Nghiên cứu xây dựng mô hình sử dụng thiết bị SVC để điều khiển nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG -----------oOo---------- PHAN THÀNH VIỆT NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ SVC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO HỆ THỐNG ĐIỆN Chuyên ngành: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN Mã số: 60.52.50 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. NGƠ VĂN DƯỠNG Phản biện 1: TS. LÊ KỶ Phản biện 2: PGS.TS. TRẦN VĂN TỚP Luận văn sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày … tháng … năm 2011. Cĩ thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thơng tin - Tư liệu, Đại học Đà Nẵng. - Trung tâm Thơng tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng. 3 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Đối với các hệ thống điện lớn phạm vi cung cấp cơng suất cho các phụ tải trên địa bàn rộng, đặc tính tiêu thụ cơng suất của các khu vực khác nhau thì trong quá trình vận hành trào lưu cơng suất sẽ thường xuyên thay đổi theo chế độ vận hành. Do đĩ trong quá trình vận hành thơng số chế độ (U, f, P, Q..) thường xuyên thay đổi trong phạm vi rộng, xuất hiện nhiều trường hợp thơng số rơi ra ngồi phạm vi cho phép nên trong cơng tác quản lý vận hành các hệ thống điện này cần thiết phải tìm các giải pháp để điều khiển thơng số chế độ đưa về giá trị cho phép. Tuy nhiên đối với các hệ thống điện lớn, các thơng số thay đổi trong phạm vi rộng nên các thiết bị bù cố định khơng thể điều khiển giữ được thơng số cho phép. Vì nếu chọn dung lượng bù để điều chỉnh điện áp thoả mản ở chế độ này thì sẽ khơng thoả mản ở chế độ khác [11]. Trong trường hợp này chỉ cĩ thể sử dụng các thiết bị bù cĩ điều khiển như SVC hoặc STATCOM trong nhĩm thiết bị FACTS mới cĩ khả năng điều khiển nhanh lượng cơng suất phản kháng trao đổi với hệ thống để giữ ổn định điện áp nút khi thay đổi chế độ vận hành. Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, cơng nghệ chế tạo các linh kiện điện tử cơng suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống điện. Các thiết bị bù dùng thyristor sử dụng rất nhiều để điều khiển tồn hệ thống, được nghiên cứu và ứng dụng ở một số nước cĩ trình độ cơng nghệ tiên tiến trên thế giới như: Mỹ, Canada, Brasil…là những nước tiên phong trong việc ứng dụng kỹ thuật cơng nghệ FACTS vào lưới điện truyền tải đêm lại lợi ích to lớn. 4 Ở nước ta đã hình thành Hệ thống điện (HTĐ) hợp nhất từ khi đường dây 500 kV đưa vào vận hành năm 1994. Từ đĩ đến nay HTĐ Việt Nam liên tục phát triển cả về quy mơ lẫn cơng nghệ. Trong quá trình vận hành đã xuất hiện nhiều vấn đề cấp thiết cần được giải quyết. Trong đĩ, vấn đề ổn định điện áp HTĐ luơn được quan tâm. Điện áp các nút thay đổi trong phạm vi rộng khơng thể sử dụng thiết bị bù cố định do đĩ ta cần sử dụng thiết bị SVC. Đối với Việt Nam đây là cơng nghệ mới để triển khai áp dụng trong thực tế cần phải cĩ những nghiên cứu đầy đủ về tính năng và vai trị của các thiết bị này trong vấn đề điều khiển hệ thống điện.Cho nên để cĩ thể ứng dụng vào thực tế cần thiết phải xây dựng các mơ hình nghiên cứu thiết bị FACTS trong phịng thí nghiệm. Nên đề tài nghiên cứu xây dựng mơ hình mơ phỏng của một loại thiết bị Facts rất cĩ khả năng được áp dụng cho hệ thống điện Việt Nam là thiết bị SVC đã được lựa chọn cho đề tài luận văn của tác giả. 2. Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu phân tích và lựa chọn thiết bị FACTS phù hợp cho việc điều khiển nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện . - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc và đặt tính làm việc của thiết bị SVC. - Xây dựng chương trình mơ phỏng điều khiển thiết bị SVC. - Xây dựng mơ hình lắp đặt SVC để điều khiển nhằm nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện . 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: - Vấn đề ổn định điện áp trong hệ thống điện 5 - Nghiên cứu các loại thiết bị FACTS - Tìm hiểu các phần mềm lập trình mơ phỏng thiết bị SVC.
Phạm vi nghiên cứu - Cấu trúc và nguyên lý làm việc của một số thiết bị FACTS sử dụng cho quá trình điều khiển nâng cao ổn định điện áp. - Nghiên cứu cấu trúc bộ điều khiển thiết bị SVC. - Nghiên cứu xây dựng mơ hình điều khiển của thiết bị SVC. 4. Phương pháp nghiên cứu -Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý làm việc của SVC từ đĩ xây dựng đặt tính làm việc của SVC . -Tìm hiểu phần mềm mơ phỏng sử dụng lập trình mơ phỏng thiết bị SVC . -Tính tốn lắp đặt mơ hình sử dụng SVC để điều khiển nâng cao ổn định điện áp cho HTĐ. 5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài - Ứng dụng cơng nghệ FACTS, vi điều khiển và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống điện . - Kết quả nghiên cứu đề tài cho phép khả năng ứng dụng của thiết bị SVC vào thực tiễn Việt Nam trong tương lai. - Gĩp phần trong việc nghiên cứu, xây dụng và phát triển cơng nghệ điều khiển trong truyền tải điện xoay chiều linh hoạt ở Việt Nam. - Đáp ứng được những cơng dụng thiết thực trong cơng tác nghiên cứu đào tạo và làm mơ hình thí nghiệm cho sinh viên ngành điện. 6. Tên đề tài 6 Với sự trình bày và phân tích các vấn đề nêu trên, tác giả đặt tên cho đề tài là: “Nghiên cứu xây dựng mơ hình sử dụng thiết bị SVC để điều khiển nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện ”. 7. Cấu trúc luận văn Trên cơ sở mục đích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu nội dung đề tài dự kiến như sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan về vấn đề ổn định điện áp trong hệ thống điện và cơng nghệ FACTS. Chương 2: Nghiên cứu cấu trúc bộ điều khiển gĩc mở của thyristor. Chương 3: Nghiên cứu xây dựng chương trình mơ phỏng điều khiển thiết bị SVC. Chương 4: Nghiên cứu xây dựng mơ hình sử dụng thiết bị SVC để điều khiển nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện. Kết luận Hướng phát triển của đề tài CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ CƠNG NGHỆ FACTS 1.1. Tổng quan về vấn đề ổn định điện áp trong hệ thống điện 1.1.1. Khái niệm về ổn định điện