Thạc Sĩ Nghiên cứu nâng cao chất lượng cho thiết bị điều chỉnh điện áp trong lưới điện phân phối

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH i
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƯỚI PHÂN PHỐI 3
1.1. Lưới điện phân phối . 3
1.2. Ảnh hưởng của điện áp trong hoạt động của lưới điện 4
1.2.1. Ảnh hưởng chung của lưới điện 4
1.2.2. Ảnh hưởng của điện áp nút đến phụ tải 7
1.3.Những giải pháp điều chỉnh điện áp thông dụng . 16
1.4 Kết luận chương 1 . 18
CHƯƠNG 2:MỘT SỐ THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐIỀU
CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 20
2.1. Tổng quan về thiết bị bù công suất . 20
2.1.1. Nguyên lý hoạt động của các thiết bị trong FACTS . 21
2.1.2. Nhận xét: . 31
2.2. Xây dựng cấu trúc mạch lực thiết bị BDPC - BESS . 31
2.2.1. Giới thiệu chung 31
2.2.2. Bộ biến đổi công suất 33
2.2.3. Điện cảm đầu ra của bộ biến đổi công suất 37
2.2.4. Kho trữ năng lượng một chiều 38
2.3. Mô hình bộ biến đổi BDPC-BESS trong lưới điện phân phối . 45
2.4. Cấu trúc hệ điều khiển BDPC-BESS . 51
2.4.1. Mô hình cấu trúc bộ điều khiển 51
2.4.2. Nguyên lý xác định góc pha vector điện áp 52
2.4.3. Điều chế vector không gian SVM cho hệ BESS 54
2.4.4. Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện cho hệ BESS . 60
2.4.5. Cấu trúc bộ điều chỉnh kiểu PI 61
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/


2.4.6. Bộ điều chỉnh kiểu Dead-Beat 63
2.4.7. Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp tại điểm kết nối chung PCC 68
2.4.8. Bộ điều khiển công suất tác dụng . 70
2.5. Kết luận chương 2 . 71
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA MÔ PHỎNG MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỀU
CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 73
3.1. Mô phỏng hoạt động của BDPC trong lưới điện phân phối 73
3.1.1. Cấu trúc hệ thống 73
3.1.2. Thiết kế các khối chính . 73
3.1.3. Kết quả mô phỏng . 77
3.2. Mô phỏng hoạt động của SVC trong lưới điện phân phối . 81
3.2.1. Cấu trúc hệ thống 81
3.2.2. Kết quả mô phỏng . 86
3.3. Kết luận chương 3 90
CHƯƠNG 4:NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRẠM BÙ SCV TẠI THÁI
NGUYÊN 91
4.1. Giới thiệu chung . 91
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm một số hoạt động của trạm SVC Thái Nguyên 96
4.2.1. Kiểm tra các bộ lọc . 96
4.2.2. Các bước thao tác đóng điện . 97
4.2.3. Dừng hệ thống . 102
4.2.4. Giám sát hoạt động của trạm trên màn hình điều khiển trung tâm 102
4.3. Kết luận chương 4 104
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ . 105
1. Kết luận 105
2. Kiến nghị 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO 106
i

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Hệ thống điện 4
Hình 1.2. Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện . 5
Hình 1.3. Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày. 7
Hình 1.4. Vùng chất lượng điện áp Hình 1.5. Chế độ làm việc trong miền CLĐA . 10
Hình 1.6. Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối 12
Hình 1.7. CLĐA phụ thuộc mức tải Hình 1.8. Tiêu chuẩn 14
Hình 1.9. Đặc tính của đèn sợi đốt 15
Hình 1.10. Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp . 16
Hình 2.1. Quá trình truyền tải điện năng trên đường dây .21
Hình 2.2. Nguyên lý truyền tải điện năng . 21
Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc của TCSC 23
Hình 2.4. Sơ đồ cấu trúc của SSSC . 24
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý SSSC 24
Hình 2.6. Nguyên lý hoạt động của SSSC 25
Hình 2.7. Sơ đồ cấu trúc và đặc tính hoạt động của SVC . 26
Hình 2.8. Sơ đồ cấu trúc và đặc tính hoạt động của Statcom . 27
Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý làm việc của Statcom . 27
Hình 2.10. Sơ đồ cấu trúc của UPFC 29
Hình 2.11. Sơ đồ kết nối UPFC 29
Hình 2.12. Sơ đồ cấu trúc của IPFC 30
Hình 2.13. Sơ đồ kết nối IPFC 30
Hình 2.14. Cấu trúc mạch lực của BESS 33
Hình 2.15. Cấu trúc và ký hiệu IGBT . 34
Hình 2.16. Sơ đồ thử nghiệm IGBT 34
Hình 2.17. Đặc tính đóng mở van IGBT . 35
Hình 2.18. Cấu tạo của ắcquy axít điện cực chì . 40
ii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 2.19. Mạch điện nối với mạch ngoài và đường cong biểu diễn quá trình
phóng nạp một ngăn trong Ắcquy . 41
Hình 2.20. Sơ đồ tương đương của ắcquy 43
Hình 2.21. Quá trình phóng điện ắcquy phụ thuộc vào dòng phóng 44
Hình 2.22. Sự phụ thuộc của công suất vào dòng điện phóng 45
Hình 2.23. Sơ đồ lưới phân phối có kết nối thiết bị BDPC 46
Hình 2.24.Thay thế BDPC như một nguồn áp tại PCCii 46
Hình 2.25. Sơ đồ thay thế bộ biến đổi BESS . 47
Hình 2.26. Mô hình tín hiệu trung bình bộ biến đổi BESS trong tọa độ abc . 48
Hình 2.27. Mô hình bộ biến đổi BESS . 50
Hình 2.28. Mô hình bộ biến đổi BESS trong miền toán tử Laplace . 50
Hình 2.29. Cấu trúc điều khiển hệ BESS trong mạng điện cục bộ thủy điện nhỏ . 51
Hình 2.30. Biểu diễn các đại lượng vector trên tọa độ dq tựa điện áp . 52
Hình 2.31. Cấu trúc khối đồng bộ tựa điện áp lưới PLL . 54
Hình 2.32. Dạng tín hiệu tựa đồng bộ điện áp lưới có được bằng kết quả mô phỏng 54
Hình 2.33. Tám khả năng chuyển mạch trong bộ biến biến đổi van 57
Hình 2.34. Vị trí các vector chuẩn trên hệ toạ độ αβ 57
Hình 2.35. Tổng hợp vector chuẩn trong sector 1 58
Hình 2.36. Thời gian đóng/cắt mỗi van trong sector 1 . 59
Hình 2.37. Dạng sóng biến điệu vector SVM có được bằng kết quả mô phỏng 60
Hình 2.38. Cấu trúc khử tương tác 2 thành phần dòng i Bd và i Bq 61
Hình 2.39. Cấu trúc bộ điều chỉnh dòng kiểu PI cho bộ biến đổi BESS 62
Hình 2.40. Cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng điện kiểu Dead-Beat . 65
Hình 2.41. Đáp ứng động học giữa tín hiệu đặt và tín hiệu thực đối với bộ
điều chỉnh Dead-Beat 66
Hình 2.42. Cấu trúc bộ điều chỉnh dòng kiểu Dead-Beat . 67
Hình 2.43. Cấu trúc điều khiển công suất tác dụng 71
Hình 3.1. Mô hình cấu trúc lưới phân phối với BDPC 73
iii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 3.2. Cấu trúc mạch lực của BDPC . 74
Hình 3.3. Khối đo lường . 75
Hình 3.4. Cấu trúc bộ điều khiển vòng ngoài cho bộ điều dòng điện kiểu PI 76
Hình 3. 5. Cấu trúc bộ điều khiển dòng điện kiểu PI 76
Hình 3. 6. Cấu trúc bộ điều khiển vòng ngoài cho bộ điều dòng điện kiểu D-B . 77
Hình 3. 7. Cấu trúc bộ điều khiển dòng điện kiểu D-B 77
Hình 3.8. Điện áp lưới phía tải đo tại PCC2 khi không có BDPC . 78
Hình 3.9. BDPC phát công suất phản kháng điều chỉnh ổn định điện áp trên tải . 78
Hình 3.10. Điện áp lưới phía nguồn đo tại PCC1 79
Hình 3.11 (3.8b) Điện áp lưới phía tải đo tại PCC2 khi có BDPC 79
Hình 3.12. Dòng điện bù của BDPC 79
Hình 3.13. Điện áp và dòng điện bù của BDPC 80
. 81
Hình 3.15. Cấu trúc mô phỏng khối TCR . 82
. 82
. 84
85
. 85
. 86
Hình 3.21. Điện áp lưới đo tại PCC2 khi SVC chưa tác động 87
Hình 3.22. Chế độ đóng cắt các phân cấp TSC 87
Hình 3.23. Góc điều khiển alpha cho TCR . 88
Hình 3.24. Điện áp lưới phân phối đo tại PCC2 . 88
Hình 3.25. Dòng bù của TSC 89
Hình 3.26. Dòng bù của TCR 89
Hình 4.1. Hình ảnh trạm SVC Thái Nguyên .92
Hình 4.2. Sơ đồ nhất thứ trạm 220kV Thái Nguyên . 92
Hình 4.3. Thiết bị TCR trạm SVC Thái Nguyên 93
Hình 4.4. Các khối TSC (FC) trạm SVC Thái Nguyên 94
. 95
1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

