Luận văn Nghiên cứu phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh áp dụng line flow based sử dụng SVC (Phần 1)

pdf 22 trang phuongnguyen 80
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh áp dụng line flow based sử dụng SVC (Phần 1)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfluan_van_nghien_cuu_phan_bo_cong_suat_tren_co_so_dong_nhanh.pdf

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh áp dụng line flow based sử dụng SVC (Phần 1)

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ TRÂN NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRÊN CƠ SỞ DÒNG NHÁNH ÁP DỤNG LINE FLOW BASED SỬ DỤNG SVC NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 4 1 5 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ TRÂN NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRÊN CƠ SỞ DÒNG NHÁNH ÁP DỤNG LINE FLOW BASED SỬ DỤNG SVC NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN MÃ SỐ: 605250 TP. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013
  3. Luận Văn Thạc Sĩ LÝ LỊCH CÁ NHÂN I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Lê Trân Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 09/12/1985 Nơi sinh:Long An Quê quán: Long An Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Ấp Bình Trị 1- Thuận Mỹ - Châu Thành - Long An Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0938834579 Fax: E-mail: letranspkt@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Đại học Thời gian đào tạo từ 09/2006 đến 09/ 2010 Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐHSPKT TP.Hồ Chí Minh Ngành học: Điện Khí Hóa – Cung Cấp Điện Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống cung cấp điện khu thương mại căn hộ cao cấp Hiệp Phú. Ngày & nơi bảo vệ đồ án: Trường ĐHSPKT TP.Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: ThS. TRẦN QUANG THỌ III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2011-2013 Trường trung cấp nghề số 22 Giáo Viên Trang i
  4. Luận Văn Thạc Sĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi là Lê Trân học viên lớp Thiết Bị Mạng- Nhà Máy Điện khóa 2011 - 2013. Sau hai năm học tập và nghiên cứu tại khoa sau đại học trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh. Tôi quyết định lựa chọn và thực hiện đề tài: Nghiên Cứu Phân Bố Công Suất Trên Cơ Sở Dòng Nhánh Áp Dụng Line Flow Based Sử Dụng SVC Tôi xin cam đoan bản luận văn này được thực hiện bởi chính bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của thầy TS. HỒ VĂN HIẾN. 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 Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 ( ký tên và ghi rõ họ tên ) Trang ii
  5. Luận Văn Thạc Sĩ CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên,, chức danh khoa học, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ trước HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT, Ngày tháng năm Trang iii
  6. Luận Văn Thạc Sĩ LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh và Trường đại học Bách khoa Tp.Hồ Chí Minh, các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian thực hiện luận văn. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với Thầy giáo TS. HỒ VĂN HIẾN, người đã quan tâm, tận tình hướng dẫn giúp tác giả xây dựng và hoàn thành luận văn này. Trang iv