áp Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống nằm trong một phạm vi cho phép ở điều kiện vận hành bình thường hoặc sau các kích động. Ổn định điện áp thường liên quan tới tải và cịn được gọi là ổn định phụ tải. 7 1.1.2. Sụp đổ điện áp Sụp đổ điện áp (từ loạt sự cố nghiêm trọng của một hệ thống điện) cĩ những kịch bản sau : - Khi cĩ một số máy phát lớn gần tâm tải bị hỏng, dẫn tới một số đường dây siêu cao bị quá tải nên làm cho nguồn Q bị giới hạn tối đa. - Khi mất một đường dây, các đường dây cịn lại bị quá tải, tổn thất Q trên đường dây tăng và dẫn tới nhu cầu tải cao trong hệ thống. Đặc trưng của sụp đổ điện áp : Mất ổn định điện áp hay sụp đổ điện áp là sự cố nghiêm trọng trong vận hành hệ thống điện, làm mất điện trên một vùng hay trên cả diện rộng, gây thiệt hại rất lớn về kinh tế, chính trị, xã hội. Trên thế giới đã ghi nhận được nhiều sự cố mất điện lớn do sụp đổ điện áp gây ra như :[10, 12, 13, 14]. - Sự cố tan rã HTĐ ngày 12/01/1987 tại miền tây nước Pháp: - Sự cố tan rã HTĐ tại Phần Lan 8/1992. - Sự cố tan rã HTĐ tại các bang miền Tây nước Mỹ (Western Systems Coordination Council -WSCC) ngày 2 tháng 7 năm 1996. Nguyên nhân chính là sự sụp đổ điện áp [11, 14] . Ở Việt Nam cũng đã xảy ra nhiều lần sự cố mất điện trên diện rộng, chẳng hạn như vào các ngày 17/5/2005, 27/12/2006, 20/7/2007 và 04/9/2007 [16] Vì vậy ổn định điện áp cần được quan tâm, nghiên cứu nhiều hơn . 1.1.3. Điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện 1.1.3.1. Ảnh hưởng của điện áp đến hoạt động của hệ thống điện 1.1.3.2 Mối quan hệ giữa cơng suất phản kháng và điện áp 1.2.2. Lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS 8 1.2.2.1. Các ưu điểm khi sử dụng thiết bị FACTS 1.2.2.2. Các giải pháp kỹ thuật của FACTS 1.2.3. Phân loại thiết bị FACTS 1.2.3.1. Điều khiển nối tiếp 1.2.3.2. Điều khiển song song 1.2.3.3. Điều khiển nối tiếp - nối tiếp kết hợp 1.2.3.4. Thiết bị điều khiển nối tiếp - song song kết hợp 1.2.4. Một số thiết bị FACTS 1.2.4.1. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC - Static var compensator) 1.2.4.2.Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC -Thyristor controlled series capacitor) 1.2.4.3. Thiết bị bù tĩnh (STATCOM - Static synchronous compensator) 1.2.4.4. Thiết bị điều khiển dịng cơng suất (UPFC - Unified power flow controller) 1.2.4.5. Thiết bị điều khiển gĩc pha bằng thyristor (TCPAR - Thyristor controlled phase angle regulator) 1.2.4.6. Nhận xét 1.3. Ứng dụng của thiết bị SVC trong việc nâng cao ổn định điện áp HTĐ 1.3.1. Đặt vấn đề 1.3.2.Điều chỉnh điện áp và trào lưu cơng suất 1.4. Kết luận Hợp nhất HTĐ bằng đường dây siêu cao áp đem lại nhiều hiệu quả tổng hợp. Tuy nhiên, cĩ nhiều vấn đề kỹ thuật cần giải quyết, trong đĩ, vấn đề bù cơng suất phản kháng và điều khiển cĩ ý 9 nghĩa quyết định trong việc giữ ổn định điện áp và nâng cao giới hạn truyền tải. Việc lắp đặt các thiết bị bù dọc và bù ngang điều khiển nhờ thyristor là xu hướng rất được quan tâm trên thế giới vì nhờ chúng mà độ tin