Chương 1. Vai trò của các bộ biến đi bán dẫn công suất trong hệ thống điện

Vai trò c ủa các bộ biến đ i bán dẫn công suất trong hệ thống điệnđộ dẫn B của SVC như biểu diễn trên hình 1.2.. Vai trò c ủa các bộ biến đ i bán dẫn công suất trong hệ thống điệnNgư i s

Trang 1

Chương 1 Vai trò c ủa các bộ biến đ i bán dẫn công suất trong hệ thống điện

Chương 1 Vai trò của các bộ bi n đ i bán dẫn công

su ất trong h th ng đi n

1.1 Đảm bảo tính ổn định của hệ thống năng lượng

Tính n định của hệ thống năng lượng được định nghĩa là kh năng của hệ thống trong tr ng thái cân bằng trong điều kiện làm việc bình thư ng và có thể quay về được

tr ng thái cân bằng chấp nhận được sau những biến động nhiễu tác động Khi mức độ

phức t p của hệ thống năng lượng ngày càng tăng lên do ngày càng có nhiều lo i ngu n phát tham gia vào hệ thống và nhiều lo i phụ t i kiểu điện tử công suất tác động nhanh thì hệ thống năng lượng càng ph i làm việc gần đến giới h n của độ n định

Độ n định của hệ thống năng lượng chia làm hai d ng chính: n định góc phụ t i

của các máy phát và n định điện áp Vấn đề thứ nhất liên quan chủ yếu đến lưới truyền

t i, trong khi đó vấn đề thứ hai có tính cục bộ hơn, liên quan đến lưới phân phối n định góc phụ t i là n định tần số hay đ m b o tính đ ng bộ n định điện áp là đ m b o mức

độ dao động trong ph m vi cho phép, không quá +/- 10% quanh giá trị định mức trong điều kiện bình thư ng và kh năng quay về ph m vi này sau khi có biến động s y ra, tránh trư ng hợp điện áp sụt gi m dẫn đến hiệu ứng dây chuyền Đ m b o điện áp cần đáp ứng đúng công suất ph n kháng cho lưới và điều khiển các mức điện áp phù hợp

bằng các cấp cuộn dây máy biến áp

n định góc phụ t i rotor l i chia thành n định với biến động lớn (sự cố x y ra t i

lộ nào đó) và n định với biến động nhỏ (sự thay đ i phụ t i) Về b n chất vật lý c hai trư ng hợp trên đều liên quan đến vấn đề n định các dao động cơ điện do tương tác giữa các quá trình điện và cơ trong hệ thống biến đ i cơ năng thành điện năng Quá trình biến

đ i này đặc trưng b i phương trình động học cho máy đ ng bộ như (1.1)

2 2

Trong đó Tm và Te là mômen cơ và mômen điện từ, H mômen quán tính quy về

trục máy điện, D hệ số dập dao động, K hằng số và Ł là góc rotor Với biến động nhỏ phương trình (1.1) có thể tuyến tính hóa quanh điểm làm việc cân bằng, dẫn đến:

Trang 2

2

0 2

0

cos

D t H m

Từ phương trình (4), thay những tham số tiêu biểu của các t máy vào, có thể thấy

tần số dao động trong kho ng 0,1 – 2,5 Hz

Những dao động này có thể phát sinh do những biến động nhỏ và tiếp diễn liên tục trong hệ thống Những dao động vùng tần số cao, kho ng 0,7 – β Hz, thư ng diễn ra

cục bộ t i một t máy, không nh hư ng đến toàn bộ lưới điện, gọi là dao động cục bộ

Những dao động vùng tần số thấp, 0,2 – 0,8 Hz, diễn ra giữa các t máy với nhau và rất khó bị dập tắt Chúng sinh ra các quá trình trao đ i công suất thông qua lưới truyền t i

giữa các nhà máy và các t máy với nhau, giữa vùng này với vùng kia của lưới điện Các dao động này xuất hiện trong nhiều lưới điện, t i nhiều nơi trên thế giới Hậu qu của các dao động liên vùng này là xung động lên các rotor của các t máy, làm mỏi các cơ cấu cơ khí, dẫn đến những hỏng hóc các bộ phận điều khiển, đưa đến những chi phí khó lư ng Dao động liên vùng làm gi m kh năng truyền t i của lưới điện, có thể dẫn đến giã lưới trong một số trư ng hợp

