Nghiên cứu tính toán chế độ khi lắp đặt thiết bị tcsc và svc tại trạm biến áp 220kv thái nguyên

Điện năng thật quan trọng, từ định hướng phát triển đó, ngày nay hệ thống điện của mỗi quốc gia đã phát triển mạnh mẽ, hình thành hệ thống điện hợp nhất đáp ứng sự phát triển của Trong

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

Nghiên c ứu tính toán chế độ khi lắp đặt thiết bị TCSC

LU ẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

H Ệ THỐNG ĐIỆN

Hà N ội, 2011

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

Nghiên c ứu tính toán chế độ khi lắp đặt thiết bị TCSC và

LU ẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

H Ệ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS PHAN ĐĂNG KHẢI

MUC LỤC

Mục lục các chương 1

Danh mục các chữ viết tắt 5

Danh mục các bảng biểu 6

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 7

Lời nói đầu 10

Chương 1: Tổng quan về ổn định điện áp .12

1.1 Khái niệm chung về ổn định điện áp 12

1.2 Nguyên nhân gây ra mất ổn định điện áp 14

1.3 Hậu quả mất ổn định điện áp 15

1.4 Vấn đề đảm bảo giá trị điện áp cho phép 17

1.5 Các biện pháp ngăn ngừa sụp đổ điện áp 18

1.5.1 Các biện pháp vận hành 18

1.5.2 Các biện pháp thiết kế 18

1.6 Nhận xét 21

Chương 2: Vai trò và ứng dụng của thiết bị bù SVC và TCSC trong việc nâng cao ổn định điện áp 23

2.1 SVC……… 23

2.1.1 Khả năng ứng dụng của SVC trong hệ thống điện 23

2.1.1.1 Đặt vấn đề 23

2.1.1.2 Một số ứng dụng của SVC 24

2.1.1.2.1 Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất 24

2.1.1.2.2 Giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự cố 26

2.1.1.2.3 Ôn hòa dao động công suất hữu công 27

2.1.1.2.4 Giảm cường độ dòng điện vô công 28

2.1.1.2.5 Tăng khả năng tải của đường dây …28

2.1.1.2.6 Cân bằng các phụ tải không đối xứng ……….30

2.1.1.2.7 Cải thiện ổn định sau sự cố …30

2.1.2 Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC 32

2.1.2.1 Cấu tạo từng phần tử của SVC 32

2.1.2.1.1 Nguyên lý hoạt động của bộ thyristor mắc song song ngược 32

2.1.2.1.2 Kháng điều chỉnh bằng thyristor TCR (thyristor controlled reactor)……….34

2.1.2.1.3 Tụ đóng mở bằng thyristor TSC (thyristor switch capacitor) ……43

2.1.2.1.4 Kháng đóng mở bằng thyristor TSR (thyristor switch reactor) … 44

2.1.2.1.5 Hệ thống điều khiển các van trong SVC 44

2.1.3 Các đặc tính của SVC … 45

2.1.3.1 Đặc tính điều chỉnh của SVC 45

2.1.3.2 Đặc tính làm việc của SVC 46

2.1.4 Mô hình SVC trong tính toán chế độ xác lập của hệ thống điện 47

2.1.4.1 Mô hình hóa SVC như một điện kháng có trị số thay đổi ….47

2.1.4.2 Mô hình SVC theo tổ hợp nguồn và phụ tải phản kháng 49

Nhận xét – đánh giá… 51

2.2 TCSC……….52

2.2.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của TCSC……… 52

2.2.2 Mô hình phần điều khiển TCSC……….55

2.2.2.1 Mô hình điều khiển ngoài của TCSC……… 55

2.2.2.2 Mô hình điều khiển trong của TCSC……… 58

2.2.3 Phân tích hiệu quả điều khiển của TCSC……… 59

2.2.3.1 Phân tích hiệu quả điều khiển TCSC theo tác động rời rạc………….59

2.2.3.2 Hiệu quả điều khiển TCSC theo tác động liên tục……… 64

Nhận xét – đánh giá……… 67

Chương 3: Khai thác phấn mềm PSS/E, tính toán phân tích ổn định hệ thống điện …… 69

3.1 Phần mềm tính toán PSS/E……… 69

3.1.1 Mô tả các phần tử của HTĐ trong PSS/E 70

3.1.1.1 Dữ liệu về nút……… 70

3.1.1.2 Dữ liệu phụ tải……… 72

3.1.1.3 Dữ liệu máy phát ……… 73

3.1.1.4 Dữ liệu nhánh không có máy biến áp 74

3.1.1.5 Dữ liệu máy biến áp .76

3.1.1.6 Dữ liệu các thiết bị bù tĩnh 82

3.1.1.7 Dữ liệu hiệu chỉnh trở kháng máy biến áp 83

3.1.1.8 Dữ liệu về các thiết bị bù có điều khiển 83

3.1.2 Các bước mô phỏng trong PSS/E 84

3.1.2.1 Tính toán chế độ xác lập trước sự cố 85

3.1.2.2 Số liệu động 85

3.1.2.3 Kiểm tra số liệu……… 87

3.1.2.4 Chạy trương chình mô phỏng……….……… 88

3.1.2.5 Phân tích ổn định động………….……… 89

Chương 4: Tính toán chế độ, lựa chọn phương án lắp đặt thiết bị TCSC kết hợp SVC 90

4.1 Đặt vấn đề 90

4.2 Cơ sở tính toán 90

4.3 Phân vùng phụ tải, xác định phạm vi đầu nối 91

4.4 Sơ đồ kết lưới 92

4.5 Cơ sở, phương pháp và thời điểm tính toán 96

4.5.1 Cơ sở tính toán 96

4.5.2 Phương pháp luận 96

4.5.3 Thời điểm tính toán 97

4.6 Đánh giá sơ bộ 97

4.7 Trường hợp không lắp đặt thêm thiết bị bù 99

4.7.1 Kiểm tra ổn định điện áp 99

4.7.2 Kiểm tra bước nhảy điện áp 103

4.7.3 Đánh giá trường hợp không lắp đặt thêm thiết bị bù 104

4.8 Tính toán khả năng truyền tải với tiêu chí n- 1 105

4.8.1 Thông số thiết bị bù 105

4.8.2 Kết quả tính toán 106

4.8.3 Nhận xét 107

4.9 Lắp đặt thiết bị bù ( lắp đặt 1 tụ bù dọc và SVC ở Thái Nguyên) 109

4.9.1 Kiểm tra ổn định điện áp 109

4.9.2 Tính toán chế độ phương án 119

4.9.3 Đánh giá phương án 120

Kết luận và kiến nghị 122

Tài liệu tham khảo 124

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TT Ch ữ viết tắt Ch ữ tiếng Anh đầy đủ Ngh ĩa tiếng Việt

