Nghiên cứu xây dựng hàm điều khiển cho kháng bù ngang kiểu biến áp để giảm tổn thất công suất trên đường dây truyền tải

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VÕ TẤN TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HÀM ĐIỀU KHIỂN CHO KHÁNG BÙ NGANG KIỂU BIẾN ÁP ĐỂ GIẢM TỔN THẤT CƠNG SUẤT TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI Chuyên ngành : Tự động hố. Mã số : 60.52.60 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011 2 Cơng trình được hồn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS-TS. Lê Thành Bắc Phản Biện 1: TS. Nguyễn Đức Thành Phản Biện 2: TS. Nguyễn Anh Duy Luận văn được bảo vệ tại hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại đại học Đà Nẵng vào ngày 7 tháng 5 năm 2011 * Cĩ thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thơng tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng 3 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Khi truyền tải điện đi xa để hạn chế quá điện áp ở cuối đường dây do dung dẫn của đường dây gây ra ở các chế độ khơng tải và tải nhỏ, trong kỹ thuật hiện nay người ta sử dụng các kháng bù ngang mắc ở hai đầu mỗi đoạn đường dây cao và siêu cao áp. Đồng thời để nâng cao độ ổn định điện áp và khả năng truyền tải dài của các đường dây người ta thường thực hiện lắp đặt hệ thống tụ bù dọc kết hợp với kháng bù ngang khơng điều khiển trên đường dây Sự bất hợp lý của việc lắp đặt kháng bù ngang khơng điều khiển trên các đường dây truyền tải dài đã được nhiều tác giả nghiên cứu và đề xuất biện pháp khắc phục bằng việc ứng dụng thiết bị truyền tải linh hoạt (FACTS) như: SVC, TCSC, STATCOM, CRT... So với các thiết bị nêu trên thì ưu điểm vượt trội của kháng điều khiển kiểu máy biến áp CRT (Controllable Reactor of Transformer type) là tác động cực nhanh, phạm vi điều chỉnh mức tiêu thụ cơng suất phản kháng rộng, dịng điện trong cuộn lưới khơng bị méo dạng, kháng cho phép nối trực tiếp và cố định vào đường dây truyền tải siêu cao và đặc biệt là giá rẻ hơn nhiều so với SVC và STATCOM, chỉ tương đương máy biến áp cùng cấp điện áp (cấp 500 kV giá vào năm 2007 khoảng 12-14 USD/kVA). Việc nghiên cứu ứng dụng loại kháng điều khiển này vào hệ thống truyền tải Việt Nam nhằm giảm tổn thất điện năng và nâng cao độ ổn định hệ thống là một nhiệm vụ cấp thiết hiện nay. 4 Hình 2: Sơ đồ đường dây truyền tải khi sử dụng kháng bù ngang cĩ điều khiển 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Trên cơ sở kháng điều khiển kiểu máy biến áp CRT (Controllable Reactor of Transformer type-hình 4) đã được cải tiến hồn chỉnh bởi Viện Đại học Bách khoa Quốc gia Xanh-Pêtécbua và hãng BHEL đã sản xuất đầu tiên tại Ấn độ năm 2005 dưới sự chỉ đạo của giáo sư viện sĩ Александров.Г.Н. Bằng việc lắp đặt kết cấu sun từ dưới gơng để giảm tổn thất phụ do từ trường tản và lắp đặt các mạch lọc tần số bậc cao trong kết cấu cuộn dây bù. Ưu điểm đặc biệt của loại kháng này là cĩ thể phối hợp trở kháng trong hệ thống cuộn bù để thay đổi dịng điều khiển tạo ra được cả dịng điện dung làm mở rộng phạm vi điều khiển của kháng từ λββ tnk PQ /(11 =≤≤− là hệ số bù điện tích đường dây của kháng). 