Giải tích hệ thống truyền tải dùng giải thuật line flow based với thiết bị facts svc (static var compensation)

TÓM TẮT Tính toán phân bố công suất, dòng điện trên các nhánh và điện áp tại các nút trong mạng điện là một việc rất cần thiết.. Việc tính toán chính xác các thông số là rất quan trọng,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-VŨ XUÂN VINH

GIẢI TÍCH HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI DÙNG GIẢI THUẬT LINE FLOW BASED VỚI THIẾT BỊ FACTS

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã ngành: 60 52 02 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2018

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : Tiến sĩ Hồ Văn Hiến

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm 201 8 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -oOo -

TP.HCM, ngày ……tháng … năm 2017

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: VŨ XUÂN VINH

Ngày, tháng, năm sinh: 22-09-1982

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

MSHV: 1670846 Nơi sinh: TP.HCM

Mã ngành: 60520202

I TÊN ĐỀ TÀI: Giải tích hệ thống truyền tải dùng giải thuật Line-Flow-Based với thiết bị FACTS SVC (Static Var Compensator)

II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

¾ Ứng dụng giải thuật Line Flow Based vào giải tích hệ thống điện

¾ Áp dụng giải thuật Line Flow Based phân tích lưới điện khi có thiệt bị FACTS SVC

¾ Dùng phương pháp Newton Raphson để kiểm tra lại kết quả tính của LFB

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03-12-2017

V.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HỒ VĂN HIẾN

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ của Trường Đại hoc Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, Phòng Quản lý đào tạo sau đại học đã hỗ trợ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khóa học và luận văn

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô của Khoa Điện – Điện

Tử đã tận tình giảng dạy tôi trong suốt thời gian vừa qua, đặc biệt là Tiến sĩ

Hồ Văn Hiến đã tận tình, trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện luận văn này

Cảm ơn Ba, Mẹ đã sinh thành dưỡng dục con, cảm ơn Vợ và các con đã luôn động viên và ủng hộ tôi trên con đường học vấn

Cảm ơn các bạn cùng khóa đã hỗ trợ, chia sẽ với tôi những kinh nghiệm, tài liệu và động viên tôi trong học tập

Xin chân thành cám ơn tất cả !

TP.Hồ Chí Minh

Ngày …… tháng ……năm 2017

Vũ Xuân Vinh

TÓM TẮT

Tính toán phân bố công suất, dòng điện trên các nhánh và điện áp tại các nút trong mạng điện là một việc rất cần thiết Việc tính toán chính xác các thông số là rất quan trọng, từ đó có thể chọn vị trí lắp đặt các thiết bị để bù công suất phản kháng, điều khiển dòng công suất, nâng cao điện áp giúp vận hành lưới điện một cách linh hoạt, cải thiện chất lượng điện năng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Luận văn này trình bày một hướng nghiên cứu mới sử dụng phương pháp Line Flow Based để tính toán, phân tích hệ thống điện Kiểm tra ổn định điện áp theo tiêu chuẩn từ đó lắp đặt thiết bị FACTS (SVC) để nâng cao điện áp So sánh kết quả tính toán trước và sau khi lắp đặt thiết bị FACTS (SVC) với phương pháp Newton Raphson

Abstract: It is indispensable for power flow and current flow analysis at each

bus and nodal voltage analysis in power engineering study This precise calculation of the parameters is greatly crucial, which enables us to determine electrical device locations for the reactive power compensation, power flow control, voltage increment for flexible system operation, power quality improvement and power reliability enhancement This master’s thesis would like to present a new research way employing the Line Flow Based method for calculating and analyzing power systems This method furnishes the voltage stability inspection according to criteria, thus allowing installation

of the FACTS (SVC) to increase the voltage The calculation results of prior and subsequent installation of FACTS (SVC) will be compared to Newton Raphson method

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn thạc sĩ này được thực hiện tại Trường Đại Học Bách Khoa TP

Hồ Chí Minh Là công trình do tôi nghiên cứu dưới sự hướng dẫn trực tiếp của Tiến sĩ Hồ Văn Hiến

Tôi xin cam đoan phần trình bày dưới đây là đúng sự thật Trường hợp

có khiếu nại gì liên quan tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

Người thực hiện

Vũ Xuân Vinh

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Phạm vi nghiên cứu của luận văn 2

1.4 Khả năng ứng dụng thực tế 2

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT 2.1 Mô hình các phần tử trong hệ thống điện 3

