NGHIÊN cứu NÂNG CAO GIỚI hạn TRUYỀN tải của các ĐƯỜNG dây dài, điện áp SIÊU CAO BẰNG THIẾT bị bù NGANG có điều KHIỂN (SVC)

48Hình 3.4 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây phương án thiết kế, tải cuối đường dây lớn nhất .... Khả năng tải của hệ thống truyền tải bị giới hạn bởi các yếu t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả

nêu trong luận án là trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ một công

trình nào.

Tác giả

Lương Ngọc Thành

1 HTĐ Hệ thống điện

5 ĐDSCA Đường dây siêu cao áp

9 FACTS Flexible AC Transmission Systems - Hệ thống truyền tải điện xoay

chiều linh hoạt

10 SVC Static Var Compensator - Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor

11 TCR Thyristor Controlled Reactor - kháng điện điều khiển bằng

thyristor

12 TSR Thyristor Switched Reactor - Kháng điện đóng mở bằng thyristor

13 TSC Thyristor Switched Capacitor - Tụ điện đóng mở bằng thyristor

14 STATCOM Static Synchronous Compensator - Thiết bị bù ngang điều khiển

18 TCPST Thyristor- Controlled Phase Shifting Transformer - biến áp dịch

pha điều khiển bằng thyristor

19 TCPAR Thyristor Controlled Phase Angle Regulator - Thiết bị điều chỉnh

góc lệch pha của điện áp

20 GTO Gate Turn - Off Thyristor - Khóa đóng mở

Bảng 1 Bảng tổng hợp ảnh hưởng của thiết bị FACTS đến khả năng tải của đường

dây 39

Bảng 2 Số liệu các đoạn ĐDSCA 43

Bảng 3 Thông số tụ bù dọc trên các đoạn ĐDSCA 49

Bảng 4 Thông số kháng bù ngang các đoạn ĐDSCA 50

Bảng 5 Bù ngang trên mỗi đoạn đường dây (tăng tỉ lệ bù) 55

Bảng 6 Bù ngang trên mỗi đoạn đường dây (giảm tỉ lệ bù) 60

Trang

HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hiệu quả của bù dọc trên ĐDSCA 3

Hình 1.2 Tổn thất điện áp trên đường dây 7

Hình 1.3 Ví dụ về ổn định điện áp 10

Hình 2.1 Các cấu hình của SVC 14

Hình 2.2 Sơ đồ điều khiển TCR 14

Hình 2.3 Đồ thị vector dòng điện và điện áp giữa hai đầu TCR với α = const 15

Hình 2.4 Đồ thị vector dòng điện và điện áp giữa hai đầu TCR với α ≠ const 16

Hình 2.5 Dạng sóng tín hiệu dòng điện của TCR 16

Hình 2.6 Đặc tính điều chỉnh của IL* hay BL* theo góc mở α 17

Hình 2.7 Dạng sóng tín hiệu dòng điện âm khi V2 mở và dương khi V1 mở 18

Hình 2.8 Các sóng dạng sóng hài bậc cao trong phần tử TCR 19

Hình 2.9 Sơ đồ điều khiển TSC 20

Hình 2.10 Dạng sóng minh họa quá trình đóng cắt không có quá trình quá độ của TSC 21 Hình 2.11 Điện áp dư trên tụ khi Vc < V và khi Vc  V 22

Hình 2.12 Hoạt động của SVC 24

Hình 2.13 Đặc tính điều chỉnh của SVC điều chỉnh theo điện áp 26

Hình 2.14 Đặc tính điều chỉnh mềm của SVC 27

Hình 2.15 Điều chỉnh điện áp nút phụ tải bằng SVC 29

Hình 2.16 Sự thay đổi điện áp tại nút phụ tải khi có và không có SVC 29

Hình 2.17 Điều chỉnh điện áp nút phụ tải bằng SVC Error! Bookmark not defined Hình 2.18 Độ thị vecto dòng điện và điện áp 33

Hình 2.19 Độ thị công suất truyền tải 32

Hình 2.20 Đặc tính công suất có và khi không có SVC 33

Hình 2.21 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của STATCOM 34

Hình 2.22 SSSC dựa trên bộ biến đổi nguồn áp và SSSC có nguồn dự trữ 36

Hình 2.23 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC 37

Hình 2.24 Nguyên lý hoạt động của UPFC 38

Hình 3.1 Sơ đồ đường dây truyển tải Việt Nam thời kỳ đầu 42 Hình 3.2 Mô hình thông số mạng 4 cực 46 Hình 3.3 Mô hình chuỗi các đoạn đường dây ngắn 48Hình 3.4 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án

thiết kế, tải cuối đường dây lớn nhất) 51 Hình 3.5 Đồ thị phân bố điện áp dọc đường dây (phương án thiết kế, tải cuối đường dây lớn nhất) 51 Hình 3.6 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án

thiết kế, chế độ giới hạn) 52 Hình 3.7 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án thiết kế, chế độ giới hạn) 52 Hình 3.8 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án

thiết kế, không tải cuối đường dây) 53 Hình 3.9 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án thiết kế, không tải cuối đường dây) 53 Hình 3.10 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án thiết kế, truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) 54 Hình 3.11 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án thiết kế, truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) 54 Hình 3.12 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án tăng tỉ lệ bù, tải cuối đường dây lớn nhất) 56 Hình 3.13 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án tăng tỉ lệ bù, tải cuối đường dây lớn nhất) 56 Hình 3.14 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án tăng tỉ lệ bù, chế độ giới hạn) 57 Hình 3.15 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án tăng tỉ lệ bù, chế

độ giới hạn) 57 Hình 3.16 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án tăng tỉ lệ bù, không tải cuối đường dây) 58

không tải cuối đường dây) 58 Hình 3.18 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án tăng tỉ lệ bù, truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) 59 Hình 3.19 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án tăng tỉ lệ bù,

truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) 59 Hình 3.20 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án giảm tỉ lệ bù, tải cuối đường dây lớn nhất) 60 Hình 3.21 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án giảm tỉ lệ bù, tải cuối đường dây lớn nhất) 61 Hình 3.22 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án giảm tỉ lệ bù, chế độ giới hạn) 62 Hình 3.23 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án giảm tỉ lệ bù, chế