1 SVC Static Var Compensator Thiết bị bù tĩnh có điều

khiển bằng thyristor

2 TCSC Thyristor Controlled Series

Capacitor

Thiết bị bù dọc có điều khiển bằng thyristor

3 STATCOM Static Synchronous Compensator Thiết bị bù tĩnh hoàn

7 ISIS Proteus 6 Professional Phần mềm mô phỏng

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1: Giá trị của IR 3 R khi thay đổi góc điều khiển 42

Bảng 4.1 Dự báo phụ tải khu vực 91

Bảng 4.2 Nhu cầu phụ tải tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006- 2010- 2015 91

Bảng 4.3: Chế độ điện áp tại thời điểm 1(Tụ bù ngang 2x40 MVAr- Chế độ phụ tải cực đại) 99

Bảng 4.4: Chế độ điện áp tại thời điểm 1(Tụ bù ngang 40+ 20 MVar- Chế độ phụ tải cực đại) 100

Bảng 4.5 Chế độ điện áp tại thời điểm 1(Tụ bù ngang 40 MBVar- Chế độ phụ tải cực đại) 101

Bảng 4.6 Kết quả tính toán chế độ tại thời điểm 1 102

Bảng 4.7 Chế độ điện áp khi cắt bù ngang tại thời điểm 1 103

Bảng 4.8 Thông số bù đảm bảo khả năng truyền tải với tiêu chí n- 1 106

Bảng 4.9: Chế độ điện áp tại thời điểm 3 (Sự cố ĐDK Hà Giang- Bắc Cạn- Thái Nguyên) 107

Bảng 4.10: phương án bù 109

Bảng 4.11 Chế độ điện áp tại thời điểm 2 – Trường hợp 4.1 110

Bảng 4.12 Chế độ điện áp tại thời điểm 3 – Trường hợp 4.2 111

Bảng 4.13 Chế độ điện áp tại thời điểm 3 – Trường hợp 4.3 112

Bảng 4.14 Chế độ điện áp tại thời điểm 3 – Trường hợp 4.4 113

Bảng 4.15 Chế độ điện áp tại thời điểm 3 – Trường hợp 4.5 114

Bảng 4.16 Chế độ điện áp tại thời điểm 3 – Trường hợp 4.6 115

Bảng 4.17 Chế độ điện áp tại thời điểm 3 – Trường hợp 4.7 116

Bảng 4.18 Chế độ điện áp tại thời điểm 3 – Trường hợp 4.8 117

Bảng 4.19 Khả năng truyền tải công suất của phương án 118

Bảng 4.20 Kết quả tính toán chế độ phương án 119

DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Các giai đoạn SĐĐA theo thời gian………14

Hình 2.1: Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC 25

Hình 2.2: Sự thay đổi điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC 26 Hình 2.3: Quan hệ thời gian và điện áp,quá áp 26

Hình 2.4: Đặc tính công suất truyền tải của hệ thống khi có và không có SVC 29

Hình 2.5: Đặc tính công suất khi có và không có SVC 31

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý bộ thyristor 32

Hình 2.7: Đồ thị dòng điện tải 33

Hình 2.8: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR … 35

Hình 2.9: Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR 36

Hình 2.10: Dạng sóng của tín hiệu dòng điện qua TCR … 37

Hình 2.11: Đặc tính điều chỉnh dòng điện TCR theo góc cắt 40

Hình 2.12: Các sóng hài bậc cao trong phần tử TCR 40

Hình 2.13: Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của TSC 43

Hình 2.14: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TSR 44

Hình 2.15: Hệ điều khiển các van của SVC 45

Hình 2.16: Đặc tính U-I của SVC 45

Hình 2.17: Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp 46

Hình 2.18: Đặc tính làm việc của nguồn công suất phản kháng 49

Hình 2.19: Đặc tính phụ tải công suất phản kháng qua MBA điều áp dưới tải … 49

Hình 2.20: Đặc tính làm việc của SVC 50

Hình 2.21: Phối hợp đặc tính của một nguồn và hai phụ tải phản kháng 51

Hình 2.22: Cấu tạo cơ bản của TCSC……….53

Hình 2.23: Đặc tính điều chỉnhTCSC……….55

Hình 2.24: Sơ đồ điều khiển ngoài của TCSC………56

Hình 2.25: Cấu trúc vòng lặp điều khiển ổn định của TCSC……….56

Hình 2.26: Sơ đồ điều khiển trong của TCSC dựa trên sự đồng bộ thành phần cơ bản của dòng điện……… 58

Hình 2.27: Sơ đồ điều khiển trong của TCSC dựa trên dự đoán thời điểm qua giá trị 0 của điện áp tụ điện……….59

Hình 2.28: TCSC trong sơ đồ hệ thống điện đơn giản……… 60

Hình 2.29: Hiệu quả đóng cắt tụ bù dọc……… 61

Hình 2.30: Hiệu quả tác động TCSC theo tín hiệu công suất……….66

Hình 2.31: Hiệu quả tác động TCSC theo tín hiệu dòng điện……….67

Hình 3.1: Sơ đồ khối tính toán giải tích lưới 70

Hình 3.2: Nút điển hình trong PSS/E 71

Hình 3.3: Phụ tải điển hình trong PSS/E 72

Hình 3.4: Máy phát trong PSS/E 73

Hình 3.5: Nhánh điển hình trong PSS/E 75

Hình 3.6: MBA 2 cuộn dây điển hình trong PSS/E 76

Hình 3.7: MBA 3 cuộn dây trong PSS/E 76

Hình 4.1 Sơ đồ lưới điện khu vực 93

Hình 4.2 Sơ đồ dự kiến tách lưới 94

Hình 4.3 Giới hạn truyền tải công suất tại thời điểm 1(Tụ bù ngang 2x40 MVAr- Chế độ phụ tải cực đại) 100

Hình 4.4 Chế độ điện áp tại thời điểm 1(Tụ bù ngang 40+ 20 MVar- Chế độ phụ tải cực đại) 101

