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

Chương 1

1.1. TÍNH CẤP THIẾT VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

MỞ ĐẦU

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 cơng suất trung bình ở mỗi
đường dây I1 là B và mức tụ bù đọc là ne 7

n.=2°=085:0,60

=7“

=0,65-+0,70.,

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.

MẸ

A

a

v1

2A

Hinh 1.4: So đồ đường đây 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 khơng qn tính của kháng điều khiển, tồn 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 khơng q 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 Aexcannpos.T.H. 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 tan va lap
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 trị đóng/mở các van thyristor (T) khi tải (U, 1, Ø)
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.


_

eh eee

ty

Mr”

B

arg

L+| cr

=—]

O

=

2

g {|

g

ep }

BL

|

BU

-

.
1

+:

T

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 œ từ max đến min khi công suất truyền tải trên
đường dây thay đổi từ khơng đến cơng suất tự nhiên. Khi đó, dịng điện qua cuộn dây lưới I, phải thay đổi từ cực đại

(1¿) 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 TIẾN 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 van dé cấp bách hiện
nay là nâng cao dé 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

TONG QUAN VE HE THONG VA THIET BI BU CONG SUAT PHAN KHANG TREN DUONG
DAY TRUYEN TAI DIEN

2.1. CƠ SỞ TÍNH TỐN CHO DUONG DAY DAI TRUYỀN TẢI ĐIỆN XOAY CHIEU CAO AP VA SIEU
CAO AP

2.1.1. Mơ hình đường dây dài
2.1.2. Tính tốn điện áp

2.1.3. Tính cơng 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
- Dập tắt
2.2.2.2. Thay
Với kết quả

dao động công suất;
dao động đồng bộ phụ...
đổi tổng trở bằng thiết bị bù nối tiếp
phân tích trong cuốn tồn 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;

- Lam tt dao động công suất...
2.2.3.1. Điều chỉnh công suất phan khdng cUa thiét bị bù ngang
Kháng bù ngang có điều khiển kiểu máy biến áp (VIIIPT) với các thơng số thay đổi có ngun 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
khơng qn 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

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.
Te

ip

a

|
Up

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 thơng số có liên quan đến q trình tính tốn cịn lại các tham số
khác như số vịng 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
3.2.2. Dạng sóng của cuộn điều khiển theo góc mở œ
Nếu xem thành phần cơ bản củỦa dịng điện là thành phần làm việc thì biên độ của thành phần này thay đổi theo
góc mở œ của thyristor. Khi thyristor mở hoàn toàn œ = 0 biên độ thành phần cơ bản sẽ lớn nhất, khi œ = m dịng qua
mạch bằng 0. Vì đây là kháng nên khi điều khiển cuộn điều khiển có điện cảm quan hệ giữa điện áp ngồi và dịng,
điện trong mạch có phức tạp hơn nhưng nguyên lý làm việc của Thyristor khơng có gì thay đổi.
Ta có phương trình điện áp
di,

L ‘DK de

+ Roxipx =U, Sin at

(3.55)

Với cuộn điều khiển của kháng chỉ có điện trở dây quấn và điện cảm của cuộn điều khiển thì điện áp đặt lên
cuộn điều khiển lúc này là:
Ug =U; [4

Va

sin 2(@,, +A)—sin 20,
2z

tuOng Ung tai R-L

Nếu phương trình trong một khoảng là u = U„cosot và p là tần số đập mạch p (p=3 trong trường hợp 3 pha A) với
mọi œøy > ọ khi phân tích Furrier điện áp thì ta có:

wt [Un
f costexd( pax) = PUasin’
gin PP
h=s5

(3.61)


Gina

TH

=

sin2kØ —sin2kœ„, _ sin2(k+1)Ø —sin2(k+1)ø„y

ay
2k

Vn

U„
KH;

hoc

[

CÁ
ÁC XẾ
2+1)

[cos2(k+1)ø„ —sin2(k+1)B
TS TT
To co
2(k +1)

Trong đó:

cos2kơ,

362

HỤ,

662)

—cos2k

MUTẾ

2k

683)

B = œøy +A là góc tắt dịng điện.