2.1.1 Mô hình đường dây truyền tải 3

2.1.1.1 Phương trình tính sụt áp đường dây 3

2.1.1.1.1 Tính toán cho đường dây có thông số tập trung 4

2.1.1.1.2 Tổng dẫn mắc song song 5

2.1.1.1.3 Tổng trở trong dây dẫn 6

2.1.1.2 Dây tiếp địa 7

2.1.1.3 Đường dây truyền tải mạch kép 8

2.1.1.4 Hệ đơn vị tương đối 9

2.1.2 Mô hình máy biến áp lực 10

2.1.2.1 Máy biến áp một pha 11

2.1.2.2 Máy biến áp có đầu phân áp thay đổi 12

2.1.2.3 Máy biến áp ba pha 13

2.1.2.4 Các thông số hệ thống trong miền thứ tự 14

2.1.3.1 Phương trình điện áp nguồn phát 16

2.1.3.2 Tải hệ thống 18

2.2 Tổng quan về bài toán Phân bố công suất: Gauss Seidel Newton Raphson – Decouple 21

2.3 Kết luận 23

CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN LINE FLOW BASED (Phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh) 3.1 Mô hình thiết bị FACTS chung 25

3.2 Phương trình điện áp nhánh 25

3.3 Phương trình cân bằng công suất 27

3.4 Phương trình điện áp đường dây 27

3.5 Phương trình góc lệch pha trên mạch vòng 28

3.6 Áp dụng trên mạng điện mẫu 28

3.6.1 Sơ đồ mạng điện 28

3.6.2 Thông số mạng điện 29

3.6.3 Sơ đồ khối tính phân bố công suất bằng phương pháp LFB (Line Flow Based) 30

3.6.4 Kết quả tính toán 34

3.6.5 So sánh kết quả với kết quả tính theo phương pháp Newton Paphson (Sử dụng chương trình của Hadi Saadat) 36

3.7 Kết luận 37

CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG VỚI THIẾT BỊ FACTS SVC 4.1 Tổng quan thiết bị FACTS 38

4.2 Mô hình tĩnh của thiết bị FACTS 39

4.2.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC – Static Var

Compensator) 39

4.2.2 Thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor (TCSC – Thyristor Controlled Series Capacitor) 46

4.2.3 Thiết bị điều khiển dòng công suất (UPFC – Unified Power Flow Control) 48

4.2.4Thiết bị bù ngang điều khiển thyristor (STATCOM) 50

4.3 Mô hình dòng công suất LFB trong mạng truyền tải 53

4.4 Graph trong mạng điện 55

4.5 Giải thuật Line Flow Based (LFB power flow matrix) 59

4.6 Giải thuật LFB với thiết bị thiết bị FACTS 60

4.7 Tiêu chuẩn ổn định điện áp 65

4.8 Áp dụng vào mạng điện mẫu 68

4.9 Kết luận 75

CHƯƠNG V: NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN PHỤ LỤC 1 76

PHỤ LỤC 2 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

IEEE The Institude of Electrical and Electronic Engineers

IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor

MATLAB Matrix Laboratory

TCR Thyristor Controller Reactor

TSC Thyristor Switched Capacitor

STATCOM Static Synchronous Compensator

TCSC Thyristor Controller Series Capacitor

UPFC Unifiel Power Flow Controller

FACTS Flexible Alternating Current Tranmission System

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1 Đặt vấn đề:

Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và khoa học công nghệ trên thế giới đã dẫn đến nhu cầu tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng trong đó năng lượng điện đóng vai trò then chốt Trên cơ sở đó, hệ thống điện ngày càng phát triển và mở rộng cả về quy mô và công nghệ Việc truyền tải điện năng bằng các đường dây dài, điện cao áp và siêu cao áp làm xuất hiện một lượng công suất phản kháng lớn do bản thân đường dây sinh ra trong quá trình vận hành, điều này gây ảnh hưởng ít nhiều đến chế độ làm việc của máy phát, thay đổi phân bố công suất và điện áp trong hệ thống điện Mặt khác, do tính chất tiêu thụ điện ở các khu vực trong từng thời điểm khác nhau cho nên trào lưu công suất trên đường dây truyền tải cũng liên tục thay đổi theo thời gian đều này cho thấy tại một thời điểm trên hệ thống điện sẽ có những đường dây bị quá tải trong khi các đường dây khác non tải và ngược lại