Hình 4.5 Giới hạn truyền tải công suất tại thời điểm 1(Tụ bù ngang 40 MBVar- Chế độ phụ tải cực đại) 102

Hình 4.6 Giới hạn truyền tải công suất tại thời điểm 1 103

Hình 4.7 Giới hạn truyền tải công suất tại thời điểm 3 (Sự cố ĐDK Hà Giang- Bắc Cạn- Thái Nguyên) 107

Hình 4.8 Giới hạn truyền tải công suất tại thời điểm 2 0 Trường hợp 4.1 111

Hình 4.9 Giới hạn truyền tải công suất tại thời điểm 3 – trường hợp 4.2 112 Hình 4.10.Giới hạn truyền tải công suất tại thời điểm 3 – trường hợp 4.3 113 Hình 4.11 Giới hạn truyền tải công suất tại thời điểm 3 – trường hợp 4.4 114 Hình 4.12.Giới hạn truyền tải công suất tại thời điểm 3 – trường hợp 4.5 115 Hình 4.13.Giới hạn truyền tải công suất tại thời điểm 3 – trường hợp 4.6 116 Hình 4.14.Giới hạn truyền tải công suất tại thời điểm 3 – trường hợp 4.7 117 Hình 4.15.Giới hạn truyền tải công suất tại thời điểm 3 – trường hợp 4.8 118

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là dạng hàng hóa phục vụ nhu cầu thiết yếu của cuộc sống dân

điện năng phải phát triển đi trước một bước Điện năng thật quan trọng, từ định hướng phát triển đó, ngày nay hệ thống điện của mỗi quốc gia đã phát triển mạnh mẽ, hình thành hệ thống điện hợp nhất đáp ứng sự phát triển của

Trong sự phát triển lớn mạnh của ngành điện năng phải nói đến sự phát triển của kỹ thuật điện tử công nghiệp, kỹ thuật đo lường, điều khiển tự động…nó

đã góp phần nâng cao chất lượng hiệu quả, đưa công tác quản lý vận hành hệ

số nước có nền công nghiệp phát triển tiên tiến, đã áp dụng sử lý bù dọc, bù ngang bằng các thiết bị công nghệ thyristor Ứng dụng này đã mang lại hiệu quả cao trong việc điều chỉnh nhanh ổn định chất lượng điện áp của hệ thống điện

điện một cách linh hoạt, hiệu quả trong điều kiện bình thường hay sự cố, nhờ

thyristor hay triăc (SVC) có tác dụng nâng cao chất lượng ổn định điện áp của

hệ thống điện

Hệ thống điện năng của Việt Nam đã phát triển mạnh với quy mô lớn, đã có đường dây và trạm biến áp 500KV Bắc-Nam Hệ thống điện siêu cao áp này

ba miền Bắc-Trung-Nam Điện áp 500KV có đường dây dài 3131km qua nhiều đồi, núi mặt khác sẽ có nhiều tình huống phải cắt ngắn mạch các đoạn đường dây với nhiều lý do khác nhau (loại bỏ phụ tải, hòa đồng bộ, sửa chữa định kỳ, các sự cố…) có thể dẫn đến quá áp, mất ổn định điện áp Vì vậy việc ứng dụng các thiết bị công nghệ bù dọc (TCSC) và công nghệ bù ngang (SVC) để nâng cao ổn định điện áp trên toàn hệ thống là rất cần thiết Nghiên cứu và ứng dụng nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp dụng các phương

ổn định, an toàn và chất lượng hiệu quả

thyristor hay triăc (SVC) Nội dung mô phỏng: ứng dụng phần mềm việc thiết

kế, tính toán phân tích và đánh giá hiệu quả ban đầu của thiết bị bù nhanh đối

điểm đặt ứng dụng thiết bị tại Trạm biến áp 220KV Thái Nguyên

Luận văn trình bày còn nhiều giới hạn về mọi mặt nên không tránh khỏi các

thiện hơn

Xin cảm ơn./

TÁC GI Ả

Nguy ễn Thành Long

CHƯƠNG 1

T ỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

điểm và hậu quả nghiêm trọng của sự cố mất OĐĐA

Các hệ thống điện lớn (HTĐ) ngày nay thường phải vận hành ở những chế độ nặng nề, nên vấn đề đảm bảo OĐĐA và các biện pháp kỹ thuật cải thiện điện áp và điều chỉnh điện áp là rất cần thiết Nếu không có các tác động điều khiển hợp lý thì khi phụ tải tăng liên tục, hệ thống có thể mất ổn định

1.1 Khái niệm chung về ổn định điện áp

Ổn định của HTĐ là khả năng của một HTĐ duy trì được trạng thái

cân bằng ở chế độ xác lập và có thể thiết lập lại trạng thái cân bằng mới khi

có kích động nào đó đến hệ thống

Ổn định điện áp của HTĐ là khả năng của một HTĐ khôi phục lại

điện áp ban đầu hay lân cận ban đầu khi chịu các kích động nhỏ tại phụ tải OĐĐA về bản chất là một trạng thái động và bị tác động bởi việc kiểm soát điện áp và các đặc tính của tải dưới dạng biến thiên

Ổn định điện áp tĩnh (static voltage stability) là khả năng của HTĐ có

thể giữ điện áp của các nút trong giới hạn cho phép so với điện áp định mức khi có các kích động nhỏ đến hệ thống như sự biến thiên liên tục công suất phụ tải Các kích động nhỏ này xảy ra liên tục nên ổn định tĩnh gắn liền với chế độ xác lập của HTĐ Chỉ tiêu của ổn định tĩnh là sau khi có kích động nhỏ tới hệ thống thì điện áp tại mọi thanh cái nhận điện cùng tăng hoặc cùng giảm tương ứng với công suất phản kháng (CSPK) cấp vào thanh cái đó Cụ

Ổn định động (dynamic voltage stability) là khả năng của HTĐ có thể

giữ điện áp của các nút trong giới hạn cho phép so với điện áp định mức khi

có các kích động lớn đến hệ thống như sự cố mất máy phát, đường dây công suất lớn Chỉ tiêu của ổn định động là sau khi có kích động lớn tới hệ thống

là điện áp tại tất cả các thanh cái nhận điện đều nằm trong giới hạn cho phép

so với điện áp định mức.[1],[2]

