Nghiên cứu ảnh hưởng của độ lệch điện áp yêu cầu đến lựa chọn vị trí và dung lượng bù tối ưu khi thiết kế, vận hành hệ thống phân phối

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

0
23
lượt xem
0
download

Nghiên cứu ảnh hưởng của độ lệch điện áp yêu cầu đến lựa chọn vị trí và dung lượng bù tối ưu khi thiết kế, vận hành hệ thống phân phối

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo giới thiệu phương pháp bù CSPK bằng tụ điện để giảm tổn thất công suất và hỗ trợ điện áp nút. Từ đây, đề xuất phương pháp lựa chọn vị trí, dung lượng bù tối ưu theo chỉ số hiệu quả bù của tụ điện trong HTPP và phương pháp lựa chọn vị trí, dung lượng bù tối ưu bằng mô hình luồng công suất tối ưu (OPF) với mục tiêu là cực tiểu tổn thất CSTD và các ràng buộc về giới hạn công suất bù, độ lệch điện áp yêu cầu…

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ảnh hưởng của độ lệch điện áp yêu cầu đến lựa chọn vị trí và dung lượng bù tối ưu khi thiết kế, vận hành hệ thống phân phối

Vũ Văn Thắng và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 74(12): 51 - 56<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ LỆCH ĐIỆN ÁP YÊU CẦU<br /> ĐẾN LỰA CHỌN VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG BÙ TỐI ƯU KHI THIẾT KẾ,<br /> VẬN HÀNH HỆ THỐNG PHÂN PHỐI<br /> <br /> Vũ Văn Thắng1*, Đặng Quốc Thống2, Bạch Quốc Khánh2<br /> 1<br /> <br /> Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên<br /> 2<br /> Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Khi thiết kế và vận hành Hệ thống phân phối (HTPP), tổn thất công suất và độ lệch điện áp tại các<br /> nút phụ tải rất được quan tâm bởi tổn thất công suất và độ lệch điện áp thường lớn. Bài báo giới<br /> thiệu phương pháp bù CSPK bằng tụ điện để giảm tổn thất công suất và hỗ trợ điện áp nút. Từ đây,<br /> đề xuất phương pháp lựa chọn vị trí, dung lượng bù tối ưu theo chỉ số hiệu quả bù của tụ điện<br /> trong HTPP và phương pháp lựa chọn vị trí, dung lượng bù tối ưu bằng mô hình luồng công suất<br /> tối ưu (OPF) với mục tiêu là cực tiểu tổn thất CSTD và các ràng buộc về giới hạn công suất bù, độ<br /> lệch điện áp yêu cầu… đồng thời đánh giá ảnh hưởng của độ lệch điện áp yêu cầu tới kết quả lựa<br /> chọn vị trí và dung lượng bù. Kết quả nghiên cứu được khảo sát trên HTPP 22kV, 33 nút bằng<br /> ngôn ngữ lập trình GAMS.<br /> Từ Khoá: HTPP, Vị trí và dung lượng bù tối ưu.<br /> <br /> <br /> GIỚI THIỆU<br /> Giảm tổn thất công suất là vấn đề rất được<br /> quan tâm khi thiết kế và vận hành hệ thống<br /> điện (HTĐ). Hệ thống phân phối (HTPP) với<br /> điện áp thấp, tổng trở đường dây lớn nên tổn<br /> thất công suất chiếm tỷ lệ khá lớn (khoảng<br /> 13% tổng tổn thất công suất trong hệ thống<br /> [1]), do đó trong thiết kế, vận hành HTPP cần<br /> đặc biệt quan tâm đến chỉ tiêu giảm tổn thất<br /> công suất. Có nhiều biện pháp giảm tổn thất<br /> công suất trong HTPP như: nâng cao điện áp<br /> vận hành, sử dụng dây dẫn có tiết diện lớn,<br /> cân bằng phụ tải, bù công suất phản kháng<br /> (CSPK)… trong đó phương pháp bù CSPK<br /> bằng tụ điện có hiệu quả cao (giảm tổn thất<br /> công suất và tổn thất điện năng, nâng cao hệ<br /> số công suất, giảm tổn thất điện áp, giảm nhu<br /> cầu đỉnh và nâng cao chất lượng điện<br /> năng…[2]) nên đã được quan tâm từ rất sớm.<br /> Vì vậy, vấn đề quan trọng đặt ra là lựa chọn<br /> vị trí và dung lượng bù tối ưu của tụ điện<br /> trong HTPP như thế nào?