Việc tính toán phân bố công suất, dòng điện trên các nhánh, điện áp tại các nút là việc rất cần thiết cho việc vận hành, điều khiển hệ thống điện Luận văn này nghiên cứu việc sử dụng phương pháp Line Flow Based để áp dụng tính toán phân bố công suất trên lưới điện truyền tải từ đó xác định nút có khả năng mất ổn định điện áp, sau đó ứng dụng lắp đặt thiết bị FACTS (SVC) để nâng cao điện áp tại nút đã xác định Trong quá trình phân tích bỏ qua yếu tố kinh tế và chỉ chú trọng các vấn đề yếu tố kỹ thuật

2 Mục tiêu nghiên cứu:

 Ứng dụng giải thuật Line Flow Based vào giải tích hệ thống điện

 Áp dụng giải thuật Line Flow Based phân tích lưới điện khi có thiết

bị FACTS SVC

 Dùng phương pháp Newton Raphson để kiểm tra lại kết quả tính toán của LFB

3 Phạm vi nghiên cứu của luận văn:

 Nghiên cứu giải thuật Line Flow Based trong giải tích hệ thống điện

 Vị trí lắp đặt thiết bị bù SVC vào hệ thống để đạt được kết quả cao

4 Khả năng ứng dụng thực tế:

 Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử cũng như công nghệ chế tạo các Thyristor công suất lớn, các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS ngày càng được sử dụng rộng rãi các ở một số nước trên thế giới với chi phí đầu tư giảm

 Trong tương lai không xa, khi ngành điện Việt Nam chuyển sang cơ chế thị trường điện cạnh tranh thì việc áp dụng các thiết bị FACTS là cần thiết

 Chứng minh những ưu điểm của việc xây dựng công thức LFB trong việc xử lý các thiết bị SVC được gắn thêm vào

CHƯƠNG 2

MÔ HÌNH PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ TÍNH PHÂN BỐ

CÔNG SUẤT

2.1 Mô hình các phần tử trong hệ thống điện:

2.1.1 Mô hình đường dây truyền tải:

Trong tính toán phân tích hệ thống điện, các đường dây truyền tải điện được mô

tả theo dạng hình π đơn giản hoặc mạch π tương đương nếu chiều dài điện của đường dây lớn

Hình 2.1: Sơ đồ hình π của tuyến dây truyền tải điển hình

Phương trình tính sụt áp được viết dưới dạng ma trận như sau:

c b a

c b a

g cc g

cc g cb g

cb g ca g

ca

g bc g

bc g bb g

bb g ba g

ba

g ac g

ac g ab g

ab g aa g

I I I

L j R

L j R

L j R

L j R

L j R

L j R

L j R

L j R

L j R

2.1.1.1.1 Tính toán cho đường dây có thông số tập trung:

Việc tính toán các thông số đường dây 3 pha thường gặp rất nhiều khó khăn do sự ảnh hưởng của hỗ cảm, điện dung giữa các dây dẫn với nhau và giữa dây dẫn với đất Ngoài ra, điện trở và tự cảm đường dây thay đổi theo tần số, dung dẫn đường dây cũng thay đổi theo chiều dài đường dây

Ma trận tổng dẫn Zseries của đường dây nhiều mạch, có xét đến sự mất cân bằng hình học, sự phụ thuộc tần số và bỏ qua hiệu ứng đường dây dài, được mô tả theo phương trình sau:

ground geometric

ernal

Trong đó:

Zinternal : là tổng trở bên trong dây dẫn

Zgeometric : là tổng trở do ảnh hưởng của từ trường giữa các dây với nhau

Zground : là tổng trở hồi tiếp về đất

Trong đa số trường hợp, thông số Zgeometric là hàm tuyến tính với hệ số P Trừ

Zinternal, các tổng trở Zground, Zgeometric và hệ số P là hàm phụ thuộc vào cách bố trí dây dẫn trên trụ Các hiệu ứng điện dung đường dây được thể hiện trong ma trận tổng dẫn shunt (tuyến tính với hệ số P)

Giả sử, bề mặt dây dẫn và mặt đất bên dưới là các mặt đẳng thế, ta có thể sử dụng phương pháp đối xứng gương để xác định hệ số P

Hình 2.3: Sơ đồ bố trí dây dẫn và ảnh đối xứng

cb ca

ca

bc bc b

ext b ba

ba

ac ac ab

ab a

ext a

r

h d

D d

D

d

D r

h d

D

d

D d

D r

h

P

.

.