Giả sử một HTĐ đang ở trạng thái ổn định Khi có thay đổi nào đó trong HTĐ thì hệ thống sẽ xuất hiện quá trình dao động Nếu dao động lớn thì HTĐ có thể rời khỏi trạng thái cân bằng lúc trước và xuất hiện 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 tục (ví dụ như phụ tải tăng dần) thì quá trình thiết lập phải xác định được điểm vận 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 Quá trình 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 mất OĐĐA được chia thành 3 giai đoạn diễn ra từ vài giây cho tới vài phút như sau:

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

(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 OĐĐA theo các giai đoạn vừa đề cập ở trên

Hình 1.1: Các giai đoạn SĐĐA theo thời gian

Mất OĐĐA thường xảy ra với các HTĐ nặng tải (HTĐ phải vận hành ở gần điểm giới hạn tải), hoặc HTĐ có sự cố (ví dụ như sự cố mất đường dây), 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, 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

vài phút có thể kết thúc nếu có sự SĐĐA nhanh xảy ra trong giai đoạn quá độ.[6]

1.2 Nguyên nhân gây ra mất ổn định điện áp

tải không được đáp ứng đủ do giới hạn về phát và truyền tải CSPK Các giới

Tự khôi phục phụ tải, AGC, đầu phân

áp, các bộ giới hạn kích từ…

Máy phát, bộ điều chỉnh, SVC,

HVDC, động cơ cảm ứng…

Các thay đổi chậm - thời gian dài Khôi phục tải

Các thay đổi nhanh - thời gian ngắn

hạn về phát CSPK bao gồm giới hạn của 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 đẫn đến giảm công suất truyền tải

1.3 Hậu quả mất ổn định điện áp

công nghiệp, mất ổn định điện áp ảnh hưởng đến các động cơ, máy móc và chất lượng sản xuất Tuổi thọ của các thiết bị và các khâu an toàn trong công

tuổi thọ các thiết bị điện sinh hoạt

Sụp đổ điện áp (SĐĐA) là trường hợp sự cố nặng nề trong HTĐ

SĐĐA thường xảy ra khi hệ thống chịu các kích động lớn như mất máy phát, mất đường dây công suất lớn… Khi đó, điện áp tại các nút giảm dưới mức cho phép rất nhanh Các biện pháp giữ OĐĐA đã đạt đến giới hạn hoặc không đủ linh hoạt dẫn đến điện áp các nút càng giảm thấp theo chuỗi liên tiếp trong hệ thống trong thời gian rất ngắn Hậu quả của SĐĐA là phụ tải bị

sa thải hàng loạt trên diện rộng, hệ thống bị tan rã Dưới đây là một số sự cố SĐĐA đã xảy ra trên thế giới:

Sự cố ở Nam Florida, Mỹ ngày 17/05/1985: do không dự báo chính

xác yêu cầu công suất của phụ tải, các biện pháp ngăn chặn mất OĐĐA không hiệu quả nên các máy cắt đã cắt 3 đường dây 500 kV khỏi hệ thống

làm điện áp trong hệ thống sụt giảm mạnh, công suất tác dụng cấp cho phụ tải thiếu Các rơle sa thải phụ tải tần số thấp không làm việc do điện áp quá thấp SĐĐA xảy ra khiến một khu vực phụ tải rộng lớn khoảng 4300 MW bị mất điện

Sự cố ở Thụy Điển ngày 27/12/1983: sự cố một máy cắt khiến trạm

biến áp và 2 đường dây 400 kV từ trạm này bị cắt khỏi hệ thống Khoảng 8 giây sau một đường dây 220 kV làm việc quá tải tiếp tục bị cắt ra Trong khi

đó, các máy biến áp (MBA) điều áp dưới tải liên tục chuyển nấc để phục hồi điện áp tải làm cho điện áp trên lưới truyền tải giảm mạnh hơn, dòng điện tăng cao trên đường dây chính cấp điện từ phía Bắc tới phía Nam nơi có sự

cố Gần một phút sau, một đường dây 400 kV khác quá tải và bị cắt khỏi hệ thống Cả tần số và điện áp của hệ thống bị suy giảm theo chuỗi Các biện pháp sa thải phụ tải dưới tần số và điện áp không giúp hệ thống tránh khỏi tan rã Ước tính phụ tải rộng lớn phía Nam Thụy Điển bị mất điện lên tới

11400 MW

Sự cố tại Tokyo, Nhật Bản ngày 23/07/1987: khí hậu quá nóng dẫn tới

phụ tải tăng bất thường với cường độ 400MW/phút Điện áp trên đường dây

500 kV giảm chỉ còn khoảng 460 kV mặc dù toàn bộ các tụ bù dọc đường dây đã được đóng vào hệ thống Vài phút sau, điện áp của đường dây 500

kV chỉ còn 370 kV và SĐĐA bắt đầu xảy ra Khu vực phụ tải bị mất điện ước tính khoảng 8170 MW

Sự cố tại Pháp, 19/12/1978: tại thời điểm đó Pháp đang nhận điện từ

HTĐ nước ngoài cấp vào Nhu cầu phụ tải tăng nhanh đột ngột gấp 1,5 lần thường lệ Sau vài phút, điện áp giảm nhanh Các máy biến áp điều áp dưới tải ở lưới cao áp bị khóa lại Điện áp trên đường dây 400 kV phía Tây nước này nằm trong khoảng 342 – 374 kV Sau khi một đường dây chính 400kV quá tải và bị cắt ra khỏi hệ thống thì SĐĐA diễn ra Phải sau vài giờ đồng

hồ toàn bộ hệ thống mới được khôi phục Ước tính phụ tải bị mất điện lên tới 29 GW Tổn thất về mặt kinh tế là rất lớn

Như vậy, SĐĐA là một vấn đề thực tế và hậu quả của nó là rất lớn mà nguyên nhân của các sự cố là vì rất nhiều lý do

1.4 Vấn đề đảm bảo giá trị điện áp cho phép

Một vấn đề liên quan tới OĐĐA là điện áp cho phép Điện áp cho phép là một giá trị nằm trong khoảng lân cận giá trị định mức Ví dụ điện áp

hệ thống truyền tải thường chỉ được phép thay đổi trong phạm vi 5% điện áp định mức Do đó, đảm bảo điện áp trong phạm vi cho phép khi có thay đổi trong hệ thống là rất quan trọng

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 đây dài thường không hiệu quả Để khắc phục vấn đề này thì phần lớn CSPK phụ 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 thiết bị bù tĩnh và có thể đóng/cắt;

