Ứng dụng SVC cho việc cải thiện chất lượng điện áp

Ngày nay, Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghệ chế tạo các linh kiện điện tử công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống điện, nên các thiết bị

iii

Lời cảm ơn

Trải qua thời gian học tập và nghiên cứu tại trường, nay

tôi đã hoàn thành Đề Tài Tốt Nghiệp Cao Học của mình Để có

được thành quả này, tôi đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ và giúp đỡ tận tình từ thầy cô, gia đình, đơn vị chủ quản và bạn bè

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Cô PGS.TS

Phan Thị Thanh Bình, người đã tận tình trực tiếp hướng dẫn

tôi thực hiện hoàn thành Luận Văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Lãnh đạo

Công ty Tư Vấn Dự Án SEAS đã tạo điều kiện thuận tiện cho

tôi về mặt thời gian để hoàn thành khóa học

Xin chân thành cảm ơn đến tất cả quí Thầy Cô trường

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh đã dạy

tôi một lượng kiến thức rất bổ ích, Đặc biệt là các Thầy Cô

Khoa Điện – Điện Tử đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho

tôi rất nhiều trong quá trình học tập cũng như trong thời gian làm L uận Văn này

Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến đồng nghiệp, gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và đã tạo cho tôi niềm tin, tình cảm

để tôi hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn !

Tp Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2013

Học viên Nguy n Đức C ờng

iv

n định điện áp là một vấn đề đã và đang được nghiên cứu nhiều ở các nước phát triển trên thế giới, nhất là trong cơ chế thị trường điện do tác hại của hiện tượng mất n định điện áp là rất lớn, có thể đưa hệ thống điện đến tình trạng sụp

đ điện áp từng phần hoặc hoàn toàn

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 ở điều kiện vận hành bình thường 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 vận hành trong 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

Việc tính toán tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối ưu sẽ giúp cải thiện độ lệch điện áp tại các nút, giảm thiểu t n thất công suất trong mạng điện Nhằm nâng cao độ tin cậy và khả năng cung cấp điện

Luận văn bước đầu tìm hiểu về bù công suất phản kháng, nghiên cứu các thiết bị FACTS, đặc biệt là thiết bị bù tĩnh có điều khiển SVC, Đi sâu nghiên cứu SVC bằng cách mô phỏng và mô hình hóa sử dụng phần mềm Matlab Simulink

Đ ng thời sử dụng thuật toán Bầy đàn PSO để mô phỏng tìm vị trí đặt và dung

lượng SVC tối ưu trong một số mạng điện cụ thể, với hàm đơn mục tiêu (giảm thiểu độ lệch điện áp tại các nút) và hàm đa mục tiêu (giảm thiểu t n thất công suất, độ lệch điện áp và chi phí) So sánh kết quả đạt được với kết quả tìm được theo thuật toán Di truyền [27]

Luận văn đã xây dựng được thuật toán PSO và đánh giá được lợi ích khi đặt thiết bị bù tĩnh có điều khiển SVC lên lưới điện 13 nút, IEEE 14 nút, IEEE 30 nút