Để hạn chế tác động của chúng, một trong các biện pháp là người ta dùng các bộ lọc cộng hưởng gồm tụ và
kháng được chỉnh định cho từng sóng hài.
Thanh phần dòng điện chảy trong kháng lần lượt I,, Isx, l¿ khi sử dụng lọc cộng hưởng ứng với góc mở œ=120°

được biểu diễn trên hình 3.16 và 3.17.

t

Hinh 3.17: Dạng sóng của dịng điện chảy trong kháng lần lượt I,, I›x sau khi mắc cuộn lọc cộng hưởng

3.3. XÂY DỰNG HÀM ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CHO KHÁNG BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN KIỂU BIẾN ÁP
3.3.1. Xây dựng hàm điều khiển B cho kháng bù ngang nhằm tối ưu tổn thất công suất trên đường dây
Công suất phản kháng của đường dây truyền tải được biểu diễn theo biểu thức sau:

Qy = Qu —

=|~(zÌ]

(3.73)

Trong đó: Qu - là cơng suất điện trường của đường dây;
Q.- là công suất từ trường của đường dây.
DE thda man Qu = Qu + Q vi Qo = Po.tang = 0 khi đó hàm điều khiển của kháng bù ngang là:

n=L{P3—¬(
m7

+?
Te J

(3.84)

3.3.2. Ứng dụng đểtính tốn công suất của kháng bù trên đường day 500 kV.
3.3.3. Quan hệ của dòng điều khiển kháng điện với phụ tải đường dây.
Ta thấy hàm phụ thuộc của dòng kháng I, theo công suất tác dụng phụ tải là hàm bậc 2. Và nếu phân tích P =
Uicoso thì dịng điện kháng cho một pha là:

1

ñ
2 _ ~Â,Ug1 ? cos” cọs? ø ~Ising+ 1
_ ~4/U, 272TÌcos°p~ cog? F.U,Tsinp+
BẠ,

U,P,

Tụ

G8
f

Gần đúng cho quan hệ œụy theo dòng tải khi cuộn dây điều khiển làm việc ở chế độ ngắn mạch (thành phần cuộn
điều khiển chỉ có R-L , Z„ >> Za) như sau:
À
[ X,aU, a
2y +A)=—Ã_—_Z—~
C0508
+2) = NA snÃ| UazXuoy
Ugh

Unin

|
Uranly

Như vậy, với một giá trị dịng điện tải I và góc lệch pha tải @ ta có được giá trị góc ME ouy tương Ứng.

3.3.4. Ứng dụng tính tốn góc mở œ thyristor cho kháng điều khiển lắp đặt trên phân đoạn Đà Nẵng —
Pleiku

3.4. CAC PHUONG PHAP DIEU KHIEN GOC MO THYRISTOR
3.4.1. Sơ đồ điều khiển bằng IC thuật toán
3.4.2. Sơ đồ điều khiển IC số

Chương 4

THIET KE BO DIEU KHIEN

CHO KHANG BU NGANG KIEU BIEN AP
4.1. XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC CHO HỆ THỐNG DIEU KHIEN
4.1.1. Khối cảm biến đo lường
Gry = =

ï

với

Ky = 7

Gy = ie ¡VỚI

Lộ

(4.1)

_—

với

(4.2)

T,=R,.C,

4.1.2. Khối điều khiển thyristor

Bo

69

TyyS +1

4.1.3. Khối đối tượng là kháng bù ngang kiểu biến áp
Gg

Đối tượng kháng được mơ tả tốn học nhu sau:

-b PL (-R,-sL, +R,+Z,,(s)+sL,) _(L,,C,, —L,C,, +L,,, }s” +(R,C,, —R,C,, )s +1
(L,C,, +1,,C,,)s?+R,C,, +1
(R, +sL, +Z„(s)}
CƠ
“Tr
Tổng dẫn của kháng bù
G,u(s)= U,() HZ,_D„
1(s) C

_(—R,—sL,+R,+Z,„(s)+sL,)
= HT

cố,

(R, +sL, +Z,,(5))

4.2. XAY DUNG MO HiNH DIEU KHIEN CHO KHANG CO DIEU KHIEN KIEU BIEN AP
4.2.1 Tổng hợp hệ thống điều khiển

HỆ thống điều khiển được xây dựng sao cho bù dòng phản kháng của đường dây Io, khi tải bằng 0 thì dịng tải
cảm I„¡ = 0, lúc này dòng điện kháng cân bằng với dòng dung đường dây Q. = Q.... Khi tải định mức thì dòng điện
dung của đường dây cân bằng với dòng tải lúc này dòng điện kháng bằng 0 và luật điều khiển (3.84). Khi đó hệ thống
điều khiển được xây dựng cùng với đường dây như hình 4.10
Te(s)

phí

=

R2

¿

byl

L

at fo

Se

Tog +1

J0) 1 „| Ð djB

Tet

c

†

E

su

hay)

Hình 3.10: Sơ đồ khối tổng hợp của hệ thống điều khiển kháng điện
Ở đây ta chỉ cần quan tâm đến việc bù công suất phản kháng dư của đường đây sao cho công suất phẩn kháng tại
điểm bù của đường dây bằng không. Tức là, chức năng của kháng là hiệu chỉnh dịng điện sao cho góc lệch pha của
điện áp u và dòng điện ¡ ở đầu và cuối đường dây là bằng không.

