Nghiên cứu phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh áp dụng line flow based sử dụng SVC

Nội dung text: Nghiên cứu phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh áp dụng line flow based sử dụng SVC

1. NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRÊN CƠ SỞ DÒNG NHÁNH ÁP DỤNG LINE FLOW BASED SỬ DỤNG SVC A STUDY ABOUT POWER DISTRIBUTION FACILITIES BRANCH LINE APPLIED LINE FLOW BASED USING SVC HỒ VĂN HIẾN (*), LÊ TRÂN ( ) (*) Khoa Điện- Điện Tử Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh Electronic Deparment-University of Technical Education of Ho Chi Minh City ( ) Học viên cao học nghành thiết bị, mạng & nhà máy điện -Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh Master’s student in Equipments, Net and Electric power stations sector-University of Technical Educcation of Ho Chi Minh City ABSTRACT This paper presents research methods the use of SVC and Applied computing power distribution on grid distribution by Line Flow Based method LFB. From the LFB method used to help us analyze and evaluate the stability of a power system, then attached to SVC in the important buttons to adjust the voltage to increase transmission capacity and distribution electrical system. Comparison of methods LFB with Newton-Raphson method, to assess the accuracy of the method raised LFB and the advantages of the method compared with LFB Newton-Raphson method. Key words: Distribution Systems, SVC, FACTS, line flow based equation. TÓM TẮT Bài báo này đã trình bày phương pháp nghiên cứu việc sử dụng SVC và áp dụng tính toán phân bố công suất trên lưới điện phân phối bằng phương pháp dòng nhánh LFB. Từ việc sử dụng phương pháp LFB giúp ta phân tích, đánh giá mức độ ổn định của một hệ thống điện, sau đó gắn thiết bị SVC vào tại các nút quan trọng để điều chỉnh điện áp nhằm tăng cường khả năng truyền tài và phân phối trong hệ thống điện. So sanh 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. Từ khóa: Hệ thống phân phối, SVC, FACTS, phương trình dòng nhánh. I.GIỚI THIỆU thống điện. Các mô hình tĩnh của nhiều thiết bị FACTS, lớp nối tiếp hoặc song song, đã được phát Các thiết bị FACTS đang đóng một vai trò triển và áp dụng. (TCSC), bộ điều chỉnh điện áp hàng đầu trong điều chỉnh hiệu quả dòng công suất được điều khiển bằng Thyristor (TCPAR), dây và cải thiện đồ thị điện áp của mạng lưới hệ 1
2. thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC), và trừ trong ma trận tỷ lệ này, sự phân bố công suất tác thiết bị điều khiển dòng công suất được hợp nhất dụng và công suất phản kháng của chúng được tính (UPFC) được đặc biệt thảo luận trong mục này và toán riêng trong các phương trình cân bằng công tóm tắt thành một mô hình FACTS tích hợp. Tất cả suất. Các tải công suất tác dụng và phản kháng, tụ các mô hình thiết bị FACTS phổ biến này dễ dàng điện song song và tụ bù cho đường dây có thể được được tích hợp trong cơ cấu mới. Kết quả của các ví giải quyết như là các nhánh song song. Chúng được dụ với các thiết bị FACTS cho thấy tiềm năng của phân loại như sau: điện áp điều khiển và các nút tải. việc thành lập công thức được sửa đổi. các phương trình LFB được xây dựng dựa trên các phương trình sau: phương trình cân bằng công suất II. MÔ HÌNH THIẾT BỊ FACTS CHUNG tác dụng và công suất phản kháng thanh cái và các Cả hai thiết bị FACTS theo từng lớp nối phương trình điện áp nhánh. tiếp và song song được mô hình hóa như mô hình b. Phương trình cân bằng công suất tổng FACTS tổng quát thể hiện trong hình 1. Nói chung, mỗi thiết bị FACTS chỉ được thực hiện một trong Sử dụng một ma trận tỷ lệ thanh cái A với các những chức năng được vẽ trên hình 1. Ví dụ, SVC hàng tương ứng với tất cả các thanh cái ngoài trừ có một chi nhánh song song với một công suất bù thanh cái hở, cân bằng công suất tác dụng và công phản kháng QSC mà không cần thay đổi đầu phân áp suất phản kháng [7] có thể được viết như sau: máy biến áp và đương lượng nối tiếp -jXC. Tùy A p P A'0  l (1) thuộc vào các thiết bị FACTS được sử dụng, chức GL năng của nó trong mô hình thiết bị FACTS chung chung có thể dễ dàng được thực hiện. A q Q A'0 m H  V 2 (2) GL A' được định nghĩa như là một ma trận tỷ lệ thanh cái được thay đổi với tất cả các số "-1" thiết đặt thành 0, điều đó dễ dàng ước lượng tính đến các tổn thất đường dây trong các phương 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 đường chéo với phần tử điện dung của nguồn. PGL và QGL là các Hình 1 Mô hình chung của thiết bị FACTS công suất vectơ được định nghĩa là PGLi = PGI - PLI và QGLi = QGi - QLi, trong đó PGi, QGi, PLi và QLi là a. Mô hình LFB áp dụng cho mạng điện phân phối máy phát tác dụng và phản kháng và các công suất hình tia. tải tại thanh cái thứ i, li và mi là tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường dây l, Vì các dòng công trên đường dây và độ lớn điện p và q là các vectơ dòng công suất tác dụng và phản áp thanh cái có vai trò quan trọng trong quá trình 2 kháng ở đầu nhận. V i là bình phương của cường độ vận hành một hệ thống phân phối, trong đó thiết bị điện áp tại thanh cái thứ i. FACTS điều khiển các đại lượng này, một mô hình dòng công suất dựa trên các dòng công suất tác PQ thanh cái tải trọng và PV thanh cái nguồn. Cho dụng, dòng công suất phản kháng và độ lớn điện áp n là tổng số thanh cái, nPV và nPQ số lượng thanh cái thanh cái sẽ cho dễ dàng xử lý các thiết bị khi được điện áp điều khiển và thanh cái tải trọng tương ứng. gắn nối tiếp và song song. Phương trình cân bằng công suất phản kháng và công suất tác dụng được c. Phương trình điện áp nhánh viết cho tất cả các thanh cái của mạng điện ngoại trừ Từ Hình1 ta có phương trình điện áp rơi nhánh [7] thanh cái hở. Tất cả các kết nối song song được loại có thể được viết là 2
3. V p −jq i < δ = V < δ + l l (r + j x − x ) III. B Ả N CHẤT CỦA SƠ ĐỒ LƯỚI ĐIỆN t i j i V <(−δ ) l l c l j j PHÂN PHỐI HÌNH TIA (3) Sơ đồ lưới điện mạng phân bố hình tia có một V V p −jq i j < (δ − δ ) = l l r + j x − x + V2 c ấ u trúc hình cây không có mạch vòng nào. Tổng số t i j V <(−δ ) l l c j l j j đường dây bằng số lượng thanh cái trừ đi một. Khi (4) các mô hình của ma trận tỷ lệ phụ thuộc vào thứ tự Bình phương độ lớn của cả hai vế phương trình (24) của các đường dây và các nút, các ma trận tỷ lệ và sắp xếp lại, chúng ta nhận được như sau: trong phương trình có một cấu trúc phụ thuộc vào thứ tự mà các đường dây được đọc từ dữ liệu. Hơn 2 2 4 2 Vi Vj nữa, các ma trận này là các ma trận vuông và không Vj + 2Vj ripl + ql xl − xc − 2 + tl suy biến. 2 2 2 2 pl + ql rl + xl − xc = 0 (5) Sơ đồ mạng lưới phân phối hình tia lựa chọn để 2 2 Vi nghiên cứu trong mô hình LFB. Ý tưởng cơ bản của Vj + 2 rlpl + qlxl − qlxc − 2 = − 푙 (6) tl sơ đồ hình tia là để chỉ ra càng nhiều thanh cái 2 2 2 nhiều càng tốt trước khi thâm nhập sâu vào từng sl (rl + xl −xc ) Với 푙 = 2 ; nhánh. Điều này có nghĩa rằng chúng ta kiểm tra tất Vj cả các thanh cái liền kề với mức độ thực trước khi 2 2 2 sl = pl + ql ( 7) tiếp tục đến một số thanh cái khác. Mô tả ngắn gọn về sơ đồ hình tia để đánh số lại các nhánh và các Sl công suất biểu kiến trên đường dây l thanh cái có thể được tóm tắt trong ba bước sau đây để xây dựng một hình tia. Phương trình nhánh của từng hình dạng đường dây - Bắt đầu tại thanh cái nguồn như là mức độ đầu như dạng ma trận tiên và hệ số phân đầu ra đến các thanh cái Trong đó AC là một ma trận tỷ lệ thanh cái tương "hướng xuống " như các mức độ tiếp theo. 2 ứng với các thanh cái PV. V là vector điện áp bình - Trong cùng một cấp độ , tất cả các số thanh cái phương của các thanh cái PV và thanh cái lỏng.  