ứng dụng svc cho việc cải thiện chất lượng điện áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG

ỨNG DỤNG SVC CHO VIỆC CẢI THIỆN
CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP

NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250

S KC 0 0 4 0 7 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG

ỨNG DỤNG SVC CHO VIỆC CẢI THIỆN
CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP

NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN- 605250
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG

ỨNG DỤNG SVC CHO VIỆC CẢI THIỆN
CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP

NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250
Hướng dẫn khoa học:
PGS. TS. PHAN THỊ THANH BÌNH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Nguyễn Đức Cường

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 10/10/1983

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Quê quán: Quảng Ngãi

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 8/19A Nguyễn Thiện Thuật, Phường 24, Quận Bình
Thạnh, Tp HCM.
Điện thoại cơ quan: 083.8418054

Điện thoại nhà riêng: 0909.639247

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1.Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ: 09/1998 đến 09/2001.

Nơi học ( Trường, Thành phố): Trường Công Nhân Cơ Giới II- Quảng Ngãi.
Ngành học: Điện Dân Dụng và Xí nghiệp.
2.Đại học:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo: Từ 2005 đến 2009

Chính quy

Nơi học ( Trường, Thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh

Ngành học: Điện Khí Hóa và Cung cấp Điện.
Môn thi tốt nghiệp: Thiết kế Hệ thống điện, Quản Lý Dự Án, Điều khiển lập trình
nâng cao.
3. Cao học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 02/2011 đến 02/2013

Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh

i


III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Công Ty Cổ Phần Kinh
Từ 2009 đến 2011

Doanh và Đầu tư Bình

Thiết kế Điện- Điện nhẹ

Dương Becamex ITC
Từ 2011 đến 2013

Học cao học tại Trường
Đại Học Sư Phạm Kỹ

Học viên

Thuật Tp. Hồ Chí Minh
Từ 2011 đến 2013

Công ty Tư Vấn Dự Án
SEAS

i

Thiết kế Điện


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 9 năm 2013
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

ii


Lời cảm ơn
Trải qua thời gian học tập và nghiên cứu tại trường, nay
tôi đã hoàn thành Đề Tài Tốt Nghiệp Cao Học của mình. Để có

được thành quả này, tôi đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ và
giúp đỡ tận tình từ thầy cô, gia đình, đơn vị chủ quản và bạn bè.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Cô PGS.TS.
Phan Thị Thanh Bình, người đã tận tình trực tiếp hướng dẫn
tôi thực hiện hoàn thành Luận Văn này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Lãnh đạo
Công ty Tư Vấn Dự Án SEAS đã tạo điều kiện thuận tiện cho
tôi về mặt thời gian để hoàn thành khóa học.
Xin chân thành cảm ơn đến tất cả quí Thầy Cô trường
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh đã dạy
tôi một lượng kiến thức rất bổ ích, Đặc biệt là các Thầy Cô
Khoa Điện – Điện Tử đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho
tôi rất nhiều trong quá trình học tập cũng như trong thời gian
làm Luận Văn này.
Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến đồng nghiệp,
gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và đã tạo cho tôi niềm tin, tình cảm
để tôi hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn !
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2013
Học viên
Nguyễn Đức Cường

iii


TÓM TẮT
Ổn định điện áp là một vấn đề đã và đang được nghiên cứu nhiều ở các nước
phát triển trên thế giới, nhất là trong cơ chế thị trường điện do tác hại của hiện
tượng mất ổn định điện áp là rất lớn, có thể đưa hệ thống điện đến tình trạng sụp
đổ điện áp từng phần hoặc hoàn toàn.

Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống
nằm trong một phạm vi cho phép ở điều kiện vận hành bình thường hoặc sau các
kích động. Hệ thống sẽ đi vào trạng thái không ổn định khi xuất hiện các kích động
như tăng tải đột ngột hay thay đổi các điều kiện vận hành trong hệ thống. Các thay
đổi đó có thể làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nhất là có thể rơi vào
tình trạng không thể điều khiển điện áp, gây ra sụp đổ điện áp.
Việc tính toán tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối ưu sẽ giúp cải thiện độ
lệch điện áp tại các nút, giảm thiểu tổn thất công suất trong mạng điện. Nhằm nâng
cao độ tin cậy và khả năng cung cấp điện.
Luận văn bước đầu tìm hiểu về bù công suất phản kháng, nghiên cứu các
thiết bị FACTS, đặc biệt là thiết bị bù tĩnh có điều khiển SVC, Đi sâu nghiên cứu
SVC bằng cách mô phỏng và mô hình hóa sử dụng phần mềm Matlab Simulink.
Đồng thời sử dụng thuật toán Bầy đàn PSO để mô phỏng tìm vị trí đặt và dung
lượng SVC tối ưu trong một số mạng điện cụ thể, với hàm đơn mục tiêu (giảm
thiểu độ lệch điện áp tại các nút) và hàm đa mục tiêu (giảm thiểu tổn thất công
suất, độ lệch điện áp và chi phí). So sánh kết quả đạt được với kết quả tìm được
theo thuật toán Di truyền [27].
Luận văn đã xây dựng được thuật toán PSO và đánh giá được lợi ích khi đặt
thiết bị bù tĩnh có điều khiển SVC lên lưới điện 13 nút, IEEE 14 nút, IEEE 30 nút
và sau đó đề xuất áp dụng trên lưới điện phân phối thực tế Việt Nam.

iv


MỤC LỤC
Trang
Quyết định giao đề tài
Xác nhận của cán bộ hướng dẫn .............................................................................. i
Lý lịch khoa học ...................................................................................................... ii
Lời cảm ơn ............................................................................................................. iii

Tóm tắt ................................................................................................................... iv
Mục lục .....................................................................................................................v
Danh sách các chữ viết tắt ...................................................................................... vi
Danh sách các hình................................................................................................ vii
Danh sách các bảng .............................................................................................. viii
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề

1
1

1.1.1. Lý do chọn đề tài và nhiệm vụ nghiên cứu

2

1.1.2. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài

4

1.1.3. Phương pháp nghiên cứu

4

1.1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Luận văn

5

1.2. Bố cục Luận văn

5
CHƯƠNG 2.

THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1 Hệ thống điện hợp nhất và đặc điểm của bù công suất phản kháng

6
6

2.3.1 Đặc điểm

6

2.3.2 Các biện pháp áp dụng trong công nghệ truyền tải điện

7

2.3.3 Bù công suất phản kháng

7

2.1.3.1. Bù dọc

9

2.1.3.2 Bù ngang

11

v

2.1.3.3 Nhận xét

12

2.2 Giới thiệu và phân loại các thiết bị FACTS

13

2.4 Một số thiết bị FACTS

16

2.4.1. SVC (Static Var Compensator)

16

2.4.2. STATCOM (Static Synchronous Compensator)

17

2.4.3. TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor)

18

2.4.4. SSSC (Static Synchronous Series Compensator)

19

2.4.5. DFC (Dynamic Flow Controller)

20

2.4.6. IPFC (Interline Power Flow Controller)

21

2.4.7. UPFC- (Unified power flow controller)

22

2.4.8. TCPAR- (Thyristor controlled phase angle regulator)

25

2.4.9. Nhận xét

26

2.4.10. Kết luận

28
CHƯƠNG 3

TÌM HIỂU CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SVC

29

VÀ MÔ HÌNH HÓA- MÔ PHỎNG SVC TRONG MATLAB, KẾT

HỢP PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH VÀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
3.1. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor SVC (Static Var

29

Compensator)
3.1.1. Cấu tạo và nguyên lý của SVC

29

3.1.2. Một số ứng dụng của SVC

39

3.1.3. Các đặc tính của SVC

39

3.1.3.1. Đặc tính điều chỉnh của SVC

39

3.1.3.2. Đặc tính làm việc của SVC

41

3.1.3.3. Điều chỉnh điện áp của SVC

42

3.2. Mô hình hóa và mô phỏng SVC đơn giản

44

3.2.1. Mô hình SVC đơn giản

44

v


3.2.2. Mô hình hóa và mô phỏng các thành phần của SVC

47

3.2.2.1. Mô hình TCR

47

3.2.2.2. Mô hình TSC

49

3.2.3. Mô hình SVC kiểu Phasor

51

3.2.4. Mô hình chi tiết của SVC

55

3.3. Tổng quan Ổn định điện áp trong hệ thống điện

60

3.3.1. Những nguyên nhân làm mất ổn định điện áp

61

3.3.2. Phân loại ổn định điện áp

61

3.4. Phân tích ổn định điện áp

61

4.1.1. Đường cong P-V và phân tích ổn định điện áp

61

4.1.2. Đường cong Q-V và phân tích ổn định điện áp.

