Nghiên cứu điều khiển phân bố dòng công suất sử dụng SSSC

Nội dung text: Nghiên cứu điều khiển phân bố dòng công suất sử dụng SSSC

1. NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN PHÂN BỐ DÒNG CÔNG SUẤT SỬ DỤNG SSSC STUDY OF POWER FLOW CONTROL WITH STATIC SYNCHRONOUS SERIES COMPENSATOR (SSSC) Lại Thế Tâm1 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Abstract – By the analysis of the dụng mạng điện hiện có, do đó, tránh việc không cần theoretical basis to make the appropriate thiết để xây dựng đường dây truyền tải mới. parameters for the simulation model, the study Thiết bị bù công suất phản kháng kiểu tĩnh focused on learning about the principles of (SVC) là một thiết bị FACTS thế hệ đầu tiên có thể operation, structures and applications of Static điều khiển điện áp tại các nút được yêu cầu qua đó Synchronous Series Compensator (SSSC) in nâng cao biên độ điện áp của hệ thống. Nhiệm vụ order to simulate the changing of the power flow chính của một SVC là để duy trì điện áp ở một nút in the three generators and 9 buses system with đặc biệt bằng việc bù công suất phản kháng (thu and without the proposed SSSC. The study được bằng cách thay đổi góc đóng mở của thyristor) showed that with the system with the proposed [8]. SVC đã được sử dụng để điều khiển điện áp giúp SSSC in the transmission line is not only improve ổn định hiệu suất cao hơn so với bù ngang cổ điển. power transfer capability, control the power flow SVC cũng được sử dụng để làm cải thiện sự ổn định but also effectively improve damping of the thoáng qua, và giảm tổn thất hệ thống bằng cách tối oscillation when a short-circuit fault is happened. ưu hóa điều khiển công suất phản kháng [9] - [10]. Keyword – FACTS, SSSC Device, Reactive Bộ bù bằng tụ mắc nối tiếp điều khiển bằng power compensation, Power flow control. thyristor (TCSC) là một trong những thành viên I. GIỚI THIỆU CHUNG quan trọng của gia đình FACTS, ngày càng được áp Sự phát triển gần đây của thiết bị điện tử dụng vào các đường dây truyền tải đường dài bởi công suất đề xuất cho việc sử dụng các bộ điều khiển các tiện ích trong các hệ thống điện hiện đại. Nó có hệ thống điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) trong thể có vai trò khác nhau trong các hoạt động và điều hệ thống điện. Bộ điều khiển FACTS có khả năng khiển trong hệ thống điện, chẳng hạn như điều khiển điều khiển các trạng thái hoạt động của hệ thống một dòng công suất; giảm các thành phần không đối cách nhanh chóng và tính năng này của FACTS có xứng; cung cấp hỗ trợ điện áp; hạn chế dòng ngắn thể được khai thác để cải thiện sự ổn định điện áp và mạch; giảm thiểu cộng hưởng đồng bộ (SSR); giảm sự ổn định truyền tải điện của một hệ thống điện xóc các dao động điện; và tăng cường sự ổn định phức tạp [1] - [7]. Điều này cho phép gia tăng sử thoáng qua [11] - [13].
