Báo cáo nghiên cứu khoa học: "TÍNH TOÁN XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỂ NGHIÊN CỨU CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA THIẾT BỊ UPFC"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

99
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trên cơ sở nghiên cứu nguyên lý làm việc và mô hình tính toán của thiết bị UPFC, bài báo trình bày việc xây dựng các phần mềm tính toán và mô hình mô phỏng lắp đặt thiết bị UPFC trên đường dây truyền tải để nghiên cứu các chế độ vận hành của thiết bị UPFC.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: "TÍNH TOÁN XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỂ NGHIÊN CỨU CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA THIẾT BỊ UPFC"

TÍNH TOÁN XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỂ NGHIÊN CỨU CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA THIẾT BỊ UPFC A CALCULATION FOR BUILDING A SIMULATION MODEL TO RESEARCH THE OPERATION SYSTEMS OF UPFC NGUYỄN HỒNG VIỆT PHƯƠNG Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng NGÔ VĂN DƯỠNG Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Trên cơ sở nghiên cứu nguyên lý làm việc và mô hình tính toán của thiết bị UPFC, bài báo trình bày việc xây dựng các phần mềm tính toán và mô hình mô ph ỏng lắp đặt thiết bị UPFC trên đường dây truyền tải để nghiên cứu các chế độ vận hành của thiết bị UPFC. ABSTRACT On the basis of examin ing the working principle and calculated model of the UPFC, this article presents aimed at presenting to build calculated softwares and simulation models to install the UPFC on loading transmission lines for researching the operation systems of UPFC. 1. Đặt vấn đề Cùng với nhịp độ tăng trưởng của nền kinh tế và sự gia tăng dân số to àn cầu, nhu cầu tiêu thụ năng lượng không ngừng tăng lên trong đó năng lư ợng điện đòng vai trò then chốt. Từ đó hệ thống điện (HTĐ) cũng liên tục mở rộng và phát triển cả về nguồn và các đường dây truyền tải. Do tính chất tiêu thụ điện ở các khu vực trong từng thời khác nhau cho nên trào lưu công suất trên các đường dây truyền tải liên t ục thay đổi theo thời gian. Kinh nghiệm vận hành HTĐ cho thấy tại một thời điểm trên hệ thống có những đư ờng dây bị quá tải trong khi các đường dây khác non tải và ngược     lại. Nếu có những biện pháp điều chỉnh thông số HTĐ thích hợp có - 4 thể làm thay đổi trào lưu công suất 8 8 12 12 làm giảm quá tải cho một số đường 2000 2400 2500 2100 dây mà không cần phải cải tạo 1000 600 nâng cấp. Ví dụ xét sơ đồ HTĐ 4 4 như trên hình 1a, giả thiết khả năng Hình 1a Hình 1b 1500 1500 3000 3000 tải của các đường dây     PAB=PAC=2500MW, PBC=800MW, - 3 như vậy ở trường hợp nầy đường dây BC bị quá tải. Nếu trên đường 8 8 12 12 dây AB lắp đặt một tụ bù dọc có 1750 2000 2750 2500 XC=-4 như hình 1b, lúc nầy công 250 500 4 4 suất truyền tải trên các đường dây đều nằm trong giới hạn cho phép. Hình 1c Hình 1d 3000 3000 1500 1500 Khi phụ tải tại B và C thay đổi như
