Xác định vị trí đặt svc để nâng cao ổn định điện áp

Do đó, khi có sự thay đổi phụ tải tăng thì cả công suất và điện áp đều có thể điều khiển được; - SĐĐA Voltage Collapse là quá trình mà việc mất OĐĐA dẫn đến sự sụt giảm điện áp trong h

Trước hết, em xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô công tác tại Bộ môn

Hệ thống điện thuộc trường Đại học Bách khoa Các thầy đã giảng dạy, giúp đỡ

em rất nhiều trong suốt hai năm học vừa qua

Đặc biệt, em xin dành lời cám ơn chân thành nhất đồi với thầy giáo Trương Ngọc Minh, người đã hết sức tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn này

Và luận văn này sẽ như một món quà đầy ý nghĩa dành tặng cho cha mẹ tôi, những người luôn theo sát và dành chọn niềm yêu thương cho tôi

Chương này trình bày về vấn đề ổn định điện áp, hiện tượng sụp đổ điện áp, các nguyên nhân gây ra hiện tượng sụp đổ điện áp, các mối liên quan giữa hiện tượng sụp đổ điện áp, ổn đinh điện áp và các thay đổi khác nhau trong hệ thống điện Trong chương này, ta cũng đề cập các phương pháp ngăn ngừa hiện tượng sụp đổ điện áp, trong đó phương pháp đặt các thiết bị FACTS tỏ ra rất hiệu quả Tuy nhiên, vì lý do kinh tế nên ta phải chọn vị trí đặt tối ưu cho SVC nhằm nâng cao ổn định điện áp Lý do chọn SVC nghiên cứu là do tính phổ thông của thiết

bị và khả năng áp dụng thiết bị này cho lưới điện Việt Nam

Chương 3 Lý thuyết giao nhau tại điểm yên ngựa

Sụp đổ điện áp là một hiện tượng phi tuyến, và lý thuyết giao nhau tại điểm yên ngựa là một lý thuyết tỏ ra hiệu quả trong việc nghiên cứu hiện tượng này Trong chương này, lý thuyết giao nhau tại điểm yên ngựa được nghiên cứu chi tiết nhằm ứng dụng vào nghiên cứu hiện tượng SĐĐA

Chương 2 Thiết bị bù tĩnh SVC

Chương này nghiên cứu thiết bị bù tĩnh SVC, từ cấu tạo, nguyên lý điều khiển,

các mô hình phục vụ cho các nghiên cứu khác nhau

Chương 4 Phương pháp xác định vị trí đặt SVC

Sử dụng lý thuyết giao nhau tại điểm yên ngựa để tìm điểm vị trí đặt SVC tối ưu

Và phương pháp phân tích dòng công suất liên tục được áp dụng để tìm điểm có khả năng tải lớn nhât (điểm SĐĐA) Phân tích trị riêng tại điểm SĐĐA để tìm vị trí đặt SVC Ta đặt SVC tại thanh cái giúp nâng cao giới hạn ổn định điện áp tĩnh

m ột cách tốt nhất

M ục lục

M Ở ĐẦU 9

M ục đích nghiên cứu 10

Ý nghĩa khoa học của luận văn 10

Nội dung và bố cục của luận văn 10

Chương 1 11

T ỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 11

1.1 Khái quát v ề ổn định điện áp 11

1.1.1 Ổn định điện áp 11

1.1.2 Sụp đổ điện áp 12

1.2 M ột số biện pháp ngăn ngừa sự sụp đổ điện áp 16

1.2.1 Các bi ện pháp vận hành 16

1.2.2 Các bi ện pháp thiết kế 16

1.3 Hiện tượng điện áp thấp 18

Chương 2 20

LÝ THUY ẾT GIAO NHAU TẠI ĐIỂM YÊN NGỰA 20

2.1 Khái quát v ề lý thuyết giao nhau 20

2.2 Giao nhau điểm yên ngựa 21

2.2.1 Giao nhau điểm yên ngựa của phương trình bậc hai 22

2.2.2 Giao nhau điểm yên ngựa của một hệ thống điện đơn giản 22

2.2.3 Các yêu c ầu về mô hình hoá 28

2.3 Tr ị riêng của giao nhau điểm yên ngựa 30

2.4 Đặc điểm của giao nhau điểm yên ngựa 30

2.5 Không gian trạng thái của giao nhau điểm yên ngựa 31

2.6 S ự liên hệ giữa giao nhau điểm yên ngựa với SĐĐA 33

2.7 M ột số điểm chú ý 34

Chương 3 36

THIẾT BỊ BÙ TĨNH SVC 36

3.1 Giới thiệu 36

3.2 C ấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCR và TSR 37

3.2.1.C ấu tạo 37

3.2.2.Nguyên lý hoạt động và đặc tính điều chỉnh 38

3.2.3 Các hiệu ứng phụ 41

2.3 C ấu tạo và nguyên lý hoạt động của TSC 44

2.3.1.C ấu tạo 44

3.3.2.Đặc tính điều chỉnh 45

3.4 Các thành phần điều khiển của SVC 48

3.4.1 Khối đo lường 50

3.4.2 B ộ điều chỉnh điện áp 51

3.4.3 Hệ thống đồng bộ 56

3.4.4 Khối phát xung 57

3.5 Đặc tính làm việc của SVC 58

3.6 Đặc tính điều chỉnh 59

3.7 Mô hình SVC 65

3.7.1 Mô hình hoá SVC như một điện kháng có trị số thay đổi 65

3.7.2 Mô hình SVC theo tổ hợp nguồn và phụ tải phản kháng 67

Chương 4 71

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ ĐẶT SVC 71

4.1 Mô hình hóa h ệ thống điện 71

4.2 Gi ới hạn công suất truyền tải 72

4.2.1 Thu ật toán phân bố công suất liên tục 73

b Áp dụng 74

c Ưu, nhược điểm của thuật toán 75

4.3 Thanh cái (khu vực) dễ bị mất ổn định điện áp 76

4.3.1 Phân tích giá tr ị suy biến 76

4.3.2 Phân tích vectơ trị riêng 78

4.4 Phương pháp xác định vị trí tối ưu của SVC 78

4.5 Một số kết quả mô phỏng 79

4.5.1 Sơ đồ tính toán 79

4.5.2 Ph ần mềm tính toán 80

4.5.3 Kết quả tính toán 81

KẾT LUẬN 88

Tài liệu tham khảo 89

Ti ếng Việt 89

Tiếng Anh 89

DANH M ỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CSPK Công su ất phản kháng