5 Hình 4: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực của kháng bù ngang cĩ điều khiển kiển biến áp: CL – cuộn dây lưới, CĐK – cuộn điều khiển, CB – cuộn bù, T – khối thyristor, MC – máy cắt chân khơng. Đề tài tập trung nghiên cứu để cĩ được hàm điều khiển kháng CRT hợp lý khi lắp đặt trên đường dây truyền tải điện đi xa (trên 500 km) nhằm giải quyết những tồn tại về tổn thất điện áp, tổn thất cơng suất, độ dự trữ ổn định, nâng cao khả năng tải,…là một nhiệm vụ quan trọng. 2.2. Phạm vi nghiên cứu Trên cơ sở sơ đồ nguyên lý của kháng bù ngang 50MVA- 400kVcĩ điều khiển kiểu biến áp đã được nghiên cứu và sản xuất tại Ấn độ. Luận văn nghiên cứu các quan hệ điện từ giữa các thơng số của kháng điều khiển với các thơng số của đường dây truyền tải điện đi xa. Trên cơ sở khảo sát đường dây 500 kV Bắc-Nam ở Việt Nam sẽ đề xuất hàm điều khiển cho kháng bù ngang kiểu máy biến áp để giảm tổn thất cơng suất trên đường dây truyền tải, qua đĩ xây dựng mơ hình đường dây truyền tải cĩ lắp kháng bù ngang kiểu biến áp và 6 khảo sát hiệu quả giảm tổn thất cơng suất và tổn thất điện áp khi lắp đặt CRT và thực hiện điều khiển kháng theo hàm đã đề xuất. 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trên nguyên lý điều khiển và các thơng số của kháng bù ngang cĩ điều khiển kiểu biến áp đã được sản xuất và đang vận hành ở một số nước Ấn Độ, Trung Quốc, Nga… kết hợp với lý thuyết truyền tải, điều khiển hiện đại và cấu trúc bộ điều khiển CRT đã được thiết kế trong luận văn Thạc sĩ của tác giả Đỗ Văn Cần . Tơi tiến hành khảo sát các mơ tả tốn học từ phương trình trạng thái đường dây, nghiên cứu đề xuất hàm điều khiển dựa trên yêu cầu tác dụng của kháng điều khiển. Sử dụng phần mềm Matlab – Simulink để khảo sát các quá trình năng lượng trên đường dây khi điều khiển kháng theo hàm đề xuất để giảm tổn thất cơng suất và tổn thất điện áp trên đường dây so với cấu trúc đường dây như hiện nay. 4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN - Luận văn khảo sát đánh giá các phương trình tốn lý mơ tả quan hệ giữa các thơng số đường dây với các thơng số của thiết bị bù. - Xây dựng hàm điều khiển để đảm bảo cực tiểu hĩa tổn thất cơng suất trên đường dây truyền tải. - Bằng kết quả mơ phỏng chứng minh hiệu quả giảm tổn thất điện áp, tổn thất cơng suất trên đường dây và tính linh hoạt điều chỉnh trào lưu cơng suất phản kháng trên đường dây của kháng điều khiển kiểu biến áp. - Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở đề xuất để tiến tới ứng dụng kháng điều khiển nhằm giải quyết vấn đề cấp bách hiện nay là nâng cao độ tin cậy và tính kinh tế- kỹ thuật của hệ thống truyền tải điện ở Việt Nam. 7 5. TÊN LUẬN VĂN “NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HÀM ĐIỀU KHIỂN CHO KHÁNG BÙ NGANG KIỂU BIẾN ÁP ĐỂ GIẢM TỔN THẤT CƠNG SUẤT TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI” 6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN Ngồi phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo trong luận văn gồm cĩ các chương như sau : Chương 1 : Tổng quan về hệ thống và thiết bị bù cơng suất phản kháng cĩ điều kiện trên đường dây truyền tải điện. Chương 2 : Xây dựng hàm điều khiển và đánh giá hiệu quả tác động của khán bù ngang kiểu biến áp. Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VÀ THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG CĨ ĐIỀU KHIỂN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 1.1. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ GIỮA CÁC THƠNG SỐ ĐƯỜNG DÂY DÀI TRUYỀN TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU CAO ÁP VỚI CÁC THƠNG SỐ CỦA THIẾT BỊ BÙ 1.1.1. Phương trình sĩng của đường dây 1.1.2. Thiết lập quan hệ điện- từ giữa các thơng số đường dây và các thiết bị bù 1.1.3. Tính cơng suất tác dụng và phản kháng của đường dây 1.2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MỘT SỐ THIẾT BỊ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.2.1. Cơng suất phản kháng trong hệ thống điện 1.2.2. Bù cơng suất phản kháng 8 1.2.2.1.Bù dọc 1.2.2.2.Bù ngang 1.2.3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số thiết bị bù cơng suất phản kháng cĩ điều khiển 1.2.3.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng Thyristor SVC (Static Var Compensator) 1.2.3.2.Thiết bị bù dọc cĩ điều khiển TCSC (Thyristor Contronlled Series Capacitor) 1.2.3.3. Thiết bị bù tĩnh STATCOM (Static Synchronous Conpensator) 12.3.4. Thiết bị kháng bù ngang cĩ điều khiển CRT (Controllable Reactor of Transformer type) Kết cấu của kháng điều khiển ba pha cĩ sơ đồ cấu tạo trình bày trên hình 1.16 Kháng bù ngang này gồm 3 cuộn dây trong mỗi pha. Trong đĩ, A-X, B-Y, C-Z là các cuộn dây lưới được mắc hình sao (Y), a1-x1, b1-y1, c1-z1 là các cuộn bù cảm (cuộn điều khiển) được mắc hình tam giác để tránh ảnh hưởng sĩng hài bậc cao đến cuộn lưới, a2-x2, b2-y2, c2-z2 là các cuộn lọc sĩng hài bậc 3, 5, 7 đồng thời là cuộn bù dung, cuộn này người ta cũng mắc tam giác (∆). Như vậy sơ đồ kháng được mắc theo kiểu Y/∆/∆. Vì được thiết kế tối ưu sun từ ở dưới gơng từ nên kháng này được thiết kế 3 cuộn dây cách ly hồn tồn nên giảm được tác động của sĩng bậc cao lên cuộn dây lưới sinh ra do các van ở cuộn điều khiển. Hình 1.16: Cấu tạo của kháng bù ngang kiểu biến áp 3 pha 9 So với các thiết bị nêu trên thì ưu điểm vượt trội của CRT (kháng điều khiển kiểu máy biến áp) là tác động cực nhanh, phạm vi điều chỉnh tiêu thụ cơng suất phản kháng rộng, dịng điện trong cuộn lưới khơng bị méo dạng, cho phép nối trực tiếp và cố định vào đường dây truyền tải siêu cao. 1.2.3.5. Phương pháp điều chỉnh cơng suất phản kháng của kháng bù ngang kiểu biến áp. Hình 1.19 Sơ đồ nguyên lý một pha của kháng bù ngang kiểu biến áp Sơ đồ nguyên lý và mạch điện thay thế một pha của kháng bù ngang cĩ điều khiển kiểu biến áp trên hình vẽ 1.19. Điện áp trên 3 cuộn dây tương ứng: cuộn lưới Uf, cuộn bù U3 và cuộn điều khiển U2. Cả ba điện áp này đồng pha nhau do cùng được quấn chung trên một trụ của lõi thép. Tương ứng 3 dịng điện tại cùng thời điểm là dịng điện cuộn lưới I1, dịng điện cuộn bù I’3 (quy đổi về cuộn lưới là I3) và dịng điện cuộn điều khiển I’2 (quy đổi về cuộn lưới là I2). Số vịng dây 3 cuộn lần lượt là W1, W3 và W2. Cơng suất 1 pha của cuộn dây lưới : Phía cao áp là: Svào = Uf.I1 Phía hạ áp là: Sra = S3 + S2 =U3.I’3 + U2.I’2 Bỏ qua tổn thất cơng suất trong kháng thì: 10 Svào = Sra ↔ Uf.I1 = U3.I’3 + U2.I’2 Ở chế độ làm việc bình thường khi điện áp lưới Uf = const thì U2 = f(α); I2 = f(α) với α là gĩc mở các van T, ta thấy dịng điều khiển I1 luơn phụ thuộc vào I2: I1 = f(I2) hay nĩi cách khác ta cần điều khiển dịng I2 theo hàm yêu cầu khi phụ tải trên đường dây thay đổi. Trong chế độ khơng tải dịng điện trên đường dây do dung dẫn tạo ra (IC) lớn nhất làm cho điện áp ở cuối đường dây dài tăng cao, nên ta cần bù dịng kháng I1 cực đại mang tính cảm để khử dịng dung tương ứng. Theo quan hệ trên thì dịng điều khiển qua van I2 lúc này cũng cực đại, ứng với gĩc mở αmin. Ở chế độ tải bằng tự nhiên (Ptn) dịng điện trên đường dây do dung dẫn tạo ra (IC) bằng với dịng điện IL (dịng điện cảm đặc trưng cho cơng suất phản kháng trên đường dây khi cĩ tải) IC = IL (QC = QL đường dây tự bù 100%). Khi đĩ ta chỉ cần bù dịng kháng I1 nhỏ, lúc này dịng điện qua cuộn lưới của kháng là cực tiểu (I1=I1.min). Theo quan hệ trên thì dịng qua cuộn điều khiển và qua van I2 lúc này cũng cực tiểu, ứng với gĩc mở αmax (T1 và T2 đĩng hồn tồn). Hình 1.21:. Đồ thị véc tơ điện áp ở đầu và ở cuối đường dây khi thực hiện điều khiển dịng (Ik) của sun kháng kiểu máy biến áp (УШРТ) 11 1.2.4. Các quan hệ điện từ trong kháng điều khiển kiểu máy biến áp 1.2.4.1. Dạng sĩng của tín hiệu trong cuộn điều khiển theo gĩc mở α Sơ đồ nguyên lý và hình dáng sĩng khi cĩ gĩc mở thyristor α nằm trong khoảng 0 – π, tải thuần trở (hình 1.22) Hình 1.22 Sơ đồ nguyên lý điều khiển một pha Ta cĩ phương trình điện áp tUiR dt diL mDKDKDKDK ωsin=+ (2.45) Vì cuộn điều khiển của kháng chỉ cĩ điện trở dây quấn và điện cảm do đĩ điện áp đặt lên cuộn điều khiển lúc này là: pi αλα pi λ 2 2sin)(2sin thythy ftai UU −+ −= tương ứng tải R-L Gĩc mở αthymin cho phép phụ thuộc vào tải là φ = R X arctg Trong mạch cĩ điện cảm, điện áp u và dịng điện i lệch pha nhau gĩc 0 < φ < π/2 người ta thường xác định gĩc điều khiển theo tín hiệu điện áp, nghĩa là gĩc α thy 0 = π/2 + ζ0, với π/2 ≤ α thy 0 ≤ π khi đĩ ta cĩ thành phần điện áp bậc 1: 12       − −−= 2 2sin2sin 21 thy thy mUa αβ αβ pi [ ]βα pi 2cos2cos 21 −= thy mUb Gĩc β được xác định từ phương trình dưới với điều kiện đầu bằng 0 Q thy Q thyee // )sin()sin( αβ ϕαϕβ −=− Với: Q = X/R. Dịng điện bậc 1 chảy trong cuộn điều khiển     +−= 001 2sin 2 1)(2 thythymII ααpipi với k ≠ 1, ta cĩ biểu thức chung cho các dịng điện bậc cao:     −+ + +− − = 0000 sincos2)1sin( 1 1)1sin( 1 12 thy k k k k k k II thythymk ααααpi Với α cĩ giá trị lớn, trị hiệu dụng của hài bậc cao cĩ thể lớn hơn cả thành phần cơ bản, và quan hệ giữa dịng bậc 1 với bậc k, (k>1). 22 2 1 12 1 12 )12(1 1 Qk Q U U I I kk ++ + = ++ Như vậy, điện cảm càng lớn sĩng hài bậc cao càng nhỏ đi và ngược lại. 13 Hình 1.29: Dạng sĩng của dịng điện chảy trong kháng lần lượt Ik, IĐK sau khi mắc cuộn lọc cộng hưởng 1.2.4.2. Thiết lập các quan hệ điện từ trong kháng điều khiển CRT Chương 2 XÂY DỰNG HÀM ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ TÁC ĐỘNG CỦA KHÁNG BÙ NGANG KIỂU BIẾN ÁP 2.1. XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC CHO ĐƯỜNG DÂY DÀI CĨ LẮP KHÁNG ĐIỀU KHIỂN Để thỏa mãn Qtt = Qdt + Qk với Q2 = P2.tanφ khi đĩ hàm điều khiển của kháng bù ngang là: tn 2 β 1 Ptg Ptn P P −= −       ϕ λ (2.14) Hàm điều khiển theo biểu thức (2.14) cĩ thể đánh giá gồm 2 phần: -Phần thứ nhất để bù lại phần cơng suất phản kháng dư của đường dây. -Phần thứ hai bù lại cơng suất phản kháng cung cấp cho tải (Q2=Ptgφ ). 