Đặt vấn đề Ổn định điện áp là một vấn đề đã và đang đƣợc nghiên cứu nhiều ở các nƣớc phát triển trên thế giới, nhất là trong cơ chế thị trƣờng điện do tác hại của hiện tƣợng mất ổn định điện áp là rất lớn, có thể đƣa hệ thống điện đến tình trạng sụp đo điện áp từng phần hoặc hoàntoàn. Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống nằm trong một phạm vi cho phép ở điều kiện vận hành bình thƣờng hoặc sau các kích động. Hệ thống sẽ đi vào trạng thái không ổn định khi xuất hiện các kích động nhƣ tăng tải đột ngột hay thay đổi các điều kiện vận hành trong hệ thống. Các thay đổi đó có thể làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nhất là có thể rơi vào tình trạng không thể điều khiển điện áp, gây ra sụp đo điện áp.
Để ổn định điện áp ngày nay có rất nhiều phƣơng pháp. Luận văn bƣớc đầu tìm hiểu về bù công suất phản kháng, nghiên cứu các thiết bị FACTS, đặc biệt là thiết bị bù tĩnh có điều khiển SVC, Đi sâu nghiên cứu điều khiển SVC với phƣơng pháp ANFIS bằng cách mô phỏng và mô hình hóa sử dụng phần mềm Matlab Simulink. Hiện nay trong nƣớc và trên thế giới đã có một số nghiên cứu ứng dụng hệ nơron mờ trong các bài toán bù công suất liên quan tới SVC. Tuy nhiên, lĩnh vực này còn khá mới mẻ và đang rất đƣợc quan tâm nhƣng chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi.
Chính vì lý do trên tác giả quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu giải thuật huấn luyện online ứng dụng trong điều khiển SVC”.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc Việc nghiên cứu bộ điều khiển của bộ bù SVC để làm tăng khả năng đáp ứng của nó là hết sức cần thiết và có ý nghĩa. Một trong những hƣớng nghiên cứu để làm tăng khả năng đáp ứng này là ứng dụng mạng nơron mờ trong việc xây dựng bộ 1 Luan van điều khiển. Hiện nay, nhà nƣớc ta có một vài công nghiên cứu ứng dụng nơron mờ để điều khiển SVC nhƣng chƣa đi vào huấn luyện online, cụ thể là: “Ứng dụng mạng Nơron- mờ để điều khiển SVC giữ điện áp tại nút có tải thay đổi”, Nguyễn Thanh Quảng,Hội nghị khoa học kỷ niệm 35 năm viện khoa học và công nghệ Việt Nam –Hà Nội 2010[1]. Luận văn thạc sĩ “ Nghiên cứu xây dựng mô hình sử dụng thiết bị SVC để điều khiển nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện”,Phan Thành Việt, Đại Học Đà Nẵng 2011[2].
Luận văn thạc sĩ “ Áp dụng fuzzy logic trong điều khiển SVC trên lƣới điện”,Lê Xuân Kha, Đại Học Thái Nguyên 2011[3]. Luận văn thạc sĩ “Điều Khiển Thiết Bị Bù Tĩnh (SVC) Và Ứng Dụng Trong Việc Nâng Cao Cho Ổn Định Chất Lƣợng Điện Năng”,Nguyễn Thế Vĩnh,Đại Học Thái Nguyên 2007[4]. Hiện tại, tại các quốc gia phát triển và các trƣờng Đại học lớn trên thế giới đã nghiên cứu và áp dụng nhiều phƣơng pháp để huấn luyện cho SVC một cách hiệu quả nhất. Cụ thể là: Novel methods with Fuzzy Logic and ANFIS controller based SVC for damping Sub-Synchronous Resonance and low-frequency power oscillation,Akbar Lak, Daryoush Nazarpour, Hasan Ghahramani, 20th Iranian Conference on Electrical Engineering, (ICEE2012), May 15-17,2012, Tehran, Iran[5].
Power System Stability Enhancement by Neuro Fuzzy Logic Based SVC for Multi Machine System,S. Shivakumar,International Journal of Engineering and Advanced Technology (IJEAT) ISSN: 2249 – 8958, Volume-1, Issue-4, April 2012. Using ANFIS as Indicator in the Networks Containing SVC and STATCOM for Voltage Collapse Phenomena,Nemat Talebi,Mansoor Sheykhan, Journal of Electrical Engineering Science. 2 Luan van Ngày càng có nhiều nghiên cứa mới cho ra nhiều kết quả tốt hơn với sự hỗ trợ càng ngày càng phát triển của khoa học công nghê, máy tính.
