khảo sát và thiết kế thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh cho trạm truyền tải điện 220kv

Nhằm mở ra một hướng mới trong việc nghiên cứu, chế tạo thiết bị bù ngang có điều khiển, em được giao đề tài "Khảo sát và thiết kế thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh cho trạm truyền

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS VÕ QUANG VINH

THÁI NGUYÊN, 2010

Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới Khoa Đào tạo sau đại học, Bộ môn

Tự động hoá XNCN thuộc trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình tôi thực hiện luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Võ Quang Vinh, người đã định hướng và tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi để tôi có thể hoàn thành bản luận văn này

Cuối cùng tôi xin được nói lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, lãnh đạo Công ty Điện lực Thái Nguyên đã động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình tôi học tập và nghiên cứu

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2010

Lê Hoành Sấm

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là do tôi nghiên cứu dưới sự hướng dẫn

của thầy giáo.TS Võ Quang Vinh Các nội dung, thông số và số liệu trong đề

tài là hoàn toàn trung thực và chưa từng công bố trong bất kì công trình nào khác

Tác giả luận văn

Lê Hoành Sấm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT TRONG

LƯỚI ĐIỆN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Khái niệm hệ thống điện và phụ tải điện

1.2.1 Hệ thống điện

1.2.2 Phụ tải điện

1.3 Chế độ làm việc và cân bằng công suất trong hệ thống điện

1.3.1 Chế độ làm việc

1.3.2 Cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng

1.4 Tổn thất điên áp trên đường dây truyền tải điện

1.4.1 Tổn thất điện áp tính theo dòng điện, vectơ điện áp

1.4.2 Tính toán tổn thất điện áp theo công suất

1.5 Khái niệm chung về điều chỉnh điện áp

1.5.1 Ảnh hưởng của điện áp đến hoạt động của hệ thống điện

1.5.2 Nhiệm vụ của điều chỉnh điện áp

1.5.3 Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp

1.6 Tổng quan về bù công suất phản kháng khi truyền tải

1.6.1 Công suất phản kháng trên đường dây truyền tải

1.6.2 Bù công suất phản kháng trên đường dây truyền tải

1.7 Bù dọc và bù ngang đường dây

1.7.1 Bù dọc

1.7.2 Bù ngang

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ BÙ TĨNH CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC

2.1 Đặt vấn đề

2.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của các thiết bị bù tính SVC

2.2.3 Đặc tính tĩnh V-I của SVC

2.3 Kháng điều chỉnh bằng Thyristor TCR (Thyristor Controlled Reactor)

2.3.1 Sơ đồ nguyên lý

2.3.2 Đặc tính làm việc của TCR

2.4 Thiết bị bù tĩnh FC-TCR (Fix capacitor and Thyristor control reactor)

2.4.1 Sơ đồ nguyên lý

2.4.2 Đặc tính làm việc

2.5 Tụ đóng mở bằng Thyristor TSC (Thyristor Switched Capacitor)

2.5.1 Sơ đồ nguyên lý

2.5.2 Nguyên lý hoạt động của TSC

2.6 Một số ứng dụng của SVC trong hệ thống điện

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT 100MVAr CHO HỆ THỐNG ĐIỆN

3.1.Chọn sơ đồ mạch lực SVC

3.1.1 Sơ đồ mắc kiểu hình sao

3.1.2 Sơ đồ mắc kiểu hình tam giác

3.2 Tính toán thông số của SVC

3.2.1 Tính toán thông số cuộn kháng L của TCR

3.2.2 Tính toán thông số bộ lọc

3.2.3 Tính toán giá trị bộ tụ điện C

3.2.4 Tính toán thông số của thyristor

3.2.5 Tính toan bảo vệ thyristor

3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển

3.3.1 Khối lượng đo

3.3.2 Khối điều khiển điện áp

3.3.3 Khối tính toán góc mở Thyristor

CHƯƠNG 4: THỰC HIỆN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VỚI CÔNG CỤ

MATLAB SIMULINK

4.1.Mô hình bài toán cần mô phỏng

4.2 Sơ đồ mô phỏng trong simulin k

4.2.1 Sơ đồ mạch công suất

4.2.2 Sơ đồ mạch điều khiển

4.3 Kết quả mô phỏng khi dùng bộ PI thông thường

4.3.1 Kết quả mô phỏng trường hợp 1

4.3.2 Kết quả mô phỏng trường hợp 2

4.3.3 Kết quả mô phỏng trường hợp 3

4.4 Sử dụng luật mờ để nâng cao chất lượng điều khiển SVC

4.4.1 Đặt vấn đề

4.4.2 Cơ sở thuật toán điều khiển

4.4.3 Thiết kế bộ điều khiển mờ và luật mờ

4.4.4 Kết quả mô phỏng so sánh bộ PI thường và điều khiển mờ

Hình 1.1 Mạch RLC nối tiếp và đồ thị vectơ điện áp

Hình 1.2 Đồ thị quan hệ giữa P và Q

Hình 1.3 Mô hình truyền tải điện

Hình 1.4 Sơ đồ tổn thất điện áp

Hình 2.1 Mô hình SVC

Hình 2.2 Sơ đồ thay thế tương đương của SVC

Hình 2.3 Đặc tính V-I của SVC

Hình 2.4 Đặc tính điều chỉnh của SVC

Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo của TCR

Hình 2.6 Dạng sóng điện áp và dòng điện của TCR một pha với các góc mở (a)  = 900 ; (b)  = 1000 ; (c)  = 1300 ; (d)  = 1500

Hình 2.7 Đồ thị điện áp và dòng điện TCR

Hình 2.8 Quan hệ giữa điện dẫn BL và góc dẫn 

Hình 2.9 Đặc tính bù V- I của TCR

Hình 2.10 Các sóng hài bậc cao trong phần tử TCR

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo FC - TCR

Hình 2.12 Đặc tính làm việc

Hình 2.13 Sơ đồ cấu tạo của TSC

Hình 2.14 Nguyên lý hoạt động của TSC

Hình 2.15 Sơ đồ kết nối của TSC

Hình 2.16 Mối quan hệ giữa BTSC và số lượng các TSC dẫn

Hình 2.17 Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC

Hình 2.18 Sự thay đổi điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC

Hình 3.1 Sơ đồ mắc FC- TCR kiểu hình sao

Hình 3.2 Sơ đồ mắc FC - TCR kiểu tam giác

Hình 3.5 Sơ đồ mạch lực TCR

Hình 3.6 Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển thiết bị bù tĩnh SVC

