Nghiên Cứu và Xây Dựng Bộ Bù Áp Nhanh cho Lưới Điện Trung Áp Sử Dụng Nghịch Lưu Đa Mực

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu bộ bù áp nhanh cho lưới điện trung áp, ứng dụng nghịch lưu đa mực, nâng cao hiệu suất và ổn định điện năng.

• Tác giả: Ong Xuân Thịnh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Liễn
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Điều Khiển & Tự Động Hóa
• Đề tài: Bộ Bù Áp Nhanh Cho Lưới Điện Trung Áp: Nghiên Cứu và Xây Dựng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Cấu trúc lưới điện trung áp
• 1.3. Lưới điện 35 kV
• 1.4. Lưới điện 22 kV
• 1.5. Lưới điện 15 kV
• 1.6. Lưới điện 10 kV, 6 kV
• 1.7. Vấn đề cải thiện chất lượng điện năng cho lưới điện
• 1.8. Các biện pháp cải thiện chất lượng điện năng
• 1.8.1. Đối với lưới điện cao áp
• 1.8.2. Đối với lưới điện trung áp
• 1.8.3. Đối với lưới điện hạ áp
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ NGHỊCH LƯU
• 2.1. Sự cần thiết của các bộ nghịch lưu
• 2.2. Bộ nghịch lưu dòng
• 2.3. Bộ nghịch lưu đa bậc
• 2.3.1. Dạng nghịch lưu kiểu điốt kẹp (diode_clamped inverter)
• 2.3.2. Nghịch lưu kiểu tụ kẹp (Capacitor Clamped Inverter)
• 2.3.3. Nghịch lưu đa bậc dạng cascade
• 2.3.4. Một số bộ nghịch lưu đa bước
• 2.3.5. Bộ nghịch lưu 18 bước
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÙ ÁP NHANH
• 3.1. Cấu trúc hệ thống của một bộ bù áp nhanh (DVR)
• 3.2. Lý thuyết điều khiển phát xung PWM
• 3.2.1. Các phương pháp điều khiển PWM
• 3.2.2. Điều khiển điện áp PWM vòng hở
• 3.2.3. Điều khiển dòng điện PWM vòng kín
• 3.2.4. Bộ điều khiển dòng kiểu trễ (Hysteresis PWM current control)
• 3.3. Xây dựng và thiết kế bộ bù áp nhanh (DVR)
• 3.3.1. Cấu trúc hệ thống DVR
• 3.3.2. Hệ thống điều khiển điện áp của DVR
• 3.3.3. Ứng dụng điều khiển PWM vào bộ bù áp nhanh DVR
• 3.3.4. Tính toán và lựa chọn cấu hình DVR
• 3.3.4.1. Giả thiết tham số hệ thống truyền tải
• 3.3.4.2. Tính toán ắc quy
• 3.3.4.3. Chọn van bán dẫn và cấu trúc driver
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VỚI DVR
• 4.1. Giới thiệu phần mềm Matlab/Simulink/Simpower
• 4.2. Cấu trúc mô phỏng
• 4.2.1. Sơ đồ cấu trúc mô phỏng
• 4.2.2. Khái quát các khối trong mô hình mô phỏng
• 4.2.3. Khối điều khiển phát xung cho DVR
• 4.3. Kết quả mô phỏng với sự cố sụt điện áp cả 3 pha
• 4.3.1. Khi lưới điện trung áp chưa có hệ thống DVR
• 4.3.2. Khi lưới điện trung áp có hệ thống DVR
• 4.3.3. Vấn đề sóng hài
• 4.4. Kết quả mô phỏng với sự cố sụt điện áp một pha
• 4.4.1. Khi lưới điện trung áp chưa có hệ thống DVR
• 4.4.2. Khi lưới điện trung áp có hệ thống DVR
• 4.4.3. Vấn đề sóng hài
• 4.5. Kết quả mô phỏng với sự cố tăng điện áp cả 3 pha
• 4.5.1. Khi lưới điện trung áp chưa có hệ thống DVR
• 4.5.2. Khi lưới điện trung áp có hệ thống DVR
• 4.5.3. Vấn đề sóng hài
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về lưới điện trung áp

Lưới điện trung áp tại Việt Nam có vai trò quan trọng trong việc phân phối điện năng từ các trạm biến áp đến các hộ tiêu thụ. Các cấp điện áp phổ biến bao gồm 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV và 35 kV. Mỗi cấp điện áp có cấu trúc và chức năng riêng, phục vụ cho các khu vực khác nhau. Đặc biệt, lưới điện 22 kV được thiết kế để cải thiện độ tin cậy và an toàn trong cung cấp điện. Việc duy trì chất lượng điện năng là một thách thức lớn, đặc biệt đối với các tải nhạy cảm. Các biện pháp cải thiện chất lượng điện năng bao gồm việc sử dụng các thiết bị bù, điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng. Những thiết bị này không chỉ giúp ổn định điện áp mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống điện.

