Vì vậy, khả năng truyền tải công suất của đường dâu được cải thiện đáng kể bằng việc tăng công suất phản kháng ở phía phụ tải, lắp cuộn kháng bù ngang mắc song song, tụ điện bù dọc mắc
Trang 1Tổng quan về ứng dụng thiết bị facts
MỤC LỤC
Phần 1: Tổng quan về ứng dụng thiết bị FACTS
1.1 Giới thiệu
1.2 Định nghĩa
1.3 Phân loại thiết bị FACTS
Phần 2: Ứng dụng thiết bị FACTS trong hệ thống điện 2.1 Bộ SVC
2.2 Bộ STATCOM
2.3 Bộ SSSC
2.4 Bộ TCSC
2.5 Bộ UPFC
Tài liệu tham khảo
Trang 2PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG THIẾT BỊ FACTS
1.1Giới thiệu
Hiện nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng thiết bị FACTS, đặc biệt là sử dụng các thiết bị phát nguồn công suất phản kháng cho hệ thống lưới điện nhằm đảm bảo ổn định điện áp cho hệ thống Tuy nhiên, việc đánh giá, lựa chọn thiết bị phát công suất nào hợp lý, cũng như dung lượng bù tối ưu trong phân tích ở chế độ xác lập, quá độ là chưa được quan tâm sâu sắc
Thực tế hiện nay, hệ thống điện chúng ta đang sử dụng là hệ thống điện xoay chiều Đây là hệ thống điện phức tạp bao gồm các máy phát đồng bộ, đường dây truyền tải, máy biến áp, các thiết bị bù và các phụ tải…., được chia thành ba khâu chính: Sản xuất, truyền tải và phân phối
Muốn cho hệ thống điện xoay chiều hoạt động, chúng ta cần phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
• Các máy phát điện làm việc trong chế độ đồng bộ
• Điện áp vận hành nằm trong giới hạn cho phép
• Tần số vận hành nằm trong giới hạn cho phép
• Các đường dây phải được vận hành ở điều kiện bình thường không quá tải
• Các phụ tải phải được cung cấp nguồn điện đầy đủ
Trong hệ thống điện công suất truyền tải trên các đường dây phụ thuộc vào tổng trở đường dây, điện áp và góc truyền tải giữa điểm đầu và điểm cuối của đường dây, những đại lượng này giới hạn công suất truyền tải trên đường dây Vì vậy, khả năng truyền tải công suất của đường dâu được cải thiện đáng kể bằng việc tăng công suất phản kháng ở phía phụ tải, lắp cuộn kháng bù ngang ( mắc song song), tụ điện bù dọc ( mắc nối tiếp) vào đường dây để điều khiển điện áp dọc theo chiều dài đường dây
Để nâng cao chất lượng điện áp và ổn định điện áp cho hệ thống điện Việt Nam, hiện nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng các thiết bị bù công suất phản kháng Tuy nhiên, các thiết bị bù
đó vẫn chưa đáp ứng được các yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy khi hệ thống có sụ thay đổi đột ngột về nhu cầu công suất phản kháng Vì thế, Các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt – FACTS ( FLEXIBLE AC TRANSMISSION ) đã ra đời và đáp ứng được các yêu cầu về độ phản ứng nhanh nhạy cũng như dung lượng bù tối ưu cho hệ thống trong mọi chế độ làm việc Ngoài ra, FACTS còn dùng để nâng cao khả năng điều khiển hệ thống điện và tăng khả năng truyền tải công suất trên đường dây
1.2Định nghĩa
FACTS được định nghĩa bởi IEEE là: ” Hệ thống sử dụng các thiết bị điện tử công suất và các thiết bị tĩnh khác để điều khiển một hoặc nhiều thông số của hệ thống đường dây truyền tải điện xoay chiều, qua đó, nâng cao khả nâng điều khiển và khả năng truyền tải công suất”
Qua định nghĩa trên, cho thấy tầm quan trọng của thiết bị FACTS điến hệ thống điện có sự ảnh hưởng lớn
về kinh tế và kỹ thuật
Trang 3Trong thực tế, do tính chất tiêu thụ điện ở từng thời điểm luôn khác nhau, cho nên tình trạng vận chuyển công suất trên các đường dây truyền tải cũng khác nhau, có thể tại một thời điểm trên hệ thống sẽ có những đường dây bị quá tải trong khi tại các đường dây khác thì non tải và ngược lại Với đà phát triển công nghiệp hóa như hiện nay, đòi hỏi nhu cầu truyền tải để đáp ứng cho các phụ tải ngày càng cao, cho nên, đường dây truyền tải cao áp luôn đặt trong tình trạng báo động hoặc xảy ra các hiện tượng: quá tải đường dây, nhiễu hệ thống ( dao động tần số, điện áp,….)
