Ổn định điện áp dùng SVC trong hệ thống điện

Nội dung text: Ổn định điện áp dùng SVC trong hệ thống điện

1. ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DÙNG SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN POWER SYSTEM VOLTAGE STABILITY USING STATIC VAR COMPENSTATOR Phạm Hoàng Đạt Học viên Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Tóm tắt Ổn định điện áp dùng SVC(thiết bị bù tĩnh)trong hệ thống điện nhằm nâng cao chất lượng điện năng,giúp cho điện áp tại nút của hệ thống ồn định tránh xảy ra tình hình sụp đổ điện áp trong hệ thống điện.Việc đó thực hiện bằng cách tìm và xét tại những nút có tải công suất lớn,tổng trở đường dây bé xa nguồn,nhằm xem xét nút đó có nguy cơ gây mất ổn định điện áp nhất.Từ đó bù công suất phản kháng vào bằng cách sử thiết bị bù tĩnh SVC nâng cao điện áp tại nút,tránh xảy ra nguy cơ sụp điện áp cho cả hệ thống điện.Bài báo này sẽ dựa vào chương trình phân bố công suất Newton Raphson,đề tìm ra những nút có khả năng gây mất ổn định nhất và dùng thiết bị bù tĩnh SVC để ổn định điện áp tại nút đó.Để chứng minh cho phương pháp đúng đắn đó,ta khảo sát mạng 5 nút. Sự khác biệt giữa phương pháp này so phương pháp trước đây nó cho kết quả mang tính định lượng.Phương pháp này thu được kết quả chính xác,từ đó có thể áp dụng cho mạng nhiều nút trong hệ thống điện Việt Nam. Từ khóa: Ổn định điện áp,thiết bị bù tĩnh,sụp đổ điện áp. Abstract Voltage stability in power system using SVC (Static Var Compensator),to improve power quality and enable node voltage in sytem to be stable, avoiding occurrence of voltage collapse in power system.This is done by finding and considering big load capacity nodes supplied by low impedance line and locate far from powers source in order to find out if these nodes could make voltages instable most.One approach is using SVC to compensate reactive power at these nodes to increase there voltages, avoiding voltage collapse for the whole system. This is paper will be based on the Newton Raphson power distribution program,to find out nodes likely to cause voltage instable most and using SVC to make voltages at these nodes stable.To prove the rightness of this approach,let study a five node-network.The advantage of this appoach compared to other is it can give a quantitative result.This approach give a precise result,which can be applied for multi-node network in Vietnam power system Keywords: Voltage Stability,Static Var Compensator,Voltage collapse. 