Luận văn thạc sĩ về hệ thống phân phối hình tia sử dụng thuật toán LFB và thiết bị FACTS TCVR

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute giải tích hệ thống phân phối hình tia dùng thuật toán lfb với thiết bị facts tcvr, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn

• Tác giả: Kiều Trường Sơn
• 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: Nghiên Cứu Hệ Thống Phân Phối Hình Tia Bằng Thuật Toán LFB Và Thiết Bị FACTS TCVR
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Bố cục luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về thiết bị FACTS
• 2.2. Mô hình tĩnh các thiết bị FACTS
• 2.3. Giải tích hệ thống phân phối có thiết bị FACTS
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH CỦA THIẾT BỊ FACTS TCVR VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH DÒNG CÔNG SUẤT LFB (LINE FLOW BASED) MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI HÌNH TIA KHI CHƯA ĐẶT TCVR
• 4.1. Phân bố công suất trong hệ thống điện
• 4.2. Mô hình dòng công suất (LFB) mạng điện phân phối hình tia
• 4.3. Đồ thị của mạng phân phối hình tia
• 4.4. Giải thuật phương pháp LFB
• 5. CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH DÒNG CÔNG SUẤT LFB (LINE FLOW BASED) MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI HÌNH TIA KHI ĐẶT TCVR
• 5.1. Phương trình giải thuật phân lập của hệ thống phân phối
• 5.2. Thuật toán LFB với thiết bị FACTS
• 5.3. Kết quả kiểm tra
• 5.4. Giải thuật LFB với thiết bị FACTS (TCVR)
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 6.1. Hệ thống mạng điện 1
• 6.2. Hệ thống mạng điện 2
• 6.3. Áp dụng cho dạng mẫu và so sánh với phương pháp Newton Raphson quy ước
• 6.4. Thiết kế đường dây chính và đường dây nhánh có phụ tải tăng dần
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan

Nghiên cứu về hệ thống phân phối hình tia sử dụng thuật toán LFB và thiết bị FACTS TCVR là một lĩnh vực quan trọng trong ngành kỹ thuật điện. Hệ thống điện ngày càng phát triển, yêu cầu cao về khả năng truyền tải và ổn định điện áp. Việc áp dụng công nghệ FACTS giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điện. Các thiết bị như SVC, UPFC, và TCSC đã chứng minh hiệu quả trong việc điều chỉnh công suất phản kháng và nâng cao chất lượng điện năng. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích và tối ưu hóa phân phối điện thông qua việc sử dụng TCVR để điều chỉnh điện áp, từ đó nâng cao khả năng truyền tải của lưới điện phân phối.

1.1 Lý do chọn đề tài

Phân bố công suất là một bài toán quan trọng trong quy hoạch và thiết kế hệ thống điện. Việc khảo sát phân bố công suất giúp xác định các thông số như điện áp và dòng công suất tại các điểm trong lưới. Điện năng là dạng năng lượng phổ biến nhất, do đó, việc tối ưu hóa hệ thống điện là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng. Nghiên cứu này nhằm giải quyết vấn đề thiếu hụt công suất và công suất phản kháng, đồng thời giảm tổn thất điện năng và chi phí đầu tư cho lưới điện.

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu bao gồm nguyên lý làm việc và mô hình của thiết bị TCVR. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc tính toán phân bố công suất trong hệ thống điện có sử dụng TCVR bằng phương pháp dòng nhánh (LFB). Nghiên cứu sẽ áp dụng các phương pháp tính toán như Newton-Raphson và Gauss-Seidel để so sánh hiệu quả trước và sau khi lắp đặt thiết bị FACTS.

