Nghiên cứu ứng dụng bù đồng bộ phân tán (D-Statcom) để nâng cao độ ổn định cho lưới điện phân phối Pleiku

Nội dung text: Nghiên cứu ứng dụng bù đồng bộ phân tán (D-Statcom) để nâng cao độ ổn định cho lưới điện phân phối Pleiku

1. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÙ ĐỒNG BỘ PHÂN TÁN (D-STATCOM) ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI PLEIKU RESEARCHES APPLICATION OF DISTRIBUTION STATIC COMPENSATOR (D-STATCOM) FOR ENHANCEMENT STABILITY OF PLEIKU DISTRIBUTION GRID Trương Đình Nhơn1, Trịnh Việt Thi2 1Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 2 Học viên cao học trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT Thực tế vận hành cho thấy phương thức vận hành lưới điện phân phối thành phố Pleiku chưa được tối ưu. Phụ tải không ổn định thay đổi liên tục trong ngày và theo mùa vụ; một số vị trí tụ bù trung áp không còn phù hợp do phụ tải thay đổi liên tục; bán kính cấp điện lớn; dung lượng bù không phù hợp; bù cứng nên chưa đáp ứng đủ những yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy khi hệ thống có sự thay đổi đột ngột về nhu cầu công suất phản kháng. Bài báo nghiên cứu ứng dụng bù đồng bộ phân tán (D-STATCOM) để nâng cao ổn định cho lưới điện phân phối Pleiku trên cơ sở ổn định điện áp tại các phụ tải. Số liệu thu thập các phụ tải của xuất tuyến 472/E42 từ hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm (MDMS) được sử dụng để mô phỏng bằng Matlab/Simulink ở trạng thái trước và sau khi ứng dụng thiết bị D-STATCOM. Kết quả là điện áp tại các phụ tải được cải thiện đáng kể và nâng cao độ ổn định cho lưới điện phân phối. Từ khóa: Lưới điện phân phối, bù đồng bộ phân tán, ổn định điện áp, hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm. ABSTRACT The actual operation of the distribution network shows that the method of operation of Pleiku distribution grid has not been optimized. The dynamic load varies continuously during the day and season; some positions of medium capacitor voltage is no longer suitable due to constant change of load; large power supply radius; capacitor capacitance is not suitable; fixed compensation does not meet the requirements for rapid response when the system has a sudden change in demand for reactive power. The thesis researches application of D-STATCOM for enhancement stability of Pleiku distribution grid on the basis of voltage stabilization at the load. The data collected for loads of feeder number 472 of 110KV Substation (472/E42) from the Meter Data Management System were used to simulate using Matlab/Simulink before and after applying of D-STATCOM equipment. As a result, the voltage at the load is greatly improved and enhancement stability of distribution system. Keywords: Distribution grid, D-STATCOM, Voltage stability, Meter Data Management System. 