và sau đó đề xuất áp dụng trên lưới điện phân phối thực tế Việt Nam

v

Trang Quyết định giao đề tài

Xác nhận của cán bộ hướng dẫn i

Lý lịch khoa học ii

Lời cảm ơn iii

Tóm tắt iv

Mục lục v

Danh sách các chữ viết tắt vi

Danh sách các hình vii

Danh sách các bảng viii

CH ƠNG 1

T NG QUAN

1.1 Đặt vấn đề

1.1.1 Lý do chọn đề tài và nhiệm vụ nghiên cứu

1.1.2 Nhiệm vụ và giới hạn đề tài

1.1.3 Phương pháp nghiên cứu

1.1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Luận văn

1.2 Bố cục Luận văn

CH ƠNG 2

THI T BỊ ĐI U KHI N CÔNG SU T TRONG H TH NG ĐI N

2.1 Hệ thống điện hợp nhất và đặc điểm của bù công suất phản kháng

2.3.1 Đặc điểm

2.3.2 Các biện pháp áp dụng trong công nghệ truyền tải điện

2.3.3 Bù công suất phản kháng

2.1.3.1 Bù dọc

2.1.3.2 Bù ngang

1

1

2

4

4

5

5

6

6

6

7

7

9

11

v

2.4 Một số thiết bị FACTS

2.4.1 SVC (Static Var Compensator)

2.4.2 STATCOM (Static Synchronous Compensator)

2.4.3 TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor)

2.4.4 SSSC (Static Synchronous Series Compensator)

2.4.5 DFC (Dynamic Flow Controller)

2.4.6 IPFC (Interline Power Flow Controller)

2.4.7 UPFC- (Unified power flow controller)

2.4.8 TCPAR- (Thyristor controlled phase angle regulator)

2.4.9 Nhận xét

2.4.10 Kết luận

CH ƠNG 3 TÌM HI U C U TẠO, NGUYểN Lụ HOẠT Đ NG C A SVC

VÀ MÔ HÌNH HÓA- MÔ PH NG SVC TRONG MATLAB, K T

3.1.3.3 Điều chỉnh điện áp của SVC

3.2 Mô hình hóa và mô phỏng SVC đơn giản

3.2.1 Mô hình SVC đơn giản

v

3.2.2.2 Mô hình TSC

3.2.3 Mô hình SVC kiểu Phasor

3.2.4 Mô hình chi tiết của SVC

3.3 T ng quan n định điện áp trong hệ thống điện

3.3.1 Những nguyên nhân làm mất n định điện áp

3.3.2 Phân loại n định điện áp

3.4 Phân tích n định điện áp

4.1.1 Đường cong P-V và phân tích n định điện áp

4.1.2 Đường cong Q-V và phân tích n định điện áp

CH ƠNG 4 TÌM VỊ TRệ Đ T SVC T I U SỬ D NG THUẬT TOÁN B Y ĐÀN

NH M C I THI N Đ L CH ĐI N ÁP

4.2 Hàm mục tiêu

4.3 Các ràng buộc

4.3.1 Phương trình cân bằng công suất

4.3.2 Giới hạn công suất truyền tải

4.3.3 Giới hạn điện áp

4.3.4 Giới hạn công suất tải

4.3.5 Giá trị của thiết bị SVC

4.4 Thiết bị SVC

4.5 Mô hình toán học của SVC

4.6 Tối ưu bầy đàn (Particle Swarm Optimization)

4.6.1 Biểu thức cơ bản của thuật toán PSO

4.6.2 Giải thuật PSO nguyên thủy

4.7 Giải thuật Bầy đàn cho bài toán tìm điểm đặt tối ưu SVC trên mạng điện IEEE 14 nút

v

4.7.3 Giải thuật áp dụng cho bài toán

4.7.4 Bài toán áp dụng với một mục tiêu (giảm thiểu độ lệch điện áp tại

các nút) áp dụng với mạng điện IEEE 14 nút

4.7.5 Bài toán áp dụng với một mục tiêu (Cải thiện độ lệch điện áp) áp

dụng với mạng điện IEEE 30 nút

CH ƠNG 5 TÌM VỊ TRệ Đ T VÀ DUNG L NG SVC T I U SỬ D NG

THUẬT TOÁN B Y ĐÀN V I HÀM ĐA M C TIểU

5.1.4.1 Phương trình cân bằng công suất

5.1.4.2 Giới hạn công suất truyền tải

5.1.4.3 Giới hạn điện áp

5.1.4.4 Giá trị của thiết bị SVC

5.1.5 Thiết bị SVC

5.1.6 Mô hình toán học của SVC

5.2 Giải thuật PSO nguyên thủy

5.3 Giải thuật Bầy đàn cho bài toán tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối

vi

 SVC: Static Var Compensator

 TCR: Thyristor Controlled Reactor

 TSR: Thyristor Switched Reactor

 TSC: Thyristor Switched Capacitor

 STATCOM: Static Synchronous Compensator

 TCSC: Thyristor Controlled Series Capacitor

 SSSC: Static Synchronous Series Compensator

 DFC : Dynamic Flow Contronller

 IPFC: Interline Power Flow Controller

 UPFC: Unified power flow controller

 TCPAR:Thyristor controlled phase angle regulator

 BCT: Bi-Directional Control Thyristors-BCT

 PSO: Particle Swarm Optimization

 GA: Genetic Algorithm

vii

Hình

Hình 2.1: Hiệu quả của bù dọc trên đường dây cao áp

Hình 2.2: Tổng quan về thiết bị FACTS

Hình 2.3: Một vài ứng dụng thiết bị FACTS trong hệ thống điện

Hình 2.4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC

Hình 2.5: Cấu hình của 1 STATCOM

Hình 2.6: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC

Hình 2.7: Cấu hình của 1 SSSC

Hình 2.8: Cấu hình nguyên tắc của DFC

Hình 2.9: Cấu hình nguyên tắc của 1 IPFC

Hình 2.10: Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất (UPFC)

Hình 2.11: Cấu tạo và nguyên lý của TCPAR

Hình 2.12: Tác động điều khiển của một số thiết bị bù tĩnh trong hệ thống

Hình 3.7 Hình ảnh Van TSC và thiết bị giải nhiệt

Hình 3.8: Nguyên lý hoạt động của TSC

Hình 3.9: Hệ thống điều khiển cơ bản của SVC

Hình 3.10: Biểu đồ hoạt động của SVC

vii

Hình 3.14: Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC

Hình 3.15: Sự thay đổi điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC

Hình 3.16: Mô hình SVC đơn giản

Hình 3.17: Kết quả mô phỏng dạng sóng tín hiệu SVC

Hình 3.18: Mô hình nhánh TCR

Hình 3.19: Kết quả mô phỏng dạng sóng tín hiệu TCR

Hình 3.20: Mô hình nhánh TSC

Hình 3.21: Kết quả mô phỏng dạng sóng tín hiệu TSC

Hình 3.22: Dạng sóng UC0với giá trị điện áp ban đầu đi qua tụ C:

UC0 = -0.3141V

Hình 3.23: Mô hình mô phỏng biểu đồ pha của SVC

Hình 3.24: Mô hình của bộ xử lý tín hiệu

Hình 3.25: Mô hình mô phỏng biểu đồpha của SVC

Hình 3.26: Dạng sóng khảo sát ngắn mạch khi thay đổi giá trị B

Hình 3.27: Mô hình của SVC 300Mvar trên hệ thống 735kV

Hình 3.28: Mô hình của bộ điều khiển SVC

Hình 3.29: Dạng sóng trạng thái ổn định và đáp ứng động SVC

Hình 3.30: Dạng sóng trạng thái ổn định dòng và đáp trên TCR AB

Hình 3.31: Kết quả dòng và áp từ Misfiring trên TSC1

Hình 3.32: Đặc tuyến P-V cơ bản

Hình 3.33: Dạng đường cong Q-V điển hình

Hình 4.1: Mô hình nguồn bơm công suất phản kháng SVC

Hình 4.2: Bầy đàn trong tự nhiên

Hình 4.3: Nguyên lý thay đổi vị trí của thuật toán PSO trong không gian

2-chiều

Hình 4.4 Sơ đồ mạng điện IEEE 14 nút

Hình 4.5 Dạng sóng điện áp trường hợp 100% tải, lắp đặt SVC tại nút 14, với

vii

dung lượng -4MVar

Hình 4.7: Sơ đồ mạng điện IEEE 30 nút

Hình 4.8: Dạng sóng điện áp trường hợp 100% tải, lắp đặt SVC tại nút 16, với

dung lượng -40MVar

Hình 4.9: Dạng sóng điện áp trường hợp 50% tải, lắp đặt SVC tại nút 16, với

dung lượng -62MVar

Hình 5.1: Sơ đồ mạng điện 13 nút

Hình 5.2: Dạng sóng điện áp khi lắp và chưa lắp SVC mạng điện 13 nút

Hình 5.3: Dạng sóng điện áp ở phương pháp PSO và GA mạng điện 13 nút

Hình 5.4: Sơ đồ mạng điện IEEE 30 nút

Hình 5.5 Dạng sóng điện áp khi gắn và chưa gắn SVC ở nút 13 ở mạng điện

Bảng 4.1 Thông số của PSO áp dụng cho bài toán IEEE 14 nút

Bảng 4.2: Bảng thông số công suất (100%), điện áp mạng điện IEEE 14 nút

Bảng 4.3: Bảng thông số đường dây mạng điện IEEE 14 nút

Bảng 4.4: Bảng thông số công suất (50%), điện áp mạng điện IEEE 14 nút

Bảng 4.5: Bảng kết quả tính toán tìm vị trí và công suất SVC trong mạng điện IEEE 14 nút