cậy và tính kinh tế trong vận hành HTĐ được tăng lên rất nhiều. Các thiết bị bù dọc và bù ngang sử dụng thyristor cĩ khả năng điều chỉnh gần như tức thời thơng số của chúng. Việc ứng dụng các thiết bị nĩi trên trong HTĐ làm nâng cao khả năng giữ ổn định điện áp và giảm dao động cơng suất, đặc biệt là đối với các HTĐ hợp nhất cĩ truyền tải bằng các đường dây siêu cao áp. Với điều kiện địa lý như ở Việt Nam, đường dây truyền tải 500 kV rất dài, các nguồn phát ở xa trung tâm phụ tải thì khả năng ứng dụng thiết bị SVC sẽ mang lại hiệu quả trong vận hành và tăng ổn định chất lượng điện năng của HTĐ Việt Nam. 10 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC BỘ ĐIỀU KHIỂN GĨC MỞ CỦA THYRISTOR 2.1. Sơ đồ cấu trúc Cấu trúc của một mạch điều khiển Thyristor gồm 3 khâu chính sau đây Hình 2.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển Thyristor - Khâu đồng bộ: Tạo tín hiệu đồng bộ với điện áp anốt - catốt của Thyristor cần mở. Tín hiệu này là điện áp xoay chiều, thường lấy từ biến áp cĩ sơ cấp nối song song với Thyristor cần mở. - Khâu so sánh - tạo xung: Làm nhiệm vụ so sánh giữa điện áp đồng bộ thường đã được biến thể với tín hiệu điều khiển một chiều để tạo xung kích mở Thyristor. - Khâu khuếch đại xung: Tạo ra xung mở cĩ đủ điều kiện để mở Thyristor. Khi thay đổi giá trị điện áp một chiều Uđk thì gĩc mở α sẽ thay đổi. 2.2. Các nguyên tắc điều khiển 2.2.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 2.2.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” Theo nguyên tắc này, ở khâu so sánh cĩ hai điện áp đặt vào: - Điện áp đồng bộ sin, sau khi ra khỏi khâu đồng bộ được tạo thành tín hiệu cos. - Điện áp điều khiển là áp một chiều cĩ thể biến đổi được. ĐB SS-TX KĐ Uđk 11 Điện áp Uđb=Umsinωt thì Uc=Umcosωt Giá trị α được tính theo phương trình sau: Umcosα = Uđk. Hình 2.3: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” Do đĩ: α = arccos(Uđk/Um) Khi Uđk = Um thì α = 0 Khi Uđk = 0 thì α = pi/2 Khi Uđk = -Um thì α = pi Như vậy, khi điều chỉnh Uđk từ trị -Um đến +Um, ta cĩ thể điều chỉnh được gĩc α từ 0 đến pi. 2.2.3. Các khâu trong bộ điều khiển gĩc mở tryristor 2.2.3.1. Khâu tạo xung đồng bộ và so sánh tín hiệu xung cho bộ VĐK 2.2.3.2. Khâu phản hồi 2.2.3.3. Khâu khuếch đại xung 2.2.3.4. Khâu điều khiển tạo xung sử dụng VĐK PIC 16F877 2.2.3.5. Bộ điều khiển PID dưới dạng tương tự 2.2.3.6. Bộ điều khiển PID dưới dạng số 2.3. Phần mềm mơ phỏng mạch điện-điện tử ISIS_PROTEUS 2.3.1. Giới thiệu 2.3.2. Trình tự mơ phỏng 2.4. Kết luận Uc Uđk pi ωt U Uđb α 2pi 12 Nguyên tắc điều khiển và cấu trúc bộ điều khiển gĩc mở của tryristor được xây dựng trên nền tản lý thuyết khác nhau. Cĩ rất nhiều cách để điều khiển tuy nhiên một trong những hướng nghiên cứu xây dựng cấu trúc bộ điều khiển này là sử dụng VĐK pic 16f877 vì cĩ những ưu điểm cĩ thể ta cho phép ta lập trình trên ngơn ngữ C để điều khiển ,cho phép nạp chương trình trên phần mềm mơ phỏng để kiểm tra và cĩ thể thiết kế phần cứng nhằm ứng dụng nghiên cứu xây dụng mơ hình điều