<br /> <br /> <br /> <br /> Tel: 0915.176.569, Email: thangvvhtd@tnut.edu.vn<br /> <br /> Tính toán chế độ xác lập của HTĐ thường sử<br /> dụng phương pháp luồng tải (Load Flow LF) được giới thiệu trong [3], trong [4] giới<br /> thiệu phương pháp luồng công suất tối ưu<br /> (Optimal Power Flow - OPF). Để đánh giá<br /> hiệu quả của các máy phát theo vị trí trong<br /> HTĐ, [5] giới thiệu một tập các chỉ số tăng<br /> tổn thất công suất theo vị trí đặt và một số<br /> phương pháp giải tích lưới điện phân phối.<br /> Chỉ số phản ánh tổn thất công suất và phương<br /> pháp xác định vị trí bù tối ưu sử dụng phương<br /> pháp PGSA (Plant Growth Simulation<br /> Algorithm) được giới thiệu trong [1] và tương<br /> tự trong [6] sử dụng phương pháp PSO<br /> (Particle Swarm Optimization)…<br /> Bài báo giới thiệu một chỉ số hiệu quả bù<br /> CSPK tại những vị trí khác nhau trong HTPP,<br /> từ đó trong thiết kế và vận hành HTPP có thể<br /> xác định sơ bộ vị trí và dung lượng bù tối ưu.<br /> Phương pháp OPF được điều chỉnh phù hợp<br /> với HTPP và ứng dụng để lựa chọn vị trí,<br /> dung lượng bù tối ưu của tụ điện, đồng thời<br /> ràng buộc về độ lệch điện áp các nút được<br /> xem xét để đánh giá tác động của chúng đến<br /> kết quả tính toán. Kết quả nghiên cứu được<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> | 51<br /> <br /> Vũ Văn Thắng và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> khảo sát trên HTPP điện áp 22kV, 33 nút<br /> bằng ngôn ngữ lập trình GAMS [7].<br /> Phần tiếp theo của bài báo được bố trí như<br /> sau: Phần II trình bày mô hình bài toán với<br /> phương pháp luồng công suất tối ưu trong<br /> HTPP và ứng dụng xác định chỉ số hiệu quả<br /> bù, vị trí và dung lượng bù tối ưu của tụ điện.<br /> Phần III trình bày kết quả tính toán áp dụng<br /> trên HTPP 22kV sẵn có và kết luận được trình<br /> bày trong Phần IV.<br /> XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÀI TOÁN<br /> Phương pháp luồng công suất tối ưu<br /> trong HTPP (Distribution Optimal Power<br /> Flow - DOPF)<br /> HTPP cung cấp điện từ nguồn tới phụ tải phổ<br /> biến theo sơ đồ hình tia, cấp điện áp nhỏ hơn<br /> 35kV với tỷ lệ R/X lớn. Do đó, các phương<br /> pháp giải tích mạng điện phổ biến như<br /> Newton-Raphson hoặc Gauss-Seidel thường<br /> khó hội tụ. Trong những năm gần đây đã phát<br /> triển phương pháp OPF và được dùng phổ<br /> biến với mục tiêu là cực tiểu chi phí hoặc cực<br /> tiểu tổn thất công suất trong hệ thống.<br /> <br /> + Ui, Uj là điện áp nút i và j<br /> + i, j là góc pha của điện áp nút i và j<br /> + Gij là điện dẫn của đoạn ij<br /> + Yij là tổng dẫn của đoạn ij<br /> + ij là góc pha của Yij<br /> + Ppt.i, Qpt.i là CSTD và CSPK của phụ tải tại nút i<br /> + Pi, Qi là CSTD và CSPK tại nút i<br /> + Qbu.i là CSPK bù tại nút i<br /> + Qbu là tổng công suất bù trong HTPP<br /> <br /> Sơ đồ giải tích thông số chế độ của HTPP trên<br /> hình 1.