Nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện sử dụng thiết bị TCSC
Bạn đang xem tài liệu "Nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện sử dụng thiết bị TCSC", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tài liệu đính kèm:
nang_cao_kha_nang_truyen_tai_cua_he_thong_dien_su_dung_thiet.pdf
Nội dung text: Nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện sử dụng thiết bị TCSC
- NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG THIẾT BỊ TCSC Available Trannsfer Capability Enhancement of Electrical Power Using TCSC Device Dương Thanh Long1, Văn Quốc Nhưt2 1 Trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM 2 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT Hệ thống điện hiện tại luôn tồn tại những nhánh xung yếu và những nhánh này có nguy cơ quá tải thường xuyên. Vì vậy, để đảm bảo được an toàn vận hành trong thị trường điện, đơn vị vận hành hệ thống điện độc lập ISO cần phải biết đầy đủ thông tin về khả năng truyền tải còn lại ATC của hệ thống điện nhằm hạn chế quá tải trên đường dây ở thời điểm hiện tại cũng như khi mở rộng phụ tải trong tương lai. Nâng cao khả năng truyền tải ATC của hệ thống điện sử dụng thiết bị FACTS đã mang lại nhiều kết quả đáng kể và đảm bảo vận hành an toàn hệ thống điện. Một trong những giải pháp được đề cập trong nội dung nghiên cứu này là ứng dụng thiết bị TCSC để nâng cao khả năng truyền tải ATC của hệ thống điện. Phương pháp đề xuất đã được kiểm chứng trên hệ thống điện IEEE 6 Bus, IEEE 7 Bus và IEEE 30 Bus. Từ khóa: Khả năng truyền tải còn lại (ATC) – PTDFs với FACTs – LODF – Thiết bị FACTs – đường dây ở chế độ khẩn cấp. ABSTRACT The existing power system have always the critical branches and these branches can issue overload. Hence, to secure safety operation in electricity market, the Independent System Operator (ISO) needs to know full informations about the available transfer capability (ATC) of the power system with purpose violate overload on the transmission lines at the present as well as expand loading in the future. ATC enhancement with FACTS devices can be an important role in an efficient and secure operation. One of the proposals introduced in the contents are TCSC appliance to enhance ATC of power system. The proposed method have been tested on IEEE 6 Bus, IEEE 7 Bus, and IEEE 30 Bus. Key words: Availible transfer capability (ATC) – PTDF with FACTs – LODF – FACTs devices – Line contingency. Các ký hiệu sử dụng: , : hệ số phân bố công suất có Pi: công suất thực bơm vào tại nút i. thiết bị FACTS cho giao dịch giữa nút bán m Qi: công suất phản kháng bơm vào tại nút i. và nút mua n. n: tổng số nút. , : hệ số sự cố đường dây khi sự Nl: tổng số đường dây của hệ thống. cố đường dây rs. Pgi, Qgi: công suất phát thực và phản kháng tại nút i. : giới hạn nhiệt của đường dây ij. Vi, i: biên độ và góc điện áp tại nút i. 1. GIỚI THIỆU Trong thị trường điện, việc truyền tải Yij = Gij + Bij: thành phần thứ i-j của ma trận công suất qua khoảng cách xa để đáp ứng đầy Ybus. đủ các nhu cầu tiêu thụ điện, đảm bảo độ tin |Yij|, ij: biên độ và góc của thành