Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LÊ HOÀNH SẤM Khảo sát và thiết kế thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh cho trạm truyền tải điện 220kV Chuyên ngành: Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. VÕ QUANG VINH THÁI NGUYÊN, 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới Khoa Đào tạo sau đại học, Bộ môn Tự động hoá XNCN thuộc trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình tôi thực hiện luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Võ Quang Vinh, người đã định hướng và tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi để tôi có thể hoàn thành bản luận văn này. Cuối cùng tôi xin được nói lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, lãnh đạo Công ty Điện lực Thái Nguyên đã động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình tôi học tập và nghiên cứu. Thái Nguyên, tháng 9 năm 2010 Lê Hoành Sấm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là do tôi nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của thầy giáo.TS. Võ Quang Vinh. Các nội dung, thông số và số liệu trong đề tài là hoàn toàn trung thực và chưa từng công bố trong bất kì công trình nào khác. Tác giả luận văn Lê Hoành Sấm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT TRONG LƯỚI ĐIỆN 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Khái niệm hệ thống điện và phụ tải điện 1.2.1. Hệ thống điện 1.2.2. Phụ tải điện 1.3. Chế độ làm việc và cân bằng công suất trong hệ thống điện 1.3.1. Chế độ làm việc 1.3.2. Cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng 1.4. Tổn thất điên áp trên đường dây truyền tải điện 1.4.1. Tổn thất điện áp tính theo dòng điện, vectơ điện áp 1.4.2. Tính toán tổn thất điện áp theo công suất 1.5. Khái niệm chung về điều chỉnh điện áp 1.5.1. Ảnh hưởng của điện áp đến hoạt động của hệ thống điện 1.5.2. Nhiệm vụ của điều chỉnh điện áp 1.5.3. Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp 1.6. Tổng quan về bù công suất phản kháng khi truyền tải 1.6.1. Công suất phản kháng trên đường dây truyền tải 1.6.2. Bù công suất phản kháng trên đường dây truyền tải 1.7. Bù dọc và bù ngang đường dây 1.7.1. Bù dọc 1.7.2. Bù ngang CHƯƠNG 2: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ BÙ TĨNH CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC 2.1. Đặt vấn đề 2.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của các thiết bị bù tính SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu 2.2.1. Cấu tạo chung 2.2.2. Nguyên lý hoạt động 2.2.3. Đặc tính tĩnh V-I của SVC 2.3. Kháng điều chỉnh bằng Thyristor TCR (Thyristor Controlled Reactor) 2.3.1 Sơ đồ nguyên lý 2.3.2. Đặc tính làm việc của TCR 2.4. Thiết bị bù tĩnh FC-TCR (Fix capacitor and Thyristor control reactor) 2.4.1. Sơ đồ nguyên lý 2.4.2. Đặc tính làm việc 2.5. Tụ đóng mở bằng Thyristor TSC (Thyristor Switched Capacitor) 2.5.1. Sơ đồ nguyên lý 2.5.2. Nguyên lý hoạt động của TSC 2.6. Một số ứng dụng của SVC trong hệ thống điện CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT 100MVAr CHO HỆ THỐNG ĐIỆN 3.1.Chọn sơ đồ mạch lực SVC 3.1.1. Sơ đồ mắc kiểu hình sao 3.1.2. Sơ đồ mắc kiểu hình tam giác 3.2. Tính toán thông số của SVC 3.2.1. Tính toán thông số cuộn kháng L của TCR 3.2.2. Tính toán thông số bộ lọc 3.2.3. Tính toán giá trị bộ tụ điện C 3.2.4. Tính toán thông số của thyristor 3.2.5. Tính toan bảo vệ thyristor 3.3. Thiết kế hệ thống điều khiển 3.3.1. Khối lượng đo 3.3.2. Khối điều khiển điện áp 3.3.3. Khối tính toán góc mở Thyristor Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu 3.3.4 Khối phát xung điều khiển 3.3.5. Tín hiệu điều khiển bổ sung CHƯƠNG 4: THỰC HIỆN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VỚI CÔNG CỤ MATLAB SIMULINK 4.1.Mô hình bài toán cần mô phỏng 4.2. Sơ đồ mô phỏng trong simulin k 4.2.1. Sơ đồ mạch công suất 4.2.2. Sơ đồ mạch điều khiển 4.3. Kết quả mô phỏng khi dùng bộ PI thông thường 4.3.1. Kết quả mô phỏng trường hợp 1 4.3.2. Kết quả mô phỏng trường hợp 2 4.3.3. Kết quả mô phỏng trường hợp 3 4.4. Sử dụng luật mờ để nâng cao chất lượng điều khiển SVC 4.4.1. Đặt vấn đề 4.4.2. Cơ sở thuật toán điều khiển 4.4.3. Thiết kế bộ điều khiển mờ và luật mờ 4.4.4. Kết quả mô phỏng so sánh bộ PI thường và điều khiển mờ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Mạch RLC nối tiếp và đồ thị vectơ điện áp Hình 1.2. Đồ thị quan hệ giữa P và Q Hình 1.3. Mô hình truyền tải điện Hình 1.4. Sơ đồ tổn thất điện áp Hình 2.1. Mô hình SVC Hình 2.2. Sơ đồ thay thế tương đương của SVC Hình 2.3. Đặc tính V-I của SVC Hình 2.4. Đặc tính điều chỉnh của SVC Hình 2.5. Sơ đồ cấu tạo của TCR Hình 2.6. Dạng sóng điện áp và dòng điện của TCR một pha với các góc mở . (a)  = 90 0 ; (b)  = 100 0 ; (c)  = 130 0 ; (d)  = 150 0 Hình 2.7. Đồ thị điện áp và dòng điện TCR Hình 2.8. Quan hệ giữa điện dẫn B L và góc dẫn  Hình 2.9. Đặc tính bù V- I của TCR Hình 2.10. Các sóng hài bậc cao trong phần tử TCR Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo FC - TCR Hình 2.12. Đặc tính làm việc Hình 2.13. Sơ đồ cấu tạo của TSC Hình 2.14. Nguyên lý hoạt động của TSC Hình 2.15. Sơ đồ kết nối của TSC Hình 2.16. Mối quan hệ giữa B TSC và số lượng các TSC dẫn Hình 2.17. Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC Hình 2.18. Sự thay đổi điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC Hình 3.1. Sơ đồ mắc FC- TCR kiểu hình sao Hình 3.2. Sơ đồ mắc FC - TCR kiểu tam giác Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu Hình 3.3. Sơ đồ bảo vệ quá điện áp Hình 3.4. Sơ đồ mắc điện trở phân áp Hình 3.5. Sơ đồ mạch lực TCR Hình 3.6. Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển thiết bị bù tĩnh SVC Hình 3.7. Khối đo lường Hình 3.8. Sơ đồ khối mạch điều chỉnh điện áp Hình 3.9. Quan hệ giữa điện dẫn và góc mở  Hình 3.10. Sơ đồ tín hiệu bổ sung Hình 4.1. Sơ đồ hệ thống điện Hình 4.2. Sơ đồ mô phỏng hệ thống trên Matlab simulink Hình 4.3. Sơ đồ mô phỏng khối TCR Hình 4.4. Sơ đồ khối điều khiển Hình 4.5. Sơ đồ mô phỏng khối đo lường Hình 4.6. Sơ đồ mô phỏng khối điều chỉnh điện áp Hình 4.7. Sơ đồ mô phỏng tính góc mở Thyristor Hình 4.8. Sơ đồ mô phỏng mạch phát xung điều khiển TCR Hình 4.9. Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện Hình 4.10. Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện Hình 4.11. Công suất phản kháng phát của SVC Hình 4.12. Đồ thị góc mở  cấp cho TCR Hình 4.13. Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện Hình 4.14. Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện. Hình 4.15. Công suất phản kháng phát của SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu Hình 4.16. Đồ thị góc mở  cấp cho TCR Hình 4.17. Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện Hình 4.18. Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện Hình 4.19. Công suất phản kháng phát của SVC Hình 4.20. Đồ thị góc mở  cấp cho TCR Hình 4.21. Cấu trúc điều khiển mờ Hình 4.22. Biểu diễn luật mờ Ki trên không gian Hình 4.23. Biểu diễn luật mờ Kp trong không gian Hình 4.24. Sơ đồ cấu trúc điều khiển luật PI động Hình 4.25. Điện áp tại thanh cái đặt SVC Hình 4.26. Công suất phản kháng tại thanh cái đặt SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU FACTS: (Flexible AC Transmission System) Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt SVC (Static Var Compensator) : Máy bù tĩnh TCR (Thyristor Controlled Reactor) : Kháng điều khiển bằng thyristor TSC (Thyristor Switched Capacotpor) : Tụ đóng cắt bằng thyristor TSR (Thyristor Switched Reactor) : Kháng đóng cắt bằng thyristor FC (Fixed Capacitor) : Tụ điện cố định  : Góc mở của thyristor  : Góc dẫn của thyristor I L : Dòng điện qua cuộn kháng I Lft : Biên độ của dòng điện cơ bản qua cuộn kháng TCR B L() : Điện dẫn tương đương của TCR theo góc dẫn  X L : Điện kháng của TCR ở tần số cơ bản X sl : Điện kháng đặc trưng cho độ dốc đường đặc tính tĩnh V-I của TCR V ref : Điện áp của SVC I SVC : Dòng điện chạy qua SVC B SVC : Điện dẫn tương đương của SVC B TCR : Điện dẫn tương đương của TCR U norm : Điện áp định mức của hệ thống S short ciruit : Cấp công suất ngắn mạch tương đương của hệ thống [...]... QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT TRONG LƢỚI ĐIỆN 1.1 Đặt vấn đề Để thiết bù công suất phản kháng, trứơc hết ta cần biết về vai trò tác dụng quan trọng của nó trong một hệ thống điện Bù công suất phản kháng có tác dụng: Điều chỉnh hệ số công suất thường là thực hiện việc cấp công suất phản kháng càng gần tải càng tốt Hầu hết các phụ tải công nghiệp, nông nghiệp tiêu thụ nhiều công suất phản kháng Vì thế dòng tải có... là tổn thất công suất phản kháng trong lưới điện l Q là tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp Q là tổn thất công suất phản kháng do đường dây sinh ra B C Qdt là công suất phản kháng dự trữ khoảng 7 Q  QQ 8 pt % B   l 1.4 Tổn thất điện áp trên đƣờng dây truyền tải điện Xét đường dây có điện trở R, điện trở kháng X cấp điện cho phụ tải có công suất S2 = P2 + jQ2 Điện áp cuối... tiền thiết bị cao hơn 3 Dùng kháng điện có công suất cố định kết hợp với thiết bị bù tĩnh có khả năng thay đổi công suất bù liên tục Phương án này đảm bảo yêu cầu thay đổi công suất phản kháng từ - QK đến + (QBT + QK) trong đó QBT là công suất của thiết bị bù tĩnh 4 Điều khiển bằng đóng cắt các điện kháng có công suất cố định trong quá trình vận hành Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh nhảy bậc và. .. thống điện và phụ tải điện 1.2.1 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 (thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ…) được nối liền với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng Tập hợp các bộ phân của hệ thống điện (HTĐ) gồm các đường dây tải điện và các trạm biến áp được gọi là lưới điện Điện. .. đến modul của điện áp Tóm tại trên lưới hệ thống, mức điện áp phụ thuộc vào dòng công suất phản kháng trên các đường dây Để điều chỉnh điện áp do đó phải điều chỉnh dòng công suất phản kháng trong hệ thống điện Điều chỉnh dòng công suất phản kháng chính là điều chỉnh sự cân bằng công suất phản kháng Điều chỉnh điện áp và điều chỉnh cân bằng công suất phản kháng là đồng nhất với nhau Khi điện áp tại một... Pdtcs : Công suất dự trữ sự cố bằng khoảng từ  0 %pt và lớn hơn công suất tổ máy  P 15  P  lớn nhất Pdtbq : Công suất dự trữ bảo quản, nhu cầu công suất này được tính theo điều kiện cụ thể của hệ thống - Tương tự, với công suất phản kháng, nếu công suất phản kháng nhỏ hơn yêu cầu thì điện áp sẽ giảm, còn công suất phản kháng nguồn lớn hơn công suất phản kháng yêu cầu của phụ tải thì điện áp... Sử dụng kháng điện có điều khiển giới hạn điều chỉnh (Q-Qdd) Đây là phương án tốt nhất cả về kỹ thuật lẫn kinh tế 2 Dùng kháng điện có công suất cố định kết hợp với máy bù đồng bộ Phương án này đảm bảo yêu cầu thay đổi công suất phản kháng từ - (QK + QB) đến + (QK + QB), trong đó QK là công suất phản kháng điện, QB là công suất phản kháng máy bù đồng bộ Trong phương án này công suất của kháng điện có... thống điện nằm trong phạm vi cho phép thì có nghĩa là công suất phản kháng của nguồn đủ đáp ứng yêu cầu của phụ tải tại điểm đó Nếu điện áp cao có nghĩa là thừa công suất phản kháng, còn khi điện áp thấp thì thiếu công suất phản kháng Công suất phản kháng thường thiếu trong chế độ max nên cần có nguồn bổ sung Còn trong chế độ phụ tải min lại có nguy cơ thừa công suất do điện dung của đường dây và cáp... thống điện có thể đủ công suất phản kháng nhưng chỗ khác lại thiếu Công suất phản kháng được đáp ứng một phần bởi các nhà máy điện, phần còn lại được hệ thống cấp nhờ các tụ bù, kháng điện được đặt một cách hợp lý trong hệ thống điện Hệ thống điện cần một lượng công suất phản kháng dự trữ chung để điều chỉnh mức điện áp hệ thống khi nhu cầu biến đổi hoặc sự cố nhà máy điện Cân bằng công suất phản kháng. .. Điện năng truyền tải đến hộ tiêu thụ phải thoả mãn các tiêu chuẩn 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 Các thiết bị dùng điện được gọi chung là phụ tải điện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu 3 1.2.2 Phụ tải điện Phụ tải điện gồm công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q yêu . chỉnh điện áp 1.5.3. Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp 1.6. Tổng quan về bù công suất phản kháng khi truyền tải 1.6.1. Công suất phản kháng trên đường dây truyền tải 1.6.2. Bù công. việc nghiên cứu, chế tạo thiết bị bù ngang có điều khiển, em được giao đề tài " ;Khảo sát và thiết kế thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh cho trạm truyền tải điện 220kV& quot; là đề tài thạc. GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LÊ HOÀNH SẤM Khảo sát và thiết kế thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh cho trạm truyền tải điện 220kV