Giải tích hệ thống điện truyền tải dùng giải thuật Line Fow Based
Luận văn thạc sỹ
GVHD: TS. Hồ Văn Hiến
GIẢI TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI DÙNG GIẢI THUẬT
LINE FOW BASED
POWER TRANSMISSION SYSTEM ANALYSIS BY USING LINE FLOW
BASED ALOGRITHM
Hồ Văn Hiến1, Phạm Thương Thương2
1 Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
2 Học viên cao học trường ĐHSPKT TPHCM
TÓM TẮT
Theo phương pháp giải tích hệ thống điện truyền tải bằng cách dùng giải thuật Line
Flow Based(LFB), các phương trình cũng đơn giản và ngắn hơn, các vòng lặp ít hơn so với
phương pháp truyền thống (Newton Raphson). Phương pháp LFB mang lại lợi ích tiết kiệm
thời gian trong khi phân bố công suất tại các nút, nhờ đó có thể có thời gian kiểm tra lại chế
độ vận hành của hệ thống. Bên cạnh đó, bài báo cũng đề cập đến việc sử dụng thiết bị
FACTS trong hệ thống để thay đổi điện áp tại nút có gắn thiết bị FACTS theo yêu cầu. Theo
đó việc phân bố công suất cũng như góc lệch pha điện áp các nút so với nút cân bằng thay
đổi tạo điều kiện để kiểm tra, theo dõi được tính ổn định của cấu hình tải mới. Bài báo xây
dựng giải thuật LFB theo lưu đồ khá đơn giản và dễ dàng thực hiện. Kết quả mô phỏng trên
Matlab cho thấy số liệu phân bố công suất khi dùng bằng phương pháp LFB và phương pháp
NR là gần như trùng khớp.
Từ khóa: Line Flow Based(LFB), SVC, Giải tích hệ thống điện truyền tải, FACTS.
ABSTRACT
According to the Power Transmission System Analytics by using Line Flow Based
Alogrithm, the irterations are less than conventional method(Newton Raphson), the equations
are also simplify and less than NR method. LFB method bring benefits about economical
time while distributing power flows at the nodes. Then, we can make time to check out the
operation system. In addition, the paper is also mentioned that using FACTS(SVC) to change
the voltage at the node which embbed FACTS. Then power flows and drop phase angles will
be changed and these things bring a new loads profile that is more stabilitier than it before.
The paper establish LFB quite simplify and easy to implement. Simulation results using
Matlab sofware demonstrated that power flow distribution by LFB and by NR is quitely the
same.
Key words: Line Flow Based(LFB), SVC, Power Transmission System Analysis, FACTS.
Những hệ thống điện nhỏ hơn có thể sử
dụng nội bộ trong các khu công nghiệp,
bệnh viện, gia đình, máy bay, xe hơi...
I. GIỚI THIỆU
Một hệ thống điện là một mạng lưới kết
nối các thiết bị điện gồm các máy phát
điện, hệ thống đường dây truyền tải và các
thiết bị sử dụng điện năng, cung cấp điện
cho một vùng miền, hoặc một quốc gia có
thể chia nhỏ hơn thành ba mảng lớn gồm:
các máy phát (sản xuất điện), hệ thống
truyền tải (đưa điện đến nơi tiêu thụ) và hệ
thống phân phối (cấp điện cho các khu
công nghiệp, thương mại và căn hộ).
Để đảm bảo vận hành ổn định hệ thống
điện chính thì một trong những bài toán có
tính chất quan trọng chính là bài toán phân
bố công suất. Trong đó, mục tiêu quan
trọng chính là phân bố lại công suất phụ tải
hợp lý nhằm đảm bảo cho hệ thống vận
hành một cách linh hoạt. Giải thuật LFB
được đề xuất trong bài báo này với lưu đồ
đơn giản và các bước thực hiện được hoàn
HVTH: Phạm Thương Thương
95
Luận văn thạc sỹ
GVHD: TS. Hồ Văn Hiến
푙표표푝1
푙표표푝2
thành khá nhanh chóng sẽ đẩy nhanh quá
trình tính toán các thông số của phụ tải như
công suất tải, điện áp tải, góc lệch pha điện
áp(so với nút cân bằng). Điều này rất có ích
trong việc kiểm tra và theo dõi nhằm phát
hiện nguy cơ tiềm ẩn trong hệ thống.
