Ứng dụng thiết bị SVC để nâng cao độ ổn định điện áp trong hệ thống điện

Việc ứng dụng các thiết bị bù CSPK chất l ợng cao điều khiển bằng thyristor đư tr thành một nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao tính n định và hiệu quả sử dụng của hệ thống cung cấp điện HTC

TÓM T T LU ẬN VĔN

H th ngăđi năă(HTĐ)ăđóngăvaiătròăquanătr ngăđ i v i sự phát tri n kinh t

c a m i qu c gia, vì nó là m t trong nhữngăc ăs h t ng quan tr ng nh t c a nền kinh t qu c dân.Do sự phát tri n kinh t và các áp lực về môiătr ng, sự c n ki t tƠiănguyênăthiênănhiên,ăcũngănh ăsự tĕngănhanhănhuăc u ph t i, sự thayăđ i theo

h ng th tr ng hóa ngành đi n lựcălƠmăchoăHTĐăngƠyăcƠngătr lên r ng l n về quy mô, ph c t p trong tính toán thi t k , v năhƠnhădoăđóămƠăHTĐăđ c v n hành

r t g n v i gi i h n về năđ nh.Theo k t qu nghiên c u,ăHTĐăcóăth b s păđ là

do sự m t năđ nhăđi n áp trong h th ng Chính vì v yămƠătrongăđề tài này chúng tôi t p trung nghiên c u về n đ nhăđi n áp bằng cách phân tích năđ nhăđi n áp dựa vƠoăđ ng cong PV, QV,đ c bi t là phân tích các k t qu mô ph ng đ kh o sát quan h công su t tác d ng, công su t ph n kháng vƠăđi n áp t i nút t iăđ tìm gi i

h n năđ nhăđi n áp lƠmăc ăs xây dựng miền làm vi căchoăphépătheoăđiều ki n gi i

h n năđ nhăđi n áp t i nút t i Trênăc ăs đóăcóăcácăbi n pháp khác nhau đ c i thi năđ dự trữ năđ nhăđi n áp t i các nút y u nh ăbùăcôngăsu t ph n kháng tùy thu c vào yêu c u kinh t k thu t mà lựa ch n thi t b vƠăph ngăphápăphùăh p

Trong lu năvĕnănƠyăchúngătôiăđƣă nghiên c u hi u qu sử d ng thi t b bù SVC trênăl iăđi n nhằmăđ nâng cao đ năđ nhăđi n áp trong h th ng

V i n i dung nêu trên lu năvĕnăđ c trình bày trong các ph n sau

PH N N I DUNG

V i m c tiêu trên, lu năvĕnăđ c trình bày trong b năch ng:

Ch ngă1:ă năđ nhăđi n áp

Ch ngă2:ăBùăcôngăsu t ph n kháng

Ch ngă3: T ng quan về công ngh FACTS

Ch ngă4: ng d ng c a thi t b bù SVC trong vi c nâng cao năđ nh h

of natural resources,as well as the rapid increase in load demand, The change in the direction of the market electrical power sector to make the power system more and more large in scale, complex in design calculations and operations So that the power system is operating very close to the limit of stability.According to research results, power system could break down due to instability in the system voltage.Therefore, in this topic we focused to research about stable voltage by voltage stability analysis based on curve PV, QV, especially the analysis of the simulation results to presents a method of studying the relationship between the active power,reactive power and voltage at the load bus to identify the voltage stability limit As

a foundation for building a permitted operation region working in complying with the voltage stability limit at the load bus In this dissertation, a proposal on

necessary solutions to the improvement of the voltage stability margin at weak buses may be discussed as compensator reactive power

This dissertation, we researched effect to use a fast controlled compensator SVC in power system for improving Power System Stability

With the above content, dissertation is presented in the following sections:

PREAMBLE

1 Researched objectives and reason selected topics

2 The object and scope of the study

3 Research Methodology

4 The meaning of scientific research and practical

SECTION CONTENTS

With the above objectives, the dissertation is presented in four chapters:

Chapter 1: Voltage stability

Chapter 2: Reactive power compensation

Chapter 3:Overview of FACTS technology

Chapter 4:Application of SVC compensation equipment to improve power system stability

CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS

1.2.2.Các nguyên nhân c a sự c tan ra h th ngăđi nầầầ ầầầầầ ầ.ă8

1.2.3.C ăch xẩy ra sự c tan rã h th ngăđi nầầ ầầầầầầầầầầ 9

1.3.1ăăCácăđ nhănghƿaăvề năđ nhăđi n ápầầầầầầầầầầ ầầầầầầăă9

1.3.2 Sự m t năđ nh và s păđ đi n áp ầầầ.ầầầầầầầầầầầầ ăă11

1.3.3.ăăĐ ng cong PV, QV trong phân tích năđ nhăđi n ápầầ.ầầầầầầăă11

2.1.ăĐ căđi m tiêu th đi n c aăl iăđi n phân ph iầầầ ầầầầầầầầă 20

2.1.1.ăĐ căđi mầầầầầầầầầầầ ầầầầầầầầầầầầầầ.ăă20

2.1.2 Bù công su t ph n kháng cho l iăđi n phân ph iầầầ ầ ầầầầ 21

2.1.2.1 B n ch t c a h s công su tầầầầầầầầầầầầ.ầầầầầ 21

2.1.2.2.ăýănghƿaăc a vi c nâng cao h s cosầầ.ầầầầầầ.ầầầầầ 23

2.1.2.3 Các bi n pháp nâng cao h s công su tầầầầ ầầầ.ầầầầầ 24

2.1.2.3.1.ăNhómăcácăph ngăphápătự nhiênầầầầầầầ.ầầầầầầầ 24

2.1.2.3.2 Nhóm các ph ngăphápănhơnăt o nâng cao h s cos ầầ.ầầầầ 27

2.2ăăĐ căđi m tiêu th đi n c aăl iăđi n truyền t i ( cao áp, siêu cao áp )ầ ầ 30

2.2.1 H th ngăđi n h p nh t và những yêu c uăđiều ch nh nhanhầầ ầầầă 30 2.2.1.1.ăĐ căđi mầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.ầầ 30 2.2.1.2 Các bi n pháp áp d ng trong công ngh truyền t iầầ.ầầầầầầ 31 2.2.1.3 Bù d c và bùăngangătrongăđ ng dây siêu cao ápầầầầầầầầ.ầ 32 2.2.1.3.1 Bù d cầầầầầầầầầầầầầầầ.ầầầầầầ ầầầ 32