FACTS Flexible AC Transmission Systems

GTO Gate Turn - Off Thyristor

HTĐ H ệ thống điện

OĐĐA Ôn định điện áp

SĐĐA S ụp đổ điện áp

STATCOM Static Sysnchronous Compensator

SVC Static Var Compensator

TCR Thyristor C ỏntolled Reactor

TCSC Thyristor Controlled Series Compensator TSR Thyristor Swithed Reactor

TSC Thyristor Switched Capacitor

UPFC Unified Power Flow Control

Danh sách các hình v ẽ

Hình 1.1 Các giai đoạn SĐĐA theo thời gian 14

Hình 2 2 Biểu đồ giao nhau của trạng thái V và thông số p 24

Hình 2.3 Biều đồ giao nhau của V và δ 25

Hình 2 5.Không gian trạng thái tại điểm giao nhau 27

Hình 2.6 Không gian trạng thái sau điểm giao nhau 28

Hình 2 7 Hi ện tượng SĐĐA theo thời gian 31

Hình 2 8 Không gian thông s ố công suất tải 32

Hình 3.1: a Cấu tạo của TCR, b Điều khiển góc đánh lửa,c Dạng sóng vận hành 37

Hình 3.2: Bi ến thiên biên độ các dòng điện thành phần cơ bản qua TCR ph ụ thu ộc góc mở α 39

Hình 3.3: Đặc tính V-I của TCR 40

Hình 3.4: Biên độ các thành phần dòng điện bậc cao của TCR so với α 41

Hình 3.5: Dạng sóng minh họa cho phương pháp điều khiển tuần tự 42

để giảm sóng hài bằng hệ thống 4 TCR 42

Hình 3.6: Cách s ắp xếp 12 xung 2 bộ TCR và dạng sóng dòng điện 43

Hình 3.7: C ấu tạo TSC và dạng sóng vận hành 45

Hình 3.8: Dạng sóng minh họa quá trình đóng cắt không có quá trình quá độ của TSC 46

Hình 3.9: Đặc tính V-I của TSC (làm tăng điện dung bậc), hoặc phối hợp với 1

nhánh TCR 47

Hình 3.10: Sơ đồ điều khiển chức năng của SVC 49

Hình 3.11: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển của SVC 50

Hình 3.12 : Mạch đo của module điều khiển cho SVC 51

Hình 3.13: Các cách th ức điều chỉnh điện áp:a) Bộ tích phân với phản hồi lấy từ điện dẫn.b) Bộ tích phân với phản hồi dòng điện.c) Sử dụng hằng số thời gian 53

Hình 3.14: Mô hình cơ bản 1 của IEEE cho hệ thống điều khiển của SVC (a) và mô hình b ộ điều chỉnh điện áp (b) 54

Hình 3.15: Mô hình cơ bản 2 của IEEE cho hệ thống điều khiển c ủa SVC (a) và mô hình bộ điều chỉnh điện áp (b) 55

Hình 3.16: Mô hình PLL nói chung cho hệ thống điều khiển số 57

Hình 3.17: Sơ đồ khối điều khiển góc đánh lửa của TCR 57

Hình 3.18: Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp 58

Hình 3.19: Sóng của điện áp đầu ra của mạch thuần trở có thyristor 59

Hình 3.20: Ảnh hưởng của giá trị góc cắt α đến dòng điện của TCR 60

Hình 3.21: Sóng của tín hiệu dòng điện của TCR 61

Hình 3.22: Đặc tính điều chỉnh dòng điện của TCR theo góc cắt α 63

Hình 3.23: Các sóng hài b ậc cao trong phần tử TCR 64

Hình 3.24: Đặc tính Vôn – Ampe của SVC 65

Hình 3.29: Sơ đồ bố trí tương đương của SVC 70

Hình 4.2 Sơ đồ hệ thống 300 nút của IEEE 80

Hình 4.3 D ạng điện áp tại các nút nhạy nhất trong trường hợp không SVC 82

Hình 4.4 Vectơ suy biến và vectơ riêng của ma trận JQV 85

Hình 4.5 Vectơ trị riêng của ma trận đầy đủ 85 Hình 4.6 Vectơ trị riêng của ma trận dòng công suất 86

Danh sách các bảng

B ảng 3.1: Các thông số bộ điều chỉnh điện áp SVC điển hình 53

Bảng 4.1 Giá trị riêng phải 82

B ảng 4.2 Thông số của SVC 83

B ảng 4.3 Hiệu quả tác động của SVC 87

B ảng 4.4 Công suất truyền tải giới hạn (MW) 87

Bảng 4.5 Lượng công suất truyền tải tăng khi có SVC 87

M Ở ĐẦU

Hi ện nay, các hệ thống điện (HTĐ) truyền tải điện xoay chiều đều phức tạp về thiết bị, cấu trúc và rộng lớn về mặt địa lý Tuy nhiên, do nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng lớn, điều kiện kinh tế và các yêu cầu về môi trường phần nào hạn chế việc xây dựng các hệ thống truyền tải và phát điện mới nên nhiều công ty điện buộc phải vận hành hệ thống gần với giới hạn ổn định

Khi các thông số của hệ thống thay đổi, đặc biệt là phụ tải trong hệ thống, giá trị điện áp có thể sẽ giảm nhẹ Kỹ sư vận hành thường điều khiển điện áp tại một số thanh cái bằng cách tăng CSPK phát, đóng cắt bộ tụ điện và thay đổi đầu phân áp Khi nh ững thiết bị này đạt giới hạn điều chỉnh thì người vận hành

không th ể điều khiển điện áp được nữa Hơn nữa, khi công suất phụ tải tăng đến một giá trị nào đó, một dạng mất ổn định hệ thống (sụp đổ điện áp) có thể xảy ra Hiện tượng này đặc trưng bởi việc giảm điện áp đột ngột và nhanh tại một số hoặc tất cả các thanh cái trong hệ thống

Nguyên nhân chính gây ra s ụp đổ điện áp (SĐĐA) là do hệ thống không đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ công suất phản kháng (CSPK) SĐĐA có thể là toàn

bộ hoặc là một phần

SĐĐA cũng có thể xảy ra với một khu vực trong hệ thống có phụ tải lớn nhưng không có khả năng bảo đảm điện áp trong phạm vi cho phép Giới hạn đầu phân áp và các động cơ cảm ứng công suất lớn cũng là những nguyên nhân chính gây mất ổn định điện áp

Nhiều nghiên cứu về mất ổn định điện áp đã được thực hiện để đề xuất các biện pháp bảo vệ HTĐ chống lại SĐĐA sự cố này như sa thải phụ tải, sử dụng các máy phát d ự phòng Trong các biện pháp ngăn ngừa đã đề xuất thì sử dụng

