Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điện tử công suất để điều khiển chế độ làm việc của đường dây tải điện xoay chiều

Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điện tử công suất để điều khiển chế độ làm việc của đường dây tải điện xoay chiều Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điện tử công suất để điều khiển chế độ làm việc của đường dây tải điện xoay chiều luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

BÙI V ĨNH ĐÔNG

ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU

LUẬN VĂN THẠC SĨ TỰ ĐỘNG HÓA

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

-

BÙI V ĨNH ĐÔNG

CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGYỄN VĂN LIỄN

Hà Nội, 2008

Tôi là Bùi Vĩnh Đông, học viên lớp Cao học Tự động hóa, Khoá 2006

– 2008 Được sự giúp đỡ và hưỡng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn

Liễn tôi đã chọn và thực hiện đề tài luận văn có nội dung Nghiên cứu ứng

dụng kỹ thuật điện tử công suất để điều khiển chế độ làm việc của đường dây tải điện xoay chiều

Tôi xin cam đoan bản luận văn này được thực hiện bởi chính bản thân mình dưới sự hưỡng dẫn của PGS.TS Nguyễn Văn Liễn, cùng với các tài

liệu đã được trích dẫn trong phần tài liệu tham khảo ở phần cuối bản luận văn

Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2008

Học viên

Mục lục

các ký hiệu, các chữ viết tắt 3

Danh mục các bảng 4

Danh mục các hình vẽ 4

Mở đầu 8

chương 1 11

tổng quan về lưới điện việt nam 11

1 Quy hoạch hệ thống điện Việt Nam đến năm 2020 11

1.1 Giai đoạn 2004 - 2010 11

1.2 Giai đoạn 2011-2020 12

2 Chương trình phát triển lưới điện truyền tải của Việt Nam 13

Chương 2 15

các chế độ làm việc của đường dây tải điện cao áp 15

2.1 Các chế độ làm việc của hệ thống điện 15

2.2 Mất cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện 20

2.3 Khái niệm về ổn định và quan hệ giữa cân bằng công suất phản kháng với ổn định trong lưới hệ thống, lưới truyền tải 20

2.3.1 ổn định 20

2.3.2 Quan hệ công suất phản kháng - điện áp 21

chương 3 23

ứng dụng điện tử công suất để điều khiển các thiết bị bù dọc và bù ngang 23

3.1 Mục đích của việc đặt bù 23

3.2 Bù dọc và bù ngang trên đường dây siêu cao áp 24

3.2.1 Bù dọc: 24

3.2.2 Bù ngang: 29

3.3 Các giải pháp và thiết bị điều khiển công suất phản kháng trên đường dây tryền tải điện - ứng dụng thiết bị FACT trong hệ thống truyền tải điện xoay chiều 31

3.3.1 Mô hình thiết bị FACT 32

3.3.2 Các dạng cơ bản của thiết bị điều khiển FACTS 34

3.3.2.1 Các bộ điều khiển ngang 34

3.3.2.2 Các bộ điều khiển dọc 36

3.3.2.3 Các bộ điều khiển tổ hợp dọc và ngang 38

chương 4 41

mô hình và nguyên lý hoạt động của thiết bị bù dọc có điều khiển tcsc 41

4.1 Mô hình TCSC 41

4.2 Nguyên lý hoạt động của kháng điều chỉnh bằng Thyristor- TCR

(Thyristor Controlled Reactor) 44

4.3 Kháng điều chỉnh bằng Thyristor – TCR (Thyristor Controlled Reactor) 45

4.4 Bù dọc bằng điện dung có điều chỉnh - TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor ) 54

4.4.1 Mô hình TCSC 54

4.4.2 Cấu trúc điều khiển 61

4.4.2.1 Sơ đồ khối và hệ thống điều khiển của TCSC 62

4.4.2.2 Sơ đồ khối hệ điều khiển phát xung cho thyristor của TCSC 65

chương 5 70

Khảo sát các đặc tính làm việc của TCSC 70

5.1 Thuật toán GA và mô hình giảm bậc của hệ thống MIMO tuyến tính sử dụng thuật toán GA 70

5.1.1 Tóm tắt 70

5.1.2 Giới thiệu 70

5.1.3 Mô tả thuật toán 72

5.2 ứng dụng Thuật toán GA khảo sát đặc tính làm việc của TCSC 75

5.2.1 Mô hình hệ thống truyền tải trên không có một máy phát điện 76

5.2.2 Mô hình hệ thống bù nối tiếp điều khiển bằng Thyristor (TCSC) 77

5.2.3 Cấu trúc của bộ điều khiển TCSC 78

5.2.4 Các vấn đề liên quan đến xây dựng công thức 79

5.2.5 Khái quát về thuật toán di chuyền (genetic algorithm - GA) 80

5.2.6 Kết quả 82

5.2.6.1 Trường hợp 1: Nhiễu gây lỗi 3 pha 84

5.2.6.2 Trường hợp 2: Sự nhiễu loạn ngoài lưới truyền tải 88

5.2.6.3 Trường hợp 3: Các nhiễu loạn nhỏ tác động 92

5.3 Mô phỏng tác dụng của bộ điều khiển TCSC trên đường dây truyền tải điện xoay chiều trong trường hợp sự cố 1 pha chạm đất 94

5.3.1 Xây dựng sơ đồ mạch mô phỏng 94

5.3.2 Kết quả mô phỏng 97

5.3.2.1 Chế độ bình thường 97

5.3.2.2 Trường hợp sự cố chạm đất 1 pha trong thời gian ngắn, khi không có bộ điều khiển TCSC 98

5.3.2.3 Trường hợp sự cố chạm đất 1 pha trong thời gian ngắn, khi có bộ điều khiển TCSC 99

5.3.2 Nhận xét 101

Tài liệu tham khảo 103

Tóm tắt luận văn thạc sỹ 104

summary 105

FACTS Flexible AC Transmission System – Hệ thống truyền tải

điện xoay chiều linh hoạt

GA Genetic algorithm - Thuật toán di chuyền

SMIB Single machine infinite bus – Hệ thống truyền tải trên

không dùng một máy phát STATCOM Static Synchronous Compensator – Thiết bị bù ngang điều

khiển bằng Thyristor SVC Static Var Compensator – Thiết bị bù tĩnh có điều khiển

bằng Thyristor SSSC Static Sychronous Series Compensation - Máy bù đồng bộ

tĩnh TCSC Thyristor Controlled Series Capacitor – Bù tụ nối tiếp

được điều khiển bằng Thyristor TCR Thyristor Controlled Reactor - Kháng điện điều chỉnh bằng

thyristor UPFC Unified Power Flow Controller – Thiết bị điều khiển công

suất tổ hợp

Hình 3.2 Đồ thị véctơ U và I của đường dây khi có tụ bù dọc

Hình 3.3 Đặc tính P(δ) ứng với trường hợp không có tụ bù dọc và có tụ bù dọc

Hình 3.4 ảnh hưởng của vị trí bù dọc trên đường dây

Chương 4

Hình4.1 Mô hình TCSC

Hình 4.2 : Sự thay đổi điện kháng của TCSC với góc mở a

Hình 4.3 Nguyên lý cấu tạo của thyristor

Hình 4.4 Dạng sóng ra của mạch thuần trở điều khiển bằng thyristor

Hình 4.5 (a) các phần tử chính của một TCR; (b) dạng sóng của dòng và áp trong TCR

