Nghiên Cứu Ứng Dụng Tụ Bù Nối Tiếp SSSC Cho Hệ Thống Truyền Tải 110KV

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng bù nối tiếp SSSC cho hệ thống truyền tải 110kV Hà Tiên Phú Quốc, nâng cao hiệu suất và ổn định.

• Tác giả: Hồ Văn Luận
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Chí Kiên
• Trường học: Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Tụ Bù Nối Tiếp SSSC Cho Hệ Thống Truyền Tải 110KV
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Ứng dụng của thiết bị FACTS trong hệ thống điện
• 1.3. Mục tiêu đề tài
• 1.4. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Nội dung đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Bù nối tiếp đường dây truyền tải
• 2.2. Nguồn điện áp đóng bù
• 2.3. Bù nối tiếp đồng bộ kiểu tĩnh (SSSC)
• 2.4. Mô hình một pha của SSSC
• 3. CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG CÁP NGẦM XUYÊN BIỂN 110KV HÀ TIÊN - PHÚ QUỐC
• 3.1. Tọa độ các điểm mốc trên tuyến RPL (Route Position List). Mô tả hướng tuyến
• 3.2. Giải pháp lắp đặt kháng bù
• 3.3. Khảo sát điện áp dọc đường dây khi không có kháng bù ngang
• 3.4. Khảo sát điện áp dọc đường dây với các mức bù khi hở mạch 1 đầu
• 3.5. Kiến nghị lựa chọn thiết bị kháng bù ngang cho đường dây cáp ngầm
• 3.6. Hiệu chỉnh quy mô lắp đặt kháng bù theo quyết định phê duyệt số 0223/QĐ-BCT ngày 14/01/2011 của Bộ Công Thương
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG ANFIS ĐIỀU KHIỂN SSSC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN HÀ TIÊN - PHÚ QUỐC
• 4.1. Giới thiệu chung về ANFIS
• 4.2. Ứng dụng ANFIS điều khiển SSSC. Mô phỏng trên hệ thống điện 110kV Hà Tiên - Phú Quốc
• 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ứng Dụng Tụ Bù Nối Tiếp SSSC

Hiện nay, có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng FACTS (Flexible AC Transmission System) trong truyền tải điện, đặc biệt sử dụng nguồn công suất phản kháng để đảm bảo ổn định hệ thống điện. Tuy nhiên, việc lựa chọn thiết bị bù tối ưu và dung lượng bù phù hợp vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Các hệ thống điện hiện tại vẫn chủ yếu sử dụng hệ thống điện xoay chiều. Hệ thống này bao gồm máy phát đồng bộ, đường dây truyền tải, máy biến áp và thiết bị bù, được chia thành các khâu truyền tải và phân phối. Hệ thống cần đảm bảo máy phát làm việc đồng bộ, điện áp và tần số vận hành nằm trong giới hạn cho phép, phụ tải được cung cấp đủ nguồn, và đường dây không bị quá tải. Việc tăng công suất phản kháng bằng cách sử dụng cuộn kháng bù ngang hoặc tụ bù dọc sẽ giúp tăng khả năng truyền tải công suất của đường dây. Tuy nhiên, các FACTS mới đáp ứng được yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy cũng như dung lượng bù tối ưu cho hệ thống trong mọi chế độ làm việc. Các FACTS còn có thể dùng để nâng cao khả năng điều khiển hệ thống điện và tăng khả năng truyền công suất đường dây. Theo tài liệu gốc, FACTS giúp giảm chi phí đầu tư, tăng độ tin cậy và khả năng sẵn sàng của hệ thống truyền tải, tăng tính ổn định quá độ, tăng lượng cung cấp điện năng cho ngành công nghiệp, và ảnh hưởng không đáng kể đến môi trường xung quanh.

1.1. Vai Trò Của Tụ Bù Nối Tiếp Trong Hệ Thống Điện

Tụ bù nối tiếp (SSSC) đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao khả năng truyền tải công suất và ổn định hệ thống điện. Việc bù điện dung giúp giảm tổng trở kháng ảnh hưởng giữa hai đầu đường dây. Điện kháng của tụ bù một phần điện kháng cảm ứng của đường dây, làm giảm điện kháng ảnh hưởng và tăng khả năng truyền công suất. Tụ bù nối tiếp có thể cải thiện đáng kể hiệu suất truyền tải điện năng và giảm tổn thất điện năng trên đường dây. Nó đặc biệt quan trọng đối với các đường dây dài và hệ thống điện có tải nặng.

1.2. Lợi Ích Khi Ứng Dụng SSSC Trong Lưới Điện 110kV

Ứng dụng SSSC trong lưới điện 110kV mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Nó giúp nâng cao khả năng tải của đường dây, cho phép truyền tải nhiều điện năng hơn mà không cần nâng cấp cơ sở hạ tầng. SSSC cũng góp phần ổn định điện áp đường dây và giảm thiểu các biến động điện áp, cải thiện chất lượng điện năng cung cấp cho người dùng. Việc điều khiển công suất phản kháng một cách linh hoạt giúp tối ưu hóa vận hành hệ thống và giảm thiểu rủi ro sự cố.