Để dập tắt dao động cần dùng các bộ điều khiển Các bộ điều khiển cục bộ là bộ

n định công suất hệ thống (Power System Stabilizer – PSS) kết hợp cùng hệ thống điều khiển kích từ máy phát PSS phát các tín hiệu cùng pha với sự thay đ i của tốc độ rotor sao cho các dao động này bị dập tắt Trên hình 1 là cấu trúc bộ điều chỉnh PSS, g m bốn khâu nối tiếp: khâu khuyếch đ i, khâu lọc thông thấp để phát hiện sự thay đ i với tần số

thấp, hai khâu lead/lag t o độ sớm pha cần thiết cho tín hiệu đưa vào m ch kích từ

Trang 3

độ dẫn B của SVC như biểu diễn trên hình 1.2

Hình 1.2 Bộ điều chỉnh cho SVC có tác dụng dập dao động trên lưới

Trên hình 1.3 là cấu trúc bộ điều chỉnh của STATCOε, có thêm đầu vào ph n ánh

sự dao động của lưới (tần số ∆), đầu ra tác động thay đ i góc lệch pha α giữa điện áp ra

của STATCOM so với điểm kết nối Từ đó có thể đưa vào hay lấy ra công suất, bù l i sự dao động của lưới điện

Trang 4

Hình 1.3 Bộ điều chỉnh cho STATCOM có tác dụng dập dao động trên lưới

Ngoài ra các thiết bị FACTS khác như TCSC, TCPS, UPFC, … cũng đều có thể

chỉnh định để có tác dụng chống dao động

1.2 Điều khiển chất lượng điện năng

Những vấn đề chính liên quan đến chất lượng điện năng là:

của ngu n điện cung cấp Các hệ thống dịch vụ và s n xuất cũng thay đ i mối quan hệ

giữa ho t động s n xuất, kh năng cung cấp dịch vụ đáp ứng các nhu cầu của khách hàng như một trong những mối quan tâm hàng đầu Tóm l i những trục trặc nhỏ trong hệ thống cung cấp năng lượng có thể dẫn tới những t n thất lớn về kinh tế Chính vì vậy ngày nay khách hàng đặt ra những tiêu chuẩn mà nhà s n xuất và phân phối điện ph i đáp ứng Khách hàng thư ng có liên hệ với nhà cung cấp điện ngay từ những khâu đầu tiên trong quá trình thiết kế, xây dựng, lắp đặt cũng như sử dụng hàng ngày để được đ m b o cung

cấp điện phù hợp nhất

Trang 5

Ngư i sử dụng sẽ chịu nh hư ng m nh nhất của các hiện tượng: lõm điện áp, mất ngu n ngắn h n và sóng hài

- δõm điện áp: hiện tượng điện áp sụt gi m xuống tới 0,1 đến 0,9 p.u trong th i gian 0,5 chu kỳ điện áp lưới (10 ms 50 Hz) đến 1 phút δõm điện áp thư ng xuất

hiện do có sự cố trên đư ng truyền t i hoặc đư ng phân phối làm các thiết bị b o

vệ tác động, do các động cơ công suất lớn kh i động Do lõm điện áp nhiều thiết

bị sẽ bị ngừng ho t động, như các công tắc tơ, các biến tần, thiết bị điều khiển điện

tử, dẫn đến c dây chuyền có thể ph i dừng l i Điều này có thể gây nên những

hậu qu nghiêm trọng

- Mất điện ngắn h n x y ra khi điện áp gi m đến 0 trong 1s đến 5 phút Các hậu qu

s y ra cũng giống như lõm điện áp, tuy nhiên việc khắc phục sẽ phức t p hơn nhiều

- Vấn đề sóng hài tr nên nghiêm trọng hơn do ngày càng có nhiều lo i phụ t i phi tuyến được sử dụng như các bộ biến đ i bán dẫn, các phụ t i một pha hoặc do các quá trình phụ t i biến động nhanh

