Nghiên cứu ứng dụng bộ bù SVC với thuật toán điều khiển mờ cho lưới truyền tải ở nước ta

..

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng bộ bù SVC với thuật toán điều khiển mờ cho lưới truyền
tải ở nước ta
Tác giả luận văn:

Lê Văn Minh

Khóa: 2009 - 2011

Người hướng dẫn: GS.TS. Nguyễn Trọng Thuần
Nội dụng tóm tắt:
a) Lý do chọn đề tài
Để nâng cao chất lượng điện năng, việc áp dụng các tiến bộ khoa học trong
công nghệ bán dẫn vào lĩnh vực sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng có ý nghĩa
vô cùng quan trọng. Các ứng dụng này đặc biệt rõ nét trong việc tạo ra một nguồn
công suất phản kháng có giá trị thay đổi linh hoạt đảm bảo đáp ứng sự biến thiên của
phụ tải, sự thay đổi các thông số của hệ thống. Để tạo ra nguồn cung cấp công suất
phản kháng đảm bảo các yêu cầu trên, người ta dùng các bộ bù tĩnh (SVC) có công
suất phản kháng ở ngõ ra thay đổi liên tục. Khi sử dụng SVC sẽ đảm bảo sự cân bằng
công suất phản kháng trong hệ thống, do đó chất lượng điện năng được nâng cao, điện
áp tại các nút phụ tải được giữ ổn định, làm giảm tổn thất cũng như nâng cao hiệu quả
truyền tải trên các đường dây.
Để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của hệ thống điều khiển ta có thể áp dụng
hướng điều khiển mới là: điều khiển mờ cho bộ bù SVC.
Việc nghiên cứu điều khiển bộ bù SVC dùng điều khiển mờ là vấn đề cần thiết,
có ý nghĩa quan trọng, có khả năng ứng dụng vào thực tế để nâng cao chất lượng thiết
bị.
b) Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi phạm vi nghiên cứu
Mục đích: Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ để nâng cao chất lượng bộ bù tĩnh

SVC nhằm nâng cao chất điện trong hệ thống điện công suất lớn.
Đối tượng nghiên cứu: Bộ bù tĩnh SVC.


Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát, xây dựng thuật toán điều khiển mờ cho bộ bù SVC,
dùng công cụ Matlab Simulink để mô phỏng hệ thống, so sánh chất lượng khi bộ điều
khiển là PID truyền thống và khi là PID mờ.
c) Tóm tắt các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
Với mục tiêu và phạm vi nghiên cứu nêu trên luận văn bố cục thành 4 chương:
Chương I: Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam và vấn đề điều chỉnh cân bằng công
suất phản kháng trong hệ thống
Chương II: Vai trò của thiết bị bù SVC trong hệ thống điện
Chương III: Xây dựng thuật toán điều khiển mờ cho bộ bù SVC
Chương IV: Mô phỏng, kết quả và đánh giá
Kết luận và kiến nghị
d) Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu lý thuyết để xây dựng thuật tốn điều khiển.
- Mơ hình hóa, mơ phỏng trên máy tính để phân tích, kiểm nghiệm.
e) Kết luận
Các vấn đề đề cập trong luận văn cho thấy khả năng ứng dụng điều khiển mờ
cho các bộ bù tĩnh SVC trong việc điều khiển công suất và ổn định hệ thống điện,
đồng thời nâng cao chất lượng điện áp cho phụ tải điện.


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------LÊ VĂN MINH

LÊ VĂN MINH

ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ BÙ SVC VỚI THUẬT TOÁN DIỀU
KHIỂN MỜ CHO LƯỚI TRUYỀN TẢI Ở NƯỚC TA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA

KHỐ 2009

Hà Nội – Năm 2011

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

I

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

LÊ VĂN MINH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ BÙ SVC VỚI THUẬT TOÁN DIỀU

KHIỂN MỜ CHO LƯỚI TRUYỀN TẢI Ở NƯỚC TA

Chuyên ngành :

ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
GS.TS. NGUYỄN TRỌNG THUẦN

Hà Nội – Năm 2011

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

II

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

MỤC LỤC
Trang phụ bìa

Trang

Lời cam đoan
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1

1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM VÀ VẤN ĐỀ ĐIỀU
CHỈNH CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG
1.1. Khái niệm chung về hệ thống điện và lưới điện