4.2.2. Thiết kế bộ điều chỉnh PID vòng trong cho dòng điện kháng
Để bù 100% công suất phản kháng dư của đường dây (dịng và áp đồng pha với nhau) khi có sự thay đổi phụ

tải, tín hiệu đặt cho bộ điều khiển là Iuạ, của hệ thống và tín hiệu phản hồi cho bộ điều khiển là dòng điện kháng I„


cần điều khiển để bù. Hai tín hiệu phản hồi dịng và áp tải này ta có thể phân tích thành phần lệch pha của chúng để
tim dòng điện cảm I; sinh ra do phụ tải, từ đó điều khiển dòng I, sao cho bù vừa đủ điện kháng do đường dây gây ra
tức thỏa mãn phương trình sau:

ic= ig + i

(427)

Theo nguyên lý tối ưu modul (xem phụ lục E) thì:
Tia = Ti; Tis = To;

mip =

Tir =2KiTy;

Kp= 2th

T,+T,

2K,

S (= Eas tilts +1)

a

G„@)=—

Tu = T1+To;

KTs+1) — _ K(Ts+1)

Tips

Tysti(Ls+1)

di

2T„s

433)

G,,(s
K(Ts+1(Z,s+1
Z9
—H[Ts+1J(T, s+1)
1+G„(S)G„(S) 2T„s(T„s+1)+ K,[Ts+1)K„

(439

3.2.3. Thiết kế bộ điều chỉnh PID; vịng ngồi

Sau khi thiết kế xong bộ điều chỉnh R:(s) ở trên, ta thiết kế điều chỉnh R¿ (s) với kết quả từ bộ điều chỉnh R:(s) và
sơ đồ hệ thống tương đương như sau:
"Theo nguyên lý tối ưu đối xứng (xem phụ luc E):

Toa = Tx; Ts = aTgy; Tà =ToA‡Tap;
=

KANG

_

Tap

Tan,

T2D=, 22 3.
2A +T,;

với 4>a>1

4.2.4 Ap dụng xây dựng bộ điều chỉnh cho kháng bù ngang kiểu máy biến áp lắp trên phân đoạn Đà Nẵng —
Pleiku

Như đã trình bày mục 3.3, ta đã xây dựng được quan hệ của góc mở thyristor theo dong tải với các tham số đã
có của đường dây và kháng. Chương trình thiết kế bộ điều khiển được xây dựng trên m-file của Matlab (tham khảo ở
phụ lục E). Kết quả sau khi chạy mô phỏng ta có đáp Ứng miền thời gian vịng trong trên hình 4.17, vịng ngồi hình
4.18 kết quả sau khi mô phỏng:

Gia ri toe do kA]

DAC TINH DAP UNG MIEN THO! GIAN VONG TRONG.

08k ----oat -oe ----%

0.05

04

0.16

5z
“Thơi qian tis)

025

03

94

Hinh 4.17: Dap ứng dòng kháng theo miền thời gian sau khi xây dựng bộ điều khiển PID,


Gia ti goe lech pha

DAC TINH DAP UNG MEN THOI GIAN VONG NGOẠI

0

005

0

96

92
Thai gan t6),

0%

0

0%

04

Hình 4.18: Đáp ứng lệch pha theo miền thời gian sau khi xây dựng bộ điều khiển PID2

4.3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ CHO KHÁNG BÙ NGANG
4.3.1. Xây dựng luật điều khiển số

- Gián đoạn hóa các luật điều chỉnh liên tục

Có thể tổng hợp mạch điều chỉnh gián đoạn bằng các phương pháp đã áp dụng cho mạch liên tục đã nêu trên, nếu
như q trình q độ của mạch vịng kín kéo dài hơn vài lần chu kỳ lấy mẫu r > 2T (nếu điều kiện này thỏa mãn thì

quá trình quá đỘ sẽ kết thúc sau 6 đến 10 chu kỹ lấy mẫu).
Khi tổng hợp luật điều chỉnh ta thay phần tử lấy mẫu và tạo tín hiệu nhảy bậc từ tín hiệu liên tục bằng phần từ
liên tục có trễ hoặc bằng phần tử quán tính [5].
e,(s)

(s)

= exp(—sT/2) =

1

Tui

(4.38)

2

Đáp ứng của bộ điều chỉnh liên tục PID lý tưởng là:

u()=

đe(
so tội1ƒJeteae +Tp #0]

(4.39)

Khi điều kiện t > 2T thỏa mãn thì (3.39) có thể thay thành phần tích phân bởi tổng số và thành phần đạo hàm bởi
sai phân khi đó bộ điều khiển số có dạng:

r

.

1

u(k)
= K] e(k)+=P°
e(i-1) +2 [e(k)-e(k -0)]|

(4.40)

4.3.2. Xây dựng bộ điều khiển PID số cho khang bii ngang trén Matlab
Ta có sơ đồ khối của hệ thống điều khiển sau khi chuyển đổi z:

x

ĐH

ng |

XG@

@

&

TẾT mạng

u

o

moo

G
Igul2)

HuGIGa)

Tp@)
Hình 4.21: Sơ đồ biến đổi tương đương hệ thống điều khiển số.

Biến đổi sơ đồ khối của hệ điều khiển hình 4.21:
Ta có:

AyG,G, (2)Fae
H,GG,(2)

fet
A
—Bz+B,

(4.53)
(4.54)

vị
| O


Véia=UTu;

b=1/Tx;c=1/Tx;

_[bK,K,(1-e*")—aK,K,,(1-e*")

A

_ aK Kylie Je

|

BK, Kyle Je

-

®=a)

B=(e" +e")

ị

Bee");

A ma

(=4)or,

Shee aK,K,{1-e Je
B=(@7 +e),

CỐ

TW

—cK,K,{1-e Je

(ca)

|

Be=(e%e*),

- B6 diéu khién PID số:

z
Ky z-1
Gopi (2) =Koy +KyT +

yŒ) = B,y(k—1)— B,y(—2)+ Au(k —1)+ A,u(k—2);

ign (kK) = Bligh (k —Đ)— B¿j„ (k—2)+ Au(k —1)+ Au(k—2);
y„(k)= yŒ);
u(k) =u(k —1)+ Aue,Œ) + Ae(Œ —1)+ A„e(—1);
X(k)=x(k—1)+ Ase()+ Aze(k~—1)+ Ase(k~—1).

(4.55)

(456)

(457)
(4.59)
(4.60)
(4.61)

"Trong đó:
Ao = Kp +KyT/2+Ky/T;
Ay = -Kp+K/T/2-2Kp/T;

Aa = Ky/T;

e(Œ)=x:Œ) - bạn);
(4.62)
@(K) = x () - yu(k).
(4.63)
4.3.3. Mơ phỏng q trình tác động của bộ điều khiển đã thiết kế lên các thông số kháng bù ngang và thông
số trên đường dây truyền tải
TỪ các phƯƠng trình sai phân trên ta tính giá trị đầu ra góc lệch pha của hệ thống điều khiển theo hàm truyền
số. Với các hệ số Kạ, Kụ, Kạn, của bộ điều khiển thứ nhất PID; và Kạ;, Ka,K;p của bộ điều khiển số thứ hai PID,
được xác định bằng thực nghiệm và xây dựng chương trình thực nghiệm trên M-file của Matlab.
DAP UNG THOI GIAN PID DIEU KHIEN KHANG BU NGANG KIEU BIEN AP


10
Hình 4.24: Kết quả chương trình xây dựng bộ điều khiển trên matlab đáp ứng đầu ra và sai lệch giữa tín hiệu đầu ra (phần hồi) so với
tín hiệu đặt đầu vào

Ta sẽ xây dựng chương trình trên M-file sau đó thực hiện online với thiết bị phần cứng của kháng điều khiển
qua card điều khiển trên máy tính. Khi đó, mơ hình đối tượng hay các tham số của bộ điều chỉnh ta có thể thay đổi cho
phù hợp với mong muốn của đáp ứng hệ thống (chương trình tham khảo trong phần phụ lục E) và kết quả sau khi mô

phỏng trên Matlab thể hiện với kháng điều khiển và các tham số của phân đoạn đường dây Đà Nẵng - Pleiku đã xét Ở
chương 3.

Sau khi thiết kế xong bộ điều khiển số ở trên, ta thực hiện mô tả hoạt động của hệ thống trên sơ đồ lắp ráp
bằng thư viện của simulink cho bộ điều khiển vừa xây dựng. Việc xây dựng bộ điều khiển dựa trên các phương trình
tốn học mơ tả đối tượng nên khi lắp ráp vào thực tế thì độ chuẩn xác được đánh giá thơng qua q trình thiết lập mơ

hình tốn học của đối tượng. Sau đây ta xây dựng kháng đối tượng bằng các khối có sẵn trong thư viện Simulink như
máy biến áp (tương đương với kháng), thyristor (van điều khiển), tụ và cuộn cảm (vai trị cuộn lọc sóng hài) phần này

thâm thân trong PhỤlụCD,

(8 ng ta han hang Me be

me

Lond) Loa :
| TEbiboe nghề
| _ stint ce pai
Ls pan og ano
= o¢:cne span hee
Hinh 4.25: So đồ lắp kháng bù ngang có điều khiển một pha trên simulink

Kết quả mô phỏng của hệ thống điều khiển kháng bù ngang có điều khiển tương ứng với các chế độ không,
tải, 50% và tải tự nhiên như sau:

- Biểu đồ thời gian dòng điện và điện áp tại nút lắp đặt kháng tại đầu đường dây truyền tải trước khi thực
hiện bù (góc œ thyristor điều khiển 1809) và sau khi bù 100% công suất phản kháng dư đường dây ở chế độ không tải
xem trên hình 4.26.

Ta)

san ARR NEN TANT

fect

Seve

iu |

conan cee mune

¬

ene

amit

Hinh 4.26: Dang điện, điện áp tại nút lắp đặt kháng và dòng qua kháng bù ngang khi đường dây không tải.
- Khi cơng suất truyền tải của đường dây đạt 100% thì lượng điện kháng trên đường dây khơng cịn nữa nên
lúc này dịng cảm kháng của kháng khơng cần cung cấp cho lưới điện. Biểu đồ thời gian của dòng điện và điện áp tại

nút lắp đặt kháng trên đường dây truyền tải như hình hình 4.30 ở chế độ đường dây truyền tải công suất bằng tự
nhiên.

(Mi

11

(Seuss

maigmb)

Hình 4.30: Dịng điện, điện áp tại nút lắp đặt kháng trên đường dây và dòng qua kháng bù ngang khi đường dây truyền tải công suất tự
nhiên
Chế độ vận hành liên tục thay đổi tải: (để dễ quan sát ta tách chế độ tăng tải với các mức tăng là: 0%, 20%, 50%,
và 100% công suất tự nhiên).

- Trên hình 4.33 biểu diễn giá trị dịng điện, điện áp trên đường dây truyền tải và dòng điện kháng tại nút lắp
đặt kháng.

DONG DIEN, DIEN AP TRUYEN TAI VA DONG KHANG
Ì khang

6

305

ST

a

OF

02

thoi aw (=)

OF

=3

an

ác

ws

Hình 4.33: Biểu điễn dịng điện, điện áp và dòng kháng trên đường đây truyền tải điện khi công suất truyền tải trên đường dây thay đổi
từ 0, 20, 50% và 100% so với tải tự nhiên

Ta thấy dòng điện kháng i, = 0 6 thời điểm đầu 0s — 0.1, lic nay chỉ có dịng điện dung trên đường dây vượt

trước điện áp góc r2, đến thời điểm 0.1s — 0.2s lúc này đưa kháng vào điều khiển, dòng kháng ¡, lúc này cực đại và
sau 2 chu kỳ lưới thì dịng điện truyền tải đồng pha với điện áp. Tương tự thời gian 0.2s — 0.3s, 0.3s — 0.4s, 0.4s —
0.5s công suất truyền tải tăng dần các mức 20%, 50% và 100% công suất truyền tải tự nhiên tương ứng với dòng
kháng i„ giảm dần từ max đến min.

