Nghiên cứu tối ưu dung lượng bù cho lưới điện Bạc Liêu

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU DUNG LƯỢNG BÙ CHO LƯỚI ĐIỆN BẠC LIÊU

OPTIMIZATION THE SIZE OF THE COMPENSATOR IN BAC LIEU

POWER GRID

Đinh Công Phụng Dực,Trương Đình Nhơn

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM

TÓM TẮT

Trong bài báo này tác giả sử dụng giải thuật di truyền (GA- Genetic Algorithm) để

xác định dung lượng bù phù tối ưu cho thiết bị bù đồng bộ tĩnh (STATCOM) để bù công suất

phản kháng trên lưới điện trong khu vực khi nhà máy điện gió Bạc Liêu để nâng cao tính ổn

định của hệ thống. Các kết quả mô phỏng được thực hiện trên phần mềm MATLAB với các sự

cố ngắn mạch 3 pha. Từ các kết quả mô phỏng ta thấy việc sử dụng thiết bị STATCOM vào hệ

thống lưới điện Bạc Liêu không những nâng cao khả năng truyền tải công suất mà còn nâng

cao khả năng ổn định điện áp của lưới điện.

Từ khóa: Giải thuật di truyền (GA- Genetic Algorithm), thiết bị bù đồng bộ tĩnh

(STATCOM). Xác định dung lượng bù.

ABSTRACT

In this paper, the authors use the genetic algorithm (GA) to determine the optimal

compensation capacity for static synchronous compensation device (STATCOM) to

compenstate the reactive power on the regional power grid when Bac Lieu wind power plant

provides stable electricity. The simulation results were performed on MATLAB software with

3-phase short-circuit fault. From the simulation results, we can see that the use of STATCOM

equipment in Bac Lieu power grid not only improves the capacity of transmission capacity but

also improve the voltage stability of the grid.

Key words: Genetic Algorithm (GA), static synchronous compensation device

(STATCOM), Determine the amount of the size.

1. Tổng quan

đặc biệt là vấn đề về tính đồng bộ, tính ổn định

Hệ thống điện cũng ngày càng phát triển để của hệ thống.Vì vậy việc đề xuất ra phương

đáp ứng đầy đủ nhu cầu cho sự phát triển cuả pháp để giải quyết bài toán kỹ thuật và kinh tế

xã hội. Điều này làm cho việc vận hành hệ trong vấn đề truyền tải mạng điện cao áp,

thống điện ngày càng trở nên phức tạp hơn, những vấn đề liên quan đến ổn định động, ổn

72

định tĩnh, khả năng truyền tải của các đường Các thiết bị FACTS thường sử dụng:

dây, chất lượng điện năng, giảm tổn thất trên

Static Var Compensator (SVC): Bộ bù tĩnh.

đường dây truyền tải… hạn chế tới mức thấp

Static

Synchronous

Compensator

nhất những sự cố có thể xảy ra hết sức cần

thiết. Trong bài báo này tác giả sử dụng giải

thuật di truyền (GA- Genetic Algorithm) để

xác định dung lượng bù phù tối ưu cho thiết bị

bù đồng bộ tĩnh (STATCOM) để bù công suất

phản kháng trên lưới điện trong khu vực khi

nhà máy điện gió Bạc Liêu cung cấp điện được

ổn định.

(STATCOM): Bộ bù đồng bộ tĩnh.

Thyristor Controlled Series Compensator

(TCSC): Bộ bù dọc điều khiển Thyristor.

Static Synchronous Series Compensator

(SSSC): Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh.

Unified Power Flow Controller (UPFC): Bộ

điều khiển dòng công suất hợp nhất.

2. Cơ sơ lý thuyết

2.1 Giới thiệu về thiết bị FACTS

High Voltage Direct Current (HVDC): Đường

dây một chiều cao áp.

