Nghiên cứu ổn định điện áp bằng thiết bị STATCOM và SVC trên lưới điện 500KV việt nam

Trong trường hợp này chỉ có thể sử dụng các thiết bị bù có điều khiển như SVC và STATCOM mới có khả năng điều khiển nhanh lượng công suất phản kháng trao đ i với Hệ Thống để giử n định đ

HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang v GVHD: TS.Trương Việt Anh

M C L C

Quyết định giao đề tài

Lý lịch khoa học i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Tóm tắt iv

Mục lục v

Danh sách các chử viết tắt và kí hiệu vi

Danh sách các hình viii

Ch ng I T NG QUAN 01

1.1 Mục đích và lý do chọn đề tài 01

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 01

1.3 Phạm vi nghiên cứu 02

1.4 Các bước tiến hành 02

1.5 Điểm mới của luận văn 02

1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn 02

1.7 Nội dung dự kiến 03

Ch ng II: N Đ NH ĐI N ÁP TRONG H TH NG ĐI N 04

2.1 Đặt vấn đề 04

2.2 Phân tích những sự cố tan rã hệ thống điện gần đây 05

2.3 n định điện áp 07

2.4 Kết luận 11

Ch ng III: T NG QUAN V CÔNG NGH FACTS 12

3.1 Đặt vấn đề 12

3.2 Lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS 12

3.3 Một số thiết bị FACTS 13

3.4 Kết luận 26

Ch ng IV: S D NG PH N M M MATLAB/SIMULINK Đ MÔ PH NG STATCOM VÀ SVC TRONG HTĐ VI T NAM 27

4.1 Đặt vấn đề 27

4.2 Xây dựng mô hình mô phỏng cho hệ thống điện 500kV Việt Nam 27

4.3 Mô phỏng và kết quả đáp ứng động của STATCOM và SVC khi đặt ở trạm Đà Nẵng trong lưới điện 500 kV Việt Nam 37

4.4 Mô phỏng và kết quả đáp ứng động của STATCOM và SVC khi đặt ở trạm Hà Tĩnh trong lưới điện 500 kV Việt Nam 45

4.5 Nhận xét kết quả mô phỏng 57

Ch ng V: K T LU N VÀ H NG NGHIểN C U PHÁT TRI N 58

5.1 Kết luận 58

5.2 Hướng nghiên cứu phát triển 58

5.3 Kiến nghị 58

TƠi li u tham kh o 60

Phụ lục 61

GTO :Gate Turn - Off Thyristor - Khóađóngmở

STATCOM :Static Synchronous Compensator -Thiếtbịbùngangđiềukhiển

bằngthyristor

SVC :Static Var Compensator - Thiếtbịbùtĩnhđiềukhiểnbằngthyristor TCR :Thyristor Controlled Reactor - khángđiệnđiềukhiểnbằngthyristor TCSC :Thyristor Controlled Series Compensator - Thiếtbịbùdọcđiều khiểnbằngthyristor

TSR : Thyristor Switched Reactor - Khángđiệnđóngmởbằngthyristor TSC : Thyristor Switched Capacitor - Tụđiệnđóngmởbằngthyristor

HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang viii GVHD: TS.Trương Việt Anh

DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 3.1 So sánh các chức năng của từng thiết bị bù có ĐK bằng thyristor 13

Hình 3.2 Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC 14

Hình 3.3 Sự thay đ i của điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC 15

Hình 3.4 Quan hệ thời gian và điện áp quá áp 15

Hình 3.5 Mô hình vị trí SVC 17

Hình 3.6 Sự thay đ i P và Q khi có SVC đối với mô hình SMIB 17

Hình 3.7 Đường cong góc – công suất đối với mô hình SMIB 18

Hình 3.8 Đặc tính công suất khi có và không có SVC 20

Hình 3.9 Sơ đ nguyên lý và hoạt động của TCSC 21

Hình 3.10 Sơ đ cấu trúc Statcom 23

Hình 3.11 đ nguyên lý hoạt động của Statcom 24

Hình 3.12 Nguyên lý bù của bộ bù 24

Hình 3.13 Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù 25

Hình 3.14 Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù 26

Hình 4.1 Mô hình mô phỏng hệ thống điện 500kV Việt Nam 28

Hình 4.2 Hợp thoại thiết lập tham số cho bộ điều khiển STATCOM 29

Hình 4.3 Hợp thoại thiết lập tham số cho bộ điều khiển SVC 29

Hình 4.4 Hợp thoại thiết lập tham số cho NMĐ Hòa Bình 30

Hình 4.5 Hợp thoại thiết lập tham số cho ngu n điện từ NMĐ Yaly 30

Hình 4.6 Hợp thoại thiết lập tham số cho ngu n điện từ miền Nam 31

Hình 4.7 Hợp thoại thiết lập tham số cho ngu n điện từ miền Bắc 31

Hình 4.8 Hợp thoại thiết lập tham số cho đường dây L1 32

Hình 4.9 Hợp thoại thiết lập tham số cho đường dây L2 32

Hình 4.10 Hợp thoại thiết lập tham số cho đường dây L3 33

Hình 4.11 Hợp thoại thiết lập tham số cho đường dây L4 33

Hình 4.12 Hợp thoại thiết lập tham số cho đường dây L9 34

Hình 4.13 Hợp thoại thiết lập tham số cho đường dây L10 34

Hình 4.14 Hợp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối vào thanh cái Hòa Bình 35

Hình 4.15 Hợp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối vào thanh cái Hà Tĩnh 35

Hình 4.16 Hợp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối vào thanh cái Đà Nẵng 36

Hình 4.17 Hợp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối vào thanh cái Pleiku 36

Hình 4.18 Hợp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối vào thanh cái Di Linh 37

Hình 4.19 Hợp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối vào thanh cái Nho Quan 37

Hình 4.20 Mô hình mô phỏng hệ thống khi có xảy ra ngắn mạch 38

Hình 4.21 Hợp thoại thiết lập tham số cho sự cố ngắn mạch pha A chạm đất 39

Hình 4.22 Tín hiệu ngõ ra của STATCOM và SVC ở thanh cái Đà Nẵng khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 1 pha 39

Hình 4.23 Kết quả đáp ứng điện áp tại nút Đà Nẵng khi bị sự cố NM 1pha 40

Hình 4.24 Kết quả đáp ứng điện áp Vmes và Vref tại thanh cái Đà Nẵng khi đặt thiết bị STATCOM khi hệ thống bị sự cố ngắn mạch 1pha 40

Hình 4.25 Kết quả đáp ứng điện áp khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Đà Nẵng khi hệ thống bị sự cố ngắn mạch 1pha 41

Hình 4.26 Kết quả đáp ứng công suất phản kháng khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Đà Nẵng khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 1pha 41

HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang viii GVHD: TS.Trương Việt Anh

Hình 4.27 Hợp thoại thiết lập tham số cho sự cố ngắn mạch 2pha 42

Hình 4.28 Mô hình tín hiệu ngõ ra của STATCOM và SVC ở trạm Đà Nẵng ở chế ngắn mạch 2pha 43

Hình 4.29 Kết quả đáp ứng điện áp tại nút Đà Nẵng khi bị sự cố NM 2pha 43

Hình 4.30 Kết quả đáp ứng điện áp Vmes và Vref tại thanh cái Đà Nẵng khi đặt thiết bị STATCOM khi hệ thống bị sự cố ngắn mạch 2pha 44

Hình 4.31 Kết quả đáp ứng điện áp khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Đà Nẵng khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 2pha 44