II.Công thức LFB áp dụng với các thiết
bị FACTS(SVC)
1
1
−1 0 1
−1 1 0 1
0
C =
[
]
(2.2)
̀
̉
2.2 Điêu khiên điêṇ ap thanh cai bằng
́
́
thiết bị SVC
Trong bộ SVC, biên độ điện áp thanh
cái được điều khiển như một giá trị yêu cầu
bởi lượng công suất Q được bơm vào cho
cùng môt thanh cái. Trong phương pháp
LFB, ta sẽ đẽ dàng khi xử lý các thiết bị
FACTS mà không có một quy trình đặc biệt
2.1 Ví dụ về số vòng dây độc lập và
hướng
Ví dụ hệ thống mẫu như hình:
nào. Điện áp 푉2 trong vector x là một hằng
푖
số, nó được xem cụ thể như một thanh cái
điều khiển điện áp và được gỡ khỏi vector
x. Bậc của ma trận LFB cũng được giảm về
1. Lượng công suất bơm vào QGi trong y1
có thể được tính cùng một cách đối với bất
kỳ thanh cái điều khiển điện áp nào đó.
III. Bộ phương trình dòng công suất
LFB, khảo sát topo mạch- phương pháp
tổng trở mạch vòng
3.1 Các phương trình cơ bản
Cũng theo [1], phương trinh LFB dưạ
̀
̉
trên cac phương trinh dong công suất va tôn
́
̀
̀
̀
thất công suất taị cac nhanh. Phương trinh
́
́
̀
Hình 2.1 Hệ thống mẫu
Ta có thể hình dung các vòng dây và hướng
như bên dưới
cân bằng công suất tac duṇ g va công suất
́
́
́
̀
́
phan khang ơ tất ca cac thanh cai ngoaị trư
̉
̉
̉
́
̀
̉
thanh cai cân bằng co thê đươc̣ viết bằng
́
ma trâṇ liên thuôc̣ .
Bộ phương trình dòng công suất LFB
bao gồm: phương trinh cân bằng công suất
̀
̉
tông quat, phương trinh điêṇ ap nhánh va
́
́
̀
̀
phương trinh goc pha mac̣ h vong được thể
́
̀
̀
hiện như sau:
̉
Phương trinh cân bằng công suất tông
̀
quat có dạng:
́
A.p – PGL – A’.l = 0
(3.1)
(3.2)
A.q – QGL – A’.m – H. V2 = 0
Phương trình điện áp nhánh có dạng:
Hình 2.2 Số vòng dây độc lập và hướng
(3.3)
Phương trình góc pha mạch vòng như
sau:
퐶푋푝 − 퐶푅푝 ≈ −퐶훼
Theo [1], trước khi thiết lập đầy đủ về
phương trình dòng công suất LFB đối với
ví dụ được viết, các ma trận liên thuộc
được đưa ra như sau:
(3.4)
Ma trận 퐴1푇+ và 퐴1푇− được thành lập khi lần
lượt cho phần tử 1 hay -1 trong ma trận A
bằng 0.
Ma trận l, m, k chứa thông tin thổn thất
công suất trên các nhánh.
푙1
푙2
0
0
−1
푙3
1
−1
0
푙4 푙5
푏푢푠 2 −1
1
0
A=
[
] (2.1)
푏푢푠 3
푏푢푠4
0
0
0
1
−1 −1
푙1
푙2
푙3
푙4 푙5
HVTH: Phạm Thương Thương
96
Luận văn thạc sỹ
GVHD: TS. Hồ Văn Hiến
2
Ma trận Vpv chính là bình phương điện áp
các nút PV.
nghĩa là biểu diễn bằng các đoạn thẳng
trong đó nút là nơi xuất phát của một hoặc
nhiều nhánh.
Ma trận X, R chính là thông số điện kháng
và trở kháng ban đầu tại các đường dây.
3.2 Ma trận dòng công suất LFB
Từ (2.1), (2.2), (2.3) và (2.4) ta có thể
đưa vào trong ma trận tổng quát như sau:
Khi các nhánh nối đi qua tất cả các nút
mà không tạo ra vòng kín thì tập hợp các
nhánh đó gọi là một cây của graph. Đối với
một graph nhất định sẽ có nhiều tổ hợp các
cây khác nhau. Ví dụ xem mạng điện sau:
(3.5)
Từ đây, ta có thể viết lại (2.5) dưới dạng
phương trình lặp là:
(푘)
(푘+1)
= 푦1 + 푦2 = 푦(푘)
(3.6)
2
퐴푝푞푉
푥
Sau khi phương trình (3.6) hội tụ, ta sẽ
tìm được một ma trận x chứa thông tin về
công suất tác dụng, công suất phản kháng
tại các nút và bình phương điện áp của các
nút PV.
Hình 3.1 Mạng điện khi có thêm các cây và
nhánh nối
Đó chính là kết quả sau khi phân bố lại
dòng công suất trong hệ thống.
3.3 Topo mạch – phương pháp tổng trở
mạch vòng
Ở đây, cây là các đường liền nét. Nhánh
nối là các đường gạch nối. Dòng điện mạch
vòng như các chiều mũi tên.
Mạng điện này có 8 nhánh và 5 nút: B = 8,
N = 5.