khiển thiết bị SVC . CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SVC 3.1. Thiết bị bù tĩnh cĩ điều khiển SVC [5] Trong trường hợp chung SVC được cấu tạo từ 3 phần tử cơ bản: Thyristor Controlled Reactor (TCR), Thyristor Switched Reactor (TSR), Thyristor Switched Capacitor (TSC). Hình 3.1: Thiết bị bù tĩnh cĩ điều khiển SVC 3.1.1. Thyristor đĩng cắt cuộn kháng và Thyristor đĩng cắt tụ điện. a. Thyristor điều chỉnh và Thyristor đĩng cắt cuộn kháng (TCR và TSR) Biên độ ILF(α ) của dịng phản kháng cơ bản ILF(α ) cĩ thể xác định theo gĩc α (tính từ lúc biên độ điện áp là max) TCR TSC TSR 13 ILF(α)= )2sin121( α pi α piω −− L V Tổng dẫn phản kháng tác dụng BL(α ) của TCR cĩ thể xác định. Tổng dẫn này là một hàm theo gĩc α : )2sin121(1)( α pi α piω α −−= L BL Nếu TCR đĩng cắt với một gĩc α cố định, thường α=0 thì nĩ sẽ trở thành một cuộn kháng đĩng cắt Thyristor (TSR). TSR cũng là một phần tử của SVC, gồm một số cuộn kháng đấu song song, chúng được đĩng vào lưới hoặc cắt ra bằng cách kích dẫn hồn tồn hoặc ngắt hồn tồn thơng qua các van Thyristor. b. Thyristor đĩng ngắt tụ điện (TSC) Thyristor đĩng ngắt tụ điện một pha thể hiện trên hình 3.2. Nĩ gồm một tụ điện và hai van Thyristor mắc song song ngược và một cuộn kháng để giới hạn dịng điện. 3.1.2. Đặc tính làm việc của SVC 3.1.3 Đặc tính điều chỉnh của SVC 3.2. Xây dựng chương trình mơ phỏng điều khiển thiết bị SVC 3.2.1. Sơ đồ khối mơ hình điều khiển SVC Sơ đồ khối mơ hình sử dụng thiết bị SVC để nâng cao ổn định điện áp HTĐ được chỉ ra trên hình 3.11. 14 Hinh 3.12: Sơ đồ khối mơ hình sử dụng thiết bị SVC để nâng cao ổn định điện áp HTĐ 3.2.2. Mơ phỏng các phần tử của khối điều khiển các van thyristor của SVC 3.2.2.1. Bộ đo giá trị dịng điện và điện áp 3.2.2.2. Khâu phản hồi: 3.2.2.3. Khâu tạo xung đồng bộ. 3.2.2.4. Khâu khuếch đại xung 3.2.3. Mơ phỏng các phần tử của khối SVC 3.2.4. Mơ phỏng các phần tử của khối tải 3.2.5. Chương trình mơ phỏng sử dụng thiết bị SVC để nâng cao ổn định điện áp cho HTĐ Từ việc phân tích cấu tạo nguyên lý làm việc của các khâu ta cĩ sơ đồ mơ phỏng tổng quát mơ hình SVC như trên hình 3.22. Để cho bộ vi điều khiển PIC 16f877 làm việc thì PIC cần cĩ một chương trình viết trên ngơn ngữ lập trình CCSC đúng với cơng nghệ điều khiển, vì bộ điều khiển PIC16f877 cho phép lập trình được và ISIS cho phép mơ phỏng nạp chương trình file .hex. File .hex của chương trình điều khiển gĩc mở của bộ thyristor mắc song song ngược chiều nhau được cho ở phụ lục 3. Sau khi nạp chương trình cho bộ vi điều khiển PIC16F877 ta tiến hành chạy mơ phỏng bằng cách bấm vào nút Play của chương trình ISIS . 