Luận văn thạc sĩ: Nâng cao khả năng điều khiển bộ ANFIS bằng giải thuật PSO

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu nâng cao khả năng điều khiển bộ ANFIS bằng thuật toán PSO, mang lại hiệu quả tối ưu trong ứng dụng.

• Tác giả: Trần Minh Thành
• Người hướng dẫn: PGS. Trương Đình Nhơn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nâng Cao Khả Năng Điều Khiển Của Bộ ANFIS Bằng Thuật Toán PSO
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Mục tiêu đề tài
• 1.2. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Nội dung đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về STATCOM
• 2.2. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản của STATCOM
• 3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU THUẬT TOÁN BẦY ĐÀN PSO
• 4. CHƯƠNG 4: BỘ ĐIỀU KHIỂN ANFIS
• 5. CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PSO KẾT HỢP ANFIS CHO STATCOM ĐỂ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về ANFIS và thuật toán PSO

Bộ ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System) là một hệ thống điều khiển thông minh kết hợp giữa mạng nơ-ron và logic mờ. Hệ thống này có khả năng học hỏi và tối ưu hóa dựa trên các mẫu dữ liệu có sẵn. ANFIS được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như điều khiển tự động, nhận dạng mẫu và dự đoán. Trong khi đó, thuật toán PSO (Particle Swarm Optimization) là một phương pháp tối ưu hóa dựa trên hành vi của các đàn chim hoặc bầy đàn. PSO đã chứng minh được hiệu quả trong việc giải quyết các bài toán tối ưu phức tạp. Sự kết hợp giữa ANFIS và thuật toán PSO tạo ra một bộ điều khiển mạnh mẽ, có khả năng cải thiện độ chính xác và hiệu suất của hệ thống điều khiển. Việc áp dụng PSO để tối ưu hóa các tham số của ANFIS giúp nâng cao khả năng điều khiển trong các hệ thống điện, đặc biệt là trong việc điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng.

II. Ứng dụng của STATCOM trong hệ thống điện

STATCOM (Static Synchronous Compensator) là một thiết bị quan trọng trong việc điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng trong hệ thống điện. Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi nguồn áp, cho phép điều chỉnh công suất tác dụng và phản kháng một cách độc lập. STATCOM có khả năng cung cấp bù công suất phản kháng nhanh chóng, giúp duy trì ổn định điện áp trong hệ thống. Việc sử dụng STATCOM kết hợp với ANFIS và thuật toán PSO giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển, nâng cao độ ổn định động của hệ thống điện. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng STATCOM có thể cải thiện đáng kể chất lượng điện năng, giảm thiểu các dao động điện áp và tăng cường khả năng đáp ứng của hệ thống trước các biến động bất thường.

III. Thiết kế bộ điều khiển PSO kết hợp ANFIS

Thiết kế bộ điều khiển PSO kết hợp ANFIS cho STATCOM là một quá trình phức tạp, bao gồm việc xác định các tham số tối ưu cho ANFIS thông qua thuật toán PSO. Quá trình này bắt đầu bằng việc xây dựng mô hình hệ thống điện, sau đó áp dụng PSO để tìm kiếm các tham số tối ưu cho ANFIS. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng bộ điều khiển này có khả năng cải thiện độ ổn định của hệ thống điện 3 bus, giúp duy trì điện áp trong phạm vi cho phép. Việc sử dụng PSO không chỉ giúp tối ưu hóa các tham số mà còn giảm thiểu thời gian tính toán, nâng cao hiệu suất của bộ điều khiển. Các kết quả mô phỏng trên Matlab cho thấy sự hiệu quả của phương pháp này trong việc điều khiển hệ thống điện.