Static Var Compensator (SVC) là m ột trong những biện pháp hiệu quả rõ rệt Tuy nhiên, do giá thành cao c ủa SVC nên việc xác định vị trí đặt tối ưu của bộ điều khiển này trong hệ thống là bài toán quan trọng đã và đang đặt ra cho các nhà nghiên cứu cũng như những người quy hoạch và thiết kế hệ thống

M ục đích nghiên cứu

Nhằm xây dựng một phương pháp xác định vị trí đặt của SVC, mục đích chính của luận văn là:

- Nghiên c ứu về ổn định điện áp;

- Nghiên c ứu về lý thuyết giao nhau để phân tích hiện tượng SĐĐA;

- Nghiên c ứu về nguyên lý hoạt động, tác động điều khiển của SVC;

- Đề xuất phương pháp xác định vị trí đặt thiết bị SVC để nâng cao giới hạn ổn định

Ý nghĩa khoa học của luận văn

Với những nội dung nghiên cứu nêu trên cùng với đề xuất phương pháp xác định vị trí đặt của thiết bị SVC để nâng cao ổn định, luận văn có ý nghĩa đáng kể về mặt khoa học

N ội dung và bố cục của luận văn

Ngoài ph ần mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn được trình bày trong 4 chương như sau:

- Chương 1 Tổng quan về ổn định điện áp

- Chương 2 Lý thuyết giao nhau tại điểm yên ngựa

- Chương 3 Thiết bị bù tĩnh SVC

- Chương 4 Phương pháp xác định vị trí đặt SVC

và một vài sự cố mất OĐĐA trên thế giới đã cho thấy hậu quả nghiêm trọng của

sự cố này như sụt giảm điện áp lớn

Do HTĐ có thể phải vận hành ở những chế độ nặng nề, nên khả năng giữ OĐĐA và các biện pháp tốt cải thiện công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp

là rất cần thiết Nếu các tác động điều khiển không hợp lý thì khi phụ tải tăng liên tục, hệ thống có thể mất ổn định Dưới đây là một số khái niệm liên quan đến OĐĐA:

- OĐĐA (Voltage Stability) là khả năng của một HTĐ giữ được điện áp Do đó, khi có sự thay đổi phụ tải (tăng) thì cả công suất và điện

áp đều có thể điều khiển được;

- SĐĐA (Voltage Collapse) là quá trình mà việc mất OĐĐA dẫn đến sự sụt giảm điện áp trong hệ thống;

- Độ an toàn điện áp (Voltage Security) là khả năng của một HTĐ không chỉ vận hành ổn định mà còn giữ được ổn định khi có sự cố hoặc thay đổi tiêu cực trong hệ thống

OĐĐA được chia thành hai dạng như sau:

- Ổn định tĩnh (ổn định điện áp sau những kích động nhỏ) là khả năng hệ thống điều khiển được điện áp trong hệ thống sau những kích

động nhỏ như thay đổi phụ tải Dạng ổn định này được quyết định bởi các đặc tính của tải, các thiết bị điều khiển liên tục, điều khiển rời rạc trong một thời gian cho trước;

- Ổn định động (ổn định điện áp sau những kích động lớn) là khả năng hệ thống điều khiển được các điện áp trong mạng sau những kích động lớn như sự cố mất máy phát, ngắn mạch Dạng ổn định này được quy ết định bởi đặc tính tải và sự tác động qua lại giữa các thiết bị bảo vệ

và điều khiển liên tục cũng như rời rạc trong hệ thống

Một hệ thống có thể mất ổn định khi có kích động dẫn đến điện áp giảm

m ạnh mà người vận hành và các hệ thống điều khiển tự động không cải thiện được điện áp Nguyên nhân chính gây mất OĐĐA thường là do HTĐ không đáp ứng đủ nhu cầu CSPK Tuy hệ thống không OĐĐA là hiện tượng mang tính cục

bộ nhưng hậu quả của nó lại có thể nghiêm trọng như sự cố SĐĐA Sự sụt giảm

điện áp có thể diễn ra trong vài giây cho tới vài phút

1.1.2 S ụp đổ điện áp

SĐĐA là một hiện tượng phức tạp và hậu quả của nó là điện áp tại một

ph ần quan trọng trong HTĐ bị giảm rất thấp

Dưới đây là một số sự cố SĐĐA đã xảy ra trên thế giới [40]:

- S ự cố ở South Zealand, Đan Mạch, tháng 3 năm 1979;

- Sự cố ở miền Nam của hệ thống Nordel (Thụy Điển và Đan

c ứu về SĐĐA đã được thực hiện, ví dụ như [41.42] chỉ ra mối liên quan giữa sụp

đổ điện áp và điểm phân nhánh (bifurcation point)

Giả sử một HTĐ đang ở trạng thái ổn định Thông thường, khi có thay đổi (đề cập ở mục trước) trong HTĐ thì hệ thống sẽ có quá trình quá độ để thiết lập lại trạng thái ổn định mới với điểm vận hành ổn định mới Nếu sự thay đổi là liên

t ục (ví dụ như phụ tải tăng dần) thì quá trình thiết lập phải xác định được điểm

v ận hành ổn định mới vì điểm này luôn thay đổi Đây chính là mục tiêu mong muốn khi vận hành HTĐ

Tuy nhiên, HTĐ có thể mất ổn định khi sự thay đổi trong hệ thống dẫn đến không có điểm vận hành ổn định nữa Vì không tồn tại điểm vận hành ổn định mới nên hệ thống sẽ xảy ra một quá trình quá độ phức tạp đặc trưng bởi sự SĐĐA Sự SĐĐA này bắt đầu bằng việc điện áp sụt giảm chậm và sau đó là giảm nhanh do có các thay đổi khác xảy ra theo trong hệ thống Điều này dẫn đến sự sụt giảm điện áp liên tục và HTĐ bị tan rã

Quá trình SĐĐA được chia thành 3 giai đoạn diễn ra từ vài giây cho tới vài phút như sau:

(1) Các quá trình quá độ điện cơ (ví dụ như các máy phát điện, các

bộ điều chỉnh, các động cơ cảm ứng và các thiết bị điện tử công suất – như SVC, HVDC) trong vài giây

(2) Các thi ết bị đóng cắt rời rạc, như các đầu phân áp của các máy biến áp (MBA) điều áp dưới tải và các bộ giới hạn kích từ tác động trong vài chục giây

(3) Quá trình khôi phục phụ tải diễn ra trong vài phút

Khi phân tích OĐĐA, giai đoạn (1) được gọi là giai đoạn quá độ, giai đoạn (2) và (3) là giai đoạn dài hạn Hình 1.1 mô tả hiện tượng SĐĐA theo các giai đoạn vừa đề cập

