Giải tích hệ thống điện hệ thống FACTS dùng TCSC

FACTS là hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt sử dụng thiết bị điện tử công suất hoạt động ở chế độ tự động với dòng điện và điện áp cao, cho phép điều khiển bù công suất phản k

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ FACTS

Trước đây các thiết bị bù thường không có tự động điều chỉnh điện áp, hoặc có điều chỉnh nhưng rất chậm (máy bù đồng bộ) hoặc bù từng nấc Với sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt kỹ thuật điện tử công suất nhờ thyristor công suất lớn đó cho phép thực hiện các thiết bị bù điều khiển nhanh, thực

tế các thiết bị bù dùng Thyristor có thể thay đổi công suất từ 0 đến trị số định mức không quá 1/4 chu kỳ tần số điện công nghiệp

FACTS là hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt sử dụng thiết bị điện tử công suất hoạt động ở chế độ tự động với dòng điện và điện áp cao, cho phép điều khiển bù công suất phản kháng gần như tức thời, ngăn cản dao động để ổn định điện áp, hệ số công suất của hệ thống một cách nhanh chóng

Mặt khác việc định hướng phát triển hệ thống được căn cứ trên cơ sở dự báo phụ tải, tuy nhiên trong quá trình vận hành không phải lúc nào cũng đảm bảo cân bằng giữa cung và cầu dẫn đến tình trạng hệ thống điện sẽ có thời điểm bị quá tải Thêm vào đó, do khả năng tải của đường dây bị giới hạn bởi các yếu tố nhiệt độ, điện dung và độ ổn định, nếu không có sự điều khiển hợp lý, sẽ không tận dụng hết khả năng tải của các đường dây Việc sử dụng thiết bị FACTS sẽ góp phần giải quyết việc vận hành hệ thống điện một cách khoa học, nâng cao hiệu quả đường dây tải điện hiện có, đáp ứng yêu cầu thực tế đặt ra Đặc biệt ở những nơi yêu cầu về cung cấp điện an toàn và tin cậy

1.1 Lý thuyết về FACTS

Trong trường hợp đường dây không có tổn thất, giá trị điện áp nhận được cuối

đường dây thường gần bằng giá trị đầu đường dây: V s = V r =V Trong quá trình

truyền tải, xuất hiện góc lệch pha delta δ , phụ thuộc vào giá trị của trở kháng X

(1.1)

(1.2)

(1.3)

Vì đường dây không có tổn thất nên công suất tác dụng P bằng nhau ở mọi điểm

trên đường dây:

(1.4) Công suất phản kháng đầu đường dây bằng nhưng khác dấu với công suất phản kháng cuối đường dây:

1.1.1 Khi bù nối tiếp

Các tụ bù nối tiếp trong FACTS sẽ thay đổi điện kháng đẳng trị của đường

dây: X giảm sẽ tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng trên đường dây Tuy

nhiên, nguồn điện phải cung cấp thêm công suất phản kháng

(1.6)

(1.7)

Hình 1.2 Bù nối tiếp

1.1.2 Khi bù song song

Công suất phản kháng được đưa lên đường dây để duy trì giá trị điện áp Khả năng truyền tải công suất tác dụng trên đường dây tăng lên nhưng cũng phải cung cấp thêm công suất phản kháng cho đường dây

(1.8)

(1.9)

Hình 1.3 Bù song song

1.2 Lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS

Các ưu điểm khi sử dụng thiết bị FACTS:

Sử dụng thiết bị FACTS cho phép:

+ Nâng cao khả năng giữ ổn định điện áp, giảm dao động công suất làm cho việc vận hành HTĐ linh hoạt và hiệu quả hơn

+ Điều khiển trào lưu công suất phản kháng theo yêu cầu

+ Tăng khả năng tải của đường dây gần tới giới hạn nhiệt

+ Tăng độ tin cậy, giảm tổn thất hệ thống

Tuy nhiên giá thành các thiết bị FACTS là rất cao so với khả năng tài chính nước ta hiện nay Do đó, khi nghiên cứu áp dụng thiết bị FACTS cần phải phân tích các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật để lựa chọn giải pháp phù hợp