Hiện tượng điện áp thấp xảy ra khi điện áp các thanh cái trong hệ thống ở dưới giá trị cho phép nhưng HTĐ 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

Nâng điện áp bằng cách phát thêm CSPK có thể nâng cao giới hạn xảy ra SĐĐA Đặc biệt, các bộ shunt tỏ ra hiệu quả hơn khi cung cấp CSPK tại các thanh cái có điện áp cao Điện áp thấp cũng ảnh hưởng lớn tới chỉ số

giới hạn SĐĐA 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

1.5 Các biện pháp ngăn ngừa sụp đổ điện áp

1.5.1 Các biện pháp vận hành

Giới hạn ổn định: Hệ thống nên vận hành với một 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 phải được khởi động

Dự trữ quay: Dự 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

Người vận hành: 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 thiết lập ngay

1.5.2 Các biện pháp thiết kế

Điều khiển điện áp máy phát: Hiệu quả tác động của bộ tự động điều

chỉnh điện áp máy phát 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

Phối hợp các thiết bị bảo vệ và điều khiển: Một trong các nguyên

nhân dẫn đến SĐĐA là thiếu sự phối hợp giữa các thiết 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

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, nếu không có ảnh hưởng tích cực tại nơi thay đổi đầu phân áp của MBA thì biện 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

Sa thải phụ tải: Trong một số trường hợp nguy hiểm, người ta phải

tiến hành sa thải phụ tải 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 yếu tố cần chú ý khi sử 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 tùy tiện

Sử dụng các thiết bị FACTS: Các yêu cầu về cách điện, về nhiệt của

các khí cụ điện, về ổn định của HTĐ sẽ quy định giới hạn công suất tối đa truyền tải trên các đường dây Việc xây dựng thêm các đường dây truyền tải mới là biện pháp hữu hiệu tăng công suất truyền tải cho HTĐ nhưng khó thực hiện do chi phí đầu tư xây dựng, thời gian thi công tuyến đường dây bị hạn chế

Mặt khác, khi các thông số của HTĐ như công suất phụ tải thay đổi thì điện áp cũng có thể thay đổi theo Người làm công tác điều độ thực hiện việc điều chỉnh bằng cách điều chỉnh máy phát, máy biến áp Khi các thiết

bị này đều đạt đến giới hạn điều chỉnh thì mọi hoạt động điều chỉnh không thể thực hiện

Vì thế khi HTĐ phát triển nhanh đòi hỏi cần phải đưa vào những công nghệ mới để khai thác triệt để các khả năng của HTĐ hiện có mà không ảnh hưởng đến sự an toàn của hệ thống

Để giải quyết vấn đề này, các nghiên cứu về thiết bị điều chỉnh linh hoạt hệ thống truyền tải điện xoay chiều FACTS (Flexible AC Transmission Systems) đã được tiến hành nhằm nâng cao khả năng truyền tải của các hệ thống truyền tải và nâng cao khả năng ổn định của HTĐ Với sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt là kỹ thuật điện tử công suất như thyristor công suất lớn đã tạo ra các bộ điều chỉnh cho phép điều khiển bù CSPK gần như tức thời, ngăn cản dao động để ổn định điện áp một cách nhanh chóng Các thiết bị FACTS có khả năng điều khiển nhanh một cách linh hoạt công suất tác dụng và phản kháng của HTĐ Các thiết bị

vật lý khác nhau để điều khiển công suất

Các thiết bị FACTS bao gồm:

trao đổi dòng điện điện cảm hoặc điện dung nhằm duy trì hoặc điều khiển các thông số cụ thể của HTĐ (điển hình là điện áp nút);

được điều khiển thyristor TCSC là 1 bộ bù điện kháng mang tính chất dung kháng, có chứa 1 bộ các tụ điện nối tiếp và bộ này song song với kháng điện điều khiển bằng thyristor (TCR) nhằm cung cấp điện dung có thể điều chỉnh trơn;

bộ tĩnh Với bộ chuyển đổi điện nguồn áp, điện áp đầu ra xoay chiều của nó được điều khiển sao cho chỉ phù hợp cho dòng CSPK theo yêu cầu tương ứng với điện áp nút bất kỳ nào đó, điện áp tụ điện 1 chiều sẽ được điều chỉnh tự động theo yêu cầu để hoạt động như nguồn áp cho bộ chuyển đổi điện STATCOM có thể được thiết kế để cũng hoạt động được như 1 bộ lọc để lọc các sóng hài;

 Unified Power Flow Control (UPFC): thiết bị điều khiển dòng công suất, có khả năng điều khiển để cung cấp bù CSPK và tác dụng một cách đồng thời mà không cần nguồn điện bên ngoài

Lợi 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 hợp, thì giới hạn công suất truyền tải của

hệ thống tăng lên đáng kể Hơn nữa, các thiết bị FACTS còn tỏ ra có hiệu quả trong việc ngăn ngừa SĐĐA

Nhìn chung, các thiết bị FACTS này có tác dụng:

nhờ đó chất lượng điện áp được nâng cao;

bị;

mạch, mất tải đột ngột ;

tĩnh;

Tùy theo yêu cầu trong từng HTĐ cụ thể như yêu cầu điều chỉnh điện

áp, trào lưu công suất, nâng cao ổn định hay giảm dao động công suất trên đường dây, tùy vào chế độ vận hành mà ta lựa chọn các thiết bị một cách hợp lý.[8], [10]

1.6 Nh ận xét

Nội dung của chương 1 quan tâm tới các vấn đề liên quan tới OĐĐA bao gồm: các khái niệm cơ bản về ổn định, phân tích các nguyên nhân gây ra

mất ổn định điện áp, phân tích hậu quả của mất ổn định điện áp trong đó sụp

đổ điện áp là một trong những sự cố nặng nề nhất Cuối cùng đưa ra các biện pháp ngăn ngừa SĐĐA