II. Thách Thức và Vấn Đề Của Hệ Thống Truyền Tải 110kV

Hệ thống truyền tải 110kV hiện nay đang đối mặt với nhiều thách thức. Sự gia tăng nhu cầu điện năng đòi hỏi hệ thống phải hoạt động với công suất cao hơn, dẫn đến tình trạng quá tải và sụt áp trên đường dây. Các đường dây dài thường xuyên gặp phải vấn đề về ổn định hệ thống điện và khả năng truyền tải công suất bị hạn chế. Ngoài ra, việc bảo trì và nâng cấp hệ thống cũng gặp nhiều khó khăn do chi phí cao và ảnh hưởng đến quá trình cung cấp điện. Việc đảm bảo độ tin cậy của hệ thống cũng là một vấn đề quan trọng cần được giải quyết. Các giải pháp truyền thống như xây dựng thêm đường dây mới thường tốn kém và mất nhiều thời gian. Theo luận văn, những yếu tố này thúc đẩy việc nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp mới như SSSC để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống truyền tải.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Khả Năng Truyền Tải

Khả năng truyền tải công suất của đường dây 110kV bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Điện kháng của đường dây là một trong những yếu tố quan trọng nhất, đặc biệt đối với các đường dây dài. Điện áp đường dây cũng ảnh hưởng đến khả năng truyền tải, khi điện áp thấp có thể dẫn đến sụt áp và giảm hiệu suất truyền tải. Dòng điện đường dây cũng cần được kiểm soát để tránh quá tải và gây hư hỏng thiết bị. Ngoài ra, điều kiện thời tiết và môi trường cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng truyền tải của đường dây.

2.2. Sự Cần Thiết Của Giải Pháp Bù Công Suất Phản Kháng

Để giải quyết các vấn đề trên, việc sử dụng các giải pháp bù công suất phản kháng là rất cần thiết. Bù công suất phản kháng giúp giảm điện kháng của đường dây, ổn định điện áp và tăng khả năng truyền tải công suất. Có nhiều phương pháp bù công suất phản kháng khác nhau, bao gồm sử dụng tụ bù dọc, cuộn kháng bù ngang và các thiết bị FACTS như SSSC. Việc lựa chọn phương pháp bù phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm của hệ thống điện và yêu cầu vận hành.

III. Phương Pháp Mô Hình Hóa và Điều Khiển Tụ Bù SSSC

Mô hình hóa SSSC là bước quan trọng để phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển. Các phương pháp mô hình hóa thường sử dụng các phần mềm chuyên dụng như MATLAB/Simulink hoặc PSCAD. Mô hình SSSC cần phản ánh chính xác các đặc tính điện của thiết bị, bao gồm điện áp, dòng điện, công suất và các thông số điều khiển. Việc điều khiển SSSC có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, từ các phương pháp điều khiển truyền thống đến các phương pháp điều khiển hiện đại như điều khiển thích nghi, điều khiển mờ và điều khiển thần kinh. Theo tài liệu, mục tiêu chính của việc điều khiển SSSC là duy trì điện áp ổn định, tăng khả năng truyền tải công suất và cải thiện ổn định hệ thống điện.

3.1. Xây Dựng Mô Hình SSSC Bằng Phần Mềm Chuyên Dụng

Việc xây dựng mô hình SSSC trong MATLAB/Simulink hoặc PSCAD đòi hỏi kiến thức về các thành phần điện tử công suất và hệ thống điều khiển. Mô hình cần bao gồm các khối chức năng như nguồn điện xoay chiều, bộ biến đổi điện áp, bộ lọc và hệ thống điều khiển. Các thông số của mô hình cần được xác định chính xác để đảm bảo tính chính xác của kết quả mô phỏng. Mô hình có thể được sử dụng để khảo sát các chế độ vận hành khác nhau của SSSC và đánh giá hiệu quả của các phương pháp điều khiển.

3.2. Các Phương Pháp Điều Khiển SSSC Phổ Biến Hiện Nay

Có nhiều phương pháp điều khiển SSSC khác nhau, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Các phương pháp điều khiển truyền thống thường dựa trên các bộ điều khiển PID hoặc các thuật toán điều khiển tuyến tính. Các phương pháp điều khiển hiện đại như điều khiển thích nghi, điều khiển mờ và điều khiển thần kinh có khả năng thích ứng với các thay đổi của hệ thống và cải thiện hiệu suất điều khiển. Việc lựa chọn phương pháp điều khiển phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của hệ thống và mức độ phức tạp của điều khiển.

3.3. Ứng Dụng ANFIS Điều Khiển SSSC

Điều khiển SSSC bằng ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System) là một phương pháp tiếp cận đầy hứa hẹn. ANFIS kết hợp ưu điểm của mạng nơ-ron và logic mờ, cho phép hệ thống điều khiển học hỏi và thích nghi với các điều kiện vận hành khác nhau. ANFIS có khả năng xử lý các tín hiệu không tuyến tính và nhiễu, giúp cải thiện độ chính xác và ổn định của hệ thống điều khiển. Việc ứng dụng ANFIS điều khiển SSSC có thể mang lại hiệu quả cao trong việc ổn định hệ thống điện và nâng cao khả năng truyền tải công suất.