IV. Kết quả và đánh giá

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng bộ điều khiển PSO kết hợp ANFIS cho STATCOM mang lại nhiều lợi ích cho hệ thống điện. Đặc biệt, độ ổn định điện áp được cải thiện rõ rệt, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả hơn trong các điều kiện tải khác nhau. Các chỉ số như độ lệch điện áp và công suất phản kháng đều nằm trong giới hạn cho phép, cho thấy tính khả thi của phương pháp này. Hơn nữa, việc sử dụng ANFIS giúp hệ thống có khả năng học hỏi và thích nghi với các thay đổi trong môi trường hoạt động. Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu rủi ro mất ổn định trong hệ thống điện. Từ đó, có thể khẳng định rằng việc kết hợp ANFIS và thuật toán PSO là một hướng đi tiềm năng cho các nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực điều khiển hệ thống điện.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của ngành kỹ thuật điện, việc nâng cao độ ổn định và chất lượng điện năng trong hệ thống điện là một vấn đề cấp thiết. Theo ước tính, sự biến động điện áp và tần số trong lưới điện có thể gây ra tổn thất năng lượng lên đến 10-15% tổng sản lượng điện, đồng thời ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ và hiệu suất của thiết bị điện. Đề tài "Nâng cao khả năng điều khiển của bộ ANFIS bằng giải thuật PSO" được thực hiện trong khoảng thời gian một năm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh nhằm giải quyết các vấn đề liên quan đến ổn định động của hệ thống điện, đặc biệt là trong hệ thống điện 3 bus.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng thiết bị STATCOM kết hợp bộ điều khiển ANFIS (Adaptive Network-based Fuzzy Inference System) và thuật toán tối ưu bầy đàn PSO (Particle Swarm Optimization) để nâng cao khả năng điều khiển, từ đó cải thiện độ ổn định điện áp và chất lượng điện năng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế bộ điều khiển PSO kết hợp ANFIS cho STATCOM, mô phỏng và đánh giá hiệu quả trên phần mềm Matlab. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc giảm thiểu dao động điện áp, cải thiện độ lệch tần số và giảm tổn thất điện năng, góp phần nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành của hệ thống điện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết và mô hình nghiên cứu chính:

1. Thuật toán tối ưu bầy đàn PSO (Particle Swarm Optimization): Đây là phương pháp tối ưu dựa trên mô phỏng hành vi bầy đàn trong tự nhiên, giúp tìm kiếm cực tiểu toàn cục của hàm mục tiêu trong không gian đa chiều. PSO được ứng dụng để tối ưu hóa các tham số của bộ điều khiển ANFIS nhằm nâng cao hiệu quả điều khiển.

2. Bộ điều khiển ANFIS (Adaptive Network-based Fuzzy Inference System): ANFIS kết hợp mạng nơ-ron nhân tạo và hệ thống suy luận mờ, cho phép mô hình hóa và điều khiển các hệ thống phi tuyến phức tạp. ANFIS có khả năng học và thích nghi dựa trên dữ liệu huấn luyện, giúp cải thiện độ chính xác trong điều khiển điện áp.

Các khái niệm chính bao gồm:

• STATCOM (Static Synchronous Compensator): Thiết bị điện tử công suất dùng để bù công suất phản kháng, nâng cao độ ổn định điện áp trong hệ thống điện xoay chiều ba pha.
• Độ lệch tần số và dao động tần số: Các chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng điện năng, ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của thiết bị điện.
• Sóng hài và độ không đối xứng: Các yếu tố gây méo dạng sóng điện áp và dòng điện, làm giảm hiệu suất và tuổi thọ thiết bị.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các tài liệu chuyên ngành, tiêu chuẩn kỹ thuật và các mô hình mô phỏng trên Matlab. Cỡ mẫu nghiên cứu là hệ thống điện 3 bus được mô phỏng chi tiết để đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển PSO kết hợp ANFIS.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Xây dựng mô hình toán học của STATCOM và hệ thống điện 3 bus.
• Thiết kế bộ điều khiển ANFIS với các tham số được tối ưu bằng thuật toán PSO.
• Mô phỏng các kịch bản thay đổi tải, ngắn mạch và dao động điện áp để đánh giá hiệu quả điều khiển.
• So sánh kết quả mô phỏng với các phương pháp điều khiển truyền thống.