14 Đồ thị véc tơ hình 1.21 biểu diễn nguyên lý điều khiển kháng theo hàm điều khiển (2.14) để bù 100 % cơng suất phản kháng trên đường dây truyền tải dài. 2.2. MƠ PHỎNG CÁC QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRUYỀN TẢI TRÊN TRÊN ĐƯỜNG DÂY KHI ĐIỀU KHIỂN KHÁNG THEO HÀM ĐIỀU KHIỂN (2.14) Hiện nay, hệ thống đường dây 500 kV tuyến 1 ở Việt Nam được hợp nhất bởi các trạm biến áp chính sau đây: Trạm Hịa Bình, Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Pleiku, Phú Lâm. Các thơng số cĩ cấu trúc của đường dây 500 KV với các đoạn tương ứng cho trong bảng 2.1. Tổng chiều dài đường dây là 1488 km, tương ứng độ dài sĩng λ =1,558 rad và trở kháng của đường dây là z = 421,45 Ω , tổng cơng suất của kháng bù ngang là Qk= 1042 MVAr và tổng điện kháng dung của tụ bù dọc là XC= 248 Ω , tổng điện kháng của đường dây Xd=419,97 Ω . Tiến hành mơ phỏng 2 trường hợp: Sử dụng kháng bù ngang khơng điều khiển kết hợp với tụ bù dọc và sử dụng kháng bù ngang cĩ điều khiển bằng phần mềm Matlab – Simulink.
Trường hợp 1: Sử dụng kháng bù ngang khơng điều khiển kết hợp với tụ bù dọc. Mức bù của từng đoạn đường dây được tính trong bảng 2.2. Tiến hành mơ phỏng đường dây trên Matlab - Simulink bằng các khối cĩ sẵn trong thư viện Simulink, ở đây xét khi hệ số cơng suất tải cuối đường dây cosφ = 1. Khảo sát chế độ vận hành liên tục thay đổi tải: với các mức tăng là: 0%, 50%, và 100% cơng suất tự nhiên). 15 Sơ đồ mơ phỏng hình 2.3: Thời gian mơ phỏng: Từ 0s đến 0,1s - Chế độ khơng tải Từ 0,1s đến 0,4s Chế độ 50% tải tự nhiên (bằng 465 MW) Từ 0,4s đến 0,7s - Chế độ 100% tải tự nhiên (bằng 930 MW) Kết thúc thời gian mơ phỏng ở 0,7s Hình 2.3: Sơ đồ mơ phỏng đường dây Sử dụng kháng bù ngang khơng điều khiển kết hợp với tụ bù dọc trên Matlab - Simulink (một phần phần sơ đồ) Kết quả mơ phỏng: Ứng với các chế độ khơng tải, 50% tải tự nhiên và 100% tải tự nhiên như sau: -Dịng điện và điện áp ở đầu đường dây khi sử dụng kháng bù ngang khơng điều khiển và tụ bù dọc Hình 2.4: Dịng điện và điện áp ở đầu đường dây khi sử dụng kháng bù ngang khơng điều khiển và tụ bù dọc 16 - Dịng điện và điện áp ở cuối đường dây khi sử dụng kháng bù ngang khơng điều khiển và tụ bù dọc. Hình 2.5: Dịng điện và điện áp ở cuối đường dây khi sử dụng kháng bù ngang khơng điều khiển và tụ bù dọc - Điện áp ở đầu đường dây và ở cuối đường dây khi sử dụng kháng bù ngang khơng điều khiển và tụ bù dọc Hình 2.6: Điện áp ở đầu đường dây và ở cuối đường dây dây khi sử dụng kháng bù ngang khơng điều khiển và tụ bù dọc 17 - Cơng suất truyền tải ở đầu đường dây và cuối đường dây khi sử dụng kháng bù ngang khơng điều khiển và tụ bù dọc. Hình 2.7: Cơng suất truyền tải ở đầu đường dây và cuối đường dây khi sử dụng kháng bù ngang