Nghiên cứu ứng dụng thiết bị bù tĩnh trên hệ thống điện 500 kv
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BÙ TĨNH TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 500 KV
APPLICATION OF STATIC VAR COMPENSATOR IN 500 KV TRANSMISSION LINE
POWER SYSTEM
Nguyễn Thị Mi Sa(1,a), Nguyễn Đức Mạnh(1,b)
(1)Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
(2)Học viên Cao học Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
TÓM TẮT
Bài báo này thực hiện tính toán và phân tích các chế độ làm việc của hệ thống 500 kV Việt Nam
giai đoạn 2015 - 2020 trên cơ sở sụp đổ điện áp nút đã xác định được một số nút nguy hiểm cần quan
tâm. Trong luận văn này, việc nghiên cứu tính ổn định của hệ thống 500 kV Việt Nam trên công cụ
phần mềm PSAT và nghiên cứu đề xuất gắn thiết bị SVC vào hệ thống giúp tăng tính ổn định thống
điện 500 kV Việt Nam trong tương lai
Từ khóa: hệ thống điện, thiết bị bù tĩnh SVC
ABSTRACT
This paper analyzes and analyzes the working modes of the 500 kV Vietnam system from 2015
to 2020 based on the collapse of the node voltage and identifies a number of dangerous nodes of
concern. In this essay, the study of the stability of the 500 kV system in Vietnam on the PSAT
software tool and the proposed study of the integration of the SVC into the system will increase the
stability of the 500 kV power system in Vietnam in the future.
Keywords: Electrical system, static compensation equipment SVC
Sơ đồ mạch tương đương của SVC được
thể hiện trong Hình 1. Trong đó bao gồm 1 tụ
điện cố định và 1 cuộn dây có điện kháng thay
đổi được thông qua việc đóng ngắt các van
thyristor.
I. GIỚI THIỆU
Với các hệ thống điện lớn, phạm vi cấp
điện cho các phụ tải trên địa bàn rộng, đặc tính
tiêu thụ công suất của các khu vực khác nhau
nên trong quá trình vận hành, trào lưu công suất
trên các đường dây truyền tải sẽ thường xuyên
thay đổi theo chế độ vận hành. Việc sử dụng các
tụ bù thông thường không đảm bảo đáp ứng
được yêu cầu của việc giữ cho các tham số chế
độ nằm trong phạm vi cho phép. Hệ thống điện
500 kV Việt Nam theo quy hoạch phát triển có
những yếu tố tương tự như một hệ thống điện
lớn về cả công suất và phạm vi địa lý. Đối với
hệ thống truyền tải cao áp thì các thiết bị truyền
tải xoay chiều linh hoạt (FACTS) là phù hợp khi
muốn nâng cao khả năng truyền tải hoặc chất
lượng điện năng của hệ thống. Trong số các thiết
bị này thì thiết bị bù tĩnh SVC là lựa chọn phù
hợp nhằm giúp nâng cao độ ổn điện áp cho hệ
thống [1].
XTR
α
Th2
Th1
XC
α
BSVC
XL
Hình 1. Sơ đồ khối của SVC
Hình 2 là sơ đồ khối của khối điều khiển
điện độ điện nạp tương đương của SVC
(BSVC). Khi điện áp hệ thống thấp hơn giá trị
tham chiếu, giá trị của BSVC của SVC sẽ bơm
công suất phản kháng cho hệ thống, khi điện áp
hệ thống là cao hơn giá trị tham chiếu, BSVC
của SVC sẽ hấp thụ công suất phản kháng từ hệ
thống điện [10].
Do vậy, việc nghiên cứu lựa chọn sử dụng
thiết bị SVC để thực hiện việc điều khiển điện
áp trong quá trình vận hành lưới điện 500 kV
Việt Nam giai đoạn 2015 – 2020 là một việc rất
cần thiết, và đây chính là nội dung mà đề tài
hướng đến.
VPCC
BSVC,max
Kc
+
Vref
BSVC
1+sTc
+
Vc
BSVC,min
II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Mô hình SVC
SVC được sử dụng để điều chỉnh điện áp
tại bus kết nối bằng cách thêm vào đúng lượng
công suất phản kháng cần thiết cho các hệ thống
điện.