62

CHƯƠNG 4
TÌM VỊ TRÍ ĐẶT SVC TỐI ƯU SỬ DỤNG THUẬT TOÁN BẦY ĐÀN

63

NHẰM CẢI THIỆN ĐỘ LỆCH ĐIỆN ÁP
4.2. Hàm mục tiêu

63

4.3. Các ràng buộc

63

4.3.1. Phương trình cân bằng công suất

63

4.3.2. Giới hạn công suất truyền tải

64

4.3.3. Giới hạn điện áp

64

4.3.4. Giới hạn công suất tải

64

4.3.5. Giá trị của thiết bị SVC

65

4.4. Thiết bị SVC

65

4.5. Mô hình toán học của SVC

65

4.6. Tối ưu bầy đàn (Particle Swarm Optimization)

66

4.6.1. Biểu thức cơ bản của thuật toán PSO

67

4.6.2. Giải thuật PSO nguyên thủy

70

4.7. Giải thuật Bầy đàn cho bài toán tìm điểm đặt tối ưu SVC trên mạng
điện IEEE 14 nút

v

70


4.7.1. Xác định chiều

70

4.7.2. Hàm fitness

71

4.7.3. Giải thuật áp dụng cho bài toán

71

4.7.4. Bài toán áp dụng với một mục tiêu (giảm thiểu độ lệch điện áp tại

71

các nút) áp dụng với mạng điện IEEE 14 nút.
4.7.5. Bài toán áp dụng với một mục tiêu (Cải thiện độ lệch điện áp) áp

76

dụng với mạng điện IEEE 30 nút.
CHƯƠNG 5
TÌM VỊ TRÍ ĐẶT VÀ DUNG LƯỢNG SVC TỐI ƯU SỬ DỤNG

84

THUẬT TOÁN BẦY ĐÀN VỚI HÀM ĐA MỤC TIÊU
5.1. Hàm mục tiêu

84

5.1.1. Tổn thất công suất

84

5.1.2. Chỉ số độ lệch điện áp

84

5.1.3. Chi phí đầu tư SVC

85

5.1.4. Các ràng buộc khác

85

5.1.4.1. Phương trình cân bằng công suất

85

5.1.4.2. Giới hạn công suất truyền tải

86

5.1.4.3. Giới hạn điện áp

86

5.1.4.4. Giá trị của thiết bị SVC

86

5.1.5. Thiết bị SVC

86

5.1.6. Mô hình toán học của SVC

86

5.2. Giải thuật PSO nguyên thủy

87

5.3. Giải thuật Bầy đàn cho bài toán tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối

88

ưu
5.3.1. Xác định chiều

88

5.3.2. Hàm fitness

88

5.3.3. Giải thuật áp dụng cho bài toán

89

v


5.4. Bài toán sử dụng thuật toán PSO áp dụng ở mạng điện 13 nút với hàm

90

đa mục tiêu và so sánh với kết quả bài báo thực hiện theo phương pháp
Di truyền GA
5.5. Bài toán sử dụng thuật toán PSO áp dụng ở mạng điện IEEE 30 nút với

95

hàm đa mục tiêu
CHƯƠNG 6
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

101

6.1. Kết luận

101

6.2. Những hạn chế và đề xuất hướng phát triển của đề tài

101

6.2.1. Những hạn chế

101

6.2.2. Những đề xuất hướng phát triển của đề tài

102

v


CÁC CHỮ VIẾT TẮT
 SVC: Static Var Compensator
 TCR: Thyristor Controlled Reactor
 TSR: Thyristor Switched Reactor
 TSC: Thyristor Switched Capacitor
 STATCOM: Static Synchronous Compensator
 TCSC: Thyristor Controlled Series Capacitor
 SSSC: Static Synchronous Series Compensator
 DFC : Dynamic Flow Contronller
 IPFC: Interline Power Flow Controller
 UPFC: Unified power flow controller
 TCPAR:Thyristor controlled phase angle regulator
 BCT: Bi-Directional Control Thyristors-BCT
 PSO: Particle Swarm Optimization
 GA: Genetic Algorithm

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình

Trang

Hình 2.1: Hiệu quả của bù dọc trên đường dây cao áp

10

Hình 2.2: Tổng quan về thiết bị FACTS

14

Hình 2.3: Một vài ứng dụng thiết bị FACTS trong hệ thống điện

16

Hình 2.4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC

17

Hình 2.5: Cấu hình của 1 STATCOM

18

Hình 2.6: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC

19

Hình 2.7: Cấu hình của 1 SSSC

19

Hình 2.8: Cấu hình nguyên tắc của DFC

20

Hình 2.9: Cấu hình nguyên tắc của 1 IPFC

22

Hình 2.10: Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất (UPFC)

23

Hình 2.11: Cấu tạo và nguyên lý của TCPAR

24

Hình 2.12: Tác động điều khiển của một số thiết bị bù tĩnh trong hệ thống

26

điện.
Hình 2.13: Mô hình một số thiết bị bù tĩnh trong hệ thống điện.