1. GIỚI THIỆU nhanh nhạy khi hệ thống có sự thay đổi đột Thực tế vận hành cho thấy, phương thức ngột về nhu cầu công suất phản kháng. Ngoài vận hành lưới điện phân phối thành phố ra, tình trạng vận hành các xuất tuyến trung Pleiku chưa được tối ưu, phụ tải không ổn thế với bán kính cấp điện lớn, non tải khi định thay đổi liên tục trong ngày và theo mùa không vào mùa sản xuất chính và quá tải khi vụ do đa số các phụ tải lớn là liên quan đến mùa cao điểm sản xuất, thu hoạch cây công sản xuất chế biến, bơm tưới cây công nghiệp nghiệp gây khó khăn cho công tác vận hành như cà phê, điều, tiêu, cao su, , một số vị trí liên tục và ổn định của lưới điện phân phối. tụ bù trung áp không còn phù hợp; dung Để hệ thống điện hoạt động linh hoạt ở lượng bù không phù hợp; bù cứng nên chưa mọi chế độ, kể cả tình huống sự cố nghiêm đáp ứng đủ những yêu cầu về phản ứng trọng nhất, thì phải có thiết bị để điều khiển các đại lượng trong hệ thống điện, một trong tính toán và lựa chọn dung lượng bù, vị trí bù, những đại lượng đó chính là đại lượng điện thiết bị bù công suất phản kháng trên lưới áp. Vấn đề đặt ra là làm sao thu thập số liệu, 1
2. điện phân phối để nâng cao độ ổn định cho lưới điện phân phối Pleiku. Công suất (kW) Phản kháng(kVar) Tên xuất Trên thế giới cũng như nước ta, đã có rất tuyến (lộ) Tổn Pha Pha Pha Pha Pha Pha nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng Tổng dụng STATCOM để nâng cao chất lượng g A B C A B C điện áp và ổn định cho hệ thống điện 471/E41 708.18 240.63 226.39 240.89 0.00 0.00 0.00 -45.39 [5,6,7,10,11]. Tuy nhiên, việc nghiên cứu các 472 /E41 2703.41 872.74 935.38 895.29 623.99 190.94 197.79 221.56 thiết bị STATCOM chủ yếu được áp dụng ở 473/E41 2327.56 772.36 785.52 769.41 318.24 118.16 118.16 81.64 lưới điện truyền tải chứ chưa chú trọng đến 474/E41 2209.94 764.98 716.64 727.92 170.40 71.50 98.90 71.50 lưới điện phân phối. Vì vậy, việc nghiên cứu 475/E41 3657.71 1205.81 1216.55 1209.84 358.52 103.39 103.39 149.05 ứng dụng bù đồng bộ phân tán (D- 476/E41 2121.72 732.15 687.03 702.34 207.86 0.00 68.08 68.08 STATCOM) để nâng cao ổn định cho lưới điện phân phối Pleiku là cấp thiết, đáp ứng 477/E41 3326.05 1109.13 1137.33 1105.10 198.73 0.00 99.37 99.37 được các yêu cầu trên. 478/E41 4942.35 1658.26 1639.53 1644.36 716.03 262.45 259.02 238.68 2. ỨNG DỤNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ 479/E41 4333.13 1478.39 1426.03 1427.37 562.62 198.73 198.73 162.48 DỮ LIỆU ĐO ĐẾM (MDMS) 471/E42 1407.63 473.96 524.70 408.97 69.65 109.41 18.32 21.45 475/E42 861.05 280.81 282.70 297.54 275.79 102.21 65.27 108.30 Ta có số liệu từ chương trình hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm MDMS các xuất tuyến 477/E42 1488.58 491.14 503.28 494.16 -182.58 -69.02 -52.89 -60.67 trung thế 22KV lưới điện phân phối Pleiku 472/E42 1931.18 628.43 637.24 665.51 -364.51 -122.16 -100.92 -141.44 như sau: 474/E42 1849.41 589.81 622.32 637.28 -484.45 -158.02 -143.69 -182.74 Bảng 1: Số liệu công suất các xuất tuyến 476/E42 2342.96 791.78 785.02 766.16 -701.42 -197.41 -255.07 -248.94 đầu nguồn 22KV Pleiku. 