IV. Ứng Dụng SSSC Cải Thiện Hệ Thống 110kV Hà Tiên Phú Quốc

Hệ thống truyền tải 110kV Hà Tiên - Phú Quốc đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện cho đảo Phú Quốc, một đặc khu kinh tế trọng điểm của Việt Nam. Việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống này là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội của khu vực. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng SSSC để nâng cao khả năng truyền tải và ổn định hệ thống điện Hà Tiên - Phú Quốc. Kết quả mô phỏng cho thấy việc sử dụng SSSC kết hợp với bộ điều khiển ANFIS có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

4.1. Mô Phỏng Hệ Thống Truyền Tải 110kV Hà Tiên Phú Quốc

Việc mô phỏng hệ thống truyền tải 110kV Hà Tiên - Phú Quốc được thực hiện bằng phần mềm chuyên dụng. Mô hình bao gồm các thành phần như đường dây cáp ngầm xuyên biển, máy biến áp và các thiết bị bảo vệ. Mục tiêu của mô phỏng là đánh giá hiệu quả của việc sử dụng SSSC trong việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Mô phỏng bao gồm các chế độ vận hành khác nhau, bao gồm cả các tình huống sự cố và quá tải.

4.2. Đánh Giá Hiệu Quả Của SSSC Trong Các Chế Độ Vận Hành

Kết quả mô phỏng cho thấy SSSC có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống truyền tải 110kV Hà Tiên - Phú Quốc. SSSC giúp nâng cao khả năng truyền tải công suất, ổn định điện áp và giảm thiểu tổn thất điện năng. Việc sử dụng bộ điều khiển ANFIS giúp SSSC hoạt động một cách linh hoạt và thích ứng với các thay đổi của hệ thống. SSSC cũng góp phần giảm thiểu rủi ro sự cố và cải thiện độ tin cậy của hệ thống.

4.3. Phân Tích Chi Phí Hiệu Quả Của Việc Triển Khai SSSC

Việc triển khai SSSC đòi hỏi một khoản chi phí đầu tư ban đầu. Tuy nhiên, lợi ích mà SSSC mang lại, chẳng hạn như nâng cao khả năng tải, giảm tổn thất điện năng và tăng độ tin cậy, có thể giúp tiết kiệm chi phí vận hành và bảo trì trong dài hạn. Phân tích chi phí - hiệu quả là cần thiết để đánh giá tính khả thi kinh tế của việc triển khai SSSC trong hệ thống truyền tải 110kV Hà Tiên - Phú Quốc. Các yếu tố cần xem xét bao gồm chi phí thiết bị, chi phí lắp đặt, chi phí bảo trì và lợi ích kinh tế từ việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

V. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Về SSSC

Nghiên cứu này đã trình bày các kết quả nghiên cứu về ứng dụng SSSC trong hệ thống truyền tải 110kV Hà Tiên - Phú Quốc. Kết quả cho thấy SSSC là một giải pháp hiệu quả để nâng cao khả năng truyền tải công suất, ổn định điện áp và cải thiện độ tin cậy của hệ thống. Việc sử dụng bộ điều khiển ANFIS giúp SSSC hoạt động một cách linh hoạt và thích ứng với các thay đổi của hệ thống. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều khiển SSSC tiên tiến hơn để tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống truyền tải.

5.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Nghiên Cứu Chính Về SSSC

Nghiên cứu đã chứng minh rằng SSSC có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống truyền tải 110kV Hà Tiên - Phú Quốc. Các kết quả mô phỏng cho thấy SSSC giúp nâng cao khả năng tải, giảm tổn thất điện năng và ổn định điện áp. Việc sử dụng bộ điều khiển ANFIS giúp SSSC hoạt động một cách linh hoạt và thích ứng với các thay đổi của hệ thống. Nghiên cứu cũng đã phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của SSSC và đề xuất các giải pháp tối ưu hóa.

