(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 03 năm 2018 Trần Thanh Phong CẢM TẠ Trong trình học tập chƣơng trình đào tạo sau Đại học trƣờng Đại học SPKT TP Hồ Chí Minh Bản thân em tiếp thu nhiều kiến thức bổ ích qua từ kiến thức đƣợc tiếp thu, nghiên cứu, tìm hiểu hết hƣớng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình q thầy giảng viên khoa Điện – Điện tử trƣờng Đại học SPKT TP Hồ Chí Minh, luận văn “Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống” đƣợc hình thành Trong trình hình thành phát triển, với hƣớng dẫn tận tình Thầy PGS TS Nguyễn Minh Tâm luận văn đƣợc hoàn thành với khối lƣợng kiến thức nhƣ thời gian hoàn thành theo tiến độ đề Do thời gian thực có giới hạn nên khơng tránh khỏi khó khăn thiếu sót Rất mong đƣợc đóng góp chân thành q thầy để luận văn đƣợc hồn thiện Nhân em gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô đặc biệt Thầy PGS TS Nguyễn Minh Tâm giúp em hoàn thành luận văn kết hoạch đề Kính chúc sức khỏe điều tốt lành đến quý thầy Tp Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 03 năm 2018 Trần Thanh Phong TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngày nay, phát triển tất lĩnh vực kéo theo nhu cầu dụng lƣợng điện ngày tăng cao Song song với việc phát nhà máy điện cơng tác trì ổn định nhƣ đảm bảo chất lƣợng điện đƣợc trọng Các thiết bị thƣờng đƣợc sử dụng để ổn định giá trị điện áp là: thiết bị bù tĩnh có điều khiển thyristor hay triắc (SVC), thiết bị bù dọc có điều khiển (TCSC) Các thiết bị đƣợc sử dụng vận hành hệ thống điện cách linh hoạt đạt hiệu cao chế độ bình thƣờng hay cố nhờ khả điều chỉnh nhanh công suất phản kháng thông số khác chúng Luận văn trình bày việc nghiên cứu, ứng dụng VSC, Fuzzy logic việc nâng cao tính ổn định chất lƣợng điện áp hệ thống điện Việt Nam Qua giúp có lựa chọn việc áp dụng phƣơng pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động hệ thống điện ABSTRACT Today, the development of all areas of demand for electric power is increasing In parallel with the power plants, the work of maintaining stability as well as ensuring the quality of power is also focused Devices commonly used to stabilize voltage values are: thyristor-controlled or volt-amperage (SVC) compensated devices, TCSC These devices are used to operate the electrical system in a flexible and highly efficient manner in normal or trouble-free mode thanks to the ability to quickly adjust the reactive power and other parameters This thesis presents the research, application of VSC, Fuzzy logic for improving the stability and quality of electric system voltage in Vietnam This will give us a new option in applying the methods of regulating and controlling the operation of the power system GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong MỤC LỤC TRANG DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ Chƣơng 1: THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 HÕA LƢỚI ĐIỆN VÀ NHỮNG YÊU CẦU 10 1.1.1 HỢP NHẤT HỆ THỐNG ĐIỆN: 10 1.1.2 ỨNG DỤNG TRONG TRUYỀN TẢI ĐIỆN 11 1.1.3 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 11 1.1.4 BÙ DỌC VÀ BÙ NGANG TRÊN ĐƢỜNG DÂY 14 1.1.5 NHẬN XÉT 17 1.2 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HTĐ: 17 1.2.1 THIẾT BỊ BÙ TĨNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG THYRISTOR – SVC 17 1.2.2 THIẾT BỊ BÙ DỌC ĐIỀU KHIỂN BẰNG THYRISTOR – TCSC 20 1.2.3 THIẾT BỤ BÙ TĨNH STATCOM 22 1.2.4 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN DÕNG CÔNG SUẤT UPFC 23 1.2.5 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN GÓC PHA BẰNG THYRISTOR – TCPAR 23 1.2.6 NHẬN XÉT: 24 1.2.7 KẾT LUẬN 25 CHƢƠNG 2: ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ BÙ SVC 27 2.1 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 27 2.1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 27 2.1.