khơng điều khiển và tụ bù dọc * Nhận xét kết quả mơ phỏng. Tổn thất điện áp: -Trong chế độ vận hành khơng tải (từ 0s đến 0,1s) đường dây bị quá áp ở cuối đường dây khoảng 10%( Hình 2.6). Khi tải tăng dần thì độ quá điện áp ở cuối đường dây giảm dần tới 0 (20% tải tự nhiên ) rồi giá trị điện áp cuối đường dây tiếp tục giảm dần khi tải tăng quá 22% tải tự nhiên. - Trong chế độ vận hành với tải bằng tải tự nhiên (từ 0,1s đến 0,4s ) đường dây bị sụt áp ở cuối đường dây rất lớn, tới gần 30%( Hình 2.6) Tổn thất cơng suất : + Chế độ tải bằng 50% tải tự nhiên ∆P% = 11.1% + Chế độ tải bằng tải tự nhiên ∆P% = 15.5% Như vậy ta thấy rằng khi tăng cơng suất phụ tải ở cuối đường dây thì tổn hao cơng suất ∆P và độ sụt điện áp ∆U trên đường dây tăng nhanh. 18
Trường hợp: Sử dụng kháng bù ngang cĩ điều khiển Với thơng số đường dây như trên, ta thay thế bằng sử dụng kháng bù ngang cĩ điều khiển CRT cho các kháng bù ngang khơng điều khiển và các tụ bù dọc (hình 2.8). Thực hiện điều khiển các kháng theo hàm đề xuất (2.14), để bù 100% cơng suất phản kháng cĩ trên đường dây là: ( ) )λ/(/-1 β stn22tn PQPP −= Thay (1.71), (1.74) vào (2-14) ta cĩ sự phụ thuộc của hệ số bù theo các thơng số dịng, áp, độ dài sĩng, gĩc lệch pha từng đoạn đường dây với hàm tương đương: ( )[ ]121 )1( sin cos . 222222 −+ +         +− − =−− δαλ αδλϕϕλϕλλ stn f f stn tn fs tn s stn P U U P I P IU tgp P P P (*) Theo hàm (*) với một giá trị dịng điện tải I và gĩc lệch pha tải φ với mỗi kháng bù ngang lắp trên một phân đoạn đường dây truyền tải với hệ số yêu cầu bù cho trước ta cĩ được ngay giá trị gĩc mở α tương ứng của các van thyristor trong cuộn điều khiển. Từ hàm số (*) ta đặt. A = 2 . s tn s tn PP p tg P λλ − − φ ; B = 22 2cos sins f tn s tn f U I PI P U   −λ φ λ − φ +     C = ( ) 2 2(1 ) 1 2 1 f tn s U P + δ α  λ + α δ −  19 C = A B Qua phép biến đổi ta cĩ: 2 2 2 . . . . . .2 . . tn s f f tn s tn s C P u u C P C P λ − α = δ − λ δ + λ Tiến hành mơ phỏng đường dây theo hàm đề xuất (*). Ta đặt chế độ vận hành liên tục thay đổi tải: (để dễ quan sát ta tách chế độ tăng tải với các mức tăng là: 0%, , 50%, và 100% cơng suất tự nhiên). Cho chế độ chạy tự động đĩng cắt tải trong sơ đồ mơ phỏng hình 2.9: Thời gian mơ phỏng: Từ 0s đến 0,1s ứng với chế độ khơng tải . Từ 0,1s đến 0,4s ứng với chế độ 50% tải tự nhiên. Từ 0,4s đến 0,7s ứng với chế độ 100% tải tự nhiên. Kết thúc thời gian mơ phỏng tại thời điểm 0,7s Hình 2.9: Sơ đồ mơ phỏng đường dây Sử dụng kháng bù ngang cĩ điều khiển trên Matlab - Simulink (một phần phần sơ đồ) 20 Kết quả mơ phỏng: -Dịng điện và điện áp ở đầu đường dây khi sử dụng kháng bù ngang cĩ điều khiển Hình 2.10: Dịng điện và điện áp ở đầu đường dây khi sử dụng kháng bù ngang cĩ điều khiển -Dịng điện và điện áp ở cuối đường dây khi sử dụng kháng bù ngang cĩ điều khiển. Hình 2.11: Dịng điện và điện áp ở cuối đường dây khi sử dụng kháng bù ngang cĩ điều khiển. 21 - Cơng suất truyền tải ở đầu đường dây và cuối đường dây Hình 2.14: Cơng suất truyền tải ở đầu đường dây và cuối đường dây sử dụng kháng bù ngang cĩ điều khiển