<br /> Chỉ số hiệu quả bù CSPK của tụ điện<br /> <br /> Mô hình OPF được sửa đổi phù hợp với<br /> HTPP và tổng hợp dung lượng bù của tụ điện<br /> tại các nút phụ tải như sau:<br /> - Hàm mục tiêu cực tiểu tổn thất công suất tác<br /> dụng (CSTD)<br /> P <br /> <br /> 1<br /> 2<br /> <br /> 74(12): 51 - 56<br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ khối tính toán thông số HTPP<br /> <br />  G ij U i2  U 2j  2U i U j . cos( j  i ) Min (1)<br /> N N<br /> <br /> i 1 j1<br /> <br /> - Ràng buộc cân bằng công suất nút<br />  Ppt.i <br /> <br /> N<br /> <br />  YijU i U j . cos(ij   j   i )<br /> j1<br /> <br /> Q bu.i  Q pt.i  <br /> <br /> N<br /> <br /> <br /> <br /> (2)<br /> Yij U i U j . sin( ij   j   i )<br /> <br /> j1<br /> <br /> - Ràng buộc công suất nguồn<br /> Pi. min  Pi  Pi. max<br /> Q i. min  Q i  Q i. max<br /> <br /> (3)<br /> <br /> - Ràng buộc công suất bù<br /> (4)<br /> Qbu   Qbu. max<br /> - Ràng buộc về độ lệch điện áp:<br /> U i. min  U i  U i. max<br /> <br /> (5)<br /> <br /> Trong đó:<br /> + P là tổng tổn thất CSTD<br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ khối tính toán chỉ số hiệu quả bù<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> | 52<br /> <br /> Vũ Văn Thắng và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 74(12): 51 - 56<br /> <br /> Khi tụ điện tham gia trong HTPP sẽ làm giảm<br /> tổn thất công suất và tổn thất điện năng toàn<br /> hệ thống. Để đánh giá hiệu quả bù của tụ điện<br /> tại những vị trí khác nhau, bài báo giới thiệu<br /> một chỉ số hiệu quả bù của tụ điện.<br /> Chỉ số hiệu quả bù của tụ điện (ký hiệu iP)<br /> thể hiện lượng tổn thất CSTD toàn hệ thống<br /> giảm được khi bù CSPK tại mỗi nút (thường<br /> xét dung lượng bù thay đổi một đơn vị<br /> CSPK), được xác định theo biểu thức:<br />  iP <br /> <br /> P<br /> Q pt.i<br /> <br /> <br /> Qbu.i 0<br /> <br /> P<br /> Q' pt.i<br /> <br /> Qbu.i 1 ( p.u )<br /> <br /> (6)<br /> Trong đó: Q'pt.i là CSPK tiêu thụ tại nút i khi<br /> có sự tham gia của Qbu.i.<br /> Tính toán chỉ số hiệu quả bù của tụ điện được<br /> thực hiện theo sơ đồ hình 2.<br /> KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ÁP DỤNG<br /> Kết quả tính toán áp dụng thực hiện trên<br /> HTPP sẵn có điện áp 22kV, 33 nút như trên<br /> hình 3 bằng ngôn ngữ lập trình GAMS.<br /> Xác định chỉ số hiệu quả bù của tụ điện<br /> Kết quả tính toán chỉ số hiệu quả bù của tụ<br /> điện khi xét dung lượng bù tại từng nút thay<br /> đổi là 0.1MVAr theo sơ đồ khối hình 2 có chỉ<br /> số iP (6) thể hiện trên hình 4.<br /> <br /> Hình 4. Chỉ số iP<br /> <br /> Mỗi nút có chỉ số hiệu quả bù khác nhau, các<br /> nút 13 đến 18 và 29 đến 33 có chỉ số hiệu quả<br /> bù lớn (nút 18 là 23.7kW và nút 33 là<br /> 21.1kW) là những nút xa nguồn, điều này là<br /> do giảm được lượng CSPK truyền tải rất xa từ<br /> TBA đến phụ tải. Kết quả tính toán cho ta cơ<br /> sở lựa chọn vị trí bù tối ưu là tại những nút có<br /> chỉ số hiệu quả bù lớn.<br /> Xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu của<br /> tụ điện khi không xét các ràng buộc<br /> (trường hợp 1)<br /> Tính toán cho HTPP trên hình 3, điện áp<br /> 22kV với tổng CSTD là 10.68MW và CSPK<br /> là 8.84MVAr, không xét đến ràng buộc công<br /> suất bù và điện áp (biểu thức 4 và 5) theo sơ<br /> đồ khối hình 1. Từ kết quả tính toán vị trí và<br /> dung lượng bù tối ưu trên hình 5 thấy rằng,<br /> khi không xét đến các ràng buộc, tất cả các<br /> nút đều được bù với dung lượng lớn, thường<br /> bù toàn bộ phụ tải CSPK (nút 18, 22, 33) hoặc<br /> lớn hơn phụ tải CSPK (nút 6, 7 hoặc 27), đảm<br /> bảo dòng CSPK chạy trên các đoạn đường<br /> dây nhỏ nhất (bằng 0) dẫn đến tổn thất<br /> CSTD là nhỏ nhất và vị trí, dung lượng bù<br /> tối ưu của tụ điện<br /> <br /> Hình 3. Sơ đồ HTPP<br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> Hình 5. Phụ tải CSPK<br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> | 