ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BÙ TĨNH (SVC) VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC NÂNG CAO CHO ỔN ĐỊNH CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

ậ một số nước có trình độ cong nghệ tiên tiến trên thế giới, các thiết bị bù dọc và bù ngang điều chỉnh nhanh bằng thyristor hay triắc đã được ứng dụng và mang lại hiệu quả cao trong việ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BÙ TĨNH (SVC) VÀ ỨNG DỤNG

TRONG VIỆC NÂNG CAO CHO ỔN ĐỊNH CHẤT LƯỢNG

ĐIỆN NĂNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

Học viên: Nguyễn Thế Vĩnh

Người HD Khoa học: T.S Nguyễn Thanh Liêm

THÁI NGUYÊN 2007

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản thuyết minh luận văn này do tôi thực hiện Các số liệu sử dụng trong thuyết minh, kết quả phân tích và tính toán được tìm hiểu qua các tài liệu

Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt 6

Danh mục các báng biểu 7

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 9

Lời nói đầu 11

Chương 1: Thiết bị điều khiển công suất trong hệ thống điện 13

1.1 Hệ thống điện hợp nhất và những yêu cầu điều chỉnh nhanh công suất trong các điều kiện làm việc bình thường và sự cố 13

1.1.1 Đặc điểm 13

1.1.2 Các biện pháp áp dụng trong công nghệ truyền tải điện của hệ thống điện hợp nhất 14

1.1.3 Bù công suất phản kháng 14

11.4 Bù dọc và bù ngang trong đường dây siêu cao áp 16

1.1.4.1 Bù dọc 16

1.1.4.2 Bù ngang 18

1.1.4.3 Nhận xét 20

1.2 Một số thiết bị điều khiển công suất phản kháng trong hệ thống điện 20

1.2.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC - Static Var Compensator) 20

1.2.2 Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC - Thyristor Controlled Series Capacitor) 22

1.2.3 Thiết bị bù tĩnh (STATCOM - Static Synchronous Compensator) 23

1.2.4 Thiết bị điều khiển dòng công suất (UPFC - Unified Power Flow Controller) 24

1.2.5 Thiết bị điều khiển góc pha bằng thyristor 1.2.6 Nhận xét 27

Kết luận 27

Chương 2: Ứng dụng của thiết bị bù SVC trong việc nâng cao ổn định hệ thống điện 29

2.1 Khả năng ứng dụng của SVC trong hệ thống điện 29

2.1.1 Đặt vấn đề 29

2.1.2 Một số ứng dụng của SVC 30

2.1.2.1 Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất 30

2.1.2.2 Giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự cố 32

2.1.2.3 Ôn hòa dao động công suất hữu công 33

2.1.2.4 Giảm cường độ dòng điện vô công 33

2.1.2.5 Tăng khả năng tải của đường dây 33

2.1.2.6 Cân bằng các phụ tải không đối xứng 36

2.1.2.7 Cải thiện ổn định sau sự cố 36

2.2 Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC 37

2.2.1 Cấu tạo từng phần tử của SVC 37

2.2.1.1 Nguyên lý hoạt động của bộ thyristor mắc song song ngược 37

2.2.1.2 Kháng điều chỉnh bằng thyristor TCR (thyristor controlled reactor) 40

2.2.1.3 Tụ đóng mở bằng thyristor TSC ( thyristor switch capacitor) 49

2.2.1.4 Kháng đóng mở bằng thyristor TSR ( thyristor switch reactor) 49

2.2.1.5 Hệ thống điều khiển các van trong SVC 50

2.2.2 Các đặc tính của SVC 51

2.2.2.1 Đặc tính điều chỉnh của SVC 51

2.3 Mô hình SVC trong tính toán chế độ xác lập của hệ thống điện 53

2.3.1 Mô hình hóa SVC như một điện kháng có trị số thay đổi 53

2.3.2 Mô hình SVC theo tổ hợp nguồn và phụ tải phản kháng 55

Kết luận 58

Chương 3: Bộ điều khiển bù công suất phản kháng SVC 59

3.1 Sơ đồ SVC ứng dụng điều khiển bù công suất phản kháng 59

3.1.1 Chức năng hệ điều khiển 60

3.1.2 Nguyên tắc điều khiển 60

3.1.3 Các khâu trong hệ thống điều khiển các van của SVC 61

3.1.3.1 Khâu tạo xung đồng bộ cho bộ VĐK 61

3.1.3.2 Khâu phản hồi 62

3.1.3.3 Khâu khuếch đại xung 63

3.1.3.4 Khâu điều khiển tạo xung sử dụng VĐK pic 16f877 64

3.1.4 Thuật toán PID dùng cho bộ vi điều khiển PIC16f877 69

3.1.4.1 Bộ điều khiển PID dưới dạng tương tự 69

3.1.4.2 Bộ điều khiển PID dưới dạng số 70

3.1.4.3 Thuật toán điều khiển PID nâng cao 70

3.1.5 Sơ đồ nguyên lý hệ điều khiển góc mở các van của SVC 71

3.2 Phần mềm ISIS mô phỏng hệ thống điều khiển SVC 71

3.3 Mô phỏng hệ điều khiển van thyristor hoặc triắc của bộ TCR 72

3.3.1 Mô phỏng các phần tử của hệ điều khiển 72

3.3.1.1 Bộ đo giá trị dòng điện và điện áp 72

3.3.1.2 Khâu lấy tín hiệu phản hồi 72

3.3.1.3 Khâu tạo xung đồng bộ 73

3.3.1.5 Khâu điều khiển xung 75

3.3.2 Các phần tử khác trong mô phỏng 76

3.3.2.1 Nguồn điện 76

3.3.2.2 Bộ kháng có điều khiển TCR 77

Kết luận 78

Chương 4: ứng dụng phần mềm ISIS mô phỏng thiết bị bù SVC có điều khiển 79

4.1 Sơ đồ mô phỏng thiết bị bù công suất phản kháng SVC có điều khiển 79

4.2 Kết quả mô phỏng 79

4.2.1 Đồ thị điều khiển xung theo chế độ điện áp thay đổi 80

4.2.2 Đặc tính dòng qua thyristor điện khi điều khiển điện áp tại nút 83

4.3 Đặc tính hệ thống điều khiển các van SVC 89

Kết luận 92

Kết luận chung và hướng phát triển 93

Tài liệu tham khảo

Phụ lục 1

Phụ lục 2

STT Chữ viết

3 TCSC Thyristor Controlled Series

Capacitor

4 STATCOM Static Synchronous Compensator

5 UPFC Unified Power Flow Controller

6 TCPAR Thyristor Controlled Phase Angle

Regulator

7 FACTS Flexible Alternating Current

Transmission Systems

Phần mềm mô phỏng mạch điện-điện tử

11 SS-TX Khâu so sánh và tạo xung

Bảng 1-1: So sánh chức năng của các thiết bị bù có điều khiển 27

Bảng 2-1: Giá trị của I3 khi thay đổi góc điều khiển  47

Bảng 3-1: Các phần tử sử dụng trong bộ đo 72

Bảng 3-2: Các phần tử sử dụng trong bộ phản hồi 73

Bảng 3-3: Các phần tử sử dụng trong bộ tạo xung đồng bộ 74

Bảng 3-4: Các phần tử sử dụng trong bộ khuếch đại xung 75

Bảng 3-5: Các dạng nguồn được ISIS mô phỏng 77

Bảng 3-6: Các phần tử tạo thành bộ TCR 78

Bảng 4-1: Tổng hợp thời gian làm ổn định điện áp tại nút trường hợp 1 90

Bảng 4-2: Tổng hợp thời gian làm ổn định điện áp tại nút trường hợp 2 92

Hình 1.1: Hiệu quả của bù dọc trên đường dây siêu cao áp 17

Hình 1.2: Cấu tạo vànguyên lý làm việc của SVC 21

Hình 1.3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC 22

Hình 1.4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của STATCOM 23

Hình 1.5: Nguyên lý cấu tạo của UPFC 24

Hình 1.6: Nguyên lý cấu tạo của TCPAR 26

Hình 2.1: Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC 31

Hình 2.2: Sự thay đổi điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC 32

