Luận văn Thiết bị Facts trong hệ thống điện

Luận văn Thiết bị Facts trong hệ thống điện Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (Flexible Alternating Current Transmission System...

The secondary voltage control scheme developed in the paper is based on the linearisation of the power system load-flow equations about the current operating point defined by nodal voltages obtained from phasor measurement units (PMUs)

Hi n nay, có r t nhi u công trình nghiên c u ng d ng thi t b FACTS, đ c

bi t là s d ng các thi t b phát ngu n công su t ph n kháng cho h th ng l i đi n

nh m đ m b o n đ nh đi n áp cho h th ng [1] Tuy nhiên, vi c đánh giá, l a ch n

thi t b phát công su t nào h p lý, c ng nh dung l ng bù t i u trong phân tích

ch đ xác l p, quá đ là ch a đ c quan tâm sâu s c

Theo th c t hi n nay, h th ng đi n chúng ta đang s d ng là h th ng đi n

xoay chi u H th ng đi n xoa y chi u là m t h th ng đi n ph c t p, g m có các

máy phát đ ng b , đ ng dây truy n t i , máy bi n áp, các thi t b bù và các ph

t i…và đ c chia thành ba khâu: s n xu t, truy n t i và phân ph i

M t h th ng đi n xoay chi u ho t đ ng c b n ph i th a các yêu c u sau:

- Các máy phát đi n làm vi c trong ch đ đ ng b

- i n áp v n hành n m trong gi i h n cho phép theo qui đ nh

- T n s v n hành n m trong gi i h n cho phép theo qui đ nh

- Các ph t i ph i đ c cung c p ngu n đi n đ y đ

- Các đ ng dây ph i đ c v n hành đi u ki n bình th ng không quá

t i

Trong h th ng đi n, công su t truy n t i trên các đ ng dây ph thu c vào

t ng tr đ ng dây, đi n áp và góc truy n t i gi a đi m đ u và đim cu i c a

đ ng dây, nh ng đ i l ng này gi i h n công su t truy n t i trên đ ng dây Vì

v y, kh n ng truy n t i công su t c a đ ng dây đ c c i thi n đáng k b ng vi c

t ng công sut ph n kháng phía ph t i, l p cu n kháng bù ngang (m c song

c u v ph n ng nhanh nh y khi h th ng có s thay đ i đ t ng t v nhu c u công

su t ph n kháng Các thi t b truy n t i đi n xoay chi u linh ho t (FACTS-Flexible

AC Transmission System) đã đáp ng đ c yêu c u v đ ph n ng nhanh nh y

c ng nh dung l ng bù t i u cho h th ng đi n trong m i ch đ làm vi c

FACTS dùng đ nâng cao kh n ng đi u khi n h th ng đi n và t ng kh n ng truy n t i công su t trên đ ng dây

FACTS đ c đ nh ngh a b i IEEE là: “ H th ng s d ng các thi t b đi n t công su t và các thi t b t nh khác đ đi u khi n m t ho c nhi u thông s c a h

th ng đ ng dây t i đi n xoay chi u, qua đó, nâng cao kh n ng đi u khi n và kh

n ng truy n t i công su t”[2]

Qua đ nh ngh a FACTS, nh n th y t m quan tr ng c a thi t b FACTS đ n h

th ng đi n có s nh h ng r t l n v kinh t và k thu t

Trong th c t , do tính ch t tiêu th đi n t ng th i đi m luôn khác nhau, cho nên trình tr ng v n chuy n công su t trên các đ ng dây truy n t i c ng khác nhau,

có th t i m t th i đi m trên h th ng s có nh ng đ ng dây b quá t i trong khi các đ ng dây khác thì non t i và ng c l i

V i đà phát tri n công nghi p hóa nh hi n nay, đòi h i nhu c u truy n t i đ đáp ng cho các ph t i ngày càng cao và hi n nay đ ng dây truy n t i cao áp luôn

đ t trong trình tr ng báo đ ng v gi i h n v t lý c a chúng nh là quá t i đ ng dây, nh ng hi n t ng nhi u h th ng nh là hi n t ng dao đ ng t n s , đi n áp…

Nh m t ng kh n ng truy n t i đi n n ng trên h th ng đi n, kh c ph c nh ng

nh c đi m nêu trên, trên th gi i ng i ta đã s d ng các thi t b FACTS Các thi t b này đ c s d ng đ đi u khi n đi n áp, tr kháng và góc pha c a đ ng

đi n i l ng đ c nghiên c u trong lu n v n này chính là đ i l ng đi n áp, theo nh n đ nh th c t , các s c tan rã h th ng đi n g n đây đ u có liên quan đ n

s s p đ đi n áp ho c là m t n đ nh đi n áp, mà nguyên nhân ch y u d n đ n s

s p đ đi n áp th ng là do s không đáp ng đ nhu c u công su t ph n kháng, do

t ng m nh b t t h ng c a nhu c u ph t i, nh t là các ph t i công nghi p (các công ty luy n s t, thép…)

i n áp là m t trong nh ng đ i l ng quan tr ng đ đánh giá ch t l ng đi n

n ng n đ nh đi n áp đáp ng kh n ng duy trì đi n áp t i t t c các nút trong h

th ng trong m t ph m vi cho phép (tùy thu c vào tính ch t m i nút mà ph m vi dao đ ng cho phép c a đi n áp s khác nhau) Trong đi u ki n v n hành không bình

th ng ho c sau các nhi u lo n, h th ng s đi vào tr ng thái không n đ nh khi

xu t hi n các kích đ ng nh t ng t i đ t ng t hay thay đ i các thông s c a h

th ng Các thay đ i đó có th làm cho quá trình gi m đi n áp x y ra và n ng n nh t

có th r i vào trình tr ng không th đi u khi n đ c hay còn g i là s p đ đi n áp Nguyên nhân ch y u d n đ n s m t n đ nh và s p đ đi n áp th ng là do không đáp ng đ các nhu c u công su t ph n kháng c n thi t khi ph t i t ng b t th ng

và đ t bi n

H U

H

Tr c đây, khi mà ngành công ngh đi n t công su t cao ch a phát tri n

m nh thì vi c nâng cao ch t l ng đi n áp trên h th ng đi n b h n ch và th i gian đáp ng c ng r t ch m, b i vì lúc đó ta ph i th c hi n vi c đóng c t các khóa

c khí các phn t đi n nh là cu n dây, t đi n, b chuy n đ i n c máy bi n áp…đ n đ nh đi n áp trên h th ng