Sóng hài đặc trưng b i hệ số méo phi tuyến t ng thể:

ax 2 2 1

m h h h M

M THD

m h h h I

L

ITDD

Trang 6

1.2.1 Ki ểm soát lõm đi n áp

Để gi m thiểu các t n thất kinh tế do lõm điện áp mang l i cần thực hiện một số

biện pháp Lõm điện áp phát sinh chủ yếu do các sự cố x y ra trên m ng điện, vì vậy biện pháp đầu tiên là lo i trừ các nguyên nhân dẫn đến sự cố Trong lưới truyền t i cần đ m

b o sự vững chắc của các cột đỡ đư ng dây, làm s ch sứ đỡ, lắp đặt các máy cắt tác động nhanh và các cuộn chặn tiếp đất Trong lưới phân phối cần cắt tỉa cây gần đư ng dây, lắp đặt các bộ bẫy động vật, thiết kế hệ thống theo m ch vòng chứ không ph i hình sao, lắp đặt các thiết bị b o vệ nhanh, … Tuy các biện pháp đã áp dụng cũng không thể đ m b o

lo i trừ được hết các sự cố

Các biện pháp tiếp theo cần áp dụng là sử dụng các thiết bị giúp vượt qua các lõm điện áp Các thiết bị FACTS (SVC, DVR, STATCOM) có thể dùng cho những mục đích này Tuy nhiên các thiết bị này tương đối đắt tiền V l i không ph i hộ tiêu thụ nào cũng

cần mức độ b o vệ như nhau và dịch vụ với giá thành cao cho các phụ t i không yêu cầu

khắc nghiệt về chất lượng điện áp sẽ bị ph n đối Vì vậy các thiết bị tương tự như FACTS nhưng được thiết kế phù hợp cho luới phân phối, áp dụng riêng cho những phụ

t i quan trọng, với công suất nhỏ hơn, giá thành thấp sẽ có tiềm năng ứng dụng nhiều hơn

Ngoài những biện pháp trên với công suất vừa ph i có thể dùng những lo i thiết bị khác, là những thiết bị tích trữ năng lượng điện Thiết bị tích trữ năng lượng ho t động theo nguyên tắc tích năng lượng lúc t i nhỏ và đưa ra năng lượng lúc cần thiết, đáp ứng đỉnh phụ t i, có thể là chỉ trong một th i gian ngắn Các thiết bị này có thể là:

- Hệ thống tích trữ năng lượng bằng acquy (BESS);

- Hệ thống dùng bánh đà vĩnh cửu (Flying Wheel);

- Hệ thống tích trữ năng lượng dùng cuộn c m siêu dẫn (SMESS);

- Hệ thống cấp điện liên tục (UPS)

Đặc điểm của các hệ thống tích trữ năng lượng trên đây là kh năng phát huy công

suất trong th i gian rất ngắn, cỡ 0,1ms đến 1s, phù hợp với th i gian xẩy ra lõm điện áp hay nháy điện

1.2.2 Ki ểm soát thành phần sóng hài

Sóng hài xuất hiện trong lưới điện do nhiều nguyên nhân, do t i phi tuyến như các

bộ biến đ i bán dẫn, do một số lượng lớn các phụ t i một pha, do quá trình đóng cắt ngẫu

Trang 7

phụ t i Ví dụ qua sự phối hợp cách đấu dây máy biến áp, tam giác hoặc sao, qua các

cuộn c m chặn phía đầu vào Cách suy gi m sóng hài tốt nhất là t i chỗ có thể phát sinh sóng hài bằng những thiết kế phù hợp Kỹ thuật gi m sóng hài ph biến nhất trong các bộ

biến đ i là phương pháp biến điệu bề rộng xung PWM

Khi sóng hài phát sinh với công suất lớn cần những thiết bị lọc Thiết bị lọc thụ động thích hợp với lưới phân phối (trung thế), vừa để lọc vừa có tác dụng bù công suất

ph n kháng Lọc thụ động chủ yếu dùng m ch song song, nối t i những điểm có thể ngăn

chặn sự xâm nhập của sóng hài vào t i Do có tác dụng bù công suất ph n kháng nên khi thiết kế ban đầu cần chọn dung lượng tụ cần thiết tần số cơ b n Sau đó sẽ tính toán điện c m mắc nối tiếp với tụ để t o thành m ch cộng hư ng tần số sóng hài cần ph i

dập, tiêu biểu là các tần số bậc β, 4, 5, 7, … Cuối cùng là thành phần điện tr cần đưa vào

m ch để t o đặc tính suy gi m dao động và độ chọn lọc về tần số của bộ lọc Thông thư ng với công suất lớn các mắt lọc sóng hài bậc β, 4, 5, 7, … được thiết kế và lắp đặt riêng, t i điểm nút nối với lưới Mặc dù lọc thụ động được áp dụng tương đối rộng rãi nhưng nhược điểm chính của các hệ thống này là có thể gây các dao động trong lưới khi