2. Bộ bù đồng bộ kiểu tĩnh (SSSC) là một thành khiển vào các đường dây truyền tải bằng cách độc viên của gia đình FACTS được mắc nối tiếp với một lập với dòng điện để nó có thể nhanh chóng thay đổi đường dây truyền tải điện. Nó bao gồm một bộ điện kháng ảnh hưởng giữa hai đầu của đường dây chuyển đổi nguồn điện áp, tạo ra một điện áp xoay truyền tải và dòng công suất, trong khi điện áp bù chiều bơm vào đường dây truyền tải có thể điều phụ thuộc vào dòng điện đường dây trong trường khiển được. Khi điện áp bơm vào đường dây được hợp tụ bù nối tiếp. giữ vuông góc với dòng điện đường dây, nó có thể Trong các trường hợp bù điện dung nối tiếp, bù dung hoặc bù kháng để ảnh hưởng đến dòng chảy điện áp đầu ra trễ hơn dòng hiện bằng 90 độ. Tuy công suất trên đường dây truyền tải [14]. Trong khi nhiên, điện áp đầu ra của SVS có thể được đảo mục đích chính của một SSSC là để điều khiền dòng ngược bởi một hành động điều khiển đơn giản để công suất ở trạng thái ổn định, nó cũng có thể cải làm cho nó sớm hoặc trễ hơn dòng hiện bằng 90 độ. thiện sự ổn định tạm thời của một hệ thống điện. Hình 2.1 minh họa các chế độ hoạt động Bằng các phương pháp phân tích các cơ sở khác nhau ở trạng thái ổn định cho một SSSC được lý thuyết để đưa ra các thông số phù hợp cho mô lắp đặt trong mô hình hệ thống điện hai máy đơn hình mô phỏng, nghiên cứu tập trung tìm hiểu về giản của hình 2.1(a). Các chế độ hoạt động không nguyên lý hoạt động, cấu tạo và các ứng của SSSC bù của SSSC (VSSSC=0) được thể hiện trong hình từ đó mô phỏng hoạt động của SSSC để thấy được 2.1(b). Các chế độ bù dung được thể hiện trong hình sự thay đổi dòng công suất trên mô hình hệ thống 2.1(c) trong đó, như kết quả điện áp được bơm vào điện ba máy phát và 9 nút khi có gắn và không gắn của SSSC VSSSC= - jVSSSC() , điện kháng quy thiết bị SSSC. Việc nghiên cứu đã cho thấy rằng việc nạp ảnh hưởng giữa hai nút bị giảm và dòng điện ứng dụng SSSC vào đường dây truyền tải không đường dây thì bị tăng lên. Điều này dẫn đến việc những có khả năng nâng cao khả năng truyền tải, tăng công suất phát. Hình 2.1(d) cho thấy các chế độ điều khiển được dòng công suất trên đường dây cảm kháng SSSC hoạt động, với công suất phát thì truyền tải một cách hiệu quả mà còn có khả năng bị giảm để bơm vào của VSSSC= jVSSSC() giảm dao động công suất khi có các sự cố ngắn mạch. II. BỘ BÙ ĐỒNG BỘ KIỂU TĨNH (SSSC) SVS bù nối tiếp cơ bản, được gọi là Bù Đồng Bộ Kiểu Tĩnh (SSSC) đã được đề xuất bởi Gyugyi vào năm 1989 trong khái niệm về việc sử dụng công nghệ nền tảng-chuyển đổi một cách thống nhất bù song song và nối tiếp cũng như điều khiển góc truyền tải. Các khái niệm được sử dụng các SVS cho Hình 2.1: chế độ hoạt động SSSC trong một hệ thống điện hai máy và sơ đồ pha (b) không bù, (c) bù phản kháng nối tiếp dựa trên thực tế là SVS bơm bù dung, (d) bù kháng. một điện áp xoay chiều có độ lớn và góc có thể điều
3. Khi SSSC bơm điện áp bù biến đổi nối tiếp Kết quả mô phỏng được cho ở Bảng 3.1, với bằng cách điều khiển độ lớn của điện áp, bất chấp dòng điện, điện áp, công suất tác dụng, công suất dòng điện đường dây, công suất được truyền tải P so phản kháng trên đường dây 6-9 và 5-7, cho thấy sự với góc tải δ sẽ trở thành một hàm tham số của điện phân bố công suất trên đường dây truyền tải: áp bơm vào, VSSSC(ζ), và nó có thể được thể hiện Mô hình hệ thống điện bao gồm hệ thống ba máy trong một hệ thống hai máy như sau: phát điện và 9 nút, với