2 ln ln

ln

ln

2 ln ln

ln ln

2 ln

(2.3)

Ma trận tổng trở Zgeometric được xác định như sau:

P j

.4

2.1.1.1.2 Tổng dẫn mắc song song:

Tham số tổng dẫn song song là đại lượng thay đổi tuyến tính theo tần số có thể được xác định theo nghịch đảo hệ số P Ma trận tính tổng dẫn shunt của hệ thống như trên:

1 0

Hình 2.4: Mặt cắt ngang của dây dẫn điện

3

2

2

1

1

int

ln 0

0

0 ln

0

0 0

ln

gmr ext gmr

ext gmr

ext

ernal

r r r

r r

r

Như vậy, ta có ma trận tổng dẫn bên trong dây dẫn:

ernal ac

2.1.1.2 Dây tiếp địa:

Ma trận tính sụt áp của đường dây truyền tải 3 pha với hai dây tiếp địa w và v như sau:

v w c b a

v w c b a

g vv g

vw g

vc g

vb g

va

g wv g

ww g

wc g

wb g

wa

g cv g

cw g

cc g

cb g

ca

g bv g

bw g

bc g

bb g

ba

g av g

aw g

ac g

ab g

I I I I I

Z Z

Z Z

Z

Z Z

Z Z

Z

Z Z

Z Z

Z

Z Z

Z Z

Z

Z Z

Z Z

wv abc

c c

b b

a a abc

V V

V V

V V

a abc

I I

w w wv

V V

V V

cb g

ca

g bc g

bb g

ba

g ac g

ab g

aa

Z Z

Z

Z Z

Z

Z Z

cw

g bv g

bw

g av g

aw

Z Z

Z Z

Z Z

vb g

va

g wc g

wb g

wa

Z Z

Z

Z Z

vw

g vw g

ww

Z Z

Z Z

Do dây nối đất hai đầu đường dây đều được nối đất nên ΔVwv=0 Ta có các phương trình đơn giản:

wv abc

g wv cc g

wv cb g

wv ca

g wv bc g

wv bb g

wv ba

g wv ac g

wv ab g

wv aa

c

b

a

I I I

Z Z

Z

Z Z

Z

Z Z

2.1.1.3 Đường dây truyền tải mạch kép:

Trong thực tế hai hay nhiều mạch 3 pha của đường dây truyền tải thường được

đi chung trên trụ điện và vận hành song song

Hình 2.5: Sơ đồ đường dây truyền tải 3 pha, mạch kép

Phương trình mô tả tương tác từ giữa các pha dây dẫn:

g CC g

CB g

CA g

Cc g

Bc g

Ca

g BC g

BB g

BA g

Bc g

Bb g

Ba

g AC g

AB g

AA g

Ac g

Ab g

Aa

g cC g

cB g

cA g

cc g

ab g

ca

g bC g

bB g

bA g

bc g

bb g

ba

g aC g

aB g

aA g

ac g

ab g

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

2.1.1.4 Hệ đơn vị tương đối:

Trong thực tế hệ thống điện có nhiều cấp điện áp khác nhau vì thế khi tính toán gắp nhiều khó khăn, để thuận tiện trong việc tính toán ta sử dụng hệ đơn vị tương đối

Về cơ bản, đơn vị tương đối là tỷ số giữa giá trị thực và giá trị cơ bản chọn trước Các giá trị tính trong đơn vị tương đối có thể là dòng điện, điện áp, công suất hoặc tổng trở

Do đơn vị của giá trị thực và giá trị cơ bản được chọn giống nhau nên giá trị p.u không có đơn vị Thông thường, ta chọn một giá trị điện áp (Vbase) công suất (Sbase) làm giá trị cơ bản ban đầu Từ các giá trị này, ta tính được giá trị cơ bản của các thông số còn lại:

)

( A V

S I

base

base base  (2.21)

)(

.

V

S I

base LLb

base base



)(

3 .

2





base

base LL base

V

Vp.u  ;

baseI

I

Ip.u  ;

baseZ

Z

Zp.u 

Tổng dẫn đường dây trong hệ đơn vị tương đối:

base u

p Y Z

Y .  (2.25)

2.1.2 Mô hình máy biến áp lực:

Máy biến áp là thành phần rất quan trọng trong hệ thống điện Một cách tổng quát thì máy biến áp làm nhiệm vụ kết nối các thành phần lưới điện có các cấp điện áp khác nhau, ví dụ như nhà máy điện với lưới truyền tải, thiết bị bù SVC với lưới,… Các máy biến áp thông thường bao gồm hai hoặc ba cuộn dây mỗi pha quấn quanh một hay nhiều lõi sắt từ Các cuộn dây này được nhúng trong dầu cách

điện và được bảo vệ bằng vỏ kim loại Trong tính toán ta thường sử dụng mô hình hóa máy biến áp (chia máy biến áp thành mạch điện và mạch từ) để tính toán Trong hệ thống điện cao áp các máy biến áp thường được kết nối theo các kiểu: sao-sao, tam giác-tam giác hoặc sao-tam giác

Dòng điện từ hóa máy biến áp thường có giá trị rất nhỏ nên thường được bỏ qua khi tính toán phân bố công suất ở tần số cơ bản

2.1.2.1 Máy biến áp một pha:

Xét máy biến áp một pha hai cuộn dây như hình 2.6 Bỏ qua điện trở cuộn dây, bão hòa từ lõi sắt và hiện tượng từ trễ

Hình 2.6: Sơ đồ máy biến áp hai cuộn dây

Ma trận mô tả quan hệ giữa điện áp và dòng điện trong hai cuộn dây như sau:

sc

m sc p

Z

Z Z

V

V

. .

.

(2.26) Trong đó,

sc

s sc s

s sc

p sc p

p sc

jX Z

jX R

Z

jX R

Z

.

.

.

(2.27)

Trong đó:

RP và RS là điện trở cuộn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp

Xsc.p, Xsc.s và Xsc.m là điện kháng cuộn sơ cấp, thứ cấp và lõi sắt máy biến áp được xác định từ thí nghiệm ngắn mạch máy biến áp

Điện kháng được xác định từ điện áp kích thích sơ cấp và dòng ngắn mạch (trong thí nghiệm ngắn mạch) theo phương trình:

34

12

sc m

sc

m sc p

Y

Y Y

I

I

. .

.

(2.29) Trong đó,

.

.

2

.

.

2

.

.

m sc s

sc p sc

m sc m

sc

m sc s

sc p sc

p sc s

sc

m sc s

sc p sc

s sc p

sc

Z Z

Z

Z Z

Z Z

Z

Z Z

Z Z

Z

Z Y

(2.30)

Do điện dẫn trong đơn vị tương đối của cuộn sơ cấp và thứ cấp là tương tự nhau

và bằng giá trị Ysc Giá trị Ysc, khi tính toán cũng bao gồm cả điện dẫn hỗ cảm giữa hai cuộn dây Ma trận tổng dẫn ngắn mạch của máy biến áp tính trong hệ đơn

sc sc

S

P

V

V Y

Y

Y Y

Trong thực tế các máy biến áp điện lực được lắp đặt kèm theo cơ cấu điều chỉnh đầu phân áp Cơ cấu này cho phép thay đổi một lượng nhỏ giá trị biên độ điện áp từng pha Các máy biến áp này, được thể hiện trong các mạch tương đương gồm tổng dẫn ngắn mạch Ysc mắc nối tiếp với máy biến áp lý tưởng có tỷ số biến áp là T:1

Hình 2.7: Sơ đồ tương đương máy biến áp có đầu phân áp

Với máy biến áp lý tưởng, ta có mối quan hệ giữa các đại lượng cơ bản:

1

T V

Vs

p sc p

p

Y TI

I'   (  2 )  (2.34) Thay hai phương trình trên với nhau, ta có:

sc sc

s

p

V

V Y

T TY

TY Y

I

I

.

2 (2.35)

2.1.2.3 Máy biến áp ba pha:

Thông qua việc phân tích các nút, ta có thể có được mô hình máy biến áp nhiều cuộn dây, máy biến áp nhiều pha,… Khi phân tích máy biến áp ba pha, cần thiết phải chuyển đổi ma trận thông số Yѱѱ sang các thông số nút Yαα

Để chuyển từ Yѱѱ sang Yαα ta cần sử dụng thêm các ma trận liên kết Cαѱ và

Cѱα Các ma trận này, liên kết các dòng và áp của các cuộn dây không kết nối của MBA với dòng và áp pha khi máy biến áp ba pha được kết nối lên lưới

