Nghiên cứu phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh áp dụng line flow based sử dụng SVC

Cũng vậy, cĩ một sự gắn bĩ chặt chẽ giữa điều kiện cân bằng cơng su t ph n kháng với điện áp các nút hệ th ng.. Các biến t i các nút với các biên độ điện áp thanh gĩp và gĩc pha trong cá

M C L C

Trang

Trang tựa

Quy tăđ nh giaoăđề tài Lý l ch cá nhân ầ ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ i L iăcamăđoan ầ ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ ii

L i c măơn ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ ă iv Tóm tắt lu năvĕn ầ ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ v Mục lục ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ vi Danh sách các chữ vi t tắt và ký hi uầầầầầầầầầầầầầầầầầ ix

Danhăsáchăcácăhình,ăđ th , b ng ầầầ.ầầầầầầầầầầầầầầầ ăx M ở đầu ……… 1

1 Mụcăđíchănghiênăcứu và lý do ch năđề tài ầầầ ầầầầầầầầầầ.ăăă 1 2 Nhi m vụ của Lu năVĕn ầầầ.ầầầầầầầầầầầầ.ầầầầ 3

3 Nhữngăđiểm m i của Lu năVĕn ầầầầầầ.ầầầầầầầầầầầ 3

4 Giá tr thực tiển của Lu năVĕn ầầ ầầầầầầầầầầầầầầầầ 3 N ội dung ……… 4

Ch ng 1: Mô hình hóa các thi t b FACTS ……… …… 4

1.1 Gi i thi u ầầầầầầầầầầầầ.ầầầầầầầầầầầ ầ 4

1.1.1 Thi t b bù d căđiều khiển bằng thyristor TCSC 4

1.1.2 B điều chỉnhăđi năápăđ căđiều khiển bằng Thyricstor (TCPAR)ầầầ 4

1.1.3.Thi t b bù tỉnhăđiều khiển bằng thyristor SVCầầầ ầầầầầ ầ.ă 5

1.1.4.Thi t b điều khiển dòng công su tăđ c h p nh t (UPFC)ầầầầầ 5 1.1.5 Mô hình thi t b FACTS chungầầầầầầầầầầầ ầ.ầầầầ 6

1.1.6 Ph ơngătrìnhăđi n áp nhánhầầầầầầầầầầ ầầầầầầầầ 6

1.2 Phát tri n mô hình dòng công su t dựaătrênădòngăđi n nhánhầầầầ 7

1.2.1 Mô hình dòng công su t m ng phân ph i m ch vòngầầầầầầầầ 7

1.2.1.1.ăPh ơngătrìnhăcânăbằngăcôngăsu tătổngầầầầầầầầầầầầầầ 9

1.2.1.2.ăPh ơngătrìnhăđi năápădòngăđi nầầầầầầầầầầầầầầầ 10 1.2.1.3.ăPh ơngătrìnhăgócăphaăm ch vòng.ầầầầầầầầầầầầầầầ 10 1.2.1.4 Ma tr n dòng công su t LFBầầầầầầầầầầầầầầầầầ 10

1.2.1.5 Công thức dựa trên LFB gắn chặt v i thi t b FACTSầầầầầầầ 11 1.2.1.6 Điều khiển dòng công su t dây bằng cách chuyểnăđổi pha trong TCPAR 14 1.2.1.7 Điều khiển dòng công su t dây sử dụng b tụ đi n n i ti p bằng TCSCầ 15 1.2.1.8.ăĐiều khiểnăđi n áp thanh góp bằng cách sử dụngăđ u phân áp các máy bi n áp

1.2.2.4ăMôăhìnhăLFBăđ c tách riêng từ h th ng phân ph i hình tiaầ ầầầ 22

Ch ng 2: Các phép bi n đổi ma tr n trong m ng đi n….……… 23

2.1 Khử nút bằng cách phân chia ma tr nầầầầầầầầầầầ.ầầầầ 23 2.2 Bổ túc về tô pô m ch ậ ph ơngăphápătổng tr m ch vòngầầầầầầầ 24 2.3 Khử dòngăđi n m ch vòng bằng cách phân chia ma tr nầầầầ.ầầầ 28

Ch ng 3: Tính toán phân b trong h th ng đi n….……… ……… 31

3.1ăcácăph ơngăphápăgi i bài toán phân b công su tầầầầầầầ ầầầ 31 3.2.ăcácăph ơngătrìnhătínhătoánăphânăb công su t ầầầầ ầầầầầầầ.ăă 31 3.3 Chuẩn b s li u và phân b công su t bẳngăph ơngăphápăGaussă_Seide 32 3.4.ăPh ơngăphápăNewtonă- Raphsonầầầầầầầầầầầầầầầầầ 34 3.5 ph ơngăphápăgi i bài toán phân b công su t bằng Line Flow Based (LFB)ầ 34 3.6 Bài t p ứng dụngầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ ăă 37 3.7 Tóm tắc xây dựng gi i thu tăăch ơngătrìnhăLFBăầầầầầầầầầầầ ăă 41 3.8 Kh o sát khi có SVC ầ ầầ ầầầầầầầầầầầầầầ 45

LFB Line Flow Based ậ Dòng công su tăcơăs

STATCOM :Static Synchronous Compensator - Thi t b bù ngang điều khiển

bằng thyristor

SVC :Static Var Compensator - Thi t b bùătƿnhăđiều khiển bằng thyristor TCSC :Thyristor Controlled Series Compensator - Thi t b bù d căđiều khiển bằng thyristor

TCPAR Thyristor Controlled Phase Angle regulator - B ăđiềuăchỉnh góc pha

đi năápăđ căđiềuăkhiểnăbằngăThyristor UPFC: Unified Power Flow Control - Thi t b điều khiển dòng công su t h p

Hình 1.4 Đ ng dây kiểm tra h th ng IEEE 13 nútầầầầầầầầ 18

Hình 1.7 s nhánh BFS c ủa h th ng 13 nút IEEE ầầầầầầầầầ 21 Hình 1.8 s ắp x p l i ma tr n t l cho nhánh BFS t iă u ầầầầầầầ 21