Hình 2.3: Quan hệ thời gian và điện áp quá áp 32

Hình 2.4: Đặc tính công suất truyền tải của hệ thống khi có và không có SVC 35

Hình 2.5: Đặc tính công suất khi có và không có SVC 37

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý bộ thyristor 38

Hình 2.7: Đồ thị dòng điện tải 38

Hình 2.8: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR 40

Hình 2.9: Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR 41

Hình 2.10: Ảnh hưởng của góc cắt đến dòng điện qua TCR 41

Hình 2.11: Dạng sóng của tín hiệu dòng điện qua TCR 42

Hình 2.12: Đặc tính điều chỉnh dòng điện TCR theo góc cắt 46

Hình 2.13: Các sóng hài bậc cao trong phần tử TCR 46

Hình 2.14: Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của TSC 49

Hình 2.15: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TSR 50

Hình 2.16: Hệ điều khiển các van của SVC 51

Hình 2.17: Đặc tính U-I của SVC 51

Hình 2.18: Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp 52

Hình 2.20: Đặc tính của phụ tải công suất phản kháng qua máy biến áp điều áp dưới tải 55

Hình 2.21: Đặc tính làm việc của SVC 56

Hình 2.22: Phối hợp đặc tính của một nguồn và hai phụ tải phản kháng 57

Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ điều khiển các van SVC 59

Hình 3.2: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng 61

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý của khâu tạo xung đồng bộ 62

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của khâu phản hồi 63

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý của khâu khuếch đại xung 64

Hình 3.6: Sơ đồ cấu trúc của PIC 16f877 66

Hình 3.7:Sơ đồ mô phỏng bộ phản hồi 73

Hình 3.8: Đồ thị tín hiệu ra của bộ phản hồi 73

Hình 3.9: Sơ đồ mô phỏng bộ tạo xung đồng bộ 74

Hình 3.10: Đồ thị tín hiệu ra của bộ tạo xung đồng bộ 74

Hình 3.11:Sơ đồ mô phỏng bộ khuếch đại xung 75

Hình 3.12: Đồ thị tín hiệu ra của bộ khuếch đại xung 75

Hình 3.13: Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển xung 76

Hình 3.14: Đồ thị tín hiệu ra của bộ điều khiển xung 76

Hình 3.15: Cửa sổ thay đổi dạng nguồn 77

Hình 3.16: Sơ đồ mô phỏng bộ TCR 78

Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng tổng thể hệ điều khiển các van của TCR 79

Hình 4.2: Xung điều khiển ra với góc mở 100 80

Hình 4.3: Xung điều khiển ra với góc mở 300 80

Hình 4.4: Xung điều khiển ra với góc mở 450 81

Hình 4.5: Xung điều khiển ra vơi góc mở 900 81

Hình 4.7: Dòng điện qua van với góc mở 00 83

Hình 4.8: Dòng điện qua van với góc mở 600 83

Hình 4.9: Dòng điện qua van với góc mở 950 84

Hình 4.10: Dòng điện qua van với góc mở 1200 84

Hình 4.11: Dòng điện qua van với góc mở 1350 85

Hình 4.12: Dòng điện qua van với góc mở 1450 85

Hình 4.13: Dòng điện qua van với góc mở 1600 86

Hình 4.14: Dòng điện qua van với góc mở 1650 86

Hình 4.15: Dòng điện qua van với góc mở 1700 87

Hình 4.16: Dòng điện qua van với góc mở 1750 87

Hình 4.17: Dòng điện qua van với góc mở 1800 88

Hình 4.18: Đồ thị các sóng hài bậc cao của bộ TCR 88

Hình 4.19: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút tăng 89

Hình 4.20: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút giảm 90

Hình 4.21: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút tăng 91

Hình 4.22: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút giảm 91

Điện năng là dạng năng lượng được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất trên thế giới do nó có ưu điểm rất quan trọng là dễ dàng chuyển đổi sang dạng năng lượng khác Hơn nữa, điện năng còn là dạng năng lượng dễ dàng trong sản xuất, vận chuyển và sử dụng Hệ thống điện của mỗi quốc gia ngày càng phát triển để đáp ứng sự phát triển lớn mạnh của nền kinh tế xã hội Cùng với xu thế toàn cầu hoá nền kinh tế, hệ thống điện cũng đã, đang và hình thành các mối liên kết giữa các khu vực trong mỗi quốc gia, giữa các quốc gia trong khu vực hình thành nên hệ thống điện hợp nhất có quy mô rất lớn về cả công suất lãnh thổ

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghiệp chế tạo các linh kiện 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 thông tin trong toàn hệ thống được nghiên cứu và ứng dụng ậ một số nước có trình độ cong nghệ tiên tiến trên thế giới, các thiết bị bù dọc và bù ngang điều chỉnh nhanh bằng thyristor hay triắc đã 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 hay triắc (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 của hệ thống điện Việt Nam trong tương lai và nhiệm vụ rất cần thiết Nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp dụng các phương pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động của hệ

thống điện Bản luận văn sẽ đưa ra những đánh giá bước đầu hiệu quả của thiết bị

bù nhanh đối với công suất phản kháng trong chế độ vận hành hệ thống điện Bản luận văn trình bày ứng dụng phần mềm mô phỏng vào việc thiết kế, phân tích hệ điều khiển bù công suất phản kháng SVC Tuy nhiên, còn giới hạn về nhiều mặt nên bản thuyết minh không tránh khỏi những thiếu sót, nên rất mong các Thầy, Cô chỉ bảo để nội dung của đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo T.S Nguyễn

Thanh Liêm cùng toàn thể các Thầy, Cô trong bộ môn Kính chúc các Thầy, Cô mạnh

khoẻ và Hạnh phúc!

Tác giả

Nguyễn Thế Vĩnh

CHƯƠNG 1 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 HỆ THỐNG ĐIỆN HỢP NHẤT VÀ NHỮNG YÊU CẦU ĐIỀU CHỈNH NHANH CÔNG SUẤT TRONG CÁC ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC BÌNH THƯỜNG VÀ SỰ CỐ 1.1.1 ĐẶC ĐIỂM

Hiện nay, xu hướng hợp nhất các HTĐ nhỏ thành HTĐ 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 HTĐ liên kết, qua đó giảm được chi phí đầu tư vào các công trình nguồn - một gánh nặng lớn trong việc phát triển HTĐ

+ 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 HTĐ do có khả năng huy động sản xuất điện từ các nguồn điện kinh tế và giảm công suất đỉnh chung của toàn HTĐ lớn

+ HTĐ hợp nhất vận hành linh hoạt hơn so với phương án vận hành các hệ thống riêng rẽ 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

Ngoài các lợi ích đã nêu ở trên, việc hợp nhất các hệ thống điện còn cho

phép dễ dàng trao đổi năng lượng thương mại giữa các khu vực, quốc gia thành viên

góp phần thúc đẩy nền kinh tế phát triển Việc hợp nhất hệ thống điện là cơ sở cho

việc hình thành các “thị trường điện” (Power pool), một xu hướng phát triển tất yếu

của các hệ thống điện hiện đại được hình thành từ những năm cuối thế kỷ 20 và sẽ

phát triển mạnh mẽ trong thế kỷ 21

1.1.2 CÁC BIỆN PHÁP ÁP DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ĐIỆN

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 nay, ta phải dùng các biện pháp kỹ thuật khác nhau như:

+ Tăng số lượng dây phân nhỏ trong một pha (phân 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 600km

+ 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

1.1.3 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Khác với các đường dây cao áp (điện áp nhỏ hơn 330kV), 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 trường lại thay đổi trong dải khá rộng theo sự thay đổi

của dòng điện tải của đường dây

+ Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lượng điện trường tính trên một đơn

vị chiều dài của một pha đường dây là:

WE = C.Uf2

+ Công suất điện trường của ba pha của đường dây có chiều dài l là:

QE = 3..C.Uf2.l + Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lượng từ trường tính trên một đơn vị chiều dài của một pha đường dây khi dòng điện tải là I:

WM = L.I2

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

QM = 3.WM.l = 3.L.I2.l + Công suất phản kháng do đường dây sinh ra được xác định như là hiệu giữa công suất điện trường và từ trường:

f f

U C I L U C l

Q + Khi công suất phản kháng của đường dây bằng 0, ta có:

0

C U

I  

Trong đó:

C

L

Z C 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

C

f

U P

2

.3



Việc bù thông số của đường dây siêu cao áp làm tăng khả năng tải của đường

dây và qua đó nâng cao tính ổn định Các biện pháp thường được áp dụng và đem

lại hiệu quả cao là bù dọc và bù ngang trên các đường dây siêu cao áp

1.1.4 BÙ DỌC VÀ BÙ NGANG TRONG ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP

Các đường dây siêu cao áp có chiều dài lớn thường được bù thông số thông

qua các thiết bị bù dọc và bù ngang Mục đích chủ yếu của việc đặt các thiết bị bù là

nâng cao khả năng tải của đường dây và san bằng điện áp phân bố dọc đường dây

Hơn nữa, bù thông số còn nâng cao tính ổn định tĩnh, ổn định động, giảm sự dao

dộng công suất… làm cho việc vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt và hiệu

quả hơn Đây là biện pháp rất cần thiết cho các đường dây siêu cao áp có chiều dài

lớn, đặc biệt là những đường dây có chiều dài gần 1/4 bước sóng như đường dây

500kV Bắc - Nam ở Việt Nam

1.1.4.1 Bù dọc

Trị số cảm kháng lớn của đường dây siêu cao áp làm ảnh hưởng xấu đến

hàng loạt chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật quan trọng của đường dây như: góc lệch pha

giữa đầu và cuối đường dây lớn, tổn thất công suất và điện năng trên đường dây

cao, tính ổn định điện áp tại các trạm giữa và cuối đường dây kém… Bù dọc là giải

pháp làm tăng điện dẫn liên kết (giảm điện cảm kháng X của đường dây) bằng dung

kháng XC của tụ điện Giải pháp này được thực hiện bằng cách mắc nối tiếp tụ điện

vào đường dây Qua đó giới hạn truyền tải của đường dây theo điều kiện ổn định

tĩnh được nâng lên Hơn nữa, giới hạn ổn định động cũng tăng lên một cách gián

tiếp do nâng cao thêm đường cong công suất điện từ

Khi mắc thêm tụ 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 U1 ở 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:

* Ổn định điện áp:

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

+ Điểm sụp đổ điện áp được dịch chuyển xa hơn

+ Làm giảm góc lệch  trong chế độ vận hành bình thường, qua đó nâng cao

độ ổn định tĩnh của hệ thống điện

+ Làm tăng giới hạn công suất truyền tải của đường dây:

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



sin 2 1

L

X U U

P 

Ta có giới hạn công suất truyền tải là:

L gh

X U U

P  1 2+ Sau khi bù dọc, công suất truyền tải trên đường dây là:



sin 2

1 '

C

X U U P





Ta có giới hạn công suất truyền tải là:

C L

U U P



 1 2

Ta thấy sau khi bù, giới hạn truyền tải công suất của đường dây tăng lên:

k = (XL - XC)/XC

Hình 1.1: Hiệu quả của bù dọc trên đường dây siêu 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:

%100

L

C C

X

X

K 

Thông thường, đối với các đường dây siêu cao áp thì hệ số bù dọc KC từ 40 -

75% tuỳ theo chiều dài của đường dây

1.1.4.2 Bù ngang

Bù ngang được thực hiện bằng cách lắp kháng điện có công suất cố định hay

các kháng điện có thể điều khiển tại các thanh cái của các trạm biến áp Kháng bù

ngang này có thể đặt ở phía cao áp hay phía hạ áp của máy biến áp Khi đặt ở phía

cao áp thì có thể nối trực tiếp song song với đường dây hoặc nối qua máy cắt được

điều khiển bằng khe hở phóng điện

Dòng điện Il của kháng bù ngang sẽ khử dòng điện IC của điện dung đường

dây phát ra do chúng ngược chiều nhau Nhờ đó mà công suất phản kháng do đường

dây phát ra sẽ bị tiêu hao một lượng đáng kể và qua đó có thể hạn chế được hiện 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, phía nguồn khép mạch, phía tải hở mạch thì các nguồn phát vẫn phải phát công suất tác dụng rất lớn để bù vào tổn thất điện trở của đường dây và máy biến áp Để khắc phục sự quá áp và quá tải máy phát ta phải đặt kháng bù ngang tại một số điểm trên đường dây + Trong chế độ non tải (PTải < PTN), thì công suất phản kháng trên đường dây thừa và đi về 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, công suất phản kháng do đường dây sinh

ra rất lớn (đối với đường dây siêu cao áp 500kV với Qo 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 - 500km

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

l b U

Q C dd2.o

Trong đó:

Udd: Điện áp danh định của đường dây

l: chiều dài của đường dây

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

Xo.bo 1,15.10-6

o

o C

b X

Z 

Nên ta có:

C o

Z

b 1,07.103

Như vậy công suất phản kháng của đường dây siêu cao áp 500kV phát ra là:

TN C

%100

C L C

L L

Q

Q I

I

Trong đó:

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

1.1.4.3 Nhận xét

- Đường dây siêu cao áp có nhiều đặc điểm riêng về kỹ thuật cần quan tâm

khi thiết kế phát triển lưới điện, đặc biệt là về giới hạn ổn định và ổn định điện áp

- Mô hình đường dây siêu cao áp khi tính toán phải theo sơ đồ thông số rải

Để đưa về dạng thông số tập trung cần sử dụng sơ đồ tương đương: chia thành

những mắt xích nối tiếp

- 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 áp khi

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

- 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

1.2 MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ

- Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như thyristor hoặc triắc

có cực điều khiển, hệ thống điều khiển góc mở dùng các bộ vi điều khiển như

8051, PIC 16f877, VAR

SVC được cấu tạo từ 3 phần tử chính bao gồm:

+ Kháng điều chỉnh bằng thyristor - TCR (Thyristor Controlled Reactor): có chức năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng tiêu thụ

+ 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 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC như trên hình 1.2

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:

Hình 1.2: Cấu tạo vànguyên lý làm việc của SVC

- 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 còn có các chức năng phụ 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

1.2.2 THIẾT BỊ BÙ DỌC ĐIỀU KHIỂN BẰNG THYRISTOR (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

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCSC như hình 1.3 sau:

Hình 1.3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC

Các chức năng chính của TCSC bao gồm:

- Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh

- Giảm sự thay đổi điện áp

- Tăng cường khả năng truyền tải của đờng dây

- Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện

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

- 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 cụ thể 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

1.2.3 THIẾT BỊ BÙ TĨNH (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

Cấu tạo của STATCOM và đặc tính hoạt động của nó như sau:

Hình 1.4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của 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:

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

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

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

mạch ) trong 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, 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

1.2.4 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN DÕNG CÔNG SUẤT (UPFC - UNIFIED POWER FLOW CONTROLLER)

UPFC là một khái niệm mới ứng dụng các thiết bị bù đa chức năng để điều khiển điện áp tại các thanh cái độc lập, dòng công suất tác dụng P và phản kháng Q trên các đường dây truyền tải, đặc biệt là trên các đường dây siêu cao áp nối giữa các HTĐ nhỏ UPFC la thiết bị làm cho lưới điện vận hành rất linh hoạt và hiệu quả

Về nguyên lý cấu tạo, UPFC được hiểu như sự kết hợp thiết bị bù dọc làm thay đổi góc pha (Static Synchoronous Series Compensator) với thiết bị bù ngang STATCOM Nó được cấu tạo từ 2 bộ chuyển đổi (converter) điều khiển thyristor có cửa đóng mở GTO Mỗi một bộ chuyển đổi gồm có van đóng mở (GTO) và MBA trung gian điện áp thấp (xem hình 1.5)

Hình 1.5: Nguyên lý cấu tạo của UPFC

Máy biến áp nối với bộ chuyển đổi qua thanh cái làm việc (Buswork) và máy cắt được mô tả trên hình Mỗi một bộ chuyển đổi có thể ngừng hoạt động vì bất cứ nguyên nhân nào đó, converter còn lại có thể điều khiển vận hành độc lập

Về nguyên lý, UPFC có 3 chế độ vận hành, bao gồm:

Chế độ 1: chế độ điều khiển trở kháng XC

2

I j X

2

C

X X

X X

U P

2cossin

U

U X

1

1 1

tg X

U P

Trong đó: - 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 (DC link) gần như bằng 0