Hình 3.7 Khối đo lường

Hình 3.8 Sơ đồ khối mạch điều chỉnh điện áp

Hình 3.9 Quan hệ giữa điện dẫn và góc mở 

Hình 3.10 Sơ đồ tín hiệu bổ sung

Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống điện

Hình 4.2 Sơ đồ mô phỏng hệ thống trên Matlab simulink

Hình 4.3 Sơ đồ mô phỏng khối TCR

Hình 4.4 Sơ đồ khối điều khiển

Hình 4.5 Sơ đồ mô phỏng khối đo lường

Hình 4.6 Sơ đồ mô phỏng khối điều chỉnh điện áp

Hình 4.7 Sơ đồ mô phỏng tính góc mở Thyristor

Hình 4.8 Sơ đồ mô phỏng mạch phát xung điều khiển TCR

Hình 4.9 Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện

Hình 4.10 Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện

Hình 4.11 Công suất phản kháng phát của SVC

Hình 4.12 Đồ thị góc mở  cấp cho TCR

Hình 4.13 Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện

Hình 4.14 Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện Hình 4.15 Công suất phản kháng phát của SVC

kháng truyền tải trên lưới điện

Hình 4.18 Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện

Hình 4.19 Công suất phản kháng phát của SVC

Hình 4.20 Đồ thị góc mở  cấp cho TCR

Hình 4.21 Cấu trúc điều khiển mờ

Hình 4.22 Biểu diễn luật mờ Ki trên không gian

Hình 4.23 Biểu diễn luật mờ Kp trong không gian

Hình 4.24 Sơ đồ cấu trúc điều khiển luật PI động

Hình 4.25 Điện áp tại thanh cái đặt SVC

Hình 4.26 Công suất phản kháng tại thanh cái đặt SVC

FACTS: (Flexible AC Transmission System) Hệ thống truyền tải điện xoay

chiều linh hoạt

TCR (Thyristor Controlled Reactor) : Kháng điều khiển bằng thyristor TSC (Thyristor Switched Capacotpor) : Tụ đóng cắt bằng thyristor

Sshort ciruit : Cấp công suất ngắn mạch tương đương của hệ thống

Thời gian qua, cùng với sự phát triển kinh tế với tốc độ cao, nhu cầu tiêu thụ điện của nước ta tăng trưởng không ngừng, đặc biệt trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước từng bước hội nhập vào nền kinh tế khu vực và thế giới Để đảm bảo cung cấp điện an toàn và ổn định, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội của cả nước, hệ thống điện Việt Nam đã có những bước phát triển mạnh mẽ

Từ giữa năm 1994, với việc đưa vào vận hành đường dây siêu cao áp

500 kV Bắc - Trung - Nam và có chiều dài gần 1500 km, hệ thống điện Việt Nam đã trở thành hệ thống điện hợp nhất với đầy đủ các đặc trưng của hệ thống lớn Một mặt, hệ thống điện hợp nhất cho phép khai thác tối đa các ưu điểm vận hành kinh tế (phối hợp các nguồn thủy điện, nhiệt điện, tối ưu hoá công suất nguồn …), mặt khác cho phép nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Việc hợp nhất hệ thống còn là tiền đề thuận lợi cho việc phát triển các loại nguồn điện công suất lớn và đấu nối vào hệ thống

Tuy nhiên, với hệ thống điện hợp nhất có các đường dây siêu cao áp, một trong những vấn đề quan trọng là tính ổn định trong quá trình vận hành Trong các hệ thống điện này, những sự cố do mất tính ổn định gây ra sẽ làm ngừng cung cấp điện hoặc phân chia hệ thống thành từ phần riêng lẻ

Với việc áp dụng các thành tựu đã đạt được của công nghệ bán dẫn vào lĩnh vực truyền tải điện, các linh kiện điện tử công suất lớn, điện áp cao như Thyristor, GTO có thể sử dụng vào các hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hạot (FACTS: Flexible AC Transmission Systems) FACTS đã góp phần vào việc giải quyết những hạn chế trên đường truyền tải, nâng cao tính ổn định và tận dụng triệt để các thiết bị cho hệ thống hiện có

Trên thế giới, nhiều hãng lớp như American Supper Conductor của Mỹ, Rongxin Power Electric Co.Ltd của Trung Quốc, Misubisi, SIEMEN… đã có

việc nâng cao tính ổn định và chất lượng điện áp của hệ thống điện Việc nghiên cứu các thiết bị bù này đối với việc nâng cao ổn định và chất lượng điện áp của hệ thống điện Việt Nam trong tương lai là nhiệm vụ rất cần thiết Nhằm mở ra một hướng mới trong việc nghiên cứu, chế tạo thiết bị bù

ngang có điều khiển, em được giao đề tài "Khảo sát và thiết kế thiết bị bù

công suất phản kháng tĩnh cho trạm truyền tải điện 220kV" là đề tài thạc sỹ

của mình Luận văn của em đưa ra những nghiên cứu về khả năng ổn định điện áp tại nút phụ tải có mắc SVC với đường dây cao áp 220kV

Bản luận văn tốt nghiệp của em được trình bày trong bốn chương với nội dung chính như sau:

Chương I: Tổng quan về bù công suất phản kháng trong hệ thống điện Chương II: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đặc tính làm việc của thiết

bị bù tĩnh điện có điều khiển SVC

Chương III: Tính toán hệ thống bù công suất 100MVAR cho hệ thống điện

Chương IV: Thực hiện mô phỏng hệ thống bằng Matlab/ Simulink

Do hạn chế về thời gian, cũng như kiến thức của bản thân, luận văn này chắc chắn còn nhiều thiếu sót, em rất mong sẽ nhận được ý kiến phê bình về những nội dung chưa hoàn thiện trong luận văn này

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2010

Tác giả thực hiện

Lê Hoành Sấm

Tiếng Việt

[1] Trần Bách, Lưới điện và hệ thóng điện, tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và

Kỹ thuật, 2004

[2] Phan Đăng Khải, Huỳnh Bá Minh, Bù công suất phản kháng lưới cung

cấp và phân phối điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2003

[3] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất,

Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2004

[4] Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất: Lý

thuyết - Thiết kế - Ứng dụng¸ Lý thuyết điều khiển mở, NXB KHKT, 2002

[5] P.X Minh, N.D Phước, Lý thuyết điều khiển mờ, NXB KHKT, 2002

Tiếng Anh

[6] G.Hingorani, L.Gyugyi, Understanding FACTS: Concept and Technology

of Flexible AC Transmission Systems, The Institute of Electrical and

Electronics Engineeres Inc., New York, 2000

[7] E.Acha V.G Agelidis, O.Anaya - Lara, T.J.E.Miller, Power Electronic

Control in Electrical Systems, Newnes Publisher, 2002

[8] R.Mohan Mathur, Rajiv K.Varma Thyristor - Based Facts Controllers for

electrical Tranmission Systems, copyright@ 2002 John Wiley & Sons from www.knovel.com

[9] Genetic algorithm based opimal self - tuning fuzzy logic controller for

power system static VAR stabiliser

Ngày nay, nhu cầu điện năng tiếp tục tăng mạnh đòi hỏi chất lượng phân

phối điện và độ tin cậy cao hơn rất nhiều Việc đưa thiết bị FACTS vào khai

thác đã giải quyết đúng đắn và có giá trị rất cao cho các vấn đề của lưới khi

truyền tải

Từ nhu cầu đó, luận văn này phân tích được cơ sở ổn định điện áp lưới

bằng việc bù công suất phản kháng và nghiên cứu nguyên lý làm việc của các

thiết bị bù tĩnh SVC Đánh giá ưu nhược điểm của các loại cấu hình SVC phổ

biến, từ đó chọn thiết kế mạch lực tối ưu FC - TCR, tính toán mạch lạc Thiết

kế bộ lọc sóng hài LC và thiết kế nguyên lý điều khiển cho hệ thống bù có

Từ các kết quả thiết kế, xây dựng mô hình mô phỏng thiết bị bù có điều

khiển SVC ghép với hệ thống điện bằng chương trình Malab - Simulink Mô

hình sử dụng điều khiển PI đã chứng minh được khả năng giữ ổn định và

nâng cao chất lượng điện áp lưới điện của thiết bị bù tĩnh đã thiết kế Đối với

hệ bù đã thiết kế FC- TCR thì công suất phản kháng phát của tụ là cố định

nên việc điều chỉnh công suất phản kháng của hệ phụ thuộc vào kháng có điều

chỉnh TCR Luận văn cũng đưa ra thuật toán dùng luật mờ để cải thiện chất

lượng điều khiển hệ thống Kết quả mô phỏng chứng minh thấy chất lượng

điều chỉnh được cải thiện đó là: Chính xác hơn, nhanh hơn và sát giá trị đặt hơn

Từ khoá: Bù công suất phản kháng, FACTS, điều khiển kháng điện TCR,

điều chỉnh điện áp, SVC, Fuzzy

Today, the demand for electricity continues to incerase and that quality and distribution reliability and higher to serve the needs of economic development FACTS devices to bring into use the proper resolution and high

- value problems of the transmission grid

From the demand that this thesis is the basis of analysis of voltage stability compensation network capacity by protests and research work principle of the devives make up a static SVC Assess advantages and disadvantages of types of common SVC configuration, thereby selecting the optimal power circuit design FC - TCR, computing power circuit Design LC filter harmonics and design principles for the control system can compensate

From the reslts of designing and building equipment simulations compensate controlled SVC pair with the electrical system in the Malab - Simulink Model using pI control law has been proven ability to maintain and improve the quality of the grid voltage of the device were offset static design For compensation system designed FC - TCR has the capacity of the convergent protests are fixed so the adjustment capacity of protesting dependency on anti - TCR adjusted Thesis also makes the algorithm used fuzzy reles to impove the quality control system Simulation results demonstrate that quality control is improved: faster and more accurately placed than sticking value

Keyword: Compensation capacity protests, FACTS, TCR control, adiust voltage, SVC, Fuzzy

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT TRONG LƯỚI ĐIỆN

1.1 Đặt vấn đề

Để thiết bù công suất phản kháng, trứơc hết ta cần biết về vai trò tác dụng quan trọng của nó trong một hệ thống điện Bù công suất phản kháng có tác dụng:

Điều chỉnh hệ số công suất thường là thực hiện việc cấp công suất phản

kháng càng gần tải càng tốt Hầu hết các phụ tải công nghiệp, nông nghiệp tiêu thụ nhiều công suất phản kháng Vì thế dòng tải có khuynh hướng lớn hơn dòng điện cần thiết để cung cấp riêng cho công suất sinh công vì vậy lãng phí do phải tăng tiết diện dây, gây tổn thất điện áp cũng như điện năng lớn hơn yêu cầu thực tế

Điều áp là một vấn đề quan trọng và đặc biệt cần thiết nếu trong lưới

điện có các phụ tải có nhu cầu công suất phản kháng luôn thay đổi Trong mọi trường hợp, sự biến thiên về nhu cầu công suất phản kháng sẽ gây ra sự biến thiên điện áp tại điểm cung cấp làm ảnh hưởng đến hoạt động của các phụ tải đấu nối tiếp vào điểm đó và làm tăng khả năng nhiễu loạn giữa các phụ tải ở gần Để ngăn ngừa việc này các công ty điện lực phải cố gắng duy trì điện áp trong giới hạn quy định Ở các nước, người ta quy định giới hạn thay đổi điẹn

khắc nghiệt đối với các tải lớn biến thiên nhanh gây ra độ dốc điện áp lớn, có hại cho việc vận hành các thiết bị bảo vệ và hiện tượng chớp nháy gây khó chịu cho mắt người Trong trường hợp này thiết bị bù đóng vai trò quan trọng việc duy trì điện áp trong giới hạn quy định

Cân bằng phụ tải: Hầu hết các phụ tải xoay chiều lớn đều dùng dòng

điện ba pha và được thiết kế vận hành ở chế độ cân bằng Nếu các phụ tải

hoạt động không cân bằng làm bằng làm tăng các thứ tự nghịch và thứ tự không của dòng điện Các thành phần này sẽ có tác dụng xấu như tổn thất trong động cơ máy phát gây dao động mômen ở các máy điện xoay chiều, gia tăng độ gợn sóng điện áp trong các bộ phân chỉnh lưu làm cho thiét bị điện học sinh không đúng chế độ, làm tăng bão hoà từ cho các máy biến áp và dòng trung tính vượt quá mức cho phép một số thiết bị bao gồm nhiều loại thiết bị bù làm việc phụ thuộc vào việc vận hành cân bằng để hạn chế sóng hài Số lượng sóng hài trong sóng điện áp là thông số quan trọng của chất lượng nguồn điện được đặc trưng bởi phổ các dao động điều hoà trên phổ tần công nghiệp cơ bản Các sóng hài thường được hạn chế bởi các bộ lọc, các bộ lọc này có nguyên tắc thiết kế khác với vấn thiết bị bù Tuy nhiên vấn đề sóng hài thường nảy sinh cùng vấn đề phụ tải do đó vấn đề bù và lọc sóng hài cũng được quan tâm

1.2 Khái niệm hệ thống điện và phụ tải điện

1.2.1 Hệ thống điện

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện và các thiết bị khác (thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ…) được nối liền với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng

Tập hợp các bộ phân của hệ thống điện (HTĐ) gồm các đường dây tải điện và các trạm biến áp được gọi là lưới điện

Điện năng truyền tải đến hộ tiêu thụ phải thoả mãn các tiêu chuẩn phục

vụ (bao gồm chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện) và có chi phí sản xuất, truyền tải và phân phối nhỏ nhất

Các thiết bị dùng điện được gọi chung là phụ tải điện

1.2.2 Phụ tải điện

Phụ tải điện gồm công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q yêu cầu tại một điểm nào đó của lưới điện Công suất tác dụng là P là công suất sinh ra công, tiêu hao năng lượng của nguồn điện Công suất phản kháng Q thường là công suất sinh ra từ trường, mang cảm tính, không tiêu thụ năng lượng của nguồn, nhưng dòng điện do nó sinh ra khi chạy trong dây dẫn gây

tương quan với nhau , được đặc trưng chung bằng công suất biểu kiến S và cos

2 2

Q P

S  và S 3.U.I

)/

Xét dòng điện hình sin trong mạch

)sin(

Với dòng chu kỳ i(t) đã cho có thể tìm được trị số dòng không đổi I tương dương về mặt tiêu tán năng lượng trong thời gian một chu kỳ T, nghĩa

là trong một mạch đơn giản thuần trở

)(

Trị số dòng không đổi I tương đương về mặt tiêu tán với dòng chu kỳ i(t) được gọi là giá trị hiệu dụng của chu kỳ Như vậy có thể viết:

2)

(t I t

Xét mạch gồm các phần tử nối tiếp R-L-C với kích thích điều hoà

)sin(

2)

I tC

2sin

.2sin

2U RtU LtU Ct

Theo quan hệ hiệu dụng giữa U và I ta có:

Z X

X R C

L R

)/1

Hình 1.1 Mạch R L C nối tiếp và đồ thị véctơ điện áp

Từ đồ thị véctơ (hình 1.1) ta tìm được góc lệch pha giữa u và i

R

X R

X X U

U U

Z

R

sin

i'm.sin.cos

 2cos

sin

Như vậy dòng điện i là tổng của hai thành phần:

i' - Có biên độ Im cos cùng pha với điện áp

i'' - Có biên độ Im sin chậm pha với điện áp một góc /2

Công suất tương ứng với hai thành phần i' và i'' là:

+ P = U.I cos gọi là công suất tác dụng

Vậy công suất tác dụng P là công suất biến năng lượng điện thành ra các dạng năng lượng khác và sinh công

+ Q = U.I cos gọi là công suất tác dụng

Q = U.I.sin = Z I (I.sin) = Z.I2.X/Z = R.I2 (1.13)

Vậy công suất phản kháng Q của một nhánh nói lên cường độ của quá trình dao động năng lượng

Ta có biểu diễn quan hệ P, Q như sau:

sự cố như: ngắn mạch, hỏng hóc ngẫu nhiên các tổ máy hoặc các đường dây điện

Chế độ xác lập là chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện, trong

đó các thông số chế độ được coi không đổi

Chế độ quá độ là chế độ trong đó các thông số chế độ biến đổi rất nhanh,

mạnh

Chế độ quá độ bình thường là chế độ xảy ra khi yêu cầu công suất phụ

tải biến đổi rất nhanh, còn chế độ quá độ sự cố là chế độ xảy ra khi xảy ra sự

cố trong hệ thống điện

1.3.2 Cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng

* Cân bằng công suất là điều kiện cần của chế độ xác lập, để có thể tồn tại chế độ xác lập còn phải có đủ điều kiện, đó là điều kiện ổn định tĩnh Trong vận hành hệ thống điện luôn bị các kích động nhỏ, đó là sự biến đổi nhỏ cân bằng công suất tác dụng Các kích động này tác động lên cân bằng công suất cơ điện ở trục tuabin của các tổ máy phát làm cho tốc độ quay cơ học của tuabin bị biến đổi Nếu sau khi bị kích động này, máy phát có khả năng khôi phục lại chế độ ban đầu thì máy phát có khả năng ổn định tĩnh Khả năng ổn định tĩnh của hệ thống điện phụ thuộc vào cấu trúc của nó và vào chế

độ làm việc Hệ thống điện phải có độ dự trữ nhỏ hơn công suất cực đại mà một đường dây có thể tải được theo điều kiện ổn định tĩnh một khoảng cách ít nhất bằng độ dự trữ ổn định tĩnh