Phát triển hơn nữa, để đáp ứng nhu cầu xử lý các lỗi trực tuyến trên hệ thống dần dần có nhiều nghiên cứu đang tập trung nghiên cứu vào nó.3 Các vấn đề nghiên cứu của đề tài 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện tại các hệ thống điện thực tế đang gặp một số vấn đề làm thế nào để huấn luyện trực tuyến khi xảy ra sự cố trên hệ thống điện, thông thƣờng các hệ thống trƣớc đây khi gặp phải sự cố chúng ta phải tìm hiểu nguyên nhân, thu tập dữ liệu đầu vào, dữ liệu đầu ra… Sau đó huấn luyện hệ thống để hệ thống có thể hoạt động bình thƣờng. Để đáp ứng nhu cầu phải huấn luyện trực tuyến cho hệ thống dù xảy ra sự cố trên hệ thống vẫn giữ đƣợc trạng thái ổn định và có hiệu quả kinh tế nhất cho hệ thống điện. Vì vậy đây là một đề tài rất đáng chú ý hiện nay.Ý nghĩa luận văn Việc sử dụng các phƣơng pháp trƣớc đây để điều khiển thiết bị SVC chƣa mang lại hiệu quả cao cho việc nâng cao ổn định hệ thống khi xảy ra các sự cố của hệ thống điện.
Khi hệ thống có những dao động, hoặc khi sự cố xảy ra thì chúng ta cần có những biện pháp để khắc phục trực tuyến mà không cần phải thu thập các dữ liệu của hệ thống, mà có thể giúp hệ thống trở lại hoạt động bình thƣờng. Đề tài đƣa ra giải pháp nâng cao độ ổn định động của hệ thống bằng cách sử dụng phƣơng pháp điều khiển ANFIS trực tuyến ứng dụng cho thiết bị SVC (Static Var Compensator) để vửa đảm bảo sự hoạt động bình thƣờng của hệ thống và đảm bảo chất lƣợng điện năng cũng nhƣ hiệu quả kinh tế. Tính thực tiễn của đề tài Hiện nay, Hệ thống hoạt động khi xảy ra các sự cố nhỏ thì hệ thống có thể tự ổn định khi ta lắp đặt các thiết bị bù điện tử công suất. Nếu hệ thống xảy ra các trƣờng hợp sự cố mất ổn định động của hệ thống chúng cần áp dụng các phƣơng pháp điều khiển để có thể điều khiển thiết bị bù một cách hiệu quả nhất.
Có rất nhiều phƣơng pháp điều khiển cho thiết bị bù nhƣ : điều khiển mờ, điều khiển mạng thần kinh nhân tạo, hệ chuyên gia, giải thuật di truyền… Hiện nay ANFIS là phƣơng pháp thông minh kết hợp giữa điều khiển mờ mà mạng nơron và chúng ta có thể đào tạo trực tuyến giúp cho hệ thống tự trở lại trạng thái bình thƣờng khi xảy ra sự cố. Do đó, việc nâng cao độ ổn định động một cách trực tuyến của hệ thống điện sử dụng SVC điều khiển bằng phƣơng pháp ANFIS sẽ giúp hệ thống hoạt động ổn định là rất cần thiết trong thực tế hiện nay.4 Mục tiêu và nhiệm vụ .Các mục tiêu sau đây sẽ đƣợc thực hiện trong chuyên đề : Tìm hiểu thiết bị bù tĩnh SVC Ứng dụng SVC để nâng cao độ ổn định động của hệ thống điện. Tìm hiểu mạng ANFIS. Thiết kế bộ điều khiển ANFIS trực tuyến ứng dụng điều khiển SVC để nâng cao độ ổn định động của hệ thống điện.5 Phƣơng pháp giải quyết Tham khảo các mô hình trên các bài báo uy tín, tác giả dùng phần mềm Matlab để mô phỏng các thông số của hệ thống.6 Giới hạn đề tài Đề tài nghiên cứu đƣợc giới hạn trong phạm vi là tìm hiểu về thiết bị bù SVC.
