Luận văn thạc sỹ nghiên cứu nâng cao ổn định dao động công suất trong hệ thống điện sử dụng thiết bị svec

Tài liệu nghiên cứu Luận văn thạc sỹ nghiên cứu nâng cao ổn định dao động công suất trong hệ thống điện sử dụng thiết, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Huỳnh Hoàng Huynh
• Người hướng dẫn: TS. Trương Đình Nhơn
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nâng Cao Ổn Định Dao Động Công Suất Trong Hệ Thống Điện Với Thiết Bị SVeC
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về nâng cao ổn định dao động công suất trong hệ thống điện

Nâng cao ổn định công suất trong hệ thống điện là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật điện. Sự phát triển của các nguồn năng lượng tái tạo và nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng tăng đã đặt ra thách thức lớn cho các hệ thống điện. Việc duy trì ổn định dao động công suất không chỉ đảm bảo an toàn cho hệ thống mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động. Thiết bị SVeC (Series Vectorial Compensator) đã được nghiên cứu và ứng dụng để cải thiện tình trạng này.

1.1. Định nghĩa và vai trò của ổn định công suất trong hệ thống điện

Ổn định công suất trong hệ thống điện được định nghĩa là khả năng của hệ thống duy trì trạng thái hoạt động ổn định khi có sự thay đổi đột ngột về tải hoặc sự cố. Điều này rất quan trọng để đảm bảo cung cấp điện liên tục và chất lượng cho người tiêu dùng.

1.2. Tại sao cần nâng cao ổn định dao động công suất

Nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng tăng và sự phát triển của các nguồn năng lượng tái tạo đã làm cho việc duy trì ổn định dao động công suất trở nên cấp thiết. Nếu không có các biện pháp thích hợp, hệ thống điện có thể gặp phải các sự cố nghiêm trọng, dẫn đến mất điện và thiệt hại kinh tế.

II. Thách thức trong việc duy trì ổn định công suất trong hệ thống điện

Hệ thống điện hiện đại phải đối mặt với nhiều thách thức trong việc duy trì ổn định công suất. Các yếu tố như sự biến động của nguồn năng lượng tái tạo, sự gia tăng tải và các sự cố ngẫu nhiên đều có thể ảnh hưởng đến dao động công suất. Việc quản lý và điều khiển các yếu tố này là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống.

2.1. Ảnh hưởng của nguồn năng lượng tái tạo đến ổn định công suất

Nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời có tính biến động cao, điều này có thể gây ra sự dao động lớn trong công suất. Việc tích hợp các nguồn này vào hệ thống điện đòi hỏi các giải pháp công nghệ tiên tiến để duy trì ổn định công suất.

2.2. Các sự cố và tác động đến ổn định hệ thống điện

Các sự cố như ngắn mạch hoặc mất tải đột ngột có thể gây ra dao động lớn trong hệ thống điện. Điều này yêu cầu các biện pháp khẩn cấp để khôi phục ổn định công suất và đảm bảo an toàn cho hệ thống.

III. Phương pháp nâng cao ổn định dao động công suất với thiết bị SVeC

Thiết bị SVeC là một giải pháp hiệu quả để nâng cao ổn định dao động công suất trong hệ thống điện. Thiết bị này cho phép điều chỉnh điện áp, góc pha và trở kháng, từ đó cải thiện khả năng điều khiển công suất. Việc áp dụng công nghệ này đã cho thấy những kết quả tích cực trong việc duy trì ổn định cho hệ thống.

3.1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị SVeC

Thiết bị SVeC hoạt động dựa trên nguyên lý điều chỉnh điện áp và góc pha, giúp cải thiện khả năng truyền tải công suất và giảm thiểu dao động. Điều này cho phép hệ thống điện hoạt động ổn định hơn trong các điều kiện khác nhau.

3.2. Lợi ích của việc sử dụng SVeC trong hệ thống điện

Việc sử dụng SVeC mang lại nhiều lợi ích như cải thiện độ ổn định, giảm thiểu tổn thất công suất và nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống điện. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn đảm bảo chất lượng điện năng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của thiết bị SVeC trong hệ thống điện

Thiết bị SVeC đã được áp dụng thành công trong nhiều hệ thống điện trên thế giới. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc tích hợp thiết bị này giúp cải thiện đáng kể ổn định công suất và giảm thiểu các sự cố trong hệ thống. Kết quả nghiên cứu cho thấy thiết bị này có thể hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau.

4.1. Các dự án ứng dụng SVeC thành công

Nhiều dự án trên thế giới đã áp dụng SVeC để cải thiện ổn định công suất. Các nghiên cứu cho thấy thiết bị này giúp giảm thiểu sự dao động và nâng cao hiệu suất của hệ thống điện.

4.2. Kết quả nghiên cứu về hiệu quả của SVeC

Kết quả từ các mô phỏng và thực nghiệm cho thấy SVeC có khả năng cải thiện đáng kể độ ổn định của hệ thống điện, đặc biệt trong các tình huống khẩn cấp. Điều này chứng tỏ tính khả thi và hiệu quả của thiết bị trong việc duy trì ổn định dao động công suất.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai cho thiết bị SVeC

Thiết bị SVeC đã chứng minh được vai trò quan trọng trong việc nâng cao ổn định dao động công suất trong hệ thống điện. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và ứng dụng mới, giúp hệ thống điện hoạt động hiệu quả hơn. Việc nghiên cứu và phát triển thêm các giải pháp công nghệ mới sẽ là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.

5.1. Tương lai của công nghệ SVeC trong hệ thống điện

Công nghệ SVeC sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển để cải thiện khả năng điều khiển và ổn định cho hệ thống điện. Các nghiên cứu mới sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu chi phí.

5.2. Các nghiên cứu tiếp theo cần thực hiện

Cần thực hiện thêm nhiều nghiên cứu để đánh giá hiệu quả của SVeC trong các điều kiện khác nhau và phát triển các giải pháp tích hợp với các công nghệ mới trong lĩnh vực điện năng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1.Tính cấp thiết của đề tài.Mục tiêu của đề tài.Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu.Tổng Quan Thiết Bị Facts Và Ứng Dụng Trong Hệ Thống Điện 4 2.Tổng quan về ứng dụng thiết bị FACTS.Công nghệ FACTS.Lý thuyết về FACTS.Phân loại thiết bị FACTS.Ứng dụng thiết bị FACTS trong hệ thống điện.Bộ bù công suất Var tĩnh –SVC.Bộ bù đồng bộ tĩnh –STATCOM.Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh –SSSC.Bộ bù dọc điều khiển bằng Thyristor –TCSC.Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất –UPFC. 19 vi Chương 3.Tổng Quan Về Hệ Nơron Mờ (Anfis).Tổng quan về điều khiển mờ.Cấu trúc của hệ điều khiển mờ.Tổng quan về mạng nơron.Lịch sử phát triển của mạng nơron nhân tạo.Cấu trúc mạng nơron nhân tạo.Mô hình nơron.Cấu trúc mạng.Sự kết hợp giữa mạng nơron và logic mờ.Vài nét về lịch sử phát triển.Sự kết hợp giữa mạng nơron và logic mờ.Các hệ thống điều khiển dùng nơron mờ trong nước và trên thế giới.So Sánh Đánh Giá Bộ Điều Khiển Trao Lưu Công Suất Trong Việc Bù Nối Tiếp Sử Dụng Bộ Chuyển Đổi Dc-Link & Ac-Link 51 4.Bù nối tiếp.Các bộ bù điển hình.Bộ bù nối tiếp DC-Link.Bộ bù nối tiếp AC-Link.Mô tả thí nghiệm hệ thống.Đánh giá thực hiện kết quả ban đầu.Các chế độ hoạt động.Các cân nhắc về thiết kế.Đánh giá khả năng động.Mô hình động.Cơ cấu điều khiển.Về thiết kế bộ điều khiển.Đáp ứng thay đổi công suất.Đáp ứng khi sự cố.Tính năng động của hệ thống.Thiết Kế Bộ Điều Khiển Anfis Cho Svec Để Ổn Định Dao Động Công Suất Trong Hệ Thống Điện 78 5.Cấu hình hệ thống điện đề xuất nghiên cứu.Mô hình thiết bị SVeC.Ảnh hưởng của sự cố ngắn mạch trên hệ thống điện.Tiêu chí điện áp theo qui định của Bộ công thương Việt Nam.Dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ ngắn mạch theo qui định của Bộ công thương Việt Nam.Mô phỏng thiết bị SVeC và bộ điều khiển ANFIS trên Matlab.Kết quả mô phỏng hệ thống.KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.Hướng phát triển của đề tài:. 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 103 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên gọi FACTS: Flexible ac transmission systems.

Hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt POD: Power oscillation damping – Giảm dao động công suất PCC: Point of common coupling – Điểm kết nối chung PSS: Power system stabilizer – Bộ ổn định công suất hệ thống PWM: Pulse width modulation – Bộ điều chế độ rộng xung TCSC: Thyristor-controlled series capacitor - Bộ bù dọc điều khiển Thyristor TCR: Thyristor-controlled reactor – Thyristor điều chỉnh điện kháng SVeC: Series vectorial compensator – Bộ bù véctơ nối tiếp SSSC: Series static synchronous compensator - Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh STATCOM: Shunt static synchronous compensator - Bộ bù đồng bộ tĩnh SVC: Static Var compensator – Bộ bù Var tĩnh UPFC: Unified powerflow cntroller - Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất VSC: Voltage-sourced converter – Bộ chuyển đổi điện áp nguồn DC: Direct current – Dòng điện một chiều AC: Alternating current – Dòng điện xoay chiều WF: Wind farm – Trang trại gió DFIG: Double feed generator - Máy phát nguồn kép D: Duty cycle – Chu kỳ thực hiện R: Resitance – Điện Trở I: Current – Dòng điện V: Voltage - Điện áp P: Power - Công suất tác dụng Q: Reactive power – Công suất phẩn kháng T: Moment – Mô men L: Reactor – Cuộn kháng ix C: Capacitor – Tụ điện TL: Transmition line – Đường dây tải điện ω: Omega – Vận tốc góc Vs: Voltage sending end – Điện áp điểm đầu Vr: Voltage receiving end – Điện áp điển cuối x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 2.1 Đường dây không có tổn thất.2 Khi bù nối tiếp.3 Khi bù song song.4 Bộ SVC kết nối với hệ thống điện.5 Cấu tạo bộ TCR.6 Cấu tạo bộ TSC.7 Cấu tạo bộ lọc sóng hài.9 Sơ đồ kết nối bộ SVC với hệ thống điện.10 Giản đồ bộ STATCOM.11 Cấu trúc cơ bản của bộ VSC.12 Nguyên lý hoạt động của bộ STATCOM.13 Sơ đồ kết nối bộ STATCOM với hệ thống điện.14 Sơ đồ kết nối SSSC với hệ thống điện.15 Cấu trúc cơ bản của bộ TCSC.16 Sơ đồ kết nối UPFC với hệ thống.1 Các khối chức năng của bộ điều khiển mờ.2 Các hàm liên thuộc của một biến ngôn ngữ.3 Hàm liên thuộc vào-ra theo luật hợp thành Max-min.4 Hàm liên thuộc vào- ra theo luật hợp thành max-prod.5 Hàm liên thuộc vào-ra theo luật hợp thành sum-min.6 Hàm liên thuộc vào-ra theo luật hợp thành sum-prod.7 Giải mờ bằng nguyên tắc trung bình.8 Giải mờ bằng nguyên tắc cận trái.9 Giải mờ bằng nguyên tắc cận phải.10 Giải mờ bằng phương pháp điểm trọng tâm.11 So sánh các phƣơng pháp giải mờ.12 Mô hình 2 nơron sinh học .13 Mô hình nơron đơn giản .14 Mạng nơron 3 lớp .15 Mô hình nơron đơn giản .16 Nơron với R đầu vào .17 Ký hiệu nơron với R đầu vào .18 Cấu trúc mạng nơron 1 lớp .19 Ký hiệu mạng R đầu vào và S .20 Ký hiệu một lớp mạn .21 Cấu trúc mạng nơron 3 lớp .22 Ký hiệu tắt của mạng nơron 3 lớp .23 Cấu trúc huấn luyện mạng .24 Kiến trúc kiểu mẫu của một hệ nơron mờ .25 Mô hình hệ nơron mờ .26 Cấu trúc chung của hệ nơron mờ .27 Mô phỏng hệ thống điều khiển SVC dùng nơron mờ .28 Hệ thống hút tích hợp với cánh tay robot .29 Mô hình bộ điều khiển noron mờ .1 Sơ đồ điều khiển tiêu biểu.2 Cấu trúc bộ chuyển đổi. (a) SSSC: chuyển đổi ba pha ba cấp. (b) bộ điều [1] : đôi ném, đơn cực, ba pha vector chuyển mạch chuyển đổi khiển 55 Hình 4.3 Các dạng sóng minh họa tổng hợp điện áp xoay chiều.4 Một dòng sơ đồ của hệ thống bù nối tiếp.5 Các mạch tương đương. (b) Bộ điều khiển .6 Thực hiện van bằng cách sử dụng các thiết bị thực.7 Điện áp/dòng điện được bơm vào đường dây truyền tải.8 Vòng điều khiển hồi tiếp.9 Đáp ứng tần số tín hiệu nhỏ của độ lợi vòng lặp của (a) SSSC.10 Các dạng sóng mô phỏng trên máy tính thể hiện sự đáp ứng với các lệnh 1 [ ] thay đổi.

(a) SSSC, (b) bộ điều khiển. Các mô hình mô phỏng trên máy tính thể hiện đáp ứng điện áp bus và 1 [ ] các góc sự cố. (b) bộ điều khiển .1 Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống điện gió nối lưới .2 Mạch động lực ba pha của SVeC.3 Sơ đồ đơn tuyến của SveC.4 Sơ đồ khối điều khiển của SVeC bao gồm bộ giảm dao động POD.5 Cấu trúc bộ Nơron-Mờ (ANFIS) .6 Mô hình điều khiển SVeC với bộ điều khiển PID .7 Mô phỏng sơ đồ khối điều khiển của SVeC bao gồm thiết kế bộ giả m dao động với Matlab Simulink .8 Load dữ liệu vào bộ Anfis .9 Thiết lập cấu trúc bộ Anfis .10 Hàm liên thuộc ngõ vào số 1 .11 Hàm liên thuộc ngõ vào số 2 .12 Cấu trúc bộ điều khiển Fuzzy .13 Cấu trúc bộ điều khiển Anfis .14 Huấn luyện bộ điều khiển .15 Mô phỏng hệ thống với SVeC khi không có ANFIS bằng Matlab Simulink .16 Mô phỏng hệ thống với SVeC khi có ANFIS bằng Matlab Simulink.17 So sánh điện áp tại nút PCC.18 So sánh công suất trên dường dây Pline.19 So sánh công suất của máy phát SG.20 So sánh vận tốc góc ωr của rotor. 99 xiv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 So sánh mạng nơron và logic mờ.1 Thông số hệ thống – System Data.2 Thông Số MBA - Injection Transformer Rating.3 Tổng Hợp Các Yêu Cầu Của Tụ Điện.4 Thông số thiết bị - Devices Stress.5 Dung Lượng Thiết Bị - Devices Capability.6 Tổng Số Thiết Bị - Device Count.7 Tổn Thất Bộ Chuyển Đổi – Converter Losses.8 Tổn thất bộ chuyển đổi tại =160 MW, =7.9 Dự toán chi phí mạch công suất.10 Tổng méo dạng sóng hài - Total Harmonic Distortion (THD).11 Các kết quả thiết kế bộ điều khiển.1 Dòng và thời gian loại trừ ngắn mạch.2 Qui luật điều khiển của bộ Anfis.3 Tập dữ liệu huấn luyện cho bộ điều khiển Anfis.4 Quy luật điều khiển của Anfis.

Đặc vấn đề Cùng với sự phát triển khoa học công nghệ ngày càng cao, điện năng ngày càng đóng vai trò quan trọng trong tất cả các ngành để phát triển kinh tế, sự phát triển của nhu cầu tiêu thụ điện năng đánh giá sự phát triển của xã hội và nâng cao đời sống của một khu vực, một quốc gia. Do đó, hệ thống điện cũng ngày càng phát triển cả về quy mô lẫn công nghệ. Ngày nay đã hình thành nhiều hệ thống điện lớn trong phạm vi quốc gia hoặc liên quốc gia, xuất hiện nhiều nhà máy điện làm nhiệm vụ đáp ứng công suất cho phụ tải. Trong những năm qua, cùng với sự phát triển về kinh tế, nhu cầu điện năng của Việt Nam là rất lớn, xuất hiện nhiều nhà máy nhiệt điện, nhà máy thủy điện, nhà máy phong điện và các nhà máy tubin khí đốt làm cho việc vận hành hệ thống điện trở nên phức tạp hơn đặc biệt là vấn đề về đồng bộ cũng như tính ổn định của hệ thống.

Vì vậy để ổn định công suất của hệ thống điện với kết nối đa dạng nguồn phát thì các nghiên cứu mới cần được nghiên cứu và phát triển để giải quyết vấn đề trên. Tính cấp thiết của đề tài Ứng dụng các bộ biến đổi bán dẫn công suất lớn trong điều khiển hệ thống điện đưa đến những khả năng to lớn trong đảm bảo vận hành hệ thống một cách linh hoạt, khai thác hệ thống một cách hiệu quả nhất. Điều này đã trở nên vô cùng quan trọng trong các điều kiện chi phí để xây dựng các hệ thống mới hoặc cải tạo các hệ thống hiện hành ngày càng tăng. Bên cạnh đó việc đảm bảo chất lượng điện năng cũng ngày càng trở nên cấp thiết do điện năng ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động sản xuất kinh doanh của các khách hàng ngành điện, những người trả tiền cho yêu cầu năng lượng của mình và có quyền yêu cầu được đảm bảo nguồn điện cung cấp một cách liên tục với chất lượng điện đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn.

Cùng với sự phát triển chung của nền kinh tế toàn cầu, nhu cầu tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng, trong đó năng lượng điện đóng vai trò rất quan trọng. Để đáp ứng nhu cầu trên hệ thống điện (HTĐ) cũng ngày càng phát triển và mở rộng, nhiều 2 đường dây (ĐD) truyền tải điện dài điện áp siêu cao được hình thành để liên kết các HTĐ của nhiều khu vực với nhau. Sự nối liền các hệ thống điện con thành hệ thống điện duy nhất mang lại nhiều lợi ích nhưng cũng đặt ra nhiều vấn đề kỹ thuật phức tạp, trong đó có vấn đề ổn định hệ thống, vấn đề thừa công suất phản kháng trong chế độ non tải, vấn đề trao đổi công suất giữa các khu vực.