* Công suất tác dụng và công suất phản kháng của nguồn điện phải luôn cân bằng với công suất yêu cầu của phụ tải trong mọi thời điểm vận hành

- Nếu công suất tác dụng của nguồn điện nhỏ hơn yêu cầu của phụ tải thì tần số sẽ giảm và ngược lại Tần số là thước đo cân bằng công suất tác dụng Khi tần số nằm trong phạm vi cho phép quy định bởi tiêu chuẩn chất lượng điện năng thì có nghĩa là đủ công suất tác dụng Nếu tần số cao hơn thì công suất nguồn dư thừa so với phụ tải, ngược lại nếu tần số thấp hơn thì công súât nguồn thiếu so với phụ tải Cân bằng công suất tác dụng có tính chất toàn hệ thống, tần số tại mọi nơi trên hệ thống điện luôn như nhau Để có thể đáp ứng tức thời mọi biến đổi của nhu cầu, công suất nguồn phải có dự trữ một lượng công suất nhất định, trong đó phần lớn là dự trữ nóng (dưới dạng các máy phát chạy non tải), một phần có thể là dự trữ lạnh, tổ máy ở trạng thái nghỉ, khi sự cố xảy ra mới khởi động, tổ máy dự trữ lạnh phải có thời gian khởi động và nhận tải nhanh, lượng công suất này được điều khiển nhờ hệ thống

điều chỉnh tần số Như vậy, công suất đặt của ngùôn điện phải lớn hơn yêu cầu phụ tải một lượng công suất dự trữ sự cố Pdtsc

Ngoài công suất dự trữ sự cố còn phải đặt thêm công suất dự trữ bảo

Công suất dự trữ sự cố đựơc xác định ở thời điểm phụ tải cực đại năm, ở chế độ này cân bằng công suất được xác định như sau:

Trong đó:

P : Tổng tổn thất công suất trên lưới điện và trong máy

biến áp

 

15%P pt P

lớn nhất

được tính theo điều kiện cụ thể của hệ thống

- Tương tự, với công suất phản kháng, nếu công suất phản kháng nhỏ hơn yêu cầu thì điện áp sẽ giảm, còn công suất phản kháng nguồn lớn hơn công suất phản kháng yêu cầu của phụ tải thì điện áp sẽ tăng Điện áp là thước

đo cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện Nếu điện áp thấp hơn giới hạn quy định bởi chất lượng điện áp thì có nghĩa là công suất phản kháng của nguồn thiếu so với phụ tải, còn nếu điện áp cao hơn thì có nghĩa là công suất phản kháng nguồn thừa

Khác với công suất tác dụng, cân bằng công suất phản kháng vừa có tính chất hệ thống vừa có tính chất địa phương Có nghĩa là chỗ này của hệ thống điện có thể đủ công suất phản kháng nhưng chỗ khác lại thiếu

Công suất phản kháng được đáp ứng một phần bởi các nhà máy điện, phần còn lại được hệ thống cấp nhờ các tụ bù, kháng điện được đặt một cách hợp lý trong hệ thống điện Hệ thống điện cần một lượng công suất phản kháng dự trữ chung để điều chỉnh mức điện áp hệ thống khi nhu cầu biến đổi hoặc sự cố nhà máy điện Cân bằng công suất phản kháng được điều chỉnh nhờ hệ thống điều chỉnh điện áp

Công suất bù Qb xác định từ điều kiện cân bằng công suất phản kháng trong chế độ cực đại năm của hệ thống điện:



Q pt Q t Q B Q td Q dt Q c Q F

Trong đó:

 Q ptP pti.tgptilà công suất yêu cầu của phụ tải

 Q FP dmi.tgdmlà công suất nguồn điện phát được trong

chế độ định mức

 Q td P tdi.tgtdilà công suất phản kháng tự dùng

Q là tổn thất công suất phản kháng trong lưới điện l

Q là tổn thất công suất phản kháng trong các máy biến áp B

Q là tổn thất công suất phản kháng do đường dây sinh ra C

 

8%Q pt Q B Q l

7

1.4 Tổn thất điện áp trên đường dây truyền tải điện

Xét đường dây có điện trở R, điện trở kháng X cấp điện cho phụ tải có công suất S2 = P2 + jQ2 Điện áp cuối đường dây là U2 điện áp nguồn là U1 và công suất của nguồn cần cung cấp là S1 = P1 + jQ1

Hình 1.3 Mô hình truyền tải điện 1.4.1 Tổn thất điện áp tính theo dòng điện, véctơ điện áp

I I j I j

I

Với Z = R + jX là tổng trở của đường dây

Theo định luật Ohm ta có tổn thất điện áp pha trên đường dây tính cho 1 pha

 I j I R jXI j I  R jX Z

Trong thực tế ta quan tâm đến tổn thất điện áp dây, vì trong lưới điện

trên 1000 V chỉ có điện áp dây, do đó:

 I jI R jX Z

I U

U 

U U

U tg

1.4.2 Tính toán tổn thất điện áp theo công suất

Q2 Nguồn cấp có công suất tác dụng là P1, công suất phản kháng là Q1

Ta có:

2 2

2 3U.Icos

2 2

2 3U.Isin

Q S2 = P2 +jQ2

1 1

3 3U.Icos

P

0 1

1 3U.Icos

Q S1 = P1 +jQ1

Vì đường dây đồng nhất nên 1 = 2 = 

Từ các công thức trên ta tính được:

1 1 2

2

33

cos

U

P U

P

I  

1 1 2

2

33

sin

U

Q U

U

X Q R P

U 



2

2 2

U

R Q U P

U

Từ hai công thức trên ta rút ra:

- Công suất phản kháng là nguyên nhân chính gây ra tổn thất điện áp, do

đó để điều chỉnh điện áp thì phải điều chỉnh dòng công suất phản kháng

- Công suất tác dụng gây ra độ lệhc pha của điện áp (góc ) Góc  là tiêu chuẩn xét khả năng tải của đường dây dài siêu cao áp

1.5 Khái niệm chung về điều chỉnh điện áp

1.5.1 Ảnh hưởng của điện áp đến hoạt động của hệ thống điện

Điện áp trong hệ thống điện luôn biến đổi trong thời gian do:

- Sự dao động thường xuyên hoặc ngẫu nhiên của phụ tải

- Sự cố trong hệ thống điện gây ra quá trình quá độ điện từ và có thể làm cho một hoặc một số phần tử ngừng hoạt động đột ngột

- Sự thay đổi cấu trúc lưới

- Hoạt động của các thiết bị bảo vệ tự động

- Khởi động hoặc ngừng các tổ máy

Sự biến đổi điện áp dẫn đến hậu quả:

- Ảnh hưởng đến công tác của hệ thống điện

- Điện áp tăng cao quá gây nguy hiểm cho thiết bị trong hệ thống điện

Ví dụ: Điện áp trên đường dây dài trong chế độ không tải tăng rất cao, gây nguy hiểm cho thiết bị và quá tải máy phát điện

- Điện áp thấp làm giảm ổn định tĩnh của hệ thống tải điện, giảm khả năng ổn định động và độ ổn định tổng quát, và nếu thấp quá có thể gây mất ổn định phụ tải/

Mức điện áp trong hệ thống điện ảnh hưởng rất lớn đến tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong hệ thống điện nhất là trên lưới siêu cao áp

1.5.2 Nhiệm vụ của điều chỉnh điện áp

Nhiệm vụ của điều chỉnh điện áp là:

- Đảm bảo chất lượng điện năng cho thiết bị dùng điện

- Đảm bảo hoạt động của hệ thống trong chế độ bình thường cũng như sự

cố Nếu điện áp cao quá giới hạn cho phép sẽ làm thiết bị hỏng hoặc lão hoá nhanh Nếu thấp quá sẽ gây quá tải cho đường dây và máy biến áp, ảnh hưởng đến ổn định của nhà máy điện và phụ tải

- Đạt hiệu quả kinh tế, giảm P và A

1.5.3 Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp

Nhu cầu công suất phản kháng thay đổi gây ra sự biến đổi điện áp, tổn thất điện áp được tính theo công thức:

U j

U U

R Q X P j

U

X Q R P

U

áp Trên lưới hệ thống cấp điện áp 220-500KV, điện trở R nhỏ hơn rất nhiều

so với điện kháng X, do đó có thể bỏ qua thành phần R:

U j

U U

X P j U

X Q

U 

tải trên lưới điện Còn sự biến đổi công suất tác dụng chỉ làm thay đổi góc pha của điện áp, thành phần này ít ảnh hưởng đến modul của điện áp

Tóm tại trên lưới hệ thống, mức điện áp phụ thuộc vào dòng công suất phản kháng trên các đường dây Để điều chỉnh điện áp do đó phải điều chỉnh dòng công suất phản kháng trong hệ thống điện Điều chỉnh dòng công suất phản kháng chính là điều chỉnh sự cân bằng công suất phản kháng

Điều chỉnh điện áp và điều chỉnh cân bằng công suất phản kháng là đồng nhất với nhau Khi điện áp tại một điểm nào đó của hệ thống điện nằm trong phạm vi cho phép thì có nghĩa là công suất phản kháng của nguồn đủ đáp ứng yêu cầu của phụ tải tại điểm đó Nếu điện áp cao có nghĩa là thừa công suất phản kháng, còn khi điện áp thấp thì thiếu công suất phản kháng

Công suất phản kháng thường thiếu trong chế độ max nên cần có nguồn

bổ sung Còn trong chế độ phụ tải min lại có nguy cơ thừa công suất do điện dung của đường dây và cáp gây ra nên cần có thiết bị tiêu thụ

1.6 Tổng quan về bù công suất phản kháng khi truyền tải

1.6.1 Công suất phản kháng trên đường dây truyền tải

Quá trình truyền tải điện xoay chiều trên đường dây siêu cao áp liên quan đến quá trình truyền sóng điện từ dọc theo đường dây Điện trường của đường dây thường ít thay đổi trong quá trình vận hành vì điện áp của đường dây khống chế trong giới hạn cho phép với đường dây 500kV không quá 

10% Song từ trường đường dây tạo ra có thể biến thiên trong một giới hạn rộng theo sự thay đổi của dòng điện tải trên đường dây

Trị số trung bình của một chu kỳ của năng lượng điện trường tính trên đơn vị chiều dài của một pha đường dây bằng:

P

E C U

W 1

.2

1

Trong đó:

Công suất của điện truờng 3 pha đường dây có chiều dài l:

l U C l

W

Q E E p

2

3

2

32

Trị số trung bình cho một chu kỳ của năng lượng từ trường tính trên đơn

vị chiều của một pha đường dây khi tải dòng điện I bằng:

2

.2

1

I L

Công suất của từ trường 3 pha đường dây có chiều dài là l:

l I L l

W

Q M M

2

3

2

3

2

3

P

P P

M E

U C

I L U

C l

I L U C l

Q Q

Khi công suất phản kháng của đường dây bằng không trong trường hợp công suất của điện trường và từ trường cân bằng nhau ta có:

0

P

P I

Z

U C

L U

Dòng điện chạy trong đường dây ở trường hợp này được gọi là dòng điện

chiều dài vô cùng lớn được nối với nguồn điện áp, khi ấy trên đường dây chỉ

có sóng tới mà không có sóng phản xạ Đối với đường dây có chiều dài hữu hạn có thể xảy ra trường hợp tương tự khi điện trở phụ tải tác dụng có trị số

hợp này gọi là chế độ tải công suất tự nhiên Ở chế độ này đường dây không phát thêm cũng không tiêu thụ công suất phản kháng

Công suất tự nhiên của đường dây:

C

P H

Z

U P

2

3

1.6.2 Bù công suất phản kháng trên đường dây truyền tải

Khi đường dây không tải (không tiêu thụ công suất tác dụng) lượng công suất phản kháng của điện trường phát ra rất lớn có thể gây ra quá điện áp ở một phần của đường dây Để hạn chế mức quá điện áp không tải người ta dùng các kháng điện bù ngang