Bảng 4.6 Thông số của PSO áp dụng cho bài toán IEEE 30 nút

Bảng 4.7: Bảng thông số công suất (100%), điện áp mạng điện IEEE 30 nút

Bảng 4.8: Bảng thông số đường dây mạng điện IEEE 30 nút

Bảng 4.9: Bảng thông số công suất (50%), điện áp mạng điện IEEE 30 nút

Bảng 4.10: Bảng kết quả tính toán tìm vị trí và công suất SVC trong mạng điện IEEE 14 nút, trường hợp 100% tải

Bảng 4.11: Bảng kết quả tính toán tìm vị trí và công suất SVC trong mạng điện IEEE 14 nút, trường hợp 50% tải

Bảng 5.1 Thông số của PSO áp dụng ở mạng điện 13 nút

Bảng 5.2: Bảng thông số đường dây mạng điện 13 nút

Bảng 5.3: Bảng thông số đường dây mạng điện 13 nút- chuyển sang đơn vị tương đối (pu)

Bảng 5.4: Bảng thông công suất, điện áp mạng 13 nút

Bảng 5.5: Kết quả so sánh tổn thất công suất, độ lệch điện áp và chi phí vận

viii

giữa PSO và GA

Bảng 5.7 Thông số của PSO áp dụng ở mạng điện IEEE 30 nút

Bảng 5.8: Bảng thông công suất, điện áp mạng điện IEEE 30 nút

Bảng 5.9: Bảng thông công suất, điện áp mạng điện IEEE 30 nút

Bảng 5.10: Kết quả so sánh tổn thất công suất, độ lệch điện áp và chi phí vận hành khi lắp và không lắp SVC ở mạng điện IEEE 30 nút

96

97

98

99

có quy mô rất lớn

Ngày nay, Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghệ chế tạo các linh kiện điện tử công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống điện, nên các thiết bị bù dùng thyristor hay triắc sử dụng rất nhiều trong hệ thống điện, được nghiên cứu và ứng dụng ở một số nước có trình độ công nghệ tiên tiến trên thế giới, các thiết bị bù dọc và bù ngang điều chỉnh nhanh bằng thyristor hay triắc đư được ứng dụng và mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao ổn định chất lượng điện áp của hệ thống điện Các thiết bị thường dùng là: thiết bị bù tĩnh có điều khiển thyristor (SVC), thiết bị bù dọc có điều khiển (TCSC) Các thiết bị này cho phép chúng ta vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt, hiệu quả cả trong chế

độ bình thường hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh nhanh công suất phản kháng và các thông số khác (trở kháng, góc pha) của chúng

Việc nghiên cứu thiết bị bù ngang có khả năng điều chỉnh nhanh bằng thyristor hay triắc đối với việc nâng cao ổn định và chất lượng điện áp trong hệ thống điện là nhiệm vụ rất cần thiết Nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp dụng các phương pháp điều khiển linh hoạt hoạt động của hệ thống điện

Bản luận văn sẽ đưa ra những đánh giá bước đầu hiệu quả của SVC ứng dụng để cải thiện chất lượng điện áp trong hệ thống điện Bản luận văn trình bày

ứng dụng phần mềm Matlab mô phỏng vào việc thiết kế, phân tích hệ thống điều khiển bù công suất phản kháng SVC Tuy nhiên, còn giới hạn về nhiều mặt nên bản

HVTH: NGUY N Đ C C NG

thuyết minh không tránh khỏi những thiếu sót, nên rất mong các Th y, Cô góp ý để

nội dung của đề tài được hoàn thiện hơn

1.1.1 LỦ do ch n đ tài và nhi m v nghiên cứu

Trong chế độ vận hành bình thường của Hệ thống điện ( Vận hành ở trạng thái ổn định) việc sản xuất công suất tác dụng phải đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ

của tải (kể cả các tổn thất công suất), nếu không thì tần số hệ thống sẽ bị thay đổi Công suất phản kháng cũng vậy, có một sự gắn bó chặt chẽ giữa điều kiện cân bằng công suất phản kháng với điện áp các nút hệ thống Công suất phản kháng ở một khu vực nào đó quá thừa thì ở đó sẽ có hiện tượng quá áp (điện áp quá cao), ngược lại, nếu thiếu Công suất phản kháng thì sẽ bị sụt áp Nói khác đi, cũng như đối với công suất tác dụng, Công suất phản kháng luôn phải được điều chỉnh để

giữ cân bằng Việc điều chỉnh Công suất phản kháng cũng là yêu cầu cần thiết

nhằm giảm nhỏ tổn thất điện năng và đảm bảo ổn định hệ thống

Tuy nhiên có sự khác nhau cơ bản giữa điều chỉnh Công suất tác dụng và điều chỉnh Công suất phản kháng Tần số hệ thống sẽ được đảm bảo bằng việc điều

chỉnh Công suất tác dụng ở bất kỳ máy phát điện nào (Miễn sao giữ được cân

bằng giữa tổng công suất phát và công suất tiêu thụ) Trong khi đó, điện áp các nút hệ thống không bằng nhau, chúng phụ thuộc điều kiện cân bằng Công suất

phản kháng theo từng khu vực Như vậy nguồn Công suất phản kháng cần được lắp đặt phân bố và điều chỉnh theo từng khu vực Điều này giải thích vì sao, ngoài các máy phát điện cần phải có một số lượng lớn các thiết bị sản xuất và tiêu thụ công

suất phản kháng: Máy bù đồng bộ, tụ điện, kháng điện Chúng được lắp đặt và điều chỉnh ở nhiều vị trí trong lưới truyền tải và phân phối điện (gọi là các thiết bị

bù Công suất phản kháng)