1.3 Phân loại thiết bị FACTS

FACTS có thể được kết nối với hệ thống điện theo kiểu nối tiếp (bù dọc) hoặc

bù song song (shunt) hoặc kết hợp cả hai phương thức trên

Các thiết bị FACTS có thể phân ra làm bốn loại:

a Thiết bị điều khiển nối tiếp (Series Controllers): Loại thiết bị này cho phép

thay đổi tổng trở đường dây bằng tụ điện, điện kháng, hoặc biến đổi nguồn có tần số bằng tần số lưới nhờ thiết bị bán dẫn công suất Về nguyên lý, tất cả các thiết bị điều khiển nối tiếp chỉ cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng biến đổi

Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC): là thiết bị mắc nối tiếp với đường dây; gồm các tụ điện được nối song song với một điện cảm điều khiển bằng cách thay đổi góc mở của thyristor

Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR): là thiết bị mắc nối tiếp với nhau; gồm một điện kháng nối song song với một điện kháng khác được điều khiển bằng thyristor

Thyristor Switched Series Capacitor (TSSC): là thiết bị gồm một bộ tụ được đóng mở bằng khóa thyristor

Thyristor Switched Series Reactor (TSSR): là thiết bị gồm một bộ kháng được đóng mở bằng khóa thyristor

Hình 1.4 Ứng dụng của FACTS trong các tụ bù nối tiếp (sơ đồ mạch)

b Thiết bị điều khiển song song (Shunt Controllers): Loại thiết bị này cho phép

thay đổi tổng trở, thay đổi nguồn hoặc kết hợp cả hai Tất cả các thiết bị điều khiển song song bù dòng điện vào hệ thống tại điểm nút

Các đường dây truyền tải điện dài sinh ra các điện kháng ký sinh nối tiếp dọc đường dây Do đó, khi truyền tải công suất lớn sẽ gây ra tổn thất điện áp trên đường dây Để bù các điện kháng ký sinh này, người ta đặt các tụ bù dọc trên đường dây Trong trường hợp này, FACTS có tác dụng như một nguồn áp

Hệ thống điện được nối shunt với các thiết bị FACTS Trường hợp này, FACTS đóng vai trò như một nguồn dòng

Bù song song có hai loại:

- Bù điện dung

Phương pháp này dùng để nâng cao hệ số công suất Khi một tải có tính cảm được nối với hệ thống, hệ số công suất sẽ bị giảm xuống do sự trễ pha của dòng điện Để bù cảm kháng này, người ta lắp một tụ điện nối song song với tải, việc này

sẽ kéo dòng điện lên sớm pha hơn so với điện áp Và kết quả là hệ số công suất được nâng cao

- Bù điện cảm

Phương pháp này dùng để bù trong trường hợp đóng điện đường dây không tải hoặc khi non tải cuối đường dây Khi không tải hoặc tải nhỏ, chỉ có một dòng rất nhỏ chạy trên đường dây Trong khi đó, điện dung ký sinh trên đường dây, đặc biệt với các đường dây dài lại có giá trị khá lớn Việc này sẽ sinh ra quá áp trên đường dây (hay còn gọi là hiệu ứng Ferranti) Điện áp cuối đường dây có thể tăng gấp đôi điện áp nguồn tới (trong trường hợp đường dây rất dài) Để bù điện dung ký sinh này, người ta lắp các điện cảm song song trên dọc đường dây

Thyristor Controlled Reactor (TCR): Cuộn kháng được điều khiển bằng Thyristor Nó được mắc nối tiếp với 2 van Thyristor lắp ngược chiều nhau Mỗi bộ Thyristor điều khiển một pha Điện kháng đẳng trị là một giá trị liên tục

Thyristor Switched Reactor (TSR): Cuộn kháng được đóng cắt bằng Thyristor Thiết bị có cấu tạo tương tự như TCR nhưng Thyristor chỉ có hai trạng thái đóng hoặc mở hoàn toàn Điện kháng đẳng trị là một giá trị nhảy cấp

