tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP điều KHIỂN HIỆN đại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI

ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG COS

Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁMã số:23.04.3898

Học viên: NGUYỄN THU TRANG

Người HD Khoa học : TS V Õ QUANG VINH

THÁI NGUYÊN - 2010

Người hướng dẫn khoa học: TS Võ Quang Vinh

Phản biện 1: Phản biện 2:

Luận văn sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn họp tại: TrườngĐại học KTCN - Đại học Thái Nguyên.

Ngày 07 tháng.10 năm 2010

Có thể tìm hiểu luận văn tại thư viện Đại học Thái Nguyên

MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài,mục đích nghiên cứu

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, xã hội, nhu cầu sử dụngđiện của mỗi quốc gia đều tăng nhanh, việc đảm bảo đáp ứng kịp thời vàđầy đủ nhu cầu điện năng, truyền tải điện an toàn đến từng hộ tiêu thụ vớichất lượng điện năng cao là tiêu chí quan trọng hàng đầu của mỗi quốcgia.

Ngày nay, sự ra đời của các thiết bị Thyristor công suất lớn, sự rađời của các thiết bị FACTS, trong đó có thiết bị bù tĩnh là thiết bị điệnthông dụng, Việc sử dụng thiết bị bù tĩnh có thể giữ điện áp ổn định trongmột giới hạn cho phép Kết quả hiệu chỉnh của thiết bị bù tĩnh là khá tốt.So với việc sử dụng tụ điện thì thiết bị bù tĩnh có thể khắc phục được cácnhược điểm trên đồng thời hiệu chỉnh điện áp nhuyễn hơn, không bị nhảynấc Sự ưu việt của thiết bị bù tĩnh là khả năng điều chỉnh nhanh, biên độthay đổi lớn, độ tin cậy cao và giảm bớt tổn thất.

II Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu

- Hệ thống bù công suất phản kháng cho lưới điện.- Tìm hiểu thiết bị bù tĩnh

- Dùng điều khiển hiện đại để cải thiện chất lượng điều chỉnh của hệ bù

Đề tài này có mục tiêu chủ yếu là nâng cao chất lượng truyền tải điện năngcủa nghĩa rất lớn trong việc ứng dụng vào điều khiển thiết bị bù tĩnh trênlưới điện:

- Tăng tốc xử lý khi thiết bị bù tĩnh cần làm việc

- Đơn giản và giúp thiết bị bù tĩnh thông minh hơn trong quátrình phản ứng

Dùng điều khiển hiện đại để cải thiện chất lượng mang lại hiệu quả

2kinh tế cao.

b Ý nghĩa thực tiễn

Trước tốc độ phát triển nhanh, đặc biệt là Việt Nam đã gia nhậpWTO, do lịch sử hệ thống điện Việt Nam còn nhiều bất cập, lạc hậu, nhiềuđiểm chưa thống nhất, không đáp ứng đủ các yêu cầu về chất lượng điệnnăng của khách hàng

- Điều chỉnh hệ số công suất thường - Điều áp là một vấn đề quan trọng và - Cân bằng phụ tải

1.2 Khái niệm hệ thống điện và phụ tải điện

1.2.1 Hệ thống điện

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đườngdây tải điện và các thiết bị khác (thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảovệ…) được nối liền với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất,truyền tải và phân phối điện năng.

1.2.2 Phụ tải điện

Phụ tải điện gồm công suất tác dụng P và công suất phản kháng Qyêu cầu tại một điểm nào đó của lưới điện Công suất tác dụng là P là côngsuất sinh ra công, tiêu hao năng lượng của nguồn điện Công suất phảnkháng Q thường là công suất sinh ra từ trường, mang cảm tính, không tiêuthụ năng lượng của nguồn, nhưng dòng điện do nó sinh ra khi chạy trong

nhỏ hơn so với điều khiển PI thường Giá trị điện áp phản ứng nhanh hơnvề để tiến nhanh về giá trị đặt.

Công suất phản kháng tại nơi lắp đặt SVC:

Hình 4.26 Công suất phản kháng tại thanh cái đặt SCV

Nhận xét:

Cũng như điện áp của thanh cái thì từ kết quả mô phỏng thấy côngsuất phản kháng của hệ thống nhanh chóng trở về giá trị đặt, sai lệch tĩnhnhỏ hơn PI thường.

Để so sánh với bộ PI thông thường và khi sử dụng mờ thì ta tiếnhành mô phỏng trên cùng file Với các thông số vẫn như trên khi điềukhiển bằng luật PI thường.

Sơ đồ cấu trúc điều khiển điện áp bằng luật mờ.

Hình 4.24 Sơ đồ cấu trúc điều khiển luật PI động

Xét trường hợp hệ thống đóng tải tại t = 0,7sĐiện áp tại thanh cái tại nơi lắp đặt SVC.

Hình 4.25 Điện áp tại thanh cái đặt SVC

Nhận xét:

Từ kết quả mô phỏng thấy rằng, cả hai bộ điều khiển đều đạt yêu cầugiữ ổn định điện áp độ quá điều chỉnh 8%, sai lệch tĩnh nhỏ hơn 1% Tuynhiên, khi điều khiển bằng luật PI mờ điện áp thanh cái có sai lệch tĩnh

dây dẫn gây ra tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng 1.3 Chế độ làm việc và cân bằng công suất trong hệ thống điện

1.3.1 Chế độ làm việcChế độ xác lập Chế độ quá độ

Chế độ quá độ bình thường l

1.3.2 Cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng

Công suất dự trữ sự cố đựơc xác định ở thời điểm phụ tải cực đạinăm, ở chế độ này cân bằng công suất được xác định như sau:

PFdm Ppt PPdtcs PdtbqPtd

Công suất bù Qb xác định từ điều kiện cân bằng công suất phảnkháng trong chế độ cực đại năm của hệ thống điện

1.4 Tổn thất điện áp trên đường dây truyền tải điện

Xét đường dây có điện trở R, điện trở kháng X cấp điện cho phụ tảicó công suất S2 = P2 + jQ2 Điện áp cuối đường dây là U2 điện áp nguồn làU1 và công suất của nguồn cần cung cấp là S1 = P1 + jQ1.

1.4.1 Tổn thất điện áp tính theo dòng điện, véctơ điện áp

I  p q  

1.4.2 Tính toán tổn thất điện áp theo công suất

Trong lưới điện siêu cao áp có R << X do đó có thể bỏ qua R, ta có:

Từ hai công thức trên ta rút ra:

- Công suất phản kháng là nguyên nhân chính gây ra tổn thất điệnáp, do đó để điều chỉnh điện áp thì phải điều chỉnh dòng công suất phảnkháng.

- Công suất tác dụng gây ra độ lệch pha của điện áp 1.5 Khái niệm chung về điều chỉnh điện áp

1.5.1 Ảnh hưởng của điện áp đến hoạt động của hệ thống điện

Điện áp trong hệ thống điện luôn biến đổi trong thời gian do:- Sự dao động thường xuyên hoặc ngẫu nhiên của phụ tải

- Sự cố trong hệ thống điện gây ra quá trình quá độ điện từ và có thểlàm cho một hoặc một số phần tử ngừng hoạt động đột ngột.

- Sự thay đổi cấu trúc lưới

- Hoạt động của các thiết bị bảo vệ tự động- Khởi động hoặc ngừng các tổ máySự biến đổi điện áp dẫn đến hậu quả:- Ảnh hưởng đến công tác của hệ thống điện

4.4.3 Thiết kế bộ điều khiển mờ và luật mờ

Trong kỹ thuật mờ thích nghi, tất cả các hàm liên thuộc (MFs) có đầuvào e và e được định nghĩa trong giải [-1, 1], ngược lại đầu ra được địnhnghĩa [0,1]

Cấu trúc điều khiển:

z-1Fuzzy Logic

controller forki

Fuzzy Logiccontroller forKpprocess

outputRef -

Hình 4.21 Cấu trúc điều khiển mờ

Hình 4.23 Biểu diễn luật mờ Kp trong không gian4.4.4 Kết quả mô phỏng so sánh bộ PI thường và điều khiển mờ

* Trường hợp khi hệ thống có thiết bị bù tĩnh SVC.

Như vậy, từ kết quả trên ta thấy, sự tham gia của thiết bị bù tĩnh SVCcó thể ổn định được điện áp lưới trong trường hợp lưới điện bị dư thừacông suất phản kháng, nâng cao chất lượng truyền tải điện.

4.4 Sử dụng luật mờ để nâng cao chất lượng điều khiển SVC

4.4.1 Đặt vấn đề

việc áp đặt fuzzy logic sẽ có ý nghĩa rất lớn trong việc ứng dụng vàođiều khiển SVC trên lưới điện.

- Tăng tốc xử lý khi SVC cần làm việc

- Đơn giản và giúp SVC thông minh hơn trong quá trình phản ứng.

4.4.2 Cơ sở thuật toán điều khiển

- Bộ điều khiển được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp là bộ PID,5

1.5.2 Nhiệm vụ của điều chỉnh điện áp

Nhiệm vụ của điều chỉnh điện áp là:

- Đảm bảo chất lượng điện năng cho thiết bị dùng điện

- Đảm bảo hoạt động của hệ thống trong chế độ bình thường cũngnhư sự cố - Đạt hiệu quả kinh tế, giảm P và A 

1.5.3 Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp

Nhu cầu công suất phản kháng thay đổi gây ra sự biến đổi điện áp,tổn thất điện áp được tính theo công thức:

1.6 Tổng quan về bù công suất phản kháng khi truyền tải

1.6.1 Công suất phản kháng trên đường dây truyền tải

Quá trình truyền tải điện xoay chiều trên đường dây siêu cao áp liênquan đến quá trình truyền sóng điện từ dọc theo đường dây Điện trườngcủa đường dây thường ít thay đổi trong quá trình vận hành vì điện áp củađường dây khống chế trong giới hạn cho phép với đường dây 500kVkhông quá 10% Song từ trường đường dây tạo ra có thể biến thiên trongmột giới hạn rộng theo sự thay đổi của dòng điện tải trên đường dây.

1.6.2 Bù công suất phản kháng trên đường dây truyền tải

Để hạn chế mức quá điện áp không tải người ta dùng các kháng điệnbù ngang.

1 Sử dụng kháng điện có điều khiển giới hạn điều chỉnh (Q-Qdd)

2 Dùng kháng điện có công suất cố định kết hợp với máy bù đồngbộ Phương án này đảm bảo yêu cầu thay đổi công suất phản kháng từ -

(QK + QB) đến + (QK + QB), trong đó QK là công suất phản khángđiện, QB là công suất phản kháng máy bù đồng bộ Trong phương án nàycông suất của kháng điện có thể bé hơn phương án 1 tuy nhiên giá tiềnthiết bị cao hơn.

3 Dùng kháng điện có công suất cố định kết hợp với thiết bị bù tĩnhcó khả năng thay đổi công suất bù liên tục Phương án này đảm bảo yêucầu thay đổi công suất phản kháng từ - QK đến + (QBT + QK) trong đó QBTlà công suất của thiết bị bù tĩnh.

4 Điều khiển bằng đóng cắt các điện kháng có công suất cố địnhtrong quá trình vận hành Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh nhảybậc và khả năng điều chỉnh không cao.

1.7 Bù dọc và bù ngang đường dây

1.7.1 Bù dọc

Bù dọc là giải pháp tăng điện dẫn liên kết (giảm điện kháng X của đường dây) bằng dung kháng XC của tụ điện Qua đó giới hạntruyền tải của đường dây theo điều kiện ổn định tĩnh được nâng lên Hơnnữa, giới hạn ổn định động cũng tăng lên một cách gián tiếp do nâng caothêm đường cong công suất điện từ.

a Ổn định điện áp

- Giảm lượng sụt áp với cùng một công suất truyền tải.- Điểm sụp đổ điện áp được dịch chuyển xa hơn.b Ổn định về góc lệch

Làm giảm góc lệch trong chế độ vận hành bình thường, qua đó

- Làm tăng giới hạn công suất truyền tải của đường dây.c Giảm tổn thất công suất và điện năng

4 3 Kết quả mô phỏng khi dùng bộ PI thông thường

Trong trường hợp này ta có các kết quả thể hiện các đường đặc tínhnhư sau:

* Trường hợp khi hệ thống không có thiết bị bù tĩnh SVC

Hình 4.9 Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suấtphản kháng truyền tải trên lưới điện

Từ đồ thị trên ta thấy, sau khi cắt phụ tải 3 ra khỏi lưới tại thời điểm t= 0,7s điện áp lưới tăng lên 3% so với điện áp định mức Sự tăng điện ápnày làm cho các phụ tải 1 và phụ tải 2 bị quá tải, làm giảm tuổi thọ củathiết bị.

BFC-TCR=a/bGiíi h¹n ph¸t CSPK

TCR +TCR -TSC1 +TSC1 -TSC2 +TSC2 -TSC3 +TSC3 -

Firing UnitAB2

TCR +TCR -TSC1 +TSC1 -TSC2 +TSC2 -TSC3 +TSC3 -

Firing UnitAB1

TCR +TCR -TSC1 +TSC1 -TSC2 +TSC2 -TSC3 +TSC3 -

Firing UnitABDemux

- Dòng điện chạy qua tụ C sẽ phát ra một lượng công suất phản