BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRỊNH THANH PHONG NGHIÊN CỨU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ỔN ĐỊNH CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 S K C0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRỊNH THANH PHONG NGHIÊN CỨU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ỔN ĐỊNH CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRỊNH THANH PHONG NGHIÊN CỨU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ỔN ĐỊNH CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN NGHÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ Tên: Trịnh Thanh Phong Giới Tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 23/02/1987 Nơi sinh: Hà Nam Ninh Quê quán: Hà Nam Ninh Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 530, tổ 12, ấp Vĩnh Tân, Vĩnh Cửu, Đồng Nai Điện Thoại Cơ Quan: 083 8212360 (22) Điện thoại nhà riêng: (84)0974247688 Email: thanhphong.ct.11@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Cao Đẳng Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: 09/2005 đến 08/2008 Nơi học: Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng Nghành học: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế thi công chỉnh lưu ba pha có điều khiển Người hướng dẫn: Ths Đặng Đắc Chi Đại Học Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo: 09/2009 đến 06/2011 Nghành học: Điện Công Nghiệp (khối K) Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống điện lạnh cho công trình xây dựng Người hướng dẫn: PGS.TS Quyền Huy Ánh III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 09/2012 đến Bộ Môn Điện Công - Giảng viên Nghiệp Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp, Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng năm 2014 Trịnh Thanh Phong ii LỜI CẢM ƠN Kính gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, tất người thân yêu động viên, ủng hộ tạo điều kiện tốt để hoàn thành tốt luận văn Xin chân thành gửi lời cảm ơn tới:  Thầy PGS.TS Quyền Huy Ánh tận tình giúp đỡ hoàn thành tốt khoá luận tốt nghiệp trình học tập trường  Thầy Ths Lê Trọng Nghĩa chia sẻ giúp đỡ trình thực luận văn  Toàn thể quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh, trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh tận tâm giảng dạy giúp đỡ hoàn thành chương trình học tập trường  Các bạn, đồng nghiệp sát cánh trải qua khó khăn trình học tập nghiên cứu Tp Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 08 năm 2014 Trịnh Thanh Phong iii TÓM TẮT Cải thiện biên độ điện áp và giảm thiểu tổn thất công suấ t trạng thái hoạt động khác hệ thống điện hai yếu tố quan trọng toán bù công suất phản kháng để ổn định chất lượng điện Điện áp chủ yếu bị ảnh hưởng công suất phản kháng , hệ thống điện không đáp ứng nhu cầ u công suất phản kháng phụ tải điện áp hệ thống trở nên ổn định Do đó, hai thông số điện áp tổn thất cần phải đươ ̣c đưa vào toán bù công suất phản kháng Phương pháp xác đinh ̣ vi ̣trí bù công suấ t phản kháng tố i ưu đươ ̣c tính toán dựa thuâ ̣t toán phân tích ̣ thố ng phân cấ p AHP và phân tích đô ̣ nha ̣y Thuâ ̣t toán phân tić h đô ̣ nha ỵ giúp ta phân tích giá tri ̣độ nhạy độ lợi điện áp VBF độ lợi tổn thất LBF Thuâ ̣t toán AHP cung cấ p cho ta công cu ̣ hữu ích để xem xét các ̣ số mô ̣t cách toàn diê ̣n viê ̣c lựa cho ̣n và xắ p xế p vi ̣trí các nút bù công su