1.1 Cấu trúc lưới điện trung áp

Cấu trúc lưới điện trung áp tại Việt Nam rất đa dạng, bao gồm nhiều cấp điện áp khác nhau. Lưới điện 35 kV chủ yếu được sử dụng để truyền tải điện năng và phân phối cho các khu vực lớn. Lưới điện 22 kV, mới được đưa vào sử dụng, có trung tính nối đất trực tiếp, giúp cải thiện độ an toàn. Lưới điện 15 kV và 10 kV chủ yếu phục vụ cho các khu vực dân cư và công nghiệp. Việc thiết kế lưới điện theo dạng mạch vòng kín giúp tăng cường độ tin cậy trong cung cấp điện, đặc biệt là trong các khu vực có phụ tải phân tán.

1.2 Vấn đề cải thiện chất lượng điện năng

Chất lượng điện năng là yếu tố quyết định đến hiệu suất hoạt động của các thiết bị điện. Việc duy trì điện áp ổn định là rất quan trọng để tránh gây hỏng hóc cho các thiết bị nhạy cảm. Các biện pháp cải thiện chất lượng điện năng bao gồm việc sử dụng các thiết bị bù như SVC và DVR. Những thiết bị này giúp điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng, từ đó nâng cao độ ổn định của hệ thống điện. Việc áp dụng công nghệ hiện đại trong điều khiển và tự động hóa cũng góp phần quan trọng trong việc cải thiện chất lượng điện năng.

II. Tổng quan về các bộ nghịch lưu

Các bộ nghịch lưu đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và ổn định điện áp trong hệ thống điện. Bộ nghịch lưu đa mức là một trong những công nghệ tiên tiến nhất hiện nay, cho phép cải thiện hiệu suất và giảm thiểu sóng hài. Các loại bộ nghịch lưu như diode-clamped inverter và capacitor-clamped inverter được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp. Việc nghiên cứu và phát triển các bộ nghịch lưu này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất hệ thống mà còn giảm thiểu tổn thất năng lượng.

2.1 Sự cần thiết của các bộ nghịch lưu

Trong bối cảnh nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng, việc sử dụng các bộ nghịch lưu trở nên cần thiết hơn bao giờ hết. Chúng giúp điều chỉnh điện áp và đảm bảo cung cấp điện ổn định cho các tải nhạy cảm. Các bộ nghịch lưu cũng giúp giảm thiểu sóng hài, từ đó nâng cao chất lượng điện năng. Việc áp dụng công nghệ nghịch lưu đa mức cho phép cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điện.

2.2 Các loại bộ nghịch lưu

Có nhiều loại bộ nghịch lưu khác nhau, mỗi loại có ưu điểm và ứng dụng riêng. Bộ nghịch lưu dòng và bộ nghịch lưu đa bậc là hai loại phổ biến nhất. Bộ nghịch lưu dòng thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu điều chỉnh điện áp nhanh chóng, trong khi bộ nghịch lưu đa bậc giúp cải thiện hiệu suất và giảm thiểu sóng hài. Việc lựa chọn loại bộ nghịch lưu phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống điện.

III. Xây dựng hệ thống bù áp nhanh

Hệ thống bù áp nhanh (DVR) là một giải pháp hiệu quả để cải thiện chất lượng điện năng trong lưới điện trung áp. DVR giúp điều chỉnh điện áp và cung cấp năng lượng khi cần thiết, từ đó đảm bảo tính ổn định của hệ thống. Việc thiết kế và xây dựng hệ thống DVR cần phải tính toán kỹ lưỡng các thông số như công suất, điện áp và cấu hình hệ thống. Các phương pháp điều khiển PWM được áp dụng để tối ưu hóa hoạt động của DVR, giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

3.1 Cấu trúc hệ thống DVR

Cấu trúc của hệ thống DVR bao gồm nhiều thành phần chính như bộ điều khiển, bộ biến đổi và các thiết bị bù. Bộ điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng. Bộ biến đổi giúp chuyển đổi điện năng từ DC sang AC, từ đó cung cấp điện áp ổn định cho lưới điện. Việc thiết kế cấu trúc hệ thống DVR cần phải đảm bảo tính linh hoạt và khả năng mở rộng để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện trong tương lai.