Nhằm tăng khả năng truyền tải điện năng trên hệ thống, khắc phục những nhược điểm nói trên, trên thế giới, người ta đã áp dụng các thiết bị FACTS vào hệ thống điện Các thiết bị này được sử dụng để điều khiển điện áp, trở kháng và góc pha của đường dây xoay chiều cao áp Các thiết bị FACTS đã giúp cho nhà cung cấp điện những lợi ích sau:
• Tận dụng lưới truyền tải hiện hữu để lắp đặt các thiết bị FACTS
• Giảm chi phí đầu tư
• Tăng độ tin cậy và khả năng sẵn sàng của hệ thống truyền tải
• Tăng độ ổn định quá độ của lưới
• Tăng chất lượng cung cấp điện năng cho các ngành công nghiệp và các ngành có yêu cầu chất lượng điện năng cao
• Ảnh hưởng không đáng kể đến môi trường xung quanh
1.3Phân loại thiết bị FACTS
Trước đây, khi mà ngành công nghiệp điện tử công suất chưa phát triển mạnh thì việc nâng cao chất lượng điện áp trên hệ thống điện bị hạn chế và thời gian đáp ứng cũng rất chậm, bởi vì khi đó, chúng ta phải thực hiện việc đóng cắt các khóa cơ khí các phần tử điện như là cuộn dây, tụ điện, bộ chuyển đổi nấc máy biến áp… để ổn định điện áp trên hệ thống
Ngày nay, với sự phát triển mạnh và nhanh chóng của các thiết bị điện tử công suất lớn, điện áp cao cho nên công nghệ FACTS ra đời nhằm giúp cho quá trình thực hiện điều khiển điện áp trên hệ thống điện, cụ thể là đường dây truyền tải được linh hoạt và nhanh chóng Một số nước tiên tiến đã sử dụng thiết bị FACTS trong mạng truyền tải, cụ thể như Mỹ, Canada, Brazil… là những nước tiên phong sử dụng công nghệ FACTS Các thiết FACTS thường được sử dụng là:
• Static Var Compensator (SVC) : Bộ bù Var tĩnh
• Static Synchronous Compensator (STATCOM) : Bộ bù đồng bộ tĩnh
• Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC) : Bộ bù dọc điều khiển Thyristor
• Static Synchronous Series Compensator (SSSC) :Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh
• Unified Power Flow Controller (UPFC) : Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất
• High Voltage Direct Current (HVDC) : Đường dây một chiều cao áp
Trang 4PHẦN 2: ỨNG DỤNG THIẾT BỊ FACTS TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1 Bộ bù công suất Var tĩnh –SVC
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Hầu hết các bộ SVC luôn được kết nói đến mạng lưới truyền tải điện thông qua một máy biến áp tang áp ghép bộ Ở phía nút điện áp thấp của máy biến áp, nói chung có 3 phần tử được sử dụng: cuộn kháng điều khiển bằng Thyristor (TCR), bộ tụ chuyển mạch bằng thyristor (TSCs) và bộ lọc song hài ổn định
a) TCR (Thyristor Controlled Reactor): Là thiết bị dùng điều khiển một cách liên tục dòng điện qua
cuộn cảm mắc song song với lưới bằng cách điều khiển góc kích của thyristor và được nối vào thanh cái điện áp thấp
Sơ đồ mạch một pha của bộ TCR, bao gồm cặp thyristor mắc song song, ngược chiều nhau và nối vào cuộn điện kháng tuyến tính
Hình 2.1a: Cấu tạo bộ TCR
Trong đó:
XL: Điện kháng chính
Trang 5T: Thyristor có chức năng điều chỉnh dòng điện đi qua TCR.