1. Đặt vấn đề: Hiện nay, vấn đề ổn định điện áp không còn là vấn đề mới lạ đối với tất cả chúng ta. Tuy nhiên, nó đóng vai trò hết sức quan trọng đối với việc nghiên cứu và đánh giá ổn định hệ thống, cũng như chất lượng điện năng trong hệ thống, gần đây vấn đề mất ổn định điện áp là một những nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng sụp đổ điện áp. Vì vậy, việc khảo sát, phân tích ổn định điện áp để xác định những thông tin về giới hạn ổn định và cơ chế gây ra mất ổn định điện áp từ đó đưa ra những dự báo, tìm biện pháp cải thiện, khắc phục kịp thời hiện tượng sụp đổ điện áp có thể xảy ra. Nếu không có những dự báo tương đối chính xác về ổn định điện áp để đưa ra khắc phục kịp thời thì sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng, gây ra ảnh hưởng sự phát triển của nền kinh tế và an ninh của hệ thống điện. Việc dự báo sụp đổ điện áp trong hệ thống điện là một trong những bài toán quan trọng trong quá trình phân tích ổn định điện áp. Đặc biệt đối với một hệ thống lớn, đường dây dài và phức tạp. Bài báo này dựa trên chương trình phân bố công suất theo phương pháp Newton Raphson kết hợp với thiết bị bù tĩnh SVC nhằm tìm ra những nút có nguy cơ sụp đổ điện áp lớn nhất ,để bù công suất phản kháng,để tránh xảy ra sụp đổ điện áp trong cả hệ thống. 1
2. 2. Khảo sát đặc tính P-V: Xét sơ đồ hình tia trên gồm điện áp Es là hằng số (công suất cơ và cuộn kích từ không đổi) cung cấp cho một phụ tải Zload (tổng trở tải) qua một tổng trở nối tiếp ZLN (tổng trở của nguồn,đường dây truyền tải và máy biến áp). Z  LN V R V jQ RR E Z  S load Hình 2.2: Hệ thống hình tia đơn giản Công suất truyền tải PR, công suất phản kháng nhận QR bằng cách biểu thức sau: Công nguồn tác dụng nguồn cấp cho tải: ZE P I.() V COS LOAD S 2 COS RR KZ LN (2.10) Công suất phản kháng nguồn cấp cho tải: ZE Q I.() V COS LOAD S 2 SIN RR KZ LN (2.11) QP tan Mà RR Trong đó: 1 E I S K Z Biên độ dòng điện: LN 1 Z VZIE . load R loadK Z S Biên độ điện áp nhận là: LN ZZ K 1 (load )2 2( load )cos( ) ZZ Và LN LN 2
3. Giá trị tới hạn khi Zload =ZLN khi đó có: 2 1 E P S cos R max 2(1 cos( ) )Z LN (2.12) Z load IVPQ,,, Z Và RRR là hàm phụ thuộc vào tải ( LN ) I 1 E I SC I K SC Z SC Với LOAD (2.13) V 1 Z R ()load 1 EZK S LN (2.14) P 2(1 cos( )) Z R ()load 1 P KZ Rmax LN (2.15) Q 2(1 cos( )) Z R (load ) 1 tan QKZ Rmax LN (2.16) Điểm làm việc không Điểm làm việc tới hạn Điểm làm việc bình thường bình thường IVPQ,,, Hình 2.3: Đồ thị của RRR theo phụ tải Hình 2.3 chứng tỏ khi nhu cầu của phụ tải tăng lên (Zln/Zload tăng lên tức là Zload giảm xuống) công suất truyền tải Pr tăng nhanh lên giai đoạn đầu và sau đó tăng nhưng chậm dần trước khi đạt giá trị cực đại và sau đó giảm xuống. Như vậy, có thể truyền tải được một công suất thực cực đại thông qua một tổng trở với nguồn điện áp không đổi. 3