Ngày nay, v i s phát tri n m nh và nhanh c a các thi t b đi n t công su t

l n, đi n áp cao cho nên công ngh FACTS ra đ i nh m giúp cho quá trình th c

hi n đi u khi n đi n áp trên h th ng đi n, c th là đ ng dây truy n t i đ c linh

ho t và nhanh chóng, m t s n c tiên ti n đã s d ng thi t b FACTS trong m ng truy n t i, c th nh M , Canada, Brazil… là nh ng n c tiên phong s d ng công ngh FACTS Các thi t b FACTS th ng đ c s d ng là:

- SVC (Static Var Compensator): B bù công su t VAR t nh

- UPFC (Unified Power Flow Controller): B đi u khi n dòng công su t h p

nh t

- STATCOM (Static Synchronous Compensator): B bù đ ng b t nh

-TCSC (Thyristor Controlled Series Compensator): B bù d c đi u khi n thyristor

- SSSC (Static synchronous series compensator): B bù n i ti p đ ng b

t nh

- HVDC (Hight voltage direct current): Dòng m t chi u đi n áp cao

H U

H

1.3 ng d ng c a thi t b FACTS trong h th ng đi n:

1.3.1 B bù công su t VAr t nh SVC (Static VAr Compensator):

Hình 1.1: S đ k t n i b SVC v i h th ng đi n

Hình 1.1 Trình bày c u trúc và nh ng thành ph n chính c a b SVC [3] B SVC đ c áp d ng r ng rãi trong h th ng truy n t i v i nhi u m c đích khác nhau

M c đích c b n nh t th ng đ c s d ng là đ đi u khi n đi n áp t i đi m y u

nh t trong h th ng đi n Nó th ng đ c l p đ t đi m gi a c a đ ng dây truy n

t i liên k t gi a các vùng t i Nh đ chính xác cao, tính kh d ng và đáp ng nhanh, các thit b SVC có th cung c p tr ng thái n đ nh và đi u khi n đi n áp quá đ có ch t l ng cao so v i ki u bù r nhánh thông th ng Các thi t b SVC

c ng đ c s d ng đ làm gi m các dao đ ng công su t, c i thi n đ n đ nh quá đ

và gi m t n hao h th ng nh t i u đi u khi n công su t ph n kháng

TCR-TSR TSC Fillter FC FR

Nút đi n áp cao

Máy bi n áp ghép b

Nút đi n áp th p

là đ u ra ph n ng nhanh đi n áp h th ng th p

H th ng đi n

I Vc

Hình 1.3: S đ k t n i SSSC v i h th ng đi n

B SSSC là thi t b bù n i ti p vào đ ng dây, nó có th phát ra m t l ng

đi n áp đ c yêu c u c a h th ng đi n, nó có th bi n đ i đi n áp c a h th ng t

AC sang đi n áp DC B SSSC có th đi u khi n c công su t th c và công su t kháng v i h th ng AC

1.3.4 B bù d c đi u khi n b ng thyristor TCSC (Thyristor Controlled Series Compensation):

Qua phân tích nh ng ng d ng c a các thi t b FACTS đ c nêu trên, tôi

nh n th y gi i pháp đi u khi n đi n áp trong h th ng đi n b ng b STATCOM (Static Synchronous Compensator) và b SVC (Sta tic VAr Compensator) có u

đi m t t nh t, đây là hai thi t b bù đ c s d ng đ đi u khi n đi n áp trên đ ng dây truy n t i, hai thi t b này ho t đ ng v i đ chính xác cao, đáp ng nhanh các dao đ ng khi h th ng b nhi u, có th đ t đ c tr ng thái n đ nh và đi u khi n

đi n áp v i ch t l ng cao và linh ho t nh t ó c ng là lý do đ tôi ch n hai thi t

b FACTS là SVC và STATCOM n i song song , đ ng th i s d ng b đi u khi n

M c đích chính c a lu n v n là xây d ng chi n l c đi u khi n đi n áp trong

h th ng đi n có các thi t b FACTS thu c lo i SVC và STATCOM Chi n l c

đi u khi n s ph i h p vi c đi u khi n đi n áp tai các máy phát v i ch c n ng đi u khi n đi n áp c a các thi t b SVC và STATCOM Chi n l c đi u khi n đ c xây

d ng d a trên c s c c ti u đ l ch đi n áp so v i giá tr đ nh m c t i các nút t i

i n áp t i các nút t i đ c đo l ng thông qua b đo l ng đ i l ng ph c, trong

đó đo c biên đ và góc pha c a đi n áp nút, và m ng truy n thông di n r ng

Chi n l c đi u khi n đ c xây d ng trong lu n v n đã đ c ng d ng cho

m t m ng đi n tiêu bi u Các k t qu mô ph ng cho th y tính hi u qu và kh n ng

áp d ng chi n l c đi u khi n cho m ng đi n th c t

FACTS N I SONG SONG

làm c s cho vi c xây d ng chi n l c đi u khi n đi n áp cho h th ng

đi n có các thi t b SVC và STATCOM Trong ch ng này s trình bày c u t o và nguyên lý làm vi c c a hai lo i thi t b FACTS đ c nêu trên

