Thiết Kế Thiết Bị Bù Công Suất Phản Kháng Tĩnh Cho Trạm Truyền Tải Điện 220kV

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT TRONG LƯỚI ĐIỆN

1.1. Khái niệm hệ thống điện và phụ tải điện

1.2. Hệ thống điện

1.3. Phụ tải điện

1.4. Chế độ làm việc và cân bằng công suất trong hệ thống điện

1.4.1. Chế độ làm việc

1.4.2. Cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng

1.5. Tổn thất điện áp trên đường dây truyền tải điện

1.5.1. Tổn thất điện áp tính theo dòng điện, vectơ điện áp

1.5.2. Tính toán tổn thất điện áp theo công suất

1.6. Khái niệm chung về điều chỉnh điện áp

1.7. Ảnh hưởng của điện áp đến hoạt động của hệ thống điện. Nhiệm vụ của điều chỉnh điện áp

1.8. Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp

1.9. Tổng quan về bù công suất phản kháng khi truyền tải

1.9.1. Công suất phản kháng trên đường dây truyền tải

1.9.2. Bù công suất phản kháng trên đường dây truyền tải

1.9.3. Bù dọc và bù ngang đường dây

2. CHƯƠNG 2: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ BÙ TĨNH CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC

2.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của các thiết bị bù tĩnh SVC

2.1.1. Cấu tạo chung

2.1.2. Nguyên lý hoạt động

2.1.3. Đặc tính tĩnh V-I của SVC

2.1.4. Kháng điều chỉnh bằng Thyristor TCR (Thyristor Controlled Reactor)

2.1.5. Đặc tính làm việc của TCR

2.1.6. Thiết bị bù tĩnh FC-TCR (Fix capacitor and Thyristor control reactor). Đặc tính làm việc

2.1.7. Tụ đóng mở bằng Thyristor TSC (Thyristor Switched Capacitor). Nguyên lý hoạt động của TSC

2.1.8. Một số ứng dụng của SVC trong hệ thống điện

3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT 100MVAr CHO HỆ THỐNG ĐIỆN

3.1. Chọn sơ đồ mạch lực SVC

3.1.1. Sơ đồ mắc kiểu hình sao

3.1.2. Sơ đồ mắc kiểu hình tam giác

3.2. Tính toán thông số của SVC

3.2.1. Tính toán thông số cuộn kháng L của TCR

3.2.2. Tính toán thông số bộ lọc

3.2.3. Tính toán giá trị bộ tụ điện C

3.2.4. Tính toán thông số của thyristor

3.2.5. Tính toán bảo vệ thyristor

3.3. Thiết kế hệ thống điều khiển

3.3.1. Khối điều khiển điện áp

3.3.2. Khối tính toán góc mở Thyristor

3.3.3. Khối phát xung điều khiển

3.3.4. Tín hiệu điều khiển bổ sung

4. CHƯƠNG 4: THỰC HIỆN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VỚI CÔNG CỤ MATLAB SIMULINK

4.1. Mô hình bài toán cần mô phỏng

4.2. Sơ đồ mô phỏng trong simulink

4.3. Sơ đồ mạch công suất

4.4. Sơ đồ mạch điều khiển

4.5. Kết quả mô phỏng khi dùng bộ PI thông thường

4.6. Kết quả mô phỏng trường hợp 1

4.7. Kết quả mô phỏng trường hợp 2

4.8. Kết quả mô phỏng trường hợp 3

4.9. Sử dụng luật mờ để nâng cao chất lượng điều khiển SVC

4.9.1. Cơ sở thuật toán điều khiển

4.9.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ và luật mờ

4.9.3. Kết quả mô phỏng so sánh bộ PI thường và điều khiển mờ

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU FACTS

LỜI NÓI ĐẦU

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÓM TẮT LUẬN VĂN

SUMURY OF THESIS

I. Tổng Quan Về Bù Công Suất Phản Kháng Lợi Ích Ứng Dụng

Bù công suất phản kháng đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống điện. Nó giúp điều chỉnh hệ số công suất, giảm tổn thất điện năng trên đường dây và ổn định điện áp, đặc biệt quan trọng đối với các trạm truyền tải điện 220kV. Các phụ tải công nghiệp và nông nghiệp thường tiêu thụ lượng lớn công suất phản kháng, gây lãng phí do tăng tiết diện dây dẫn và tổn thất điện áp. Việc bù công suất phản kháng gần tải giúp giảm thiểu những tác động tiêu cực này. Theo tài liệu, việc duy trì điện áp trong phạm vi cho phép (±5%) là yếu tố then chốt để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống và tránh các sự cố do biến động điện áp. Các thiết bị bù, như SVC (Static VAR Compensator) và STATCOM (Static Synchronous Compensator), đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì điện áp trong giới hạn cho phép.

1.1. Khái niệm hệ thống điện và phụ tải điện quan trọng

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây tải điện và các thiết bị điều khiển, bảo vệ. Lưới điện là tập hợp các đường dây tải điện và trạm biến áp. Việc truyền tải điện năng phải đáp ứng các tiêu chuẩn về chất lượng và độ tin cậy, đồng thời giảm thiểu chi phí. Phụ tải điện bao gồm công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. Công suất tác dụng là công suất sinh công, còn công suất phản kháng tạo ra từ trường. Dòng điện do công suất phản kháng sinh ra gây tổn thất công suất tác dụng trên dây dẫn.

1.2. Tầm quan trọng của cân bằng công suất phản kháng

Việc cân bằng công suất phản kháng giúp giảm tổn thất điện áp và nâng cao khả năng truyền tải của lưới điện. Khi công suất phản kháng không được bù đắp, dòng điện tăng lên, dẫn đến tổn thất nhiệt trên đường dây. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các trạm truyền tải điện 220kV, nơi công suất truyền tải lớn và khoảng cách xa. Các thiết bị bù công suất, như TSC (Thyristor Switched Capacitor) và TCR (Thyristor Controlled Reactor), được sử dụng để điều chỉnh công suất phản kháng và duy trì điện áp ổn định.

II. Thách Thức Giải Pháp Bù Công Suất Cho Trạm 220kV Hiệu Quả

Việc duy trì ổn định điện áp và chất lượng điện năng tại các trạm truyền tải điện 220kV đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm biến động công suất phụ tải, sự cố hệ thống và ảnh hưởng của các nguồn năng lượng tái tạo. Để giải quyết những thách thức này, cần có các giải pháp bù công suất phản kháng hiệu quả và linh hoạt, có khả năng đáp ứng nhanh chóng với các thay đổi trong hệ thống điện. Các giải pháp này có thể bao gồm việc sử dụng SVC, STATCOM hoặc kết hợp các công nghệ khác nhau để đạt được hiệu quả tối ưu. Theo các nghiên cứu, việc áp dụng các hệ thống bù công suất phản kháng tĩnh có thể giảm đáng kể sụt áp và quá áp, đồng thời cải thiện ổn định điện áp động.

2.1. Ảnh hưởng của điện áp đến hoạt động của hệ thống điện

Điện áp có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của hệ thống điện. Điện áp thấp có thể gây ra sụt áp, làm giảm hiệu suất của các thiết bị điện và gây mất ổn định. Điện áp cao có thể gây ra quá áp, làm hỏng các thiết bị điện và gây nguy hiểm. Việc điều chỉnh điện áp là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của hệ thống điện. Các thiết bị bù công suất phản kháng, như SVC và STATCOM, được sử dụng để điều chỉnh điện áp và duy trì nó trong phạm vi cho phép.

2.2. Tổn thất điện áp trên đường dây truyền tải điện cao thế

Tổn thất điện áp trên đường dây truyền tải điện là một vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt là trên các đường dây cao thế như 220kV. Tổn thất điện áp làm giảm điện áp tại điểm cuối của đường dây, gây ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị điện. Việc bù công suất phản kháng trên đường dây giúp giảm dòng điện và giảm tổn thất điện áp. SVC và STATCOM có thể được sử dụng để bù công suất phản kháng trên đường dây và duy trì điện áp ổn định.

III. Thiết Kế SVC Cho Trạm 220kV Cách Tính Toán Lựa Chọn Thông Số

Việc thiết kế SVC cho trạm truyền tải điện 220kV đòi hỏi sự tính toán kỹ lưỡng và lựa chọn thông số phù hợp để đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy. Các yếu tố cần xem xét bao gồm công suất bù, khả năng đáp ứng, độ ổn định và chi phí. Cấu trúc của SVC thường bao gồm TCR, TSC, và các bộ lọc sóng hài. Việc lựa chọn cấu hình và thông số của các thành phần này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và khả năng điều khiển của SVC. Cần thực hiện mô phỏng SVC và phân tích hệ thống điện để đảm bảo rằng SVC hoạt động ổn định và đáp ứng được yêu cầu.

3.1. Chọn sơ đồ mạch lực SVC tối ưu

Sơ đồ mạch lực SVC có thể là kiểu hình sao hoặc hình tam giác. Mỗi cấu hình có ưu và nhược điểm riêng. Hình sao thường được sử dụng khi cần độ tin cậy cao, trong khi hình tam giác có thể giảm kích thước của các thành phần. Việc lựa chọn sơ đồ mạch lực phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của hệ thống điện và SVC.

3.2. Tính toán thông số cuộn kháng L của TCR chính xác

Thông số cuộn kháng L của TCR ảnh hưởng đến khả năng điều chỉnh công suất phản kháng của SVC. Giá trị L cần được tính toán sao cho TCR có thể điều chỉnh công suất phản kháng trong phạm vi yêu cầu. Việc tính toán cần xem xét điện áp, tần số và công suất của hệ thống điện.

3.3. Tính toán giá trị bộ tụ điện C để bù công suất

Giá trị tụ điện C cần được tính toán để cung cấp lượng công suất phản kháng cần thiết cho SVC. Tụ điện C thường được sử dụng trong các TSC hoặc FC-TCR. Giá trị của C phải phù hợp với công suất và điện áp của hệ thống điện, cũng như khả năng điều chỉnh của TCR.

IV. Mô Phỏng và Đánh Giá Hiệu Quả SVC Cho Trạm Truyền Tải 220kV

Việc mô phỏng SVC bằng các công cụ như MATLAB Simulink là bước quan trọng để đánh giá hiệu quả và tối ưu hóa thiết kế. Mô phỏng cho phép kiểm tra đáp ứng nhanh, khả năng chịu đựng ngắn mạch, và tác động của SVC lên hệ thống điện. Kết quả mô phỏng giúp điều chỉnh thông số và cấu hình của SVC để đạt được hiệu suất tối ưu. Việc so sánh các phương pháp điều khiển khác nhau, chẳng hạn như điều khiển PI và điều khiển mờ, cũng có thể được thực hiện thông qua mô phỏng.

4.1. Mô hình hóa hệ thống điện và SVC trong Simulink

Sử dụng Simulink để xây dựng mô hình hệ thống điện và SVC cho phép phân tích hiệu suất của SVC trong các điều kiện vận hành khác nhau. Mô hình bao gồm các thành phần như đường dây truyền tải, máy biến áp, phụ tải và SVC. Mô hình SVC bao gồm TCR, TSC, và hệ thống điều khiển.

4.2. Đánh giá kết quả mô phỏng bằng bộ PI thông thường

Sử dụng bộ PI để điều khiển SVC là một phương pháp phổ biến. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ PI có thể duy trì điện áp ổn định, nhưng có thể gặp khó khăn trong các tình huống có biến động lớn. Các tham số của bộ PI cần được điều chỉnh để đạt được hiệu suất tối ưu.

4.3. Sử dụng luật mờ để nâng cao chất lượng điều khiển SVC tiên tiến

Luật mờ có thể cải thiện chất lượng điều khiển SVC bằng cách cung cấp khả năng đáp ứng nhanh hơn và chính xác hơn. Luật mờ sử dụng các quy tắc dựa trên kinh nghiệm để điều chỉnh công suất phản kháng của SVC. Kết quả mô phỏng cho thấy luật mờ có thể giảm sụt áp và quá áp hiệu quả hơn so với bộ PI.

V. Vận Hành Bảo Trì SVC Bí Quyết Tăng Độ Tin Cậy Trạm 220kV

Việc vận hành SVC và bảo trì SVC đúng cách là yếu tố then chốt để đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ của thiết bị. Cần có quy trình bảo trì SVC định kỳ để kiểm tra và thay thế các thành phần bị hao mòn. Việc bảo vệ SVC khỏi các sự cố như quá áp, quá dòng và ngắn mạch cũng rất quan trọng. Việc đào tạo nhân viên vận hành SVC và bảo trì SVC có kỹ năng chuyên môn cao là cần thiết để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của trạm truyền tải điện 220kV.

5.1. Yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn SVC mới nhất

Các tiêu chuẩn SVC và yêu cầu kỹ thuật SVC cần được tuân thủ để đảm bảo an toàn và hiệu suất. Các tiêu chuẩn này bao gồm các quy định về thiết kế, lắp đặt, vận hành và bảo trì SVC. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn giúp đảm bảo rằng SVC hoạt động ổn định và không gây nguy hiểm cho hệ thống điện.

5.2. Hệ thống điều khiển bảo vệ SVC để đảm bảo an toàn

Hệ thống điều khiển bảo vệ SVC cần được thiết kế để phát hiện và ngăn chặn các sự cố như quá áp, quá dòng và ngắn mạch. Hệ thống bảo vệ bao gồm các rơle bảo vệ, bộ ngắt mạch và các thiết bị khác. Hệ thống bảo vệ cần hoạt động nhanh chóng và chính xác để bảo vệ SVC và hệ thống điện.

VI. Phân Tích Kinh Tế Kỹ Thuật Đầu Tư SVC Cho Trạm 220kV Có Lợi Không

Việc phân tích kinh tế kỹ thuật là cần thiết để đánh giá tính khả thi của việc đầu tư SVC cho trạm truyền tải điện 220kV. Các yếu tố cần xem xét bao gồm chi phí đầu tư, chi phí vận hành, tuổi thọ SVC, độ tin cậy SVC, và các lợi ích như giảm tổn thất điện năng, cải thiện ổn định điện áp và tăng khả năng truyền tải. Việc so sánh các lựa chọn khác nhau, chẳng hạn như SVC và STATCOM, cũng cần được thực hiện để đưa ra quyết định đầu tư tốt nhất.

6.1. So sánh chi phí đầu tư và vận hành các loại SVC khác nhau

Các loại SVC khác nhau có chi phí đầu tư và vận hành khác nhau. SVC dựa trên TCR và TSC có chi phí đầu tư thấp hơn so với STATCOM, nhưng có thể có chi phí vận hành cao hơn do tổn thất điện năng. Việc lựa chọn loại SVC phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của hệ thống điện và ngân sách.

6.2. Ảnh hưởng môi trường và tuổi thọ SVC ảnh hưởng đến chi phí

Ảnh hưởng môi trường và tuổi thọ SVC cần được xem xét trong phân tích kinh tế kỹ thuật. SVC có thể gây ra tiếng ồn và tạo ra sóng hài, cần có biện pháp giảm thiểu tác động môi trường. Tuổi thọ SVC ảnh hưởng đến chi phí khấu hao và chi phí thay thế. Việc lựa chọn thiết bị có tuổi thọ cao có thể giảm chi phí dài hạn.

Khảo Sát và Thiết Kế Thiết Bị Bù Công Suất Phản Kháng Tĩnh Cho Trạm Truyền Tải Điện 220kV