Hình 1.1 Các giai đoạn SĐĐA theo thời gian

SĐĐA thường xảy ra với các HTĐ nặng tải, hoặc HTĐ có sự cố, hoặc HTĐ thiếu hụt CSPK Hiện tượng này liên quan tới nhiều phần tử trong hệ thống

và thông số của các phần tử đó Dễ nhận thấy rằng tuy hiện tượng này thường liên quan đến một khu vực nào đó trong hệ thống nhưng hậu quả của nó lại ảnh hưởng đến cả hệ thống

Như đã nói ở trên, SĐĐA được phân loại theo giai đoạn quá độ hoặc trong giai đoạn dài hạn Tuy nhiên, SĐĐA trong giai đoạn dài hạn có thể bao gồm các hậu quả từ giai đoạn quá độ; ví dụ SĐĐA diễn ra chậm trong vài phút có thể kết thúc n ếu có sự SĐĐA nhanh xảy ra trong giai đoạn gian quá độ

Các thay đổi

ch ậm - thời gian dài

B ản chất vật lý của hiện tượng SĐĐA chính là yêu cầu CSPK của phụ tải không được đáp ứng đủ do giới hạn về phát và truyền tải CSPK Các giới hạn về phát CSPK bao gồm giới hạn của các máy phát, giới hạn công suất của SVC và

sự sụt giảm CSPK của các tụ ở điện áp thấp Các giới hạn về truyền tải CSPK là tổn thất CSPK lớn trên các đường dây nặng tải, hoặc có sự cố đường dây dẫn đến

gi ảm công suất truyền tải

M ột số thay đổi trong hệ thống có thể dẫn tới SĐĐA là:

• Ph ụ tải tăng;

• CSPK giới hạn của máy phát, máy bù đồng bộ hoặc SVC;

• Thao tác v ới MBA điều áp dưới tải;

• Quá trình khôi phục phụ tải;

• Sự cố đường dây hoặc máy phát

Hầu hết các thay đổi này có ảnh hưởng rất lớn tới việc phát, truyền tải và tiêu thụ CSPK Do đó, SĐĐA là vấn đề thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên

c ứu và công ty điện trong suốt hơn hai mươi năm qua nhằm đề xuất các phương pháp để bảo vệ HTĐ không bị SĐĐA

Việc ngắt các bộ tụ shunt, khoá các MBA điều áp dưới tải, phân bố lại công suất phát, điều chỉnh điện áp, sa thải phụ tải, và quá tải tạm thời CSPK của các máy phát là một số phương thức điều khiển được sử dụng như là các biện pháp ngân ng ừa SĐĐA

1.2 M ột số biện pháp ngăn ngừa sự sụp đổ điện áp

1.2.1 Các bi ện pháp vận hành

a Giới hạn ổn định

H ệ thống nên vận hành với một giới hạn OĐĐA cho phép bằng cách xây

d ựng kế hoạch sử dụng các nguồn CSPK phù hợp Nếu sự cố SĐĐA không thể ngăn chặn được bằng các nguồn CSPK và các thiết bị điều chỉnh điện áp hiện có trong hệ thống, thì công suất truyền tải phải được giới hạn và các máy phát dự phòng ph ải được khởi động

b D ự trữ quay

D ự trữ CSPK phải được đảm bảo bởi các máy phát đang vận hành để duy trì điện áp trong phạm vi cho phép Cần chú ý rằng, công suất dự trữ quay phải được phân bố tại các khu vực có nhu cầu lớn về điều chỉnh điện áp

c Người vận hành

Yêu c ầu đối với người vận hành là phải nắm vững các hiện tượng liên quan đến OĐĐA và kịp thời có các thao tác hợp lý như điều chỉnh điện áp, sa thải phụ tải Các phương thức vận hành ngăn ngừa hiện tượng SĐĐA phải được thi ết lập ngay

1.2.2 Các bi ện pháp thiết kế

a Điều khiển điện áp máy phát

Hi ệu quả tác động của bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát AVR (automatic voltage regulator) là điện áp phía cao của MBA tăng áp sẽ được điều chỉnh Trong nhiều trường hợp, biện pháp này rất hiệu quả để đảm bảo OĐĐA

b Phối hợp các thiết bị bảo vệ và điều khiển

M ột trong các nguyên nhân dẫn đến SĐĐA là thiếu sự phối hợp giữa các thi ết bị bảo vệ, điều khiển Do vậy, các nghiên cứu mô phỏng về sự phối hợp của các thiết bị bảo vệ trong các tình huống khác nhau của hệ thống là rất cần thiết

c Điều khiển đầu phân áp của MBA

Người ta có thể thay đổi đầu phân áp của MBA để giảm nguy cơ SĐĐA Tuy nhiên, n ếu không có ảnh hưởng tích cực tại nơi thay đổi đầu phân áp của MBA thì bi ện pháp này phải không được dùng nữa khi điện áp phía nguồn giảm Đầu phân áp chỉ được tiếp tục thay đổi khi điện áp phía nguồn hồi phục

d Sa th ải phụ tải

Trong m ột số trường hợp nguy hiểm, người ta phải tiến hành sa thải phụ

t ải Đây là biện pháp rẻ tiền để ngăn chặn hiện tượng SĐĐA lan rộng Điều này đúng nếu xác suất các điều kiện và các tình huống khẩn cấp trong hệ thống gây mất OĐĐA thấp Tuy nhiên, biện pháp này có thể đem lại những hậu quả nghiêm trọng Đặc điểm và vị trí của phụ tải bị sa thải là các yểu tố cần chú ý khi

s ử dụng biện pháp này

Quy trình sa thải phụ tải phải phân biệt được các sự cố, sụt giảm điện áp thoáng qua, và các điều kiện điện áp thấp dẫn tới hiện tượng SĐĐA Tuy nhiên, phương pháp này không nên sử dụng nếu có thể

e S ử dụng các thiết bị FACTS

Flexible Alternative Current Transmission Systems (FACTS) là khái ni ệm

hệ thống điện truyền tải xoay chiều linh hoạt được phát triển dựa trên công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực điện tử công suất

Thực chất, các thiết bị FACTS là sự kết hợp giữa khả năng đóng/cắt nhanh

c ủa các thiết bị bán dẫn với các mạch điện phức tạp Ưu điểm của các thiết bị này là kh ả năng điều chỉnh nhanh và hiệu quả các thông số ảnh hưởng đến vận

hành c ủa các hệ thống truyền tải như điện kháng đường dây, điện áp, dòng điện, góc pha… nh ằm nâng cao sự an toàn (ổn định) khi vận hành các HTĐ [29]

