Luận văn Ứng dụng SVC cho việc cải thiện chất lượng điện áp (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Ứng dụng SVC cho việc cải thiện chất lượng điện áp (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 ĐỨC CƯỜNG ỨNG DỤNG SVC CHO VIỆC CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 4 0 7 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG ỨNG DỤNG SVC CHO VIỆC CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN- 605250 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG ỨNG DỤNG SVC CHO VIỆC CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Hướng dẫn khoa học: PGS. TS. PHAN THỊ THANH BÌNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Đức Cường Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10/10/1983 Nơi sinh: Quảng Ngãi Quê quán: Quảng Ngãi Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 8/19A Nguyễn Thiện Thuật, Phường 24, Quận Bình Thạnh, Tp HCM. Điện thoại cơ quan: 083.8418054 Điện thoại nhà riêng: 0909.639247 Fax: E-mail: cuongdkc@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1.Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ: 09/1998 đến 09/2001. Nơi học ( Trường, Thành phố): Trường Công Nhân Cơ Giới II- Quảng Ngãi. Ngành học: Điện Dân Dụng và Xí nghiệp. 2.Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: Từ 2005 đến 2009 Nơi học ( Trường, Thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Điện Khí Hóa và Cung cấp Điện. Môn thi tốt nghiệp: Thiết kế Hệ thống điện, Quản Lý Dự Án, Điều khiển lập trình nâng cao. 3. Cao học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 02/2011 đến 02/2013 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh i
5. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công Ty Cổ Phần Kinh Từ 2009 đến 2011 Doanh và Đầu tư Bình Thiết kế Điện- Điện nhẹ Dương Becamex ITC - Học cao học tại Trường Từ 2011 đến 2013 Đại Học Sư Phạm Kỹ Học viên Thuật Tp. Hồ Chí Minh Công ty Tư Vấn Dự Án Từ 2011 đến 2013 Thiết kế Điện SEAS i
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 12 tháng 9 năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) ii
7. Lời cảm ơn Trải qua thời gian học tập và nghiên cứu tại trường, nay tôi đã hoàn thành Đề Tài Tốt Nghiệp Cao Học của mình. Để có được thành quả này, tôi đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ và giúp đỡ tận tình từ thầy cô, gia đình, đơn vị chủ quản và bạn bè. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Cô PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình, người đã tận tình trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện hoàn thành Luận Văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Lãnh đạo Công ty Tư Vấn Dự Án SEAS đã tạo điều kiện thuận tiện cho tôi về mặt thời gian để hoàn thành khóa học. Xin chân thành cảm ơn đến tất cả quí Thầy Cô trường Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh đã dạy tôi một lượng kiến thức rất bổ ích, Đặc biệt là các Thầy Cô Khoa Điện – Điện Tử đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong quá trình học tập cũng như trong thời gian làm Luận Văn này. Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến đồng nghiệp, gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và đã tạo cho tôi niềm tin, tình cảm để tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn ! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2013 Học viên Nguyễn Đức Cường iii