27

Hình 3.1: Cấu tạo SVC

29

Hình 3.2: Nguyên lý của bộ Thyristor mắc song song ngược

30

Hình 3.3: Đồ thị dòng điện tải

31

Hình 3.4. Hình ảnhVan Thiristor điều khiển 2 chiều ( Bi-Directional Control

33

Thyristors-BCT)
Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động của TCR

34

Hình 3.6: Hình ảnh các bộ tụ TSC

35

Hình 3.7. Hình ảnh Van TSC và thiết bị giải nhiệt

36

Hình 3.8: Nguyên lý hoạt động của TSC

36

Hình 3.9: Hệ thống điều khiển cơ bản của SVC

37

Hình 3.10: Biểu đồ hoạt động của SVC

37

Hình 3.11: Mô hình SVC được lắp đặt thực tế

38

vii


Hình 3.12: Đặc tính V-I của SVC

40

Hình 3.13: Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp

41

Hình 3.14: Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC

42

Hình 3.15: Sự thay đổi điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC

43

Hình 3.16: Mô hình SVC đơn giản

44

Hình 3.17: Kết quả mô phỏng dạng sóng tín hiệu SVC

46

Hình 3.18: Mô hình nhánh TCR

48

Hình 3.19: Kết quả mô phỏng dạng sóng tín hiệu TCR

48

Hình 3.20: Mô hình nhánh TSC

49

Hình 3.21: Kết quả mô phỏng dạng sóng tín hiệu TSC

50

Hình 3.22: Dạng sóng UC0 với giá trị điện áp ban đầu đi qua tụ C:

51

UC0 = -0.3141V
Hình 3.23: Mô hình mô phỏng biểu đồ pha của SVC

51

Hình 3.24: Mô hình của bộ xử lý tín hiệu

52

Hình 3.25: Mô hình mô phỏng biểu đồpha của SVC

53

Hình 3.26: Dạng sóng khảo sát ngắn mạch khi thay đổi giá trị B

54

Hình 3.27: Mô hình của SVC 300Mvar trên hệ thống 735kV

55

Hình 3.28: Mô hình của bộ điều khiển SVC

56

Hình 3.29: Dạng sóng trạng thái ổn định và đáp ứng động SVC

58

Hình 3.30: Dạng sóng trạng thái ổn định dòng và đáp trên TCR AB

59

Hình 3.31: Kết quả dòng và áp từ Misfiring trên TSC1

60

Hình 3.32: Đặc tuyến P-V cơ bản

61

Hình 3.33: Dạng đường cong Q-V điển hình

62

Hình 4.1: Mô hình nguồn bơm công suất phản kháng SVC

65

Hình 4.2: Bầy đàn trong tự nhiên

67

Hình 4.3: Nguyên lý thay đổi vị trí của thuật toán PSO trong không gian 2-

69

chiều
Hình 4.4. Sơ đồ mạng điện IEEE 14 nút

72

Hình 4.5. Dạng sóng điện áp trường hợp 100% tải, lắp đặt SVC tại nút 14, với

75

vii


dung lượng 16MVar
Hình 4.6. Dạng sóng điện áp trường hợp 50% tải, lắp SVC tại nút 14, với

75

dung lượng -4MVar
Hình 4.7: Sơ đồ mạng điện IEEE 30 nút

77

Hình 4.8: Dạng sóng điện áp trường hợp 100% tải, lắp đặt SVC tại nút 16, với

81

dung lượng -40MVar
Hình 4.9: Dạng sóng điện áp trường hợp 50% tải, lắp đặt SVC tại nút 16, với

82

dung lượng -62MVar
Hình 5.1: Sơ đồ mạng điện 13 nút

90

Hình 5.2: Dạng sóng điện áp khi lắp và chưa lắp SVC mạng điện 13 nút

94

Hình 5.3: Dạng sóng điện áp ở phương pháp PSO và GA mạng điện 13 nút

95

Hình 5.4: Sơ đồ mạng điện IEEE 30 nút

96

Hình 5.5. Dạng sóng điện áp khi gắn và chưa gắn SVC ở nút 13 ở mạng điện

99

IEEE 30 nút
Hình 5.6. Dạng sóng điện áp khi gắn và chưa gắn SVC ở nút 15 mạng điện
IEEE 30 nút

vii

100


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

Trang

Bảng 2.1: so sánh các chức năng của từng thiết bị bù có điều khiển bằng

27

thyristor
Bảng 3.1: Giữ thông số điện dung tụ điện cố định, thay đổi điện kháng của

