BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

HỒ QUỐC VIỆT

ÁP DỤNG MẠNG NEURON ĐIỀU KHIỂN
CÔNG SUẤT TRUYỀN TẢI TRÊN ĐƯỜNG DÂY
AC VỚI THIẾT BỊ SVC

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

HỒ QUỐC VIỆT

ÁP DỤNG MẠNG NEURON ĐIỀU KHIỂN
CÔNG SUẤT TRUYỀN TẢI TRÊN ĐƯỜNG
DÂY AC VỚI THIẾT BỊ SVC
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Ts. ĐINH HỒNG BÁCH

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2013


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. ĐINH HOÀNG BÁCH

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM
ngày 02 tháng 02 năm 2013

Thành ph ần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
1. TS. NGÔ CAO CƯ ỜNG
2. PGS.TS. LÊ KIM HÙNG
3. TS. HUỲNH CHÂU DUY
4. TS. TRẦN VINH TỊNH
5. PGS.TS. PHAN TH Ị THANH BÌNH
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 LV


TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP. HCM
PHỊNG QLKH - ĐTSĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc


TP. HCM, ngày 26 tháng 12 năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: HỒ QUỐC VIỆT

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 03-02-1981

Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

MSHV: 1181031069

I- TÊN ĐỀ TÀI:

ÁP DỤNG MẠNG NEURON ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRUYỀN TẢI TRÊN
ĐƯỜNG DÂY AC VỚI THIẾT BỊ SVC
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
III- NGÀY GIAO NHI ỆM VỤ:21-06-2012
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHI ỆM VỤ:25-12-2012
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TIẾN SĨ ĐINH HOÀNG BÁCH....................................
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

KHOA QU ẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH



i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng ình
tr nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng
trình nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được
cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn

HỒ QUỐC VIỆT


ii

LỜI CÁM ƠN
Em xin bày tỏ lời cám ơn sâu sắc đến TS. Đinh Hoàng Bách, thầy đã hướng dẫn,
chỉ dạy tận tình để em hồn thành luận văn này. Em xin chân thành cám ơn các thầy cô
giáo khoa Điện - Điện tử trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TPHCM đã truyền thụ
kiến thức cho em trong suốt q trình học tập vừa qua.
Tơi cũng xin cám ơn cơ quan, bạn bè đồng nghiệp, gia đình và người thân đã
cùng chia sẽ, giúp đỡ và động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho việc học tập và
hoàn thành luận văn này.
TPHCM, ngày

tháng


Hồ Quốc Việt

năm 2013


iii

TĨM TẮT
Đối với hệ thống điện lớn nói chung và hệ thống điện Việt Nam hiện nay nói
riêng, trào lưu công suất thay đổi nhiều do chế độ vận hành và sự thay đổi tải liên tục.
Cho nên thông số chế độ biến thiên trong phạm vi rộng dễ rơi ra ngoài phạm vi cho
phép. Trong trường hợp này sử dụng các thiết bị bù cố định không thể điều chỉnh được
mà phải sử dụng các thiết bị bù điều khiển nhanh như SVC.
Hiện nay, thiết bị bù tĩnh SVC vẫn được sử dụng khá phổ biến và có nhiều
phương pháp điều khiển khác nhau. Trong bài luận văn này trình bày cách điều khiển
thiết bị bù tĩnh SVC, điều khiển lượng công suất kháng ổn định điện lưới trong giới
hạn cho phép bằng phương pháp mạng neuron nhân tạo.


iv

ABSTRACT
In large power systems in general and and in the Vietnamese power system in
particular, power flow always changes depending on operating models and load value
changes continuously. Thus, it is easy for the parameters with a wide range of changes
to go beyond a pemitted range. In this case, we acn not use a fixed compensator to
adjust them and it can be more reasonable to use a fast controlled compensator such as
SVC.
Currently, static var compensation devices SVC still used quite popular and
there are many different control methods. In this essay demonstrates how static

compensation devices SVC control, control of power grid stability resistance within the
limits allowed by the method of artificial neural network.


