Luận văn thạc sĩ tính toán phân tích lưới điện 110 kv khu vực tỉnh vĩnh phúc và đề xuất giải pháp nâng cao tính linh hoạt bằng công nghệ FACTS​

Do sự phát triển của côngnghệ sản xuất các thiết bị điển tử công suất lớn như GTO, IGTO, IGBT,… đã chophép ứng dụng vào hệ thống điện nhằm nâng cao khả năng điều khiển dòng côngsuất DCS

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ

TÊN ĐỀ TÀI:

TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH LƯỚI ĐIỆN 110 KV KHU VỰC TỈNH VĨNH PHÚC VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO TÍNH LINH HOẠT BẰNG

CÔNG NGHỆ FACTS

(FACTS – FLEXIBLE ALTERNATING CURRENT TRANSMISSION SYSTEM)

Họ và tên học viên: Phạm Văn Ngọc Người hướng dẫn khoa học: TS Ngô Đức Minh Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

Mã số: 60.52.02.02

THÁI NGUYÊN, NĂM 2016

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ

TÊN ĐỀ TÀI:

TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH LƯỚI ĐIỆN 110 KV KHU VỰC TỈNH VĨNH PHÚC VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO TÍNH LINH HOẠT BẰNG

CÔNG NGHỆ FACTS

(FACTS – FLEXIBLE ALTERNATING CURRENT TRANSMISSION SYSTEM)

THÁI NGUYÊN - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Phạm Văn Ngọc

Sinh ngày 02 tháng 02 năm 1980

Học viên lớp cao học khóa 16 - chuyên ngành Kỹ thuật điện - Trường Đại học kỹthuật Công nghiệp Thái Nguyên

Hiện đang công tác tại: Công ty Lưới điện cao thế miền Bắc

Tác giả xin cam đoan: Đề tài “Tính toán phân tích Lưới điện 110 kV khu

vực tỉnh Vĩnh Phúc và đề xuất giải pháp nâng cao tính linh hoạt bằng công nghệ FACTS“ do thầy giáo TS Ngô Đức Minh hướng dẫn là công trình nghiên cứu của

riêng tôi Nội dung trong luận văn đúng như trong đề cương và yêu cầu của Thầygiáo hướng dẫn, tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Phạm Văn Ngọc

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương, được sự giúp đỡ và

hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS Ngô Đức Minh, luận văn với đề tài “Tính

toán phân tích Lưới điện 110 kV khu vực tỉnh Vĩnh Phúc và đề xuất giải pháp nâng cao tính linh hoạt bằng công nghệ FACTS“ đã hoàn thành.

Với sự kính trọng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

Thầy giáo hướng dẫn TS Ngô Đức Minh đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả

hoàn thành luận văn này

Phòng đào tạo, các thầy giáo, cô giáo Khoa điện- Trường đại học kỹ thuậtCông nghiệp Thái Nguyên đã tận tình giúp tôi trang bị những tri thức mới, hữu ích,tạo điều kiện, môi trường thuận lợi nhất trong suốt quá trình học tập và thực hiệnluận văn

Xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp nơi tôi đang công tác đã hợp tácchia sẻ, cung cấp thông tin, tài liệu, số liệu phục vụ cho nghiên cứu đề tài

Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến gia đình và những người bạn đã động viên,

hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình học tập, làm việc và thực hiện luận văn

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 3 năm 2016

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Phạm Văn Ngọc

1.1.3 Những công nghệ mới trên lưới truyền tải - Thiết bị bù công suất

1.2.6 Các thành phần công suất, [1], [2], [4] 31

1.2.12 Mối quan hệ giữa công suất tác dụng, công suất phản kháng, cấp

Chương II: GIẢI TÍCH LƯỚI VÀ TÍNH TOÁN PHÂN BỐ DÒNG

2.4.2 Mô phỏng lưới có 3 loại nút: nút V, nút PQ và nút PV 65

Chương III: TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT LƯỚI ĐIỆN

8 Thông số và phương thức kết dây TBA 110kV Việt Trì (E4.1) 83

3.2.2 Áp dụng thuật toán Newton-Raphson giải tích lưới 110 kV Vĩnh Phúc

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát các khối chính của một hệ thống điện

