Luận văn Nghiên cứu ứng dụng SSSC trong điều khiển ổn định hệ thống điện (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu ứng dụng SSSC trong điều khiển ổn định hệ thống điện (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC Sĩ NGUYỄN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SSSC TRONG ÐIỀU KHIỂN ỔN ÐỊNH HỆ THỐNG ÐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN – 60520202 S K C0 0 4 8 5 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SSSC TRONG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - 60 520202 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SSSC TRONG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - 60 520202 Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN THỊ MI SA Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGUYỄN TRUNG HIẾU Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 24/ 03/ 1990 Nơi sinh: Bình Dương Quê quán: Hà Nam Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 14/9c đường 12, KP5, Tăng Nhơn Phú B, Q9, Tp. HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 01696978291 Fax: E-mail: nguyenhieuspkt@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 9/ 2009 đến 9/ 2013 Nơi học (trường, thành phố): ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM, thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Điện công nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ổn định và giám sát nhiệt độ qua chuẩn truyền thông Modbus i
5. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 17/07/2013, Khoa Điện – Điện Tử trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Phan Thanh III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm ii
6. 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 chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 03 năm 2016 (Ký và ghi rõ họ tên) Nguyễn Trung Hiếu iii
7. LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới tập thể các thầy cô giáo Khoa Điện – Điện Tử trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM đã tận tình giảng dạy cũng như tạo mọi điều kiện để tôi học tập và nghiên cứu trong 2 năm học cao học. Tác giả xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Mi Sa đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. Bên cạnh đó tác giả xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo TS Trương Đình Nhơn đã cho tôi nhiều sự chỉ bảo quý báu, những kiến thức chuyên môn trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài nghiên cứu này. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô tại Phòng thí nghiệm Điện tử công suất nâng cao (D406) đã tạo điều kiện cho tôi có một không gian và thiết bị nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu một cách thuận lợi nhất. Mặc dù đã rất cố gắng, song do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên có thể luận văn còn những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo để luận văn được hoàn thiện và có ý nghĩa ứng dụng trong thực tế. Xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 03 năm 2016 iv
8. TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, một thiết bị bù nối tiếp đồng bộ kiểu tĩnh (SSSC) được sử dụng để nghiên cứu tác động của thiết bị này trong việc điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng cũng như giảm dao động hệ thống điện trong chế độ quá độ. Nhu cầu không ngừng trong mạng lưới hệ thông điện khiến hệ thống mang rất nhiều tải dẫn đến điện áp không ổn định. Trong điều kiện tải nặng có thể không đủ công suất phản kháng gây ra sụt giảm điện áp. Sụt giảm này có thể dẫn đến sự sụt điện áp ở các bus khác nhau. Kết quả sẽ là sự sụp đổ điện áp dẫn đến mất điện toàn hệ thống. Bộ điều khiển điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) đã được sử dụng để giải quyết các vấn đề điều khiển ổn định hệ thống điện khác nhau. Nơron mờ (ANFIS) được sử dụng để điều khiển dòng công suất và giảm dao động một cách thích hợp. Mô phỏng này được thực hiện trong môi trường MATLAB/SIMULINK cho hệ thống IEEE 4 bus. Kết quả thu được tại bus 2 đã được chọn trong hệ thống điện 2 máy cho thấy hiệu quả của việc bù này của một thiết bị bù nối tiếp đồng bộ kiểu tĩnh (SSSC) trong việc điều khiển dòng công suất, đạt giá trị mong muốn về công suất phản kháng và công suất tác dụng và giảm dao động một cách thích hợp. ABSTRACT In this study, a static synchronous series compensator (SSSC) is used to investigate the effect of this device in controlling active and reactive powers as well as damping power system oscillations in transient mode. The continuous demand in electric power system network has caused the system to be heavily loaded leading to voltage instability. Under heavy loaded conditions there may be insufficient reactive power causing the voltages to drop. This drop may lead to drops in voltage at various buses. The result would be the occurrence of voltage collapse which leads to total blackout of the whole system. Flexible AC transmission systems (FACTS) v
9. controllers have been mainly used for solving various power system stability control problems. The adaptive neuro fuzzy insference system (ANFIS) is used to in controlling power flows and damping oscillations appropriately. Simulations have been done in MATLAB/SIMULINK environment for IEEE 4 bus system. Simulation results obtained for selected bus-2 in two machine power system shows the efficacy of this compensator of a static synchronous series compensator (SSSC) in controlling power flows, achieving the desired value for active and reactive powers, and damping oscillations appropriately. vi
10. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AC, ac Alternating current Dòng điện xoay chiều ANN Artificial Neural Network Mạng nơron nhân tạo ANFIS Adaptive Neuro Fuzzy Insference System Hệ nơron mờ BP Back Propagation Lan truyền ngược FACTS Flexible Alternating Current Transmission System Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt P Aeal (Active) power Công suất thực PE Processing Element Phần tử xử lý POD Power oscillations damping Giảm dao động công suất p.u. Per unit Đơn vị tương đối Q Reactive power Công suất phản kháng SSSC Static synchronous series compensator Bù nối tiếp đồng bộ kiểu tĩnh TSK Takagi – Sugeno – Kang Mô hình Takagi - Sugeno vii
11. MỤC LỤC GVHD: TS. NGUYỄN THỊ MI SA MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii MỤC LỤC viii DANH MỤC HÌNH ẢNH xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Giới thiệu 1 1.2 Đặt vấn đề 3 1.3 Ứng dụng của thiết bị FACTS trong hệ thống điện 4 1.4 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước. 6 1.5 Mục tiêu đề tài 7 1.6 Nhiệm vụ và giới hạn đề tài 7 1.7 Phương pháp nghiên cứu 7 1.8 Nội dung đề tài 7 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8 2.1 Hệ thống điện Việt Nam 8 2.1.1 Bù nối tiếp đường dây truyền tải 10 2.1.2 Điều chỉnh điện áp trạng thái ổn định 11 2.1.3 Tăng khả năng truyền tải năng lượng 11 2.1.4 Tăng truyền tải công suất 12 2.1.5 Chia sẻ tải tác dụng giữa các mạch song song 13 2.1.6 Vị trí tụ nối tiếp 13 viii
12. MỤC LỤC GVHD: TS. NGUYỄN THỊ MI SA 2.1.7 Bù nối tiếp đồng bộ kiểu tĩnh 14 2.2 Mạng neural nhân tạo và hệ mờ 15 2.2.1 Cấu trúc và mô hình mạng nơron 15 2.2.2 Hệ mờ 26 2.2.3 Kết luận 40 2.3 Mạng ANFIS và khả năng ứng dụng 41 2.3.1 Hệ thống suy diễn mờ dựa trên mạng thích nghi 41 2.3.2 Ứng dụng của mạng ANFIS 44 CHƯƠNG 3: BÙ NỐI TIẾP ĐỒNG BỘ KIỂU TĨNH VÀ ỨNG DỤNG ANFIS TRONG ĐIỀU KHIỂN SSSC 45 3.1 Giới thiệu chung 45 3.2 Bù điện dung nối tiếp 45 3.2.1 Khái niệm về bù điện dung nối tiếp 45 3.2.2 Nguồn điện áp đồng bộ 47 3.2.3 Bù nối tiếp đồng bộ kiểu tĩnh (SSSC) 50 3.2.4 Mô hình các SSSC một pha 53 3.3 Ứng dụng ANFIS điều khiển SSSC để giảm dao động công suất 54 3.3.1 Mô hình hệ thống hai máy phát điện 54 3.3.2 Bộ điều khiển giảm dao động POD trong MATLAB/SIMULINK 55 3.3.3 Sử dụng công cụ ANFIS GUI 59 3.3.4 Huấn luyện bộ điều khiển 61 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 62 4.1 Nâng cao ổn định công suất tác dụng. 62 4.2 Nâng cao ổn định công suất phản kháng. 62 ix
13. MỤC LỤC GVHD: TS. NGUYỄN THỊ MI SA 4.3 Nâng cao ổn định điện áp. 63 4.4 Nâng cao ổn định máy phát. 64 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 65 5.1 Kết luận 65 5.2 Hướng phát triển 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 x
14. DANH MỤC HÌNH ẢNH GVHD: TS. NGUYỄN THỊ MI SA DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ và trào lưu công suất theo mùa của lưới truyền tải Việt Nam 9 Hình 2.1 Một hệ thống điện đơn giản và sự bù giảm điện áp với một tụ nối tiếp 11 Hình 2.2 Đường truyền tải với một tụ nối tiếp 12 Hình 2.3 Công suất tối đa truyền qua một đường dây như một hàm của mức độ bù công suất nối tiếp ( VS VR 1p.u, X line 1p.u ) 12 Hình 2.4 Điều chỉnh chia sẻ công suất giữa hai đường dây song song bằng cách sử dụng tụ nối tiếp 13 Hình 2.5 Một sơ đồ của một SSSC 14 Hình 2.6 Sơ đồ ba đường dây của một sơ đồ bù lai ba pha SSSC 15 Hình 2.7 Mô hình một nơron nhân tạo 16 Hình 2.8 Đồ thị các dạng hàm truyền 18 Hình 2.9 Mạng truyền thẳng một lớp 19 Hình 2.10 Mô tả cấu trúc mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp 20 Hình 2.11 Mạng hồi quy một lớp có nối ngược 21 Hình 2.12 Mạng hồi quy nhiều lớp có nối ngược 21 Hình 2.13 Sơ đồ học tham số có giám sát 23 Hình 2.14 Sơ đồ học tham số không có giám sát 24 Hình 2.15 Sơ đồ học tăng cường 24 Hình 2.16 Một số dạng hàm thuộc cơ bản 27 Hình 2.17 Hàm phụ thuộc của tập mờ A 28 Hình 2.18 Các tập mờ điển hình dùng để định nghĩa biến ngôn ngữ tốc độ 29 Hình 2.19 Mô hình suy luận mờ với một luật-một tiền đề 32 Hình 2.20 Mô hình suy luận mờ một luật-nhiều tiền đề 33 Hình 2.21 Mô hình suy luận mờ hai luật hai tiên đề 34 Hình 2.22 Giải mờ bằng phương pháp cực đại 35 HVTH: NGUYỄN TRUNG HIẾU xi
15. DANH MỤC HÌNH ẢNH GVHD: TS. NGUYỄN THỊ MI SA Hình 2.23 Phương pháp giải mờ điểm trọng tâm 36 Hình 2.24 Mô hình suy diễn mờ Mamdani 37 Hình 2.25 Mô hình suy luận mờ Tsukamoto 38 Hình 2.26 Hệ suy diễn mờ Takagi-Sugeno 39 Hình 2.27 Mô hình suy luận mờ Sugeno hai đầu vào một đầu ra 40 Hình 2.28 Lập luận mờ 42 Hình 2.29 Kiến trúc kiểu mẫu một ANFIS 43 Hình 2.30 Mô hình một hệ ANFIS 43 Hình 2.31 Cấu trúc chung của một hệ ANFIS 44 Hình 3.1 Sơ đồ của một hệ thống điện hai máy đơn giản và sơ đồ vector của nó: (a) không bù nối tiếp, (b) với bù nối tiếp. 46 Hình 3.2 Công suất được truyền tải so với các góc tải như một hàm tham số của góc bù điện dung nối tiếp. 47 Hình 3.3 Đại diện chức năng của SVS dựa trên một bộ chuyển đổi điện áp nguồn (VSC). 49 Hình 3.4 Chế độ hoạt động ổn định có thể xảy ra và biểu đồ chuyển đổi công suất cho SVS. 49 Hình 3.5 Chế độ hoạt động SSSC trong một hệ thống điện hai máy và sơ đồ pha (b) không bù, (c) bù dung, (d) bù kháng. 51 Hình 3.6 Công suất được truyền đi so với góc tải được cung cấp bởi các SSSC như một hàm tham số của mức độ của điện áp (bơm vào) bù nối tiếp. 52 Hình 3.7 Một mô hình khối chức năng của một SSSC-một pha. 53 Hình 3.8 Hệ thống hai máy phát điện 54 Hình 3.9 Hệ thống với hai máy và bốn Bus trong MATLAB/SIMULINK 55 Hình 3.10 Thiết lập thời gian ngắn mạch 3 pha 56 Hình 3.11 Bộ giảm dao động POD sử dụng bộ điều khiển leadlag 56 Hình 3.12 Công suất trên bus 2 (B2) trường hợp có và không có SSSC khi xảy ra ngắn mạch 3 pha 57 Hình 3.13 Công suất phản kháng tại B2 có và không có SSSC khi ngắn mạch 3 pha 57 HVTH: NGUYỄN TRUNG HIẾU xii
16. DANH MỤC HÌNH ẢNH GVHD: TS. NGUYỄN THỊ MI SA Hình 3.14 Điện áp tại B2 có và không có SSSC khi ngắn mạch 3 pha 58 Hình 3.15 Vận tốc góc  của máy phát M1 58 Hình3.16 Công suất máy phát M1 59 Hình 3.17 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển ANFIS 59 Hình 3.18 Hàm liên thuộc đầu vào của bộ điều khiển ANFIS sau huấn luyện 60 Hình 3.19 Sai số của ANFIS sau huấn luyện 61 Hình 4.1 Công suất P tại B2 BĐK leadlag và ANFIS 62 Hình 4.2 Công suất phản kháng tại B2 63 Hình 4.3 Điện áp tại B2 63 Hình 4.4 Công suất của máy phát 64 Hình 4.5 Vận tốc góc của máy phát 64 HVTH: NGUYỄN TRUNG HIẾU xiii
17. CHƯƠNG 1 GVHD: TS. NGUYỄN THỊ MI SA CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Hiện nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng thiết bị FACTS, đặc biệt là sử dụng các thiết bị phát nguồn công suất phản kháng cho hệ thống lưới điện nhằm đảm bảo ổn định điện áp cho hệ thống. Tuy nhiên, việc đánh giá, lựa chọn thiết bị phát công suất nào hợp lý, cũng như dung lượng bù tối ưu trong phân tích ở chế độ xác lập, quá độ là chưa được quan tâm sâu sắc. Theo thực tế hiện nay, hệ thống điện chúng ta đang sử dụng là hệ thống điện xoay chiều. Hệ thống điện xoay chiều là một hệ thống điện phức tạp, gồm có các máy phát đồng bộ, đường dây truyền tải , máy biến áp, các thiết bị bù và các phụ tải và được chia thành ba khâu: sản xuất, truyền tải và phân phối. Một hệ thống điện xoay chiều hoạt động cơ bản phải thỏa các yêu cầu sau: - Các máy phát điện làm việc trong chế độ đồng bộ. - Điện áp vận hành nằm trong giới hạn cho phép theo qui định. - Tần số vận hành nằm trong giới hạn cho phép theo qui định. - Các phụ tải phải được cung cấp nguồn điện đầy đủ. - Các đường dây phải được vận hành ở điều kiện bình thường không quá tải. Trong hệ thống điện, công suất truyền tải trên các đường dây phụ thuộc vào tổng trở đường dây, điện áp và góc truyền tải giữa điểm đầu và điểm cuối của đường dây, những đại lượng này giới hạn công suất truyền tải trên đường dây. Vì vậy, khả năng truyền tải công suất của đường dây được cải thiện đáng kể bằng việc tăng công suất phản kháng ở phía phụ tải, lắp cuộn kháng bù ngang (mắc song song), tụ điện bù dọc (mắc nối tiếp) vào đường dây để điều khi ển điện áp dọc theo chiều dài đường dây. Để nâng cao chất lượng điện áp và ổn định điện áp cho hệ thống điện Việt Nam, hiện tại đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng các thiết bị bù công suất phản HVTH: NGUYỄN TRUNG HIẾU 1
18. CHƯƠNG 1 GVHD: TS. NGUYỄN THỊ MI SA kháng. Tuy nhiên, các thiết bị bù đó vẫn chưa đáp ứng được các yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy khi hệ thống có sự thay đổi đột ngột về nhu cầu công suất phản kháng. Các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS-Flexible AC Transmission System) đã đáp ứng được yêu cầu về độ phản ứng nhanh nhạy cũng như dung lượng bù tối ưu cho hệ thống điện trong mọi chế độ làm việc. FACTS dùng để nâng cao khả năng điều khiển hệ thống điện và tăng khả năng truyền tải công suất trên đường dây. FACTS được định nghĩa bởi IEEE là: “Hệ thống sử dụng các thiết bị điện tử công suất và các thiết bị tĩnh khác để điều khiển một hoặc nhiều thông số của hệ thống đường dây tải điện xoay chiều, qua đó, nâng cao khả năng điều khiển và khả năng truyền