v

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ i
LỜI CÁM ƠN ................................................................................................................. ii
TÓM TẮT ....................................................................................................................... ii
ABSTRACT ................................................................................................................... iv
MỤC LỤC ....................................................................................................................... v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................... ix
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................. x
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH..................................... xi
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
1.1 Đặt vấn đề ....................................................................................................... 1
1.2 Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN . 3
1.1. Những yêu cầu điều chỉnh nhanh công suất trong các điều kiện làm việc bình
thường và sự cố ...................................................................................................... 3
1.1.1. Đặc điểm .................................................................................................. 3
1.1.2. Các biện pháp áp dụng trong công nghệ truyền tải điện .......................... 4
1.1.3. Bù công suất phản kháng ......................................................................... 4
1.1.4. Bù dọc và bù ngang trong đường dây siêu cao áp ................................... 6
1.1.4.1. Bù dọc ............................................................................................... 6
1.1.4.2. Bù ngang ........................................................................................... 7
1.1.4.3. Nhận xét ............................................................................................ 7
1.2. Một số thiết bị điều khiển CSPK trong hệ thống điện .................................... 8
1.2.1. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC - static var compensator)

............................................................................................................................ 8
1.2.2. Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC - thyristor controlled
series capacitor)................................................................................................ 10


vi

1.2.3. Thiết bị bù tĩnh Statcom (static synchronous compensator) .................. 10
1.2.4. Thiết bị điều khiển dịng cơng suất (UPFC - unified power flow
controller) ......................................................................................................... 11
1.2.5. Thiết bị điều khiển góc pha bằng thyristor (TCPAR- thyristor controlled
phase angle regulator) ...................................................................................... 12
1.2.6. Nhận xét ................................................................................................. 12
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN THIẾT BỊ BÙ SVC VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ......................................................................................... 15
2.1. Đặt vấn đề ...................................................................................................... 15
2.2. Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC ........................................................... 16
2.2.1. Cấu tao từng phần tử của SVC............................................................... 16
2.2.1.1. Nguyên lý hoạt động của bộ thyristor mắc song song ngược ........ 16
2.2.1.2. Kháng điều chỉnh bằng thyristor TCR (thyristor controlled reactor)
..................................................................................................................... 19
2.2.1.3. Tụ đóng mở bằng thyristor TSC ( thyristor switch capacitor) ....... 23
2.2.1.4. Kháng đóng mở bằng thyristor TSR ( thyristor switch reactor) ..... 23
2.2.1.5. Hệ thống điều khiển các van trong SVC ........................................ 24
2.2.2. Các đặc tính của SVC ............................................................................ 25
2.2.2.1. Đặc tính điều chỉnh của SVC ......................................................... 25
2.2.2.2. Đặc tính làm việc của SVC............................................................. 25
2.3. Mơ hình SVC trong tính tốn chế độ xác lập của hệ thống điện .................. 27
2.3.1. Mô hình hóa SVC như một điện kháng có trị số thay đổi ..................... 27
2.3.2. Mơ hình SVC theo tổ hợp nguồn và phụ tải phản kháng....................... 28

2.4 Một số ứng dụng của SVC ............................................................................. 32
2.4.1. Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất ............................................... 32
2.4.2. Giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự cố ....................... 34
2.4.3. Ơn hịa dao động cơng suất hữu cơng .................................................... 35


vii

2.4.4. Giảm cường độ dịng điện vơ cơng ........................................................ 35
2.4.5. Tăng khả năng tải của đường dây .......................................................... 35
2.4.6. Cân bằng các phụ tải không đối xứng .................................................... 37
2.4.7. Cải thiện ổn định sau sự cố .................................................................... 37
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NEURON NHÂN TẠO ............................ 40
3.1. Giới thiệu mạng neuron nhân tạo .................................................................. 40
3.2 Cấu trúc mạng neuron nhân tạo (artifical neural networks- ANN) ................ 40
3.3 Phân loại mạng neuron nhân tạo ..................................................................... 42
3.4 Các phương pháp huấn luyện mạng neuron ................................................... 43
3.5 Mạng truyền thẳng một lớp (mạng Perceptron đơn giản)............................... 45
3.5.1 Cấu trúc mạng perceptron ....................................................................... 45
3.5.2 Cách xác định đường phân chia ranh giới .............................................. 45
3.5.3 Luật học perceptron ................................................................................ 46
3.6 Mạng truyền thẳng nhiều lớp (Multilayer Perceptron MLP).......................... 47
3.6.1 Thuật toán lan truyền ngược (Back Propagation _BP) ........................... 47
3.6.2 Mạng hàm cơ sở xuyên tâm (Radial basis functions _ RBF) ................. 48
3.7 Nhận dạng mơ hình và điều khiển sử dụng mạng neuron .............................. 51
3.7.1 Nhận dạng thơng số mơ hình .................................................................. 51
3.7.2 Điều khiển sử dụng mạng neuron ........................................................... 51
3.8 Kết luận ........................................................................................................... 53
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MẠNG NEURON NHÂN TẠO BÙ CÔNG SUẤT
KHÁNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CHO MỘT NÚT TẢI ........................................... 54