8. TÓM TẮT Ổn định điện áp là một vấn đề đã và đang được nghiên cứu nhiều ở các nước phát triển trên thế giới, nhất là trong cơ chế thị trường điện do tác hại của hiện tượng mất ổn định điện áp là rất lớn, có thể đưa hệ thống điện đến tình trạng sụp đổ điện áp từng phần hoặc hoàn toàn. 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 thường hoặc sau các kích động. 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 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 đổ điện áp. Việc tính toán tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối ưu sẽ giúp cải thiện độ lệch điện áp tại các nút, giảm thiểu tổn thất công suất trong mạng điện. Nhằm nâng cao độ tin cậy và khả năng cung cấp điện. Luận văn bước 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 SVC bằng cách mô phỏng và mô hình hóa sử dụng phần mềm Matlab Simulink. Đồng thời sử dụng thuật toán Bầy đàn PSO để mô phỏng tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối ưu trong một số mạng điện cụ thể, với hàm đơn mục tiêu (giảm thiểu độ lệch điện áp tại các nút) và hàm đa mục tiêu (giảm thiểu tổn thất công suất, độ lệch điện áp và chi phí). So sánh kết quả đạt được với kết quả tìm được theo thuật toán Di truyền [27]. Luận văn đã xây dựng được thuật toán PSO và đánh giá được lợi ích khi đặt thiết bị bù tĩnh có điều khiển SVC lên lưới điện 13 nút, IEEE 14 nút, IEEE 30 nút và sau đó đề xuất áp dụng trên lưới điện phân phối thực tế Việt Nam. iv
9. MỤC LỤC Trang Quyết định giao đề tài Xác nhận của cán bộ hướng dẫn i Lý lịch khoa học ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách các chữ viết tắt vi Danh sách các hình vii Danh sách các bảng viii CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.1.1. Lý do chọn đề tài và nhiệm vụ nghiên cứu 2 1.1.2. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài 4 1.1.3. Phương pháp nghiên cứu 4 1.1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Luận văn 5 1.2. Bố cục Luận văn 5 CHƯƠNG 2. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 6 2.1 Hệ thống điện hợp nhất và đặc điểm của bù công suất phản kháng 6 2.3.1 Đặc điểm 6 2.3.2 Các biện pháp áp dụng trong công nghệ truyền tải điện 7 2.3.3 Bù công suất phản kháng 7 2.1.3.1. Bù dọc 9 2.1.3.2 Bù ngang 11 v
10. 2.1.3.3 Nhận xét 12 2.2 Giới thiệu và phân loại các thiết bị FACTS 13 2.4 Một số thiết bị FACTS 16 2.4.1. SVC (Static Var Compensator) 16 2.4.2. STATCOM (Static Synchronous Compensator) 17 2.4.3. TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) 18 2.4.4. SSSC (Static Synchronous Series Compensator) 19 2.4.5. DFC (Dynamic Flow Controller) 20 2.4.6. IPFC (Interline Power Flow Controller) 21 2.4.7. UPFC- (Unified power flow controller) 22 2.4.8. TCPAR- (Thyristor controlled phase angle regulator) 25 2.4.9. Nhận xét 26 2.4.10. Kết luận 28 CHƯƠNG 3 TÌM HIỂU CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SVC 29 VÀ MÔ HÌNH HÓA- MÔ PHỎNG SVC TRONG MATLAB, KẾT HỢP PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH VÀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 3.1. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor SVC (Static Var 29 Compensator) 3.1.1. Cấu tạo và nguyên lý của SVC 29 3.1.2. Một số ứng dụng của SVC 39 3.1.3. Các đặc tính của SVC 39 3.1.3.1. Đặc tính điều chỉnh của SVC 39 3.1.3.2. Đặc tính làm việc của SVC 41 3.1.3.3. Điều chỉnh điện áp của SVC 42 3.2. Mô hình hóa và mô phỏng SVC đơn giản 44 3.2.1. Mô hình SVC đơn giản 44 v