có các biến động m nh x y ra

Các m ch lọc tích cực trên cơ s các bộ biến đ i bán dẫn công suất có kh năng

lọc hết sóng hài Thông thư ng lọc tích cực có công suất nhỏ hơn nhiều so với lọc thụ động và thư ng được lắp đặt ngay t i điểm có phát sinh sóng hài Do chỉ được chỉnh định

với thành phần sóng hài nên công suất lọc tích cực có thể nhỏ hơn

1.3 Bù và điều chỉnh điện áp

Để thấy được nguyên lý bù và điều chỉnh điện áp ta xét m ng điện có m ch tương đương đơn gi n trên hình 1.4 Trên hình 1.4 ngu n điện có s.đ.đ E truyền theo đư ng dây

có t ng tr kháng bằng Rs + jXs Trên thanh cái điện áp V có t i P + jQ, m ch bù có công

suất Q Đ thị vector cho trên hình 1.5

Trang 8

Hình 1.4 Mạch điện tương đương

Hình 1.5 Đồ thị vector của mạch điện trên hình 1.4

Theo đ thị vector có thể tính được sụt áp trên đư ng dây bằng:

Trang 9

Như vậy sụt áp g m hai thành phần, ∆VR đ ng pha với V và ∆Vx vuông pha với

V Sụt áp phụ thuộc c vào phần công suất thực và công suất ph n kháng Sự phụ thuộc

của điện áp vào dòng điện gọi là đường đặc tính tải, thể hiện trên hình 1.6 Mặc dù sụt áp

phụ thuộc vào dòng điện nhưng trong thực tế do mức điện áp chỉ được phép thay đ i trong giới h n cho phép nên trên trục hoành của đặc tính t i ngư i ta hay dùng công suất

ph n kháng Q thay cho dòng điện I Như vậy đặc tính t i thể hiện sự phụ thuộc điện áp vào công suất ph n kháng, khi tiêu thụ công suất ph n kháng (Q > 0, t i c m) điện áp

gi m so với khi không t i E, khi phát công suất ph n kháng (Q < 0, t i dung) điện áp dâng lên cao hơn E

Hình 1.6 Đường đặc tính tải

1.3.1 Bù gi ữ đi n áp không đ i

Bằng cách nối song song với t i một tr kháng bù có thể đ t được biên độ điện áp

bằng điện áp khi không t i,

Trang 10

Gi i hệ hai phương trình trên có thể luôn luôn xác định được nghiệm Q cần thiết

của m ch bù để biên độ điện áp luôn bằng giá trị lúc không t i, |V| = |E| Điều này thể

hiện trên đ thị vector hình 1.7 Như vậy, nếu m ch bù có thể thay đ i một cách liên tục trong một ph m vi nhất định có thể luôn đ m b o điện áp không đ i khi t i thay đ i

1.3.2 Bù gi ữ h s công suất bằng một

Nếu Q = Q thì m ch sẽ có hệ số công suất bằng một

Từ đây cũng có thể thấy rằng không thể dùng m ch bù để n định điện áp và hiệu

chỉnh hệ số công suất cùng một lúc

1.3.3 Đường đặc tính t i

Có thể thấy rằng trong hệ truyền t i phần điện tr thuần đư ng dây rất nhỏ so với

c m kháng, có thể coi Rs ~ 0 Mặt khác có thể bỏ qua phần sụt áp ∆VX vì phần này chỉ làm thay đ i góc pha của điện áp Vì vậy ta có:

Như vậy điện áp V tỷ lệ nghịch với công suất ph n kháng Q như thể hiện trên

đư ng đặc tính t i như trên hình 1.6

Bù để giữ điện áp không đổi

Trang 11

1.4 Điều khiển công suất và tần số

Sơ đ một hệ thống truyền t i được minh họa trên hình 1.8, với các thành phần ngu n công suất sơ cấp (turbine), máy phát, t i Từ sơ đ ta sẽ đưa ra các biểu thức chỉ rõ quan hệ hệ giữa công suất thực, công suất ph n kháng, góc t i và góc pha của t i

Góc giữa Es và Er gọi là góc t i Ł Góc pha giữa dòng t i và điện áp Er là ϕ Có thể

bỏ qua thành phần thuần tr Rs Vì vậy sụt áp do tr kháng đư ng dây sẽ là jXsI, vuông góc với dòng điện I