Hình 4.32 Kết quả đáp ứng công suất phản kháng khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Đà Nẵng khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 2pha 45

Hình 4.33 Mô hình tín hiệu ngõ ra của STATCOM và SVC ở trạm Hà Tĩnh ở chế

Hình 4.38 Mô hình mô phỏng hệ thống khi có xảy ra ngắn mạch 49

Hình 4.39 Hợp thoại thiết lập tham số cho sự cố ngắn mạch pha A chạm đất 50

Hình 4.40 Mô hình tín hiệu ngõ ra của STATCOM và SVC ở thanh cái Hà Tĩnh khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 1 pha 50

Hình 4.41 Kết quả đáp ứng điện áp tại nút Hà Tĩnh khi bị sự cố NM 1 pha 51

Hình 4.42 Kết quả đáp ứng điện áp Vmes và Vref tại thanh cái Hà Tĩnh khi đặt

thiết bị STATCOM khi hệ thống bị sự cố ngắn mạch 1 pha 51

Hình 4.43 Kết quả đáp ứng điện áp khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Hà Tĩnh khi hệ thống bị sự cố ngắn mạch 1 pha 52

Hình 4.44 Kết quả đáp ứng công suất phản kháng khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Hà Tĩnh khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 1 pha 52

Hình 4.45 Mô hình mô phỏng hệ thống khi có xảy ra ngắn mạch 2 pha 53

Hình 4.46 Hợp thoại thiết lập tham số cho sự cố ngắn mạch 2 pha 54

Hình 4.47 Kết quả đáp ứng điện áp tại nút Hà Tĩnh khi bị sự cố NM 2pha 54

Hình 4.48 Kết quả đáp ứng điện áp Vmes và Vref tại thanh cái Hà Tĩnh khi đặt thiết bị STATCOM khi hệ thống bị sự cố ngắn mạch 2pha 55

Hình 4.49 Kết quả đáp ứng điện áp khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Hà Tĩnh khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 2pha 55

Hình 4.50 Kết quả đáp ứng công suất phản kháng khi đặt STATCOM và SVC ở thanh cái Hà Tĩnh khi HTĐ bị sự cố ngắn mạch 2pha 56

HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang 1

Ch ng 1: T NG QUAN 1.1 M ục đích vƠ lý do ch n đ tài

Trong những năm qua cùng với sự phát triển của nền kinh tế Hệ Thống

Điện Việt Nam cũng liên tục phát triển cả về qui mô lẫn công nghệ Từ khi mới

hình thành năm 1994 t ng chiều dài đường dây truyền tải 500kV là 1.487 km, đến

nay đã tăng lên 3.758 km và theo qui hoạch đến năm 2015 sẽ tiếp tục mở rộng và

phát triển đạt t ng chiều dài 4.500 km Hệ Thống điện Việt Nam hiện nay, có các

đường dây siêu cao áp 500 kV liên kết nhiều nhà máy điện công suất lớn và các

trung tâm phụ tải với đ thị phụ tải khác nhau Trào lưu công suất trong hệ thống sẽ

liên tục thay đ i theo chế độ vận hành, kết quả thông số chế độ cũng liên tục thay

đ i, đặc biệt là điện áp tại các nút thay đ i trong phạm vi rộng và dễ dàng rơi ra

ngoài phạm vi cho phép Đối với các Hệ Thống điện này không thể sử dụng các

thiết bị bù cố định để điều chỉnh điện áp, vì nếu chọn dung lượng bù để điều chỉnh

điện áp thỏa mản ở chế độ này thì sẽ không thỏa mản ở chế độ khác Ví dụ tại một

nút trên đường dây truyền tải ở chế độ 1 có điện áp 1,08pu lớn hơn giới hạn cho

phép (Ucpmax) và ở chế độ 2 có điện áp 0,96pu nằm trong giới hạn cho phép, nếu

lắp đặt kháng bù ngang để đưa điện áp ở chế độ 1 về 1,0pu thì ở chế độ 2 điện áp sẽ

thấp hơn giới hạn cho phép Ngược lại tại một nút chế độ 1 có điện áp 1,04pu nằm

trong giới hạn cho phép và ở chế độ 2 có điện áp 0,9pu thấp hơn giới hạn cho

phép(Ucpmin), nếu lắp đặt tụ bù ngang để đưa điện áp ở chế độ 2 về 1,0pu thì điện

áp ở chế độ 1 sẽ lớn hơn giới hạn cho phép Trong trường hợp này chỉ có thể sử

dụng các thiết bị bù có điều khiển như SVC và STATCOM mới có khả năng điều

khiển nhanh lượng công suất phản kháng trao đ i với Hệ Thống để giử n định điện

áp nút khi thay đ i chế độ vận hành Từ các phân tích nêu trên cho thấy đối với Hệ

Thống điện Việt Nam cần thiết phải sử dụng thiết bị bù có điều khiển để lắp đặt

nhằm nâng cao chất lượng điện áp và độ tin cậy vận hành cho Hệ Thống

1.2 M ục tiêu và nhi m vụ c a lu n văn

Phân tích các giới hạn n định của hệ thống điện, trong đó đi sâu phân tích giới

hạn n định điện áp Tìm hiểu các nguyên nhân gây mất n định điện áp đã xảy ra

HVTH: Nguyễn Kha Ly

trong hệ thống điện Vùng có điện áp thấp nhất trong lưới truyền tải điện, biện pháp

nâng cao n định điện áp Nghiên cứu để xây dựng mô hình điều khiển điện áp của

hệ thống điện để từ đó mô phỏng các chế độ vận hành của hệ thống điện, đánh giá

mức độ n định điện áp thực tế của mạng điện

Mô phỏng mô hình trên phần mềm Matlab/Simulink để quan sát khả năng n

định điện áp khi ứng dụng thiết bị STATCOM và SVC trong lưới điện truyền tải

Đánh giá hiệu quả thiết thực trong việc nâng cao n định điện áp cho hệ thống

điện do thiết bị STATCOM và SVC mang lại, từ đó rút ra kết luận và xem xét khả

năng đưa thiết bị STATCOM và SVC vào lưới điện truyền tải 500kV của Việt Nam

1.3 Ph m vi nghiên c u

Nghiên cứu phần mềm Matlab/Simulink/ STATCOM hoặc SVC mô phỏng mô hình

hệ thống điện 500kV Việt Nam để phân tích các giới hạn n định của hệ thống điện,

trong đó đi sâu nghiên cứu và phân tích giới hạn n định điện áp

1.4 Các b c ti n hành

 Thu thập và đọc hiểu các tài liệu liên quan từ cán bộ hướng dẫn, sách, các bài

báo, phiên dịch các tài liệu viết bằng tiếng Anh trên phương tiện truyền thông mạng

internet Sau đó phân tích và t ng hơp các tài liệu dựa trên cơ sở của luận văn

 Khảo sát n định điện áp, phương pháp nghiên cứu đánh giá n định điện áp

 Giới thiệu và ứng dụng thiết bị bù công suất phản kháng sử dụng công nghệ

FACT

 Nghiên cứu phần mềm Matlab, đặc biệt là mô hình Hệ Thống điện 500kV

trên Matlab/Simulink /STATCOM và SVC

1.5 Đi m m i c a lu n văn

Nghiên cứu phần mềm Matlab/Simulink/ STATCOM và SVC mô phỏng mô hình hệ

thống điện 500kV Việt Nam vận hành ở chế độ bình thường và chế độ ngắn mạch để

phân tích các giới hạn n định của hệ thống điện, trong đó đi sâu nghiên cứu và phân tích