  7. Luận Văn Thạc Sĩ TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong Luận Văn này tác giả đã nghiên cứu ra một phương pháp Line Flow Based (LFB) trong việc tính toán phân bố công suất trên lưới điện phân phối. Phương pháp LFB tính toán dựa trên các phương trình dòng công suất và phương trình điện áp nhánh Với những kết quả thu được từ việc sử dụng phương pháp LFB ta có thể phân tích, đánh giá mức độ ổn định của một hệ thống điện đồng thời kết hợp thiết bị SVC để điều chỉnh điện áp tại các nút trong hệ thống điện. So sánh phương pháp LFB với phương pháp Newton-Raphson để đánh giá mức độ chính xác của phương pháp LFB và nêu lên những ưu điểm của phương pháp LFB so với phương pháp Newton-Raphson. Với nội dung nêu trên luận văn được trình bày trong các phần sau: PHẦN MỞ ĐẦU 1. Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài 2. Nhiệm vụ của Luận văn. 3. Những điểm mới của Luận văn. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận văn. PHẦN NỘI DUNG Với mục tiêu trên, luận văn được trình bày trong ba chương: 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
  8. Luận Văn Thạc Sĩ 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 . x Mở đầu . 1 1. Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài . . 1 2. Nhiệm vụ của Luận Văn . . 3 3. Những điểm mới của Luận Văn . 3 4. Giá trị thực tiển của Luận Văn 3 Nội dung 4 Chƣơng 1: Mô hình hóa các thiết bị FACTS . . 4 1.1 Giới thiệu . 4 1.1.1 Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor TCSC 4 1.1.2. Bộ điều chỉnh điện áp được điều khiển bằng Thyricstor (TCPAR) 4 Trang vi
  9. Luận Văn Thạc Sĩ 1.1.3. Thiết bị bù tỉnh điều khiển bằng thyristor SVC . 5 1.1.4. Thiết bị điều khiển dòng công suất được hợp nhất (UPFC) 5 1.1.5. Mô hình thiết bị FACTS chung . 6 1.1.6 Phương trình điện áp nhánh 6 1.2 Phát triễn mô hình dòng công suất dựa trên dòng điện nhánh 7 1.2.1. Mô hình dòng công suất mạng phân phối mạch vòng 7 1.2.1.1. Phương trình cân bằng công suất tổng 9 1.2.1.2. Phương trình điện áp dòng điện 10 1.2.1.3. Phương trình góc pha mạch vòng. 10 1.2.1.4. Ma trận dòng công suất LFB 10 1.2.1.5. Công thức dựa trên LFB gắn chặt với thiết bị FACTS 11 1.2.1.6 .Điều khiển dòng công suất dây bằng cách chuyển đổi pha trong TCPAR 14 1.2.1.7 Điều khiển dòng công suất dây sử dụng bộ tụ điện nối tiếp bằng TCSC 15 1.2.1.8. Điều khiển điện áp thanh góp bằng cách sử dụng đầu phân áp các máy biến áp UPFC 15 1.2.1.9. Điều khiển điện áp thanh góp với bơm vào Q bằng SVC . 15 1.2.2. Mô hình dòng công suất mạng phân phối hình tia . 16 1.2.2.1 Phương trình cân bằng công suất tổng . 16 1.2.2.2 Phương trình điện áp nhánh . 17 1.2.2.3 Bản chất của sơ đồ lưới điện phân phối hình tia . 18 1.2.2.4 Mô hình LFB được tách riêng từ hệ thống phân phối hình tia 22 Trang vii
  10. Luận Văn Thạc Sĩ Chƣơng 2: Các phép biến đổi ma trận trong mạng điện . 23 2.1. Khử nút bằng cách phân chia ma trận . 23 2.2. Bổ túc về tô pô mạch – phương pháp tổng trở mạch vòng 24 2.3. Khử dòng điện mạch vòng bằng cách phân chia ma trận . 28 Chƣơng 3: Tính toán phân bố trong hệ thống điện . 31 3.1 các phương pháp giải bài toán phân bố công suất 31 3.2. các phương trình tính toán phân bố công suất . 31 3.3. Chuẩn bị số liệu và phân bố công suất bẳng phương pháp Gauss _Seide 32 3.4. Phương pháp Newton - Raphson . 34 3.5. phương pháp giải bài toán phân bố công suất bằng Line Flow Based (LFB) 34 3.6. Bài tập ứng dụng 37 3.7. Tóm tắc xây dựng giải thuật chương trình LFB 41 3.8. Khảo sát khi có SVC 45 3.9. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 47 3.9.1 Kết quả tính toán bằng phương pháp LFB . 47 3.9.2 Kiểm tra chế độ ban đầu bằng phương pháp Newton-Raphson 58 3.9.3 Nhận xét . . 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . . 68 Tài liệu tham khảo 69 Trang viii
  11. Luận Văn Thạc Sĩ 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