Hình 1.8 Hệ thống truyền tải với turbine, máy phát và phụ tải Điện áp ở cả hai đầu đường truyền coi là đều được điều khiển nên ký hiệu như s.đ.đ qua Es và Er

Hình 1.9 Đồ thị vector

Từ đ thị vector trên hình 1.9 có thể viết được:

Trang 12

Công suất ph n kháng phía đầu phát bằng:

sin os cos sin 

s

Q dương, đầu phát phát ra VArs Q r cũng dương có nghĩa đầu thu l i hấp thụ VArs

Trong ví dụ β, điện áp gi m đi 5% gây ra sự trao đ i lớn về công suất ph n kháng

giữa đầu phát và đầu thu Điều này chứng tỏ rằng điện áp trên đư ng truyền t i phụ thuộc

ất m nh vào công suất ph n kháng Điều tương tự cũng x y ra khi góc pha của t i thay

Trang 13

thay đ i nhiều Điều này có thể thấy được từ phương trình dòng công suất, sinŁ ~ P, khi Ł

nhỏ thì sin Ł ~ Ł

1.5 K ết luận

Trong chương này đã nhắc l i những vấn đề cơ b n của hệ thống điện, tính n định của hệ thống năng lượng và những vấn đề liên quan đến chất lượng điện năng, đi cùng với đó là vai trò to lớn của các bộ biến đ i điện tử công suất trong luới điện

Các bộ biến đ i bán dẫn có thể sử dụng cho các mục tiêu sau đây:

 Điều khiển dòng công suất trên các đư ng dây theo ý muốn

 Giữ được t i của các đư ng dây gần giới h n nhiệt

 Nâng cao kh năng truyền công suất giữa các phần của hệ thống, do đó,

gi m dự trữ chung của hệ thống

 Phòng ngừa được sự cố lan truyền

 Gi m dao động điện áp

Trang 14

Chương 2 T ng quan v ề bù trong hệ thống truyền t i điện

Chương 2 T ng quan v bù trong h th ng truy n t i

đi n

2.1 Yêu c ầu cơ bản đối với hệ thống truyền tải

Hệ thống truyền t i điện ph i đ m b o hai yêu cầu cơ b n, đó là:

1 Đ m b o đ ng bộ: yêu cầu về đ m b o tần số;

β Đ m b o biên d ng điện áp

Đ m b o đ ng bộ là yêu cầu các máy phát đều đưa ra tần số chính xác, ví dụ 50

Hz, với độ sai lệch cho phép trong ph m vi +/-0,1 Hz Điều này chỉ có thể đ t được nếu

mỗi máy phát đều ho t động trong giới h n n định chế độ xác lập Khi có biến động hệ

thống điều khiển ph i có tác động đúng để đưa được hệ thống về l i tr ng thái cân bằng

mới Các biến động l i chia ra làm biến động nhỏ và biến động lớn

Đ m b o biên d ng điện áp là giữ được điện áp t i mọi điểm kết nối trên hệ truyền

t i trong ph m vi cho phép Có thể thấy rằng biến động điện áp liên quan đến dòng công

suất ph n kháng, thay đ i theo diễn biến của phụ t i và chế độ ho t động của hệ thống như kết nối ngu n, sa th i phụ t i hoặc chuyển hướng đư ng truyền, … εọi diễn biến quá điện áp hoặc thấp áp đều dẫn đến những hậu qu về kinh tế, kỹ thuật Giữa hai trư ng hợp tới h n là không t i và ngắn m ch đòi hỏi những biện pháp b o vệ khẩn cấp

có rất nhiều biện pháp điều chỉnh để đ m b o biên d ng điện áp Những biện pháp này tóm tắt trong b ng dưới đây εột số biện pháp có thể có nhiều hiệu qu khác nhau và có

thể phối hợp tác dụng giữa chúng

Trang 15

2.2 Các đặc tính của đường dây chưa bù không tải

2.2.1 Dòng đi n, đi n áp trên đường dây dài lý tưởng

Hình 2.1 Sơ đồ đường truyền tải tham số rải với cảm kháng nối tiếp và dung kháng song

song

M ch điện tương đương của đư ng dây dài tham số r i cho trên hình β.1 Trên sơ

đ hình 2.1, a là chiều dài tuyến dây, x là chiều dài dọc tuyến đư ng dây Các thông số

r i của đư ng dây: l điện c m (H/m); c tụ điện (F/m) Phương trình vector điện áp V(x)

và dòng điện I(x) viết được theo (2.1)