Thyristor Switched Capacitor (TSC): Tụ điện được đóng cắt bằng Thyristor

Do đó, điện dung đẳng trị là một giá trị nhảy cấp

Mechanically Switched Capacitor (MSC): Tụ điện được đóng cắt bằng máy cắt Thiết bị chỉ được dùng để bù công suất phản kháng, và chỉ được đóng mở vài lần trong ngày khi hệ thống thiếu công suất phản kháng hoặc tụt áp nhiều trên đường dây

Hình 1.5 Ứng dụng của FACTS trong các thiết bị bù song song (sơ đồ mạch)

c Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với nối tiếp (Combined series - series

Controllers): Đây là sự kết hợp các thiết bị điều khiển nối tiếp riêng rẽ, có cùng cách thức điều khiển được sử dụng trong hệ thống nhiều dây dẫn hoặc có thể là thiết

bị điều khiển hợp nhất Trong những thiết bị điều khiển nối tiếp công suất phản kháng được bù độc lập cho mỗi đường dây, tuy nhiên công suất tác dụng giữa các đường dây được trao đổi qua nguồn liên kết Khả năng chuyển công suất tác dụng của thiết bị điều khiển nối tiếp - nối tiếp hợp nhất tạo ra sự cân bằng cả dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng trong các dây dẫn, tận dụng tối đa hệ thống truyền tải

d Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với song song (Combined series - shunt

Controllers): Đây là sự kết hợp các thiết bị điều khiển song song và nối tiếp riêng

rẽ được điều khiển kết hợp hoặc điều khiển hợp nhất dòng năng lượng với các phần tử nối tiếp và song song Về nguyên lý, những thiết bị điều khiển song song và nối tiếp kết hợp bù dòng điện và hệ thống với những phần tử điều khiển song song và bù điện áp trên đường dây với những phần tử bù nối tiếp

1.4 Một số thiết bị FACTS

1.4.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng Thyristor (SVC)

SVC (Static Var Compensator) là thiết bị bù ngang dùng để phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng có thể điều chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của thyristor, được tổ hợp từ hai thành phần cơ bản:

- Thành phần cảm kháng để tác động về mặt công suất phản kháng (có thể phát hay tiêu thụ công suất phản kháng tuỳ theo chế độ vận hành)

- Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như Thyristor, các cửa đóng mở (GTO - Gate turn off)

SVC được cấu tạo từ ba phần tử chính bao gồm:

+ Kháng điều chỉnh bằng Thyristor (TCR - Thyristor Controlled Reactor): Có chức năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng tiêu thụ

+ Kháng đóng mở bằng Thyristor (TSR - Thyristor Switched Reactor): Có chức năng tiêu thụ công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng Thyristor

+ Bộ tụ đóng mở bằng thyristor (TSC - Thyristor Switched Capacitor): Có chức năng phát công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng Thyristor

Sử dụng SVC cho phép nâng cao khả năng tải của đường dây một cách đáng kể

mà không cần dùng đến những phương tiện điều khiển đặc biệt và phức tạp trong vận hành Các chức năng chính của SVC bao gồm:

Hình 1.6 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC

- Điều khiển điện áp tại nút có đặt SVC có thể cố định giá trị điện áp

- Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù

- Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố (mất tải, ngắn mạch…) trong HTĐ

- Tăng cường tính ổn định của HTĐ

- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ như ngắn mạch, mất tải đột ngột

Ngoài ra, SVC cũng có các chức năng mang lại hiệu quả khá tốt cho quá trình vận hành HTĐ như:

- Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh

- Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây

- Giảm góc làm việc làm tăng cường khả năng vận hành của đường dây Giảm tổn thất công suất và điện năng

1.4.2 Thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor (TCSC)

Cũng tương tự như phần tử SVC, phần tử TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) là thiết bị điều khiển trở kháng nhanh của đường dây và hoạt động trong điều kiện ổn định của hệ thống điện, nó được tổ hợp từ một hay nhiều modul TCSC, mỗi một modul bao gồm hai thành phần cơ bản:

- Thành phần cảm kháng có thể thay đổi được điện dung nhờ bộ điều chỉnh van thyristor

- Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như các van Thyristor , các khoá đóng mở GTO

Ngoài ra, TCSC cũng có một số thiết bị phụ như bộ lọc F nhằm lọc bỏ các sóng hài bậc cao, thiết bị đóng ngắt phục vụ các chế độ vận hành của TCSC trong các chế

độ khác nhau của HTĐ

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCSC như hình 1.7 : Các chức năng chính của TCSC bao gồm:

- Làm giảm nguy cơ sụt áp trrong ổn định tĩnh

- Giảm sự thay đổi điện áp

- Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây

Hình 1.7 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC

- Tăng cường ổn định của HTĐ

- Giảm góc làm việc làm tăng cường khả năng vận hành của đường dây

- Hạn chế hiện tượng cộng hưởng tần số thấp trong HTĐ

Ngoài ra, TCSC cũng có nhiều chức năng khác có thể tăng tính linh hoạt trong vận hành, tuỳ theo yêu cầu và chức năng của chúng trong từng HTĐ cụ thể mà ta

có thể áp dụng các phương pháp, mạch điều khiển TCSC cho phù hợp với các chế độ vận hành trong HTĐ

1.4.3 Thiết bị bù ngang điều khiển Thyristor (STATCOM)

STATCOM là sự hoàn thiện của thiết bị bù tĩnh SVC, bao gồm các bộ tụ điện được điều chỉnh bằng các thiết bị điện tử như Thyristor và khoá đóng mở GTO,

so với SVC, nó có ưu điểm là kết cấu gọn nhẹ hơn, không đòi hỏi diện tích lớn như SVC và đặc biệt là nó điều khiển linh hoạt và hiệu quả hơn

Các tính năng của STATCOM cũng như của SVC nhưng khả năng điều chỉnh, điều khiển các thông số của STATCOM ở mức cao hơn, bao gồm:

- Điều khiển điện áp tại nút đặt STATCOM có thể cố định giá trị điện áp

- Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù

- Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố ( mất tải, ngắn mạch trong HTĐ

Hình 1.8 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của STATCOM

- Tăng cường tính ổn định của HTĐ

- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ như ngắn mạch, mất tải đột ngột

Ngoài ra, STATCOM cũng có đặc điểm nổi trội so với SVC như sau:

- Có khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi loại trừ được sự cố

- Có thể phát CSPK khi điện áp thanh cái nhỏ hơn điện áp lưới và ngược lại, tiêu thụ CSPK khi điện áp thanh cái lớn hơn điện áp lưới

1.4.4 Thiết bị điều khiển góc pha bằng Thyristor (TCPAR)

Thiết bị TCPAR là một khái niệm mới ứng dụng thyristor để điều chỉnh góc lệch pha của điện áp pha của đường dây

Hình 1.9 Nguyên lý cấu tạo của TCPAR

Về mặt cấu tạo nó như một máy biến áp 3 cuộn dây nối song song với đường dây truyền tải và có thể điều chỉnh góc lệch của điện áp Uf truyền tải trên đường dây Các tính năng của TCPAR cũng như của các thiết bị bù có điều khiển khác nhưng chức năng của nó là điều chỉnh góc pha của điện áp trên đường dây Khả năng điều chỉnh trào lưu công suất là rất cao, các tính năng của TCPAR bao gồm:

- Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù

- Tăng cường tính ổn định tĩnh, tính ổn định động của HTĐ

- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ như ngắn mạch, mất

tải đột ngột

- Các khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi loại trừ được sự cố

1.4.5 Thiết bị điều khiển dòng công suất hợp nhất (UPFC)

Hình 1.10: Nguyên lý cấu tạo của UPFC

UPFC là một khái niệm mới ứng dụng các thiết bị bù đa chức năng để điều khiển điện áp tại các thanh cái độc lập, dòng công suất tác dụng P và phản kháng Q trên các đường dây truyền tải, UPFC là thiết bị làm cho lưới điện vận hành rất linh hoạt và hiệu quả