Hình 2. Sơ đồ điều khiển của SVC
Giả sử ở trạng thái hoạt động cân bằng của
hệ thống điện, phương trình tính toán BSVC của
SVC theo góc kích α như sau:
1/6
X
X
L
(
)
2α−sin 2α −π(2−
)
C
BSVC (α) =
πX
L
Ở đây XL và XC là điện kháng của điện
cảm và tụ điện của SVC tương ứng.
2. Mô hình và thông số SVC trong PSAT
Trong thư viện của PSAT có 2 mô hình của
SVC đó là SVC (Model 1) và SVC (Model 2)
như trong Hình 3. Trong đó, với Model 1 là dạng
đơn giản chỉ có điều khiển trong chế độ xác lập,
còn với Model 2 thì có thêm các thông số về xác
lập và độ trễ như trong Hình 4 [9].
Hình 5. Mô hình hệ thống lưới điện 500 kV
Việt Nam
So với cấu trúc thực tế, mô hình đã được
đơn giản hoá, loại bỏ những yếu tố không ảnh
hưởng đến đặc trưng chung của quá trình quá độ.
Các tổ máy nhỏ không có vai trò quyết định
được loại bỏ bằng cách cân bằng theo công suất
phụ tải ở cùng khu vực.
Các kết quả mô phỏng được thực hiện trên
công cụ PSAT dựa trên nền tảng MATLAB. Để
mô phỏng hệ thống điện 500 kV Việt Nam ta cần
tiến hành các bước như sau:
Hình 3. Hai dạng mô hình của SVC trong PSAT
Bước 1:
Xây dựng mô hình lưới 500 kV Bắc – Nam
trong chương trình PSAT với các công cụ có
sẵn. Kết quả được trình bày ở Hình 4.2. Trong
đó chỉ tập trung vào hệ các trạm và các nhà máy
phát điện kết nối vào lưới của hệ thống điện dây
500 kV.
Bước 2:
Mô phỏng bằng phần mềm PSAT để tìm ra
nút yếu nhất trong hệ thống bằng việc tăng dãy
công suất tại các phụ tải từ 10% cho đến 50 %
tại các nút chứa tải 2, 4, 10, 11, 12, 15, 16, 17,
19, 21, 26, 27, 29, 28, 34, 36, 39, 40, 41, 44 và
55 để khảo sát sự thay đổi của hệ thống 54 nút
tiêu chuẩn, kết quả sau mô phỏng được ghi nhận
tại Bảng 1 dưới đây:
Hình 4. Thông số cài đặt cho SVC Model 2
trong PSAT
III. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN
Bảng 1. Kết quả mô phỏng lưới 500 kV trong
chương trình PSAT
1. Cấu trúc hệ thống nghiên cứu
Ðể mang lại độ chính xác cao trong tính
toán đánh giá ảnh hưởng của các cụm nguồn
phát công suất, trong luận văn này tác giả khảo
sát lưới truyền tải bao gồm cấp điện áp 500 kV.
Hình 4.1 chỉ thể hiện sơ đồ đơn tuyến của cấp
điện áp 500 kV quy hoạch đến 2010. Tuy nhiên,
hiện nay đã có thêm rất nhiều các trạm khác
được xây dựng thêm. Với quy hoạch đến năm
2020 thì lưới điện 500 kV sẽ có 54 bus như thể
hiện trong Hình 5
PA1
10%
PA2
20%
PA3
30%
PA4
40%
PA5
50%
N
út
1
504.5 504.5 504.5 504.5 504.5
3
5
7
503
512
503
512
503
512
503
512
503
512
504.5 504.5 504.5 504.5 504.5
502.2 500.2 498.10 495.1 490.0
02
499.69 495.48
78
8
9
85
56
05
54
482.13 475.63
2
491.326
21
6
12 502.5 502.5 502.5
502.5 502.5
2/6
để giải quyết một loạt những yêu cầu của hệ
thống điện như điện áp, tần số,… khi có những
biến động lớn và nguy cơ mất ổn định. Do đó,
việc phân tích, nghiên cứu, tối ưu vị trí lắp đặt
thiết bị SVC góp phần trong việc nâng cao độ
tin cậy làm việc của hệ thống điện siêu cao áp.