Phương pháp tổng trở mạch vòng dựa
vào định luật Kirchoff về điện áp, tổng số
các sụt áp theo một vòng kín bất kỳ nào
cũng phải bằng “0”[2]. Trong phương pháp
tổng trở mạch vòng, suất điện động trong
mạch vòng được tính theo các dòng điện
độc lập và phương pháp để vẽ được các
mạch vòng mà vẫn đảm bảo được đúng và
đủ các mạch vòng độc lập là phương pháp
cây-nhánh nối. Khảo sát về topo- nhánh nối
sẽ giúp hiểu rõ vấn đề này.
Số nhánh cây sẽ bằng: Bt = N – 1 = 4
(nhánh).
Số mạch vòng bằng số nhánh nối:
L = B – Bt = B – N + 1 = 8 – 4 + 5 = 4
(mạch).
IV. Bài toán áp dụng và kết quả phân bố
công suất
Cho mạng điện mẫu 5 nút như hình, các
thông số kèm theo gồm có điện kháng và
trở kháng tại các nhánh.
Mạch graph topo của mạng điện được
biểu diễn bằng các đường đơn giản suy ra
từ mạng điện nguyên thủy bằng cách nối tắt
các suất điện động nhánh, hở các nguồn
dòng điện, các trở nhánh đề bằng không, có
HVTH: Phạm Thương Thương
97
Luận văn thạc sỹ
GVHD: TS. Hồ Văn Hiến
Hình 4.1a Mạng điện mẫu
Sau khi giả sử chiều dòng công suất chạy
trên các nhánh thì ta có được như hình 4.1b
Hình 4.1b Mạng điện mẫu có thêm
chiều dòng công suất.
Bảng 1: Thông số nhánh
STT
nhánh
Đầu
Cuối
Điện trở
nhánh(pu)
0.02
Điện cảm
nhánh(pu)
0.06
Điện dung
nhánh(pu)
0.03
1
2
3
4
5
6
7
1
1
2
2
2
3
4
2
3
3
4
5
4
5
0.08
0.06
0.04
0.04
0.01
0.08
0.24
0.18
0.18
0.12
0.03
0.24
0.025
0.02
0.02
0.015
0.01
0.025
Bảng 2: Số liệu phụ tải ban đầu
Tên nút
Loại nút
Thông số P Thông số Q
1
2
3
4
5
1
1
0
0
0
0
0.2
-0.45
-0.4
-0.6
0
0
-0.15
-0.05
-0.1
Bảng 3: So sánh kết quả phân bố công suất bằng LFB với phương pháp NR
Đường dây
Từ Đến P(pu)-LFB Q(pu)-LFB P(pu)-LFB Q(pu)-LFB
1
2
3
4
5
6
7
1
1
2
2
2
3
4
2
3
3
4
5
4
5
0.86831
0.40287
0.24103
0.27246
0.53447
0.19350
0.06653
0.69914
0.15070
-0.01593
-0.01104
0.03412
0.03717
0.02811
0.89331
0.41791
0.24473
0.27713
0.54660
0.19386
0.06598
0.73995
0.16820
-0.02518
-0.01724
0.05558
0.02865
0.00518
Bảng 4: So sánh điện áp các nút giữa LFB với phương pháp NR
Nút
1
2
3
4
Điện áp nút(LFB) Điện áp nút(SVC)
1.06000
1.00000
0.98725
0.98413
0.97170
1.06000
1.00000
0.98725
0.98413
0.97170
5
HVTH: Phạm Thương Thương
98
Luận văn thạc sỹ
GVHD: TS. Hồ Văn Hiến
Bảng 5: So sánh kết quả phân bố công suất bằng LFB với phương pháp NR khi có SVC
Đường dây
Từ Đến P(pu)-LFB Q(pu)-LFB P(pu)-LFB Q(pu)-LFB
1
2
3
4
5
6
7
1
1
2
2
2
3
4
2
3
3
4
5
4
5
0.38926
0.27898
0.24640
0.25919
0.46617
0.07532
0.03383
0.04145
0.010143
0.12629
0.12299
0.00429
-0.01609
-0.08881
0.39208
0.28582
0.25092
0.26404
0.47434
0.07538
0.03454
0.01607
0.09399
0.11770
0.11540
0.01234
-0.02616
-0.11238
Bảng 6: So sánh điện áp các nút giữa LFB với phương pháp NR khi có SVC
Nút
1
2
3
4
Điện áp nút(LFB) Điện áp nút(SVC)
1.06000
1.05000
1.01231
1.01204
1.03000
1.06000
1.05000
1.01231
1.01204
1.03000
5
Phương pháp LFB cho kết quả phân bố
công suất sau 5 lần lặp (xem bảng 3, bảng
4) ta thấy các thông số đạt được của
phương pháp LFB với phương pháp truyền
thống là Newton Raphson gần như trùng
khớp. Như vậy có thể thấy được ưu điểm
của LFB là nhanh hội tụ, độ chính xác khá
cao.