5.2. Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Ứng Dụng SSSC Trong Tương Lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều khiển SSSC tiên tiến hơn, chẳng hạn như sử dụng các thuật toán tối ưu hóa thông minh để điều chỉnh các tham số của bộ điều khiển. Cũng cần nghiên cứu các ứng dụng mới của SSSC trong các hệ thống điện khác, chẳng hạn như trong các hệ thống điện gió và điện mặt trời. Ngoài ra, cần chú trọng đến việc tối ưu hóa vị trí đặt SSSC trong hệ thống điện để đạt hiệu quả cao nhất.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Huyện đảo Phú Quốc, được Chính phủ phê duyệt trở thành một trong ba đặc khu kinh tế trọng điểm của Việt Nam, đang đối mặt với nhu cầu cấp thiết về cung cấp điện ổn định và liên tục để phục vụ phát triển kinh tế - xã hội. Hệ thống truyền tải điện 110 kV Hà Tiên – Phú Quốc đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo nguồn điện cho khu vực này. Tuy nhiên, việc truyền tải điện qua tuyến cáp ngầm xuyên biển dài khoảng 55,7 km gặp nhiều thách thức về ổn định điện áp và khả năng truyền tải công suất do đặc thù kỹ thuật và điều kiện vận hành phức tạp.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là ứng dụng thiết bị bù nối tiếp đồng bộ tĩnh (SSSC) kết hợp với bộ điều khiển nơ-ron mờ thích nghi (ANFIS) nhằm nâng cao độ ổn định và chất lượng điện năng cho hệ thống truyền tải 110 kV Hà Tiên – Phú Quốc. Nghiên cứu tập trung mô phỏng và đánh giá hiệu quả của SSSC trong việc cải thiện khả năng truyền tải công suất và giảm dao động điện áp, đặc biệt trong các tình huống sự cố nghiêm trọng như ngắn mạch 3 pha.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm hệ thống điện 110 kV kết nối giữa Hà Tiên và Phú Quốc, với dữ liệu mô phỏng dựa trên mô hình phi tuyến và các thông số kỹ thuật của cáp ngầm, thiết bị SSSC và bộ điều khiển ANFIS. Thời gian nghiên cứu từ tháng 8/2017 đến tháng 4/2018, tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao độ tin cậy, ổn định điện áp và khả năng truyền tải công suất của hệ thống điện đặc khu, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội bền vững cho huyện đảo Phú Quốc.

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:

• Bù nối tiếp đường dây truyền tải: Mục đích là giảm trở kháng nối tiếp của đường dây, từ đó tăng khả năng truyền tải công suất. Tụ bù nối tiếp cung cấp điện áp vuông góc với dòng điện, làm giảm điện kháng cảm ứng của đường dây, giúp tăng công suất truyền tải theo công thức $P = \frac{V_s V_r}{X} \sin \delta$ với $X$ là điện kháng tổng hợp sau bù.

• Nguồn điện áp đồng bộ (SVS): Thiết bị chuyển đổi điện áp nguồn (Voltage Source Converter - VSC) tạo ra điện áp điều khiển có thể thay đổi biên độ và pha, cung cấp hoặc hấp thụ công suất phản kháng tức thời, giúp điều khiển điện áp và trở kháng trong hệ thống.

• Bù nối tiếp đồng bộ kiểu tĩnh (SSSC): SSSC sử dụng SVS để bơm điện áp xoay chiều có biên độ và pha điều khiển vào đường dây truyền tải, độc lập với dòng điện, giúp tăng hoặc giảm điện kháng ảnh hưởng, điều chỉnh công suất truyền tải và nâng cao độ ổn định hệ thống. Mô hình một pha của SSSC gồm tụ điện DC, bộ chuyển đổi nguồn điện áp, bộ lọc thông thấp và biến áp ghép.

• Bộ điều khiển ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System): Kết hợp mạng nơ-ron và logic mờ để điều khiển thích nghi, tự động điều chỉnh các tham số hàm liên thuộc dựa trên dữ liệu huấn luyện, giúp thiết bị SSSC phản ứng nhanh và chính xác với các biến động trong hệ thống điện.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu kỹ thuật về hệ thống cáp ngầm 110 kV Hà Tiên – Phú Quốc, thông số thiết bị SSSC, dữ liệu vận hành hệ thống điện và các kết quả mô phỏng từ phần mềm Matlab.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng mô hình phi tuyến để mô phỏng hệ thống điện, đánh giá hiệu quả của SSSC kết hợp bộ điều khiển ANFIS trong các tình huống vận hành bình thường và sự cố ngắn mạch 3 pha. Phân tích điện áp, công suất tác dụng, công suất phản kháng và tần số máy phát tại bus Phú Quốc.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình mô phỏng dựa trên hệ thống điện thực tế với 2 máy phát đồng bộ 40 MVA mỗi máy, cáp ngầm dài 57 km, thiết bị SSSC công suất 25 MVA. Dữ liệu huấn luyện bộ điều khiển ANFIS được lấy từ các biến động tần số và đạo hàm tần số trong hệ thống.

• Timeline nghiên cứu: Từ tháng 8/2017 đến tháng 4/2018, bao gồm khảo sát hiện trạng, xây dựng mô hình, thiết kế bộ điều khiển, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả bù công suất phản kháng ngang: Năm 2014, để đảm bảo điện áp dọc đường dây không vượt quá 1,1 pu khi hở mạch đầu Phú Quốc, cần bù công suất phản kháng ngang 70% tại hai đầu cáp (tương đương 42 MVAr mỗi đầu). Đến năm 2020, mức bù giảm còn 55% (33 MVAr mỗi đầu) do phụ tải tăng và nhà máy điện tại chỗ vận hành.

2. Tác động của SSSC và bộ điều khiển ANFIS: Mô phỏng sự cố ngắn mạch 3 pha cho thấy khi chưa có SSSC, điện áp tại bus Phú Quốc dao động lớn và thời gian quá độ kéo dài. Khi gắn SSSC kết hợp ANFIS, biên độ dao động giảm khoảng 26 mV và thời gian quá độ rút ngắn rõ rệt, nâng cao độ ổn định hệ thống.