Ta có các thông số ban đầu của ba máy biến áp 1 pha lý tưởng, trong đó các đầu

ra của MBA chưa được kết nối với lưới và máy biến áp có bổ sung thiết bị phân

* 2

1

V

V Y

T Y

T

Y T Y

I

I

sc sc

sc sc

* 4

3

V

V Y

T Y

T

Y T Y

I

I

sc sc

sc sc

* 6

5

V

V Y

T Y

T

Y T Y

I

I

sc sc

sc sc

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

0 0

V V V V V V

Y T Y

T

Y T Y

Y T Y

T

Y T Y

Y T Y

T

Y T Y

sc sc

sc sc

sc sc

sc sc

sc sc

2.1.2.4 Các thông số hệ thống trong miền thứ tự:

Các phương trình máy biến áp tương ứng với kiểu kết nối.Các kiểu kết nối sao, tam giác-tam giác và sao-tam giác có thể biểu diễn theo phương trình sau:

II I

abc

ABC

V

V Y

Y

Y Y

I

I

(2.42) Trong đó: các ma trận YI, YII, YIII và YIV là các ma tận vuông cấp 3

iv

S III S

ii

S II S

ii

S I S i

T Y T

Y

T Y T

Y

T Y T

Y

T Y T

Y

1 1 1 1

SC

Y Y

Y

00

00

00

00

00

SC

Y Y

Y

00

00

00

SC

Y T

Y T

00

00

Y T





00

00

00

300

0

030

0

00

0

SC

SC

Y T

Y T





Y T

Y T

00

00

Y T

*

*00

00

00

0

030

0

00

0

SC

SC

Y T

Y T

SC

Y T

Y T

Y

T

2 2

2

00

00

00

Y T

2 2

00

00

00

Y T

2 2

00

00

00

i

iii i

ii i

i i s

p

V

V Y

Y

Y Y

I

I

012

012 )

(

) ( )

(

012

012

(2.44)

Hình 2.8: Sơ đồ mạch tương đương thứ tự thuận và nghịch máy biến áp

Sơ đồ mạch tương đương thứ tự không máy biến áp: (a) sao-sao, (b) tam giác-tam giác, (c) sao-tam giác

2.1.3 Mô hình nguồn phát:

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý máy phát đồng bộ 3 pha

2.1.3.1 Phương trình điện áp nguồn phát:

Điện áp tức thời của máy phát được thể hiện theo phương trình:

pLi Ri

v  

Trong đó:

R, L là các ma trận điện trở và điện kháng máy phát

p là toán tử đạo hàm theo thời gian

Áp dụng phương trình trên cho rotor và stator, ta có :

t sr

sr ss

r

s t

sr

sr ss

r r

s r

L

L L

i

i G

G G

i

i R

R

v

v

.

0

0

0

Trong đó:

;

: là tốc độ rotor Với θ=wrt + δ

Các ma trận L, G, và R có các hệ số như sau:

) 180 2 cos(

) 60 2 cos(

) 180 2 cos(

) 120 2 cos(

) 60 2 cos(

) 60 2 cos(

) 60 2 cos(

) 2 cos(

2 0 2

0 2

0

2 0 2

0 2

0

2 0 2

0 2

ab a

ab

a ab a

aa a

ab

a ab a

ab a

aa

ss

L L L

L L

L

L L L

L L

L

L L L

L L

)120cos(

)120cos(

)120sin(

)120cos(

)120cos(

)sin(

)cos(

)cos(

af

af af

af

af af

af

sr

L L

L

L L

L

L L

mkd fd

rr

L

L L

L L

L

00

cos(

2)

1802

cos(

2)602cos(

2

)1802

cos(

2)1202

cos(

2)602cos(

2

)602cos(

2)

602cos(

2)

2cos(

2

2 2

2

2 2

2

2 2

a

a a

a

a a

a ss

L L

L

L L

L

L L

)120sin(

)120sin(

)120cos(

)120sin(

)120sin(

)cos(

)sin(

)sin(

af

af af

af

af af

af sr

L L

L

L L

L

L L

a

s

R R

R

R

00

00

00

fd

r

R R

R

R

00

00

00

(2.52)

2.1.3.2 Tải hệ thống:

Thông thường các tải trong hệ thống điện được chia thành 2 loại: tải xoay (rotating) và các dạng tải tĩnh Trong đó các tải xoay (tải động cơ) và các tải sử dụng thiết điện tử công suất rất nhạy cảm với sự thay đổi điện áp và tần số hơn

so với các dạng tải tĩnh (tải nhiệt,…)

Đa số các tải là các nguồn tiêu thụ điện 3 pha, các tải này, theo yêu cầu, có thể được kết nối sao hoặc tam giác

Hình 2.10: Sơ đồ tương đương tải nối sao (trung tính nối đất trực tiếp)