một số tải tại bus B5, bus B6, bus B8. V 2 V  P sin V ( )cos X X SSSC 2  Ba trạm phát điện: L L (2.3) . Trạm 1: Điện áp: 16.5 kV Công suất P bình thường so với góc δ được (M1) có công suất định mức 2.475 MVA đồ thị như là hàm tham số của VSSSC(ζ) thể hiện . Trạm 2: Điện áp: 18.5 kV trong hình 2.3. Để so sánh, VSSSC(ζ) được lựa chọn (M2) có công suất định mức 1.920 MVA để cung cấp cho công suất tối đa giống như việc bù . Trạm 3: Điện áp: 13.8 kV dung nối tiếp với k tương ứng trong hình 2.2. (M3) có công suất định mức 1.280 MVA. . Các trạm biến áp: Trạm 1: biến áp: 16.5/230 Kv Trạm 2: biến áp: 18.5/230 Kv Trạm 3: biến áp: 13.8/230 Kv . Các trạm biến áp được kết nối với tải bởi các đường dây truyền tải. Đường dây 4-5: nối từ nút 4 đến nút 5 dài 100km. Hình 2.2: Công suất được truyền đi so với góc tải được cung cấp bởi các SSSC như một hàm tham số Đường dây 4-6: nối từ nút 4 đến nút 6 dài của mức độ điện áp (bơm vào) bù nối tiếp [15]. 100km. Việc so sánh các đồ thị tương ứng trong hình 2.2 Đường dây 5-7: nối từ nút 5 đến nút 7 dài cho thấy rõ ràng rằng các tụ điện nối tiếp tăng công 100km. suất truyền tải bởi một tỷ lệ cố định, giá trị độc lập Đường dây 6-9: nối từ nút 6 đến nút 9 dài của δ, trong phạm vi hoạt động quan trọng 0 ≤ δ ≤ 100km. π/2. Các SSSC cũng có khả năng làm giảm công suất Đường dây 7-8: nối từ nút 7 đến nút 8 dài truyền bằng cách thay đổi điện áp của điện áp bơm 100km. vào, trong khi việc bù điện dung nối tiếp không có Đường dây 8-9: nối từ nút 8 đến nút 9 dài một tính năng như vậy. 100km. . Có 3 nhóm tải chính: III. MÔ PHỎNG Tải lớn 1: tại bus 5: 50MW, 50MVAR Tải lớn 2: tại bus 6: 100MW, 35MVAR
4. Tải lớn 3: tại bus 8: 90MW, 30MVAR Hình 3.3: Công suất phản kháng trên đường dây 6- 9 khi không có SSSC. Hình 3.1: Mô hình mô phỏng của một SSSC trên đường dây truyền tải. Hình 3.4: Điện áp trên đường dây 6-9 khi không có  Kết quả mô phỏng khi không gắn SSSC SSSC. Bảng 3.1: Điện áp, Công suất tác dụng và công Trong hình.4.17; 4.18; 4.19 từ thời điểm 0 giây, suất phản kháng trên đường dây 6-9 và 5-7 khi SSSC không thể hiện bất kỳ bù điện kháng nào. Hoạt không có SSSC: động ở trạng thái không bơm vì vậy nó không mô phỏng bất kỳ điện kháng nào.  Kết quả mô phỏng khi gắn SSSC Thiết lập điện áp tham chiếu Vqref như sau: Ban đầu Vqref được thiết lập 0 pu; tại t = 2s, Vqref được thiết lập -0.08 pu (điện kháng SSSC), tại t = 4s, - Công suất tác dụng, công suất phản kháng, điện áp Vqref được thiết lập 0.08 pu (điện dung SSSC). trên đường dây 6-9 khi không có SSSC: Bảng 3.2: Điện áp, công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường dây 6-9 và 5-7 khi có SSSC: Hình 3.2: Công suất tác dụng trên đường dây 6-9 khi không có SSSC. - Công suất tác dụng trên đường dây 6-9 và 5- 7 khi có SSSC:
5. Hình 3.5: Công suất tác dụng trên đường dây 6-9 khi có SSSC. Hình 3.9: Công suất phản kháng trên đường dây 5- 7 khi có SSSC. Trong hình.4.20-4.26 từ thời điểm 0 giây, SSSC không thể hiện bất kỳ bù điện kháng nào. Tại 2 giây, bù dung kháng được yêu cầu. Do các kháng điện dung làm tăng dòng điện đường dây và dòng công Hình 3.6: Công suất tác dụng trên đường dây 5-7 suất trong các đường dây truyền tải 6-9 tăng từ 20 khi có SSSC. MW đến 30 MW. Tại 4 giây, điện kháng được yêu cầu. Do các kháng quy nạp làm giảm dòng công suất trong đường dây truyền tải 6-9 giảm từ 30 MW đến 10 MW. Tương tự với công suất phản kháng và điện áp trên đường dây 6-9 và 5-7 tại