Hình 1.2 Lưới truyền tải điện (500-220) kV

Hình 1.3 Kết cấu đường dây truyền tải mạch kép

Hình 1.4 Cấu trúc đường dây 220kV và 500 kV mạch đơn

Hình 1.5 Mô tả kết cấu cáp dẫn điện cao thế

Hình 1.6 Thiết bị bù điện tử

Hình 1.7a,b Mô tả thiết bị bù nhiều cấp nối

tiếp Hình 1.8 Cấu trúc mạch lực UPFC Hình

1.9 Đặc tính tải tự nhiên

Hình 1.10 Mô hình tính toán công suất ngắn mạch

Hình 1.11 Mô hình Thevenin với tải thuần trở

Hình 1.12 Mô hình Thevenin với tải thuần cảm

Hình 1.13 Mô hình Thevenin với tải thuần dung

Hình 1.14 Mô hình hệ thống đối xứng

Hình 1.15 Đồ thị vector các thành phần công suất

Hình 1.16 Mô hình mạch một pha

Hình 1.17 Đồ thị vecter dòng áp với các loại tải khác nhau

Hình 1.18 Sơ đồ pha điều chỉnh hệ số công suất

Hình 1.19 Mô hình hệ thống điện đơn giản

Hình 1.20 Quan hệ dòng áp truyền dẫn của hệ thống

Hình 1.21 Bù cho điện áp không đổi

Hình 1.22 Mô hình hệ thống điện

Hình 1.23 Mô tả hệ thống điện hình qua đồ thị vecter

Hình 2.1 Mô hình nút trong giải tích lưới

Hình 2.3 Mô tả thuật toán tính lặp NR

Hình 2 4 Mô hình lưới 5 nút, 7 đường dây

Hình 2.5 Lưu đồ thuật toán NR

Hình 2.6 Kết quả mô phỏng giải tích lưới có 2 loại nút V và PQ

Hình 2.7 Thông số vận hành sau cải tại lưới bước 1

Hình 2.8 Chế độ vận hành tạm thời khi sự cố đứt một đường dây tuyến L24

Hình 2.9 Kết quả mô phỏng khi chọn giải pháp bù CSPK

Hình 2.10 Mô phỏng lưới có 3 loại nút nút V, nút PQ và nút PV

Hình 2.11a,b Mô phỏng lưới có 3 loại nút nút V, nút PQ và nút

PV ở chế độ tăng công suất phát

Hình 2.11 Mô phỏng lưới có 3 loại nút nút V, nút PQ và nút PV

ở chế độ có sự thay đổi phụ tải các nút _ tải nút 5 giảm 50%

Hình 2.13 Mô tả cấu trúc STATCOM

Hình 2.14 sơ đồ mạch điện thay thế STATCOM kết nối tại nút k

Hình 2.15 Sơ đồ mạch điện thay thế 3 pha của một STATCOM

Hình 3.1 Sơ đồ lưới điện 110 kV tỉnh Vĩnh Phúc

Hình 3.2 Mô phỏng hoạt động lưới 110 kV – Vĩnh Phúc

Với chế độ vận hành thực tế ngày 25/9/2015

Hình 3.3 Mô phỏng hoạt động lưới 110 kV – Vĩnh Phúc

trong chế độ tải định mức, cos =0,85.

Hình 3.4 Giản đồ điện áp trong chế độ tải định mức, cos =0,85

Hình 3.5 Giản đồ dòng điện các nhánh trong chế độ tải

định mức, cos =0,85

Hình 3.6 Mô phỏng hoạt động lưới 110 kV – Vĩnh Phúc ở

chế độ tải định mức, cos =0,85 sau khi tái cấu trúc nâng cấp đường dây Hình

3.7 Mô phỏng điện áp nút và phân bố công suất lưới 110kV Vĩnh phúc

ở chế độ N2 bị hạn chế công suất (200 MW; 110 kV)

Hình 3.8 Giản đồ phân bố dòng điện ở chế độ N2 bị hạn chế

công suất (200 MW; 110 kV)

Hình 3.9 Mô phỏng điện áp nút và phân bố công suất Lưới 110kV Vĩnh phúc ở

chế độ N2 bị hạn chế công suất (200 MW; 110 kV) có bù CSPK bằng STATCOM

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Phát và hấp thụ công suất phản kháng giữa tải và nguồn