Trước đây, Việc điều chỉnh Công suất phản kháng của các thiết bị bù thường được thực hiện đơn giản: Thay đổi từng nấc (nhờ đóng cắt bằng máy cắt cơ khí) hoặc thay đổi kích từ (trong máy bù đồng bộ) Chúng chỉ cho phép điều

chỉnh thô hoặc theo tốc độ chậm Kỹ thuật thyristor công suất lớn đó mở ra những

khả năng mới, Trong đó việc ra đời và ứng dụng các thiết bị bù tĩnh điều chỉnh nhanh, có công suất lớn - SVC (Static Var Compensator), TCSC (Thyristor Controled Serie Capacitor) đã giải quyết được những yêu cầu mà các thiết bị bù cổ

và hiệu quả sử dụng của hệ thống cung cấp điện nói chung cũng như đối với các

phụ tải có công suất phản kháng thay đổi nhanh như lò nung hồ quang điện

n định điện áp là một vấn đề đư và đang được nghiên cứu nhiều ở các nước phát triển trên thế giới, nhất là trong cơ chế thị trường điện do tác hại của hiện tượng mất ổn định điện áp là rất lớn, có thể đưa hệ thống điện đến tình trạng sụp đổ điện áp từng phần hoặc hoàn toàn

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 ở điều kiện vận hành bình thường hoặc sau các kích động Hệ thống sẽ đi vào trạng thái không ổn định khi xuất hiện các kích động như tăng tải đột ngột hay thay đổi các điều kiện vận hành trong hệ thống Các thay đổi

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 đổ điện áp

Mất ổn định điện áp hay sụp đổ điện áp là sự cố nghiêm trọng trong vận hành

hệ thống điện, làm mất điện trên một vùng hay trên cả diện rộng, gây thiệt hại rất lớn về kinh tế, chính trị, xã hội.Trên thế giới đư ghi nhận được nhiều sự cố mất điện

lớn do sụp đổ điện áp gây ra 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 n định điện áp đư được quan tâm, nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới Việt Nam cũng đư xảy ra nhiều lần sự cố

mất điện trên diện rộng, chẳng hạn như vào các ngày 17/5/2005, 27/12/2006, 20/7/2007 và 04/9/2007 Do điện là yếu tố then chốt của sản xuất, nhiều nước trên

thế giới không còn tính toán thiệt hại do mất điện theo đơn vị giờ mà là đơn vị phút

Vì vậy, việc phân tích ổn định điện áp ở Việt Nam cần được nghiên cứu nhiều hơn

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

HVTH: NGUY N Đ C C NG

V ới ý nghĩa trên, mục đích c a đề tài Luận Văn được xác định là:

Đánh giá tác động của SVC khi được lắp đặt vào mạng điện với mục tiêu cải thiện độ lệch điện áp và giảm thiểu tổn thất công suất sử dụng thuật toán Bầy đàn (PSO) Phân tích kết quả đạt được từ đó đưa ra kết luận và kiến nghị

1.1.2 Nhi m v và gi i h n đ tài

- Nhiệm vụ đề tài:

 Nghiên cứu tìm hiểu về bù công suất phản kháng, các thiết bị FACTS, đặc biệt là thiết bị bù tĩnh có điều khiển SVC, Mô hình hóa và mô phỏng nguyên lý hoạt động của SVC trong Matlab Simulink

 Sử dụng thuật toán Bầy đàn PSO với hàm đơn mục tiêu để tìm điểm đặt

và dung lượng SVC tối ưu nhằm giảm thiểu độ lệch điện áp trong hệ

thống điện 14 nút và 30 nút

 Nâng cao tìm hiểu sử dụng thuật toán Bầy đàn PSO với hàm đa mục tiêu, tìm điểm đặt và dung lượng SVC tối ưu nhằm giảm thiểu độ lệch điện áp trong hệ thống điện 13 nút và 30 nút

- So sánh kết quả tìm được từ thuật toán Bầy đàn PSO và thuật toán Di truyền GA qua kết quả bài báo áp dụng ở mạng điện 13 nút [27]

suất phản kháng sử dụng SVC để cải thiện độ lệch điện áp và tổn thất công suất trong hệ thống điện

Góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến bài toán ứng dụng SVC để cải thiện chất lượng điện năng

Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu bù công suất phản kháng sử

dụng SVC trong vận hành hệ thống điện

1.2 B c c c a Lu n vĕn

Luận Văn được thực hiện bao gồm các chương sau:

 Chương 1 Tổng quan

 Chương 2 Thiết bị điều khiển công suất trong hệ thống điện

 Chương 3 Cấu tạo- Nguyên lý hoạt động của SVC và Mô hình hóa-

Mô phỏng SVC trong Matlab Simulink, kết hợp phân tích đặc tính điều chỉnh và ổn định điện áp trong hệ thống điện

 Chương 4 Tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối ưu sử dụng thuật toán PSO nhằm cải thiện độ lệch điện áp

 Chương 5 Tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối ưu sử dụng thuật toán PSO với hàm đa mục tiêu

 Chương 6 Kết Luận và hướng phát triển của Đề tài

 Phụ lục và tài liệu tham khảo

Hiện nay, xu hướng hợp nhất các hệ thống điện nhỏ thành hệ thống điện hợp

nhất bằng các đường dây siêu cao áp đang được phát triển tại nhiều quốc gia, khu

vực trên khắp thế giới Đây là xu hướng phát triển tất yếu của các hệ thống điện hiện đại nhằm nâng cao tính kinh tế - kỹ thuật trong sản xuất, vận hành các hệ thống điện thành viên, Cụ thể:

- Giảm lượng công suất dự trữ trong toàn hệ thống do hệ thống lớn nhờ khả năng huy động công suất từ nhiều nguồn phát

- Giảm dự phòng chung của hệ thống điện liên kết, qua đó giảm được chi phí đầu

tư vào các công trình nguồn, Đây là một gánh nặng lớn trong việc phát triển hệ thống điện

- Tăng tính kinh tế chung của cả hệ thống lớn do tận dụng được các nguồn phát có giá thành sản xuất điện năng thấp như thuỷ điện, các nguồn nhiệt điện có giá thành rẻ như tuabin khí, điện nguyên tử