Để nâng cao chất lượng điện áp và ổn định

điện áp cho hệ thống điện, hiện nay đã có rất

nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng

các thiết bị bù công suất phản kháng. Tuy

nhiên, các thiết bị bù đó vẫn chưa đáp ứng

được các yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy khi

hệ thống có sự thay đổi đột ngột về nhu cầu

công suất phản kháng. Vì thế, các thiết bị

truyền tải điện xoay chiều linh hoạt – FACTS

đã ra đời và đáp ứng được các yêu cầu về độ

phản ứng nhanh nhạy cũng như dung lượng bù

tối ưu cho hệ thống trong mọi chế độ làm việc.

Ngoài ra, FACTS còn dùng để nâng cao khả

năng điều khiển hệ thống điện và tăng khả

năng truyền tải công suất trên đường

dây.[1],[2],[3]

2.2 Thiết bị bù đồng bộ tĩnh STATCOM

Chức năng của STATCOM thì tương tự như

của một tụ bù đồng bộ nhưng thời gian phản

ứng cực kỳ nhanh chóng và hiệu quả. Tóm lại,

STATCOM cung cấp bù công suất phản kháng

để giải quyết một loạt những yêu cầu chất

lượng cho hệ thống điện như điện áp, tần số

của hệ thống lưới điện công nghiệp khi bản

thân nó có biến động và nguy cơ mất ổn định.

Một hệ thống STATCOM hoàn thiện cơ bản

bao gồm một nguồn điện áp DC, bộ VSC và

một máy biến áp ghép nối với lưới điện.

Cấu trúc cơ bản của STATCOM là sử dụng kỹ

thuật nghịch lưu áp dựa vào các thiết bị điện tử

FACTS được định nghĩa bởi IEEE là “Hệ công suất (GTO hoặc IGBT) có khả năng ngắt

thống sử dụng các thiết bị điện tử công suất và dòng điện theo lệnh đóng mở. Điều này cho

các thiết bị tĩnh khác để điều khiển một hoặc phép STATCOM phát nguồn AC tại đầu bộ

nhiều thông số của hệ thống đường dây truyền nghịch lưu với một tần số cơ bản như mong

tải điện xoay chiều, qua đó, nâng cao khả nâng muốn và biên độ điện áp có thể điều khiển

điều khiển và khả năng truyền tải công suất”.

được.[4],[5]

73

3.1 Giải thuật di truyền (Genetic Algorithm-

Hệ thống điện

V_s,

GA)

I_ST

V_s

MBA

Bộ lộc

Giải thuật di truyền (Genetic Algorithm - GA)

là một trong những mô hình tính toán phổ biến

và thành công trong lĩnh vực tính toán thông

minh. Giải thuật di truyền vận dụng các

nguyên lý của tiến hóa như chọn lọc, sinh sản,

đột biến nhằm tìm ra phương án tối ưu nhất đẻ

chọn lựa và vện hành hệ thống tiết kiệm và

hiệu quả nhất. Giải thuật di truyền sử dụng

ngôn ngữ máy tính để mô phỏng quá trình vận

hành, thay đổi các thông số đường dây, các

tính toán này sẽ tiến triển theo hướng chọn lọc

những giải pháp tốt hơn.

ghép nối

E

P_ISTA

I_STA

Bộ nghịch lưu áp

V_re

V_dc

Hình 1: Sơ đồ cấu trúc của STATCOM.

Giải thuật di truyền được sử dụng nhằm:Tối

ưu hóa, nâng cao hiệu quả vận hành của hệ

thống đang khai thác.Thử nghiệm hoặc ứng

dụng mô hình định lượng.Giải các bài toán cực

đai hóa hoặc cực tiểu hóa của hệ thống đang

khai thác.

Hình 2. Mô hình các phần tử của khối

STATCOM

Việc thay đổi công suất phản kháng được thực

hiện bằng bộ VSC nối bên thứ cấp của máy

biến áp. VSC sử dụng các linh kiện điện tử

công suất (GTO, IGBT hoặc IGCT) để điều

chế điện áp xoay chiều ba pha E từ nguồn một

chiều. Nguồn một chiều này được lấy từ tụ

điện. Nguyên lý hoạt động của STATCOM

được chỉ rỏ trong hình 2.3, thể hiện công suất

tác dụng và phản kháng truyền giữa điện áp hệ

thống để điều khiển là Vl và điện áp được tạo

ra bởi VSC là E. STATCOM là một thiết bị bù

ngang, nó điều chỉnh điện áp tại vị trí nó lắp

đặt đến giá trị cài đặt Vref thông qua việc điều

chỉnh biên độ và góc pha của điện áp rơi giữa

STATCOM.