Hình 2.2 m chăt ơngăđ ơngăsauăkhiăkhử nút 4 và 5 làm chuẩn ầầầầầ 23

Hình 3.1 L uăđ gi i thu t LFB ầầầầầầầầầầầầầ 35 Hình 3.2 h th ngăđi n hình tia 11 nút ầầầầầầầầầầầầầ 39 Hình 3.3 h th ngăđi n hình tia 11 nút có lắpăđặt SVC ầầầầầầầầ 63

th t), nếu không thì tần s hệ th ng sẽ bị thay đổi Cũng vậy, có một sự gắn bó chặt

chẽ giữa điều kiện cân bằng công su t ph n kháng với điện áp các nút hệ th ng Công su t ph n kháng một khu vực nƠo đó quá th a thì đó sẽ có hiện t ng quá điện áp, ng c l i thiếu công su t ph n kháng điện áp sẽ bị s t th p Nói khác đi, cũng nh đ i với công su t tác d ng, công su t ph n kháng luôn ph i đ c điều

chỉnh đề giữ cân bằng Việc điều chỉnh công su t ph n kháng cũng lƠ yêu cầu cần thiết nhằm gi m nh tổn th t điện năng vƠ đ m b o ổn định hệ th ng

Tuy nhiên có sự khác nhau c b n giữa điều chỉnh công su t tác d ng vƠ điều

chỉnh CSPK Tần s hệ th ng sẽ đ c đ m b o bằng việc điều chỉnh công su t tác

d ng b t kỳ máy phát điện nào (miễn sao giữ đ c cân bằng giữa tổng công su t phát và công su t tiêu th )

Trong khi đó, điện áp các nút hệ th ng không bằng nhau, chúng ph thuộc điều

kiện cân bằng công su t ph n kháng theo t ng khu vực Nh vậy nguồn công su t

ph n kháng cần đ c lắp đặt phân b vƠ điều chỉnh theo t ng khu vực Điều này gi i thích vì sao, ngoƠi các máy phát điện cần ph i có một s l ng lớn các thiết bị s n

xu t và tiêu th công su t ph n kháng: Máy bù đồng bộ, t điện, kháng điện Chúng

đ c lắp đặt vƠ điều chỉnh nhiều vị trí trong l ới truyền t i và phân ph i điện (gọi

là các thiết bị bù công su t ph n kháng)

Tr ớc đơy, việc điều chỉnh công su t ph n kháng của các thiết bị bù th ng

đ c thực hiện đ n gi n: Thay đổi t ng n c (nh đóng cắt bằng máy cắt c khí) hoặc

thay đổi kích t (trong máy bù đồng bộ) Chúng chỉ cho phép điều chỉnh thô hoặc theo t c độ chậm Kỹ thuật thyristor công su t lớn đó m ra những kh năng mới, trong đó việc ra đ i và ứng d ng các thiết bị FACTS

Các thiết bị hệ th ng truyền t i điện xoay chiều linh ho t (FACTS) đang đóng vai trò hƠng đầu trong việc kiểm soát có hiệu qu l u l ng dòng công su t vƠ c i thiện các biên d ng điện áp của m ng l ới hệ th ng điện Những thiết bị mới nƠy có thể lƠm tăng độ tin cậy vƠ hiệu qu của hệ th ng truyền t i vƠ phơn ph i Chúng cung

c p sự linh ho t vƠ điều chỉnh t t h n trong quá trình ho t động Các phân tích dòng công su t phổ biến nh thuật toán Newton-Raphson [2] và Thuật toán tách riêng nhanh đƣ đ c điều chỉnh

Các thiết bị FACTS chủ yếu đ c cài đặt trên một tuyến dây phân ph i để c i thiện biên d ng điện áp, hiệu chỉnh hệ s công su t, và gi m tổn th t đ ng dây

Đ ng dây phân ph i có tỷ s R / X cao, làm cho các bài toán hội t theo ph ng pháp truyền th ng M rộng thêm bằng cách s d ng SVC gắn vào để c i thiện điều chỉnh điện áp trong một hệ th ng phân ph i Ma trận Jacobean của Ph ng pháp Newton bị thay đổi tăng lên khi lắp các thiết bị FACTS n i tiếp hoặc song song để điều chỉnh các biến điện áp

Trong phần luận văn nƠy tác gi đƣ tìm ra một ph ng pháp Line Flow Based (LFB) hoàn toàn mới có thể thay thế ph ng pháp Newton trong tính toán phơn b dòng công su t vƠ điện áp Ph ng pháp LFB tính toán dựa trên các ph ng trình tổn

th t công su t

M c tiêu chính của nghiên cứu nƠy lƠ phát triển công thức LFB của ph ng trình cơn bằng công su t để phơn tích một hệ th ng phơn b với sự kết h p hiệu qu các thiết bị SVC mắc song song đ c gắn vƠo Các ph ng trình LFB s d ng các biên

độ điện áp vƠ dòng công su t đ ng dơy nh lƠ các biến độc lập, liên quan trực tiếp đến các biến thiết bị SVC và các điều kiện vận hƠnh hệ th ng Các phần t tổn th t

đ ng dơy nƠy chỉ lƠ phần t phi tuyến trong công thức theo nh cách trình bƠy trong ph ng pháp nƠy

2 Nhi m v c a Lu n Văn

- Phát triển công thức LFB của ph ng trình cơn bằng công su t để phân tích một hệ th ng phơn b

- Vị trí lắp đặt thiết bị bù SVC vào hệ th ng để đ t đ c hiệu qu cao nh t

- Dùng ph ng pháp Newton Raphson vƠ ph ng pháp Gauss – Seidel để

kiểm tra l i kết qu tính của LFB (Line Flow Base)

3 Nh ng đi m m i c a Lu n Văn

- Các c ng độ dòng điện vƠ biên độ điện áp thanh góp ph n ánh các khía c nh

thực về việc vận hành hệ th ng điện

- Công thức không bao gồm b t kỳ biểu thức l ng giác dƠi nƠo nh trong

ph ng pháp Newton Raphson truyền th ng

- Công thức đ a đến một mô hình tuyến tính gần đúng toƠn diện h n thể hiện trong các phần sau