Trong các biện pháp vận hành và thiết kết ngăn ngừa mất OĐĐA đề cập thì việc sử dụng các thiết bị truyền tải điện xoay chiều FACTS được xem

là phương pháp hiện đại đem lại hiệu quả cao và nhanh chóng

hiệu quả nổi bật là điều khiển nhanh CSPK Do đó, luận văn tập trung vào nghiên cứu nguyên lý hoạt động và hiệu quả của SVC để nâng cao OĐĐA của HTĐ Tuy nhiên, giá thành của SVC rất đắt tiền, nên vấn đề đặt ra là phải xác định được vị trí đặt phù hợp của SVC trong hệ thống để đạt được hiệu quả

kỹ thuật tốt nhất và không làm chi phí đầu tư tăng quá lớn

CHƯƠNG 2

VAI TRÒ VÀ ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ BÙ SVC VÀ TCSC

TRONG VI ỆC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

Những thiết bị bù ngang có điều khiển SVC (Static Var Compensator) đầu tiên được cho ra đời vào khoảng giữa thập kỷ 70 nhờ ứng dụng các công nghệ mới của ngành sản xuất chất bán dẫn Sự xuất hiện của SVC đã mở ra một kỷ nguyên mới cho việc phát triển các thiết bị thuộc Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS (flexible alternating current transmission

ưu điểm của mình trong việc vận hành lưới điện và khả năng mang lại những lợi ích kinh tế to lớn cho hệ thống

chính sau:

- Giảm tổn thất điện năng truyền tải

- Ôn hòa các dao động công suất

dụng, công suất phản kháng có tính chất phân bố theo khu vực với điện áp của các nút trong hệ thống điện là khác nhau nên ngoài nguồn cung cấp điện công suất phản kháng từ các nhà máy điện thì cần phải có những nguồn phát công suất phản kháng khác như: Máy bù đồng bộ, tụ bù, kháng điện…ngoài ra, việc đặt các thiết bị bù công suất phản kháng còn có tác dụng cải thiện đáng

kể thông số chế độ, đặc biệt đối với đường dây siêu cao áp

Trước dây, các thiết bị bù công suất phản kháng thường không có tự động điều chỉnh hoặc có điều chỉnh nhưng rất chậm, nhảy bậc Ngày nay với sự ra đời của các thiết bị thyristor công suất lớn và cùng với nó là các thiết bị

phục được các nhược điểm nêu trên và mang lại hiệu quả rất cao trong vận hành hệ thống điện Do tính ưu việt của SVC (khả năng điều chỉnh nhanh), biên độ thay đổi khá lớn nên nó đó được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới để cải thiện chế độ vận hành và mở rộng ứng dụng việc cải thiện thông số chế độ đường dây và nâng cao ổn định của hệ thống điện

SVC được lắp đặt trong hệ thống điện có tác dụng tăng tính linh hoạt của hệ thống trên nhiều khía cạnh như: điều chỉnh điện áp tại vị trí SVC mắc vào lưới, làm tăng ổn định hệ thống, tăng khả năng truyền tải công suất, giảm tức thời quá điện áp, hạn chế khả năng cộng hưởng tần số và giảm dao động công suất…

Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện Nó hoạt động trong hệ thống như một phần tử thụ động nhưng lại phản ứng của đối tượng tự thích nghi với thông số chế độ

2.1.1.2 M ột số ứng dụng của SVC

2.1.1.2.1 Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất

công suất phản kháng tại điểm nó được nối vào mạng lưới Điều này cũng dễ

hiểu vì công suất phản kháng có tác dụng rất lớn đối với cường độ điện áp,

ảnh hưởng bởi sự biển đổi của công suất tải như việc đóng cắt các phần tử của

hệ thống điện: các đường dây, các nhóm tụ bù, kháng bù, các máy biến áp Với công suất tải lớn thì điện áp sẽ bị giảm đáng kể thậm chí bị sụt mạnh Điều đó là nguyên nhân dẫn đến sự tác động của Relay điện áp thấp Quá điện

áp là nguyên nhân gây lên hiện tượng bão hòa mạch từ trong máy biến áp, mà cũng là nguyên nhân làm tăng vọt các thành phần sóng hài trong các máy phát điện Điều đó, dẫn đến hiện tượng cộng hưởng các thành phần sóng hài và có thể là sự cộng hưởng trong các tụ bù, trên đường dây truyền tải và trong các đường cáp Điều này có thể dẫn đến sự tác động của chống sét van và có thể

là nguyên nhân phá hỏng các chống sét van này Sự cộng hưởng về nhiệt của các tụ điện và các động cơ có thể pháp hỏng các thiết bị điện của hộ tiêu thụ

suất là một hàm phụ thuộc vào công suất tải của toàn hệ thống và có thể minh họa bằng ví dụ đơn giản như hình 2.1

H×nh 2.1: §iÒu chØnh ®iÖn ¸p t¹i nót phô t¶i b»ng SVC

Trong đó:

E: là điện áp của hệ thống

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

Điện áp tại thanh cái phụ tải của hệ thống sẽ có xu hướng giảm thieo chiều tăng của công suất tải nếu không có phần tử bù công suất phản kháng và được

thể hiện trờn đường đặc tớnh (a) của hỡnh 2.2 Sự cung cấp cụng suất phản khỏng của thiết bị SVC với dải thụng số định mức tại điểm đấu phụ tải sẽ giữ cho điện ỏp phụ tải ớt biến đổi hơn và thể hiện trờn đường đặc tớnh (b) của hỡnh 2.2

trờn thanh cỏi của phụ tải cú thể được giữ giỏ trị khụng đổi và được thể hiện trờn đường đặc tớnh (c) của hỡnh 2.2

P

Hình 2.2:Sự thay đổi của điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC

2.1.1.2.2 Giới hạn thời gian và cường độ quỏ ỏp khi xảy ra sự cố

Chức năng quan trọng nhất là giới hạn thời gian và cường độ quỏ ỏp khi xảy ra sự cố bỡnh thường khi mất tải đột ngột tại một điểm trờn đường dõy hoặc ngắn mạch yếu Vỡ SVC cú thể phản ứng trong vũng 10ms, nờn thời gian quỏ ỏp sẽ được giảm xuống thấp hơn thời gian chỉnh định bảo vệ của hệ thống

rơ le Do đú cac rơ le khụng cần tỏc động cắt sự cố và tớnh chất tải điện sẽ được nõng cao Quan hệ quỏ ỏp với thời gian được thể hiện ở hỡnh 2.3

Hình 2.3: Quan hệ thời gian và điện áp quá áp

Đặc điểm này rất quan trọng đối với đường dây siêu cao áp như đường dây 500kV Bắc - Nam của nước ta bởi vì nó có chiều dài rất lớn (1487km) nhiều tình huống cắt ngắn mạch một phía các đoạn đường dây có thể dẫn đến hiện tượng quá áp

trường hợp sau:

động

- Hòa đồng bộ

- Sửa chữa định kì kháng bù ngang tại Đà Nẵng

- Sửa chữa định kì tụ bù dọc

- Khi tự đóng lại một pha

- Đường dây 500kV bị cắt trọng mọi trường hợp

- Các sự cố khác

2.1.1.2.3 Làm dịu dao động công suất hữu công

Dao động công suất là một hiện tượng có thể xảy ra sau một quá trình quá

độ, ví dụ như mất tải hoặc thình lình giảm công suất phát tại nguồn hoặc tự động đóng lại sau khi xảy sự cố v.v.v Hệ thống tải điện càng yếu thì hiện tượng này càng dễ xảy ra Và đây là một vấn đề lớn đối với đường dây siêu

Trong hệ thống điện hợp nhất của nước ta, dao động công suất có thể xảy ra trong các trường hợp sau:

- Loại bỏ phụ tải Phú Lâm

- Loại bỏ phụ tải Đà Nẵng

- Sự cố ngắn mạch 3 pha

- Sự cố tại nhà máy thủy điện Hòa Bình

cách thay đổi góc mở của thyristor của SVC một cách gần như tức thời

2.1.1.2.4 Giảm cường độ dòng điện vô công

Giảm cường độ dòng điện vô công và như thế sẽ giảm bớt đi tổn thất gây ra bởi dòng điện này trên đường dây mà các nhà máy phát điện phải cung cấp Nói chung là tiết kiệm năng lượng và tăng năng suất của hệ thống điện

2.1 1.2.5 Tăng khả năng tải của đường dây

Tăng khả năng tải của đường dây, và tăng độ dự trữ ổn định của đường dây

Sử dụng thiết bị bù có điều khiển cho phép biển đổi các đặc tính của đường dây, công suất tự nhiên của đường dây và có thể đạt được chế độ làm việc của đường dây, trong đó công suất truyền tải luôn luôn bằng công suất tự nhiên của đường dây

Khi có đặt SVC ở giữa đường dây với công suất đủ lớn thì việc kiểm tra khả năng tải của đường dây không phải giữa các véc tơ điện áp ở đầu và cuối đường dây mà chỉ giữa các điểm có khả năng giữ điện áp không đổi (điểm có đặt SVC)

Công suất truyền tải của hệ thống điện thường được giới hạn bởi cấp điện

áp vận hành và điện kháng trong các máy biến áp của hệ thống

Công suất tác dụng truyền tải trên đường dây được cho bởi công thức sau:

δ

sin

=

m P

- P: công suất truyền tải trên đường dây

- Pm: công suất lớn nhất mà đường dây có thể truyền tải được

- δ: góc giữa điện áp đầu cực máy phát và điện áp tại điểm xét

Công suất lớn nhất mà đường dây có thể truyền tải được hay chính là công suất truyền tải lớn nhất của hệ thống mà vẫn đảm bảo được tính ổn định Pm đạt được với góc δ = 90P

Đây chính là giới hạn ổn định của công suất truyền tải của hệ thống

Với việc sử dụng các thiết bị SVC tại các điểm trên đường dây truyền tải sẽ

có xu hướng làm tăng khả năng tải của đường dây truyền tải bởi vì điện áp được cung cấp thêm bởi các SVC tại điểm đấu SVC và khi có thiết bị SVC có công suất đủ lớn được nối tại một điểm của đường dây sao cho điện kháng

truyền tải công suất của hệ thống điện sẽ bằng:

2 sin

=

m P

P

và điện áp U=E

H×nh 2.4: §Æc tÝnh c«ng suÊt truyÒn t¶i cña hÖ thèng khi cã va ̀ kh«ng cã SVC

Điều đó có nghĩa là giới hạn của trạng thái ổn định bây giơ tại góc δ =

Nếu đường dây truyền tải với lượng công suất nhỏ hơn giá trị công suất max và để giữ trạng thái ổn định thì thiết bị SVC cần phải có lượng công suất max là Qcmax= 4Pm Trên thực tế công suất các thiết bị bù thường nhỏ hơn cũng được chấp nhận vì lí do kinh tế Nếu một thiết bị bù có công suất giới hạn được vận hành lớn hơn công suất của nó thì nó sẽ hoạt động như một kháng bù ngang có công suất không đổi Điều đó có nghĩa rằng điện áp tại điểm giữa không đổi và bằng giá trị E

Khi đó công suất tác dụng truyền tải giảm và được tính theo công thức sau: sin δ

4 1 1

m

C m

P

Q P

P

−

=

được trong hệ thống điện thực tế với các thiết bị SVC nối tại các vị trí chiến lược mà có thể tìm ra bằng việc nghiên cứu dòng điện phụ tải

2.1.1.2.6 Cân bằng các phụ tải không đối xứng

Cân bằng các phụ tải không đối xứng do SVC có khả năng giữ điện áp ổn định theo từng pha riêng rẽ nên nó làm cho độ không đối xứng của phụ tải giảm xuống Sự không đối xứng và sự xuất hiện của các tải một pha đều có ảnh hưởng đến chất lượng điện áp trong hệ thống điện Nó là nguyên nhân của sự không đối xứng điện áp và sự quá tải trong các phần tử hệ thống như máy phát…và có thể làm hỏng các máy điện quay Bằng việc bổ sung các kháng điện bù ngang có thể đạt được sự cân bằng phụ tải, sự cân bằng điện áp

và hiệu chỉnh được hệ số công suất

pháp được đề ra là mắc các phần tử kháng điện vào giữa các pha của hệ thống

2.1.1.2.7 Cải thiện ổn định sau sự cố

Để cho hệ thống điện giữ được trạng thái ổn định sau các nhiễu loạn lớn do việc loại trừ các sự cố bằng tác động của các phần tử bảo vệ Hệ thống phải

giữ công suất truyền tải trên đường dây nhỏ hơn giá trị công suất giới hạn ổn định Mức công suất lớn nhất hệ thống có thể truyền tải sau những sự cố mà vẫn đảm bảo trạng thái ổn định của hệ thống (được giữ nhỏ hơn giá trị công suất truyền tải thực tế trong điều kiện bình thường) được gọi là giới hạn ổn định quá độ Xét hệ thống điện đơn giản như hình 2.5 Công suất truyền tải trước sự cố là P1 và đường đặc tính (1)