phần Ybus. cậy cung cấp điện, và thường xuyên được Pij, Qij: dòng công suất thực và phản kháng thực hiện thông qua các hoạt động trao đổi của đường dây ij. mua bán. Với tính chất như vậy thì điện năng TCSC TCSC Pij , Qij : công suất thực và phản kháng được xem như là một mặt hàng kinh doanh. bơm vào khi có TCSC. Để đảm bảo được ổn định thị trường điện Vse, se: điện áp và góc điện áp nối tiếp. và an ninh hệ thống điện, theo Hội Đồng Điện Bắc Mỹ (NERC), tất cả các công ty điện 1
- lực có liên kết với nhau phải gửi giá trị ATC 2. KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI ATC, HỆ cập nhật trên hệ thống truy cập mở thông tin SỐ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRUYỀN đồng thời (OASIS) sau mỗi lần giao dịch mới TẢI PTDF được thực hiện. Giá trị ATC cho biết lượng 2.1 Khả năng truyền tải ATC công suất có thể truyền tải tăng thêm giữa các Theo NERC [11] khả năng truyền tải vùng mà không làm mất ổn định hệ thống. ATC là khả năng truyền tải còn lại của lưới Việc tính toán ATC rất hữu ích cho việc điện trên một đường dây hoặc nhóm đường tìm kiếm khả năng tăng thêm công suất giao dây từ điểm phát đến điểm nhận của hệ thống dịch giữa các vùng và đồng thời cũng là một điện sao cho các thông số về điện phải nằm công cụ rất cần thiết trong thị trường giao trong giới hạn vật lý. dịch công suất trong ngày. Thông tin ATC sẽ Về mặt toán học thì ATC có thể được giúp cho đơn vị vận hành hệ thống độc lập trình bày theo công thức như sau [12, 13, (ISO) tìm thấy hướng truyền công suất một 14]: cách hiệu quả nhất trong thị trường điện. Nó ATC = TTC – TRM – CBM – ETC (1) cũng giúp cho người tham gia thị trường điện TTC : Tổng khả năng truyền tải. có chiến lược chào giá khi xãy ra tắc nghẽn. TRM : Độ tin cậy truyền tải dự trữ. Cùng với việc phát triển của ngành công CBM : Độ dự trữ lợi ích. nghệ điện tử, các thiết bị FACTS có ảnh ETC : Công suất truyền tải có cam kết. hưởng đáng kể trong việc điều khiển phân bố 2.2 Hệ số phân bố công suất truyền tải công suất. Những nghiên cứu trước đây về PTDF ứng dụng FACTS để nâng cao khả năng Xét một giao dịch giữa bên bán m và truyền tải của hệ thống điện đa số tập trung bên mua n, hơn thế nữa ta chỉ xét trong một vào những thiết bị như TCSC, SVR, UPFC, đường dây “l” tải một phần của công suất TCPST Tuy có những điểm xuất phát và giao dịch. Đường dây đó liên kết giữa nút i cách tiếp cận khác nhau trong việc ứng dụng và nút j. Cho một sự thay đổi công suất thực các hiệu quả của thiết bị FACTS vào điều trong giao dịch giữa bên bán và bên mua một khiển hệ thống điện. Nhưng nhìn chung, các lượng ∆ nếu như sự thay đổi công suất công trình nghiên cứu đều có chung hướng trên đường dây truyền tải một lượng nghiên cứu và phương pháp đó là sử dụng thì hệ số phân bố công suất truyền tải có giải thuật Gen để tìm kiếm giải pháp tối ưu. ∆ Công trình nghiên cứu của T. Nireekshana, thể được định nghĩa là: ∆ G. Kesava Rao và S. Siva Naga Raju [9] là , = (2) ∆ “Nâng cao khả năng truyền tải ATC với các 3. THIẾT BỊ FACTS thiết bị FACT sử dụng giải thuật di truyền mã 3.1. Lợi ích của thiết bị FACTS hóa giá trị (RGA)”. Công trình nghiên cứu Giảm chi phí đầu tư. của M.A. Khaburi, M.R. Haghifam [10] là Tận dụng lưới truyền tải hiện hữu để “sử dụng thiết bị FACTS dựa trên mô hình lắp đặt các thiết bị FACTS. xác suất để nâng cao tổng khả năng truyền Tăng độ tin cậy và khả năng sẵn sàng tải”. Công trình nghiên cứu của R. Mohamad của hệ thống truyền tải. Idris, A. Khairuddin, và M.W. Mustafa [4] là Tăng độ ổn định quá độ của lưới “Vị trí tối ưu của thiết bị FACT để nâng cao Ảnh hưởng không đáng kể đến môi khả năng truyền tải còn lại ATC sử dụng giải trường xung quanh. thuật bầy ong”. Công trình nghiên cứu của Giữ được khả năng tải của đường dây Bairavan Veerayan Manikandan, gần với giới hạn phát nóng. Sathiasamuel Charles Raja, và Paramasivam Giảm được dao động điện áp có thể Venkatesh [6] là “Nâng cao khả năng truyền gây hại đến các phần tử của hệ thống. tải sử dụng thiết bị FACTs trong thị trường Giảm dao động công suất, tăng độ ổn điện cạnh tranh”. định tĩnh và động của hệ thống. Trong bài báo này, PTDFs có sự kết hợp Chống sự cố nghẽn mạch hệ thống. với thiết bị FACTS là thiết bị TCSC để xác 3.2. Phân loại thiết bị FACTS định ATC. Kết quả đạt được trong bài báo Dựa trên [2] thiết bị FACTS được phân này là mô phỏng trên hệ thống điện IEEE 30 loại như sau: Bus. 2
- Cho một sự thay đổi trên đường dây truyền tải một lượng ∆ với một giao dịch giữa nút bán m và nút mua n của các thiết bị FACTS, hệ số PTDF có thể được xác định như bên dưới: ∆ , = (8) ∆ Khai triển Taylor sự thay đổi của dòng công suất tại nút i có thể được viết dưới dạng ma trận như bên dưới: Hình 1: Phân loại các thiết bị FACTS. ∆ , , ∆ = (9) 3.3. Mô hình tĩnh TCSC ∆ , , ∆| | TCSC bao gồm ba phần tử chính: Tụ bù Trong đó: C, cuộn kháng bù L và hai thyristor điều [ ] = ; [ ] = ; khiển T1 và T2 Hình 2. Hai van thyristor T1 | | và T2 được kích trực tiếp với một góc α [ ] = ; [ ] = (10) 0 0 | | trong khoảng 90 và 180 vì thế mà thay đổi Sự thay đổi góc và biên độ điện áp có thể được điện áp của tụ C. được xác định như bên dưới: ∆ , , ∆ = (11) ∆| | , , ∆ Thành phần ma trận Jacobian của TCSC có thể được xác định như bên dưới: , ( , ) = − [− sin − + − ] (12) Hình 2: Sơ đồ cấu tạo của TCSC ( ) Bài báo này chỉ xét sự thay đổi trở kháng , , = − [ sin − − của đường dây truyền tải bằng cách điều − ] (13) chỉnh trực tiếp bởi TCSC , ( , ) = 2 − [ cos − + XNew = xij – xTCSC = (1- K)xij (3) − ] (14) Trong đó K = XTCSC/Xij là mức độ bù nối , ( , ) = − [ cos − + tiếp và X là điện kháng của đường dây ij, K ij − ] (15) là hệ số bù của TCSC. , ( , ) = − [ cos − + − ] (16) , ( , ) = − [− cos − − − ] (17) , ( , ) = −2 − [ sin − − − ] (18) , ( , ) = − [ sin − − − ] (19) Hình 3: Mô hình đường dây truyền tải có Khai triển Taylor theo các biến gán ban TCSC đầu và không xét các phần tử bậc cao hơn, sự Dòng công suất thực và công suất phản thay đổi công suất tác dụng có thể được viết kháng từ nút i đến nút j, và từ nút j đến nút i như bên dưới: sẽ là: = − ( + ) (4) ∆ = ∆ + ∆ + ∆ + ∆ (20) = − − ( − ) (5) (3.30) Phương trình độ nhạy dòng công suất có thể được viết gọn với dạng ma trận: = − ( − ) (6) = − + ( + ) (7) 3