- Tăng hiệu quả vận hành hệ thống điện do có khả năng huy động sản xuất điện từ các nguồn điện kinh tế và giảm công suất đỉnh chung của toàn hệ thống điện

lớn

- Hệ thống điện hợp nhất vận hành linh hoạt hơn so với phương án vận hành các

hệ thống riêng lẻ nhờ sự trao đổi, hỗ trợ điện năng giữa các hệ thống thành viên

- Giảm giá thành điện năng do tận dụng được công suất tại các giờ thấp điểm của

phụ tải hệ thống điện thành viên để cung cấp cho hệ thống khác nhờ chênh lệch

về múi giờ

- Giảm được chi phí vận hành, đồng thời nâng cao tính linh hoạt trong việc sửa

chữa, đại tu các thiết bị trong toàn hệ thống

thống điện hiện đại được hình thành từ những năm cuối thế kỷ 20 và sẽ phát triển

mạnh mẽ trong thế kỷ 21

2.1.2 Các bi n pháp áp d ng trong công ngh truy n t i đi n

Khi tính toán các chế độ vận hành của hệ thống điện hợp nhất có đường dây siêu cao áp, do cấp điện áp cao nên lượng công suất phản kháng mà đường dây sinh

ra là rất lớn Đặc biệt là khi đường dây không mang tải thì lượng công suất phản kháng phát ra rất lớn gây nên hiện tượng quá áp ở cuối đường dây Để hạn chế hiện tượng này, ta phải dùng các biện pháp kỹ thuật khác nhau như:

- Tăng số lượng dây phân nhỏ trong một pha của đường dây để giảm điện kháng

và tổng trở sóng, tăng khả năng tải của đường dây

- Bù thông số đường dây bằng các thiết bị bù dọc và bù ngang (bù công suất

phản kháng) để giảm bớt cảm kháng và dung dẫn của đường dây làm cho chiều dài tính toán rút ngắn lại

- Phân đoạn đường dây bằng các kháng điện bù ngang có điều khiển đặt ở các trạm trung gian trên đường dây Đối với đường dây siêu cao áp 500kV, khoảng cách giữa các trạm đặt kháng bù ngang thường không quá 500km

- Đặt các thiết bị bù ngang hoặc bù dọc ở các trạm nút công suất trung gian và

trạm cuối để nâng cao ổn định điện áp tại các trạm này

2.1.3 Bù công su t ph n kháng

Khác với các đường dây cao áp, 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 ít thay đổi trong quá trình vận hành vì điện áp trên đường dây được khống chế trong giới hạn cho phép (thường là ±10%), Song từ

Trong đó, : = là tổng trở sóng của đường dây

Khi đó, Đường dây tải dòng điện tự nhiên ITN, Đối với đường dây dài hữu

hạn, hiện tượng này xảy ra khi điện trở phụ tải tác dụng bằng tổng trở sóng XC của đường dây, đây là chế độ tải công suất tự nhiên Trong trường hợp này, đường dây Siêu cao áp không tiêu thụ hay phát thêm công suất phản kháng

3 2

(2.8)

tiếp do nâng cao thêm đường cong công suất điện từ

Khi mắc thêm tụ nối tiếp vào đường dây thì điện kháng tổng của mạch tải điện sẽ giảm xuống còn (XL- XC) Giả sử góc lệch  giữa dòng điện phụ tải I và điện áp cuối đường dây U2 không đổi thì độ lệch điện áp U1ở đầu đường dây và góc

lệch pha  giữa vectơ điện áp giữa hai đầu đường dây giảm xuống khá nhiều Qua

đó, ta thấy được hiệu quả của bù dọc:

 n định điện áp:

- Giảm lượng sụt áp với cùng một công suất truyền tải

- Điểm sụp đổ điện áp được dịch chuyển xa hơn

 n 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:

Ta có giới hạn công suất truyền tải là:

Hình 2.1: Hiệu quả của bù dọc trên đường dây cao áp

 Giảm tổn thất công suất và điện năng:

 Dòng điện chạy qua tụ điện C sẽ phát ra một lượng công suất phản kháng bù lại

phần tổn thất trên cảm kháng của đường dây

 Đặc trưng cho mức độ bù dọc của đường dây là hệ số bù dọc KC:

Thông thường, đối với các đường dây siêu cao áp thì hệ số bù dọc KC từ 40% đến 75% tuỳ theo chiều dài của đường dây

Dòng điện � của kháng bù ngang sẽ khử dòng điện � của điện dung đường 1

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 tượng quá áp ở cuối đường dây

Việc lựa chọn dung lượng và vị trí đặt của kháng bù ngang có ý nghĩa rất quan trọng đối với một số chế độ vận hành của đường dây siêu cao áp trong hệ

thống điện như chế độ vận hành non tải, không tải của đường dây

- Trong chế độ không tải thì phía nguồn khép mạch, phía tải hở mạch Các nguồn phát vẫn phải phát công suất tác dụng rất lớn để bù vào tổn thất do 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 hai phía của đường dây Để đảm bảo được trị số cos cho phép của máy phát, Ta phải đặt kháng bù ngang ở đầu đường dây để tiêu thụ công suất phản kháng

- Trong chế độ tải cực tiểu thì công suất phản kháng do đường dây sinh ra rất lớn (Đối với đường dây cao áp 500kV thì Q0  1MVAr/km) Nên ta phải đặt các kháng bù ngang phân bố dọc theo đường dây để tiêu thụ lượng công suất phản kháng này Thông thường khoảng cách giữa các kháng bù ngang từ (200- 500)km

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

HVTH: NGUY N Đ C C NG

Trong đó:

Udd : Điện áp danh định của đường dây

l: chiều dài của đường dây

Đối với các đường dâycao áp và siêu cao áp có điện áp 330÷750kV thì ta có thể sử dụng các quan hệ gần đúng như sau:

QL: Công suất phản kháng của kháng bù ngang

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

Đối với các đường dây có cấp điện áp 500kV, tổng công suất của các kháng

bù ngang trên đường dây thường bằng 60- 70% công suất phản kháng do điện dung đường dây phát ra

o Đặc điểm chủ yếu của các đường dây siêu cao áp là có điện cảm và điện dung lớn Để đảm bảo khả năng mang tải và tránh gây ra hiện tượng quá điện