11. 3.2.2. Mô hình hóa và mô phỏng các thành phần của SVC 47 3.2.2.1. Mô hình TCR 47 3.2.2.2. Mô hình TSC 49 3.2.3. Mô hình SVC kiểu Phasor 51 3.2.4. Mô hình chi tiết của SVC 55 3.3. Tổng quan Ổn định điện áp trong hệ thống điện 60 3.3.1. Những nguyên nhân làm mất ổn định điện áp 61 3.3.2. Phân loại ổn định điện áp 61 3.4. Phân tích ổn định điện áp 61 4.1.1. Đường cong P-V và phân tích ổn định điện áp 61 4.1.2. Đường cong Q-V và phân tích ổn định điện áp. 62 CHƯƠNG 4 TÌM VỊ TRÍ ĐẶT SVC TỐI ƯU SỬ DỤNG THUẬT TOÁN BẦY ĐÀN 63 NHẰM CẢI THIỆN ĐỘ LỆCH ĐIỆN ÁP 4.2. Hàm mục tiêu 63 4.3. Các ràng buộc 63 4.3.1. Phương trình cân bằng công suất 63 4.3.2. Giới hạn công suất truyền tải 64 4.3.3. Giới hạn điện áp 64 4.3.4. Giới hạn công suất tải 64 4.3.5. Giá trị của thiết bị SVC 65 4.4. Thiết bị SVC 65 4.5. Mô hình toán học của SVC 65 4.6. Tối ưu bầy đàn (Particle Swarm Optimization) 66 4.6.1. Biểu thức cơ bản của thuật toán PSO 67 4.6.2. Giải thuật PSO nguyên thủy 70 4.7. Giải thuật Bầy đàn cho bài toán tìm điểm đặt tối ưu SVC trên mạng 70 điện IEEE 14 nút v
12. 4.7.1. Xác định chiều 70 4.7.2. Hàm fitness 71 4.7.3. Giải thuật áp dụng cho bài toán 71 4.7.4. Bài toán áp dụng với một mục tiêu (giảm thiểu độ lệch điện áp tại 71 các nút) áp dụng với mạng điện IEEE 14 nút. 4.7.5. Bài toán áp dụng với một mục tiêu (Cải thiện độ lệch điện áp) áp 76 dụng với mạng điện IEEE 30 nút. CHƯƠNG 5 TÌM VỊ TRÍ ĐẶT VÀ DUNG LƯỢNG SVC TỐI ƯU SỬ DỤNG 84 THUẬT TOÁN BẦY ĐÀN VỚI HÀM ĐA MỤC TIÊU 5.1. Hàm mục tiêu 84 5.1.1. Tổn thất công suất 84 5.1.2. Chỉ số độ lệch điện áp 84 5.1.3. Chi phí đầu tư SVC 85 5.1.4. Các ràng buộc khác 85 5.1.4.1. Phương trình cân bằng công suất 85 5.1.4.2. Giới hạn công suất truyền tải 86 5.1.4.3. Giới hạn điện áp 86 5.1.4.4. Giá trị của thiết bị SVC 86 5.1.5. Thiết bị SVC 86 5.1.6. Mô hình toán học của SVC 86 5.2. Giải thuật PSO nguyên thủy 87 5.3. Giải thuật Bầy đàn cho bài toán tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối 88 ưu 5.3.1. Xác định chiều 88 5.3.2. Hàm fitness 88 5.3.3. Giải thuật áp dụng cho bài toán 89 v
13. 5.4. Bài toán sử dụng thuật toán PSO áp dụng ở mạng điện 13 nút với hàm 90 đa mục tiêu và so sánh với kết quả bài báo thực hiện theo phương pháp Di truyền GA 5.5. Bài toán sử dụng thuật toán PSO áp dụng ở mạng điện IEEE 30 nút với 95 hàm đa mục tiêu CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 101 6.1. Kết luận 101 6.2. Những hạn chế và đề xuất hướng phát triển của đề tài 101 6.2.1. Những hạn chế 101 6.2.2. Những đề xuất hướng phát triển của đề tài 102 v
14. CÁC CHỮ VIẾT TẮT SVC: Static Var Compensator TCR: Thyristor Controlled Reactor TSR: Thyristor Switched Reactor TSC: Thyristor Switched Capacitor STATCOM: Static Synchronous Compensator TCSC: Thyristor Controlled Series Capacitor SSSC: Static Synchronous Series Compensator DFC : Dynamic Flow Contronller IPFC: Interline Power Flow Controller UPFC: Unified power flow controller TCPAR:Thyristor controlled phase angle regulator BCT: Bi-Directional Control Thyristors-BCT PSO: Particle Swarm Optimization GA: Genetic Algorithm vi
15. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 2.1: Hiệu quả của bù dọc trên đường dây cao áp 10 Hình 2.2: Tổng quan về thiết bị FACTS 14 Hình 2.3: Một vài ứng dụng thiết bị FACTS trong hệ thống điện 16 Hình 2.4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC 17 Hình 2.5: Cấu hình của 1 STATCOM 18 Hình 2.6: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC 19 Hình 2.7: Cấu hình của 1 SSSC 19 Hình 2.8: Cấu hình nguyên tắc của DFC 20 Hình 2.9: Cấu hình nguyên tắc của 1 IPFC 22 Hình 2.10: Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất (UPFC) 23 Hình 2.11: Cấu tạo và nguyên lý của TCPAR 24 Hình 2.12: Tác động điều khiển của một số thiết bị bù tĩnh trong hệ thống 26 điện. Hình 2.13: Mô hình một số thiết bị bù tĩnh trong hệ thống điện. 27 Hình 3.1: Cấu tạo SVC 29 Hình 3.2: Nguyên lý của bộ Thyristor mắc song song ngược 30 Hình 3.3: Đồ thị dòng điện tải 31 Hình 3.4. Hình ảnhVan Thiristor điều khiển 2 chiều ( Bi-Directional Control 33 Thyristors-BCT) Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động của TCR 34 Hình 3.6: Hình ảnh các bộ tụ TSC 35 Hình 3.7. Hình ảnh Van TSC và thiết bị giải nhiệt 36 Hình 3.8: Nguyên lý hoạt động của TSC 36 Hình 3.9: Hệ thống điều khiển cơ bản của SVC 37 Hình 3.10: Biểu đồ hoạt động của SVC 37 Hình 3.11: Mô hình SVC được lắp đặt thực tế 38 vii
16. Hình 3.12: Đặc tính V-I của SVC 40 Hình 3.13: Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp 41 Hình 3.14: Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC 42 Hình 3.15: Sự thay đổi điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC 43 Hình 3.16: Mô hình SVC đơn giản 44 Hình 3.17: Kết quả mô phỏng dạng sóng tín hiệu SVC 46 Hình 3.18: Mô hình nhánh TCR 48 Hình 3.19: Kết quả mô phỏng dạng sóng tín hiệu TCR 48 Hình 3.20: Mô hình nhánh TSC 49 Hình 3.21: Kết quả mô phỏng dạng sóng tín hiệu TSC 50 Hình 3.22: Dạng sóng UC0 với giá trị điện áp ban đầu đi qua tụ C: 51 UC0 = -0.3141V Hình 3.23: Mô hình mô phỏng biểu đồ pha của SVC 51 Hình 3.24: Mô hình của bộ xử lý tín hiệu 52 Hình 3.25: Mô hình mô phỏng biểu đồpha của SVC 53 Hình 3.26: Dạng sóng khảo sát ngắn mạch khi thay đổi giá trị B 54 Hình 3.27: Mô hình của SVC 300Mvar trên hệ thống 735kV 55 Hình 3.28: Mô hình của bộ điều khiển SVC 56 Hình 3.29: Dạng sóng trạng thái ổn định và đáp ứng động SVC 58 Hình 3.30: Dạng sóng trạng thái ổn định dòng và đáp trên TCR AB 59 Hình 3.31: Kết quả dòng và áp từ Misfiring trên TSC1 60 Hình 3.32: Đặc tuyến P-V cơ bản 61 Hình 3.33: Dạng đường cong Q-V điển hình 62 Hình 4.1: Mô hình nguồn bơm công suất phản kháng SVC 65 Hình 4.2: Bầy đàn trong tự nhiên 67 Hình 4.3: Nguyên lý thay đổi vị trí của thuật toán PSO trong không gian 2- 69 chiều Hình 4.4. Sơ đồ mạng điện IEEE 14 nút 72 Hình 4.5. Dạng sóng điện áp trường hợp 100% tải, lắp đặt SVC tại nút 14, với 75 vii
17. dung lượng 16MVar Hình 4.6. Dạng sóng điện áp trường hợp 50% tải, lắp SVC tại nút 14, với 75 dung lượng -4MVar Hình 4.7: Sơ đồ mạng điện IEEE 30 nút 77 Hình 4.8: Dạng sóng điện áp trường hợp 100% tải, lắp đặt SVC tại nút 16, với 81 dung lượng -40MVar Hình 4.9: Dạng sóng điện áp trường hợp 50% tải, lắp đặt SVC tại nút 16, với 82 dung lượng -62MVar Hình 5.1: Sơ đồ mạng điện 13 nút 90 Hình 5.2: Dạng sóng điện áp khi lắp và chưa lắp SVC mạng điện 13 nút 94 Hình 5.3: Dạng sóng điện áp ở phương pháp PSO và GA mạng điện 13 nút 95 Hình 5.4: Sơ đồ mạng điện IEEE 30 nút 96 Hình 5.5. Dạng sóng điện áp khi gắn và chưa gắn SVC ở nút 13 ở mạng điện 99 IEEE 30 nút Hình 5.6. Dạng sóng điện áp khi gắn và chưa gắn SVC ở nút 15 mạng điện 100 IEEE 30 nút vii
18. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG Trang Bảng 2.1: so sánh các chức năng của từng thiết bị bù có điều khiển bằng 27 thyristor Bảng 3.1: Giữ thông số điện dung tụ điện cố định, thay đổi điện kháng của 46 SVC: U= 66kV Bảng 3.2: Giữ thông số bộ điện kháng cố định, thay đổi điện dung tụ của 47 SVC:U= 66kV Bảng 4.1. Thông số của PSO áp dụng cho bài toán IEEE 14 nút 72 Bảng 4.2: Bảng thông số công suất (100%), điện áp mạng điện IEEE 14 nút 73 Bảng 4.3: Bảng thông số đường dây mạng điện IEEE 14 nút 73 Bảng 4.4: Bảng thông số công suất (50%), điện áp mạng điện IEEE 14 nút 74 Bảng 4.5: Bảng kết quả tính toán tìm vị trí và công suất SVC trong mạng điện 74 IEEE 14 nút. Bảng 4.6. Thông số của PSO áp dụng cho bài toán IEEE 30 nút 76 Bảng 4.7: Bảng thông số công suất (100%), điện áp mạng điện IEEE 30 nút 78 Bảng 4.8: Bảng thông số đường dây mạng điện IEEE 30 nút 79 Bảng 4.9: Bảng thông số công suất (50%), điện áp mạng điện IEEE 30 nút 80 Bảng 4.10: Bảng kết quả tính toán tìm vị trí và công suất SVC trong mạng 81 điện IEEE 14 nút, trường hợp 100% tải. Bảng 4.11: Bảng kết quả tính toán tìm vị trí và công suất SVC trong mạng 82 điện IEEE 14 nút, trường hợp 50% tải. Bảng 5.1. Thông số của PSO áp dụng ở mạng điện 13 nút 90 Bảng 5.2: Bảng thông số đường dây mạng điện 13 nút 91 Bảng 5.3: Bảng thông số đường dây mạng điện 13 nút- chuyển sang đơn vị 92 tương đối (pu) Bảng 5.4: Bảng thông công suất, điện áp mạng 13 nút 93 Bảng 5.5: Kết quả so sánh tổn thất công suất, độ lệch điện áp và chi phí vận 94 viii
19. hành khi lắp và không lắp SVC ở mạng điện 13 nút Bảng 5.6: Bảng so sánh kết quả tổn thất công suất, độ lệch điện áp và chi phí 95 giữa PSO và GA Bảng 5.7. Thông số của PSO áp dụng ở mạng điện IEEE 30 nút 96 Bảng 5.8: Bảng thông công suất, điện áp mạng điện IEEE 30 nút 97 Bảng 5.9: Bảng thông công suất, điện áp mạng điện IEEE 30 nút 98 Bảng 5.10: Kết quả so sánh tổn thất công suất, độ lệch điện áp và chi phí vận 99 hành khi lắp và không lắp SVC ở mạng điện IEEE 30 nút viii
20. LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề Điện năng là dạng năng lượng được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất trên thế giới do nó có ưu điểm rất quan trọng là dễ dàng chuyển đổi sang dạng năng lượng khác. Hơn nữa, điện năng còn là dạng năng lượng dễ dàng trong sản xuất, vận chuyển và sử dụng. Hệ thống điện của mỗi quốc gia ngày càng phát triển để đáp ứng sự phát triển lớn mạnh của nền kinh tế xã hội. Cùng với xu thế toàn cầu hoá của nền kinh tế, Hệ thống điện đã và đang hình thành các mối liên kết giữa các khu vực trong mỗi quốc gia, giữa các quốc gia trong khu vực tạo nên hệ thống điện hợp nhất có quy mô rất lớn. Ngày nay, Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghệ chế tạo các linh kiện điện tử công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống điện, nên các thiết bị bù dùng thyristor hay triắc sử dụng rất nhiều trong hệ thống điện, được nghiên cứu và ứng dụng ở một số nước có trình độ công nghệ tiên tiến trên thế giới, các thiết bị bù dọc và bù ngang điều chỉnh nhanh bằng thyristor hay triắc đã được ứng dụng và mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao ổn định chất lượng điện áp của hệ thống điện. Các thiết bị thường dùng là: thiết bị bù tĩnh có điều khiển thyristor (SVC), thiết bị bù dọc có điều khiển (TCSC). Các thiết bị này cho phép chúng ta vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt, hiệu quả cả trong chế độ bình thường hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh nhanh công suất phản kháng và các thông số khác (trở kháng, góc pha) của chúng. Việc nghiên cứu thiết bị bù ngang có khả năng điều chỉnh nhanh bằng thyristor hay triắc đối với việc nâng cao ổn định và chất lượng điện áp trong hệ thống điện là nhiệm vụ rất cần thiết. Nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp dụng các phương pháp điều khiển linh hoạt hoạt động của hệ thống điện. Bản luận văn sẽ đưa ra những đánh giá bước đầu hiệu quả của SVC ứng dụng để cải thiện chất lượng điện áp trong hệ thống điện. Bản luận văn trình bày ứng dụng phần mềm Matlab mô phỏng vào việc thiết kế, phân tích hệ thống điều khiển bù công suất phản kháng SVC. Tuy nhiên, còn giới hạn về nhiều mặt nên bản HVTH: NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG MSHV: 11025250004 Page 1
21. LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH thuyết minh không tránh khỏi những thiếu sót, nên rất mong các Thầy, Cô góp ý để nội dung của đề tài được hoàn thiện hơn. 1.1.1. Lý do chọn đề tài và nhiệm vụ nghiên cứu Trong chế độ vận hành bình thường của Hệ thống điện ( Vận hành ở trạng thái ổn định) việc sản xuất công suất tác dụng phải đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ của tải (kể cả các tổn thất công suất), nếu không thì tần số hệ thống sẽ bị thay đổi. Công suất phản kháng cũng vậy, có một sự gắn bó chặt chẽ giữa điều kiện cân bằng công suất phản kháng với điện áp các nút hệ thống. Công suất phản kháng ở một khu vực nào đó quá thừa thì ở đó sẽ có hiện tượng quá áp (điện áp quá cao), ngược lại, nếu thiếu Công suất phản kháng thì sẽ bị sụt áp. Nói khác đi, cũng như đối với công suất tác dụng, Công suất phản kháng luôn phải được điều chỉnh để giữ cân bằng. Việc điều chỉnh Công suất phản kháng cũng là yêu cầu cần thiết nhằm giảm nhỏ tổn thất điện năng và đảm bảo ổn định hệ thống. Tuy nhiên có sự khác nhau cơ bản giữa điều chỉnh Công suất tác dụng và điều chỉnh Công suất phản kháng . Tần số hệ thống sẽ được đảm bảo bằng việc điều chỉnh Công suất tác dụng ở bất kỳ máy phát điện nào (Miễn sao giữ được cân bằng giữa tổng công suất phát và công suất tiêu thụ). Trong khi đó, điện áp các nút hệ thống không bằng nhau, chúng phụ thuộc điều kiện cân bằng Công suất phản kháng theo từng khu vực. Như vậy nguồn Công suất phản kháng cần được lắp đặt phân bố và điều chỉnh theo từng khu vực. Điều này giải thích vì sao, ngoài các máy phát điện cần phải có một số lượng lớn các thiết bị sản xuất và tiêu thụ công suất phản kháng: Máy bù đồng bộ, tụ điện, kháng điện Chúng được lắp đặt và điều chỉnh ở nhiều vị trí trong lưới truyền tải và phân phối điện (gọi là các thiết bị bù Công suất phản kháng). Trước đây, Việc điều chỉnh Công suất phản kháng của các thiết bị bù thường được thực hiện đơn giản: Thay đổi từng nấc (nhờ đóng cắt bằng máy cắt cơ khí) hoặc thay đổi kích từ (trong máy bù đồng bộ). Chúng chỉ cho phép điều chỉnh thô hoặc theo tốc độ chậm. Kỹ thuật thyristor công suất lớn đó mở ra những khả năng mới, Trong đó việc ra đời và ứng dụng các thiết bị bù tĩnh điều chỉnh nhanh, có công suất lớn - SVC (Static Var Compensator), TCSC (Thyristor Controled Serie Capacitor) đã giải quyết được những yêu cầu mà các thiết bị bù cổ HVTH: NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG MSHV: 11025250004 Page 2