4 Giá tr th c ti n c a Lu n V ăn

- Chứng minh những u điểm của việc xây dựng công thức LFB trong việc x

lý các thiết bị SVC đ c gắn thêm vào

- Các thiết bị SVC có thể đ c gi định là mang l i l i nhuận khi đ c khai triển trên các đ ng dây phân ph i chính

5 Nôi dung chính c a Lu n V ăn

Phần 1: Giới thiệu tổng quan

Phần 2: C s lý thuyết

Phần 3: Tài liệu tham kh o

và áp d ng (TCSC), bộ điều chỉnh điện áp đ c điều khiển bằng Thyristor (TCPAR), thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC), và thiết bị điều khiển dòng công su t đ c h p nh t (UPFC) đ c đặc biệt th o luận trong m c này và tóm

tắt thành một mô hình FACTS tích h p T t c các mô hình thiết bị FACTS phổ biến này dễ dƠng đ c tích h p trong c c u mới Kết qu của các ví d với các thiết bị FACTS cho th y tiềm năng của việc thành lập công thức đ c s a đổi

1.1.1 Thi t b bù dọc đi u khi n bằng thyristor (TCSC)

Bộ bù dọc điều khiển bằng Thyristor (TCSC) đ c định nghĩa nh lƠ một bộ

bù dung kháng, trong đó bao gồm một dàn t điện đ c n i song song với một điện

c m đ c điều khiển bằng thyristor để cung c p một dung kháng (tổng tr ) bù dọc thay đổi một cách nhẹ nhàng Trong nghiên cứu dòng công su t xác lập, TCSC có thể đ c coi nh một cuộn c m hoặc t điện tĩnh cung c p một điện kháng -jxc với

một đ ng dây truyền t i l đ c bù dọc đ c thay thế bằng cách gộp các thông s

t ng đ ng hình π thƠnh một kh i Trong hầu hết các tr ng h p, các điện n p shunt này của một nhánh th ng đ c b qua.Vì vậy, t điện tĩnh của TCSC sẽ đ c

n i trực tiếp với tr kháng đ ng dây

1.1.2 Bộ đi u ch nh đi n áp đ c đi u khi n bằng Thyristor (TCPAR)

Bộ điều chỉnh điện áp đ c điều khiển bằng Thyristor (TCPAR) đ c coi nh

bộ điều điều chỉnh góc pha lý t ng, mà có thể thay đổi liên t c góc pha giữa điện áp

hai đầu của một biến áp trong ph m vi điều chỉnh t -αmin < l< αmax , mà không làm thay đổi độ lớn của điển áp pha chuyển đổi t đó của điện áp dòng ban đầu Một mô hình tĩnh của TCPAR có tỉ s chuyển m ch phức t p 1: tl = 1: 1 αl đ c kết n i trong một tr kháng n i tiếp của đ ng dây truyền t i

1.1.3 Thi t b bù tĩnh đi u khi n bằng thyristor (SVC)

Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor SVC dựa trên các thyristors mƠ không có kh năng tắt cổng G đ c coi lƠ một bộ lọc (bộ gi m ch n, bộ gi m xung) hoặc máy phát công su t ph n kháng đ c kết n i song song Ngõ ra của chúng

đ c điều chỉnh để trao đổi dòng điện dung hay điện c m LƠ một thƠnh phần quan trọng để điều chỉnh điện áp, nó th ng đ c cƠi đặt t i thanh cái nhận Trong cách trình bày này, SVC đƣ đ c coi lƠ một nhánh song song với một công su t bù ph n kháng QSCđ c lắp đặt bằng các điện n p cuộn c m vƠ điện dung sẵn có

1.1.4 Thi t b đi u khi n dòng công su t đ c h p nh t (UPFC)

Thiết bị UPFC có thể thực hiện đầy đủ các chức năng phức t p của việc kiểm soát dòng công su t bao gồm bù ph n kháng n i tiếp, bù ph n kháng song song, và chuyển đổi pha Nó có thể độc lập điều chỉnh công su t tác d ng và công su t ph n kháng bằng cách tích h p vào một bộ điều khiển công su t tổng quát kết h p các chức năng của TCSC, TCPAR vƠ SVC, để mà thiết bị UPFC điều chỉnh độ lớn, vị trí góc vƠ điện áp nội x trong th i gian thực tế M c đích của việc nƠy lƠ để duy trì

hoặc thay đổi dòng công suât tác d ng và ph n kháng trên đ ng dơy để đáp ứng nhu

cầu ph t i vƠ điều kiện vận hành hệ th ng Thiết bị UPFC này bao gồm một bộ t

bù n i tiếp và một bộ tù song song Bộ t bù n i tiếp có thể điều chỉnh tr kháng l ới điện, độ lớn của điện áp thanh góp hoặc góc pha của điện áp thanh góp Bộ t bù song song có thể đ c thay thế bằng việc b m công su t ph n kháng đ c yêu cầu vào m ng l ới hệ th ng điện chẳng h n nh lƠ một nguồn công su t ph n kháng, và nhánh của bù song song đ c lo i b Các mô hình xác lập của UPFC s d ng trong phân tích dòng công su t đ c phát triển t mô hình UPFC c b n

1.1.5 Mô hình thi t b FACTS chung

C hai thiết bị FACTS theo t ng lớp n i tiếp và song song đ c mô hình hóa

nh mô hình FACTS tổng quát thể hiện trong hình 1.1 Nói chung, mỗi thiết bị

FACTS chỉ đ c thực hiện một trong những chức năng đ c vẽ trên hình 1.1 Ví d ,

SVC có một chi nhánh song song với một công su t bù ph n kháng QSC mà không

cần thay đổi đầu phân áp máy biến áp vƠ đ ng l ng n i tiếp -jXC Tùy thuộc vào

các thiết bị FACTS đ c s d ng, chức năng của nó trong mô hình thiết bị FACTS

chung chung có thể dễ dƠng đ c thực hiện

Hình 1.1 Mô hình chung c ủa thiết bị FACTS 1.1.6 Ph ng trình đi n áp nhánh

2+ Xl − Xc 2 = 0 (2) Chia (2) cho V j2 vƠ đặt s2

l = p2 l + q2l và z2 = R2 l + ( Xl-Xc)2, chúng ta có đ c

 độ s t góc pha trên đ ng dây l

NHÁNH (LFB)

