Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Lời nói đầu

Chúng ta đang bước vào thời kỳ Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá,
ngành tự động hoá đóng một vai trò quan trọng trong công cuộc phát triển
đất nước cụ thể là các thuật toán điều khiển trong hệ thống điều khiển tự
động đã được hình thành, phát triển và có được những kết quả rất quan
trọng.
Thuật toán điều khiển mờ (fuzzy logic) là lĩnh v ực mới và mang tính
thời sự cao. Những năm gần đây đã chứng kiến sự phát triển nhanh chóng
về số lượng cũng như những ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của
fuzzy logic. Phạm vi ứng dụng từ những sản phẩm tiêu dùng như máy
quay phim, máy giặt, lò viba đến điều khiển các quy trình sản xuất trong
công nghiệp, thiết bị y khoa, hệ thống hỗ trợ ra quyết định, ....
Một trong những giải pháp nhằm nâng cao tính ổn định của hệ thống
và mở rộng khả năng truyền tải là sử dụng hệ thống truyền tải điện xoay
chiều linh hoạt, việc nghiên cứu SVC thuộc hệ thống truyền tải điện xoay
chiều linh hoạt là rất cần thiết và góp phần vận hành ổn định hệ thống điện.
Ngoài ra các phương pháp điều khiển thông thường đều cần đến mô
hình đối tượng tuyến tính hay phi tuyến. Tuy nhiên đối với điều khiển mờ
là không cần thiết mô hình toán học của đối tượng, nhờ vào quan hệ vào ra
của đối tượng phi tuyến được nhận biết thông qua quan sát và

dùng làm
cơ sở để xây dựng hàm liên thuộc cũng như luật suy diễn. Thông qua phép
thử và hiệu chỉnh ta sẽ tinh chỉnh bộ điều khiển mờ để đạt được kết quả tốt
hơn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Tác giả

Lê Xuân Khoa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan Luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và
nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của GS-TS Nguyễn Trọng Thuần. Trong
luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài
liệu tham khảo.

Tác giả

Lê Xuân Khoa
4
Chương 1: Thiết bị bù ngang tĩnh


X/2 X/2
I
sm
V
s
V
r
V
m
I
mr
S

M

R

∼

∼

∼

Thiết bị
bù lý
tưởng
(P=0) 5

(1.1)
Với: + I
sm
là dòng điện đi qua đoạn thứ nhất.
+ I
mr
là dòng điện đi qua đoạn thứ hai.
+ V
sm
là điện trên đoạn thứ nhất
+V
mr
là điện trên đoạn thứ hai.
+
δ
là góc lệch trong rôto máy phát
Công suất truyền tải
4
δ
VIcos
4
δ
cos
sm
I
m
V
mr
I
mr


6
Chương 1: Thiết bị bù ngang tĩnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.1.2.
Nâng điện áp cuối đường dây để ngăn chặn mất ổn định điện áp
Nâng điện áp tại điểm giữa của một hệ thống gồm 2 máy phát đã được
đề cập ở trên có thể áp dụng cho trường hợp đường dây truyền tải hình tia.
Thực vậy, nếu như tải thụ động có công suất P với điện thế V, được
mắc vào điểm giữa 2 máy phát (hình 1.1), lúc này tổng trở X/2 và tải được
thay thế bởi hệ thống hình tia đơn giản gồm tổng trở đường dây là X và tổng
trở tải là Z. Rõ ràng điện áp đặt trên tải sẽ thay đổi khi phụ tải thay đổi.