Trong khoảng thời gian tồn tại sự cố, công suất truyền tải giảm đi so với lúc trước sự cố và được minh họa bằng đường đặc tính (2)

gia tốc cho tới khi sự cố được xóa bỏ tại góc δc bằng việc ngắt đường dây sự

cố và công suất truyền tải tăng dần trên đường đặc tính (3) Năng lượng tích lũy được trong quá trình gia tốc của rotor được đặc trưng bằng diện tích hình

chuyển động của nó Công suất truyền tải của hệ thống sẽ vượt quá giá trị P1 Giá trị lớn nhất của góc quay đạt được khi năng lượng hãm tốc (được định nghĩa bằng diện tích hình A2) bằng năng lượng tăng tốc (diện tích hình A1)

H×nh 2.5: §Æc tÝnh c«ng suÊt khi cã vµ kh«ng cã SVC

Nếu sau sự cố góc quay lớn nhất của rotor đạt được δmax nhỏ hơn góc giới hạn của rotor δcr thì hệ thống giữ được trạng thái ổn định Nếu δmax< δcr thì

năng lượng hãm tốc có tác dụng giữ cho rotor ở trạng thái ổn định Điều này cho phép định chế độ vận hành ổn định cho hệ thống điện sau các kích động lớn, nhỏ

năng tải của hệ thống và được minh họa như hình 2.5 Đối với cùng một hệ thống truyền tải nhưng khi có ứng dụng thiết bị SVC thì diện tích hãm tốc của rotor lớn hơn chính vì thế làm tăng khả năng tải của hệ thống sau các kích động lớn, nhỏ

2.1.2 Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC

2.1.2.1 C ấu tạo từng phần tử của SVC

2.1.2.1.1 Nguyên lý hoạt động của bộ thyristor mắc song song ngược

* Trường hợp tải thuần trở:

Khi T1 mở thì một phần nửa chu kì dương điện áp nguồn điện đặt lên mạch tải, còn khi T2 mở thì một phần của nửa chu kì âm của điện áp nguồn được đặt lên mạch tải

≤

≤

π θ α π

π θ α

2

Dòng điện tải không có dạng của một hình sin Ta phải khai triển Fuorier của nó gồm thành phần sóng cơ bản và các

sóng hài bậc cao

được thể hiện trên đồ thị hình 2.7

Điều đó nói lên rằng, ngay cả trường hợp

tải thuần trở, lưới điện xoay chiều vẫn cung cấp

một lượng công suất phản kháng

) sin 2 1

0

2 1

π 2

2 sin 2

giá trị cực đại, sau đó giảm xuống và đạt giá trị zêzo khi θ= β

Khi thyristor T1 mở, ta có phương trình:

Hằng số tích phân IR 0 R được xác định theo sơ kiện: khi θ= β thì it = 0

Khi θ = π + α cho xung mở T2

Để cho sơ đồ làm việc được hoàn chỉnh khi tải thuần cảm, phải thỏa mãn điều kiện β ≤ π + α Do đó góc α buộc phải nằm trong các giới hạn:

Dòng điện tải là dòng gián đoạn, do iR 1 R và iR 2 R tạo nên Khai triển Fourier của

nó bao gồm thành phần sóng cơ bản i(1) và các sóng hài bậc cao Thành phần

Trị hiệu dụng của dòng điện tải:

θθα

πϖ

θπ

α π α

α π

L

U d

i

2

2 2

2

)cos(cos

121

π

αα

α

πϖ

2 sin 3 ) 2 cos 2 (

Công suất mạch tải tiêu thụ là công suất phản kháng

Nếu ta thay đổi đột ngột giá trị góc điều khiển từ α = 0P

2.1.2.1.2 Kháng điều chỉnh bằng thyristor TCR (thyristor controlled reactor)

* S ơ đồ nguyên lý hoạt động

Kháng điều chỉnh nhanh bằng thyristor (TCR) được cấu tạo dựa trên nguyên

lý hoạt động và khả năng điều khiển của cặp thyristor mắc song song và ngược chiều nhau Nhờ có khả năng khống chế được trị số hiệu dụng của

phát hay tiêu thụ công suất phản kháng rất nhanh

Hình 2.8: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR

đổi giảm dần từ giỏ trị cực đại đến zezo Nguyờn lý hoạt động và cấu tạo của TCR được thể hiện trờn hỡnh 2.8

- L: cuộn điện khỏng chớnh

- LR H R: cuộn điện khỏng hóm, cú chức năng giới hạn dũng đi qua thyristor

và chống lại sự cộng hưởng với hệ thống điện

- Thyristor: cú chức năng điều chỉnh dũng điện đi qua TCR

điều khiển của thyristor hệ thống này là một khõu quan trọng để điều chỉnh liờn tục dũng điện hay giỏ trị XR L R hay thay đổi trị số cụng suất phản khỏng phỏt

ra hay tiờu thụ

trờn từng pha

- Khả năng điều khiển, điều chỉnh cỏc thụng số rất nhanh, hầu như khồn

cú giai đoạn quỏ độ nhờ bộ van thyristor Đặc tớnh điều chỉnh liờn tục của TCR thể hiện trờn hỡnh 2.9

* Đặc tính làm việc của TCR

Tín hiệu này không phải là tín hiệu hình sin mà là tín hiệu có

α được biểu diễn như sau:

ITCR = IR 0 R.I(α)

Trong đó:

-min 0

K

dm X

H×nh 2.10: D¹ng sãng cña tÝn hiÖu dßng ®iÖn cña TCR

I t

I

).

cos cos ( 0

).

cos (cos )

1

a x

n k

T

x k x f T

π

0

2sin)(4

T

T

x k x f T

T

T

x k x f T

T

T

x k x f T

Áp dụng khai triển cho hàm I(α) ta có:

theo tính chất của khai triển Fuorier ta có:

dt t

dt t

I

a

α α

dt kt

cos ( 2

0

0

0 0

0

π α

α π

α α

dt t

t cos ) cos ( cos cos ) cos cos

( 2

0

0

0 0

0

π α

α π

αα

1 ( sin

cos ) 2 sin 4

1 2

1 (

2

0 0

t t

sin(

.cos)(

2sin4

12

2

0

0 0

0 0

0

) ( 2

sin 2

1 2

dt kt

t cos ) cos ( cos cos ) cos cos

( 2

0

0

0 0

0

π α

α π

αα

−+

−

α

π α

α π α

π

αα

π

0 0

.cos.cos

cos.cos

cos.cos

cos.cos

2

0 0

0 0

dt kt dt

kt t dt

kt dt

kt t

a k