Ngoài ra, thành phần bù ngang có thể điều khiển đồng thời cả dòng công suất

phản kháng Q và công suất tác dụng P truyền tải trên đường dây

1.2.5 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN GÓC PHA BẰNG THYRISTOR (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 của đường dây Nó có tác dụng điều khiển công suất truyền tải trên 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

Cấu tạo của TCPAR và đặc tính hoạt động của nó như sau:

Hình 1.6: Nguyên lý cấu tạo của TCPAR

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 mạch, mất tải đột ngột

- Có khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi

loại trừ được sự cố

1.2.6 NHẬN XÉT

- Các thiết bị bù dọc và ngang trên đường dây tải điện xoay chiều đều có

những đặc điểm chung là khả năng nâng cao độ tin cậy trong vận hành hệ thống

điện Tuy nhiên, giữa các thiết bị vẫn có sự khác biệt tuỳ theo yêu cầu trong từng hệ

thống điện cụ thể, chế độ vận hành cụ thể mà ta có thể lựa chọn các thiết bị hợp lý

- 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

Ta có (bảng 1-1) so sánh các chức năng của từng thiết bị bù có điều khiển

bằng thyristor như sau:

Tên thiết bị Điều

chỉnh trào

lưu công

suất

Điều chỉnh điện

áp

Ổn định tĩnh

Ổn định động

Chống dao động công suất

KẾT LUẬN

- Hợp nhất HTĐ bằng đường dây siêu cao áp đem lại nhiều hiệu quả tổng

hợp Tuy nhiên, có nhiều vấn đề kỹ thuật cần giải quyết, trong đó, vấn đề bù công

suất phản kháng và điều khiển có ý nghĩa quyết định trong việc giữ ổn định điện áp

và nâng cao giới hạn truyền tải

- Việc lắp đặt các thiết bị bù dọc và bù ngang điều khiển nhờ thyristor là xu hướng rất được quan tâm trên thế giới vì nhờ chúng mà độ tin cậy và tính kinh tế trong vận hành HTĐ được tăng lên rất nhiều

- Các thiết bị bù dọc và bù ngang sử dụng thyristor có khả năng điều chỉnh gần như tức thời thông số của chúng Việc ứng dụng các thiết bị nói trên trong HTĐ làm nâng cao khả năng giữ ổn định điện áp và giảm dao động công suất, đặc biệt là đối với các HTĐ hợp nhất có truyền tải bằng các đường dây siêu cao áp

- Các thiết bị bù có điều khiển thyristor chỉ đem lại hiệu quả rất cao khi thời điểm tác động và giá trị dung lượng bù là hợp lý cho từng chế độ vận hành của hệ thống điện (trước sự cố, sự cố và phục hồi) Đây là một việc rất quan trọng khi vận hành HTĐ có các thiết bị bù dọc và ngang có điều khiển thyristor

- Với điều kiện địa lý như ở Việt Nam, đường dây truyền tải 500 kV rất dài, các nguồn phát ở xa trung tâm phụ tải thì khả năng ứng dụng thiết bị SVC sẽ mang lại hiệu quả trong vận hành và tăng ổn định chất lượng điện năng của HTĐ Việt Nam

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ BÙ SVC TRONG VIỆC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH

HỆ THỐNG ĐIỆN

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

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

của ngành sản xuất chất bán dẫn Sự xuất hiện của SVC đã mở ra một kỷ nguyên

mới cho việc phát triển các thiết bị thuộc Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh

hoạt (FACTS- Flexible Alternating Current Transmission Systems) Được sử dụng

từ hàng chục năm nay, SVC đã khẳng định được các ưu điểm của mình trong việc

vận hành lưới điện và khả năng mang lại những lợi ắch kinh tế to lớn cho hệ thống

Trong hệ thống truyền tải điện năng, SVC được sử dụng với các mục đắch

chắnh sau:

- Ổn định điện áp trong các hệ thống yếu

- Tăng khả năng truyền tải của đường dây

- Giảm tổn thất điện năng truyền tải

- Tăng cường khả năng điều khiển điện áp

- Ôn hòa các dao động côngsuất

2.1 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

2.1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Cũng nhý cụng suất tỏc dụng P, cụng suất phản khỏng Q trong hệ thống điện

cũng cần luụn luụn phải điều chỉnh để giữ trạng thỏi cõn bằng Việc phõn bố dũng

cụng suất trong hệ thống điện là một nhiệm vụ rất quan trọng nhằm đảm bảo chất

lýợng điện nóng cung cấp cho cỏc phụ tải và đảm bảo điều kiện vận hành cỏc thiết

bị và đýờng dõy an toàn, trỏnh hiện týợng quỏ ỏp và một số hiện týợng khỏc do

cụng suất phản khỏng gõy nờn Hừn nữa, nú cũn làm tóng tớnh kinh tế - kỹ thuật

trong vận hành hệ thống điện Khỏc với cụng suất tỏc dụng, cụng suất phản khỏng

cú tớnh chất phõn bố theo khu vực vỡ điện ỏp của cỏc nỳt trong hệ thống điện là

khỏc nhau nờn ngoài nguồn cung cấp điện cụng suất phản khỏng từ cỏc nhà mỏy

điện thỡ cần phải cú những nguồn phỏt cụng suất phản khỏng khỏc nhý: Mỏy bự đồng bộ, tụ bự, khỏng điện Ầ Ngoài ra, việc đặt cỏc thiết bị bự cụng suất phản khỏng cũn cú tỏc dụng cải thiện đỏng kể thụng số chế độ, đặc biệt đối với đýờng dõy siờu cao ỏp

Trýớc đõy, cỏc thiết bị bự cụng suất phản khỏng thýờng khụng cú tự động điều chỉnh hoặc cú điều chỉnh nhýng rất chậm, nhảy bậc Ngày nay với sự ra đời của cỏc thiết bị Thyristor cụng suất lớn và cựng với nú là cỏc thiết bị FACTS ( Fleaxible AC Transmission line System), trong đú cú SVC, đó khắc phục đýợc cỏc nhýợc điểm nờu trờn và mang lại hiệu quả rất cao trong vận hành hệ thống điện Do tớnh ýu việt của SVC ( khả nóng điều chỉnh nhanh), biờn độ thay đổi khỏ lớn nờn

nú đó đýợc sử dụng rộng rói trờn toàn thế giới để cải thiện chế độ vận hành và mở rộng ứng dụng việc cải thiện thụng số chế độ đýờng dõy và nõng cao ổn định của hệ thống điện

SVC đýợc lắp đặt trong hệ thống điện cú tỏc dụng tóng tớnh linh hoạt của hệ thống trờn nhiều khớa cạnh nhý: điều chỉnh điện ỏp tại vị trớ SVC mắc vào lýới, làm tóng ổn định hệ thống, tóng khả nóng truyền tải cụng suất, giảm tức thời quỏ điện ỏp, hạn chế khả nóng cộng hýởng tần sú và giảm dao động cụng suất Ầ Thiết bị bự ngang cú điều khiển SVC đúng một vai trũ quan trọng trong việc điều chỉnh điện ỏp trong hệ thống điện Nú hoạt động trong hệ thống nhý một phần

tử thụ động nhýng lại phản ứng của đối týợng tự thớch nghi với thụng số chế độ

2.1.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA SVC

2.1.2.1 Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất

Chức năng bình thường nhất của một SVC là điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất phản kháng tại điểm nó được nối vào mạng lưới Điều này cũng dễ hiểu

vì công suất phản kháng có tác dụng rất lớn đối với cường độ điện áp, mà SVC là một thiết bị có khả năng tạo hoặc thu hút công suất phản kháng ảnh hưởng bởi sự biển đổi của công suất tải như việc đóng cắt các phần tử của hệ thống điện: các đường dây, các nhóm tụ bù, kháng bù, các máy biến áp Với công suất tải lớn thì điện áp sẽ bị giảm đáng kể thậm chắ bị sụt mạnh Điều đó là nguyên nhân dẫn đến

sự tỏc động của Relay điện ỏp thấp Quỏ điện ỏp là nguyờn nhõn gõy lờn hiện tượng

bóo hũa mạch từ trong mỏy biến ỏp, mà cũng là nguyờn nhõn làm tăng vọt cỏc thành

phần súng hài trong cỏc mỏy phỏt điện Điều đú, dẫn đến hiện tượng cộng hưởng

cỏc thành phần súng hài và cú thể là sự cộng hưởng trong cỏc tụ bự, trờn đường dõy

truyền tải và trong cỏc đường cỏp Điều này cú thể dẫn đến sự tỏc động của chống

sột van và cú thể là nguyờn nhõn phỏ hỏng cỏc chống sột van này Sự cộng hưởng về

nhiệt của cỏc tụ điện và cỏc động cơ cú thể phỏp hỏng cỏc thiết bị điện của hộ tiờu

thụ

Sự thay đổi điện ỏp tại nỳt phụ tải cuối cỳng của hệ thống thiếu hụt cụng suất

là một hàm phụ thuộc vào cụng suất tải của toàn hệ thống và cú thể minh họa bằng

vớ dụ đơn giản như hỡnh 2.1

U

p,q jXe

Hệ thống điện

Hình 2.1: Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC

Trong đú:

E: là điện ỏp của hệ thống

Xe: là điện khỏng của hệ thống điện tớnh đến thanh cỏi của phụ tải

Điện ỏp tại thanh cỏi phụ tải của hệ thống sẽ cú xu hướng giảm thieo chiều

tăng của cụng suất tải nếu khụng cú phần tử bự cụng suất phản khỏng và được thể

hiện trờn đường đặc tớnh (a) của hỡnh 2.2 Sự cung cấp cụng suất phản khỏng của

thiết bị SVC với dải thụng số định mức tại điểm đấu phụ tải sẽ giữ cho điện ỏp phụ

tải ớt biến đổi hơn và thể hiện trờn đường đặc tớnh (b) của hỡnh 2.2

Tuy nhiờn, nờu thiết bị SVC khụng cú giới hạn về cụng suất phỏt thỡ điện ỏp

trờn thanh cỏi của phụ tải cú thể được giữ giỏ trị khụng đổi và được thể hiện trờn

đường đặc tớnh (c) của hỡnh 2.2

U

(a)

(b) (c)

P 0

Hình 2.2: Sự thay đổi của điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC

2.1.2.2 Giới hạn thời gian và cường độ quỏ ỏp khi xảy ra sự cố

Chức năng quan trọng nhất là giới hạn thời gian và cường độ quỏ ỏp khi xảy

ra sự cố bỡnh thường khi mất tải đột ngột tại một điểm trờn đường dõy hoặc ngắn mạch yếu Vỡ SVC cú thể phản ứng trong vũng 10ms, nờn thời gian quỏ ỏp sẽ được giảm xuống thấp hơn thời gian chỉnh định bảo vệ của hệ thống rơ le Do đú cac rơ le khụng cần tỏc động cắt sự cố và tớnh chất tải điện sẽ được nõng cao Quan hệ quỏ ỏp với thời gian được thể hiện ở hỡnh 2.3

100

10s Voltage

0

Hình 2.3: Quan hệ thời gian và điện áp quá áp

Đặc điểm này rất quan trọng đối với đường dõy siờu cao ỏp như đường dõy 500kV Bắc- Nam của nước ta bởi vỡ nú cú chiều dài rất lớn (1487km) nhiều tỡnh huống

cắt ngắn mạch một phớa cỏc đoạn đường dõy cú thể dẫn đến hiện tượng quỏ ỏp Trong hệ thống điện hợp nhất của nước ta, quỏ điện ỏp xảy ra trong những trường hợp sau:

- Cắt đường dõy Phỳ Lõm- Húc Mụn

- Loại bỏ phụ tải chớnh của hệ thống điện Miền Nam

- Loại bỏ phụ tải ở hệ thống điện Miền Nam khi bộ tụ bù tại Phú Lâm vẫn

tác động

- Hòa đồng bộ

- Sửa chữa định kì kháng bù ngang tại Đà Nẵng

- Sửa chữa định kì kháng bù ngang tại Phú Lâm

- Sửa chữa định kì tụ bù dọc

- Khi tự đóng lại một pha

- Đường dây 500kV bị cắt trọng mọi trường hợp

- Các sự cố khác

2.1.2.3 Ôn hòa dao động công suất hữu công

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

độ, ví dụ như mất tải hoặc thình lình giảm công suất phát tại nguồn hoặc tự động

đóng lại sau khi xảy sự cố v.v… Hệ thống tải điện càng yếu thì hiện tượng này

càng rễ xảy ra Và đây là một vấn đề lớn đối với đường dây siêu cao áp 500kV của

nước ta

Trong hệ thống điện hợp nhất của nước ta, dao động công suất có thể xảy ra

trong các trường hợp sau:

- Loại bỏ phụ tải Phú Lâm

- Loại bỏ phụ tải Đà Nẵng

- Sự cố ngắn mạch 3 pha

- Sự cố tại nhà máy thủy điện Hòa Bình

- Sửa chữa định kì các máy phát điện Miền Bắc

- Sửa chữa định kì các máy phát điện Miền Nam

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

cách thay đổi góc mở của thyristor của SVC một cách gần như tức thời

2.1.2.4 Giảm cường độ dòng điện vô công

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

bởi dòng điện này trên đường dây mà các nhà máy phát điện phải cung cấp Nói

chung là tiết kiệm năng lượng và tăng năng suất của hệ thống điện

2.1.2.5 Tăng khả năng tải của đường dây

Tăng khả năng tải của đường dây, và tăng độ dự trữ ổn định của đường dây

Sử dụng thiết bị bù có điều khiển cho phép biển đổi các đặc tính của đường dây, công suất tự nhiên của đường dây và có thể đạt được chế độ làm việc của đường dây, trong đó công suất truyền tải luôn luôn bằng công suất tự nhiên của đường dây Khi có đặt SVC ở giữa đường dây với công suất đủ lớn thì việc kiểm tra khả năng tải của đường dây không phải giữa các véc tơ điện áp ở đầu và cuối đường dây mà chỉ giữa các điểm có khả năng giữ điện áp không đổi (điểm có đặt SVC)

Công suất truyền tải của hệ thống điện thường được giới hạn bởi cấp điện áp vận hành và điện kháng trong các máy biến áp của hệ thống

Công suất tác dụng truyền tải trên đường dây được cho bởi công thức sau:

- X: là điện kháng toàn bộ hệ thống điện

- P: công suất truyền tải trên đường dây

- Pm: công suất lớn nhất mà đường dây có thể truyền tải được

- : góc giữa điện áp đầu cực máy phát và điện áp tại điểm xét Công suất lớn nhất mà đường dây có thể truyền tải được hay chính là công suất truyền tải lớn nhất của hệ thống mà vẫn đảm bảo được tính ổn định Pm đạt được với góc

đủ lớn được nối tại một điểm của đường dây sao cho điện kháng của hệ thống điện

về 2 phía của SVC bằng nhau (hình vẽ 2.4) thì khả năng truyền tải công suất của hệ

kh«ng cã SVC

H×nh 2.4: §Æc tÝnh c«ng suÊt truyÒn t¶i cña hÖ thèng khi cã vµ kh«ng cã SVC

Điều đó có nghĩa là giới hạn của trạng thái ổn định bây giơ tại góc  = 1800,

và giá trị công suất max của đường dây truyền tải tăng 2 lần

Nếu đường dây truyền tải với lượng công suất nhỏ hơn giá trị công suất max

và để giữ trạng thái ổn định thì thiết bị SVC cần phải có lượng công suất max là

Qcmax= 4Pm Trên thực tế công suất các thiết bị bù thường nhỏ hơn cũng được chấp

nhận vì lí do kinh tế Nếu một thiết bị bù có công suất giới hạn được vận hành lớn

hơn công suất của nó thì nó sẽ hoạt động như một kháng bù ngang có công suất

không đổi Điều đó có nghĩa rằng điện áp tại điểm giữa không đổi và bằng giá trị E

Khi đó công suất tác dụng truyền tải giảm và được tính theo công thức sau:



sin411

m C m

P Q P P





Việc tăng khả năng truyền tải công suất của hệ thống điện có thể thực hiện được trong hệ thống điện thực tế với các thiết bị SVC nối tại các vị trí chiến lược

mà có thể tìm ra bằng việc nghiên cứu dòng điện phụ tải

2.1.2.6 Cân bằng các phụ tải không đối xứng

Cân bằng các phụ tải không đối xứng do SVC có khả năng giữ điện áp ổn định theo từng pha riêng rẽ nên nó làm cho độ không đối xứng của phụ tải giảm xuống