2.1 B SVC (Static VAr Compensator): B bù công su t VAr t nh

2.1.1 Mô t c u t o và nguyên lý ho t đ ng c a b SVC:

Thành ph n chính và c u t o đi n hình c a b SVC [3,4], g m có:

Hình 2.1: B SVC k t n i v i h th ng đi n

H u h t các b SVC luôn luôn đ c k t n i đ n m ng l i t i đi n thông qua

m t máy bi n áp t ng áp ghép b phía nút đi n áp th p c a máy bi n áp, nói chung có 3 ph n t đ c s d ng: cu n kháng đi u khi n b ng thyristor (TCR), b

t chuy n m ch b ng thyristor (TSCs) và b l c sóng hài n đ nh

Nút đi n áp cao

Máy bi n áp ghép b

Nút đi n áp th p SVC

H U

H

2.1.1.1 TCR (Thyristor Controlled Reactor): Là thi t b dùng đi u khi n m t cách liên t c dòng đi n qua cu n c m m c song song v i l i b ng cách đi u khi n góc kích c a thyristor và đ c n i vào thanh cái đi n áp th p

S đ m ch m t pha c a b TCR, bao g m c p thyristor m c song song,

ng c chi u nhau và n i vào cu n đi n kháng tuy n tính

Hình 2.1.1: C u t o b TCR

Trong đó:

XL

T : Thyristor có ch c n ng đi u ch nh dòng đi n đi qua TCR

: i n kháng chính

G : C c kích c a thyristor

óng ng t có đi u khi n các thyristor k t h p v i đáp ng c a cu n kháng tuy n tính cho phép đi n kháng hi u d ng t n s c b n c a TCR, mà nó là hàm s

c a góc kích, thay đ i m t cách liên t c t giá tr đi n kháng xác đ nh c a cu n kháng ( ng v i tr ng thái d n hoàn toàn c a Thyristor) đ n m t giá tr vô h n ( ng

v i tr ng thái ng t c a thyristor) i n kháng hi u d ng c a b TCR đ c cho trong

bi u th c sau:

α α π

π α

sin 2 )

(

−

−

= L

Trong đó:

XL

G

T Nút đi n

áp th p SVC

: là đi n kháng c a cu n kháng t n s c b n

S đ m ch m t pha c a b TSC, bao g m c p thyristor m c song song,

ng c chi u nhau và n i vào b t đi n

B TSC th c ch t là b t đi n đ c đóng m b ng hai thyristor n i song song

và ng c chi u nhau, khi thay đ i tín hi u xung s làm thay đ i giá tr đi n dung C trong m ch

C

T

G Nút đi n áp th p SVC

hi n do ch đ làm vi c c a TCR gây ra (khi thyristor d n không hoàn toàn, dòng

đi n qua TCR s không có d ng hình sin)

S đ m ch m t pha c a b l c sóng hài g m có cu n đi n kháng XL n i

là ngu n t o ra các sóng hài b c cao Trong h th ng đi n 3 pha, các thành ph n b c cao xu t hi n và nh h ng ch y u là b c 5,7,11 và 13, riêng sóng h ài b c ba

th ng đ c h n ch ho c lo i b nh hình th c đ u dây c a máy bi n áp ho c gi i thu t đi u khi n cung c p cho các b bi n đ i công su t Các m ch l c c ng h ng

đ c đi u ch nh đ n các giá tr t n s c a các thành ph n sóng hài b c cao c n đ c

kh b và lúc đó m ch l c c ng h ng tác đ ng nh tr kháng ng n m ch cho các sóng hài bc cao này nên h n ch nh h ng c a nó lên ngu n đi n áp c a l i

H U

H

kháng hi u d ng c a SVC V i nguyên lý làm vi c nh trên, cho nên b SVC có th

cung c p ho c tiêu th công su t ph n kháng cho m t h th ng truy n t i đi n S

thay đ i đ phát hay thu công su t ph n kháng nh m m c đích đi u ch nh giá tr

đi n áp t i đi m k t n i v i h th ng đi n

Theo hình 2.3 biu di n m t đ ng bao làm vi c đi n hình và đ ng đ c

tuy n tr ng thái xác l p c a b SVC v i đ u ra làm vi c liên t c trong ch đ đi u

khi n s t áp [4] Trong mi n đi u ch nh, dòng đi n ph n kháng đ c cho b i:

slope

V V I

Trong đó t t c các giá tr đ c tính trong h đ n v t ng đ i (pu) và dòng

đi n âm ch s làm vi c c a dòng đi n dung Giá tr VREF n m trong gi i h n gi a

SVC Nút đi n áp cao SVC

Plsvc

đ c tính này thì không th c hi n chính xác M t mô hình đ c s d ng r ng rãi mà

có th ng d ng h u h t cho các ch ng trình phân b công su t là mô hình trong

đó SVC đ c bi u di n b ng m t nút PV đ t sau đi n kháng nh đ c trình bày hình 2.4 Nút PV có đi n áp b ng v i đi n áp đ t c a SVC và đi n kháng, trong h

Nh v y, khi đ a ra đ ng đ c tính đi u ch nh v t q uá gi i h n làm vi c

c a b đi u khi n Quá gi i h n này, b SVC s làm vi c nh m t đi n n p không

Nút P,Q c a h th ng

Tr ng thái nút P,V

P=0 V= VREF

QMIN = BMIN

QMAX = BMAX

nh n đ c đ ng đ c tính đi u ch nh đi n áp th p, đi n n p song song có

th đ c thêm vào b ng v i đi n n p b SVC l n nh t, đ c bi u di n hình 2.6

0.4

0.6

0.8

1

1.4

0

1.2

b SVC và đi n kháng máy bi n áp ghép b thì đ c mô t Trong mô hình này, nút

đi n áp th p b SVC thì đ c yêu c u đ đi u ch nh đi n áp c a m t nút gi đ nh

mà nó đ c xác đ nh bên trong đi n kháng máy bi n áp Chú ý, m c ph n kháng lúc

đi n áp th p thì khác v i m c ph n kháng lúc đi n áp cao, b i do nh h ng c a máy bi n áp ghép b , v i đi n n p t ng đ ng và đ c liên h b i:

T

HV LV

X B

Q MIN = B MIN - B MAX

Q MAX = 0

Hình 2.7: Mô hình 3 cho dòng t i SVC (bi u di n nút đi n áp th p)

i u này gi ng nh vi c s d ng nút đi n áp th p LV c a b SVC đ đi u

ch nh đi n áp cho m t nút gi đ nh, có th m r ng đ ng bao gi i h n b SVCs

n i đ n cu n dây th 3 c a máy bi n áp S d ng n i hình sao các cu n dây máy

bi n áp, v i hình th c đi u ch nh đi n áp nút đã đ c l p đ t bên trong nhánh đi n

áp cao và đ c n i hình sao

N u b SVC làm vi c trong ch đ MVAr không đ i, v y thì khi kh o sát

tr ng thái xác l p, nó có th đ c bi u di n b ng m t ngu n MVAr không đ i

kh o sát nh ng v trí làm vi c ng u nhiên, yêu c u đi n áp nên thay đ i cho đ n khi

đ u ra MVAr l p l i ng u nhiên đáp ng theo yêu c u đ t đ c

Nút P,Q h th ng

Hình th c nút P,V P=O, V=V REF

Nút LV SVC P=0

Q MIN =B MIN /(1-B MIN X T)

Q MAX =B MAX /(1-B MAX X T )

i u ch nh

đi n áp

X SL

X T -X SL Các nhánh n i đ n ph n còn

l i c a h th ng

: i n n p b SVC nh nh t t thanh cái h th ng

MAX

I: Dòng đi n ph n kháng đ c l y t b SVC

: i n n p b SVC l n nh t t thanh cái h th ng

IRAT: Dòng đi n đ nh m c b SVC = BMAX

Slope : H s góc đi u khi n đ ng d c nghiêng đi n áp

Slope= V/(I/IRAT

Q: Công su t ph n kháng l y ra t b SVC thanh cái h th ng

SVC là m t b đ c thi t k t ng h p các ph n t nh là t đi n, bi n đi n

th , cu n kháng, các thi t b đóng c t cùng v i các thi t b đi u khi n, t t c cùng

ho t đ ng đ tr thành m t kh i cung c p ngu n phát ho c h p thu công su t ph n kháng có th đi u khi n đ c nhanh chóng

Tóm l i:

H U

H

2.2 B STATCOM (Static Synchronous Compensator): B bù đ ng b t nh

2.2.1 Mô t c u t o và nguyên lý ho t đ ng b STATCOM:

Hình 2.8: Gi n đ b STATCOM

B STATCOM [5,6,7,8] đ c m c song song v i đ ng dây và ho t đ ng

không c n ngu n n ng l ng d tr có tác d ng nh là m t máy bù công su t ph n

kháng Vic đi u khi n dòng công su t ph n kháng cung c p cho h th ng đi n

đ c th c hi n b ng cách đi u khi n đi n áp ngõ ra V cùng pha v i đi n áp h

Ista

VT

b chuy n m ch, m i b g m có m t GTO(gate-turn-off) thyristor n i đ i song v i

m t diode V i m c tiêu là t o ra m t d ng sóng đi n áp đ u ra g n nh d ng sóng hình sin có th , b chuy n m ch c a thyristor GTO riêng l trong b VSC t hì đ c

đi u khi n b ng kh i ch ng trình đi u khi n chuy n m ch, đ c thi t k đ gi m

đ n m c t i thi u phát sinh sóng hài lúc b VSC làm vi c và nhu c u cho vi c l c sóng hài

H u h t các ph ng pháp th ng đ c s d ng cho vi c đi u khi n đi n áp xoay chi u b ng các ph ng pháp bi n đ i nh là:

- Thay đ i đi n áp m t chi u v i m t b bi n đ i sóng đ y đ , đôi khi còn

đ c g i là b đi u bi n biên đ xung (Pulse Amplitude Modulation - PAM)

- i n áp m t chi u không đ i v i b đi u bi n đ r ng xung (Pulse Width Modulated - PWM)

Nguyên lý c b n c a STATCOM là s d ng b bi n đ i ngu n đi n áp (VSC) d a trên k thu t các ph n t đi n t công su t (GTO) thyristor hay tranzitor

l ng c c có c ng cách đi n (IGBT) v i kh n ng ng t dòng đi n khi có xung ng t

g i đ n c ng đi u khi n i u này cho phép cho b STATCOM phát ra m t ngu n

Hình 2.10: Nguyên lý ho t đ ng c a b STATCOM 2.2.2 Ch đ xác l p c a b STATCOM:

M c tiêu đi u khi n tr ng thái xác l p c a b STATCOM đ c xem là

đi u khi n đi n áp mà nó đ c bi u di n d i d ng m t đ ng đ c tuy n V-I cho trong hình 2.11[3] Gi i h n dòng đi n làm vi c b STATCOM trong đ ng đ c tuy n hình 2.11 nh n đ c t nh ng gi i h n dòng đi n c a nh ng thi t b bán

d n trong b VSC

D a vào đ ng đ c tuy n V-I trong hình 2.11 và theo s đ m ch c a b STATCOM trong hình 2.10, ch đ xác l p c a b STATCOM đ c rút ra nh sau:

Gi ng nh b SVC, ph ng trình th nh t mô t ch đ l àm vi c c a b STATCOM nó mô t ch c n ng đi u khi n đi n áp Trong gi i h n đi u khi n đ c

Máy bi n áp ghép b

_

+

đi n áp nút nhánh đi n áp cao thì đ c đi u khi n theo hàm tuy n tính nh sau:

hsta = Vstaref + astaIsta

T đ ng đ c tuy n đ c cho trong hình 2.11, có th nh n th y r ng gi i

h n làm vi c c a m t b STATCOM thì có liên quan đn dòng đi n c a b

STATCOM:

(2.5)

Istamin≤ Ista≤ Istamax

N u dòng đi n c a b STATCOM mà v t ph m vi gi i h n cho phép trong

v i công su t tác d ng b m vào nút đi n áp th p c a b STATCOM Do t n hao

công su t tác d ng trong b STATCOM quá nh nên cho phép b qua [9]

) và lúc này dòng đi n STATCOM nó ho t đ ng gi ng nh ngu n dòng không đ i

sta: dòng đi n b STATCOM

STATCOM là m t thi t b chuy n đ i ngu n đi n áp (VSI- Voltage Source Inverter), nó chuyn đ i ngu n đi n áp m t chi u thành đi n áp xoay chi u đ bù công su t tác d ng ho c công su t ph n kháng cho h th ng STATCOM là m t thi t b bù ngang, nó đi u khi n đi n áp t i v trí nó l p đ t đ n giá tr cài đ t (V

Tóm l i:

ref

) thông qua vi c đi u ch nh đi n áp và góc pha t STATCOM, b ng cách kh ng ch

đi n áp c a STATCOM, cùng pha v i đi n áp h th ng, nh ng có biên đ l n h n, dòng đi n và công su t ph n kháng ch y t STATCOM vào h th ng đ nâng đi n

áp lên Ng c l i, n u đi u khi n đi n áp c a STATCOM th p h n đi n áp c a h

th ng, dòng đi n và dòng công su t ph n kháng ch y t l i vào STATCOM, cho nên h n ch quá đi n áp trên l i đi n

Tr c khi xây d ng chi n l c đi u khi n đi n áp, các v n đ liên quan đ n

đi u khi n đi n áp trong h th ng đi n c n ph i đ c tìm hi u Trong ch ng sau đây s trình bày các yêu c u v đi u khi n đi n áp, c u trúc đi u khi n đi n áp và các ph ng pháp đi u khi n đi n áp c p 2

3.1 Yêu c u v đi u khi n đi n áp:

Yêu c u đi u khi n đi n áp trong h th ng đi n đ c phân lo i d a trên th i gian đáp ng c a h th ng và m c an toàn v đi n áp liên quan đ n các kho ng th i gian khác nhau (th i gian càng ng n thì yêu c u đi n áp khác v i th i gian dài)

Trong ch đ v n hành xác l p bình th ng, các Công ty i n l c xác đ nh các tiêu chu n đi n áp b t bu c ph i tuân theo, các tiêu chu n này th ng đ c bi u

di n d i d ng đ l ch đi n áp cho phép l n nh t so v i giá tr đi n áp đ nh m c, các tiêu chu n này th ng đ c xem xét trong quy ho ch và thi t k mà đó dung

l ng và n u có th là v trí c a các b đi u khi n công su t ph n kháng đ c xác

đ nh

Sau khi h th ng ch u tác đ ng c a các nhi u lo n thì đáp ng đi n áp c a h

th ng đ c phân chia thành các quá trình (đáp ng) theo các kho ng th i gian khác nhau, nh m m c đích xây d ng các yêu c u đi u khi n và thi t k các yêu c u đi u khi n thích h p Ph thu c vào b n ch t c a nhi u lo n, quá đ ( đ t dây, ng n

m ch…) đi n áp r t nhanh có th xãy ra trong kho ng th i gian đ u tiên sau khi có

s c , nhi u lo n đây, các yêu c u v đi u khi n đi n áp đ c th a mãn b i các

b b o v trong h th ng, bao g m b o v quá đi n áp và b o v d i đi n áp mà các b b o v này s ng n ng a biên đ c a quá đ đi n áp và kho ng th i gian

v t quá gi i h n v n hành an toàn c a nó

th i gian này ng i ta quan tâm đ n m c an toàn đi n áp t nh và đ n đ nh đi n áp

t nh Các yêu c u v m c an toàn t nh đ c cho d i d ng đ l ch biên đ đi n áp cho phép so v i giá tr đ nh m c mà nói chung đ l ch này l n h n đ l ch trong

ch đ v n hành bình th ng Liên quan đ n đ n đ nh đi n áp, yêu c u v đi u khi n đi n áp đ c xác đ nh d i d ng đ d tr n đ nh đi n áp cùng v i kho ng

th i gian thích ng

Chi phí vn hành đ c xem xét trong vi c th a mãn các yêu c u v đi u khi n đi n áp trong ch đ v n hành bình th ng và ho ch đ nh tr c, c c ti u hóa hàm chi phí th a mãn các đi u ki n ràng bu c v n hành bao g m các đi u ki n liên quan đ n đi n áp h th ng đ c th c hi n trong th c ti n cho m i l n phân b công

su t kinh t gi a các nhà máy đi n

Th a nh n r ng có nhi u yêu c u v đi u khi n đi n áp cùng v i kho ng th i gian c a nó, vi c đi u khi n đi n áp c a toàn h th ng đã đ c thi t k và s d ng theo m t c u trúc phân c p [10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20] Ph n ti p theo s

mô t c u trúc đi u khi n đi n áp hoàn chnh mà nó bao g m có 3 c p đi u khi n sau đây:

T ng t nh đi u khi n t n s trong h th ng đi n, vi c đi u khi n đi n áp

c ng có c u trúc phân c p Tuy nhiên, có các đi m khác bi t quan tr ng gi a đi u khi n đi n áp và đi u khi n t n s Trong đi u khi n t n s ch có m t tín chung cho toàn b h th ng và đó c ng chính là t n s v n hành c a h th ng mà nó đáp ng

nh nhau theo s khác bi t gi a t ng công su t tác d ng phát ra gi a các nhà máy

đi n và công su t tiêu th gi a các t i M c khác, trong đi u khi n đi n áp có nhi u

H U

H

đi n áp riêng bi t đ c đi u khi n t i t t c các v trí trong h th ng và đáp ng đi n

áp không đ ng nh t theo t ng v trí đ i v i s phân b nhu c u công su t ph n kháng và m c cung c p công su t ph n kháng cho tr c

Do s khác bi t n i t i gi a đi u khi n đi n áp và đi u khi n t n s nói trên, chi n l c đ đi u khi n đi n áp đã đ c phát tri n riêng bi t so v i chi n l c đi u khi n t n s i v i đi u khi n đi n áp, ngoài các máy phát đin t i các nhà máy

đi n, chi n l c đi u khi n còn d a trên nhi u b đi u khi n đ c l p đ t trong l i

l ng khu v c, sao cho kho ng th i gian t m t vài chu k t n s công nghi p ( ng

v i t n s ngu n cung c p, T = 1/f ) cho đ n vài giây Ch c n ng ch y u c a b

đi u khi n đi n áp c p 1 là nh m đ m b o các giá tr đo l ng c a các bi n đi u khi n (ch ng h n nh biên đ đi n áp t i đ u c c máy phát, công sut ph n kháng…) b ng v i giá tr đ t, mà giá tr đ t thì đ c xác đ nh t m c đi u khi n cao h n (m c đi u khi n c p 2)

S đ kh i c a b đi u khi n đi n áp c p 1 áp d ng cho b đi u khi n đi n

áp nh là h th ng kích thích máy phát SVC ho c STATCOM đ c cho hình 3.1

Hình 3.1: S đ kh i c a b đi u khi n đi n áp v i đi u khi n đi n áp c p 1

Các b đi u khi n đi n áp c p 1 đ c s d ng trong các b đi u khi n sau đây:

- Máy phát ho c máy bù đ ng b l p đ t b t đ ng đi u ch nh đi n áp AVR

- T đi n ho c cu n kháng liên quan đ n b đi u khi n t đ ng và đ c đóng, c t b ng c khí (công t c t , máy c t…) d a trên đ l ch đi n áp

- B t đ ng đi u ch nh n c phân áp trong máy bi n áp

- B bù công su t ph n kháng t nh (SVCs) ho c nh ng thi t b FACTS khác

- B thay đ i c u trúc l i m t cách t đ ng nh m m c đích c i thi n n

đ nh d a trên c s các ch tiêu khu v c

3.2.3 i u khi n đi n áp c p 2 (th c p):

áp ng đi n áp h th ng ph thu c ch y u vào s ph i h p c a các b

đi u khi n có d ng đ c cho trong hình 3.1 i v i m t c u trúc l i đi n cho

tr c và nhu c u công su t c a các ph t i c ng nh nhu c u phát c a h th ng cho

tr c, có m t t p t i u các giá tr đ u vào đ t c a các b đi u khi n mà nó s đ t

+ _

H th ng đi n

Thi t b đo l ng khu v c

B đi u khi n (kích thích máy phát, SVC, STATCOM)

B đi u khi n đi n

∑

H U

H

đ c yêu c u đi u khi n đi n áp trong ch đ v n hành (xác l p) Tr c đây, s

ph i h p này đ c nghiên c u gi l p (off-line) mà k t qu c a nó t o c s cho s

đi u ch nh giá tr đ t c a b đi u khi n G n đây h n, v i s ti n b trong công ngh máy tính v i ch c n ng ph i h p đã đ c t đ ng và th c hi n on-line v i kho ng th i gian t 1 phút đ n vài phút B đi u khi n đó đ c g i là b đi u khi n

đi n áp c p 2 mà trong đó nhi u chi n l c đi u khi n khác nhau đã đ c xây d ng

và đ ngh V i đáp ng t c đ t ng đ i nhanh, đi u khi n c p 2 đ c áp d ng trong kho ng th i gian gi a 2 l n phân b công su t kinh t liên ti p, ch c n ng

đi u khi n t ng t nh đi u khi n t n s mà đây giá tr đ t cho công su t tác

d ng c a các t máy đ c đi u ch nh đ gi m sai s t n s h th ng v 0 trong ch

đ xác l p (lúc này công su t tác d ng c a máy phát b ng công su t tác d ng c a

ph t i) Trong c đi u khi n t n s và đi u khi n đi n áp, yêu c u ch y u là tách

r i th i gian đáp ng c a b đi u khi n c p 1 và b đi u khi n c p 2, sao cho s trùng l p ho c s t ng tác gi a chúng là nh nh t i v i b đi u khi n đi n áp

c p 2 nhi u s đ đi u khi n khác nhau đ c thành l p đ đ t đ c s tách r i nói trên

3.2.4 i u khi n đi n áp c p 3:

i u khi n đi n áp c p 3 là m c đi u khi n đi n áp cao nh t, m c tiêu c a

nó liên quan đ n vi c t i u hóa v m t kinh t và / ho c (c hai ho c m t trong hai cái) m c an toàn (đi n áp và dòng công công su t) M c đi u khi n này t ng đ i

ch m d a trên vi c đo l ng trong th i gian th c và th i gian đáp ng kho ng 10 phút ho c lâu h n D a trên m c đích đi u khi n, tín hi u đ u ra c a b đi u khi n