478 /E42 3278.77 1075.53 1121.15 1082.08 -478.75 -170.35 -78.40 -230.00 Bảng 2: Số liệu điện áp và dòng điện các 480/E42 1967.52 638.33 652.54 676.65 -551.91 -183.04 -174.85 -194.03 xuất tuyến đầu nguồn 22KV Pleiku. Bảng 1. Số liệu công suất các xuất tuyến đầu Bảng 3: Phân bổ công suất các phụ tải nguồn 22KV Pleiku (node) của xuất tuyến 472/E41. Trong nộ i Điện áp (V) Dòng điện (A) Tên xuất dung bài báo này ta tậ p trung nghiên tuyến cư u lậ y sộ liệ u và mô phộ ng xuậ t tuyệ n Pha A Pha B Pha C Pha A Pha B Pha C 472 củ a TBA 110KV Pleiku kí hiệ u là 471/E41 13416.26 13448.34 13321.99 18.01 16.99 18.13 472/E41. 472 /E41 13413.16 13584.64 13584.07 68.00 71.02 70.92 Hình 4: Điện áp các node hạ thế. 473/E41 13412.04 13471.41 13310.45 56.33 58.75 58.40 474/E41 13432.02 13455.65 13476.76 57.59 53.34 54.79 475/E41 13353.51 13413.73 13279.78 91.51 91.98 91.64 476/E41 13427.51 13468.88 13519.53 54.64 51.12 52.52 477/E41 13418.79 13482.67 13357.73 83.14 83.70 82.53 478/E41 13437.64 13481.82 13503.21 122.83 121.40 122.39 479/E41 13445.24 13463.53 13331.56 111.15 107.39 107.56 471/E42 13644.27 13684.18 13682.39 35.65 38.37 29.93 475/E42 13607.69 13703.36 13735.34 21.96 21.17 23.05 477/E42 13698.50 13715.64 13765.01 36.21 36.90 36.17 472/E42 13668.06 13747.87 13768.85 46.84 46.93 49.41 474/E42 13672.66 13739.94 13756.32 44.66 46.48 48.19 476/E42 13699.78 13740.71 13750.18 59.56 60.07 58.59 478 /E42 13699.78 13768.34 13769.62 79.49 81.63 80.34 480/E42 13738.92 13816.43 13812.08 48.33 48.90 50.96 Bảng 2. Số liệu điện áp và dòng điện các xuất tuyến đầu nguồn 22KV Pleiku 2
3. Q S P 24,400 Stt Tên Node (kVAR V(kV) L (Km) (kVA) (kW) ) 24,200 10000 1 472/E41 9200 2339 23.240 0 0 24,000 2 GIA KHANG 630 286 227 0.392 16.415 23,800 3 O LAM 560 295 198 0.375 16.467 (V) Điện áp 4 QUOC DUY 750 482 334 0.366 17.265 23,600 5 GRANIT HONG 560 437 301 0.387 17.265 6 LUYEN KIM 630 346 311 0.379 18.502 23,400 7 XUAN PHUC 560 206 98 0.394 16.638 Pha A 23,200 8 NM GIAY 560 408 327 0.388 16.924 9 ACOM 750 584 257 0.380 17.133 23,000 Pha B 10 NS QUOC TE 630 220 169 0.401 19.283 11 ANH KHOA 560 310 396 0.377 18.626 22,800 Pha C 12 NAM HOA 1,000 698 302 0.400 19.004 22,600 13 HIEP LOI 750 374 473 0.375 18.942 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 14 BAO HOANG 750 403 242 0.391 17.044 15 NUTIFOOD 2,500 1,149 427 22.135 19.290 Thời gian (h) HOLYTHUYE 16 100 90 18 0.390 19.923 T Bảng 3. Phân bổ công suất các phụ tải (node) Hình 5. Điện áp node đầu nguồn. của xuất tuyến 472/E41. 24,000 Trong đó: 23,500 Điện áp (V) Điện áp - S: là công suất biểu kiến máy biến áp (kVA). 23,000 - P: công suất tác dụng của Node (kW). 22,500 Pha A - Q: công suất phản kháng của Node (kVar). Pha B 22,000 Pha C - V: điện áp của Node (kV). 21,500 - L: chiều dài của đường dây (Km). 21,000 410 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 GIA KHANG Thời gian (h) 400 O LAM Điện áp Điện (V) QUOC DUY Hình 6. Điện áp node NAMHOA. 390 GRAINIT HONG LUYEN KIM 24,000 380 XUAN PHUC NM GIAY 23,500 Điện áp (V) Điện áp 370 ACOM 23,000 QUOC TE 360 ANH KHOA 22,500 Pha A NAM HOA 350 Pha B HIEP LOI 22,000 Pha C BAO HOANG 340 Các Node HOLYTHUYE 21,500 T Hình 4. Điện áp các node hạ thế. 21,000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Nhận xét: Các phụ tải hạ thế của xuất Thời gian (h) tuyến có các điện áp vận hành khác nhau và Hình 7. Điện áp node NUTIFOOD. có sự chênh lệch nhiều giữa các node với nhau. Điện áp tại các node phụ tải như các hình sau. 3
4. 1,400 3. MÔ PHỎNG CS tác dụng 1,200 CS phản kháng Từ các số liệu thu thập với các thông số như ở bảng 3 ta mô phỏng bằng 1,000 Matlab/Simulink và so sánh kết quả trước và Công suất (KW/Kvar) suất Công 800 sau khi lắp đặt D-STATCOM. 600 Giả sử trong trường hợp ta đặt thiết bị D-STATCOM (22kV, +/-1MVar) ngay tại 400 node Nutifood và có sự cố ngắn mạch tại vị trí 200 node này và node NamHoa để ta thấy được lý do vì sao chọn thiết bị D-STATCOM gắn tại 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 vị trí này như hình 10. Thời gian (h) Hình 8. Đồ thị công suất của node NUTIFOOD. 10,000 CS tác dụng 9,000 CS phản kháng 8,000 7,000 Công suất (KW/Kvar) suất Công 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 Hình 10. Mô hình mô phỏng. 1,000 Khi ngắn mạch xãy ra tại node Nam 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hoa với thời gian là 0,01 giây, ta được kết Thời gian (h) quả đáp ứng công suất tại các node như sau: Hình 9. Đồ thị công suất của node đầu nguồn. - Đườ ng màu xanh là không có D- Qua đồ thị điện áp của các phụ tải thuộc xuất STATCOM. tuyến 472/E41, ta có nhận xét như sau: - Đườ ng màu đỏ là sau khi gắ n D- - Điện áp của các phụ tải thường tăng STATCOM. cao vào các giờ không sản xuất từ khoảng (11- 13)h và từ (20-24)h trong ngày. - Tại node gần nguồn là GIA KHANG ta có kết quả trước và sau khi có - Điện áp của phụ tải giảm thấp nhất gắn D-STATCOM: trong khoảng thời gian (8-10)h trong ngày. - Giữa các phụ tải có sự khác nhau về thời điểm sản xuất, và đa số đều sản xuất không liên tục trong ngày (Trừ node Nutifood có phụ tải sản xuất cả ngày tuy nhiên công suất cũng không đều như hình 3.5). - Điện áp của các node có sự chênh lệch nhau trong cùng một thời điểm. Từ đó nhằm ổn định điện áp cũng như nâng cáo độ ổn định cho xuất tuyến 472/E41 ta đề xuất sử dụng D-STATCOM trên cơ sở số liệu thu thập được thông qua hệ thống quản lý dự liệu đo đếm MDMS. Hình 11. Công suất tại node GIA KHANG 4
5. Hình 12. Công suất tại node NAM HOA. Hình 15. Điện áp tại node NAM HOA. Hình 13. Công suất tại node NUTIFOOD. Hình 16. Điện áp tại node NUTIFOOD. - Điện áp tại các bus trên có kết quả như sau: - Đáp ứng của D-STATCOM với các thông số như hình sau: Hình 14. Điện áp tại node GIA KHANG. Hình 17. Đáp ứng điện áp của D-STATCOM. 5
6. lắp đặt thiết bị D-STATCOM đã ổn định được 4000 điện áp của xuất tuyến là tiền đề nâng cao chất 3000 lượng điện năng cung cấp cho khách hàng, 2000 giảm tổn thất điện trong khâu vận hành kỹ 1000 thuật, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, là Iq (A) Iq 0 tiền đề chuẩn bị bước vào giai đoạn thị trường -1000 bán lẻ điện cạnh tranh trong thời gian tới. -2000 Tuy nhiên, nội dung của luận văn vẫn -3000 chưa đề cập đến vấn đề kinh tế khi so sánh 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 t (s) được giá trị làm lợi của việc trước và sau khi Hình 18. Đáp ứng dòng điện của D- lắp D-STATCOM đối với xuất tuyến này STATCOM. cũng như đánh giá hết các chỉ tiêu mà ở đó D- STATCOM hơn các thiết bị bù khác. 3 2 1 0 Modulation Index Modulation -1 -2 -3 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 t (s) Hình 19. Hệ số điều chế của D- STATCOM. 4. KẾT LUẬN Sau khi lắp đặt D-STATCOM ta thấy biên độ điện áp tại các Bus phụ tải được cải thiện đáng kể, cũng như công suất của các Bus tăng lên đáng kể ngay cả khi có sự cố ngắn mạch xảy ra. Giảm độ dao động: các bus phụ tải lớn và các phụ tải nhỏ của xuất tuyến 472/E41, khi có sự cố xảy ra tuy nhiên điện áp, công suất của tải vẫn đáp ứng được làm cho tính ổn định của hệ thống được nâng cao. Giảm tổn thất điện năng xuất tuyến 472/E41 là xuất tuyến đại diện cho đặc thù phụ tải của lưới điện phân phối Pleiku nói riêng cũng như của toàn tỉnh Gia Lai. Sau khi 6
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Đăng Khải, Huỳnh Bá Minh. Bù công suất phản kháng lưới cung cấp và phân phối điện. NXB Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội, 2003. [2] K.R.Padiyar. Facts Controllers in Power Transmission and Distribution. New Age International (P) Ltd., Publishers, 2007. [3] Nguyễn Phùng Quang. Matlab/Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động. NXB Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội, 2004. [4] Quyền Huy Ánh. Vận hành tối ưu hệ thống điện. Giáo trình giảng dạy, 2012. [5] Alpesh Mahyavanshi, M. A. Mulla, R. Chudamani. Reactive Power Compensation by Controlling the DSTATCOM. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, Volume 2, Issue 11, November 2012. [6] Bhim Singh, Sabha Raj Arya. Design and control of a DSTATCOM for power quality improvement using cross correlation function approach. International Journal of Engineering, Science and Technology, Vol. 4, No. 1, 2012, pp.74-86. [7] P. Venkata Kishore, Prof. S. Rama Reddy. Compensation of Reactive Power Using D- STATCOM. IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering (IOSR-JEEE), e-ISSN: 2278-1676, p-ISSN: 2320-3331, Volume 9, Issue 1 Ver. I (Jan. 2014), PP 17-27. [8] Pierre Giroux, Gilbert Sybille (Hydro-Quebec, IREQ). Internet: model.html?requestedDomain=www.mathworks.com#zmw57dd0e9982 [9] Tổng công ty Điện lực miền Trung. Tài liệu: Hướng dẫn sử dụng chương trình MDMS- EVNCPC. EVNCPC, 2012. [10] Rachid Dehini, Chellali Benachaiba, Abdesselam Bassou. Simulation of Distribution Static Compensator (D-STATCOM) to Improve Power Quality. Arab J Sci Eng, DOI 10.1007/s13369- 012-0461-5. Received: 21 September 2011/Accepted: 12 February 2012. [11] Pierre Giroux, Gilbert Sybille, Hoang Le-Huy. Modeling and Simulation of a Distribution STATCOM using Sirnulink’s Power System Blockset. IECONOl: The 27th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. 0-7803-7108-9/01 (C)2001 IEEE. PP 990-994. Thông tin liên hệ tác giả chính (người chịu trách nhiệm bài viết): Họ tên: Trịnh Việt Thi Đơn vị: Công ty Điện lực Gia Lai Điện thoại: 0968 678777 Email: thipcgl@gmail.com Học viên thực hiện Cán bộ hướng dẫn khoa học Trịnh Việt Thi TS. Trương Đình Nhơn 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 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.