Nghiên cứu mô hình thiết bị bù tĩnh (SVC) trong tính toán và điều khiển để nâng cao chất lượng điện trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN XUÂN THẮNG NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH THIẾT BỊ BÙ TĨNH (SVC) TRONG TÍNH TOÁN VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chuyên ngành : Kỹ thuật điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Đinh Quang Huy Hà Nội – Năm 2014 Luận văn thạc sĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các kết tính toán hoàn toàn trung thực chép Để hoàn thành luận văn sử dụng tài liệu liệt kê danh mục tài liệu tham khảo, hoàn toàn không chép lại đề tài thực công bố trước thời điểm hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học Viên Nguyễn Xuân Thắng Học viên: Nguyễn Xuân Thắng Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1.1 TỔNG QUAN 1.1.2 CƠ SỞ CHUNG LƯỚI TRUYỀN TẢI 1.1.3 ĐIỀU KHIỂN DÒNG CÔNG SUẤT TRÊN LƯỚI TRUYỀN TẢI XOAY CHIỀU 1.1.4 ĐIỀU KHIỂN LINH HOẠT LƯỚI TRUYỀN TẢI XOAY CHIỀU 1.1.5 CÁC ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ FACTS TRÊN LƯỚI TRUYỀN TẢI 1.2 ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 10 1.2.1 PHÂN TÍCH ĐƯỜNG DÂY XOAY CHIỀU KHÔNG BÙ 11 1.2.1.1 Tổng quan 11 1.2.1.2 Các phương trình đường dây truyền tải 12 1.2.2 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG THỤ ĐỘNG 16 1.2.3 BÙ BẰNG TỤ NỐI TIẾP TẠI ĐIỂM GIỮA CỦA ĐƯỜNG DÂY 18 1.2.4 BÙ NGANG TẠI ĐIỂM GIỮA ĐƯỜNG DÂY 20 1.2.5 SO SÁNH GIỮA BÙ NỐI TIẾP VÀ BÙ NGANG BẰNG TỤ 22 1.3 MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG LINH HOẠT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN (FACTS) 25 1.3.1 THIẾT BỊ BÙ TĨNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG THYRISTOR (SVC – STATIC VAR CONPENSATOR) 25 1.3.2 THIẾT BỊ BÙ DỌC ĐIỀU KHIỂN BẰNG THYRISTOR (TCSC – THYRISTOR CONTROLLED SERIES CAPACITOR) 27 1.3.3 THIẾT BỊ BÙ TĨNH STATCOM (STATIC SYNCHRONOUS COMPENSATOR) 28 CHƯƠNG II: THIẾT BỊ BÙ TĨNH SVC 30 2.1 CÁC ỨNG DỤNG CỦA SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 30 2.1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 30 Học viên: Nguyễn Xuân Thắng Luận văn thạc sĩ 2.1.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA SVC 31 2.2 2.1.2.1 Điều chỉnh điện áp trào lưu công suất 31 2.1.2.2 Ổn định dao động công suất hữu công 32 2.1.3 Tăng khả tải đường dây 32 2.1.4 Cân phụ tải không đối xứng 34 2.1.5 Cải thiện ổn định sau cố 34 THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC 35 2.2.1 CẤU TẠO PHẦN TỬ TCR (THYRISTOR CONTROLLER REACTOR)35 2.2.2 CẤU HÌNH SVC-FC-TCR 50 2.2.3 CẤU HÌNH SVC-MSC-TCR 55 2.2.4 CẤU TẠO PHẦN TỬ TSC (THYRISTOR SWITCH CAPACITOR) 57 2.2.4.1 Chuyển mạch tụ điện áp nguồn 57 2.2.4.2 Chuyển mạch cho tụ mắc nối tiếp với kháng 58 2.2.4.3 Khóa van TSC 65 2.2.4.4 Cấu hình TSC 66 2.2.4.5 Đặc tính hoạt động 68 2.2.5 CẤU HÌNH SVC-TSC-TCR 68 2.2.5.1 Cấu hình 68 2.2.5.2 Đặc tính hoạt động 69 2.2.5.3 Đặc tính dòng điện 72 2.2.5.4 Đặc tính điện dẫn 73 2.3 SO SÁNH GIỮA CÁC CẤU HÌNH SVC KHÁC NHAU 74 2.3.1 TỔN THẤT 74 2.3.2 NHẬN XÉT 75 CHƯƠNG III: MÔ HÌNH VÀ CÁC THÀNH PHẦN ĐIỀU KHIỂN SVC 76 3.1 ĐO LƯỜNG THÔNG SỐ TRÊN HỆ THỐNG 76 3.1.1 ĐO LƯỜNG ĐIỆN ÁP 76 3.1.1.1 Chỉnh lưu xoay chiều/1 chiều 77 3.1.1.2 Phép đổi tọa độ 77 3.1.1.3 Phân tích chuỗi Fourier 78 Học viên: Nguyễn Xuân Thắng Luận văn thạc sĩ 3.1.2 Đo lường dòng điện 80 3.1.3 Đo lường công suất 83 3.1.4 Các yêu cầu đo lường hệ thống 84 3.2 ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG 86 3.2.1 CƠ SỞ ĐIỀU CHỈNH 86 3.2.2 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN DẪN 91 3.2.3 THỰC HIỆN SỐ HÓA BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 94 3.3 PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN 96 3.3.1 CHỨC NĂNG TUYẾN TÍNH HÓA 97 3.3.2 TRỄ TRONG HỆ THỐNG PHÁT XUNG 99 3.4 3.3.2.1 Thời gian chết Thyristor 99 3.3.2.2 Thời gian trễ mở xung Thyristor 100 ĐỒNG BỘ HÓA HỆ THỐNG 101 CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG THIẾT BỊ BÙ SVC 102 4.1 GIỚI THIỆU VỀ MATLAB SIMULINK 102 4.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠCH LỰC TRONG MATLAB 104 4.3 MÔ HÌNH MẠCH ĐIỀU KHIỂN 108 4.3.1 HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG 109 4.3.2 BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 111 4.3.3 KHỐI PHÁT TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN 112 4.3.4 KHỐI PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN 113 4.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 117 4.5 KẾT LUẬN 118 ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 Học viên: Nguyễn Xuân Thắng Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1 Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 10 Hình 11: Hình 12 Hình 13 Hình Hình 2: Hình Hình 4: Hình 5: Hình 6: Hình 7: Hình 8: Hình 9: Hình 10: Hình 11: Hình 12: Hình 13: Hình 14: Hình 15: Hình 16: Hình 17: Hình 18 Hình 20: Khả truyền công suất hàm chiều dài đường dây Đường dây không tổn thất với PST lý tưởng Đường dây truyền tải công suất bù cách điều khiển công suất phản kháng nguồn nút nhận Đường dây truyền tải cung cấp cho tải 11 Điện áp dòng điện thay đổi đường dây dài 12 Lưới truyền tải xem mạng hai cửa 16 Mô tả đường dây bù 18 Mạch tương đương đường dây với bù nối tiếp 19 Mạch tương đương lưới với tụ điện nối ngang điểm 21 Mạch tương đương để xác định tần số cộng hưởng 24 Cấu tạo nguyên lý hoạt động SVC 26 Sơ đồ nguyên lý đường đặc tính hoạt động TCSC 27 Sơ đồ nguyên lý đường đặc tính hoạt động STATCOM 28 Điều chỉnh điện áp nút phụ tải 31 Đặc tính công suất truyền tải hệ thống có SVC 33 Cấu tạo chung SVC 35 Cấu tạo TCR 36 Điện áp dòng điện ứng với góc mở α khác 37 Đặc tính điều khiển nạp TCR, BTCR 39 Sóng hài dòng điện TCR 40 Giá trị dòng I1 tổng dòng sóng hài Ih 40 TCR nối tam giác, dòng điện pha dây góc α khác 42 Sơ đồ sợi bù TCR với tụ (fixed-shunt capacitors) 44 Cấu tạo TSR 45 Một SVC đơn giản sử dụng TCR 47 Đặc điểm khác SVC: (a) Đặc tính dòng áp (b) Đặc tính điện dẫn nạp SVC TCR 47 Đặc tính hoạt động TCR với điều khiển điện áp: 49 Một FC-TCR SVC 50 Đặc tính hoạt động FC-TCR máy biến áp ghép 51 Một FC-TCR với máy biến áp giảm đặc tính V-I 53 Tổn thất FC-TCR (Theo: The CIGRE) 55 Các cấu hình khác bù MSC-TCR 56 Học viên: Nguyễn Xuân Thắng Luận văn thạc sĩ Hình 21: Đóng mở tụ điện áp nguồn: (a) mô hình mạch (b) dạng sóng dòng điện điện áp 58 Hình 22: Một TSC với kháng mắc nối tiếp 59 Hình 23: Hệ số khuếch đại với tần số TSC 60 Hình 24: Tầm quan trọng thành phần dao động lên thay đổi nhánh LC khác điều kiện tiền sinh tụ C trước đóng: (a) tiêu chí mở van, v(t)=VC0 (VT=0) (b) tiêu chí mở van, điện áp đỉnh v(t) 62 Hình 25: Phương pháp chuyển mạch cho TSC : (a) Mở van điện áp thấp van, vC>v ; (b) Mở van điện áp không, vC=v ; (c) Mở van điện áp qua không van vC