1.2.1 MÔ HÌNH DÒNG CÔNG SU T M NG PHÂN PH I M CH VÒNG

Vận hành hệ th ng điện tập trung vào việc duy trì một mức độ th a đáng với các biên độ điện áp, trong khi tiêu hao công su t tác d ng và công su t ph n kháng trên đ ng dây truyền t i đến các thiết bị t i Các biến t i các nút với các biên độ điện áp thanh góp và góc pha trong các mô hình dòng công su t đ o chiều, không

trực tiếp ph n ánh giá trị thực yêu cầu cu i cùng của các dòng điện Khi có các thiết

bị FACTS gắn n i tiếp và song song thêm vào sẽ điều chỉnh dễ dàng các dòng điện

vƠ điện áp thanh góp, các công su t tác d ng và ph n kháng t i cu i đầu nhận của các đ ng dây truyền t i vƠ các độ lớn điện áp thanh góp có ý nghĩa thiết thực trong

hệ th ng điện Thuật toán LFB dựa trên các ph ng trình dòng công su t, những đ i

l ng này t o thành các biến độc lập Khi đ c so sánh với các ph ng pháp truyền

th ng góc pha và biên độ điện áp thanh góp sẽ là các biến không thay đổi, sự thành lập công thức LFB này sẽ có s l ng các ph ng trình nhiều h n, nh ng ta có thể tác động trực tiếp đến các biến điều khiển điều này sẽ có l i trong việc gi i quyết

một ph m vi rộng của các các v n đề phát sinh trong việc ứng d ng các thiết bị FACTS Việc lựa chọn dòng nhánh nh các biến sẽ cung c p sự linh ho t h n trong

gi i quyết v n đề t một quan điểm thực tế

Cho n là tổng s thanh cái và npv và npq s thanh cái t i trọng vƠ điện áp đ c điều khiển bằng t ng ứng Cho phép đ i với một thanh cái h ,

1

n  n  n  (7)

Các dòng công su t tác d ng và công su t ph n kháng t i đầu nhận của mỗi

đ ng dơy, điện áp thanh góp t i trọng, và công su t ph n kháng đ c thêm vào t i các thanh góp đ c điều chỉnh bằng điện áp đƣ đ c chọn là ẩn s trong mô hình LFB Nếu có nhiều nhánh l trong hệ th ng, N tổng s ph ng trình cần thành lập

N l n n  l n (8) Các mô hình ph ng trình LFB dựa trên các ph ng trình dòng công su t và

tổn th t công su t trên các nhánh Các ph ng trình cơn bằng công su t ph n kháng

và công su t tác d ng t i t t c các thanh, ngo i tr thanh cái h có thể đ c viết

bằng cách s d ng các ma trận tỷ lệ Khi t t c các kết n i song song đ c lo i b trong ma trận tỷ lệ, sự phân b công su t tác d ng và công su t ph n kháng của chúng đ c tính toán riêng trong các ph ng trình cơn bằng công su t Các t i trọng công su t tác d ng và ph n kháng, các bộ t song song và t n p trên đ ng dây có

thể đ c coi nh các nhánh song song Sau khi phân lo i theo l i cũ của các thanh cái h , các thanh cái t i trọng và các thanh cái đ c điều khiển bằng điện áp, các

ph ng trình LFB nƠy đ c xây dựng thành ba nhóm ph ng trình nh sau

1.2.1.1 Ph ng trình cân bằng công su t tổng

Các ma trận cân bằng công su t tác d ng và công su t ph n kháng, s l ng

của các ph ng trình bằng 2(n-1) t i t t c các thanh cái ngo i tr thanh cái h có thể

su t ph n kháng nhánh l và m H lƠ một ma trận đ ng chéo, các yếu t đ ng chéo của chúng là tổng s lần n p điện và điện n p bù t i mỗi thanh cái nh lƠ phần t

đ ng chéo.PGL và QGL là công su t thêm vào t i thanh cái đ c định nghĩa lƠ PGLi =

PGi - PLi và QGLi = QGi - QLi, trong đó p và q , p và q là các vect dòng điện tác d ng

vƠ ph n kháng đầu nhận của các nhánh trong l ới điện Các ph ng trình ph n ứng không phù h p sẽ bị xóa t i các thanh góp PV V2 lƠ vector điện áp ch a xác định trong đó có các điện áp t i thanh góp PQ, là n – npv –1 chiều

V2 t (10) có thể đ c viết l i nh

trận tỷ lệ thanh góp t ng ứng với các thanh góp PV.V2

pv là một vector điện áp bình

ph ng của thanh góp PV và các thanh cái h là một ma trận đ ng có bậc bằng

với l, với các giá trị của một máy biến áp điều chỉnh (có đầu ra) bằng bình ph ng

của giá trị điều chỉnh A1 + và A1-thu đ c t A1 bằng cách thiết lập, t ng ứng, các giá trị d ng và âm trong A1 thành 0 R và X là ma trận điện kháng và dung kháng

đ ng chéo

1.2.1.3 Ph ng trình góc pha m ch vòng

Tổng đ i s của ' độ s t góc pha ' trong các đ ng dây xung quanh các m ch vòng độc lập là 0 S l ng các ph ng trình bằng (l – n – 1) Các góc pha thanh góp qua một đ ng dây có thể đ c mô t bằng cách b qua sai s gần đúng (6)

CXpCRp C (13)

α lƠ một vector đ i diện cho chuyển đổi pha trong một bộ chuyển đổi pha và bằng 1cách khác

1.2.1.4 Ma tr n dòng công su t LFB

Khi vect thay đổi của các ph ng trình dòng công su t là các công su t tác

d ng và công su t ph n kháng và các giá trị điện áp bình ph ng , (9), (11), (12) vƠ (13) có thể đ c kết h p thƠnh định thức ma trận Nh vậy, tổng s của các ph ng trình này là N = 2(n – 1) + l +l – n + 1 = 2l + n – 1

phần thiết bị gắn vào và kể điện máy phát điện, vƠ véc t y2 bao gồm các phần t tổn

th t, các công su t b m vƠo vƠ t bù

1.2.1.5 Công th c d a trên LFB gắn chặt v i các thi t b FACTS

Một hệ th ng mẫu đ c s d ng để mô t các quy trình Hệ th ng hiển thị trong hình 1.2 có 4 thanh cái