Bảng 2.1 Thông số nút trong lưới điện

Bảng 2.2 Thông số lưới có 2 loại nút:V và

PQ Bảng 2.3 Thông số đường dây

Bảng 2.4 Kết quả thuật toán NR tính cho lưới có hai loại nút V và PQ

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

FACTS: Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt

SVC: Tụ bù tĩnh có dung lượng thay đổi

MỞ ĐẦU

Trong hệ thống điện, bài toán điều độ dòng công suất trên các đường truyềndẫn là vấn đề quan trọng được quan tâm ngay từ khi thiết kế đến vận hành nhằmđảm bảo cho hệ thống điện hoạt động ổn định trên cơ sở thỏa mãn tính kinh tế và kỹthuật đặt ra Tuy nhiên khâu thiết kế và xây lắp được xem như là phần cứng, trongkhi đó quá trình vận hành là phần mềm Bài toán cân bằng công suất luôn phải đốimặt với thông số phụ tải là không cố định, điện áp nút thay đổi…và do đó phân bốdòng công suất trên các nhánh (đường truyền) thay đổi, thậm trí đổi chiều, hay nóicách khác trên lưới thường xuyên diễn ra quá trình phân bố công suất Nếu quá trìnhnày diễn ra sai lệch vượt khỏi phạm vi cho phép so với với kịch bản quy định nghĩa

là hoạt động của hệ thống đã không kiểm soát được

Vấn đề kiểm soát hoạt động lưới điện đã có nhiều công cụ toán học được nêu

ra Trong luận văn này, thuật toán Newton-Raphson được lựa chọn bởi có nhiều ưuđiểm như: phù hợp với đối tượng áp dụng là giải tích lưới điện, độ hội tụ nhanh, cácbước giải tường minh phản ánh rõ bản chất vật lý và các quá trình năng lượng trong

hệ thống điện

Trước đây, các hoạt động điều khiển, điều chỉnh lưới điện chủ yếu được thựchiện bởi các thiết bị tập trung, thụ động là:

Hiệu quả mang lại từ các thao tác trên rất hạn chế Ngày nay, hầu hết cácQuốc gia phát triển trên thế giới đều áp dụng công nghệ FACTS để giải quyết vấn

đề này Ở Việt Nam đã bước đầu áp dụng tại Trạm 220 KV Thái Nguyên và ViệtTrì

FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems) được đề xuấtđầu tiên vào năm 1988 ở viện EPRI (Electric Power Research Institute) tại Hoa Kỳ.Đây là khái niệm về một hệ thống điện linh hoạt Có nghĩa là các thông số của hệthống được điều khiển, đáp ứng nhanh chóng theo đầu vào cũng như khi thay đổi

điểm làm việc.

Công nghệ FACTS dựa trên cơ sở các bộ biến đổi VSI (Voltage SourceInverter), VCS (Voltage Source Converter) công suất lớn Do sự phát triển của côngnghệ sản xuất các thiết bị điển tử công suất lớn như GTO, IGTO, IGBT,… đã chophép ứng dụng vào hệ thống điện nhằm nâng cao khả năng điều khiển dòng côngsuất (DCS) cả về độ lớn, phương chiều và chất lượng trong lưới điện kín Đây là thếmạnh chính giúp cho FACTS ra đời và phát triển bền vững Cho đến nay, FACTSđang ngày càng phát triển ở hầu hết các nước trên thế giới Vì thế, vấn đề tiếp cận

và ứng dụng công nghệ FACTS là tất yếu cho giảng dạy, nghiên cứu và ứng dụngtrong hệ thống điện Việt Nam Được sự giúp đỡ của nhà trường, phòng đào tạo, với

sự hướng dẫn của thầy giáo TS Ngô Đức Minh tôi đã lựa chọn đề tài “Tính toánphân tích Lưới điện 110 kV khu vực tỉnh Vĩnh Phúc và đề xuất giải pháp nâng cao

Mục đích nghiên cứu

Tính toán phân tích lưới truyền tải 110 kV từ đó áp dụng cho một lưới điện

110 kV trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc

Đề xuất giải pháp áp dụng công nghệ FACTS cho lưới điện 110 KV

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề xuất giải pháp nâng cao tính linh hoạt lưới 110 KV bằng thiết bị bù SVChoặc STATCOM

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết: thu thập các tài liệu liên quan đến đề tài, vận dụngkiến thức chuyên môn tích lũy được kết hợp với bổ túc thêm của người HDKH đểthực hiện nội dung yêu cầu của đề tài

Khảo sát số liệu thực tế kết hợp với mô phỏng để đánh giá kết quả

Đánh giá đóng góp của đề tài, giá trị khoa học và thực tiễn đạt được

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Phân tích lưới 110kV có đề cập số liệu thực tế giúp cho học viên nắm vững

về hoạt động của một lưới điện 110 kV cụ thể Liên hệ gắn kết giữa lý thuyết vàthực tiễn