thời điểm 2 giây và 4 giây. Hình 3.7: Công suất tác dụng trên đường dây 6-9 Bảng 3.3: So sánh dòng, điện áp, Công suất tác và 5-7 khi có SSSC. dụng và công suất phản kháng trên đường dây - Công suất phản kháng trên đường dây 6-9 và 5-7 truyền tải 6-9 và 5-7 khi có và không có SSSC. khi có SSSC: Hình 3.8: Công suất phản kháng trên đường dây 6- Theo các kết quả thu được trên đường dây truyền 9 khi có SSSC. tải 6-9 và 5-7 đã cho kết quả khá tốt và chứng minh rằng SSSC có khả năng kiểm soát dòng công suất tại một điểm mong muốn trên đường truyền tải. SSSC bơm một điện áp thay đổi, nối tiếp với đường dây truyền tải. Sau khi lắp đặt SSSC, bên cạnh việc kiểm soát dòng công suất trên đường dây truyền tải 6-9 và
6. 5-7, ngoài ra, các dao động thoáng qua của hệ thống điện cũng được cải thiện.  Bây giờ sẽ xét đến hoạt động của SSSC khi có và không có sử dụng bộ điều khiển POD (Power Oscillation Damping). Chọn sự cố máy cắt và chọn các thông số để mô phỏng một sự cố ba pha. Thời Hình 3.13: Công suất P (MW) trên đường dây 6-9 gian chuyển tiếp cần được thiết lập như sau: [10/50 ở sự cố 3-pha (không có POD) 3/10]; điều này có nghĩa rằng sự cố sẽ được áp dụng ở 0.2s và sẽ kéo dài trong 10 chu kỳ. Chạy mô phỏng và quan sát các dao động điện trên đường dây 6-9 trước và sau sự cố ba pha. Trong quá trình có sự cố, (dω) & (Vabc), (Iabc) luôn được giám sát bởi bộ điều khiển hệ thống công suất, rồi lấy thông số đầu Hình 3.14: Công suất Q (MVAR) trên đường dây 6- vào từ những dao động, POD làm giảm xóc dao 9 ở sự cố 3-pha (không có POD) động công suất hệ thống để cải thiện sự ổn định.  HOẠT ĐỘNG CỦA SSSC VỚI GIẢM DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT Hình 3.15: Điện áp trên đường dây 6-9 ở sự cố 3- pha (không có POD)  Sự cố 3 pha: Khi có bộ điều khiển POD Trong sự cố 3 pha, Nếu POD được sử dụng như là bộ điều khiển SSSC, hệ thống điện áp trở nên ổn định trong vòng 0.4s & Cả 2 công suất (P, Q) trở nên ổn định trong vòng 0.4s: Hình 3.12: Mô hình mô phỏng của một SSSC khi có sự cố ngắn mạch. Hình 3.16: Công suất P (MW) trên đường dây 6-9 Sự cố 3 pha: Khi không có bộ điều khiển POD: ở sự cố 3-pha (với POD)
7. đường dây truyền tải và cho kết quả tốt và rõ ràng về phân luồng công suất trên đường dây cũng như ổn định dao động hệ thống điện. Từ kết quả cho thấy, việc ứng dụng SSSC vào đường dây không những có khả năng nâng cao khả năng truyền tải của Hình 3.17: Công suất Q (MVAR) trên đường dây 6- đường dây mà còn điều khiển luồng công suất trên 9 ở sự cố 3-pha (với POD) các đường dây, ổn định dao động công suất. Các nội dung đạt được cụ thể gồm: . Nghiên cứu về hệ thống điện, phân bố và điều khiển dòng công suất trên đường dây truyền tải. . Nghiên cứu các thiết bị điều khiển FACTS, đặc biệt là SSSC trong việc nâng cao và điều khiển phân Hình 3.18: Điện áp trên đường dây 6-9 ở sự cố 3- luồng công suất trên đường dây, cũng như ổn định pha (với POD) dao động hệ thống điện. Kết quả mô phỏng cho kết quả khá tốt về khả năng giảm dao động của SSSC khi có gắn POD. . Mô phỏng mô hình SSSC trên đường dây truyền tải. Phần này trình bày các cải tiến của ổn định hệ thống điện, hệ thống công suất với dao động tắt dần của TÀI LIỆU THAM KHẢO công suất phản kháng và tác dụng trong một mô hình D. Murali, Dr. M. Rajaram, N. Reka, 2010, hệ thống điện có gắn thiết bị SSSC khi không có “Comparison of FACTS Devices for Power System hoặc có đề xuất bộ Điều khiển giảm dao động công