15 Hình 3.22: Đồ thị các chức năng của chương trình 1. Giới thiệu các đồ thị trên màn hình giao diện Hình 3.23: Sơ đồ đồ thị trên màn hình giao diện a) Điều khiển gĩc mở α của bộ TCR để điều khiển điện áp nút - Khi gĩc mở α bằng 0 độ điện áp U= 182 V LCD hiển thị gĩc mở α Điện áp hồi tiếp Điện Áp Tải Nút chuyển chế độ Tự động bằng tay Nút điều khiển TCR Máy đo hiện sĩng Đồ thị Xung kích TCR Đồ thị điện áp hồi tiếp Đồ thị điện áp tải Đồ thị điện áp nguồn 16 Hình 3.24: Kết quả trên màn hình giao diện khi gĩc mở α bằng 0 độ - Khi điều khiển gĩc mở α bằng 107 độ điện áp U tăng lên 219 V Hình 3.25: Kết quả trên màn hình giao diện khi gĩc mở α = 107 độ -Khi cắt tải điện áp nút tăng lên điều khiển gĩc mở α = 53 độ thì U giảm 219 V LCD hiển thị gĩc mở α bằng 0 độ Điện áp tải bằng 182 V LCD hiển thị gĩc mở α bằng 107 độ Điện áp tải bằng 219 V 17 Hình 3.26: Kết quả trên màn hình giao diện khi gĩc mở α = 53 độ -Khi tiến hành đĩng tải điện áp nút giảm xuống điều khiển gĩc mở α tăng lên bằng 143 độ thì U tăng 220 V Hình 3.27: Kết quả trên màn hình giao diện khi gĩc mở α =143 độ b) Tự động điều khiển gĩc mở α của bộ TCR để giữ ổn định điện áp nút .Đặt điện áp nút U= 220V .Tiến hành thay đổi phụ tải chương trình tự động điều khiển gĩc α để giữ điện áp nút 220 V . LCD hiển thị gĩc mở α bằng 53 độ Điện áp tải bằng 219 V LCD hiển thị gĩc mở α bằng 107 độ Điện áp tải bằng 220 V 18 Hình 3.28: Kết quả trên màn hình giao diện khi giữ điện áp nút 220 V 3.3. Kết luận Sơ đồ điều khiển dùng bộ vi điều khiển phát xung điều khiển cho các cặp Thyristor nối song song ngược cĩ cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, dễ thực hiện. Sơ đồ cĩ thể thực hiện điều khiển đĩng cắt cuộn kháng TCR, đĩng cắt tụ điện TSC, đĩng cắt cuộn kháng TSR… Tuỳ theo số lượng các thiết bị cần điều chỉnh hoặc đĩng cắt, ta thực hiện số lượng chân ra của bộ vi điều khiển để điều khiển tương ứng. Các kết quả cho thấy hiệu ứng tác động nhanh của kháng bù ngang cĩ điều khiển thyristor (TCR) trong việc điều chỉnh điện áp nâng cao ổn định của hệ thống. Mơ hình mơ phỏng thiết bị kháng cĩ thể được ghép với mơ hình đường dây cao áp hoặc siêu cao áp để nghiên cứu khả năng, mức độ nâng cao ổn định của kháng bù ngang TCR với luật điều khiển PID dùng bộ vi điều khiển PIC 16f877. Hiện tại số liệu vào được xử lý trên cơ sở tính tốn và Điện áp tải bằng 220 V LCD hiển thị gĩc mở α bằng 107 độ 19 mơ phỏng trên phần mềm. Để hồn thiện mơ hình mơ phỏng kháng bù ngang TCR cần phải tìm hiểu kỹ khâu xử lý số liệu vào trên thực tế để mơ hình mơ phỏng mang tính hiện thực. Qua đĩ ta tiến hành nghiên cứu lắp đặt mơ hình sử dụng thiết bị SVC dựa trên cơ sở mơ phỏng được trình bày trong chương 4 . CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ SVC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO HỆ THỐNG ĐIỆN 4.1. Mở đầu Hình 4.1: Sơ đồ khối mơ hình lắp đặt Để đánh giá hoạt động của thiết bị SVC, trong đề tài này tác giả nghiên cứu xây dụng mơ hình sử dụng thiết bị SVC tại phịng thí nghiệm với hệ thống điện 1 pha đơn giản như hình 4.1 và tiến hành thử nghiệm với 2 trường hợp hệ thống cĩ SVC và khơng cĩ SVC khi tải thay đổi .