Nghiên cứu nâng cao ổn định dao động công suất trong hệ thống điện sử dụng thiết bị svec

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

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2017


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày 20 tháng 05 năm 2017
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

TT

Họ và tên
PGS. TS. Trần Thu Hà
2PGS. TS. Nguyễn Thanh Phương
3PGS. TS. Lê Chí Kiên
4TS. Nguyễn Minh Tâm
5TS. Võ Hoàng Duy

Chức danh Hội đồng
Chủ tịch
Phản biện 1
Phản biện 2
Ủy viên
Ủy viên, Thư ký

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)

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn “Nghiên cứu nâng cao ổn định dao động
công suất trong hệ thống điện sử dụng thiết bị SVeC” là do tôi tự tổng hợp và
nghiên cứu, không sao chép của ai. Trong luận văn có sử dụng một số nguồn tài liệu
tham khảo rõ ràng như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo.
Tôi xin chịu trách nhiệm về những gì tôi khai trước nhà trường và hội đồng khoa
học.
Tp.HCM, tháng 04, năm 2017
Tác giả Luận văn

Huỳnh Hoàng Huynh


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Đại
Học Công Nghệ TP. HCM, phòng đào tạo sau đại học. Và đặc biệt, Tác giả xin bày
tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến TS. Trương Đình Nhơn đã trực tiếp hướng
dẫn Tác giả với những chỉ dẫn quý giá trong suốt quá trình triển khai, nghiên cứu và
hoàn thành đề tài “Nghiên Cứu Nâng Cao Ổn Định Dao Động Công Suất Trong
Hệ Thống Điện Sử Dụng Thiết Bị SVeC”

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

ABSTRACT
In this thesis, The One Machine connected to Infinite Bus (OMIB) system with
the wind farm is studied. For improving the dynamic stability of the studied system
a Series Vectorial Compensator (SVeC) is proposed and is connected in series with
the common bus (PCC) of the studied system. A pulse oscillation damping (POD)
of the proposed SVeC is properly designed by using Adaptive Neural Fuzzy
Inference System (ANFIS) method. The simulation results are performed in Matlab
software. It can be concluded from the simulation results that the proposed SVeC
can offer better for enhancing the stability of the studied system subjected to a
severe disturbance.


v

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
TÓM TẮT.................................................................................................................. iii
ABSTRACT .............................................................................................................. iv
MỤC LỤC ...................................................................................................................v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .....................................................................x
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................... xiv
Chương 1. GIỚI THIỆU ..............................................................................................1
1.1.Đặc vấn đề .............................................................................................................1
1.2.Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................1
1.3.Mục tiêu của đề tài ................................................................................................3
1.4.Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu ....................................................3
Chương 2.TỔNG QUAN THIẾT BỊ FACTS VÀ ỨNG DỤNG TRONG

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

3.4.Sự kết hợp giữa mạng nơron và logic mờ ...........................................................44
3.4.1.Vài nét về lịch sử phát triển .......................................................................44
3.4.2.Logic mờ ....................................................................................................44
3.4.3.Mạng nơron................................................................................................45
3.4.4.Sự kết hợp giữa mạng nơron và logic mờ ..................................................45
3.5.Các hệ thống điều khiển dùng nơron mờ trong nước và trên thế giới ..................47
Chương 4.SO SÁNH ĐÁNH GIÁ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRAO LƯU CÔNG SUẤT
TRONG VIỆC BÙ NỐI TIẾP SỬ DỤNG BỘ CHUYỂN ĐỔI DC-LINK & ACLINK .........................................................................................................................51
4.1.Giới thiệu.............................................................................................................51
4.2.Bù nối tiếp ...........................................................................................................53
4.3.Các bộ bù điển hình.............................................................................................54
4.3.1.Bộ bù nối tiếp DC-Link .............................................................................54
4.3.2.Bộ bù nối tiếp AC-Link .............................................................................55
4.4.Mô tả thí nghiệm hệ thống ..................................................................................57
4.5.Đánh giá thực hiện kết quả ban đầu ....................................................................58
4.5.1.Các chế độ hoạt động ................................................................................58
4.5.2.Các cân nhắc về thiết kế ............................................................................59


vii

4.6.Đánh giá khả năng động ......................................................................................72
4.6.1.Mô hình động ............................................................................................72
4.6.2.Cơ cấu điều khiển ......................................................................................73
4.6.3.Về thiết kế bộ điều khiển ...........................................................................74
4.6.4.Đáp ứng thay đổi công suất .......................................................................75
4.6.5.Đáp ứng khi sự cố ......................................................................................76
4.6.6.Tính năng động của hệ thống ....................................................................76
Chương 5.THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ANFIS CHO SVeC ĐỂ ỔN ĐỊNH DAO
ĐỘNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN .................................................78