G : Cực kích của thyristor
Đóng ngắt có điều khiển các thyristor kết hợp với đáp ứng của cuộn kháng tuyến tính cho phép điện kháng hiệu dụng tần số cơ bản của TCR, mà nó là hàm số của góc kích, thay đổi một cách liên tục từ giá trị điện kháng xác định của cuộn kháng (ứng với trạng thái dẫn hoàn toàn của Thyristor) đến một giá trị vô hạn (ứng với trạng thái ngắt của thyristor)
b) TSC ( Thyristor Switched Capacitor): là thiết bị bù công suất phản kháng được điều chỉnh theo
dạng nhảy cấp, nó có khả năng đóng cắt tụ điện bằng cách kích đóng ngắt các thyristor Bộ TSC kết hợp với bộ TCR sẽ cho phép điện kháng tương đương của chúng có thể thay đổi liên tục từ tính dung sang tính kháng
Sơ đồ mạch một pha của bộ TSC bao gồm cặp Thyristor mắc song song, ngược chiều nhau và nối vào bộ tụ điện
Hình 2.1b: Cấu tạo bộ TSC
Trong đó:
- C : Bộ tụ điện
- T : Thyristor có chức năng đóng hoặc ngắt bộ tụ điện
- Van thyristor được đóng mở phụ thuộc vào tín hiệu xung điều khiển vào cực G của thyristor
Bộ TSC thực chất là bộ tụ điện được đóng mở bằng hai thyristor mắc đối song, khi thay đổi tín hiệu xung sẽ làm thay đổi giá trị điện dung C trong mạch
c) Fixed Filters: là thiết bị dùng để lọc sóng hài Mục đích là lọc các sóng hài bậc cao và bù công suất
phản kháng cho phụ tải Các sóng hài bậc cao xuất hiện do chế độ làm việc của TCR gây ra ( khi thyristor dẫn không hoàn toàn, dòng điện qua TCR sẽ không có dạng hình sin)
Sơ đồ mạch môt pha của bộ lọc sóng hài gồm có cuộn điện kháng XL nối tiếp vào bộ tụ điện C
Trang 6Hình 2.1c: Cấu tạo bộ lọc sóng hài
Trong đó:
C: Bộ tụ điện
XL: Cuộn điện kháng
Các phụ tải phi tuyến và cả phần tử điều chỉnh công suất phản kháng (TCR) là nguồn tạo ra các sóng hài bậc cao Trong hệ thống điện 3 pha, các thành phần bậc cao xuất hiện và ảnh hưởng chủ yếu là bậc 5,7,11 và 13, riêng sóng hài bậc ba thường được hạn chế hoặc loại bỏ nhờ hình thức đấu dây của máy biến áp hoặc giải thuật điều khiển cung cấp cho các bộ biến đổi công suất Các mạch lọc cộng hưởng được điều chỉnh đến các giá trị tần số của các thành phần sóng hài bậc cao cần được khử bỏ và lúc đó mạch lọc cộng hưởng tác động như trở kháng ngắn mạch cho các sóng hài bậc cao này nên hạn chế ảnh hưởng của nó lên nguồn điện áp của lưới điện Khi thay đổi góc kích α của thyristor, điện kháng hiệu dụng của bộ TCR sẽ thay đổi Sự thay đổi điện kháng của TCR sẽ thay đổi điện kháng hiệu dụng của SVC Với nguyên lý làm việc như trên, cho nên bộ SVC có thể cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng cho một hệ thống truyền tải điện Sự thay đổi để phát hay thu công suất phản kháng nhằm mục đích điều chỉnh giá trị điện áp tại điểm kết nối với hệ thống điện
Hình 2.1d: Sơ đồ bộ SVC