độ giới hạn) 62 Hình 3.24 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án giảm tỉ lệ bù, không tải cuối đường dây) 63 Hình 3.25 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án giảm tỉ lệ bù,

không tải cuối đường dây) 63 Hình 3.26 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án giảm tỉ lệ bù, truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) 64 Hình 3.27 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án giảm tỉ lệ bù,

truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) 64 Hình 3.28 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án đặt SVC tại nút cuối, tải cuối đường dây lớn nhất) 65 Hình 3.29 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút cuối, tải cuối đường dây lớn nhất) 66 Hình 3.30 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án đặt SVC tại nút cuối, chế độ giới hạn) 67 Hình 3.31 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút cuối, chế độ giới hạn) 67

đặt SVC tại nút cuối, không tải cuối đường dây) 68 Hình 3.33 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút cuối, không tải cuối đường dây) 68 Hình 3.34 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án đặt SVC tại nút cuối, truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) 69 Hình 3.35 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút cuối, truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) 69 Hình 3.36 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án đặt SVC tại nút ĐN và nút PL, tải cuối đường dây lớn nhất) 70 Hình 3.37 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút

ĐN và nút PL, tải cuối đường dây lớn nhất) 70 Hình 3.38 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án đặt SVC tại nút ĐN và nút PL, chế độ giới hạn) 71 Hình 3.39 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút

ĐN và nút PL, chế độ giới hạn) 72 Hình 3.40 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án đặt SVC tại nút ĐN và nút PL, không tải cuối đường dây) 72 Hình 3.41 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút

ĐN và nút PL, không tải cuối đường dây) 73 Hình 3.34 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án đặt SVC tại nút ĐN và nút PL, truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) 73 Hình 3.35 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút

ĐN và nút PL, truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) 74

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU

Trang

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI CÔNG SUẤT TRÊN

ĐƯỜNG DÂY DÀI, ĐIỆN ÁP SIÊU CAO 1

1.1 ĐẶC ĐIỂM KĨ THUẬT CỦA ĐDSCA 1

1.1.1 Bù dọc trên đường dây dài 2

1.1.2 Bù ngang trên đường dây dài 4

1.2 CÁC ĐIỀU KIỆN GIỚI HẠN CÔNG SUẤT TRUYỀN TẢI TRÊN ĐDSCA 6

1.2.1 Giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện phát nóng 6

1.2.2 Giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện tổn thất điện áp 7

1.2.3 Giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện ổn định tĩnh 8

1.3 CÁC BIỆN PHÁP KĨ THUẬT NÂNG CAO KHẢ NĂNG TẢI CỦA ĐDSCA 11

Chương 2: NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA SVC TRONG VIỆC NÂNG CAO GIỚI HẠN TRUYỀN TẢI ĐƯỜNG DÂY DÀI THEO ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 13

2.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SVC 13

2.1.1 Cấu tạo của SVC 13

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của TCR 14

2.1.3 Nguyên lý hoạt động của TSC 20

2.1.4 Nguyên lý hoạt động của FC 23

2.1.5 Đặc tính làm việc của SVC 23

2.2 ỨNG DỤNG CỦA SVC TRONG VIỆC NÂNG CAO GIỚI HẠN CÔNG SUẤT TRUYỀN TẢI TRÊN ĐƯỜNG DÂY DÀI 28

2.2.1 Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất 28

2.2.2 Giảm cường độ dòng điện vô công 30

2.2.3 Tăng khả năng tải của đường dây 30

2.2.4 Cải thiện ổn định sau sự cố 30

2.3 CÁC THIẾT BỊ FACTS KHÁC 34

2.3.2 Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh - SSSC 35

2.3.3 Thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor - TCSC 36

2.3.4 Thiết bị điều khiển dòng công suất - UPFC 37

2.3.5 Thiết bị điều khiển dịch pha - TCPST 38

2.4 Bảng tổng hợp ảnh hưởng của thiết bị FACTS đến khả năng tải của đường dây 39

Chương 3: KHAI THÁC PHẦN MỀM CONUS NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA SVC TRONG VIỆC NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI CÔNG SUẤT 41

3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 41

3.2 SƠ ĐỒ VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN TÍNH TOÁN 42

3.2.1 Các số liệu cơ bản của sơ đồ 42

3.2.2 Các nội dung tính toán 43

3.2.3 Mô hình ĐDSCA 44

3.3 TÍNH TOÁN KIỂM TRA KHẢ NĂNG TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY THEO CÁC PHƯƠNG ÁN BÙ CỐ ĐỊNH 48

3.3.1 Sơ đồ và thông số bù của hệ thống tải điện 500 kV theo phương án bù cố định 48

3.3.2 Nghiên cứu khả năng tải của hệ thống tải điện 500kV khi có đặt SVC 65

KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC 1

Hệ thống truyền tải điện ở Việt Nam là hệ thống truyền tải 3 pha xoay chiều, vận hành ở các cấp điện áp khác nhau (thông thường là 230 kV trở lên) Với yêu cầu ngày càng tăng về công suất và khoảng cách truyền tải, các cấp điện áp truyền tải cũng ngày càng tăng lên để giảm tổn thất

Khả năng truyền tải công suất trên đường dây truyền tải càng cao càng tốt song thực tế khả năng tải của đường dây lại bị giới hạn bởi nhiều yếu tố khác nhau tùy theo cấp điện áp và chiều dài đường dây Khả năng tải của hệ thống truyền tải bị giới hạn bởi các yếu tố như: giới hạn nhiệt, giới hạn về độ lệch điện áp, giới hạn ổn định; các giới hạn này xác định công suất tối đa truyền tải được mà không gây nguy hiểm đến các đường dây truyền tải và các thiết bị điện

Nghiên cứu tìm cách nâng cao khả năng tải trên đường dây truyền tải luôn là một vấn đề cần được quan tâm; luận văn được làm với mục đích nghiên cứu, phân tích hiệu quả của thiết bị bù tĩnh SVC trong việc nâng cao giới hạn truyền tải công suất trên các đường dây truyền tải siêu cao áp