Hình 4.6 Hình dáng của dòng và áp trong TCR ở góc mở a =1200

Hình 4.7 Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR

Hình 4.8 đặc tính điều khiển của TCR

Hình 4.9 Sóng của tín hiệu dòng điện của TCR

Hình 4.10 Đặc tính điều chỉnh dòng điện của TCR theo góc cắt a

Hình 4.11 Mô hình mạch TCSC và biểu thị tương đương của nó

Hình 4.12 Mô hình TCSC (a) Mô hình cơ bản; (b) Mô hình thực tế

Hình 4.13 Mạch tương đương của TCSC đơn giản

Hình 4.14 : Sự thay đổi điện kháng của TCSC với góc mở a

Hình 4.15 Sơ đồ khối điều khiển góc mở α

Hình 4.16 Sơ đồ điều khiển điện kháng tổng của TCSC

Hình 4.17 Sơ đồ khối và hệ thống điều khiển của TCSC

Hình 4.18 Sơ đồ khối của hệ điều khiển phát xung cho thyristor của TCSCHình 4.19 Sơ đồ khối của hệ điều khiển phát xung cho thyristor của TCSC có

Hình 5.3 Module cơ bản của TCSC

Hình 5.4 Cấu trúc của bộ điều khiển TCSC

Hình 5.5 sơ đồ thuật toán di chuyền

Hình 5.6 Mổ phỏng mô hình SMIB có dùng bộ điều khiển TCSC

Hình 5.7 Mô hình mô phỏng tính toán của id, iq, E’d, E’q và Pe

Hình 5.8 Sự biến đổi của Góc Rotor của máy phát đồng bộ khi có và không có

bộ điều khiển TCSC đối với nhiễu gây lỗi 3 pha trong 5 chu kỳ

Hình 5.9 Sự biến đổi của độ lệh tốc độ Dw trong trường hợp 1

Hình 5.10 Sự biến đổi công suất điện Pe trong trường hợp 1

Hình 5.11 Sự biến điện áp E’d trong trường hợp 1

Hình 5.12 Sự biến điện áp E’q trong trường hợp 1

Hình 5.13 Sự biến đổi điện áp E’fd trong trường hợp 1

Hình 5.14 Sự biến đổi điện áp đầu cuối V’t trong trường hợp 1

Hình 5.15 Sự biến đổi dòng điện Id trong trường hợp 1

Hình 5.16 Sự biến đổi dòng điện Iq trong trường hợp 1

Hình 5.17 Sự biến đổi của XTCSC trong trường hợp 1

Hình 5.18 Sự biến đổi của Góc Rotor của máy phát đồng bộ

Hình 5.19 Sự biến đổi của độ lệh tốc độ Dw trong trường hợp 2

Hình 5.20 Sự biến đổi công suất điện Pe trong trường hợp 2

Hình 5.21 Sự biến điện áp E’d trong trường hợp 2

Hình 5.22 Sự biến điện áp E’q trong trường hợp 2

Hình 5.23 Sự biến đổi điện áp E’fd trong trường hợp 2

Hình 5.24 Sự biến đổi điện áp đầu cuối V’t trong trường hợp 2

Hình 5.25 Sự biến đổi dòng điện Iq trong trường hợp 2

Hình 5.26 Sự biến đổi của XL trong trường hợp 2

Hình 5.27 Sự biến đổi của Góc Rotor của máy phát đồng bộ trường hợp 3 Hình 5.28 Sự biến đổi của độ lệh tốc độ Dw trong trường hợp 3

Hình 5.29 Sự biến đổi công suất điện Pe trong trường hợp 3

Hình 5.30 Sự biến đổi điện áp đầu cuối Vt trong trường hợp 3

Hình 5.31 Sự biến đổi của XTCSC trong trường hợp 3

Hình 5.32 Mạch mô phỏng hệ thống truyền tải bù nối tiếp

Hình 5.33 Cấu trúc của Module bộ bù nối tiếp TCSC

Hình 5.34 Cấu trúc khâu bù của 1 pha

Hình 5.35 Cấu trúc khâu Energy & Gap firing

Hình 5.36 Đồ thị điện áp ba pha lưới truyền tải chế độ bình thường Hình 5.37 Đồ thị dòng điện ba pha lưới truyền tải chế độ bình thường Hình 5.38 Đồ thị dòng điện ba pha lưới truyền tải tại điểm B1

Hình 5.39 Đồ thị điện áp và dòng điện ba pha lưới truyền tải tại điểm B2 Hình 5.40 Đồ thị điện áp ba pha lưới truyền tải tại điểm B1

Hình 5.41 Đồ thị dòng điện ba pha lưới truyền tải tại điểm B1

Hình 5.42 Đồ thị điện áp và dòng điện ba pha lưới truyền tải tại điểm B2

Keyword

1 tcsc;

2 Series compensating on transmission lines;

3 high-voltage and super high-votage transmission line

An increase in power ability of transmission lines, improvement of quality, stability of high and super high voltage power transmission line system are the matters to be interested in management and electric power transmission One of the solutions applied to implemente above problem is FACTS, among them TCSC is one of the important members of FACTS family

The object of this thesis is applying power electronics to control inductive reactance and capacitance of capacitor in AC tramsmission lines Herein, the TCSC is controlled series conpensate Specific device

In this scope of the thesis, author presenets an overview about compensating reactance, controlling capacity, basical structure of TCSC, power of TCSC circuit, triggering system of TCSC controller and simulating results to improve power transmission and stabilizing system as well when TCSC controller is used

1 TCSC

2 Bù dọc đường dây truyền tải

3 Đường dây cao áp và siêu cao áp

Để nâng cao khả năng truyền tải công suất trên đường dây truyền tải, cải thiện chất lượng, tăng tính ổn định của hệ thống truyền tải điện xoay chiều cao