ISVC: Dòng điện của SVC với điện áp ở nút điện áp cao
PIsvc: Công suất tác dụng bơm vào bên trong máy biến áp ghép bộ từ nút điện áp thấp SVC
Trang 7Ứng dụng của bộ bù công suất Var tĩnh – SVC:
Hình 2.1e: Sơ đồ kết nối bộ SVC với hệ thống điện
Hình 2.1e Trình bày cấu trúc và những thành phần chính của bộ SVC [3] Bộ SVC được áp dụng rộng rãi trong hệ thống truyền tải với nhiều mục đích khác nhau Mục đích cơ bản nhất thường được sử dụng là để điều khiển điện áp tại điểm yếu nhất trong hệ thống điện Nó thường được lắp đặt ở điểm giữa của đường dây truyền tải liên kết giữa các vùng tải Nhờ độ chính xác cao, tính khả dụng và đáp ứng nhanh, các thiết
bị SVC có thể cung cấp trạng thái ổn định và điều khiển điện áp quá độ có chất lượng cao so với kiểu bù rẽ nhánh thông thường Các thiết bị SVC cũng được sử dụng để làm giảm các dao động công suất, cải thiện
độ ổn định quá độ và giảm tổn hao hệ thống nhờ tối ưu điều khiển công suất phản kháng
2.2 Bộ bù đồng bộ tĩnh –STATCOM
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Hình 2.2a: Giản đồ bộ STATCOM
Trang 8Bộ STATCOM được mắc song song với đường dây và hoạt động không cần nguồn năng lượng dự trữ có tác dụng như là một máy bù công suất phản kháng Việc điều khiển dòng công suất phản kháng cung cấp cho hệ thống điện được thực hiện bằng cách điều khiển điện áp ngõ ra V cùng pha với điện áp hệ thống V T (hình 2.2a)
• Nếu V nhỏ hơn điện áp hệ thống VT thì dòng điện bộ nghịch lưu đi qua cuộn kháng sẽ mang tính cảm, bộ STATCOM nhận công suất phản kháng từ hệ thống
• Nếu V lớn hơn điện áp hệ thống V T thì dòng điện bộ nghịch lưu đi qua cuộn kháng sẽ mang tính dung, bộ STATCOM phát công suất phản kháng lên hệ thống
Hình 2.2b mô tả cấu trúc cơ bản của bộ biến đổi nguồn điện áp (VSC)
Hình 2.2b: Cấu trúc cơ bản của bộ VSC
Hình 2.2b biểu diễn cấu trúc cơ bản của một bộ biến đổi toàn sóng 3 pha có 6 bộ chuyển mạch, mổi bộ gồm có một GTO(gate-turn-off) thyristor nối đối song với một diode Với mục tiêu là tạo ra một dạng sóng điện áp đầu ra gần như dạng sóng hình sin có thể, bộ chuyển mạch của thyristor GTO riêng lẽ trong bộ VSC t hì được điều khiển bằng khối chương trình điều khiển chuyển mạch, được thiết kế để giảm đến mức tối thiểu phát sinh sóng hài lúc bộ VSC làm việc và nhu cầu cho việc lọc sóng hài
Hầu hết các phương pháp thường được sử dụng cho việc điều khiển điện áp xoay chiều bằng các phương pháp biến đổi như là:
_ Thay đổi điện áp một chiều với một bộ biến đổi sóng đầy đủ, đôi khi còn được gọi là bộ điều biến biên độ xung (Pulse Amplitude Modulation - PAM)
_Điện áp một chiều không đổi với bộ điều biến độ rộng xung (Pulse Width Modulated - PWM)
Nguyên lý cơ bản của STATCOM là sử dụng bộ biến đổi nguồn điện áp (VSC) dựa trên kỹ thuật các phần