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI CÔNG SUẤT TRÊN ĐƯỜNG DÂY DÀI, ĐIỆN ÁP SIÊU CAO

1.1 ĐẶC ĐIỂM KĨ THUẬT CỦA ĐDSCA

Trên thế giới các đường dây dài hiện đang có các cấp điện áp siêu cao xoay chiều sau: 220, 330, 400, 500, 750 và 1150 kV Các ĐDSCA có khả năng truyền tải công suất rất lớn và có thể tải điện năng đi rất xa Công suất và độ dài tải điện năng càng lớn thì điện áp sử dụng càng cao, giá thành tải điện sẽ thấp hơn và độ che phủ mặt đất sẽ nhỏ hơn

Trong quá trình vận hành, đường dây dài, điện áp siêu cao có những đặc điểm đáng chú ý sau:

CSPK do điện dung của đường dây sinh ra rất lớn, sự phân pha dây dẫn trên đường dây dài càng làm cho công suất này lớn hơn

CSPK do điện dung sinh ra lớn gây ra các vấn đề kỹ thuật cần phải giải quyết trong chế độ non tải: trong chế độ non tải, sự tăng cao điện áp ở cuối đường dây có thể vượt quá khả năng chịu đựng của thiết bị phân phối điện và phân bố điện áp dọc đường dây không đều gây ra nguy cơ tự kích thích, tự dao động tăng dần ở các nhà máy điện

Đường dây dài còn có điện kháng đường dây có giá trị lớn; trong chế độ đầy tải, đường dây cấp điện từ hệ thống cho nút phụ tải có thể có tổn thất điện áp rất lớn, điện áp cuối đường dây có thể nhỏ hơn điện áp giới hạn cho phép

Đường dây dài nối liền các phần tử độc lập của HTĐ hoặc các HTĐ gần nhau còn gặp phải vấn đề khả năng tải theo công suất giới hạn và ổn định tĩnh Nếu độ dự trữ ổn định tĩnh thấp thì cần phải có các biện pháp nâng cao đến độ dự trữ ổn định cho phép

Để giải quyết những vấn đề kỹ thuật nói trên, người ta thường thực hiện phương pháp bù thông số trên đường dây dài, biện pháp thường thực hiện và đem lại hiệu quả cao là bù dọc và bù ngang trên ĐDSCA

1.1.1 Bù dọc trên đường dây dài

Trị số cảm kháng lớn của ĐDSCA 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, tổn thất công suất và điện năng trên đường dây, tính ổn định điện áp tại các trạm giữa và cuối đường dây… Bù dọc là giải pháp làm tăng điện dẫn liên kết (giảm thành phần 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

Hình 1.1 Hiệu quả của bù dọc trên ĐDSCA

* Giảm tổn thất công suất và điện năng:

- Dòng điện chạy qua tụ điện C sẽ phát ra một lượng CSPK 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:

(1.6) Thông thường, đối với các ĐDSCA thì hệ số bù dọc KC từ 40% - 75% tuỳ theo chiều dài của đường dây

1.1.2 Bù ngang trên đường dây dài

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 MBA 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 CSPK 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 ĐDSCA trong HTĐ 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 CSTD rất lớn để bù vào tổn thất điện trở của đường dây

và MBA Để làm giảm dòng không tải lớn chạy trên đường dây, có thể đặt kháng điện bù ngang tại điểm đầu đường dây

Trong chế độ non tải (PTải < PTN), thì CSPK 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 hai đầu đường dây để tiêu thụ CSPK

Trong chế độ tải cực tiểu, CSPK do đường dây sinh ra rất lớn (đối với ĐDSCA 500kV với Qo 1MVAR/km) nên ta phải đặt các kháng bù ngang phân bố dọc theo đường dây để tiêu thụ lượng CSPK này Thông thường, khoảng cách giữa các kháng bù ngang từ 200 - 500km

CSPK của đường dây phát ra trong chế độ không tải được tính gần đúng như sau:

(1.7) Trong đó:

Udđ: Điện áp danh định của đường dây

l: chiều dài của đường dây

Đặc trưng cho mức độ bù ngang trên đường dây là hệ số KL:

(1.8) Trong đó:

QL: CSPK của kháng bù ngang

QC: CSPK 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% CSPK do điện dung đường dây phát

ra

Ngoài ra, bù ngang còn thực hiện với các tụ bù ngang tại các nút phụ tải lớn; trong chế độ đầy tải, đường dây cấp điện từ hệ thống cho nút phụ tải tại cuối đường dây có thể có tổn thất điện áp rất lớn, điện áp cuối đường dây có thể nhỏ hơn điện

áp giới hạn cho phép Vì vậy cần đặt các tụ bù ngang ở cuối đường dây, có tác dụng cung cấp CSPK cho phụ tải, giảm lượng CSPK truyền tải từ lưới về qua đó có tác dụng nâng cao điện áp cuối đường dây

Nhận xét:

Bù thông số của ĐDSCA làm tăng khả năng tải của đường dây và qua đó nâng cao tính ổn định Đặt các thiết bị bù trên đường dây dài làm 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 HTĐ một cách linh hoạt và hiệu quả hơn Đây là biện pháp rất cần thiết cho các ĐDSCA 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

Hiện nay, với sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động và sự phát triển nhanh chóng của các phần tử bán dẫn công suất lớn đã tạo ra những thiết

bị điều chỉnh linh hoạt hệ thống truyền tải điện xoay chiều FACTS, có hiệu quả cao khi sử dụng bù trên ĐDSCA Một trong những thiết bị bù điển hình hay sử dụng trong thực tế là thiết bị bù tĩnh SVC, thiết bị sẽ được nghiên cứu kĩ ở chương 2 của luận văn

1.2 CÁC ĐIỀU KIỆN GIỚI HẠN CÔNG SUẤT TRUYỀN TẢI TRÊN ĐƯỜNG DÂY DÀI, ĐIỆN ÁP SIÊU CAO

1.2.1 Giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện phát nóng

Theo điều kiện này các phần tử của lưới điện như đường dây, MBA chỉ chịu được nhiệt độ nhất định, quá nhiệt độ đó thiết bị bị cháy hoặc lão hóa mạnh làm giảm tuổi thọ Từ nhiệt độ tối đa cho phép người ta tính ra dòng điện cho phép của đường dây và công suất tải lớn nhất của MBA

Dòng điện lớn nhất hay dòng công suất lớn nhất đi qua đường dây hay MBA không được vượt quá giới hạn cho phép

Dòng điện lớn nhất cho phép đi qua đường dây hay MBA phụ thuộc từng loại dây dẫn, loại MBA ngoài ra còn bị phụ thuộc bởi vật liệu, điều kiện lắp đặt và nhiệt