giới hạn n định điện áp

1.6 Giá tr th ực ti n c a lu n văn

HVTH: Nguyễn Kha Ly Trang 3

Luận văn đã xây dựng được mô hình mô phỏng Hệ Thống điện 500kV bằng mô

hình trên phần mềm Matlab/Simulink /STATCOM và SVC, mô phỏng thành công

và chính xác, kết quả thu được của chương trình mô phỏng sẽ được dùng để đánh

giá một mạng điện cần nghiên cứu để từ đó đưa ra các phương thức vận hành thực

tế phù hợp nhằm đảm bảo n định điện áp cho hệ thống điện và nâng cao khả năng

truyền tải công suất

Luận văn là tài liệu tham khảo có giá trị cho những ai quan tâm tới việc nghiên

cứu n định điện áp cho hệ thống điện

1.7 N i dung d ự ki n:

Ch ng I: T NG QUAN

Ch ng II: N Đ NH ĐI N ÁP H TH NG ĐI N

Ch ng III: T NG QUAN V CÔNG NGH FACTS

Ch ng IV: S D NG PH N M M MATLAB/SIMULINK Đ MÔ PH NG

STATCOM VÀ SVC TRONG H TH NG ĐI N 500kV VI T NAM

Ch ng V: K T LU N VÀ H NG NGHIÊN C U PHÁT TRI N

TÀI LI U THAM KH O

PH L C

CH NG II

N Đ NH ĐI N ÁP H TH NG ĐI N

2 1 Đặt v n đ

Nh thực hiện chủ trương đ i mới của Đảng, nền kinh tế Việt Nam từ năm 1985

đến nay đã tăng trư ng với tốc độ bình quân 7%/năm Nhiều khu công nghiệp lớn, khu

kinh tế m và khu dân cư mới được hình thành, để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện tăng

nhanh theo tốc độ tăng trư ng của phụ tải, Nhà nước đã huy động một ngu n vốn lớn để

đầu tư phát triển Hệ thống điện Ngày 27/5/1994 đã đóng điện đưa đư ng dây 500kV vào

vận hành kết nối HTĐ ba miền thành HTĐ hợp nhất Bắc-Trung-Nam, tạo điều kiện để

khai thác một cách hiệu quả các ngu n điện hiện có truyền tải và cung cấp cho các hộ

tiêu thụ Trong những năm qua HTĐ Việt Nam liên tục phát triển, đến nay lưới điện

500kV có t ng chiều dài là 3466km và 11 trạm biến áp với t ng công suất là 6600MVA

Hiệu quả do các HTĐ hợp nhất mang lại là rất lớn, tuy nhiên trên các HTĐ hợp nhất có

các đư ng dây siêu cao áp đã xuất hiện nhiều vấn đề kỹ thuật khá phức tạp cần được giải

quyết trong thiết kế cũng như vận hành Một trong những vấn đề đó là lượng công suất

phản kháng do các đư ng dây siêu cao áp sinh ra rất lớn tỉ lệ với bình phương điện áp, đã

gây ảnh hư ng đến khả năng tải của đư ng dây, tác động đến chế độ làm việc của máy

phát và phân bố điện áp trong các mạng điện áp thấp, đặc biệt là tác động đến n định

điện áp trong HTĐ Để giải quyết vấn đề nầy thư ng lắp đặt các tụ bù dọc và kháng bù

ngang trên các đư ng dây truyền tải, trong HTĐ Việt Nam trên các đoạn đư ng dây

500kV có khoảng cách lớn, hai đầu được lắp đặt tụ bù dọc với mức độ bù là 60% và

kháng điện bù ngang với mức độ bù là 70% Tuy nhiên trào lưu công suất trên các đư ng

dây truyền tải thư ng thay đ i rất lớn, cho nên chế độ tải nặng điện áp các nút giảm

xuống đáng kể và dễ dàng đẩy HTĐ rơi vào trạng thái mất n định Đối với HTĐ Việt

Nam hiện nay công suất truyền tải trên đư ng dây 500kV luôn mức cao, công suất trên

đư ng dây 500kV Pleiku – Đà Nẵng khoảng 1600MW và trên đư ng dây 500kV Đà

Nẵng – Hà Tĩnh là 1200MW nên điện áp các thanh cái 500kV Đà Nẵng, Dốc Sỏi, Hà

Tĩnh thư ng mức thấp vào khoảng 475kV giới hạn thấp nhất của điện áp vận hành

bình thư ng và có th i điểm điện áp xuống đến 455kV Do đó việc nghiên cứu đánh giá

n định và tìm các giải pháp để nâng cao độ dự trữ n định cho HTĐ Việt Nam là rất cần

thiết Thực tế vận hành trong th i gian qua HTĐ Việt Nam đã có những sự cố liên quan

đến mất n định điện áp dẫn đến mất điện trên diện rộng xảy ra vào các ngày 17/5/2005,

27/12/2006, 20/7/2007 và ngày 04/9/2007 Các hiện tượng tan rã lưới trên diện rộng

(black-out) cũng đã xảy ra đối với nhiều HTĐ trên Thế giới như: tại Ý ngày 28/9/2003,

Nam Thụy Điển và Đông Đan Mạch ngày 23/9/2003, phía Nam Luân Đôn ngày

28/8/2003, Phần Lan ngày 23/8/2003, Mỹ-Canada ngày 14/8/2003…, tất cả các trư ng

hợp trên đều liên quan đến mất n định điện áp

Hiện nay nước ta đang và sẽ rơi vào tình trạng thiếu ngu n điện trong khi phụ tải

tăng nhanh, do đó các đư ng dây truyền tải sẽ làm việc công suất giới hạn cho phép và

điện áp tại các nút sẽ có nguy cơ sụt giảm mạnh xuống dưới mức cho phép và có thể tiến

đến mức giới hạn về n định điện áp Mặt khác, nước ta đang trong giai đoạn thực hiện

vận hành thị trư ng điện lực khâu phát điện và sẽ tiến tới thị trư ng bán buôn và sau đó

là thị trư ng bán lẽ theo lộ trình Chính phủ đã đề ra Khi đó phương thức điều độ vận

hành hệ thống điện sẽ phức tạp hơn nhiều và công suất truyền tải trong lưới điện sẽ phụ

thuộc không chỉ vào công suất phát của nhà máy điện, công suất tiêu thụ của phụ tải mà

còn phụ thuộc vào cả giá bán điện của các nhà máy, các hợp đ ng song phương… nên

việc nghiên cứu n định điện áp để đảm bảo an toàn trong vận hành hệ thống điện càng

được đặc biệt quan tâm

2.2 Phân tích nh ng s ự c tan rã h th ng đi n g n đơy

2.2.1 Nh ng s ự c tan rã h th ng đi n g n đây trên th gi i:

Trong vòng hơn 20 năm, đã có rất nhiều sự cố tan rã HTĐ xảy ra trên khắp thế

giới với những hậu quả vô cùng to lớn, thậm chí các nước phát triển như Mỹ, Nhật Bản,

Tây Âu…

 Sự cố tan rã HTĐ tại Florida – Mỹ ngày 17/05/1985: Một sự cố phóng điện dẫn đến

việc cắt ba đư ng dây 500kV đang mang tải nhẹ dẫn đến sụp đ điện áp và tan rã

hoàn toàn HTĐ trong vòng vài giây Lượng tải bị mất khoảng 4292 MW Nguyên

nhân của sự cố tan rã HTĐ là quá trình sụp đ điện áp trong khoảng th i gian quá

độ

 Sự cố tan rã HTĐ Tokyo – Nhật Bản ngày 23 tháng 7 năm 1987: Toàn bộ thủ đô

Tokyo có th i tiết rất nóng, dẫn đến lượng tải tiêu thụ do điều hòa nhiệt độ tăng cao