3.2 Ứng dụng điều khiển PWM vào DVR

Điều khiển PWM là một phương pháp hiệu quả để tối ưu hóa hoạt động của hệ thống DVR. Phương pháp này cho phép điều chỉnh điện áp một cách chính xác và nhanh chóng, từ đó nâng cao hiệu suất của hệ thống. Việc áp dụng điều khiển PWM vào DVR không chỉ giúp cải thiện chất lượng điện năng mà còn giảm thiểu tổn thất năng lượng. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng điều khiển PWM có thể cải thiện đáng kể độ ổn định của hệ thống điện.

IV. Mô phỏng lưới điện trung áp với DVR

Mô phỏng lưới điện trung áp với DVR là một bước quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống. Sử dụng phần mềm Matlab/Simulink, các mô hình mô phỏng giúp phân tích các tình huống khác nhau trong lưới điện. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng DVR có thể cải thiện đáng kể chất lượng điện năng, giảm thiểu sóng hài và ổn định điện áp trong lưới điện. Các mô phỏng này cung cấp thông tin quý giá cho việc thiết kế và triển khai hệ thống bù áp nhanh trong thực tế.

4.1 Giới thiệu phần mềm Matlab Simulink

Phần mềm Matlab/Simulink là công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng và phân tích hệ thống điện. Với khả năng mô phỏng linh hoạt, phần mềm này cho phép người dùng xây dựng các mô hình phức tạp và thực hiện các phân tích sâu về hiệu suất của hệ thống. Việc sử dụng Matlab/Simulink trong mô phỏng lưới điện trung áp giúp đánh giá chính xác hiệu quả của các giải pháp bù áp nhanh như DVR.

4.2 Kết quả mô phỏng với sự cố sụt điện áp

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng khi xảy ra sự cố sụt điện áp, hệ thống DVR có khả năng điều chỉnh điện áp nhanh chóng, từ đó đảm bảo tính ổn định của lưới điện. Các mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng DVR giúp giảm thiểu thiệt hại cho các thiết bị điện và nâng cao độ tin cậy của hệ thống. Những kết quả này khẳng định vai trò quan trọng của DVR trong việc cải thiện chất lượng điện năng trong lưới điện trung áp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện trung áp tại Việt Nam hiện có cấp điện áp từ 6 kV đến 35 kV, phục vụ vai trò truyền tải và phân phối điện năng cho các khu vực dân cư và công nghiệp. Theo ước tính, lưới điện trung áp trải dài hàng chục nghìn km, với các cấp điện áp phổ biến như 35 kV, 22 kV, 15 kV, 10 kV và 6 kV, phân bố đa dạng theo ba miền Bắc, Trung, Nam. Tuy nhiên, cấu trúc lưới điện trung áp hiện nay còn nhiều hạn chế như mạng hình tia một mạch, độ linh hoạt thấp và dễ bị ảnh hưởng bởi các sự cố điện áp như sụt áp, tăng áp, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu và xây dựng bộ bù áp nhanh (Dynamic Voltage Restorer - DVR) sử dụng nghịch lưu đa mức nhằm cải thiện chất lượng điện áp cho lưới điện trung áp, đặc biệt trong các sự cố điện áp đột ngột. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưới điện trung áp Việt Nam với các cấp điện áp phổ biến, trong đó chú trọng đến các sự cố sụt áp và tăng áp ba pha và một pha. Việc ứng dụng bộ bù áp nhanh dự kiến nâng cao độ ổn định điện áp, giảm thiểu sóng hài và tăng độ tin cậy cung cấp điện cho các tải nhạy cảm.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa, khi các phụ tải công nghiệp và dân dụng ngày càng đòi hỏi chất lượng điện năng cao hơn. Việc cải thiện chất lượng điện áp không chỉ giảm thiểu thiệt hại thiết bị mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất và an toàn hệ thống điện. Các số liệu mô phỏng cho thấy sự cải thiện rõ rệt về biên độ điện áp tải khi có hệ thống DVR, đồng thời giảm đáng kể sóng hài bậc cao, góp phần nâng cao chất lượng điện năng trong lưới điện trung áp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết lưới điện trung áp: Phân tích cấu trúc, đặc điểm vận hành và các vấn đề chất lượng điện năng trong lưới điện trung áp, bao gồm các cấp điện áp 6 kV đến 35 kV, đặc điểm mạng hình tia và mạch vòng kín.
• Lý thuyết nghịch lưu đa mức (Multilevel Inverter Theory): Nghiên cứu các dạng nghịch lưu đa mức như diode-clamped inverter, capacitor-clamped inverter và cascaded H-bridge inverter, với ưu điểm giảm sóng hài, tăng công suất và giảm tổn hao linh kiện.
• Mô hình điều khiển PWM (Pulse Width Modulation): Áp dụng các phương pháp điều khiển PWM vòng hở và vòng kín, đặc biệt là điều khiển dòng kiểu trễ (Hysteresis PWM current control) để điều khiển chính xác điện áp và dòng điện đầu ra của bộ nghịch lưu.
• Khái niệm bộ bù áp nhanh (DVR): Hệ thống bù áp nhanh sử dụng nghịch lưu đa mức để bù đắp điện áp sụt áp hoặc tăng áp đột ngột, bảo vệ tải nhạy cảm khỏi các sự cố điện áp.