Nhận xét kết quả mơ phỏng. - Độ quá điện áp trong chế độ đường dây khơng tải rất nhỏ, khi tăng tải thì độ sụt điện áp ở cuối đường dây tăng dần, khi truyền tải cơng suất tự nhiên độ sụt áp chỉ khoảng 6%. - Dịng điện trong cuộn điều khiển của các kháng CRT giảm dần khi tải tăng, dịng điều khiển của CRT ở càng về cuối đường dây càng giảm chậm dần. - Quan sát đường đặt tính cơng suất ta thấy khi tăng phụ tải ở cuối đường dây đến cơng suất Ptn tổn hao cơng suất tăng dần, khi truyền tải cơng suất tự nhiên tổn thất cơng suất trên đường dây là 8.30 %. So sánh tổn thất cơng suất ∆P qua 2 phương án sử dụng kháng khơng điều khiển và tụ bù dọc với phương án sử dụng kháng điều khiển kiểu CRT (Hình 2.15; 2.16) dùng hàm điều khiển (2.14) cho phép giảm đáng kể. 22 Hình 2.15: Cơng suất truyền tải ở đầu đường dây và cuối đường dây với cosφ phụ tải =1;Uđầu = 500kV a) sử dụng kháng bù ngang khơng điều khiển kết hợp với tụ bù dọc b)sử dụng kháng bù ngang cĩ điều khiển
Trường hợp cosφ khác 1 (với cosφ phụ tải= 1;0,99;0,98,ở 2 chế độ tải P=50%Ptn và P=Ptn ;Uđầu = 500kV ). -Thời gian mơ phỏng 1,9s + Từ 0s đến 0,1s ứng với chế độ khơng tải + Từ 0,1s đến 1s ứng với chế độ tải bằng 50% tải tự nhiên + Từ 1s đến 1,9s ứng với chế độ tải bằng tải tự nhiên Kết thúc thời gian mơ phỏng tại thời điểm 1,9s Tiến hành mơ phỏng bằng cách tự động đĩng tải theo thứ tự với các mức 0%,50%,100% tải tự nhiên. -Thay đổi hệ số cosφ lần lượt theo thời gian mơ phỏng: Ở chế độ tải bằng 50% tải tự nhiên (từ 0,1s đến 1s) ta thay đổi hệ số cosφ như sau: + từ 0,1s đến 0,4s hệ số cosφ phụ tải bằng 1 + từ 0,4s đến 0,7s hệ số cosφ phụ tải bằng 0,99 + từ 0,7s đến 1s hệ số cosφ phụ tải bằng 0,98 Ở chế độ tải bằng 100% tải tự nhiên (từ 1s đến 1,9s) ta thay đổi hệ số cosφ như sau: + từ 1s đến 1,3s hệ số cosφ phụ tải bằng 1 + từ 1,3s đến 1,6s hệ số cosφ phụ tải bằng 0,99 23 + từ 1,6s đến 1,9s hệ số cosφ phụ tải bằng 0,98 - Cơng suất truyền tải ở đầu đường dây và cuối đường dây (với cosφ phụ tải= 1;0,99;0,98,ở 2 chế độ tải P=50%Ptn và P = Ptn; Uđầu = 500kV ). Hình 2.16: Cơng suất truyền tải ở đầu đường dây và cuối đường dây (với cosφ phụ tải= 1;0,99;0,98,ở 2 chế độ tải P=50%Ptn và P = Ptn;Uđầu = 500kV ) a) sử dụng kháng bù ngang khơng điều khiển kết hợp với tụ bù dọc b)sử dụng kháng bù ngang cĩ điều khiển Bảng 2.3: Chênh lệch điện áp giữa hai đầu đường dây và tỷ lệ tổn thất cơng suất trên đường dây (với cosφ phụ tải = 1;0,99;0,98;Uđầu = 500kV). Cơng suất truyền tải Kháng khơng điều khiển và tụ bù dọc Kháng cĩ điều khiển kiểu CRT P,MW P/Ptndm cosφ U1/U2 ∆P,MW ∆P% U1/U2 ∆P,MW ∆P% 1 0,931 32,3 34,7 0,985 27 29,08 0,99 0,929 32,5 34,9 0,983 27,8 29,89 93 0,1 0,98 0,927 32,8 35,2 0.981 28,3 30,04 1 1,012 33,07 8,89 1,012 32,58 8,76 0,99 1,018 33,18 8,92 0,016 33,1 8,88 372 0,4 0,98 1,025 33,33 8,96 0,019 33,6 9,03 1 1,025 51,61 11,1 1.021 34,17 7,35 0,99 1,028 51,89 11,16 1,027 34,6 7,44 465 0,5 0,98 1,031 52,35 11,26 1,030 35,1 7,54 24 1 1,081 64,17 11,5 1.034 42,29 7,58 0,99 1,084 67,52 12,1 1,038 42,8 7,67 558 0,6 0,98 1,089 70,31 12,6 1,043 43,3 7,75 1 1,297 145,15 15,5 1.061 77,05 8,30 0,99 1,303 149,73 16,1 1,069 78,9 8,49 930 1 0,98 1,308 154,38 16,6 1,073 79,8 8,58 Nhận xét chung : Từ kết