c p 3 là các giá tr đ t đ c s d ng trong vòng đi u khi n đi n áp c p 2

Trên quan đi m đi u khi n ph i h p và th i gian th c, đi u khi n đi n áp

c p 2 là m c đi u khi n quan tr ng nh t mà nó ph i h p tác đ ng các b đi u khi n

m c th 1 đ đ t đ c các m c tiêu đi u khi n đ xác đ nh đ c các m c tiêu

đi u khi n đ c xác đ nh m c đi u khi n c p 3

H U

H

3.3 Nh ng ph ng pháp đi u khi n đi n áp c p 2:

Xu t phát t s đ đi u khi n ban đ u mà d a trên b đi u khi n t l tích phân (PI), b đi u khi n c p 2 đã đ c c i ti n đ tr thành b đi u khi n đi n áp

c p 2 ph i h p ( tr c đây ch dùng b đi u khi n PI) mà đó lu t đi u khi n đ c hình thành t bài toán t i u hóa có ràng bu c on-line s d ng b x lý t c đ cao 3.3.1 i u khi n đi n áp c p 2 nguyên th y:

Nguyên lý c b n c a đi u khi n đi n áp c p 2 tr c đây là phân chia toàn

b h th ng thành nh ng khu v c đ a lý riêng bi t b ng cách đi u ch nh m t cách t

đ ng biên đ đi n áp đ t c a các b đi u khi n nh là máy phát đi n đ t trong vùng

M ch đi u khi n công su t ph n kháng

H U

H

Vrefgeni : đ thay đ i giá tr đ t c a đi n áp đ u c c máy phát mà nó đ c

t o ra t s chênh l ch gi a Qgeni và Qgenspi

V

V V

n

pl plsp

t

n

pl plsp

dt N

,

0

−+

Tín hi u đi u khi n N đ c g i là m c đi u khi n khu v c đ c tính toán

b i m t máy vi tính, đ c đ t trung tâm đi u đ khu v c, sau đó đ c truy n đ n

m i máy phát trong khu v c thông qua các thông tin đ n m i máy phát tham gia

đi u khi n trong khu v c [21]

Ph ng trình (3.1) ch ra r ng yêu c u công su t ph n kháng c a khu v c

đ c phân b cho m i máy phát tham gia vào đi u khi n t l v i dung l ng công

(3.2)

H U

H

su t ph n kháng c a nó ây là m t s ph i h p đ n gi n c a các công su t ph n

kháng đ u ra c a các máy phát tham gia đi u khi n khác nhau

i n áp t i nút chính đ c đo l ng trong m i 10 giây Thông s và

đ c ch n trên c s các nghiên c u gi đ nh (off-line) nh m đ t đ c các ch đ làm vi c t t c a b đi u khi n đi n áp c p 2 (SVR) đ c trình bày trong [21]:

10 ≤ 1/ ≤ 20 (3.3) / = 40 (3.4) Trong vòng đi u khi n công su t ph n kháng máy phát đi u khi n, đ thay

đ i giá tr đ t c a máy phát đ c hình thành trên c s s khác bi t gi a công su t

ph n kháng c a máy phát đo đ c và giá tr đ t c a nó u ra c a vòng đi u khi n công su t ph n kháng hi u ch nh giá tr đ t đi n áp c a máy phát mà nó là đ u vào

c a b AVR c a máy phát

T i AVR, s khác bi t gi a đi n áp đo l ng t i đ u c c máy phát và giá tr

đ t đi n áp hi u ch nh đ c s d ng nh là thông s đ u vào c a vòng đi u khi n

mà vòng đi u khi n này s hình thành cho dòng đi n b kích thích, đ n l t dòng

đi n b kích thích này s đi u ch nh đi n áp đ u c c máy phát và công su t ph n kháng đ u ra máy phát

b đi u ch nh đi n áp t đ ng, s chênh l ch gi a đi n áp đo đ c đ u

c c máy phát và s thay đ i đi n áp đ t thì đ c dùng đ đ a vào vòng l p đi u khi n nó hình thành t dòng đi n c a b kích t , nó l n l t đi u ch nh đi n áp đ u

đi u khi n i u này cho phép gi đ c m c d tr công su t ph n kháng c a các máy phát l n, mà nó đ c s d ng cho các trình hu ng s c ti p theo

H U

H

M c dù b đi u khi n đi n áp c p 2 (SVR) đã đ c ng d ng s m i n

l c Pháp (EDF) vào th p niên 80 và đã đ c đáp ng t t Tuy nhiên, nó c ng có vài

h n ch liên quan đ n c u trúc và thi t k [22] đ c bàn sau đây:

• Nh ng h n ch liên quan đ n c u trúc c a b SVR :

- Gi thi t r ng m ng đi n đ c phân chia thành nh ng vùng đi u khi n đ c

l p cho đi u khi n c p 2 là không luôn luôn đúng (t c là có khi liên h v i nhau ch không ph i là lúc nào c ng đ c l p) S phát tri n c a m ng đi n sau khi ng d ng

b đi u khi n đi n áp c p 2 (SVR) có th d n đ n s liên quan gi a các vùng có th gia t ng

S làm vi c c a b đi u khi n đi n áp c p 2 có th s b h n ch tr phi vi c phân chia các vùng đ c đi u ch nh l i

- K ho ch phân ph i công su t ph n kháng c a các máy phát trong bi u

th c (3.1), không xét đ n m c đ u tiên trong đi u khi n, mà m c đ u tiên trong

đi u khi n này đ c bi u di n d i d ng các kho ng cách đi n t ng đ i c a các máy phát tham gia đ n v trí nhi u lo n mà nhi u lo n này nó gây nên s sai l ch

đi n áp c a nút chính Tính hi u qu c a chi n l c này trong tr ng h p t ng quát

có th đ t đ c, c th là khi các máy phát đ c phân b không đ ng nh t đ i v i nút chính