Cuối cùng là dựa trên nền tảng kiến thức đã phân tích áp dụng cho giải tíchmột lưới điện thực tế 110kV thuộc khu vực tỉnh Vĩnh Phúc và các giải pháp khắcphục nhằm nâng cao chất lượng điện năng, độ tin cậy và tính kinh tế hệ thống

Nội dung nghiên cứu là tài liệu tham khảo cho đào tạo đại học và sau đại họcchuyên ngành HTĐ

Chương I TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN 1.1 MÔ HÌNH CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỆN

lớn gồm: nhà máy nhiệt điện chạy than, nhà máy nhiệt điện hạt nhân và nhà máy thủyđiện

và 132(110) kV thường được áp dụng đối với các nước tân tiến

với các mức điện áp được 33(35) kV, 11(22) kV, 415(400) V và

240(220) V

- Ngoài ra có thể nói rõ thêm về các phụ tải công nghiệp sẽ sử dụng điện ba

pha ở 22 kV và với dân dụng thì sử dụng điện một pha 220 V

Trong lưới truyền tải, một số công nghệ mới trong FACTS (Flexiblealternating current transmittion system) được áp dụng đó là đường truyền HVDC ápdụng cho đường truyền xa, công suất lớn và Một SVC hoặc STATCOM có thể được

sử dụng để cung cấp hỗ trợ công suất phản kháng tại một vị trí mạng cách xa cácmáy phát điện đồng bộ Ở cấp độ phân phối, ví dụ 35kV và 22kV, một D-STATCOM có thể được sử dụng để cung cấp hỗ trợ độ lớn điện áp, cải thiện hệ sốcông suất và hủy bỏ sóng hài Ngày nay, trong lưới có sự tham gia của các nguồnmáy phát một chiều DC generator cũng như xoay chiều công suất vừa và nhỏ đặctrưng cho sự tham gia ngày càng nhiều của các nguồn phân tán sử dụng năng lượngtái tạo, việc hòa lưới của những nguồn này luôn được kết hợp với các bộ biến đổiđiện tử công suất VSC

Ngoài ra, một sự khác biệt được rút ra từ thực tế cho thấy máy phát điện lớn,

ví dụ như thủy điện, hạt nhân và than đá được kết nối trực tiếp vào lưới truyền tải,trong khi đó các nguồn phân tán công suất nhỏ, ví dụ như điện gió, điện sinh khối,

phối Nói chung, nguồn phân tán được xem như là một cách thân thiện môi trường tạo rađiện năng, với một số máy phát điện sử dụng năng lượng tái tạo tự nhiên từ thiên nhiênnhư một nguồn năng lượng sơ cấp, ví dụ như gió, năng lượng mặt trời, thủy điện siêu nhỏ

và sóng Một số máy phát điện khác sử dụng nguồn năng lượng không thể tái tạo, nhưngvẫn thân thiện với môi trường, năng lượng sơ cấp như oxy và khí đốt Máy phát điệnDiesel là một ví dụ về sử dụng năng lượng không tái tạo, không thân thiện môi trường

Để thấy được các bước tiến bộ trong hệ thống điện, một lần nữa trong đề án

này cần phân tích rõ các phần tử chính của hệ thống

1.1.2 Các phần tử chính trong lưới truyền tải,[1-4]

1- Máy phát điện

Các nhu cầu lớn về điện năng kết hợp với sự thay đổi tự nhiên liên tục vàkhông có khả năng để lưu trữ năng lượng điện với số lượng đáng kể làm nên sự đadạng của các nguồn phát trong lưới điện Quan điểm truyền thống là việc sử dụng