áp và siêu cao áp là một trong những vấn đề rất được quan tâm trong việc quản

lý và truyền tải điện năng Một trong các giải pháp để thực hiện được vấn đề nêu trên đó là ứng dụng thiết bị FACTS, và TCSC là một trong các thiết bị thuộc FACTS

Luận văn được viết với mục đích nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng điện tử công suất để điều khiển công suất phản kháng và điều khiển điện dung của tụ

bù trên đường dây truyền tải điện xoay chiều Cụ thể thiết bị bù dọc có điều khiển là TCSC

Trong phạm vi luận văn tác giả đã tổng quan về bù công suất phản kháng,

điều khiển điện dung, cấu trúc cơ bản của TCSC, cấu trúc một hệ điều khiển cho TCSC và các kết quả mô phỏng nhằm cải thiện về công suất truyền tải cũng như tính ổn định của hệ thống khi sử dụng bộ điều khiển TCSC

Mở đầu

đặt vấn đề

Nhu cầu về quản lý các hệ thống điện và việc truyền tải điện năng tới nơi tiêu thụ hiệu quả hơn đã thúc đẩy sự đổi mới công nghệ trong sản xuất cũng như truyền tải điện năng Với đường dây tương đối ngắn, cấp điện áp thấp, giới hạn truyền tải thường được xác định theo điều kiện phát nóng Khi chiều dài tăng lên, điện áp tương đối lớn (110KV ữ 220KV) thì độ lệch điện

áp là yếu tố cần được quan tâm Với các đường dây siêu cao áp (SCA) và cực cao áp, khả năng tải được quyết định bởi điều khiện ổn định tĩnh Đặc điểm của đường dây tải điện xoay chiều là chịu ảnh hưởng rất lớn bởi dòng điện dung của đường dây Công suất phản kháng do điện dung của đường dây sinh

ra trong quá trình vận hành gây nhiều khó khăn về kỹ thuật cho việc thiết kế

Mục đích của đề tài

Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử cũng như công nghệ chế tạo các thyristor công suất lớn nên các thiết bị FACTS điều chỉnh bằng thyristor đã

được ứng dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong việc tăng khả năng truyền tải công suất, nâng cao ổn định tĩnh, ổn dịnh động, ổn định điện áp, ổn

định tần số và giảm các dao động cộng hưởng phụ đồng bộ Thyristor hoặc Transitor công suất lớn là phần tử cơ bản của các bộ điều khiển điện tử công suất lớn được áp dụng trong công nghệ chế tạo các thiết bị FACTS, từ đó nghiên cứu việc ứng dụng van bán dẫn trong điều khiển công suất phản kháng

và điều khiển điện dung của tụ bù, cụ thể là vấn đề bù dọc đường dây truyền tải điện xoay chiều

Vấn đề và phạm vi nghiên cứu

Luận văn đặt ra vấn đề cần nghiên cứu, giải quyết bao gồm:

− Tổng quan về bù công suất phản kháng và vấn đề bù dọc điện dung điều chỉnh được trên đường dây truyền tải điện xoay chiều cao áp;

− ứng dụng bù công suất phản kháng và điều khiển điện dung, cụ thể là

sử dụng bộ điều khiển TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor), tìm

hiểu cấu trúc điều khiển điển hình của TCSC

− Khả năng cải thiện về công suất truyền tải cũng như độ ổn định của hệ thống khi sử dụng bộ điều khiển TCSC

Với nội dung và mục đích nghiên cứu trên, luận văn được trình bày theo 5 chương:

− Chương 1: Tổng quan về lưới điện Việt Nam

− Chương 2: Các chế độ làm việc của đường dây tải điện cao áp

− Chương 3: ứng dụng điện tử công suất để điều khiển các thiết bị bù dọc

và bù ngang

− Chương 4: Mô hình và nguyên lý hoạt động của thiết bị bù dọc có điều khiển TCSC

− Chương 5: Khảo sát các đặc tính làm việc của TCSC

Tác giả xin trân trọng tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Liễn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả xây dựng và hoàn

thành luận văn này Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và cô giáo trong Bộ môn Tự động hoá XNCN Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và các bạn

bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này Vì thời gian có hạn, vấn đề còn khá mới trên khía cạnh nghiên cứu về thiết bị nên bản luận

văn không thể tránh khỏi thiếu sót, tác giả rất mong nhận được nhiều ý kiến

đóng góp

chương 1 tổng quan về lưới điện việt nam

1 Quy hoạch hệ thống điện Việt Nam đến năm 2020

1.1 Giai đoạn 2004 - 2010

Thuỷ điện: dự kiến xây dựng 27 công trình với tổng công suất là 4.539MW Đồng thời phát triển các nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ (khoảng 520MW ở miền Bắc, 250MW ở miền Trung và gần 80MW ở miền Nam) để

đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện tại chỗ

Nhiệt điện chạy than: Đến năm 2010 sẽ xây dựng một loạt các nhà máy

điện chạy than tại khu vực Đông Bắc ( nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh, Cảm Phả, nhà máy nhiệt điện Hải Phòng )và mở rộng một số nhà máy thuộc khu vực phía Bắc như Uông Bí, Ninh Bình, Tổng công suất 10 nhà máy nhiệt điện chạy than xây dựng mới là 3200MW

Nhiệt điện chạy khí: Xây dựng các nhà máy Phú Mỹ 2.2, đuôi hơi Phú

Mỹ 2.1, Phú Mỹ 4 tại trung tâm nhiệt điện Phú Mỹ Cụm các nhà máy nhiệt

điện khí Phú Mỹ sẽ vào vận hành toàn bộ công suất 3859MW vào cuối năm

2005 Chuẩn bị đầu tư nhà máy tua bin khí Cà Mau, 720MW và hai nhà máy tua bin khí ngưng hơi truyền thống Ô Môn 1 và Nhim Trạch 1, 1.600MW tại trung tâm nhiệt điện Ô Môn và Nhơn Trạch

Công suất các nhà máy thuỷ điện đưa vào vận hành trong giai đoạn 2004-2010 là 5390MW, đưa công suất lắp đặt tại các nhà máy thuỷ điện năm

2010 lên tới 9540MW

Công suất nhiệt điện chạy than xây dựng mới giái đoạn 2004-2010 là 3200MW, đưa tổng công suất đặt của các nhà máy nhiệt điện chạy than năm

2010 lên tới 4.450MW

Công suất nhiệt điện chạy khí xây dựng mới giai đoạn 2004-2010 là 3.245MW, đưa tổng công suất đặt tại các nhà máy nhiệt điện chạy khí năm