được xếp đặt liên tiếp Là một ma trận đường chéo có bậc bằng l với các - Việc đánh số nhánh lại thì tương tự như việc giá trị của một máy biến áp điều chỉnh (có đầu ra) đánh lại số thanh cái. bằng bình phương của giá trị điều chỉnh. A và A 1 + 1- Ở bất kỳ cấp độ nào, một số nhánh là một trong thu được từ A bằng cách thiết lập, tương ứng, các 1 ít hơn số lượng thanh cái " hướng lên". Một ví dụ về giá trị dương và âm trong A1 thành 0. R và X là ma sử dụng thuật toán nghiên cứu mở rộng ban đầu trận điện kháng và dung kháng đường chéo. Vector (BFS ) được minh họa bằng cách sử dụng hệ thống K đại diện cho các thuật ngữ về phía bên phải của phân phối hình tia này với mười ba nút và mười hai (4) cho tất cả các đường dây. đường dây được hiển thị trong hình 2. Đường dây chỉ có trở kháng nối tiếp. Các nút được đánh số tùy ý. Sơ đồ mạng phân phối ở ví dụ này được vẽ lại trong hình 3 với số thanh cái theo thứ tự bắt đầu từ 1. Hình 2. Đường dây kiểm tra hệ thống IEEE 13 nút 3
4. Hình 3: Đồ thị của lưới điện 13 nút IEEE Hình 5. Sơ đồ hình tia hệ thống 13nút.IEEE Hình 4. Ma trận tỷ lệ thứ tự tùy ý. Hình 6. Sắp xếp lại ma trận tỷ lệ cho sơ đồ hình cây tối ưu. Mặc dù ở đây số1 được xác định thanh cái nguồn duy nhất, những số khác bao quanh là những con số Mô hình LFB được tách riêng từ hệ thống phân tùy ý như được cho trong danh sách dữ liệu ban bố hình tia đầu. Điều này rất hữu ích khi mạng lưới được cấu hình lại để đáp ứng nhu cầu cho các đường dây và Tách riêng phương trình LFB tải trọng khác nhau. Các dòng công suất này trong Ap = PGL – A’l (8) các nhánh luôn luôn được định hướng đi từ nút 2 nguồn, và do đó, các mũi tên chỉ hướng được bỏ A1q = QGL – A1’l + H1V (9) qua. 2 2 Ma trận tỷ lệ trong hình 4 , bao gồm nút nguồn ( tại 1 = − ∧ 푣 + + 2푅 + 2 푞 (10) gốc, tên ban đầu là 650) được gọi là Bus 1, được Với các đường dây được đánh thứ tự trên sơ đồ hình hiển thị trong hình 3. Để phù hợp với phương trình cây, ma trận tỷ lệ thanh cái theo bản chất là các ma dòng tải LFB có các phần sau, các hàng của ma trận trận tam giác trên và là một ma trận tam giác dưới. có liên quan đến các thanh cái và các cột của nó liên Sử dụng đồ thị điện áp bằng phẳng như giá trị ban quan đến các nhánh. Việc đánh số lại sơ đồ nghiên đầu, các dòng điện này và có thể thu được trực tiếp cứu mở rộng (BFS) được áp dụng cho đường dây bằng cách thay thế ngược về sau của nó từ biểu thức thử nghiệm 13-nút. Sơ đồ hình cây của đường dây (8) và (9). Trong biểu thức (10) giá trị p và q được 13 nút IEEE được hiển thị trong hình 3. Nó được cập nhật, biên độ điện áp bình phương V2 có thể sắp xếp lại thành ma trận tỷ lệ, bao gồm cả các nút nguồn, như trong hình 5. được tính bằng cách thay thế chuyển tiếp. Không 4