các nguồn năng lượng sơ cấp khác nhau cùng với sự liên tục cung cấp điện

và một cơ chế giá ổn định hơn

Hầu hết lượng điện tiêu thụ trên toàn thế giới được sản xuất bởi máy

phát điện đồng bộ 3 pha (Kundur, 1994) Tuy nhiên, máy phát điện cảm ứng

ba pha sẽ tăng số lượng khi nguồn năng lượng gió (HEIER, 1998) ngày càng

trở nên phổ biến rộng rãi Tương tự, máy phát điện tĩnh ba pha hay một pha

dưới dạng các pin nhiên liệu và pin mặt trời sẽ góp phần đáng kể vào sản

xuất điện toàn cầu trong tương lai Tuy nhiên, hiện tại các các máy điện đồng

bộ công suất lớn vẫn nắm vai trò chủ đạo trong việc cung cấp và ổn định hệ

thống2điện-Đường dây truyền tải điện

Lưới điện hoạt động ở mức điện áp cao như 500kV và 220kV sẽ hiệu

quả hơn (Weedy, 1987) Máy biến áp tăng áp có trách nhiệm tăng điện áp lên

tới mức truyền tải và máy biến áp giảm áp được chịu trách nhiệm cho việc

giảm điện áp xuống mức phân phối từ 66 kV trở xuống

Truyền tải điện cao áp được thực hiện bằng đường dây tải điện xoay

chiều trên không và đường dây tải điện một chiều trên không Thiết bị phụ

trợ như thiết bị chuyển mạch (đóng cắt), thiết bị bảo vệ và thiết bị hỗ trợ bù

công suất phản kháng là cần thiết cho sự hoạt động đúng của hệ thống truyền

dẫn Mạng lưới truyền tải điện cao thế thường kết nối với nhau để cung cấp

đường dẫn dự phòng đáng tin cậy Trên hình 1.2 minh họa cho một lưới

truyền tải mạng điện đơn giản

Hình 1.2 Lưới truyền tải điện (500-220) kV

o Đường dây trên không:

Đường dây tải điện trên không được sử dụng trong mạng truyền tải và mạngcung cấp Hệ thống đường dây có thể được xây dựng theo cấu trúc mạch kép, vớihai hệ thống dây dẫn ba pha chung trên một hàng cột, như thể hiện trong hình 1.3

Hình 1.3 Kết cấu đường dây truyền tải mạch képHoặc cũng được xây dựng theo cấu trúc mạch đơn đường dây ba pha trên mộthàng cột như thể hiện trong hình 1.4a

Các đường dây truyền tải mạch đơn và kép sẽ hình thành hệ thống truyền tảiliên tục Trong một số trường hợp đặc biệt có tới sáu mạch ba pha vẫn có thể đượcthực hiện trên cùng một hàng cột

Trong đường dây truyền tải điện áp cao, mỗi pha bao gồm hai dây dẫn trênmột pha, tùy thuộc vào điện áp định mức của chúng, để giảm tổng trở kháng củađường dây và tăng khả năng truyền dẫn (hai dây khi Uđm = 220 kV hoặc bốn dâykhi Uđm ≥ 500 kV, hình 1.4b Phía trên đỉnh cột có một hoặc hai dây cáp thép (skywire) được sử dụng cho mục đích bảo vệ chống sét đánh trực tiếp

Hình 1.4 Cấu trúc đường dây 220kV và 500 kV mạch đơn

o Cáp dẫn điện

Đối với lưới truyền tải hầu như chỉ sử dụng đường dây trên không,

trong khi đó cáp lại được sử dụng hầu hết trong lưới phân phối Trường hợp

lưới truyền tải trong khu vực đông dân cư, hệ thống đường cáp ngầm được sử

dụng thay cho hệ thống đường dây trên không được xem là giải pháp tốt

nhất Cáp có rất nhiều loại và được sản xuất cho các ứng dụng khác nhau,

hình 1.5

Hình 1.5 Mô tả kết cấu cáp dẫn điện cao thế( a) Ba lõi dẫn, vỏ, vùng chống thấm ; ( b ) một lõi dẫn, vỏCáp có đai thông thường được sử dụng phổ biến cho ba pha, hoạt

động điện áp thấp lên đến khoảng 5kV, Đối với cáp có kết cấu tăng cường,

cách điện dạng nhựa cáp có thể áp dụng cho cấp điện áp cao hơn đến 46 kV

Với cấp điện áp cao hơn đến 220kV dùng trong cáp trạm phân phối nhà máy

điện, cáp có kết cấu một pha riêng biệt, cách điện dạng khí FS6

hướng dòng công suất trong mạng điện (phân luồng công suất);

tải, ví dụ như: máy biến áp chỉnh lưu, nghịch lưu cho HVDC hay các thiết bị trongFACTS)

Về cấu tạo, máy biến áp điện có thể được xem như bao gồm một hoặc nhiềulõi sắt và hai hoặc ba cuộn dây đồng cho mỗi pha Các cuộn dây ba pha có thể đượckết nối theo một số tổ nối dây khác nhau, ví dụ: Y-Y, Y- và -

Máy biến áp ba pha hiện đại sử dụng một trong các loại lõi từ tính sau: bapha đơn, một đơn vị ba pha với ba chân hoặc một đơn vị ba pha có năm chân

