1. Đặt vấn đề Trong những năm qua cùng với sự phát triển của nền kinh tế Hệ thống điện Việt Nam (HTĐVN) cũng liên tục phát triển cả về qui mô lẫn công nghệ. Từ khi mới hình thành năm 1994 tổng chiều dài đường dây truyền tải 500kV là 1.487 km, đến nay đã tăng lên 3.758 km và theo qui hoạch đến năm 2015 sẽ tiếp tục mở rộng và phát triển đạt tổng chiều dài là 4.500 km 1, 2. Hệ thống điện Việt Nam hiện nay, có các đường dây siêu cao áp 500 kV liên kết nhiều nhà máy điện công suất lớn và các trung tâm phụ tải với đồ thị phụ tải khác nhau. Trào lưu công suất trong hệ thống sẽ liên tục thay đổi theo chế độ vận hành, kết quả thông số chế độ cũng liên tục thay đổi, đặc biệt là điện áp tại các nút thay đổi trong phạm vi rộng và dễ dàng rơi ra ngoài phạm vị cho phép. Đối với các hệ thống điện này không thể sử dụng các thiết bị bù cố định để điều chỉnh điện áp, vì nếu chọn dung lượng bù để điều chỉnh điện áp thoả mản ở chế độ này thì sẽ không thoả mản ở chế độ khác 5. Ví dụ tại một nút trên đường dây truyền tải ở chế độ 1 có điện áp 1,08 pu lớn hơn giới hạn cho phép (UCPmax) và ở chế độ 2 có điện áp 0,96 pu
Trang 1NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN LỰA CHỌN
VỊ TRÍ LẮP ĐẶT THIẾT BỊ SVC CHO HỆ THÔNG ĐIỆN VIỆT NAM
A STUDY ON THE CALCULATION PROGRAM ESTABLISHMENT TO FIND LOCATIONS FOR SVC INSTALLATION FOR VIETNAM POWER SYSTEMS
Ngô Văn Dưỡng, Đinh Thành Việt,
Lê Hồng Lâm
Đại học Đà Nẵng
Lê Hữu Hùng
Tổng công ty truyền tải điện quốc gia
TÓM TẮT
Đối với các hệ thống điện lớn nói chung hệ thống điện Việt Nam hiện nay nói riêng, trào lưu công suất trong hệ thống thay đổi nhiều theo chế độ vận hành Cho nên thông số chế độ biến thiên trong phạm vi rộng dễ rơi ra ngoài phạm vi cho phép Trong trường hợp này sử dụng các thiết bị bù cố định không thể điều chỉnh được mà phải sử dụng các thiết bị bù điều khiển nhanh như SVC hoặc STATCOM Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng sơ đồ thuật toán và chương trình mô phỏng hoạt động của thiết bị SVC Đồng thời xây dựng sơ đồ thuật toán và chương trình FP_SVC cho phép tính toán tìm vị trí và công suất lắp đặt thiết bị SVC cho hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015
ABSTRACT
In large power systems in general and in the Vietnamese power system in particular, power flow always changes depending on operating models Thus, it is easy for the parameters with a wide range of changes to go beyond a permitted range In this case, we can not use a fixed compensator to adjust them and it can be more reasonable to use a fast controlled compensator such as SVC or STATCOM This paper presents the research results in the algorithm and simulation program of the SVC activities Moreover, this algorithm and proposed FP_SVC program may allow us to find out the location and the SVC installation capacity for the Vietnamese power systems in the period from 2015 onwards
1 Đặt vấn đề
Trong những năm qua cùng với sự phát triển của nền kinh tế Hệ thống điện Việt Nam (HTĐVN) cũng liên tục phát triển cả về qui mô lẫn công nghệ Từ khi mới hình thành năm 1994 tổng chiều dài đường dây truyền tải 500kV là 1.487 km, đến nay đã tăng lên 3.758 km và theo qui hoạch đến năm 2015 sẽ tiếp tục mở rộng và phát triển đạt tổng chiều dài là 4.500 km [1, 2] Hệ thống điện Việt Nam hiện nay, có các đường dây siêu cao áp 500 kV liên kết nhiều nhà máy điện công suất lớn và các trung tâm phụ tải với đồ thị phụ tải khác nhau Trào lưu công suất trong hệ thống sẽ liên tục thay đổi theo chế độ vận hành, kết quả thông số chế độ cũng liên tục thay đổi, đặc biệt là điện áp tại các nút thay đổi trong phạm vi rộng và dễ dàng rơi ra ngoài phạm vị cho phép Đối với các hệ thống điện này không thể sử dụng các thiết bị bù cố định để điều chỉnh điện áp,