46

SVC: U= 66kV
Bảng 3.2: Giữ thông số bộ điện kháng cố định, thay đổi điện dung tụ của

47

SVC:U= 66kV
Bảng 4.1. Thông số của PSO áp dụng cho bài toán IEEE 14 nút

72

Bảng 4.2: Bảng thông số công suất (100%), điện áp mạng điện IEEE 14 nút

73

Bảng 4.3: Bảng thông số đường dây mạng điện IEEE 14 nút

73

Bảng 4.4: Bảng thông số công suất (50%), điện áp mạng điện IEEE 14 nút

74

Bảng 4.5: Bảng kết quả tính toán tìm vị trí và công suất SVC trong mạng điện 74
IEEE 14 nút.
Bảng 4.6. Thông số của PSO áp dụng cho bài toán IEEE 30 nút

76

Bảng 4.7: Bảng thông số công suất (100%), điện áp mạng điện IEEE 30 nút

78

Bảng 4.8: Bảng thông số đường dây mạng điện IEEE 30 nút

79

Bảng 4.9: Bảng thông số công suất (50%), điện áp mạng điện IEEE 30 nút

80

Bảng 4.10: Bảng kết quả tính toán tìm vị trí và công suất SVC trong mạng

81

điện IEEE 14 nút, trường hợp 100% tải.
Bảng 4.11: Bảng kết quả tính toán tìm vị trí và công suất SVC trong mạng

82

điện IEEE 14 nút, trường hợp 50% tải.

Bảng 5.1. Thông số của PSO áp dụng ở mạng điện 13 nút

90

Bảng 5.2: Bảng thông số đường dây mạng điện 13 nút

91

Bảng 5.3: Bảng thông số đường dây mạng điện 13 nút- chuyển sang đơn vị

92

tương đối (pu)
Bảng 5.4: Bảng thông công suất, điện áp mạng 13 nút

93

Bảng 5.5: Kết quả so sánh tổn thất công suất, độ lệch điện áp và chi phí vận

94

viii


hành khi lắp và không lắp SVC ở mạng điện 13 nút
Bảng 5.6: Bảng so sánh kết quả tổn thất công suất, độ lệch điện áp và chi phí

95

giữa PSO và GA

Bảng 5.7. Thông số của PSO áp dụng ở mạng điện IEEE 30 nút

96

Bảng 5.8: Bảng thông công suất, điện áp mạng điện IEEE 30 nút

97

Bảng 5.9: Bảng thông công suất, điện áp mạng điện IEEE 30 nút

98

Bảng 5.10: Kết quả so sánh tổn thất công suất, độ lệch điện áp và chi phí vận

99

hành khi lắp và không lắp SVC ở mạng điện IEEE 30 nút

viii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1.

Đặt vấn đề
Điện năng là dạng năng lượng được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất trên

thế giới do nó có ưu điểm rất quan trọng là dễ dàng chuyển đổi sang dạng năng
lượng khác. Hơn nữa, điện năng còn là dạng năng lượng dễ dàng trong sản xuất, vận
chuyển và sử dụng. Hệ thống điện của mỗi quốc gia ngày càng phát triển để đáp
ứng sự phát triển lớn mạnh của nền kinh tế xã hội. Cùng với xu thế toàn cầu hoá của
nền kinh tế, Hệ thống điện đã và đang hình thành các mối liên kết giữa các khu vực
trong mỗi quốc gia, giữa các quốc gia trong khu vực tạo nên hệ thống điện hợp nhất
có quy mô rất lớn.
Ngày nay, Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghệ
chế tạo các linh kiện điện tử công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ
thống điện, nên các thiết bị bù dùng thyristor hay triắc sử dụng rất nhiều trong hệ
thống điện, được nghiên cứu và ứng dụng ở một số nước có trình độ công nghệ tiên
tiến trên thế giới, các thiết bị bù dọc và bù ngang điều chỉnh nhanh bằng thyristor
hay triắc đã được ứng dụng và mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao ổn định
chất lượng điện áp của hệ thống điện. Các thiết bị thường dùng là: thiết bị bù tĩnh có
điều khiển thyristor (SVC), thiết bị bù dọc có điều khiển (TCSC). Các thiết bị này
cho phép chúng ta vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt, hiệu quả cả trong chế
độ bình thường hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh nhanh công suất phản kháng và
các thông số khác (trở kháng, góc pha) của chúng.
Việc nghiên cứu thiết bị bù ngang có khả năng điều chỉnh nhanh bằng
thyristor hay triắc đối với việc nâng cao ổn định và chất lượng điện áp trong hệ
thống điện là nhiệm vụ rất cần thiết. Nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp
dụng các phương pháp điều khiển linh hoạt hoạt động của hệ thống điện.
Bản luận văn sẽ đưa ra những đánh giá bước đầu hiệu quả của SVC ứng
dụng để cải thiện chất lượng điện áp trong hệ thống điện. Bản luận văn trình bày
ứng dụng phần mềm Matlab mô phỏng vào việc thiết kế, phân tích hệ thống điều
khiển bù công suất phản kháng SVC. Tuy nhiên, còn giới hạn về nhiều mặt nên bản
HVTH: NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG

MSHV: 11025250004

Page 1


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH

thuyết minh không tránh khỏi những thiếu sót, nên rất mong các Thầy, Cô góp ý để
nội dung của đề tài được hoàn thiện hơn.
1.1.1. Lý do chọn đề tài và nhiệm vụ nghiên cứu
Trong chế độ vận hành bình thường của Hệ thống điện ( Vận hành ở trạng
thái ổn định) việc sản xuất công suất tác dụng phải đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ
của tải (kể cả các tổn thất công suất), nếu không thì tần số hệ thống sẽ bị thay đổi.
Công suất phản kháng cũng vậy, có một sự gắn bó chặt chẽ giữa điều kiện cân
bằng công suất phản kháng với điện áp các nút hệ thống. Công suất phản
kháng ở một khu vực nào đó quá thừa thì ở đó sẽ có hiện tượng quá áp (điện áp quá
cao), ngược lại, nếu thiếu Công suất phản kháng thì sẽ bị sụt áp. Nói khác đi, cũng
như đối với công suất tác dụng, Công suất phản kháng luôn phải được điều chỉnh để
giữ cân bằng. Việc điều chỉnh Công suất phản kháng cũng là yêu cầu cần thiết
nhằm giảm nhỏ tổn thất điện năng và đảm bảo ổn định hệ thống.
Tuy nhiên có sự khác nhau cơ bản giữa điều chỉnh Công suất tác dụng và
điều chỉnh Công suất phản kháng . Tần số hệ thống sẽ được đảm bảo bằng việc điều
chỉnh Công suất tác dụng ở bất kỳ máy phát điện nào (Miễn sao giữ được cân
bằng giữa tổng công suất phát và công suất tiêu thụ). Trong khi đó, điện áp
các nút hệ thống không bằng nhau, chúng phụ thuộc điều kiện cân bằng Công suất
phản kháng theo từng khu vực. Như vậy nguồn Công suất phản kháng cần được lắp
đặt phân bố và điều chỉnh theo từng khu vực. Điều này giải thích vì sao, ngoài các
máy phát điện cần phải có một số lượng lớn các thiết bị sản xuất và tiêu thụ công

suất phản kháng: Máy bù đồng bộ, tụ điện, kháng điện... Chúng được lắp đặt và
điều chỉnh ở nhiều vị trí trong lưới truyền tải và phân phối điện (gọi là các thiết bị
bù Công suất phản kháng).
Trước đây, Việc điều chỉnh Công suất phản kháng của các thiết bị bù thường
được thực hiện đơn giản: Thay đổi từng nấc (nhờ đóng cắt bằng máy cắt cơ
khí) hoặc thay đổi kích từ (trong máy bù đồng bộ). Chúng chỉ cho phép điều
chỉnh thô hoặc theo tốc độ chậm. Kỹ thuật thyristor công suất lớn đó mở ra những
khả năng mới, Trong đó việc ra đời và ứng dụng các thiết bị bù tĩnh điều chỉnh
nhanh, có công suất lớn - SVC (Static Var Compensator), TCSC (Thyristor
Controled Serie Capacitor) đã giải quyết được những yêu cầu mà các thiết bị bù cổ
HVTH: NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG
MSHV: 11025250004

