BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

HUỲNH HOÀNG HUYNH

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ỔN ĐỊNH DAO
ĐỘNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG
ĐIỆN SỬ DỤNG THIẾT BỊ SVeC
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202)

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

HUỲNH HOÀNG HUYNH

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ỔN ĐỊNH DAO
ĐỘNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG
ĐIỆN SỬ DỤNG THIẾT BỊ SVeC
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202)
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày..… tháng….. năm 20..…

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: HUỲNH HOÀNG HUYNH.......Giới tính: Nam ...........................
Ngày, tháng, năm sinh: ...30-10-1978.....................Nơi sinh: Phú Yên .....................
Chuyên ngành: .Kỹ thuật điện ................................MSHV: 1541830007 ...............
I- Tên đề tài:
Nnghiên cứu nâng cao ổn định dao động công suất trong hệ thống điện sử dụng
thiết bị SVeC
II- Nhiệm vụ và nội dung:
Nghiên cứu nâng cao ổn định dao động công suất trong hệ thống điện sử dụng
thiết bị SVeC
III- Ngày giao nhiệm vụ: 07-10-2016
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 12-04-2017
V- Cán bộ hướng dẫn: TS. Trương Đình Nhơn

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô đã trực tiếp giảng dạy, truyền đạt những
kiến thức chuyên môn cho bản thân Tác giả trong thời gian qua. Xin chân thành
cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ nhiệt tình, vô tư về điều kiện vật
chất lẫn tinh thần và những kinh nghiệm giá trị trong suốt quá trình hoàn thành luận
văn của Tác giả.
Cuối cùng, một lần nữa, Tác giả xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, các đơn
vị và cá nhân đã giúp đỡ Tác giả trong quá trình học tập vào thực hiện luận văn tốt
nghiệp này. Tác giả mong nhận được sự góp ý, của quý Thầy Cô và đọc giả để luận
văn được hoàn chỉnh hơn.
Xin chân thành cảm ơn

Huỳnh Hoàng Huynh


iii

TÓM TẮT
Trong luận văn này, một hệ thống máy phát điện đồng bộ nối với bus vô
hạn(OMIB) và trang trại gió được nghiên cứu. Để nâng cao độ ổn định động của hệ
thống một thiết bị bù vecto nối tiếp (SVeC) được đề xuất và được kết nối vào bus
chung (PCC) của hệ thống. Để nâng cao độ ổn định của hệ thống điện nghiên cứu,
một bộ điều khiển giảm dao động (POD) được thiết kế cho bộ SVeC dựa trên
phương pháp mờ thích nghi (ANFIS). Kết quả mô phỏng được thực hiện bằng phần
mềm Matlab. Có thể kết luận từ kết quả mô phỏng rằng thiết bị bù nối tiếp SVeC có
thể cải thiện tốt hơn độ ổn định của hệ thống điện nghiên cứu khi có sự cố nghiêm
trọng xảy ra trong hệ thống điện.


iv


HỆ

THỐNG ĐIỆN ............................................................................................................4
2.1.Tổng quan về ứng dụng thiết bị FACTS ...............................................................4
2.1.1.Giới thiệu ....................................................................................................4
2.1.2.Định nghĩa ...................................................................................................5
2.1.3.Công nghệ FACTS ......................................................................................5
2.1.4.Lý thuyết về FACTS ...................................................................................6
2.1.5.Phân loại thiết bị FACTS ............................................................................9
2.2.Ứng dụng thiết bị FACTS trong hệ thống điện ...................................................10
2.2.1.Bộ bù công suất Var tĩnh –SVC ................................................................10
2.2.2.Bộ bù đồng bộ tĩnh –STATCOM ..............................................................15
2.2.3.Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh –SSSC ...........................................................18
2.2.4.Bộ bù dọc điều khiển bằng Thyristor –TCSC ...........................................18
2.2.5.Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất –UPFC .......................................19


vi

Chương 3.TỔNG QUAN VỀ HỆ NƠRON MỜ (ANFIS) ........................................20
3.1.Đặt vấn đề ............................................................................................................20
3.2.Tổng quan về điều khiển mờ ...............................................................................20
3.2.1.Giới thiệu ...................................................................................................20
3.2.2.Cấu trúc của hệ điều khiển mờ...................................................................23
3.3.Tổng quan về mạng nơron ...................................................................................34
3.3.1.Giới thiệu ...................................................................................................34
3.3.2.Lịch sử phát triển của mạng nơron nhân tạo ..............................................35
3.3.3.Cấu trúc mạng nơron nhân tạo ...................................................................36
3.3.4.Mô hình nơron ...........................................................................................38
3.3.5.Cấu trúc mạng............................................................................................40