hình 1c sẽ dẫn đến đường dây AC bị quá tải, tương tự nếu lắp đặt tụ bù dọc có XC=-3 trên đường dây AB như hình 1d thì không có đường dây nào bị quá tải. Như vậy nếu tụ C trên đường dây AB có thể điều chỉnh được XC sẽ giúp điều khiển linh hoạt trào lưu công suất truyền tải trên HTĐ theo chế độ vận hành đảm bảo khả năng tải của các đường dây. Từ năm 1980 công nghệ FACTs đã cho ra đời hàng lo ạt thiết bị có khả năng điều khiển linh ho ạt trào lưu công suất trong hệ thống như: SVC, TCSC, STATCOM, TCPAR và UPFC... Trong đó UPFC là thiết bị có khả năng điều khiển dòng công suất tác dụng, công suất phản kháng và cả góc pha điện áp. Để tạo ra một công cụ cho phép nghiên cứu khả năng điều khiển của thiết bị UPFC, đề tài đã xây dựng mô hình mô phỏng hoạt động của thiết bị UPFC. 2. Nguyên lý làm việc và mô hình tính toán của thiết bị UPFC UPFC là một thiết bị của hệ thống FACTs đư ợc kết hợp từ 2 thiết bị STATCOM và SSSC. SSSC có nhiệm vụ tạo ra một vectơ điện áp nối tiếp trên đường dây có thể thay đổi được cả về modul và góc pha. STATCOM lấy STATCOM SSSC công suất tác dụng từ đường dây cung cấp cho SSSC, đồng thời đóng vai trò điều khiển điện áp cuối đường dây thông qua điều khiển công suất phản kháng. Thiết bị UPFC được sử dụng để Control điều khiển công suất tác dụng, công suất phản kháng và cả góc pha điện áp trên các đường dây Hình 2 truyền tải. Trong trường hợp được trang bị thêm bộ phận dự trữ năng lượng vào mạch liên kết DC, nó sẽ hoạt động hiệu quả hơn đối với quá trình quá độ trên đường dây do khả năng điều khiển được năng lượng bơm vào ho ặc lấy ra khỏi hệ thống thay vì chỉ thay đổi tham số đường dây Nút i Nút j Xnt truyền tải. Từ nguyên lý hoạt động, để sử dụng tro ng . . Ui Uj các bài toán giải tích mạng điện có thể sử dụng mô hình tính toán của thiết bị UPFC như sau: [1,3]  Piupfc  0,02rbntVi 2 sin   1,02rbntViV j sin( i   j   ) PiUPFC + j QiUPFC PjUPFC + j QjUPFC  2 Hình 3 Qiupfc  rbntVi cos  (1)   Pjupfc  rbntViV j sin( i   j   ) Q  jupfc  rbntViV j cos( i   j   ) 3. Nghiên cứu xây dựng chương trình mô phỏng vận hành thiết bị UPFC 3.1. Chương trình mô phỏng điều khiển dòng công suất truyền tải bằng thiết bị UPFC B A E Xnt HT1 HT2 C D PEUPFC PDUPFC j QEUPFC j QDUPFC Hình 4 PC + j QC PD + j QD
BẮT ĐẦU Vẽ sơ đồ lên màn hình Đọc file số liệu HTĐ UD=500kV, UE=500kV E=0, D=0, k=0 Chọn công suất ĐK  = 0; r = rmax/2; P= Pdat  = 90; r = rmax/2; Q=Qdat Nhận PD, PE, QD, QE Nhận PD, PE, QD, QE từ bàn mô phỏng từ bàn mô phỏng Tính và cập nhật PEUPFC, Tính và cập nhật PEUPFC, QEUPFC, PDUPFC, QDUPFC QEUPFC, PDUPFC, QDUPFC Tính chế độ xác lập Tính chế độ xác lập m = E- D m = E- D r=r+r r=r- r r=r+r r=r- r S S k=m k=m mk  mk  Q  Qdat Đ Đ P  Pdat P  Pdat   1 Q  Qdat   1 Hiển thị các thông số lên sơ Hiển thị các thông số lên sơ đồ HTĐ trên màn hình đồ HTĐ trên màn hình K K Lệnh dừng Lệnh dừng C C DỪNG Hình 5 Xét sơ đồ HTĐ như hình 4 gồm hai hệ thống HT1 và HT2 liên lạc với nhau qua đường dây truyền tải AB, đường dây cung cấp điện cho 2 trạm biến áp tại C và D. Cuối đư ờng dây CD có lắp đặt một bộ UPFC, thiết bị UPFC được thay thế bằng mô hình tính toán như mục 2, trong đó PEUPFC, QEUPFC, PDUPFC, QDUPFC được xác định theo (1). Sử dụng chương trình CONUS để tính toán chế độ xác lập kết hợp với việc thu nhận thông tin về thông số vận hành (PC, QC, PD, QD) và thông số điều khiển của thiết bị UPFC (r, ) tác giả đã xây dựng thuật toán chương trình mô phỏng UPFC tự động khống chế dòng công suất truyền tải trên đường dây (hình 5) và mô phỏng điều khiển UPFC (hình 6).