4. Điểm làm việc ứng với giá trị công suất truyền tải cực đại được gọi là điểm làm việc tới hạn, đó là lúc biên độ điện áp rơi trên đường dây bằng điện áp đầu nhận Vr. Lúc đó Zln/Zload =1 hay Zln = Zload. Giá trị của Vr và I ứng với công suất cực đại được gọi là giá trị tới hạn (critical values). Ứng với một giá trị công suất Pr (Pr < Prmax), có hai điểm làm việc tương ứng với hai giá trị khác nhau của Zload. Trên Hình 2.3 tại Pr/Prmax = 0,8, điểm bên trái là điểm làm việc bình thường và điểm bên phải là điểm làm việc không bình thường (công suất vượt qua điểm tới hạn lúc đó I tăng và Vr giảm mạnh so với điểm bên trái). Nếu phụ tải tăng lên với nhu cầu công suất lớn hơn giá trị công suất cực đại (điểm làm việc nằm bên phải điểm tới hạn), việc điều khiển công suất bằng cách thay đổi phụ tải sẽ đưa đến mất ổn định, giả sử khi tăng thêm phụ tải khi đó công suất nguồn cấp đến cho tải lại giảm xuống do đó không đáp ứng nhu cầu cho tải lúc này, điện áp tải có giảm nhanh hay không sẽ phụ thuộc vào đặc tính tải. Với tải có đặc tính tổng trở không đổi thì ở điều kiện ổn định của hệ thống ở mức điện áp làm việc thấp hơn bình thường. Mặt khác nếu tải được cung cấp bởi máy biến áp có điều áp dưới tải (ULTC), việc điều chỉnh đầu phân áp để tăng áp sẽ làm giảm tổng trở tải Zload sẽ làm cho điện áp tiếp tục giảm và có thể dẫn đến hiện tượng mất ổn định điện áp. Như vậy, từ những phân tích trên, hệ thống ổn định điện áp khi điểm làm việc nằm bên trái điểm tới hạn. 3. Khảo sát đặc tính Q-V: Xét một hệ thống đơn giản có số liệu sau trong hệ tương đối 0 Yse V1 10 V 2   Ysh Ysh Yse 2,142 j24,973 Y 0 j2,076 sh Hằng số mạch: A=0.9175000 (ohm hay đvtđ), alpha = 0.44200 độ B=0.0398970(ohm hay dvtd), bêta = 85.100000độ Công suất cơ bản: 100MVA, Pn =15.0000, Qn =-15.00000 Điện áp đầu phát: V1=1.0000 Kết quả tính toán: Q U1 delta1 (độ) lamda1 dv1/dq U2 delta2 (độ) lamda2 dv2/dq 000.00 0.98145 -39.0158 5.3638525 0.186433 0.82520 -47.8222 -6.377923 -0.16 Vô nghiệm(Qn = 0) Công suất định mức tụ bù: Qcđm = 450.00 MVAr Dung dẫn tụ bù trong đvtđ : Bc = 4.500 dvtd 4
5. Nhận xét: Mạch tương đương của đường dây cơ bản 100MVA dùng khảo sát đặc tính Q-V. Tại điểm 2 ứng với V1=0.98145, độ dốc của đặc tính Q-V lớn hơn độ dốc của tụ bù nên hệ thống ổn định điện áp, khi tăng thêm dung lượng tụ bù sẽ dẫn đến V1 tăng thêm. Mặt khác giá trị riêng lamđa =5.3638 >0 là một dấu hiệu của sự ổn định điện áp 4.Khảo sát chương trình phân bố công suất kết hợp thiết bị bù tĩnh SVC cho mạng 5 nút 4.1GIỚI THIỆU MẠNG 5 NÚT: 4.2 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU: MÁY PHÁT,ĐƯỜNG DÂY VÀ CÁC PHỤ TẢI NHƯ SAU: bus bustype VM VA 1 1 1.06 0.00 ( Nút cân bằng U,δ) 2 2 1.00 0.00 ( Nút máy phát P,V) 3 3 1.00 0.00 (Nút tải P,Q) 4 4 1.00 0.00 (Nút tải P,Q) 5 5 1.00 0.00 (Nút tải P,Q) genbus PGEN QGEN QMAX QMIN 1 0.000 0.000 5.000 -5.000 2 0.400 0.000 3.000 -3.000 branch tlsend tlrec tlresis tlreac tlcond tlsuscep Nhánh Đầu Cuối R X G B 1 1 2 0.0200 0.0600 0.0000 0.0600 2 1 3 0.0800 0.2400 0.0000 0.0500 3 2 3 0.0600 0.1800 0.0000 0.0400 5