Các thiết bị FACTS chính bao gồm:

- Static Var Compensator (SVC): thiết bị bù ngang điều khiển bằng Thyristor

- Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC) :thiêt b ị bù dọc được điều khiển thyristor

- Static Sysnchronous Compensator (STATCOM): Bộ tụ bù tĩnh

- Unified Power Flow Control (UPFC): thiết bị điều khiển dòng công

su ất

L ợi ích của việc áp dụng các thiết bị FACTS vào HTĐ là nâng cao độ tin cậy và khả năng phản ứng động của hệ thống Ngoài ra, nếu các thiết bị FACTS được lắp đặt tại vị trí phù thợp, thì giới hạn công suất truyền tải của hệ thống tăng lên đáng kể [26] Hơn nữa, các thiết bị FACTS còn tỏ ra có hiệu quả trong

vi ệc ngăn ngừa SĐĐA

Tuy nhiên, giá thành của các thiết bị FACTS là một trở ngại lớn khi áp dụng trong thực tế

1.3 Hi ện tượng điện áp thấp

M ột vấn đề liên quan tới SĐĐA là điện áp cho phép Điện áp cho phép là một giá trị nằm trong một khoảng lân cận giá trị định mức [25] Ví dụ điện áp hệ thống truyền tải thường được điều chỉnh trong phạm vi 5% điện áp định mức Do

đó, đàm bảo điện áp trong phạm vi cho phép khi có thay đổi trong hệ thống là rất quan tr ọng

Điện áp được quyết định bởi sự cân bằng giữa CSPK yêu cầu và CSPK phát Do có tổn thất trên đường dây nên việc truyền tải một lượng lớn CSPK trên

đường dây dài thường không hiệu quả Để khắc phục vấn đề này thì phần lớn CSPK ph ụ tải yêu cầu sẽ được cung cấp ngay tại đó Bên cạnh đó, các máy phát điện đều có giới hạn phát CSPK nên đây cũng là nguyên nhân ảnh hưởng tới điện áp trong hệ thống cũng như hiện tượng SĐĐA

Các thiết bị thực hiện điều chỉnh điện áp bao gồm:

- Các thi ết bị bù tĩnh và có thể đóng/cắt được;

- Các thi ết bị bù được điều khiển bằng thyristor;

- Các MBA điều áp dưới tải;

- Các máy phát điện

Hi ện tượng điện áp thấp xảy ra khi điện áp các thanh cái trong hệ thống ở dưới giá trị cho phép nhưng hệ thống điện vẫn có thể vận hành Do điểm vận hành ổn định là bền vững và không có sự SĐĐA động nên về bản chất hiện tượng điện áp thấp khác với hiện tượng SĐĐA

Tăng điện áp bằng cách phát thêm CSPK có thể nâng cao giới hạn xảy ra SĐĐA Đặc biệt, các bộ tụ shunt tỏ ra hiệu quả hơn khi cung cấp CSPK tại các thanh cái có điện áp cao Tuy nhiên, tăng điện áp bằng cách điều chỉnh đầu phân

áp của các MBA điều áp dưới tải lại có thể làm giảm giới hạn SĐĐA do nhu cầu CSPK tăng lên

Chương 2

2.1 Khái quát v ề lý thuyết giao nhau

SĐĐA là một hiện tượng phi tuyến, nên các lý thuyết phi tuyến thường được áp dụng để phân tích hiện tượng này

Qua các tài liệu tham khảo được biết, nhiều nhà nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết giao nhau (bifurcation theory) đã giải thích và làm sáng tỏ hiện tượng SĐĐA Lý thuyết này được phát triển từ các ý tưởng của các nhà toán học, các nhà khoa h ọc và các lý thuyết khác trong lĩnh vực kỹ thuật (đặc biệt là lý thuyết

- Giao nhau tại điểm yên ngựa (saddle node bifurcation): hệ thống

b ị mất ổn định khi các thông số hệ thống thay đổi chậm Hệ quả của nó là các tr ạng thái hệ thống sụp đổ động Sự sụp đổ động của điện áp trong hiện tượng SĐĐA đã được giải thích dựa trên hiện tượng giao nhau này;

- Giao nhau Hopf (Hopf bifurcation): hệ thống bắt đầu dao động khi các thông s ố hệ thống thay đổi Hệ quả của nó hoặc là dao động ổn định

ho ặc là dao động có biên độ lớn dần

S ự giao nhau tại điểm yên ngựa xảy ra khi có thông số thay đổi gây mất ổn định của hệ thống Trong các hệ thống liên tục, sự giao nhau ứng với việc phần thực một véc tơ trị riêng của phương trình mô tả hệ thống đi qua điểm 0 Trong các hệ thống rời rạc, sự giao nhau ứng với một điểm có modun bội số Flouent bằng 1 Trong cả hai trường hợp này thì phương trình mô tả hệ thống là không hypebol t ại điểm giao nhau

C ụ thể hơn, xét một hệ thống động liên tục được môt tả bằng phương trình

vi phân như sau:

S ự giao nhau xảy ra tại (x0, λ0) n ếu ma trận Jacobi có ph ần thực

m ột trị riêng bằng 0 Nếu phần ảo trị riêng này bằng 0 thì sự giao nhau này là giao nhau ổn định Nếu phần ảo trị riêng này khác 0, thì đây là giao nhau Hopf

Với hệ thống động rời rạc, phương trình mô tả hệ thống có dạng:

Do đó, sự giao nhau xảy ra tại (x0,λ0) nếu ma trận có mođun một trị riêng bằng một Nếu trị riêng này bằng 1, thì sự giao nhau này là giao nhau điểm yên ngựa Nếu trị riêng này bằng -1, thì đây là giao nhau Hopf Trong khuôn kh ổ luận văn, vấn đề giao nhau Hopf không được đề cập nữa

2.2 Giao nhau điểm yên ngựa

Giao nhau điểm yên ngựa là sự mất cân bằng của hệ thống khi các thông

s ố thay đổi từ từ Đối với lĩnh vực HTĐ, giao nhau điểm yên ngựa xảy ra khi hệ

th ống bị mất ổn định Kết quả của sự mất ổn định như vừa nêu làm trạng thái của

hệ thống thay đổi động Đặc biệt, sự thay đổi động này có thể làm cho hệ thống

bị SĐĐA Như vậy, giao nhau điểm yên ngựa có thể gây SĐĐA

2.2.1 Giao nhau điểm yên ngựa của phương trình bậc hai

Giao nhau điểm yên ngựa là một hiện tượng phi tuyến, nên nó không xảy

ra trong mô hình tuyến tính Tuy nhiên, hiện tượng này có thể được giải thích

b ằng nghiệm của một phương trình bậc hai đơn giản

Gi ả thiết phương trình có hai nghiệm thực (các điểm cân bằng) Khi hệ số (thông số) của phương trình thay đổi từ từ, giá trị hai nghiệm thực thay đổi theo,

có thể bằng nhau hoặc không tồn tại Sự giao nhau xảy ra tại trường hợp phương trình có nghi ệm kép (trường hợp giới hạn) Nói cách khác, sự giao nhau phân chia trường hợp có hai nghiệm thực và trường hợp không có nghiệm thực