Timeline nghiên cứu kéo dài 12 tháng, bao gồm các giai đoạn: tìm hiểu lý thuyết (3 tháng), thiết kế mô hình và bộ điều khiển (4 tháng), mô phỏng và phân tích kết quả (4 tháng), hoàn thiện luận văn (1 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả nâng cao độ ổn định điện áp: Bộ điều khiển PSO kết hợp ANFIS giúp giảm độ lệch điện áp tại các nút phụ tải trong hệ thống 3 bus xuống dưới 3%, so với mức 7-8% khi sử dụng bộ điều khiển truyền thống. Điều này thể hiện qua kết quả mô phỏng trên Matlab với các kịch bản thay đổi tải đột ngột.

2. Giảm dao động tần số: Độ dao động tần số được kiểm soát trong phạm vi ±0,1%/s, đảm bảo tần số hệ thống luôn nằm trong giới hạn cho phép từ 49,9 Hz đến 50,1 Hz, cải thiện đáng kể so với các phương pháp điều khiển không tối ưu.

3. Tối ưu hóa công suất phản kháng: Công suất phản kháng do STATCOM cung cấp được điều chỉnh linh hoạt, giúp giảm tổn thất điện năng trên đường dây khoảng 5-7% so với khi không sử dụng bộ điều khiển PSO-ANFIS.

4. Giảm ảnh hưởng của sóng hài và độ không đối xứng: Bộ điều khiển mới giúp giảm hệ số méo dạng sóng hài kks từ khoảng 8% xuống còn dưới 3%, đồng thời giảm độ không đối xứng điện áp K2 xuống dưới 1%, đảm bảo hệ thống vận hành ổn định và an toàn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các cải thiện trên là do khả năng học và thích nghi của bộ điều khiển ANFIS, kết hợp với thuật toán PSO giúp tối ưu hóa tham số điều khiển một cách hiệu quả. So với các nghiên cứu trước đây chỉ sử dụng ANFIS hoặc PSO riêng lẻ, sự kết hợp này mang lại hiệu quả điều khiển vượt trội hơn hẳn.

Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua biểu đồ điện áp tại các bus, biểu đồ dao động tần số và bảng so sánh tổn thất điện năng giữa các phương pháp điều khiển. Điều này giúp minh họa rõ ràng sự cải thiện về chất lượng điện năng và độ ổn định hệ thống.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc nâng cao hiệu quả điều khiển trong hệ thống điện 3 bus mà còn mở rộng khả năng ứng dụng cho các hệ thống điện phức tạp hơn, góp phần nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành của lưới điện hiện đại.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai bộ điều khiển PSO-ANFIS cho các hệ thống điện quy mô lớn: Động từ hành động là "ứng dụng", mục tiêu là nâng cao độ ổn định điện áp và giảm tổn thất điện năng, thời gian thực hiện trong vòng 2-3 năm, chủ thể thực hiện là các công ty truyền tải và phân phối điện.

2. Phát triển phần mềm mô phỏng tích hợp PSO-ANFIS: Động từ "phát triển", nhằm hỗ trợ thiết kế và tối ưu bộ điều khiển cho các kỹ sư điện, timeline 1 năm, chủ thể là các viện nghiên cứu và trường đại học.

3. Đào tạo và nâng cao năng lực cho kỹ sư vận hành: Động từ "tổ chức", mục tiêu nâng cao kỹ năng vận hành và bảo trì hệ thống điều khiển thông minh, thời gian 6 tháng đến 1 năm, chủ thể là các trung tâm đào tạo kỹ thuật và doanh nghiệp điện lực.

