tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP điều KHIỂN HIỆN đại

Ngày nay, sự ra đời của các thiết bị Thyristor công suất lớn, sự ra đời của các thiết bị FACTS, trong đó có thiết bị bù tĩnh là thiết bị điện thông dụng, Việc sử dụng thiết bị bù tĩnh có

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI

ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG COS 

Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁ

Mã số:23.04.3898

Học viên: NGUYỄN THU TRANG

Người HD Khoa học : TS V Õ QUANG VINH

THÁI NGUYÊN - 2010

Người hướng dẫn khoa học: TS Võ Quang Vinh

Phản biện 1:

Phản biện 2:

Luận văn sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn họp tại: Trường

Đại học KTCN - Đại học Thái Nguyên.

Ngày 07 tháng.10 năm 2010

Có thể tìm hiểu luận văn tại thư viện Đại học Thái Nguyên

MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài,mục đích nghiên cứu

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, xã hội, nhu cầu sử dụng

điện của mỗi quốc gia đều tăng nhanh, việc đảm bảo đáp ứng kịp thời và

đầy đủ nhu cầu điện năng, truyền tải điện an toàn đến từng hộ tiêu thụ với

chất lượng điện năng cao là tiêu chí quan trọng hàng đầu của mỗi quốc

gia

Ngày nay, sự ra đời của các thiết bị Thyristor công suất lớn, sự ra

đời của các thiết bị FACTS, trong đó có thiết bị bù tĩnh là thiết bị điện

thông dụng, Việc sử dụng thiết bị bù tĩnh có thể giữ điện áp ổn định trong

một giới hạn cho phép Kết quả hiệu chỉnh của thiết bị bù tĩnh là khá tốt

So với việc sử dụng tụ điện thì thiết bị bù tĩnh có thể khắc phục được các

nhược điểm trên đồng thời hiệu chỉnh điện áp nhuyễn hơn, không bị nhảy

nấc Sự ưu việt của thiết bị bù tĩnh là khả năng điều chỉnh nhanh, biên độ

thay đổi lớn, độ tin cậy cao và giảm bớt tổn thất

II Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a Đối tượng nghiên cứu

- Hệ thống bù công suất phản kháng cho lưới điện

- Tìm hiểu thiết bị bù tĩnh

- Dùng điều khiển hiện đại để cải thiện chất lượng điều chỉnh của

hệ bù

Đề tài này có mục tiêu chủ yếu là nâng cao chất lượng truyền tải điện năng

của nghĩa rất lớn trong việc ứng dụng vào điều khiển thiết bị bù tĩnh trên

lưới điện:

- Tăng tốc xử lý khi thiết bị bù tĩnh cần làm việc

- Đơn giản và giúp thiết bị bù tĩnh thông minh hơn trong quá

trình phản ứng

Dùng điều khiển hiện đại để cải thiện chất lượng mang lại hiệu quả

2 kinh tế cao

b Ý nghĩa thực tiễn

Trước tốc độ phát triển nhanh, đặc biệt là Việt Nam đã gia nhập WTO, do lịch sử hệ thống điện Việt Nam còn nhiều bất cập, lạc hậu, nhiều điểm chưa thống nhất, không đáp ứng đủ các yêu cầu về chất lượng điện năng của khách hàng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT TRONG LƯỚI ĐIỆN

1.1 Đặt vấn đề

Để bù công suất phản kháng, trước hết ta cần biết về vai trò tác dụng quan trọng của nó trong một hệ thống điện Bù công suất phản kháng

có tác dụng:

- Điều chỉnh hệ số công suất thường

- Điều áp là một vấn đề quan trọng và

- Cân bằng phụ tải

1.2 Khái niệm hệ thống điện và phụ tải điện

1.2.1 Hệ thống điện

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện và các thiết bị khác (thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ…) được nối liền với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng

1.2.2 Phụ tải điện

Phụ tải điện gồm công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q yêu cầu tại một điểm nào đó của lưới điện Công suất tác dụng là P là công suất sinh ra công, tiêu hao năng lượng của nguồn điện Công suất phản kháng Q thường là công suất sinh ra từ trường, mang cảm tính, không tiêu thụ năng lượng của nguồn, nhưng dòng điện do nó sinh ra khi chạy trong

nhỏ hơn so với điều khiển PI thường Giá trị điện áp phản ứng nhanh hơn

về để tiến nhanh về giá trị đặt

Công suất phản kháng tại nơi lắp đặt SVC:

Hình 4.26 Công suất phản kháng tại thanh cái đặt SCV

Nhận xét:

Cũng như điện áp của thanh cái thì từ kết quả mô phỏng thấy công

suất phản kháng của hệ thống nhanh chóng trở về giá trị đặt, sai lệch tĩnh

nhỏ hơn PI thường

Để so sánh với bộ PI thông thường và khi sử dụng mờ thì ta tiến hành mô phỏng trên cùng file Với các thông số vẫn như trên khi điều khiển bằng luật PI thường

Sơ đồ cấu trúc điều khiển điện áp bằng luật mờ

Vmes

Vrel 2

1

ert 1/z

k-SeET

0.01 Droop

ki ki cki x

Bsvc

x

-k-SceDET -+

kp kp ckp

-k-Hình 4.24 Sơ đồ cấu trúc điều khiển luật PI động

Xét trường hợp hệ thống đóng tải tại t = 0,7s Điện áp tại thanh cái tại nơi lắp đặt SVC

Hình 4.25 Điện áp tại thanh cái đặt SVC

Nhận xét:

Từ kết quả mô phỏng thấy rằng, cả hai bộ điều khiển đều đạt yêu cầu giữ ổn định điện áp độ quá điều chỉnh 8%, sai lệch tĩnh nhỏ hơn 1% Tuy nhiên, khi điều khiển bằng luật PI mờ điện áp thanh cái có sai lệch tĩnh

3 dây dẫn gây ra tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng

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

1.3.1 Chế độ làm việc

Chế độ xác lập

Chế độ quá độ

Chế độ quá độ bình thường l

1.3.2 Cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng

Công suất dự trữ sự cố đựơc xác định ở thời điểm phụ tải cực đại

năm, ở chế độ này cân bằng công suất được xác định như sau:

P Fdm P pt PP dtcs P dtbqP td

Công suất bù Qb xác định từ điều kiện cân bằng công suất phản

kháng trong chế độ cực đại năm của hệ thống điện

1.4 Tổn thất điện áp trên đường dây truyền tải điện

Xét đường dây có điện trở R, điện trở kháng X cấp điện cho phụ tải

có công suất S2 = P2 + jQ2 Điện áp cuối đường dây là U2 điện áp nguồn là

U1 và công suất của nguồn cần cung cấp là S1 = P1 + jQ1

1.4.1 Tổn thất điện áp tính theo dòng điện, véctơ điện áp

U 1

O

I

U 2 U

U U





Hình 1.4 Sơ đồ tổn thất điện áp

Dòng điện I có thể phân tích thành 2 phần thực IP(trùng với U2) và

ảo Iq (vuông góc với U2)



 sin cos

j I

I  p q  

4

U U

U tg







2



 (1.21)

1.4.2 Tính toán tổn thất điện áp theo công suất

Trong lưới điện siêu cao áp có R << X do đó có thể bỏ qua R, ta có:

2

2

U

X Q

U 



2

2

U

X Q

U 

 (1.26)

Từ hai công thức trên ta rút ra:

- Công suất phản kháng là nguyên nhân chính gây ra tổn thất điện

áp, do đó để điều chỉnh điện áp thì phải điều chỉnh dòng công suất phản kháng

- Công suất tác dụng gây ra độ lệch pha của điện áp 1.5 Khái niệm chung về điều chỉnh điện áp

1.5.1 Ảnh hưởng của điện áp đến hoạt động của hệ thống điện

Điện áp trong hệ thống điện luôn biến đổi trong thời gian do:

- Sự dao động thường xuyên hoặc ngẫu nhiên của phụ tải

- Sự cố trong hệ thống điện gây ra quá trình quá độ điện từ và có thể làm cho một hoặc một số phần tử ngừng hoạt động đột ngột

- Sự thay đổi cấu trúc lưới

- Hoạt động của các thiết bị bảo vệ tự động

- Khởi động hoặc ngừng các tổ máy

Sự biến đổi điện áp dẫn đến hậu quả:

- Ảnh hưởng đến công tác của hệ thống điện

do có cấu trúc đơn giản, bền vững trong một giải điều chỉnh rộng

- Bộ điều khiển PI được sử dụng thường có dạng

( ) p Kp ( ) I Ki ( )

4.4.3 Thiết kế bộ điều khiển mờ và luật mờ

Trong kỹ thuật mờ thích nghi, tất cả các hàm liên thuộc (MFs) có đầu vào e và e được định nghĩa trong giải [-1, 1], ngược lại đầu ra được định nghĩa [0,1]

Cấu trúc điều khiển:

U

Gkp Sce

z -1

Fuzzy Logic controller for ki

Fuzzy Logic controller for Kp

process

output

Ref

-+

+

-+

+

z -1

z

Hình 4.21 Cấu trúc điều khiển mờ

Hình 4.23 Biểu diễn luật mờ Kp trong không gian 4.4.4 Kết quả mô phỏng so sánh bộ PI thường và điều khiển mờ

28

* Trường hợp khi hệ thống có thiết bị bù tĩnh SVC

Như vậy, từ kết quả trên ta thấy, sự tham gia của thiết bị bù tĩnh SVC

có thể ổn định được điện áp lưới trong trường hợp lưới điện bị dư thừa

công suất phản kháng, nâng cao chất lượng truyền tải điện

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

4.4.1 Đặt vấn đề

việc áp đặt fuzzy logic sẽ có ý nghĩa rất lớn trong việc ứng dụng vào

điều khiển SVC trên lưới điện

- Tăng tốc xử lý khi SVC cần làm việc

- Đơn giản và giúp SVC thông minh hơn trong quá trình phản ứng

4.4.2 Cơ sở thuật toán điều khiển

- Bộ điều khiển được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp là bộ PID,

5 điện

1.5.2 Nhiệm vụ của điều chỉnh điện áp

Nhiệm vụ của điều chỉnh điện áp là:

- Đảm bảo chất lượng điện năng cho thiết bị dùng điện

- Đảm bảo hoạt động của hệ thống trong chế độ bình thường cũng như sự cố - Đạt hiệu quả kinh tế, giảm P và A 

1.5.3 Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp

Nhu cầu công suất phản kháng thay đổi gây ra sự biến đổi điện áp, tổn thất điện áp được tính theo công thức:

U j U U

R Q X P j U

X Q R P

1.6 Tổng quan về bù công suất phản kháng khi truyền tải

1.6.1 Công suất phản kháng trên đường dây truyền tải

Quá trình truyền tải điện xoay chiều trên đường dây siêu cao áp liên quan đến quá trình truyền sóng điện từ dọc theo đường dây Điện trường của đường dây thường ít thay đổi trong quá trình vận hành vì điện áp của đường dây khống chế trong giới hạn cho phép với đường dây 500kV không quá 10% Song từ trường đường dây tạo ra có thể biến thiên trong một giới hạn rộng theo sự thay đổi của dòng điện tải trên đường dây

1.6.2 Bù công suất phản kháng trên đường dây truyền tải

Để hạn chế mức quá điện áp không tải người ta dùng các kháng điện

bù ngang

1 Sử dụng kháng điện có điều khiển giới hạn điều chỉnh (Q-Qdd)

2 Dùng kháng điện có công suất cố định kết hợp với máy bù đồng

bộ Phương án này đảm bảo yêu cầu thay đổi công suất phản kháng từ -

6 (QK + QB) đến + (QK + QB), trong đó QK là công suất phản kháng

điện, QB là công suất phản kháng máy bù đồng bộ Trong phương án này

công suất của kháng điện có thể bé hơn phương án 1 tuy nhiên giá tiền

thiết bị cao hơn

3 Dùng kháng điện có công suất cố định kết hợp với thiết bị bù tĩnh

có khả năng thay đổi công suất bù liên tục Phương án này đảm bảo yêu

cầu thay đổi công suất phản kháng từ - QK đến + (QBT + QK) trong đó QBT

là công suất của thiết bị bù tĩnh

4 Điều khiển bằng đóng cắt các điện kháng có công suất cố định

trong quá trình vận hành Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh nhảy