vì nếu chọn dung lượng bù để điều chỉnh điện áp thoả mản ở chế độ này thì sẽ không thoả mản ở chế độ khác [5] Ví dụ tại một nút trên đường dây truyền tải ở chế độ 1 có điện áp 1,08 pu lớn hơn giới hạn cho phép (U ) và ở chế độ 2 có điện áp 0,96 pu
Trang 2nằm trong giới hạn cho phép, nếu lắp đặt kháng bù ngang để đưa điện áp ở chế độ 1 về 1,0 pu thì ở chế độ 2 điện áp sẽ thấp hơn giới hạn cho phép Ngược lại tại một nút ở chế
độ 1 có điện áp 1,04 pu nằm trong giới hạn cho phép và ở chế độ 2 có điện áp 0,9 pu thấp hơn giới hạn cho phép (UCPmin), nếu lắp đặt tụ bù ngang để đưa điện áp ở chế độ 2
về 1,0 pu thì điện áp ở chế độ 1 sẽ lớn hơn giới hạn cho phép Trong trường hợp này chỉ
có thể sử dụng các thiết bị bù có điều khiển như SVC hoặc STATCOM mới có khả năng điều khiển nhanh lượng công suất phản kháng trao đổi với hệ thống để giữ ổn định điện áp nút khi thay đổi chế độ vận hành Từ các phân tích nêu trên cho thấy đối với HTĐVN cần thiết phải sử dụng các thiết bị bù có điều khiển để lắp đặt nhằm nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy vận hành cho hệ thống Qua tìm hiểu nguyên lý làm việc và khả năng điều khiển nhanh lượng công suất phản kháng bù cho hệ thống của SVC (Static var compensator) cho thấy rất thích hợp để sử dụng lắp đặt cho HTĐVN giai đoạn đến năm 2015
2 Xây dựng chương trình mô phỏng hoạt động của SVC
2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của SVC
Cấu tạo của SVC gồm 3 phần tử cơ bản như trên hình 1,
đó là [3]: cuộn kháng điều khiển TCR (thyristor controlled
reactor), cuộn kháng đóng cắt TSR (thyristor switched reactor)
và tụ điện đóng cắt TSC (thyristor switched capacitor) Phối
hợp điều khiển dòng điện qua điện kháng XK1 của bộ TCR với
việc đóng mở cuộn kháng XK2 của bộ TSR và điện dung XC
của bộ TSC, SVC có khả năng điều khiển lượng công suất
phản kháng trao đổi với hệ thống từ Qmin (<0) đến Qmax (>0)
Điện dẫn phản kháng của bộ TCR có thể xác định theo góc mở
α của thyristor [3,4] như sau:
) 2 sin 1 2 1 (
1 ) (
1
α π
α π
K
Từ đó có thể xác định điện dẫn phản kháng của cả bộ SVC như sau:
BSVC (α) = BTCR(α) + BTSR - BTSC (2)
2.2 Sơ đồ mô phỏng lắp đặt
SVC và thuật toán chương
trình
2.2.1 Sơ đồ mô phỏng lắp đặt
SVC: Để nghiên cứu quá trình
hoạt động của SVC điều khiển
thay đổi điện áp hệ thống, cũng
như sử dụng SVC để giữ ổn định
điện áp nút, đề tài đã chọn sơ
TCR TSR TSC
X K1 X K2 X C
Hình 1
Bộ ĐK
α
HT
U 3
P t +jQ t
TCR TSR TSC
Trang 3đồ hệ thống điện đơn giản gồm một nút hệ thống (nút cân bằng), một nút nguồn và một nút tải có lắp đặt SVC như hình 2 Điều khiển góc mở α của bộ TCR, phối hợp với việc khoá và mở các thyristor của các bộ TSR và TSC sẽ điều khiển lượng công suất phản kháng trao đổi với hệ thống qua thanh góp U 2 , kết quả cho phép thay đổi điện áp hệ thống Để giữ ổn định điện áp thanh góp U 2 theo giá trị U YC , lấy tín hiệu điện áp trên thanh góp cung cấp cho bộ điều khiển (ĐK) như hình 2, khi đó nếu có sự thay đổi chế
độ vận hành dẫn đến U 2 ≠ U YC , bộ ĐK sẽ điều khiển lượng công suất phản kháng của SVC trao đổi với hệ thống sao cho U 2≈ U YC
2.2.2 Sơ đồ thuật toán: Trên cơ sở nguyên lý
làm việc của SVC và các phân tích trong mục
2.2.1, xây dựng được sơ đồ thuật toán chương
trình như trên hình 3 Trong đó phần tính toán
chế độ xác lập hệ thống điện, sử dụng modul
tính toán của chương trình CONUS, lấy kết quả
từ file conus.res để cung cấp cho chương trình
2.3 Chương trình mô phỏng hoạt động của
SVC
Từ sơ đồ thuật toán xây dựng chương
trình OP_SVC, chương trình cho phép khảo sát
hoạt động của SVC thông qua chức năng "điều
khiển" và khả năng điều khiển giữ ổn định điện
áp của SVC thông qua chức năng "tự động"
Khởi động chương trình giao diện màn hình như trên hình 4, ở trạng thái SVC đang khoá hoàn toàn thì điện áp nút tải là 532,99 kV Nếu điều khiển để đóng bộ TSR
và góc mở α của bộ TCR là 25o thì điện áp nút tải sẽ giảm xuống còn 499,49 kV như hình 5 Nếu chọn chức năng "tự động" và chọn điện áp UYC nút tải là 520 kV, chương trình sẽ tính toán và điều chỉnh góc mở α là 22o như hình 6 Ở chế độ này nếu tăng tải
