Anh huong cua bo SVC len dien ap duong day

- Việc ứng dụng lắp đặt các bộ thiết bị bù FACTs nói chung và bộ bù tĩnh SVCs nói riêng trên lưới điện truyền tải cao áp – siêu cao áp từ 220kV trở lên chưa có.. Vì thế, việc nghiên cứu

BÁO CÁO LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ SVCs

LÊN ĐIỆN ÁP CỦA ĐƯỜNG DÂY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HCMNgành: Thiết bị, mạng & Nhà máy điện

ĐỀ TÀI:

Giảng viên hướng dẫn

TS Hồ Văn Nhật Chương Học viên thực hiện

Đặng Trung Hiếu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ

Ngành: Thiết bị mạng và Nhà máy điện

KHĨA: 2006 - 2008

Giảng viên hướng dẫn

TS Hồ Văn Nhật Chương

Đề tài:

Học viên thực hiện

Đặng Trung Hiếu

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ SVCs

LÊN ĐIỆN ÁP CỦA ĐƯỜNG DÂY

- Điều khiển điện áp với các điều kiện thay đổi của phụ tải (1)

- Cân bằng công suất phản kháng (2)

- Các vấn đề ổn định khi truyền tải năng lượng trên đường dây dài (3)

- Sự gia tăng công suất ngắn mạch trong lưới điện (4)

- Liên kết không đồng bộ giữa các hệ thống điện (5)

- Liên kết các hệ thống với nhau với các tần số khác nhau (6)

Hướng nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới:

- Lắp đặt các thiết bị bù FACTs giải quyết (1), (2), (3), (4).

- Truyền tải điện một chiều HVDC giải quyết (5), (6).

ĐẶT VẤN ĐỀ

FACTs (Flexible Alternating Current Transmission Systems):

theo định nghĩa IEEE được gọi hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt.

Việc nghiên cứu, ứng dụng và phát triển FACTs trên thế giới bắt đầu từ những năm 1970

Hệ thống các thiết bị bù FACTs được tạo ra nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử công suất (power electronics), vi xử lý (microprocessor) và vi điện tử – thông

tin liên lạc (microelectronics and communications)

Từ khi phát triển đến nay, có thể tổng quan FACTs gồm các bộ thiết bị bù: SVC, TCSC, STATCOM, UPFC, TCPS ….vv

ĐẶT VẤN ĐỀ

UPFC (Unified Power Flow Controlled):

TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor)

ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam nói riêng:

- Việc nghiên cứu các thiết bị FACTs hiện nay cũng chỉ bắt đầu sơ khai, một số tài liệu chuyên ngành khi nói về FACTs cũng chỉ dừng lại ở khái niệm.

- Việc ứng dụng lắp đặt các bộ thiết bị bù FACTs nói chung

và bộ bù tĩnh SVCs nói riêng trên lưới điện truyền tải cao áp – siêu cao áp từ 220kV trở lên chưa có.

Vì thế, việc nghiên cứu ảnh hưởng FACTs và bộ SVCs nói riêng trên lưới điện truyền tải là một trong những vấn đề bức thiết được đặt ra cho sự phát triển hệ thống điện Việt Nam trong tương lai.

ĐẶT VẤN ĐỀ

‘’Nghiên cứu ảnh hưởng của bộ SVCs lên điện áp của

đường dây’’

SVC

(Static Var Compensator):

Phạm vi nghiên cứu của luận văn:

ĐẶT VẤN ĐỀ

Định nghĩa bộ SVC:

Nhánh TSC

Nhánh lọc Filter

Nhánh TSC C

Hình 3.4: Sơ đồ cấu hình của các bộ SVC kiểu 6 xung

Phân tích dòng, áp của nhánh TCR khi góc kích /2 <  < :

) 2 sin 1 2

2 ( ) ( )

(

) 1

m L

m L

Dịng điện và tổng trở nhánh TCR

là một hàm phụ thuộc vào gĩc kích

, với /2 <  < .