Sau th i gian bu i trưa, lượng tải tăng lên khoảng 1% /1 phút (tương đương với 400

MW/1 phút) Mặc dù, các tụ bù đã được đóng hết, nhưng điện áp của HTĐ vẫn bắt

đầu giảm thấp trên hệ thống truyền tải 500kV Sau khoảng 20 phút, thì điện áp bắt

đầu giảm xuống còn khoảng 0,75 p.u (đơn vị tương đối) và kết quả là các hệ thống

bảo vệ rơle tác động ngắt một số phần của hệ thống truyền tải và xa thải lượng phụ

tải 8000MW Nguyên nhân chính là quá trình sụp đ điện áp trong khoảng th i

gian dài hạn Các đặc tính phụ tải phụ thuộc điện áp của các thiết bị điều hòa là

nguyên nhân chính dẫn sự suy giảm điện áp

2.2.2 Các nguyên nhân c a s ự c tan ra h th ng đi n

Thông thư ng, một sự cố tan rã HTĐ là một hiện tượng phức tạp, với nhiều

nguyên nhân khác nhau Một HTĐ bị tan rã là kết quả của một quá trình chia tách, mất

đư ng dây, máy phát điện… liên tục cho đến khi bị phân chia hoàn toàn thành các vùng,

khu vực cách ly nhau Trong luận văn này, chúng tôi t ng kết một số các nguyên nhân

chính như sau:

- Nguyên nhân đầu tiên bắt đầu từ khâu qui hoạch và thiết kế

- Quá trình vận hành HTĐ

- Quá trình bảo dưỡng thiết bị

- Ngoài ra con nhiều nguyên nhân khách quan khác, như sự hư hỏng bất thư ng của

thiết bị bảo vệ, hệ thống quản lý năng lượng (Energy System management - ESM),

hệ thống đánh giá trạng thái (state estimator-SE) và hệ thống đánh giá sự cố ngẫu

nhiên th i gian thực (real time contingency analysis-RTCA) đã làm cho các kỹ sư

vận hành không thể giám sát và đánh giá tình trạng làm việc cũng như việc đưa ra

các biện pháp kịp th i Hay hiện tượng thiên nhiên cũng là một trong những

nguyên nhân dẫn đến việc tăng lên bất thư ng của phụ tải hay hư hỏng thiết bị

được xem là những điều kiện bất lợi ban đầu cho HTĐ, là nguyên nhân bắt ngu n

các sự cố

2 2.3 C ch xẩy ra sự c tan rã h th ng đi n

Trong phần trước, chúng tôi đã tóm tắt các sự cố tan rã HTĐ xảy ra gần đây trên

thế giới, nhưng các cơ chế xảy ra sự cố rất khác nhau từ hệ thống đơn lẻ đến hệ thống liên

kết Tuy nhiên tất cả các sự cố trên đều có một quá trình chung đó là HTĐ đi từ trạng thái

vận hành bình thư ng (có thể rất gần với giới hạn an ninh/ n định) đến mất n định và

cuối cùng là chia tách, sụp đ thành các hệ thống riêng biệt Cơ chế chung đó chính là sự

mất n định của HTĐ

2.3 n đ nh đi n áp

2 3.1 Các đ nh nghĩa v n đ nh đi n áp

Khái niệm n định điện áp là khả năng của một HTĐ vẫn còn duy trì được giá trị

điện áp n định tất cả các nút trong HTĐ sau khi trải qua một sự cố từ điều kiện vận

hành xác lập bình thư ng ban đầu

Vấn đề về n định điện áp còn có thể được chia nhỏ thành các vấn đề nhỏ hơn,

tương ứng là n định điện áp khi có kích động lớn và khi có dao động nhỏ

 n đ nh đi n áp khi có kích đ ng l n: là khả năng của HTĐ vẫn còn duy trì được

các giá trị điện áp n định sau khi có kích động lớn, chẳng hạn như hư hỏng trong

HTĐ, mất ngu n phát điện, hoặc các sự cố trên mạch điện Việc xác định n định

điện áp khi có kích động lớn cần phải khảo sát đáp ứng phi tuyến của HTĐ trong

một khoảng th i gian đủ để thu nhận được hoạt động và tương tác của các thiết bị,

chẳng hạn như động cơ điện, ULTC (bộ chỉnh áp dưới tải của máy biến áp), và bộ

hạn chế dòng kích từ của máy phát (OEL- bộ hạn chế trạng thái bị kích thích quá

mức)

 n đ nh đi n áp khi có dao đ ng nh : là khả năng của HTĐ vẫn còn duy trì được

điện áp n định khi chịu các tác động nhỏ, chẳng hạn như, tải thay đ i tăng Dạng n

định này chịu tác động b i các đặc trưng của tải, các điều khiển mang tính chất liên

tục, và các điều khiển r i rạc vào một điểm th i gian cho trước Khái niệm này rất

hữu ích khi xác định, vào th i điểm bất kỳ, cách thức mà điện áp trên hệ thống đáp

ứng với các thay đ i hệ thống nhỏ Với các giả thiết thích hợp, các phương trình của

hệ thống có thể được tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc để phân tích và do

đó cho phép tính toán được thông tin độ nhạy rất hữu ích trong việc nhận dạng các

yếu tố ảnh hư ng đến n định điện áp Tuy nhiên, quá trình tuyến tính hóa này

không tính đến các ảnh hư ng phi tuyến, chẳng hạn như MBA với bộ điều áp dưới

tải, (bước điều chỉnh áp r i rạc, và trễ th i gian ) Do đó, việc kết hợp các phân tích

tuyến tính và phi tuyến thư ng được sử dụng để phối hợp với nhau Khoảng th i

gian nghiên cứu n định điện áp có thể thay đ i từ vài giây đến hàng chục phút Do

đó n định điện áp còn có thể được phân chia thành hiện tượng ngắn hạn và dài hạn

 n đ nh đi n áp ng n h n: liên quan đến tính chất động của các thành phần tải tác

động nhanh, chẳng hạn như: động cơ cảm ứng, tải điều khiển điện tử Trư ng hợp

này th i gian nghiên cứu cần đến một vài giây và các kỹ thuật và việc phân tích yêu

cầu phải giải các phương trình vi phân

 n đ nh đi n áp dƠi h n: liên quan đến các thiết bị tác động chậm hơn, chẳng hạn,

ULTC, tải nhiệt điều khiển tĩnh, và các bộ giới hạn kích từ (OEL) Th i gian nghiên

cứu có thể đến vài phút hoặc nhiều phút, và việc mô phỏng trong khoảng dài hạn cần

được sử dụng để phân tích hoạt động động của HTĐ Thông thư ng, tính n định

được xác định b i việc mất các thiết bị chứ không phải tính nghiêm trọng của kích

động ban đầu Tính không n định có nguyên nhân là sự mất cân bằng trong khoảng

dài hạn (khi tải cố gắng khôi phục lại công suất của nó vượt quá khả năng của HT

truyền tải và các ngu n kết nối)