HVTH: NGUY N Đ C C NG

áp khi vận hành non tải hoặc không tải cần phải có biện pháp bù dọc và bù ngang

o Trị số tối ưu của các thiết bị bù cần phải được tính toán trong từng chế độ

vận hành để đem lại hiệu quả về kinh tế - kỹ thuật

2.2 Gi i thi u và phân lo i các thi t b FACTS

Flexible Alternating Current Transmission Systems, được gọi là 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 ổn định hệ thống điện một cách nhanh chóng Một số thiết bị FACTS đư được giới thiệu cho các ứng dụng khác nhau trên toàn thế giới Một số các thiết bị mới đang trong giai đoạn được giới thiệu trong thực tế

Trong hầu hết các ứng dụng khả năng điều khiển được sử dụng là để tránh chi phí tăng lên khi yêu cầu các phần mở rộng của hệ thống điện, ví dụ như: nâng

cấp, bổ sung các trạm biến áp và đường dây điện Thiết bị FACTS cung cấp một sự thích nghi tốt hơn trong các điều kiện hoạt động khác nhau và cải thiện việc sử dụng các thiết bị hiện có Các ứng dụng cơ bản các thiết bị FACTS là:

 Điều khiển dòng công suất

 Tăng khả năng truyền tải

 Điều khiển điện áp

 Bù công suất phản kháng

 Cải thiện sự ổn định hệ thống điện

 Nâng cao chất lượng điện

 Sự điều tiết công suất

 Giảm sự chập chờn

Các thiết bị FACTS có thể phân chia theo cách đấu nối: nhóm mắc nối tiếp, nhóm

mắc song song, nhóm mắc hỗn hợp:

HVTH: NGUY N Đ C C NG

Hình 2.2: T ổng quan về thiết bị FACTS

 Nhóm m ắc nối tiếp (Series Controllers): Loại thiết bị này cho phép thay đổi tổng

trở đường dây bằng tụ điện, điện kháng, hoặc biến đổi nguồn có tần số bằng tần số lưới nhờ thiết bị bán dẫn công suất Về nguyên lý, tất cả các thiết bị điều khiển nối tiếp chỉ cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng biến đổi

 Nhóm m ắc song song (Shunt Controllers): Loại thiết bị này cho phép thay đổi

tổng trở, thay đổi nguồn hoặc kết hợp cả hai Tất cả các thiết bị điều khiển song song bù dòng điện vào hệ thống tại điểm nút

 Nhóm m ắc hỗn hợp:

Thi ết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với nối tiếp (Combined series – series Controllers): Đây là sự kết hợp các thiết bị điều khiển nối tiếp riêng rẽ, có cùng cách thức điều khiển được sử dụng trong hệ thống nhiều dây dẫn hoặc có thể là thiết

bị điều khiển hợp nhất Trong những thiết bị điều khiển nối tiếp, công suất phản kháng được bù độc lập cho mỗi đường dây, tuy nhiên công suất tác dụng giữa các đường dây được trao đổi qua nguồn liên kết Khả năng chuyển công suất tác dụng

của thiết bị điều khiển nối tiếp – nối tiếp hợp nhất tạo ra sự cân bằng cả dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng trong các dây dẫn, tận dụng tối đa hệ thống truyền tải

HVTH: NGUY N Đ C C NG

Thi ết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với song song (Combined series – shunt Controllers): Đây là sự kết hợp các thiết bị điều khiển song song và nối tiếp riêng rẽ

được điều khiển kết hợp hoặc điều khiển hợp nhất dòng năng lượng với các phần tử

nối tiếp và song song Về nguyên lý, những thiết bị điều khiển song song và nối tiếp kết hợp bù dòng điện vào hệ thống với những phần tử điều khiển song song và bù

điện áp trên đường dây với những phần tử bù nối tiếp

Trong hình 2.2, Cột đầu tiên bao gồm các thiết bị cổ điển xây dựng dựa trên các thành phần có thể đóng ngắt được hoặc cố định giống như điện trở, điện cảm

hoặc điện dung có các sự chuyển đổi với nhau

Các thiết bị FACTS chứa các thành phần như là các van điều khiển công suất bơm vào hoặc rút ra Cột bên trái của thiết bị FACTS sử dụng các van Thyristor

hoặc bộ nghịch lưu Các van này hoặc các bộ nghịch lưu này được biết trong những năm gần đây Chúng có tổn hao thấp bởi vì tần số chuyển mạch của chúng thấp

Cột bên phải của thiết bị FACTS chứa nhiều công nghệ tiên tiến của các bộ nghịch lưu áp chủ yếu dựa trên các IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors) hoặc

IGCT (Insulated Gate Commutated Thyristors) Bộ nghịch lưu áp cung cấp các điện

áp có thể điều khiển tự do về độ lớn và pha bằng cách điều chế độ rộng xung của các IGBT hoặc IGCT Tần số điều chế cao cho phép các sóng hài thấp trong các tín

hiệu ngõ ra và sang bằng các sự nhiễu loạn đến từ lưới Do tần số chuyển mạch ngày càng tăng, sự tổn thất cũng ngày càng tăng Vì vậy các bộ nghịch lưu được thiết kế đặc biệt để đảm bảo các yêu cầu bù công suất và giảm tổn hao

Kết luận, ngoại trừ loại SVC, công nghệ FACTS nói chung còn rất mới mẻ Loại SVC được sử dụng nhiều nơi trên thế giới bởi vì tính vận hành kinh tế và hiệu

quả của nó Trong thị trường điện cạnh tranh, FACTS giúp cho người điều hành hệ

thống lưới điện giải quyết được việc tắc nghẽn tải trên hệ thống và vận hành một cách tối ưu nhất, giảm giá thành sản xuất điện, đảm bảo an toàn tin cậy trong hệ

thống Tuy nhiên, thiết bị FACTS là rất đắt, vì vậy, khi xem xét sử dụng công nghệ này, chúng ta cần phải phân tích về kinh tế và kỹ thuật để lựa chọn cho phù hợp

HVTH: NGUY N Đ C C NG

Hình 2.3: M ột vài ứng dụng thiết bị FACTS trong hệ thống điện

2.3 M t s thi t b FACTS

2.3.1 SVC (Static Var Compensator)

SVC là thiết bị bù song song dùng để phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng có thể điều chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của thyristor, được tổ hợp

từ hai thành phần cơ bản:

- Thành phần phản kháng để tác động về mặt công suất phản kháng (có thể phát hay tiêu thụ công suất phản kháng tuỳ theo chế độ vận hành)

- Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như thyristor, các cửa đóng mở (GTO – Gate Turn Off )

SVC được cấu tạo từ ba phần tử chính bao gồm:

- Cuộn kháng điều chỉnh bằng thyristor (TCR – Thyristor Controlled Reactor): Có chức năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng tiêu thụ

- Cuộn kháng đóng mở bằng thyristor (TSR – Thyristor Switched Reactor):

Có chức năng tiêu thụ công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor

- Bộ tụ đóng mở bằng thyristor (TSC – Thyristor Switched Capacitor): Có

chức năng phát công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor

HVTH: NGUY N Đ C C NG

Hình 2.4: C ấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC

Sử dụng SVC cho phép nâng cao khả năng tải của đường dây một cách đáng

kể mà không cần dùng đến những phương tiện điều khiển đặc biệt và phức tạp trong

vận hành Các chức năng chính của SVC bao gồm:

- Điều khiển điện áp tại nút có đặt SVC, 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 hệ thống điện

- Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện

- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện như:

ngắn mạch, mất tải đột ngột

Ngoài ra , SVC cũng có các chức năng mang lại hiệu quả khá tốt cho quá trình vận hành hệ thống điện như:

- Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh

- Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây

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

- Giảm tổn thất công suất và điện năng

2.3.2 STATCOM (Static Synchronous Compensator)

STATCOM là sự hoàn thiện của SVC, bao gồm các bộ tụ điện được điều chỉnh bằng các thiết bị điện tử như thyistor, có cửa 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

HVTH: NGUY N Đ C C NG

Hình 2.5: C ấu hình của 1 STATCOM

Các tính năng của STATCOM cũng giống như của SVC nhưng khả năng điều chỉnh, điều khiển các thông số của STATCOM ở mức cao hơn, bao gồm:

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

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

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

mạch ) trong hệ thống điện

o Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện

o Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện như ngắn

mạch, mất tải đột ngột

o Ngoài ra, STATCOM còn có đặc điểm nổi 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 công suất phản kháng khi điện áp thanh cái nhỏ hơn điện áp lưới và ngược lại, tiêu thụ công suất phản kháng khi điện áp thanh cái lớn hơn điện áp lưới

2.3.3 TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor)

Tương tự như SVC, phần tử TCSC là thiết bị điều khiển trở kháng nhanh của đường dây và hoạt động trong điều kiện ổn định của hệ thống điện Nó được tổ hợp từ một hay nhiều module TCSC, mỗi một module bao gồm hai thành phần cơ bản:

 Thành phần cảm kháng có thể thay đổi được điện dung nhờ bộ điều chỉnh van thyistor

 Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như van thyristor, các

cửa đóng mở GTO,

Ngoài ra, TCSC còn 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 hệ thống điện

Các chức năng chính của TCSC bao gồm:

o Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh

o Giảm sự thay đổi điện áp

HVTH: NGUY N Đ C C NG

o Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây

o Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện

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

o Hạn chế hiện tượng cộng hưởng tần số thấp trong hệ thống điện

Tuy nhiên, TCSC còn có nhiều chức năng khác có thể tăng tính linh hoạt trong vận hành các đường dây siêu cao áp nói riêng và HTĐ nói chung Tuỳ theo yêu cầu của

từng đường dây siêu cao áp 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

Hình 2.6: C ấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC

2.3.4 SSSC (Static Synchronous Series Compensator)

Trong khi TCSC có thể được mô hình hóa như là một dãy trở kháng, SSSC là một dãy nguồn điện áp Cấu hình nguyên tắc được thể hiện trong hình 2.7, về cơ bản giống như STATCOM

Hình 2.7: C ấu hình của 1 SSSC

Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh (SSSC) là một thiết bị sử dụng thiết bị điện tử để điều khiển dòng công suất và cải thiện tắt dần dao động điện năng trên lưới điện SSSC bơm vào một điện áp mắc nối tiếp với các đường dây truyền tải, nơi nó được

HVTH: NGUY N Đ C C NG

kết nối SSSC bao gồm một bộ chuyển đổi nguồn điện áp kết nối nối tiếp với các đường dây truyền tải thông qua một biến áp SSSC có thể nhanh chóng cung cấp cả điện dung và trở kháng bù độc lập của đường dây điện hiện tại Hơn nữa, một SSSC với một bộ điều khiển giảm xóc bên ngoài được thiết kế phù hợp cũng có thể được

sử dụng để giảm xóc của các dao động điện tần số thấp trong một mạng lưới điện

ng dụng của SSSC trong hệ thống điện có nhiều như : Phân luồng công suất, điều khiển điện áp, giảm dao động công suất…

2.3.5 DFC (Dynamic Flow Controller)

Bộ điều khiển dòng công suất động (DFC) là một thiết bị gồm một máy biến áp dịch chuyển pha (PST- Phase Shifting Transformer) và bộ bù nối tiếp chuyển mạch,

DFC cung cấp bù nối tiếp hoặc bù song song Sơ đồ đường dây đơn tuyến được thể hiện trong hình 2.8 Bộ điều khiển dòng công suất động bao gồm các thành phần sau:

- Một máy biến áp dịch chuyển pha tiêu chuẩn với đầu phân áp (PST)

- Các kết nối nối tiếp bộ tụ chuyển mạch Thyristor và các cuộn trở kháng (TSC / TSR)

- Một tụ song song chuyển mạch cơ (MSC - Mechanaically Switched Shunt Capacitor) (Đây là tùy chọn phụ thuộc vào các yêu cầu công suất phản kháng hệ thống)