4.1 Xây dựng mơ hình đường dây có sử dụng SVC ............................................ 54
4.1.1 Giới thiệu sơ đồ ứng dụng....................................................................... 54
4.1.2 Sơ đồ thuật toán ...................................................................................... 56
4.1.3 Bộ điều khiển SVC ................................................................................. 57
4.1.4 Mô tả cách hoạt động .............................................................................. 61


viii

4.2 Ứng dụng mạng neuron nhân tạo điều khiển SVC......................................... 64
4.2.1 Xây dựng tập mẫu cho mạng neuron ...................................................... 65
4.2.2 Huấn luyện mạng neuron và mơ hình điều khiển ................................... 67
4.2.2.1 Huấn luyện mạng ................................................................................. 67
4.2.2.2 Kiểm tra kết quả sau khi huấn luyện mạng neuron.............................. 71
4.3 Ứng dụng các phương pháp điều khiển mạng neuron.................................... 77
4.3.1 Phương pháp điều khiển.......................................................................... 77
4.3.2 Kết quả ứng dụng mạng neuron .............................................................. 79
4.3.3 So sánh kết quả đạt được ........................................................................ 83
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................... 85
5.1 Kết luận .......................................................................................................... 85
5.2 Kiến nghị ........................................................................................................ 85


ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ANN

ARTIFICAL NEURAL NETWORKS


CSPK

CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

CSTD

CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

ĐK SVC

BỘ ĐIỀU KHIỂN SVC

GTO

GATE TURN OFF

HTĐ

HỆ THỐNG ĐIỆN

STATCOM

STATIC SYNCHRONOUS COMPENSATOR

SVC

STATIC VAR COMPENSATOR

TCPAR


THYRISTOR CONTROLLED PHASE ANGLE REGULATOR

TCR

THYRISTOR CONTROLLED REACTOR

TSC

THYRISTOR SWITCHED CAPACITOR

TSR

THYRISTOR SWITCHED REACTOR

UPFC

UNIFIED POWER FLOW CONTROLLER


x

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 So sánh chức năng các thiết bị bù.................................................................. 13
Bảng 4.1: Tổng hợp các tập mẫu................................................................................... 65
Bảng 4.2: So sánh kết quả giữa điều khiển thuật toán và mạng neuron ....................... 83


xi

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của SVC ......................................................... 9
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý bộ Thyristor........................................................................ 17
Hình 2.2. Đồ thị dịng điện tải ....................................................................................... 17
Hình 2.3. Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR .................................................... 19
Hình 2.4. Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR ........................................................... 20
Hình 2.5. Ảnh hưởng của giá trị góc cắt đến dịng điện của TCR ................................ 21
Hình 2.6. Dạng sóng của tín hiệu dịng điện của TCR.................................................. 22
Hình 2.7. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của TSC ........................................................ 23
Hình 2.8. Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TSR ..................................................... 24
Hình 2.9. Đặc tính U-I của SVC ................................................................................... 25
Hình 2.10. Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp.................................. 26
Hình 2.11. Đặc tính làm việc của nguồn cơng suất phản kháng ................................... 29
Hình 2.12. Đặc tính của phụ tải công suất phản kháng qua máy biến áp điều áp dưới tải
....................................................................................................................................... 29
Hình 2.13. Đặc tính làm việc của SVC ......................................................................... 30
Hình 2.14. Phối hợp đặc tính của một nguồn và hai phụ tải phản kháng ..................... 31
Hình 2.15. Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC.............................................. 33
Hình 2.16. Sự thay đổi của điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và khơng có SVC ...... 34
Hình 2.17. Quan hệ thời gian và điện áp q áp ........................................................... 34
Hình 2.18. Đặc tính cơng suất truyền tải khi có và khơng có SVC .............................. 36
Hình 2.19. Đặc tính cơng suất khi có và khơng có SVC .............................................. 38
Hình 3.1. Cấu trúc một neuron sinh học ....................................................................... 41
Hình 3.2. Mơ hình thuật tốn mạng neuron nhân tạo ................................................... 41
Hình 3.3. Mạng truyền thẳng một lớp ........................................................................... 43
Hình 3.4. Mạng truyền thẳng nhiều lớp ........................................................................ 43
Hình 3.5. Mơ hình luật học có giám sát ........................................................................ 44