1

1.1.1. Hệ thống điện

1

1.1.2. Lưới điện

3

1.1.3. Điện áp của lưới điện

5

1.1.4. Khả năng tải của lưới điện

7

1.1.5. Tiêu chuẩn đánh giá lưới điện

9

1.2. Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam

10

1.2.1. Tình hình phát triển của hệ thống điện Việt Nam

10

1.2.2. Hiện trạng của hệ thống điện Việt Nam giai đoạn gần đây

11

1.2.3. Hệ thống điện Việt Nam trong giai đoạn 2010 đến 2015

14

1.2.4. Tình trạng vận hành lưới điện

16

1.3. Vấn đề điều chỉnh công suất phản kháng trong hệ thống

17

1.3.1. Hoạt động của hệ thống điện

17

1.3.2. Ảnh hưởng của điện áp đến hoạt động của HTĐ

22

1.3.3. Quan hệ công suất phản kháng – điện áp

23

1.3.4. Quan hê giữa công suất phản kháng và ổn định của HTĐ

24

1.3.5. Điều chỉnh điện áp, tổn thất công suất và tổn thất điện năng

27

1.3.6. Phân cấp điều chỉnh điện áp trong HTĐ

28

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

III

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

CHƯƠNG 2

29

VAI TRÒ CỦA THIẾT BỊ BÙ SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1. Thiết bị bù cơng suất phản kháng SVC

29

2.1.1. Vai trị của thiết bị bù ngang

29

2.1.2. Thiết bị bù ngang tĩnh có điều khiển – SVC

30

2.1.3. Đặc tính điều chỉnh của SVC

35

2.2. Thuật tốn điều khiển bộ bù SVC trong điều chỉnh điện áp hệ thống

41

2.2.1. Vị trí trạm bù cơng suất phản kháng trên đường dây truyền tải

41

2.2.2. Nguyên tắc chung điều khiển điện áp của bộ bù SVC

42

2.3. Xây dựng bộ điều chỉnh điện áp bằng bộ bù SVC

47

2.3.1. Đặt vấn đề

47

2.3.2. Tính tốn xác định dung lượng bù cho hệ thống

48

2.3.3. Xây dựng bộ điều chỉnh điện áp cho bộ bù SVC

50

CHƯƠNG 3

57

XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO BỘ BÙ SVC
3.1. Logic mờ

57

3.1.1. Tập mờ

57

3.1.2. Luật hợp thành mờ

62

3.1.3. Giải mờ

67
70

3.2. Bộ điều khiển mờ
3.2.1. Bộ điều khiển mờ cơ bản

70

3.2.2. Các nguyên tắc tổng hợp một bộ điều khiển mờ

70
73

3.3. Bộ điều khiển PI mờ
3.3.1. Cấu trúc của bộ điều khiển PI mờ

73

3.3.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ và các luật cơ sở

75

CHƯƠNG 4

81

MÔ PHỎNG, KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

IV

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

4.1. Mô phỏng hệ thống điều khiển SVC trên Simulink

81

4.1.1. Giới thiệu về Simulink

81

4.1.2. Thư viện mô phỏng điện tử công suất của Simulink

82

4.1.3. Xây dựng mơ hình mơ phỏng

84

89

4.2. Tiến hành mơ phỏng
4.2.1. Mơ tả đường dây tham số dải

89

4.2.2. Mô phỏng trong trường hợp thông số dải

90

4.2.3. Đánh giá nhận xét

92

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

93

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

V

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan quyển luận văn thạc sỹ khoa hoc: “Nghiên cứu ứng dụng
bộ bù công suất phàn kháng SVC với thuật toán toán điều khiển mờ cho lưới
truyền tải ở nước ta” do tôi tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo GS.TS.
Nguyễn Trọng Thuần. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tê.
Để hoàn thành quyển luận văn này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu được ghi
trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu
nào khác. Nếu phát hiện có sự sao chép, tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 30 tháng 03 năm 2011
Học viên

Lê Văn Minh

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

VI

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

Danh mục các ký hiệu , các chữ viết tắt:
HTĐ

:

Hệ thống điện

NMTĐ

:

Nhà máy thủy điện

NMNĐ

:

Nhà máy nhiệt điện

MBA

:

Máy biến áp

LHT

:

Lưới hệ thống

LTT

:

Lưới truyền tải

LPP

:

Lưới phân phối

TTG

:

Trạm trung gian

TKV

:

Trạm khu vực

TPP

:

Trạm phân phối

CĐBT

:

Chế độ làm việc bình thường

CĐSC

:

Chế độ sự cố

ĐDSCA

:

Đường dây siêu cao áp

CSPK

:

Cơng suất phản kháng

ĐCĐA

:

Điều chỉnh điện áp

TBK

:

Tuabin khí

TĐK

:

Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ

VAR

:

Volt –Amperes Reactive

SVC

:

Static VAR Compensator

TSC

:

Thyristor Switched Capacitor

TCR

:

Thyristor Controller Reactor

FC – TCR

:

Fixed Capacitor - Thyristor Controller Reactor

HVDC

:

High Voltage Direct Current

FLC

:

Fuzzy Logic Controller

PID

:

Proportional – Integral – Derivative

EMTP

:

Electromagnetic Transients Programme

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

VII

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

Danh mục các bảng:
Bảng 1.1. Khả năng tải của đường dây trung áp theo điều kiện phát nóng và ∆U cp
Bảng 1.2. Khả năng tải tính theo cơng suất tự nhiên
Bảng 1.3. Độ dài giới hạn đường dây trên không và cáp
Bảng 1.4. Các nhà máy điện tính đến năm 2008 (nguồn EVN)
Bảng 3.1. Bảng luật điều khiển