Các khái niệm chính bao gồm: điện áp trung tính cách điện, sóng hài bậc cao, điều khiển PWM, nghịch lưu đa mức, và hệ thống lưu trữ năng lượng điện.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các tài liệu chuyên ngành, tiêu chuẩn kỹ thuật, và các mô phỏng thực nghiệm trên phần mềm Matlab/Simulink/Simpower. Cỡ mẫu mô phỏng bao gồm các trường hợp sự cố sụt áp ba pha, sụt áp một pha và tăng áp ba pha trên lưới điện trung áp.

Phương pháp phân tích sử dụng mô phỏng số để đánh giá hiệu quả của bộ bù áp nhanh DVR trong việc ổn định điện áp và giảm sóng hài. Các chỉ số đánh giá bao gồm biên độ điện áp tải, mức độ sóng hài tổng (THD), và độ ổn định điện áp trong các sự cố.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 12 tháng, bao gồm các giai đoạn: tổng quan tài liệu, thiết kế hệ thống DVR, xây dựng mô hình mô phỏng, phân tích kết quả và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả bù áp trong sự cố sụt áp ba pha: Mô phỏng cho thấy khi chưa có DVR, biên độ điện áp tải giảm xuống khoảng 60-70% so với điện áp định mức. Khi có DVR, biên độ điện áp tải được duy trì trên 95%, cải thiện rõ rệt độ ổn định điện áp.

2. Giảm sóng hài bậc cao: Phân tích sóng hài cho thấy mức độ sóng hài tổng (THD) của điện áp tải giảm từ khoảng 15% xuống dưới 5% khi sử dụng bộ bù áp nhanh, giúp nâng cao chất lượng điện năng và bảo vệ thiết bị tải.

3. Ổn định điện áp trong sự cố sụt áp một pha: DVR cũng thể hiện khả năng bù áp hiệu quả trong sự cố sụt áp một pha, giữ điện áp tải ổn định trên 90% giá trị định mức, giảm thiểu ảnh hưởng đến các thiết bị điện nhạy cảm.

4. Ứng dụng nghịch lưu đa mức: Việc sử dụng nghịch lưu đa mức dạng diode-clamped và cascaded H-bridge giúp giảm tổn hao linh kiện và giảm điện áp đột biến trên các van bán dẫn, tăng tuổi thọ thiết bị và hiệu suất hoạt động.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả bù áp nhanh là khả năng điều khiển chính xác điện áp đầu ra của nghịch lưu đa mức thông qua kỹ thuật PWM vòng kín, giúp bù kịp thời các biến động điện áp trên lưới. So với các nghiên cứu trước đây chỉ sử dụng nghịch lưu hai mức, nghịch lưu đa mức giảm đáng kể sóng hài và tổn hao điện năng.

Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ điện áp pha và dòng điện tải trong các sự cố, cùng bảng so sánh chỉ số THD trước và sau khi sử dụng DVR. Điều này minh chứng rõ ràng cho hiệu quả của bộ bù áp nhanh trong việc nâng cao chất lượng điện năng.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp giải pháp kỹ thuật khả thi, hiệu quả cho các lưới điện trung áp tại Việt Nam, đặc biệt trong bối cảnh phát triển công nghiệp và nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao. Việc áp dụng bộ bù áp nhanh sẽ góp phần giảm thiểu thiệt hại do sự cố điện áp, nâng cao độ tin cậy và ổn định của hệ thống điện.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai lắp đặt bộ bù áp nhanh DVR tại các trạm biến áp trung áp trọng điểm nhằm giảm thiểu sự cố sụt áp và tăng áp, nâng cao độ ổn định điện áp trong vòng 12-18 tháng, do các công ty điện lực thực hiện.

2. Áp dụng nghịch lưu đa mức dạng cascaded H-bridge trong thiết kế DVR để giảm tổn hao linh kiện và sóng hài, nâng cao hiệu suất hoạt động, với mục tiêu giảm THD xuống dưới 5% trong vòng 6 tháng.

3. Phát triển hệ thống điều khiển PWM vòng kín tích hợp cảm biến dòng điện và điện áp để tăng độ chính xác và phản ứng nhanh của bộ bù áp, đảm bảo thời gian đáp ứng dưới 10 ms, do các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ điện tử thực hiện.

4. Tổ chức đào tạo và nâng cao năng lực vận hành, bảo trì hệ thống DVR cho kỹ thuật viên điện lực nhằm đảm bảo vận hành ổn định và kéo dài tuổi thọ thiết bị, triển khai trong 6 tháng đầu sau khi lắp đặt.

5. Khuyến khích nghiên cứu tiếp tục mở rộng ứng dụng bộ bù áp nhanh cho các cấp điện áp khác và tích hợp với hệ thống lưu trữ năng lượng BESS để nâng cao khả năng cung cấp điện liên tục và chất lượng điện năng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên gia điện lực: Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về thiết kế và vận hành bộ bù áp nhanh DVR, giúp cải thiện chất lượng điện áp trong lưới điện trung áp.

2. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Tham khảo để xây dựng các kế hoạch đầu tư, nâng cấp hệ thống điện nhằm tăng độ tin cậy và ổn định cung cấp điện.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành điều khiển tự động hóa và điện tử công suất: Tài liệu chi tiết về nghịch lưu đa mức, điều khiển PWM và ứng dụng thực tiễn trong hệ thống điện.

4. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị điện và tự động hóa: Cơ sở để phát triển sản phẩm bộ bù áp nhanh, nâng cao chất lượng và tính cạnh tranh trên thị trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ bù áp nhanh DVR là gì và có vai trò gì trong lưới điện trung áp?
   DVR là thiết bị sử dụng nghịch lưu đa mức để bù đắp điện áp khi xảy ra sự cố sụt áp hoặc tăng áp, giúp duy trì điện áp ổn định cho tải nhạy cảm. Ví dụ, trong sự cố sụt áp ba pha, DVR có thể giữ điện áp tải trên 95% giá trị định mức.

2. Tại sao sử dụng nghịch lưu đa mức thay vì nghịch lưu hai mức truyền thống?
   Nghịch lưu đa mức giảm sóng hài bậc cao, giảm tổn hao linh kiện và điện áp đột biến trên van bán dẫn, từ đó tăng hiệu suất và tuổi thọ thiết bị. Mức sóng hài tổng (THD) có thể giảm từ 15% xuống dưới 5%.

3. Phương pháp điều khiển PWM vòng kín có ưu điểm gì?
   Phương pháp này giúp điều khiển chính xác điện áp và dòng điện đầu ra, phản ứng nhanh với các biến động điện áp, đảm bảo bù áp kịp thời và ổn định. Thời gian đáp ứng có thể dưới 10 ms.

4. Bộ bù áp nhanh có thể ứng dụng cho các cấp điện áp khác ngoài trung áp không?
   Có thể, tuy nhiên thiết kế và cấu hình sẽ khác nhau tùy theo cấp điện áp và yêu cầu chất lượng điện năng. Nghiên cứu tiếp tục mở rộng ứng dụng cho lưới cao áp và hạ áp.