Về nguyên lý cấu tạo, UPFC được hiểu như sự kết hợp thiết bị bù dọc làm thay đổi góc pha (Static Synchoronous Series Compensator) là thiết bị bù ngang STATCOM, nó được cấu tạo từ hai bộ chuyển đổi (Converter) điều khiển thyristor có cửa đóng mở GTO Mỗi một bộ chuyển đổi gồm có van đóng mở (GTO) và

MBA trung gian điện áp thấp (xem hình 1.10)

MBA nối với bộ chuyển đổi qua thanh cái làm việc và máy cắt được mô tả trên hình Mỗi một bộ chuyển đổi có thể ngừng hoạt động vì bất cứ nguyên nhân nào đó,

bộ chuyển đổi cũng lại có thể điều khiển vận hành độc lập

Về nguyên lý, UPFC có ba chế độ vận hành, bao gồm:

X: Điện kháng của đường dây truyền tải

: Góc lệch pha giữa điện áp đầu và cuối đường dây

Trong 3 chế độ vận hành trên của UPFC thì chế độ 2 và chế độ 3 có ưu điểm hơn chế độ 1 vì có thể điều khiển dòng công suất tác dụng P ngay cả khi góc pha rất nhỏ Trong chế độ 1, nếu dòng trong thành phần bù dọc (Series Compensator) giảm thì khả năng điều khiển của UPFC cũng giảm theo Hơn nữa, trong chế độ 1 và chế độ 2, công suất của thành phần bù ngang (Shunt Compensator) có thể giảm tối thiểu vì dòng công suất đi qua liên kết một chiều (DC link) gần như bằng 0

CHƯƠNG 2:

TÌM HIỂU HỆ THỐNG ĐIỆN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH

PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

2.1 Cấu tạo của TCSC

TCSC bao gồm các tụ điện tĩnh nối tiếp ( fixed series capacitor – FC ) có điện dung C được nối song song với cuộn dây điện cảm có điều chỉnh dòng điện bằng Thyristor (Thyristor Controlled Reactor - TCR)

2.2 Lý thuyết TCSC

Nếu gọi dung kháng của tụ là -jX C còn cảm kháng của TCR là jX L thì điện kháng đẳng trị của TCSC tính được theo công thức:

ta luôn có trị số điện kháng đẳng trị của TCSC mang dấu âm (hình vẽ), nghĩa là tương ứng với tụ bù dọc Khi góc cắt của TCR thay đổi từ đến , dung kháng của TCSC thay đổi liên tục đến một giá trị âm đủ lớn

ngưỡng làm việc của VAR, điện trở của VAR giảm rất nhanh, cho phép dòng qua VAR, nhờ đó, giảm điện áp dư trên tụ C

Khi dòng ngắn mạch duy trì có thể làm hỏng VAR, trong trường hợp này, khe mồi phóng điện K sẽ hoạt động Dòng ngắn mạch sẽ chạy qua K và máy biến dòng Khi tới ngưỡng tác động, Rơ le sẽ có tín hiệu đống máy cắt MC Do đó, toàn bộ các phần tử của TCSC và VAR được nối tắt

Khi đã nối tắt TCSC, có thể đóng dao cách ly DCL vào để nối tắt lâu dài tụ Ngoài ra còn nhiều cơ chế khác bảo vệ cho TCSC hoạt động tốt

2.4 Mô hình điều khiển TCSC

Khi làm việc trong HTĐ TCSC có 2 chế độ hoạt động Trong chế độ làm việc bình thường TCSC hoạt động với trị số đặt Điểm đặt có thể thay đổi theo thông

số CĐXL thông qua kênh điều khiển riêng (Power Flow Control Loop) Trong chế

độ quá độ, TCSC hoạt động theo kênh điều khiển ổn định (Stability Control Loop) Đặc trưng động của TCSC phụ thuộc hàm truyền của kênh này