BẮT ĐẦU Vẽ sơ đồ lên màn hình 3.2. Xây dựng bàn mô phỏng vận hành thiết bị UPFC. Đề t ài đã xây dựng bàn mô phỏng Hệ thống điện có Đọc file số l iệu HTĐ lắp đặt thiết bị UPFC như hình 4 [2,4]. Để mô phỏng cácthông số vận hành (PD, QD, PE, QE) và thông số điều UD=500kV, E =500kV khiển của UPFC (r, ) bằng tín hiệu tương tự, đề tài sử dụng E =0, D=0, k=0 cầu phân áp như hình 7 để cung cấp điện áp thay đổi từ (0- 5)V cho bộ chuyển đổi tín hiệu AD/DA. Trong bộ chuyển Nhận thông tin đổi sử dụng con PIC lập trình để trao đổi tín hiệu giữa máy r,  , PD, PE, QD, QE t ừ bàn mô phỏng tính và thiết bị ngoại vi. Tín hiệu từ bàn mô phỏng thông qua bộ chuyển đổi được cung cấp cho chương trình mô phỏng, Tính và c ập nhật bằng các hệ số nhân thích hợp có thể điều khiển các thông số PEUPFC, QEUPFC, PDUPFC, QDUPFC vào file số liệu thay đổi trong phạm vi giới hạn cho phép: P D = 0-PDmax, QD = 0-QDmax, PE = 0-PEmax, QE=0-QEmax, r=0-rmax, =0-360o. Tính chế độ xác lập Thông số hệ thống điện được cập nhật trước trong file số bằng CT CONUS liệu, bàn mô phỏng, card chuyển đổi AD/DA và máy tính được kết nối như hình 8. Khởi động chương trình màn hình m = E- D mô phỏng như hình 9, chương trình liên tục cập nhật thông tin theo chu ký 3sec/lần, tính toán và hiển thị thông số chế S mk  k=m độ của hệ thống điện lên màn +12 o Đ hình. Khi thực hiện thay đổi V Hiển thị các thông thông số vận hành (PD, QD, PE, R1 số lên sơ đồ HTĐ +5V QE) và thông số điều khiển K UPFC (r, ) từ bàn mô phỏng, R2 Lệnh dừng thông số chế độ của hệ thống sẽ C thay đổi và có thể quan sát trực 0o DỪNG Hình 7 tiếp trên màn hình như đang vận hành hệ thống điện thực tế. Hình 6 Hình 8 Hình 9 Thực hiện một số chế độ vận hành trên bàn mô phỏng kết quả thu được như bảng 1 Bảng 1 Chế r PD QD PC QC UC UD PCE QCE PBD QBD  [MW] [MVar] [MW] [MVar] [V] [V] [MW] [MVar] [MW] [MVar] độ [độ] 1 60 0.010 400 320 100 80 524.11 501.83 63.21 74.94 336.83 323.21 2 60 0.020 400 320 100 80 523.86 502.35 72.21 79.57 327.82 318.54 3 60 0.020 450 320 100 80 523.69 501.08 80.30 82.56 369.73 327.41 4 60 0.011 450 320 100 80 523.91 500.60 72.21 78.44 377.83 331.58 Qua bảng 1 cho thấy ở chế độ 1 dòng công suất PCE = 63,21 MW, nếu ta điều chỉnh hệ số r từ r=0,010 lên r=0,020 thì PCE = 72,21MW (chế độ 2), tiếp tục tăng công suất tác dụng nút D lên P D=450MW khi đó dòng công suất trên đường dây CE tăng lên PCE=80,30MW (chế độ
