ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA O BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Phân bố công suất trong hệ thống điện khi có sự tham gia của các thiết bị FACTS Mã số đề tài: T-ĐĐT-2012-17 Thời gian thực hiện: 1 năm Chủ nhiệm đề tài: Đặng Tuấn Khanh Cán bộ tham gia đề tài: Nguyễn Văn Liêm Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng 7/2012 Báo cáo tổng kết đề tài T- ĐĐT-2012-17 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Đặng Tuấn Khanh Danh sách các cán bộ tham gia thực hiện đề tài (Ghi rõ học hàm, học vị, đơn vị công tác gồm bộ môn, Khoa/Trung tâm) 1. Nguyễn Văn Liêm, Bộ môn Hệ Thống Điện, Khoa Điện - Điện Tử 2.S Đặng Tuấn Khanh, Bộ môn Hệ Thống Điện, Khoa Điện - Điện Tử i Báo cáo tổng kết đề tài T- ĐĐT-2012-17 Chủ nhiệm đề tài: ThS.
Đặng Tuấn Khanh MỤC LỤC TRANG ĐẦU i MỤC LỤC ii DANH MỤC iii I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1 II. MÔ HÌNH CÁC THIẾT BỊ FACTS 2 1. PHÂN BỐ CÔNG SUẤT KHI CÓ XÉT ĐẾN FACTS 19 1.
Khi có SVC tham gia vào hệ thống điện 19 2. Khi có STATCOM tham gia vào hệ thống điện 20 3. Khi có TCSC tham gia vào hệ thống điện 20 4. Khi có UPFC tham gia vào hệ thống điện 21 IV.
MÔ PHỎNG MẠNG ĐIỆN 22 NÚT 22 V. KẾT LUẬN 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 27 PHỤ LỤC A: THÔNG SỐ CỦA MẠNG 22 NÚT 28 PHỤ LỤC B: KẾT QUẢ PH ÂN BỐ CÔNG SUẤT 32 PHỤ LỤC D: PHỤC LỤC QUẢN LÝ 37 ii Báo cáo tổng kết đề tài T- ĐĐT-2012-17 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Đặng Tuấn Khanh DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT FACTS: FLEXIBLE AC TRANSMISSION SYSTEM SVC: STATIC VAR COMPENSATOR TCR: THYRISTOR CONTROLLED REACTOR TSCs: THYRISTOR SWITCHED CAPACITORS STATCOM: STATIC SYNCHRONOUS COMPENSATOR TCSC: THYRISTOR CONTROLLED SERIES CAPACITOR UPFC: UNIFIED POWER FLOW CONTROLLER VSC: VOLTAGE - SOURCED CONVERTER IBGT: INSULATED GATE BI-POLARTRANSITOR GTO: GATE TURN - OFF THYRISTOR iii Báo cáo tổng kết đề tài T- ĐĐT-2012-17 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Đặng Tuấn Khanh Phân bố công suất trong hệ thống điện khi có sự tham gia của các thiết bị FACTS I.
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN Trong lĩnh vực hệ thống điện, bài toán phân bố công suất là bài toán rất quan trọng. Nó sẽ có ích cho việc qui hoạch, thiết kế phát triển hệ thống điện trong tương lai cũng như việc tính toán các chế độ vận hành tốt nhất của hệ thống điện, khảo sát các chế độ vận hành trước và sau sự cố, điều chỉnh điện áp và công suất. Kết quả của bài toán phân bố công suất là xác định được giá trị điện áp và góc pha tại các nút, xác định được dòng công suất chạy trên các đường dây. Các phương pháp đã được áp dụng để giải bài toán phân bố công suất như là phương pháp Gauss - Seidel, phương pháp Newton - Raphson.
Để hiểu và tính toán bài toán phân bố công suất thì cần phải phân biết các loại nút có trong hệ thống điện. Có ba loại nút trong hệ thống điện cần biết là: Nút cân bằng: là loại nút máy phát điện đáp ứng nhanh chóng với sự thay đổi của phụ tải. Dựa vào bộ điều tốc rất nhạy, máy phát điện cân bằng có khả năng tăng tải hay giảm tải nhanh chóng và kịp thời theo yêu cầu của hệ thống điện. Đối với nút cấn cân bằng cho biết trước được giá trị điện áp V và góc pha δ được chọn làm chuẩn có giá trị là 0 độ Nút máy phát: là loại nút biết trước được giá trị công suất tác dụng P mà máy phát phát ra và điện áp V Nút phụ tải: là loại nút biết trước được công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q của tải yêu cầu Trong những năm gần đây, các ngành kỹ thuật điện đã phát triển rất mạnh mẽ.
Có thể kể đến như là lĩnh vực điện tử công suất, phát triển các nguồn năng lượng mới, điều khiển tự động… Từ đó đã cho ra đời các thiết bị điện mới tham gia vào hệ thống điện để thực hiện việc điều khiển, bù công suất phản kháng nhằm nâng cao khả năng truyền tải điện, tính ổn định của hệ thống điện… Khi các thiết bị điện mới tham gia vào hệ thống điện thì bài toán phân bố công suất trong hệ thống điện cũng trở nên phức tạp hơn. Vì lý do đó, đề tài này tiến hành nghiên cứu và xem xét bài toán phân bố công suất khi có các thiết bị FACTS tham gia vào hệ thống điện. Các thiết bị FACTS được áp dụng rộng rãi như là SVC, STATCOM, TCSC và UPFC. 1 Báo cáo tổng kết đề tài T- ĐĐT-2012-17 Chủ nhiệm đề tài: ThS.
Đặng Tuấn Khanh Đề tài sẽ trình bày mô hình xác lập của các thiết bị FACTS. Tiếp theo là trình bày về bài toán phân bố công suất có xét đến các thiết bị FACTS, các phương trình hàm dư sẽ được trình bày để áp dụng vào việc giải bài toán. Sau đó phần mô phỏng mạng điện 22 nút được tiến hành để kiểm chứng kết quả bằng phần mềm MATLAB. Các chương trình phần mềm được viết trên MATLAB để giải bài toán phân bố công suất được dựa trên phương pháp Newton - Raphson.
Khác với những chương trình tính toán công suất trước đây, chương trình tính toán phân bố công suất được trình bày ở đề tài này được phát triển dựa vào việc mô hình các thiết bị FACTS ở trạng thái xác lập chỉ sử dụng các điện áp nút trong hệ thống điện như là các biến số. Điều này dẫn đến có được hai thuận lợi so với các chương trình tính toán trước đây. Thuận lợi đầu tiên là liên quan đến việc ước lượng giá trị ban đầu của các biến số trong quá trình tính toán phân bố công suất sử dụng phép lặp Newton - Raphson. Các biên độ và góc pha ban đầu của điện áp nút tương ứng có thể cài đặt có giá trị là 1 và 0.
Thuận lợi thứ hai của việc sử dụng các điện áp nút như là các biến số là tránh được sự suy biến của ma trận Jacobi trong quá trình giải toán [2], [3]. MÔ HÌNH CÁC THIẾT BỊ FACTS Khái niệm FACTS lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1986 dùng để điều khiển điện áp, điều khiển dòng công suất trên đường dây truyền tải điện, nâng cao khả năng truyền tải và cải tiến ổn định cho hệ thống điện [4]. Các thiết bị FACTS được dùng phổ biến trong hệ thống điện như SVC, TCSC, STATCOM và UPFC sẽ được mô hình ở trạng thái xác lập trong phần này. Mô hình SVC: Mặc dù khái niệm thiết bị FACTS được biết từ năm 1986 nhưng SVC được dùng từ kể từ những năm đầu 1960.
Ban đầu SVC được dùng để bù công suất cho các tải công nghiệp loại lớn. Vào những năm cuối năm 1970 SVC được áp dụng điều khiển điện áp và ổn định cho đường dây truyền tải điện. Kể từ đó đến nay SVC được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện. Mô hình tiêu biểu của SVC như hình 1 Hầu hết SVC kết nối vào đường dây truyền tải thông qua máy biến áp tăng áp.
Tại nút hạ áp như hình 1 thì có ba thiết bị nối vào là bộ lọc sóng hài, TSCs và TCR 1.1 TCR Sơ đồ TCR một pha gồm có hai thyristor mắc đối song với nhau và nối tiếp với điện kháng như hình 2. Điện kháng của cuộn kháng kết hợp với cách điều 2 Báo cáo tổng kết đề tài T- ĐĐT-2012-17 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Đặng Tuấn Khanh khiển đóng cắt các thyristor tạo ra giá trị điện kháng cho TCR. Giá trị này phụ thuộc vào góc kích: . ) Trong đó: α là góc kích, được đo từ đỉnh sóng điện áp đến TCR, 0 2 XTCR là điện kháng của TCR ở tần số cơ bản XL là điện kháng của cuộn kháng ở tần số cơ bản Nút cao áp Máy Tín hiệu từ hệ biến áp Nút hạ áp Bộ lọc TSCs TCR sóng hài Bộ điều khiển Bộ điều khiển hệ Hình 1: Mô hình tiêu biểu SVC XL Thyristor Hình 2: Sơ đồ TCR một pha 3 Báo cáo tổng kết đề tài T- ĐĐT-2012-17 Chủ nhiệm đề tài: ThS.
Đặng Tuấn Khanh 1.2 TSCs Các thyristor trong mô hình có chức năng đóng cắt để cung cấp lượng bù theo yêu cầu. TSCs kết hợp với TCR tạo ra miền liên tục mang cả tính cảm kháng và dung kháng.3 Bộ lọc sóng hài Bộ lọc loại bỏ các hài bậc thấp sinh ra từ TCR. Hơn nữa, bộ lọc cũng cung cấp bù công suất kháng ở tần số cơ bản. Bằng cách thay đổi góc kích α sẽ tạo ra điện kháng tương ứng được tính như công thức (1).
SVC có thể phát hoặc thu công suất phản kháng từ đường dây truyền tải điện. Trên quan điểm vận hành, SVC có thể xem như điện kháng có thể thay đổi được mắc shunt để phát hoặc thu công suất phản kháng nhằm điều chỉnh điện áp tại điểm nối với đường dây truyền tải. Sơ đồ của SVC như hình 3 VHSVC HSVC ISVC Máy biến áp PLSVC VLSVC LSVC SVC Hình 3: Sơ đồ thu gọn SVC SVC ở chế độ xác lập có chức năng điều khiển điện áp được biểu diễn theo đường đặc tính V-I như hình 4 Vùng điều khiển được biểu diễn bởi giới hạn điện nạp mang tính dung kháng và giới hạn điện nạp mang tính cảm kháng, biên độ điện áp tại nút cao áp được điều khiển theo hàm sau: VHSVC VrefSVC aSVC .I SVC (2) Trong đó: 4 Báo cáo tổng kết đề tài T- ĐĐT-2012-17 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Đặng Tuấn Khanh VHSVC và VrefSVC tương ứng là biên độ điện áp của nút cao áp và điện áp tham chiếu.
aSVC là độ dốc điện kháng ISVC là dòng điện SVC phía nút cao áp VHSVC Giới hạn tính cảm VrefSVC Bmin Giới hạn tính dung Bmax 0 I SVC Miền có tính dung Miền có tính cảm Hình 4: Đặc tính V - I Dòng điện SVC được tính như sau: V H S V C k V L S V C k j 2 H S VC k I SVC k R e e (3) Z SVCk Trong đó: ISVCk là dòng điện SVC VHSVCk và VLSVCk tương ứng là điện áp tại nút cao áp và nút hạ áp của SVC ZSVCk là tổng trở rò của SVC hợp bộ với máy biến áp θHSVCk là góc pha điện áp nút cao áp của SVC Nếu bỏ qua tổn thất công suất tác dụng của SVC thì dòng điện SVC chỉ mang tính kháng tức là nó vuông góc với điện áp nút cao áp của SVC.