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

PCC:

Point of common coupling – Điểm kết nối chung

PSS:

Power system stabilizer – Bộ ổn định công suất hệ thống

PWM:

Pulse width modulation – Bộ điều chế độ rộng xung

TCSC:

Thyristor-controlled series capacitor - Bộ bù dọc điều khiển Thyristor

TCR:

Thyristor-controlled reactor – Thyristor điều chỉnh điện kháng

SVeC:

Series vectorial compensator – Bộ bù véctơ nối tiếp

SSSC:

Series static synchronous compensator - Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh

STATCOM: Shunt static synchronous compensator - Bộ bù đồng bộ tĩnh
SVC:

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

R:

Resitance – Điện Trở

I:

Current – Dòng điện

V:

Voltage - Điện áp

P:

Power - Công suất tác dụng

Q:

Reactive power – Công suất phẩn kháng

T:

Moment – Mô men

L:

Reactor – Cuộn kháng

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 2.5 Cấu tạo bộ TCR ..........................................................................................11
Hình 2.6 Cấu tạo bộ TSC ..........................................................................................12
Hình 2.7 Cấu tạo bộ lọc sóng hài ..............................................................................12
Hình 2.8 Sơ đồ bộ SVC .............................................................................................13
Hình 2.9 Sơ đồ kết nối bộ SVC với hệ thống điện....................................................14
Hình 2.10 Giản đồ bộ STATCOM ............................................................................15
Hình 2.11 Cấu trúc cơ bản của bộ VSC ....................................................................16
Hình 2.12 Nguyên lý hoạt động của bộ STATCOM ................................................17
Hình 2.13 Sơ đồ kết nối bộ STATCOM với hệ thống điện ......................................17
Hình 2.14 Sơ đồ kết nối SSSC với hệ thống điện .....................................................18
Hình 2.15 Cấu trúc cơ bản của bộ TCSC ..................................................................18
Hình 2.16 Sơ đồ kết nối UPFC với hệ thống ............................................................19
Hình 3.1 Các khối chức năng của bộ điều khiển mờ .................................................23
Hình 3.2 Các hàm liên thuộc của một biến ngôn ngữ ...............................................24
Hình 3.3 Hàm liên thuộc vào-ra theo luật hợp thành Max-min.................................26
Hình 3.4 Hàm liên thuộc vào- ra theo luật hợp thành max-prod ...............................27
Hình 3.5 Hàm liên thuộc vào-ra theo luật hợp thành sum-min .................................29
Hình 3.6 Hàm liên thuộc vào-ra theo luật hợp thành sum-prod ................................30
Hình 3.7 Giải mờ bằng nguyên tắc trung bình ..........................................................31
Hình 3.8 Giải mờ bằng nguyên tắc cận trái ...............................................................32
Hình 3.9 Giải mờ bằng nguyên tắc cận phải .............................................................32
Hình 3.10 Giải mờ bằng phương pháp điểm trọng tâm .............................................33
Hình 3.11 So sánh các phƣơng pháp giải mờ ...........................................................34


xi

Hình 3.12 Mô hình 2 nơron sinh học ........................................................................36
Hình 3.13 Mô hình nơron đơn giản ...........................................................................38
Hình 3.14 Mạng nơron 3 lớp .....................................................................................38

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

[1]

Hình 4.3 Các dạng sóng minh họa tổng hợp điện áp xoay chiều. (a) SSSC. (a) bộ
. ...........................................................................................................55

Hình 4.5 Các mạch tương đương. (a) SSSC. (b) Bộ điều khiển

[1]

Hình 4.4 Một dòng sơ đồ của hệ thống bù nối tiếp. ..................................................57
. ........................57

Hình 4.6 Thực hiện van bằng cách sử dụng các thiết bị thực. ..................................66


xii

điều khiển

[1]

Hình 4.7 Điện áp/dòng điện được bơm vào đường dây truyền tải. (a) SSSC. (b) Bộ
. ...........................................................................................................69

6. 𝑎𝑆𝑆𝑆𝐶. (𝑏) bộ điều khiển

[1]

Hình 4.8 Vòng điều khiển hồi tiếp. 𝑇𝑆 = 5 𝑡í𝑛ℎ 𝑏ằ𝑛𝑔 𝑚𝑖𝑙𝑖 𝑔𝑖â𝑦, 𝛽 = 10 −

................................................................................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

động với Matlab Simulink.........................................................................................85
Hình 5.8 Load dữ liệu vào bộ Anfis ..........................................................................91
Hình 5.9 Thiết lập cấu trúc bộ Anfis .........................................................................91
Hình 5.10 Hàm liên thuộc ngõ vào số 1 ....................................................................92
Hình 5.11 Hàm liên thuộc ngõ vào số 2 ....................................................................92
Hình 5.12 Cấu trúc bộ điều khiển Fuzzy ..................................................................93
Hình 5.13 Cấu trúc bộ điều khiển Anfis ...................................................................93
Hình 5.14 Huấn luyện bộ điều khiển ........................................................................95
Hình 5.15 Mô phỏng hệ thống với SVeC khi không có ANFIS bằng Matlab
Simulink ....................................................................................................................96


xiii

Hình 5.16 Mô phỏng hệ thống với SVeC khi có ANFIS bằng Matlab Simulink .....96
Hình 5.17 So sánh điện áp tại nút PCC .....................................................................97
Hình 5.18 So sánh công suất trên dường dây Pline ..................................................98
Hình 5.19 So sánh công suất của máy phát SG .......................................................98
Hình 5.20 So sánh vận tốc góc ωr của rotor .............................................................99


xiv

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1 So sánh mạng nơron và logic mờ ..............................................................45
Bảng 4.1 Thông số hệ thống – System Data .............................................................57
Bảng 4.2 Thông Số MBA - Injection Transformer Rating ....................................63
Bảng 4.3 Tổng Hợp Các Yêu Cầu Của Tụ Điện .......................................................65
Bảng 4.4 Thông số thiết bị - Devices Stress ............................................................66
Bảng 4.5 Dung Lượng Thiết Bị - Devices Capability ..............................................68

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

Ứng dụng các bộ biến đổi bán dẫn công suất lớn trong điều khiển hệ thống điện
đưa đến những khả năng to lớn trong đảm bảo vận hành hệ thống một cách linh
hoạt, khai thác hệ thống một cách hiệu quả nhất. Điều này đã trở nên vô cùng quan
trọng trong các điều kiện chi phí để xây dựng các hệ thống mới hoặc cải tạo các hệ
thống hiện hành ngày càng tăng. Bên cạnh đó việc đảm bảo chất lượng điện năng
cũng ngày càng trở nên cấp thiết do điện năng ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động
sản xuất kinh doanh của các khách hàng ngành điện, những người trả tiền cho yêu
cầu năng lượng của mình và có quyền yêu cầu được đảm bảo nguồn điện cung cấp
một cách liên tục với chất lượng điện đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn.
Cùng với sự phát triển chung của nền kinh tế toàn cầu, nhu cầu tiêu thụ năng
lượng ngày càng tăng, trong đó năng lượng điện đóng vai trò rất quan trọng. Để đáp
ứng nhu cầu trên hệ thống điện (HTĐ) cũng ngày càng phát triển và mở rộng, nhiều


2

đường dây (ĐD) truyền tải điện dài điện áp siêu cao được hình thành để liên kết các
HTĐ của nhiều khu vực với nhau.
Sự nối liền các hệ thống điện con thành hệ thống điện duy nhất mang lại nhiều
lợi ích nhưng cũng đặt ra nhiều vấn đề kỹ thuật phức tạp, trong đó có vấn đề ổn
định hệ thống, vấn đề thừa công suất phản kháng trong chế độ non tải, vấn đề trao
đổi công suất giữa các khu vực...
Để giải quyết bài toán kỹ thuật và kinh tế trong vấn đề truyền tải mạng điện cao
áp, những vấn đề liên quan đến ổn định động, ổn định tĩnh, khả năng truyền tải của
các đường dây, chất lượng điện năng, giảm tổn thất trên đường dây truyền tải…hạn
chế tới mức thấp nhất những sự cố có thể xảy ra. Để nâng cao khả năng tải của
đường dây người ta sử dụng các thiết bị bù cố định như tụ bù dọc và kháng bù
ngang với dung lượng thích hợp, nhưng tất cả các thiết bị loại này sử dụng các thiết
bị đóng cắt cơ khí, thao tác chậm. Khi phạm vi thay đổi công suất truyền tải lớn
thì phương pháp trên bị hạn chế. Hiện nay, trên thế giới các nước tiên tiến đã đi

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.

-

Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến, trao đổi kinh nghiệm với giáo viên
hướng dẫn và các chuên gia trong lĩnh vực nghiên cứu này.

-

Phương pháp thực nghiệm: Xây dựng mô hình mô phỏng để đánh giá và kiểm
chứng bằng phần mềm Matlab-Simulink.


4

Chương 2. TỔNG QUAN THIẾT BỊ FACTS VÀ ỨNG DỤNG TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1. Tổng quan về ứng dụng thiết bị FACTS
2.1.1. Giới thiệu
Hiện nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng thiết bị FACTS, đặc
biệt là sử dụng các thiết bị phát nguồn công suất phản kháng cho hệ thống lưới điện
nhằm đảm bảo ổn định điện áp cho hệ thống. Tuy nhiên, việc đánh giá, lựa chọn
thiết bị phát công suất nào hợp lý, cũng như dung lượng bù tối ưu trong phân tích ở
chế độ xác lập, quá độ là chưa được quan tâm sâu sắc.
Thực tế hiện nay, hệ thống điện chúng ta đang sử dụng là hệ thống điện xoay
chiều. Đây là hệ thống điện phức tạp bao gồm các máy phát đồng bộ, đường dây
truyền tải, máy biến áp, các thiết bị bù và các phụ tải…., được chia thành ba khâu
chính: Sản xuất, truyền tải và phân phối.
Muốn cho hệ thống điện xoay chiều hoạt động, chúng ta cần phải đáp ứng các
yêu cầu cơ bản sau:
• Các máy phát điện làm việc trong chế độ đồng bộ.

• 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”

Qua định nghĩa trên, cho thấy tầm quan trọng của thiết bị FACTS đến hệ thống
điện có sự ảnh hưởng lớn về kinh tế và kỹ thuật.
2.1.3. Công nghệ FACTS
FACTS có thể được kết nối với hệ thống điện theo kiểu nối tiếp (bù dọc series) hoặc bù song song (bù ngang - shunt) hoặc kết hợp cả hai phương thức trên
2.1.3.1. Bù song song
Các đường dây truyền tải điện dài sinh ra các điện kháng ký sinh nối tiếp dọc
đường dây. Do đó, khi truyền tải công suất lớn sẽ gây ra tổn thất điện áp trên đường
dây. Để bù các điện kháng ký sinh này, người ta đặt các tụ bù dọc trên đường dây.
Trong trường hợp này, FACTS có tác dụng như một nguồn áp.
Hệ thống điện được nối shunt với các thiết bị FACTS. Trường hợp này,
FACTS đóng vai trò như một nguồn dòng.
Bù song song có hai loại:


6

2.1.3.2. Bù điện dung
Phương pháp này dùng để nâng cao hệ số công suất. Khi một tải có tính cảm
được nối với hệ thống, hệ số công suất sẽ bị giảm xuống do sự trễ pha của dòng
điện. Để bù cảm kháng này, người ta lắp một tụ điện nối song song với tải, việc này
sẽ kéo dòng điện lên sớm pha hơn so với điện áp. Và kết quả là hệ số công suất
được nâng cao.
2.1.3.3. Bù điện cảm
Phương pháp này dùng để bù trong trường hợp đóng điện đường dây không tải
hoặc khi non tải cuối đường dây. Khi không tải hoặc tải nhỏ, chỉ có một dòng rất
nhỏ chạy trên đường dây. Trong khi đó, điện dung ký sinh trên đường dây, đặc biệt
với các đường dây dài lại có giá trị khá lớn. Việc này sẽ sinh ra quá áp trên đường
dây (hay còn gọi là hiệu ứng Ferranti). Điện áp cuối đường dây có thể tăng gấp đôi
điện áp nguồn tới (trong trường hợp đường dây rất dài). Để bù điện dung ký sinh
này, người ta lắp các điện cảm song song trên dọc đường dây.

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

2

2𝑉 sin
𝑋

Vì đường dây không có tổn thất nên công suất tác dụng P bằng nhau ở mọi

điểm trên đường dây:
𝛿

𝑃𝑠 = 𝑃𝑟 = 𝑃 = 𝐶 cos �2� .

𝛿
2

2𝑉 sin( )
𝑋

=

𝑉2
𝑋

sin 𝛿

(2.4)


7

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

(2.6)

𝑉2

(2.7)

𝑃 = 𝑋−𝑋𝑐 sin 𝛿

𝑄 = 𝑋−𝑋𝑐 (1 − cos 𝛿)