5.1.Cấu hình hệ thống điện đề xuất nghiên cứu ........................................................78
5.2.Mô hình thiết bị SVeC ........................................................................................78
5.3.Ảnh hưởng của sự cố ngắn mạch trên hệ thống điện ..........................................81
5.4.Tiêu chí điện áp theo qui định của Bộ công thương Việt Nam...........................81
5.5.Dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ ngắn mạch theo qui định của Bộ công
thương Việt Nam .......................................................................................................82
5.6.Mô phỏng thiết bị SVeC và bộ điều khiển ANFIS trên Matlab..........................84
5.7.Kết quả mô phỏng hệ thống. ...............................................................................96
Chương 6.KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................101
6.1.Kết luận .............................................................................................................101
6.2.Hướng phát triển của đề tài: ..............................................................................102
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................103


viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tên gọi

FACTS:

Flexible ac transmission systems. Hệ thống truyền tải xoay chiều linh

hoạt
POD:

Power oscillation damping – Giảm dao động công suất



Static Var compensator – Bộ bù Var tĩnh

UPFC:

Unified powerflow cntroller - Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất

VSC:

Voltage-sourced converter – Bộ chuyển đổi điện áp nguồn

DC:

Direct current – Dòng điện một chiều

AC:

Alternating current – Dòng điện xoay chiều

WF:

Wind farm – Trang trại gió

DFIG:

Double feed generator - Máy phát nguồn kép

D:

Duty cycle – Chu kỳ thực hiện

ix

C:

Capacitor – Tụ điện

TL:

Transmition line – Đường dây tải điện

ω:

Omega – Vận tốc góc

Vs:

Voltage sending end – Điện áp điểm đầu

Vr:

Voltage receiving end – Điện áp điển cuối


x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 2.1 Đường dây không có tổn thất. ......................................................................7
Hình 2.2 Khi bù nối tiếp ..............................................................................................8
Hình 2.3 Khi bù song song ..........................................................................................8
Hình 2.4 Bộ SVC kết nối với hệ thống điện .............................................................10

Hình 3.15 Mô hình nơron đơn giản ...........................................................................39
Hình 3.16 Nơron với R đầu vào ................................................................................39
Hình 3.17 Ký hiệu nơron với R đầu vào ...................................................................40
Hình 3.18 Cấu trúc mạng nơron 1 lớp ......................................................................40
Hình 3.19 Ký hiệu mạng R đầu vào và S ..................................................................41
Hình 3.20 Ký hiệu một lớp mạn ................................................................................41
Hình 3.21 Cấu trúc mạng nơron 3 lớp .......................................................................42
Hình 3.22 Ký hiệu tắt của mạng nơron 3 lớp ............................................................42
Hình 3.23 Cấu trúc huấn luyện mạng ........................................................................43
Hình 3.24 Kiến trúc kiểu mẫu của một hệ nơron mờ ................................................46
Hình 3.25 Mô hình hệ nơron mờ ...............................................................................47
Hình 3.26 Cấu trúc chung của hệ nơron mờ ..............................................................47
Hình 3.27 Mô phỏng hệ thống điều khiển SVC dùng nơron mờ...............................48
Hình 3.28 Hệ thống hút tích hợp với cánh tay robot .................................................49

Hình 4.1 Sơ đồ điều khiển tiêu biểu. (a) SSSC. (b) bộ điều khiển

[1]

Hình 3.29 Mô hình bộ điều khiển noron mờ .............................................................50
....................52

khiển

[1]

Hình 4.2 Cấu trúc bộ chuyển đổi. (a) SSSC: chuyển đổi ba pha ba cấp. (b) bộ điều
: đôi ném, đơn cực, ba pha vector chuyển mạch chuyển đổi. ....................55

điều khiển

................................................................................72

khiển

[1]

Hình 4.9 Đáp ứng tần số tín hiệu nhỏ của độ lợi vòng lặp của (a) SSSC. (b) bộ điều
. ...................................................................................................................74

thay đổi. (a) SSSC, (b) bộ điều khiển

[1]

Hình 4.10 Các dạng sóng mô phỏng trên máy tính thể hiện sự đáp ứng với các lệnh
. ................................................................75

các góc sự cố. (a) SSSC. (b) bộ điều khiển

[1]

Hình 4.11. Các mô hình mô phỏng trên máy tính thể hiện đáp ứng điện áp bus và
.........................................................75