Page 2


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH

điển chưa đáp ứng được, như tự động điều chỉnh điện áp các nút, giảm dao động
công suất nâng cao ổn định hệ thống điện.
Việc ứng dụng các thiết bị bù Công suất phản kháng chất lượng cao điều
khiển bằng thyristor đã trở thành một nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao tính ổn định
và hiệu quả sử dụng của hệ thống cung cấp điện nói chung cũng như đối với các
phụ tải có công suất phản kháng thay đổi nhanh như lò nung hồ quang điện.
Ổn định điện áp là một vấn đề đã và đang được nghiên cứu nhiều ở các nước
phát triển trên thế giới, nhất là trong cơ chế thị trường điện do tác hại của hiện
tượng mất ổn định điện áp là rất lớn, có thể đưa hệ thống điện đến tình trạng sụp đổ
điện áp từng phần hoặc hoàn toàn.

Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống nằm
trong một phạm vi cho phép ở điều kiện vận hành bình thường hoặc sau các kích
động. Hệ thống sẽ đi vào trạng thái không ổn định khi xuất hiện các kích động như
tăng tải đột ngột hay thay đổi các điều kiện vận hành trong hệ thống. Các thay đổi
đó có thể làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nhất là có thể rơi vào tình
trạng không thể điều khiển điện áp, gây ra sụp đổ điện áp.
Mất ổn định điện áp hay sụp đổ điện áp là sự cố nghiêm trọng trong vận hành
hệ thống điện, làm mất điện trên một vùng hay trên cả diện rộng, gây thiệt hại rất
lớn về kinh tế, chính trị, xã hội.Trên thế giới đã ghi nhận được nhiều sự cố mất điện
lớn do sụp đổ điện áp gây ra như tại Ý ngày 28/9/2003, Nam Thụy Điển và Đông
Đan Mạch ngày 23/9/2003, phía Nam Luân Đôn ngày 28/8/2003, Phần Lan ngày
23/8/2003, Mỹ-Canada ngày 14/8/2003... Ổn định điện áp đã được quan tâm,
nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới. Ở Việt Nam cũng đã xảy ra nhiều lần sự cố
mất điện trên diện rộng, chẳng hạn như vào các ngày 17/5/2005, 27/12/2006,
20/7/2007 và 04/9/2007. Do điện là yếu tố then chốt của sản xuất, nhiều nước trên
thế giới không còn tính toán thiệt hại do mất điện theo đơn vị giờ mà là đơn vị phút.
Vì vậy, việc phân tích ổn định điện áp ở Việt Nam cần được nghiên cứu nhiều hơn
nữa và có những biện pháp để ngăn ngừa sụp đổ điện áp.

HVTH: NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG
MSHV: 11025250004

Page 3


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH

Với ý nghĩa trên, mục đích của đề tài Luận Văn được xác định là:

Đánh giá tác động của SVC khi được lắp đặt vào mạng điện với mục tiêu cải
thiện độ lệch điện áp và giảm thiểu tổn thất công suất sử dụng thuật toán Bầy đàn
(PSO). Phân tích kết quả đạt được từ đó đưa ra kết luận và kiến nghị.
1.1.2. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài
- Nhiệm vụ đề tài:
 Nghiên cứu tìm hiểu về bù công suất phản kháng, các thiết bị FACTS,
đặc biệt là thiết bị bù tĩnh có điều khiển SVC, Mô hình hóa và mô phỏng
nguyên lý hoạt động của SVC trong Matlab Simulink.
 Sử dụng thuật toán Bầy đàn PSO với hàm đơn mục tiêu để tìm điểm đặt
và dung lượng SVC tối ưu nhằm giảm thiểu độ lệch điện áp trong hệ
thống điện 14 nút và 30 nút.
 Nâng cao tìm hiểu sử dụng thuật toán Bầy đàn PSO với hàm đa mục tiêu,
tìm điểm đặt và dung lượng SVC tối ưu nhằm giảm thiểu độ lệch điện áp
trong hệ thống điện 13 nút và 30 nút.
- Giới hạn đề tài:
 Phạm vi nghiên cứu của Luận văn tập trung xoay quanh vấn đề: “Ứng
dụng SVC để cải thiện chất lượng điện áp”. Mà cụ thể là giảm thiểu độ
lệch điện áp tại các nút trong hệ thống điện.
1.1.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu trên sử dụng phối hợp các nhóm phương
pháp nghiên cứu:
-

Nhóm phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo các Tư liệu kỹ
thuật để phân tích, tổng hợp những vấn đề có liên quan tới Đề tài.