Từ kết quả mô phỏng tại Bảng 1, ta sẽ dễ
dàng nhận thấy tại các vị trí 18, 33 và 38 là
những nút có nguy cơ tiềm ẩn nhất trên hệ thống
lưới 500 kV, với công nghệ SVC đã được nghiên
cứu và ứng dụng thực tiễn tại một số nước trên
thế giới. Để có cơ sở đánh giá, phân tích vị trí
lắp đặt thiết bị SVC trong hệ thống 500 kV, luận
văn này sẽ chọn 3 vị trí nguy hiểm nhất để khảo
sát phản ứng của hệ thống 500 kV sau khi lắp
SVC.
13 512.5 512.5 512.5
501.73 498.76
512.5 512.5
490.92 483.28
14
18
20
494.325
2
31
83
97
500.54 492.65
453.43
6
434.67
2
473.562
8
5
500.51 494.54
485.64 477.63
492.367
503
3
9
7
6
22 503
503
503
503
500.82 497.52
489.32 480.32
24
25
27
493.436
5
7
7
6
498.29 497.94
491.53 487.32
494.535
494.763
6
3
7
6
498.25 497.94
492.79 488.32
5
3
4
5
30 503.5 503.5 503.5
503.5 503.5
501 501
492.47 488.76
Bảng 2 trình bày kết quả sau khi chạy
chương trình trong phần chương PSAT khi lắp
đặt thiết bị SVC trên nút 18 (Vũng Áng), 33
(Đắk Nông) và 38 (Vĩnh Tân):
31 501
501
501
502.11 500.43
32
496.783
4
3
6
3
491.76
3
475.65
3
466.72
2
33 498.02
483.413
497.86
6
486.79 474.99
35
493.56 490.324
3
8
498.75 496.34
489.54 483.53
37
38
42
43
46
492.754
4
7
6
7
497.03 493.57
477.49
2
465.49
3
485.673
491.593
493.783
493.762
7
3
499.03 495.78
489.47 485.73
7
3
2
0
498.96 496.67
488.52 482.47
5
8
6
3
500.74 497.56
4.90.4 483.65
32
4
4
3
Từ kết quả sau mô phỏng ở trên ta nhận
thấy trên hệ thống 54 nút xuất hiện 3 vị trí có sự
thay đổi điện áp lớn và xuống dưới ngưỡng cho
phép là 5% bao gồm nút 18 (Vũng Áng), nút 33
(Đăk Nông) và nút 38 (Vĩnh Tân). Với kết trên
ta dễ dàng nhận thấy cần lắp đặt thiết bị bù công
suất phản kháng để ngăn chặn sụp đổ điện áp và
giúp cho hệ thống ổn định hơn. Trong đó tại vị
trí nút 18 có điện áp thấp nhất là điểm yếu nhất
trên hệ thống lưới 500 kV.
2. Đề xuất sử dụng các thiết bị SVC cho
hệ thống
Một trong những chỉ tiêu để đánh giá độ tin
cậy làm việc của các hệ thống điện siêu cao áp
chính là độ ổn định. Chức năng của SVC thì
tương tự như tụ bù nhưng thời gian phản ứng
nhanh chóng và hiệu quả. Ngoài ra, công suất
phản kháng được cung cấp bởi SVC còn dung
3/6
Bảng 2. Kết quả sau mô phỏng khi lắp SVC
được cân bằng hơn không còn vị trí nguy hiểm
trong hệ thống. Trong đó, vị trí đặt ở nút 18
(Vũng Áng) cho kết quả tốt nhất, điện áp các bus
được cải thiện đáng kể nằm trong phạm vi cho
phép.