2.3.2 S ự m t n đ nh và sụp đ đi n áp

Sự mất n định điện áp: xuất phát từ các thay đ i của tải tiêu thụ công suất vượt

quá khả năng của hệ thống truyền dẫn và hệ thống phát

Sự sụp đ điện áp: là quá trình mà qua đó chuỗi các sự cố liên quan đến sự không

n định điện áp và cuối cùng dẫn đến tan rã HTĐ hoặc điện áp thấp bất thư ng trong

phần lớn khu vực của HTĐ

2.3.3 M t s tiêu chu ẩn thực dụng khác phân tích n đ nh đi n áp

2.3.3 1 Phơn tích đ nh y

Chỉ tiêu được thiết lập dựa trên cơ s hệ phương trình CĐXL viết cho độ lệch nhỏ ( sắp sỉ

tuyến tính quanh điểm cân bằng ) dạng chung, ta có thể viết gọn theo kí hiệu vectơ:

0 ) , (

0 ) , (

U P

(2.1)

 1

gần giới hạn n định nên là nút yếu về phương diện n định

2.3.4.2 Phân tích giá tr riêng

Thay vì cần tính lần lượt các hệ số độ nhạy bằng cách giải phương trình (2 4) hoặc chéo

hóa ma trận JR có thể phân tích n định điện áp nút trực tiếp trên cơ s các trị riêng và

vectơ riêng của ma trận JR Giả thiết phân tích và nhận được các ma trận giá trị riêng và

vectơ riêng của JR Theo công thức khai triển ma trận theo giá trị riêng và vectơ riêng ta

có: JR =  :

Trong đó:  : là vectơ riêng bên phải của JR nxn

nxn: là vectơ riêng bên trái của JR

 : là ma trận giá trị riêng của JR nxn

0

0 ; nxn  1  2 … n ; nxn 1 2…n t;

Khi > 0 điện áp và công suất phản kháng thay đ i cùng hướng, điện áp nút n định

Ngược lại,  < 0 điện áp nút không n định Hơn nữa, nút i nhỏ sẽ kém n định và là

nút yếu

2.4 K t lu n

n định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống nằm

trong một phạm vi cho phép (tuỳ vào tính chất mỗi nút mà cho phép điện áp dao động

trong những phạm vi khác nhau) điều kiện vận hành bình thư ng hoặc sau các kích

động Hệ thống sẽ đi vào trạng thái không n định khi xuất hiện các kích động như tăng

tải đột ngột hay thay đ i các điều kiện của mạng lưới hệ thống, … Các thay đ i đó có thể

làm cho quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nhất là có thể rơi vào tình trạng không thể

điều khiển điện áp, gây ra sụp đ điện áp Nhân tố chính gây ra mất n định điện áp là hệ

thống không có khả năng đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng trong mạng Các thông

số có liên quan đến sụp đ điện áp là dòng công suất tác dụng, công suất phản kháng

cùng với điện dung, điện kháng của mạng lưới truyền tải

Mất n định điện áp hay sụp đ điện áp là sự cố nghiêm trọng trong vận hành hệ

thống điện, làm mất điện trên một vùng hay trên cả diện rộng, gây thiệt hại rất lớn về

kinh tế, chính trị, xã hội Vì vậy, việc phân tích n định điện áp cần được quan tâm nhiều

hơn nữa và có những biện pháp để ngăn ngừa sụp đ điện áp

CH NG 3:

T NG QUAN V CÔNG NGH FACTS 3.1 Đặt v n đ

Trước đây các thiết bị bù thường không có tự động điều chỉnh điện áp, hoặc có

điều chỉnh nhưng rất chậm (máy bù đ ng bộ ) hoặc bù từng nấc Với sự phát triển vượt

bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt kỹ thuật điện tử công suất như thyristor

công suất lớn đó cho phép thực hiện các thiết bị bù điều khiển nhanh, thực tế các thiết bị

bù dùng thyristor có thể thay đ i công suất từ 0 đến trị số định mức không quá 1/4 chu kỳ

tần số điện công nghiệp

FACTS là hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt sử dụng thiết bị điện tử

công suất hoạt động ở chế độ tự động với dòng điện và điện áp cao, cho phép điều khiển

bù công suất phản kháng gần như tức thời, ngăn cản dao động để n định điện áp, hệ số

công suất của hệ thống một cách nhanh chóng

Mặt khác việc định hướng phát triển hệ thống được căn cứ trên cơ sở dự báo phụ tải,

tuy nhiên trong quá trình vận hành không phải lúc nào cũng đảm bảo cân bằng giữa cung

và cầu dẫn đến tình trạng hệ thống điện sẽ có thời điểm bị quá tải Thêm vào đó, do khả

năng tải của đường dây bị giới hạn bởi các yếu tố nhiệt độ, điện dung và độ n định, nếu

không có sự điều khiển hợp lý, sẽ không tận dụng hết khả năng tải của các đường dây

Việc sử dụng thiết bị FACTS sẽ góp phần giải quyết việc vận hành hệ thống điện một

cách khoa học, nâng cao hiệu quả đường dây tải điện hiện có, đáp ứng yêu cầu thực tế đặt

ra Đặc biệt ở những nơi yêu cầu về cung cấp điện an toàn và tin cậy

3.2 L ợi ích khi s dụng thi t b FACTS

Các u đi m khi s dụng thi t b FACTS

Sử dụng thiết bị FACTS cho phép:

+ Nâng cao khả năng giữ n định điện áp, giảm dao động công suất làm cho việc

vận hành HTĐ linh hoạt và hiệu quả hơn

+ Điều khiển trào lưu công suất phản kháng theo yêu cầu

+ Tăng khả năng tải của đường dây gần tới giới hạn nhiệt

+ Tăng độ tin cậy, giảm t n thất hệ thống

Tuy nhiên giá thành các thiết bị FACTS là rất cao so với khả năng tài chính nước ta

hiện nay Do đó, khi nghiên cứu áp dụng thiết bị FACTS cần phải phân tích các chỉ tiêu

kinh tế, kỹ thuật để lựa chọn giải pháp phù hợp

Phạm vi sử dụng thiết bị FACTS [1]

B ng 3.1: So sánh các chức năng của từng thiết bị bù có điều khiển bằng thyristor

3.3 M t s thi t b FACTS

3.3.1 Thi t b bù tĩnh đi u khi n bằng thyristor ( SVC )

Những thiết bị bù ngang có điều khiển (SVC - Static Var Cojmpensator) đầu tiên

được cho ra đời vào khoảng giữa thập kỷ 70 nhờ ứng dụng các công nghệ mới của ngành

sản xuất chất bán dẫn Sự xuất hiện của SVC đã mở ra một kỷ nguyên mới cho việc phát

triển các thiết bị thuộc hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS- Flexible

Alternating Current Transmission Systems) Được sử dụng từ hàng chục năm nay, SVC

đã khẳng định được các ưu điểm của mình trong việc vận hành lưới điện và khả năng

mang lại những lợi ích kinh tế to lớn cho hệ thống Trong hệ thống truyền tải điện năng,

SVC được sử dụng với các mục đích chính sau:

- n định điện áp trong các hệ thống yếu

- Tăng khả năng truyền tải của đường dây

- Giảm t n thất điện năng truyền tải

- Tăng cường khả năng điều khiển điện áp

- Ôn hòa các dao động công suất

a) Đi u ch nh đi n áp vƠ trƠo l u công su t

Chức năng bình thường nhất của một SVC là điều chỉnh điện áp và trào lưu công

suất phản kháng tại điểm nó được nối vào mạng lưới Điều này cũng dễ hiểu vì công suất

phản kháng có tác dụng rất lớn đối với cường độ điện áp, mà SVC là một thiết bị có khả

năng tạo hoặc thu hút công suất phản kháng ảnh hưởng bởi sự biển đ i của công suất tải

như việc đóng cắt các phần tử của hệ thống điện: các đường dây, các nhóm tụ bù, kháng

bù, các máy biến áp Với công suất tải lớn thì điện áp sẽ bị giảm đáng kể thậm chí bị sụt

mạnh

Điều đó là nguyên nhân dẫn đến sự tác động của Relay điện áp thấp Quá điện áp là

nguyên nhân gây lên hiện tượng bão hòa mạch từ trong máy biến áp mà cũng là nguyên

nhân làm tăng vọt các thành phần sóng hài trong các máy phát điện Điều đó, dẫn đến

hiện tượng cộng hưởng các thành phần sóng hài và có thể là sự cộng hưởng trong các tụ

bù, trên đường dây truyền tải và trong các đường cáp Điều này có thể dẫn đến sự tác

động của chống sét van và có thể là nguyên nhân phá hỏng các chống sét van này

Sự cộng hưởng về nhiệt của các tụ điện và các động cơ có thể pháp hỏng các thiết bị

điện của hộ tiêu thụ Sự thay đ i điện áp tại nút phụ tải cuối cùng của hệ thống thiếu hụt

công suất là một hàm phụ thuộc vào công suất tải của toàn hệ thống và có thể minh họa

bằng ví dụ đơn giản như Hình 3.2 sau đây:

Hình 3.2: Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC [2]

Trong đó :

E: Điện áp của hệ thống

Xc: Là điện kháng của hệ thống điện tính từ thanh cái phụ tải

Điện áp tại thanh cái phụ tải của hệ thống sẽ có xu hướng giảm thieo chiều tăng của

công suất tải nếu không có phần tử bù công suất phản kháng và được thể hiện trên đường

đặc tính (a) của Hình 3.3 Sự cung cấp công suất phản kháng của thiết bị SVC với dải

thông số định mức tại điểm đấu phụ tải sẽ giữ cho điện áp phụ tải ít biến đ i hơn và thể

hiện trên đường đặc tính (b) của Hình 3.3

Tuy nhiên, nếu thiết bị SVC không có giới hạn về công suất phát thì điện áp trên

thanh cái của phụ tải có thể được giữ giá trị không đ i và được thể hiện trên đường đặc

tính (c) của Hình 3.3

Hình 3.3: S ự thay đ i của điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC

b) Gi i h n th i gian vƠ c ng đ quá áp khi x y ra sự c

Chức năng quan trọng nhất là giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự

cố bình thường khi mất tải đột ngột tại một điểm trên đường dây hoặc ngắn mạch yếu Vì

SVC có thể phản ứng trong vòng 10ms nên thời gian quá áp sẽ được giảm xuống thấp

hơn thời gian chỉnh định bảo vệ của hệ thống rơ le

Do đó cac rơ le không cần tác động cắt sự cố và tính chất tải điện sẽ được nâng cao

Quan hệ quá áp với thời gian được thể hiện ở Hình 3.4

Hình 3.4: Quan h ệ thời gian và điện áp quá áp [3]

Đặc điểm này rất quan trọng đối với đường dây siêu cao áp như đường dây 500kV

Bắc-Nam của nước ta vì nó có chiều dài rất lớn (1487km), nhiều tình huống cắt ngắn

mạch một phía các đoạn đường dây có thể dẫn đến hiện tượng quá áp

Trong hệ thống điện hợp nhất của nước ta, quá điện áp xảy ra trong những trường

hợp sau:

 Cắt đường dây Phú Lâm- Hóc Môn

 Loại bỏ phụ tải chính của hệ thống điện Miền Nam

 Loại bỏ phụ tải ở HTĐ Miền Nam khi bộ tụ bù tại Phú Lâm vẫn tác động

 Hòa đ ng bộ

 Sửa chữa định kì kháng bù ngang tại Đà Nẵng

 Sửa chữa định kì kháng bù ngang tại Phú Lâm

 Sửa chữa định kì tụ bù dọc

 Khi tự đóng lại một pha

 Đường dây 500kV bị cắt trọng mọi trường hợp

 Các sự cố khác

c) Ôn hòa dao đ ng công su t h u công

Dao động công suất là một hiện tượng có thể xảy ra sau một quá trình quá độ: như

mất tải hoặc thình lình giảm công suất phát tại ngu n hoặc tự động đóng lại sau khi xảy

sự cố… Hệ thống tải điện càng yếu thì hiện tượng này càng dễ xảy ra Đây là một vấn đề

lớn đối với đường dây siêu cao áp 500kV của nước ta Trong hệ thống điện hợp nhất của

nước ta, dao động công suất có thể xảy ra trong các trường hợp sau:

 Loại bỏ phụ tải Phú Lâm

 Loại bỏ phụ tải Đà Nẵng

 Sự cố ngắn mạch 3 pha

 Sự cố tại nhà máy thủy điện Hòa Bình

 Sửa chữa định kì các máy phát điện Miền Bắc

 Sửa chữa định kì các máy phát điện Miền Nam

Khi có dao động công suất, SVC sẽ được điều khiển nhằm kìm hãm bằng cách thay

đ i góc mở của thyristor của SVC một cách gần như tức thời

d) Gi m c ng đ dòng đi n vô công

Giảm cường độ dòng điện vô công và như thế sẽ giảm bớt đi t n thất gây ra bởi

dòng điện này trên đường dây mà các nhà máy phát điện phải cung cấp Nói chung là tiết

kiệm năng lượng và tăng năng suất của hệ thống điện

e) Tăng kh năng t i c a đ ng dây

SVC được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện hiện đại đặc biệt ứng dụng trong

đường dây truyền tải Trong lưới điện cao áp, SVC được sử dụng để điều khiển điện áp

và một số mục tiêu khác như điều khiển n định hệ thống điện Những ứng dụng của

SVC là nâng cao độ n định, giảm dao động và cải thiện hiệu suất hệ thống HVAC

Trong đó nâng cao khả năng tải của SVC đối với đường dây truyền tải là ứng dụng quan

trọng

Hình 3.5: Mô hình v ị trí SVC

Xét hệ thống SMIB (single-machine infinite-bus) như Hình 3.5 có điện kháng đường

dây là X; điện áp thanh cái máy phát là V1 và áp thanh cái vô hạn là V20, công suất

truyền từ máy phát đến thanh cái vô hạn, khi đó:

1 2sin

V V P



(3.2)

Hình 3.6: S ự thay đ i P vƠ Q khi có SVC đ i v i mô hình SMIB [4]

Sự biến thiên công suất tác dụng và phản kháng mô tả trong Hình 3.6 Công suất tối

đa có thể truyền tải khi không có SVC tương ứng với =90o

2 max

V P

X



SVC kết nối với đường dây tại điểm giữa và điện áp thanh cái của SVC là Vm/2

Công suất trên nửa đường dây phần kết nối máy phát và SVC được thể hiện sau:

1 2 sin

C

V V P

X





Công suất trên nửa đường dây còn lại, phần kết nối thanh cái vô hạn và SVC được

thể hiện tương tự (2.30), giả sử Vm= V1= V2= V thì trở thành:

2

2 sin 2

C

V P

2

C

V P

X



(3.6) Công suất tối đa truyền tải trong trường hợp không có bù là tại /2=90o, khi có SVC

tại vị trí điểm giữa thì góc n định giữa máy phát và thanh cái vô hạn là từ 90o đến 180o