Khi tăng dần công suất tác dụng tải trên đường dây, lượng công suất phản kháng thừa do đường dây phát ra sẽ giảm dần Do vậy, các kháng điện

bù ngang cần phải được cắt ra Việc cắt các kháng điện bù ngang ra khỏi đường dây cần được kiểm tra sao cho ở thời điểm cắt kháng điện, điện áp ở bất kỳ điểm nào ở trên đường dây cũng không vượt quá giới hạn tối đa cho phép Khi công suất tải bằng công suất tự nhiên thì các kháng điện phải được cắt ra hoàn toàn hoặc phải làm sao cho lượng công suất phản kháng các thiết

bị bù từ bên ngoài đưa vào hoặc rút ra khỏi đường dây phải bằng không Yêu cầu này có thể thực hiện bằng nhiều cách

phương án tốt nhất cả về kỹ thuật lẫn kinh tế

2 Dùng kháng điện có công suất cố định kết hợp với máy bù đồng bộ Phương án này đảm bảo yêu cầu thay đổi công suất phản kháng từ - (QK +

QB) đến + (QK + QB), trong đó QK là công suất phản kháng điện, QB là công suất phản kháng máy bù đồng bộ Trong phương án này công suất của kháng điện có thể bé hơn phương án 1 tuy nhiên giá tiền thiết bị cao hơn

3 Dùng kháng điện có công suất cố định kết hợp với thiết bị bù tĩnh có khả năng thay đổi công suất bù liên tục Phương án này đảm bảo yêu cầu thay đổi công suất phản kháng từ - QK đến + (QBT + QK) trong đó QBT là công suất của thiết bị bù tĩnh

4 Điều khiển bằng đóng cắt các điện kháng có công suất cố định trong quá trình vận hành Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh nhảy bậc và khả năng điều chỉnh không cao

Đối với đường dây dài, để đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật trong vận hành

ổn đinh của hệ thống và nâng cao năng lực chuyển tải của đường dây cần sử dụng các biện pháp kỹ thuật đặc biệt Những biện pháp kỹ thuật thường dung để đảm bảo những yêu cầu trên đối với những đường tải điện xoay chiều gồm:

a Tăng số lượng dây nhỏ trong một pha của đường dây để giảm bớt điện kháng và tổng trở sóng, tăng công suất tự nhiên và khả năng tải của đường dây

b Bù thông số của đường dây bằng các thiết bị bù dọc và ngang để giảm cảm kháng và dung dẫn của đường dây làm cho chiều dài tính toán của đường dây rút ngắn lại

c Phân đoạn đường dây bằng các kháng điện bù ngang có điều khiển đặt

ở các trạm trung gian trên đường dây.Với đường dây 500kV, khoảng cách giữa các trạm đặt kháng bù ngang không được quá 600km

d Đặt máy bù đồng bộ hoặc thiết bị bù tĩnh ở các trạm nút công suất trung gian và trạm cuối

Ở các đường dây dài cao áp hoặc siêu cao áp, khi không tải hoặc non tải, lượng công suất phản kháng do đường dây phát ra rất lớn và có thể gây quá điện

áp ở một số phần của đường dây Để hạn chế mức quá áp, tăng khả năng tải của đường dây, nâng cao ổn định người ta sử dụng phương án dọc và bù ngang

1.7.1 Bù dọc

Trị số cảm kháng lớn của đường dây siêu cao làm ảnh hưởng rất xấu đến hàng loạt chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật quan trọng của đường dây như: góc lệnh

giữa đầu và cuối đường dây, 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 tăng điện dẫn liên kết (giảm điện kháng X 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 vào đường dây thì điện kháng tổng của mạch tải điện sẽ giảm xuống (XL - XC) Giả sử góc lệch  giữa dòng điện phụ tải I và điện áp

đó ta thấy được hiệu quả của việc bù dòng

a 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

b Ổn định về góc lệch 

Làm giảm góc lệch  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

+ Trước khi bù dọc, công suất truyền tải trên đường dây là:

sin

2 1

L gh

X

U U

+ Sau khi bù dọc, công suất truyền tải trên đường dây là:



sin

2 1

C L

gh

X X

U U P



Ta có giới hạn công suất truyền tải là:

C L gh

X X

U U P

X

X X

K 

c Giảm tổn thất công suất và điện năng

- Dòng điện chạy qua tụ C sẽ phát ra một lượng công suất phản kháng bù lại phần tổn thất trên cảm kháng của đường dây

%100

C

C L C

X

X X

K 

40-75% tuỳ theo chiều dài từng đường

1.7.2 Bù ngang

Bù dang được thực hiện bằng cách lắp kháng điện có công 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

Dòng 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 công 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 tương quá áp ở cuối đường dây

Việc lựa chọn dung lượng và vị trí đặt bù của kháng bù ngang có ý nghĩa rất quan trong 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

- Trong chế độ không tải, phía nguồn khép mạch, phía tải hở mạch thì các nguồn phát vẫn phát công suất tác dụng rất lớn để bù vào tổn thất điện trở của đường dây và máy biến áp Để khắc phục sự quá áp và quá tải máy phát ta phải đặt kháng bù ngang tại một số điểm trên đường dây

- Trong chế độ non tải (Ptải < PTN) thì công suất phản kháng trên đường dây thừa và đi về 2 phía của đường dây Để đảm bảo được trị số cos cho phép của máy phát, ta phải đặt kháng bù ngang ở đường dây để tiêu thụ công suất phản kháng

- Công suất phản kháng của đường dây phát ra trong chế độ không tải được tính gần đúng như sau:

l b U

L: Chiều dài đường dây

- Đối với đường dây siêu cap áp có điện áp 330  750kV thì có thể sử dụng quan hệ gần đúng:

0

0 6

0

0 1,15.10,

b

X Z

3 0

10.07,

U

%100

%100

C L C

L L

Q

Q I

QC: Công suất phản kháng của điện dung đường dây phát ra

Đối với đường dây có cấp điện áp 500kV, tổng công suất của kháng bù ngang trên đường dây bằng 60 - 70% công suất phản kháng do điện dung đường dây phát ra