-

Nhóm phương pháp nghiên cứu bằng phần mềm: Mô phỏng và mô hình
hóa trên phần mềm Matlab để tìm hiểu chức năng của SVC. Đồng thời

tính toán một số mạng điện mẫu để phân tích lợi ích đặt thiết bị bù tĩnh
SVC trong hệ thống điện.

-

So sánh kết quả tìm được từ thuật toán Bầy đàn PSO và thuật toán Di
truyền GA qua kết quả bài báo áp dụng ở mạng điện 13 nút [27].

HVTH: NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG
MSHV: 11025250004

Page 4


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH

1.1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận văn
Các kết quả nghiên cứu của luận văn nhằm tìm hiểu sâu về công nghệ FACTS,
Đặc biệt chú ý là thiết bị bù tĩnh SVC ứng dụng qua các mạng điện cụ thể, tìm hiểu
các lợi ích thu được khi lắp đặt thiết bị này lên lưới điện. Đi sâu nghiên cứu bù công
suất phản kháng sử dụng SVC để cải thiện độ lệch điện áp và tổn thất công suất
trong hệ thống điện.
Góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến bài toán ứng dụng SVC để cải
thiện chất lượng điện năng.
Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu bù công suất phản kháng sử
dụng SVC trong vận hành hệ thống điện.
1.2.

Bố cục của Luận văn

Luận Văn được thực hiện bao gồm các chương sau:
 Chương 1. Tổng quan
 Chương 2. Thiết bị điều khiển công suất trong hệ thống điện
 Chương 3. Cấu tạo- Nguyên lý hoạt động của SVC và Mô hình hóaMô phỏng SVC trong Matlab Simulink, kết hợp phân tích đặc tính điều
chỉnh và ổn định điện áp trong hệ thống điện
 Chương 4. Tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối ưu sử dụng thuật toán
PSO nhằm cải thiện độ lệch điện áp
 Chương 5. Tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối ưu sử dụng thuật toán
PSO với hàm đa mục tiêu.
 Chương 6. Kết Luận và hướng phát triển của Đề tài
 Phụ lục và tài liệu tham khảo

HVTH: NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG
MSHV: 11025250004

Page 5


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH

CHƢƠNG II

THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN
2.1. Hệ thống điện hợp nhất và đặc điểm của bù công suất phản kháng
2.1.1. Đặc điểm

Hiện nay, xu hƣớng hợp nhất các hệ thống điện nhỏ thành hệ thống điện hợp
nhất bằng các đƣờng dây siêu cao áp đang đƣợc phát triển tại nhiều quốc gia, khu
vực trên khắp thế giới. Đây là xu hƣớng phát triển tất yếu của các hệ thống điện
hiện đại nhằm nâng cao tính kinh tế - kỹ thuật trong sản xuất, vận hành các hệ thống
điện thành viên, Cụ thể:
-

Giảm lƣợng công suất dự trữ trong toàn hệ thống do hệ thống lớn nhờ khả năng
huy động công suất từ nhiều nguồn phát.

-

Giảm dự phòng chung của hệ thống điện liên kết, qua đó giảm đƣợc chi phí đầu
tƣ vào các công trình nguồn, Đây là một gánh nặng lớn trong việc phát triển hệ
thống điện .

-

Tăng tính kinh tế chung của cả hệ thống lớn do tận dụng đƣợc các nguồn phát có
giá thành sản xuất điện năng thấp nhƣ thuỷ điện, các nguồn nhiệt điện có giá
thành rẻ nhƣ tuabin khí, điện nguyên tử...

-

Tăng hiệu quả vận hành hệ thống điện do có khả năng huy động sản xuất điện từ
các nguồn điện kinh tế và giảm công suất đỉnh chung của toàn hệ thống điện
lớn.

-

Hệ thống điện hợp nhất vận hành linh hoạt hơn so với phƣơng án vận hành các
hệ thống riêng lẻ nhờ sự trao đổi, hỗ trợ điện năng giữa các hệ thống thành viên.

-

Giảm giá thành điện năng do tận dụng đƣợc công suất tại các giờ thấp điểm của
phụ tải hệ thống điện thành viên để cung cấp cho hệ thống khác nhờ chênh lệch
về múi giờ.

-

Giảm đƣợc chi phí vận hành, đồng thời nâng cao tính linh hoạt trong việc sửa
chữa, đại tu các thiết bị trong toàn hệ thống.

HVTH: NGUYỄN ĐỨC CƢỜNG
MSHV: 11025250004

Page 6