Hình 1.2

Hình 1.3

vƠ năm đ ng dây: s nút n =4 và s nhánh l = 5 Tổng s ph ng trình trong công

thức dựa trên LFB lƠ 13 Trong tr ng h p đầu tiên, gi thiết chỉ có một thanh góp máy phát điện Đ ng dơy đ c gi định thì ngắn vƠ mô hình hóa nh tr kháng n i

tiếp Các đ ng dơy đ c định h ớng thể hiện b i các mũi tên vƠ hai m ch vòng độc lập thể hiện b i các đ ng nét đứt trong hình1 3 Hệ thức ma trận tỷ lệ thanh góp

mắc và ma trận tỷ lệ m ch vòng có thể đ c s d ng để thiết lập trong biểu thức (16)

Các ma trận trong biểu th c (14) có thể đ c kết h p bằng ba bộ của ph ng trình:

- Cân bằng công su t tác d ng và công su t ph n kháng:

Trong các ph ng trình dòng công su t dựa trên dòng điện nhánh LFB, vector ch a

biết x bao gồm các dòng trên đ ng dây vƠ bình ph ng biên độ điện áp t i các nút Vector đƣ biết y1 bao gồm các công su t đ c b m vƠo thanh cái vƠ bình ph ng các điện áp thanh góp máy phát điện.Trong ví d này, x =[ p1, p2, p3, p4, p5, q1, q2, q3, q4,

q5; V22, V23, V24]t bao gồm 13 phần t ch a biết Khi một thiết bị FACTS điều khiển điện áp thanh cái và dòng công su t tác d ng đ ng dây b i Q đ c b m vƠo, làm thay đổi đầu phân áp vƠ điều chỉnh góc pha, một hệ th ng với các thiết bị FACTS có thể đ c gi i quyết bằng cách hoán đổi hoặc trao đổi các biến trong vector x và y1

Việc điều chỉnh góc pha r t có hiệu qu trong các ph ng trình vòng lặp Đ ng dây

với các thiết bị FACTS đ c bao gồm các m ch vòng độc lập B n tr ng h p nghiên cứu khác nhau đ c thực hiện với các lo i thiết bị FACTS khác nhau đ c

thể hiện bên d ới

1.2.1.6 Đi u khi n dòng công su t dây bằng cách sử d ng chuy n đổi pha trong

TCPAR

Thông th ng các dòng điện thực đ c biết đến nh lƠ một hằng s trong nhánh

đ c cƠi đặt với TCPAR thay đổi góc chuyển đổi pha D ới đơy dòng công su t dây

p4 đ c trình bƠy vƠ đ c trao đổi với a4 trong y1 Các cột trong ApqV2t ng ứng với các lần dòng p4, giá trị của dòng công su t dây p4 đ c chuyển sang phía bên ph i

của ph ng trình y 1new = y1old +[ A1, 4…A13, 4 ]T * p4 Các cột trong ApqV2đ c thay

thế b i một m ng [0 ….0 A12, 4 0 ]Ttrong đó A12, 4 = 1 Biến α4 đ c xác định (nằm ) trên vị trí p4 ban đầu của vector ch a xác định x t vị trí(h ng) của y1old và vị trí của α 4 trong y1old đặt nó bằng 0 Do đó, c u trúc của LFB in (14) đƣ không đ c thay đổi vƠ đặc tr ng của ApqV2 mới này vẫn còn là một ma trận hằng s Góc pha trong đ ng dây có thể đ c gi i quyết trực tiếp bằng phép lặp

1.2.1.7 Đi u khi n dòng công su t dây sử d ng bộ t đi n n i ti p bằng TCSC

Trong tr ng h p này, công su t đ ng dây thực sẽ đ c c định là hằng s theo yêu cầu bằng cách thêm một t điện n i tiếp ch a biết trong điện kháng dây

dẫn Để điều chỉnh dòng công su t p4, điện kháng ban đầu X4 của nó trong các

ph ng trình LFB (20) vƠ (21) tr thành X4new = X4 + XC y 1new = y1old + [A1, 4 …

A13, 4 ]T *p4 và cột trong A pqV2 đ c thay đổi b i một m ng [0 … 0 A12,4 0 ]T trong

đó A12, 4 = p4 Bây gi vị trí p4 ban đầu của vector x ch a xác định là XC Các tính năng khác đều gi ng nhau nh những điều đƣ đ c liệt kê t i m c 4.1

1.2.1.8 Đi u khi n đi n áp thanh góp bằng cách sử d ng đầu phân áp bằng các

máy bi n áp ho ặc UPFC

M c tiêu của việc thay đổi đầu phơn áp lƠ để thực hiện việc điều chỉnh điện áp thanh góp Khi đầu phân áp có liên quan tới ph ng trình điện áp nhánh trong biểu

thức (3), các cột trong A pqV2 t ng ứng với s thanh góp trong đó điện áp của nó

đ c điều chỉnh là V i 2 Nó đ c dịch chuyển sang phía bên ph i của ph ng trình

gi ng nh t i m c 4.1 và 4.2 là y 1new = y1old + [A1, 11… A13,11 ]T *V22 khi A10, 11 = 0

Cột đó vị trí ban đầu giữ A10, 11 là giá trị khác không vƠ đầu phơn áp đ ng dây tl2

đ c 'hoán đổi' với thanh cái điện áp Vi2 trong x Đầu phân áp có thể trực tiếp đ c làm sáng t (tìm ra l i gi i) sau khi các b ớc lặp