) 2 sin 1 2

2 ( )

Mô tả vật lý máy bù tĩnh SVC

Hình 4.9a: Sơ đồ nhánh TSC – TCR của bộ SVC

Tính toán tổng trở và tổng dẫn bộ SVC

Tổng trở của bộ SVC:

) (

) ( )

( //

L C L

C SVC

X X

X X X

2 sin

/ )

(

x

x C

SVC

r

r X

SVC

r

r X

X

B

/

) / 1 2 ( 2

2 sin

1 )

(

1 )

C L SVC

X X

X X X

( 2 (

) (

MÁY BÙ TĨNH SVCs

Tác động của máy bù tĩnh SVC lên điện áp của đường dây:

Tổn thất điện áp từ nguồn đến tải

1 1

2 1

.

.

V

X

Q V

X Q R

P V

1

' 2 1

).

(

V

X Q

Q V

Tác động của máy bù tĩnh SVC lên điện áp của đường dây:

Nhận xét:

1 2

' 2

V

X

Q V

Q V

X

Q V

V

2 1

2 1 1

) (Q Q SVC Q

1 2

' 2

V

V V

Q

MÁY BÙ TĨNH SVCs

Nhánh TSC

Nguyên lý điều khiển máy bù tĩnh SVC:

tĩnh SVC là ta thực hiện điều chỉnh tổng dẫn BSVC () theo

gĩc kích , với  biến thiên 90 o ÷ 180 o

Việc thay đổi tổng dẫn B SVC từ B min đến B max sẽ làm cho máy bù tĩnh thu vào hoặc phát ra cơng suất phản kháng để

điều chỉnh điện áp như biểu thức (4.5).

B min

B max

MÁY BÙ TĨNH SVCs

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN

HỌC MÁY BÙ TĨNH SVCs

Mô tả mô hình điều khiển và mạch tương đương

SVC trong chế độ xác lập:

a Xây dựng phương trình điện áp, dịng điện:

Từ biểu thức (4.20), ta viết lại là:



 V ref X SL V k B SVC V

(4.22) XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN

HỌC MÁY BÙ TĨNH SVCs

b Xây dựng phương trình cơng suất phát/thu của máy bù tĩnh

SVC:

SVC k

SVC

SVC

r

r X

X

B

/

) / 1 2 ( 2

2 sin

1 )

(

1 )

(2

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN

HỌC MÁY BÙ TĨNH SVCs

Từ các biểu thức (4.22), (4.23), (4.24), (4.25) và kết hợp lại ta được mơ hình tốn học để phân tích máy bù tĩnh SVC khi kết nối vào hệ thống tại một nút V bất kỳ được mơ tả bằng tập phương trình (4.26) như sau:

0 )

2 ( 2

sin 2

.

.

SVC k

SVC

SVC k

SL ref

SVC k

SVC

X

X

X B

B V

Q

B V X

V V

B V I

HỌC MÁY BÙ TĨNH SVCs

SO SÁNH VỚI CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC

A Khảo sát lưới điện mẫu 1

Lưới điện và các thơng số được lấy từ tài liệu [9] của tác giả H.K Tyll như sau:

Điện áp

o , /km xo, /km bo.10 -4 , S Pđm, MW Qđm, MVAr

Hình 4.24: So sánh điện áp tại cuối đường dây truyền tải dưới các

chế độ vận hành thay đổi của phụ tải

a Chế độ tải nặng b Chế độ tải nhẹ c Vận hành 1 lộ (đầy tải) d Mất tải tại bus 2

Xây dựng biểu đồ cột mơ tả điện áp tại các chế độ đặc trưng tại nút V2 của hệ thống điện trong các chế độ vận hành:

SO SÁNH VỚI CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC

SO SÁNH VỚI CÁC

NGHIÊN CỨU TRƯỚC

Khảo sát lưới điện mẫu 2

Lưới điện và các thơng số được lấy từ tài liệu [11] của tác giả

M Noroozian như sau:

Khảo sát biến thiên điện áp tại nút tải V theo sự thay đổi của tổng trở nguồn XS như tài liệu [11] đã thực hiện:

SO SÁNH VỚI CÁC

NGHIÊN CỨU TRƯỚC

Xây dựng đường cong quan hệ điện áp nút V với sự thay

đổi của tổng trở X S hệ thống nguồn:

Hình 4.27: So sánh biến thiên điện áp tại tải theo tổng

trở nguồn với tài liệu [11]

0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05

Bù SVC thực hiện

SO SÁNH VỚI CÁC

NGHIÊN CỨU TRƯỚC

Sai số kết quả tính toán lớn nhất không quá 2%

- Mơ hình tốn cũng như mơ hình mơ phỏng của máy bù tĩnh SVC mà luận văn này xây dựng như trên phù hợp với các nghiên cứu trước

- Sai số về các kết quả tính tốn điện áp nút tại vị trí lắp

SVC so với các nghiên cứu trước chấp nhận được.

Ưu điểm:

NHẬN XÉT MÔ HÌNH TOÁN SVC

ĐÃ ĐƯỢC ĐỀ XUẤT

Đơn giản, tin cậy, dễ dàng áp dụng để giải phân bố công suất cũng như mô phỏng phân bố công suất trong mạng có máy bù tĩnh SVC.

Mô hình toán được đề xuất chưa phù hợp để phân tích các đáp ứng quá độ điện áp, cũng như các dao động điện áp trong mạng.

Nhược điểm:

~

Tải

Bus 4 Cai Lậy

Bus 3

Bus 5 Cao Lãnh

ACO-400: 113km

Bus 6 Rạch Giá Tải

Sơ đồ một sợi, lưới điện 220kV khu vực các tỉnh Miền Tây xét đến năm 2012

ỨNG DỤNG SVCs TRÊN LƯỚI ĐIỆN

220KV MIỀN TÂY – VIỆT NAM

Cai Lậy

Cao Lãnh

Rạch Giá

Trà Nĩc

Cà Mau

Cà Mau-2

Bạc Liêu

Nhà Bè

Phú Lâm

Cai Lậy

Cao Lãnh

Rạch Giá

Trà Nóc

Cà Mau

Cà Mau -2

Bạc Liêu

Chưa bù 1.05 1.068 1.073 1.096 1.107 1.127 1.116 1.128 1.128 1.130

Q sys = 214.3MVAr

Q SVC = 111.3MVAr

Q PM = 103MVAr

ỨNG DỤNG SVCs TRÊN LƯỚI ĐIỆN

220KV MIỀN TÂY – VIỆT NAM

Nhà Bè

Phú Lâm

Cai Lậy

Cao Lãnh

Rạch Giá

Trà Nĩc

Cà Mau

Cà Mau-2

Bạc Liêu

Ơ Mơn

Nút

Điện áp, [pu]

ỨNG DỤNG SVCs TRÊN LƯỚI ĐIỆN

220KV MIỀN TÂY – VIỆT NAM

P.Mỹ N.Bè

N.Bè P.Lâm

P.Lâm C.Lậy

C.Lậy C.Lãnh

C.Lậy O.Mơn

C.Lậy T.Nĩc

-C.Lãnh

- R.Giá

R.Giá C.Mau

R.Giá T.Nĩc

C.Mau O.Mơn

-Nút i-j

P, [M W]

ỨNG DỤNG SVCs TRÊN LƯỚI ĐIỆN

220KV MIỀN TÂY – VIỆT NAM

Khảo sát sự thay đổi dòng công suất tác dụng trên các nhánh

dây trong mạng 220kV

P.Mỹ N.Bè

N.Bè P.Lâm

P.Lâm C.Lậy

C.Lậy C.Lãnh

C.Lậy O.Mơn

C.Lậy T.Nĩc

-C.Lãnh

- R.Giá

R.Giá C.Mau

R.Giá T.Nĩc

C.Mau O.Mơn

-Nút i-j

dij , [độ]