xii


Hình 3.6. Mơ hình luật học củng cố .............................................................................. 44
Hình 3.7. Mơ hình luật học khơng giám sát .................................................................. 45
Hình 3.8. Cấu trúc mạng Perceptron ............................................................................. 45
Hình 3.9. Cấu trúc mạng RBF....................................................................................... 49
Hình 3.10. Thuật tốn nhận dạng thơng số mơ hình ..................................................... 51
Hình 3.11. Điều khiển sử dụng mạng neuron ............................................................... 52
Hình 3.12. Điều khiển theo vịng kín ............................................................................ 52
Hình 3.13. Điều khiển với mơ hình tham chiếu ............................................................ 52
Hình 3.14. Điều khiển theo thời gian vượt quá ............................................................. 52
Hình 3.15. Điều khiển quyết định ................................................................................. 53
Hình 4.1. Thơng số đường dây mơ hình SVC............................................................... 55
Hình 4.2. Mơ hình đường dây điều khiển SVC ............................................................ 55
Hình 4.3. Thuật tốn điều khiển SVC ........................................................................... 56
Hình 4.4. Mơ hình hệ điều khiển SVC bằng thuật tốn ................................................ 57
Hình 4.5. Biểu tượng và thơng số khối Measurement System...................................... 58
Hình 4.6. Biểu tượng và thơng số khối Distribution Unit ............................................. 59
Hình 4.7. Biểu tượng và thơng số khối Firing Unit ...................................................... 60
Hình 4.8. Kết quả điều khiển thuật tốn khi U=1.0pu .................................................. 62
Hình 4.9. Kết quả điều khiển thuật toán khi U=1.05pu ................................................ 63
Hình 4.10. Kết quả điều khiển thuật tốn khi U=0.95pu .............................................. 64
Hình 4.11. Mơ hình huấn luyện mang neuron cho TCR ............................................... 68
Hình 4.12. Quá trình huấn luyện mang neuron cho TCR ............................................. 69
Hình 4.13. Đặt tính sau khi huấn luyện......................................................................... 69
Hình 4.14. Các trạng thái huấn luyện............................................................................ 70
Hình 4.15. Mơ hình huấn luyện mang neuron cho TSC ............................................... 70
Hình 4.16. Quá trình huấn luyện mang neuron cho TSC.............................................. 71
Hình 4.17. Mơ hình đường dây với điều khiển SVC bằng mạng neuron .................... 71


xiii


Hình 4.18. Mơ hình bộ điều khiển SVC bằng mạng neuron......................................... 72
Hình 4.19. Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron khi U=1.0pu ......................... 73
Hình 4.20. Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron khi U=1.05 pu ...................... 74
Hình 4.21. Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron khi U=0.95pu ....................... 75
Hình 4.22. Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron khi U=0.97pu ....................... 76
Hình 4.23. Điều khiển theo vịng kín ............................................................................ 77
Hình 4.24. Thuật tốn điều khiển TSC ......................................................................... 78
Hình 4.25. Mơ hình điều khiển theo vịng kín .............................................................. 79
Hình 4.26. Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron vịng kín khi U=1.0pu .......... 80
Hình 4.27. Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron vịng kín khi U=1.05pu ........ 81
Hình 4.28. Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron vịng kín khi U=0.95pu ........ 82
Hình 4.29. Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron vịng kín khi U=0.97pu ........ 83