53<br /> <br /> Vũ Văn Thắng và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 74(12): 51 - 56<br /> <br /> Xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu của<br /> tụ điện khi xét ràng buộc về giới hạn công<br /> suất bù (trường hợp 2)<br /> Tính toán tương tự như phần 2 khi xét đến<br /> ràng buộc CSPK bù trong toàn HTPP theo<br /> các biểu thức 1 đến 4. Kết quả tính toán vị<br /> trí và dung lượng bù tối ưu khi nâng hệ số<br /> công suất lên 0.9 với tổng dung lượng bù<br /> giới hạn là 3.67MVAr như trên hình 6.<br /> Hình 7. Vị trí và dung lượng bù tối ưu của tụ điện<br /> khi xét đến ràng buộc điện áp<br /> <br /> Hình 6. Vị trí và dung lượng bù tối ưu của tụ điện<br /> <br /> Từ kết quả thấy rằng, vị trí lựa chọn bù là tại<br /> những nút có chỉ số hiệu quả bù cao tương<br /> ứng như kết quả trên hình 4 (nút 13 đến 18 và<br /> 29 đến 33) với dung lượng bù lựa chọn là khá<br /> tập trung (nút 18 là 440kVAr và nút 33 là<br /> 390kVAr). Điều này đảm bảo mục tiêu đề ra<br /> là tổn thất công suất sẽ nhỏ nhất do giảm<br /> được luồng CSPK truyền tải từ nguồn đến các<br /> phụ tải xa.<br /> Xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu của<br /> tụ điện khi xét đến ràng buộc điện áp nút<br /> yêu cầu (trường hợp 3)<br /> Tính toán tương tự như phần 2 khi xét đến<br /> ràng buộc điện áp nút (5) với giả thiết tất cả<br /> các phụ tải có yêu cầu cao về điện áp nên độ<br /> lệch điện áp nút yêu cầu là (1.01.05)p.u.<br /> Kết quả xác định vị trí và dung lượng bù tối<br /> ưu trên hình 7 cho thấy, những nút có chỉ số<br /> hiệu quả bù lớn như nút 18, 33 vẫn được ưu<br /> tiên lựa chọn bù nhưng dung lượng bù đã tăng<br /> đáng kể để nâng cao điện áp theo yêu cầu,<br /> đồng thời một số nút có chỉ số hiệu quả bù<br /> không cao nhưng do yêu cầu nâng cao điện áp<br /> nên thực hiện bù với dung lượng khá lớn (nút<br /> 7 bù 1720kVAr).<br /> <br /> Vậy, vị trí bù khi xét đến ảnh hưởng của độ<br /> lệch điện áp nút không có sự thay đổi lớn so<br /> với trường hợp không xét ràng buộc nhưng<br /> dung lượng bù tại từng nút có sự thay đổi<br /> đáng kể, điều này là do thay đổi luồng<br /> CSPK trong HTPP để đảm bảo độ lệch điện<br /> áp cho phép.<br /> Nhận xét<br /> Kết quả tính toán cho HTPP điện áp 22kV, 33<br /> nút chỉ ra rằng:<br /> - Những nút có chỉ số hiệu quả bù cao là những<br /> nút luôn được ưu tiên lựa chọn bù.<br /> - Khi không xét đến các ràng buộc, vị trí bù<br /> tối ưu được lựa chọn tại hầu hết các nút phụ<br /> tải với dung lượng bù lớn đảm bảo bù toàn bộ<br /> CSPK của phụ tải.<br /> - Lựa chọn vị trí bù khi xét đến ràng buộc<br /> dung lượng bù, ưu tiên thực hiện tại những<br /> nút có chỉ số hiệu quả bù lớn (nút 13 đến 18<br /> và 29 đến 33).<br /> - Khi xét đến ảnh hưởng của ràng buộc về độ<br /> lệch điện áp tại các nút, vị trí lựa chọn bù vẫn<br /> ưu tiên tại những nút có chỉ số hiệu quả bù<br /> lớn nhưng dung lượng bù thay đổi đáng kể<br /> (thường tăng, nút 33 tăng từ 391kVAr lên<br /> 798kVAr).<br /> - Tổn thất CSTD luôn giảm khi thực hiện bù<br /> CSPK. Tuy nhiên, hiệu quả bù khi không xét<br /> các ràng buộc là cao nhất và giảm dần khi lần<br /> lượt xét đến các ràng buộc, thể hiện trên bảng 1.<br /> - Khi thực hiện bù, trong mọi trường hợp,<br /> điện áp các nút được hỗ trợ khá tốt (≥ 0.9p.u).