Hình 5.1 Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống điện gió nối lưới ........................................78
Hình 5.2 Mạch động lực ba pha của SVeC. ..............................................................79
Hình 5.3 Sơ đồ đơn tuyến của SveC. ........................................................................80
Hình 5.4 Sơ đồ khối điều khiển của SVeC bao gồm bộ giảm dao động POD..........83
Hình 5.5 Cấu trúc bộ Nơron-Mờ (ANFIS) ...............................................................83
Hình 5.6 Mô hình điều khiển SVeC với bộ điều khiển PID .....................................84
Hình 5.7 Mô phỏng sơ đồ khối điều khiển của SVeC bao gồm thiết kế bộ giảm dao

Bảng 4.6 Tổng Số Thiết Bị - Device Count ..............................................................68
Bảng 4.7 Tổn Thất Bộ Chuyển Đổi – Converter Losses ..........................................70
Bảng 4.8 Tổn thất bộ chuyển đổi tại 𝑃𝐿=160 MW, 𝑄𝐼𝑁𝐽=7.7MVAR ......................70
Bảng 4.9 Dự toán chi phí mạch công suất ................................................................71
Bảng 4.10 Tổng méo dạng sóng hài - Total Harmonic Distortion (THD) ................72
Bảng 4.11 Các kết quả thiết kế bộ điều khiển ...........................................................73
Bảng 5.1 Dòng và thời gian loại trừ ngắn mạch .......................................................82
Bảng 5.2 Qui luật điều khiển của bộ Anfis. ..............................................................84
Bảng 5.3 Tập dữ liệu huấn luyện cho bộ điều khiển Anfis .......................................86
Bảng 5.4 Quy luật điều khiển của Anfis ..................................................................94


1

Chương 1. GIỚI THIỆU
1.1. Đặc vấn đề
Cùng với sự phát triển khoa học công nghệ ngày càng cao, điện năng ngày
càng đóng vai trò quan trọng trong tất cả các ngành để phát triển kinh tế, sự phát
triển của nhu cầu tiêu thụ điện năng đánh giá sự phát triển của xã hội và nâng cao
đời sống của một khu vực, một quốc gia. Do đó, hệ thống điện cũng ngày càng
phát triển cả về quy mô lẫn công nghệ. Ngày nay đã hình thành nhiều hệ thống
điện lớn trong phạm vi quốc gia hoặc liên quốc gia, xuất hiện nhiều nhà máy điện
làm nhiệm vụ đáp ứng công suất cho phụ tải. Trong những năm qua, cùng với sự
phát triển về kinh tế, nhu cầu điện năng của Việt Nam là rất lớn, xuất hiện nhiều
nhà máy nhiệt điện, nhà máy thủy điện, nhà máy phong điện và các nhà máy tubin
khí đốt làm cho việc vận hành hệ thống điện trở nên phức tạp hơn đặc biệt là vấn đề
về đồng bộ cũng như tính ổn định của hệ thống.
Vì vậy để ổn định công suất của hệ thống điện với kết nối đa dạng nguồn phát
thì các nghiên cứu mới cần được nghiên cứu và phát triển để giải quyết vấn đề trên.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài

tiên phong trong ứng dụng kỹ thuật công nghệ FACTS trong lưới điện truyền tải.
FACTS là hệ thống điện truyền tải điện xoay chiều linh hoạt sử dụng các thiết
bị điều khiển công suất, hoạt động ở chế độ tự động với dòng điện và điện áp cao,
cho phép điều khiển để ổn định điện áp hệ thống nhanh chóng, góc pha, trở kháng
đường dây gần như tức thời. Ngoài ra nó còn cho phép đường dây vận hành gần với
mức giới hạn về nhiệt của đường dây truyền tải. Các thiết bị thường được sử dụng
như: SVC, TSC, TCR, TSR, TCSC, STATCOM, SSSC, UPFC.
Gần đây một đối tượng nghiên cứu mới được các nhà khoa học nghiên cứu đó là
SVeC. Thiết bị này cho phép điều khiển có chọn lọc điện áp, trở kháng, góc pha
đường dây do đó thay đổi dòng công suất tác dụng và phản kháng truyền trên đường
dây.
Trong khuôn khổ luận văn tác giả sẽ tập trung nghiên cứu thiết bị SveC với bộ
điều khiển ANFIS được sử dụng cho việc điều khiển ổn định dao động công suất
trên đường dây truyền tải.