Nếu đường dây truyền tải được chia thành n phần bằng nhau, khả năng truyền tải

công suất như sau:

Quan hệ giữa góc n định và công suất được thể hiện trong Hình 2.18

Hình 3.7: Đường cong góc – công suất đối với

mô hình SMIB [4]:

(a) không có bù (b) SVC đặt ở giữa không giới hạn định mức (c) bù dọc đặt cố định ở giữa

(d) SVC đặt ở giữa định mức giới hạn

Đường cong (a) cho thấy mối quan hệ góc n định và công suất trong trường hợp

không có bù

Đường cong (b) cho thấy mối quan hệ góc n định và công suất khi SVC lý tưởng

công suất phản kháng định mức lớn

Đường cong (c) là quan hệ góc n định và công suất đối với trường hợp vị trí tụ bù

dọc cố định tại giữa đường dây, đường cong này dựa trên điện kháng tương đương giữa

máy phát và thanh cái vô hạn

Đường cong (d) là trường hợp tụ cố định ở giữa đường dây, chứng tỏ rằng khả năng

truyền tải công suất tối đa trong thực tế sẽ thấp hơn nhiều so với giới hạn lý thuyết nếu

như định mức của SVC là có giới hạn

f) Cân bằng các phụ t i không đ i x ng

Cân bằng các phụ tải không đối xứng do SVC có khả năng giữ điện áp n định theo

từng pha riêng rẽ nên nó làm cho độ không đối xứng của phụ tải giảm xuống Sự không

đối xứng và sự xuất hiện của các tải một pha đều có ảnh hưởng đến chất lượng điện áp

trong hệ thống điện

Đó là nguyên nhân của sự không đối xứng điện áp và sự quá tải trong các phần tử

hệ thống như máy phát và có thể làm hỏng các máy điện quay

Bằng việc b sung các kháng điện bù ngang có thể đạt được sự cân bằng phụ tải, sự

cân bằng điện áp và hiệu chỉnh được hệ số công suất

Để cân bằng các phụ tải không đối xứng như các lò điện, xe lửa…thì giải pháp được

đề ra là mắc các phần tử kháng điện vào giữa các pha của hệ thống

g) C i thi n n đ nh sau sự c

Để cho hệ thống điện giữ được trạng thái n định sau các nhiễu loạn lớn do việc loại

trừ các sự cố bằng tác động của các phần tử bảo vệ Hệ thống phải giữ công suất truyền

tải trên đường dây nhỏ hơn giá trị công suất giới hạn n định Mức công suất lớn nhất hệ

thống có thể truyền tải sau những sự cố mà vẫn đảm bảo trạng thái n định của hệ thống

(được giữ nhỏ hơn giá trị công suất truyền tải thực tế trong điều kiện bình thường) được

gọi là giới hạn n định quá độ

Xét hệ thống điện đơn giản như Hình 3.8

Công suất truyền tải trước sự cố là P1 và đường đặc tính (1)

Trong khoảng thời gian t n tại sự cố, công suất truyền tải giảm đi so với lúc trước

sự cố và được minh họa bằng đường đặc tính (2)

Công suất máy phát giảm đột ngột nhưng do quán tính rotor máy phát sẽ gia tốc

cho tới khi sự cố được xóa bỏ tại góc δc bằng việc ngắt đường dây sự cố và công suất

truyền tải tăng dần trên đường đặc tính (3)

Năng lượng tích lũy được trong quá trình gia tốc của rotor được đặc trưng bằng diện

tích hình (A1)

Lúc này rotor vẫn tiếp tục quay và động năng tích lũy của rotor sẽ hãm chuyển động

của nó Công suất truyền tải của hệ thống sẽ vượt quá giá trị P1 Giá trị lớn nhất của góc

quay đạt được khi năng lượng hãm tốc (được định nghĩa bằng diện tích hình A2) bằng

năng lượng tăng tốc (diện tích hình A1)

Hình 3.8: Đặc tính công suất khi có và không có SVC

Nếu sau sự cố góc quay lớn nhất của rotor đạt được δmax nhỏ hơn góc giới hạn của

rotor δcr thì hệ thống giữ được trạng thái n định Nếu δmax < δcr thì năng lượng hãm tốc

có tác dụng giữ cho rotor ở trạng thái n định Điều này cho phép định chế độ vận hành

n định cho hệ thống điện sau các kích động lớn, nhỏ Khi thiết bị SVC được ứng dụng

tại điểm giữa của đường dây làm tăng khả năng tải của hệ thống và được minh họa như

Hình 3.8 Đối với cùng một hệ thống truyền tải nhưng khi có ứng dụng thiết bị SVC thì

diện tích hãm tốc của rotor lớn hơn chính vì thế làm tăng khả năng tải của hệ thống sau

các kích động lớn, nhỏ

3.3.2 Thi t b bù d c đi u khi n bằng thyristor ( TCSC )

Cũng tương tự như phần tử SVC, phần tử TCSC ( thyristor Controlled Series

Capacitor ) là thiết bị điều khiển trở kháng nhanh của đường dây và hoạt động trong điều

kiện n định của hệ thống điện, nó được t hợp từ một hay nhiều modul TCSC, mỗi một

modul bao g m hai thành phần cơ bản:

- Thành phần cảm kháng có thể thay đ i được điện dung nhờ bộ điều chỉnh van

thyristor

- Thành phần điều khiển bao g m các thiết bị điện tử như các van thyristor, các khoá

đóng mở GTO

Ngoài ra, TCSC cũng có một số thiết bị phụ như bộ lọc F nhằm lọc bỏ các sóng hài

bậc cao, thiết bị đóng ngắt phục vụ các chế độ vận hành của TCSC trong các chế độ khác

nhau của HTĐ

Sơ đ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCSC như hình 3.9:

Hình 3.9: Sơ đ nguyên lý và hoạt động của TCSC Các chức năng chính của TCSC bao g m:

- Làm giảm nguy cơ sụt áp trong n định tĩnh

- Giảm sự thay đ i điện áp

- Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây

- Tăng cường n định của HTĐ

- Giảm góc làm việc làm tăng cường khả năng vận hành của đường dây

- Hạn chế hiện tượng cộng hưởng tần số thấp trong HTĐ

Ngoài ra, TCSC cũng có nhiều chức năng khác có thể tăng tính linh hoạt trong vận

hành, tuỳ theo yêu cầu và chức năng của chúng trong từng HTĐ cụ thể mà ta có thể áp

dụng các phương pháp, mạch điều khiển TCSC cho phù hợp với các chế độ vận hành

trong HTĐ

3.3.3 Thi t b đi u khi n dòng công su t hợp nh t ( UPFC )

Bộ điều khiển trào lưu công suất hợp nhất (UPFC): Kết nối một STATCOM là

một thiết bị được nối mạch rẽ, với một nhánh nối tiếp trong đường dây truyền tải qua

mạch DC của nó tạo ra UPFC Thiết bị này giống như một biến áp chuyển dịch pha

nhưng có thể gắn một điện áp nối tiếp của góc pha yêu cầu thay vì một điện áp có góc

pha cố định UPFC kết hợp lợi ích của một STATCOM và TCSC

3.3.4 Thi t b bù ngang đi u khi n thyristor ( STATCOM )

3.3.4.1 Gi i thi u

STATCOM là sự hoàn thiện của thiết bị bù tĩnh SVC, bao g m các bộ tụ điện

được điều chỉnh bằng các thiết bị điện tử như thyristor và khoá đóng mở GTO, so với

