NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THIẾT BỊ UPFC ĐỂ ĐIỀU
KHIỂN DÒNG CÔNG SUẤT TRÊN CÁC ĐƯỜNG DÂY
TRUYỀN TẢI THUỘC HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
RESEARCH ON APPLICATION OF UPFC TO CONTROL POWER FLOW
ON THE TRANSMISSION LINES OF VIETNAM ELECTRICAL POWER
SYSTEM NGÔ VĂN DƯỠNG
Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT
Bài báo trình bày việc nghiên cứu mô hình tính toán của thiết bị UPFC để xây dựng chương
trình mô phỏng điều khiển dòng công suất trên các đường dây truyền tải. Sử dụng chương
trình để tính toán xây dựng các đường đặc tính biểu thị mối quan hệ của dòng công suất trên
đường dây với các thông số điều khiển của thiết bị, qua đó đánh giá khả năng áp dụng cho hệ
thống điện (HTĐ) Việt Nam.
ABSTRACT
This article presents the research calculation models of UPFC to make simulation software to
control power flow on the transmission lines. The software is used to show the relationship
between the power flow on the transmission lines with the controller parameters of UPFC,
which helps evaluate the possibility of using this device in Vietnam electrical power system. 1 Đặt vấn đề
Nhu cầu năng lượng toàn cầu nói chung và Việt Nam nói riêng ngày một gia tăng trong
đó năng lượng điện đóng vai trò quan trọng. Để đáp ứng nhu cầu trên Hệ thống điện (HTĐ)
cũng ngày càng phát triển và mở rộng, nhiều đường dây truyền tải điện dài điện áp siêu cao
được hình thành để liên kết các HTĐ của nhiều khu vực với nhau. Vai trò của các đường dây
này vừa làm nhiệm vụ liên kết để hình thành HTĐ lớn, vừa làm nhiệm vụ truyền tải và trao đổi



2

P
1
+ jQ
1
P
2
+ jQ
2

Z
Hình 1
)1(
)cos(cos
)sin(sin
)cos(cos
)sin(sin
1212
12
21
22
22
2
2
2
1212
12














Z
VV
Z
V
Q
Z
VV
Z
V
P
Z
VV
Z
V
Q
Z
VV
Công suất tác dụng có thể trao đổi theo cả hai chiều tại điểm đối nối vào HTĐ xoay chiều
của mỗi bộ biến đổi và mỗi bộ biến đổi còn có khả năng cung cấp hoặc hấp thụ công suất phản
kháng. Bộ nghịch lưu thứ hai (NL2) thực hiện nhiệm vụ chính của UPFC là đặt nối tiếp vào
đường dây một điện áp V
pq
có biên độ và góc pha điều chỉnh được. Theo giản đồ véctơ hình
2b cho thấy UPFC có thể điều khiển được môdul

2
V
và góc lệch

giữa

1
V
và

2
V
, như vậy có thể
điều khiển được dòng công suất truyền tải trên
đường dây. Bộ nghịch lưu thứ nhất (NL1) hỗ trợ
hoạt động cho bộ nghịch lưu thứ hai bằng cách
thực hiện đưa vào mạch DC lượng công suất tác

V

.
j
V

nut i

.
'
i
V
.
ij
I

.
L
I
.
nt
V

.
ss
V
X
ss

o


(2)
Trong đó: 0  r  r
max
và 0    2
Nguồn áp nối tiếp trên có thể được thay thế
bằng một nguồn dòng I
nt
mắc song song với
đường dây truyền tải như hình 4.

ntntnt
VjbI 
(3)
Trong đó: b
nt
= 1/X
nt

Nguồn dòng I
nt
cũng có thể được mô tả bằng
các nguồn công suất bơm vào hai nút i và j như
hình 5, từ đó có thể xác định các dòng công suất
nầy như sau:
(5)
(4) )(
*
*
ntjjsjsjs

)cos(
)sin(
cos
sin
2
2




jintjijs
jintjijs
intis
intis
rbVVQ
rbVVP
VrbQ
VrbP
(6)
Trong thiết bị UPFC nhánh song song
được sử dụng chủ yếu để cung cấp công suất tác
dụng cho HTĐ thông qua bộ biến đổi nối tiếp, khi đó mô hình toán học của thiết bị UPFC ở
trạng thái ổn định như hình (6). Theo [4] ta có:
ntss
PP 02.1 (7)
Công suất biểu kiến cung cấp bởi bộ biến đổi nối tiếp được tính như sau:

*

.*

(8)
Công suất phản kháng của bộ biến đổi
1 (nhánh song song) không đáng kể nên có thể
xem Q
ss
=0. Xếp chồng hai mô hình từ hình 5
và hình 6 ta có mô hình tính toán của thiết bị UPFC trên hình 7, với các thành phần công suất
bơm vào nút i và j như biểu thức (9):
.
j
V

Hình 4
b
nt
= 1/X
nt

.
i
V

nut i

nut j


.
nt
I

.
i
V
.
j
V
nut i

nut j
Hình 7
P
iupfc
+ jQ
iupfc
P
jupfc
+ jQ
jupfc

X
nt

.
i
V

.
j
V


HT

V
1

V

HTĐ
V
2
=500kV; V
4
=500kV

2
=0; 
4
=0
Chọn giá trị
r và 
Tính và cập nhật
P
2upfc
, Q
2upfc
, P
4upfc
, Q
4upfc
vào file số liệu
Tính chế độ xác lập bằng
chương trình CONUS


42

Biểu diễn thông số VH

130
140
150
160
P[MW]

r


=0
o


=15
o


=30
o


=60
o


=90
o

)9(
)cos(

như hình 10. Thay đổi các giá trị r và  có
thể điều khiển được dòng công suất trên
đường dây từ nút số 3 đưa đến nút số 2
thông qua thiết bị UPFC. Kết quả chạy
chương trình đề tài đã xây dựng được các
đường đặc tính biểu thị mối quan hệ giữa các
thông số r và  của bộ UPFC với dòng công
suất trên đường dây như hình 11 và hình 12.
5. Kết luận
Qua phân tích kết cấu và nguyên lý làm
việc đã xây dựng được mô hình tính toán của
thiết bị UPFC như hình 7 với các dòng công
suất bơm vào các nút i và j được xác định
theo (9). Đây là cơ sở để đưa vào mô hình
tính toán các bài toán giải tích mạng điện của
các HTĐ có lắp đặt thiết bị UPFC trên các
đường dây truyền tải.
Bài báo đã xây dựng được chương trình
mô phỏng cho phép khảo sát các chế độ làm
việc của thiết bị UPFC một cách trực quan trên màn hình máy tính. Qua nghiên cứu cho
thấy đối với các đường dây truyền tải có lắp đặt thiết bị UPFC, chúng ta có thể điều khiển
dòng công suất tác dụng, công suất phản kháng trên đường dây một cách linh hoạt, ngay cả
có thể khống chế được dòng công suất chạy trên đường dây cố định khi công suất phụ tải
và nguồn thay đổi.
Từ các đồ thị trên hình 11 và hình 12 cho thấy khí điều chỉnh =90
0
thì công suất phản
kháng trên đường dây gần như không thay đổi và ngược lại khi điều chỉnh =0
0
thì công

90
100
110
120
130
140
150
160
Q[MVar]

r

=0
o


=15
o

=30
o


=60
o

=90
o

Hình 12