4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng cho các thiết bị điện tử công suất khác: Động từ "khảo sát và áp dụng", nhằm tối ưu hóa điều khiển cho các thiết bị như SVC, bộ biến tần, timeline 2 năm, chủ thể là các nhóm nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ điện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và chuyên gia trong ngành kỹ thuật điện: Giúp hiểu rõ về ứng dụng của bộ điều khiển ANFIS kết hợp PSO trong nâng cao chất lượng điện năng và ổn định hệ thống.

2. Nhà nghiên cứu và sinh viên cao học ngành điện: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về thuật toán tối ưu và hệ thống điều khiển mờ, hỗ trợ phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan.

3. Doanh nghiệp cung cấp thiết bị điện tử công suất: Hỗ trợ trong việc thiết kế và cải tiến sản phẩm điều khiển thông minh, nâng cao hiệu suất và độ tin cậy thiết bị.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các tiêu chuẩn và quy định về chất lượng điện năng và ứng dụng công nghệ mới trong hệ thống điện.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ điều khiển ANFIS là gì và tại sao lại kết hợp với PSO?
   ANFIS là hệ thống suy luận mờ dựa trên mạng nơ-ron thích nghi, có khả năng học và điều khiển các hệ thống phi tuyến. PSO được dùng để tối ưu hóa tham số của ANFIS, giúp cải thiện hiệu quả điều khiển và giảm sai số, ví dụ như trong mô phỏng hệ thống điện 3 bus.

2. STATCOM có vai trò gì trong hệ thống điện?
   STATCOM là thiết bị bù công suất phản kháng nhanh, giúp ổn định điện áp và cải thiện chất lượng điện năng. Nó phản ứng nhanh hơn các thiết bị cơ khí truyền thống, phù hợp với các hệ thống điện hiện đại.

3. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển PSO-ANFIS?
   Hiệu quả được đánh giá qua các chỉ tiêu như độ lệch điện áp, dao động tần số, tổn thất điện năng và hệ số méo dạng sóng hài. Ví dụ, mô phỏng trên Matlab cho thấy độ lệch điện áp giảm từ 7% xuống dưới 3% khi sử dụng bộ điều khiển này.

4. Phạm vi áp dụng của nghiên cứu này có giới hạn không?
   Nghiên cứu chủ yếu tập trung vào hệ thống điện 3 bus và mô phỏng trên Matlab. Tuy nhiên, phương pháp có thể mở rộng áp dụng cho các hệ thống điện phức tạp hơn với điều chỉnh phù hợp.

5. Có những thách thức nào khi triển khai bộ điều khiển PSO-ANFIS trong thực tế?
   Thách thức bao gồm việc thu thập dữ liệu chính xác, tính toán thời gian thực và tích hợp với hệ thống điều khiển hiện có. Cần có phần mềm và phần cứng phù hợp để đảm bảo hiệu quả vận hành.

Kết luận

• Bộ điều khiển PSO kết hợp ANFIS đã chứng minh hiệu quả trong việc nâng cao độ ổn định điện áp và giảm dao động tần số trong hệ thống điện 3 bus.
• Ứng dụng STATCOM với bộ điều khiển này giúp giảm tổn thất điện năng và cải thiện chất lượng điện năng đáng kể.
• Phương pháp mô phỏng trên Matlab cho thấy sự vượt trội so với các bộ điều khiển truyền thống.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển ứng dụng công nghệ điều khiển thông minh trong các hệ thống điện phức tạp hơn.
• Đề xuất triển khai thực tế và đào tạo kỹ thuật viên để nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện hiện đại.

Hành động tiếp theo là phát triển phần mềm mô phỏng tích hợp và triển khai thử nghiệm thực tế trong các hệ thống điện quy mô lớn nhằm đánh giá toàn diện hiệu quả của bộ điều khiển PSO-ANFIS. Các tổ chức và cá nhân quan tâm nên tiếp cận nghiên cứu để ứng dụng và phát triển công nghệ điều khiển thông minh trong ngành điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Giới thiệu thuật toán bầy đàn PSO. Chương 4: Bộ điều khiển ANFIS.

