Chương 1: Mô hình hóa thiết bị FACTS Chương 2: Các phép biến đổi ma trận trong mạng điện Chương 3: Tính toán phân bố công suất trong hệ thống điện. Trang v Luận Văn Thạc Sĩ http://www.vn MỤC LỤC Trang Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân ….……………………………………………………………… i Lời cam đoan …. ii Lời cảm ơn ……………………………………………………………………. iv Tóm tắt luận văn ….……………………………………………………………… v Mục lục …………………………………………………………………………… vi Danh sách các chữ viết tắt và ký hiệu…………………………………………….
ix Danh sách các hình, đồ thị, bảng ………. Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài. Nhiệm vụ của Luận Văn ………. Những điểm mới của Luận Văn ……………….
Giá trị thực tiển của Luận Văn ……. 4 Chƣơng 1: Mô hình hóa các thiết bị FACTS .1 Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor TCSC. Bộ điều chỉnh điện áp được điều khiển bằng Thyricstor (TCPAR)………. 4 Trang vi Luận Văn Thạc Sĩ http://www.
Thiết bị bù tỉnh điều khiển bằng thyristor SVC………. Thiết bị điều khiển dòng công suất được hợp nhất (UPFC)……………. Mô hình thiết bị FACTS chung…………………………….6 Phương trình điện áp nhánh………………………….2 Phát triễn mô hình dòng công suất dựa trên dòng điện nhánh…………. Mô hình dòng công suất mạng phân phối mạch vòng…………………….
Phương trình cân bằng công suất tổng…………………………………… 9 1. Phương trình điện áp dòng điện………………………………………. Phương trình góc pha mạch vòng. Ma trận dòng công suất LFB…………………………………………….
Công thức dựa trên LFB gắn chặt với thiết bị FACTS………………….Điều khiển dòng công suất dây bằng cách chuyển đổi pha trong TCPAR.7 Điều khiển dòng công suất dây sử dụng bộ tụ điện nối tiếp bằng TCSC…. Điều khiển điện áp thanh góp bằng cách sử dụng đầu phân áp các máy biến áp UPFC. Điều khiển điện áp thanh góp với bơm vào Q bằng SVC ………………. Mô hình dòng công suất mạng phân phối hình tia……….1 Phương trình cân bằng công suất tổng……….2 Phương trình điện áp nhánh ……………….3 Bản chất của sơ đồ lưới điện phân phối hình tia …….4 Mô hình LFB được tách riêng từ hệ thống phân phối hình tia….
22 Trang vii Luận Văn Thạc Sĩ http://www.vn Chƣơng 2: Các phép biến đổi ma trận trong mạng điện…. Khử nút bằng cách phân chia ma trận……………………………. Bổ túc về tô pô mạch – phương pháp tổng trở mạch vòng…………………. Khử dòng điện mạch vòng bằng cách phân chia ma trận………….
28 Chƣơng 3: Tính toán phân bố trong hệ thống điện….1 các phương pháp giải bài toán phân bố công suất…………………. các phương trình tính toán phân bố công suất …………. Chuẩn bị số liệu và phân bố công suất bẳng phương pháp Gauss _Seide. Phương pháp Newton - Raphson…………………………………………….
phương pháp giải bài toán phân bố công suất bằng Line Flow Based (LFB)… 34 3. Bài tập ứng dụng……………………………………………………………. Tóm tắc xây dựng giải thuật chương trình LFB ……………………………. Khảo sát khi có SVC ….