<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> | 54<br /> <br /> Vũ Văn Thắng và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Đặc biệt, khi ràng buộc điện áp nút có yêu<br /> cầu cao (≥ 1.0p.u), tụ điện vẫn có khả năng hỗ<br /> trợ tốt để đảm bảo yêu cầu như thể hiện trên<br /> hình 8 (nút 18, điện áp nâng từ 0.93p.u lên<br /> 1,0p.u).<br /> Bảng 1<br /> Trường hợp<br /> tính toán<br /> Không bù<br /> Trường hợp 1:<br /> (khi không xét ràng<br /> buộc)<br /> Trường hợp 2:<br /> (Khi xét ràng buộc dung<br /> lượng bù)<br /> Trường hợp 3:<br /> (Khi xét ràng buộc điện<br /> áp nút yêu cầu)<br /> <br /> P<br /> (kW)<br /> 1145.3<br /> <br /> Giảm<br /> P (%)<br /> 0.0<br /> <br /> 583.4<br /> <br /> 49.1<br /> <br /> 674.8<br /> <br /> 41.1<br /> <br /> 74(12): 51 - 56<br /> <br /> ưu tiên lựa chọn với dung lượng bù lớn và<br /> điện áp nút được hỗ trợ khá tốt. Khi xét đến<br /> yêu cầu cao về độ lệch điện áp nút, vị trí bù<br /> tối ưu vẫn được lựa chọn là những nút xa<br /> nguồn nhưng dung lượng bù tăng đáng kể để<br /> đảm bảo nâng cao điện áp theo yêu cầu.<br /> Bài báo sử dụng hàm mục tiêu là cực tiểu tổn<br /> thất công suất hệ thống nên chưa xét đến ảnh<br /> hưởng của vốn đầu tư tụ bù, giá điện năng…<br /> do đó vị trí, dung lượng bù tối ưu theo chỉ<br /> tiêu kinh tế cần tiếp tục nghiên cứu.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> 703.6<br /> <br /> 38.6<br /> <br /> Hình 8. Điện áp nút khi thực hiện bù<br /> <br /> KẾT LUẬN<br /> Bài báo đã trình bày mô hình OPF đã điều<br /> chỉnh phù hợp trong HTPP, bổ sung tham gia<br /> của tụ điện với hàm mục tiêu là cực tiểu tổn<br /> thất công suất trong hệ thống. Từ đó giới<br /> thiệu phương pháp xác định vị trí, dung lượng<br /> bù qua chỉ số hiệu quả bù và phương pháp<br /> xác định vị trí, dung lượng bù tối ưu của tụ<br /> điện qua mô hình OPF.<br /> <br /> [1]. R. Srinivasa Rao and S. V. L. Narasimham,<br /> Optimal Capacitor Placement in a Radial<br /> Distribution System using Plant Growth<br /> Simulation Algorithm, International Journal of<br /> Electrical<br /> Power<br /> and<br /> Energy<br /> Systems<br /> Engineering, 2008.<br /> [2]. Ramasamy Natarajan, Power System<br /> Capacitors, Taylor & Francis Group, 2005.<br /> [3]. Lã Văn Út, Phân tích và điều khiển ổn định<br /> Hệ thống điện, Nhà xuất bản Khoa học & Kỹ<br /> thuật, năm 2000.<br /> [4]. El-Samahy, C. A. Canizares, K. Bhattacharya and<br /> J. Pan, An Optimal Reactive Power Dispatch Model<br /> for Deregulated Electricity Markets, Proc. IEEE PES<br /> Annual General Meeting 2007, Tampa, USA.<br /> [5]. Ayed A. S. Algarni, Kankar Bhattacharya,<br /> Novel Sensitivity Indices Based Siting of<br /> Distributed Generation Resources, Proc. IEEE<br /> PES Annual General Meeting 2008, Pittsburg,<br /> USA.<br /> [6]. Prakash K. and Sydulu M, Particle Swarm<br /> Optimization based capacitor placement on radial<br /> distribution systems, IEEE Power Engineering<br /> Society general meeting 2007.<br /> [7]. GAMS 20.5, A User’s Guide, GAMS<br /> Development Corporation, 1998.<br /> <br /> Kết quả tính toán áp dụng trong HTPP điện<br /> áp 22kV, 33 nút cho thấy vị trí bù theo chỉ số<br /> hiệu quả bù và vị trí, dung lượng bù tối ưu là<br /> khá đồng nhất. Do đó, có thể sử dụng cả chỉ<br /> số hiệu quả bù trong xác định nhanh vị trí bù<br /> hoặc vị trí, dung lượng bù tối ưu bằng mô<br /> hình OPF. Những nút ở xa nguồn luôn được<br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> | 55<br /> <br />

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản