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

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN VĂN VINH ỨNG DỤNG THIẾT BỊ SVC ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN.. TÓM TẮT LUẬN VĂN Hệ thống điện HTĐ đóng vai trò quan tr

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRẦN VĂN VINH

NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250

S 0 9

ỨNG DỤNG THIẾT BỊ SVC ĐỂ NÂNG CAO

ĐỘ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

S KC 0 0 3 9 5 6

ỨNG DỤNG THIẾT BỊ SVC ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH

ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

NGÀNH : THIẾT BỊ MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN VĂN VINH

ỨNG DỤNG THIẾT BỊ SVC ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH

ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

NGÀNH : THIẾT BỊ MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN – 605250

Hướng dẫn khoa học: TS HỒ VĂN HIẾN

Tp Hồ Chí Minh, tháng 3 / 2013

LÝ LỊCH CÁ NHÂN

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ & tên: Trần Văn Vinh Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 06/11/1984 Nơi sinh:Bến Tre Quê quán: Bến Tre Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Ấp 3- Tân Thủy - Ba Tri - Bến Tre

Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0932052904 Fax: E-mail: tranquangvinh0611@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

Đại học:

Hệ đào tạo: Đại học Thời gian đào tạo từ 09/2006 đến 09/ 2010 Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐHSPKT TP.Hồ Chí Minh

Ngành học: Điện Khí Hóa – Cung Cấp Điện

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Bảo vệ quá dòng

Ngày & nơi bảo vệ đồ án: Trường ĐHSPKT TP.Hồ Chí Minh

Người hướng dẫn: ThS NGUYỄN NHÂN BỔN

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm

2010-2013 Công ty Procter and Gameble Viet

Nam PCS - Operator

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Trần Văn Vinh học viên lớp Thiết Bị Mạng- Nhà Máy Điện khóa 2011

- 2013 Sau hai năm học tập và nghiên cứu tại khoa sau đại học trường Đại Học Sư

Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Tôi quyết định lựa chọn và thực hiện đề tài: Ứng

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

Tôi xin cam đoan bản luận văn này được thực hiện bởi chính bản thân tôi dưới

sự hướng dẫn của thầy TS HỒ VĂN HIẾN

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201… ( ký tên và ghi rõ họ tên )

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ trước HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT,

Ngày tháng năm

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh và Trường đại học Bách khoa Tp.Hồ Chí Minh, các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian thực hiện luận văn Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn

sâu sắc với Thầy giáo TS HỒ VĂN HIẾN, người đã quan tâm, tận tình hướng dẫn

giúp tác giả xây dựng và hoàn thành luận văn này

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Hệ thống điện (HTĐ) đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia, vì nó là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền

tài nguyên thiên nhiên, cũng như sự tăng nhanh nhu cầu phụ tải, sự thay đổi theo hướng thị trường hóa ngành điện lực làm cho HTĐ ngày càng trở lên rộng lớn về quy mô, phức tạp trong tính toán thiết kế, vận hành do đó mà HTĐ được vận hành

do sự mất ổn định điện áp trong hệ thống Chính vì vậy mà trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu về ổn định điện áp bằng cách phân tích ổn định điện áp dựa

quan hệ công suất tác dụng, công suất phản kháng và điện áp tại nút tải để tìm giới hạn ổn định điện áp làm cơ sở xây dựng miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định điện áp tại nút tải Trên cơ sở đó có các biện pháp khác nhau để cải thiện độ dự trữ ổn định điện áp tại các nút yếu như bù công suất phản kháng tùy thuộc vào yêu cầu kinh tế kỹ thuật mà lựa chọn thiết bị và phương pháp phù hợp

Trong luận văn này chúng tôi đã nghiên cứu hiệu quả sử dụng thiết bị bù SVC trên lưới điện nhằm để nâng cao độ ổn định điện áp trong hệ thống

Với nội dung nêu trên luận văn được trình bày trong các phần sau

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3 Phương pháp nghiên cứu

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn nghiên cứu

PHẦN NỘI DUNG

Với mục tiêu trên, luận văn được trình bày trong bốn chương:

Chương 1: Ổn định điện áp

Chương 2: Bù công suất phản kháng

Chương 3: Tổng quan về công nghệ FACTS

Chương 4: Ứng dụng của thiết bị bù SVC trong việc nâng cao ổn định hệ thống điện

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DISSERTATION SUMMARY

Power system keeps an important role for the economic development of each country, because it is one of the most important infrastructure of the national

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

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

system stability

CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa

Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân … ……… i

Lời cam đoan … ……… ii

Lời cảm ơn ……… iv

Tóm tắt luận văn … ……… v

Mục lục ……… viii

Danh sách các chữ viết tắt và ký hiệu……… xiii

Danh sách các hình, đồ thị, bảng ……….……… xv

Mở đầu ………1

1 Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài ……… ……… 1

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ……….……….… 2

3 Phương pháp nghiên cứu ……….……….… 2

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn …… ……… 2

Nội dung ……… 4

Chương 1: ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP ……….……… …… 4

1.1 Đặt vấn đề ……….……… … 4

1.2 Phân tích những sự cố tan rã hệ thống điện gần đây …… ………… … 5

1.2.1.Những sự cố tan rã hệ thống điện gần đây trên thế giới………5

1.2.2.Các nguyên nhân của sự cố tan ra hệ thống điện……… ……… … 8

1.2.3.Cơ chế xẩy ra sự cố tan rã hệ thống điện…… ……… 9

1.3 Ổn định điện áp……… ….………… 9

1.3.1 Các định nghĩa về ổn định điện áp……… ……… 9

1.3.2 Sự mất ổn định và sụp đổ điện áp ……….……… 11

1.3.3 Đường cong PV, QV trong phân tích ổn định điện áp…….……… 11

1.3.3.1 Đường cong P-V……… 11

1.3.3.2 Đường cong Q-V……….……… 16

1.3.4 Một số tiêu chuẩn thực dụng khác phân tích ổn định điện áp ……… 17

1.3.4.1 Phân tích độ nhạy ……… 17

1.3.4.2 Phân tích giá trị riêng ……….……… 18

CHƯƠNG 2: BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG……… 20

2.1 Đặc điểm tiêu thụ điện của lưới điện phân phối……… ……… 20

2.1.1 Đặc điểm……… ……… 20

2.1.2 Bù công suất phản kháng cho lưới điện phân phối……… … ………… 21

2.1.2.1 Bản chất của hệ số công suất……….……… 21

2.1.2.2 ý nghĩa của việc nâng cao hệ số cos…….……….……… 23

2.1.2.3 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất………… ……….……… 24

2.1.2.3.1 Nhóm các phương pháp tự nhiên……….……… 24

2.1.2.3.2 Nhóm các phương pháp nhân tạo nâng cao hệ số cos …….………… 27

2.2.1 Hệ thống điện hợp nhất và những yêu cầu điều chỉnh nhanh…… ……… 30

2.2.1.1 Đặc điểm……….…… 30

2.2.1.2 Các biện pháp áp dụng trong công nghệ truyền tải…….……… 31

2.2.1.3 Bù dọc và bù ngang trong đường dây siêu cao áp……….… 32

2.2.1.3.1 Bù dọc……….……… ……… 32

2.2.1.3.2 Bù ngang……… ……… 35

2.2.1.3.3 Nhận xét ……… ……… 37

2.3 Kết luận……… 37

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ FACTS……… 38

3.1 Đặt vấn đề ……… 38

3.2 Lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS……… 38

3.3 Một số thiết bị FACTS……….……… 39

3.3.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor ( SVC )……… … ………… 39

3.3.2 Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor ( TCSC )……… 41

3.3.3 Thiết bị điều khiển dòng công suất hợp nhất ( UPFC )…… ………… 43

3.3.4 Thiết bị bù ngang điều khiển thyristor ( STATCOM )………… …… 43

3.3.4.1 Giới thiệu……… 43

3.3.4.2 Nguyên lý làm việc của thiết bị STATCOM……… ……… 44

3.4 Kết luận……….……… 47

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BÙ SVC TRONG VIỆC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN ……….……… 49

4.1 Khả năng ứng dụng của SVC trong hệ thống điện…… … ……… 49

4.1.1 Đặt vấn đề……… ….……… 49

4.1.2 Một số ứng dụng của SVC……….……… 50

4.1.2.1 Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất…… ……….………… 50

4.1.2.2 Giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự cố……….……… 52

4.1.2.3 Ôn hòa dao động công suất hữu công…… ….….……… 53

4.1.2.4 Giảm cường độ dòng điện vô công……….……… 53

4.1.2.5 Tăng khả năng tải của đường dây……… ……… 54

4.1.2.6 Cân bằng các phụ tải không đối xứng……… 56

4.1.2.7 Cải thiện ổn định sau sự cố……… 57

4.1.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc từng phần tử của SVC ……… 58

4.1.3.1 Kháng điều chỉnh bằng thyristor TCR (thyristor controlled reactor)…… 58

4.1.3.2 Tụ đóng mở bằng thyristor TSC ( thyristor switch capacitor)………… 61

4.1.3.3 Kháng đóng mở bằng thyristor TSR ( thyristor switch reactor)……… 62

4.1.3.4 Hệ thống điều khiển các van trong SVC……… ……… 63

4.1.4 Các đặc tính của SVC………… ……… 64

4.1.4 1.Đặc tính điều chỉnh của SVC….……… 64

4.1.4 2.Đặc tính làm việc của SVC……… ……… 66

KẾT QUẢ KHẢO SÁT…….………… ……… 70

1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH QUAN HỆ CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ ĐIỆN ÁP TẠI NÚT PHỤ TẢI ……… 70

2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH QV… …… ……… 78

3 CHƯƠNG TRÌNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TĂNG TẢI ĐẾN MẤT ỔN

ĐỊNH – KHẢO SÁT VỚI SVC……….……… 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHị……….……….… 118 Tài liệu tham khảo ……… 120

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

chiều linh hoạt

STATCOM :Static Synchronous Compensator - Thiết bị bù ngang điều khiển bằng thyristor

TCSC :Thyristor Controlled Series Compensator - Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor

DANH SÁCH CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ, CÁC BẢNG

HÌNH Trang

Hình 1.1: Hệ thống điện đơn giản……….…… 11

Hình 1.2: Đường cong PV tại nút phụ tải 2……… 13

Hình 1.3: Đồ thị quan hệ P2V2 với cos2 khác nhau……… 15

Hình 1.4 Đường cong QV……….……… 16

Hình 2.1: Vị trí bù trên lưới điện……… ……… 29

Hình 2.2: Hiệu quả của bù dọc trên đường dây siêu cao áp……….……… 34

Hình 3.1 : Sơ đồ nguyên lý SVC……….……… 40

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý và hoạt động của TCSC……….……… 42

Hình 3.3 : Sơ đồ cấu trúc Statcom……… 44

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Statcom……… 44

Hình 3.5 : Nguyên lý bù của bộ bù……… 45

Hình 3.6: Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù……… 46

Hình 3.7: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù……… 47

Hình 4.1: Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC……… 51

Hình 4.2: Sự thay đổi điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có đặt SVC 52

Hình 4.3: Quan hệ thời gian và điện áp quá áp……… 52

Hình 4.5: Đặc tính công suất khi có và không có SVC……… 58

Hình 4.6: Nguyên lý cấu tạo TCR……….… 59

Hình 4.7: Các sóng hài bậc cao trong TCR………….……….… 60

Hình 4.8 Nguyên lý cấu tạo TSC……….……….… 61

Hình 4.9 Nguyên lý cấu tạo TSR……….……….…… 62

Hình 4.10: Hệ điều khiển các van của SVC…….……….……… 63

Hình 4.11 Sơ đồ nguyên lý và hoạt động hai thyristor ngƣợc nhau….…… … 65

Hình 4.12:Đặc tính U-I của SVC……….….….… 66

Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý làm việc của SVC……….…… …… 67

Hình 4.14 Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp……….….…… 68

Hình 4.15 Đặc tính làm việc mềm của SVC điều chỉnh theo điện áp….… … 69

Bảng 3.1 So sánh các chức năng của từng thiết bị bù có điều khiển bằng

thyristor……….….… 39

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài

Trong chế độ vận hành bình thường của HTĐ (vận hành ở trạng thái ổn định) việc sản xuất công suất tác dụng (CSTD) phải đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ (kể cả các tổn thất), nếu không thì tần số hệ thống sẽ bị thay đổi 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 ở một khu vực nào đó quá thừa thì ở đó sẽ có hiện tượng quá điện áp (điện áp quá cao), ngược lại, thiếu CSPK điện áp sẽ bị sụt thấp Nói khác đi, cũng như đối với công suất tác dụng, CSPK luôn phải được điều chỉnh đề giữ cân bằng Việc điều chỉnh CSPK 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 CSTD và điều chỉnh CSPK Tần số hệ thống sẽ được đảm bảo bằng việc điều chỉnh CSTD 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 CSPK theo từng khu vực Như vậy nguồn CSPK 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

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

cổ điển chưa đáp ứng được, như tự động điều chỉnh điện áp các nút, giảm dao động công suất nâng cao ổn định hệ thống

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

đã trở thành một nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao tính ổn định và hiệu quả sử dụng của hệ thống cung cấp điện (HTCCĐ) nói chung cũng như đối với các phụ tải có công suất phản kháng thay đổi nhanh

Với ý nghĩa trên, mục đích của đề tài luận văn được 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 được lắp đặt vào HTCCĐ

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu trên sử dụng phối hợp các nhóm phương pháp:

phân tích, tổng hợp những vấn đề có liên quan tới đề tài

 Sử dụng phần mềm Matlab để khảo sát các quá trình năng lượng trên lưới điện