quả mơ phỏng cho trên bảng 2.3 ta thấy : - Khi dùng tụ bù dọc kết hợp với kháng bù ngang khơng điều khiển dẫn đến quá điện áp cuối đường dây khá lớn trong chế độ khơng tải, hay tải nhỏ và chênh lệch điện áp lớn (sụt áp) khi cơng suất truyền tải tăng cao và làm tăng tổn thất cơng suất trên đường dây truyền tải. Các kết quả nhận được qua mơ phỏng đưa ra ở bảng 4 phù hợp với số liệu trong các báo cáo điều độ trong khi vận hành đường dây 500 kV giai đoạn 1996-1998. - Khi ứng dụng kháng cĩ điều khiển CRT, khơng cần dùng tụ bù dọc kết quả cho thấy giảm được độ chênh điện áp và tổn thất cơng suất trên đường dây. Từ những kết quả mơ phỏng và kết quả tinh tốn tương ứng với các trường hợp cơng suất truyền tải trên đường dây thay đổi từ 0 cho đến cơng suất tự nhiên cho thấy hàm điều khiển được xây dựng đã đáp ứng được yêu cầu thay đổi mức bù của kháng bù ngang kiểu máy biến áp CRT trên đường dây. Ứng dụng CRT cho phép làm giảm tổn thất cơng suất, tổn thất điện áp, nâng cao khả năng truyền tải của đường dây. 25 KẾT LUẬN *. Các kết quả đã đạt được: Với đề tài " Nghiên cứu xây dựng hàm điều khiển cho kháng bù ngang kiểu biến áp để giảm tổn thất cơng suất trên đường dây truyền tải " Luận văn đã giải quyết được các nội dung cơ bản sau: - Dựa trên các mơ tả tốn học, biểu diễn quan hệ điện từ giữa tín hiệu điều khiển của các van bán dẫn với các tham số kháng cũng như quan hệ khi điều khiển. Kháng bù ngang kiểu máy biến áp với các thơng số trên đường dây truyền tải. Thiết lập luật điều khiển cho kháng bù ngang cĩ điều khiển kiểu biến áp nhằm giảm tổn thất cơng suất trên đường dây khi cơng suất tuyền tải trên đường dây thay đổi từ khơng tải đến cơng suất tự nhiên. - Xây dựng được mơ hình đường dây truyền tải cĩ lắp kháng bù ngang kiểu biến áp và khảo sát hiệu giảm tổn thất cơng suất và tổn thất điện áp khi thực hiện điều khiển kháng theo hàm đề xuất. -Mơ phỏng được quá trình làm việc của kháng bù ngang với hàm điều khiển đã xây dựng trên một hệ thống truyền tải điện 500 kV. - Mơ phỏng trên hàm điều khiển trên phần mềm Matlab – Simulink khẳng định hiệu quả tác động của hàm điều khiển đã xây dựng. - Bằng kết quả mơ phỏng chứng minh hiệu quả giảm tổn thất điện áp, tổn thất cơng suất trên đường dây và tính linh hoạt điều chỉnh trào lưu cơng suất phản kháng trên đường dây của kháng điều khiển kiểu biến áp. - Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở để tiến tới ứng dụng kháng điều khiển nhằm giải quyết vấn đề cấp bách hiện nay là nâng cao độ 26 tin cậy và tính kinh tế - kỹ thuật của hệ thống truyền tải điện ở Việt Nam. * Hạn chế cịn tồn tại cần tiếp tục nghiên cứu: Do kiến thức chuyên mơn cũng như thời gian cịn nhiều hạn chế nên luận văn chỉ dừng lại ở mức độ mơ phỏng trên Matlab – Simulink. - Đề tài chỉ khảo sát trường hợp đường dây cĩ tải tập trung ở cuối đường dây. * Hướng mở rộng đề tài -Tiếp tục nghiên cứu trường hợp khi cĩ phụ tải và nguồn phân bố dọc đường dây trong hệ thống đầy đủ. - Tiếp tục nghiên cúu phương án sử dụng kháng bù ngang cĩ điều khiển kết hợp với việc xử lý bù cuối đường dây bằng tụ để giảm lượng cơng suất phản kháng cần truyền tải trên đường dây.