  12. Luận Văn Thạc Sĩ DANH SÁCH CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ, CÁC BẢNG HÌNH TRANG Hình 1.1 Mô hình chung thiết bị FACST 6 Hình 1.2 Hệ thống mạch vòng 4 thanh cái 11 Hình 1.3 sơ đồ thay thế hình 2.2 12 Hình 1.4 Đường dây kiểm tra hệ thống IEEE 13 nút 18 Hình 1.5 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 21 Hình 1.8 sắp xếp lại ma trận tỷ lệ cho nhánh BFS tối ưu . 21 Hình 2.1 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 2.3b sơ đồ thay thế . 26 Hình 2.4 sơ đồ thay thế . 27 Hình 2.5 sơ đồ mạch vòng với 4 nguồn 28 Hình 3.1 Lưu đồ giải thuật LFB 35 Hình 3.2 hệ thống điện hình tia 11 nút 39 Hình 3.3 hệ thống điện hình tia 11 nút có lắp đặt SVC . 63 Trang x
  13. Luận Văn Thạc Sĩ 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
  14. Luận Văn Thạc Sĩ 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
  15. Luận Văn Thạc Sĩ 2. 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). 3. 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. 4. 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. 5. 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
  16. Luận Văn Thạc Sĩ 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. (TCSC), bộ điều chỉnh điện áp đƣợc điều khiển bằng Thyristor (TCPAR), thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC), và thiết bị điều khiển dòng công suất đƣợc hợp nhất (UPFC) đƣợc đặc biệt thảo luận trong mục này và tóm tắt thành một mô hình FACTS tích hợp. Tất cả các mô hình thiết bị FACTS phổ biến này dễ dàng đƣợc tích hợp trong cơ cấu mới. Kết quả của các ví dụ với các thiết bị FACTS cho thấy tiềm năng của việc thành lập công thức đƣợc sửa đổi. 1.1.1 Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC) Bộ bù dọc điều khiển bằng Thyristor (TCSC) đƣợc định nghĩa nhƣ là một bộ bù dung kháng, trong đó bao gồm một dàn tụ điện đƣợc nối song song với một điện cảm đƣợc điều khiển bằng thyristor để cung cấp một dung kháng (tổng trở) bù dọc thay đổi một cách nhẹ nhàng. Trong nghiên cứu dòng công suất xác lập, TCSC có thể đƣợc coi nhƣ một cuộn cảm hoặc tụ điện tĩnh cung cấp một điện kháng -jxc với một đƣờng dây truyền tải l đƣợc bù dọc đƣợc thay thế bằng cách gộp các thông số tƣơng đƣơng hình π thành một khối. Trong hầu hết các trƣờng hợp, các điện nạp shunt này của một nhánh thƣờng đƣợc bỏ qua.Vì vậy, tụ điện tĩnh của TCSC sẽ đƣợc nối trực tiếp với trở kháng đƣờng dây. 1.1.2 Bộ điều chỉnh điện áp đƣợc điều khiển bằng Thyristor (TCPAR) Bộ điều chỉnh điện áp đƣợc điều khiển bằng Thyristor (TCPAR) đƣợc coi nhƣ bộ điều điều chỉnh góc pha lý tƣởng, mà có thể thay đổi liên tục góc pha giữa điện áp Trang 4
  17. Luận Văn Thạc Sĩ ở hai đầu của một biến áp trong phạm vi điều chỉnh từ -αmin < l < αmax , mà không làm thay đổi độ lớn của điển áp pha chuyển đổi từ đó của điện áp dòng ban đầu. Một mô hình tĩnh của TCPAR có tỉ số chuyển mạch phức tạp 1: tl = 1: 1  αl đƣợc kết nối trong một trở kháng nối tiếp của đƣờng dây truyền tải. 1.1.3 Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC) Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor SVC dựa trên các thyristors mà không có khả năng tắt cổng G đƣợc coi là một bộ lọc (bộ giảm chấn, bộ giảm xung) hoặc máy phát công suất phản kháng đƣợc kết nối song song. Ngõ ra của chúng đƣợc điều chỉnh để trao đổi dòng điện dung hay điện cảm. Là một thành phần quan trọng để điều chỉnh điện áp, nó thƣờng đƣợc cài đặt tại thanh cái nhận. Trong cách trình bày này, SVC đã đƣợc coi là một nhánh song song với một công suất bù phản