ỨNG DỤNG SVCs TRÊN LƯỚI ĐIỆN

220KV MIỀN TÂY – VIỆT NAM

Khảo sát sự thay đổi góc truyền tải công suất tác dụng trên

các nhánh dây trong mạng 220kV

ỨNG DỤNG SVCs TRÊN LƯỚI ĐIỆN

220KV MIỀN TÂY – VIỆT NAM

Khảo sát quan hệ công suất và điện áp tại nút Rạch Giá

theo sự thay đổi của phụ tải

Nâng độ dự trữ công suất 60%

Hình 5.11: Điện áp tại các nút ở chế độ sự cố NMĐ Ơ Mơn

xét tương lai 2012, [pu]

1.1

Phú Mỹ

Nhà Bè

Phú Lâm

Cai Lậy

Cao Lãnh

Rạch Giá

Trà Nĩc

Cà Mau

Cà Mau-2

Bạc Liêu

Ơ Mơn

Nút

Điện áp, [pu]

Chưa bù Bù SVC

ỨNG DỤNG SVCs TRÊN LƯỚI ĐIỆN

220KV MIỀN TÂY – VIỆT NAM

Khảo sát biến thiên điện áp khi có xảy ra sự cố NMĐ Ô Môn, lượng

công suất mất đi P NMĐ = 300 MW; Q NMĐ = 90 MVAr

Trà Nĩc

Cà Mau Cà

Mau-2

Bạc Liêu

ỨNG DỤNG SVCs TRÊN LƯỚI ĐIỆN

220KV MIỀN TÂY – VIỆT NAM

Khảo sát vị trí tối ưu một bộ SVC trong lưới điện 220kV Miền Tây:

KẾT LUẬN

Luận văn đã:

a Đề xuất được một mô hình toán học đơn giản, tin cậy để phân tích máy bù tĩnh SVC ở chế độ xác lập trong hệ thống điện.

b Phân tích được các tác động của máy bù tĩnh SVC khi lắp đặt vào hệ thống điện với kết quả như sau:

- Cải thiện được sự phân bố điện áp đường dây tại các nút trong lưới điện trở nên bằng phẳng hơn.

- Nâng cao chất lượng điện năng của lưới điện.

- Ổn định điện áp tại nút lắp đặt SVC.

- Nâng cao khả năng truyền tải đường dây.

- Làm tăng độ dự trữ công suất tác dụng về mặt ổn định điện áp.

- Giảm được tổn thất công suất tác dụng của lưới

- Có làm thay đổi luồn công suất tác dụng trên các nhánh dây, tăng độ dự trữ về góc truyền tải công suất nhưng mức độ thấp.

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

LOGO

- Lịch sử phát triển hệ thống điện VN.

- Trình độ khoa học công nghệ và tự động hóa HTD ở Việt

Nam chưa cao.

- Tầm nhìn của nhà quản lý.

LOGO Đáp ứng bù theo thời gian rất nhanh:

Làm giảm nhanh dao động quá điện áp

Đáp ứng của bộ SVC trong trường hợp mất tải,

H.K.Tyll [9]

Nhánh TSC

Tối ưu bao giờ cũng kèm theo các điều kiện ràng buộc:

+ Chất lượng điện áp + Tổn thất P

+ Giá thành, …

Việc giải bài toán tối ưu cho 1 vị trí, 2 vị trí, …., và

nhiều vị trí khác thì các kết quả không có tính kế thừa.

Cấu trúc lưới điện luôn thay đổi nên lời giải tối ưu trở

nên không phù hợp hết cho tất cả các trường hợp.

CẤU HÌNH MÁY BÙ TĨNH SVCs

Quyết định số 110/2007/QĐ-TTg ngày 18/07/2007 của Thủ tướng Chính phủ về việc quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006-2015 xét đến 2025.