Kháng điện bù ngang có điều khiển là một thiết bị tiêu thụ công suất

đến trị số danh định

Kháng điện bù ngang vừa thực hiện chức năng của một kháng điện bình thường vừa thay thế được các máy phát điện trong nhiệm vụ điều chỉnh công suất trong hệ thống Sử dụng kháng bù ngang có điều khiển trong nhiều trường hợp cho phép nâng cao khả năng tải của đường dây một cách đáng kể

`Công suất đặt của kháng bù ngang có điều khiển giống như kháng bình thường, được tính toán theo chế độ vận hành không tải đường dây Nó phụ thuộc vào công suất tự nhiên và chiều dài của đường dây

Nếu ở các trạm nhận điện, ta đặt các kháng bù ngang có điều khiển với công suất đủ lớn đảm bảo được chức năng bù ngang thông số đường dây và ở những điểm đặt này có thể giữ điện áp không đổi Như vậy, trong chế độ vận hành với công suất tải trên đường dây thay đổi không cần phải đóng hoặc cắt kháng điện ra khỏi đường dây

Kết luận

Trong chương này, em đã tìm hiểu được tổng quan bù công suất phản kháng Qua đó thấy vai trò của việc bù công suất phản kháng là nâng cao tính tin cậy của hệ thống điện, tăng khả năng truyền tải công suất trên đường dây, giảm tổn thất và cải thiện hàng loạt các chỉ tiêu kỹ thuật của đường dây, đặc biệt là của các đường dây cao áp và siêu cao áp có chiều dài lớn Các chế độ làm việc quá độ, chế độ xác lập và cân bằng công suất trong hệ thống điện Sự hình thành công suất phản kháng trên đường dây cao thế khi truyền tải và biết

tổn thất điện áp trên đường dây có nguyên nhân chính là công suất phản

kháng Đây là những vấn đề lý thuyết cơ bản khi nghiên cứu hệ thống điện

Nó giúp em hiểu rõ bản chất của quá trình trao đổi năng lực trong hệ thống

điện Trong chương này em cũng trình bày hai phương pháp bù công suất

phản kháng là bù dọc và bù ngang trên đường dây Đây là vấn đề quan trọng

trong ổn định hệ thống điện Từ những lý thuyết cơ bản trên là cơ sở để em

nghiên cứu thiết kế bộ công suất phản kháng trong hệ thống điện ở chương sau

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC

CỦA THIẾT BỊ BÙ TĨNH CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC

2.1 Đặt vấn đề

Trước đây, các thiết bị bù công suất phản kháng là các bù tĩnh và máy bù đồng bộ Các thiết bị bù này ngày nay ít được dùng nữa vì chúng có nhiều hạn chế

Đối với tụ bù tĩnh Bộ tụ song song lần đầu tiên sử dụng để hiệu chỉnh hệ

số công suất vào năm 1914 Thiết bị đóng ngắt thường sử dụng như rơle và cầu dao Các phương pháp này dựa trên các chuyển mạch cơ học và các rơle Nhược điểm là phản ứng chậm, không tin cậy, phát ra dòng điện khởi động cao, đòi hỏi phải bảo dưỡng thường xuyên

Đối với máy bù động Máy bù động đóng vai trò quan trọng trong điều

khiển công suất phản kháng và điện áp trong hơn 50 năm Máy điện có thể cung cấp điều khiển công suất phản kháng liên tục khi được sử dụng với mạch kích từ tự động chính xác Nhược điểm là đỏi hỏi thiết lập nhiều và số lượng thiét bị khởi động bảo vệ đáng kể, chúng không thể điều khiển đủ nhanh để bù cho sự thay đổ tải lớn Ngoài ra, sự tổn thất của chúng là sớm hơn so với bù tĩnh, và chi phí thì lớn hơn nhiều so với các bộ bù tĩnh

Ngày nay, với sự ra đời của các thiết bị Thyrisor công suất lớn và cùng với nó là các thiết bị FACTS (Flexible AC Transmission System), trong đó có SVC (Static Var Compensator) là thiết bị FACTS thông dụng, đã khắc phục được các nhược điểm nêu trên và mang lại hiệu quả cao trong vận hành hệ thống điện Sự ưu việt của SVC được thể hiện là: Khả năng điều chỉnh nhanh, biên độ thay đổi khá lớn, độ tin cậy cao và giảm bớt tổn thất Ngoài ra, yêu

cầu bảo hành bảo trì thấp do vắng mặt các phần tử quay nên ngày nay nó đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới

Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện Nó hoạt động trong hệ thống như một phần tử thụ động nhưng lại phản ứng như đối tượng tự thích nghi với thông

số chế độ làm việc của hệ thống

Kết luận: Từ yêu cầu đề tài và phân tích ở trên, em quyết định chọn thiết

kế bộ bù công suất theo kiểu SVC Sau đây là cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị bù tĩnh SVC

2.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của các thiết bị bù tĩnh SVC

2.2.1 Cấu tạo chung

Về cơ bản SVC cấu tạo từ các phần tử chính sau: Tụ điện có điện dung

cố định (FC), tụ điện đóng mở bằng Thyristor (TSC) và kháng điện đóng mở bằng Thyristor (TSR), kháng điện điều khiển bằng Thyristor (TCR)

TCR (Thyristor Controlled Reactor): Kháng điều khiển bằng thyristor có chức năng điều khiển liên tục dòng công suất phản kháng

TSC (Thyristor Switched Capacotpor): Tụ đóng cắt bằng thyristor có chức năng đóng cắt nhanh dòng công suất phản kháng tiêu thụ

TSR (Thyristor Switched Reactor): Kháng đóng cắt bằng thyristor có chức năng đóng cắt nhanh công suất phản kháng phát trên lưới

Ngoài các phần tử cơ bản nói trên còn phải kể đến các phần tử khác của SVC như hệ thống điều khiển Thyristor, các bộ lọc cao tần, máy biến áp với điện áp thứ cấp phù hợp với các cấp điện áp của SVC, các bộ lọc cao tần làm nhiệm vụ khử các thành phần sóng điều hoà bậc cao, đặc biệt là các thành phần bậc 3, bậc 5, bậc 7 phát sinh trong quá trình cấu tạo thông dụng của SVC

Có hai dạng sơ đồ cấu tạo thông dụng của SVC

- SVC là kết hợp của TCR và TSC