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ……….1 Kết quả tính toán bằng phương pháp LFB.2 Kiểm tra chế độ ban đầu bằng phương pháp Newton-Raphson…. 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………….…… 68 Tài liệu tham khảo ……………………………………………………………… 69 Trang viii Luận Văn Thạc Sĩ http://www.vn DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CSPK : Công suất phản kháng CSTD : Công suất tác dụng HTĐ : Hệ thống điện HTCCĐ : Hệ thống cung cấp điện FACTS :Flexible AC Transmission Systems - Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt. LFB Line Flow Based – Dòng công suất cơ sở STATCOM :Static Synchronous Compensator - Thiết bị bù ngang điều khiển bằng thyristor SVC :Static Var Compensator - Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor TCSC :Thyristor Controlled Series Compensator - Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor TCPAR Thyristor Controlled Phase Angle regulator - Bộ điều chỉnh góc pha điện áp được điều khiển bằng Thyristor UPFC: Unified Power Flow Control - Thiết bị điều khiển dòng công suất hợp Trang ix Luận Văn Thạc Sĩ http://www.vn DANH SÁCH CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ, CÁC BẢNG HÌNH TRANG Hình 1.1 Mô hình chung thiết bị FACST ……………………………….2 Hệ thống mạch vòng 4 thanh cái ……………………………… 11 Hình 1.3 sơ đồ thay thế hình 2.4 Đường dây kiểm tra hệ thống IEEE 13 nút…………………….5 hệ thống lưới điện 13 nút IEEE ………………………………… 20 Hình 1.6 ma trận tỉ lệ thứ tự tùy ý ………………………………………… 20 Hình 1.7 số nhánh BFS của hệ thống 13 nút IEEE ……………………….8 sắp xếp lại ma trận tỷ lệ cho nhánh BFS tối ưu ………………….1 hệ thống có năm nút với nút không ……………………………… 23 Hình 2.2 mạch tương đương sau khi khử nút 4 và 5 làm chuẩn …………… 23 Hình 2.3a ví dụ mạng điện cơ bản ………………………………………… 26 Hình 2.5 sơ đồ mạch vòng với 4 nguồn ………………………………….1 Lưu đồ giải thuật LFB ………………………………….2 hệ thống điện hình tia 11 nút ………………………………….3 hệ thống điện hình tia 11 nút có lắp đặt SVC ……………………. 63 Trang x Luận Văn Thạc Sĩ http://www.vn PHẦN I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN GIỚI THIỆU 1.
Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài Trong chế độ vận hành bình thƣờng của HTĐ (vận hành ở trạng thái ổn định) việc sản xuất công suất tác dụng phải đáp ứng đƣợc nhu cầu tiêu thụ (kể cả các tổn thất), nếu không thì tần số hệ thống sẽ bị thay đổi. Cũng vậy, có một sự gắn bó chặt chẽ giữa điều kiện cân bằng công suất phản kháng với điện áp các nút hệ thống. Công suất phản kháng ở một khu vực nào đó quá thừa thì ở đó sẽ có hiện tƣợng quá điện áp, ngƣợc lại thiếu công suất phản kháng điện áp sẽ bị sụt thấp. Nói khác đi, cũng nhƣ đối với công suất tác dụng, công suất phản kháng luôn phải đƣợc điều chỉnh đề giữ cân bằng.
Việc điều chỉnh công suất phản kháng cũng là yêu cầu cần thiết nhằm giảm nhỏ tổn thất điện năng và đảm bảo ổn định hệ thống. Tuy nhiên có sự khác nhau cơ bản giữa điều chỉnh công suất tác dụng và điều chỉnh CSPK. Tần số hệ thống sẽ đƣợc đảm bảo bằng việc điều chỉnh công suất tác dụng ở bất kỳ máy phát điện nào (miễn sao giữ đƣợc cân bằng giữa tổng công suất phát và công suất tiêu thụ). Trong khi đó, điện áp các nút hệ thống không bằng nhau, chúng phụ thuộc điều kiện cân bằng công suất phản kháng theo từng khu vực.
Nhƣ vậy nguồn công suất phản kháng cần đƣợc lắp đặt phân bố và điều chỉnh theo từng khu vực. Điều này giải thích vì sao, ngoài các máy phát điện cần phải có một số lƣợng lớn các thiết bị sản xuất và tiêu thụ công suất phản kháng: Máy bù đồng bộ, tụ điện, kháng điện. Chúng đƣợc lắp đặt và điều chỉnh ở nhiều vị trí trong lƣới truyền tải và phân phối điện (gọi là các thiết bị bù công suất phản kháng). Trƣớc đây, việc điều chỉnh công suất phản kháng của các thiết bị bù thƣờng đƣợc thực hiện đơn giản: Thay đổi từng nấc (nhờ đóng cắt bằng máy cắt cơ khí) hoặc Trang 1 Luận Văn Thạc Sĩ http://www.vn thay đổi kích từ (trong máy bù đồng bộ).
