đề tài Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho kháng bù ngang có điều khiển kiểu máy biến áp

đề tài Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho kháng bù ngang có điều khiển kiểu máy biến áp

Chương 1.1 TÍNH CẤP THIẾT VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỞ ĐẦU Để giải vấn đề ổn định điện áp nâng cao khả truyền tải đường dây cao áp, giới từ thập niên 70 kỷ 20 ngành điện Việt Nam thực lắp đặt hệ thống tụ bù dọc không điều khiển phối hợp kháng bù ngang đường dây 500 kV Bắc Nam với mức bù điện tích cơng suất trung bình đường dây I1 B mức tụ bù đọc ne n.=2°=085:0,60 =7“ =0,65-+0,70., Hiện nay, giới phương án sử dụng kháng bù ngang có điều khiển nhiều nước ứng dụng, so với phương án dùng STATCOM SVC [20] [21], phương án dùng kháng điều khiển (hình 1.4) giá đầu tư thấp nhiều MẸ A a v1 2A Hinh 1.4: So đồ đường truyền tải sử dụng kháng bù ngang có điều khiển Kết qủa phân tích [2] thực tế xác nhận tác động khơng qn tính kháng điều khiển, tồn thời gian chuyển mạch khối thyristor cộng thời gian tác động máy ngắt chân không không 40 ms, hàm lượng sóng hài bậc cao khơng q 2% dòng định mức [17] [18] Giá thành cỦa kháng điều khiển không lớn nhiều giá thành máy biến áp công suất điện áp (cấp 500 kV giá 12-14 USD/kVA) 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Trên sở kháng điều khiển kiểu máy biến áp hãng BBC, tỪ năm 2003 môn Thiết bị điện- điện tử Viện Đại học Bách khoa Quốc gia Xanh-Pêtécbua đạo cỦa giáo sư viện sĩ Aexcannpos.T.H tiến hành nghiên cứu cải tiến Bằng việc lắp đặt kết cấu sun từ gông để giảm tổn thất phụ từ trường tan va lap đặt mạch lọc tần số bậc cao kết cấu cuộn dây bù [1] [16] Kháng điều khiển kiểu biến áp chế tạo môn với điện áp 10kV, công suất 100 kVAr vào 2004 Trong kháng điều khiển kiểu biến áp điều khiển với vai trị đóng/mở van thyristor (T) tải (U, 1, Ø) đường dây truyền tải thay đổi đặc biệt quan trọng Để góp phần nghiên cứu cụ thể kháng điều khiển kiểu biến áp lắp đặt nước ta tương lai không xa, chọn “Nghiên cứu thiết kế điều khiển cho kháng điều khiển kiểu máy biến áp” mục tiêu luận văn 1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU “Trên sở sơ đồ nguyên lý kháng bù ngang có điều khiển kiểu biến áp (hình 1.7) nghiên cứu sản xuất _ eh eee ty Mr” B arg L+| cr =—] O = g {| g ep } BL | BU - +: T Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý điều khiển kháng bù ngang có điều khiển Luận văn nghiên cứu tính năng, yêu cầu điều khiển nguyên cứu đề xuất thiết kế điều khiển cho van bán dẫn kháng kiểu máy biến áp, đáp ứng thay đổi góc mở œ từ max đến công suất truyền tải đường dây thay đổi từ khơng đến cơng suất tự nhiên Khi đó, dòng điện qua cuộn dây lưới I, phải thay đổi từ cực đại (1¿) đường dây không tải tới không truyền tải công suất tự nhiên, tương Ứng