5. Làm thế nào để đảm bảo cân bằng điện áp trên các tụ trong nghịch lưu đa mức dạng diode-clamped?
   Có thể sử dụng phương pháp điều khiển phản hồi để cân bằng điện áp hoặc thiết kế nguồn DC riêng biệt cho từng tầng tụ. Việc này giúp tránh quá áp và tăng độ bền cho linh kiện.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xây dựng thành công bộ bù áp nhanh DVR sử dụng nghịch lưu đa mức, cải thiện đáng kể chất lượng điện áp cho lưới điện trung áp.
• Mô phỏng cho thấy biên độ điện áp tải được duy trì trên 95% trong các sự cố sụt áp và tăng áp, đồng thời sóng hài tổng giảm xuống dưới 5%.
• Ứng dụng nghịch lưu đa mức giúp giảm tổn hao linh kiện và tăng tuổi thọ thiết bị so với nghịch lưu hai mức truyền thống.
• Phương pháp điều khiển PWM vòng kín đảm bảo phản ứng nhanh và chính xác trong việc bù áp.
• Đề xuất triển khai lắp đặt DVR tại các trạm biến áp trọng điểm trong vòng 12-18 tháng, đồng thời phát triển đào tạo và nghiên cứu mở rộng ứng dụng.

Tiếp theo, cần tiến hành thử nghiệm thực tế tại các trạm biến áp trung áp để đánh giá hiệu quả vận hành và tối ưu thiết kế. Mời các chuyên gia và doanh nghiệp trong ngành điện liên hệ để hợp tác phát triển và ứng dụng giải pháp này nhằm nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP Các loại thiết bị FACTS chủ yếu: • Các máy bù tĩnh (SVC – Static VAR Compensator): là những thiết bị FACTS quan trọng, được sử dụng trong nhiều năm để cải thiện tính kinh tế của các đường dây truyền tải bằng cách giải quyết các vấn đề điện áp. Nhờ độ chính xác, tính khả dụng và đáp ứng nhanh, các thiết bị SVC có thể cung cấp trạng thái ổn định và điều khiển điện áp quá độ có chất lượng cao so với kiểu bù rẽ nhánh thông thường. Các thiết bị SVC cũng được sử dụng để làm giảm các dao động công suất, cải thiện độ ổn định quá độ và giảm tổn hao hệ thống nhờ tối ưu điều khiển công suất phản kháng.

• Các bộ bù nối tiếp được điều khiển bằng thyristor (TCSC – Thyristor Controlled Series Compensator): là một mở rộng của các tụ nối tiếp truyền thống thông qua việc bổ sung một bộ phản ứng được điều khiển bằng thyristor. Đặt một bộ phản ứng như vậy song song với một tụ nối tiếp cho phép tạo ra một hệ thống bù nối tiếp thay đổi liên tục và nhanh chóng. Những lợi điểm chủ yếu của TCSC là tăng công suất truyền tải, giảm các dao động công suất, giảm các cộng hưởng đồng bộ và điều khiển dòng công suất đường dây. • Máy bù đồng bộ tĩnh (STATCOM – Stastic Synchroniuos Compensator): là thiết bị SVC dựa trên GTO (thyristor kiểu cổng đóng - gate turn-off).

So với loại SVC thông thường, STATCOM không yêu cầu các thành phần cảm kháng và dung kháng lớn để cung cấp công suất phản kháng các hệ thống truyền tải cao áp, như vậy, yêu cầu về diện tích lắp đặt nhỏ hơn. Một lợi thế khác là đầu ra phản ứng cao hơn ở điện áp hệ thống thấp, nơi một STATCOM có thể được xem như một nguồn dòng độc lập với điện áp hệ thống. • Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất (UPFC): Kết nối một STATCOM là một thiết bị được nối mạch rẽ, với một nhánh nối tiếp trong đường dây truyền tải qua mạch DC của nó tạo ra UPFC. Thiết bị này giống như một biến áp chuyển dịch pha nhưng có thể gắn một điện áp nối tiếp của góc pha yêu cầu thay vì một điện áp có góc pha cố định.

UPFC kết hợp lợi ích của một STATCOM và TCSC. 6 Luan van CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 1. Đối với lưới điện trung áp Một giải pháp được đưa ra là sử dụng hệ thống lưu trữ điện năng BESS (Battery Energy Storage System).