tải công suất”. Qua định nghĩa FACTS, nhận thấy tầm quan trọng của thiết bị FACTS đến hệ thống điện có sự ảnh hưởng rất lớn về kinh tế và kỹ thuật. Trong thực tế, do tính chất tiêu thụ điện ở từng thời điểm luôn khác nhau, cho nên trình trạng vận chuyển công suất trên các đường dây truyền tải cũng khác nhau, có thể tại một thời điểm trên hệ thống sẽ có những đường dây bị quá tải trong khi các đường dây khác thì non tải và ngược lại. Với đà phát triển công nghiệp hóa như hiện nay, đòi hỏi nhu cầu truyền tải để đáp ứng cho các phụ tải ngày càng cao và hiện nay đường dây truyền tải cao áp luôn đặt trong trình trạng báo động về giới hạn vật lý của chúng như là quá tải đường dây, những hiện tượng nhiễu hệ thống như là hiện tượng dao động tần số, điện áp . Nhằm tăng khả năng truyền tải điện năng trên hệ thống điện, khắc phục những nhược điểm nêu trên, trên thế giới người ta đã sử dụng các thiết bị FACTS. Các thiết bị này được sử dụng để điều khiển điện áp, trở kháng và góc pha của đường dây xoay chiều cao áp. Các thiết bị FACTS đã giúp cho nhà cung cấp điện những lợi ích sau đây: - Tận dụng lưới truyền tải hiện hữu để lắp đặt các thiết bị FACTS. HVTH: NGUYỄN TRUNG HIẾU 2
19. CHƯƠNG 1 GVHD: TS. NGUYỄN THỊ MI SA - Giảm chi phí đầu tư. - Tăng độ tin cậy và khả năng sẵn sàng của hệ thống truyền tải. - Tăng độ ổn định quá độ của lưới. - Tăng chất lượng cung cấp điện năng cho các ngành công nghiệp và các ngành có yêu cầu chất lượng điện năng cao. - Ảnh hưởng không đáng kể đến môi trường xung quanh. 1.2 Đặt vấn đề Để hệ thống điện hoạt động linh hoạt ở mọi tình huống, kể cả tình huống sự cố nghiêm trọng nhất, thì phải có thiết bị để điều khiển các đại lượng trong hệ thống điện. Đại lượng được nghiên cứu trong luận văn này chính là đại lượng điện áp, theo nhận định thực tế, các sự cố tan rã hệ thống điện gần đây đều có liên quan đến sự sụp đổ điện áp hoặc là mất ổn định điện áp, mà nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự sụp đổ điện áp thường là do sự không đáp ứng đủ nhu cầu công suất phản kháng, do tăng mạnh bất t hường của nhu cầu phụ tải, nhất là các phụ tải công nghiệp (các công ty luyện sắt, thép ). Điện áp là một trong những đại lượng quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng. Ổn định điện áp đáp ứng khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống ở trong một phạm vi cho phép (tùy thuộc vào tính chất mỗi nút mà phạm vi dao động cho phép của điện áp sẽ khác nhau). Trong điều kiện vận hành không bình thường hoặc sau các nhiễu loạn, hệ thống sẽ đi vào trạng thái không ổn định khi xuất hiện các kích động như tăng tải đột ngột hay thay đổi các thông số của hệ thống. Các thay đổi đó có thể làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nề nhất có thể rơi vào trình trạng không thể điều khiển được hay còn gọi là sụp đổ điện áp. Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến s ự mất ổn định và sụp đổ điện áp thường là do không đáp ứng đủ các nhu cầu công suất phản kháng cần thiết khi phụ tải tăng bất thường và đột biến. Trước đây, khi mà ngành công nghiệp điện tử công suất cao chưa phát triển mạnh thì việc nâng cao chất lượng điện áp trên hệ thống điện bị hạn chế và thời gian đáp ứng cũng rất chậm, bởi vì lúc đó ta phải thực hiện việc đóng cắt các khóa cơ khí các phần tử điện HVTH: NGUYỄN TRUNG HIẾU 3
20. CHƯƠNG 1 GVHD: TS. NGUYỄN THỊ MI SA như là cuộn dây, tụ điện, bộ chuyển đổi nấc máy biến áp để ổn định điện áp trên hệ thống. Ngày nay, với sự phát triển mạnh và nhanh của các thiết bị điện tử công suất lớn, điện áp cao cho nên công nghệ FACTS ra đời nhằm giúp cho quá trình thực hiện điều khiển điện áp trên hệ thống điện, cụ thể là đường dây truyền tải được linh hoạt và nhanh chóng, một số nước tiên tiến đã sử dụng thiết bị FACTS trong mạng truyền tải, cụ thể như Mỹ, Canada, Brazil là những nước tiên phong sử dụng công nghệ FACTS. Các thiết bị FACTS thường được sử dụng là: - SVC (Static Var Compensator): Bộ bù công suất VAR tĩnh. - UPFC (Unified Power Flow Controller): Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất. - STATCOM (Static Synchronous Compensator): Bộ bù đồng bộ tĩnh. - TCSC (Thyristor Controlled Series Compensator): Bộ bù dọc điều khiển thyristor. - SSSC (Static synchronous series compensator): Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh. - HVDC (Hight voltage direct current): Dòng một chiều điện áp cao. 1.3 Ứng dụng của thiết bị FACTS trong hệ thống điện Thay đổi trở kháng của một hay nhiều nhánh trong hệ thống điện, từ đó có thể phân bố lại luồng công suất trong mạng điện. Điều này giúp hạn chế luồng công suất truyền qua những nhánh có khả năng gây nghẽn mạch. Điều khiển dòng công suất trên đường dây trong lưới điện theo ý muốn, giúp sử dụng tốt hơn hệ thống truyền tải hiện có. Ở một số nơi, việc tăng dung lượng chuyển giao năng lượng và điều khiển luồng công suất truyền tải của các đường dây có tầm quan trọng thiết yếu, đặc biệt là những nơi có thị trường điện chưa được kiểm soát, hay những nơi mà các vị trí phát điện và tâm phụ tải có thể thay đổi. Điều này cần bổ sung các đường dây truyền tải mới để đáp ứng nhu cầu điện gia tăng, nhưng lại vướng phải các ràng buộc về kinh tế, môi trường. Trong trường hợp đó, các thiết bị FACTS đáp ứng được những yêu cầu cả về kinh tế và kỹ thuật. HVTH: NGUYỄN TRUNG HIẾU 4
21. CHƯƠNG 1 GVHD: TS. NGUYỄN THỊ MI SA Tăng độ tin cậy và tính khả dụng của hệ thống truyền tải: Độ tin cậy và tính khả dụng của hệ thống truyền tải phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Mặc dù các thiết bị FACTS không thể ngăn chặn sự cố, nhưng chúng có thể giảm thiểu những ảnh hưởng của sự cố và đảm bảo việc cấp điện an toàn hơn bằng cách giảm số lần đóng cắt đường dây. Ví dụ, cắt một phụ tải lớn gây ra một quá áp của đường dây và dẫn đến cắt đường dây. Tăng độ ổn định động và quá độ của lưới: Những đường dây dài liên kết các hệ thống, những tác động thay đổi phụ tải và các sự cố đường dây có thể tạo ra sự bất ổn định trong hệ thống truyền tải. Các vấn đề này cũng có thể dẫn tới giảm dòng công suất trên đường dây, dòng công suất vòng hoặc thậm chí dẫn đến cắt đường dây. Các thiết bị FACTS làm ổn định các hệ thống truyền tải với việc tạo nâng cao công suất truyền tải và giảm nguy cơ sự cố đường dây. Tăng chất lượng cung cấp cho các ngành công nghiệp đòi hỏi chất lượng điện năng cao: Các ngành công nghiệp hiện đại phụ thuộc vào chất lượng điện cung cấp bao gồm các yêu cầu khắt khe về giao động của điện áp, tần số và không bị cắt điện. Những sự thay đổi về điện áp và tần số hay sự mất nguồn cấp có thể dẫn đến ngưng trệ trong quá trình sản xuất mà hệ quả là những tổn thất lớn về kinh tế. Các thiết bị FACTS có thể giúp cung cấp chất lượng cấp điện năng theo yêu cầu. Nói chung; những khả năng ứng dụng của các thiết bị FACTS có thể được tóm tắt trong các phạm vi giới hạn sau: Giữ được khả năng tải của đường dây gần với giới hạn phát nóng. Nâng cao khả năng truyền tải công suất giữa các phần tử của hệ thống, do đó giảm được dự trữ chung của hệ thống. Phòng ngừa được sự cố lan truyền do hạn chế được ảnh hưởng của sự cố và hỏng hóc các phần tử. Giảm được dao động điện áp có thể gây hại đến các phần tử của hệ thống. Giảm dao động công suất, tăng độ ổn định tĩnh và động của hệ thống, chống sự cố nghẽn mạch hệ thống. HVTH: NGUYỄN TRUNG HIẾU 5