kháng QSC đƣợc lắp đặt bằng các điện nạp cuộn cảm và điện dung sẵn có. 1.1.4 Thiết bị điều khiển dòng công suất đƣợc hợp nhất (UPFC). Thiết bị UPFC có thể thực hiện đầy đủ các chức năng phức tạp của việc kiểm soát dòng công suất bao gồm bù phản kháng nối tiếp, bù phản kháng song song, và chuyển đổi pha. Nó có thể độc lập điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng bằng cách tích hợp vào một bộ điều khiển công suất tổng quát kết hợp các chức năng của TCSC, TCPAR và SVC, để mà thiết bị UPFC điều chỉnh độ lớn, vị trí góc và điện áp nội xạ trong thời gian thực tế. Mục đích của việc này là để duy trì hoặc thay đổi dòng công suât tác dụng và phản kháng trên đƣờng dây để đáp ứng nhu cầu phụ tải và điều kiện vận hành hệ thống. Thiết bị UPFC này bao gồm một bộ tụ bù nối tiếp và một bộ tù song song. Bộ tụ bù nối tiếp có thể điều chỉnh trở kháng lƣới điện, độ lớn của điện áp thanh góp hoặc góc pha của điện áp thanh góp. Bộ tụ bù song song có thể đƣợc thay thế bằng việc bơm công suất phản kháng đƣợc yêu cầu vào mạng lƣới hệ thống điện chẳng hạn nhƣ là một nguồn công suất phản kháng, và nhánh của bù song song đƣợc loại bỏ. Các mô hình xác lập của UPFC sử dụng trong phân tích dòng công suất đƣợc phát triển từ mô hình UPFC cơ bản. Trang 5
  18. Luận Văn Thạc Sĩ 1.1.5 Mô hình thiết bị FACTS chung Cả hai thiết bị FACTS theo từng lớp nối tiếp và song song đƣợc mô hình hóa nhƣ mô hình FACTS tổng quát thể hiện trong hình 1.1. Nói chung, mỗi thiết bị FACTS chỉ đƣợc thực hiện một trong những chức năng đƣợc vẽ trên hình 1.1. Ví dụ, SVC có một chi nhánh song song với một công suất bù phản kháng QSC mà không cần thay đổi đầu phân áp máy biến áp và đƣơng lƣợng nối tiếp -jXC. Tùy thuộc vào các thiết bị FACTS đƣợc sử dụng, chức năng của nó trong mô hình thiết bị FACTS chung chung có thể dễ dàng đƣợc thực hiện. Hình 1.1 Mô hình chung của thiết bị FACTS 1.1.6 Phƣơng trình điện áp nhánh Từ Hình 1.1 , ta có phƣơng trình điện áp rơi nhánh [6] có thể đƣợc viết là pl −jql tlVi < (δi +∝l) = Vj < δj + (Rl + j Xl − Xc ) (1) Vj <(−δi) Bằng cách bình phƣơng về độ lớn cả hai vế phƣơng trình trên và sắp xếp lại, 4 2 2 2 2 2 2 2 2 Vj + 2Vj Rlpl + ql Xl − Xc − tl Vi Vj + pl + ql Rl + Xl − Xc = 0 (2) 2 2 2 2 2 2 2 Chia (2) cho V j và đặt s l = p l + q l và z = R l + ( Xl-Xc) , chúng ta có đƣợc Trang 6
  19. Luận Văn Thạc Sĩ 22 2 2 2 szl Vj 2[Rll p l ( X l x c ) q l ] t V i 2 (3) Vj Góc pha thanh góp qua một nhánh đƣợc cho bởi pl()R X l x c q l l (4) sin(i  j l ) VVij Giả sử sinθ ≈ θ và Vi = Vj = 01, chúng ta có đƣợc (i  j l ) p l ( X l x c ) q l Rl approximation error (5) Sự sai biệt góc pha của nhánh này là l  i  j p l( X l x c ) q l Rl l approximation error (6) i và j là số thanh cái, l là đƣờng dây hoặc số nhánh, pl, ql : công suất tác dụng và công suất phản kháng nhánh l 2 2 2 SRXl() l l kl 2 vế phải của phƣơng trình 3 đƣợc đơn giản hóa Vj Sl công suất biểu kiến trên đƣờng dây l 2 Vi bình phƣơng độ lớn điện áp tại thanh góp i R1, X1 : điện trở và điện kháng của của đƣờng dây l 1 độ sụt góc pha trên đƣờng dây l 1.2 PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH DÒNG CÔNG SUẤT DỰA TRÊN DÒNG ĐIỆN NHÁNH (LFB) 1.2.1 MÔ HÌNH DÒNG CÔNG SUẤT MẠNG PHÂN PHỐI MẠCH VÒNG Trang 7