Chương 5: Thiết kế bộ điều khiển PSO kết hợp ANFIS cho STATCOM để nâng cao ổn định hệ thống điện. Chương 6: Kết luận và Hướng phát triển. 5 Luan van Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan về STATCOM STATCOM (Static Synchronous Compensator) là thiết bị chuyển đổi nguồn áp (VSC-Voltage Source Converter), được định nghĩa là một bộ tự biến đổi công suất cung cấp từ một nguồn điện thích hợp và hoạt động tạo ra một bộ điều chỉnh điện áp nhiều pha.Thiết bị này được dùng trong lưới điện xoay chiều 3 pha để thực hiện điều chỉnh, điều khiển độc một cách độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng.

Để điều khiển bù công suất phản kháng trong hệ thống điện thường sử dụng cấu hình STATCOM biến đổi. STATCOM đã được định nghĩa với ba chức năng hoạt động. Chức năng đầu tiên là bộ chuyển đổi tĩnh: nguyên lý dựa trên các thiết bị chuyển đổi không có thành phần quay, chứa năng thứ hai là thiết bị đồng bộ : tương tự như một máy đồng bộ lý tưởng với điện áp ba pha hình sin tại tần số cơ bản, chức năng thứ ba là khả năng bù : cung cấp bù công suất phản kháng. Cơ sở của công nghệ STATCOM là sử dụng các bộ biến đổi điện tử công suất ở dạng một bộ biến đổi điện tạo nguồn điện áp để tổng hợp điện áp đầu ra Vc từ nguồn điện áp một chiều.

Điện áp xoay chiều Vc của bộ biến đổi điện được đấu nối với hệ thống điện (được thể hiện bằng điện áp hệ thống Vs và điện kháng hệ thống Xs), thông qua điện kháng đệm Xc.1 thể hiện mạch điện tương đương một pha của STATCOM. Bằng cách khống chế điện áp Vc của STATCOM, cùng pha với điện áp hệ thống Vs, nhưng có biên độ lớn hơn, dòng điện và công suất phản kháng chạy từ STATCOM vào hệ thống, để nâng điện áp lên. Ngược lại, nếu điều khiển điện áp Vc thấp hơn điện áp hệ thống Vs, thì dòng điện và dòng công suất chạy từ lưới vào STATCOM, do vậy hạn chế quá điện áp trên lưới điện 6 Luan van Điện áp xoay chiều được tạo ra từ nguồn điện áp một chiều nhờ các bộ biến đổi công suất sử dụng điện tử tác động nhanh. Đặc điểm khác biệt của STATCOM là nó sử dụng các công tắc hai chế độ, ví dụ như các thyristor cắt (GTO) hoặc transistor lưỡng cực cửa cách điện (IGBT) có khả năng điều khiển dẫn dòng cũng như cắt mạch.

Dạng sóng đầu ra đơn giản nhất từ bộ biến đổi điện nguồn điện áp là điện áp có dạng sóng vuông. Tuy nhiên, dạng sóng mong muốn và tối ưu nhất là dạng hình sin, STATCOM thực hiện được dạng sóng với chất lượng yêu cầu bằng cách tổng hợp dạng sóng hình sin theo một chuỗi các bậc, với việc sử dụng kỹ thuật nhân xung được áp dụng từ nhiều năm nay để giảm sóng hài trong điện áp xoay chiều của các bộ chỉnh lưu và biến đổi điện. Bằng cách tăng số bậc, có thể giảm thành phần sóng hài và nhờ đó điện áp tạo ra gần đúng hơn với sóng hình sin tần số cơ bản. Chức năng của STATCOM thì tương tự như của một tụ bù đồng bộ nhưng thời gian phản ứng cực kỳ nhanh chóng và hiệu quả.Tóm lại, STATCOM cung cấp bù công suất phản kháng để giải quyết một loạt những yêu cầu chất lượng cho hệ thống điện như điện áp, tần số của hệ lưới điện thống công nghiệp khi bản thân nó có biến động và nguy cơ mất ổn định.

Một hệ thống STATCOM hoàn thiện cơ bản bao gồm một nguồn điện áp DC, bộ biến đổi nguồn điện áp (VSC), và một máy biến áp ghép nối với lưới điện. vs Xc vc POWER Vdc STACOM SYSTEM Uc Hình 2.1 : Mạch điện tương đương 1 pha của STATCOM 7 Luan van ea rs Is va C Ua Voltage eb rs Is vb rp sourced Ua inverter ec rs Is vc Ua Hình 2.2 : Mạch điện tương đương 3 pha của STATCOM 2. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản của STATCOM Hình 2.3 : Giản đồ bộ STATCOM Bộ STATCOM được mắc song song với đường dây và hoạt động không cần nguồn năng lượng dự trữ có tác dụng như là một máy bù công suất phản kháng. Việc điều khiển dòng công suất phản kháng cung cấp cho hệ thống điện được thực hiện bằng cách điều khiển điện áp ngõ ra V cùng pha với điện áp hệ thống VT (hình 2.

8 Luan van  Nếu V nhỏ hơn điện áp hệ thống VT thì dòng điện bộ nghịch lưu đi qua cuộn kháng sẽ mang tính cảm, bộ STATCOM nhận công suất phản kháng từ hệ thống.  Nếu V lớn hơn điện áp hệ thống V T thì dòng điện bộ nghịch lưu đi qua cuộn kháng sẽ mang tính dung, bộ STATCOM phát công suất phản kháng lên hệ thống. mô tả cấu trúc cơ bản của bộ biến đổi nguồn điện áp (VSC) Hình 2.4 : Cấu trúc cơ bản của bộ VSC Hình 2.2 biểu diễn cấu trúc cơ bản của một bộ biến đổi toàn sóng 3 pha có 6 bộ chuyển mạch, mổi bộ gồm có một GTO (gate-turn-off) thyristor nối đối song với một diode. Với mục tiêu là tạo ra một dạng sóng điện áp đầu ra gần như dạng sóng hình sin có thể, bộ chuyển mạch của thyristor GTO riêng lẽ trong bộ VSC thì được điều khiển bằng khối chương trình điều khiển chuyển mạch, được thiết kế để giảm đến mức tối thiểu phát sinh sóng hài lúc bộ VSC làm việc và nhu cầu cho việc lọc sóng hài.

Hầu hết các phương pháp thường được sử dụng cho việc điều khiển điện áp xoay chiều bằng các phương pháp biến đổi như là: Thay đổi điện áp một chiều với một bộ biến đổi sóng đầy đủ, đôi khi còn được gọi là bộ điều biến biên độ xung (Pulse Amplitude Modulation - PAM). 9 Luan van Điện áp một chiều không đổi với bộ điều biến độ rộng xung (Pulse Width Modulated - PWM) Nguyên lý cơ bản của STATCOM là sử dụng bộ biến đổi nguồn điện áp (VSC) dựa trên kỹ thuật các phần tử điện tử công suất (GTO) thyristor hay tranzitor lưỡng cực có cổng cách điện (IGBT) với khả năng ngắt dòng điện khi có xung ngắt gửi đến cổng điều khiển. Điều này cho phép cho bộ STATCOM phát ra một nguồn điện áp xoay chiều AC ở đầu cực bộ biến đổi lúc tần số cơ bản yêu cầu với biên độ điều chỉnh được, sơ đồ khối của một bộ STATCOM được thể hiện ở Hình 2. Sự chuyển đổi công suất phản kháng với lưới điện thì đạt được bởi điều khiển biên độ điện áp V và sự chuyển đổi công suất tác dụng do điều khiển dịch chuyển pha ψ.

Sự thay đổi công suất tác dụng thì chỉ thường điều khiển điện áp một chiều.5: Nguyên lý hoạt động của bộ STATCOM 10 Luan van Ứng dụng của bộ bù đồng bộ tĩnh – STATCOM: Hình 2.6 : Sơ đồ kết nối bộ STATCOM với hệ thống điện Bộ STATCOM là một thiết bị bù ngang, nó chuyển đổi nguồn điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều để bù công suất phản kháng cho hệ thống điện. STATCOM không yêu cầu các thành phần cảm kháng và dung kháng lớn để cung cấp công suất phản kháng cho các hệ thống truyền tải cao áp. Một lợi thế khác là đầu ra phản ứng nhanh ở điện áp hệ thống thấp.3 Các chỉ tiêu cơ bản liên quan chất lương điện năng trong lưới phân phối 2.1 Độ lệch tần số: Là hiệu số giữa giá trị tần số thực tế và tần số định mức: (f - fn) gọi là độ lệch tần số. Độ lệch tần số có thể biểu thị dưới dạng độ lệch tương đối: f - fn Δf (%) = 100  %  (2.1) fn Chất lượng điện đảm bảo khi độ lệch tần số nằm trong giới hạn cho phép: ∆fmin ≤ ∆f ≤ ∆fmax có nghĩa là tần số phải luôn nằm trong giới hạn: fmin ≤ f ≤ fmax.2 Độ dao động tần số: Trong trường hợp tần số thay đổi nhanh với tốc độ lớn hơn 0,1%/s, sự biến đổi đó gọi là dao động tần số.

Một trong những nguyên nhân gây ra dao động tần số là sự thay đổi đột ngột các tham số của hệ thống điện như khi xảy ra ngắn mạch, quá trình đóng cắt tải… 2.3 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số: Khi có sự thay đổi tần số có thể gây ra một số hậu quả xấu ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị điện và hệ thống điện. Với thiết bị điện. Các thiết bị được thiết kế và tối ưu ở tần số định mức, biến đổi tần số dẫn đến giảm năng suất làm việc của thiết bị. Làm giảm hiệu suất của thiết bị điện ví dụ như đối với động cơ vì khi tần số thay đổi sẽ làm tốc độ quay thay đổi, ảnh hưởng đến năng suất làm việc của các động cơ.

Khi tần số tăng lên, công suất tác dụng tăng và ngược lại. Đối với hệ thống điện Biến đổi tần số ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các thiết bị tự dùng trong các nhà máy điện, có nghĩa là ảnh hưởng đến chính độ tin cậy cung cấp điện. Tần số giảm có thể dẫn đến ngừng một số bơm tuần hoàn trong nhà máy điện, tần số giảm nhiều có thể dẫn đến ngừng tổ máy. Thiết bị được tối ưu hoá ở tần số 50 Hz, đặc biệt là các thiết bị cuộn dây từ hoá như máy biến áp.

Làm thay đổi trào lưu công suất của hệ thống, tần số giảm thường dẫn đến tăng tiêu thụ công suất phản kháng, đồng nghĩa với thay đổi trào lưu công suất tác dụng và tăng tổn thất trên các đường dây truyền tải. Tần số nằm trong giới hạn nguy hiểm là từ (45  46) Hz, ở tần số này năng suất của các thiết bị dung điện giảm, hệ thống mất ổn định, xuất hiện sự cộng hưởng làm cho 12 Luan van các máy phát, động cơ bị rung mạnh và có thể bị phá hỏng. Ngoài ra sự biến đổi của tần số còn phá hoại sự phân bố công suất, kinh tế trong hệ thống điện. Các ảnh hưởng của tần số trong hệ thống điện đến chất lượng điện ta thấy rất rõ trong phân tích trên.

Tần số thay đổi là do có sự sai lệch về momen điện và momen cơ trên trục máy phát. Do vậy những vấn đề về điều chỉnh sự cân bằng momen này được thực hiện tại các nhà máy điện.