6. 4 2 4 0.0600 0.1800 0.0000 0.0400 5 2 5 0.0400 0.1200 0.0000 0.0300 6 3 4 0.0100 0.0300 0.0000 0.0200 7 4 5 0.0800 0.2400 0.0000 0.0500 4.3 KHẢO SÁT MẠNG 5 NÚT: Đây là phương trình phân bố công suất. -TĂNG TẢI TẠI NÚT 3: loadbus bus PLOAD QLOAD 1 2 0.200 0.100 2 3 4.000 1.333 3 4 0.400 0.050 4 5 0.600 0.100 State Variables Updating bus bustype VM VA(do) 1 1 1.0600 0.0000 2 2 0.8820 14385.5493 3 3 0.2308 -5608.8991 4 3 -0.0950 -18202.0154 5 3 0.0735 6705.6626 - TIẾP TỤC TĂNG TẢI TẠI NÚT 3: Loadbus bus PLOAD QLOAD 1 2 0.200 0.100 2 3 4.200 1.400 3 4 0.400 0.050 4 5 0.600 0.100 State Variables Updating bus bustype VM VA(do) 1 1 1.0600 0.0000 2 2 1.1123 -13630.2908 3 3 -0.6323 234773.4809 (MẤT ỔN ĐỊNH TẠI NÚT 3) 6
7. 4 3 0.0590 -41890.5347 5 3 -0.1853 -20494.6381 -DÙNG SVC ĐỂ TẠO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TẠI NÚT 3 KHI TĂNG TẢI ĐẾN GIỚI HẠN. Đây là kết quả chương trình khảo sát SVC NSVC : Number of STATIC VAR COMPENSATOR SSC’s: 1 SVC number 1 SVCsend: Compensated bus: 3 B: Initial SVC’s susceptance value (p.u.) : 0.0200 BLo: Lower limit of variable susceptance (p.u.): -8.0000 BHi: Higher limit of variable susceptance (p.u): 8.0000 TarVol: Target nodal voltage magnitude to be controlled by SVC (p.u.): 0.9000 VSta: Indicate control status for nodal voltage magnitude:1 is on and 0 is off: 1 Loadbus bus PLOAD QLOAD 1 2 0.200 0.100 2 3 3.600 1.200 3 4 0.400 0.050 4 5 0.600 0.100 State Variables Updating bus bustype VM VA(do) 1 1 1.0600 0.0000 2 2 1.0000 -10.4794 3 3 0.9000 -23.9261 4 3 0.9101 -21.9909 5 3 0.9421 -16.9887 QSVC(1) = -1.446 7
8. Final susceptance (p.u) B(1) = 1.7851 Sai số = 1.13975e-008 Số lần lặp = 5 Nút Điện áp Góc Phụ tải Máy phát Tụ bù No. đvtđ. Degree MW Mvar MW Mvar Mvar 1 1.06000 0.000 0.000 0.000 506.370 65.322 0.000 2 1.00000 -10.479 20.000 10.000 40.000 106.952 0.000 3 0.90000 -23.926 360.000 120.000 0.000 0.000 144.594(dung lượng bù SVC) 4 0.91012 -21.991 40.000 5.000 0.000 0.000 0.000 5 0.94213 -16.989 60.000 10.000 0.000 0.000 0.000 Tổng 480.000 145.000 546.370 172.274 144.594 . -TIẾP TỤC TẢI TĂNG THÊM NỮA VẨN ỔN ĐỊNH Loadbus bus PLOAD QLOAD 1 2 0.200 0.100 2 3 4.200 1.400 3 4 0.400 0.050 4 5 0.600 0.100 State Variables Updating bus bustype VM VA(độ) 1 1 1.0600 0.0000 2 2 1.0000 -12.3248 3 3 0.9000 -28.3515 4 3 0.9084 -25.8701 5 3 0.9399 -19.4740 QSVC(1) = -2.099 Final susceptance (p.u) B(1) = 2.5917 Sai số = 1.08098e-007 8
9. Số lần lập = 5 Nút Điện áp Góc Phụ tải Máy phát Tụ bù No. dvtd. Degree MW Mvar MW Mvar Mvar 1 1.06000 0.000 0.000 0.000 588.798 62.617 0.000 2 1.00000 -12.325 20.000 10.000 40.000 131.639 0.000 3 0.90000 -28.351 420.000 140.000 0.000 0.000 209.932(dung lượng bù của SVC) 4 0.90843 -25.870 40.000 5.000 0.000 0.000 0.000 5 0.93988 -19.474 60.000 10.000 0.000 0.000 0.000 Tổng 540.000 165.000 628.798 194.255 209.932 Dòng công suất nhánh và tổn thất