3. Phản ứng với thay đổi công suất đột ngột: Khi máy phát thay đổi công suất 10% đột ngột, hệ thống có SSSC và ANFIS duy trì điện áp, công suất và tần số ổn định hơn so với trường hợp không có thiết bị bù, thể hiện qua các dạng sóng điện áp và tần số mượt mà hơn.

4. Độ chính xác và khả năng thích nghi của ANFIS: Bộ điều khiển ANFIS với 2 ngõ vào và 3 biến ngôn ngữ giúp xử lý nhanh, giảm số lượng luật và thông số cần điều chỉnh, nâng cao hiệu quả điều khiển trong các tình huống vận hành phức tạp.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy rõ ràng thiết bị SSSC kết hợp bộ điều khiển ANFIS có khả năng nâng cao độ ổn định động và quá độ của hệ thống điện 110 kV Hà Tiên – Phú Quốc. Việc bù công suất phản kháng ngang và nối tiếp giúp điều chỉnh điện áp dọc đường dây, giảm thiểu hiện tượng quá áp và dao động điện áp khi xảy ra sự cố.

So với các nghiên cứu trước đây về FACTS, việc ứng dụng SSSC với bộ điều khiển ANFIS cho phép điều khiển linh hoạt hơn, đáp ứng nhanh với các biến động tần số và công suất, từ đó cải thiện chất lượng điện năng và tăng khả năng truyền tải công suất. Các biểu đồ dạng sóng điện áp, công suất và tần số minh họa sự khác biệt rõ rệt giữa hệ thống có và không có thiết bị bù, thể hiện qua các đường màu đỏ (có SSSC + ANFIS) và xanh (không có).

Tuy nhiên, luận văn cũng chỉ ra một số hạn chế như thời gian huấn luyện bộ điều khiển ANFIS còn dài và cần tối ưu tham số để nâng cao hiệu quả. So với các thiết bị bù khác như TCSC, SSSC có ưu thế trong việc điều khiển điện áp nối tiếp độc lập với dòng điện, giúp tăng khả năng truyền tải và ổn định hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai lắp đặt thiết bị SSSC kết hợp bộ điều khiển ANFIS tại đầu Phú Quốc: Động tác này nhằm nâng cao độ ổn định điện áp và khả năng truyền tải công suất, giảm thiểu dao động khi xảy ra sự cố. Thời gian thực hiện dự kiến trong vòng 12 tháng, do Tổng công ty Điện lực miền Nam chủ trì.

2. Tối ưu hóa bộ điều khiển ANFIS bằng các thuật toán tối ưu: Áp dụng giải thuật bầy đàn (PSO) hoặc giải thuật di truyền (GA) để giảm thời gian huấn luyện và nâng cao độ chính xác điều khiển. Thời gian nghiên cứu và phát triển khoảng 6-9 tháng, do nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đảm nhiệm.

3. Nâng cấp hệ thống bù công suất phản kháng ngang: Điều chỉnh dung lượng bù theo nhu cầu thực tế, giảm từ 70% xuống còn 55% vào năm 2020, nhằm đảm bảo điện áp dọc đường dây trong giới hạn cho phép, đồng thời tiết kiệm chi phí vận hành. Chủ thể thực hiện là Ban Quản lý dự án Điện lực miền Nam.

4. Theo dõi và đánh giá hiệu quả vận hành: Thiết lập hệ thống giám sát liên tục các thông số điện áp, công suất và tần số tại các điểm đầu cuối để kịp thời điều chỉnh thiết bị bù và bộ điều khiển. Thời gian triển khai liên tục, do Trung tâm Điều độ hệ thống điện miền Nam quản lý.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên gia ngành điện lực: Nghiên cứu và ứng dụng các thiết bị FACTS, đặc biệt là SSSC và bộ điều khiển ANFIS, nhằm nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống truyền tải điện.

2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Đánh giá các giải pháp kỹ thuật để đảm bảo cung cấp điện ổn định cho các đặc khu kinh tế, từ đó xây dựng kế hoạch đầu tư phù hợp.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu tham khảo cho các khóa học về hệ thống điện, điều khiển tự động và công nghệ điện tử công suất.

4. Các nhà thầu và đơn vị thi công dự án điện: Tham khảo các thông số kỹ thuật, phương pháp lắp đặt và vận hành thiết bị bù công suất phản kháng trong hệ thống truyền tải điện cao áp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tụ bù nối tiếp SSSC là gì và có ưu điểm gì so với các thiết bị bù khác?
   SSSC là thiết bị bù nối tiếp đồng bộ tĩnh sử dụng bộ chuyển đổi nguồn điện áp để bơm điện áp điều khiển vào đường dây truyền tải, giúp điều chỉnh điện áp và trở kháng độc lập với dòng điện. Ưu điểm là khả năng điều khiển linh hoạt, phản ứng nhanh và tăng khả năng truyền tải công suất hiệu quả hơn so với tụ bù nối tiếp truyền thống hoặc TCSC.

2. Bộ điều khiển ANFIS hoạt động như thế nào trong hệ thống điện?
   ANFIS kết hợp mạng nơ-ron và logic mờ để điều khiển thích nghi, tự động điều chỉnh các tham số dựa trên dữ liệu huấn luyện. Trong hệ thống điện, ANFIS giúp thiết bị bù như SSSC phản ứng nhanh với các biến động tần số và điện áp, giảm dao động và nâng cao ổn định hệ thống.