3.2 Các bước giải thuật di truyền

Bắt đầu

Nhận các tham số

của bài toán

Khởi tạo quần thể

ban đầu

Tính giá trị thích nghi

Điều kiện

dừng

Sinh sản

Lai ghé p

Lựa chọn giải pháp tốt

nhất

Đột biến

Kết

thúc

Hình 3: Sơ đồ giải thuật của GA

Sau số lần xác định lặp lại, giá trị cuối cùng

được tạo ra là tốt nhất trong hệ thống. Xác

3. Giải thuật

74

định vị trí của bus cần phải được bù khi chúng

ta chọn vùng bus có giá trị tải lớn.

1.2

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0

4 Kết quả nghiêng cứu

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Thoi gian (s)

Hình 7. Điện áp bus An Xuyên

1.2

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Thoi gian (s)

Hình 8. Điện áp bus Ngọc Hiền

1.2

Hình 4. Hệ thống điện Bạc Liêu

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0

Bộ điều khiển điện áp AC và DC của

STATCOM sử dụng là các bộ PI tiêu chuẩn

như mô tả trong sơ đồ khối Hình 5.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Thoi gian (s)

Hình 9. Điện áp bus Trà Nóc

1550

1500

1450

1400

1350

1300

1250

1200

1150

1100

1050

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Thoi gian (s)

Hình 10. Điện áp bus DC của STATCOM

Kết quả mô phỏng khi giả lập sự cố ngắn mạch

3 pha tại bus Bạc Liêu 110 kV tại thời điểm

0,2 giây và kéo dài trong 0.1 giây khi có sử

dụng thiết bị bù STATCOM và khi không có

sử dụng trong các hình như trên.Đường màu

xanh to minh họa cho trường hợp có

STATCOM với dung lượng tính ra từ giải

thuật GA và Đường màu xanh nhỏ minh họa

cho trường hợp không có STATCOM.

Hình 5. Bộ điều khiển cơ bản của STATCOM

1.2

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Thoi gian (s)

Hình 6. Điện áp bus Bạc Liêu

75

5 Kết luận

trong trường hợp có gắn thiết bị STATCOM là

Qua các hình từ 6 đến 10.Có thể nhận thấy tốt hơn so với không có gắn thiết bị

rằng độ dao động quá độ của các thông số điện STATCOM.

áp và dòng điện tại một vài nút trong hệ thống

76

Tài liệu tham khảo

[1] N. G. Hingorani and L. Gyugyi, Understanding FACTS: Concepts and Technology of

Flexible AC Transmission Systems, New York, USA: IEEE Press, 2000.

[2] X.-P. Zhang, C. Rehtanz, and B. Pal, Flexible AC Transmission Systems: Modelling

and Control, Berlin, Germany: Springer, 2006.

[3] L. Gyugyi, ‘Unified power-flow control concept for flexible AC transmission systems”

IEE Proceedings - Generation, Transmission - Distribution, vol. 139, no. 4, pp. 323-331,

Jul. 1992.

[4] Phạm Văn Huy. Nghiên cứu STATCOM, ứng dụng trong truyền tải điện năng, 2013.

[5] Ứng dụng thiết bị bù đồng bộ tĩnh (STATCOM) để nâng cao ổn định trong hệ thống

điện khu vực Bạc Liêu. PSG.TS-Trương Đꢀnh Nhơn¹, Nguyễn Hải Tâm²

Thông tin liên hệ tác giả chính (người chịu trách nhiệm bài viết):

Họ tên: Đinh Công Phụng Dực

Đơn vị: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM

Điện thoại: 0902976416

Email: [email protected]

XÁC NHẬN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PGS.TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

1

BÀI BÁO KHOA HỌC

THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ

Bài báo khoa học của học viên

có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn

Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam.

Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý

của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!

Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2019-2020 của Thư viện Trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.