Hình 2.11: Sơ đồ tương đương tải nối tam giác

Công suất tải trong hệ đơn vị tương đối:

Lb Lb

Lb

La La

La

jQ P

S

jQ P

S

jQ P

Lc Lc

b

Lb b

Lb Lb

a

La a

La La

V

jQ V

P S

V

jQ V

P S

V

jQ V

P S

11

11

11

' ' '

(2.54)

Trong phương trình (2.54), các hệ số α và β có giá trị từ 0 đến 2

-Khi α = β = 0, ta có phương trình công suất

-Khi α = β = 1, ta có phương trình thể hiện đặc tính dòng điện tải

-Khi α = β = 2, phương trình có dạng giống phương trình tổng dẫn tải

Tương ứng với kiểu nối sao và tam giác, ta có phương trình tổng dẫn tải thể hiện dưới dạng các ma trận:

00

00

00

c Lc b

Lb a

La

V S V S V

2

2 2

2 2

2 2

2 2

31

a

La c

Lc c

Lc a

La

c

Lc c

Lc b

Lb b

Lb

a

La b

Lb b

Lb a

La

V

S V

S V

S V

S

V

S V

S V

S V

S

V

S V

S V

S V S

P S

S L'(1) L'(2) L 1 L 1 và S L'(0) 0 (2.56)

Với các tải nối theo dạng sao – đất, ta có phương trình công suất các thành phần thứ tự thuận, nghịch và thứ tự không:

P S

biên độ điện áp nhiều hơn so với góc pha điện áp Vì vậy, ta có thể bỏ qua các

phần tử J 2 và J 3 trong ma trận Jacobi Như vậy, ta có:

0 4

1

V J

J Q

(2.58) Khai triển ra theo P và Q, ta được:

|

|

|

|

V

Q V

J1 được mô tả trong (2.58) có thể được viết lại như sau:

i j i ij ij

j i i

i

Y V Y

V V P

1

2 sin

|

|

|

| ) sin(

|

|

|

|

i i ii ii i i ii

i

i

B V Q Y

V Q

|

| sin

ii i i

ij j i j

i

B V V

P

.

|

|

j i ij ij

j ii

ij i i

V

Q

) sin(

.

|

|

|

| sin

.

|

|

i i

i

Q Y

V V

ii i i

Giả sử θij – δi + δj ≈ θij, ta có:

ij i j

i

B V V

P i

(2.70)

|

|

|

|

''

V B V

Q i

tử của ma trận này là hằng số, chúng cần được tam giác hóa và chỉ được nghịch đảo một lần khi bắt đầu vòng lặp B’ có bậc (n-1) Với các nút điện áp điều chỉnh, khi giá trị |Vi| và Pi là các giá trị đã biết, còn Qi là giá trị chưa biết, thì các hàng và cột tương ứng của Ybus có thể được loại bỏ Như vậy, B’’ có bậc (n-1-m) với m là số nút điều chỉnh điện áp

Với giải thuật dòng công suất Fast Decouple, độ biến thiên của biên độ và góc pha điện áp cho bởi công thức:

 

|

|

1 '

|

V

Q B

2.3 Kết luận

Chương này đã trình bày tóm tắt mô hình của các phần tử trên lưới điện, các phương trình toán của từng phần tử Làm cơ sở cho việc tính toán, phân tích

hệ thống điện Đồng thời cũng trình bày tóm tắt về bài toán Phân bố công suất: Gauss Seidel Newton Raphson – Decouple – một phương pháp rất phổ biến trong việc phân tích hệ thống điện

CHƯƠNG 3 THUẬT TOÁN LINE FLOW BASED (Phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh)

3.1 Mô hình thiết bị FACTS chung

Cả hai thiết bị FACTS theo từng lớp nối tiếp và song song được mô hình hóa như mô hình FACTS tổng quát thể hiện trong hình 3.1 Nói chung, mỗi thiết

bị FACTS chỉ được thực hiện một trong những chức năng được vẽ trên hình 3.1

Ví dụ, SVC có một nhánh song song với một công suất bù phản kháng QSC mà không cần thay đổi đầu phân áp máy biến áp và đương lượng nối tiếp -jXC Tùy thuộc vào các thiết bị FACTS được sử dụng, chức năng của nó trong mô hình thiết bị FACTS chung có thể dễ dàng được thực hiện

Hình 3.1: Mô hình chung của thiết bị FACTS

3.2 Phương trình điện áp nhánh

Từ hình 3.1 , ta có phương trình điện áp rơi nhánh [6] có thể được viết là

( ) ( )