Sự không đối xứng và sự xuất hiện của các tải một pha đều có ảnh hưởng đến chất lượng điện áp trong hệ thống điện Nó là nguyên nhân của sự không đối xứng điện áp và sự quá tải trong các phần tử hệ thống như máy phát… và có thể làm hỏng các máy điện quay Bằng việc bổ sung các kháng điện bù ngang có thể đạt được sự cân bằng phụ tải, sự cân bằng điện áp và hiệu chỉnh được hệ số công suất

Để cân bằng các phụ tải không đối xứng như các lò điện, xe lửa… thì giải pháp được đề ra là mắc các phần tử kháng điện vào giữa các pha của hệ thống

2.1.2.7 Cải thiện ổn định sau sự cố

Để cho hệ thống điện giữ được trạng thái ổn định sau các nhiễu loạn lớn do việc loại trừ các sự cố bằng tác động của các phần tử bảo vệ Hệ thống phải giữ công suất truyền tải trên đường dây nhỏ hơn giá trị công suất giới hạn ổn định Mức công suất lớn nhất hệ thống có thể truyền tải sau những sự cố mà vẫn đảm bảo trạng thái ổn định của hệ thống (được giữ nhỏ hơn giá trị công suất truyền tải thực tế trong điều kiện bình thường) được gọi là giới hạn ổn định quá độ Xét hệ thống điện đơn giản như hình 2.5 Công suất truyền tải trước sự cố là P1 và đường đặc tính (1) Trong khoảng thời gian tồn tại sự cố, công suất truyền tải giảm đi so với lúc trước

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

Công suất máy phát giảm đột ngột nhưng do quán tính rotor máy phát sẽ gia tốc cho tới khi sự cố được xóa bỏ tại góc c bằng việc ngắt đường dây sự cố và công suất truyền tải tăng dần trên đường đặc tính (3) Năng lượng tích lũy được trong quá trình gia tốc của rotor được đặc trưng bằng diện tích hình (A1) Lúc này rotor vẫn tiếp tục quay và động năng tích lũy của rotor sẽ hãm chuyển động của nó Công suất

truyền tải của hệ thống sẽ vượt quá giá trị P1 Giá trị lớn nhất của góc quay đạt được

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

L jX

L jX

e jX

b a

R X E', X®

(3)

(2)

(2) (3) (1)

A 2

1 A t P

P max

d max d cr

d c i

0

max 2P

(1): Lóc tr-íc sù cè (20: Lóc sù cè (3): Lóc sau sù cè

H×nh 2.5: §Æc tÝnh c«ng suÊt khi cã vµ kh«ng cã SVC

Nếu sau sự cố góc quay lớn nhất của rotor đạt được max nhỏ hơn góc giới

hạn của rotor cr thì hệ thống giữ được trạng thái ổn định Nếu max< cr thì năng

lượng hãm tốc có tác dụng giữ cho rotor ở trạng thái ổn định Điều này cho phép

định chế độ vận hành ổn định cho hệ thống điện sau các kích động lớn, nhỏ

Khi thiết bị SVC được ứng dụng tại điểm giữa của đường dây làm tăng khả

năng tải của hệ thống và được minh họa như hình 2.5 Đối với cùng một hệ thống

truyền tải nhưng khi có ứng dụng thiết bị SVC thì diện tích hãm tốc của rotor lớn

hơn chính vì thế làm tăng khả năng tải của hệ thống sau các kích động lớn, nhỏ

2.2 THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC

Cấu tạo chung của SVC đã được trình bầy ở chương 1

2.2.1 CẤU TẠO TỪNG PHẦN TỬ CỦA SVC

2.2.1.1 Nguyên lý hoạt động của bộ thyristor mắc song song ngược

Trên hình 2.6 mô tả nguyên lý làm việc của bộ thyristor trong mạch

* Trường hợp tải thuần trở:

Khi T1 mở thì một phần nửa chu kì dương điện áp nguồn điện đặt lên mạch tải, còn khi T2 mở thì một phần của nửa chu kì âm của điện áp nguồn

được đặt lên mạch tải

T1 T2

ZT U

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý bộ thyristor

Góc mở  được tính từ điểm đi qua trị zêzo của điện áp nguồn



sin2

Thành phần sóng cơ bản của dòng điện tải i(1) lệch chậm sau điện áp nguồn một góc  được thể hiện trên đồ thị hình 2.7

Điều đó nói lên rằng, ngay cả trường hợp tải thuần trở, lưới điện xoay chiều vẫn cung cấp một lượng công suất phản kháng

Trị hiệu dụng của điện áp trên tải:

U

i

0 0

i

i i

* Trường hợp tải thuần cảm:

Khi  =  xung cho điều khiển mở T1 Dũng điện tải tăng dần lờn và đạt giỏ

trị cực đại, sau đú giảm xuống và đạt giỏ trị zờzo khi  = 

Khi thyristor T1 mở, ta cú phương trỡnh:

t U dt

Hằng số tớch phõn Io được xỏc định theo sơ kiện: khi  =  thỡ it = 0 Cuối

cựng nhận được biểu thức của dũng điện tải:

Khi  =  +  cho xung mở T2

Để cho sơ đồ làm việc được hoàn chỉnh khi tải thuần cảm, phải thỏa món

điều kiện    +  Do đú gúc  buộc phải nằm trong cỏc giới hạn:

Dũng điện tải là dũng giỏn đoạn, do i1 và i2 tạo nờn Khai triển Fourier của

nú bao gồm thành phần súng cơ bản i(1) và cỏc súng hài bậc cao Thành phần súng

cơ bản lệch chậm sau điện ỏp nguồn một gúc /2 độc lập với gúc mở 

Trị hiệu dụng của dũng điện tải:

1

d L

U d i

Cụng suất mạch tải tiờu thụ là cụng suất phản khỏng

Nếu ta thay đổi đột ngột giỏ trị gúc điều khiển từ  = 00 sang  = 1800 thỡ tương ứng với trạng thỏi đúng hoặc mở mạch

2.2.1.2 Khỏng điều chỉnh bằng thyristor TCR (thyristor controlled reactor)

* Sơ đồ nguyờn lý hoạt động:

Khỏng điều chỉnh nhanh bằng thyristor (TCR) được cấu tạo dựa trờn nguyờn

lý hoạt động và khả năng điều khiển của cặp thyristor mắc song song và ngược chiều nhau Nhờ cú khả năng khống chế được trị số hiệu dụng của dũng điện đi qua thyristor liờn tục thụng qua việc thay đổi gúc mở  bằng thời điểm phỏt xung điều khiển vào cực G mà TCR cú khả năng điều chỉnh phỏt hay tiờu thụ cụng suất phản khỏng rất nhanh

ĐK U I

t t t U

H

Thyristor

Hình 2.8: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR

Qua đú, ta thấy TCR thực chất là cuộn khỏng được điều khiển bằng 2 thyristor nối ngược chiều nhau Gúc mở thay đổi liờn tục từ 00 đến 1800 thỡ TCR

sẽ thay đổi liờn tục giỏ trị điện khỏng L nhờ cỏc tớn hiệu điều khiển Khi gúc mở

 thay đổi từ 900 đến 1800 thỡ dũng điện hiệu dụng qua TCR sẽ thay đổi giảm

dần từ giá trị cực đại đến zêzo Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của TCR được

thể hiện trên hình 2.8

TCR được cấu tạo từ 4 phần tử chính sau:

- L: cuộn điện kháng chính

- LH: cuộn điện kháng hãm, có chức năng giới hạn dòng đi qua thyristor và

chống lại sự cộng hưởng với hệ thống điện

- Thyristor: có chức năng điều chỉnh dòng điện đi qua TCR

- Hệ thống điều khiển: Có chức năng điều khiển tín hiệu xung đến cực

điều khiển của thyristor hệ thống này là một khâu quan trọng để điều chỉnh liên

tục dòng điện hay giá trị XL hay thay đổi trị số công suất phản kháng phát ra hay

tiêu thụ

TCR có nhiều ưu điểm khi tham gia vào các thiết bị bù trong hệ thống điện:

- Có khả năng làm cân bằng lại phụ tải, vì TCR có thể điều khiển độc lập

trên từng pha

- Khả năng điều khiển, điều chỉnh các thông số rất nhanh, hầu như khồn có

giai đoạn quá độ nhờ bộ van thyristor Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR thể