2.2.2 Giao nhau điểm yên ngựa của một hệ thống điện đơn giản

Xét một HTĐ đơn giản gồm một máy phát (PV) cấp điện cho phụ tải (PQ)

có hệ số công suất không đổi (hình 2.1)

Để biểu diễn quá trình thay đổi phụ tải trong hệ thống, công suất tác dụng

p được chọn là thông số thay đổi từ từ Vectơ trạng thái của hệ thống x = (V,δ)

bi ểu thị phức vectơ điện áp phụ tải Hình 2.2 thể hiện sự thay đổi của điện áp V theo p Khi p nhỏ, chúng ta thấy có hai điểm cân bằng, một điểm ứng với điện áp lớn hơn và một điểm ứng với điện áp thấp hơn Điểm có điện áp lớn hơn có dòng điện đường dây bé hơn và ngược lại điểm điện áp thấp có dòng điện đường dây

l ớn hơn

Khi p tăng từ từ thì hai điểm này có xu hướng dịch lại gần nhau và giao nhau tại điểm công suất giới hạn p* Khi công suất phụ tải lớn hơn p*, điểm cân bằng không còn nữa Như vậy, các điểm cân bằng sẽ mất tại điểm p* (giao nhau điểm yên ngựa)

Hình 2 1 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản: một máy phát

PV cung c ấp cho tải PQ với hằng số công suất không đổi

Hình 2 2 Biểu đồ giao nhau của trạng thái V và thông số p

Hình 2.2 được gọi là biểu đồ giao nhau và sự giao nhau xảy ra tại mũi của đường cong Như chúng ta biết, HTĐ chỉ vận hành tại điểm cân bằng ổn định để khi b ị kích động, hệ thống có khả năng trở lại điểm cân bằng Trong thực tế, điểm cân bằng có điện áp lớn hơn là ổn định, còn điểm cân bằng có điện áp thấp hơn là không ổn định Do tính ổn định của điểm cân bằng, nên trạng thái hệ thống bám theo điểm cân bằng điện áp lớn hơn khi phụ tải thay đổi cho tới lúc có hiện tượng giao nhau

Hình 2.3 thể hiện đầy đủ hai trạng thái V và δ của điểm cân bằng khi phụ

t ải thay đổi Điểm có góc δ bé hơn tương ứng với điểm cân bằng có điện áp lớn hơn Mũi của hai đường cong là điểm giao nhau của điểm cân bằng ổn định và điểm cân bằng không ổn định Giá trị của hai điểm mũi đều là p*

Phụ tải

V

Hình 2.3 Bi ều đồ giao nhau của V và δ

Hình 2.4 đến hình 2.6 thể hiện không gian trạng thái của các chế độ phụ

t ải khác nhau Trục tọa độ của không gian trạng thái là trạng thái V, δ

Hình 2.4 th ể hiện hai điểm cân bằng ứng với công suất phụ tải trung bình Các mũi tên mô tả quá trình động hoặc quá trình quá độ của hệ thống Nếu hệ thống vận hành với điểm cân bằng (ổn định), thì khi hệ thống bị tác động bởi bất

k ỳ kích động nhỏ nào, tất cả các mũi tên cho thấy trạng thái hệ thống trở về điểm cân b ằng Ngược lại, với trường hợp hệ thống vận hành ở điểm cân bằng (không

ổn định), hệ thống rời xa điểm cân bằng trong hầu hết các trường hợp có kích động

Ph ụ tải

Hình 2 4 Không gian tr ạng thái với tải trung bình

Hình 2.5 thể hiện hai điểm cân bằng giao nhau tại điểm công suất giới hạn

p* Các mũi tên cho thấy điểm cân bằng này không ổn định vì một số mũi tên có

xu hướng rời khỏi điểm cân bằng Nghĩa là khi có các kích động nhỏ ngẫu nhiên,

hệ thống mất ổn định Hậu quả của quá trình động không ổn định là trạng thái hệ

th ống dịch chuyển theo đường cong đậm Do đó, điện áp giảm và góc δ tăng Điều này giải thích sự sụt giảm điện áp trong sự cố SĐĐA

Hình 2 5.Không gian tr ạng thái tại điểm giao nhau

Trước khi có sự giao nhau, thì trạng thái hệ thống luôn bám theo điểm cân bằng ổn định nếu phụ tải thay đổi từ từ Vì vậy, điểm cân bằng có thể được xác định từ các phương trình tĩnh (giả sử nghiệm của các phương trình tĩnh là điểm cân b ằng ổn định) Tại điểm giao nhau, điểm cân bằng không ổn định, nên quá trình quá độ của SĐĐA cần được mô tả bằng mô hình động Do đó, để nghiên cứu sự cố SĐĐA, người ta thường xem xét quá trình động của hệ thống

Trong một số chế độ sự cố, HTĐ có thể có công suất phụ tải lớn hơn công suất giới hạn p* Rõ ràng là trường hợp này không có điểm cân bằng ổn định và quá trình động của hệ thống được thể hiện trong hình 2.6 Điện áp bị sụp đổ theo chi ều mũi tên (hình 2.6)

Giả thiết thông số thay đổi từ từ có nghĩa là sự thay đổi của các thông số chậm hơn quá trình động của hệ thống Do quá trình động của hệ thống phản ứng nhanh hơn sự thay đổi của thông số (dẫn đến sự thay đổi điểm cân bằng), trạng

thái h ệ thống luôn bám theo được điểm cân bằng ổn định trước khi có sự giao nhau

Hình 2.6 Không gian trạng thái sau điểm giao nhau

2.2.3 Các yêu c ầu về mô hình hoá

Để giải thích nguyên nhân điện áp sụt giảm liên tục, lý thuyết giao nhau điểm yên ngựa cần các mô hình động Tuy nhiên, một số tính toán về giao nhau điểm yên ngựa có thể tính được với mô hình tĩnh

