LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 03 năm 2018 Trần Thanh Phong CẢM TẠ Trong quá trình học tập chƣơng trình đào tạo sau Đại học của trƣờng Đại học SPKT TP. Hồ Chí Minh.
Bản thân em đã tiếp thu rất nhiều kiến thức rất bổ ích và qua đó từ những kiến thức đã đƣợc tiếp thu, nghiên cứu, tìm hiểu và hơn hết là sự hƣớng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô giảng viên khoa Điện – Điện tử trƣờng Đại học SPKT TP. Hồ Chí Minh, cuốn luận văn “Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC ổn định hệ thống” đƣợc hình thành. Trong quá trình hình thành và phát triển, với sự hƣớng dẫn tận tình của Thầy PGS. TS Nguyễn Minh Tâm cuốn luận văn đƣợc hoàn thành với khối lƣợng kiến thức cũng nhƣ thời gian hoàn thành đúng theo tiến độ đề ra.
Do thời gian thực hiện có giới hạn nên không tránh khỏi những khó khăn thiếu sót. Rất mong đƣợc sự đóng góp chân thành của quý thầy cô để cuốn luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Nhân đây em cũng gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô và đặc biệt là Thầy PGS. TS Nguyễn Minh Tâm đã giúp em hoàn thành cuốn luận văn đúng kết hoạch đề ra.
Kính chúc sức khỏe và mọi điều tốt lành đến quý thầy cô. Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 03 năm 2018 Trần Thanh Phong TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngày nay, sự phát triển của tất cả các lĩnh vực kéo theo nhu cầu sự dụng năng lƣợng điện ngày càng tăng cao. Song song với việc phát các nhà máy điện thì công tác duy trì ổn định cũng nhƣ đảm bảo chất lƣợng điện năng cũng đƣợc chú trọng. Các thiết bị thƣờng đƣợc sử dụng để ổn định giá trị điện áp là: thiết bị bù tĩnh có điều khiển thyristor hay triắc (SVC), thiết bị bù dọc có điều khiển (TCSC).
Các thiết bị này đƣợc sử dụng vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt và đạt hiệu quả cao trong chế độ bình thƣờng hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh nhanh công suất phản kháng và các thông số khác của chúng. Luận văn này trình bày việc nghiên cứu, ứng dụng VSC, Fuzzy logic đối với việc nâng cao tính ổn định và chất lƣợng điện áp của hệ thống điện ở Việt Nam. Qua đó sẽ giúp chúng ta có một lựa chọn mới trong việc áp dụng các phƣơng pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động của hệ thống điện. ABSTRACT Today, the development of all areas of demand for electric power is increasing.
In parallel with the power plants, the work of maintaining stability as well as ensuring the quality of power is also focused. Devices commonly used to stabilize voltage values are: thyristor-controlled or volt-amperage (SVC) compensated devices, TCSC. These devices are used to operate the electrical system in a flexible and highly efficient manner in normal or trouble-free mode thanks to the ability to quickly adjust the reactive power and other parameters. This thesis presents the research, application of VSC, Fuzzy logic for improving the stability and quality of electric system voltage in Vietnam.
This will give us a new option in applying the methods of regulating and controlling the operation of the power system. GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong MỤC LỤC TRANG DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT. 3 DANH MỤC CÁC BẢNG. 4 DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ.
5 Chƣơng 1: THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN .1 HÕA LƢỚI ĐIỆN VÀ NHỮNG YÊU CẦU.1 HỢP NHẤT HỆ THỐNG ĐIỆN: .2 ỨNG DỤNG TRONG TRUYỀN TẢI ĐIỆN .3 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG .4 BÙ DỌC VÀ BÙ NGANG TRÊN ĐƢỜNG DÂY .2 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HTĐ:.1 THIẾT BỊ BÙ TĨNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG THYRISTOR – SVC .2 THIẾT BỊ BÙ DỌC ĐIỀU KHIỂN BẰNG THYRISTOR – TCSC .3 THIẾT BỤ BÙ TĨNH STATCOM.4 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN DÕNG CÔNG SUẤT UPFC .5 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN GÓC PHA BẰNG THYRISTOR – TCPAR. 25 CHƢƠNG 2: ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ BÙ SVC .1 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN .2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA SVC.1 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÀ TRÀO LƢU CÔNG SUẤT. THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC. CẤU TẠO TỪNG PHẦN TỬ CỦA SVC.
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA SVC. 40 Trang 1 GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong 2.3 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CHO SVC: .2 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH DUNG LƢỢNG BÙ: .3 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CHO BỘ BÙ SVC:. 44 CHƢƠNG 3 : BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ BỘ BÙ SVC .2 LUẬT HỢP THÀNH MỜ.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ .1 BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CƠ BẢN .2 CÁC NGUYÊN TẮC TỔNG HỢP MỘT BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ. BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ:.
CẦU TRÖC CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN PI MỜ. THIẾT KẾ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ LUẬT CƠ SỞ. 67 CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ .1 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SVC TRÊN SUMILINK.1 GIỚI THIỆU VỀ SIMULINK .2 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG SIMULINK .3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG .2 TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG .1 MÔ PHỎNG TRONG HỆ THỐNG IEEE 30 BUS .3 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ. 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.
88 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 89 Trang 2 GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Ý nghĩa Ghi chú 1 HTĐ Hệ thống điện 2 SVC Static Var Compensator 3 UPFC Unified Power Flow Controller 4 TCSC Thyristor Controlled Series Capacitor 5 STATCOM Static Synchronous Compensator Flexible Alternating Current 6 FACTS Transmission Systems Thyristor Controlled Phase Angle 7 TCPAR Regulator Trang 3 GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong DANH MỤC CÁC BẢNG TRANG Bảng 1.1 So sánh các chức năng của từng thiết bị bù ………………………………….1 Luật điều khiển ……………………………………………………………… 62 Bảng 3. Các quy tắc mờ cho tính toán của Ki. Các quy tắc mờ cho tính toán của Kp.