Để phù hợp với với thiết bị thí nghiệm và an tồn trong thí nghiệm các thành phần điện áp cao đã được thu nhỏ. Thực tế đường dây điện (chiều dài l km , điện áp 110 kV,220kV, 500kV và 20 dịng điện lớn hơn 1000 A) được thay thế bởi tổng trở Z, điện áp U và dịng điện I nhỏ trong phịng thí nghiệm. Trong thí nghiệm này, tất cả các cấp điện áp và dịng điện đã được thu nhỏ bằng một tỷ lệ khoảng 1:500,1000,2270. Do đĩ, các giá trị điện áp và dịng điện đo được trong mơ hình thí nghiệm được chuyển đến cấp độ 110,220,500 -kV theo một hệ số nhân của 500,1000,2270. LCD để hiển thị gĩc Anpha các thiết bị đo dịng điện, điện áp và máy đo hiện sĩng được sử dụng để đo điện áp nút, dịng qua TCR ,TSR và TSC của SVC trong mơ hình .Tải được chọn là một tải thay đổi được. Đường dây truyền tải cĩ điện trở tương đương là 8,66 Ω và điện cảm là 100 mH. Các tải hoạt động trong dảy cơng suất tác dụng 0-250 W và cơng suất phản kháng là 0-100Var. 4.2. Lắp đặt mơ hình 4.2.1. Thi cơng phần cứng Việc thi cơng phần cứng mơ hình trải qua nhiều cơng đoạn sau: - Để thiết kế phần cứng trước tiên ta phải tính tốn và chọn tất cả các thiết bị mạch điều khiển và mạch động lực của mơ hình . - Sau đĩ ta tiến hành vẽ lại sơ đồ nguyên lý tồn hệ thống trong phần này ta chọn phần mềm Ocard để vẽ vì phần mềm này cĩ ưu điểm hơn so với ISIS vì nĩ cĩ thể cho ta xuất ra sơ đồ mạch in một cách tự động (tuy nhiên cĩ chỉnh sửa và cài đặt một số thơng số). - Kiểm tra sơ đồ mạch in về hoạt động của mơ hình . - Hàn thiết bị vào mơ hình - Kiểm tra thiết bị ,linh kiện trên mơ hình . 4.2.1.1 .Thiết bị mạch điều khiển 4.2.1.2 .Sơ đồ nguyên lý thiết kế phần cứng. 4.2.1.3. Sơ đồ mạch in khối điều khiển 21 4.2.1.4 .Thiết bị mạch động lực gồm: 4.2.1.5. Sơ đồ tổng quát mơ hình: 4.2.1.6. Các bước lắp đặt mơ hình : Bước 1: Lắp và kiểm tra mơ hình khối điều khiển . Bước 2: Lắp và kiểm tra khối SVC Bước 3: Lắp và kiểm tra khối tải 4.2.2. Nạp chương trình Chương trình được viết trên ngơn ngữ CCSC như ở chương 3 (phần phụ lục 2) sau khi viết xong tiến hành biên dịch sang file.Hex . Sau đĩ nạp chương trình với file.Hex vào chip PIC 16F877 thơng qua khối kết nối máy tính bằng cổng USB . 4.2.3 Mơ hình sử dụng thiết bị SVC để điều khiển nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện Mơ hình cho phép thực hiện các chức năng sau : Mơ hình cho phép điều khiển để nghiên cứu vai trị của SVC được sử dụng để giữ ổn định điện áp nút . - Bằng cách thay đổi tải dẫn đến điện áp nút thay đổi theo, điều khiển gĩc mở α của bộ TCR và kết hợp với việc đĩng các thiết bị TSR và TSC cho phép điều khiển để giữ điện áp nằm trong giới hạn cho phép (hoặc theo giá trị cho trước ). Thực hiện điều khiển đĩng cắt bằng tay (bằng cách đĩng mở cơng tắc trên mơ hình và vặn biến trở) thơng tin về gĩc mở α dịng điện qua TCR,TSR,TSC, điện áp nút phụ tải được hiển thị trực tiếp trên mơ hình . 