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA SVC 28 2.1.2.1 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÀ TRÀO LƢU CÔNG SUẤT 28 2.2 THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC 33 2.2.1 CẤU TẠO TỪNG PHẦN TỬ CỦA SVC 34 2.2.2 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA SVC 40 Trang GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong 2.3 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CHO SVC: 41 2.3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: 41 2.3.2 TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH DUNG LƢỢNG BÙ: 42 2.3.3 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CHO BỘ BÙ SVC: 44 CHƢƠNG : BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ BỘ BÙ SVC 50 3.1 LOGIC MỜ 50 3.1.1 TẬP MỜ 50 3.1.2 LUẬT HỢP THÀNH MỜ 53 3.1.3 GIẢI MỜ 59 3.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 62 3.2.1 BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CƠ BẢN 62 3.2.2 CÁC NGUYÊN TẮC TỔNG HỢP MỘT BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 62 3.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ: 65 3.3.1 CẦU TRÖC CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ 65 3.3.2 THIẾT KẾ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ LUẬT CƠ SỞ 67 CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 71 4.1 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SVC TRÊN SUMILINK 71 4.1.1 GIỚI THIỆU VỀ SIMULINK 71 4.1.2 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG SIMULINK 72 4.1.3 XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 74 4.2 TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG 81 4.2.1 MÔ PHỎNG TRONG HỆ THỐNG IEEE 30 BUS 81 4.2.3 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 Trang GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ý nghĩa STT Chữ viết tắt HTĐ Hệ thống điện SVC Static Var Compensator UPFC Unified Power Flow Controller TCSC Thyristor Controlled Series Capacitor STATCOM FACTS TCPAR Static Synchronous Compensator Flexible Alternating Current Transmission Systems Thyristor Controlled Phase Angle Regulator Trang Ghi GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong DANH MỤC CÁC BẢNG TRANG Bảng 1.1 So sánh chức thiết bị bù ………………………………… 23 Bảng 3.1 Luật điều khiển ……………………………………………………………… 62 Bảng 3.2 Các quy tắc mờ cho tính tốn Ki ……………………………………… 66 Bảng 3.3 Các quy tắc mờ cho tính tốn Kp ……………………………………… 66 Trang GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ TRANG Hình 1.1 Hiệu bù dọc đƣờng dây siêu cao áp 13 Hình 1.2 Cấu tạo SVC 15 Hình 1.3 Đặc tuyến vơn – ampe 17 Hình 1.4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động TCSC 19 Hình 1.5 Cấu tạo nguyên lý hoạt động STATCOM 20 Hình 1.6 Cấu tạo nguyên lý hoạt động UPFC 21 Hình 1.7 Cấu tạo nguyên lý hoạt động TCPAR 22 Hình 2.1 Điều chỉnh điện áp nút phụ tải SVC 27 Hình 2.2 Sự thay đổi điện áp phụ tải có khơng có SVC 28 Hình 2.3 Quan hệ thời gian điện áp áp 28 Hình 