1

MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Cùng với xu thế toàn cầu hoá nền kinh tế, hệ thống điện cũng đã, đang và hình
thành các mối liên kết giữa các khu vực trong mỗi quốc gia, giữa các quốc gia trong
khu vực hình thành nên hệ thống điện hợp nhất có quy mô rất lớn về cả công suất lãnh
thổ.
Kỹ thuật truyền tải điện hiện đại đã sử dụng các thiết bị bù được điều khiển
bằng các linh kiện điện tử công suất để cung cấp nguồn năng lượng khi cần thiết để bảo
đảm tính ổn định của hệ thống điện. Các thiết bị này kết hợp với các bộ vi xử lý cho
phép điều khiển nguồn năng lượng một cách linh hoạt, khả năng tự động hoá cao đảm
bảo độ tin cậy và độ ổn định của hệ thống, trong đó hệ thống điều khiển đóng một vai
trị rất quan trọng. Việc thiết kế và tính tốn chính xác hệ thống điều khiển sẽ bảo đảm
sự làm việc tin cậy của hệ thống bù, góp phần nâng cao tính ổn định của hệ thống điện.

Một trong những giải pháp nhằm nâng cao tính ổn định của hệ thống và mở
rộng khả năng truyền tải là sử dụng hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt, việc
nghiên cứu SVC (Static Var Compensator) thuộc hệ thống truyền tải điện xoay chiều
linh hoạt là rất cần thiết và góp phần vận hành ổn định hệ thống điện.
1.2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:
Trước đây, việc điều chỉnh CSPK của các thiết bị bù thường được thực hiện đơn
giản: Thay đổi từng nấc (nhờ đóng cắt bằng máy cắt c ơ khí) hoặc thay đổi kích từ
(trong máy bù đồng bộ). Chúng chỉ cho phép điều chỉnh thô hoặc theo tốc độ chậm. Kỹ
thuật thyristor cơng suất lớn đó mở ra những khả năng mới, trong đó việc ra đời và ứng
dụng các thiết bị bù tĩnh điều chỉnh nhanh cơng suất lớn đó giải quyết được những yêu
cầu mà các thiết bị bù cổ điển chưa đáp ứng được, như tự động điều chỉnh điện áp các
nút, giảm dao động công suất nâng cao ổn định hệ thống.


2

Các tiến bộ trong việc áp dụng kỹ thuật thyristor vào trong hệ thống điện đã dẫn
đến sự phát triển của thiết bị bù tĩnh (Static Var Compensator - SVC). Thiết bị này
gồm các phần tử cuộn kháng và tụ điện được điều khiển bằng thyristor.
Điều chỉnh điện áp của đường dây truyền tải nhằm đáp ứng các biến động ở cả
hai đầu phát và nhận. Việc điều chỉnh điện áp được thực hiện qua việc điều khiển
nhanh trở kháng của SVC và do đó dẫn đến điều khiển nhanh cơng suất kháng ở đầu ra
của SVC.
Mục đích chính của bù SVC là làm tăng giới hạn ổn định của hệ thống điện
xoay chiều, làm giảm dao động điện áp khi có biến động phụ tải cũng như giới hạn
được mức quá điện áp khi có biến động lớn. SVC về cơ bản là thiết bị có cơng suất
kháng điều khiển bằng thyristor.
Việc nghiên cứu ứng dụng thiết bị bù tĩnh có điều khiển thyristor (SVC) với khả
năng điều chỉnh nhanh SVC bằng mạng Neuron nhân tạo trong việc điều chỉnh nhanh
công suất phản kháng và các thông số khác của hệ thống điện Việt Nam trong tương lai

là nhiệm vụ rất cần thiết. Nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp dụng các phương
pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động của thiết bị bù SVC trong hệ thống điện.
Vì vậy việc áp dụng mạng neuron nhân tạo sẽ có ý nghĩa rất lớn trong việc ứng
dụng vào điều khiển SVC trên lưới điện:


Tăng tốc xử lý khi SVC cần làm việc.



Đơn giản và giúp SVC thông minh hơn trong q tr
ình ph ản ứng khi lưới điện

thay đổi.
Chính vì những mục đích như vậy mà đề tài luận văn “Áp dụng mạng Neuron
nhân tạo điều khiển công suất truyền tải trên đường dây AC với thiết bị SVC” sẽ được
thưc hiện.


3

CHƯƠNG 1
THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1. NHỮNG YÊU CẦU ĐIỀU CHỈNH NHANH CÔNG SUẤT TRONG CÁC
ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC BÌNH THƯỜNG VÀ SỰ CỐ.
1.1.1. Đặc điểm.
Hiện nay, xu hướng hợp nhất các HTĐ nhỏ thành HTĐ hợp nhất bằng các
đường dây siêu cao áp đang được phát triển tại nhiều quốc gia, khu vực trên khắp thế
giới. Đây là xu hướng phát triển tất yếu của các hệ thống điện hiện đại nhằm nâng cao
tính kinh tế - kỹ thuật trong sản xuất, vận hành các hệ thống điện thành viên. Cụ thể:

+ Giảm lượng cơng suất dự trữ trong tồn hệ thống do hệ thống lớn nhờ khả
năng huy động công suất từ nhiều nguồn phát.
+ Giảm dự phòng chung của HTĐ liên kết, qua đó giảm được chi phí đầu tư vào
các cơng trình nguồn - một gánh nặng lớn trong việc phát triển HTĐ.
+ Tăng tính kinh tế chung của cả hệ thống lớn do tận dụng được các nguồn phát
có giá thành sản xuất điện năng thấp như thuỷ điện, các nguồn nhiệt điện có giá thành
rẻ như tuabin khí, điện nguyên tử...
+ Tăng hiệu quả vận hành HTĐ do có khả nă ng huy động sản xuất điện từ các
nguồn điện kinh tế và giảm công suất đỉnh chung của toàn HTĐ lớn.
+ HTĐ hợp nhất vận hành linh hoạt hơn so với phương án vận hành các hệ
thống riêng rẽ nhờ sự trao đổi, hỗ trợ điện năng giữa các hệ thống thành viên.
+ Giảm giá thành điện năng do tận dụng được công suất tại các giờ thấp điểm
của phụ tải hệ thống điện thành viên để cung cấp cho hệ thống khác nhờ chênh lệch về
múi giờ.
+ Giảm được chi phí vận hành, đồng thời nâng cao tính linh hoạt trong việc sửa
chữa, đại tu các thiết bị trong toàn hệ thống.


4

+ Nâng cao độ dự trữ ổn định tĩnh của hệ thống, qua đó nâng cao độ tin cậy
cung cấp điện do công suất dự trữ chung của cả HTĐ hợp nhất là rất lớn.
1.1.2. Các biện pháp áp dụng trong cơng nghệ truyền tải điện.
Khi tính tốn các chế độ vận hành của hệ thống điện hợp nhất có đường dây siêu
cao áp, do cấp điện áp cao nên lượng công suất phản kháng mà đường dây sinh ra là rất
lớn [3]. Đặc biệt là khi đường dây không mang tải thì lượng cơng suất phản kháng phát
ra rất lớn gây nên hiện tượng quá áp ở cuối đường dây. Để hạn chế hiện tượng nay, ta
phải dùng các biện pháp kỹ thuật khác nhau như:
+ Tăng số lượng dây phân nhỏ trong một pha (phân pha) của đường dây để giảm
điện kháng và tổng trở sóng, tăng khả năng tải của đường dây.

+ Bù thông số đường dây bằng các thiết bị bù dọc và bù ngang (bù công suất
phản kháng) để giảm bớt cảm kháng và dung dẫn của đường dây làm cho chiều dài tính
tốn rút ngắn lại.
+ Phân đoạn đường dây bằng các kháng điện bù ngang có điều khiển đặt ở các
trạm trung gian trên đường dây. Đối với đường dây siêu cao áp 500kV, khoảng cách
giữa các trạm đặt kháng bù ngang thường không quá 600km.
+ Đặt các thiết bị bù ngang hoặc bù dọc ở các trạm nút công suất trung gian và
trạm cuối để nâng cao ổn định điện áp tại các trạm này.
1.1.3. Bù công suất phản kháng
Khác với các đường dây cao áp (điện áp nhỏ hơn 330kV), quá trình truyền tải
điện xoay chiều trên đường dây siêu cao áp liên quan đến q trình truyền sóng điện từ
dọc theo đường dây. Điện trường của đường dây ít thay đổi trong quá trình vận hành vì
điện áp trên đường dây được khống chế trong giới hạn cho phép (thường là ±5%), song
từ trường lại thay đổi trong dải khá rộng theo sự thay đổi của dòng điện tải của đường
dây.
+ Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lượng điện trường tính trên một đơn vị
chiều dài của một pha đường dây là:


5

WE = CUf2

(1.1)

+ Công suất điện trường của ba pha của đường dây có chiều dài l là:
QE = 3ω CUf2.l

(1.2)


+ Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lượng từ trường tính trên một đơn vị
chiều dài của một pha đường dây khi dòng điện tải là I:
WM = LI2

(1.3)

+ Công suất từ trường của ba pha của đường dây có chiều dài l là:
QM = 3ω WM. l = 3ω LI2. l

(1.4)

+ Công suất phản kháng do đường dây sinh ra được xác định như là hiệu giữa
công suất điện trường và từ trường:
Q = QE - QM = 3ω CUf2.l - 3ω LI2. l
Q = 3ω CUf2.l ( 1-

(1.5)

)

+ Khi công suất phản kháng của đường dây bằng 0, ta có:



( 1-

)=0

I= Uf


=

(1.6)
= ITN

Trong đó: ZC =
Khi đó, đường dây tải dịng điện tự nhiên I TN. Đối với đường dây dài hữu hạn,
hiện tượng này xảy ra khi điện trở phụ tải tác dụng bằng tổng trở sóng XC của đường
dây. Đây là chế độ tải công suất tự nhiên. Trong trường hợp này, đường dây siêu cao
áp không tiêu thụ hay phát thêm công suất phản kháng.
PTN =

(1.7)


6

Việc bù thông số của đường dây siêu cao áp làm tăng khả năng tải của đường
dây và qua đó nâng cao tínhổn định. Các biện pháp thường được áp dụng và đem lại
hiệu quả cao là bù dọc và bù ngang trên các đường dây siêu cao áp.
1.1.4. Bù dọc và bù ngang trong đường dây siêu cao áp
Các đường dây siêu cao áp có chiều dài lớn thường được bù thông số thông qua
các thiết bị bù dọc và bù ngang [6]. Mục đích chủ yếu của việc đặt các thiết bị bù là
nâng cao khả năng tải của đường dây và san bằng điện áp phân bố dọc đường dây. Hơn
nữa, bù thơng số cịn nâng cao tính ổn định tĩnh, ổn định động, giảm sự dao dộng công
suất… làm cho việc vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt và hiệu quả hơn. Đây là
biện pháp rất cần thiết cho các đường dây siêu cao áp có chiều dài lớn, đặc biệt là
những đường dây có chiều dài gần 1/4 bước sóng như đường dây 500kV Bắc - Nam ở
Việt Nam.
1.1.4.1. Bù dọc.

Trị số cảm kháng lớn của đường dây siêu cao áp làm ảnh hưởng xấu đến hàng
loạt chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật quan trọng của đường dây như: góc lệch pha giữa đầu và
cuối đường dây lớn, tổn thất công suất và điện năng trên đường dây cao, tính ổn định
điện áp tại các trạm giữa và cuối đường dây kém… Bù dọc là giải pháp làm tăng điện
dẫn liên kết (giảm điện cảm kháng X của đường dây) bằng dung kháng XC của tụ điện.
Giải pháp này được thực hiện bằng cách mắc nối tiếp tụ điện vào đường dây. Qua đó
giới hạn truyền tải của đường dây theo điều kiện ổn định tĩnh được nâng lên. Hơn nữa,
giới hạn ổn định động cũng tăng lên một cách gián tiếp do nâng cao thêm đường cong
công suất điện từ.
Khi mắc thêm tụ nối tiếp vào đường dây thì điện kháng tổng của mạch tải điện
sẽ giảm xuống còn (XL - XC). Giả sử góc lệch φ giữa dịng điện phụ tải I và điện áp
cuối đường dây U2 không đổi thì độ lệch điện áp U1 ở đầu đường dây và góc lệch pha δ
giữa vectơ điện áp giữa hai đầu đường dây giảm xuống khá nhiều. Qua đó, ta thấy
được hiệu quả của bù dọc:


7

* Ổn định điện áp:
Giảm lượng sụt áp với cùng một công suất truyền tải.
Điểm sụp đổ điện áp được dịch chuyển xa hơn.
* Ổn định về góc lệch δ:
Làm giảm góc lệch δ trong chế độ vận hành bình thường, qua đó nâng cao độ ổn
định tĩnh của hệ thống điện.
Làm tăng giới hạn công suất truyền tải của đường dây.
* Giảm tổn thất cơng suất và điện năng:
Dịng điện chạy qua tụ điện C sẽ phát ra một lượng công suất phản kháng bù lại
phần tổn thất trên cảm kháng của đường dây.
1.1.4.2. Bù ngang.
Bù ngang được thực hiện bằng cách lắp kháng điện có cơng suất cố định hay các

kháng điện có thể điều khiển tại các thanh cái của các trạm biến áp. Kháng bù ngang
này có thể đặt ở phía cao áp hay phía hạ áp của máy biến áp. Khi đặt ở phía cao áp thì
có thể nối trực tiếp song song với đường dây hoặc nối qua máy cắt được điều khiển
bằng khe hở phóng điện.
Dịng điện Il của kháng bù ngang sẽ khử dòng điện IC của điện dung đường dây
phát ra do chúng ngược chiều nhau. Nhờ đó mà cơng suất phản kháng do đường dây
phát ra sẽ bị tiêu hao một lượng đáng kể và qua đó có thể hạn chế được hiện tượng quá
áp ở cuối đường dây.
Việc lựa chọn dung lượng và vị trí đặt của kháng bù ngang có ý nghĩa rất quan
trọng đối với một số chế độ vận hành của đường dây siêu cao áp trong hệ thống điện
như chế độ vận hành non tải, không tải... của đường dây.
1.1.4.3. Nhận xét.
- Đường dây siêu cao áp có nhiều đặc điểm riêng về kỹ thuật cần quan tâm khi
thiết kế phát triển lưới điện, đặc biệt là về giới hạn ổn định và ổn định điện áp.


8

- Mơ hình đường dây siêu cao áp khi tính tốn phải theo sơ đồ thơng số rải. Để
đưa về dạng thông số tập trung cần sử dụng sơ đồ tương đương: chia thành những mắt
xích nối tiếp.
- Đặc điểm chủ yếu của các đường dây siêu cao áp là có điện cảm và điện dung
lớn. Để đảm bảo khả năng mang tải và tránh gây ra hiện tượng quá điện áp khi vận
hành non tải hoặc không tải cần phải có biện pháp bù dọc và bù ngang.
- Trị số tối ưu của các thiết bị bù cần phải được tính tốn trong từng chế độ vận
hành để đem lại hiệu quả về kinh tế - kỹ thuật.
1.2. MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN.
1.2.1. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng Thyristor (SVC - Static Var Compensator).
SVC là thiết bị bù ngang dùng để tiêu thụ cơng suất phản kháng có thể điều

chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của thyristor [8], được tổ hợp từ hai thành phần
cơ bản:
- Thành phần cảm kháng để tác động về mặt công suất phản kháng (có thể phát
hay tiêu thụ cơng suất phản kháng tuỳ theo chế độ vận hành).
- Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như thyristor hoặc triắc có
cực điều khiển, hệ thống điều khiển góc mở dùng các bộ vi điều khiển như 8051, PIC
16f877, VAR...
SVC được cấu tạo từ 3 phần tử chính bao gồm:
+ Kháng điều chỉnh bằng thyristor - TCR (Thyristor Controlled Reactor): có
chức năng điều chỉnh liên tục cơng suất phản kháng tiêu thụ.
+ Kháng đóng mở bằng thyristor - TSR (Thyristor Switched Reactor): có chức
năng tiêu thụ cơng suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor.
+ Bộ tụ đóng mở bằng thyristor - TSC (Thyristor Switched Capacitor): có chức
năng phát cơng suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC như trên hình 1.1