1.2.1.9 Đi u khi n đi n áp thanh góp v i Q b m vƠo bằng thi t b SVC

Trong SVC, biên độ điện áp thanh góp đ c điều khiển nh lƠ một giá trị yêu

cầu bằng cách thay đổi công su t ph n kháng Q b m vƠo t i cùng một thanh góp Trong mô hình thuật toán LBF, thuật toán này r t dễ x lý cho các FACTS Không

có b t kỳ quy trình đặc biệt nƠo Khi mƠ điện áp thanh cái Vi2 trong vector x là một

hằng s , nó đ c xem xét kỹ nh lƠ một thanh cái điều khiển bằng điện áp và lo i b

t trong vector x Phần t trong ma trận LBF cũng đ c gi m bớt đi một Công su t

ph n kháng b m vƠo QGi trong y1 có thể đ c tính toán t ng tự cho b t kỳ thanh cái điện áp điều khiển

Vì các dòng công trên đ ng dây vƠ độ lớn điện áp thanh cái có vai trò quan

trọng trong quá trình vận hành một hệ th ng phân ph i, trong đó thiết bị FACTS điều khiển các đ i l ng này, một mô hình dòng công su t dựa trên các dòng công su t tác d ng, dòng công su t ph n kháng và độ lớn điện áp thanh cái sẽ cho dễ dàng x

lý các thiết bị khi đ c gắn n i tiếp và song song Ph ng trình cân bằng công su t

ph n kháng và công su t tác d ng đ c viết cho t t c các thanh cái của m ng điện ngo i tr thanh cái h T t c các kết n i song song đ c lo i tr trong ma trận tỷ lệ này, sự phân b công su t tác d ng và công su t ph n kháng của chúng đ c tính toán riêng trong các ph ng trình cân bằng công su t Các t i công su t tác d ng và

ph n kháng, t điện song song và t bù cho đ ng dây có thể đ c gi i quyết nh là các nhánh song song Chúng đ c phân lo i nh sau: điện áp điều khiển và các nút

t i các ph ng trình LFB đ c xây dựng dựa trên các ph ng trình sau: ph ng trình cân bằng công su t tác d ng và công su t ph n kháng thanh cái và các ph ng trình điện áp nhánh

1.2.2.1 Ph ng trình cơn bằng công su t tổng

S d ng một ma trận tỷ lệ thanh cái A với các hàng t ng ứng với t t c các thanh cái ngoài tr thanh cái h , cân bằng công su t tác d ng và công su t ph n kháng [7] có thể đ c viết nh sau:

A' đ c định nghĩa nh lƠ một ma trận tỷ lệ thanh cái đ c thay đổi với t t c các s

"-1" thiết đặt thành 0, điều đó dễ dàng ớc l ng tính đến các tổn th t đ ng dây

trong các ph ng trình cơn bằng công su t bằng cách s d ng các vect của các tổn

th t công su t tác d ng vƠ công su t ph n kháng nhánh l và m H lƠ một ma trận

đ ng chéo với phần t điện dung của nguồn PGL và QGL là các công su t vect

đ c định nghĩa lƠ PGLi = PGI - PLI và QGLi = QGi - QLi, trong đó PGi, QGi, PLi và QLi là

máy phát tác d ng vƠ ph n kháng vƠ các công su t t i t i thanh cái thứ i, li và mi là

tổn th t công su t tác d ng vƠ công su t ph n kháng trên đ ng dơy l, p và q là các

vect dòng công su t tác d ng vƠ ph n kháng đầu nhận V2

i lƠ bình ph ng của

c ng độ điện áp t i thanh cái thứ i

PQ thanh cái t i trọng và PV thanh cái nguồn Cho n là tổng s thanh cái, nPV và nPQ

s l ng thanh cái điện áp điều khiển và thanh cái t i trọng t ng ứng

trận điện kháng và dung kháng đ ng chéo Vector K đ i diện cho các thuật ngữ về phía bên ph i của (27) cho t t c các đ ng dây

Hình 1.4 Đ ng dây kiểm tra hệ th ng IEEE 13 nút

1.2.2.3 B n ch t c a s đ l i đi n phân ph i hình tia

S đồ l ới điện m ng phân b hình tia có một c u trúc hình cây không có m ch vòng nào Tổng s đ ng dây bằng s l ng thanh cái tr đi một Khi các mô hình

của ma trận tỷ lệ ph thuộc vào thứ tự của các đ ng dây và các nút, các ma trận tỷ

lệ trong ph ng trình có một c u trúc ph thuộc vào thứ tự mà các đ ng dây đ c đọc t dữ liệu H n nữa, các ma trận này là các ma trận vuông và không suy biến

S đồ m ng l ới phơn ph i hình tia lựa chọn để nghiên cứu trong mô hình LFB

ụ t ng c b n của s đồ hình tia lƠ để chỉ ra cƠng nhiều thanh cái nhiều cƠng t t

tr ớc khi thơm nhập sâu vào t ng nhánh Điều nƠy có nghĩa rằng chúng ta kiểm tra

t t c các thanh cái liền kề với mức độ thực tr ớc khi tiếp t c đến một s thanh cái khác Mô t ngắn gọn về s đồ hình tia để đánh s l i các nhánh và các thanh cái có thể đ c tóm tắt trong ba b ớc sau đơy để xơy dựng một hình tia

- Bắt đầu t i thanh cái nguồn nh là mức độ đầu tiên và hệ s phơn đầu ra đến các thanh cái "h ớng xu ng " nh các mức độ tiếp theo

- Trong cùng một c p độ , t t c các s thanh cái đ c xếp đặt liên tiếp

- Việc đánh s nhánh l i thì t ng tự nh việc đánh l i s thanh cái

b t kỳ c p độ nƠo, một s nhánh lƠ một trong ít h n s l ng thanh cái " h ớng lên" Một ví d về s d ng thuật toán nghiên cứu m rộng ban đầu (BFS ) đ c minh họa bằng cách s d ng hệ th ng phơn ph i hình tia này với m i ba nút vƠ m i hai

đ ng dơy đ c hiển thị trong hình 1.5 Đ ng dơy chỉ có tr kháng n i tiếp Các nút đ c đánh s tùy ý S đồ m ng phơn ph i ví d nƠy đ c vẽ l i trong hình 1.7 với s thanh cái theo thứ tự bắt đầu t 1