- Vòng đi u khi n công su t ph n kháng cho m i máy phát tham gia trong s

đ đi u khi n đi n áp c p 2(SVR) trong hình (3.2) là m t ph n c a s đ đi u khi n Vòng đi u khi n t o ra đáp ng quá đ riêng c a nó, mà nó có nh h ng

đ n tính n đ nh c a toàn b vi c đi u khi n đi n áp Vòng đi u khi n có thông s

c đ nh có th d n đ n m t n đ nh và / ho c dao đ ng, ph thu c vào c u hình c a

h th ng sau khi có s c

• Nh ng h n ch liên quan đ n thi t k b đi u ch nh đi n áp c p 2:

- Các gi i h n v m t v n hành, ví d nh là gi i h n cho phép c c ti u, c c

đ i c a biên đ đi n áp h th ng không đ c xét đ n trong s đ đi u khi n

- Vì thông s vòng đi u khi n là c đ nh, nên chi n l c đi u khi n t ng th

có th không ph i là chi n l c t i u trong m t vài ch đ v n hành

H U

H

- c tính đ ng h c c a s thay đ i v giá tr ch nh đ nh cung c p cho các b

đi u khi n đi n áp t đ ng (AVR) c a máy phát trong s đ đi u khi n đi n áp c p 2(SVR) trong hình (3.2) có th là nhanh và không t ng thích v i th i gian đáp ng

c a máy phát tham gia đi u khi n

K t lu n: Do các gii h n nêu trê n B đi u khi n đi n áp c p 2(SVR) nguyên th y đã đ c thay th b i 1 s đ đi u khi n c p 2 m i và đ c trình bày trong ph n ti p theo d i đây

3.3.2 i u khi n đi n áp c p 2 ph i h p (CSVR):

S đ đi u khi n đi n áp c p 2 m i mà nó thay th cho b đi u ch nh đi n áp

c p 2 nguyên th y (SVR), ph i h p đi u khi n đi n áp c a các b đi u khi n trong các vùng khác nhau đ đi u khi n đi n áp c a toàn b khu v c mà bao g m nhi u vùng Nó đã đ c ng d ng mi n Tây n c Pháp t n m 1998 và đ c g i là là

đi u khi n đi n á p c p 2 ph i h p [22] Khác v i b đi u kh i n đi n áp c p 2 nguyên th y (SVR) mà đó đi n áp t i 1 nút chính đ c đi u khi n b i các má y phát trong vùng, trong b đi u khi n đi n áp c p 2 ph i h p (CSVR) đi n áp t i m t

t p nhi u đi m các nút chính đ c đi u khi n b ng v i các giá tr đ t t ng ng

đ đ t đ c biên d ng đi n áp th a m n c a toàn b khu v c

H U

H

3.3.2.1 S đ kh i đi u khi n đi n áp c p 2 ph i h p:

S đ kh i tiêu bi u c a b đi u ch nh đi n áp c p 2 ph i h p (CSVR), ng d ng cho toàn b m ng đi n đ c cho trong hình 3.3

ma tr n đ nh y

Nh ng nút máy phát đi n

Nh ng máy phát khác

- +

gen, trong đó ngen

Tr ng tâm c a b đi u ch nh đi n áp c p 2 ph i h p(CSVR) là b đi u khi n

d a trên c s t i u hóa, các đ u vào c a b đi u khi n bao g m các biên đ đi n

áp t i các nút chính đo đ c, công su t ph n kháng và biên đ đi n áp đo đ c c a các máy phát tham gia điu khi n và các ma tr n đ nh y cùng v i ma tr n vect

liên quan đ n gi i h n v n hành đ t đ c m c tiêu xác đ nh tr c mà đ c đ nh ngha b i lu t đi u khi n, b đi u khi n này s tính toán giá tr đi n áp đ t m i cung

c p cho b đi u khi n đi n áp t đ ng (AVR) c a các máy phát đi u khi n

: Là s c a nh ng máy phát tham gia đi u khi n

Ph thu c vào s khác bi t gi a biên đ đi n áp đo l ng t i đ u c c các máy phát đi u khi n, |Vgeni| và giá tr đ t m i c a nó, Vrefgeni

Lu t đi u khi n trên c s t i u hóa đ c s d ng trong b đi u khi n đi n

áp c p 2 ph i h p (CSVR) đ c xây d ng d a trên c s m c tiêu c th c n đ t

b đi u khi n đi n áp

t đ ng (AVR) s hình thành dòng đi n c a máy kích thích mà nó s đi u ch nh

đi n áp đ u c c máy phát

3.3.2.2 Chi n l c đi u khi n đi n áp c p 2 ph i h p:

Giá tr đi n áp đ t m i cho các máy phát tham gia điu khi n nh n đ c t chi n l c đi u khi n đ c xây d ng trên bài toán t i u hóa có ràng bu c i v i

ng d ng trong th i gian th c chi n l c đi u khi n đã đ c xây d ng s d ng mô hình h th ng tuy n tính hóa mà nó có th d n đ n nghi m c a các bi n đi u khi n không đúng N u nh s khác bi t c n đ c c c ti u gi a giá tr đo l ng và giá tr

đ t c a các đ i l ng đ c đi u khi n là quá l n mô hình tuy n tính hóa c a h

th ng đ c áp d ng, toàn b quá trình tuy n tính hóa đ c phân ra thành m t s các bài toán c c ti u con, mà trong đó s khác bi t gi a các giá tr đo l ng và giá tr

đ t c a các đ i l ng đ c đi u khi n đ c gi m nh b i m t h s nh h n 1 Do

đó, toàn b chu k đi u khi n s đ t đ c sau m t s các b c đi u khi n mà m i

b c t ng ng v i bài toán con c c ti u hóa M i bài toán con c c ti u hóa có hàm m c tiêu đ c cho nh sau: