Luận Văn Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho kháng bù ngang có điều khiển kiểu máy biến áp

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Để giải quyết vấn đề ổn định điện áp và nâng cao khả năng truyền tải của các đường dây cao áp, trên thế giới từ thập niên 70 của thế kỷ 20 và ngành điện Việt Nam hiện nay đã thực hiện lắp đặt hệ thống tụ bù dọc không điều khiển phối hợp kháng bù ngang trên đường dây 500 kV Bắc Nam với mức bù điện tích công suất trung bình ở mỗi đường dây [2] là β và mức tụ bù dọc là η[SUB]C[/SUB]
.
Hiện nay, trên thế giới phương án sử dụng kháng bù ngang có điều khiển đang được nhiều nước ứng dụng, bởi vì so với các phương án dùng STATCOM và SVC [20] [21], thì phương án dùng kháng điều khiển (hình 1.4) giá đầu tư thấp hơn nhiều.

Hình 1.4: Sơ đồ đường dây truyền tải khi sử dụng kháng bù ngang có điều khiển
Kết qủa phân tích [2] và thực tế đã xác nhận sự tác động không quán tính của kháng điều khiển, toàn bộ thời gian chuyển mạch của khối thyristor cộng thời gian tác động của máy ngắt chân không là không quá 40 ms, hàm lượng sóng hài bậc cao không quá 2% của dòng định mức [17] [18]. Giá thành của kháng điều khiển không lớn hơn nhiều giá thành máy biến áp cùng công suất và điện áp (cấp 500 kV giá hiện nay là 12-14 USD/kVA).

1.2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Trên cơ sở kháng điều khiển kiểu máy biến áp của hãng BBC, từ năm 2003 tại bộ môn Thiết bị điện- điện tử Viện Đại học Bách khoa Quốc gia Xanh-Pêtécbua dưới sự chỉ đạo của giáo sư viện sĩ Александров.Г.Н. đã tiến hành nghiên cứu cải tiến. Bằng việc lắp đặt kết cấu sun từ dưới gông để giảm tổn thất phụ do từ trường tản và lắp đặt các mạch lọc tần số bậc cao trong kết cấu cuộn dây bù [1] [16]. Kháng điều khiển kiểu biến áp đầu tiên chế tạo tại bộ môn với điện áp 10kV, công suất 100 kVAr vào 2004.
Trong kháng điều khiển kiểu biến áp thì bộ điều khiển với vai trò đóng/mở các van thyristor (T) khi tải (U, I, ) đường dây truyền tải thay đổi là đặc biệt quan trọng. Để góp phần nghiên cứu cụ thể hơn về kháng điều khiển kiểu biến áp có thể lắp đặt ở nước ta trong tương lai không xa, tôi chọn “Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho kháng điều khiển kiểu máy biến áp” là mục tiêu luận văn.
1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Trên cơ sở sơ đồ nguyên lý của kháng bù ngang có điều khiển kiểu biến áp (hình 1.7) đã được nghiên cứu và sản xuất.

Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý điều khiển của kháng bù ngang có điều khiển
Luận văn nghiên cứu các tính năng, yêu cầu điều khiển và nguyên cứu đề xuất thiết kế bộ điều khiển cho các van bán dẫn của kháng kiểu máy biến áp, đáp ứng sự thay đổi góc mở α từ max đến min khi công suất truyền tải trên đường dây thay đổi từ không đến công suất tự nhiên. Khi đó, dòng điện qua cuộn dây lưới I[SUB]k[/SUB] phải thay đổi từ cực đại (I[SUB]c.d[/SUB]) khi đường dây không tải tới bằng không khi truyền tải công suất tự nhiên, tương ứng tổng trở vào của kháng thay đổi từ min đến max.
Từ nguyên lý của bộ điều khiển như đã được ứng dụng trên hình 1.7 cho việc điều khiển kháng bù ngang kiểu biến áp đã được sử dụng, luận văn sẽ nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển đảm bảo các yêu cầu điều khiển đặt ra, với chức năng và độ tin cậy như mong muốn.
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trên nguyên lý làm việc, yêu cầu điều khiển và các thông số của kháng bù ngang có điều khiển kiểu biến áp đã được sản xuất và đang vận hành ở một số nước Ấn Độ, Trung Quốc, Nga kết hợp với lý thuyết truyền tải và điều khiển hiện đại. Tôi thiết kế bộ điều khiển dựa trên yêu cầu tác dụng của kháng điều khiển và sử dụng phần mềm Matlab – Simulink để khảo sát các tham số của bộ điều khiển trên đáp ứng miền thời gian của đối tượng để cho ra bộ điều khiển có chức năng và độ tin cậy đạt được mong muốn.
Sử dụng phần mềm mô phỏng hiệu quả điều chỉnh bù 100% mức tiêu thụ công suất phản kháng dư trên đường dây của kháng điều khiển với bộ điều khiển được thiết kế.
1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN
- Luận văn đưa ra khảo sát đánh giá đầy đủ về lý thuyết đối với bộ điều khiển cho kháng bù ngang kiểu biến áp.
- Bằng kết quả mô phỏng chứng minh hiệu quả và tính linh hoạt điều chỉnh mức tiêu thụ công suất phản kháng dư trên đường dây của kháng điều khiển kiểu biến áp.
- Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở để tiến tới ứng dụng kháng điều khiển nhằm giải quyết vấn đề cấp bách hiện nay là nâng cao độ tin cậy và tính kinh tế - kỹ thuật của hệ thống truyền tải điện Việt Nam.
1.6. TÊN LUẬN VĂN
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO KHÁNG BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN KIỂU MÁY BIẾN ÁP”

Chương 2
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VÀ THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN
2.1. CƠ SỞ TÍNH TOÁN CHO ĐƯỜNG DÂY DÀI TRUYỀN TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU CAO ÁP VÀ SIÊU CAO ÁP
2.1.1. Mô hình đường dây dài
2.1.2. Tính toán điện áp
2.1.3. Tính công suất tác dụng và phản kháng của đường dây
2.2. NGUYÊN LÝ VÀ HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CÓ ĐIỀU KHIỂN
2.2.1. Tổng quan về hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS)
2.2.2. Bù điện dung nối tiếp trên đường dây
2.2.2.1. Mục đích của bù nối tiếp
- Ổn định điện áp;
- Cải thiện quá trình ổn định;
- Làm tắt dao động công suất;
- Dập tắt dao động đồng bộ phụ .
2.2.2.2. Thay đổi tổng trở bằng thiết bị bù nối tiếp
Với kết quả phân tích trong cuốn toàn văn cho phép khẳng định việc lắp đặt các thiết bị bù dọc của đường dây cho phép giải quyết nhiều hạn chế mà lưới truyền tải gặp phải khi dùng các thiết bị bù không điều khiển. Tuy nhiên, thiết bị này hiện nay vẫn còn một số hạn chế nhất định, như giá thành đầu tư ban đầu rất cao và làm giảm độ dự trữ ổn định của hệ thống.
2.2.3. Thiết bị bù ngang
2.2.3.1. Mục đích của sự bù ngang
Mục đích của việc bù ngang này là:
- Hạn chế quá điện áp ở cuối đường dây trong chế độ tải nhẹ;
- Hiệu chỉnh điện áp ở giữa đường dây;
- Cải thiện quá trình ổn định;
- Làm tắt dao động công suất .
2.2.3.1. Điều chỉnh công suất phản kháng của thiết bị bù ngang
Kháng bù ngang có điều khiển kiểu máy biến áp (УШРТ) với các thông số thay đổi có nguyên lý và cấu trúc tương tự như máy biến áp, nguyên lý làm việc của nó khác hẳn các loại kháng điều khiển theo nguyên lý khuếch đại từ đã được sản xuất lâu nay. Kháng điều khiển kiểu máy biến áp với những ưu điểm vượt trội như: tác động tức thời không quán tính, tổn thất công suất trên kháng nhỏ, không gây méo dạng dòng điện lưới, độ tin cậy làm việc cao, phạm vi điều chỉnh rộng (vì cho phép điều chỉnh trong cả phạm vi dòng điện dung [4]). Kháng điều khiển kiểu máy biến áp chức năng tương tự máy bù tĩnh (SVC) nhưng ưu điểm hơn hẳn về độ tin cậy làm việc, thời gian tác động nhanh và giá thành lắp đặt rẻ hơn. Kháng điều khiển loại này đã được sản xuất và được lắp đặt trong hệ thống điện tại Ấn Độ, Trung Quốc và Liên Bang Nga, thực tế vận hành trong thời gian qua đã chứng tỏ được ưu điểm vượt trội của nó.

Chương 3
KHÁNG BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN KIỂU BIẾN ÁP
3.1. GIỚI THIỆU KHÁNG BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN KIỂU BIẾN ÁP
3.1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của kháng bù ngang kiểu biến áp
3.1.1.1. Cấu tạo kháng bù ngang kiểu biến áp
3.1.1.2. Nguyên lý làm việc của kháng bù ngang kiểu biến áp
Để dễ hiểu nguyên lý hoạt động của kháng bù ngang kiểu biến áp, ta xét sơ đồ nguyên lý 1 pha của kháng điều khiển kiểu biến áp trên hình 3.4.

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý một pha của kháng bù ngang kiểu biến áp
3.1.2. Các quan hệ điện từ trong kháng điều khiển kiểu máy biến áp
Trong phạm vi của đề tài tôi chỉ giới thiệu một số thông số có liên quan đến quá trình tính toán còn lại các tham số khác như số vòng dây, đường kính, mạch từ xem đã có, ở đây không nhắc đến (chúng ta tham khảo trong tài liệu chế tạo kháng của Nga, hoặc trang web: www.cpk-energo.ru)
* Quan hệ các thành phần điện kháng trong kháng điện
* Các quan hệ dòng điện chạy trong các cuộn dây của kháng điện
* Chế độ làm việc của các cuộn dây nhánh lọc tần số bậc cao ở chế độ lọc
3.2. PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH ĐIỆN ÁP TRÊN CUỘN DÂY ĐIỀU KHIỂN CỦA KHÁNG
3.2.1. Nguyên tắc điều khiển thyristor