Stability Enhancement” International Journal of suất khi có các sự cố khác nhau. POD cũng là một Computer Applications, tr.1. bộ điều khiển rất hiệu quả để tăng cường sự ổn định Igor Papic, Peter Zunko, 2002, “Mathematical hệ thống điện. Từ kết quả trên, có thể đề xuất Model and Steady State Operational Characteristics phương pháp điều chỉnh thông số điều khiển bằng of a Unified Power Flow Controller,” Electro- bộ điều khiển POD, hệ thống điều khiển POD phù technical Review, Slovenija, 69(5), tr.285-290. hợp cho điều khiển SSSC vì thời gian ổn định ngắn Prechanon Kumkratug, 2009, “Application of hơn, thiết kế đơn giản, chi phí thấp và bộ điều khiển UPFC to Increase Transient Stability of Inter-Area có hiệu quả cao. Các bộ điều khiển có thể được áp Power System,” Journal of Computers, 4(4), tr. 283- dụng cho một thiết bị FACTS cụ thể là STATCOM, 287. UPFC, có bộ điều khiển có thể được kiểm soát từ Prechanon Kumkratug, Panthep Laohachai, bên ngoài, cũng có thể được điều chỉnh bằng cách 2007, “Direct Method of Transient Stability sử dụng các thuật toán khác nhau như Fuzzy logic, Assessment of a Power System with a SSSC,” ANN, thuật toán di truyền, FSO cho việc cải thiện Journal of Computers, 2(8), tr. 77-82. sự ổn định trạng thái quá độ và ổn định của một hệ S.V. Ravi Kumar, S. Siva Nagaraju, 2007, thống điện. “Transient Stability Improvement using UPFC and IV. KẾT LUẬN SVC,” ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2(3), tr. 38-45. Qua luận văn này, đã hoàn thành nghiên cứu A. Kazemi, F. Mahamnia, 2008, “Improving được mô hình mô phỏng SSSC và ứng dụng trên of Transient Stability of Power Systems by
8. Supplementary Controllers of UPFC using Different Thông tin liên hệ tác giả: Fault Conditions,” WSEAS Transactions on Power Họ tên: Lại Thế Tâm Systems, 3(7), tr. 547-556. Điện thoại: 0965 8888 75 S. Panda, Ramnarayan N. Patel, 2006, Email: laithetam.dkc09@gmail.com “Improving Power System Transient Stability with an off-centre Location of Shunt FACTS Devices,” Journal of Electrical Engineering, 57(6), tr. 365- 368. N.G. Hingorani, L. Gyugyi, 1999, “Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems,” IEEE Press, New York. N. Mithulananthan, C.A. Canizares, J. Reeve, Graham J. Rogers, 2003, “Comparison of PSS, SVC and STATCOM Controllers for Damping Power System Oscillations,” IEEE Transactions on Power Systems, 18(2), tr. 786-792. E.Z. Zhou, 1993, “Application of Static Var Compensators to Increase Power System damping,” IEEE Transactions on Power Systems, 8(2), tr. 655- 661. P. Mattavelli, G.C. Verghese, A.M. Stankovic, 1997, “Phasor Dynamics of Thyristor- Controlled Series Capacitor Systems,” IEEE Transactions on Power Systems, 12(3), tr. 1259- 1267. B.H. Li, Q.H. Wu, D.R. Turner, P.Y. Wang, X.X. Zhou, 2000, “Modeling of TCSC Dynamics for Control and Analysis of Power System Stability,” Electrical Power & Energy Systems, 22(1), tr. 43-49. A.D. Del Rosso, C.A. Canizares, V.M. Dona, 2003, “A Study of TCSC Controller Design for Power System Stability Improvement,” IEEE Transactions on Power Systems, 18(4), tr. 1487- 1496. L. Gyugyi, 1994, “Dynamic Compensation of AC Transmission Line by Solid State Synchronous Voltage Sources,” IEEE Transactions on Power Delivery, 9(22), tr. 904-911. Damping power system oscillations using an SSSC based hybrid series capacitive compensation scheme.
9. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.