ất phản kháng Hiê ̣u quả của thuâ ̣t toán đề xuấ t đươ ̣c chứng minh thông qua mô phỏng các phương án bù khác cho ̣ thố ng IEEE 14 nút với trợ giúp phần mềm PowerWorld Kế t quả mô phỏng cho thấ y tổ ng công suấ t bù và tổ n thấ t công suấ t giảm so với phương án bù theo thuật toán lập trình tuyến tính thuật toán điể m nô ̣i iv ABSTRACT Improving voltage amplitude and minimizing power losses in the various operating status of the power system are the two most important factors in the reactive power compensation problem to stabilize the power quality Voltage is mainly affected by the reactive power, thus when the power system cannot respond the demand of the load reactive power, the voltage of the system becomes unstable Therefore, two parameters voltage and losses have to be taken into the reactive power compensation problem The method of determining the location for reactive power compensation optimization is calculated based on the analytic hierarchical process AHP and sensitivity analysis method Sensitivity analysis methods help us analyze the sensitivity value of voltage benefit factor VBF and loss benefit factor LBF AHP algorithm provides us with a useful tool to consider these factors thoroughly for the selection and ranking of the VAR support sites The effectiveness of the proposed algorithm is demonstrated through simulation of various compensation schemes for IEEE 14 - bus system with the help of the PowerWorld software Simulation results show that the total power compensation and power losses are lower than compensation plans under linear programming algorithm and interior point algorithm v MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cám ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách bảng ix Danh sách hình x Chƣơng 1: TỔNG QUAN 01 1.1 Giới thiệu 01 1.2 Sơ lươ ̣c các kế t quả nghiên cứu đã công bố 02 1.3 Tính cấp thiết đề tài 05 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 06 1.5 Mục tiêu – khách thể - đối tượng nghiên cứu 06 1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 06 1.5.2 Khách thể nghiên cứu 06 1.5.3 Đối tượng nghiên cứu 06 1.6 Phạm vi nghiên cứu 06 1.7 Phương pháp nghiên cứu 07 1.8 Nội dung luận văn 07 vi Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 09 2.1 Đặc điểm lưới điện truyền tải 09 2.2 Công suất truyền tải hai 10 2.3 Giới hạn ổn định hệ thống điện 12 2.3.1 Giới hạn nhiệt 12 2.3.2 Giới hạn điện áp 13 2.3.3 Giới hạn ổn định 14 2.3.4 Ổn định độ 16 2.3.5 Ổn định dao động bé 18 2.3.6 Ổn định điện áp 19 2.4 Quá trình phân tích hệ thống phân cấp, thuật toán AHP 21 Chƣơng 3: XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH XÁC ĐINH VI ̣TRÍ BÙ CÔNG ̣ SUẤT PHẢN KHÁNG TỐI ƢU 25 3.1 Giới thiệu 25 3.2 Mô hình tố i ưu điều khiển bù công suấ t phản kháng 25 3.3 Tính toán hệ số gia trọng AHP 27 3.4 Tính toán tầm quan trọng các nút phu ̣ tải theo phương pháp AHP 28 3.5 Xây dựng thuâ ̣t toán xác đinh ̣ vi ̣trí bù công suấ t tố i ưu theo phương pháp AHP 31 Chƣơng 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN IEEE 14 NÚT 33 4.1 Thông số hệ thống 33 4.2 Xác định vị trí bù tối ưu 37 4.2.1 Xây dựng và tính toán ma trâ ̣n phán đoán A -PI và ma trâ ̣n phán đoán PI S-S hệ thống điện IEEE 14 nút theo thuật toán AHP 37 vii GVHD: PGS.TS Quyề n Huy Ánh Luâ ̣n văn tha ̣c si ̃ Chương KẾT LUẬN 5.1 Kết luận