Danh mục các hình vẽ và đồ thị:
Hình 1.1. Vị trí của hệ thống điện trong nền kinh tế quốc dân
Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điện
Hình 1.3. Đặc tính vận hành của máy phát điện
Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống điện
Hình 1.5. Quan hệ giữa cơng suất tác dụng và điện áp cấp
Hình 2.1. Cấu tạo và đặc tính ra TCR
Hình 2.2. Tụ đóng ngắt bằng thyrristor
Hình 2.3. TCR trong SVC
Hình 2.4. Dạng sóng dịng điện I theo góc mở α
Hình 2.5. Dạng sóng của dịng điện đi qua TCR
Hình 2.6. Đặc tính điều chỉnh của TCR
Hình 2.7. Sơ đồ trạm bù trên đường dây truyền tải 220 kV
Hình 2.8. a) mạch tương đương; b) đồ thị vec tơ lúc chưa bù;

c) đồ thị véc tơ lúc có bù
Hình 2.9. Đặc tính vơn – ampe của bộ bù tĩnh SVC
Hình 2.10. Sơ đồ hệ thống truyền tải điện Hịa Bình – Hà Đơng
Hình 2.11. Sơ đồ bộ bù tĩnh SVC trong hệ thống điện
Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

VIII

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

Hình 2.12. Sơ đồ khối của vịng kín điều chỉnh điện áp
Hình 2.13. Mơ hình mơ phỏng bộ bù SVC trong hệ thống điện
Hình 2.14. Ảnh hưởng của tải lên điện áp thanh cái khi chưa có bộ bù SVC
Hình 2.15. Tác dụng của bộ bù SVC trong việc ổn định điện áp thanh cái
Hình 2.16. Đáp ứng điện áp khi thông số đường dây xác định và biến thiên
Hình 3.1. Hàm phụ thuộc của tập mờ F
Hình 3.2. Mơ tả các giá trị ngơn ngữ bằng tập mờ
Hình 3.3. Quy tắc hợp thành min
Hình 3.4. Quy tắc hợp thành Prod
Hình 3.5. Luật hợp thành MISO với hai mệnh đề điều kiện
Hình 3.6. Hàm thuộc của các giá trị
Hình 3.7. Hàm thuộc đầu ra của mệnh đề thứ nhất
Hình 3.8. Hàm thuộc đầu ra của mệnh đề thứ hai
Hình 3.9. Hàm thuộc đầu ra của luật hợp thành
Hình 3.10. Giải mờ bằng phương pháp cực đại
Hình 3.11. Giải mờ bằng phương pháp điểm trọng tâm
Hình 3.12. Hàm thuộc đầu ra có dạng hình thang

Hình 3.13. Sơ đồ khối bộ điều khiển mờ cơ bản
Hình 3.14. Cấu trúc bộ điều khiển PI mờ
Hình 3.15. Hàm liên thuộc của sai lệch
Hình 3.16. Hàm liên thuộc của biến thiên sai lệch ( ∆e )
Hình 3.17. Các hàm liên thuộc cho Ki
Hình 3.18. Các hàm liên thuộc cho Kp
Hình 3.19. Các quy tắc mờ cho tính tốn của Ki
Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

IX

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

Hình 3.20. Các quy tắc mờ cho tính tốn của Kp
Hình 3.21. Bề mặt quy luật cho tính tốn của Ki
Hình 3.22. Bề mặt quy luật cho tính tốn của Kp
Hình 4.1. Thư viện Elements
Hình 4.2. Các khối trong SimPowerSystems trong thư viện Simulink
Hình 4.3. Các nguồn trong khối nguồn
Hình 4.4. Cấu tạo bên trong của khối SVC
Hình 4.5. Mạch lực của bộ bù SVC
Hình 4.6. Khối điều khiển bộ SVC
Hình 4.7. Bộ phát xung điều khiển đồng bộ
Hình 4.8. Cấu tạo bộ phát xung
Hình 4.9. Cấu tạo khối tuyến tính hóa
Hình 4.10. Đường đặc tính điều khiển của bộ SVC
Hình 4.11. Khối điều chỉnh dung lượng bù cho hệ thống

Hình 4.12. Mơ hình mạng 2 cửa của đường dây dài
Hình 4.13. Đáp ứng của hệ thống với bộ điều khiển truyền thống
Hình 4.14. Đáp ứng của hệ thống với bộ điều khiển PI mờ
Hình 4.15. So sánh đáp ứng điện áp của bộ điều khiển PI và PI mờ

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

X

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn đề tài
Trong thời gian qua, cùng với sự phát triển của nền kinh tế với tốc độ cao,
nhu cầu tiêu thụ điện của nước ta tăng trưởng không ngừng (khoảng 14%/năm), đặc
biệt trong q trình cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, từng bước hội nhập nền
kinh tế khu vực và thế giới. Với nhu cầu phát triển kinh tế của đất nước hiện nay
càng làm gia tăng nhanh chóng các phụ tải tiêu thụ điện, vì vậy u cầu được cấp
nguồn điện chất lượng tốt, ổn định cho các lĩnh vực sản xuất và sinh hoạt ngày đòi
hỏi ngày càng cao.
Để nâng cao chất lượng điện năng, việc áp dụng các tiến bộ khoa học trong
công nghệ bán dẫn vào lĩnh vực sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng có ý
nghĩa vơ cùng quan trọng. Các ứng dụng này đặc biệt rõ nét trong việc tạo ra một
nguồn cơng suất phản kháng có giá trị thay đổi linh hoạt đảm bảo đáp ứng sự biến
thiên của phụ tải, sự thay đổi các thông số của hệ thống. Để tạo ra nguồn cung cấp
công suất phản kháng đảm bảo các yêu cầu trên, người ta dùng các bộ bù tĩnh
(SVC) có cơng suất phản kháng ở ngõ ra thay đổi liên tục. SVC là sự kết hợp từ các

phần tử TCR, TSC, TSR và một bộ điều khiển phù hợp với mục đích sử dụng. Khi
sử dụng SVC sẽ đảm bảo sự cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống, do đó
chất lượng điện năng được nâng cao, giá trị điện áp tại các nút phụ tải được giữ ổn
định, làm giảm tổn thất cũng như nâng cao hiệu quả truyền tải trên các đường dây.
Việc điều khiển SVC hiện nay chủ yếu dựa vào cơ sở so sánh điện áp tại các
vị trí đặt với độ lệch điện áp được cài đặt trước để điều khiển góc mở alpha của các
thyristor trong các cụm TCR nhằm mục đích giữ điện áp nằm trong giới hạn cho
trước. Với các bộ điều khiển sử dụng các phương pháp kinh điển thì ln tồn tại
một thời gian trễ nhất định phụ thuộc vào cấu trúc bên trong khối điều khiển, sự
biến thiên các tham số hệ thống cũng ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển. Để đáp
ứng yêu cầu ngày càng cao về khả năng đáp ứng nhanh của hệ thống điều khiển
trong điều kiên tham số hệ thống thay đổi nhiều thì có thể áp dụng một hướng điều
Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

XI

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

khiển mới đó là: Ứng dụng bộ điều khiển mờ để điều khiển mở góc alpha của
thyristor dựa vào sự biến thiên của các yếu tố đầu vào làm ảnh hưởng đến điện áp.
So với các bộ điều khiển kinh điển khác bộ điều khiển mờ có ưu điểm nổi bật là:
- Khối lượng tính tốn giảm, khối lượng thiết kế giảm do khơng phải sử dụng
mơ hình đối tượng.
- Dễ hiểu hơn, trong nhiều trường hợp bộ điều khiển này làm việc ổn định,
bền vững và chất lượng điều khiển cao hơn.
- Làm việc được với đồi tượng có tham số thay đổi và cấu trúc không rõ ràng
Do vậy việc nghiên cứu điều khiển SVC dụng bộ điều khiển mờ là vấn đề

cần thiết, có ý nghĩa quan trọng, có khả năng ứng dụng vào thực tế.

II. Lịch sử nghiên cứu
Tụ bù tĩnh có dung lương thay đổi hay cịn gọi là SVC (Static VAR
Compensator) là một thiết bị bù công suất phản kháng tác động nhanh trên lưới
truyền tải điện áp cao.
SVC là một thiết bị trong nhóm thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt
(FACTS). Nó được dùng để điều chỉnh điện áp và tăng khả năng ổn định của hệ
thống điện. Yếu tố static cho thấy, SVC sử dụng các thiết bị không chuyển động
hay rõ hơn là sử dụng các thiết bị điện tử công suất để điều chỉnh thông số thiết bị
hơn là sử dụng máy cắt và dao cách ly.
Trước khi phát minh ra SVC, người ta phải sử dụng các máy phát điện cỡ lớn
hay tụ đồng bộ để bù công suất phản kháng.
SVC là thiết bị tự động điều chỉnh điện kháng, được chế tạo để điều chỉnh
điện áp tại các nút đặt SVC và điều chỉnh công suất phản kháng. Nếu hệ thống thừa
công suất phản kháng hay điện áp tại nút cao hơn giá trị cho phép, SVC sẽ đóng vai
trị là các kháng bù ngang. Khi đó, SVC sẽ tiêu thụ công suất phản kháng từ hệ
thống và hạ thấp điện áp tại nút điều chỉnh. Ngược lại, nếu hệ thống thiếu cơng suất

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

XII

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

phản kháng, các tụ bù ngang sẽ được tự động đóng vào. Do đó, cơng suất phản
kháng được bơm thêm vào hệ thống, điện áp của nút được cải thiện.

SVC cũng thường được đặt tại các vị trí có tải thay đổi nhiều với tốc độ cao,
như lò điện. SVC dùng để làm trơn dao động điện áp

III. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu đặc tính điều chỉnh của bộ bù cơng suất phản kháng SVC; Xây
dựng thuật toán điều khiển bộ bù SVC trong điều chỉnh điện áp thanh cái hệ thống
điện. Xem xét khả năng ứng dụng logic mờ trong việc điều khiển góc mở của
thyristor trong TCR nhằm nâng cao ổn định điện áp khi các yếu tố thông số đường
dây, phụ tải thay đổi ảnh hưởng đến điện áp, tăng tốc xử lý cho SVC, thơng minh
hóa SVC trong q trình phản ứng.

IV. Đối tượng nghiên cứu, phạm vi đề tài
Đối tượng nghiên cứu: Bộ điều khiển thiết bị bù tĩnh SVC.
Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng thuật toán điều khiển mờ cho bộ bù SVC,
mơ phỏng, viết chương trình trên phần mềm matlab thông qua công cụ
SIMULINK. Đánh giá chất lượng của bộ điều khiển cho bộ bù SVC trong
trường hợp thông số đường dây và thông số tải gồm công suất tác dụng và
công suất phản kháng thay đổi.

V. Bố cục của luận văn
Với mục tiêu và phạm vi nghiên cứu nêu trên luận văn bố cục thành 4 chương:
Chương I: Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam và vấn đề điều chỉnh cân
bằng công suất phản kháng trong hệ thống
Chương II: Vai trò của các thiết bị bù ngang SVC trong hệ thống điện
Chương III: Xây dựng điều khiển mờ để điều khiển SVC
Chương IV: Mô phỏng và nhận xét đánh giá

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

XIII

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

Kết luận và kiến nghị

VI. Ý nghĩa khoa học của luận văn
Các vấn đề đề cập trong luận văn cho thấy khả năng ứng dụng điều khiển mờ
cho các bộ bù tĩnh trong việc điều khiển công suất và ổn định hệ thống điện, đồng
thời nâng cao chất lượng điện áp cho phụ tải điện.
Với năng lực hạn chế của bản thân cũng như các nguyên nhân khách quan,
chủ quan khác, luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong được
sự góp ý của quý thầy cô, các bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện
hơn. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và cô giáo trong Bộ mơn Tự động
hóa xí nghiệp cơng nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các bạn bè đồng
nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian thực hiện luận văn. Đặc
biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với Thầy giáo GS. Nguyễn Trọng Thuần
đã quan tâm, tận tình hướng dẫn giúp tác giả xây dựng và hoàn thành luận văn này.

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

XIV

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM VÀ VẤN ĐỀ ĐIỀU
CHỈNH CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG
1.1.

Khái niệm chung về hệ thống điện và lưới điện

1.1.1. Hệ thống điện
Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện
và các thiết bị khác (như thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ…) được liên kết
với nhau thành hệ thống để vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng.
Tập hợp các đường dây tải điện và các trạm biến áp trong hệ thống điện được
gọi là lưới điện.
Điện năng truyền tải đến hộ tiêu thụ phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng
phục vụ ( bao gồm chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện) và có chi phí
sản xuất, truyền tải và phân phối nhỏ nhất.
Hiện nay điện năng nước được sản xuất từ nguồn năng lượng sơ cấp như: thủy
năng và các loại nhiên liệu than đá, dầu, khí đốt, nguyên liệu hạt nhân… trong các
nhà máy thủy điện, nhiệt điện …
Các thiết bị sử dụng điện để tạo ra các dạng sản phẩm khác nhau thì được gọi
chung là phụ tải điện.

Năng lượng
sơ cấp

Hệ thống
điện

Phụ tải
điện

Môi trường : sản xuất, kinh tế,
xã hơi
Hình 1.1. Vị trí của hệ thống điện trong nền kinh tế quốc dân

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

1

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

Có nhiều cách phân loại hệ thống điện:
-

HTĐ tập trung là hệ thống trong đó các nguồn điện và nút phụ tải lớn tập
trung trong một phạm vi không lớn và liên kết với nhau.

-

HTĐ hợp nhất trong đó các HTĐ độc lập ở cách rất xa nhau được nối liền
thành hệ thống bằng các đường dây tải điện dài siêu cao áp.

-

HTĐ địa phương hay cô lập là hệ thống điện riêng, như HTĐ tự dùng của
các xí nghiệp cơng nghiệp lớn, hay các HTĐ ở các vùng xa không thể nối
vào HTĐ quốc gia.

HTĐ có cấu trúc phức tạp gồm nhiều loại nhà máy điện, nhiều loại lưới có điện
áp khác nhau trải rộng trong không gian lớn. Hệ thống điện phát triển không ngừng
trong không gian và thời gian để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của phụ tải.
Nghiên cứu, quy hoạch phát triển HTĐ cũng như để quản lý, vận hành, HTĐ được
phân chia thành các hệ thống tương đối độc lập với nhau.

Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điện
Về mặt quản lý, vận hành, HTĐ nước ta được phân chia như sau:
-

Các nhà máy điện (do các nhà máy điện tự quản lý).

-

Lưới hệ thống siêu cao áp( ≥ 220kV)và trạm khu vực do các do các công ty
truyền tải quản lý.

-

Lưới truyền tải và phân phối do các cơng ty lưới điện quản lý, dưới nó là các
sở điện lực.

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

2

Khóa 2009

Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

Về mặt quy hoạch HTĐ được chia làm 2 cấp:
-

Nguồn điện, lưới hệ thống, trạm khu vực được quy hoạch trong tổng sơ đồ.

-

Lưới truyền tải và phân phối được quy hoạch riêng.

Về mặt điều độ HTĐ được chia thành 3 cấp:
-

Điều độ trung ương (Ao)

-

Điều độ địa phương: Điều độ các nhà máy điện, điều độ các nhà khu vực,
điều độ các công ty điện.

-

Điều độ các sở điện.

Về mặt nghiên cứu tính tốn, HTĐ được chia thành:
-

Lưới hệ thống.

-

Lưới truyền tải (35kV, 110 kV, 220kV).

-

Lưới phân phối trung áp (6, 10, 15, 22, 35 kV).

-

Lưới phân phối hạ áp (0,4/ 0,22kV). Điện áp 35kV có thể dung cho lưới
truyền tải và lưới phân phối. Mỗi loại lưới có các tính chất vật lý và quy luật
hoạt động khác nhau, do đó các phương pháp tính được sư dụng khác nhau,
các bài tốn đặt ra để nghiên cứu cũng khác nhau.

1.1.2. Lưới điện
1.1.2.1.

Lưới hệ thống

Lưới hệ thống bao gồm các đường dây tải điện và các trạm biến áp khu vực nối
liền các nhà máy điện tạo thành HTĐ có các đặc điểm:
-

Lưới có nhiều mạch vịng kín để khi ngắt điện bảo quản đường dây hoặc sự
cố 1-2 đường dây vẫn đảm bảo liên lạc hệ thống.

-

Vận hành kín để đảm bảo liên lạc thường xuyên và chắc chắn giữa các nhà

máy điện với nhau và với phụ tải.

-

Điện áp từ 110 kV- 500kV.

-

Lưới được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây chân không.

-

Phải bảo quản định kỳ hàng năm.

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

3

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

Khi tính tốn chế độ làm việc lưới hệ thống có thể vươn tới các trạm trung gian.
1.1.2.2.

Lưới truyền tải.

Lưới truyền tải làm nhiệm vụ tải điện từ các trạm khu vực đến các trạm trung
gian (TTG).

Các đặc điểm của lưới truyền tải:
-

Sơ đồ kín có dự phịng như: 2 lộ song song từ cùng 1 trạm khu vực, 2 lộ từ 2
trạm khu vực khác nhau hoặc 1 lộ nhưng có dự phịng ở lưới phân phối. Vận
hành hở vì lý do hạn chế dịng ngắn mạch, có thiệt bị tự đóng nguồn dự trữ
khi sự cố xảy ra.

-

Điện áp 35, 110, 220 kV.

-

Thực hiện bằng các đường dây trên khơng là chính, trong các trường hợp
khơng thể làm đường dây trên khơng thì làm cáp ngầm.

-

Phải bảo quản định kỳ hàng năm.

-

Lưới 110 kV trở lên trung tính máy biến áp nối đất trực tiếp.

1.1.2.3.

Lưới phân phối

Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điên năng từ các trạm trung gian (hoặc

trạm khu vực hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải. Đặc điểm chung của
lưới phân phối:
+ Lưới phân phối gồm 2 phần:
o Lưới phân phối trung áp có điện áp 6,10,15,22 kV phân phối điện cho
các trạm phân phối trung áp/ hạ áp và các phụ tải trung áp.
o Lưới hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220V .
Các động cơ cơng suất lớn và lị điện dùng trực tiếp điện áp 6-10kV, còn phần
lớn bộ phận phụ tải dùng điện áp 0,4kV.
+ Ngoài các sự cố gây mất điện trên lưới phân phối cịn có yêu cầu cắt điện theo
kế hoạch để bảo quản, cải tạo và để đóng trạm mới…

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

4

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

+ Lưới phân phối có nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lượng phục vụ phụ
tải (bao gồm chất lượng điện áp và đọ tin cậy cung cấp điện).
+ Lưới phân phối có cấu trúc kín nhưng vận hành hở. Khi sự cố, phần lưới phân
phối sau máy cắt gần điểm sự cố nhất về phía nguồn bị cắt điện, sau khi cơ lập
đoạn lưới sự cố, phần lưới tốt còn lại sẽ được đóng điện để tiếp tục vận hành.
Chỉ có đoạn lưới sự cố bị mất điện cho đến khi sửa chữa xong. Phụ tải đặc biệt
cần độ tin cậy cao được dự phòng riêng bằng đường dây trung áp hay hạ áp.
+ Phụ tải của lưới phân phối có độ đồng thời thấp.
1.1.3. Điện áp của lưới điện
Có 2 khái niệm về điện áp của lưới điện: Điện áp định mức và điện áp vận hành.

Điện áp định mức: Là điện áp chuẩn mức để thiết kế lưới điện các thiệt bị phân
phối cũng như các thiết bị đường điện (đối với lưới phân phối trung áp và hạ áp).
Các cấp điên áp định mức như sau được dùng ở Việt Nam và trên thế giới được chia
thành các loại trung áp, cao áp, siêu cao áp và hạ áp:
-

Trung áp: 6, 10, 15, 22, 35kV,

-

Cao áp: 60, 90, 110, 220 kV,

-

Siêu cao áp: 330, 400, 500, 750kV (220kV có thể xếp vào lưới siêu cao áp).

-

Hạ áp: Lưới phân phối hạ áp cho đồng thời 2 loại điện áp: điện áp dây 380V
và điện áp pha 220V. Một số nơi còn dùng cấp 220/110V.

Cấp điện áp 380/220V là cấp điện áp chính để cấp điện năng cho các thiết bị
dùng điện, ngồi ra các thiết bị dùng điện cơng suất lớn dùng trực tiếp điên áp đến
10kV. Cấp điện áp trung bình 6 – 35 kV dùng cho các trạm biến áp phân phối trung
áp/ hạ áp. Cấp 35 kV và cấp điện áp cao và siêu cao dùng để tải điện đi xa.
Có nhiều cấp điên áp khác nhau là vì ứng với mỗi cơng suất phụ tải và độ dài tải
điện khác nhau cần có cấp điện áp tương ứng cho hiệu quả kinh tế cao nhất: giá
thành đường dây, chi phí vận hành và tổn thất điện năng phụ thuộc vào điện áp và
dòng điện.

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

5

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

Ta biết rằng giữa công suất tải điện S và điện áp U, dòng điện I có quan hệ:

S = UI

[kVA]

Nếu cơng suất tải khơng đổi thì khi điện áp cao, dịng điện sẽ nhỏ và ngược lại.
Nếu điện áp cao thì dịng điện nhỏ, sẽ được lợi về dây dẫn, nhưng xà, sứ cách
điện phải lớn. Ngược lại nếu điện áp thấp được lợi về cách điện, cột xà nhỏ hơn
nhưng chi phí cho dây dẫn sẽ cao hơn. Từ đó ta thấy có một cấp điện áp tối ưu cho
mỗi công suất tải S và độ dài tải điện L.
Vấn đề chọn điện áp tải điện tối ưu thường gặp khi thiết kế cung cấp điện cho
phụ tải mới hay là cải tạo lưới điện cũ. Để thuận tiện cho việc tính tốn, ở hệ thống
điện các nước người ta lập sẵn các bảng tra, các đường cong hoặc công thức kinh
nghiệm diễn tả quan hệ giữa điên áp tối ưu và công suất và độ dài từ nguồn tới phụ
tải. Ví dụ dưới đây là công thức kinh nghiệm của Liên Xô cũ:

U op =

1000
500 2500

+
L
P

(1.1)

Hoặc là của Mỹ ( công thức Still):

U op = 4,34 L + 16 P

(1.2)

L – chiều dài [km]; P – công suất [MW].
Điện áp vận hành: Là điện áp thực tế trên các điểm của lưới điện khi lưới điện làm
việc. Do có tổn thất điện áp trên các phần tử của lưới điện nên không thể giữ điện
áp ở mọi nơi trên lưới điện bằng nhau. Điện áp ở điểm đầu cao hơn điện áp ở điểm
cuối lưới điện. Người ta cố gắng sao cho điện áp trung bình thanh cái bằng giá trị
định mức và độ lệch điện áp lớn nhất phải nằm trong giới hạn cho phép.
Độ lệch điện áp so với định mức được tính như sau:

δU =

U − U dm
100%
U dm

(1.3)

Trong đó: U là điện áp thực tế, cịn U dm là điện áp định mức của thanh cái.
Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

6

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

Ở lưới điện hạ áp, cấp điện trực tiếp cho các thiết bị dùng điện cho nên độ lệch
điện áp phải nằm trong giới hạn của tiêu chuẩn chất lượng điện áp được quy định
bằng độ lệnh điện áp cho phép trên và dưới δ U + , δ U − .
Ở lưới điện trung áp cung cấp điện trực tiếp cho phụ tải cũng phải giữ độ lệch
điện áp trong phạm vi tiêu chuẩn chất lượng điện áp.
Ở lưới điện trung, cao và siêu cao áp, độ tăng điện áp phải nhỏ hơn giới hạn trên
cho phép của các thiết bị phân phối, nếu khơng sẽ gây hạy cho cách điện và có thể
gây ra sự cố.Độ tăng cao điện áp cho phép trên các thiết bị phân phối như sau:
Cáp

1,1 U dm

Kháng điện

1,1 U dm

Chống sét

1,25 U dm

Biến dòng

1,1 U dm

Sứ cách điện

1,15 U dm

Biến điện áp

1,1 U dm

Dao cách ly

1,15 U dm

Cầu chì

1,1 U dm

Máy cắt

1,15 U dm

1.1.4. Khả năng tải của lưới điện
Khả năng tải của lưới điện là công suất lớn nhất là mà một đường dây của
lưới điện có thể tải được mà không gây ra các nguy hại cho bản thân đường dây
điện, hệ thống điện và phụ tải điện, gọi chung là khả năng tải kỹ thuật.
Nguy hại cho bản thận lưới điện là phát nóng dẫn, MBA do dòng điện vượt
quá mứt chịu đựng cho phép (Icp) của dây dẫn và máy biến áp. Khả năng này được
xét đến cho mọi loại lưới điện.
Bảng 1.1. Khả năng tải của đường dây trung áp theo điều kiện phát nóng và ∆U cp

Điện áp
kV

6

Cơng suất tải max

Độ dài lớn nhất

[MVA]

[km]

Tính chất đường dây

CĐBT

CĐSC

1 phụ tải

5 phụ tải

Cáp F = 240 mm2

4,2

5,45

5,55

7,6

Trên không A -120 mm2

3,9

3,9

1,35

2,25

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

7

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học
10

20

Chú thích:

Cáp F = 240 mm2

6,15

8

8,35

13,9

Trên không A-120 mm2

6,5

6,5

2,25

3,75

Cáp F = 185 mm2

10

10

15,7

26,2

Trên không A-120 mm2

13

13

4,5

7,5

F- tiết diện dây cáp; A- dây dẫn nhôm.

CĐBT: chế độ làm việc bình thường.
Cơng suất tải max Smax tính theo điều kiện pháp nóng cho phép.
Độ dài lớn nhất tính theo Smax và ∆U cp =6%, cosϕ =0,9 , 1 phụ tải thì đặt ở cuối, cịn
5 phụ tải phân bố đều dọc đường dây.

Nguy hại cho hệ thống điện là gây ra mất ổn định tĩnh và ổn định của phụ tải, khả
năng này có nguy cơ cao ở đường dây liên lạc hệ thống, ở các nút tải tải xa thiếu
công suất phản kháng. Bảng 1.1 cho biết khả năng tải của đường dây đơn trung áp.
Nguy hại cho phụ tải là chất lượng điện áp không đảm bảo, khả năng này cần xét
chủ yếu ở lưới truyền tải và lưới phân phối và ở mỗi cấp điện áp được xét một cách
khác nhau. Khả năng của đường dây 110kV trở lên tính theo cơng suất tự nhiên cho
trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Khả năng tải tính theo công suất tự nhiên
Công suất tự nhiên (MW)
U dm

Đường dây trên không với số sợi trong 1 pha
Cáp

kV

1

110

30

220

120

160

330

270

360

410

-

400

-

550

-

-

500

600

800

900

950

-

750

-

-

-

2100 - 2500

-

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

2

3

4

300
1200

8

Khóa 2009


Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

Đối với lưới trung áp có trung tính khơng tiếp đất, độ dài tổng của các đường dây
thuộc một trạm trung gian bị hạn chế bởi điều kiện hạn chế dòng điện chạm đất Io
do điện dung của đường dây gây ra. Với lưới 6kV Io phải nhỏ hơn 30A, lưới 10kV
nhỏ hơn 20A, lưới 22kV nhỏ hơn 15A, lưới 35kV nhỏ hơn 10A.
Đối với lưới cáp và trên không độ dài giới hạn của đường dây cho trong bảng 1.3.
Bảng 1.3. Độ dài giới hạn đường dây trên không và cáp
Tiết diện dây

Điện áp , kV

mm 2

6

10

22

Lưới

50

51 km

26 km

6 km

Cáp

70

42 –

22 –

5,3 –

2,7 km

95

36 –

20 –

4,8 –

2,4 –

120

33 –

18 –

4,4 –

2,2 –

150

27 –

15 –

4,0 –

2,0 –

185

25 –

14 –

3,7 –

1,9 –

240

20 –

11 –

-

-

Trên không

1300 km

600 km

200 km

85 km

35

Từ bảng trên ta thấy lưới cáp 22kV và 35kV phải nối đât trung tính vì độ dài cần
thiết lớn hơn nhiều độ dài giới hạn trong bảng.
1.1.5. Tiêu chuẩn đánh giá lưới điện.
Lưới điện được đánh giá theo 4 tiêu chuẩn chính:

1. An tồn điện.
2. Chất lượng điện năng.
3. Độ tin cậy cung cấp điện.
4. Hiệu quả kinh tế.

Lê Văn Minh – ĐK & TĐH

9

Khóa 2009