Hệ thống hình tia đơn giản với tổng trở đường dây X và tổng trở tải Z
có quan hệ giữa điện áp ở đầu cực tải ( V
r
) theo P với hệ số công suất của tải
thay đổi trong phạm vi từ 0,8 trễ đến 0,9 dẫn như hình 1.3a, điện áp giảm khi
tải cảm và ngược lại khi tải dung, như vậy điện áp không ổn định phụ thuộc
vào tính chất phụ tải, bù ngang công suất phản kháng có tác dụng tăng điện áp
cuối đường dây ( hình 1.3b ) bằng cách cung cấp công suất phản kháng và
hiệu chỉnh điện áp tại cực (V - V
r
= 0) tại cuối đường dây ở đó điện thế thay
đổi lớn nhất, đây là vị trí tốt nhất để đặt thiết bị bù.
Thiết bị bù công suất phản kháng tại điểm giữa chỉ trao đổi công suất
phản kháng với đường dây
Bù ngang công suất phản kháng thường được áp dụng để hiệu chỉnh

hoặc
không, phụ thuộc vào tính chất hệ thống và mức độ kích động. Tại thời điểm
đầu, do quán tính của roto máy phát, góc lệch δ chưa kịp thay đổi, công suất
điện từ P
T
> P(δ) làm máy phát quay nhanh lên, góc δ tăng dần. Đến thời
điểm góc lệch bằng δ
2
thì tương quan công suất trở nên cân bằng, tuy vậy góc
lệch δ v
ẫn tiếp tục tăng do quán tính. Thực chất của quá trình chuyển động
quán tính này là động năng tích lũy trong roto được chuyển hóa thành công

8
Chương 1: Thiết bị bù ngang tĩnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

thắng momen hãm. Đến thời điểm góc lệch bằng δ
3
động năng bị giải phóng
hoàn toàn, góc lệch δ không tăng được nữa. Sau thời điểm này, không còn
động năng, mà công suất điện từ P
T
< P(δ) nên roto quay chậm lại, góc δ
giảm. Nếu kể đến momen cản ma sát quá trình sẽ tắt dần về điểm cân bằng δ
2

của chế độ xác lập mới.


vào. 9
Chương 1: Thiết bị bù ngang tĩnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

phản kháng ngõ ra Q
P
của thiết bị bù ngang. Khi dδ/dt > 0 công suất phản
kháng ngõ ra của thiết bị bù tăng và ngược lại khi d δ/dt < 0 công suất phản
kháng bù ngõ ra giảm. Tóm lại:
Chức năng cần thiết của thiết bị bù phản kháng ngang được dùng để
tăng công suất truyền tải, cải thiện điện áp, cải thiện quá trình ổn định và dập
tắt dao động công suất theo các điểm chính sau đây :
• Thiết bị bù phải duy trì vận hành đồng bộ với hệ thống xoay chiều tại
thanh cái bù, trong điều kiện vận hành bao gồm vấn đề cân bằng điện áp
thanh cái, thiết bị phải có thể đồng bộ hóa ngay tức thời sau khi trạng thái
ngắn mạch được giải tỏa.


2.1.
Thiết bị bù tĩnh (SVC) .
2.1.1.
Khái niệm chung.
Các tiến bộ trong việc áp dụng kỹ thuật thyristor vào trong hệ thống điện
đã dẫn đến sự phát triển của thiết bị bù tĩnh (Static Var Compensator -
SVC). Thiết bị này gồm các phần tử cuộn kháng và tụ điện được điều khiển
bằng thyristor.
 trên ba pha của đường dây cung cấp.
 Điều chỉnh điện áp của đường dây truyền tải nhằm đáp ứng các biến
động ở cả hai đầu phát và nhận. Việc điều chỉnh điện áp được thực
hiện qua việc điều khiển nhanh trở kháng của SVC và do đó dẫn đến
điều khiển nhanh công suất kháng ở đầu ra của SVC.
Mục đích chính của bù SVC là làm tăng giới hạn ổn định của hệ thống
điện xoay chiều, làm giảm dao động điện áp khi có biến động phụ tải cũng
như giới hạn được mức quá điện áp khi có biến động lớn. SVC về cơ bản là
thiết bị có công suất kháng điều khiển bằng thyristor.
2.1.2Hệ thống SVC.
SVC được xây dựng với nhiều mô hình thiết kế khác nhau. Tuy nhiên,
các sơ đồ điều khiển được sử dụng trong hầu hết các hệ thống là giống
nhau.
2.1.1.1.
Thyristor đóng cắt tụ điện (TSC) .
12
Chương 2: Thiết bị SVC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


Chương 2: Thiết bị SVC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình2.3: Hoạt động của TCR
2.1.1.3.
Thyristor điều chỉnh cuộn kháng, Tụ cố định (TCR-FC) .