SVC, nó có ưu điểm là kết cấu gọn nhẹ hơn, không đòi hỏi diện tích lớn như SVC và đặc

biệt là nó điều khiển linh hoạt và hiệu quả hơn Các tính năng của STATCOM cũng như

của SVC nhưng khả năng điều chỉnh, điều khiển các thông số của STATCOM ở mức cao

hơn, bao g m:

 Điều khiển điện áp tại nút đặt STATCOM có thể cố định giá trị điện áp

 Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù

 Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố ( mất tải, ngắn mạch )

trong HTĐ

 Tăng cường tính n định của HTĐ

 Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ như ngắn mạch, mất tải

đột ngột

Ngoài ra, STATCOM cũng có đặc điểm n i trội so với SVC như sau:

 Có khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi loại trừ được sự

cố

 Có thể phát CSPK khi điện áp thanh cái nhỏ hơn điện áp lưới và ngược lại, tiêu thụ

CSPK khi điện áp thanh cái lớn hơn điện áp lưới

3.3.4.2 Nguyên lý lƠm vi c c a thi t b STATCOM

Statcom là thiết bị bù song song trong FACTS

Hình 3.10 : Sơ đ cấu trúc Statcom [1]

Statcom điều chỉnh điện áp ở đầu cực của nó bằng cách điều khiển lượng công suất phản

kháng bơm vào hay hấp thụ từ hệ thống

- Khi điện áp thấp statcom bơm công suất phản kháng

- Khi điện áp cao statcom tiêu thụ công suất phản kháng

Việc thay đ i công suất phản kháng được thực hiện bằng bộ VSC nối bên thứ cấp của

máy biến áp VSC sử dụng các linh kiện điện tử công suất để điều chế điện áp xoay chiều

ba pha từ ngu n một chiều Ngu n một chiều này được lấy từ tụ điện

Nguyên lý hoạt động của Statcom thể hiện như hình dưới:

Hình 3.11: Sơ đ nguyên lý hoạt động của Statcom [1]

Công suất tác dụng và công suất phản kháng trao đ i giữa hai ngu n U1 và U2

Trong đó:

U1 : Là hệ thống điện áp cần điều chỉnh

U2 : là điện áp phát ra từ Statcom

Trong chế độ hoạt động n định điện áp phát ra bởi statcom U2 là cùng pha với U1 để chỉ

truyền công suất phản kháng

+ Nếu U2 < U1 thì Q chảy từ U1 đến U2 ( Statcom hấp thụ công suất phản kháng )

+ Nếu U2 > U1 thì Q chảy từ U2 đến U1 ( Statcom phát công suất phản kháng )

 Trên hình vẽ là sơ đ nguyên lý trao đ i công suất phản kháng và công suất tác dụng

giữa bộ bù và lưới

Hình 3.12: Nguyên lý bù của bộ bù

Trong đó:

Us và s: điện áp lưới và góc lệch pha

Ui và i: điện áp và góc lệch pha phát ra từ tụ bù

XL: điện kháng kết nối giữa lưới và bộ bù

 : góc lệch pha giữa điện áp lưới và điện áp bộ bù

Ta có công suất tác dụng và công suất phản kháng trao đ i giữa lưới và bộ bù là:

L

i S

Từ (3.10 ) ta thấy Q S tỉ lệ với hai điện áp ( Us - Ui )

 Khi Us = Ui thì Q S= 0 thì bộ bù không phát hay thu công suất phản kháng

 Khi Us > Ui thì Q S> 0 t n tại thành phần điện áp Usi tương ứng dòng cảm kháng Id

chậm sau Us , Ui một góc 900, lưới sẽ truyền công suất phản kháng vào bộ bù

Hình 3.13: Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù

 Khi Us < Ui thì Q S< 0 t n tại thành phần điện áp Usi tương ứng dòng điện Ic vượt

trước Us , Ui một góc 900bộ bù phát công suất phản kháng lên lưới điện

Hình 3.14: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù

Từ phân tích trên ta thấy rằng khi thay đ i biên độ điện áp đầu ra của bộ bù trong khi giữ

góc lệch  = 0 ta có thể điều khiển dòng công suất phản kháng trao đ i giữa lưới và bộ

bù

3.4 K t lu n

- Bù công suất phản kháng và điều khiển có ý nghĩa quyết định trong việc giữ n định

điện áp và nâng cao giới hạn truyền tải

- Với điều kiện địa lý như ở Việt Nam, đường dây truyền tải 500 kV rất dài, các ngu n

phát ở xa trung tâm phụ tải thì khả năng ứng dụng thiết bị STATCOM và SVC sẽ mang

lại hiệu quả trong vận hành và tăng n định chất lượng điện năng của HTĐ Việt Nam

Hệ thống điện 500kV (số liệu 12/2010) được đưa vào khảo sát ở chương này.Việc

khảo sát n định điện áp tập trung chủ yếu tại các khu vực có mật độ tải lớn, dày đặc và

có khả năng tăng tải bất thường từ đó đặt thiết bị STATCOM và SVC

Phương pháp nghiên cứu là tìm điện áp thấp nhất tại các thanh cái khi hệ thống điện

làm việc ở chế độ bình thường và chế độ ngắn mạch Từ đó lắp đặt thiết bị STATCOM và

SVC

Tại biên độ giới hạn định điện áp của nút 500kV thì Đà nẵng và Hà Tĩnh là thấp

nhất và hệ thống đang đứng tại điểm sụp đ điện áp, nếu có bất kì một sự cố nào làm các

máy cắt đường dây 500kV khu vực miền Nam tác động thì hệ thống sẽ bị tan rã

Nhằm đảm bảo n định điện áp cho hệ thống ngay cả trong chế độ sự cố ta đặt STATCOM

hoặc SVC tại những nút có điện áp giảm mạnh và có nguy cơ

Đặt STATCOM và SVC ở chế độ bình thường và chế độ ngắn mạch ở các nút sau:

+ Tại nút 500kV: Trạm Hà Tĩnh

+ Tại nút 500kV: Trạm Đà Nẵng

4.2 Xây d ựng mô hình mô ph ng cho H th ng đi n 500kV Vi t Nam

4.2.1 Mô hình

Hình 4.1: Mô hình mô phỏng hệ thống điện 500kV Việt Nam

4.2.2 Thi t l p tham s cho các ph n t trong mô hình mô ph ng

 Thi ết lập tham số cho bộ STATCOM

Mở hộp thoại STATCOM và chọn Display control parameters Chọn kiểu hoạt động

(Mode operation), ta ch ọn kiểu hoạt động cho STATCOM là điều chỉnh điện áp (Voltage

regulation)

- Tham số độ chúc Droop thiết lập là 0,03

- Bộ điều chỉnh khuếch đại điện áp AC (Vac Regulator Gains) thiết lập hệ số

Hình 4.2: Hợp thoại thiết lập tham số cho bộ điều khiển STATCOM

 Thi ết lập tham số cho bộ SVC

- Điện áp danh định và tần số (System nominal voltage and frequency: [ Vrms

-Lfn(Hz)])

Vrms =500e3V và fn = 50Hz

- Giới hạn công suất phản kháng (Reactive power limits: [Qc(var>0) Ql(var<0)])

Qc = 100e6var và Ql = -100e6 var

Hình 4.3: Hợp thoại thiết lập tham số cho bộ điều khiển SVC

 Thi ết lập tham số cho các nguồn điện

+ Nhà máy Hòa Bình: Thiết lập các tham số cho ngu n điện từ NMĐ Hòa Bình được thể