Luận văn đề xuất phương pháp xác định vị trí bù công suất phản kháng tố i ưu dựa đô ̣ lơ ̣i điện áp tại các nút, đô ̣ lơ ̣i tổn thất công suất tác dụng của lưới và tầm quan trọng của các nút phụ tải Áp dụng bù công suấ t phản kháng cho lưới điê ̣n IEEE 14 nút mẫu:  Xác định vị trí bù công suất phản kháng tối ưu theo phương pháp đề xuấ t theo thứ tự là: S14, S13, S12, S10, S11, S9, S5, S7, S4  So sánh với phương án bù theo thuâ ̣t toán lâ ̣p trin ̀ h tuyế n tin ́ h phương pháp bù đề xuất có tổng dung lượng bù là 12.4 Mvar (tại các nút 14, 13, 12) so với 42.9 Mvar (tại các nút 9, 11, 13) và giảm tổn thấ t công suấ t tác du ̣ng 6.950% so với 5.556%  So sánh với phương án bù theo thuật toán điểm nội phương pháp bù đề xuất có tổ ng dung lươ ̣ng bù là 20 Mvar (tại các nút 14, 13, 12,10,11) so với 41.1 Mvar (tại các nút 9, 11, 13) và giảm tổn t hấ t công suấ t tác du ̣ng 7.025% so với 5.680% Xây dựng chương triǹ h tiń h max để kiểm tra tính quán của ma trận phán đoán A-PI và PIS-S 5.2 Hướng nghiên cứu phát triển Trong luận văn chỉ dừng lại ở việc xác định vị trí bù công suấ t phản kháng tố i ưu và sử du ̣ng phương án bù lần lượt tại các nút với dung lươ ̣ng bù bằ ng với tải Hướng phát triển thời gian tới là xác định được thông số các biến điều khiển điện HVTH: Trịnh Thanh Phong 56 GVHD: PGS.TS Quyề n Huy Ánh Luâ ̣n văn tha ̣c si ̃ áp tại các nút máy phát , vị trí các đầu phân áp máy biế n áp và dung lươ ̣ng bù tại các nút tải để giảm tổ n thấ t công suấ t tác dụng của lưới điện tới mức thấ p nhấ t HVTH: Trịnh Thanh Phong 57 GVHD: PGS.TS Quyề n Huy Ánh Luâ ̣n văn tha ̣c si ̃ TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Trần Văn Vinh, Trương Văn Chương, “ Bù tối ưu công suất phản kháng lưới điện phân phối”, Tạp chí khoa học công nghệ Đại Học Đà Nẵng số 2, 2008 [2] Nguyễn Trung, “ Nghiên cứu đánh giá vai trò lựa chọn thiết bị FACTS sử dụng cho hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015-2020”, Tạp chí khoa học công nghê ̣ Đa ̣i Học Đà Nẵng, 2011 [3] Nguyễn Hồng Ánh, Lê Cao Quyền , “Lựa chọn thiết bị bù công suất phản kháng tối ưu cho lưới điện 500KV Việt Nam”, Tạp chí khoa học công nghệ Đại Học Đà Nẵng số 3, 2008 [4] Nguyễn Thị Hiên, “Bù công suất phản kháng nâng cao chất lượng điện lưới điện nông nghiệp”, Tạp chí khoa học công nghệ nông nghiệp tập 1, 2003 [5] PGS.TS Nguyễn Hoàng Viê ̣t , TS Phan Thi ̣Thanh Bình , “Ngắ n mạch và ổ n ̣nh ̣ thố ng điê ̣n”, Nhà xuất bản ĐHQG Tp.HCM, 2005 TIẾNG NƯỚC NGOÀ I [1] Jizhong Zhu, Ph.D, “Optimization of Power System Operation”, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2009 [2] M.G Kendall and A Stuart, “The Advanced Theory of Statistics”, 4th ed New York: Macmillan, 1977 [3] T.L Satty, McGraw Hill, Inc., “The Analytic Hierarchy Process”, New York, 1980 [4] Mukherjee, S.K., Recio and Douligeris, C, “Optimal power flow by linear programming basedoptimization”, IEEE : 527-529, 1992 HVTH: Trịnh Thanh Phong 58 GVHD: PGS.TS Quyề n Huy Ánh Luâ ̣n văn tha ̣c si ̃ [5] Momoh, J.A., Austin, R.F., Adapa, R and Ogbuobiri, E.C, “Application of interior point method to economic dispatch”, IEEE : 1096-1101, 1992 [6] Xu Chen, “Reactive power compentation and energy storage in wind power plant”, January 2012 [7] D Murali, Dr M Rajaram, “Active and reactive power flow control using FACTS devices”, International