện 5 n t UPFC đ t gi a n t tr n cơ ản 100KVA, 110KV……………………………5 Bảng 4.9: Kết ả ng công ất nh nh tổn thất tr ng ạng điện 5 n t UPFC đ t gi a n t tr n cơ ản KV 110KV.……………………………………5 x Luan van xi Luan van Luận Văn Thạc Sĩ C ng GI I THIỆU TỔNG QUAN 1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU Nhu cầu về nguồn năng lượng điện ngày càng tăng ở nhiều quốc gia, tuy nhiên với nhiều l do khác nhau nên việc nâng cấp lưới điện, cấu tr c lưới điện và đặc biệt là xây dựng đường dây truyền tải điện mới gặp các vấn đề kh khăn về kinh tế, kỹ thuật, môi trường…dẫn đến việc phát triển lưới điện không đáp ứng kịp với nhu cầu sử dụng điện năng.