Giải pháp cải thiện ổn định điện áp dùng thiết bị bù ngang cho lưới phân phối 22kV huyện U Minh - Cà Mau

Chia sẻ: Sở Trí Tu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo đề xuất phương pháp cải thiện ổn định điện áp cho lưới phân phối dùng thiết bị bù ngang SVC hay STATCOM vào hệ thống điện. Từ đó mang lại hiệu quả vượt trội cải thiện ổn đinh điện áp cho lưới phân phối, nâng cao độ tin cậy cũng chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giải pháp cải thiện ổn định điện áp dùng thiết bị bù ngang cho lưới phân phối 22kV huyện U Minh - Cà Mau

GIẢI PHÁP CẢI THIỆN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DÙNG THIẾT BỊ BÙ NGANG CHO LƢỚI PHÂN PHỐI 22KV HUYỆN U MINH - CÀ MAU Nguyễn Hữu Vinh1,a, Phạm Thanh Hƣng2,b, Nguyễn Hùng3,c, Lê Kim Hùng4,d 1 Tổng công ty Điện lực Tp.Hồ Chí Minh 2 Công ty Điện lực Cà Mau, tỉnh Cà Mau 3* Trƣờng Đại học Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh 4 Trƣờng Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng Email: ahuuvinhdct@gmail.com, bphamthanhhung52@gmail.com, c n.hung@hutech.edu.vn, dlekimhung@dut.udn.vn TÓM TẮT Trong quá trình vận hành hệ thống, tình trạng mất ổn định điện áp do tải biến động hay do sự thay đổi cấu trúc lƣới điện..., hiện tƣợng này xảy ra bình thƣờng và liên tục, tuy nhiên nếu không giải quyết thì các biến động nhỏ đó có thể phát triển thành sự cố lƣới điện, nghiêm trọng hơn là sụp đổ điện áp cả một hệ thống điện, làm mất điện diện rộng và gây thiệt hại rất lớn về kinh tế. Bài báo đề xuất phƣơng pháp cải thiện ổn định điện áp cho lƣới phân phối dùng thiết bị bù ngang SVC hay STATCOM vào hệ thống điện. Từ đó mang lại hiệu quả vƣợt trội cải thiện ổn đinh điện áp cho lƣới phân phối, nâng cao độ tin cậy cũng chất lƣợng điện năng cung cấp cho khách hàng. Từ khóa: Static Var Compensator (SVC), Static Synchronous Compensator (STATCOM), Thyristor Switched Capacitor (TSC), Thyristor Controlled Reactor (TCR), Thyristor Switch Reactor (TSR). 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, với sự phát triển mạnh và nhanh của các thiết bị điện tử công suất lớn, điện áp cao cho nền công nghệ truyền tải điện xoay chiều linh hoạt, thiết bị SVC hay STATCOM ra đời nhằm giúp cho quá trình thực hiện điều khiển điện áp trên hệ thống điện, cụ thể là đƣờng dây truyền tải đƣợc linh hoạt và nhanh chóng [1-2]. Việc nghiên cứu về đánh giá ổn định điện áp hệ thống điện trong chế độ xác lập đƣợc thực hiện trong [3-5]. Trong [3], các tác giả sử dụng phƣơng pháp phân tích theo đƣờng cong PV/QV để xác định đƣợc các nút bị mất ổn định tĩnh hoặc độ dự trữ ổn định điện áp kém để xem xét cải thiện ổn định áp chứ chƣa đƣa ra biện pháp giải quyết. Trong [4-5], các tác giả cũng phân tích ổn định hệ thống điện trong chế độ xác lập bình thƣờng và sự cố bị mất một đƣờng dây hay máy phát cũng bằng