độ môi trường Khi sử dụng, tùy theo điều kiện nhiệt độ hay điều kiện lắp đặt khác nhiệt độ chuẩn thì phải tính hiệu chỉnh với các hệ số hiệu chỉnh, thường thì các hệ

số hiệu chỉnh cũng được cho trong các bảng tra cứu

Trong vận hành đường dây trên không, khả năng tải của đường dây phụ thuộc mạnh vào điều kiện môi trường như nhiệt độ, mưa, gió để đạt nhiệt độ cho phép, khi trời mưa, dòng điện lớn hơn nhiều khi trời nắng, thực tế này được vận dụng trong vận hành thực tế để tận dụng khả năng tải của đường dây

Đối với MBA thông thường lấy giá trị định mức của MBA làm giá trị giới hạn, trong các trường hợp sự cố cho phép MBA được quá tải ở mức độ nhất định và trong khoảng thời gian nhất định do nhà sản xuất qui định

Có thể nâng cao giới hạn tải theo điều kiện phát nóng của đường dây bằng cách nâng cấp, cải tạo dây dẫn, vì thế nếu nhu cầu truyền tải vượt quá giới hạn phát nóng thì biện pháp thực tế là lắp đặt thêm các lộ đường dây mới, nâng cấp điện áp được coi là những giải pháp cuối cùng…

Giới hạn phát nóng không phụ thuộc chiều dài đường dây; với cùng cấp điện

áp cùng loại dây thì cũng có cùng giới hạn phát nóng Đối với đường dây dài, giới hạn phát nóng thường lớn hơn nhiều so với các giới hạn khác Nếu có thể truyền tải công suất đạt gần tới giới hạn này sẽ tăng đáng kể khả năng tải của đường dây

1.2.2 Giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện tổn thất điện áp

Khi có dòng điện chạy trên đường dây dài sẽ sinh ra tổn thất điện áp ở trên đường dây và MBA Hiện tượng này làm cho điện áp ở đầu nguồn và phụ tải chênh lệch nhau

Xét đường dây như hình 1.2 có điện trở R, điện kháng X cấp điện cho phụ tải

P2 + jQ2 Điện áp cuối đường dây U2*, điện áp ở nguồn là U1*; công suất nguồn cần cung cấp là P1 + jQ2:

∆U = a + b = I.cosφ.R + I.sinφ.X (1.9)

δU = c - d = I.cosφ.X - I.sinφ.R (1.10)

Hình 1.2 Tổn thất diện áp trên đường dây

Tổn thất điện áp trên đường dây có thể tính theo công thức (sách lưới điện 1 – tr66):

(1.11) Đường dây dài, điện áp siêu cao có: R << X do đó có thể bỏ qua R, ta có:

(1.12)

Từ hai công thức trên ta rút ra:

- CSPK là nguyên nhân chính gây ra tổn thất điện áp, do đó để điều chỉnh điện

áp thì phải điều chỉnh CSPK

- CSTD gây ra độ lệch pha của điện áp (góc δ) Góc δ là tiêu chuẩn xét khả năng tải của đường dây dài siêu cao áp

Trên đường dây dài, điện áp siêu cao, khi không tải và non tải, điện áp cuối đường dây có thể cao hơn điện áp đầu đường dây, là do CSPK Qc của đường dây lớn hơn CSPK của phụ tải làm cho CSPK tổng ở cuối đường dây là Q = Qpt – Qc/2

có giới hạn theo điều kiện tổn thất điện áp; điện áp trên mọi điểm bất kỳ của đường dây phải nằm trong giới hạn cho phép Trong thực tế, đối với đường dây truyền tải, phạm vi cho phép được giới hạn trong khoảng ±10% điện áp danh định của đường dây

Các yếu tố ảnh hưởng đến giới hạn điện áp:

- Cân bằng CSPK

- Thông số và cấu trúc lưới

- Các phương tiện điều chỉnh điện áp

- Các thiết bị bù đặt trên lưới điện

1.2.3 Giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện ổn định tĩnh

Công suất truyền tải trên đường dây dài, điện áp siêu cao chịu giới hạn bởi điều kiện ổn định điện áp và ổn định tĩnh: theo điều kiện này lưới điện phải có độ

dự trữ ổn định tĩnh và ổn định điện áp nhất định

Ổn định của HTĐ là khả năng của HTĐ phục hồi lại trạng thái làm việc ban đầu hoặc rất gần ban đầu sau khi bị kích động nhỏ hoặc kích động lớn

Ổn định tĩnh của hệ thống bao gồm ổn định góc và ổn định điện áp

Ổn định góc thực chất là vấn đề giữ vững chuyển động đồng bộ giữa roto của các máy phát điện trong toàn HTĐ Mất ổn định góc là mất đồng bộ giữa các máy

phát Sự đồng bộ giữa các roto được thể hiện qua góc tương đối giữa các vector điện áp, do đó gọi là ổn định góc Khi các góc này tăng lên có nghĩa là các roto bắt đầu có chuyển động không đồng bộ, cái này quay nhanh hơn, cái kia quay chậm hơn Khi góc giữa các vector điện áp vượt qua giá trị giới hạn, HTĐ mất ổn định, trạng thái đồng bộ không thể tự khôi phục lại, công suất, điện áp, dòng điện biến thiên hỗn loạn, các bảo vệ role của các máy phát điện sẽ cắt các máy phát khỏi lưới điện dẫn đến tan rã hệ thống Ổn định góc là quá trình quá độ cơ điện, xảy ra rất nhanh, do đó ổn định này là ngắn hạn

Ổn định điện áp là quá trình biến thiên điện áp tại các nút phụ tải, vì thế còn được gọi là ổn định phụ tải Khi xảy ra kích động nhỏ làm mất cân bằng điện áp, phản ứng lập tức xảy ra ở máy phát, các thiết bị điều chỉnh điện áp và ở phụ tải Các phản ứng này có thể đưa điện áp trở về tình trạng ban đầu, cũng có thể không; điện

áp tiếp tục biến thiên, khi trị số điện áp vượt giới hạn cho phép cả trên và dưới thì dẫn đến thiết bị bảo vệ sẽ hoạt động cắt đường dây, MBA… gây mất điện cục bộ Mất điện có thể có tác động dây chuyền làm mất điện cả khu vực