2.4 Đặc tính cơng suất có khơng có SVC 31 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý Thyristor 32 Hình 2.6 Nguyên lý cấu tạo hoạt động TCR 34 Hình 2.7 Đặc tính điều chỉnh liên tục TCR 35 Hình 2.8 Ảnh hƣởng giá trị góc cắt đến dịng điện TCR 35 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động TSC 36 Hình 2.10 Cấu tạo nguyên lý hoạt động TSDR 37 Hình 2.11 Hệ điều khiển van SVC 38 Hình 2.12 Sơ đồ hệ thống truyền tải 39 Hình 2.13 Sơ đồ bù tĩnh SVC 40 Hình 2.14 Sơ đồ khối điều chỉnh điện áp 42 Hình 2.15 Mơ bù SVC Matlap 43 Hình 2.16 Ảnh hƣởng tải lên điện áp chƣa có bù SVC 45 Hình 2.17 Tác dụng bù SVC ổn định điện áp 46 Hình 2.18 Đáp ứng điện áp thơng số đƣờng dây xác định biến thiên 47 Hình 3.1 Hàm phụ thuộc tập mờ F 48 Trang GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong Hình 3.2 Mơ tả giá trị ngơn ngữ tập mờ 51 Hình 3.3 Quy tắc hợp thành 52 Hình 3.4 Quy tắc hợp thành prod 53 Hình 3.5 Luật hợp thành MISO với hai mệnh đề điều kiện 54 Hình 3.6 Hàm thuộc giá trị 55 Hình 3.7 Hàm thuộc đầu mệnh đề thứ 56 Hình 3.8 Hàm thuộc đầu mệnh đề thứ hai 56 Hình 3.9 Hàm thuộc đầu luật hợp thành 56 Hình 3.10 Giải mờ phƣơng pháp cực đại 57 Hình 3.11 Giải mờ phƣơng pháp điểm trọng tâm 58 Hình 3.12 Hàm thuộc đầu có dạng hình thang 59 Hình 3.13 Sơ đồ khối điều khiển mờ 60 Hình 3.14 Cấu trúc điều khiển PI mờ 61 Hình 3.15 Hàm liên thuộc sai lệch 65 Hình 3.16 Hàm liên thuộc biến thiên sai lệch ( ∆e) 65 Hình 3.17 Các hàm liên thuộc cho Ki 65 Hình 3.18 Các hàm liên thuộc cho Kp 66 Hình 4.1 Thƣ viện Simulink 70 Hình 4.2 Các khối nguồn 71 Hình 4.3 Các khối logic mờ 71 Hình 4.4 Cấu tạo bên khối SVC 75 Hình 4.5 Mạch động lực bù SVC 75 Hình 4.6 Khối điều khiển SVC 76 Hình 4.7 Bộ phát xung điều khiển đồng 76 Hình 4.8 Cấu tạo phát xung 77 Hình 4.9 Cấu tạo khối tuyến tính hóa 77 Hình 4.10 Đƣờng đặc tính điều khiển SVC 78 Hình 4.11 Bộ PI mờ điều chỉnh dung lƣợng bù cho hệ thống 87 Hình 4.12 Hệ thống IEEE 30 bus 79 Trang GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong Ta tiến hành cài đặt thông số nhƣ sau:  Điện áp định mức: U  = 220 kV Tần số định mức: f  đm đm = 50 Hz, Công suất tác dụng tải: P =0-P T  max với P max = 100 MW Công suất phản kháng tải: Q =0-Q T max với Q max = 100 MVAr Ta dùng khối tải đƣợc đóng ngắt khỏi hệ thống thiết bị đóng ngắt pha để thay đổi giá trị biến thiên tải q trình mơ Khối SVC: đƣợc ghép từ mạch FC-TCR nối tam giác với Các SVC không trực tiếp đấu vào nguồn điện cao áp mà chúng đƣợc đấu qua máy biến áp 220/6, hạ từ điện áp 220 kV xuống điện áp kV để nhằm giảm cấp Trang 76 GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong cách điện cho tụ cuộn kháng điện Trong thực tế, ngƣời ta mắc nhiều tụ cuộn kháng nối tiếp để giảm điện áp đặt lên chúng Hình 4.4 Cấu tạo bên khối SVC Để giảm bớt thành phần sóng hài bậc cao qua trình đóng ngắt thyristor q trình phóng nạp tụ điện ta phải mắc thêm vào chúng điện trở - cuộn cảm nhỏ để giảm bớt tốc độ biến thiên dòng áp nhánh Hình 4.5 Mạch động lực bù SVC Nhƣ vậy, dung lƣợng bù đƣợc xác định: Qb = (BC - BL(α)).U2 Trong đó: U = kV điện áp thứ cấp máy biến áp; BC = ω.C điện dẫn tụ; BL    2     sìn điện dẫn cuộn kháng phụ thuộc vào góc điều khiển α L  Khi α = 900 cuộn kháng lớn BL  α = 1800 BL= L Trang 77 GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong Cho thay đổi Qb – 80  +80 Mvar tƣơng ứng với α = 900  1800 Do ta xác định đƣợc giá trị điện dung tụ điện kháng cuộn dây 80.106 80.106 C  7,08.10 3 F U 314.