đối với phương pháp LFB đã hội tụ sau 4
lần lặp và thông số đạt được như bảng số
4 và số 5.
Như vậy, có thể thấy rằng khi gắn thiết bị
FACTS(SVC) đã giúp cải thiện điện áp tại
nút đó cũng như việc tạo thuận lợi cho
việc phân bố lại công suất trong mạng điện
mẫu trên.
Sau khi gắn thiết bị SVC vào nút số 5 thì
IV. KẾT LUẬN
Phương pháp phân bố công suất bằng
giải thuật LFB có ưu điểm là đơn giản hơn
pháp truyền thống và kết quả đáng tin cậy.
Khi kết hợp với thiết bị bù tĩnh điều khiển
bằng Thyristor (SVC) sẽ giúp cải thiện
điện áp tại các nút một cách đáng kể.
Bên cạnh đó, giải thuật LFB cũng giúp
việc phân bố công suất tối ưu và cải thiện
cấu hình điện áp như đã thử nghiệm trên
hệ thống mẫu.
có ý nghĩa, giúp hệ thống điện vận hành
một cách linh hoạt, tăng độ tin cậy và tính
kinh tế trong vận hành. Đồng thời, việc sử
dụng SVC đem lại hiệu quả đáng kể trong
việc cải thiện cấu hình điện áp, nâng cao
tính ổn định điện áp trong trường hợp hệ
thống gặp các sự cố, giảm được tổn thất
đáng kể.
Nghiên cứu áp dụng SVC là một việc rất
TÀI LIỆU THAM KHẢO
equations”, IEE Proc.-Gener. Transm.
Distrib., Vol. 152, No. 1, January 2005B,
Venkata Slipa. An optimal power flow to
improve Power system security by using
[1] P. Yan, A. Sekar, “Steady-state
analysis of power system having multiple
FACTS devices using line-flow-based
HVTH: Phạm Thương Thương
99
Luận văn thạc sỹ
GVHD: TS. Hồ Văn Hiến
Particle Swarm Optimization. PG Scholar
Department of EEE, 2015.
[8] Water Murray, Tomas Tinoco De
Rubia and Adam Wigington, “Improving
robustness of Newton-based power flow
methods to cope with poor intial points”,
Stanford university and Electric Power
Research Institute.
[2] TS. Hồ Văn Hiến, “Hệ thống điện
truyền tải và phân phối (Tái bản lần thứ
nhất, có sửa chữa, bổ sung)”, NXB Đại
Học Quốc Gia Tp. HCM, 2005.
[3] PGS. TS Quyền Huy Ánh,” Giáo trình
giải tích mạng điện trên máy tính”, Đại
Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM, 2005.
[4] Võ Hồ Thy Hàn, Hồ Thế Bảo, “Báo
cáo thiết bị FACTS trong truyền tải”,
Trường ĐHBK TPHCM, tháng 12/2014.
[5] Nguyễn Trung, “Nghiên cứu đánh giá
vai trò và lựa chọn thiết bị FACTS sử
dụng cho hệ thống điện Việt Nam giai
đoạn 2015-2020”, Đại Học Đà Nẵng.
[9] Kumaraswamy, W.V. Jahnavi, T.
Devaraju, P. Ramesh, “An optimal power
flow (OPF) method with improved voltage
stability Analysis”, vol 2, 2012.
[10] Priyanka P. Tambe and K.D. Joshi.
“Power
flow
improvement
using
distributed static series compensator”,vol
1, issue 4,6/2012.
[6] Nguyễn Thế Vĩnh, “Điều khiển thiết bị
[11]
P.
Pavan
Kumar
and
bù tĩnh (SVC) và ứng dụng trong việc
nâng cao cho ổn định chất lượng điện năng
của hệ thống điện”, Đại Học Thái Nguyên.
[7] PGS.TS. Quyền Huy Ánh. Vận hành
tối ưu hệ thống điện
N.Poornachanndrarao “Improvement of
power low in the power system network by
using UPFC device”, vol 2, issue 3, 2012.
HVTH: Phạm Thương Thương
100
Luận văn thạc sỹ
GVHD: TS. Hồ Văn Hiến
Tp. Hồ Chí Minh, ngày.......tháng......năm 2017
Học viên thực hiện
Xác nhận của Giảng viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)
(Ký & ghi rõ họ tên)
HVTH: Phạm Thương Thương
101
7 trang
09/01/2024
27920
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giải tích hệ thống điện truyền tải dùng giải thuật Line Fow Based", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giai_tich_he_thong_dien_truyen_tai_dung_giai_thuat_line_fow.pdf