Mất ổn định điện áp dễ xảy ra khi lưới điện bị sự cố, khi đó mức điện áp chung giảm thấp, khả năng điều chỉnh điện áp suy yếu

Mục đích của luận văn là làm rõ hiệu quả của SVC trong việc nâng cao khả năng tải trên đường dây truyền tải, vì thế giới hạn công suất theo điều kiện ổn định điện áp sẽ được quan tâm đến

Để làm rõ hơn về ổn định điện áp, ta xét một ví dụ sau:

Xét HTĐ hình 1.3 Nút tải được cung cấp từ những nguồn phát xa CSPK nhận được từ các đường dây về đến nút U có dạng :

Qi(U) = -U/XDi + (UEi/XDi).cosδi (1.13)

Điện áp nút U phụ thuộc tương quan cân bằng CSPK Tổng công suất phát

QF(U) = Qi(U) cân bằng với công suất tải Qt tại các điểm c và d như trên hình 1.3 b, ứng với các điện áp Uo1 và Uo2 Ở đây ta có:

i Di i

U()U(Q

(1.14)

Hình 1.3 Ví dụ về ổn định điện áp

Nếu giữ CSTD không đổi, có thể coi góc lệch δ là hằng Khi đó ta có dạng của

đặc tính CSPK truyền tải đến nút U (chỉ phụ thuộc điện áp U):

AU BU

)cosX

UEX

U()U(Q

2

3

1 i

i Di i

Như vậy đặc tính CSPK cung cấp từ nguồn đến nút U có dạng bậc 2 đi qua gốc

và có trị số cực đại:

A4

B)U(Q

2

max

(1.16) Tương ứng với điện áp giới hạn:

Nếu phụ tải có đặc tính cứng thì đây cũng là trị số CSPK tải giới hạn có thể

nhận từ các nguồn Trường hợp tải có đặc tính mềm, điểm giới hạn ổn định sẽ là

điểm tiếp xúc giữa 2 đường cong (hình 1.3)

Khi công suất phụ tải thay đổi đồng thời (cả CSTD và CSPK) cách phân tích

sẽ phức tạp hơn Tuy nhiên, về ý nghĩa mất ổn định điện áp vẫn diễn ra tương tự do luôn tồn tại giới hạn công suất truyền tải Để xác định chế độ giới hạn người ta nghiên cứu các phương pháp và chỉ tiêu thực dụng hơn như sử dụng các tiêu chuẩn phân tích độ nhạy, phương pháp phân tích chỉ số sụt áp, phương pháp phân tích theo

đường cong sụt áp, tính toán độ dự trữ ổn định… nhằm đánh giá ổn định điện áp

cho sơ đồ phức tạp bất kỳ

1.3 CÁC BIỆN PHÁP KĨ THUẬT NÂNG CAO KHẢ NĂNG TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY DÀI, ĐIỆN ÁP SIÊU CAO

Từ các phân tích đặc điểm giới hạn công suất truyền tải trên đường dây, ta rút

ra các biện pháp chính để nâng cao khả năng tải của lưới truyền tải:

- 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

- Sử dụng các thiết bị bù cố định: bù dọc và bù ngang, bằng tụ điện hay kháng điện

- Sử dụng các thiết bị làm linh hoạt lưới điện (FACTS)

Các thiết bị FACTS là các thiết bị bù có điều khiển theo thời gian thực bằng thirystor

Thiết bị bù chia làm 3 loại:

- Bù ngang: phát hoặc tiêu thụ CSPK vào lưới điện Bù ngang tác động vào nguồn CSPK do đó có tác động mạnh đến khả năng tải theo điện áp

- Bù dọc: đặt nối tiếp với đường dây, tác động vào thông số của đường dây, do

đó tác động và phân bố dòng công suất trong lưới điện Bù dọc tác động mạnh đến khả năng tải theo phát nóng

- Loại hỗn hợp có cả bù dọc và bù ngang

Bù cố định chỉ thỏa mãn một hoặc một số chế độ làm việc, còn bù bằng thiết

bị FACTS thích hợp cho miền rộng các chế độ do thông số bù được điều khiển dưới tải Do thiết bị FACTS mà tiêu biểu là thiết bị SVC được điều khiển theo thời gian

thực nên nó tác động đến các quá trình quá độ, làm giảm các dao động điện áp và công suất, có tác dụng nâng cao khả năng tải theo ổn định tĩnh và ổn định điện áp

Chương 2: NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA SVC TRONG VIỆC NÂNG CAO GIỚI HẠN TRUYỀN TẢI ĐƯỜNG DÂY DÀI THEO ĐIỀU KIỆN

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC: là máy phát hoặc bộ tiêu thụ điện tĩnh

có thể thay đổi được, nối song song vào hệ thống với công suất đầu ra của nó có thể điều chỉnh để trao đổi dòng điện điện cảm hoặc điện dung để duy trì hoặc điều khiển các thông số cụ thể của HTĐ (điển hình là điện áp nút); SVC là thiết bị bù tĩnh có dung lượng bù thay đổi được: bao gồm các thiết bị riêng lẻ cho mục đích thay đổi pha nhanh hơn hay chậm hơn, điện kháng được đóng mở hoặc điều khiển bằng thysistor dùng để tiêu thụ CSPK và tụ điện đóng mở bằng thyristor để cung cấp CSPK Ở chương này ta sẽ tìm hiểu nguyên lý, cấu tạo của SVC và khả năng nâng cao công suất truyền tải của đường dây dài khi có sử dụng SVC

2.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SVC

2.1.1 Cấu tạo của SVC

SVC thường được cấu tạo bởi các phần tử cơ bản:

TCR bao gồm cuộn kháng và các van Thyristor Nhánh TCR có thể điều chỉnh liên tục dung lượng bù bằng cách thay đổi góc đóng mở của Thyristor một cách liên tục từ 00

đến 900 (góc mở tính từ thời điểm đi qua giá trị cực đại của điện áp nguồn)

TSR là cuộn kháng đóng cắt tự động bằng thyristor TSR chỉ có thể đóng hoặc

mở dùng thyristor, khi đó XK chỉ nhận một trong hai giá trị XK = 0 hoặc XK = XKmax TSC bao gồm các van Thyristor, tụ điện và cuộn kháng hạn chế tăng dòng qua van TSC chỉ được điều khiển để đóng hoặc ngắt tụ ra khỏi hệ thống