Khi
chưa
lắp
SVC
504.5
503
Sau khi Sau khi
lắp lắp
SVC ở SVC ở
Sau khi
lắp SVC
ở nút 18
Nút
nút 33
504.5
503
nút 38
504.5
503
1
3
5
504.5
503
Điện áp khi chưa có SVC (xanh)
và có SVC ở nút 18 (đỏ)
512
512
512
512
520
500
480
460
440
420
400
380
7
8
9
504.5
490.05 499.27
475.63 494.93
502.5
512.5
483.28 498.73
434.67 494.17
477.63 499.72
504.5
504.5
501.28 503.63
503.67 502.25
502.5
512.5
503.72 502.76
474.92 473.72
501.24 502.36
504.5
12
13
14
18
20
22
24
25
27
30
31
32
33
35
37
38
42
43
46
502.5
512.5
502.5
512.5
503
503
503
503
480.32 497.36
487.32 499.27
488.32 501.73
50355
501
488.76 499.54
466.72 496.56
474.99 502.67
483.53 503.75
465.49 497.57
485.73 505.31
482.47 507.78
483.65 506.74
505.76 506.64
504.91 506.65
509.24 508.35
503.5
501
510.24 500.35
496.56 496.56
499.57 498.57
504.54 498.97
497.57 497.57
505.31 505.31
505.37 499.95
501.64 498.54
1
3
5
7
8
9
12 13 14 18 20 22 24 25 27 30 31 32 33 35 37 38 42
503.5
501
503.5
501
Hình 5. So sánh kết quả điện áp trước và sau
khi bù tại nút 18
Ngoài ra, Hình 6 và Hình 7 cho ta thông tin
về trị riêng của hệ thống nghiên cứu. Có thể thấy
rằng, tất cả các trị riêng này đều âm nên hệ thống
ổn định. Tuy nhiên, khi so sánh giữa trường hợp
có và không có sử dụng SVC thì ta lại thấy giá
trị của nghiệm gần trục ảo nhất khi chưa có SVC
là -0.1 thể hiện ở Hình 8 còn với trường hợp có
SVC thì giá trị này là -0.2 như trong Hình 9.
Điều này có nghĩa là khi có SVC thì độ dự trữ
ổn định của hệ tăng lên đáng kể.
Để thuận lợi trong việc quan sát và so sánh,
các kết quả này được trình bày ở Hình 4 như sau.
Trong đó đường màu đỏ là khi đặt SVC tại bus
18, đường màu xanh và màu xám lần lượt là kết
quả khi đặt SVC tại bus 33 và 38.
SO SÁNH ĐIỆN ÁP
KHI ĐẶT SVC TẠI
550
CÁC NÚT
500
450
Hình 6. Trị riêng của hệ khi không có SVC
1
3
5
7
9
1 1 1 3 1 5 1 7 1 9 2 1 2 3 2 5
Hình 4. So sánh kết quả điện áp khi bù tại 3 vị
trí
Từ kết quả sau mô phỏng cho chúng ta thấy
khi lắp đặt thiết bị SVC tại các vị trí nguy hiểm
nhất trên hệ thống lưới 500 kV Việt Nam, đã cải
thiện điện áp của hệ thống, giúp cho hệ thống
4/6
SVC cho cả 3 vị trí thì khả năng này sẽ cao hơn
0.9754
0.9754
0.9754
0.9754
0.9754
0.9753
0.5
1
1.5
2
2.5
x 10-3
Loading Parameter (p.u.)
0.983
0.983
0.9829
0.9829
0.9828
0.9828
0.9827
Hình 7. Trị riêng của hệ khi có SVC
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.5
1
1.5
2
2.5
x 10-3
Loading Parameter (p.u.)
0.976
0.976
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1
0.9759
0.9759
0.9759
-0.2
-0.15
-0.1
Real
-0.05
0
0.9759
0.5
1
1.5
2
2.5
x 10-3
Loading Parameter (p.u.)
Hình 10. Kiểm tra hệ số tải của các bus khi
không có và có SVC ở bus 18
Hình 8. Trị riêng có phần thực lớn nhất của
hệ khi chưa có SVC
1
0.5
0
IV. KẾT LUẬN
Yêu cầu tính toán các chế độ vận hành
trong giai đoạn 2015 -2020 và đề xuất các thiết
bị công nghệ cao để điều khiển thông số hệ
thống đảm bảo cho hệ thống vận hành tốt là mục
tiêu mà đề tài quan tâm giải quyết.
Áp dụng kết quả nghiên cứu, đề tài đã tính
toán phân tích chế độ làm việc và lựa chọn vị trí
lắp đặt SVC cho hệ thống điện Việt Nam.
Lắp đặt thiết bị SVC tại nút Vũng Áng
cũng góp phần đáng kể trong việc nâng cao điện
áp vận hành của hệ thống đồng thời phân bố hợp
lý trào lưu công suất trên các đường dây yếu
trong hệ thống, giảm tổn thất công suất qua đó
góp phần giảm gánh nặng đầu tư xây dựng mới
các đương dây truyền tải.
Do số liệu thu thập theo quy hoạch phát
triển hệ thống điện cho sơ đồ hệ thống điện 2015
-2020 sẽ có những thay đổi nhất định, cho nên
kết quả tính toán của luận văn này chỉ mang tính
chất tham khảo.