3), nếu điều chỉnh r=0,011 thì PCE=72,21MW (chế độ 4). Như vậy thiết bị UPFC hoàn toàn có thể khống chế dòng công suất truyền tải trên đường dây CE theo một giá trị cho trước khi phụ tải thay đổi. Cũng có thể quan sát được tính chất nầy của thiết bị UPFC khi chuyển bàn mô phỏng sang chế độ tự động điều khiển dòng công suất truyền tải và cho chạy một số chế độ kết quả như bảng 2. Bảng 2 Chế Giá trị r PD QD PC QC UC UD QCE PBD QBD  độ đặt PCE [MW] [MVar] [MW] [MVar] [V] [V] [MVar] [MW] [MVar] [độ] [MW] 1 90 0.016 400 320 100 80 524.32 501.41 70 69.51 329.58 328.71 2 90 0.080 450 320 100 80 524.17 500.08 70 72.97 379.64 337.12 3 90 0.030 480 320 100 80 524.06 499.21 70 75.26 409.86 342.70 4 90 0.022 360 320 100 80 524.43 502.37 70 67.06 289.92 322.75 o Khi chuyển sang chế độ nầy hệ số  đư ợc giữ cố đình 90 , điều chỉnh thay đổi công suất tác dụng nút D một cách tuỳ ý, hệ thống điều khiển sẽ tự động điều chỉnh giá trị hệ số r để giữ cho dòng công suất trên đường dây CE theo giá trị đặt trước PCE=70MW. 4. K ết luận Nhờ khả năng điều khiển vectơ điện áp nối tiếp trên đư ờng dây truyền tải cả về modul lẫn góc pha cho nên thiết bị UPFC cho phép điều khiển linh hoạt dòng công suất truyền tải trên đường dây và điện áp cuối đường dây theo chế độ vận hành. Qua nghiên cứu nguyên lý làm việc và mô hình tính toán đề t ài đã xây dựng được mô hình mô phỏng vận hành thiết bị UPFC lắp đặt trên một đường dây truyền tải nối liền hai hệ thống điện có trao đổi công suất qua lại với nhau. Mô hình cho phép nghiên cứu khả năng điều khiển dòng công suất truyền tải trên đường dây và tự động khống chế dòng công suất truyền tải theo một giá trị định trước khi cho các thông số vận hành thay đổi. UPFC là một loại thiết bị mới thuộc hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTs), giá thành cao hơn nữa việc lắp đặt một thiết bị trên một đường dây truyền tải thực tế để phục vụ cho việc nghiên cứu là không thể thực hiện được. Cho nên mô hình mô phỏng vận hành thiết bị UPFC là một công cụ tốt giúp cho sinh viên và cán bộ nghiên cứu khả năng ứng dụng loại thiết bị nầy để điều khiển trào lưu công suất trong hệ thống điện nhằm nâng cao khả năng tải của các đường dây truyền tải điện. TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngô Văn Dưỡng, Nghiên cứu sử dụng thiết bị UPFC để điều khiển dòng công suất trên [1] các đường dây truyền tải thuộc HTĐ Việt Nam, tạp chí KH&CN-ĐHĐN số 4(21)/2007, 2007. Nguyễn Hồng Việt Phương, Nghiên cứu xây dựng bàn mô phỏng thiết bị UPFC, Đồ án [2] tốt nghiệp kỹ sư chuyên ngành Hệ thống điện, 2007. [3] Yong Hua Song and Allan T Jhons (1999), Flexible AC transmission systems (FACT), The Institution of Electrical Engineers, London, United Kingdom. [4] A.Mete Vural, Mehmet Tumay (2004), Analysis ang modeling of Unified power flow controller, Department of Electrical and Electronics Engineering, University of Gaziantep, Sahinbey, Gaziantep, 27310, Turkey.