Mô hình điều khiển TCSC bao gồm các khối trễ, khối lọc, khối bù pha, và khối khuyếch đại, có thể mô tả bằng một số khâu tuyến tính như sau (theo mô hình của chương trình PSS/E):

Hình 2.2 Mô hình điều khiển TCSC

Trong đó: T 1 là thời gian trễ của khâu đo lường và chuyển đổi (0<= T 1 <5); T 2

và T 3 là hằng số của khâu bù pha (0<= T 2 <5; 1< T 3<20), ; (washout) (0<= <2);

K là hệ số khuyếch đại

Hàm truyền của mô hình:

(2.5) Tín hiệu đầu vào của kênh ổn định hiện nay thường được chế tạo mặc định theo các lựa chọn đại lượng đo trên chính mạch có đặt TCSC, tương ứng làm giảm dao động dòng (Constant Current Control), giảm dao động góc pha (Constant Angle Control) hoặc giảm dao động công suất (Constant Power Control) của đường dây truyền tải Thực chất của các thuật toán điều khiển trên là tạo ra tín hiệu thay đổi dung dẫn TCSC tác động ngược chiều với đạo hàm các đại lượng đo Thật vậy nếu

bỏ qua quán tính (các khâu khuếch đại, dịch pha) ta có hàm truyền đẳng trị:

(2.6)

Trong đó, q - Ký hiệu chung các tín hiệu đo đầu vào

Khi bỏ qua quán tính thay đổi điện kháng (thường nhỏ) ta có:

3.1.1 Điều khiển TCSC theo tín hiệu đóng cắt

Xét phân tích hiệu quả điều khiển TCSC theo tác động đóng cắt để nâng cao

ổn định động của HTĐ sơ đồ đơn giản đã đẳng trị các máy phát điện của nhà máy:

Hình 3.1 Mô hình hệ thống có sử dụng TCSC

Để có thể so sánh các tác động điều khiển khác nhau, ta xuất phát từ hệ phương trình vi phân mô tả QTQĐ sau khi cắt ngắn mạch trên một trong 2 mạch đường dây:

(3.1)

(3.2)

Ở đây coi E và không thay đổi, còn điện dẫn đẳng trị từ sức điện động E đến thanh cái hệ thống Các điều kiện đầu của hệ có thể tính theo CĐXL

trước sự cố

Biểu thức công suất truyền tải có dạng:

(3.3)

Hình 3.2 Đồ thị mô tả quá trình quá độ máy phát có điều chỉnh đóng cắt TCSC

Đường cong B biểu diễn đặc tính công suất của máy phát ở CĐXL trước khi xảy ra sự cố (TCSC có trị số trung bình) Đường A và C minh họa trạng thái giới

hạn của đặc tính công suất dưới tác động của TCSC (ứng với trị số X Cmax và X Cmin)

Giả sử tại thời điểm sau cắt ngắn mạch TCSC được đóng thêm đến trị số

X Cmax , nâng đặc tính công suất lên theo đường A Diện tích hãm tốc sẽ tăng lên

nhiều, đảm bảo ổn định hệ thống với góc lệch tăng cực đại đến max Nếu không điều khiển góc lệch có thể đến K (hoặc mất ổn định nếu đường B thấp hơn)

Tại thời điểm góc lệch bắt đầu giảm max cần cắt giảm điện kháng về X Cmin Tác động này làm giảm được diện tích gia tốc theo chiều âm, nhờ thế dao động góc

lệch giảm về trị số nhỏ nhất chỉ đến min Tương tự khi tăng, để giảm diện tích gia

tốc theo chiều dương lại cần tác động đưa trị số điện kháng lên X Cmax một lần nữa,

trước khi trả về trạng thái ban đầu X Co Sau 4 tác động hệ thống chỉ còn dao động rất nhỏ xung quanh vị trí cân bằng

Dễ thấy, các điều khiển dạng rời rạc, nếu thực hiện đúng sẽ mang lại hiệu quả tối đa Tuy nhiên chọn đúng thời điểm tác động và thực hiện điều khiển được là nội dung hết sức quan trọng Mục này sẽ xem xét vấn đề tạo các tác động điều khiển hiệu quả cho TCSC