H×nh 2.9: §Æc tÝnh ®iÒu chØnh liªn tôc cña TCR

* Đặc tính làm việc của TCR:

TCR có khả năng điều khiển, điều chỉnh các thông số rất nhanh nhờ việc

thay đổi góc cắt (góc mở)  bằng các tín hiệu xung điều khiển tác động vào bộ

van thyristor Việc thay đổi góc cắt này sẽ làm thay đổi giá trị dòng điện chạy qua TCR được thể hiện trên hình 2.10 sau:

Dòng điện I chạy qua TCR thay đổi từ Idđ giảm đến 0 khi góc cắt thay đổi từ

900 đến 1800 Tin hiệu này không phải là tín hiệu hình sin mà là tín hiệu có dạng hàm chu kỳ với tần số bằng tần số của tín hiệu đặt vào (f = 50Hz) Giá trị của dòng điện chạy qua TCR là một hàm biến thiên phụ thuộc vào góc cắt  được biểu diễn như sau:

ITCR = I0.I() Trong đó:

- min 0

K dm

X

U

I  là dòng điện chạy qua TCR khi  = 900

- XKmin là điện kháng của TCR khi  = 900 (thyristor dẫn hoàn toàn)

Gọi góc cắt 0 xác định tại thời điểm t0 xuất hiện tín hiệu điều khiển xung vào cực điều khiển của thyristor

Ta có: 0 2 t0

T



  với chu kỳ T = 2

Sóng của dạng tín hiệu dòng điện được thể hiện như hình 2.11

Hình 2.10: Ảnh hưởng của giá trị góc cắt đến dòng điện của TCR

TCR I

t t U

 1

3

I TCR

 1

>

t I( = 90 )

I( >90 ) 360 180

0 0

t voi I t I

m m

0 0 0 0

0 0

)

coscos(0

0)

cos(cos

Dựa vào công thức khai triển Fuorier, khai triển hàm f(x) có chu kỳ T như

T k



2cos

42 0

T k



2sin

42 0

42

0



Áp dụng khai triển cho hàm I() ta có:

Vì hàm I() là hàm số chẵn vì đồ thị của chúng đối xứng qua trục tung nên theo tính chất của khai triển Fuorier ta có:

 t dt I

a  

00

24

 t kt dt I

a k cos 2

cossin2

0 0

a k cos 2

0

.cos.coscos

cos.coscos2

.cos2

12

1sin

.cos2sin4

1212

0 0

t t

sin4

12

2

0 0

0 0 0 0

21

0

.cos.coscos

cos.coscos2

cos

sin.1cos1

sin12

11sin

sin12

11sin

k k t k

11

11

11

sin12

11

11sin121

11sin121

k k k

I TCR t I m.1 0.cost

Hàm 1 0 thay đổi liên tục từ 1 đến 0 khi góc cắt 0 thay đổi từ 900 đến

1800 Đây cũng là quan hệ của biên độ thành phần cơ bản của dòng điện chạy qua TCR theo góc cắt 0

Đặc tính điều chỉnh dòng điện theo góc cắt được thể hiện như hình 2.12

90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 0.0

0.2 0.4 0.6 0.8 1 I(pu)



H×nh 2.12: §Æc tÝnh ®iÒu chØnh dßng ®iÖn TCR theo gãc c¾t

Bên cạnh thành phần cơ bản (k = 1), tín hiệu của dòng điện I chạy trong

TCR bao gồm cả các thành phần bậc cao (sóng hài) như 3, 5, 7… các sóng này có

a

7th 11th 5th Funda

H×nh 2.13: C¸c sãng hµi bËc cao trong phÇn tö TCR



Trên thực tế, các sóng hài bậc cao có ảnh hưởng xấu đến hoạt động của hệ

thống điện và chúng được loại bỏ nhờ các thiết bị lọc F mắc song song với thiết

bị bù Khi đó dòng điện trên hệ thống chỉ còn thành phần cơ bản

   

min 1

K

dm m

X

U I

 

1 min 1

K dm

X U

Từ đó ta thấy XK thay đổi liên tục từ XKmin đến XKmax khi góc cắt  thay đổi

liên tục từ 900 đến 1800 Do vậy công suất phản kháng Q được tính bằng công

Do các tính chất trên mà TCR là một thành phần quan trọng, đóng vai trò

chính trong thiết bị bù có điều khiển thyristor ứng dụng trong hệ thống điện

* Phân tích các hiệu ứng phụ:

- Phân tích ảnh hưởng:

Để nghiên cứu đặc tính của các thành phần bậc cao của dòng điện xuất

hiện trong SVC ta căn cứ vào biểu thức k Chẳng hạn khi k = 3 ta có:

Dễ dàng ta xác định được biên độ của thành phần bậc 3 của dòng điện xuất hiện trên SVC

 

3 0

Tương tự ta có thể vẽ quan hệ k  với k = 5, 7, 9 ta có đường cong tương ứng như trên hình 2.13

- Các biện pháp khắc phục: Để loại bỏ thành phần bậc cao trong dòng điện

TCR người ta đặt các bộ lọc tần số cao F Các bộ lọc này chính là các mạch LC

cộng hưởng với tần số mà nó cần lọc

Khi có thành phần dòng điện bậc cao xuất hiện trong dòng điện TCR thì do các mạch lọc cộng hưởng với tần số 3f, 5f, … nên trở kháng của nó đối với các dòng điện tần số cao này chỉ còn là điện trở thuần của các thiết bị R mà các điện

trở thuần này rất nhỏ nờn dũng điện bậc cao đi qua bộ lọc xuống đất hết, dĩ nhiờn

phải lựa chọn trị số của L và C sao cho trở khỏng của mạch lọc đối với tần số cơ

bản rất lớn để trỏnh tổn hao

Như ta nhận thấy rằng cường độ dũng điện của thành phần bậc cao tỷ lệ

với cụng suất của mạch TCR, thụng thường trong SVC chỉ cú một TCR cũn cỏc

phần tử khỏc là TSR và TSC là những phần tử đúng mở nhảy bậc nờn trong quả

trỡnh làm việc khụng sinh ra thành phần bậc cao, chỉ cú TCR là phần tứ thay đổi

liờn tục của SVC mới sinh ra cỏc thành phần dũng điện bậc cao trong quỏ trỡnh

làm việc Bởi vậy để giảm cường độ dũng điện bậc cao người ta cũn cú biện

phỏp là chia nhỏ cụng suất của SVC ra nhiều phần tử TSR, TSC và TCR Việc chia

nhỏ cụng suất của SVC ra nhiều phần tử cú lợi sau:

- Giảm dũng điện thành phần bậc cao

- Khả năng điều chỉnh cụng suất phàn khỏng phỏt ra mềm dẻo hơn

- Cụng suất của thyristor sẽ được chọn nhỏ đi tương ứng

Như vậy việc chia ra nhiều phần tử của SVC sẽ làm cho hệ điều khiển phức

tạp nhưng ta cú thể sử dụng cỏc thiết bị vi điều khiển để giải quyết vấn đề này

Vấn đề lựa chọn cụng suất từng mụdul bằng bao nhiờu là một bài toỏn cần

xem xột

Tuy nhiờn hiện nay cụng nghệ nước ta chưa sản xuất được SVC mà phải

mua trọn bộ của nước ngoài thỡ bài toàn này chưa cần đề cập đến

2.2.1.3 Tụ đúng mở bằng thyristor TSC ( thyristor switch capacitor)

Nguyờn lý cấu tạo và hoạt động của tụ đúng mở bằng thyristor được thể hiện

L H

C U

c

Hình 2.14: Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của TSC

Tụ đúng mở bằng thyristor TSC được cấu tạo từ 3 phần chớnh sau:

2.2.1.4 Khỏng đúng mở bằng thyristor TSR ( thyristor switch reactor)

Nguyờn lý cấu tạo và hoạt động của tụ đúng mở bằng thyristor được thể hiện trờn hỡnh 2.15

Khỏng đúng mở bằng thyristor TSR được cấu tạo từ 3 phần chớnh sau:

Hình 2.15: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TSR

Qua đú, ta thấy TSR thực chất là bộ khỏng điện được đúng mở bằng 2

thyristor song song nối ngược chiều nhau Việc tỏc động tớn hiệu xung sẽ làm

thay đổi giỏ trị điện khỏng L

2.2.1.5 Hệ thống điều khiển cỏc van trong SVC

Trong hệ điều khiển cú cỏc khối như hỡnh vẽ 2.16:

- Định dạng điện ỏp hệ thống cú chức năng lấy tớn hiệu điện ỏp thực tế từ

lưới điện (tớn hiệu dạng liờn tục)

- So sỏnh tớn hiệu cú chức năng so sỏnh tớn hiệu đặt (tớn hiệu ngưỡng) và

tớn hiệu định dạng

- Điều khiển trung tõm cú chức năng điều khiển tớn hiệu từ tượng tự ra tớn

hiệu số và số ra tượng tự phự hợp với điều kiện tăng hay giảm gúc mở  Thiết

bị điều khiển trung tõm ta sử dụng bộ vi điều khiển

- Đưa tớn hiệu điều khiển gúc mở  cho TCR, TSR, TSC cú chức năng

khuếch đại tớn hiệu từ vi điều khiển đến cỏc van của SVC

Do SVC kết hợp từ TCR, TSC, TSR mặc dự TSC, TSR điều chỉnh nhảy bậc nhưng SVC vẫn điều chỉnh liờn tục trong quỏ trỡnh điều khiển Cỏc phần

tử của SVC được nối vào mạng điện thụng qua cỏc van thyristor mà khụng dựng mỏy cắt Nhờ vậy mà SVC cú tốc

như không có thời gian quá độ Đặc tính hoạt động của SVC được thể hiện trên

hình 2.17

2.2.2.2 Đặc tính làm việc của SVC

Ở chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện, SVC làm nhiệm vụ tự

động điều chỉnh để giữ nguyên điện áp nút Tín hiệu điều khiển là độ lệch giữa

điện áp nút đặt SVC đo được từ biến điện áp BU với điện áp đặt Tín hiệu này

điều khiển góc mở của các thyristor làm thay đổi trị số hiệu dụng thành phần cơ

bản của dòng điện đi qua TCR nhờ đó điều chỉnh được dòng công suất phản

kháng của SVC Khi điện áp tăng, tác dụng của hệ thống điều chỉnh làm dòng

điện qua SVC tăng, công suất phản kháng tiêu thụ tăng, điện áp nút được giảm

xuống Ngược lại khi điện áp bị giảm thấp, dòng điện qua SVC giảm, công suất

phản kháng tiêu thụ giảm hoặc một lượng công suất phản kháng nhất định được

phát lên hệ thống, điện áp nút được nâng cao

b) SVC có cả tính dung và tính cảm a) SVC chỉ có tính cảm

Hình 2.18: Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp

Đặc tính làm việc của SVC là mối quan hệ giữa điện kháng hay công suất phản kháng của SVC với điện áp của nút đặt thiết bị này Trong phạm vi điều chỉnh được công suất (phạm vi của TCR) tức Xmin  XSVC  Xmax hay Qmin QSVC 

Qmax , điện áp nút được giữ ở trị số đặt U0 Tuy nhiên trên thực tế, các SVC thường được chế tạo với đặc tính làm việc mềm

Khi đó trong phạm vi điều chỉnh được của công suất, điện áp nút được phép dao động với độ lệch U Nhờ độ nghiêng của đặc tính trong vùng điều chỉnh được công suất, có thể phân bố công suất cho các SVC làm việc song song hoặc làm việc cùng với các thiết bị điều chỉnh công suất phản kháng khác

2.3 MÔ HÌNH SVC TRONG TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

Do các thiết bị bù ngang có điều khiển tác động gần như tức thời nên trong tính toán chế độ xác lập của hệ thống khi các quá trình diễn ra tương đối chậm

có thể xét các SVC thông qua đặc tính làm việc hay đặc tính Vôn-Ampe của chúng Đặc tính làm việc ở đây là quan hệ thay đổi của điện kháng (hay công suất phản kháng) của thiết bị bù ngang có điều khiển theo điện áp nút đặt thiết bị

bù, còn đặc tính Vôn - Ampe là quan hệ thay đổi của dòng điện qua thiết bị bù ngang có điều khiển theo điện áp nút đặt SVC Dưới đây là một số phương pháp

mô phỏng thiết bị bù ngang có điều khiển thường dùng

2.3.1 MÔ HÌNH HÓA SVC NHƯ MỘT ĐIỆN KHÁNG CÓ TRỊ SỐ THAY ĐỔI

Trước hết, xét luật điều khiển của SVC ở chế độ xác lập Luật này có thể được biểu diễn bằng đặc tính Vôn - Ampe có dạng như sau:

U = Uref + XSL.I Trong đó, U là điện áp tại nút đặt SVC, I là dòng điện qua SVC, Uref là điện

áp đặt, XSL là điện kháng dốc của SVC

Điện kháng XSL được sử dụng để tránh vi phạm vào các giới hạn khi có các biến động điện áp nhỏ tại nút đặt SVC XSL thường có giá trị từ 2 đến 5% Độ

lệch của điện áp được điều khiển thường nằm trong khoảng  5% của điện áp

đặt Uref Tại các giới hạn của góc mở thiristor, điện kháng của SVC sẽ được giữ

ở một giá trị cố định

Khi thay đổi góc mở  của thiristor, điện dẫn Be = -1 / Xtđ thể hiện được sự

thay đổi một cách rõ ràng hơn điện kháng tương đương Xtđ của SVC Nói cách

khác, đường biểu diễn Be() không dốc như đường Xtđ() Do đó khi mô hình

hóa các thiết bị bù có điều khiển, người ta thường dùng các công thức liên hệ

thường sử dụng điện dẫn tương đương Be hơn là các công thức liên hệ sử dụng

điện kháng Xtđ, nhờ vậy cũng tránh được các vấn đề về sai số khi xử lý các

điểm làm việc ở gần điểm cộng hưởng

Phương pháp được đề cập đến ở mục này mô hình hóa SVC như một điện

kháng có trị số thay đổi Xét các phương trình mô tả hoạt động ở chế độ quá độ

của SVC :

),,,

,

(

222sin X

2

e i

C

L e

e i

e i

B Q I U

U

g

X

X B

B U

Mô hình hoạt động của SVC ở chế độ xác lập được suy ra từ các phương

trình mô hình hóa chế độ quá độ bằng cách thay thế phương trình vi phân bằng

phương trình đặc tính Vôn - Ampe ở chế đô xác lập của SVC Các phương trình

mô tả hoạt động của SVC ở chế độ xác lập:

.0

e i SL ref B Q I U U g

I X U U

Chương trình tính toán lúc này sử dụng phép lặp với thông số được rời rạc hoá, với một giả thiết ban đầu về mức điện kháng đẳng trị Giá trị ban đầu này được chọn dựa trên suy đoán mặc định ban đầu của người sử dụng hoặc dựa trên giá trị ban đầu của các biến xoay chiều và đặc tính của điện dẫn Be() Lúc này quá trình tính toán cho phép xác định được điện áp tại nút đặt SVC Nếu điện áp cao hơn trị số đặt, phép lặp sẽ giảm trị số điện kháng tức tăng công suất tiêu thụ (hay giảm công suất phát) của SVC Ngược lại, nếu điện áp thấp hơn trị số đặt thì phép lặp sẽ tăng trị số điện kháng tức giảm công suất tiêu thụ (hay tăng công suất phát) của SVC Do lúc này các hệ số của ma trận tổng dẫn

Y không còn là hằng số mà cần phải được xác định lại sau mỗi bước lặp nên nhược điểm của phương pháp này là có khả năng không hội tụ nếu có nhiều vị trí đặt SVC và không tận dụng được các chương trình tính toán chế độ xác lập

cũ

2.3.2 MÔ HÌNH SVC THEO TỔ HỢP NGUỒN VÀ PHỤ TẢI PHẢN KHÁNG

Phương pháp này dựa vào đặc tính làm việc của SVC, mô phỏng SVC theo một tổ hợp của nguồn công suất phản kháng và phụ tải công suất phản kháng cung cấp qua máy biến áp điều áp dưới tải Khi đó có thể sử dụng thuật toán thông thường để giải bài toán và do vậy rất thuận tiện khi vẫn sử dụng các chương trình tính chế độ xác lập cũ