MỞ ĐẦU

Trong thiết kế cũng như vận hành lưới điện, điện áp nút là một trong
những thông số cơ bản và đặc biệt quan trọng. Giá trị điện áp tại các nút là
một trong những thông số được tính chọn ngay từ giai đoạn thiết kế. Tùy theo
các tiêu chí đề ra mà điện áp nút được chọn một giá trị khác nhau, không nhất
thiết bằng giá trị định mức mà có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn. Trong thực tế vận
hành, tùy theo mỗi kịch bản mà điều độ hệ thống yêu cầu thì giá trị điện áp tại
mỗi nút sẽ được điều chỉnh lại. Nói một cách rễ hiểu là điều chỉnh điện áp nút
là bài toán phải quan tâm triệt để trong khai thác vận hành hệ thống điện. Đối
với lưới điện phân phối, điều chỉnh điện áp nút còn có thêm ý nghĩa cho vấn
đề nâng cao chất lượng điện năng – đáp ứng đòi hỏi của tải khách hàng, và
giảm các tổn thất trong mạng điện – nâng cao tính kinh tế cho phía người bán
điện, giảm áp lực cho nguồn cung cấp. Tóm lại, điều chỉnh điện áp nút mang
lại lợi ích to lớn cho xã hội.
Việc điều chỉnh điện áp có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp
và các thiết bị khác nhau. Đầu tiên là phải kể tới phương pháp bù tự nhiên hay
điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp, nhưng trong phạm vi nghiên cứu ta
không xét tới hai phương pháp này. Tiếp theo là kể đến các phương pháp bù
(điều chỉnh điện áp) nhân tạo thực hiện bằng các bộ biến đổi điện tử kết hợp
với thiết bị bù cuộn cảm hay tụ điện tĩnh. Không xét các trường hợp bù sử
dụng máy điện quay (máy bù đồng bộ). Lịch sử phát triển các thiết bị bù có
điều khiển thông qua thiết bị điện tử đến nay trải qua nhiều thế hệ và ngày
càng tỏ rõ ưu việt vượt trội. Ban đầu, công suất bù được điều chỉnh thông qua
điều chỉnh giá trị dòng điện bù nhờ các bộ biến đổi có chất lượng không cao,
dòng bù không sin nên hiệu quả bù thấp. Mặt khác, dòng và áp phía lưới cũng
không sin làm ô nhiễm lưới (ô nhiễm sóng hài) ảnh hưởng lớn đến các hoạt
động của lưới điện trên một phạm vi rộng. Tuy nhiên, phạm vi nghiên cứu của 2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

đề tài chỉ tập trung trong phạm vi lưới phân phối, quan tâm đến các thiết bị bù
trong lưới phân phối nhằm nâng cao chất lượng bù mà thiết bị bù là có sử
dụng bộ biến đổi điện tử công suất.
Nội dung luận văn gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về lưới điện phân phối và điều chỉnh điện áp.
Chương 2: Thiết bị bù công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp
trong lưới điện phân phối
Chương 3: Mô phỏng hoạt động của thiết bị điều chỉnh điện áp trong
lưới điện phân phối
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm thiết bị điều chỉnh điện áp tại trạm
SVC Thái Nguyên.
Kết luận chung và kiến nghị