3.1.2 Điều khiển TCSC theo tác động tối ưu

Xét tiêu chuẩn điều khiển tối ưu QTQĐ, đó là cực tiểu hàm năng lượng toàn phần ở cuối QTQĐ được điều khiển Sau kích động (sự cố) hệ thống tích lũy một năng lượng, gồm thế năng do trạng thái hệ thống lệch khỏi điểm cân bằng và động năng do chuyển động có vận tốc Năng lượng này là nguyên nhân gây ra mất ổn định, cần được đưa về trị số 0 (ở CĐXL mới) Đối với HTĐ đơn giản, không tổn hao biểu thức năng lượng toàn phần có dạng sau:

(3.4)Trong đó: : biểu thị góc lệch ở CĐXL mới : là độ lệch

tần số quay của máy phát Về nguyên tắc cần cực tiểu hóa hàm năng lượng tại thời điểm cuối của quá trình điều khiển:

Giả thiết QTQĐ đang diễn ra ở thời điểm Xét 2 khả năng: điều chỉnh dung lượng bù tại thời điểm này và trì hoãn đến

Khi điều chưa điều chỉnh dung lượng bù, tại τ hàm mục tiêu có trị số

còn tại có trị số tương ứng với số gia:

(3.5) Bây giờ căn cứ vào dấu của có thể quyết định được thời điểm đóng cắt tối ưu Nếu tại thời điểm đang xét có dấu âm, có nghĩa là việc trì hoãn tác động

sẽ có lợi do hàm mục tiêu W giảm (không đưa ra tác động tại ) Nếu tại thời điểm xét >0 việc điều chỉnh ngay dung lượng bù là cần thiết để hàm mục tiêu W không tăng thêm

Theo, dùng phương pháp biến phân tham số, gọi là thời điểm tác động đóng cắt tụ Ta cần lựa chọn theo tiêu chuẩn tối ưu Ta có thể tính đạo hàm của hàm mục tiêu tại ngay thời điểm :

(3.6)

Mà = 0 tại thời điểm tác động điều khiển

Suy ra: (3.7)

(3.8) Xét trong một khoảng thời gian nhỏ nào đó, TCSC không thay đổi đột biến nhưng thay đổi một lượng nhỏ Khi đó tốc độ biến thiên của hàm mục tiêu tính được theo biểu thức:

3.2 Hiệu quả điều khiển theo tín hiệu đo

3.2.1 Hiệu quả điều khiển theo tín hiệu đo là công suất truyền tải

Với công suất truyền tải ta có :

(3.13)

(3.14)Thay vào biểu thức đạo hàm của hàm mục tiêu, ta nhận được:

(3.15)Biểu thức trên cho thấy tác động chỉ có hiệu quả khi góc lệch dao động trong

phạm vi: sin cos hay 0< <90 0

Khi dao động góc lệch vượt lên trên 900, tác động ngược làm giảm diện tích gia tốc đáng kể so với tác động đóng cắt tối ưu

Hình 3.3 TCSC tác động theo tín hiệu dòng công suất

3.2.2 Hiệu quả điều khiển theo tín hiệu đo là dòng điện trên đường dây

Với dòng điện trên đường dây ta có:

(3.16)

(3.17)Thay vào, ta có:

(3.18) Biểu thức trên luôn luôn dương chứng tỏ điều khiển theo tín hiệu dòng điện đạt được hiệu quả ở mọi phạm vi dao động góc lệch và biến thiên tần số quay s của máy phát Tuy nhiên, nhìn vào biểu thức lại thấy rằng điểu khiển có hiệu quả

cao nhất rơi vào lúc =90 0

Khi góc lệch nhỏ hiệu quả điều khiển sẽ thấp (cũng chính là ở giai đoạn đầu của QTQĐ), trong khi điều khiển theo công suất hiệu quả lớn nhất xung quanh góc lệch 450

có ý nghĩa tốt ở giai đoạn đầu

CHƯƠNG 4:

BÀI TOÁN BÙ CÔNG SUẤT ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG

TRUYỀN TẢI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 4.1 Lưu đồ thuật toán

Thuật toán newton-raphson có đặt thiết bị TCSC

Hình 4.1: Thuật toán Newton-Raphson có đặt thiết bị TCSC

4.2 Kết quả từ mô phỏng bằng phần mềm Matlab

4.2.1 Khi chưa dùng thiết bị TCSC

) 2 (

) 3

) 5 (

) 6 (

) 7 (

TCSC

6

Hình 4.2: Hệ thống điện được mô phỏng khi chưa sử dụng TCSC

Day la ket qua chuong trinh phan bo cong suat che do ban dau chua co TCSC

1 2 0.200 0.100

2 3 0.450 0.150

3 4 0.400 0.050

4 5 0.600 0.100

Cong suat may phat :

Nut may phat 1 : 1.3112 + j 0.9082

Nut may phat 2 : 0.4000 + j -0.6159

State Variables Updating

bus bustype VM VA(do)

In PQbus sau khi hoi tu

Bus loadbus Pbus Qbus

) 2 (

) 3

) 5 (

) 6 (

) 7 (

TCSC

6

Hình 4.3: Hệ thống điện được mô phỏng khi sử dụng TCSC

Day la ket qua chuong trinh khao sat TCSC

NSSC : Number of STATIC SYNCHRONOUS COMPENSATOR SSC : 1

TCSCsend : Sending bus : 3

TCSCrec : Receiving bus : 6

X : TCSC reactance : -0.015

XLo : Lower reactance limit : -0.050

XHi : Higher reactance limit : 1.000

Flow : Power flow direction: 1 is for sending to receiving bus; -1

indicats opposite direction : 1

Psp : Active power flow to be controlled : 0.210

PSta : Indicates control status for active power: 1 is on and 0 is off : 1

PNET and QNET

State Variables Updating

bus bustype VM VA(do)

Cong suat may phat :

Nut may phat 1 : 1.3113 + j 0.9094

Nut may phat 2 : 0.4000 + j -0.6180

In PQbus sau khi hoi tu

Bus loadbus Pbus Qbus

CHƯƠNG 5:

KIỂM TRA KẾT QUẢ TRÊN MẠNG ĐIỆN MẪU 5.1 Lưu đồ thuật toán

Thuật toán newton-raphson có đặt thiết bị TCSC

Hình 5.1: Thuật toán Newton-Raphson có đặt thiết bị TCSC

5.2 Kết quả từ mô phỏng bằng phần mềm Matlab

5.2.1 Khi chưa dùng thiết bị TCSC

Hệ thống điện 5 bus được mô phỏng như hình vẽ

Các thông số của từng bus và đường dây được cho trong phụ lục 1 Chương trình code cho trong phụ lục 4

Hình 5.2: Hệ thống điện được mô phỏng khi chưa sử dụng TCSC

Kết quả thu được sau khi chạy chương trình Matlab

State Variables Updating

bus bustype VM VA(do)

Cong suat may phat :

Nut may phat 1 : 1.3112 + j 0.9082

Nut may phat 2 : 0.4000 + j -0.6159

In PQbus sau khi hoi tu

Bus loadbus Pbus Qbus

1 2 0.4000 -0.6159

2 3 -0.4500 -0.1500

3 4 -0.4000 -0.0500

4 5 -0.6000 -0.1000

Hình 5.3: Kết quả mô phỏng hệ thống điện khi chưa sử dụng TCSC

ĐỒ THỊ

Hình 5.4 : Sự cố tại bus 1, đường dây 12 được loại bỏ

Hình 5.5: Sự cố tại bus 2, đường dây 23 được loại bỏ

Hình 5.6: Sự cố tại bus 2, đường dây 25 được loại bỏ

Hình 5.7: Sự cố tại bus 3, đường dây 13 được loại bỏ

Hình 5.8 : Sự cố tại bus 3, đường dây 34 được loại bỏ

Hình 5.9: Sự cố tại bus 4, đường dây 45 được loại bỏ