3

1.3. Mục tiêu của đề tài
Đề tài này nghiên cứu để cải thiện sự ổn định dao động công suất của một hệ
thống máy phát điện đồng bộ nối với bus vô hạn (OMIB) và trang trại gió. Để nâng
cao độ ổn định của hệ thống, một thiết bị bù vectơ nối tiếp (SveC - Series Vectorial
Compensator) được đề xuất với bộ điều khiển Nơron-Mờ (ANFIS - Adaptive
Neural Fuzzy Inference System) được kết nối vào bus chung (PCC) của hệ thống.
1.4. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu
-

Nghiên cứu tài liệu, bài báo liên quan đến quá trình nghiên cứu đề tài: Nghiên
cứu nâng cao ổn định dao động công suất trong hệ thống điện sử dụng thiết
bị SVeC.

• Điện áp vận hành nằm trong giới hạn cho phép
• Tần số vận hành nằm trong giới hạn cho phép
• Các đường dây phải được vận hành ở điều kiện bình thường không quá
tải.
• Các phụ tải phải được cung cấp nguồn điện đầy đủ.
Trong hệ thống điện công suất truyền tải trên các đường dây phụ thuộc vào
tổng trở đường dây, điện áp và góc truyền tải giữa điểm đầu và điểm cuối của
đường dây, những đại lượng này giới hạn công suất truyền tải trên đường dây. Vì
vậy, khả năng truyền tải công suất của đường dây được cải thiện đáng kể bằng việc
tăng công suất phản kháng ở phía phụ tải, lắp cuộn kháng bù ngang (mắc song
song), tụ điện bù dọc (mắc nối tiếp) vào đường dây để điều khiển điện áp dọc theo
chiều dài đường dây.


5

Để nâng cao chất lượng điện áp và ổn định điện áp cho hệ thống điện Việt
Nam, hiện nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng các thiết bị
bù công suất phản kháng. Tuy nhiên, các thiết bị bù đó vẫn chưa đáp ứng được các
yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy khi hệ thống có sự thay đổi đột ngột về nhu cầu
công suất phản kháng. Vì thế, Các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt –
FACTS (Flexible AC Transmission System) đã ra đời và đáp ứng được các yêu cầu
về độ phản ứng nhanh nhạy cũng như dung lượng bù tối ưu cho hệ thống trong mọi
chế độ làm việc. Ngoài ra, FACTS còn dùng để nâng cao khả năng điều khiển hệ
thống điện và tăng khả năng truyền tải công suất trên đường dây.
2.1.2. Định nghĩa
FACTS được định nghĩa bởi IEEE là: ” Hệ thống sử dụng các thiết bị điện tử
công suất và các thiết bị tĩnh khác để điều khiển một hoặc nhiều thông số của hệ
thống đường dây truyền tải điện xoay chiều, qua đó, nâng cao khả nâng điều khiển
và khả năng truyền tải công suất”

2.1.4. Lý thuyết về FACTS
Trong trường hợp đường dây không có tổn thất, giá trị điện áp nhận được cuối
đường dây thường gần bằng giá trị đầu đường dây: Vs = Vr = V. Trong quá trình
truyền tải, xuất hiện góc lệch pha delta, phụ thuộc vào giá trị của trở kháng X
𝛿

𝛿

(2.1)

𝑉𝑟 = 𝑉 cos �2� + 𝑗𝑉𝑆𝑖𝑛(2)

𝛿

𝛿

(2.2)

I=

(2.3)

𝑉𝑆 = 𝑉 cos �2� + 𝑗𝑉𝑆𝑖𝑛(2)

𝑉𝑠 −𝑉𝑟
𝑗𝑋

=

𝛿

Công suất phản kháng đầu đường dây bằng nhưng khác dấu với công suất
phản kháng cuối đường dây:
𝛿

𝑄𝑠 = −𝑄𝑟 = 𝑄 = 𝑉 sin �2� .

𝛿
2

2𝑉 sin
𝑋

=

𝑉2
𝑋

(1 − cos 𝛿)

(2.5)

Hình 2.1 Đường dây không có tổn thất.
Khi giá trị δ nhỏ, công suất truyền tải trên đường dây phụ thuộc chủ yếu vào
giá trị X. Trong khi đó, công suất phản kháng phụ thuộc chủ yếu vào độ lớn của
điện áp hai đầu.
2.1.4.1. Khi bù nối tiếp
Các tụ bù nối tiếp trong FACTS sẽ thay đổi điện kháng đẳng trị của đường
dây: X giảm sẽ tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng trên đường dây. Tuy
nhiên, nguồn điện phải cung cấp thêm công suất phản kháng.
𝑉2