Chúng chỉ cho phép điều chỉnh thô hoặc theo tốc độ chậm. Kỹ thuật thyristor công suất lớn đó mở ra những khả năng mới, trong đó việc ra đời và ứng dụng các thiết bị FACTS Các thiết bị hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) đang đóng vai trò hàng đầu trong việc kiểm soát có hiệu quả lƣu lƣợng dòng công suất và cải thiện các biên dạng điện áp của mạng lƣới hệ thống điện. Những thiết bị mới này có thể làm tăng độ tin cậy và hiệu quả của hệ thống truyền tải và phân phối. Chúng cung cấp sự linh hoạt và điều chỉnh tốt hơn trong quá trình hoạt động.
Các phân tích dòng công suất phổ biến nhƣ thuật toán Newton-Raphson [2] và Thuật toán tách riêng nhanh đã đƣợc điều chỉnh. Các thiết bị FACTS chủ yếu đƣợc cài đặt trên một tuyến dây phân phối để cải thiện biên dạng điện áp, hiệu chỉnh hệ số công suất, và giảm tổn thất đƣờng dây. Đƣờng dây phân phối có tỷ số R / X cao, làm cho các bài toán hội tụ theo phƣơng pháp truyền thống. Mở rộng thêm bằng cách sử dụng SVC gắn vào để cải thiện điều chỉnh điện áp trong một hệ thống phân phối.
Ma trận Jacobean của Phƣơng pháp Newton bị thay đổi tăng lên khi lắp các thiết bị FACTS nối tiếp hoặc song song để điều chỉnh các biến điện áp. Trong phần luận văn này tác giả đã tìm ra một phƣơng pháp Line Flow Based (LFB) hoàn toàn mới có thể thay thế phƣơng pháp Newton trong tính toán phân bố dòng công suất và điện áp. Phƣơng pháp LFB tính toán dựa trên các phƣơng trình tổn thất công suất. Mục tiêu chính của nghiên cứu này là phát triển công thức LFB của phƣơng trình cân bằng công suất để phân tích một hệ thống phân bố với sự kết hợp hiệu quả các thiết bị SVC mắc song song đƣợc gắn vào.
Các phƣơng trình LFB sử dụng các biên độ điện áp và dòng công suất đƣờng dây nhƣ là các biến độc lập, liên quan trực tiếp đến các biến thiết bị SVC và các điều kiện vận hành hệ thống. Các phần tử tổn thất đƣờng dây này chỉ là phần tử phi tuyến trong công thức theo nhƣ cách trình bày trong phƣơng pháp này. Trang 2 Luận Văn Thạc Sĩ http://www. Nhiệm vụ của Luận Văn - Phát triển công thức LFB của phƣơng trình cân bằng công suất để phân tích một hệ thống phân bố - Vị trí lắp đặt thiết bị bù SVC vào hệ thống để đạt đƣợc hiệu quả cao nhất - Dùng phƣơng pháp Newton Raphson và phƣơng pháp Gauss – Seidel để kiểm tra lại kết quả tính của LFB (Line Flow Base).
Những điểm mới của Luận Văn - Các cƣờng độ dòng điện và biên độ điện áp thanh góp phản ánh các khía cạnh thực về việc vận hành hệ thống điện. - Công thức không bao gồm bất kỳ biểu thức lƣợng giác dài nào nhƣ trong phƣơng pháp Newton Raphson truyền thống. - Công thức đƣa đến một mô hình tuyến tính gần đúng toàn diện hơn thể hiện trong các phần sau. Giá trị thực tiễn của Luận Văn - Chứng minh những ƣu điểm của việc xây dựng công thức LFB trong việc xử lý các thiết bị SVC đƣợc gắn thêm vào - Các thiết bị SVC có thể đƣợc giả định là mang lại lợi nhuận khi đƣợc khai triển trên các đƣờng dây phân phối chính.
Nôi dung chính của Luận Văn Phần 1: Giới thiệu tổng quan Phần 2: Cơ sở lý thuyết Phần 3: Tài liệu tham khảo Trang 3 Luận Văn Thạc Sĩ http://www.vn PHẦN II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƢƠNG 1 MÔ HÌNH HÓA CÁC THIẾT BỊ FACTS 1.1GIỚI THIỆU Các thiết bị FACTS đang đóng một vai trò hàng đầu trong điều chỉnh hiệu quả dòng công suất dây và cải thiện đồ thị điện áp của mạng lƣới hệ thống điện. Các mô hình tĩnh của nhiều thiết bị FACTS, lớp nối tiếp hoặc song song, đã đƣợc phát triển và áp dụng.