3. Tại sao cần bù công suất phản kháng ngang cho cáp ngầm 110 kV?
   Cáp ngầm có đặc tính sinh công suất phản kháng do điện dung lớn, gây ra hiện tượng quá áp dọc đường dây khi vận hành ở chế độ không tải hoặc hở mạch. Bù công suất phản kháng ngang giúp điều chỉnh điện áp, đảm bảo điện áp dọc đường dây không vượt quá giới hạn cho phép, bảo vệ thiết bị và nâng cao độ tin cậy.

4. Hiệu quả của SSSC kết hợp ANFIS được thể hiện qua các chỉ số nào?
   Hiệu quả được thể hiện qua giảm biên độ dao động điện áp (giảm khoảng 26 mV), rút ngắn thời gian quá độ sau sự cố, duy trì ổn định công suất tác dụng và phản kháng, cũng như ổn định tần số máy phát trong các tình huống thay đổi đột ngột.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này cho các hệ thống điện khác không?
   Có, nguyên lý và phương pháp điều khiển SSSC bằng ANFIS có thể áp dụng cho các hệ thống truyền tải điện cao áp khác có đặc điểm tương tự, đặc biệt là các hệ thống có yêu cầu cao về ổn định điện áp và khả năng truyền tải công suất trong điều kiện vận hành phức tạp.

Kết luận

• Luận văn đã chứng minh hiệu quả ứng dụng thiết bị bù nối tiếp đồng bộ tĩnh (SSSC) kết hợp bộ điều khiển nơ-ron mờ thích nghi (ANFIS) trong nâng cao độ ổn định và chất lượng điện năng cho hệ thống truyền tải 110 kV Hà Tiên – Phú Quốc.
• Kết quả mô phỏng cho thấy thiết bị bù SSSC và bộ điều khiển ANFIS giúp giảm đáng kể dao động điện áp, rút ngắn thời gian quá độ và duy trì ổn định tần số khi xảy ra sự cố ngắn mạch 3 pha.
• Nghiên cứu đã xác định dung lượng bù công suất phản kháng ngang phù hợp cho cáp ngầm, góp phần đảm bảo điện áp dọc đường dây trong giới hạn cho phép.
• Bộ điều khiển ANFIS với cấu trúc tối ưu giúp xử lý nhanh và chính xác, tuy nhiên cần tiếp tục tối ưu tham số để nâng cao hiệu quả điều khiển.
• Đề xuất triển khai thực tế thiết bị SSSC kết hợp ANFIS, đồng thời nghiên cứu áp dụng các thuật toán tối ưu như PSO hoặc GA để cải thiện bộ điều khiển trong các giai đoạn tiếp theo.

Khuyến nghị các đơn vị quản lý và vận hành hệ thống điện miền Nam phối hợp triển khai lắp đặt thiết bị bù SSSC và phát triển bộ điều khiển ANFIS, đồng thời theo dõi, đánh giá hiệu quả vận hành để điều chỉnh phù hợp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Hệ thống cáp ngầm xuyên biển Hà Tiên - Phú Quốc Chương 4: Ung dung ANFIS điều khiến SSSC trong hệ thống điện 110kV Hà Tiên —- Phú Quốc Chương 5: Kết luận và Hướng phát triển CHUONG 2 CO SO LY THUYET 2.1 Bù nỗi tiếp đường dây truyền tải Mục đích của việc bù điện dung nối tiếp là giảm tổng trở kháng nối tiếp ảnh hưởng giữa hai đầu của đường dây truyền tải. Điện kháng của tụ bù nối tiếp triệt tiêu một phần của điện kháng cảm ứng đường dây thực tế, do đó, các điện kháng ảnh hưởng thì giảm và ngược lại, điều này làm tăng sự truyền công suất của đường dây. Xem xét một mô hình hệ thống điện hai máy đơn giản khi không có và có một bù điện dung nối tiếp và sơ đồ pha tương ứng như trong Hình 2. Trong mô hình này, giả định cho răng trở kháng đường dây truyền tải là không đáng kê vì thế đường dây được đại diện bởi một điện kháng cảm ứng.

Hơn nữa, nó được giả định rằng các máy ở cả hai đầu được biểu diễn bởi điện áp hình sin biên độ không đổi ở tân số đồng bộ.1b cho thấy các tụ điện nói tiếp cung cấp một điện áp vuông góc và trễ đối với các đòng điện đường dây và điện áp dung này có phản kháng với điện áp. Có thể quan sát từ Hình 2.1b rằng dòng điện, và dòng công suất tăng trong hệ thống [1]. Vs=Vs26s V= ỨZÔn a. Hệ thống trước lúc bù nối tiếp I Vv, %P.