Các bộ lọc dùng để phát một lượng cố định CSPK và lọc sóng hài dòng điện tạo ra bởi TCR

Hình 2.1 Các cấu hình của SVC

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của TCR

Phần tử đáng chú ý nhất của SVC là TCR Nhờ có TCR trị số bù của SVC mới

có thể thay đổi được liên tục

Sơ đồ điều khiển của TCR được cho trên hình 2.2

Hình 2.2 Sơ đồ điều khiển TCR

Đặc tính điều chỉnh của TCR có thể xây dựng được dựa vào nguyên lý làm việc của thyristor; ở đây, Thyristor hoạt động tương tự như chỉnh lưu, tuy nhiên ngoài điều kiện điện áp đặt lên bản thân thyristor thuận chiều, còn yêu cầu thêm một xung điện áp đặt lên cực điều khiển Xung này có thể không cần kéo dài mà thyristor vẫn mở cho đến khi điều kiện thuận chiều điện áp không còn nữa Sang chu kỳ mới, điện áp thuận chiều nhưng mạch cũng chỉ mở khi có xung đưa đến cực

điều khiển Rõ ràng, khi thay đổi thời điểm phát xung ở mỗi chu kỳ, ta có thể thay đổi được dạng của đường cong dòng điện Nếu coi thành phần cơ bản của dòng điện là thành phần làm việc, thì biên độ của thành phần này thay đổi theo góc mở của thyristor Khi các thyristor V1, V2 được điều khiển với góc α = 00, cuộn cảm L như được nối thẳng vào nguồn điện áp, biên độ của thành phần cơ bản sẽ lớn nhất (bằng dòng ban đầu); khi góc α > 00 dòng qua cuộn cảm sẽ có dạng gián đoạn, khi góc mở α = 900 dòng qua mạch bằng 0

Để thấy rõ hơn ta vẽ đồ thị vecto dòng điện, điện áp của một cuộn kháng L được điều khiển bằng hệ thống hai thyristor mắc song song ngược; các thyristor V1,

V2 được điều khiển bởi các xung điện áp điều khiển uđk1, uđk2 sẽ thay phiên nhau làm việc ứng với mỗi chu kỳ của điện áp (hình 2.3)

Hình 2.3 Đồ thị vector dòng điện và điện áp giữa hai đầu TCR với α = const

Trường hợp V1, V2 được điều khiển bởi các góc mở α thay đổi:

Hình 2.4 Đồ thị vector dòng điện và điện áp giữa hai đầu TCR với α ≠ const

Xét thyristor V1 mở tương ứng chu kỳ dòng điện dương với góc mở thay đổi α

= 00 đến α = 900, ta có phương trình điện áp và dòng điện trên cuộn cảm L:

v(t) = V.cos⍵t (2.1)

iL(t) = ∫ ⍵ =

⍵ .(sin⍵t - sin ) (2.2) Gọi δ là góc dẫn của van, ta có góc dẫn và góc điều khiển liên hệ theo công thức:

= π - 2α (2.3)

Hình 2.5 Dạng sóng tín hiệu dòng điện của TCR

Vậy dòng điện tức thời chạy trên cuộn cảm L có dạng:

iL =

⍵ ⍵ với α < ⍵t < α + δ (2.4) Giá trị hiệu dụng của thành phần bậc nhất của dòng điện trong phân tích fourier

bằng:

IL =

⍵ (A) (2.5.1)

 IL = (A) (2.5.2)

Với:

Im =

⍵ (2.6) Mặt khác, ta có thể biểu diễn dòng điện qua điện áp và điện dẫn như sau:

Bm =

⍵ (2.9) Biểu thức (2.8.2) và (2.5.2) cho thấy BL* chính bằng dòng điện qua cuộn cảm

IL* trong hệ tọa độ tương đối Ta biểu diễn IL* hay BL* như hình 2.6

iL =

⍵ ⍵ với α < ⍵t < α + δ (2.10)

Hình 2.7 Dạng sóng tín hiệu dòng điện âm khi V 2 mở (hình a) và dương khi V 1 mở (hình b)

Như vậy BL phụ thuộc theo góc mở α nên ta có thể điều chỉnh liên tục được BL

từ giá trị 0 đến một giá trị hữu hạn nào đó

Mặt khác ta có:

QL = BL.Vđm2 (2.11) Biểu thức (2.8.1) và (2.11) cho ta thấy QL phụ thuộc BL hay cũng phụ thuộc góc mở α, điều chỉnh BL tới giá trị lớn nhất ta cũng được QL lớn nhất Nhờ đặc tính này của TCR mà SVC có thể dễ dàng điều chỉnh để trao đổi dòng điện điện dung để duy trì hoặc điều khiển các thông số cụ thể của HTĐ

Khi thay đổi đột ngột góc mở α = 00 đến α = 900 ta nhận được trạng thái đóng cắt của TSR - Điện kháng đóng cắt bằng thyristor Khi α = 00 TSR ở trạng thái mở, tạo ra 1 điện dẫn cảm kháng cố định và do đó, khi được nối với hệ thống lưới xoay chiều, dòng điện chạy qua nó sẽ tỉ lệ với điện áp nguồn Khi α = 900

, TSR ở trạng thái đóng, dòng điện qua nó bằng 0 Nếu TSR vận hành ở α cố định và bằng 00, dòng điện xác lập có dạng hình sin

 Sóng hài

Điều khiển góc dẫn dòng (đặc tính vận hành của TCR) dẫn đến kết quả là dạng

sóng của dòng điện không còn là hình sin Nói cách khác, ngoài thành phần cơ bản, TCR còn sinh ra các sóng hài Trong nửa chu kỳ dòng điện dương, âm xác định, chỉ

có các sóng hài bậc lẻ mới được tạo ra Biên độ của các thành phần bậc lẻ phụ thuộc rất mạnh theo góc cắt α; đặc điểm này dẫn đến các chú ý khi vận hành không cho làm việc ở các góc cắt nguy hiểm (biên độ của các sóng hài bậc cao chỉ đạt biên độ cực đại ứng với 1 số góc cắt α0 nào đó) Biên độ của các sóng này là hàm của góc điều khiển

α, được thể hiện trong công thức:

ILN(α) = ( ) (2.12) Với: n = 2k+1, k = 1, 2, 3…

Sóng của hàm này có dạng như hình 2.8

Hình 2.8 Các sóng dạng sóng hài bậc cao trong phần tử TCR

Sóng hài bậc 3 chiếm ưu thế lớn trong các thành phần sóng hài bậc lẻ; trong hệ thống 3 pha, người ta sử dụng bộ ba TCR 1 pha và nối tam giác Ở điều kiện cân bằng, dòng điện hài với bậc là bội của 3 chạy quẩn trong bộ TCR nối tam giác và không đi vào HTĐ

Ngoài ra để đạt được yêu cầu kỹ thuật về kinh tế hoặc các lý do thực tế khác, có thể sử dụng bộ lọc sóng hài Thông thường, các bộ lọc này là các nhánh LC và LCR nối tiếp với nhau, đồng thời nối song song với TCR và hòa hợp với các sóng hài chiếm ưu thế lớn như bậc 3, 5, 7…

2.1.3 Nguyên lý hoạt động của TSC

Xét sơ đồ điều khiển TSC như hình vẽ 2.9

Hình 2.9 Sơ đồ điều khiển TSC

Trong CĐXL khi thyristor đóng và TSC được nối với nguồn áp xoay chiều giả thiết v = Vsinωt thì điện áp rơi trên tụ điện sẽ là:

vc = VC.sinωt (2.13) Trong đó:

Vc =

(2.14) Với:

L

C

X

X LC

2

1

 (2.15)

Dòng điện qua tụ điện sẽ là:

iC = C (2.16.1)

 i(ωt) = V

(2.16.2) Nếu điện áp của tụ khi bị ngắt vẫn không đổi, TSC có thể đóng lại mà không xảy

ra quá trình quá độ, tại giá trị đỉnh phù hợp với điện áp nguồn

Hình 2.10 Dạng sóng minh họa quá trình đóng cắt không có quá trình quá độ của TSC

Thông thường thì các bản tụ bị phóng điện sau khi bị ngắt ra khỏi nguồn, vì vậy việc nối lại các tụ điện này sẽ phải thực hiện với phần điện áp dư trên tụ nằm trong khoảng giữa giá trị 0 và giá trị điện áp lớn nhất trên bản tụ: Vc =

; điều này có thể đi kèm với nhiễu quá độ nhỏ nhất nếu thyristor đóng ở những thời điểm điện áp dư trên tụ điện và điện áp nguồn bằng nhau, nghĩa là khi điện áp trên các thyristor bằng 0 Các quá trình quá độ này gây ra các thành phần dv/dt khác 0 ở thời điểm đóng,

nếu không có điện kháng nối tiếp sẽ tạo ra các dòng điện tức thời ic = C.dv/dt (dòng điện này là dòng tức thời qua tụ ở CĐXL tạm thời tại thời điểm đóng khóa) Tác động qua lại giữa tụ điện và điện kháng hạn chế dòng điện, cùng điện trở sinh ra quá trình quá độ (chú ý rằng quá trình quá độ khi đóng tụ điện đã phóng hoàn toàn thì phức tạp

so với khi tụ điện mới phóng 1 phần vì thành phần dv/dt của điện áp nguồn đạt giá trị lớn nhất ở điểm qua giá trị 0)

Để tránh được hiện tượng quá độ trong quá trình đóng tụ điện thì:

- Điện áp dư trên tụ thấp hơn giá trị đỉnh Vc < V, khi đó thời điểm đóng tốt nhất

là khi điện áp AC tức thời cân bằng với điện áp của tụ điện

- Điện áp dư trên tụ lớn hơn hoặc bằng giá trị cực đại của điện áp nguồn Vc 

V, thì thời điểm đóng tốt nhất là khi điện áp nguồn cực đại, khi đó điện áp trên thyristor là nhỏ nhất

Hình 2.11 Điện áp dư trên tụ khi Vc < V và khi Vc  V

Từ các phân tích trên với chú ý Vc =

thì góc trễ lớn nhất để đóng các bản

tụ là cả chu kì của điện áp nguồn, nghĩa là khoảng thời gian từ đỉnh dương (hoặc âm) đến đỉnh dương (hoặc âm) tiếp theo Và cũng có thể thấy rằng điều khiển góc trễ đánh lửa không áp dụng đối với tụ điện, việc đóng mở tụ điện chỉ có thể diễn ra ở thời điểm

cụ thể trong mỗi chu kì và các điều kiện để hạn chế các quá trình quá độ Vì lí do này

mà TSC chỉ có thể cung cấp sự thay đổi theo bậc dòng điện cảm (giá trị lớn nhất hoặc bằng 0) Hay nói cách khác nhánh TSC biểu thị cho một điện dung hoặc là nối hoặc là ngắt ra khỏi hệ thống Dòng điện trong nhánh của TSC có thể thay đổi tuyến tính với điện áp nguồn tùy thuộc vào điện dung của tụ điện Điện áp nguồn lớn nhất và dòng điện tương ứng bị giới hạn bởi định mức của các thành phần TSC (van thyristor và tụ điện) Để thay đổi dòng điện qua SVC, người ta thường sử dụng một vài TSC song song nhau (làm tăng điện dung bậc) và phối hợp với 1 nhánh TCR

2.1.4 Nguyên lý hoạt động của FC

Nhánh FC (Fixed Capacitors) của SVC bao gồm tụ điện và cuộn kháng hoạt động như một bộ lọc xoay chiều FC lọc các thành phần sóng hài dòng điện do sự hoạt động của TCR tạo ra Ngoài ra nhánh FC còn có khả năng phát một lượng CSPK nhất định lên lưới

2.1.5 Đặc tính làm việc của SVC

Thông thường với một công suất dung kháng đầu ra cho trước, một SVC gồm n nhánh TSC và 1 nhánh TCR Số nhánh của TSC xác định dựa vào mức điện áp vận hành, công suất đầu ra lớn nhất, dòng điện định mức của thyristor, chi phí lắp đặt và vận hành thanh góp…

Hoạt động của SVC được mô tả trên hình 2.12 như sau: dải công suất dung kháng đầu ra được chia thành n khoảng Ở khoảng đầu tiên đầu ra của bộ phát được điều chỉnh từ 0 đến Qcmax/n, với Qcmax là tổng công suất của tất cả các TSC cung cấp Trong khoảng này, 1 tụ điện đóng vào (bằng cách mở góc đánh lửa của 1 van thyristor) và đồng thời dòng điện trong TCR được thiết lập bởi góc đánh trễ đánh lửa phù hợp mà tổng đầu ra của TSC (âm) và đầu ra của TCR (dương) cân bằng với đầu ra của công suất yêu cầu

Hình 2.12 Hoạt động của SVC

Ở khoảng thứ 2,3…, n thì công suất đầu ra được điều chỉnh trong khoảng

Qcmax/n, 2Qcmax/n, 3Qcmax/n, 4Qcmax/n,… (n-1)Qcmax/n tới Qcmax bằng cách đóng khóa các tụ số 2, 3, 4… n và dùng TCR để tiêu thụ CSPK thừa

Nhờ khả năng đóng, cắt các tụ vào ra khỏi mạch điện trong một chu kì của điện

áp xoay chiều của nguồn, giá trị công suất tính dư thừa lớn nhất trong giải công suất đầu ra tổng có thể được giới hạn tới giá trị công suất do một tụ sinh ra, và do đó về mặt lý thuyết, định mức của TCR nên giống như của TSC Tuy nhiên để đảm bảo rằng tình trạng đóng cắt ở cuối mỗi khoảng không rơi vào trạng thái không xác định thì định mức của TCR cần lớn hơn của TSC để xếp chồng (hiện tượng trễ) giữa mức đóng và cắt

Ta có thể thấy đầu ra dung kháng QC thay đổi bậc thang, cung cấp công suất phản kháng và công suất đầu ra cảm kháng của TCR là QL tiêu thụ CSPK dư thừa trên

tụ

Như vậy đặc tính làm việc của SVC là mối quan hệ giữa điện kháng với CSPK Trong phạm vi điều chỉnh được công suất (phạm vi của TCR) tức là XSVC điều chỉnh

được từ Xmin tới Xmax thì công suất Q sẽ điều chỉnh được từ Qmin tới Qmax

Có thể lấy tín hiệu điều khiển là độ lệch điện áp nút được đo từ BU Tín hiệu này điều khiển góc mở của các thyristor làm thay đổi trị số của các thành phần dòng điện

đi qua kháng điện, nhờ đó công suất tiêu thụ (phản kháng) thay đổi Điện áp tăng tác dụng điều chỉnh dòng điện tăng, CSPK tiêu thụ lớn hơn, làm hạ thấp điện áp nút Khi điệp áp bị giảm thấp, dòng điện qua kháng giảm, SVC giảm công suất tiêu thụ (hoặc phát lên hệ thống khi điện kháng đẳng trị có tính dung), nhờ đó tăng cao được điện áp nút Như vậy, SVC có thể làm việc với nhiệm vụ tự động điều chỉnh để giữ nguyên điện áp nút Đặc tính điều chỉnh của SVC điều chỉnh theo điện áp có dạng trên hình 2.13

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

Hình 2.13 Đặc tính điều chỉnh của SVC điều chỉnh theo điện áp

Nhìn vào hình 2.13 ta có thể thấy tín hiệu điều khiển SVC có thể nhận được từ

BU phía cao áp hoặc hạ áp của máy biến thế

Trong phạm vi thay đổi công suất (phạm vi thay đổi của TCR) điện áp nút đặt giá trị Uo Thực tế với mục đích phối hợp điều chỉnh, người ta chế tạo SVC có đặc tính điều chỉnh mềm (hình 2.14)

Q

Qmax

Qmin

Uo U

U

2.2 ỨNG DỤNG CỦA SVC TRONG VIỆC NÂNG CAO GIỚI HẠN CÔNG SUẤT TRUYỀN TẢI TRÊN ĐƯỜNG DÂY DÀI

2.2.1 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 CSPK tại điểm nó được nối vào mạng lưới Điều này cũng dễ hiểu vì CSPK có tác dụng rất lớn đối với cường độ điện áp, mà SVC là một thiết bị có khả năng tạo hoặc thu hút CSPK ảnh hưởng bởi sự biển đổi của công suất tải như việc đóng cắt các phần tử của HTĐ: các đường dây, các nhóm tụ bù, kháng bù, các MBA Với công suất tải lớn thì điện áp sẽ bị giảm đáng kể thậm chí bị sụt mạnh Điều đó là nguyên nhân dẫn đến sự tác động của Relay điện áp thấp Quá điện áp là nguyên nhân gây lên hiện tượng bão hòa mạch từ trong MBA, mà cũng là nguyên nhân làm tăng vọt các thành phần sóng hài trong các máy phát điện Điều đó, dẫn đến hiện tượng cộng hưởng các thành phần sóng hài và có thể là sự cộng hưởng trong các tụ bù, trên đường dây truyền tải và trong các đường cáp Điều này có thể dẫn đến sự tác động của chống sét van và có thể là nguyên nhân phá hỏng các chống sét van này Sự cộng hưởng về nhiệt của các tụ điện và các động cơ có thể pháp hỏng các thiết bị điện của hộ tiêu thụ

Sự thay đổi điện áp tại nút phụ tải cuối cúng của hệ thống thiếu hụt công suất

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

ví dụ đơn giản như hình 2.15

Hình 2.15 Điều chỉnh điện áp nút phụ tải bằng SVC

Trong đó:

E: là điện áp của hệ thống

Xe: là điện kháng của HTĐ tính đến thanh cái của phụ tải

Điện áp tại thanh cái phụ tải của hệ thống sẽ có xu hướng giảm theo chiều tăng của công suất tải nếu không có phần tử bù CSPK và được thể hiện trên đường đặc tính (a) của hình 2.16 Sự cung cấp CSPK của thiết bị SVC với dải thông số định mức tại điểm đấu phụ tải sẽ giữ cho điện áp phụ tải ít biến đổi hơn và thể hiện trên đường đặc tính (b) của hình 2.16

Tuy nhiên, nêu thiết bị SVC không có giới hạn về công suất phát thì điện áp trên thanh cái của phụ tải có thể được giữ giá trị không đổi và được thể hiện trên đường đặc tính (c) của hình 2.16

Hình 2.16 Sự thay đổi điện áp tại nút phụ tải khi có và không có SVC