( )[ ( )] (3.1) Bằng cách bình phương về độ lớn cả hai vế phương trình trên và sắp xếp lại, + 2 [ ( ) ] ( )[ ( ) ] (3.2)

Chia (2) cho V j

2

và đặt s2l = p2l + q2l và z2 = R2l + ( Xl-Xc)2, chúng ta có được + 2[ ( ) ] (3.3) Góc pha thanh góp qua một nhánh được cho bởi

l: là đường dây hoặc số nhánh,

p l , q l : công suất tác dụng và công suất phản kháng nhánh l

: công suất tác dụng và công suất phản kháng tại thanh cái i : tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng trên nhánh l

( ) : vế phải của (3.3) đơn giản

bình phương độ lớn điện áp tại thanh góp i

: điện trở và điện kháng của của đường dây l

độ sụt góc pha trên đường dây l

3.3 Phương trình cân bằng công suất

Các ma trận cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng, số lượng của các phương trình bằng 2(n-1) tại tất cả các thanh cái ngoại trừ thanh cái hở có thể được thể hiện như sau:

(3.7) (3.8) Trong đó A và A’ được định nghĩa là ma trận tỷ lệ thanh cái và ma trận tỷ

lệ thanh cái được hiệu chỉnh với tất cả các " +1" trong A’ cài đặt bằng 0, điều đó

dễ dàng ước lượng tính đến các tổn thất đường dây trong các phương trình cân bằng công suất bằng cách sử dụng các vectơ của các tổn thất công suất tác dụng

và công suất phản kháng nhánh l và m H là một ma trận đường chéo, các yếu tố

đường chéo của chúng là tổng số lần nạp điện và điện nạp bù tại mỗi thanh cái

như là phần tử đường chéo P GL và Q GL là công suất thêm vào tại thanh cái được định nghĩa là PGLi = PGi - PLi và QGLi = QGi - QLi, trong đó p và q là các vectơ

dòng điện tác dụng và phản kháng ở đầu nhận của các nhánh trong lưới điện Các phương trình phản ứng không phù hợp sẽ bị xóa tại các thanh góp PV V2

là vector điện áp chưa xác định trong đó có các điện áp tại thanh góp PQ, là n – npv–1 chiều

V2 từ (3.8) có thể được viết lại như

(3.9)

3.4 Phương trình điện áp đường dây

Khi các phần tử song song của hệ thống điện, chẳng hạn như điện dung đường dây và điện nạp song song, không ảnh hưởng đến ma trận tỷ lệ và không được mô tả trong đồ thị của nó, mô hình nhánh mới (chưa xử lý) không có các thành phần song song được xác định Mặc dù việc ký hiệu của các đầu gửi và

nhận là tùy ý, phương trình độ sụt điện áp nhánh thiết đặt (chỉnh định) (số của

phương trình bằng với l) có thể được viết là:

2Rp + 2Xq - ( ) (3.10) trong đó k là một vector tổn thất bên ngoài (biểu kiến) trên đường dây Ac là một

ma trận tỷ lệ thanh góp tương ứng với các thanh góp PV.V2pv là một vector điện

áp bình phương của thanh góp PV và các thanh cái hở là một ma trận đường

chéo có bậc bằng với l, với các giá trị của một máy biến áp điều chỉnh (có đầu

ra) bằng bình phương của giá trị điều chỉnh A1 + và A1- thu được từ A1 bằng cách thiết lập, tương ứng, các giá trị dương và âm trong A1 thành 0 R và X là ma trận điện kháng và dung kháng đường chéo

3.5 Phương trình góc lệch pha trên mạch vòng

Tổng đại số của “độ sụt góc pha” trong các đường dây xung quanh các

mạch vòng độc lập là 0 Số lượng các phương trình bằng (l – n – 1) Các góc

pha thanh góp qua một đường dây có thể được mô tả bằng cách bỏ qua sai số gần đúng (3.6)

CXp - CRp ≈-Cα

α là một vector đại diện cho chuyển đổi pha trong một bộ chuyển đổi pha

3.6 Áp dụng trên mạng điện mẫu

3.6.1 Sơ đồ mạng điện

Luận văn này sẽ xây dựng mạng điện gồm 5 nút như hình

3.6.2 Thông số mạng điện

Thông số các nút Bus Loại bus Biên độ (VM) Góc pha (VA)

) 2 (

) 3

) 5 (

) 6 (

) 7 (