5. cần tìm thừa số của ma trận hệ số. Thiết lập tách rời 6 -0.200 -0.150 0 này của các phương trình thì dễ dàng hơn để mã hóa 7 -0.200 -0.150 0 trong một chương trình. 8 -0.200 -0.150 0 9 -0.200 -0.150 0 IV. BÀI TOÁN KIỂM TRA 10 -0.200 -0.150 0 Tính toán một mạng điện 11 nút với số liệu ban 11 -0.600 -0.450 0 đầu là: Loại nút 1 : nút PV, Loại nút 0 : nút PQ Số nút 11 Số nhánh 10 Nút cân bằng 1 Công suất cơ bản : Scb = 10 MVA Điện áp cơ bản 22 KV Nhánh 1 : đầu 1 cuối 2 Nhánh 2 : đầu 2 cuối 3 Nhánh 3 : đầu 2 cuối 4 Nhánh 4 : đầu 2 cuối 5 Nhánh 5 : đầu 4 cuối 6 Nhánh 6 : đầu 6 cuối 7 Nhánh 7 : đầu 6 cuối 8 Nhánh 8 : đầu 6 cuối 9 Nhánh 9 : đầu 8 cuối 10 Hình 7: Mạng lưới hình tia 10 nhánh không SVC Nhánh 10 : đầu 10 cuối 11 Kết quả tính toán: Tổng trở nhánh : Nhánh Rnhánh Xnhánh Điện áp tại các nút trước khi đặt SVC 1 0.005372 0.014460 Nút Pload Qload Newton LFB 2 0.005372 0.014460 1 0 0 1.000 1.00000 3 0.005372 0.014460 2 2 1.5 0.955 0.95473 4 0.005372 0.014460 3 2 1.5 0.951 0.95132 5 0.005372 0.014460 4 2 1.5 0.920 0.92024 6 0.005372 0.014460 5 2 1.5 0.951 0.95132 7 0.005372 0.014460 6 2 1.5 0.890 0.88968 8 0.005372 0.014460 7 2 1.5 0.886 0.88602 9 0.005372 0.014460 8 2 1.5 0.870 0.87037 10 0.005372 0.014460 9 2 1.5 0.886 0.88602 Số liệu phụ tải : 10 2 1.5 0.855 0.85492 Nút pload qload loại nút 11 6 4.5 0.843 0.84335 1 0.000 0.000 1 BẢNG 1: Điện áp tại các nút trước khi đặt SVC 2 -0.200 -0.150 0 3 -0.200 -0.150 0 4 -0.200 -0.150 0 5 -0.200 -0.150 0 5
6. V. KẾT LUẬN Kết quả tính toán phương pháp LFB hoàn toàn giống váo kết quả phương pháp tính toán của Newton-Raphson. Phương pháp LFB là hoàn toàn đúng. Ưu điểm của phương pháp LFB Xác định được vị trí đặt SVC để bù tốt nhất, dung lương SVC cần bù vào, Điều chỉnh điện áp tại các nút như mong muốn, Phương pháp LFB xử lý dễ dàng hơn thiết bị SVC khi gắn vào. Những điểm nổi bậc phương pháp LFB so với phương pháp Newton-Raphson Không sử dụng bất cứ một phương trình lượng Hình 7: Mạng lưới hình tia 10 nhánh sau khi đặt giác nào. Giải thuật LFB đơn giản hơn trong việc SVC giải bài toán phân bố công suất so với phương pháp Newton-Raphson Dễ dàng tính được dung Nút Điện áp trước Điện áp sau lượng SVC cần bù vào. khi gắn SVC khi gắn SVC 1 1.00000 1.00000 Đây là một phương pháp mới có thể áp dụng 2 0.95473 0.98451 phương pháp này để tính toán và điều chỉnh các 3 0.95132 0.98121 nút điện áp trong hệ điện trong tương lai. 4 0.92024 0.98000 5 0.95132 0.98121 6 0.88968 0.96975 7 0.88602 0.96639 8 0.87037 0.97000 9 0.88602 0.96639 10 0.85492 0.96326 11 0.84335 0.96000 BẢNG 2: điện áp tại các nút trước và sau khi lắp SVC Dung lượng tụ bù SVC Qsvc4 =0.6618 , qsvc8 = 0.4911 , qsvc11= 0.6763 Tổng tổn thất c suất tác dụng deltaP = 0.082004 Tổng tổn thất c suất phản kháng deltaQ = 0.22073 Công suất tác dụng nguồn Pnguon = 2.48185 Công suất phản kháng nguồn Qnguon = 0.19163 6
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT 1. Hồ Văn Hiến, Hệ thống điện truyền tải và phân phối ,Nhà xuất bản đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh,2012,649 trang . 2. PGS.TS. Quyền Huy Ánh, Vận hành tối ưu hệ thống điện, 2012. 3. Nguyễn Xuân Phú , Cung cấp điện , Nhà xuất bản khao học kỹ thuật,1998. 4. Schneider , Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC ,Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật ,2006. TIẾNG NƯỚC NGOÀI 5. The McGraw-Hill Companies, Electrical Power Systems Quality, Second Edition, 2004. 6. P. Yan and A. Sekar, Steady-state analysis of power system having multiple FACTS devices using line- flow-based Equations. 7. K.Venkateswararao,P.K.Agrawal, Distribution Systems Voltage Profile Improvement with series FACTS devices using Line Flow-Based equations, Department of Electrical engineering, Malaviya Nationnal Instite of Technology, Jaipur, India. 8. Sharanya Jaganathan, Arun Sekar , Wenzhong Gao, IEEE, Formulation of loss minimization problem using gennectic algorithm and Line-Flow-Based, student meber, IEEE. 7
8. 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 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.