II. Cơ sở lý thuyết

Thiết bị FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) là một phần quan trọng trong việc nâng cao khả năng điều khiển và truyền tải của hệ thống điện. Các thiết bị này cho phép điều chỉnh công suất và điện áp một cách linh hoạt, từ đó cải thiện độ ổn định và chất lượng điện năng. TCVR là một trong những thiết bị điều chỉnh điện áp, có khả năng thay đổi độ lớn điện áp trong phạm vi nhất định. Việc sử dụng TCVR trong lưới điện phân phối giúp tăng cường khả năng truyền tải và giảm tổn thất điện năng. Nghiên cứu này sẽ phân tích mô hình và nguyên lý làm việc của TCVR, từ đó xây dựng thuật toán tính toán phân bố công suất trong hệ thống điện.

2.1 Tổng quan về thiết bị FACTS

Thiết bị FACTS bao gồm các thiết bị tĩnh được sử dụng để điều chỉnh dòng điện xoay chiều. Chúng có thể được kết nối theo kiểu bù dọc hoặc bù song song, giúp cải thiện khả năng truyền tải và độ ổn định của lưới điện. Việc lắp đặt các thiết bị này không chỉ giảm chi phí đầu tư mà còn tăng cường độ tin cậy và khả năng sẵn sàng của hệ thống truyền tải. Các thiết bị như SVC, TCSC và UPFC đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc điều chỉnh công suất phản kháng và nâng cao chất lượng điện năng.

2.2 Mô hình tĩnh các thiết bị FACTS

Mô hình tĩnh của thiết bị TCVR cho phép điều chỉnh điện áp một cách linh hoạt. Thiết bị này có thể thay đổi điện áp trong phạm vi nhất định, giúp cải thiện độ ổn định của lưới điện. Việc áp dụng công nghệ thyristor trong thiết bị FACTS đã dẫn đến sự phát triển của các thiết bị bù tĩnh, giúp tăng cường khả năng điều khiển và giảm dao động điện áp trong hệ thống. Nghiên cứu này sẽ phân tích chi tiết mô hình và nguyên lý làm việc của TCVR, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho hệ thống điện.

III. Mô hình dòng công suất LFB

Mô hình dòng công suất LFB (Line Flow Based) là một phương pháp hiệu quả để phân tích và tính toán phân bố công suất trong hệ thống điện. Phương pháp này cho phép xác định các thông số như điện áp, dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng tại các điểm trong lưới. Việc áp dụng mô hình LFB giúp tối ưu hóa việc sử dụng TCVR trong hệ thống điện phân phối, từ đó nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn thất điện năng. Nghiên cứu sẽ so sánh hiệu quả của mô hình LFB với các phương pháp khác như Newton-Raphson và Gauss-Seidel.

3.1 Phân bố công suất trong hệ thống điện

Phân bố công suất là một yếu tố quan trọng trong việc thiết kế và vận hành hệ thống điện. Việc xác định công suất và công suất phản kháng tại các điểm trong lưới giúp đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của hệ thống. Mô hình LFB cho phép tính toán các thông số này một cách chính xác, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc sử dụng TCVR trong lưới điện phân phối.

3.2 Giải thuật phương pháp LFB

Giải thuật LFB được xây dựng dựa trên các phương trình dòng công suất và điện áp tại các nút trong lưới điện. Phương pháp này cho phép tính toán nhanh chóng và chính xác các thông số cần thiết, từ đó hỗ trợ việc điều chỉnh và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điện. Nghiên cứu sẽ áp dụng giải thuật LFB để phân tích hiệu quả của việc lắp đặt TCVR trong lưới điện phân phối, từ đó đưa ra các khuyến nghị cho việc cải thiện hiệu suất hệ thống.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống điện hiện đại ngày càng đòi hỏi sự ổn định và hiệu quả trong truyền tải công suất nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội. Theo ước tính, việc nâng cao khả năng truyền tải và ổn định điện áp trong lưới điện phân phối 22 kV tại Việt Nam là một thách thức lớn do tổn thất công suất và biến động điện áp thường xuyên xảy ra. Luận văn tập trung nghiên cứu giải tích hệ thống phân phối hình tia sử dụng thiết bị điều chỉnh điện áp FACTS TCVR kết hợp với thuật toán phân bố công suất dòng nhánh (LFB). Mục tiêu chính là xây dựng và áp dụng thuật toán tính toán phân bố công suất nhằm đánh giá hiệu quả của thiết bị FACTS TCVR trong việc cải thiện điện áp, giảm tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trên lưới điện phân phối. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống điện phân phối 22 kV tại Việt Nam, với các mô hình mạng điện tiêu chuẩn IEEE 13, 14, 30 nút được sử dụng làm cơ sở phân tích. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao độ ổn định điện áp, tăng khả năng truyền tải, giảm tổn thất điện năng, góp phần ổn định và nâng cao chất lượng cung cấp điện năng cho các khu vực phân phối. Các chỉ số kỹ thuật như mức điện áp tại các nút, tổng tổn thất công suất tác dụng và phản kháng được sử dụng làm metrics đánh giá hiệu quả của giải pháp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System): Đây là hệ thống thiết bị tĩnh giúp nâng cao khả năng điều khiển và truyền tải công suất trên lưới điện. Các thiết bị FACTS như SVC, TCSC, UPFC và đặc biệt là TCVR được nghiên cứu để điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng một cách linh hoạt.

• Mô hình tĩnh thiết bị FACTS TCVR: TCVR được mô hình hóa như một bộ biến áp điều áp có khả năng thay đổi độ lớn điện áp trong phạm vi điều chỉnh nhất định, thông qua việc điều khiển tỷ số phân nhánh và điện áp pha thêm vào đường dây phân phối.

• Phương pháp phân bố công suất dòng nhánh (LFB - Line Flow Based): Đây là phương pháp giải bài toán phân bố công suất trên mạng điện phân phối hình tia, sử dụng các biến độc lập là độ lớn điện áp nút và dòng công suất nhánh. Phương pháp này không cần thành lập ma trận Jacobian phức tạp, phù hợp với mạng hình tia và dễ dàng tích hợp các thiết bị FACTS.

• Các thuật toán giải bài toán phân bố công suất truyền thống: Phương pháp Newton-Raphson và Gauss-Seidel được sử dụng để so sánh và kiểm chứng kết quả của thuật toán LFB.

Các khái niệm chính bao gồm: công suất tác dụng (P), công suất phản kháng (Q), điện áp nút (V), góc pha (δ), tổn thất công suất trên đường dây, và các loại nút trong hệ thống điện (nút cân bằng, nút phụ tải, nút điều chỉnh điện áp).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm số liệu mô hình mạng điện phân phối tiêu chuẩn IEEE (13, 14, 30 nút) và các thông số kỹ thuật của thiết bị FACTS TCVR. Phương pháp nghiên cứu chính là xây dựng thuật toán tính toán phân bố công suất dựa trên phương pháp dòng nhánh LFB, tích hợp mô hình thiết bị FACTS TCVR. Thuật toán được phát triển và kiểm tra trên các sơ đồ mẫu mạng điện phân phối hình tia với các mức tải khác nhau.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Xây dựng mô hình tĩnh của thiết bị FACTS TCVR và tích hợp vào phương trình cân bằng công suất của hệ thống phân phối.

• Áp dụng thuật toán LFB để tính toán dòng công suất tác dụng, phản kháng và điện áp tại các nút trong mạng điện.

• So sánh kết quả với các phương pháp phân bố công suất truyền thống như Newton-Raphson và Gauss-Seidel để đánh giá độ chính xác và hiệu quả tính toán.

• Phân tích kết quả điện áp, tổn thất công suất trước và sau khi lắp đặt thiết bị FACTS TCVR tại các nút quan trọng.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ, với các bước chính: tổng hợp lý thuyết, xây dựng mô hình, phát triển thuật toán, thực nghiệm trên các mô hình mạng điện, và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Cải thiện điện áp tại các nút mạng phân phối: Khi chưa đặt thiết bị FACTS TCVR, điện áp tại nút 4 trong mạng điện hình tia 5 nút là khoảng 0,97328 pu. Sau khi lắp đặt TCVR tại nhánh 3, điện áp tại nút này được cải thiện lên 0,98000 pu, tăng 0,00672 pu, cho thấy khả năng điều chỉnh điện áp hiệu quả của TCVR.

2. Giảm tổn thất công suất tác dụng và phản kháng: Tổn thất công suất tác dụng giảm từ 0,00222 xuống 0,00218, tổn thất công suất phản kháng giảm từ 0,00596 xuống 0,00588 khi có thiết bị FACTS TCVR. Tổng tổn thất công suất giảm rõ rệt, góp phần nâng cao hiệu quả truyền tải.

3. Hiệu quả thuật toán LFB: Thuật toán LFB cho kết quả hội tụ nhanh với thời gian tính toán chỉ khoảng 0,03 giây cho hệ thống 13 nút, so với 0,031 giây của phương pháp Newton-Raphson. Độ chính xác của LFB được đánh giá qua sai số tuyệt đối (MAE) về điện áp nút là 0,0075 và độ lệch bình phương trung bình (MSD) là 3,84x10^-5, tương đương với các phương pháp truyền thống.

4. Tính linh hoạt trong tích hợp thiết bị FACTS: Thuật toán LFB dễ dàng tích hợp các thiết bị FACTS như TCVR, SVC, TCSC, giúp mô phỏng chính xác ảnh hưởng của các thiết bị này đến hệ thống phân phối.

Thảo luận kết quả

Việc cải thiện điện áp tại các nút mạng phân phối sau khi lắp đặt TCVR là do khả năng điều chỉnh điện áp mềm mại và nhanh chóng của thiết bị, giúp duy trì điện áp trong giới hạn cho phép, giảm hiện tượng sụt áp khi tải tăng. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trong ngành điện tử công suất, cho thấy thiết bị FACTS đóng vai trò quan trọng trong nâng cao chất lượng điện năng.

Giảm tổn thất công suất tác dụng và phản kháng góp phần giảm chi phí vận hành và tổn thất điện năng, đồng thời tăng khả năng tải của các phần tử mang điện. Điều này có ý nghĩa lớn trong bối cảnh phát triển lưới điện thông minh và bền vững.

Thuật toán LFB thể hiện ưu điểm vượt trội về tốc độ tính toán và khả năng hội tụ trong mạng điện phân phối hình tia, đặc biệt khi tích hợp các thiết bị điều chỉnh điện áp. So sánh với phương pháp Newton-Raphson và Gauss-Seidel, LFB không cần ma trận Jacobian phức tạp, giảm thiểu thời gian tính toán và tăng tính ổn định của thuật toán.

Các biểu đồ điện áp nút, tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trước và sau khi lắp đặt TCVR minh họa rõ ràng sự cải thiện về mặt kỹ thuật. Bảng so sánh thời gian tính toán và sai số cũng chứng minh tính hiệu quả và độ tin cậy của phương pháp nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai lắp đặt thiết bị FACTS TCVR tại các nút quan trọng của lưới điện phân phối 22 kV: Động tác này nhằm cải thiện điện áp và giảm tổn thất công suất, nâng cao khả năng truyền tải. Thời gian thực hiện đề xuất trong vòng 1-2 năm, do các đơn vị quản lý lưới điện và nhà đầu tư phối hợp thực hiện.

2. Áp dụng thuật toán phân bố công suất dòng nhánh LFB trong công tác vận hành và quy hoạch lưới điện: Thuật toán giúp tính toán nhanh, chính xác và dễ dàng tích hợp các thiết bị điều chỉnh điện áp, hỗ trợ công tác điều khiển và tối ưu hóa hệ thống. Khuyến nghị áp dụng trong các trung tâm điều khiển lưới điện trong vòng 6-12 tháng.

3. Nâng cao đào tạo và nghiên cứu ứng dụng thiết bị FACTS trong ngành điện: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về thiết bị FACTS và thuật toán phân bố công suất cho kỹ sư vận hành và nghiên cứu. Thời gian triển khai liên tục, ưu tiên trong 1 năm đầu.

4. Phát triển phần mềm mô phỏng và tính toán tích hợp thiết bị FACTS: Xây dựng phần mềm chuyên dụng dựa trên thuật toán LFB để hỗ trợ thiết kế, vận hành và phân tích hệ thống điện phân phối có thiết bị FACTS. Thời gian phát triển dự kiến 1-2 năm, do các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ điện thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư vận hành và quản lý lưới điện phân phối: Luận văn cung cấp kiến thức về thiết bị FACTS TCVR và thuật toán phân bố công suất LFB, giúp nâng cao hiệu quả vận hành, giảm tổn thất và cải thiện chất lượng điện áp.

2. Nhà nghiên cứu và giảng viên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu là nguồn tham khảo quý giá về mô hình thiết bị FACTS, phương pháp phân bố công suất và ứng dụng thuật toán LFB trong hệ thống phân phối.

3. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý ngành điện: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách đầu tư, phát triển hạ tầng điện và ứng dụng công nghệ mới nhằm nâng cao hiệu quả hệ thống điện quốc gia.

4. Doanh nghiệp sản xuất và cung cấp thiết bị điện: Thông tin về mô hình và hiệu quả của thiết bị FACTS TCVR giúp doanh nghiệp phát triển sản phẩm phù hợp với nhu cầu thị trường và tiêu chuẩn kỹ thuật hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

1. Thiết bị FACTS TCVR là gì và có vai trò như thế nào trong hệ thống điện?
   TCVR là thiết bị điều chỉnh điện áp dạng biến áp có khả năng thay đổi độ lớn điện áp trên lưới điện một cách mềm mại và nhanh chóng, giúp duy trì điện áp ổn định và tăng khả năng truyền tải công suất.

2. Phương pháp phân bố công suất dòng nhánh (LFB) có ưu điểm gì so với các phương pháp truyền thống?
   LFB không cần thành lập ma trận Jacobian phức tạp, tính toán nhanh, dễ dàng tích hợp các thiết bị FACTS và phù hợp với mạng điện phân phối hình tia, giúp giảm thời gian và tăng độ ổn định của thuật toán.

3. Việc lắp đặt thiết bị FACTS TCVR có ảnh hưởng như thế nào đến tổn thất công suất trên lưới điện?
   Việc lắp đặt TCVR giúp giảm tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trên các nhánh đường dây, từ đó giảm tổn thất điện năng tổng thể và nâng cao hiệu quả truyền tải.

4. Làm thế nào để kiểm tra độ chính xác của thuật toán LFB?
   Độ chính xác được kiểm tra bằng cách so sánh kết quả điện áp nút, dòng công suất và tổn thất với các phương pháp phân bố công suất truyền thống như Newton-Raphson và Gauss-Seidel, đồng thời đánh giá sai số tuyệt đối và độ lệch bình phương trung bình.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này cho các hệ thống điện khác ngoài mạng phân phối 22 kV không?
   Thuật toán và mô hình có thể được điều chỉnh và áp dụng cho các hệ thống điện khác có cấu trúc tương tự, tuy nhiên cần hiệu chỉnh tham số và kiểm tra tính phù hợp với đặc điểm kỹ thuật của từng hệ thống cụ thể.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình và thuật toán phân bố công suất dòng nhánh (LFB) tích hợp thiết bị FACTS TCVR cho hệ thống điện phân phối 22 kV.
• Thiết bị FACTS TCVR giúp cải thiện điện áp tại các nút mạng phân phối, giảm tổn thất công suất tác dụng và phản kháng, nâng cao hiệu quả truyền tải.
• Thuật toán LFB cho kết quả tính toán nhanh, chính xác và dễ dàng tích hợp các thiết bị điều chỉnh điện áp, vượt trội so với các phương pháp truyền thống.
• Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, hỗ trợ công tác vận hành, quy hoạch và phát triển lưới điện phân phối tại Việt Nam.
• Đề xuất triển khai lắp đặt thiết bị FACTS TCVR và áp dụng thuật toán LFB trong vận hành lưới điện, đồng thời phát triển phần mềm hỗ trợ và đào tạo chuyên sâu cho cán bộ kỹ thuật.

Hành động tiếp theo là triển khai thử nghiệm thực tế tại các nút quan trọng của lưới điện phân phối, đồng thời phát triển phần mềm tính toán dựa trên thuật toán LFB để hỗ trợ công tác vận hành và quy hoạch. Các đơn vị quản lý lưới điện và viện nghiên cứu nên phối hợp để đưa kết quả nghiên cứu vào ứng dụng thực tiễn nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả hệ thống điện quốc gia.

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 KIỀU TRƯỜNG SƠN GIẢI TÍCH HỆ THỐNG PHÂN PHỐI HÌNH TIA DÙNG THUẬT TOÁN LFB VỚI THIẾT BỊ FACTS TCVR NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 S K C0 0 4 6 3 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KIỀU TRƯỜNG SƠN GIẢI TÍCH HỆ THỐNG PHÂN PHỐI HÌNH TIA DÙNG THUẬT TOÁN LFB VỚI THIẾT BỊ FACTS TCVR NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: TS. HỒ VĂN HIẾN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I.

LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: KIỀU TRƢỜNG SƠN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/03/1985 Nơi sinh: TP.HCM Quê quán: Thái Bình Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 34/25 Đƣờng 16, Khu phố Vĩnh Thuận, Phƣờng Long Bình, Quận 9, Tp. Hồ Chí Minh. Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 08.37250557 Fax: E-mail: sontruongspkt. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1.

Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ năm 2003 đến năm 2005. Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng - TP. Hồ Chí Minh. Ngành học: Điện công nghiệp.

Đại học: Hệ đào tạo: Vừa làm vừa học. Thời gian đào tạo từ năm 2006 đến năm 2010. Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật T.P Hồ Chí Minh. Ngành học: Điện công nghiệp.

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống điện; Điều khiển lập trình nâng cao. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: ): Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật T.P Hồ Chí Minh; Năm 2010. i Luan van III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trƣờng Cao Đẳng Nghề Việt Nam – 2011 Giáo viên Singapore.

ii Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 10 năm 2015 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Kiều Trƣờng Sơn iii Luan van CẢM TẠ Trƣớc hết, em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS. HỒ VĂN HIẾN, ngƣời đã tận tình trực tiếp hƣớng dẫn, truyền đạt những kiến thức cần thiết, tƣ vấn những vấn đề về chuyên môn, tạo điều kiện tốt nhất cho em thực hiện và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.

Khi thực hiện luận văn tốt nghiệp, em cố gắng tổng hợp và sử dụng các kiến thức đã học ở Trƣờng, tham khảo tài liệu chuyên môn, vận dụng những kinh nghiệm thực tiễn nhằm đạt kết quả tốt nhất. Tuy nhiên do những giới hạn về kiến thức cũng nhƣ thời gian thực hiện, nên luận văn tốt nghiệp này không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong Thầy và anh chị học viên đóng góp thêm ý kiến để em có đƣợc kiến thức hoàn thiện hơn, đáp ứng tốt cho công tác và cuộc sống mai sau. Rất mong sự đóng góp ý kiến của Thầy và các anh chị học viên. iv Luan van TÓM TẮT Ngày nay, cùng với sự phát triển vƣợt bậc của kỹ thuật điện tử.

Công nghiệp chế tạo các linh kiện bán dẫn công suất lớn và kỹ thuật đo lƣờng điều khiển trong hệ thống điện, các thiết bị bù dọc và bù ngang đƣợc điều khiển bằng thyristor hay triac đã đƣợc ứng dụng và mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao ổn định chất lƣợng điện áp cũng nhƣ điều khiển dòng công suất của hệ thống điện. Các thiết bị thƣờng dùng là: Thiết bị bù tĩnh có điều khiển (SVC), thiết bị điều khiển dòng công suất (UPFC), thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor (TCSC), … Các thiết bị này cho phép chúng ta vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt, hiệu quả cả trong chế độ bình thƣờng hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh nhanh công suất phản kháng và các thông số khác (trở kháng, góc pha) của chúng. Việc nghiên cứu thiết bị điều chỉnh điện áp FACTS TCVR để nâng cao ổn định và khả năng truyền tải của hệ thống điện Việt Nam là rất cần thiết. Khả năng truyền tải của lƣới điện phân phối và các tiêu chí kỹ thuật liên quan nhƣ điện áp vận hành, ổn định, tổn thất công suất trên đƣờng dây,.

là những vấn đề đƣợc đặc biệt quan tâm. Thiết bị điều chỉnh điện áp FACTS TCVR có khả năng điều chỉnh độ lớn điện áp trên lƣới điện một cách mềm mại. Vì vậy, việc lắp đặt thiết bị FACTS TCVR ở một số nút quan trọng là giải pháp hữu hiệu để tăng khả năng truyền tải và phân phối của lƣới điện. Nhằm mở ra một hƣớng mới trong việc áp dụng các phƣơng pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động của hệ thống điện.

Bản luận văn sẽ nghiên cứu việc sử dụng thiết bị FACTS TCVR và áp dụng tính toán phân bố công suất trên lƣới điện phân phối 22 kV ở Việt Nam bằng phƣơng pháp dòng nhánh (LFB), phƣơng pháp Newton – Raphson và phƣơng pháp Gauss – Seidel. So sánh mức điện áp, tổng tổn thất, tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng trƣớc và sau khi đặt thiết bị FACTS TCVR tại nút trên mạng điện đƣợc khảo sát. v Luan van ABSTRACT Nowadays with the outstanding development of electronic engineering, industry fabrication of semiconductor components and Power Control measurement techniques in the electrical system, the devices along and shunt compensation is controlled by thyristor or triac has been applied and effectively in improving high quality as well as the control voltage power lines of the power system. The equipment used is: Static Var Compensator (SVC), Unified Power Flow Controller (UPFC), Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC),.

These devices allow to operate the electric system flexibility and efficiency both the normal mode and malfunction, due to the ability to adjust quickly reactive power and other parameters (impedance, phase angle ). The research for voltage regulators equipment FACTS TCVR to improve stability and transmission capacity of Vietnam power system is essential. Transmission capacity of electricity distribution networks and technical criteria related such as operating voltage, stability, power losses on the line,. are issues that are particular interest.

Voltage regulator equipment FACTS TCVR capable adjust voltage’s magnitude on the grid in a smooth manner. Therefore, the installation for FACTS TCVR devices in some important node are effective measures to improve the transmission and distribution of grid, in order to open a new direction in the application of the adjustment method, control operation of the power system. Thesis are going to research the use of FACTS TCVR devices and apply computational for power distribution on power distribution networks 22 kV in Vietnam by LFB method, Newton – Raphson method and Gauss – Seidel methods. Compare voltage levels, total losses, losses of active power and reactive power before and after put FACTS TCVR devices at nodes on the electrical network have surveyed.

vi Luan van MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan iii Cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh sách các chữ viết tắt ix Danh sách các bảng x Danh sách các hình xi Chƣơng 1. TỔNG QUAN 01 Chƣơng 2.1 Tổng quan về thiết bị FACTS.2 Mô hình tĩnh các thiết bị FACTS.3 Giải tích hệ thống phân phối có thiết bị FACTS. MÔ HÌNH CỦA THIẾT BỊ FACTS TCVR VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC.1 Mô hình của thiết bị FACTS TCVR.2 Nguyên lý làm việc của TCVR. MÔ HÌNH DÒNG CÔNG SUẤT LFB (LINE FLOW BASED) MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI HÌNH TIA KHI CHƢA ĐẶT TCVR.1 Phân bố công suất trong hệ thống điện.2 Mô hình dòng công suất (LFB) mạng điện phân phối hình tia.3 Đồ thị của mạng phân phối hình tia.4 Giải thuật phƣơng pháp LFB.

30 vii Luan van Chƣơng 5. MÔ HÌNH DÒNG CÔNG SUẤT LFB (LINE FLOW BASED) MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI HÌNH TIA KHI ĐẶT TCVR 34 5.1 Phƣơng trình giải thuật phân lập của hệ thống phân phối.2 Thuật toán LFB với thiết bị FACTS.3 Kết quả kiểm tra.4 Giải thuật LFB với thiết bị FACTS (TCVR). KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 43 6.1 Hệ thống mạng điện 1.2 Hệ thống mạng điện 2.3 Áp dụng cho dạng mẫu và so sánh với phƣơng pháp Newton Raphson quy ƣớc.4 Thiết kế đƣờng dây chính và đƣờng dây nhánh có phụ tải tăng dần. KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 65 viii Luan van DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System).

LFB (Line Flow Based) BFS (Breadth First Search) D-LFB (Decoupled Line Flow Based) ix Luan van DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 5.1: So sánh thời gian tính toán sự hội tụ.2: So sánh độ chính xác dựa vào phƣơng pháp AC.4: Tổng hợp các loại FACTS và lắp đặt trên 13 phát tuyến theo IEEE.6: Xác định số nút bằng BFS và giá trị gốc.7: Cài đặt thiết bị và định vị trí. 38 x Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 3.1: Tổng hợp các thông số trên đƣờng dây với thiết bị FACTS.2: TCVR loại dựa trên đầu phân áp và loại dựa trên sự đƣa thêm điện áp vào đƣờng dây.3: Cải thiện biên độ điện áp trong nút thứ 7 của IEEE - 14 nút hệ thống sử dụng TCVR.4: Cải thiện biên độ điện áp trong nút thứ 7 của IEEE - 30 nút hệ thống sử dụng TCVR.5: Cải thiện biên độ điện áp kết hợp giữa SVC và TCVR.6: Mạng điện hình tia 5 nút, 4 nhánh chƣa đặt TCVR.7: Mạng điện hình tia 5 nút, 4 nhánh đặt TCVR.8: Biểu đồ mức điện áp tại các nút trƣớc và sau khi có thiết bị FACTS TCVR.9: Biểu đồ tổn thất công suất tác dụng P tại các nút trƣớc và sau khi có thiết bị FACTS TCVR 20 Hình 3.10: Biểu đồ tổn thất công suất phản kháng Q tại các nút trƣớc và sau khi có thiết bị FACTS TCVR.1: IEEE với 13 phát tuyến.2: Mô hình của IEEE với 13 nút.3: Mạng hình tia BFS tối ƣu của IEEE 13 nút phát tuyến.4: Lƣu đồ thuật toán LFB.3: Điện áp đặc trƣng trƣớc và sau cài đặt FACTS trên IEEE 13 nút.5: IEEE 34 nút phát tuyến.8: Sự so sánh về tầm ảnh hƣởng của thiết bị FACTS với điện áp đặc trƣng.9: Lƣu đồ thuật toán LFB khi có TCVR. 42 xi Luan van Hình 6.1: Điện áp trên đƣờng dây ban đầu.2: Điện áp trên đƣờng dây khi phụ tải tăng 2 lần.3: Điện áp trên đƣờng dây khi phụ tải tăng 2 lần có đặt máy điều áp.4: Biểu đồ điện áp trên đƣờng dây khi phụ tải tăng 2 lần trƣớc và sau khi đặt máy điều áp.5: Biểu đồ mức điện áp tại các nút khi sử dụng phƣơng pháp LFB và phƣơng pháp NR (Newton Raphson).