Đường dây Công suất nút và nhánh Tổn thất Máy biến áp deltaQL deltaQC Từ đến MW Mvar MVA MW MVAr tap MVAr MVAr 1 588.798 62.617 592.118 2 383.406 15.543 383.721 26.230 72.318 78.689 6.371 3 205.392 47.073 210.717 31.808 90.589 95.423 4.834 2 20.000 121.639 123.272 1 -357.176 56.775 361.661 26.230 72.318 78.689 6.371 3 146.735 24.077 148.697 13.327 36.360 39.980 3.620 4 125.857 20.959 127.590 9.820 25.810 29.461 3.650 5 104.585 19.827 106.448 4.557 10.846 13.672 2.825 3 -420.000 69.932 425.782 1 -173.584 43.516 178.955 31.808 90.589 95.423 4.834 2 -133.408 12.283 133.972 13.327 36.360 39.980 3.620 4 -113.008 14.133 113.888 1.604 3.177 4.813 1.635 4 -40.000 -5.000 40.311 2 -116.036 4.851 116.138 9.820 25.810 29.461 3.650 3 114.612 -10.955 115.135 1.604 3.177 4.813 1.635 5 -38.576 1.105 38.592 1.452 0.085 4.357 4.272 5 -60.000 -10.000 60.828 9
10. 2 -100.028 -8.981 100.430 4.557 10.846 13.672 2.825 4 40.028 -1.019 40.041 1.452 0.085 4.357 4.272 Tổng tổn thất 88.798 239.187 266.394 27.207 Tổng tổn thất công suất kháng deltaQL - deltaQC: 239.187 5.Kết luận Luận văn này đã xác định được vị trí đặt của thiết bị FACT trên đường dây truyền tải điện 345KV. Xác định điện áp và góc tại điểm thanh cái và công suất tại các nút. Xác tổn hao công suất và phân bố công suất trên đường dây. Không đưa ra đánh giá ổn định điện áp bằng định tính mà mang tính định lượng một cách chính xác Xác định vị trí sụp đổ điện áp và đưa ra vị trí cần lắp đặt SVC, tránh hiện tượng sụp đỗ điện áp trong hệ thống và có thể áp dụng cho mạng nhiều nút phức tạp hơn TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Hồ Văn Hiến, Hệ Thống Điện Truyền Tải và Phân Phối, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Qia TP.HCM, 2010 2. Trần Bách, Lưới Điện, Nhà Xuất Bản Giáo Dục, 2008 3. Nguyễn Văn Đạm, Tính toán chế độ xác lập của các mạng và lưới điện phức tạp, Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật, 2001 4. A.A. Edris, R. Aapa, M.H. Baker, L. Bohman, K. Clark, Proposed terms and definitions for flexible ac transmission systems (FACTS), IEEE Trans. on power delivery, Vol. 12, No. 4, pp. 1848-1853, 1997. 5. M. Noroozian, Languist, M. Ghandhari, G. Anderson, Improving power system dynamics by series connected FACTS devices, IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 12, No. 4, pp. 1635-1641, 1997. 6. K.R. Padiyar, R.K. Verma, Concepts of static VAR System control for enhancing power transfer in long transmission lines, Electric Machines and Power Systems, Vol. 18, pp. 337-358, 1990. 7. P. R. SHARMA, Ashok KUMAR and Narender KUMAR, Optimal Location for Shunt Connected FACTS Devices in a Series Compensated Long Transmission Line, Y.M.C.A. Institute of Engineering, Faridabad (Haryana) INDIA, 2007. 10
11. 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.