Hình 2.4 : Sơ đồ TCR-FC
Q = Q
C
- Q
L
; Công suất kháng của SVC có thể điều khiển trong khoảng
từ 0 ÷ Q
C
tuỳ thuộc vào việc điều khiển đóng - cắt công suất cuộn kháng.
Nếu không có yêu cầu về công suất phản kháng từ SVC (Q
SVC
= 0) thì
công suất kháng của cuộn kháng và tụ điện phải triệt tiêu nhau, dòng điện
trong bộ tụ luân chuyển sang cuộn kháng và do đó gây ra tổn hao không tải.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.6: Đặc tuyến VI của SVC
2.2.
Mô hình SVC trên Matlab.
Để mô phỏng SVC, Matlab cung cấp khối “Static Var Compensator”
nằm trong thư viện powerlib/Electrical Sources.

2.2.1.
Input – Output.
 Input : Các đầu vào A, B, C được nối trực tiếp vào lưới điện.
 Output :
 B(pu) : dẫn nạp của SVC (SVC Susceptance) ứng với điện áp
được hiệu chỉnh.
 Vm(pu) : điện áp thứ tự thuận của lưới do SVC đo được.
2.2.2.
Các thông số của khối SVC.
 Mode of operation : Chế độ hoạt động của SVC
 Var control (Fixed susceptance Bref) : hiệu chỉnh lượng công
suất phản kháng phát ra bằng với giá trị Bref.
 Voltage regulation : hiệu chỉnh điện áp bus bằng với giá trị
Vref.
12
Chương 2: Thiết bị SVC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Tùy theo chế độ hoạt động mà giá trị điện dẫn B hoặc Bref sẽ sử dụng để
tạo nguồn dòng đưa ngược trở lại lưới.

Hình 2.8 : Mô hình khối SVC
2.2.4.
Khối Voltage regulator :
Khối Voltage regulator nhận tín hiệu điện áp đo được từ lưới, kết hợp
với giá trị điện áp đặt Vref và giá trị điện áp rơi, xác định độ lệch điện
áp. Giá trị sai lệch này được đưa qua các khâu tỉ lệ và tích phân tỉ lệ,
đầu ra là giá trị điện dẫn B (susceptance).

Hình 2.9 : Khối Voltage regulator.
12
Chương 2: Thiết bị SVC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2.3.
Ứng dụng SVC vào một lưới điện đơn giản.
2.3.1.
Mô hình mô phỏng. 2.3.2.
Thông số hệ thống mô phỏng.

Thay đổi các thông số Kp, Ki để khảo xác điện áp tại vị trí đặt SVC và
công suất kháng của SVC.
 Kp = 0, Ki = 0.
Delta Volt (%)
t(s)
Hình 2.10 : Điện áp tại vị trí đặt SVC với Kp = 0, Ki = 0.
 Kp = 0, Ki = 1.
Delta Volt (%)
12
Chương 2: Thiết bị SVC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

t(s)

Hình 2.11 : Điện áp tại vị trí đặt SVC với Kp = 0, Ki = 1.
Q (Var)
t(s)
Hình 2.12 : Công suất kháng của SVC với Kp = 0, Ki = 1.
 Kp = 0, Ki = 10.
Delta Volt (%)
12
Chương 2: Thiết bị SVC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


t(s)

Hình 2.18 : Công suất kháng của SVC với Kp = 0, KI = 200.
 Kp = 0, Ki = 300.
Delta Volt (%)
12
Chương 2: Thiết bị SVC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

t(s)

Hình 2.19 : Điện áp tại vị trí đặt SVC với Kp = 0, Ki = 300.
Q (Var)

t(s)

Hình 2.20 : Công suất kháng của SVC với Kp = 0, KI = 300.
 Kp = 0, Ki = 500.
Delta Volt (%)
t(s)

Hình 2.21 : Điện áp tại vị trí đặt SVC với Kp = 0, Ki = 500.
Q (Var)
12
Chương 2: Thiết bị SVC