Hình 1.5: Đồ thị của l ới điện 13 nút IEEE

Hình 1.6 Ma trận tỷ lệ thứ tự tùy ý

Mặc dù đơy s 1 đ c xác định thanh cái nguồn duy nh t, những s khác bao quanh

lƠ những con s tùy ý nh đ c cho trong danh sách dữ liệu ban đầu Điều nƠy r t hữu ích khi m ng l ới đ c c u hình l i để đáp ứng nhu cầu cho các đ ng dơy và

t i trọng khác nhau Các dòng công su t nƠy trong các nhánh luôn luôn đ c định

h ớng đi t nút nguồn, vƠ do đó, các mũi tên chỉ h ớng đ c b qua

Ma trận tỷ lệ trong hình 1.6 , bao gồm nút nguồn ( t i g c, tên ban đầu là 650) đ c gọi là Bus 1, đ c hiển thị trong hình 1.5 Để phù h p với ph ng trình dòng t i LFB có các phần sau, các hàng của ma trận có liên quan đến các thanh cái và các cột

của nó liên quan đến các nhánh Việc đánh s l i s đồ nghiên cứu m rộng (BFS)

đ c áp d ng cho đ ng dây th nghiệm 13-nút S đồ hình cây của đ ng dây 13 nút IEEE đ c hiển thị trong hình 1.5 Nó đ c sắp xếp l i thành ma trận tỷ lệ, bao

gồm c các nút nguồn, nh trong hình 1.7

Hình 1.7 S đồ hình tia hệ th ng 13 nút.IEEE

Với các đ ng dơy đ c đánh thứ tự trên s đồ hình cây, ma trận tỷ lệ thanh cái theo

b n ch t là các ma trận tam giác trên và là một ma trận tam giác d ới S d ng đồ thị điện áp bằng phẳng nh giá trị ban đầu, các dòng điện này và có thể thu đ c trực

tiếp bằng cách thay thế ng c về sau của nó t biểu thức (29) và (30) Trong biểu

thức (31) giá trị p và q đ c cập nhật, biên độ điện áp bình ph ng V2 có thể đ c tính bằng cách thay thế chuyển tiếp Không cần tìm th a s của ma trận hệ s Thiết

lập tách r i này của các ph ng trình thì dễ dƠng h n để mã hóa trong một ch ng trình

Mạng thụ động

Cĩ thể gi m bớt một điểm nút bằng phép biến đổi sao l ới , tuy nhiên cĩ thể lo i

bớt một nhĩm các điểm nút t ph ng trình ma trận nút, đặc biệt là kh bớt các nút ( thanh cái ) khơng cĩ nút ph t i

Để làm ví d , gi thiết một hệ th ng điện cĩ năm điểm nút và một nút chuẩn

Phần bên trong hộp kính là m ng điện th động khơng chứa nguồn điện hình 2.1 nếu

cĩ nguồn dịng điện thì nĩ đi vƠo hộp kín t phía bên ngồi Bây gi nút 4 và 5 cần

đ c lo i ra vì khơng cĩ nguồn dịng hoặc ph t i

12 22 32 42 52

13 23 33 43 53

14 24 34 44 54

15 25 35 45 55 x

1 2 3 4

5

Ui: điện áp t nút I đến nút chuẩn ( trung tính)

Hình 2.1 H ệ th ng có năm nút với nút không

Hình 2.2 M ch t ng đ ng sau khi kh nút 4 và 5 làm chuẩn

Hay viết d ới d ng ma trận con:

Ux = [Y1 - Y2Y4-1Y3]-1 Ix = [z]thugọn Ix

M ch t ng đ ng hình l ới thu gọn tìm đ c với nhận xét phần t lƠ đ ng chéo Ykl là s âm của tổng dân n i với nút k và l, còn Ykk là tổng s các tổng dẫn của các nhánh bao quanh nút k

2.2 Bổ túc v tôpô m ch ậ ph ng pháp tổng trở m ch vòng

Ph ng pháp tổng tr m ch vòng dựa vƠo định luật Kirchoff về điện áp, định luật phát biểu rằng tổng s các s t áp vòng teo b t kỳ m ch kín nƠo cũng bằng không

Nếu trong ph ng pháp tổng dẫn nút, dòng điện ph t i đ c tính theo các điện áp của các điểm nút độc lập điện thế cùa một nút đ i với một nút đ c chọn làm chuẩn, thì trong ph ng pháp tổng tr m ch vòng, su t điện động trong m ch vòng ph i

đ c tính theo các dòng điện độc lập

Trong hệ th ng phức t p, s điển nút độc lập nhận ra ngay Nh ng các m ch vòng độc lập không thể vẽ ngay đ c mà bằng cách nƠo đó ph i đ m b o viết đủ và viết đúng các m ch vòng độc lập một ph ng pháp đ m b o viết đúng các ph ng trình độc lập l ph ng pháp cơy- nhánh n i kh o sát về tôpô m ch cung c p khái niệm rõ ràng về cây và nhánh n i

M ch graph tôphô của m ng điện đ c biểu diễn bằng các đ ng đ n gi n

những đ ng này suy t m ng điện nguyên thủy bằng cách n i tắt các su t điện động nhánh, h các nguồn dòng điện, còn các tổng tr nhánh điều bằng không, nghĩa lƠ

biểu diễn bằng các đo n thẳng trong đó nút lƠ n i xu t phát của một hoặc nhiều

nhánh

Khi các nhánh n i nh thế nƠo để nó đi qua t t c các nút mà không tao ra vòng kín thì tập h p các nhánh đó gọi là một cây của graph Đ i với một graph nh t định

ph i có nhiều tổ h p các cây khác nhau Khi một cơy đ c thành lập, mỗi nhánh còn

l i sẽ t o một m ch kín, nhánh đó gọi là nhánh n i và mỗi nhánh n i ứng với một

m ch vòng bằng s nhánh n i, tập h p các nhánh t o m ch vòng gọi là tập h p n i

Ví d một m ng điện có s đồ nh hình 2.3:

1

3

42

Tr l i m ng điện trong ví d trên đ c vẽ l i trong Hình 2.3a

Với các dòng điện m ch vòng I. l1, I. l2, I. l3, I. l4ứng với 4 m ch vòng độc lập các

=

2220

[E] = [ZK].[I1]

12223242

13233243

1424

33 43 x

� 1

� 2

� 3

� 4

Và m ch t ng đ ng tổng tr m ch vòng th a m n ph ng trình ma trận trên đơy có thể vẽ trong Hình 2.5 ( m ch vòng 4 có su t điện động E4 = 0)

l i, trong m ch t ng đ ng tổng tr m ch vòng, sự đồng nh t các nút và nhánh với

m ng nguyên thuỷ bị m t đi nh ng dòng điện m ch vòng vẫn không thay đổi

2.3 Khử dòng đi n m ch vòng bằng cách nhân chia ma tr n

- Dòng điện m ch vòng là ẩn s trong hệ th ng các ph ng trình m ch vòng, tuy nhiên có những lúc không cần biết hết các ẩn s nƠy Trong tr ng h p nh vậy

có thể kh bớt các dòng điện m ch vòng không cần thiết bằng cách phân chia và thu gọn ma trận đều này có thể lƠm đ c miễn là các m ch vòng kín không cần biết đó không chứa su t điện động nào c

- Gi thiết một ph ng trình ma trận năm m ch vòng trong đó chỉ cần xét ba dòng điện m ch vòng Il1, Il2, Il3 còn Il4 và Il5không đi qua su t điện động nào c

Ma trận xem nh một ma trận hỗn h p vƠ phơn chia nh sau :

11213141

51

12223242

52

1

3

13233343

53

14243444

54

15253545

Các nguồn điện áp vòng theo m ch vòng 4 và 5 bằng 0 Do đó Ey là ma trân zero và

ma trận tổng tr thanh cái [ Z]TC

CH NG 3 TÍNH TOÁN PHÂN B CÔNG SU T TRONG

H TH NG ĐI N3.1 Các ph ng pháp gi i bài toán phân b công su t

- Gi i bài toán phân b công su t dùng ma trận YTC bằng phép lặp Gauss – Seidel

- Gi i bài toán phân b công su t dùng ma trận ZBUS bằng phép lặp Gauss – Seidel

- Gi i bài toán phân b công su t bằng ph ng pháp Newton – Raphson

3.2 Các ch ng trình tính toán phân b công su t

Nhiều ch ng trình đ c viết để gi i phân b công su t của hệ th ng điện

thực tế Mỗi ph ng pháp gi i bao gồm b n ch ng trình Ch ng trình đ i với

ph ng pháp Gauss – Seidel lƠ Ifgauss, ch ng trình thực hiện tr ớc đó lƠ Ifbus, busout, vƠ lineflow Các ch ng trình Ifbus, busout, vƠ lineflow đ c thiết kế để dùng với hai ch ng trình phơn b công su t Đó lƠ các ch ng trình Ifnewton dùng

ph ng pháp Newton – Raphson vƠ ch ng trình decouple dùng ph ng pháp phơn

lập nhanh D ới đơy mô t ngắn ngọn các ch ng trình trong ph ng pháp Gauss – Seidel

Ifybus: ch ng trình nƠy yêu cầu thông s của đ ng dây, máy biến áp, đầu phân áp của máy biến áp chứa trong tập tin có tên là linedata Ch ng trình đổi tổng

tr thành tổng dẫn và thành lập ma trận tổng dẫn thanh cái YBUS Ch ng trình đ c

viết cho c tr ng h p các đ ng dây song song nhau

Ifgauss: ch ng trình nƠy tính phơn b công su t bằng ph ng pháp Gauss – Seidel và yêu cầu các file có tên busdata và linedata Nó đ c thiết kế để dùng trực

tiếp với ph t i và máy phát có công su t tính theo MW vƠ MVar, điện áp nút trong

hệ đ n vị t ng đ i vƠ góc pha tính ra độ Ph t i vƠ máy phát đ c đổi ra đ n vị

t ng đ i trên công su t c b n MVA đ c chọn Công su t ph n kháng của máy phát đ c duy trì trong kho ng giới h n của máy phát t i nút điều khiển điện áp Việc phát công su t ph n kháng của máy phát v t quá giới h n của nó nếu điện áp quá cao hay quá th p Sau một vài lần lặp ( lần lặp thứ 10 theo ph ng pháp Gauss – Seidel ), công su t ph n kháng tính toán t i nút máy phát đ c xác định Nếu đ t đến một giới h n, trị s điện áp đ c hiệu chỉnh mỗi b ớc lƠ 0.5% cho đến t i đa lƠ

±0.5% để cung c p công su t kháng đáp ứng các giới h n đó

busout: ch ng trình cho kết qu điện áp thanh cái d ới d ng b ng kê Kết

qu điện áp nút d ới d ng biên độ và góc pha, công su t tác d ng của máy phát và

ph t i, và công su t ph n kháng của t bù hay cuộn kháng bù ngang Ngoài ra còn bao gồm tổng công su t phát và tổng công su t ph t i

lineflow: ch ng trình xu t các kết qu của đ ng dây, hiển thị dòng công

su t tác d ng và công su t ph n kháng đi vƠo các đầu đ ng dây, tổn th t trên

đ ng dơy cũng nh tổn th t mỗi nút Kết qu cũng bao gồm tổn th t công su t tác

d ng và công su t ph n kháng của toàn bộ hệ th ng

3.3 Chuẩn b s li u và phân b công su t bằng ph ng pháp Gauss ậ Seidel

Để thực hiện phân b c ng su t bằng ph ng pháp Gauss – Seidel trong môi

tr ng Matlab, các biến sau đơy ph i đ c định nghĩa: công su t c b n MVA của

hệ th ng, độ chính xác về sai s công su t, hệ s công su t, s lần lặp t i đa Tên (viết chữ th ng) dùng cho các biến này lần l t là basemva, accuracy, accel, maxiter Các giá trị tiêu biểu nh sau:

basemva = 100 ; accuracy = 0.001;

accel = 1.6 ; maxiter = 80

B ớc đầu tiên của chuẩn bị s liệu của tập tin s liệu nhập vƠo lƠ đánh s các nút Nút đ c đánh d u liên tiếp Mặc dù việc đánh s là liên tiếp nh ng các nút đ c