Journal of Computer Applications (0975 – 8887) Volume – No.8, November 2010 [8] Hirotaka Yoshida Kenichi Kawata, Yoshikazu Fukuyama Yosuke Nakanishi, “A particle swarm optimization for reactive power and voltage control considering voltage stability”, IEEE International Conference on Intelligent System Applications to Power Systems (ISAP'99), Rio de Janeiro, April 1999 [9] Naveen Goel, R.N Patel, Member, “Genetically Tuned STATCOM for Voltage Control and Reactive Power Compensation”, IEEE, Saji T Chacko, International Journal of Computer Theory and Engineering, Vol 2, No 3, June 2010 [10] N Megiddo (ed.), “Progress in Mathematical Programming”, SpringerVerlag New York Inc., 1989 [11] Doraid Dalalah , Faris AL-Oqla, Mohammed Hayajneh, “Application of the Analytic Hierarchy Process (AHP) in Multi-Criteria Analysis of the Selection of Cranes”, Volume 4, Number 5, November 2010 [12] Arun G Phadke, Fellow IEEE Dept, “Control of voltage stability using sensitivity analysis”, Transactions on Power Systems, Vol 7, No 1, February 1992 [13] C Sankaran, “Power Quality”, 2002 [14] Sameh Kamel Mena Kodsi, IEEE Student Member, Claudio A Canizares, IEEE Senior Member, “Moduling and simulation of IEEE 14 bus sysytem with Facts controller”, technical report, 2003 HVTH: Trịnh Thanh Phong 59 GVHD: PGS.TS Quyề n Huy Ánh Luâ ̣n văn tha ̣c si ̃ [15] Arun Pachori, Hemant Amhia, Vikendra Moranya, “Static VAR Compensation Technique for IEEE 14-bus System”, ISSN 2250-2459, ISO 9001: 2008 Certified Journal, Volume 3, Issue 8, August 2013 [16] Pushpendra Mishra, H.N Udupa, Piyush, Piush Ghune, “Calculation of sensitive node for IEEE 14 bus systems when subjected to various changes in load”, Proceedings of IRAJ International Conference, 21st, July 2013 [17] P Srikanth, O Rajendra, A Yesuraj, M Tilak, K.Raja, “Load Flow analysis Of Ieee14 Bus System Using MATLAB”, Vol Issue 5, May 2013 [18] P.R Sharma, Rajesh Kr.Ahuja, Shakti Vashisth, Vaibhav Hudda, “Computation of Sensitive Node for IEEE- 14 Bus system Subjected to Load Variation”, Vol 2, Issue 6, June 2014 [19] V V Satyanrayana, S Rama Reddy, “ Enhancement of Power Quality In IEEE-14 Bus Systems Using Interphase Power Flow Controller”, Vol 2, No 3, September 2013 HVTH: Trịnh Thanh Phong 60 Luâ ̣n văn tha ̣c sỹ Ánh GVHD: PGS.TS Quyề n Huy PHỤ LỤC Phụ lục 1: Chương triǹ h tiń h max của các ma trận phán đoán A-PI và PIS-S % CHUONG TRINH TINH TOAN LAMDA MAX CUA MA TRAN PHAN DOAN AHP clc A=input('Nhap vao ma tran phan doan:') % Tinh hang cua ma tran A b=rank(A) % xac dinh so hang va so cot cua ma tran,m:hang; n: cot [m,n]=size(A); % tach tung hang cua ma tran phan doan % tim vector dac trung for i=1:m % disp(['lan lap ',num2str(i)]) M=A(i,1:n); x=prod(M); if i==1 M1=x W11=M1^(1/b); W111=[W11] c=sum(W111); %vector dac trung W=W111./c; WT=W'; end if i==2 M2=x W22=M2^(1/b); W222=[W111(1:1) W22] c=sum(W222); %vector dac trung W=W222./c; HVTH: Trịnh Thanh Phong PL1 Luâ ̣n văn tha ̣c sỹ Ánh GVHD: PGS.TS Quyề n Huy WT=W'; end if i==3 M3=x W33=M3^(1/b); W333=[W222(1:2) W33] c=sum(W333); %vector dac trung W=W333./c; WT=W'; end if i==4 M4=x W44=M4^(1/b); W444=[W333(1:3) W44] c=sum(W444); %vector dac trung W=W444./c; WT=W'; end if i==5 M5=x W55=M5^(1/b); W555=[W444(1:4) W55] c=sum(W555); %vector dac trung W=W555/c; WT=W'; end if i==6 M6=x