V ới mô hình động, HTĐ được mô hình hoá bằng hệ các phương trình vi phân có m ột thông số thay đổi từ từ Các phương trình đại số vi phân có thể dùng thay cho các phương trình vi phân nếu các phương trình đại số mô tả được đặc tính động cơ bản (nhanh và ổn định)

Với mô hình tĩnh, thì điểm cân bằng HTĐ được mô hình hoá bằng hệ các phương trình đại số có một thông số thay đổi từ từ Các phương trình đại số thu được bằng cách gán các phương trình vi phân hoặc đại số vi phân bên phải bằng

0 Ưu điểm rõ rệt của trường hợp này là thu được các kết quả tính toán mà không

c ần biết sự thay đổi động của phụ tải và quá trình thay đổi động khác Cần chú ý rằng, trong thực tế, điểm vận hành ổn định của hệ thống phải xác định được khi

sử dụng các mô hình tĩnh tính toán Về lý thuyết, điểm vận hành được xác định bằng mô hình động Tuy nhiên, điểm vận hành có thể xác định được bằng cách quan sát HTĐ thực, bằng kinh nghiệm, hoặc với điểm vận hành đã biết ở mức

ph ụ tải thấp hơn, người ta tăng phụ tải dần

Các tính toán giao nhau điểm yên ngựa yêu cầu mô hình động là:

- Dự báo hậu quả của hiện tượng SĐĐA động;

- Các v ấn đề liên quan tới sự thay đổi của các trạng thái hoặc các thông s ố quan trọng của HTĐ;

- Các tính toán trị riêng hoặc các giá trị suy biến xa điểm giao nhau Các tính toán giao nhau điểm yên ngựa yêu cầu mô hình tĩnh là:

- Xác định điểm giao nhau;

- Kho ảng cách tới điểm giao nhau trong không gian thông số;

- D ự báo xu thế ban đầu của SĐĐA và các trạng thái khi SĐĐA;

- Dự báo thanh cái nào có điện áp thấp nhất trước khi SĐĐA

Đối với nghiên cứu SĐĐA, người ta chú ý đến hai điểm sau Thứ nhất là tính chính xác c ủa kết quả tính toán (phụ thuộc vào mô hình HTĐ) Ví dụ, mô hình HTĐ đơn giản giả thiết ở mục 2.2.2 yêu cầu mô hình chi tiết của phụ tải và máy phát Tuy nhiên, các đặc trưng định tính của giao nhau điểm yên ngựa không phụ thuộc vào riêng một mô hình Nghĩa là các đặc trưng định tính của các giao nhau điểm yên ngựa là như nhau với các mô hình khác nhau Do đó, người ta chỉ quan tâm đến các đặc trưng định lượng như giá trị của các thông số

và tr ạng thái xảy ra giao nhau điểm yên ngựa vì các giá trị này phụ thuộc vào

ki ểu và các hằng số khi mô hình hóa HTĐ

Thứ hai là tính chính xác của các mô hình Ví dụ nếu điện áp giảm đủ lớn

để các thiết bị bảo vệ tác động làm thay đổi cấu trúc hệ thống thì mô hình HTĐ phải mô tả được

2.3 Tr ị riêng của giao nhau điểm yên ngựa

Xét một ma trận Jacobi hệ thống tại điểm cân bằng ổn định Cần chú ý

r ằng, ma trận Jacobi của mô hình HTĐ động khác với ma trận Jacobi dòng công

su ất Tuy nhiên, các mô hình HTĐ tĩnh và các ma trận Jacobi của các mô hình tĩnh này vẫn có thể tính toán được giao nhau điểm yên ngựa

Nếu Jacobi hệ thống là ổn định tiệm cận, thì tất cả trị riêng có phần thực

âm Khi ph ụ tải tăng từ từ tới công suất giới hạn, một trị riêng của Jacobi hệ

th ống tiến tới 0 từ bên trái trên mặt phẳng phức Sự giao nhau xảy ra khi trị riêng này b ằng 0 Do đó, ma trận Jacobi hệ thống được dùng để xác định tính ổn định của hệ thống được tuyến tính hoá quanh điểm cân bằng (nếu tồn tại) Nếu công suất tải lớn hơn công suất giới, thì do không có điểm cân bằng nên việc sử dụng Jacobi là vô nghĩa

2.4 Đặc điểm của giao nhau điểm yên ngựa

Các đặc điểm của một giao nhau điểm yên ngựa và thường được dùng để xác định giao nhau điểm yên ngựa bao gồm:

- Hai điểm cân bằng gặp nhau Một trong hai điểm cân bằng là không

ổn định;

- Độ nhạy của một biến trạng thái điển hình đối với thông số phụ tải

là rất lớn (hình 2.3);

- Ma tr ận Jacobi có một trị riêng bằng 0;

- Ma tr ận Jacobi hệ thống có một giá trị suy biến bằng 0;

- Quá trình động của hiện tượng SĐĐA tại điểm giao nhau là các trạng thái thay đổi đều và tốc độ sụt áp ban đầu từ từ nhưng sau đó lại nhanh Hình 2.7 mô tả hiên tượng SĐĐA kiểu mẫu theo thời gian

Hình 2 7 Hiện tượng SĐĐA theo thời gian

2.5 Không gian tr ạng thái của giao nhau điểm yên ngựa

Hình 2.8 th ể hiện một không gian trạng thái khi công suất tác dụng của hai

ph ụ tải là thông số HTĐ vận hành tại điểm cân bằng ổn định nằm trong vùng sáng Vùng t ối là vùng không ổn định Hai vùng được phân chia bởi đường cong công suất giới hạn Đường cong này là tập hợp các thông số ứng với các sự giao nhau nào đấy Do đó, đường này được gọi là tập giao nhau Từ điểm vận hành

Th ời gian

p0, n ếu hệ thống bị tác động theo hướng d, thì điểm vận hành của hệ thống sẽ

n ằm trên tập giao nhau (tại p*) và hệ thống sẽ mất ổn định tại một thời điểm nào

đó

Nếu một hệ thống đang vận hành tại một điểm cân bằng nằm trong vùng sáng, thì giải pháp tránh SĐĐA trở thành bài toán hình học sao cho công suất

ph ụ tải hệ thống không tiến tới gần tập giao nhau

Hình 2 8 Không gian thông s ố công suất tải

Tuy nhiên, như chúng ta đã biết, các HTĐ lớn có nhiều trạng thái cũng như thông số Giả thiết rằng, một hệ thống có 500 thông số phụ tải thay đổi độc

l ập Như vậy, không gian trạng thái có 500 chiều và tập giao nhau là một mặt

499 chiều bao quanh vùng vận hành của không gian trạng thái Do số lượng chiều lớn, không gian trạng thái không thể thể hiện được Tuy nhiên, lân cận về