Vdx

Vr

sin(ax) +Ircos(ax) (2.3)

Z0 = l / c [Ω], gọi là tr kháng surge Đối với dư ng dây cao thế giá trị tiêu biểu

của Z0 cỡ β50 Ω

Trang 16

Tr kháng của đư ng truyền là Z(x)= V(x)/(I(x) biểu diễn được như (β.4)

0

[ cos ( - ) sin ( )]

( )( )

Tr kháng surge Z0 là tr kháng của đư ng dây dài vô tận

Đ thị vector có d ng như trên hình β.β Biên d ng điện áp, V(x) thay đ i theo x,

Z

 (2.5)

Ý nghĩa của tr kháng Z0 và t i tự nhiên ph i hiểu là thực ra t i chỉ là gi định, nếu

cuối đư ng dây trên hình 2.1 có một t i có giá trị công suất tác dụng P0 thì t i này sẽ nhìn

thấy đư ng dây dưới tr kháng Z0

Trang 17

Hình 10.3 Biên dạng điện áp trên đường dây chưa bù

2.2.2 Đặc tính hở m ch của đường dây truy n thẳng chưa bù, không t n

th ất trên đường dây

Trên đư ng dây không t i, không t n thất, dòng và áp trùng pha nhau, không có công suất ph n kháng:

Trang 18

Hình 2.5 Biên dạng dòng điện và điện áp trên đường dây không tải (hở mạch) 300 km

Điện áp tăng lên cuối đư ng dây đến 1,05 p.u Nếu đư ng dây dài đến 1500 km điện áp h m ch sẽ tăng đến vô cùng, không thể chấp nhận được Máy phát ph i cung cấp dòng n p cho đư ng dây với góc pha vượt trước, nghĩa là với dòng kích từ nhỏ hơn định

mức Điều này có thể dẫn đến hệ thống b o vệ kích từ tác động

2.3 Đường dây chưa bù có tải

2.3.1 Đường dây truy n thẳng với đi n áp c định phía nhận

Gi sử phía cuối dư ng dây có t i có công suất P+jQ Dòng điện có d ng:

* r

Trang 19

Hình 2.6 Đồ thị biên độ điện áp của đường dây dài 300 km phụ thuộc công suất P/P0, tại

các hệ số công suất khác nhau

Với mỗi hệ số công suất có một giá trị công suất Pmax ứng với điểm làm việc n định giới h n (statedy state stable limit) Khi P < Pmax có hai giá trị Vr, một đư ng đặc tính tương đối phẳng phía trên và một phía dưới Thông thư ng điểm phía trên là điểm làm việc với điện áp trên dưới một chút so với 1,0 p.u

2.3.2 Đường dây chưa bù đ i xứng

Hình 2.7 Sơ đồ đường dây đối xứng

Điện áp và dòng điện một nửa đầu phía phát:

Trang 20

Phụ t i nối điểm giữa đư ng dây:

sin2

m s

m

V VP

Hình 2.8 Đồ thị vector đường dây đối xứng

B ng 2.1 nh hư ng của công suất truyền t i lên biên d ng điện áp và yêu cầu công suất ph n kháng

Trư ng hợp Điện áp Công suất ph n kháng

P<P0 Vm>Es,Er Có sự dư thừa dòng công suất ph n kháng, được hấp

thụ cuối đư ng dây:Q s<0 vàQr>0

P>P0 Vm>Es,Er Có sự thiếu hụt dòng công suất ph n kháng, được

cung cấp cuối đư ng dây: Q s>0 vàQr<0

P=P0 Vm=Es=Er Biện d ng điện áp là phẳng Đư ng dây không đòi

hỏi công suất ph n kháng và Q s=Qr=0

2.3.3 Công su ất max và độ n định xác lập

Nếu ta coi điểm phía t i tương đương với ngu n s.đ.đ Er, có thể viết s.đ.đ phía máy phát như sau:

Trang 21

Es E es j Es(cos j sin ) (2.14) trong đó góc Ł gọi là góc t i hay góc truyền t i Khi đó công suất truyền t i sẽ là:

0

sin sin

Công suất phát phụ thuộc góc t i theo đ thị Điểm công suất lớn nhất xác định

giới h n độ n định xác lập Theo đ thị có thể coi công suất phát phụ thuộc góc t i Ł Tuy nhiên trong thực tế cần coi với mỗi giá trị công suất P cần điều chỉnh góc t i Ł phù

hợp sao cho giữ được độ dự trữ n định cần thiết Thông thư ng góc t i bằng Ł = γ0o

vì sin Ł=0,5 để có độ dự trữ n định 100%

Công suất ph n kháng hai đầu đư ng dây là:

Trong mọi trư ng hợp P < Pmax Nếu P < P0 , Es = 1,0 p.u, góc Ł < θ, Qs < 0, Qr >

0 Nghĩa là c hai đầu đều thu công suất ph n kháng Nếu P > P0 c hai đầu đều phát công

suất ph n kháng

Trang 22

Hình 2.9 Đặc tính công suất theo góc truyền tải

2.4 Đường truyền tải có bù

Bù trong hệ thống truyền t i có mục tiêu:

- Giữ biên d ng điện áp phẳng với mọi công suất truyền;

- Đ m b o độ n định để tăng dung lượng đư ng truyền;

- Cung cấp công suất ph n kháng theo một mục tiêu kinh tế kỹ thuật nhất định Các hệ thống bù có thể là bù thụ động và bù tích cực Bù thụ động nghĩa là đóng

cắt một lượng kháng hoặc tụ cố định Bù tích cực là kh năng đưa vào hoặc tiêu thụ một lượng bù vừa đủ đ m b o đặc tính truyền t i trong mọi chế độ, nói chung là để đ m b o biên d ng điện áp phẳng Ví dụ máy bù đ ng bộ, các thiết bị bù có điều khiển

Các hệ thống và thiết bị bù ph biến bao g m:

- Bù bằng kháng hoặc tụ song song Kháng song song có tác dụng bù dung kháng

đư ng dây khi t i nhẹ để điện áp không tăng quá mức Tụ song song có tác dụng

bù ph n kháng cho t i khi t i nặng

- Hệ thống bù nối tiếp: bù cho độ dài đư ng dây

Giới hạn độ ổn định xác lập

Trang 23

2.4.1 Bù tĩnh song song

Hình 2.10 Sơ đồ mạch bù tĩnh bằng kháng song song

Hình 2.11 Biên dạng điện áp và dòng điện trong bù kháng song song

Hệ thống bù tĩnh song song có sơ đ như trên hình β.10 Biên d ng điện áp đ t được thể hiện trên hình 2.11

Ví dụ:

Với đư ng dây dài 300km, với f=50hz,và E sV 0  1.0 p u, điện áp điểm giữa là 1.0125 p.u và công suất ph n kháng hấp thụ cuối đư ng dây là 0.158 P0 Nhưng giá trị này nên được so sánh với điện áp cuối đu ng dây 1.05 p.u và công suất ph n kháng điểm đầu hấp thụ Q s=0.329 P0 khi không có bù song song Với nhiệm vụ bù song song

đu ng dây 500 kV không t i, công suất của cuộn kháng thư ng là 53 MVAr trên mỗi pha, nếu Z0=250 

Nguyên lý bù song song trên đư ng dây dài, với biên d ng điện áp có thể đ t được, thể hiện trên hình 2.12 Trên hình có thể thấy rằng có thể đ t được biên d ng điện

áp tương đối phẳng nếu sau mỗi γ00 km đư ng dây có một mắt bù

Điện áp

Dòng điện

Trang 24

Hình 2.12 Bù song song theo đường dây dài

Hệ thống bù song song có thể dùng cho mục đích điều chỉnh điện áp trên đư ng dây nếu kết hợp c cuộn kháng và tụ song song Nguyên lý điều chỉnh điện áp bằng bù song song có thể thấy rõ trên hình 2.13

Hình 2.13 Nguyên lý điều chỉnh điện áp bằng bù song song

Biên dạng điện áp(p.u)

Chưa bù

Nguồn

Tải

Trang 25

2.4.2 Bù gi ữa đường dây

Hình 2.14 Mạch bù giữa đường dây

Nguyên lý bù giữa đư ng dây cho trên hình 2.14

Bình thư ng khi chưa bù: s. r

Như vậy công suất max tăng gấp 2 lần bình thư ng, kh năng truyền t i và độ dự

trữ n định cũng tăng gấp đôi Đặc tính đư ng truyền cho trên hình 2.15

Hình 2.15 Đặc tính đường truyền có mạch bù giữa đường dây Công suất truyền lớn gấp