Hệ thống sau khi bù nối tiếp Hình 2. Sơ đồ đơn giản của một hệ thống điện hai máy và sơ đồ vector Các công suất tác dụng ở nút đầu cuối cho các hệ thống trước lúc bù trong Hình 2.1a được cho bởi 2 P= Ps! sin(6.1) XL XL Với Vs và Vạ là độ lớn của điện áp đầu gửi và đầu nhận tương ứng, (giả định răng V=Vs=Vạ), õ (được gọi là các góc tải) là góc giữa điện áp đầu gửi và đầu nhận (5=85s-5p) và Xị, cảm kháng là đường dây truyền tải. Đối với hệ thống bù điện dung nối tiếp như trong Hình 2.1b thi 2 2 2 2 P=-—S§mổ=~————Snmỗ=——> —Smỗ=———Sinỗ Xự (xX, -X¢) x1- Xo X, (1-4) (2.2) x, Với Xc là điện kháng tụ điện, X„z= X¡.Xc là điện kháng ảnh hưởng, và k = X¡/Xc là góc bù nối tiếp (0 < k <1).2 cho thấy công suất phản kháng đang hoạt động bình thường với các góc tải của hệ thống bù dung nối tiếp thể hiện trong Hình 2.1b như một hàm tham số của góc bù nối tiếp điện dung. Rõ ràng là bù nối tiếp làm tăng sức mạnh truyền bằng một tỷ lệ cố định cái mà truyền tải bởi đường dây không được bù ở ồ nhất định và truyền tải công suất cao hơn là đạt được bằng cách tăng góc bù.5 + Ye Mà 0 ⁄ - \ > ó[deg.

Quan hệ giữa công suât được truyền tải so với các góc tải 2.2 Nguồn điện áp đồng bộ Một trong những cách đề phân loại các bộ điều khiển FACTS là nhóm chúng kết hợp với sự sắp xếp mạch bên trong của chúng tức là loại được thyristor điều khiển (trở kháng thay đổi) và loại chuyển đổi. Các nguyên tắc cơ bản của hoạt động của các thyristor điều khiến các thiết bị loại FACTS là cung cấp một trở kháng phản ứng biến đổi với hệ thống điện, do đó thường thay đổi tính chất của các trở kháng hệ thống. Điều này được thực hiện bởi các tụ điện và cuộn cảm truyền thống tao ra hoặc hấp thụ công suất phản kháng cân thiết cho việc bù và các thyristor chi dugc sử dụng để điều khiển đóng cắt mở và tắt các tụ điện vả cuộn cảm. Mặt khác, các loại công cụ chuyển đổi bộ điều khiển FACTS cung va hấp thụ công suất phản kháng bằng cách bơm một điện áp xoay chiều thu được từ một nguồn điện áp đồng bộ (SVS - Synchronous Voltage Source).

Cách tiếp cận này, khi so sánh với các bộ điều khiến EACTS được điều khiên bằng thyristor, nói chung là cung cấp các hiệu năng cao cho điện áp truyền tải, điện kháng đường dây ảnh hưởng, và điều khiển goc. SVS có thể được coi tương tự như một mô hình lý tưởng, máy điện quay đồng bộ sản xuất một bộ được cân bằng điện áp hình sin ở tần số cơ bản, có thể điều khiển được biên độ và góc pha: tạo ra hoặc hấp thụ công suất phản kháng để hoạt động như một tụ điện đồng bộ. Máy lý tưởng này không có quán tính, phản ứng của nó là thực tế tức thời, nó không làm thay đổi trở kháng hệ thống hiện hữu và nó có thể tạo ra công suất phản kháng bên trong (cả điện dung và cam img). Theo cách tương tự, SVS có thể hoạt động với một tụ điện lưu trữ DC tương đối nhỏ một cách tương đối đủ đề trao đối công suất phản kháng với hệ thống AC.

Hơn nữa, nó có thể trao đổi công suất phản kháng với hệ thống AC nếu nó được nối với một nguồn năng lượng điên hoặc nguồn lưu trữ DC thích hợp có thể cung cấp hoặc hấp thụ năng lượng nó cung cấp cho, hoặc hấp thụ từ hệ thống AC.3 cho thấy một đại diện chức năng của một ŠV§ (loạt kết nối nối tiếp ở đây) trong đó bao gồm các bộ chuyển đổi điện áp nguồn (VSC), một biến thế ghép, một nguồn năng lượng tùy chọn và các thiết bị điều khiến. Các tài liệu tham khảo (các bù công suất phản khang Qyer va cong suat tac dung P,.¢ mong muốn hoặc bù trở khang phan ing X,er và điện kháng R„„¿ mong muốn) xác định biên độ V và góc pha ọ của điện áp đầu ra được tạo ra cần thiết để trao đôi công suất phản kháng và tác dụng mong muốn tại đầu ra AC. Nếu SVS được hoạt động chỉ trao đổi công suất phản kháng (trao đổi công suất tác dụng là không cần thiết), sau đó P;„r (hoặc R„«;) được thiết lập đến không và SVS trở thành một nguôồn công suất phản kháng tự túc như một tụ đồng bộ lý tưởng và nguồn năng lượng bên ngoài tùy chọn hoặc thiết bị lưu trữ được lẫy ra. 10 ¿mỹ T— COUPLING TRANSFORMER AC 'Terrninais Vac = VF sinfeor—a) VarTac |, * ÄJ?1/?ttfS SOURCED |_ CONTROL — CONVERTER [ r Eh ae <2 ~ xr 4.

