Thạc Sĩ điều khiển thiết bị bù tĩnh (svc) và ứng dụng trong việc nâng cao cho ổn định chất lượng điện năng c

LỜI NÓI ĐẦU
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
nền kinh tế, hệ thống điện cũng đã, đang và hình thành các mối liên kết giữa các
khu vực trong mỗi quốc gia, giữa các quốc gia trong khu vực hình thành nên hệ
thống điện hợp nhất có quy mô rất lớn về cả công suất lãnh thổ.
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghiệp
chế tạo các linh kiện 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 thông tin trong
toàn hệ thống được nghiên cứu và ứng dụng. ậ một số nước có trình độ cong 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 hay triắc (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 của hệ thống
điện Việt Nam trong tương lai và nhiệm vụ rất cần thiết. Nhằm mở ra một hướng
mới trong việc áp dụng các phương pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động của hệ
thống điện. Bản luận văn sẽ đưa ra những đánh giá bước đầu hiệu quả của thiết bị
bù nhanh đối với công suất phản kháng trong chế độ vận hành hệ thống điện. Bản
luận văn trình bày ứng dụng phần mềm mô phỏng vào việc thiết kế, phân tích hệ
điều khiển bù công suất phản kháng SVC. Tuy nhiên, còn giới hạn về nhiều mặt nên
bản thuyết minh không tránh khỏi những thiếu sót, nên rất mong các Thầy, Cô chỉ
bảo để nội dung của đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo T.S Nguyễn
Thanh Liêm cùng toàn thể các Thầy, Cô trong bộ môn. Kính chúc các Thầy, Cô mạnh
khoẻ và Hạnh phúc!

MUC LỤC
Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt . 6
Danh mục các báng biểu 7
Danh mục các hình vẽ, đồ thị 9
Lời nói đầu 11
Chương 1: Thiết bị điều khiển công suất trong hệ thống điện . 13
1.1. Hệ thống điện hợp nhất và những yêu cầu điều chỉnh nhanh công suất trong các
điều kiện làm việc bình thường và sự cố 13
1.1.1. Đặc điểm . 13
1.1.2. Các biện pháp áp dụng trong công nghệ truyền tải điện của hệ thống điện
hợp nhất . 14
1.1.3. Bù công suất phản kháng 14
11.4. Bù dọc và bù ngang trong đường dây siêu cao áp . 16
1.1.4.1. Bù dọc 16
1.1.4.2. Bù ngang 18
1.1.4.3. Nhận xét . 20
1.2. Một số thiết bị điều khiển công suất phản kháng trong hệ thống điện 20
1.2.1. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor
(SVC - Static Var Compensator) 20
1.2.2. Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor
(TCSC - Thyristor Controlled Series Capacitor) . 22
1.2.3. Thiết bị bù tĩnh (STATCOM - Static Synchronous Compensator) 23
1.2.4. Thiết bị điều khiển dòng công suất
(UPFC - Unified Power Flow Controller) 24
1.2.5. Thiết bị điều khiển góc pha bằng thyristor
(TCPAR - Thyristor Controlled Phase Angle Regulator) 26
1.2.6. Nhận xét 27
Kết luận . 27
Chương 2: Ứng dụng của thiết bị bù SVC trong việc nâng cao ổn định
hệ thống điện 29
2.1. Khả năng ứng dụng của SVC trong hệ thống điện 29
2.1.1. Đặt vấn đề . 29
2.1.2. Một số ứng dụng của SVC 30
2.1.2.1. Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất . 30
2.1.2.2. Giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự cố . 32
2.1.2.3. Ôn hòa dao động công suất hữu công 33
2.1.2.4. Giảm cường độ dòng điện vô công 33
2.1.2.5. Tăng khả năng tải của đường dây 33
2.1.2.6. Cân bằng các phụ tải không đối xứng 36
2.1.2.7. Cải thiện ổn định sau sự cố 36
2.2. Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC 37
2.2.1. Cấu tạo từng phần tử của SVC 37
2.2.1.1. Nguyên lý hoạt động của bộ thyristor mắc song song ngược 37
2.2.1.2. Kháng điều chỉnh bằng thyristor TCR
(thyristor controlled reactor) 40
2.2.1.3. Tụ đóng mở bằng thyristor TSC ( thyristor switch capacitor) . 49
2.2.1.4. Kháng đóng mở bằng thyristor TSR ( thyristor switch reactor) 49
2.2.1.5. Hệ thống điều khiển các van trong SVC 50
2.2.2. Các đặc tính của SVC . 51
2.2.2.1. Đặc tính điều chỉnh của SVC 51
2.2.2.2. Đặc tính làm việc của SVC 52
2.3. Mô hình SVC trong tính toán chế độ xác lập của hệ thống điện . 53
2.3.1. Mô hình hóa SVC như một điện kháng có trị số thay đổi 53
2.3.2. Mô hình SVC theo tổ hợp nguồn và phụ tải phản kháng 55
Kết luận . 58
Chương 3: Bộ điều khiển bù công suất phản kháng SVC . 59
3.1. Sơ đồ SVC ứng dụng điều khiển bù công suất phản kháng . 59
3.1.1. Chức năng hệ điều khiển . 60
3.1.2. Nguyên tắc điều khiển . 60
3.1.3. Các khâu trong hệ thống điều khiển các van của SVC 61
3.1.3.1. Khâu tạo xung đồng bộ cho bộ VĐK . 61
3.1.3.2. Khâu phản hồi 62
3.1.3.3. Khâu khuếch đại xung 63
3.1.3.4. Khâu điều khiển tạo xung sử dụng VĐK pic 16f877 . 64
3.1.4. Thuật toán PID dùng cho bộ vi điều khiển PIC16f877 . 69
3.1.4.1. Bộ điều khiển PID dưới dạng tương tự 69
3.1.4.2. Bộ điều khiển PID dưới dạng số 70
3.1.4.3. Thuật toán điều khiển PID nâng cao 70
3.1.5. Sơ đồ nguyên lý hệ điều khiển góc mở các van của SVC 71
3.2. Phần mềm ISIS mô phỏng hệ thống điều khiển SVC 71
3.3. Mô phỏng hệ điều khiển van thyristor hoặc triắc của bộ TCR 72
3.3.1. Mô phỏng các phần tử của hệ điều khiển 72
3.3.1.1. Bộ đo giá trị dòng điện và điện áp . 72
3.3.1.2. Khâu lấy tín hiệu phản hồi . 72
3.3.1.3. Khâu tạo xung đồng bộ 73
3.3.1.4. Khâu khuếch đại xung 74
3.3.1.5. Khâu điều khiển xung 75
3.3.2. Các phần tử khác trong mô phỏng . 76
3.3.2.1. Nguồn điện . 76
3.3.2.2. Bộ kháng có điều khiển TCR . 77
Kết luận . 78
Chương 4: ứng dụng phần mềm ISIS mô phỏng thiết bị bù SVC có điều khiển 79
4.1. Sơ đồ mô phỏng thiết bị bù công suất phản kháng SVC có điều khiển . 79
4.2. Kết quả mô phỏng 79
4.2.1. Đồ thị điều khiển xung theo chế độ điện áp thay đổi . 80
4.2.2. Đặc tính dòng qua thyristor điện khi điều khiển điện áp tại nút 83
4.3. Đặc tính hệ thống điều khiển các van SVC 89
Kết luận . 92
Kết luận chung và hướng phát triển 93
Tài liệu tham khảo .
Phụ lục 1 .
Phụ lục 2 .