  20. Luận Văn Thạc Sĩ Vận hành hệ thống điện tập trung vào việc duy trì một mức độ thỏa đáng với các biên độ điện áp, trong khi tiêu hao công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đƣờng dây truyền tải đến các thiết bị tải. Các biến tại các nút với các biên độ điện áp thanh góp và góc pha trong các mô hình dòng công suất đảo chiều, không trực tiếp phản ánh giá trị thực yêu cầu cuối cùng của các dòng điện. Khi có các thiết bị FACTS gắn nối tiếp và song song thêm vào sẽ điều chỉnh dễ dàng các dòng điện và điện áp thanh góp, các công suất tác dụng và phản kháng tại cuối đầu nhận của các đƣờng dây truyền tải và các độ lớn điện áp thanh góp có ý nghĩa thiết thực trong hệ thống điện. Thuật toán LFB dựa trên các phƣơng trình dòng công suất, những đại lƣợng này tạo thành các biến độc lập. Khi đƣợc so sánh với các phƣơng pháp truyền thống góc pha và biên độ điện áp thanh góp sẽ là các biến không thay đổi, sự thành lập công thức LFB này sẽ có số lƣợng các phƣơng trình nhiều hơn, nhƣng ta có thể tác động trực tiếp đến các biến điều khiển điều này sẽ có lợi trong việc giải quyết một phạm vi rộng của các các vấn đề phát sinh trong việc ứng dụng các thiết bị FACTS. Việc lựa chọn dòng nhánh nhƣ các biến sẽ cung cấp sự linh hoạt hơn trong giải quyết vấn đề từ một quan điểm thực tế. Cho n là tổng số thanh cái và npv và npq số thanh cái tải trọng và điện áp đƣợc điều khiển bằng tƣơng ứng. Cho phép đối với một thanh cái hở, n npv n qp 1 (7) Các dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng tại đầu nhận của mỗi đƣờng dây, điện áp thanh góp tải trọng, và công suất phản kháng đƣợc thêm vào tại các thanh góp đƣợc điều chỉnh bằng điện áp đã đƣợc chọn là ẩn số trong mô hình LFB. Nếu có nhiều nhánh l trong hệ thống, N tổng số phƣơng trình cần thành lập. N 2 l npv n qp 2 l n 1 (8) Các mô hình phƣơng trình LFB dựa trên các phƣơng trình dòng công suất và tổn thất công suất trên các nhánh. Các phƣơng trình cân bằng công suất phản kháng Trang 8
  21. Luận Văn Thạc Sĩ và công suất tác dụng tại tất cả các thanh, ngoại trừ thanh cái hở có thể đƣợc viết bằng cách sử dụng các ma trận tỷ lệ. Khi tất cả các kết nối song song đƣợc loại bỏ trong ma trận tỷ lệ, sự phân bố công suất tác dụng và công suất phản kháng của chúng đƣợc tính toán riêng trong các phƣơng trình cân bằng công suất. Các tải trọng công suất tác dụng và phản kháng, các bộ tụ song song và tụ nạp trên đƣờng dây có thể đƣợc coi nhƣ các nhánh song song. Sau khi phân loại theo lối cũ của các thanh cái hở, các thanh cái tải trọng và các thanh cái đƣợc điều khiển bằng điện áp, các phƣơng trình LFB này đƣợc xây dựng thành ba nhóm phƣơng trình nhƣ sau. 1.2.1.1 Phƣơng trình cân bằng công suất tổng Các ma trận cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng, số lƣợng của các phƣơng trình bằng 2(n-1) tại tất cả các thanh cái ngoại trừ thanh cái hở có thể đƣợc thể hiện nhƣ sau A p PGL A'0  l (9) 2 A q QGL A'0 m H  V (10) Trong đó A và A’ đƣợc định nghĩa là ma trận tỷ lệ thanh cái và ma trận tỷ lệ thanh cái đƣợc hiệu chỉnh với tất cả các " +1" trong A’ cài đặt bằng 0, điều đó dễ dàng ƣớc lƣợng tính đến các tổn thất đƣờng dây trong các phƣơng trình cân bằng công suất bằng cách sử dụng các vectơ của các tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng nhánh l và m. H là một ma trận đƣờng chéo, các yếu tố đƣờng chéo của chúng là tổng số lần nạp điện và điện nạp bù tại mỗi thanh cái nhƣ là phần tử đƣờng chéo.PGL và QGL là công suất thêm vào tại thanh cái đƣợc định nghĩa là PGLi = PGi - PLi và QGLi = QGi - QLi, trong đó p và q , p và q là các vectơ dòng điện tác dụng và phản kháng ở đầu nhận của các nhánh trong lƣới điện. Các phƣơng trình phản ứng không phù hợp sẽ bị xóa tại các thanh góp PV. V2 là vector điện áp chƣa xác định trong đó có các điện áp tại thanh góp PQ, là n – npv –1 chiều. V2 từ (10) có thể đƣợc viết lại nhƣ Trang 9