phƣơng pháp phân tích PV/QV từ đó xác định đƣợc vị trí và dung lƣợng thiết bị bù SVC cần thiết để nâng cao ổn định điện áp cho các nút có nguy cơ mất ổn định tĩnh. Nhƣng gần đây các công trình nghiên cứu ứng dụng STATCOM trong hệ thống truyền tải cao thế cho thấy hiệu quả của nó trong việc cải thiện đáp ứng quá độ và giảm dao động hệ thống điện [6-7]. Trong [6], các tác giả chứng minh STATCOM hiệu quả hơn SVC trong việc nâng cao ổn định động, giảm dao động công suất cho hệ thống điện có nhiều máy phát điện. 1452
Trong [7], các tác giả ứng dụng STATCOM trong việc cải thiện đáp ứng quá độ, nâng cao ổn định áp khi xảy ra ngắn mạch đối xứng và không đối xứng cho hệ thống điện có nguồn điện gió kết lƣới. Bài báo này nghiên cứu việc lắp đặt thiết bị bù ngang nhƣ tụ bù, SVC, STATCOM để cải thiện ổn định điện áp của lƣới phần phối 22kV huyện U Minh – Cà Mau. Kết quả mô phỏng trên Matlab/Simulink. Với nghiên cứu ứng dụng thiết bị STATCOM, SVC đối với lƣới điện huyện U Minh – Cà Mau nói riêng và hệ thống lƣới điện phân phối Việt Nam nói chung, sẽ cho kết quả cải thiện ổn định điện áp tốt hơn nhiều so với mô hình lắp đặt tụ bù trên lƣới điện phân phối 22kV hiện hữu. Qua đó, góp phần cải thiện chất lƣợng điện năng, cũng nhƣ năng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng một cách an toàn và liên tục. 2. BỘ BÙ NGANG SVC VÀ STATCOM 2.1 Bộ bù ngang SVC SVC là thiết bị tự động điều chỉnh điện kháng, đƣợc chế tạo để điều chỉnh điện áp tại nút kết nối và điều chỉnh công suất phản kháng nhƣ trên Hình 1 [1]. Nếu hệ thống thừa công suất phản kháng hay điện áp nút cao hơn giá trị định mức thì SVC đóng vai trò nhƣ kháng bù ngang tiêu thụ công suất phản kháng từ hệ thống và giảm điện áp tại nút điều chỉnh. Ngƣợc lại nếu hệ thống thiếu công suất phản kháng, thì SVC sẽ phát công suất phản kháng lên hệ thống để nâng điện áp lên. SVC điển hình gồm có tụ bù ngang đƣợc điều khiển bằng thyristor (TSC) và cuộn kháng đƣợc điều khiển bằng thyristor (TCR). Theo cấu trúc này các tụ điện sẽ điều chỉnh thô, sau đó các TCR sẽ điều chỉnh giá trị cảm kháng, kết quả giá trị điện kháng đ ng trị là một giá trị liên tục. Các bộ tụ điện đóng ngắt bằng thyristor (TSC) có thể đƣợc dùng để điều chỉnh trơn hơn và linh hoạt hơn. Hình 1: Mô hình mạch điện tƣơng đƣơng SVC Hình 2: Cấu trúc cơ bản của STATCOM 2.2 Bộ bù ngang STATCOM STATCOM là thiết bị bù đồng bộ tĩnh, đƣợc điều khiển một cách độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng nhƣ trên Hình 2 [2]. Cơ sở của công nghệ STATCOM là sử dụng các bộ biến đổi điện tử công suất ở dạng một bộ biến đổi nguồn điện áp VSC từ nguồn điện áp một chiều. Điện áp xoay chiều VSC của bộ biến đổi điện đƣợc nối với hệ thống có điện áp Vs và điện kháng Xs thông qua điện kháng đệm X. STATCOM là một thiết bị bù ngang, nó điều chỉnh điện áp tại vị trí nó lắp đặt đến giá trị cài đặt thông qua việc điều chỉnh biên độ và góc pha của điện áp rơi giữa STATCOM và hệ thống điện. 3. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN U MINH – CÀ MAU Lƣới điện phân phối huyện U Minh – Cà Mau đƣợc cấp điện từ trạm biến áp 110/22kV Khánh An, 63 MVA. Đƣờng dây nối từ trạm 110/22kV Khánh An (B1) đến Khai Hoan (B2) dài 12km, tại B2 phụ tải trung bình P = 286KW, Q = 50kVAr. Đƣờng dây từ Khai Hoan (B2) đến U Minh (B3) dài 13km, tại B3 phụ tải là P = 597 kW, Q = 50kVAr và tại B3 đƣợc kết nối SVC/STATCOM 23KV, ± 900KVAR tƣơng ứng cho từng trƣờng hợp. Đƣờng dây từ Thị Trấn U Minh (B3) đến Khánh Lâm (B5) dài 9km, tại B5 phụ tải là P = 964kW, Q = 184kVAr. Đƣờng dây từ Khánh Lâm (B5) đến Tiểu Dừa (B6) dài 7km, tại B6 phụ 1453
tải là P = 784kW, Q = 88kVAr. Đƣờng dây từ Khai Hoan (B2) đến Khánh Hội (B4) dài 20km, tại B4 phụ tải là P = 2338KW, Q = 516kVAr. Yêu cầu : Khảo sát ổn định điện áp tại bus 1 (đầu nguồn), bus 2 (Khai Hoan), bus 3 (U Minh), bus 4 (Khánh Hội), bus 5 (Khánh Lâm), bus 6 (Tiểu Dừa) trên lƣới điện phân phối huyện U Minh. Mô hình đƣợc mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink 2017b. 3.1. Trƣờng hợp lƣới hiện hữu đang lắp đặt tụ bù Mô hình mô phỏng lƣới phân phối U Minh – Cà Mau nhƣ trên Hình 3. Khảo sát dao động điện áp trên B1, B2, B3, B4, B5, B6 khi có sự biến động thay đổi đột ngột phụ tải tại B5 (khánh lâm) với công suất P = 500kVA, Q = 100kVA từ (0,15s đến 2,5s) lần lƣợt nhƣ Hình 4. Hình 3: Mô hình lƣới phân phối U Minh – Cà Mau hiện hữu có lắp đặt tụ bù. Kết luận: So sánh giá trị điện áp tại các điểm nút trong hai trƣờng hợp có và không lắp đặt tụ bù, thì mô hình lắp đặt tụ bù cho kết quả cải thiện ổn định điện áp tốt hơn so với trƣờng hợp không lắp đặt tụ bù. Hình 4: Điện áp tại B1, B2, B3, B4, B5, B6 trƣớc và sau lắp đặt tụ bù. 3.2. Mô hình mô phỏng lắp đặt thiết bị SVC Hình 5: Mô hình lƣới phân phối U Minh – Cà Mau lắp đặt SVC 1454
Mô hình lƣới phân phối U Minh – Cà Mau có lắp đặt SVC đƣợc trình bày trên Hình 5. Kết quả mô phỏng điện áp tại các nút B1, B2, B3, B4, B5, B6 trƣớc và sau lắp đặt SVC đƣợc trình bày trên Hình 6. Hình 6: Điện áp tại B1, B2, B3, B4, B5, B6 trƣớc và sau lắp đặt SVC Kết luận: Khảo sát cải thiện ổn định điện áp với mô hình lƣới điện U Minh trong hai trƣờng hợp có và không có SVC, thì mô hình lắp đặt SVC cho kết quả cải thiện ổn định điện áp tốt hơn nhiều so với trƣờng hợp không lắp đặt SVC. 3.3. Mô hình mô phỏng có lắp đặt thiết bị STATCOM Mô hình lƣới phân phối U Minh – Cà Mau lắp đặt STATCOM đƣợc trình bày trên Hình 7. Kết quả mô phỏng điện áp tại các nút B1, B2, B3, B4, B5, B6 trƣớc và sau lắp đặt SVC đƣợc trình bày trên Hình 8. Hình 7: Mô hình mô phỏng lƣới phân phối U Minh – Cà Mau lắp đặt STATCOM Hình 8: Điện áp tại các nút B1, B2, B3, B4, B5, B6 trƣớc và sau khi lắp STATCOM Kết luận: Khảo sát cải thiện ổn định điện áp với mô hình lƣới điện U Minh – Cà Mau trong hai trƣờng hợp có và không lắp đặt STATCOM, thì mô hình lắp đặt STATCOM cho kết quả cải thiện ổn định điện áp tốt hơn h n so với trƣờng hợp không lắp đặt STATCOM. 1455