đôi so với khi không bù

Chưa bù

Đã bù

Trang 26

2.4.3 Bù tĩnh n i ti p

Tụ bù mắc nối tiếp có thể trung hòa phần c m kháng của đư ng dây, gi m góc t i

Ł, do đó gi m dòng n p cho đư ng dây, dẫn đến có thể tăng được công suất t i tự nhiên

Do tr kháng đư ng dây gi m nên có thể cần đến thành phần c m song song như thể hiện trên hình 2.16 Bù nối tiếp thư ng dùng cho đư ng dây rất dài nhưng cũng có thể dùng cho m ch nhánh song song của đư ng truyền để hiệu chỉnh dòng công suất Đ thị vector

thể hiện trên hình 2.17

Hình 2.16 Mạch bù nối tiếp

Hình 2.17 Đồ thị vector mạch bù nối tiếp

Có thể xác định công suất truyền lớn nhất như sau:

Theo đ thị vector có thể xác định công suất truyền P = ImVm như sau:

Trang 27

2

s r

E E P

trị điện áp, góc pha t i các nốt của lưới

Các giá trị tính toán được phụ thuộc cấu hình và các biện pháp điều khiển trên lưới.Nếu công suất tính toán vượt quá giá trị giới h n các biện pháp điều khiển cần được tính tới Nếu giá trị điện áp ra khỏi ph m vi cho phép cần tính tới các biện pháp bù

2.5.1 Phương trình m ng lưới cơ b n

Kết hợp định luật Ohm và định luật Kirchhoff về dòng điện giữa hai nút l và m

Ta có, phương trình quan hệ giữa nút l và m:

Trang 28

Vm  Vl Z Ik. k => l m

k

V V I

 là t ng tr giữa hai nút l và m, I k là dòng điện ch y từ nút l sang nút m

Trang 29

VD1: Ta xét 1 ví dụ g m các nút a,b,c,d như hình vẽ và t ng tr các nhánh đều là

Trang 30

Trang 31

a Nút điều khiển điện áp: Nếu công suất ph n kháng t i nút đủ,điện áp t i nút có

thể điều chỉnh được và nút sẽ là nút kiểu điều khiển điện áp εáy bù đ ng bộ hoặc các

bộ thiết bị bù tĩnh SVCs là thiết bị dùng để điều chỉnh điện áp Trong trư ng hợp máy bù

đ ng bộ thì công suất tiệu thụ được cho biết, con với SVCs công suất tiêu thụ bằng 0 T i nút, các thông số chưa biết là góc pha điện áp và công suất ph n kháng của m ng Nút

kiểu này đuợc gọi là nút PV

b Nút t i: nếu không có ngu n cấp cơ s t i nút,đó là d ng nút t i Dang nút này công suất tiêu thụ và công suất ph n kháng được xác định,điện áp và góc pha là biến

chưa biết Những nút kiều này còn được gọi là nút PQ Nếu không có sự phát điện và lượng nhu cầu một nút riêng biệt nào đó thì nút này thuộc lo i PQ với lượng công suất bơm vào là bằng 0 Biên độ điện áp t i không thể điều chỉnh đuợc nếu ngu n phát không đáp ứng đủ yêu cầu công suất Trong vận hành thực tế thì điểm nút thay đ i từ lo i PQ sang PV

c Sack node: Kiểu nút thử 3 khi nghiên cứu vè dòng công suất là Slack node Sự

cần thiết xác định nút slack từ thực tế t n thất công suất tiêu thụ và công suất ph n kháng trong m ng đều không biết Máy phát nối với nút Slack sẽ cung cấp đủ công suất bị mất trên đư ng truyền t i, nâng cao độ dự trữ của m ng lưới nút Slack, điện áp và góc pha

đã biến, công suất tiêu thụ và công suất ph n kháng là biến cân xác định

2.5.3 Bi ểu di n lưới đi n thông thường

Các thiết bị của một m ng lưới điện trong các mô hình dòng công suất ch y thư ng g m có: các máy phát, các máy biến áp, hệ thống dây truyền t i, t i và các thiết bị

bù song song và nối tiếp

Nút phát:

Trang 32

Đư ng dây truyền t i:Sơ đ thay thế hình II

Sơ đ thay thế máy biến áp:

Sơ đ thay thế tụ bù nối tiếp:

Định dạng
Số trang	65
Dung lượng	1,23 MB