……………………………………… 66 Trang 4 GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ TRANG Hình 1.1 Hiệu quả của bù dọc trên đƣờng dây siêu cao áp 13 Hình 1.2 Cấu tạo của SVC 15 Hình 1.3 Đặc tuyến vôn – ampe 17 Hình 1.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động TCSC 19 Hình 1.5 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động STATCOM 20 Hình 1.6 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động UPFC 21 Hình 1.7 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động TCPAR 22 Hình 2.1 Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC 27 Hình 2.2 Sự thay đổi của điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC 28 Hình 2.3 Quan hệ thời gian và điện áp quá áp 28 Hình 2.4 Đặc tính công suất có và không có SVC 31 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý bộ Thyristor.6 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR 34 Hình 2.7 Đặc tính điều chỉnh liên tục TCR 35 Hình 2.8 Ảnh hƣởng của giá trị góc cắt đến dòng điện của TCR 35 Hình 2.9 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của TSC 36 Hình 2.10 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động TSDR 37 Hình 2.11 Hệ điều khiển các van của SVC 38 Hình 2.12 Sơ đồ hệ thống truyền tải 39 Hình 2.13 Sơ đồ bộ bù tĩnh SVC 40 Hình 2.14 Sơ đồ khối điều chỉnh điện áp.15 Mô phỏng bộ bù SVC trong Matlap 43 Hình 2.16 Ảnh hƣởng của tải lên điện áp thanh cái khi chƣa có bộ bù SVC 45 Hình 2.17 Tác dụng của bộ bù SVC trong ổn định điện áp 46 Hình 2.18 Đáp ứng điện áp khi thông số đƣờng dây xác định và biến thiên 47 Hình 3.1 Hàm phụ thuộc của tập mờ F 48 Trang 5 GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong Hình 3.2 Mô tả các giá trị ngôn ngữ bằng tập mờ 51 Hình 3.3 Quy tắc hợp thành min 52 Hình 3.4 Quy tắc hợp thành prod 53 Hình 3.5 Luật hợp thành MISO với hai mệnh đề điều kiện 54 Hình 3.6 Hàm thuộc của các giá trị 55 Hình 3.7 Hàm thuộc đầu ra của mệnh đề thứ nhất 56 Hình 3.8 Hàm thuộc đầu ra của mệnh đề thứ hai 56 Hình 3.9 Hàm thuộc đầu ra của luật hợp thành 56 Hình 3.10 Giải mờ bằng phƣơng pháp cực đại 57 Hình 3.11 Giải mờ bằng phƣơng pháp điểm trọng tâm 58 Hình 3.12 Hàm thuộc đầu ra có dạng hình thang 59 Hình 3.13 Sơ đồ khối bộ điều khiển mờ cơ bản 60 Hình 3.14 Cấu trúc bộ điều khiển PI mờ 61 Hình 3. Hàm liên thuộc của sai lệch. Hàm liên thuộc của biến thiên sai lệch ( ∆e) 65 Hình 3. Các hàm liên thuộc cho Ki.
Các hàm liên thuộc cho Kp 66 Hình 4.1 Thƣ viện Simulink 70 Hình 4.2 Các khối nguồn 71 Hình 4.3 Các khối logic mờ 71 Hình 4.4 Cấu tạo bên trong khối SVC 75 Hình 4.5 Mạch động lực của bộ bù SVC 75 Hình 4.6 Khối điều khiển bộ SVC 76 Hình 4. Bộ phát xung điều khiển đồng bộ 76 Hình 4. Cấu tạo bộ phát xung 77 Hình 4. Cấu tạo khối tuyến tính hóa 77 Hình 4.
Đƣờng đặc tính điều khiển của bộ SVC 78 Hình 4. Bộ PI mờ điều chỉnh dung lƣợng bù cho hệ thống 87 Hình 4. Hệ thống IEEE 30 bus 79 Trang 6 GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong Hình 4.13 Các thông số khối SVC 80 Hình 4.14 Khối SVC – Fuzzy 81 Hình 4.15 Đáp ứng của hệ thống có sử dụng SVC 83 Hình 4.16 Đáp ứng của hệ thống có sử dụng SVC_Fuzzy logic 83 Hình 4.17 Đáp ứng hệ thống của bộ điều khiển PI và PI mờ 84 Trang 7 GVHD: PGS TS Nguyễn Minh Tâm HVTH: Trần Thanh Phong LỜI NÓI ĐẦU Điện năng là dạng năng lƣợng đƣợc sử dụng rất rộng rãi và phổ biến nhất ở các quốc gia trên thế giới, do điện năng có những ƣu điểm nhƣ: dễ sản xuất và sử dụng; truyền tải điện năng nhanh chóng, tiện lợi; giá thành sản xuất cũng rất rẻ hơn so với các dạng năng lƣợng khác. Do đó việc hình thành và phát triển lƣới điện quốc gia luôn là đòi hỏi cấp thiết nhằm đáp ứng sự phát triển kinh tế, chính trị, xã hội.
Ngày nay, xu thế toàn cầu hóa về kinh tế, xã hội đƣợc hình thành và phát triển nhanh chóng nên việc hình thành phát triển các lƣới điện liên kết giữa các quốc gia trong khu vực là một điều tất yếu, nó đòi hỏi ngày càng cao về tính ổn định của hệ thống. Bên cạnh đó, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nhất là trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử, nên các thiết bị bù dùng thyristor hay triắc điều khiển đƣợc ứng dụng rất nhiều.