Công suất tác dụng tải 1 Tải 2

hình h ọc của giữa công suất phụ tải hiện tại với tập giao nhau có thể tính toán được và là cơ sở để tránh sự giao nhau và SĐĐA

Theo [31], hiệu quả của phương pháp điều khiển để tránh giao nhau được đánh giá bằng vec tơ đặc trưng trái của ma trận Jacobi Do đó, các tính toán liên quan đến sự giao nhau (bifurcation) cho biết nhiều thông tin (kỹ thuật) hữu ích

2.6 S ự liên hệ giữa giao nhau điểm yên ngựa với SĐĐA

Xét một hệ thống, phụ tải được tăng Quá trình tăng trong chế độ xác lập kéo dài cho đến khiì khâu phát và truyền tải điện không thể cung cấp đủ công

su ất và hệ thống mất ổn định Với các giả thiết này, lý thuyết giao nhau điểm yên

ng ựa được áp dụng để giải thích cách thức điểm vận hành ổn định biến mất và

dự đoán xuất hiện sự sụt giảm điện áp bắt đầu chậm nhưng sẽ nhanh dần của các

tr ạng thái hệ thống

V ới SĐĐA do sự thay đổi nhanh công suất phụ tải, các kích động lớn và các s ự cố, các giả thiết cho phân tích giao nhau điểm yên ngựa có thể không còn nữa Tuy nhiên, lý thuyết giao nhau vẫn có thể phân tích một phần của chuỗi các

sự kiện gây SĐĐA, ví dụ như khi có một kích động lớn làm suy yếu hệ thống và

ph ụ tải tăng ngay sau đó làm mất điểm vận hành ổn định

M ột kích động lớn hoàn toàn có thể làm mất luôn điểm vận hành ổn định

ch ứ không từ từ diễn ra giao nhau điểm yên ngựa Tuy nhiên, kích động lớn diễn

ra chậm thì hệ thống sẽ trải qua một giao nhau điểm yên ngựa Hậu quả của kích động này là các thay đổi động đột ngột như hình 2.4 - 2 6 Trong trường hợp này, người ta cho rằng vì điểm vận hành hệ thống gần với điểm giao nhau, nên các đặc tính động sau khi không có điểm vận hành gần giống đặc tính động tại điểm giao nhau Các trạng thái hệ thống suy giảm từ từ nhưng sau đó sẽ tăng lên rất nhanh

SĐĐA thể hiện trên hình 2.7 là một dạng điển hình của hiện tượng SĐĐA

Hi ển nhiên, sự suy giảm này sẽ kết thúc trong thực tế do tác động của các thiết bị bảo vệ trong hệ thống (ví dụ như rơle điện áp thấp) Điểm giao nhau yên ngựa chính là một sự lý tưởng hữu ích nhằm giúp giải thích dạng SĐĐA khi điểm cân bằng bị mất Một cách để kiểm tra hoặc khẳng định lại lý thuyết giao nhau trong

th ực tế đó là xem xét lại các hiện tượng SĐĐA để kiểm tra xem tỉ lệ các hiện tượng mà có sự suy giảm ban đầu từ từ nhưng sau đó tăng lên rất nhanh như lý thuyết đã đề xuất

2.7 M ột số điểm chú ý

- Không gian thông s ố nghịch đảo với không gian trạng thái

Khi áp dụng lý thuyết giao nhau nghiên cứu SĐĐA, trạng thái và thông số

c ủa hệ thống phải được lựa chọn phù hợp, cẩn thận Khó khăn trong việc chọn các tr ạng thái và các thông số của một hệ thống dẫn đến những nhầm lẫn khi áp

d ụng lý thuyết giao nhau điểm yên ngựa

- Đường cong mũi không phải là đường giao nhau trong mọi trường hợp Nếu một đường cong mũi có trục tung là biến trạng thái, trục hoành là một thông s ố, thì đường cong này là đường giao nhau Điểm mũi của đường cong là điểm giao nhau (hay SĐĐA của một hệ thống) Ví dụ, đường cong giữa điện áp

và công su ất của một phụ tải là đường giao nhau, nếu công suất phụ tải này là một thông số của hệ thống Nếu công suất phụ tải này không là thông số hệ thống, thì mặc dù công suất và điện áp phụ tải đều thay đổi khi thông số hệ thống tha y đổi Đường cong có điểm mũi thể hiện quan hệ giữa điện áp và công suất tại

ph ụ tải này không là đường giao nhau Đặc biệt, điểm giao nhau có thể tồn tại trên đường cong nhưng không tại điểm mũi Tuy nhiên, điểm mũi chính là điểm

có công suất lớn nhất Chú ý rằng, đường cong thể hiện quan hệ điện áp và thông

s ố được lựa chọn mới này là đường giao nhau Điểm mũi của nó là điểm giao nhau yên ng ựa

- Thành phần cảm kháng tác động về mặt công suất phản kháng

- Thành phần điều khiển bao gồm thyistor; các cửa đóng mở (GTO-Gate turn off)…

SVC được cấu tạo từ các phần tử sau bao gồm:

+ TCR – Thyristor Controlled Reactor): có chức năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng tiêu thụ

+ Kháng đóng mở bằng thyristor (TSR – Thyristor Switched Reactor): có chức năng tiêu thụ công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor

+ Bộ tụ đóng mở bằng thyristor (TSC – Thyristor Switched Capacitor): có chức năng phát công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor

+ Hệ thống điều khiển bao gồm bộ đo lường, bộ điều khiển điện áp, bộ đồng bộ, bộ phát xung

Các ch ức năng chính của SVC bao gồm:

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

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

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

m ạch…) trong HTĐ

- Nâng cao tính ổn định của HTĐ

- Gi ảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ như ngắn mạch,

m ất tải đột ngột…

- Giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh

- Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây

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

- Gi ảm tổn thất công suất và điện năng

3.2 C ấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCR và TSR

3.2.1.C ấu tạo

TCR bao g ồm điện kháng cố định (thường lõi là không khí) với điện cảm

L và van thyristor 2 chi ều (hoặc khóa đóng mở) Hiện nay, các thyristor lớn có thể chặn điện áp lên tới 4-9kV và dòng điện lên tới 3-6kA Vì thế, trong các ứng dụng thực tế, rất nhiều các thyristor (thường 10 đến 20) nối tiếp với nhau để đạt được mức điện áp giới hạn theo yêu cầu với công suất cho trước

Hình 3.1: a C ấu tạo của TCR, b Điều khiển góc đánh lửa,

c D ạng sóng vận hành