Lý tưởng mà nói, dòng điện xoay chiều trên lưới điện cung cấp cho các hộ tiêu thụ phải là hình sin.Tuy nhiên, sự tồn tại các phần tử phi tuyến trên lưới điện của nhà cung cấp cũng như về phía phụ tải làm xuất hiện các sóng hài, ảnh hưởng đến tính năng vận hành của lưới điện và thiết bị.Các phần tử phi tuyến điển hình là lõi thép của máy biến áp, động cơ (đặc tính bão hoà của vật liệu sắt từ), các dụng cụ bán dẫn công suất như điốt, thyristor của các bộ biến đổi. Thường thì sóng hài bội 3 triệt tiêu được nhờ cuộn dây đấu tam giác trong máy biến áp (cùng với đó là tổn thất điện năng), song các sóng hài bậc lẻ khác (giá trị nhỏ nhất là bậc 5 và bậc 7) vẫn lan truyền theo đường dây, gây tổn thất điện năng, tác động xấu đến sự vận hành của các thiết bị, nhất là các động cơ ba pha. chưa kể các sóng hài bậc cao hơn có thể gây sóng điện từ lan truyền trong không gian, ảnh hưởng đến các thiết bị thu phát sóng rađiô. Về mặt lý thuyết, hệ thống lưu trữ năng lượng điện tạo ra một điện áp hình sin với biên độ và tần số thích hợp để cung cấp cho lưới điện (22kV-50Hz chẳng hạn).

Trong thực tế, những sóng hình sin điện áp và dòng điện cùng tần số bị ảnh hưởng trong phạm vi khác nhau bởi những sự cố có thể xuất hiện trong hệ thống. Đối với hệ thống cung cấp điện: Có thể bị sự cố hoặc gián đoạn cung cấp điện. Những thiết bị dùng điện có thể ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp. Hệ thống lưu trữ điện năng cục bộ được sử dụng tại các trạm biến áp trung áp để: - Cung cấp năng lượng điện cho những tải nhạy cảm, tải yêu cầu chất lượng điện cao.

7 Luan van CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP - Cung cấp điện cho tải khi sự cố nguồn năng lượng điện (đóng vai trò như mộtUPS): Sự cố trong các nguồn năng lượng điện có thể xảy ra trong quá trình lắp đặt trang thiết bị hoặc sự cố ở đầu vào hệ thống (quá tải, nhiễu, mất cân bằng pha…). Những sự cố này có thể gây ra những hậu quả khác nhau. Những sự cố ảnh hưởng đến việc cung cấp năng lượng điện cho thiết bị có thể phân thành các loại sau:  Lệch điện áp.

 Ngừng hoạt động.  Tăng đột ngột điện áp.  Thay đổi tần số.  Xuất hiện sóng hài.

 Nhiễu tần số cao… Sự cố có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng, đặc biệt là làm ảnh hưởng đến chất lượng, thậm chí làm gián đoạn việc cung cấp điện. Những lợi ích khi sử dụng hệ thống lưu trữ điện năng trong các hệ thống truyền tải điện có thể tóm tắt như sau: - Sử dụng tốt hơn các hệ thống truyền tải hiện có: Tại nhiều nước, việc tăng dung lượng chuyển giao năng lượng và điều khiển luồng tải của các đường dây truyền tải có tầm quan trọng thiết yếu, đặc biệt ở những nước có thị trường điện chưa được kiểm soát, nơi các vị trí phát điện và trung tâm tải có thể thay đổi nhanh chóng. Thông thường, việc bổ sung các đường dây truyền tải mới để đáp ứng nhu cầu điện gia tăng bị giới hạn bởi những cản trở về kinh tế và môi trường. Các thiết bị hệ thống dự trữ điện năng giúp đáp ứng những yêu cầu này với những hệ thống truyền tải hiện có.

- Tăng độ tin cậy và tính khả dụng của hệ thống truyền tải: 8 Luan van CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP Độ tin cậy và tính khả dụng của hệ thống truyền tải phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Mặc dù các thiết bị hệ thống dự trữ điện năng không thể ngăn chặn sự cố, nhưng chúng có thể giảm thiểu những ảnh hưởng của sự cố và đảm bảo việc cấp điện an toàn hơn bằng cách giảm số lần đóng cắt đường dây. - Tăng độ ổn định động và quá độ của lưới: Những đường dây dài liên kết các hệ thống, những tác động thay đổi phụ tải và các sự cố đường dây có thể tạo ra sự bất ổn định trong hệ thống truyền tải.Các vấn đề này cũng có thể dẫn tới giảm dòng công suất trên đường dây, dòng công suất vòng hoặc thậm chí dẫn đến cắt đường dây.Các thiết bị hệ thống dự trữ điện năng làm ổn định các hệ thống truyền tải với việc nâng cao công suất truyền tải và giảm nguy cơ sự cố đường dây.

- Tăng chất lượng cung cấp cho các ngành công nghiệp đòi hỏi chất lượng điện năng cao: Các ngành công nghiệp hiện đại phụ thuộc vào chất lượng điện cung cấp bao gồm các yêu cầu khắt khe về dao động của điện áp, tần số và không bị cắt điện. Những sự thay đổi về điện áp và tần số hay sự mất nguồn cấp có thể dẫn đến ngưng trệ trong quá trình sản xuất mà hệ quả là những tổn thất lớn về kinh tế. Các thiết bị hệ thống dự trữ điện năng có thể giúp cung cấp chất lượng cấp điện năng theo yêu cầu. Việc ứng dụng hệ thống dự trữ điện năng vào trong hệ thống truyền tải điện đã mang lại những lợi ích hết sức to lớn, đặc biệt là các lợi ích về truyền tải điện năng một cách hiệu quả, tăng độ tin cậy cung cấp điện và giảm các dao động hệ thống.

Hệ thống lưu trữ điện năng đã được thiết kế, chế tạo và lắp đặt phổ biến trên thế giới với rất nhiều chủng loại tương ứng với các thông số điều khiển trong hệ thống điện.Việc lựa chọn thiết bị phụ thuộc vào mục đích điều khiển, hiện trạng liên kết lưới điện và tính toán các chi phí đầu tư xây dựng và lợi ích về kinh tế mà thiết bị hệ thống dự trữ điện năng mang lại. 9 Luan van CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 1. Đối với lưới điện hạ áp Với mạng hạ áp thì hệ thống thường được sử dụng là UPS (Uninterruptible Power System) được hiểu như là hệ thống nguồn cung cấp liên tục hay đơn giản hơn là bộ lưu trữ điện dự phòng nhằm làm tăng độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống.

Từ yêu cầu của các thiết bị về mức độ nguồn điện liên tục và chất lượng, UPS được phân thành các dòng sản phẩm chính về công nghệ như sau:UPS Offline, UPS Online, UPS tĩnh, UPS quay. - UPS online : Hoạt động theo nguyên tắc chuyển đổi kép: từ AC sang DC sau đó chuyển ngược DC sang AC. Do đó nguồn điện cung cấp cho tải hoàn toàn do UPS tạo ra đảm bảo ổn định cả về điện áp và tần số.Điều này làm cho các thiết bị được cung cấp điện bởi UPS hầu như cách ly hoàn toàn với sự thay đổi của lưới điện. Vì vậy, nguồn do UPS online tạo ra là nguồn điện sạch (lọc hầu hết các sự cố trên lưới điện), chống nhiễu hoàn toàn.

Điện áp ra hoàn toàn hình SIN. Cấu trúc UPS online - UPS offline : Khi có nguồn điện lưới UPS sẽ cho điện lưới thẳng tới phụ tải. Khi mất điện, tải sẽ được chuyển mạch cấp điện từ ắc quy qua bộ inverter.Dạng điện áp ra của bộ inverter loại này thường là dạng xung chữ nhật, không Sin. Phạm 10 Luan van CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP vi áp dụng UPS loại này thường cho các thiết bị đơn giản, công suất nhỏ, ít nhạy cảm lưới điện, đòi hỏi độ tin cậy thấp. Cấu trúc UPS offline - UPS tĩnh: Sử dụng bộ biến đổi điện tử công suất làm chức năng chỉnh lưu và nạp ăcqui để tích trữ điện năng khi làm việc bình thường.Khi xảy ra sự cố,điện áp một chiều qua bộ nghịch lưu được biến thành điện áp xoay chiều và được cấp cho các tải ưu tiên.Ưu điểm của UPS tĩnh là kích thước nhỏ gọn,đáp ứng nhanh,vận hành đơn giản, làm việc chắc chắn,dòng cho phép lớn. - UPS quay: Sử dụng máy điện làm chức năng nghịch lưu. 11 Luan van CHƯƠNG 2.

TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ NGHỊCH LƯU CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ NGHỊCH LƯU 2.