Hình 2.8: C ấu hình nguyên tắc của DFC

Căn cứ vào các yêu cầu hệ thống, một DFC có thể bao gồm một số dãy nối

tiếp TSC hoặc TSR Tụ song song chuyển mạch cơ (MSC) sẽ cung cấp hỗ trợ điện

áp trong trường hợp quá tải và các điều kiện khác

Sự hoạt động của một DFC được dựa trên các quy tắc sau đây:

Để hình dung phạm vi hoạt động trạng thái ổn định của DFC, chúng ta giả định một

cuộn cảm song song đại diện cho các nhánh truyền tải song song Mục tiêu điều khiển tổng thể trong trạng thái ổn định sẽ là điều khiển việc phân phối dòng công suất giữa nhánh với DFC và nhánh song song Kiểm soát này được thực hiện bằng cách điều khiển điện áp nối tiếp bơm vào

2.3.6 IPFC (Interline Power Flow Controller)

Mục tiêu của IPFC là để điều khiển dòng công suất của nhiều đường dây hoặc một mạng đơn giản chứ không phải là điều khiển dòng chảy công suất của đường dây đơn như DFC hay UPFC IPFC kết hợp hai hoặc nhiều bộ chuyển đổi nối tiếp

Khi lưu lượng công suất của hai đường dây bắt đầu từ một trạm biến áp cần được điều khiển, một bộ điều khiển dòng công suất liên kết (IPFC) có thể được sử dụng IPFC bao gồm hai VSC (Voltage Source Converters) nối tiếp có tụ DC ghép chung Điều này cho phép công suất tác dụng luân chuyển giữa các VSC Hình 2.9 cho thấy các cấu hình nguyên tắc của 1 IPFC Với cấu hình này, hai đường dây có thể được điều khiển đồng thời để tối ưu hóa việc sử dụng mạng

HVTH: NGUY N Đ C C NG

Hình 2.9: Cấu hình nguyên tắc của 1 IPFC

2.3.7 UPFC- (Unified power flow controller)

UPFC có thể được xem bao gồm hai bộ chuyển đổi nguồn điện áp (Voltage Source Converters-VSC) nối chung với một tụ điện DC Hai VSC này kết nối tựa lưng nhau, với một VSC kết nối với lưới AC bằng cách sử dụng một biến áp shunt

và VSC thứ hai kết nối với lưới AC sử dụng một biến áp nối tiếp Sơ đồ đơn giản của UPFC được đưa ra trong hình 2.10.a) và mạch tương đương ở hình 2.10.b)

HVTH: NGUY N Đ C C NG

Hình 2.10 :Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất (UPFC)

UPFC là thiết bị điện tử công suất linh hoạt và phức tạp nhất, đồng thời cho phép điều khiển dòng công suất tác dụng, dòng công suất phản kháng, và biên độ điện áp tại đầu cuối UPFC Ngoài ra, bộ điều khiển có thể được cài đặt để kiểm soát một hoặc nhiều thông số này với kết hợp bất kỳ hoặc không điều khiển

Công suất tác dụng được yêu cầu cho bộ chuyển đổi nối tiếp được rút ra bởi

bộ chuyển đổi shunt từ mạng lưới AC và cung cấp cho nút m thông qua liên kết DC Điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi nối tiếp được cộng thêm vào điện áp nút, ta nói rằng nút k, để tăng điện áp nút m Biên độ điện áp của điện áp đầu ra VcR cung cấp điều chỉnh điện áp, và góc pha �cR quyết định chế độ điều khiển dòng công suất

Ngoài việc cung cấp một vai trò hỗ trợ trong việc trao đổi công suất tác dụng diễn ra giữa bộ chuyển đổi nối tiếp và hệ thống AC, bộ chuyển đổi shunt cũng có

I2: Vectơ dòng của UPFC

XC: Điện kháng bù

UC: Điện áp bù

Ul: Vectơ điện áp nhận

: Góc lệch giữa U2 và Ul

X: Điện kháng của đường dây truyền tải

: Góc lệch pha giữa điện áp đầu và cuối của đường dây

Trong 3 chế độ vận hành trên của UPFC thì chế độ 2 và chế độ 3 có ưu điểm hơn chế độ 1 vì có thể điều khiển dòng công suất tác dụng P, ngay cả khi góc pha 

rất nhỏ Trong chế độ 1, nếu dòng trong thành phần bù dọc (series compensator)

giảm thì khả năng điều khiển của UPFC cũng giảm theo Hơn nữa, trong chế độ 1

và chế độ 2, công suất của thành phần bù ngang (shunt compensator) có thể giảm tối thiểu vì dòng công suất đi qua liên kết 1 chiều gần như bằng 0

2.3.8 TCPAR- (Thyristor controlled phase angle regulator)

Thiết bị TCPAR là một khái niệm mới ứng dụng thyristor để điều chỉnh góc

lệch pha của điện áp pha trên đường dây Nó có tác dụng điều khiển công suất truyền tải của đường dây

Về mặt cấu tạo, nó như một máy biến áp 3 cuộn dây nối song song với đường dây truyền tải và có thể điều chỉnh góc lệch của điện áp Uf truyền tải trên đường dây

Hình 2.11: Cấu tạo và nguyên lý của TCPAR

HVTH: NGUY N Đ C C NG

Các tính năng của TCPAR cũng như của các thiết bị bù có điều khiển khác nhưng chức năng của nó là điều chỉnh góc pha của điện áp trên đường dây Khả năng điều khiển trào lưu công suất rất cao

Các tính năng của TCPAR bao gồm:

 Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút bù

 Tăng cường tính ổn định tĩnh của hệ thống điện

 Tăng cường tính ổn định động của hệ thống điện

 Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện như ngắn

- Trong thực tế vận hành, tuỳ theo yêu cầu điều chỉnh điện áp, trào lưu công suất, nâng cao ổn định hay giảm dao động công suất trên đường dây mà ta lựa chọn các thiết bị hợp lý dựa trên khả năng của chúng, được thể hiện qua hình 2.12 và 2.14

Hình 2.12: Tác động điều khiển của một số thiết bị bù tĩnh trong hệ thống điện

HVTH: NGUY N Đ C C NG

Hình 2.13: Mô hình một số thiết bị bù tĩnh trong hệ thống điện

Bảng 2.1: so sánh các chức năng của từng thiết bị bù có điều khiển bằng thyristor