tổng trở vào kháng, thay đổi từ đến max Từ nguyên lý điều khiển ứng dụng hình 1.7 cho việc điều khiển kháng bù ngang kiểu biến áp sử dụng, luận văn nghiên cứu thiết kế điều khiển đảm bảo yêu cầu điều khiển đặt ra, với chức độ tin cậy mong muốn 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trên nguyên lý làm việc, yêu cầu điều khiển thông số kháng bù ngang có điều khiển kiểu biến áp sản xuất vận hành số nước Ấn Độ, Trung Quốc, Nga kết hợp với lý thuyết truyền tải điều khiển đại Tôi thiết kế điều khiển dựa yêu cầu tác dụng kháng điều khiển sử dụng phần mềm Matlab — Simulink để khảo sát tham số điều khiển đáp Ứng miền thời gian đối tượng điều khiển có chức độ tin cậy đạt mong muốn Sử dụng phần mềm mô hiệu điều chỉnh bù 100% mức tiêu thụ công suất phản kháng dư đường dây kháng điều khiển với điều khiển thiết kế 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIẾN CỦA LUẬN VĂN - Luận văn đưa khảo sát đánh giá đầy đủ lý thuyết điều khiển cho kháng bù ngang kiểu biến áp - Bằng kết mô chứng minh hiệu tính linh hoạt điều chỉnh mức tiêu thụ cơng suất phản kháng, dư đường dây kháng điều khiển kiểu biến áp - Kết nghiên cứu sở để tiến tới ứng dụng kháng điều khiển nhằm giải van dé cấp bách nâng cao dé tin cậy tính kinh tế - kỹ thuật hệ thống truyền tải điện Việt Nam 1.6 TÊN LUẬN VĂN “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO KHÁNG BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN KIỂU MÁY BIẾN ÁP” Chương TONG QUAN VE HE THONG VA THIET BI BU CONG SUAT PHAN KHANG TREN DUONG DAY TRUYEN TAI DIEN 2.1 CƠ SỞ TÍNH TỐN CHO DUONG DAY DAI TRUYỀN TẢI ĐIỆN XOAY CHIEU CAO AP VA SIEU CAO AP 2.1.1 Mơ hình đường dây dài 2.1.2 Tính tốn điện áp 2.1.3 Tính cơng suất tác dụng phản kháng đường dây 2.2 NGUYÊN LÝ VÀ HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CÓ ĐIỀU KHIỂN 2.2.1 Tổng quan hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) 2.2.2 Bù điện dung nối tiếp đường dây 2.2.2.1 Mục đích bù nối tiếp - Ổn định điện áp; - Cải thiện trình ổn định; - Làm tắt - Dập tắt 2.2.2.2 Thay Với kết dao động công suất; dao động đồng phụ đổi tổng trở thiết bị bù nối tiếp phân tích toàn văn cho phép khẳng định việc lắp đặt thiết bị bù dọc đường dây cho phép giải nhiều hạn chế mà lưới truyền tải gặp phải dùng thiết bị bù không điều khiển Tuy nhiên, thiết bị số hạn chế định, giá thành đầu tư ban đầu cao làm giảm độ dự trữ ổn định hệ thống 2.2.3 Thiết bị bù ngang 2.2.3.1 Mục đích bù ngang Mục đích việc bù ngang là: - Hạn chế điện áp cuối đường dây chế độ tải nhẹ; - Hiệu chỉnh điện áp đường dây; - Cải thiện trình ổn định; - Lam tt dao động công suất 2.2.3.1 Điều chỉnh công suất phan khdng cUa thiét bị bù ngang Kháng bù ngang có điều khiển kiểu máy biến áp (VIIIPT) với thông số thay đổi có nguyên lý cấu trúc tương, tự máy biến áp, nguyên lý làm việc khác hẳn loại kháng điều khiển theo nguyên lý khuếch đại từ sản xuất lâu Kháng điều khiển kiểu máy biến áp với ưu điểm vượt trội như: tác động tức thời không quán tính, tổn thất cơng suất kháng nhỏ, khơng gây méo dạng dòng điện lưới, độ tin cậy làm việc cao, phạm vi điều chỉnh rộng (vì cho phép điều chỉnh phạm vi dòng điện dung [4]) Kháng điều khiển kiểu máy biến áp chức tương tự máy bù tĩnh (SVC) ưu điểm hẳn độ tin cậy làm thời gian tác động nhanh giá thành lắp đặt rẻ Kháng điều khiển loại sản xuất lắp đặt hệ thống điện Ấn Độ, Trung Quốc Liên Bang Nga, thực tế vận hành thời gian qua chứng tỏ ưu điểm vượt trội Chương KHÁNG BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN KIỂU BIẾN ÁP 3.1 GIỚI THIỆU KHÁNG BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN KIỂU BIẾN ÁP 3.1.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc kháng bù ngang kiểu biến áp 3.1.1.1 Cấu tạo kháng bù ngang kiểu biến áp 3.1.1.2 Nguyên lý làm việc kháng bù ngang kiểu biến áp Để dễ hiểu nguyên lý hoạt động kháng bù ngang kiểu biến áp, ta xét sơ đỒ nguyên lý pha cỦa kháng điều khiển kiểu biến áp hình 3.4 Te ip a | Up Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý pha kháng bù ngang kiểu biến áp 3.1.2 Các quan hệ điện từ kháng điều khiển kiểu máy biến áp Trong phạm vi đề tài tơi giới thiệu số thơng số có liên quan đến q trình tính tốn cịn lại tham số khác số vịng dây, đường kính, mạch từ xem có, khơng nhắc đến (chúng ta tham khảo tài liệu chế tạo kháng Nga, trang web: www.cpk-energo.ru) * Quan hệ thành phần điện kháng kháng điện * Các quan hệ dòng điện chạy cuộn dây kháng điện * Chế độ làm việc cuộn dây nhánh lọc tần số bậc cao chế độ lọc 3.2 PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH ĐIỆN ÁP TRÊN CUỘN DÂY ĐIỀU KHIỂN CỦA KHÁNG 3.2.1 Nguyên tắc điều khiển thyristor 3.2.2 Dạng sóng cuộn điều khiển theo góc mở œ Nếu xem thành phần củỦa dòng điện thành phần làm việc biên độ thành phần thay đổi theo góc mở œ thyristor Khi thyristor mở hoàn toàn œ = biên độ thành phần lớn nhất, œ = m dịng qua mạch Vì kháng nên điều khiển cuộn điều khiển có điện cảm quan hệ điện áp ngồi dịng, điện mạch có phức tạp nguyên lý làm việc Thyristor khơng có thay đổi Ta có phương trình điện áp di, L ‘DK de + Roxipx =U, Sin at (3.55) Với cuộn điều khiển kháng có điện trở dây quấn điện cảm cuộn điều khiển điện áp đặt lên cuộn điều khiển lúc là: Ug =U; [4 Va sin 2(@,, +A)—sin 20, 2z tuOng Ung tai R-L Nếu phương trình khoảng u = U„cosot p tần số đập mạch p (p=3 trường hợp pha A) với œøy > ọ phân tích Furrier điện áp ta có: wt [Un f costexd( pax) = PUasin’ gin PP h=s5 (3.61) Gina TH = sin2kØ —sin2kœ„, _ sin2(k+1)Ø —sin2(k+1)ø„y ay 2k Vn U„ KH; hoc [ CÁ ÁC XẾ 2+1) [cos2(k+1)ø„ —sin2(k+1)B TS TT To co 2(k +1) Trong đó: cos2kơ, 362 HỤ, 662) —cos2k MUTẾ 2k 683) B = œøy +A góc tắt dịng điện Để hạn chế tác động chúng, biện pháp người ta dùng lọc cộng hưởng gồm tụ kháng chỉnh định cho sóng hài Thanh phần dịng điện chảy kháng I,, Isx, l¿ sử dụng lọc cộng hưởng ứng với góc mở œ=120° biểu diễn hình 3.16 3.17 t Hinh 3.17: Dạng sóng dòng điện chảy kháng I,, I›x sau mắc cuộn lọc cộng hưởng 3.3 XÂY DỰNG HÀM ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CHO KHÁNG BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN KIỂU BIẾN ÁP 3.3.1 Xây dựng hàm điều khiển B cho kháng bù ngang nhằm tối ưu tổn thất công suất đường dây Công suất phản kháng đường dây truyền tải biểu diễn theo biểu thức sau: Qy = Qu — =|~(zÌ] (3.73) Trong đó: Qu - công suất điện trường đường dây; Q.- công suất từ trường đường dây DE thda man Qu = Qu + Q vi Qo = Po.tang = hàm điều khiển kháng bù ngang là: n=L{P3—¬( m7 +? Te J (3.84) 3.3.2 Ứng dụng đểtính tốn cơng suất kháng bù đường day 500 kV 3.3.3 Quan hệ dòng điều khiển kháng điện với phụ tải đường dây Ta thấy hàm phụ thuộc dịng kháng I, theo cơng suất tác dụng phụ tải hàm bậc Và phân tích P = Uicoso dịng điện kháng cho pha là: ñ _ ~Â,Ug1 ? cos” cọs? ø ~Ising+ _ ~4/U, 272TÌcos°p~ cog? F.U,Tsinp+ BẠ, U,P, Tụ G8 f Gần cho quan hệ œụy theo dòng tải cuộn dây điều khiển làm việc chế độ ngắn mạch (thành phần cuộn điều khiển có R-L , Z„ >> Za) sau: À [ X,aU, a 2y +A)=—Ã_—_Z—~ C0508 +2) = NA snÃ| UazXuoy Ugh Unin | Uranly Như vậy, với giá trị dịng điện tải I góc lệch pha tải @ ta có giá trị góc ME ouy tương Ứng 3.3.4 Ứng dụng tính tốn góc mở œ thyristor cho kháng điều khiển lắp đặt phân đoạn Đà Nẵng — Pleiku 3.4 CAC PHUONG PHAP DIEU KHIEN GOC MO THYRISTOR 3.4.1 Sơ đồ điều khiển IC thuật toán 3.4.2 Sơ đồ điều khiển IC số Chương THIET KE BO DIEU KHIEN CHO KHANG BU NGANG KIEU BIEN AP 4.1 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC CHO HỆ THỐNG DIEU KHIEN 4.1.1 Khối cảm biến đo lường Gry = = ï với Ky = Gy = ie ¡VỚI Lộ (4.1) _— với (4.2) T,=R,.C, 4.1.2 Khối điều khiển thyristor Bo 69 TyyS +1 4.1.3 Khối đối tượng kháng bù ngang kiểu biến áp Gg Đối tượng kháng mơ tả tốn học nhu sau: -b PL (-R,-sL, +R,+Z,,(s)+sL,) _(L,,C,, —L,C,, +L,,, }s” +(R,C,, —R,C,, )s +1 (L,C,, +1,,C,,)s?+R,C,, +1 (R, +sL, +Z„(s)} CƠ “Tr Tổng dẫn kháng bù G,u(s)= U,() HZ,_D„ 1(s) C _(—R,—sL,+R,+Z,„(s)+sL,) = HT cố, (R, +sL, +Z,,(5)) 4.2 XAY DUNG MO HiNH DIEU KHIEN CHO KHANG CO DIEU KHIEN KIEU BIEN AP 4.2.1 Tổng hợp hệ thống điều khiển HỆ thống điều khiển xây dựng cho bù dòng phản kháng đường dây Io, tải dịng tải cảm I„¡ = 0, lúc dòng điện kháng cân với dòng dung đường dây Q = Q Khi tải định mức dịng điện dung đường dây cân với dòng tải lúc dòng điện kháng luật điều khiển (3.84) Khi hệ thống điều khiển xây dựng với đường dây hình 4.10 Te(s) phí = R2 ¿ byl L at fo Se Tog +1 J0) „| Ð dj