Nhập số liệu
Tính toán chế độ xác lập
Hiển thị thông số chế độ lên sơ đồ
Chế độ làm việc SVC
Tự động Điều khiển
Thay đổi thông số vận hành
α α
α = +∆ α =α −∆α
Đ
Tăng Qb
Đ
S END
Hình 3
U 2 > U YC
Đ
S S
Tính toán chế độ xác lập
Hiển thị thông số chế độ lên sơ đồ
Hình 4
Trang 4lên (600 + j 500) MVA, chương trình sẽ tự động tính toán để điều khiển đóng bộ TSC
và điều chỉnh góc mở α của bộ TCR là 23o như trên hình 7
3 Xây dựng chương trình lựa chọn vị
trí lắp đặt SVC cho hệ thống điện Việt
Nam
Nhóm tác giả đã xây dựng được
chương trình tính toán lựa chọn vị trí lắp
đặt thiết bị SVC cho Hệ thống điện Việt
Nam giai đoạn 2015 (tổng sơ đồ VI)
Trên cơ sở phương pháp tính toán như
mục 2 đã xây dựng được sơ đồ thuật toán
như hình 8 và viết được chương trình
FP_SVC, khởi động chương trình giao
diện màn hình như trên hình 9
Chương trình có ba chức năng:
a Chức năng mô phỏng vận hành
HTĐ
Cho phép thay đổi các thông số
Hình 7
Thay đổi thông
số vận hành
Nhập số liệu
Tính toán chế độ xác lập
Hiển thị thông số chế độ lên sơ đồ
S
Chế độ làm việc
Xác định công suất SVC Tìm vị trí đặt SVC
U > U YC
Xác định các nút có:
U>U CPmax và U<U CPmin
Chọn nút đặt SVC và điện áp U YC , Q SVC =0
Q SVC + ∆Q
Q SVC - ∆Q
ε
<
−U YC U
Tính toán chế độ xác lập
Thông báo các vị
Hình 8
Trang 5vận hành như công suất phụ tải, công suất phát của máy phát, chương trình sẽ tính toán
và hiển thị các thông số chế độ lên sơ đồ có thể quan sát trực tiếp trên màn hình máy tính Chức năng này cho phép khảo sát các chế độ vận hành của HTĐ để phân tích chế
độ làm việc của hệ thống
b Chức năng tìm vị trí đặt SVC: Khi chạy chức năng này, chương trình sẽ tính
toán chế độ xác lập, kiểm tra điện áp tất cả các nút để xác định các nút có điện áp nằm ngoài phạm vi cho phép (Uđm ± ∆UCP) và hiển thị các vị trí hợp lý để lắp đặt SVC như trên hình 10
c Chức năng xác định công suất SVC: Khi chọn vị trí lắp đặt SVC và điện áp yêu cầu (UYC) cần giữ ổn định, chương trình sẽ tính toán và hiển thị giá trị công suất của SVC như hình 11
4 Kết luận
Qua nghiên cứu cấu tạo,
nguyên lý làm việc và phương trình
tính toán điện dẫn của SVC theo góc
mở α, tác giả đã xây dựng được
chương trình mô phỏng hoạt động của
SVC Chương trình cho phép khảo sát
khả năng điều chỉnh nhanh lượng công
suất phản kháng của SVC trao đổi với
hệ thống để giữ ổn định điện áp nút
Chương trình là một công cụ tốt giúp
tìm hiểu nguyên lý làm việc và điều
khiển thiết bị SVC
Trên cơ sở sử dụng modul tính
toán chế độ xác lập của phần mềm
Conus đã xây dựng được chương trình
FP_SVC cho phép tính toán tìm vị trí
và công suất lắp đặt SVC cho Hệ
thống điện Việt Nam giai đoạn 2015
nhằm nâng khả năng ổn định điện áp
cho hệ thống
Bằng cách thu thập đầy đủ
thông số hệ thống, thông số vận hành
và số liệu dự báo về nhu cầu phụ tải
Hình 9
Hình 10
Hình 11
Trang 6và nguồn phát cập nhật cho chương trình FP_SVC, sử dụng các chức năng b và c tính toán với các chế độ vận hành khác nhau sẽ cho phép tìm được vị trí và công suất tối ưu
để lắp đặt SVC cho hệ thống
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Viện năng lượng - Tổng công ty Điện lực Việt Nam (2005), Tổng sơ đồ phát triển
điện lực giai đoạn 2006-2015 có định hướng đến 2025, Hà Nội
[2] Operation Group Report, “Operation report on May 2005, December 2006 and
September 2007”, National Load Dispatch Center – EVN, Việt Nam
[3] Yong Hua Song and Allan T Jhons (1999), Flexible AC transmission systems
(FACT), The Institution of Electrical Engineers, London, United Kingdom
[4] Narain G.Hingorani, Laszlo Gyugyi (2000), "Understanding FACTS", Concepts
and technology of Flexible AC transmission systems, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York
[5] P Kundur (1994), Power System Stability and Control, McGraw Hill, New York
