Nghiên cứu ứng dụng SSSC trong điều khiển ổn định hệ thống điện

Nội dung text: Nghiên cứu ứng dụng SSSC trong điều khiển ổn định hệ thống điện

1. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SSSC TRONG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN STUDY APPLICATION OF A SSSC TO CONTROL POWER SYSTEM STABILITY Nguyễn Trung Hiếu, Trương Đình Nhơn, Nguyễn Thị Mi Sa Trường ĐH Sư Phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT Bài báo trình bày ứng dụng thiết bị bù nối tiếp đồng bộ kiểu tĩnh (SSSC) trong việc điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng cũng như giảm dao động nhằm nâng cao độ ổn định động trong hệ thống điện. Bộ điều khiển mờ thích nghi (ANFIS) được đề xuất sử dụng trong thiết bị SSSC nhằm điều khiển dòng công suất và giảm dao động trong trường hợp sự cố xãy ra. Kết quả mô phỏng được thực hiện trong môi trường MATLAB/SIMULINK cho hệ thống IEEE 4 bus. Dựa vào kết quả thu được ta thấy rằng hiệu quả của việc sử dụng thiết bị bù SSSC trong việc điều khiển dòng công suất, đạt giá trị mong muốn về phân bố công suất và khả năng giảm dao động của bộ điều khiển ANFIS kết hợp với SSSC. Từ khóa: Bù nối tiếp đồng bộ kiểu tĩnh (SSSC), Ổn định hệ thống điện, ANFIS. ABSTRACT This paper presents the application of a static synchronous series compensator (SSSC) to control active and reactive powers as well as damping power system oscillations in transient stability. The adaptive neuro fuzzy inference system (ANFIS) is proposed as a controller for SSSC to control power flow and damping oscillations in case of severe faults happened. Simulation results have been performed in MATLAB/SIMULINK software for IEEE 4-bus benchmark system. Based on simulation results it can be concluded that the efficience of SSSC in power flow control to the desired value and ability to oscillations damping of the ANFIS controller join with a SSSC. Keywords: Static Synchronous Series Compensator (SSSC), Power system stability, ANFIS. 1. GIỚI THIỆU mắc bởi các yếu tố về quỹ đất, môi trường, các quy định v.v. Kết quả là cần phải sử dụng hiệu Trong khi sự phát triển cơ sở hạ tầng của quả các đường dây truyền tải AC hiện tại. Do lưới điện truyền tải bị giới hạn thì thực tế rằng đó các đường dây truyền tải đang được xây công suất truyền tải trên đường dây đang dần dựng để hoạt động ổn định gần với định mức tăng lên với sự gia tăng không ngừng của tải. đường truyền. Năng lượng điện ngày càng Để giải quyết tắc nghẽn đường truyền, phối được xem là một dạng hàng hóa và hoạt động hợp cơ sở hạ tầng giữa các mạch truyền tải theo hướng thị trường cạnh tranh vì vậy tập song song, mạch vòng không phải là hiếm. Mở trung vào chất lượng cung cấp điện cũng là rộng hệ thống điện là cần thiết, nhưng không một yếu tố vô cùng quan trọng. phải dễ dàng thực hiện. Điều này bị vướng
2. Các hệ thống điện ngày nay, có quy mô rất thay đổi luồng công suất trên đường dây lớn và được điều khiển bằng các thiết bị điện truyền tải. tử, máy tính, truyền thông tốc độ cao thay cho v X l các thiết bị cơ khí truyền thống. Nhờ sự phát pq V3Ðd3 l l V2Ðd2 M N triển trong lĩnh vực điều khiển thông minh và vpq v X - pq truyền thông tốc độ cao, sự điều khiển hệ pq l l vpq ll thống điện đang dần được đáp ứng nhanh v2 v3 chóng, chính xác và ổn định hơn. Source of energy Các thiết bị FACTS có thể cải thiện các Hình 1. Cấu hình đơn tuyến SSSC (Flexible AC Transmission Systems) có thể cải thiện sự ổn định của hệ thống điện chẳng hạn 2.2 Bộ giảm dao động công suất cho SSSC như các ổn định động và ổn định tĩnh. Có thể (POD) điều khiển luồng công suất, điện áp bằng cách Các SSSC có thể được sử dụng các tín kiểm soát các thông số hệ thống bao gồm các hiệu điều khiển đầu vào để thay đổi mức bù trở kháng nối tiếp, trở kháng mắc shunt, dòng nối tiếp, kết quả làm thay đổi dòng công suất điện, điện áp và góc pha. Kiểm soát dòng dòng và giảm dao động hệ thống. điện trong mạch dẫn đến giảm lưu lượng dòng tải đường dây, tăng khả năng mang tải hệ Các loại hình truyền thống của bộ điều thống và cải thiện an ninh hệ thống điện. khiển giảm dao động công suất Power Trong bài báo này tác giả đề cập đến các SSSC Oscillations Damping (POD) mục đích sử trong bộ thiết bị FACTS được nghiên cứu để dụng các bộ lọc được kết nối tầng và bộ điều cải thiện hiệu suất hệ thống, tăng cường sự ổn khiển tuyến tính leadlag để tạo ra các tín hiệu định hệ thống điện. điều khiển mong muốn. Trong bài báo này tác giả sử dụng bộ điều khiển nơron mờ (ANFIS) 2. BỘ BÙ CÔNG SUẤT ĐỒNG BỘ KIỂU để thay thế cho bộ điều khiền leadlag truyền TĨNH (SSSC) thống (Hình 2). 2.1 Cấu hình SSSC Sơ đồ đơn tuyến một SSSC trong một hệ thống điện hai máy được thể hiện trong Hình 1. Theo hình SSSC bơm một điện áp Vpq vào các đường dây truyền tải. Một bộ bù nối tiếp đồng bộ kiểu tĩnh (SSSC) là một thiết bị trong bộ thiết bị FACTS gắn nối tiếp với đường dây truyền tải điện. Cấu tạo gồm bộ chuyển đổi điện áp VSC tạo ra dòng điện, điện Hình 2. Sơ đồ khối POD sử dụng ANFIS áp xoay chiều được điều khiển ở tần số cơ bản. trong Matlab Khi điện áp xoay chiều được giữ vuông góc 3. MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN HAI với dòng điện đường dây nó có thể như một MÁY điện kháng hoặc dung kháng như vậy có thể
3. Hệ thống điện bao gồm hai máy phát điện Khi sử dụng SSSC khả năng ổn định của và một trung tâm phụ tải lớn tại bus B3. Các lưới điện được cải thiện, tuy nhiên kết quả còn máy phát điện đầu tiên (M1) có công suất định nhiều hạn chế. Chính vì vậy tác giả đề xuất mức 2.100 MVA, đại diện cho 6 máy 350 một bộ điều khiển mới cho SSSC thay thế cho MVA và một máy khác (M2) có công suất bộ điều khiển leadlag là bộ điều khiển ANFIS. định mức 1.400 MVA, đại diện cho 4 máy 350 MVA. Trung tâm tải khoảng 2.200 MW được Bộ điều khiển ANFIS có thể xây dựng mô hình hóa bằng cách sử dụng một mô hình theo nhiều cấu trúc khác nhau, trong đề tài này tải động, nơi công suất phản kháng và tác dụng tác giả chọn bộ điều khiển nơron mờ có cấu tiêu thụ bởi các tải. Trạm biến áp M1 được kết trúc như Hình 4. nối với tải này bởi hai đường dây truyền tải L1 và L2. L1 dài 280km và L2 được chia thành hai phân đoạn của 150km để mô phỏng một sự cố ba pha (sử dụng một sự cố máy cắt) tại điểm giữa của đường dây. Dynamic Load B1 B4 L2-1-150km L2-2-150km L3-50km Plant 1 B3 Plant 2 250 MW 100 MW 50 MW L1-280km Hình 4. Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển ANFIS B2 Hình 3. Hệ thống điện hai máy Trong sơ đồ cấu trúc thì bộ điều khiển Hệ thống với hai máy và 4 bus đã được nơron mờ có 1 đầu vào và 1 đầu ra. Mỗi đầu mô phỏng trong MATLAB/SIMULINK. Công vào có 3 nơron mô tả các hàm liên thuộc dạng suất và điện áp thu được trên tất cả các bus hàm Gauss Hình 5. được đưa ra trong bảng 1. Sử dụng các kế quả thu được bus 2 đã được chọn là bus lắp đặt SSSC. Do đó các kết quả mô phỏng tập trung vào bus 2. Bảng 1: Kết quả mô phỏng BUS Active Reactive Voltage Curent NO power power 1 1 pu 13.5 pu 20.06 pu -3.77 pu Hình 5. Hàm liên thuộc của bộ điều khiển 2 1 pu 6.7 pu 9.96 pu -1.82 pu ANFIS 3 1 pu 10 pu 14.84 pu -0.49 pu 4 1 pu 5.55 pu 8.45 pu -0.59 pu Sau khi huấn luyện 100 chu kỳ ta thu được bộ điều khiển ANFIS với sai số dữ liệu vào ra 4. ỨNG DỤNG ANFIS ĐIỀU KHIỂN của hệ thống là 0.249701 sai số này có thể GIẢM DAO ĐỘNG SSSC
4. chấp nhận được. Hình 3.19 chỉ ra của hệ thống ANFIS. ) r a V M ( Q Time (s) Hình 8. Công suất phản kháng tại B2 Hình 6. Sai số của ANFIS sau huấn luyện 5. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Các kết quả cho thấy với bộ điều khiển ) u p ( ANFIS các thông số của hệ thống đã được cải V thiện hơn so với bộ điều khiển Leadlag. Với bộ điều khiển ANFIS có thể nâng cao ổn định công suất tác dụng (Hình 7), công suất phản Time (s) kháng (Hình 8), nâng cao ổn định điện áp (Hình 9), nâng cao ổn định máy phát (Hình 10 Hình 9. Điện áp tại B2 và Hình 11). Tín hiệu mô phỏng của hệ thống sử dụng bộ điều khiển ANFIS đã giảm các giao động đa hài nhỏ, biên dao động giảm nhanh và số chu kỳ dao động ít hơn so với bộ ) u p ( điều khiển leadlag. P ) W Time (s) M ( P Hình 10. Công suất của máy phát Time (s) ) u Hình 7. Công suất P tại B2 BĐK leadlag và p ( m ANFIS w Time (s) Hình 11. Vận tốc góc của máy phát
5. 6. KẾT LUẬN năng của SSSC với bộ điều khiển giảm dao động ứng dụng ANFIS có thể phát triển trong Chỉ ra được SSSC có khả năng kiểm soát tương lai với một hệ thống đa máy phức tạp được dòng công suất tại một điểm mong muốn với các mô hình khác nhau để nghiên cứu các trên đường truyền. Đồng thời chỉ ra SSSC có vấn đề liên quan của dao động công suất trong thể bơm vào một điện áp thay đổi nối tiếp hệ thống điện. không phụ thuộc vào biên độ và pha của dòng điện. LỜI CẢM ƠN Cải thiện bộ điều khiển giảm dao động Tác giả xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới cho SSSC ứng dụng nơron mờ (ANFIS). Cho TS Nguyễn Thị Mi Sa đã tận tình hướng dẫn thấy được bộ điều khiển ANFIS là một trong và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt luận những bộ điều khiển hữu hiệu nhất được sử văn tốt nghiệp này. Bên cạnh đó tác giả xin dụng trong hệ thống điều khiển SSSC. chân thành cảm ơn tới TS Trương Đình Nhơn đã cho tôi nhiều sự chỉ bảo quý báu, những Bằng cách sử dụng bộ điều khiển ANFIS kiến thức chuyên môn trong suốt thời gian tôi có thể đạt được mục tiêu làm cho dao động tắt thực hiện đề tài nghiên cứu này. dần, phản ứng nhanh chóng và cuối cùng đã ổn định hệ thống điện. Bằng các kết quả thu được khi mô phỏng trong hệ thống hai máy đơn giản chỉ cần khảo sát trên bus 2 đã chọn. Cho thấy được khả TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Yong Hua Song and Allan T Johns - Flexible AC Transmission Systems (FACTS). [2] Power Flow Control with Static Synchronous Series Compensator (SSSC). [3] Damping power system oscillations using an SSSC based hybrid series capacitive compensation scheme. [4] Hồ Văn Hiến “Hệ Thống Điện Truyền Tải Và Phân Phối” NXB ĐH Quốc Gia Tp. HCM. [5] TS. Quyền Huy Ánh “Giáo trình giải tích mạng” (trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM) [6] Nguyễn Văn Nhờ “Giáo trình điện tử công suất 1” Nha xuất bản Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh 2002. [7] N.V.Nho, M.J. Youn “ Two-mode overmodulation in two-level VSI using principle control between limit trajectories”, CD-ROM Proceedings PEDS 2003, pp.1274-1279. [8] N.V.Nho, M.J.Youn,” A Comprehensive Study On SVPWM – Carrier Based PWM Correlation In Multilevel Inverters”, IEE Proceedings -Electric Power Applications, 2005.
6. [9] TS.Nguyễn Như Hiền & TS. Phạm khắc Lãi, “Hệ mờ & Nơron trong kỹ thuật điều khiển”, NXB Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội 2007. [10] TS.Nguyễn Hoàng Việt, TS. Phan Thị Thanh Bình & KS Huỳnh Châu Duy, “Ngắn mạch và ổn định trong hệ thống điện”, NXB Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh, 2005. [11] Hoàng Việt, “Kỹ thuật điện cao áp – Tập 2”, NXB Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh, 2007. Thông tin liên hệ tác giả chính (người chịu trách nhiệm bài viết): Họ tên: Nguyễn Trung Hiếu Điện thoại: 01696978291 Email: nguyenhieuspkt@gmail.com
7. 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 B n ti ng Vi t ©, T NG I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH và TÁC GI Bản quếy n táệc ph mRƯ ãỜ cĐ bẠ o hỌ b Ưi Lu tẠ xu t Ỹb n vàẬ Lu t S hỒ u trí tu Vi t Nam. NgẢhiêm c m m i hình th c xu t b n, sao ch p, phát tán n i dung khi c a có s ng ý c a tác gi và ả ng ề i h ẩ pđh đưm ợK thuả tộ TP.ở H ậChí Mấinh.ả ậ ở ữ ệ ệ ấ ọ ứ ấ ả ụ ộ hư ự đồ ủ ả Trườ Đạ ọCcÓ Sư BÀI BạÁO KHỹ OA ậH C T ồT, C N CHUNG TAY B O V TÁC QUY N! ĐỂ Ọ Ố Ầ Ả Ệ Ề Th c hi n theo MTCL & KHTHMTCL h c 2017-2018 c a T vi n ng i h c S ph m K thu t Tp. H Chí Minh. ự ệ Năm ọ ủ hư ệ Trườ Đạ ọ ư ạ ỹ ậ ồ