3.4. So sánh kết quả mô phỏng khi có lắp đặt thiết bị tụ bù, SVC và STATCOM So sánh kết quả mô phỏng điện áp tại các nút B1, B2, B3, B4, B5, B6 của lƣới điện U Minh – Cà Mau khi lần lƣợt lắp đặt lần lƣợt tụ bù, SVC, STATCOM nhƣ trên Hình 9 và Bảng 1. Kết quả Giá trị điện áp tại thanh cái B1, B2, B3, B4, B5, B6. Với mô hình lắp đặt STATCOM cho ra kết quả cải thiện ổn định điện áp tốt nhất, kế tiếp là mô hình lắp đặt SVC và cuối cùng là mô hình lắp đặt tụ bù. Hình 9: Điện áp tại các nút B1, B2, B3, B4, B5, B6 khi có tụ bù, SVC và STATCOM Bảng 1: Giá trị điện áp tại các nút B1, B2, B3, B4, B5, B6 4. KẾT LUẬN Bài báo trình bày việc nghiên cứu lắp đặt thiết bị bù ngang nhƣ tụ bù, SVC, STATCOM để cải thiện ổn định điện áp của lƣới phần phối 22kV huyện U Minh – Cà Mau. Kết quả mô mô phỏng trên Matlab/Simulink cho thấy với mô hình lƣới điện phân phối thì việc lắp đặt STATCOM và SVC cho kết quả cải thiện ổn định điện áp tốt hơn nhiều so với mô hình lắp đặt tụ bù hiện hữu. Đặc biệt sử dụng STATCOM với đáp ứng nhanh và hiệu quả hơn trong việc cải thiện ổn điện áp lƣới nhằm nâng cao chất lƣợng cung cấp điện. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ Đắc Lộc. Thiết bị FACTS trong hệ thống điện. Nhà xuất bản xây dựng, 2013. [2] Electricity and New Energy, 2014. Static Synchronous Compensator (STATCOM). [3] Sheng Wang ; Lixue Li ; Xin Wang ; Yihui Zheng ; Gang Yao (2011). Direct output voltage control of a STATCOM using PI controller based on multiple models. Industrial Electronics and Applications (ICIEA), 2011 6th IEEE Conference on, pp. 2203 – 2208. [4] Datta, S. ; Roy, A.K. (2010). Fuzzy logic based STATCOM Controller for enhancement of power system dynamic stability. Electrical and Computer Engineering (ICECE), 2010 International Conference on, pp. 294 – 297. 1456
[5] Shahgholian, G. ; Mahdavian, Mehdi ; Emami, A. ; Ahmadzade, B. , (2011). Improve power quality using static synchronous compensator with fuzzy logic controller. Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2011 International Conference on, pp. 1 – 5. [6] Kumaravel, G. ; Kumar, C. (2012). Design of self tuning PI controller for STATCOM using Bats Echolocation Algorithm based Neural controller. Advances in Engineering, Science and Management (ICAESM), 2012 International Conference on, pp. 276 – 281. [7] Chien-Hung Liu ; Hsu, Yuan-Yih (2010). Design of a Self-Tuning PI Controller for a STATCOM Using Particle Swarm Optimization. Industrial Electronics, IEEE Transactions on, Vol. 57, Issue 2, 2010, pp. 702 – 715. 1457