Tìm hiể u về phƣơng pháp đi ều khiển nơron mờ (ANFIS). Sau đó áp dụng vào mô hình có sẵn trong matlab sử dụng bộ điều khiển nơron mờ (ANFIS) để điều khiển thiết bị 4 Luan van bù SVC. Nhâ ̣n xét và kế t luâ ̣n kế t quả đa ̣t đƣơ ̣c tƣ̀ phầ n mề m mô phỏng Matlab/Simulink.7 Điểm mới của luận văn Xây dựng đƣợc mô hình điều khiển ANFIS trực tuyến để điều khiển cho SVC áp dụng vào một mạng điện cụ thể.8 Phạm vi ứng dụng Ứng dụng cho các mô hình hay lƣới điện bất kỳ. Ứng dụng cho các lƣới điện IEEE mẫu.
Làm tài liệu tham khảo khi xét tới hệ thống điều khiển trực tuyến sử dụng bộ điều khiển ANFIS.9 Bố cục của luận văn Chƣơng 1: TỔNG QUAN Chƣơng 2: THIẾT BỊ BÙ TĨNH SVC (STATIC VAR COMPENSATOR) Chƣơng 3: TỔNG QUAN VỀ HỆ NƠRON MỜ (ANFIS) Chƣơng 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ANFISTRỰC TUYẾN Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5 Luan van Chƣơng 2 THIẾT BỊ BÙ TĨNH SVC (STATIC VAR COMPENSATOR) 2. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor SVC (Static Var compensator). Cấu tạo và nguyên lý củaSVC.1:Cấu tạo SVC Diễn giải: 1: Máy Biến áp- Transformer 2: TCR- Thyristor Controlled Reactor 3: TSR- Thyristor Switched Reactor 4: TSC- Thyristor SwitchedCapacitor SVC là thiết bị bù ngang dùng để phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng có thể điều chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của thyristor, đƣợc tổ hợp từ hai thành phần cơbản: - Thành phần phản kháng để tác động về mặt công suất phản kháng (có thể pháthaytiêuthụcôngsuấtphảnkhángtuỳ theochếđộvậnhành). - Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử nhƣ: Thyristor 6 Luan van hoặc Triắc có cực điều khiển, hệ thống điều khiển góc mở dùng các bộ vi điều khiển họ 8051,PIC16F877.
SVC có thể điều chỉnh điện áp tự động theo thời gian thực, nhằm đáp ứng tức thời các biến thiên nhanh của điện áp đảm bảo an toàn cho hệ thốngđiện. Nguyên lý họat động của bộ Thyristor mắc song song ngƣợc: - Trƣờng hợp tải thuầntrở: Khi T1 mở thì một phần nửa chu kì dƣơng điện áp nguồn điện đặt lên mạch tải, còn khi T2 mở thì một phần của nửa chu kì âm của điện áp nguồn đƣợc đặt lên mạch tải.2:Nguyên lý của bộ Thyristor mắc song song ngược. Góc mở𝛼 đƣợc tính từ điểm đi qua trị zêzo của điện áp nguồn: 2 𝑖𝑡 = U.2) 𝜋 + 𝛼 ≤ 𝜃 ≤ 2𝜋 Dòng điện tải không có dạng hình sin, ta phải khai triển chuỗi Fourier của nó gồm 2 thành phần: sóng cơ bản và sóng hài bậc cao. Thành phần sóng cơ bản của dòng điện tải i(1) chậm sau điện áp nguồn một góc đƣợc thể hiện trên đồ thị hình 2.
7 Luan van Hình 2.3:Đồ thị dòng điện tải. Điều đó nói lên rằng, ngay cả trƣờng hợp tải thuần trở, lƣới điện xoay chiều vẫn cung cấp một lƣợng công suất phản kháng. Trị hiệu dụng của điện áp trên tải: 1 𝜋 2𝜋 − 2𝛼 + 2 sin 𝛼 𝑈𝑡 = ( 2.3) 𝜋 0 2𝜋 Trị hiệu dụng của dòng điện tải: 𝑈 2𝜋 − 2𝛼 + 2 sin 𝛼 𝐼𝑡 = (2.4) 𝑅 2𝜋 Trƣờng hợp tải thuầncảm: Khi θ = ŀ xung cho điều khiển mở T1,dòng điện tải tăng dần lên và đạt giá trị cựcđại, sau đó giảm xuống và đạt giá trị zêzo khi θ = β. Khi thyristor T1 mở, ta có phƣơng trình: 𝑑𝑖 L = 2𝑈.