(Quy hoạch điện VI)

LOGO

I GIỚI THIỆU (tt)

Hình 3.7a Hình 3.7b

SCR L/2

L/2

SCR L/2

L/2

SCR

L/2 L/2

Hình 3.7c

Cấu trúc nhánh TCR (Thyristor Controlled Reactor)

SCR : Silicon Controlled Rectifier

Cấu trúc nhánh TSC (Thyristor Switched Capacitor)

CẤU HÌNH MÁY BÙ TĨNH SVCs

.

Nhĩm 1

SCR

Cn C1

SCR

Hình 4a

.

SCR

Pha A Pha B Pha C

Hình 3.10c: Đấu hình tam giác 

L o

SCR

L o L o

Pha A Pha B Pha C

Hình 3.10a: Đấu hình sao khơng Yo

Cấu trúc nhánh lọc sóng hài (Filter)

CẤU HÌNH MÁY BÙ TĨNH SVCs

~

Tải

Bus 4 Cai Lậy

Bus 1 Phú Mỹ

Bus 3

Bus 5 Cao Lãnh

ACO-400: 113km

Bus 6 Rạch Giá Tải

- Hệ số PF tải

=0.9 và không đổi

ỨNG DỤNG SVCs TRÊN LƯỚI ĐIỆN

220KV MIỀN TÂY – VIỆT NAM

ỨNG DỤNG SVCs TRÊN LƯỚI ĐIỆN

220KV MIỀN TÂY – VIỆT NAM

Khảo sát vị trí tối ưu một bộ SVC trong lưới điện 220kV Miền Tây:

- Nâng cao khả năng truyền tải đường dây.

- Làm tăng độ dự trữ về mặt ổn định điện áp.

- Giảm được tổn thất công suất tác dụng của lưới

- Có làm thay đổi luồn công suất tác dụng trên các nhánh dây, tăng độ dự trữ về góc truyền tải công suất nhưng mức độ thấp

I GIỚI THIỆU

Trong vấn đề truyền tải điện xoay chiều điện áp cao, đường dây dài thì người ta mong muốn được truyền tải công suất thật lớn Tuy nhiên có các nghịch lý sau:

thì điện áp tại đầu nhận giảm thấp đôi khi vượt ra khỏi phạm vi cho phép do công suất phản kháng

- Khi công suất P L < P SIL thì điện áp tại đầu nhận tăng đôi khi vượt trên phạm vi cho phép do Q c > Q L

SIL : Surge impedance Load ?

I GIỚI THIỆU (tt)

Voltage Profile along a Long Transmission Line

Phân bố điện áp dọc theo đường dây truyền tải dài

I GIỚI THIỆU (tt)

Voltage Profile along a Long Transmission Line with

Midpoint Reactive Power Compensation

Do đó đường dây dài chỉ có thể tải rất ít công suất phản kháng từ đầu phát đến đầu nhận nếu muốn đảm bảo điều kiện điện áp ở hai đầu.

Vì vậy để giải quyết vấn đề này người ta đã đề ra các biện pháp bù công suất phản kháng Trong đó có bộ bù mắc song song đường dây được áp dụng khá phổ biến.

Ngày nay với việc phát triển công nghệ linh kiện bán dẫn công suất lớn với ưu điểm như đáp ứng nhanh điều khiển liên tục đã ứng dụng vào việc điều khiển bộ bù => đã tạo ra các bộ bù tĩnh SVCs

I GIỚI THIỆU (tt)

So sánh một số giới hạn về truyền tải công suất

Comparison of different limits of power flow

Giới hạn theo sự suy giảm

dao động điện

I GIỚI THIỆU (tt)

Công suất tự nhiên P natural hay gọi là P SIL : là công suất ở chế độ làm việc của đường dây dài khi tổng trở thay thế của phụ tải Z L bằng với tổng trở sóng

L C

j

L

j Z

o

o o

( Z

U P

P

S

2 dm SIL

- Hiệu suất tải điện là cao nhất.

•* Đặc điểm khi vận hành với công suất tự nhiên

P natural (P SIL ):

trường trên từng phân đoạn của đường dây:

2

I

L2

U





Suy ra

P X

4

E

2 2

LOGO Xét bù công suất phản kháng tại điểm khảo sát.

III TÁC ĐỘNG CỦA BỘ BÙ TĨNH SVC (tt)

•* Khi Q=0 => P max =k.E 2 /2X

2

E

k

Ugh 

Tương ứng:

Miền ổn định

1 (

) X

1 (

IV KẾT LUẬN

Việc sử dụng bộ bù tĩnh SVC, xét về góc độ kỹ thuật - kinh tế ta rút ra được những kết luận sau:

* Về mặt kỹ thuật:

- Điều khiển, ổn định điện áp tức nâng cao chất lượng điện năng.

- Làm giảm nhanh các dao động điện áp và công suất.

- Nâng cao độ ổn định tĩnh - động của hệ thống

- Đáp ứng bù nhanh công suất phản kháng.

* Về mặt kinh tế:

- Giảm tổn thất điện năng.

- Giảm chi phí sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng.

- Giảm vốn đầu tư nguồn và lưới do tối ưu được chế độ vận hành của hệ thống.

• Vận hành thay đổi liên tục

• Quá tải thời gian ngắn

Các máy biến áp một pha cách ly với nhau

bởi các bức tường bảo vệ chống cháy nổ.

Phụ lục: (tt)

Các yếu tố trong lựa chọn cuộn kháng

Double stacked air core reactor

Các cuộn kháng

• Các cuộn kháng 1 pha hay

3 pha lõi khơng khí

• Cuộn kháng lõi sắt 1 pha hay loại 3 pha

• Vận hành thay đổi liên tục

• Quá tải thời gian ngắn

Phụ lục: (tt)

Các yếu tố trong lựa chọn SCR

Modul tổ hợp các van bán dẫn

Các khố bán dẫn

• Các khố bán dẫn cho nhánh TCR, TSR hoặc TSC

• Các điều kiện tốt để Thyristor làm việc định mức

• Vận hành thay đổi liên tục

• Các yêu cầu về quá tải

• Khả năng chịu đựng trong khoảng thời gian sự cố và các trạng thái kích sai

• Phối hợp cách điện

• Vận hành thay đổi liên tục

• Các yêu cầu về quá tải

• Mức độ sóng hài

• Hệ thống bảo vệ rơle

Dãy tụ (bảo vệ bằng cầu chì bên ngoài)

Điều khiển và bảo vệ

• Điều khiển ON / OFF

• Bằng tay / điều khiển từ xa

• Đặc tính điều khiển

− Điều khiển điện áp

− Điều khiển cơng suất phản kháng

− Giảm nhanh dao động cơng suất

− Độ đối xứng

• Dùng bảo vệ bình thường

• Kiểu điều khiển

• Các yêu cầu điều khiển

Sơ đồ khối bộ điều khiển dạng đơn giản

Phụ lục: (tt)

Các yếu tố trong lựa chọn bộ điều khiển

Capacitor banks (externally fused)

& Filter Capacitor Bank (internally fused)

Voltage Control in the System for Various Operating Conditions

Tải nặng Tải nhẹ Cô lập 1 đường dây (đầy nặng) Mất tải

(Điều chỉnh điện áp trong hệ thống với các chế độ vận hành thay đổi)

III TÁC ĐỘNG CỦA BỘ BÙ TĨNH SVC (tt)

III TÁC ĐỘNG CỦA BỘ BÙ TĨNH SVC (tt)

I GIỚI THIỆU (tt)

Đặc điểm công suất phản kháng - Làm sao chúng ta loại

bỏ nó?