-0.5
-1
-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
Real
Hình 9. Trị riêng có phần thực lớn nhất của hệ
khi có SVC
Ngoài ra, để đánh giá mức độ ổn định của
các bus yếu, cụ thể là bus 18, bus 33 và bus 38
ta tiến hành kiểm tra hệ số tải và kết quả so sánh
thể hiện trong hình 4.9. Trong đó, các đường
màu đỏ thể hiện đáp ứng khi có SVC gắn vào
bus 18 và đường màu xanh là chưa có SVC.
Quan sát kết quả Hình 10 ta có thể kết luận được
khả năng của SVC giúp nâng cao tính ổn định
của hệ thống và khả năng tăng tải. Nếu kết nối
5/6
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Ganesan A/L Kalianan (2007). Power Flow Analysis for Unbalanced Power System
Using MATLAB. Bachelor of Electrical Engineering. Universiti Teknologi Malaysia, Skudai.
[2] M. A. PAI (1980). Computer Technique in Power System Analysis (1 ed.). New Delhi,
McGraw-Hill.
[3] J. Grainger and W. Stevenson, Power System Analysis, McGraw-Hill, New York, 1994.
[4] Hadi Saadat (2004). Power System Analysis. (2nd ed.). Singapore, McGrawHill.
[5] W. Hubbi. (1991). Effects of Neglecting Resistances in XB and BX Load-Flow
Methods. IEEE Proceedings-C, Vol.138, N0.5, September 1991.
[6] M. Moghavemi: “Real-time contingency evaluation and ranking technique”, in IEEE
Procedure on Generation, Transmission and Distribution, Vol. 145, No. 5, September 1998, p.
517-524.
[7] Musirin, T.K.Abdul Rahman, 2002, “Estimating Maximum Loadability for Weak Bus
Identification using FVSI”, IEEE Power Engineering Review, pp. 50-52.
[8] Ferdrico Milano, “Power system Analysis Toolbox: Quick Reference Manual for
PSAT”, version 2.1.6 2008.
[9] IEEE/CIGRE Joint Task Force Report “Definition and Classification of Power System
Stability”, IEEE Trans. On Power Systems, Vol.19, No.2, pp. 1387-1401, May 2004.
[10] Jia Hongjie, Yu Xiaodan, Yu Yixin 2005 “An Improved Voltage Stability Index & its
Application” Elsevier Ltd.
[11] Claudia Reis, Antonio Andrade, and F. P. Maciel Barbosa “Methods for Preventing
Voltage Collapse”.
[12] Lã Văn Út (2001), Phân tích và diều khiển ổn dịnh hệ thống diện, Nhà xuất bảnKhoa
học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[13] Trung tâm Ðiều dộ Quốc gia, Tổng công ty Ðiện lực Việt Nam (2010), Báo cáo tổng
hợp vận hành hệ thống diện quốc gia ngày 20/5/2015.
[14] Prabha Kundur (1993), Power System Stability and Control, McGraw-Hill, Inc., New
York.
[15] Static Synchronous Compensator (STATCOM) Courseware Sample by Lab-Volt Ltd.
[16] Adepoju G. A. Komolafe O. A.” Analysis and Modelling of STATCOM: A
Comparison of PowerInjection and Current Injection Models in Power Flow Study” International
Journal of Advanced TechnologyVol. 36 Nov. 2011.
[17] Prabha Shankar Kundur, Power System Stability and control, Power System
Engineering Series R.R. Donnelly and Sons Company. ISBN 0-70035958-X
[18] Trương Đình Nhơn, Phạm Văn Hiệp. Ứng dụng thiết bị bù ngang (SVC) để nâng cao
độ ổn định động của máy phát điện gió nguồn đôi (DFIG) kết nối với lưới điện. Tạp chí Khoa
học Giáo dục Kỹ thuật, số 29, tr. 44, 2014
Thông tin liên hệ tác giả chính (người chịu trách nhiệm bài viết):
Họ tên:
Đơn vị:
Điện thoại:
Email:
Nguyễn Đức Mạnh
Học viên Cao học Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
0988. 274. 268
XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
6/6
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 tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ
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 2018-2019 của Thư viện Trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
7 trang
09/01/2024
22200
Free
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu ứng dụng thiết bị bù tĩnh trên hệ thống điện 500 kv", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_ung_dung_thiet_bi_bu_tinh_tren_he_thong_dien_500.pdf