W66=M6^(1/b); W666=[W555(1:5) W66] c=sum(W666); %vector dac trung HVTH: Trịnh Thanh Phong PL2 Luâ ̣n văn tha ̣c sỹ Ánh GVHD: PGS.TS Quyề n Huy W=W666/c; WT=W'; end if i==7 M7=x W77=M7^(1/b); W777=[W666(1:6) W77] c=sum(W777); %vector dac trung W=W777/c; WT=W'; end if i==8 M8=x W88=M8^(1/b); W888=[W777(1:7) W88] c=sum(W888); %vector dac trung W=W888/c; WT=W'; end if i==9 M9=x W99=M9^(1/b); W999=[W888(1:8) W99] c=sum(W999); %vector dac trung W=W999/c; WT=W'; end if i==10 M10=x W10=M10^(1/b); W100=[W999(1:9) W10] c=sum(W100); HVTH: Trịnh Thanh Phong PL3 Luâ ̣n văn tha ̣c sỹ Ánh GVHD: PGS.TS Quyề n Huy %vector dac trung W=W100/c WT=W'; end if i==11 M11=x W11=M11^(1/b); W110=[W100(1:10) W11] c=sum(W110); %vector dac trung W=W110/c; WT=W'; end if i==12 M12=x W12=M12^(1/b); W120=[W110(1:11) W12] c=sum(W120); %vector dac trung W=W120/c; WT=W'; end if i==13 M13=x W13=M13^(1/b); W130=[W120(1:12) W13] c=sum(W130); %vector dac trung W=W130/c; WT=W'; end if i==14 M14=x W14=M14^(1/b); W140=[W130(1:13) W14] HVTH: Trịnh Thanh Phong PL4 Luâ ̣n văn tha ̣c sỹ Ánh GVHD: PGS.TS Quyề n Huy c=sum(W140); %vector dac trung W=W140/c; WT=W'; end if i==15 M15=x W15=M15^(1/b); W150=[W140(1:14) W15] c=sum(W150); %vector dac trung W=W150/c; WT=W'; end if i==16 M16=x W16=M16^(1/b); W160=[W150(1:15) W16] c=sum(W160); %vector dac trung W=W160/c; WT=W'; end if i==17 M17=x W17=M17^(1/b); W170=[W160(1:16) W17] c=sum(W170); %vector dac trung W=W170/c; WT=W'; end if i==18 M18=x W18=M18^(1/b); HVTH: Trịnh Thanh Phong PL5 Luâ ̣n văn tha ̣c sỹ Ánh GVHD: PGS.TS Quyề n Huy W180=[W170(1:17) W18] c=sum(W180); %vector dac trung W=W180/c; WT=W'; end if i==19 M19=x W19=M19^(1/b); W190=[W180(1:18) W19] c=sum(W190); %vector dac trung W=W190/c; WT=W'; end if i==20 M20=x W20=M20^(1/b); W200=[W190(1:19) W20] c=sum(W200); %vector dac trung W=W200/c; WT=W'; end if i==21 M21=x W21=M21^(1/b); W210=[W200(1:20) W21] c=sum(W210); %vector dac trung W=W210/c; WT=W'; end if i==22 M22=x HVTH: Trịnh Thanh Phong PL6 Luâ ̣n văn tha ̣c sỹ Ánh GVHD: PGS.TS Quyề n Huy W22=M22^(1/b); W220=[W210(1:21) W22] c=sum(W220); %vector dac trung W=W220/c; WT=W'; end if i==23 M23=x W23=M23^(1/b); W230=[W220(1:22) W23] c=sum(W230); %vector dac trung W=W230/c; WT=W'; end if i==24 M24=x W24=M24^(1/b); W240=[W230(1:23) W24] c=sum(W240); %vector dac trung W=W240/c; WT=W'; end if i==25 M25=x W25=M25^(1/b); W250=[W240(1:24) W25] c=sum(W250); %vector dac trung W=W250/c; WT=W'; end if i==26 HVTH: Trịnh Thanh Phong PL7 Luâ ̣n văn tha ̣c sỹ Ánh GVHD: PGS.TS Quyề n Huy M26=x W26=M26^(1/b); W260=[W250(1:25) W26] c=sum(W260); %vector dac trung W=W260/c; WT=W'; end if i==27 M27=x W27=M27^(1/b); W270=[W260(1:26) W27] c=sum(W270); %vector dac trung W=W270/c; WT=W'; end if i==28 M28=x W28=M28^(1/b); W280=[W270(1:27) W28] c=sum(W280); %vector dac trung W=W280/c; WT=W'; end if i==29 M29=x W29=M29^(1/b); W290=[W280(1:28) W29] c=sum(W290); %vector dac trung W=W290/c; WT=W'; end HVTH: Trịnh Thanh Phong PL8 Luâ ̣n văn tha ̣c sỹ Ánh GVHD: PGS.TS Quyề n Huy if i==30 M30=x W30=M30^(1/b); W300=[W290(1:29) W30] c=sum(W300); %vector dac trung W=W300/c; WT=W'; end end disp('vector dac trung cua ma tran la:') W % tinh quan cua cac phan tu disp('tinh quan cua cac phan tu la:') AW=A*WT AWT=AW'; nW=b*W; nWT=nW'; % Tinh lamda cuc dai L=AWT./nW; Lmax=sum(L) HVTH: Trịnh Thanh Phong PL9 S K L 0