bậc và khả năng điều chỉnh không cao

1.7 Bù dọc và bù ngang đường dây

1.7.1 Bù dọc

Bù dọc là giải pháp tăng điện dẫn liên kết (giảm điện kháng X của

đường dây) bằng dung kháng XC của tụ điện Qua đó giới hạn

truyền tải của đường dây theo điều kiện ổn định tĩnh được nâng lên Hơn

nữa, giới hạn ổn định động cũng tăng lên một cách gián tiếp do nâng cao

thêm đường cong công suất điện từ

a Ổn định điện áp

- Giảm lượng sụt áp với cùng một công suất truyền tải

- Điểm sụp đổ điện áp được dịch chuyển xa hơn

b Ổn định về góc lệch

Làm giảm góc lệch trong chế độ vận hành bình thường, qua đó

- Làm tăng giới hạn công suất truyền tải của đường dây

c Giảm tổn thất công suất và điện năng

27

4 3 Kết quả mô phỏng khi dùng bộ PI thông thường Trong trường hợp này ta có các kết quả thể hiện các đường đặc tính như sau:

* Trường hợp khi hệ thống không có thiết bị bù tĩnh SVC

Hình 4.9 Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất

phản kháng truyền tải trên lưới điện

Từ đồ thị trên ta thấy, sau khi cắt phụ tải 3 ra khỏi lưới tại thời điểm t

= 0,7s điện áp lưới tăng lên 3% so với điện áp định mức Sự tăng điện áp này làm cho các phụ tải 1 và phụ tải 2 bị quá tải, làm giảm tuổi thọ của thiết bị

§iÖn ¸p l íi

M¸y biÕn ¸p B

BTCR

BC

V2 VSYS

1.17

V(pu) 1.0

0.95 Giíi h¹n hÊp thô CSPK

C¶m kh¸ng

ISVC(pu) Dung kh¸ng

BFC-TCR=a/b Giíi h¹n ph¸t CSPK

VSYS

(b)

Bsec = ( 2 - Alpha/90 + sin(2*Alpha)/PI ) * Bsec_nom

4 TSC3_On

3 TSC2_On

2 TSC1_On

1 Alpha

Bpu_TSC

Bpu_TSC

Bpu_TSC

-1/Bpu_TCR

TSC1+TSC2+TSC3 TSC1+TSC2

f(u) Bprim >Bsec

1 Bsvc

26

c) Khối tính góc mở Thyristor

Hình 4.7 Sơ đồ mô phỏng tính góc mở Thyristor d) Khối phát xung

4 TSC3_Pulses

3 TSC2_Pulses

2 TSC1_Pulses

1 TCR_Pulses

-K-V->pu

V Alpha TSC1_On TSC2_On TSC3_On

TCR + TCR -TSC1 + TSC1 -TSC2 + TSC2 -TSC3 + TSC3

-Firing Unit AB2

V Alpha TSC1_On TSC2_On TSC3_On

TCR + TCR -TSC1 + TSC1 -TSC2 + TSC2 -TSC3 + TSC3

-Firing Unit AB1

V Alpha TSC1_On TSC2_On TSC3_On

TCR + TCR -TSC1 + TSC1 -TSC2 + TSC2 -TSC3 + TSC3

-Firing Unit AB Demux

5 TSC3_On

4 TSC2_On

3 TSC1_On

2 Alpha 1

Vabc

7

- Dòng điện chạy qua tụ C sẽ phát ra một lượng công suất phản