2010 lên tới 6.475MW

Đến năm 2010, tổng công suất nguồn điện của Việt Nam là 21.190MW

1.2 Giai đoạn 2011-2020

Thuỷ điện: Xây dựng 14 công trình với tổng công suất 6109 MW

Nhiệt điện chạy than: Xây dựng mới nhà máy nhiệt điện chạy than tại Quảng Ninh, Cẩm Phả, Mông Dương , đưa tổng công suất các nhà máy nhiệt

điện chạy than xây dựng mới là 1100MW

Nhiệt điện chạy khí: Phát triển các nhà máy nhiệt điện chạy khí tại trung tâm nhiệt điện Ô môn lên 2 770MW

Công suất các nhà máy thuỷ điện đưa vào vận hành 2011-2020 là 6.109MW, đưa tổng công suất lắp đặt tại các nhà máy thuỷ điện năm 2020 lên tới 15.650MW

Công suất các nhà máy nhiệt điện chạy than xây dựng mới giai đoạn 2011-2020 là 2600MW, đưa tổng công suất đặt tại các nhà máy nhiệt điện chạy than năm 2020 lên tới 6850MW

Công suất nhiệt điện chạy khí xây dựng mới giai đoạn 2011-2020 là 4110MW, đưa tổng công suất đặt tại các nhà máy nhiệt điện chạy khí năm

Tổng công suất nguồn năm 2010: 21.190MW

Nhiệt điện chạy dầu + khí 6835MW

Tổng công suất nguồn năm 2020: 36.540MW

Nhiệt điện chạy dầu + khí 10440MW

Bảng B1.1 Tổng công suất nguồn điện Việt Nam giai đoạn 2004-2010-2020

2 Chương trình phát triển lưới điện truyền tải của Việt Nam

Gắn với chương trình phát triển nguồn theo hiệu chỉnh quy hoạch phát triển

điện lực Việt Nam giai đoạn 2001-2010 có xét triển vọng đến năm 2020 được Chính Phủ phê duyệt ngày 21/03/2003

Giai đoạn đến năm 2010, phát triển lưới điện 220-500kV đấu nối các nhà máy

điện than miền Bắc

Giai đoạn đến năm 2020, phát triển lưới điện 220-500kV đấu nối các nhà máy thuỷ điện bậc thang trên sông Đà, trong đó có thuỷ điện Sơn La 2400MW (đường dây 500kV 500kV Lai Châu - Sơn La, Sơn La - Hoà Bình, Sơn La - Việt trì - Sóc Sơn), đấu nối nhà máy điện than Mông Dương ở miền Bắc (đường dây 500kV Quảng Ninh - Sóc Sơn), nhà máy điện nguyên tử 2000MW ở miền Nam Đồng thời phát triển lưới điện để nhập khẩu từ các nước trong khu vực (Lào, Campuchia, Trung Quốc)

Chương trình phát triển lưới điện 220kV - 110kV

Lưới điện 220kV hiện tại và trong tương lai vẫn là lưới truyền tải nhằm đảm bảo cung cấp điện an toàn cho các trung tâm tiêu thụ điện khu vực tỉnh, thành phố và các khu công nghiệp

Lưới điện 110kV sẽ được phát triển mạnh lên trung tâm tiêu thụ các huyện thị

và các khu công nghiệp, và dần trở thành lưới phân phối

Khối lượng phát triển lưới 500kV dự kiến xây dựng trong giai đoạn

2000-2020 trình bày ở bảng B1.2

Các công trình hiện có

Các công trình xây dựng giai đoạn 2006-2010

12 Nha Trang - Điện Ng.tử - Di Linh 1x160 160

Bảng B1.2 Dự kiến phát triển lưới 500kV giai đoạn 2000-2020

Chương 2 các chế độ làm việc của đường dây tải điện cao áp

2.1 Các chế độ làm việc của hệ thống điện

Các chế độ làm việc của HTĐ được chia ra làm 2 loại chính: chế độ xác lập (CĐXL) và chế độ quá độ (CĐQĐ) Chế độ xác lập là chế độ trong đó các thông số hệ thống không thay đổi, hoặc trong những khoảng thời gian tương

đối ngắn, chỉ bến thiên nhỏ xung quanh các trị số cố định Chế độ làm việc bình thường, lâu dài của HTĐ thuộc về chế độ xác lập (còn gọi là CĐXL bình thường) Chế độ sau sự cố, hệ thống hệ thống được phục hồi và làm việc tạm thời cũng thuộc về CĐXL (còn gọi là chế độ xác lập sau sự cố) ở các chế độ xác lập sau sự cố thông số ít biến thiên nhưng có thể lệch khỏi trị số định mức tương đối nhiều, cần phải nhanh chóng khắc phục

Ngoài chế độ xác lập còn diễn ra các CĐQĐ trong HTĐ Đó là các chế độ trung gian chuyển từ CĐXL này sang CĐXL khác CĐQĐ thường diễn ra sau những sự cố hoặc thao tác đóng cắt các phần tử mang công suất (những kích

động lớn) CĐQĐ được gọi là CĐQĐ bình thường nếu nó tiến đến chế độ xác lập mới Trong trường hợp này các thông số hệ thống bị biến thiên nhưng sau một thời gian lại trở về trị số gần định mức và tiếp theo ít thay đổi Ngược lại,

có thể diễn ra CĐQĐ với thông số hệ thống biến thiên mạnh, sau đó tăng trưởng vô hạn hoặc giảm đến 0 CĐQĐ khi đó được gọi là CĐQĐ sự cố Nói chung, với mọi hệ thống điện yêu cầu nhất thiết là phải bảo đảm cho các chế

độ quá độ diễn ra bình thường, nhanh chóng chuyển sang CĐXL mới, bởi CĐQĐ chỉ có thể là tạm thời, CĐXL mới là chế độ cơ bản làm việc của HTĐ Sơ đồ Hệ thống điện đơn giản hình 2.1

Trong hình 2.1 gồm:

F1, F2 : máy phát xa và máy phát địa phương

TBA: Trạm máy biến áp

Zd: Điện trở tổng của đường dây truyền tải

P+jQ: Phụ tải

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản

1 Chế độ làm việc bình thường

ở chế độ xác lập bình thường đường dây siêu cao áp (SCA) tạo ra một

số đặc điểm phức tạp trong vận hành bởi các lý do chính sau:

a) Đường dây phát ra một lượng công suất phản kháng rất lớn, không

điều chỉnh được (tỷ lệ với bình phương điện áp làm việc của đường dây) ở chế độ tải trung bình các công suất này được cân bằng với công suất tiêu thụ của các kháng bù ngang (khoảng 70%), tổn thất truyền tải trên đường dây và nâng cao hệ số công suất cosϕ cho phụ tải hệ thống Tuy nhiên ở các chế độ non tải hoặc không tải, lượng công suất phản kháng dư thừa Qc không có nơi tiêu thụ , tràn vào các máy phát và lưới điện áp thấp, làm thay đổi chế độ làm việc và phân bố điện áp Đặc biệt có thể gây quá áp trong lưới và gây ra chế

độ tiêu thụ quá giới hạn công suất phản kháng của các máy phát

Cần nói thêm rằng khi đường dây mất tải, điện áp tăng cao, lượng công suất phản kháng phát ra tỷ lệ với bình phương của điện áp, vì vậy trị số Qc còn lớn hơn và càng nguy hiểm

b) Điện kháng dọc của đường dây lớn làm cho trị số tổn thất công suất phản kháng và tổn thất điện áp rất cao Các tổn thất này thay đổi rất mạnh theo công suất chuyên tải của đường dây làm cho vấn đề điều chỉnh điện áp

và công suất lúc vận hành khá phức tạp Khi phụ tải thay đổi, tỷ lệ sụt áp thay

đổi, đòi hỏi phải điều chỉnh thường xuyên điện áp suốt thời gian vận hành

~

~ F1

F2

P+jQ

Zd TBA

TBA

Muốn vậy cần phải điều chỉnh điện áp kích từ các máy phát và lựa chọn đầu phân áp thích hợp ở trạm biến áp đầu đường dây

2 Chế độ đóng không tải đường dây

Đây là chế độ xảy ra ở giai đoạn đầu tiên khi đưa đường dây vào vận hành Ngoài ra các chế độ như khi bắt đầu đóng điện như chế độ sau sự cố cắt

đường dây, tách rời các hệ thống đường dây trước khi hoà đồng bộ.

Khó khăn của việc thực hiện các chế độ này là hiện tượng quá điện áp.Sau khi đóng đường dây (ở một phía) vào điện áp siêu cao, các công suất điện dung của đường dây xuất hiện sẽ dồn về phía đầu đường dây có máy cắt đóng, tràn vào hệ thống và các máy phát Ngoài ra do chiều công suất phản kháng từ cuối (phía máy cắt mở) truyền về phía đầu đường dây (nối với hệ thống có

điện áp thanh góp khống chế) nên quá điện áp sẽ tăng cao ở phía cuối đường dây Điện áp này phụ thuộc nhiều vào điện áp thanh góp cần giữ phía đầu

đường dây Vì vậy ở chế độ này phải điều chỉnh điện áp đầu đường dây một cách hợp lý để đảm bảo điện áp trên đường dây SCA không vượt quá giới hạn cho phép Đồng thời cũng cần phải tính toán số lượng tối thiểu máy phát tham gia để có thể đủ khả năng nhận công suất phản kháng của đường dây

3 Chế độ tải nặng

Đặc điểm của các chế độ tải nặng đường dây SCA là hiện tượng giảm thấp điện áp cuối đường dây và hệ số dự trữ ổn định tĩnh (theo tiêu chuẩn dQ/dU) Với mức độ chuyên tải công suất phản kháng trên đường dây càng lớn (cosϕ phụ tải cuối đường dây thấp) hiện tượng sụt áp càng đáng kể và giảm giới hạn công suất chuyên tải (công suất tác dụng) theo điều kiện ổn

định tĩnh Trong chế độ này cần phải giảm công suất phản kháng trên đường dây (nâng cao cosϕ cuối đường dây), có thể thực hiện bằng cách đặt thiết bị

bù tĩnh phía cuối đường dây

4 Chế độ cắt tải đột ngột

Khác với chế độ đóng không tải đường dây, chế độ cắt tải đột ngột

đường dây diễn ra vào lúc điện áp đầu đường dây SCA cũng như điện áp các máy phát đang ở mức cao Khi cắt tải đột ngột điện áp cuối đường dây có thể tăng lên rất cao Để khắc phục hiện tượng này, cần thực hiện cắt liên động các

đoạn đường dây khi mất tải đột ngột để loại trừ nhanh thời gian quá điện áp Trong vận hành để hạn chế mức độ quá điện áp khi mất tải đột ngột thì chọn

đầu phân áp và điện áp thanh góp đầu đường dây càng thấp càng tốt (tuy nhiên phụ thuộc hệ thống điện liên kết)

5 Chế độ vận hành không toàn pha

Chế độ vận hành không toàn pha đối với đường dây SCA gây ra các ảnh hưởng mạnh hơn nhiều so với các đường dây trung áp và cao áp Đó là vì chiều dài của mỗi đoạn đường dây thường khá lớn, điện cảm và điện dung pha

có trị số lớn hơn nhiều so với các đường dây bình thường Khi bị cắt một hoặc hai pha đường dây, mức độ lệch thông số gây ra cho sơ đồ hệ thống sẽ tăng cao Các yếu tố ảnh hưởng (thành phần thứ tự nghịch, thứ tự không trong dòng

điện) có khả năng nguy hiểm hơn so với các tình huống tương tự ở các đường dây điện áp thấy hơn

Ngoài ra, khác với chế độ không toàn pha diễn ra trong lưới điện áp thấp, hiện tượng quá áp cũng có thể xảy ra khi 1 hoặc 2 pha của ĐDSCA bị hở mạch Cũng vì những lý do đó khi chưa có những tính toán và nghiên cứu tỉ

mỉ, không cho phép để kéo dài chế độ không toàn pha của ĐDSCA, nhất là chế độ cắt 2 pha

Trong khi đó ĐDSCA lại thường là các đường dây liên lạc hệ thống Việc giữ được liên kết khi chưa cần phải cắt toàn bộ đường dây là một điều rất mong muốn Chế độ cắt và đóng lại từng pha trong chế độ sự cố thường được

thiết kế và thực hiện nhằm giảm tần suất mất liên lạc hệ thống, khi đó việc kiểm tra ảnh hưởng của các yếu tố không đối xứng trong những trường hợp này là hết sức cần thiết

Cũng cần nói thêm rằng ngoài chế độ không toàn pha, đường dây siêu cao áp còn có thể gây ra hiện tượng mất đối xứng do lệch thông số Với chiều dài đáng kể của tuyến đường dây, đi qua các địa phương có địa hình phức tạp (đồng bằng, miền núi, thung lũng,…) với khí hậu, độ ẩm và khoảng cách treo dây khác nhau nên khả năng hoán vị pha để làm cân bằng thông số cấu trúc (thực hiện bằng hai lần hoán vị trên mỗi đoạn) khó có thể đảm bảo độ chính xác cao

Vị trí 1

A A

A

B C

C

B

C B

Vị trí 3

Vị trí 2 1

3 2

D23

Hình 2.2 Sơ đồ hoán vị pha

Yếu tố này gây ra tính nguy hiểm ngay cả khi vận hành bình thường, rất

đáng phải lưu tâm đo đạc và tình toán Về lý thuyết khi thông số cấu trúc của các pha không đối xứng sẽ kéo theo dòng điện và điện áp các pha không đối xứng Trong hệ thống điện xuất hiện các thành phần dòng điện thứ tự nghịch

- Ngắn mạch 2 pha chiếm khoảng 5%

- Ngắn mạch 2 pha nối đất

- Ngắn mạch 1 pha, khoảng 90%

- Chạm đất 2 pha tại 2 điểm khác nhau

Trong các các loại ngăn mạch thì ngắn mạch 3 pha gần nhà máy điện lớn, hoặc các trung tâm phụ tải lớn chứa nhiều loại động cơ đồng bộ hoặc không đồng bộ được xem là loại sự cố nguy hiểm nhất, kế đến là các loại ngắn mạch 2 pha chạm đất

2.2 Mất cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện

Trong chế độ vận hành bình thường, nếu bỏ qua tổn thất công suất trong trường hợp tải và phân phối bao giờ ta cũng có cân bằng công suất tác dụng giữa nguồn điện và phụ tải

Đối với hệ thống thừa công suất tác dụng, tốc độ quay của tua bin và rô to máy phát điện sẽ tăng lên kéo theo việc tăng tần số của hệ thống cần tiến hành các biện pháp chống vượt tốc của tua bin hoặc cắt bớt các máy phát điện ra khỏi hệ thống

Đối với hệ thống thiếu công suất tác dụng tốc độ quay của tua bin và rôto máy phát điện sẽ giảm xuống kéo theo việc giảm tần số của hệ thống

2.3 Khái niệm về ổn định và quan hệ giữa cân bằng công suất phản kháng với ổn định trong lưới hệ thống, lưới truyền tải

2.3.1 ổn định

ổn định là khả năng của hệ thống khi có những nhiễu loạn nhỏ hoặc lớn

có thể giữ được những thông số bình thường tại các nút của hệ thống Phân biệt ổn định tĩnh và ổn định động

1 ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống có thể trở về lại chế độ với các thông

số ban đầu khi xảy ra nhiễu loạn bé trong hệ thống

Giới hạn ổn định tĩnh của các đường dây truyền tải hoặc của cả hệ thống khu vực được đánh giá tương ứng với chế độ tải công suất cực đại với các điều kiện bất lợi về thành phần thiết bị, cấu hình của hệ thống, điều kiện vận hành của nhà máy điện

Các giải pháp chính để nâng cao giới hạn ổn định tĩnh của hệ thống bao gồm: sử dụng các bộ tự động điều chỉnh điện áp tác động nhanh ở các máy phát điện đồng bộ; hạn chế khả năng hụt áp tại các nút chính của hệ thống, hạn chế góc lệch pha giữa rôto các máy phát điện làm việc song song; bù dọc

điện kháng của các đường dây truyền tải

2 ổn định động của chế độ hệ thống điện là khả năng của hệ thống khi chịu tác động của các nhiẽu loạn ngắn hạn, xảy ra đột ngột với biên độ lớn có thể trở về lại chế độ xác lập với những thông số chế độ ở các nút gần với trị số bình thường

2.3.2 Quan hệ công suất phản kháng - điện áp

Nhu cầu công suất phản kháng thay đổi gây ra sự biến đổi điện áp Ta biết tổn thất điện áp được tính theo công thức:

ΔU =

U

R Q X P j U

X Q R

P + + − = ΔU + j dU (2.1)

Từ biểu thức (2.1) thấy rằng khi phụ tải biến đổi làm cho ΔU biến đổi làm cho điện áp trên các nút tải và toàn hệ thống biến đổi Trong đó thành phần dọc trục ΔU làm biến đổi modul của điện áp, còn thành phần dU làm biến đổi góc pha của điện áp Trên lưới hệ thống cấp điện áp 220-500kV, điện trở R nhỏ hơn nhiều điện kháng X, do đó có thể bỏ qua R trong công thức (2.1):

ΔU =

U

X P j U

truyÒn t¶i møc ®iÖn ¸p phô thuéc vµo dßng c«ng suÊt ph¶n kh¸ng trªn c¸c

®­êng d©y §iÒu chØnh dßng c«ng suÊt ph¶n kh¸ng tøc lµ ®iÒu chØnh sù c©n b»ng c«ng suÊt ph¶n kh¸ng trong HT§

chương 3

ứng dụng điện tử công suất để điều khiển các thiết bị

bù dọc và bù ngang

3.1 Mục đích của việc đặt bù

1 Giữ các thông số chế độ trong phạm vi làm việc cho phép về kỹ thuật trong mọi chế độ làm việc Các chế độ làm việc đáng chú ý là:

a Chế độ non tải và không tải:

Trong chế độ này có thể xảy ra:

- Điện áp tăng cao và có thể vượt qua sức chịu đựng của cách điện

đường dây Đường dây siêu cao áp dài khoảng 300km bắt đầu có hiện tượng tăng cao điện áp này, đường dây càng dài điện áp càng tăng cao Đây là hạn chế kỹ thuật bắt buộc phải khắc phục

- Máy phát điện có thể bị quá tải do dòng điện dung

Để giảm điện áp và công suất phản kháng dung tính, phải bù ngang bằng kháng điện

b Chế độ tải nặng: Điện áp giảm thấp quá trong chế độ tải nặng khi công suất tác dụng lớn hơn hoặc bằng công suất tự nhiên, công suất phản kháng tải trên đường dây lớn

Để nâng cao điện áp thường dùng tụ bù dọc để giảm điện kháng đường dây hoặc đặt tụ bù ngang hay SVC ở cuối đường dây để giảm công suất phản kháng trên đường dây

c Các chế độ sự cố: Đường dây hai lộ hỏng một lộ, đường dây một lộ hỏng bản thân thiết bị bù, trong chế độ này cần có các biện pháp tính toán thay đổi dung lượng bù hoặc tính giới hạn công suất có thể tải

được của đường dây

2 Nâng cao khả năng tải theo điều kiện ổn định tĩnh trong chế độ công suất tải nặng Khi đường dây liên lạc hệ thống quá dài, khả năng tải của nó giảm

do công suất giới hạn giảm thấp Khi đường dây siêu cao áp dài khoảng 1000km trở lên, công suất giới hạn bắt đầu nhỏ hơn công suất tự nhiên của

đường dây

3 Đạt hiệu quả kinh tế (bù kinh tế): Giảm giá thành tải điện Khi đường dây quá dài, hiệu suất tải điện giảm thấp do sự gia tăng tổn thất công suất và tổn thất điện năng do dòng điện dungvà tổn thất vầng quang lớn

Việc thực hiện đặt bù nhằm giảm tổn thất điện năng chỉ hợp lý khi sự tăng thêm chi phí đặt bù được hoàn lại bởi sự giảm tổn thất điện năng, nghĩa là làm sao cho giá thành tải điện của đường dây giảm

3.2 Bù dọc và bù ngang trên 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 động, ổn

định tĩnh, giảm sự dao động công suất làm cho việc vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt và hiệu quả hơn Đây là biện pháp rất cần cho các đường dây siêu cao áp

3.2.1 Bù dọc:

Trị số cảm kháng của đường dây siêu cao áp làm ảnh hưởng xấu đến rất nhiều các 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 điẹn 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 giảm điện kháng của đường dây XL bằng dung kháng của tụ điện XC 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 của đường dây tăng lên, và giới hạn ổn định động

của đường dây cũng tăng lên một cách gián tiếp do nâng cao 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 pha giữa dòng điện phụ tải và điện áp ở cuối đường dây U2 không đổi thì độ lệch điện áp U1 ở

đầu đường dây và góc lệch pha δ giữa véctơ điện áp hai đầu đường dây giảm xuống khá nhiều Giả thiết góc lệch pha φ giữa dòng điện và điện áp

ở cuối đường dây không thay đổi, mức chênh lệch điện áp ở đầu và cuối

đường dây, và góc lệch pha δ được giảm xuống đáng kể

Mô hình hệ thống điện đơn giản có tụ điện mắc nối tiếp trên đường dây hình 3.1 Hình 3.2 Đồ thị véctơ U và I của đường dây khi có tụ bù dọc

Hình 3.2

Hiệu quả của bù dọc

- Làm tăng giới hạn công suất truyền tải trên đường dây

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

P =

L

2 1X

U.U

U.U

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

P’ =

C L

2 1XX

U.U

− .sinδ (1)

Ta có giới hạn công suất truyền tải là:

P’gh =

C L

2 1XX

U.U

−

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

K =

C L

LXX

X

Khảo sát các đường đặc tính công suất P(δ) như ở hình 3.3

a 1

δo 0

δc PT

Tụ bù nối tiếp còn có khả năng bù lại sự giảm áp do điện cảm nối tiếp trên đường dây truyền tải gây ra Khi tải nhỏ, tổn thất điện áp trên đường dây nhỏ và tại thời điểm này điện áp bù nối tiếp do tụ bù dọc sinh ra cũng nhỏ (vì công suất phản kháng do tụ bù dọc sinh ra tỷ lệ thuận với bình phương dòng

điện QC=3I2XC) Khi tải tăng cao tổn thất điện áp sẽ lớn hơn, nhưng lúc này

điện áp thanh cái vẫn không bị sụt giảm mạnh do xuất hiện lượng công suất phản kháng của tụ bù dọc tỉ lệ thuận với bình phương dòng điện

c Giảm tổn thất công suất và điện năng trên đường dây

- Dòng điện chạy qua tụ điện C sẽ phát ra một lượng công suất phản kháng bù lại phần tổn thất trên cảm kháng do đường dây sinh ra

- Đặc trưng cho mức độ bù dọc của đường dây là hệ số bù dọc KC

Thông thường đối với các đường dây siêu cao áp thì hệ số bù dọc:

KC = 40% ữ 75%

tuỳ theo chiều dài đường dây

d ảnh hưởng của vị trí bù dọc trên đường dây

Tụ bù dọc có thể được đặt tập trung hoặc phân tán ở nhiều vị trí khác nhau trên đường dây như phân thành hai nửa đặt ở hai đầu đường dây, đặt tập trung ở giữa đường dây, đặt tập trung ở cuối đường dây, phân thành hai nửa đặt ở vị trí 1/3 và 2/3 chiều dài đường dây ảnh hưởng của vị trí đặt tụ

bù dọc đối với điện áp dọc đường dây được trình bày trong hình (giả thiết

bù với dung lượng đúng bằng lượng tổn thất điện điện áp ΔU dọc đường dây) Hình 3.4 chỉ ra ảnh hưởng của vị trí bù dọc trên đường dây

Hình 3.4 ảnh hưởng của vị trí bù dọc trên đường dây

Trên hình vẽ trình bày sự thay đổi tổng trở đẳng trị của đường dây khi mức độ bù dọc XC = 0,5 XL với số lượng bộ tụ bù và vị trí đặt khác nhau trên đường dây Khi chọn vị trí đặt tụ bù thường xét đến ba tiêu chuẩn:

- Mức phân bố điện áp dọc đường dây

- Trị số dòng điện ngắn mạch qua bộ tụ

- Thuận tiện cho việc quản lý vận hành bộ tụ

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 trên đường dây sẽ bị tiêu hao, qua đó 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 ở các chế độ vận hành 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 để bù vào phần tổn thất trên điện trở của đường dây và máy biến áp Để khắc phục sự quá áp và quá tải cho 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 hệ số công

suất cosφ cho phép của máy phát, ta phải đặt kháng bù ngang để tiêu thụ công suất phản kháng

Trong chế độ phụ tải cực tiểu thì công suất phản kháng do đường dây sinh ra là rất lớn (đối với đường dây siêu cao áp 500kV thì công suất phản kháng sinh ra trên đường dây Q0 ≈ 1MVAR/km) thì ta phải đặt các kháng

bù ngang phân bố dọc theo đường dây để tiêu thụ công suất phản kháng này

Thông thường khoảng cách giữa các kháng bù ngang từ 200-500 km

Công suất phản kháng của đường dây phát ra trong chế độ không tải

được tính gần đúng như sau:

QC = U2

dd b0 l Trong đó: Udd : Điện áp danh định của đường dây;

l : Chiều dài đường dây;

Đối với đường dây siêu cao áp, điện áp 330 ữ 750 kV thì ta có thể sử dụng các quan hệ gần đúng:

X0.b0≈1,15.10-6; ZC=

0

0

b X

Nên ta có: b0≈

B Z

3

10 07 ,

U

.1,07.10-3

.1 = 1,07.10-3.l.PTN

Hiệu quả của bù ngang:

- Tăng cường khả năng ổn định điện áp tại nút bù

- Tăng cường khả năng ổn định tĩnh của hệ thống điện khi nó phát ra một lượng công suất phản kháng và nút được bù

Đặc trưng cho mức độ bù ngang trên đường dây siêu cao áp là hệ số bù ngang KL;

L

Q

Q.100%

Trong đó:

QL : Công suất phản kháng của kháng bù ngang

QC : Công suất phản kháng của điện dung do đường dây phát ra

Đối với các đường dây có cấp điện áp cụ thể là 500kV, tổng công suất của kháng bù ngang trên đường dây thường bằng 60 ữ 70% công suất phản kháng

do điện dung của đường dây sinh ra

3.3 Các giải pháp và thiết bị điều khiển công suất phản kháng trên đường dây tryền tải điện - ứng dụng thiết bị FACT trong hệ thống truyền tải

điện xoay chiều

Nhu cầu về quản lý các hệ thống điện hiệu quả hơn đã thúc đẩy sự đổi mới công nghệ trong sản xuất và truyền tải điện năng FACTS - Các thiết bị

điều kiển hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (Flexible AC Transmission System - FACTS) như tên gọi chung, là những thiết bị mới,

nhằm cải thiện các hệ thống truyền tải Được sử dụng để điều khiển điện áp, trở kháng và góc pha của đường dây xoay chiều cao áp Các thiết bị FACTS cung cấp những lợi ích cho việc nâng cao quản lý hệ thống truyền tải thông qua việc sử dụng tốt hơn các lưới truyền tải hiện có; tăng độ tin cậy và khả năng sẵn sàng của hệ thống truyền tải; tăng độ ổn định động và ổn định quá

độ của lưới; tăng chất lượng cung cấp cho các ngành công nghiệp có yêu cầu chất lượng điện năng cao; các lợi ích về môi trường khác…

Các thuật ngữ và định nghĩa của các thiết bị FACT do IEEE đưa ra như sau

Flexible AC Transmission System (viết tắt FACTS) Các hệ thống

truyền tải dòng điện qua lại kết hợp với các bộ điều khiển cơ sở điện tử công suất và các bộ điều khiển tĩnh khác để làm tăng khả năng điều khiển và truyền tải công suất

Cụm từ “Các bộ điều khiển tĩnh khác” trong định nghĩa của FACT là

để nhấn mạnh rằng có thể có các bộ điều khiển tĩnh khác mà không phải dựa trên các bộ điện tử công suất

FACT Controller – Một hệ thống dựa trên thiết bị điện tử công suất và thiết bị tĩnh khác mà giúp điều khiển một hoặc nhiều các thông số hệ thống truyền tải xoay chiều

3.3.1 Mô hình thiết bị FACT

Thiết bị FACT dạng A (Hình 3.5)

Thiết bị FACT được nối vào giữa một đường dây từ nút i đến nút J Với thiết

bị FACT dạng A công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường dây

được điều khiển

Thiết bị FACT dạng B (Hình 3.6 )

Chỉ có công suất tác dụng được điều khiển

FACT device Dạng A Pij

Thiết bị FACT dạng C (Hình 3.7 )

Thiết bị FACT dạng này được mắc ngang với đường dây tại nút i để điều khiển dòng công suất phản kháng bơm vào nút nhằm mục đích điều khiển biên độ điện áp tại nút đó

Theo các thông số điều khiển có thể chia thiết bị FACT thành 3 dạng A, B và

C theo bảng B3.1

Bảng B3.1 Các dạng của thiết bị FACTS

Dạng Thiết bị FACTS Chức năng điều khiển Các thông số

điều khiển

A Unified Power Flow Controller

(UPFC)

Điều khiển dòng công suất tác dụng và phản kháng, điều khiển điện áp

Xc Static Sychronous Series

Zij

Hình 3.6 Thiết bị FACT dạng B

3.3.2 Các dạng cơ bản của thiết bị điều khiển FACTS

Nói chung, các thiết bị điều khiển FACTS có thể được chia thành 4 loại

• Các thiết bị điều khiển ngang

• Các thiết bị điều khiển dọc

• Các thiết bị điều tổ hợp dọc – dọc

• Các thiết bị điều tổ hợp dọc – ngang

3.3.2.1 Các bộ điều khiển ngang

Static Synchronous Compensator (STATCOM): Máy bù đồng bộ tĩnh

hoạt dộng như một máy bù ngang công suất phản kháng tĩnh mà dòng điện

điện dung hoặc điện cảm phát ra của nó có thể được điều khiển độc lập với

điện áp hệ thống điện xoay chiều

Sơ đồ 1 sợi của STATCOM và sơ đồ khối của hệ thống điều khiển hình 3.8

Hình 3.8 Sơ đồ 1 sợi của STATCOM STASCOM là một trong các thiết bị điều khiển FACTS Nó được dựa trên bộ chuyển đổi nguồn điện áp hoặc nguồn dòng điện

Đối với bộ chuyển đổi nguồn điện áp, điện áp ra xoay chiều của nó

được điều khiển tương ứng với dòng điện phản kháng và tương ứng đối với

điện áp xoay chiều của bất cứ nút nào Điện áp tụ điện một chiều sẽ tự động

điều chỉnh để cung cấp nguồn điện áp cho bộ chuyển đổi STASCOM có thể

được thiết kế để hoạt động như một bộ lọc hấp thụ các sóng điều hoà hệ thống

STASCOM như định nghĩa ở trên bởi IEEE là một tập hợp lớn dựa trên các bộ điều khiển ngang mà bao gồm các nguồn công suất tác dụng hoặc nguồn một chiều bởi vậy dòng điện bơm vào có thể bao gồm cả dòng công suất tác dụng

Static Var Compensator (SVC): Máy phát hoặc máy tiêu thụ công suất

phản kháng nối rẽ nhánh mà công suất phát ra của chúng đã được điều chỉnh

để chuyển đổi dòng điện dung hoặc dòng điện điện cảm để duy trì hoặc điều khiển các thông số đặc trưng của HTĐ (điển hình là điện áp nút)

Hình 3.9 Sơ đồ SVC

Đây là một thuật ngữ chung đối với một điện kháng điều khiển bằng thyristor hoặc đóng cắt bằng thyristor, và / hoặc tụ điện đóng cắt bằng thyristor hoặc tổ hợp của chúng SVC dựa trên các thyristor không có cổng tắt Kháng điện được điều khiển bằng thyristor hoặc đóng cắt bằng thyristor để tiêu thụ công suất phản kháng và tụ điện đóng cắt bằng thyristor để cung cấp công suất phản kháng SVC thường được chọn lựa sử dụng nhiều hơn STATCOM vì giá rẻ hơn