tử điện tử công suất (GTO) thyristor hay tranzitor lưỡng cực có cổng cách điện (IGBT) với khả năng ngắt dòng điện khi có xung ngắt gửi đến cổng điều khiển Điều này cho phép cho bộ STATCOM phát ra một nguồn điện áp xoay chiều AC ở đầu cực bộ biến đổi lúc tần số cơ bản yêu cầu với biên độ điều chỉnh được,
sơ đồ khối của một bộ STATCOM được thể hiện ở hình 2.2c
Sự chuyển đổi công suất phản kháng với lưới điện thì đạt được bởi điều khiển biên độ điện áp V và sự chuyển đổi công suất tác dụng do điều khiển dịch chuyển pha ψ Sự thay đổi công suất tác dụng thì chỉ thường điều khiển điện áp một chiều
Trang 9Hình 2.2c: Nguyên lý hoạt động của bộ STATCOM
Ứng dụng của bộ bù đồng bộ tĩnh – STATCOM:
Hình 2.2d: Sơ đồ kết nối bộ STATCOM với hệ thống điện
Bộ STATCOM là một thiết bị bù ngang, nó chuyển đổi nguồn điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều
để bù công suất phản kháng cho hệ thống điện
STATCOM không yêu cầu các thành phần cảm kháng và dung kháng lớn để cung cấp công suất phản kháng cho các hệ thống truyền tải cao áp Một lợi thế khác là đầu ra phản ứng nhanh ở điện áp hệ thống thấp
2.3 Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh –SSSC
Trang 10Hình 2.3: Sơ đồ kết nối SSSC với hệ thống điện
Bộ SSSC là thiết bị bù nối tiếp vào đường dây, nó có thể phát ra một lượng điện áp được yêu cầu của hệ thống điện, nó có thể biến đổi điện áp của hệ thống từ AC sang điện áp DC Bộ SSSC có thể điều khiển cả công suất thực và công suất kháng với hệ thống AC
2.4 Bộ bù dọc điều khiển bằng Thyristor –TCSC
Hình 2.4: Cấu trúc cơ bản của bộ TCSC
Bộ TCSC là một thiết bị bù dùng trong truyền tải điện, để nâng cao khả năng ổn định của hệ thống điện, đặc biệt là khả năng ổn định động trong chế độ sự cố
2.5 Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất –UPFC
Trang 11Hình 2.5: Sơ đồ kết nối UPFC với hệ thống
Bộ UPFC là một thiết bị dùng để điều khiển dòng công suất trên đường dây truyền tải điện UPFC cho phép điều khiển đồng thời dòng công suất thực, dòng công suất phản kháng và độ lớn điện áp tại thanh cái kết nối
Trang 12TÀI LIỆU THAM KHẢO
Nguồn Internet:
_ http:// evnhanoi.vn/content/1800-Ung-dung-cong-nghe-Facts-trong-luoi-dien-truyen-tai.aspx
_http/www.researchgate.net/profile/Mithulananthan_Nadarajah2/publication/43516579_Facts_about_flexib le_AC_transmission_systems_(FACTS)_controllers_Practical_installations_and_benefits/links/00463516e 72a6929b3000000&prev=search
Paper: Facts about Flexible AC Transmission Systems (FACTS) Controllers: Practical Installations and Benefits
Paper: How FACTS Controllers Benefit AC Transmission Systems
Paper: Some Applications of Distributed Flexible AC Transmission System (D-FACTS) Devices in Power Systems
HẾT