Nee a ENERGY SOURCE (OPTIONAL) Hình 2. Chức năng của SVS dựa trên một bộ chuyền đổi điện áp nguồn VSC. AT THE AC TERMINAL AT THE AC TERMINAL ABSORBS P SUPPLIES P ABSORBS Q ABSORBS Q ABSORBS Q Dine _ a SUPPLIES Q ABSORBS P SUPPLIES P SUPPLIES Q SUPPLIES Q AT THE DC TERMINAL AT THE DC TERMINAL 1„„„=0 uceert | ABSORBS P SUPPLIES P (a) (b) Hinh 2. Ché d6 hoat déng én dinh va biéu dé chuyén déi cong suat cho SVS.

Tất cả các chế độ hoạt động tiềm năng của ŠSV§ ở trạng thái ôn định được thê hiện trong Hình 2. Nó hoạt động chủ yếu để cung cấp công suất đầu ra phản kháng (bù dung kháng), do đó, các thiết bị nguồn năng lượng bên ngoài tùy chọn được thay thế một tụ điện cố định để cung cấp công suất phản kháng bù và dòng điện DC bên ngoài trở thành số không như Hình 2. Ở đây, nó được giả định răng 11 tất cả các tôn thất SVS đang bị bỏ quên, do đó, Vin; trễ pha so với dòng điện đường dây bằng 90 độ. Trong thực tế, nó trễ hơn một chút để bố sung khoản tốn thất của nó và giữ cho điện áp tụ điện ở mức độ không đổi mong muốn.

Trong trường hợp đó, SVS hấp thụ một lượng nhỏ năng lượng hoạt động hệ thống truyền dẫn.3 Bù nỗi tiếp đồng bộ kiểu tĩnh (SSSC) SVS bù nối tiếp cơ bản, được gọi là bù đồng bộ kiểu tĩnh (SSSC- Static Synchronous Series Compensator) đã được đề xuất bởi Gyugyi vào năm 1989 trong khái niệm về việc sử dụng công nghệ nên tảng-chuyên đối một cách thống nhất bù song song và nối tiếp cũng như điều khiển góc truyền tải [6,8,10]. Các khái niệm được sử đụng các SVS cho bù phản kháng nối tiếp đựa trên thực tế là SVS bơm một điện áp xoay chiều có độ lớn và góc có thể điều khiển vào các đường dây truyền tải bằng cách độc lập với dòng điện để nó có thể nhanh chóng thay đổi điện kháng ảnh hưởng giữa hai đầu của đường dây truyền tải và dòng công suất, trong khi điện áp bù phụ thuộc vào dòng điện đường dây trong trường hợp tụ bù nối tiếp. Trong các trường hợp bù điện dung nối tiếp, điện áp đầu ra trễ hơn dòng hiện bằng 90 độ. Tuy nhiên, điện áp đầu ra của SVS có thể được đảo ngược bởi một hành động điều khiến đơn giản để làm cho nó sớm hoặc trễ hơn dòng hiện bang 90 độ.

Một biểu thức tổng quát cho các điện áp bơm vào, Vsvs, có thé chỉ đơn giản được viết như: V sys =] „(632 (2.3) Với Vsvs(Q) là độ lớn của điện áp bù được bơm vào bởi SVS (0 < Vsvs(Q < Vsvs. max), É là một tham số điều khiến lựa chọn, và I là dòng điện đường dây. Sơ đồ bù phản kháng nối tiếp, bằng cách sử dụng một bộ chuyển đổi năng lượng chuyển mạch (chuyển đổi nguồn-điện áp) như một nguồn điện áp đồng bộ để tạo ra một 12 điện áp điều khiển vuông góc với dòng điện đường dây như được định nghĩa bởi phương trình (2.3) gọi là SSSC. Phương trình (2.3) có thể được viết lại cho SSSC như sau: .4) Các SSSC có thể bao gồm thiết bị lưu trữ năng lượng thoáng qua hoặc năng lượng hấp thụ để tăng cường trạng thái động lục học của các hệ thống điện bằng cách bổ sung bù công suất phản kháng tạm thời, để tăng hoặc giảm trong giây lát, điện áp thực (thuần trở) tổng thể rơi ngang trên các đường đây.

I Vsssc = +*j1⁄;ss;(€ dF (a) (b) os Vssse (c) (d) Hình 2. (a) Chế độ hoạt động SSSC trong một hệ thống điện hai máy (b) sơ đồ pha không bù (c) sơ đồ pha bù dung (d) sơ đồ pha bù kháng 13 Hình 2.5 minh họa các chế độ hoạt động khác nhau ở trạng thái ôn định cho một SSSC được lắp đặt trong mô hình hệ thống điện hai máy đơn giản của Hình 2. Các chế độ không bù của hoạt động của SSSC (Vsssc=0) được thể hiện trong Hình 2. Các chế độ bù dung được thê hiện trong Hình 2.

Trong đó, như là kết quả điện áp được bơm vào của SSSC Vsssc=-JVsssc(€)L1, điện cảm ảnh hưởng giữa hai nút bị giảm và dòng điện đường dây thì bị tăng lên. Điều này dẫn đến việc tăng công suất phát.