22 Hình 4.12: Mơ hình sử dụng thiết bị SVC để điều khiển nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện - Giới thiệu các chức năng điều khiển mơ hình: Hình 4.13: Các chức năng điều khiển của mơ hình Cơng tắc Chế độ Tự động và bằng LCD hiển thị gĩc mở α Đồng hồ Ampe đo dịng qua TCR , TSR,TSC Đồng hồ Volt đo điện áp nút tải Nguồn Biến trở điều khiển gĩc α bộ TCR Cơng tắc đĩng mở TSR ,TSC Tải đèn Tải động cơ 23 - Điều khiển điện áp nút ở chế độ bằng tay: Cụ thể +Khi tải : Động cơ thì điện áp U = 191 V Hình 4.14: Kết quả điện áp nút với tải động cơ khi khơng cĩ SVC Điều khiển gĩc mở α= 800 thì điện áp U= 219V Hình 4.15: Kết quả điều khiển điện áp nút chế độ bằng tay khi α =800 + Khi thay đổi tải Khi Tăng tải điện áp U giảm xuống cịn 198V Hình 4.16: Kết quả điện áp nút giảm khi tăng tải Điều khiển gĩc mở α = 1370 thì điện áp tăng lên U= 221V Hình 4.17: Kết quả điều khiển điện áp nút ở chế độ bằng tay khi α =1370 24 Khi cắt tải đèn điện áp U tăng lên 243V Hình 4.18: Kết quả điện áp nút tăng khi cắt tải Điều khiển gĩc mở α = 1680 thì điện áp nút giảm U= 220V Hình 4.19: Kết quả điều khiển điện áp nút ở chế độ bằng tay khi α =1680 - Chế độ tự động Đặt chế độ tự động giữ ổn định điện áp cho trước, U=Umod = 225V , Thay đổi phụ tải hệ thống tự động điều chỉnh α để giữ ổn định điện áp . Cụ thể + Tải đèn Hình 4.20: Kết quả tự động giữ ổn định điện áp nút tải đèn 25 Tải đèn và động cơ Hình 4.21: Kết quả tự động giữ ổn định điện áp nút tải đèn và động cơ. 4.3. Kết luận Mơ hình cho phép điều khiển để nghiên cứu vai trị của SVC được sử dụng để giữ ổn định điện áp nút . - Bằng cách thay đổi tải dẫn đến điện áp nút thay đổi theo, điều khiển gĩc mở α của bộ TCR và kết hợp với việc đĩng các thiết bị TSR và TSC cho phép điều khiển để giữ điện áp nằm trong giới hạn cho phép (hoặc theo giá trị cho trước ). KẾT LUẬN Để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ năng lượng điện ngày càng gia tăng, hệ thống điện đã khơng ngừng phát triển và mở rộng . Đối với các hệ thống điện lớn với các đường dây siêu cao áp thì vấn đề ổn định hệ thống được đặc biệt quan tâm, trước hết là vấn đề điện áp nút phụ tải. Cơng nghệ FACTS ra đời đã chế tạo nhiều thiết bị điều khiển nhanh thơng số hệ thống dẫn đến cĩ khả năng điều khiển thơng số chế độ một cách linh hoạt. SVC là thiết bị cĩ khả năng điều khiển giữ ổn định điện áp nút tải, nhất là trong các HTĐ mà trào lưu cơng suất thay đổi lớn dẫn đến thơng số chế độ biến thiên nhiều. Qua nghiên cứu cấu trúc bộ điều khiển gĩc mở của Tryristor đề 26 tài đã ứng dụng thiết kế và xây dựng được chương trình mơ phỏng hoạt động của SVC.Chương trình cho phép điều khiển để nghiên cứu khả năng sử dụng thiết bị SVC để giữ ổn định điện áp nút. Áp dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng mơ hình lắp đặt bộ SVC cơng suất nhỏ để điều khiển điện áp nút và mơ hình cịn cho phép giữ ổn định điện áp nút tải theo giá trị điện áp cho trước khi chuyển sang chế độ tự động. Kết quả của đề tài cĩ thể được sử dụng dùng làm mơ hình thí nghiệm cho sinh viên để nghiên cứu hoạt động của SVC. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Qua kết quả đạt được của mơ hình lắp đặt thiết bị SVC một pha, hồn tồn cĩ thể phát triển cho mơ hình lắp đặt thiết bị SVC ba pha . Từ kết quả đạt được của mơ hình thí nghiệm cĩ thể nghiên cứu phát triển để lắp đặt các bộ SVC cơng suất nhỏ để lắp đặt cho lưới phân phối cĩ các nút biến thiên điện áp lớn .