Trường hợp khi đường dây làm việc ở các chế độ giẩm dần công suất truyền tải từ tự nhiên đến không
tải (mô phỏng các mức tải giảm là từ: 100%, 50%, 20%, và 0%)

- Trên hình 4.39 biểu dịng điện, điện áp và dịng kháng khi thực hiện q trình thay đổi cơng suất truyền tải:
DONG DIEN, DIEN AP TRUYEN TAI VÀ DONG KHANG KHI DIEU KHIEN

22688

=

§

100

1

02
thoi gin (3)

Hinh4.39: Biéu dién dong dién I, dp u trên đường dây truyền tải va dong dién khang ix, 0.1s giẩm tải còn 50%, 0.2s giảm tải con 20%,
0.3s giảm cịn 0% (khơng tải)

# Từ những kết quả mô phỏng tương ứng với các trường hợp công suất truyền tải trên đường dây thay đổi từ 0
cho đến công suất tự nhiên cho thấy bộ điều khiển được thiết kế đã đáp ứng được yêu cầu thay đổi mức bù của


12

kháng bù ngang kiểu máy biến áp để bù 100% công suất phản kháng dư của đường dây truyền tải. Việc bù hồn tồn
cơng suất phản kháng dư của đường dây là do kháng bù ngang kiểu biến áp được điều khiển theo hàm (3.84) để loại
bỏ hoàn toàn thành phần dòng phan kháng trên đường dây nhằm tối ưu tổn thất công suất trên đường dây truyền tải
500 kV.


13

KẾT LUẬN
Các kết quả đã đạt được
Với đề tài “nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho Kháng bù ngang có điều khiển kiểu biến áp” luận văn đã
giải quyết được các nội dung cơ bản sau:

- Dựa trên các mơ tả tốn học, biểu diễn quan hệ điện từ giữa tín hiệu điều khiển của các van bán dẫn với các
tham số kháng cũng như quan hệ khi điều khiển Kháng bù ngang kiểu máy biến áp với các thông số trên đường dây
truyền tải. Thiết lập luật điều khiển cho Kháng bù ngang có điểu khiển kiểu biến áp nhằm tối ưu tổn thất công suất
trên đường dây khi công suất tuyển tải trên đường dây thay đổi từ không tải đến công suất tự nhiên.
- Thiết kế bộ điều khiến cho kháng bù ngang kiểu biến áp với tham số bộ điều khiển tương tu va s6, tính tốn

cho kháng nếu lắp đặt trên phân đoạn 500 kV Đà Nẵng - Pleiku với hàm điều khiển tối ưu được xây dựng để bù
100% công suất phản kháng dư trên đường dây truyền tải.
- Xây dựng chương trình mở trên m-file mang lại nhiều ưu điểm hơn trong việc lựa chọn các tham số của bộ
điều khiển và với một giá trị KP, KI, KD của bộ điều khiển PID khi chọn, cho ta một đáp Ứng trên miền thời gian
khác nhau khi đó việc tối ưu hóa các hệ số này sẽ được quan sát một cách trực tiếp (nội dung của chương trình xem 6
phụ lục F) để lựa chọn bộ điều chỉnh tốt nhất.
~ Mô phỏng trên Matlab — Simulink khẳng định hiệu quả tác động nhanh và tính chính xác của bộ điều khiển đã
thiết kế để điều chỉnh tự động bù công suất phản kháng dư trên phân đoạn đường dây truyền tải điện 500 kV Đà
Nẵng-Pleiku. Với kết cấu gần đúng của kháng đã được xây dung trong Simulink (phụ lục D) cũng cho phép bổ sung
thêm vào thư viện Matlab một mơ phỏng thiết bị mới.

Hạn chế cịn tồn tại
Do kiến thức chun mơn cũng như thời gian cịn nhiều hạn chế nên luận văn chỉ dừng lại ở mức độ mô
phỏng trén Matlab — Simulink.

- Chi dua ra 2 phương pháp xây dựng bộ điều khiển cho một đối tượng với các thông số của đối tượng giả
định nên kết quả chưa thật đầy đủ và chính xác.
- Chưa xây dựng cũng như mô phỏng được hiệu quả bù công suất phản kháng của kháng bù ngang kiểu máy
biến áp khi hàm điều khiển đáp ứng theo các tiêu chí kinh tế-kỹ thuật truyền tải khác nhau (như đáp ứng tối ưu tổn

thất công suất kết hợp đáp ứng ổn định điện áp...).

Hướng mở rộng đề tài
- Nghiên cứu thiết kế và xây dựng các bộ điều khiển theo các phương pháp khác như sử dụng khâu quan sát,
Euzzy — Neural có xét đếm các tham số phi tuyến...
- Nghiên cứu mở rộng phạm vi điều chỉnh hệ số bù của kháng bù ngang kiểu máy biến áp với 8 từ -1 đến +1
từ chế độ đường dây không tải đến truyền tải công suất trên công suất tự nhiên và tiến hành mơ hình hóa trên thiết bị
thực với các tham số được xây dựng trên lý thuyết và tiến hành hiệu chỉnh online trên thiết bị.