(6.10 ) L U2 (6.106 )   0,72.103 H 6 160.10  160.10 314 Khối điều khiển SVC: bao gồm khối chuẩn hóa tín hiệu điện áp đo, khối điện áp đặt, khối điều chỉnh điện áp, khối tuyến tính hóa khối phát xung điều khiển Hình 4.6 Khối điều khiển SVC  Khối phát xung điều khiển: Góc điều khiển tín hiệu đồng đƣợc đƣa vào khối phát xung để tạo xung đóng ngắt thyristor Hình 4.7 Bộ phát xung điều khiển đồng Bộ phát xung tạo xung điều khiển có độ rộng 100, từ phát xung xung đƣợc đƣa đến để đóng – mở van thyristor Trang 78 GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong Hình 4.8 Cấu tạo phát xung  Khối tuyến tính hóa: chuyển đổi từ tín hiệu điều khiển Qb thành góc α cho phát xung Ta có BL(α) = BSVC – BC = BL0.f(α) Hình 4.9 Cấu tạo khối tuyến tính hóa Với giá trị BL ta suy đƣợc góc α thơng qua đồ thị thể đƣờng đặc tính q trình điều khiển đóng ngắt thyristor Trang 79 GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong Hình 4.10 Đường đặc tính điều khiển SVC  Bộ điều chỉnh điện áp: điện áp đƣợc điều chỉnh thông qua việc bù lại điện áp sai lệch giữ giá trị đo giá trị đặt, qua tính tốn đƣợc dung lƣợng bù cần phải điều chỉnh SVC Hình 4.11 Bộ PI mờ điều chỉnh dung lượng bù cho hệ thống Hình 4.11 PI mờ điều chỉnh dung lƣợng bù cho hệ thống Bộ điều khiển PI tính toán đƣa giá trị điều khiển dựa sai lệch điện áp, thơng số Kp độ lợi Trang 80 GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong tỉ lệ Ki độ lợi tích phân Để tránh tƣợng q áp làm thiết bị bảo vệ hệ thống tác động, hệ số Kp đƣợc lựa chọn phải nhỏ, hệ số Ki đƣợc lựa chọn đủ lớn để nhanh chóng triệt tiêu sai lệch điều khiển 4.2 TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG 4.2.1 MÔ PHỎNG TRONG HỆ THỐNG IEEE 30 BUS [9] Cách kinh điển để đánh giá ảnh hƣởng thay đổi thiết bị điều khiển lên điện áp hệ thống hệ số độ nhạy Sij Các biến độ nhạy đƣợc xác định khoảng [0,1], tín hiệu liên quan với biến ngôn ngữ “hiệu quả” lĩnh vực phân chia mờ với phạm vi giá trị là: NB, NS, ZE, PS, PB Các hệ số nhạy phụ thuộc vào mức độ tải việc chọn phƣơng pháp nhanh gọn để đánh giá độ nhạy quan trọng Để tìm thiết bị điều khiển hữu hiệu tình vận hành cho trƣớc, sử dụng phƣơng pháp nhạy Kỹ thuật nhạy đƣợc dùng rộng rãi phân tích hệ thống tuyến tính Kỹ thuật thể mối quan hệ yếu hoạt động điều khiển hiệu chúng Vì hệ thống lƣợng hệ thống phi tuyến nên hệ số nhạy đại lƣợng điều khiển công suất phản kháng điện áp không giá trị số Kỹ thuật nhạy sử dụng hiệu để phân tích tốn điều khiển điện áp/cơng suất phản kháng hệ thống điện Có thể thấy việc thay đổi đại lƣợng đo lƣờng điều khiển dẫn đến vài thay đổi điện áp Đối với điện áp bất kỳ, điều tính tốn việc sử dụng kỹ thuật nhạy thao tác điều khiển cần thiết để khử dao động điện áp Hai yếu tố giới hạn hoạt động điều khiển thao tác điều khiển không vƣợt ràng buộc điều khiển, hoạt động điều khiển khử vi phạm điện áp không tạo vi phạm điện áp khác Trang 81 GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong Hình 4.12 Hệ thống IEEE 30 bus SVC đƣợc đặt vào bus 10 bus 24  Ngõ vào: Các đầu A, B, C đƣợc đấu nối trực tiếp vào lƣới điện  Ngõ ra: Lƣợng công suất cảm kháng, dung kháng cung cấp cho lƣới hấp thụ từ lƣới  Các thông số khối SVC: o Nominal voltage (Vrms Ph-Ph): giá trị hiệu dụng điện áp dây định mức o Reactive power limits [Qc(Mvar>0), Ql(Mvar