2.2.1.3.3 Nh n xét ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ ầầầ 37 2.3 K t lu nầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 37

CH NG 3: T NG QUAN V CÔNG NGH FACTS……… 38

3.1.ăĐ t v năđề ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 38 3.2 L i ích khi sử d ng thi t b FACTSầầầầầầầầầầầầầầầầ 38 3.3 M t s thi t b FACTSầầầ.ầầầầầầầầầầầầầầầầầ 39 3.3.1 Thi t b bùătƿnhăđiều khi n bằng thyristor ( SVC )ầầầ ầ ầầầầ 39 3.3.2.ăThi tăb ăbùăd căđiềuăkhi năbằngăthyristoră(ăTCSCă)ầầầầầầầầầ 41 3.3.3.ăThi tăb ăđiềuăkhi nădòngăcôngăsu tăh pănh tă(ăUPFCă)ầầ ầầầầ 43 3.3.4.ăThi tăb ăbùăngangăđiềuăkhi năthyristoră(ăSTATCOMă)ầầầầ ầầ 43

4.1 Kh nĕngă ng d ng c a SVC trong h th ngăđi nầầ ầ ầầầầầầ 49 4.1.1.ăĐ t v năđềầầầầầầ ầ.ầầầầầầầầầầầầầầầầầ 49 4.1.2 M t s ng d ng c a SVCầầầầầ.ầầầầầầầầầầầầầầ 50 4.1.2.1.ăĐiều ch nhăđi n áp và trào l uăcôngăsu tầầ ầầầầầ.ầầầầ 50 4.1.2.2 Gi i h n th iăgianăvƠăc ngăđ quá áp khi x y ra sự c ầầầ.ầầầ 52 4.1.2.3.ăỌnăhòaădaoăđ ng công su t hữu côngầầ ầ.ầ.ầầầầầầầầ 53 4.1.2.4 Gi măc ngăđ dòngăđi n vô côngầầầầầầầ.ầầầầầầầ 53 4.1.2.5 Tĕngăkh nĕngăt i c aăđ ng dâyầầầ ầầầầầầầầầầầ 54 4.1.2.6 Cân bằng các ph t iăkhôngăđ i x ngầầầầầầầầầầầầầầă56 4.1.2.7 C i thi n năđ nh sau sự c ầầầầầầầầầầầầầầầầầầă57 4.1.3 C u t o và nguyên lý làm vi c từng ph n tử c a SVC ầầầầầầầ 58 4.1.3.1.ăKhángăđiều ch nh bằng thyristor TCR (thyristor controlled reactor)ầầ 58 4.1.3.2 T đóngăm bằng thyristor TSC ( thyristor switch capacitor)ầầầầ 61 4.1.3.3.ăKhángăđóngăm bằng thyristor TSR ( thyristor switch reactor)ầầầ 62 4.1.3.4 H th ngăđiều khi n các van trong SVCầầầ ầầầầầầầầầ 63 4.1.4.ăCácăđ c tính c a SVCầầầầ ầầầầầầầầầầầầầầầầ 64 4.1.4.ă1.Đ cătínhăđiều ch nh c a SVCầ.ầầầầầầầầầầầầầầầ 64 4.1.4 2.Đ c tính làm vi c c a SVCầầầ ầầầầầầầầầầầầầ 66

1 K T QU KH OăSỄTăĐ C TÍNH QUAN H CÔNG SU T TÁC D NG VÀ

ĐI N ÁP T I NÚT PH T I ầầầầầầầầầầầầầầầ 70

2 K T QU KH OăSỄTăĐ C TÍNH QVầ ầầ ầầầầầầầầầầăăă78 3.ăCH NGăTRỊNHăPHÂNăB CÔNG SU TăTĔNGăT IăĐ N M T N

Đ NH ậ KH O SÁT V I SVCầầầầầầ.ầầầầầầầầầầầầ 89

K T LU ẬN VÀ KI N NGH ……….……….… 118

TCSC :Thyristor Controlled Series Compensator - Thi t b bù d căđiều khi n bằng thyristor

TSR: Thyristor Switched Reactor - Kháng đi năđóngăm bằng thyristor TSC : Thyristor Switched Capacitor - T đi năăđóngăăm bằng thyristor UPFC: Unified Power Flow Control - Thi t b điều khi n dòng công su t h p TB: Thi t b

Hình 2.2: Hi u qu c a bù d cătrênăđ ng dây siêu cao ápầầầầầ.ầầầ 34

Hình 3.1 :ăS ăđ nguyên lý SVCầầầầầầầầầầầầ.ầầầầầầ 40

Hình 3.2:ăS ăđ ănguyênălýăvƠăho tăđ ngăc aăTCSCầầầầầầầầ.ầầầ 42

Hình 3.3 :ăS ăđ ăc uătrúcăStatcomầầầầầầầầầầầầầầầầầ 44

Hình 3.4:ăS ăđ ănguyênălýăho tăđ ngăc aăStatcomầầầầầầầầầầầ 44

Hình 3.5 :ăNguyênălýăbùăc aăb ăbùầầầầầầầầầầầầầầầầầ 45

Hình 3.6: Tr ngătháiăh păth ăcôngăsu tăph năkhángăc aăb ăbùầầầầầầ 46

Hình 3.7:ăTr ngătháiăphátăcôngăsu tăph năkhángăc aăb ăbùầầầầầầầ 47

Hình 4.1: Điều ch nhăđi n áp t i nút ph t i bằng SVCầầầầầầầầầ 51

Hình 4.2: Sự thayăđ iăđi n áp t i thanh cái ph t iăkhiăcóăvƠăkhôngăcóăđ t SVC 52

Hình 4.3: Quan h th iăgianăvƠăđi n áp quá ápầầầầầầầầầầầầầ 52

Hình 4.4: Đ c tính công su t truyền t i c a h th ng khi có và không có SVCầ.55

Hình 4.5:ăĐ c tính công su t khi có và không có SVCầầầầầầầầầầ 58

Hình 4.6: Nguyên lý c u t o TCRầầầầầầầầầầầầầầầầ.ầ 59

Hình 4.7: Các sóng hài b c cao trong TCRầầầầ.ầầầầầầầầầ.ầ 60

Hình 4.8 Nguyên lý c u t o TSCầầầầầ.ầầầầầầầầầầầ.ầ 61

Hình 4.9 Nguyên lý c u t o TSRầầầầầầ.ầầầầầầầầầ.ầầ 62

Hình 4.10: H điều khi n các van c a SVCầầ.ầầầầầầầầầ.ầầầ 63

Hình 4.11.ăS ăđ nguyên lý và ho tăđ ngăhaiăthyristorăng c nhauầ.ầầ ầ 65

Hình 4.12:Đ c tính U-I c a SVCầầầầầầầầầầầầầầ.ầ.ầ.ầ 66

Hình 4.13.ăS ăđ nguyên lý làm vi c c a SVCầầầầầầầầ.ầầ ầầ 67

Hình 4.14.ăĐ c tính làm vi c c aăSVCăđiều ch nhătheoăđi n ápầầầ.ầ.ầầ 68

Hình 4.15.ăĐ c tính làm vi c mềm c aăSVCăđiều ch nh theoăđi n ápầ.ầ ầ 69

B ng 3.1 So sánh các ch cănĕngăc a từng thi t b bùăcóăđiều khi n bằng

PH N M Đ U

1 M c đích nghiên c u và lý do chọn đ tài

Trong chế độ vận hành bình th ng của HTĐ (vận hành trạng thái n định)

việc sản xuất công suất tác dụng (CSTD) phải đáp ứng đ ợc nhu cầu tiêu thụ (kể cả các t n thất), nếu không thì tần số hệ thống sẽ bị thay đ i Cũng vậy, có một sự gắn

bó chặt chẽ giữa điều kiện cân bằng công suất phản kháng (CSPK) với điện áp các nút hệ thống Công suất phản kháng một khu vực nào đó quá thừa thì đó sẽ có

hiện t ợng quá điện áp (điện áp quá cao), ng ợc lại, thiếu CSPK điện áp sẽ bị sụt thấp Nói khác đi, cũng nh đối với công suất tác dụng, CSPK luôn phải đ ợc điều

chỉnh đề giữ cân bằng Việc điều chỉnh CSPK cũng là yêu cầu cần thiết nhằm giảm

nhỏ t n thất điện năng và đảm bảo n định hệ thống

Tuy nhiên có sự khác nhau cơ bản giữa điều chỉnh CSTD và điều chỉnh CSPK Tần số hệ thống sẽ đ ợc đảm bảo bằng việc điều chỉnh CSTD bất kỳ máy phát điện nào (miễn sao giữ đ ợc cân bằng giữa t ng 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 CSPK theo từng khu vực Nh vậy ngu n CSPK cần đ ợc 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 l ợng lớn các thiết bị sản xuất và tiêu thụ công

suất phản kháng: Máy bù đ ng bộ, tụ điện, kháng điện Chúng đ ợc lắp đặt và điều chỉnh nhiều vị trí trong l ới truyền tải và phân phối điện (gọi là các thiết bị

bù CSPK)

Tr ớc đây, việc điều chỉnh CSPK của các thiết bị bù th ng đ ợc thực hiện đơn giản: Thay đ i từng nấc (nh đóng cắt bằng máy cắt cơ khí) hoặc thay đ i kích

từ (trong máy bù đ ng bộ) Chúng chỉ cho phép điều chỉnh thô hoặc theo tốc độ

chậm Kỹ thuật thyristor công suất lớn đó m ra những khả năng mới, trong đó việc

ra đ i và ứng dụng các thiết bị bù tĩnh điều chỉnh nhanh công suất lớn - SVC (Static Var Compensator ), đó giải quyết đ ợc những yêu cầu mà các thiết bị bù

c điển ch a đáp ứng đ ợc, nh tự động điều chỉnh điện áp các nút, giảm dao động công suất nâng cao n định hệ thống

Việc ứng dụng các thiết bị bù CSPK chất l ợng cao điều khiển bằng thyristor

đư tr thành một nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao tính n định và hiệu quả sử dụng của hệ thống cung cấp điện (HTCCĐ) nói chung cũng nh đối với các phụ tải có công suất phản kháng thay đ i nhanh

Với ý nghĩa trên, mục đích của đề tài luận văn đ ợc xác định là:

+ Nghiên cứu tìm hiểu các đặc điểm, tính năng hoạt động, chế độ làm việc

và mô hình tính toán của các thiết bị tự động điều chỉnh linh hoạt (FACTS) đặc

biệt là thiết bị bù điều chỉnh nhanh (SVC) trong HTCCĐ

+ Nghiên cứu, đánh giá, xác định hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của SVC khi

đ ợc lắp đặt vào HTCCĐ

2 Đ i t ng và ph m vi nghiên c u

 Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor SVC

 Hiệu quả của việc ứng dụng các thiết bị bù (SVC) trên l ới điện

Các kết quả nghiên cứu của luận văn nhằm tìm hiểu sâu về công nghệ FACTS, đặc biệt chú ý công nghệ SVC và mô hình hoá các thiết bị FACTS trong các ph ơng trình cơ bản tính toán chế độ xác lập (CĐXL) của HTCCĐ

Bằng kết quả mô phỏng chứng minh hiệu quả giảm t n thất điện áp, t n thất công suất trên đ ng dây và tính linh hoạt trong việc điều chỉnh trào l u công suất

PH N N I DUNG

CH NG 1:

N Đ NH ĐI N ÁP

1.1 Đ t v n đ

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

1985 đến nay đư tăng tr ng với tốc độ bình quân 7%/năm Nhiều khu công nghiệp lớn, khu kinh tế m và khu dân c mới đ ợc hình thành, để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện tăng nhanh theo tốc độ tăng tr ng của phụ tải, Nhà n ớc đư huy động một ngu n vốn lớn để đầu t phát triển Hệ thống điện Ngày 27/5/1994 đư đóng điện

đ a đ 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 l ới 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 đ ng dây siêu cao áp đư xuất hiện nhiều vấn đề kỹ thuật khá phức tạp cần đ ợc giải quyết trong thiết kế cũng nh vận hành Một trong những vấn đề đó là l ợng công suất phản kháng do các đ ng dây siêu cao áp sinh ra rất lớn tỉ lệ với bình ph ơng điện áp, đư gây ảnh h ng đến khả năng tải của đ 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 th ng lắp đặt các tụ bù dọc và kháng bù ngang trên các đ ng dây truyền tải, trong HTĐ Việt Nam trên các đoạn đ ng dây 500kV có khoảng cách lớn, hai đầu đ ợc 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 l u công suất trên các đ ng dây truyền tải th 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 đ ng dây 500kV luôn mức cao, công suất trên đ ng dây 500kV Pleiku – Đà Nẵng khoảng 1600MW và trên

đ ng dây 500kV Đà Nẵng – Hà Tĩnh là 1200MW nên điện áp các thanh cái 500kV Đà Nẵng, Dốc Sỏi, Hà Tĩnh th ng mức thấp vào khoảng 475kV giới hạn thấp nhất của điện áp vận hành bình th 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 đư 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 t ợng tan rư l ới trên diện rộng (black-out) cũng đư xảy ra đối với nhiều HTĐ trên Thế giới nh : 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 tr ng hợp trên đều liên quan đến mất n định điện áp

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

phụ tải tăng nhanh, do đó các đ 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 d ới mức cho phép và có thể tiến đến mức giới hạn về n định điện áp Mặt khác, n ớc ta đang trong giai đoạn thực hiện vận hành thị tr ng điện lực khâu phát điện và sẽ tiến tới thị tr ng bán buôn và sau đó là thị tr ng bán lẽ theo lộ trình Chính phủ đư đề

ra Khi đó ph ơng thức điều độ vận hành hệ thống điện sẽ phức tạp hơn nhiều và công suất truyền tải trong l ới 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 ph ơng… nên việc nghiên cứu n định điện áp

để đảm bảo an toàn trong vận hành hệ thống điện càng đ ợc đặc biệt quan tâm

1.2 Phân tích nh ng s ự c tan rã h th ng đi n gần đơy

1.2.1 Nh ng s ự c tan rã h th ng đi n gần đơy trên th giới:

Trong vòng hơn 20 năm, đư có rất nhiều sự cố tan rư HTĐ xảy ra trên khắp thế giới với những hậu quả vô cùng to lớn, thậm chí các n ớc phát triển nh Mỹ,

Nhật Bản, Tây Âu…

 Sự cố tan rư HTĐ tại Florida – Mỹ ngày 17/05/1985: Một sự cố phóng điện dẫn đến việc cắt ba đ ng dây 500kV đang mang tải nhẹ dẫn đến sụp đ điện

áp và tan rư hoàn toàn HTĐ trong vòng vài giây L ợng tải bị mất khoảng 4292

MW Nguyên nhân của sự cố tan rư HTĐ là quá trình sụp đ điện áp trong khoảng th i gian quá độ

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

đô Tokyo có th i tiết rất nóng, dẫn đến l ợng tải tiêu thụ do điều hòa nhiệt độ tăng cao Sau th i gian bu i tr a, l ợng tải tăng lên khoảng 1% /1 phút (t ơng

đ ơng với 400 MW/1 phút) Mặc dù, các tụ bù đư đ ợc đóng hết, nh ng 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 t ơng 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 l ợng 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

 Sự cố tan rư HTĐ tại Phần Lan 8/1992, HTĐ đ ợc vận hành rất gần với giới hạn an ninh cho phép, l ợng công suất nhập khẩu từ Thụy Điển khá lớn, chính

vì vậy mà vùng miền Nam của Phần Lan chỉ có 3 t máy nối trực tiếp với hệ

thống truyền tải 400kV Sự cố mất một t máy 735 MW đ ng th i với việc bảo

d ỡng định kỳ một đ ng dây 400kV đư làm giảm l ợng công suất phản kháng truyền tải dẫn đến điện áp trên l ới 400kV giảm xuống còn 344 kV Điện áp đư đ ợc khôi phục bằng cách kh i động các nhà máy điện dùng tuabin khí và xa thải một l ợng phụ tải

 Sự cố tan rư HTĐ tại các bang Miền bắc n ớc Mỹ - Canada (North American Electricity Reliability Council (NERC-USA) ngày 14/08/2003 Dựa trên các

điều tra của NERC, HTĐ lúc đó đạng vận hành trạng thái mang tải nặng và rất thiếu công suất phản kháng trong vùng Cleveland, Ohio Hệ thống đánh giá

trạng thái, và phân tích sự cố th i gian thực của vùng Midwest ISO (MISO) (state estimator -SE và real time contingency analysis RTCA) đư không

hoạt động đúng do có sự cố ẩn bên trong từ khoảng 12gi 15 phút đến 16gi

04 phút Điều này đư ngăn cản MISO đ a ra các cảnh báo sớm trong việc đánh giá trạng thái của HTĐ Tại trung tâm điều khiển hệ thống điện FE (First Energy control center) đư xảy ra một sự cố h hỏng phần mềm máy tính trong

hệ thống quản lý năng l ợng (Energy Management System EMS) lúc 14 gi 14 phút Những h hỏng này đư khiến FE không thể đánh giá đúng đ ợc tình

trạng làm việc và đ a ra những cảnh báo sớm và biện pháp phòng ngừa Sự cố đầu tiên xảy ra trong hệ thống FE, lúc 13 gi 31 phút, t máy số 5 của nhà máy điện Eastlake bị cắt ra do quá kích thích, và một số t máy khác trong vùng FE

và phía bắc của Ohio đang vận hành chế độ quá tải về công suất phản kháng, trong khi đó tải công suất phản kháng trong khu vực này tiếp tục tăng cao Mặc

dù các kỹ s vận hành đư cố gắng khôi phục lại hệ thống tự động điều chỉnh điện áp, nh ng t máy số 5 vẫn bị cắt ra, dẫn đến đ ng dây 345kV trong vùng

FE Chamberlin-Harding 345 kV bị cắt ra lúc 15gi 05 phút do phóng điện từ dây dẫn vào cây trong hành lang tuyến mặc dù lúc đó đ ng dây này chỉ mang 44% tải định mức Tiếp theo là đ ng dây 345kV Hanna-Juniper đang mang tải 88 % cũng bị cắt ra do phóng điện vào cây trên hành lang tuyến lúc 15 gi

32 phút Một đ ng dây 345kV khác đang mang tải 93% là Star-Canton cũng

bị cắt ra do phóng điện vào cây lúc 15 gi 41 phút Trong khoảng th i gian này, vì hệ thống phần mềm của trung tâm điều khiển FE và MISO bị hỏng, nên không hề có một hành động ngăn chặn nào Tiếp sau đó là một loạt các đ ng dây tải điện trong hệ thống 138 kV bị cắt ra trong khoảng 15 phút tiếp theo,

nh ng vẫn không có sự xa thải phụ tải nào Sự cố nguy kịch nhất dẫn đến việc

mất điều khiển HTĐ và mất điện lan rộng trong vùng Ohio sau khi đ ng dây 345kV Sammis-Star 345 kV bị cắt ra lúc 16 gi 05phút 57 giây Vào khoảng

16 gi 10phút 38 giây, do việc mất các đ ng dây liên lạc giữa Ohio và Michigan, công suất trao đ i giữa Mỹ và Canada đư bị thay đ i Tại th i điểm này, điện áp xung quanh vùng Detroit bị giảm thấp do các đ ng dây bị quá tải

nặng HTĐ đư mất n định kết quả là sự mất điện hàng loạt, với việc cắt hàng trăm t máy, đ ng dây trong một vùng rộng lớn Ng i ta ớc tính khoảng

65000 MW đư bị cắt và phải mất gần 30gi để khôi phục lại HTĐ, dao động công suất, mất n định điện áp là nguyên nhân chính của sự cố tan rư HTĐ

 Sự cố tan rư HTĐ Hy Lạp ngày 12/07/2004 Tr ớc 12h 25phút, HTĐ thủ đô Athens đư rất nặng tải do việc dùng quá nhiều điều hòa nhiệt độ Hơn nữa việc bảo d ỡng 4 đ ng dây và mất một t máy 125 MW, một t máy 300 MW đư làm cho HTĐ rất gần giới hạn n định Cho đến chiều, điện áp giảm xuống khoảng 90% giá trị danh định Vào lúc12h 30phút để giảm sụp đ điện áp, xa thải 80 MW tải nh ng phụ tải vẫn tiếp tục tăng lên làm cho điện áp tiếp tục

giảm xuống Cho đến lúc12h 35 phút, các nhà vận hành đư dự định xa thải tiếp

200 MW (nh ng thực tế đư không tiến hành xa thải) Vào lúc 12gi 37 phút, một t máy khác bị cắt ra đư làm cho điện áp sụp đ hoàn toàn Lúc 12gi 39phút, hệ thống bị tách ra bảo vệ đ ng dây tác động, phần HTĐ còn lại bị tách khỏi vùng phía nam, dẫn đến sự cố tan rư HTĐ Athens và đảo Peloponnes T ng l ợng tải bị mất vào khoảng 9 GW

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

Thông th ng, một sự cố tan rư HTĐ là một hiện t ợng phức tạp, với nhiều nguyên nhân khác nhau Một HTĐ bị tan rã là kết quả của một quá trình chia tách,

mất đ 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 nh sau:

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

- Quá trình vận hành HTĐ

- Quá trình bảo d ỡng thiết bị

- Ngoài ra con nhiều nguyên nhân khách quan khác, nh sự h hỏng bất

th ng của thiết bị bảo vệ, hệ thống quản lý năng l ợng (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) đư làm cho các kỹ s vận hành không thể giám sát và đánh giá tình trạng làm việc cũng nh việc đ a ra các biện pháp kịp th i.Hay hiện

t ợng thiên nhiên cũng là một trong những nguyên nhân dẫn đến việc tăng lên bất th ng của phụ tải hay h hỏng thiết bị đ ợc xem là những điều kiện

bất lợi ban đầu cho HTĐ, là nguyên nhân bắt ngu n các sự cố

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

Trong phần tr ớc, chúng tôi đư tóm tắt các sự cố tan rư HTĐ xảy ra gần đây trên thế giới, nh ng 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 th 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

 n đ nh đi n áp khi có kích động lớn: là khả năng của HTĐ vẫn còn duy trì

đ ợc các giá trị điện áp n định sau khi có kích động lớn, chẳng hạn nh h

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 đ ợc hoạt động và

t ơng tác của các thiết bị, chẳng hạn nh động cơ điện, ULTC (bộ chỉnh áp

d ới 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 động nh : là khả năng của HTĐ vẫn còn duy trì

đ ợc điện áp n định khi chịu các tác động nhỏ, chẳng hạn nh , tải thay đ i tăng Dạng n định này chịu tác động b i các đặc tr ng của tải, các điều khiển mang tính chất liên tục, và các điều khiển r i rạc vào một điểm th i gian cho

tr ớc 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 ph ơng trình của hệ thống có thể đ ợc tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc để phân tích và do đó cho phép tính toán đ ợc thông tin

độ nhạy rất hữu ích trong việc nhận dạng các yếu tố ảnh h ng đến n định điện áp Tuy nhiên, quá trình tuyến tính hóa này không tính đến các ảnh h ng phi tuyến, chẳng hạn nh MBA với bộ điều áp d ới tải, (b ớc điều chỉnh áp r i

rạc, và trễ th i gian ) Do đó, việc kết hợp các phân tích tuyến tính và phi tuyến th ng đ ợc 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 đ ợc phân chia thành hiện t ợng 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 nh : động cơ cảm ứng, tải điều khiển điện tử

Tr 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 ph ơng trình vi phân

 n đ nh đi n áp dài 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 đ ợc sử dụng để phân tích hoạt động động của HTĐ Thông th ng, tính n định đ ợc 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 v ợt quá khả năng của HT truyền tải và các ngu n kết nối)

1.3.2 S ự m t n đ nh và s p đ đi n áp

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

v ợt 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 rư HTĐ hoặc điện áp thấp bất

th ng trong phần lớn khu vực của HTĐ

1.3.3 Đ ng cong PV, QV trong phân tích n đ nh đi n áp

1.3.3.1 Đ ng cong P-V

Xét hệ thống điện đơn giản cấp điện cho phụ tải 2 từ ngu n 1 (HT: hệ thống)

nh hình 1.1 Trong đó tất cả các đại l ợng đ ợc xét trong hệ đơn vị t ơng đối (pu)

Hình 1.1: Hệ thống điện đơn giản Giả sử V1 V11, V2  V22là điện áp tại các nút 1 và 2

Chọn điện áp V1 làm điện áp tham chiếu, ta có V110 pu

Ta có các công thức xác định công suất tại phụ tải 2 nh sau:

jX

HT

2 1

2 2

1

X

V X

V V

X

V V

Q

2 2 2 2 2

Bình ph ơng 2 vế (1.3), (1.4) và cộng 2 ph ơng trình với nhau để khử 2, ta

đ ợc ph ơng trình trùng ph ơng sau:

2 1 2   2 2 22 0

2 2

4

Với điều kiện V2  0, ph ơng trình (1.6) có 2 nghiệm:

Ph ơng trình bậc 2 đối với 2

2

411

2 2 2

2 2 2

XP V

XP V

Hình 1.2: Đường cong PV tại nút phụ tải 2

Điểm G ứng với công suất giới hạn P2gh của phụ tải 2 P2gh xuất hiện khi

41

V2b

Thay P2gh trong (1.9) vào (1.7) ta sẽ xác định đ ợc điện áp giới hạn tại nút 2:

7071 , 0 2

12

1

2

44

12

1

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

P X XQ XQ

V

P X XQ XQ

12

1

2

44

12

1

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

P X tg

XP tg

XP V

P X tg

XP tg

XP V

0 4

4

2

2 2

2 2

2

sin 1

Từ (1.14) và (1.15) ta nhận thấy P2gh phụ thuộc cos2, sin2 và X nghĩa là

phụ thuộc tính chất phụ tải và thông số đ ng dây, còn V2gh chỉ phụ thuộc tính chất

phụ tải Giả sử X=0,4pu và cos2=0,8, xét 2 tr ng hợp sau:

- Phụ tải có tính cảm Q2 > 0(sin2 >0): P2gh = 0,7835pu; V2gh = 0,5901pu

- Phụ tải có tính dung Q2 < 0 (sin2<0): P2gh = 2,5pu; V2gh = 1,118pu

Từ (1.12) biểu diễn mối quan hệ PV và từ (1.16) biểu diễn mối quan hệ giữa

P2gh và V2ghlên đ thị hình 1.3

0 0.2 0.4 0.6 0.8

1 1.2 1.4

P2 (pu)

V2a, V2b Ghép 2 đ thị V2a, V2b

cos=0,9, tải ả

cos=0,8, tải ả

Qua khảo sát quan hệ giữa điện áp và công suất nút tải (PV) cho thấy t n tại điểm (P2gh, V2gh), đây chính là điểm giới hạn n định điện áp nút tải Điện áp giới

hạn V2gh chỉ phụ thuộc vào hệ số công suất của phụ tải mà không phụ thuộc vào điện kháng của đ ng dây Trong khi đó công suất giới hạn P2gh phụ thuộc vào hệ

số công suất của phụ tải đ ng th i tỉ lệ nghịch với điện kháng của đ ng dây Hệ

số công suất càng bé thì công suất tác dụng giới hạn P2gh sẽ càng giảm, nh vậy sử

dụng tụ bù ngang có thể nâng cao công suất giới hạn của phụ tải

Với hệ số công suất không đ i tăng công suất phụ tải sẽ làm cho điện áp

giảm, khi P2 lớn hơn P2ghtheo đ thị hình 1.2 và hình 1.3 cho thấy khi đó hệ thống không t n tại chế độ xác lập (hệ thống mất n định) Đây là cơ s cho phép sử dụng các phần mềm tính toán giải tích mạng điện để xây dựng miền làm việc cho phép cho nút tải trên mặt phẳng công suất, bằng cách làm nặng dần chế độ (tăng dần phụ tải cho đến khi bài toán không hội tụ) để xác định toạ độ điểm giới hạn

1.3.3.2 Đ ng cong Q-V

Sự n định điện áp đ ợc quyết định b i sự thay đ i công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q tác động nh thế nào đến điện áp tại các nút Tầm ảnh

h ng của đ ng đặc tính công suất phản kháng của phụ tải hay thiết bị bù đ ợc

biểu diễn rõ ràng trong quan hệ đ ng cong Q-V Nó chỉ ra độ nhạy và biến thiên của nút điện áp đối với l ợng công suất phản kháng bơm vào hoặc tiêu thụ

Hình 1.4 Đ ng cong QV

Để biểu diễn đ ng cong QV, một máy phát t ng t ợng đ ợc đặt tại nút phân tích Trục tung biểu diễn đầu ra của máy phát ảo (MVAr) Trục hoành biểu

diễn điện áp t ơng ứng trong đơn vị t ơng đối( pu) Đ ng cong QV xác định tải MVAr lớn nhất tr ớc khi sụp đ điện áp Điểm vận hành cơ bản đ ợc xác định tại giao điểm giữa trục hoành và đ ng cong Đây là điểm mà máy phát ảo phát công

suất phản kháng 0 MVAr Khi vạch đ ng cong đi xuống, nó thể hiện máy phát ảo phát công suất phản kháng MVAr giảm Sự giảm này thể hiện sự tăng tải MVAr

Tại một điểm, giá trị MVAr của máy phát ảo sẽ ngừng giảm và chạm tới đáy của

đ ng cong Điểm này thể hiện sự tăng lớn nhất của tải MVAr tại nút này Bất kì tải MVAr nào cao hơn sẽ gây ra sụp đ điện áp

1.3.4 M ột s tiêu chuẩn thực d ng khác phân tích n đ nh đi n áp

1.3.4 1 Phơn tích độ nh y

Chỉ tiêu đ ợc thiết lập dựa trên cơ s hệ ph ơng 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

 1

lớn thì càng n định.Chỉ tiêu độ nhạy chủ yếu chỉ có ý nghĩa so sánh, nút có độ

nhạy càng nhỏ gần giới hạn n định nên là nút yếu về ph ơng diện n định

1.3.4.2 Phân tích giá tr riêng

Thay vì cần tính lần l ợt các hệ số độ nhạy bằng cách giải ph ơng trình (1 20) 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 đ ợc 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: nxn : là vectơ riêng bên phải của JR

nxn: là vectơ riêng bên trái của JR

 : là ma trận giá trị riêng của Jnxn R

Tóm l i:

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 th ng hoặc sau các kích động Hệ thống sẽ đi vào trạng thái không n định khi xuất hiện các kích động nh tăng tải đột ngột hay thay đ i các điều kiện của mạng l ới 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 l ới 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 đ ợc quan tâm nhiều hơn nữa và có những biện pháp để ngăn ngừa sụp đ điện áp

Các xí nghiệp công nghiệp có đặc điểm chung là có phụ tải điện lớn, yêu cầu

độ tin cậy cung cấp điện cao, thiết bị dùng điện đ ợc tập trung với mật độ cao, làm

việc với tải gần định mức, dùng cả điện áp xoay chiều và điện áp một chiều, tần số công nghiệp (50Hz), làm việc liên tục trong suốt năm và ít phụ thuộc vào tính chất mùa vụ

Tuy vậy, do quá trình công nghệ của xí nghiệp rất khác nhau nên đặc điểm tiêu thụ điện và hệ thống cung cấp điện của chúng cũng mang nhiều đặc điểm riêng

biệt khác nhau

Để sử dụng điện năng có hiệu quả thì các vấn đề phải đ ợc giải quyết một cách t ng thể và đ ng bộ, đặc biệt là cần phải quan tâm đến các vấn đề n định điện áp, hiệu chỉnh hệ số công suất và lọc sóng điều hoà …

Nhu cầu dùng điện ngày một cao ngày càng phải tận dụng hết các khả năng

của các nhà máy điện Về mặt sử dụng phải hết sức tiết kiệm, sử dụng hợp lý thiết

bị điện, giảm t n thất điện năng đến mức nhỏ nhất, phấn đấu để 1 kWh điện năng ngày càng làm ra nhiều sản phẩm Toàn bộ hệ thống CCĐ Có đến 10  15 % năng

l ợng điện bị t n thất qua khâu truyền tải và phân phối, trong đó mạng xí nghiệp chiếm khoảng 60% l ợng t n thất đó Vì vậy việc sử dụng hợp lý và khai thác hiệu

quả thiết bị điện có thể đem lại những lợi ích to lớn

2.1.2 Bù công su t ph n kháng cho l ới đi n phân ph i

2.1.2.1 B n ch t c a h s công su t

Trong mạng điện t n tại hai loại công suất:

+ Công suất tác dụng P : Đặc tr ng cho sự sinh ra công, liên quan đến quá trình động lực Gây ra moment liên quan cho các động cơ Một phần nhỏ bù vào các t n hao do phát nóng dây dẫn, lõi thép… ngu n P trực tiếp liên quan đến tiêu hao năng l ợng đầu vào nh Than, hơi n ớc, l ợng n ớc v.v… Tóm lại P đặc tr ng cho quá trình chuyển hoá năng l ợng

+ Công suất phản kháng: Q ng ợc lại không sinh ra công Nó đặc tr ng cho quá trình tích phóng năng l ợng giữa ngu n và tải, Nó liên quan đến quá trình từ hoá lõi thép BA., động cơ, gây biến đ i từ thông để tạo ra sức điện động phía thứ cấp Nó đặc tr ng cho khâu t n thất từ tản trong mạng ngu n nó liên quan đến sức điện động của máy phát (liên quan đến dòng kích từ máy phát) Nh vậy để chuyển hoá

đ ợc P cần phải có hiện diện của Q

Phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng (CSTD) P và công suất phản kháng (CSPK) Q

Do đó trong vận hành ng i ta mong muốn sử dụng CSPK của l ới điện càng ít càng tốt miễn sao thiết bị vẫn hoạt động bình th ng

Một vấn đề khác là trong quá trình truyền tải điện năng từ nơi sản xuất điện (các nhà máy thủy điện, nhiệt điện…) thì có t n hao trên đ ng dây truyền tải làm điện áp tại các điểm cách xa ngu n bị suy giảm do đó để đảm bảo cho điện áp không bị suy giảm lớn thì cần bù CSPK CSPK cung cấp cho tải tiêu thụ không nhất thiết phải lấy từ ngu n vì vậy để tránh truyền tải một l ợng CSPK lớn ng i ta đặt

gần các tải tiêu thụ các thiết bị sinh CSPK để cung cấp trực tiếp cho tải, việc thực

P K

2 2

Cos: hệ số công suất

Các đại l ợng P; Q; S; cos liên hệ với nhau bằng tam giác công suất

Nh vậy S đặc tr ng cho công suất thiết kế của thiết bị điện, việc tăng giảm

P, Q không tuỳ tiện đ ợc Vậy cùng một công suất S (cố định) nếu cos càng lớn (tức  càng nhỏ) tức là công suất tác dụng càng lớn, lúc đó ng i ta nói thiết bị

đ ợc khai thác tốt hơn Nh vậy với từng thiết bị nếu cos càng lớn tức thiết bị đòi

hỏi l ợng Q càng ít Đứng về ph ơng diện truyền tải nếu l ợng Q (đòi hỏi từ ngu n

) càng giảm thì sẽ giảm l ợng t n thất Vì vậy thực chất của việc nâng cao hệ số cos cũng đ ng nghĩa với việc giảm đòi hỏi về Q các hộ phụ tải

2.1.2.2 ý nghĩa c a vi c nâng cao h s cos:

a) Giảm t n thất công suất và điện năng trên tất cả các phần tử (đ ng dây và BA.)

) ( ) (

2 2

2 2

2

P P

R U

Q R U

P R U

S

Thực vậy nếu Q giảm  P(Q) sẽ giảm  P cũng sẽ giảm  A giảm

b) Làm giảm t n thất điện áp trong các phần tử của mạng:

) ( )

U U

QX U

PR

c) Tăng khả năng truyền tải của các phần tử:

U 3

Q P I

2

2 



Nh vậy trong mạng điện ta sẽ coi những phụ tải cảm kháng với Q > 0 là

một phụ tải tiêu thụ công suất phản kháng Còn những phụ tải dung kháng với Q < 0

là ngu n phát ra công suất phản kháng

Vậy để tránh phải truyền tải một l ợng Q khá lớn trên d ng dây ng i ta đặt gần các hộ tiêu thụ những máy sinh ra Q (Tụ hoặc máy bù đ ng bộ) Việc làm

nh vậy gọi là bù công suất phản kháng

+ Vì các phụ tải là các đại l ợng biến đ i liên tục theo th i gian nên trị số của cos cũng biến động theo th i gian Trong tính toán th ng dùng trị số trung bình của cos

costb =

tb

tb t

t

t t

P

Q artg t

P

t Q artg

2 1

2

)(

)(

r tb

t t

A Q



 ;

1 2 tb

t t

A P





Các xí nghiệp của ta có costb còn khá thấp chỉ vào 0,5  0,6 cần phải phấn đấu để cos = 0,9 một số n ớc tiên tiến cos có thể đạt tới 0,92  0,95

2.1.2.3 Các bi n pháp nâng cao h s công su t:

Thực chất của việc nâng cao hệ số công suất là nhằm giảm l ợng công suất

phản kháng phải truyền tải trên đ ng dây của mạng Để làm điều này t n tại 2

ph ơng pháp

+ Nâng cao hệ số cos tự nhiên: (biện pháp tự nhiên) đây là nhóm ph ơng pháp

bằng cách vận hành hợp lý các thiết bị dùng điện nhằm giảm l ợng Q đỏi hỏi từ ngu n

+ Nâng cao hệ số công suất bằng cách đặt thiết bị bù: (không yêu cầu giảm l ợng

Q đòi hỏi từ thiết bị dùng điện mà cung cấp Q tại các hộ dùng điện nhằm giảm

l ợng Q phải truyền tải trên đ ng dây) ph ơng pháp này chỉ thực hiện sau khi đư thực hiện biện pháp thứ nhất mà ch a đạt đ ợc kết quả thì mới thực hiện việc bù

Qkt - Công suất phản kháng khi không tải (chiểm tỷ lệ 60  70 % so với Qdm) và có

2 pt dm kt

2 2

P k

k Q Q

1

1 Q

P

P S

Do đó ta thấy rằng kpt giảm  cos cũng sẽ giảm

Khi kpt < 0,45 việc thay thế bao gi cũng có lợi

khi kpt > 0,7 việc thay thế sẽ không có lợi

khi 0,45 < kpt < 0,7 việc có tiến hành thay thế phải dựa trên việc so sánh kinh

tế cụ thể mới quyết định đ ợc

Ngoài ra khi tiến hành thay thế các ĐC cần phải đảm bào các điều kiện kỹ thuật, tức đảm bảo nhiệt độ của ĐC phải không lớn hơn nhiệt độ cho phép và các điều kiện khác về m máy và làm việc n định

+ Giảm điện áp đặt vào ĐC th ng xuyên làm việc non tải:

Biện pháp này thực hiện khi không có điều kiện thay ĐC có công suất nhỏ hơn Ta biết rằng công suất phản kháng đòi hỏi từ 1 ĐC không đ ng bộ có thể viết

d ới biểu thức sau:

Để giảm U thực tế th ng tiến hành nh sau:

+ Đ i nối dây quấn stato từ đấu   Y

+ Thay đ i cách phân nhóm dây cuốn stator

+ Thay đ i đầu phân áp của BA hạ áp

Chú ý: Kinh nghiệm cho thấy rằng biện pháp này chỉ thực hiện tốt đối với các ĐC U<1000 V và khi kpt < 0,3  0,4 Cần chú ý rằng khi thay đ i   Y, điện áp sẽ

giảm 3 lần, dòng tăng 3 lần nh ng momen sẽ giảm đi 3 lần Vì vậy phải kiểm tra điều kiện quá tải và kh i động sau đó

+ H ạn chế ĐC không đ ng bộ chạy không tải hoặc non tải:

Đa số các động cơ máy công cụ khi làm việc có nhiều th i gian chạy không

tải xen lẫn giữa th i gian mang tải Nhiều khi th i gian chạy không tải chiếm tới

50-60 % th i gian làm việc Nếu th i gian ĐC chạy không tải đ ợc cắt ra sẽ tránh đ ợc

t n thất Tuy nhiên trong quá trình đóng cắt ĐC cũng sinh ra t n hao m máy Thực

tế vận hành thấy nếu t0 của ĐC lớn hơn 10 giây thì việc cắt khỏi mạng có lợi

Biện pháp này có 2 h ớng:

 Vận động công nhân thao tác hợp lý để hạn chế đến mức thấp nhất th i gian

chạy không tải, thay đ i qui trình thao tác nhằm hạn chế t0

 Đặt bộ hạn chế chạy không tải

+ Dùng động cơ đ ng bộ thay cho động cơ không đ ng bộ:

những nơi qui trình công nghệ cho phép, máy có công suất lớn không yêu

cầu điều chỉnh tốc độ nh máy bơm, quạt gió, máy nén khí v.v việc thay thế sẽ có

2.1.2.3.2 Nhóm các ph ng pháp nhơn t o nâng cao h s cos

Công việc này chỉ đ ợc tiến hành sau khi tiến hành các biện pháp tự nhiên để nâng cao cos r i mà vẫn ch a đạt đ ợc yêu cầu.Thiết bị bù thông th ng ng i ta

sử dụng 2 loại thiết bị bù chính là tụ điện tĩnh và máy bù đ ng bộ Cả 2 loại thiết bị này có những u nh ợc điểm gần nh trái ng ợc nhau:

+ Máy bù đ ng bộ: thực chất là loại động cơ đ ng bộ chạy không tải có một số đặc điểm ( u nh ợc điểm)

Vừa có khả năng phát ra lại vừa tiêu thụ đ ợc công suất phản kháng

 Công suất phản kháng phát ra không phụ thuộc vào điện áp đặt vào nó, mà

chủ yếu là phụ thuộc vào dòng kích từ (có thể điều chỉnh đ ợc dễ dàng)

+ Tụ điện tĩnh: Khi có điện áp đặt vào tụ có dòng điện chạy qua tụ, dòng này v ợt

tr ớc điện áp một góc 900 do đó phát ra CSPK Để đóng cắt tụ điện vào đ ng dây ng i ta sử dụng các thyristor Thông qua việc điều chỉnh đóng cắt các thyristor

sẽ điều chỉnh đ ợc dung l ợng CSPK cần bù

u nh ợc điểm gần nh trái ng ợc với máy bù đ ng bộ

 Giá tiền 1 đơn vị công suất phản kháng phát ra hầu nh không thay đ i theo dung l ợng điều này thuận tiện cho việc chia nhỏ ra nhiều nhóm nhỏ đặt sâu

về phía phụ tải

 Tiêu thụ rất ít công suất tác dụng khoảng 0,003 – 0.005 kW/kVAr

 Vận hành lắp đặt đơn giản, ít gây ra sự cố

 Công suất phản kháng phát ra phụ thuộc vào điện áp đặt vào tụ

 Chỉ phát ra công suất phản kháng và không có khả năng điều chỉnh

Vậy với mạng XN chỉ nên sử dụng tụ điện tĩnh, còn máy bù đ ng bộ chỉ đ ợc dùng phía hạ áp (6-10 kV) của các trạm trung gian