1.1.3 Những công nghệ mới trên lưới truyền tải - Thiết bị bù công suất phản kháng, [1-5]

Thiết bị công suất phản kháng là một thành phần thiết yếu của hệ thốngtruyền tải (Miller, 1982) Nó được sử dụng để điều chỉnh điện áp, tăng cường sự ổnđịnh và làm tăng chất lượng truyền tải Các chức năng này thường được thực hiệntheo kiểu kết nối song song hay nối tiếp với sự phối hợp của tụ điện và cuộn khángphi tuyến Tuy nhiên, khi có một luận chứng kinh tế kỹ thuật được thỏa mãn, thiết

bị bù công suất phản kháng được cung cấp bởi các bộ biến đổi điện tử tiến bộ hơnhẳn so với các thao tác bởi phương tiện cơ khí, cho phép kiểm soát gần như tức thờicủa công suất phản kháng, độ lớn điện áp và trở kháng đường dây truyền tải tạiđiểm bù

Đại diện cho cho thiết bị bù điện tử là hai dạng SVC và STATCOM đượcphát triển mạnh trong thời gian gần đây thiết bị được sử dụng để cung cấp bù côngsuất phản kháng (Hingorani và Gyugyi, 2000), hình 1.6

a)Hình 1.6 Thiết bị bù điện tử

b)

a) Cấu trúc mạch lực thiết bị bù SVC b) Cấu trúc mạch lực của STACOM

Hình 1.6a cho thấy một cấu trúc SVC ba pha kết nối các thyristor

điều khiển cuộn kháng (TCR) kết nối với phía thứ cấp của biến áp

Hình 1.6b cho thấy một cấu trúc tương tự nhưng đối với ba pha

STATCOM sử dụng bán dẫn GTO Trong các ứng dụng điện năng thấp hơn,

chuyển mạch IGBT có thể được sử dụng để thay cho GTO

Hình 1.7a và hình1.7b mô tả sự tương đồng giữa các đóng cắt cơ khí

và đóng cắt van bán dẫn cho nguyên tắc bù có nhiều cấp

Hình 1.7a,b Mô tả thiết bị bù nhiều cấp nối tiếpMột số điều khiển điện tử công suất khác đã được xây dựng để cung

cấp điều khiển thích nghi với thông số quan trọng của hệ thống điện ngoài

biên độ điện áp, công suất phản kháng và trở kháng Ví dụ, dịch chuyển pha

điện tử được sử dụng để kích hoạt hoạt động kiểm soát dòng điện Ngày nay,

một phần duy nhất của thiết bị này là khả năng kiểm soát cường độ điện áp

và công suất hoạt động và phản ứng Đó là UPFC, bộ điều khiển điện tinh vi

nhất từng được xây dựng (Gyugyi, 1992) Trong hình thức đơn giản nhất của

nó là UPFC gồm hai VSCs, chung một tụ điện một chiều

Trên hình 1.8 mô tả cấu trúc của một UPFC, trong đó một VSC được

kết nối song song còn VSC thứ hai được nối tiếp với lưới điện

Hình 1.8 Cấu trúc mạch lực UPFC

1.2 TRUYỀN TẢI CÔNG SUẤT

1.2.1 Phân tích dòng công suất,[1-6]

Mặc dù trong thực tế các mạng điện luôn trong một trạng thái hoạt động liêntục, nó rất hữu ích để giả định rằng tại một thời điểm, quá độ được tạo ra bởi cáchoạt động đóng ngắt hoặc thay đổi cấu trúc liên kết sẽ mất đi và mạng điện đạt đếnmột trạng thái cân bằng, tức là trạng thái ổn định Các công cụ phân tích được sửdụng để đánh giá các trạng thái ổn định của hệ thống điện là phụ tải hoặc dòng nănglượng , và dưới hình thức cơ bản nhất nhằm đạt các mục tiêu sau đây (Arrillaga vàWatson, 2001):

các nhánh của mạng;

máy phát điện;

Trong trạng thái hoạt động ổn định, các thành phần dự kiến của mạng được

mô tả bằng trở kháng của chúng và tải thường được tính bằng đơn vị MW vàMVAr Định luật Ohm và kirchhoffs được sử dụng để mô tả mạng lưới điện nhưmột đối tượng duy nhất, độ lớn điện áp nút và góc là các biến trạng thái Các dòngđiện là một giá trị phi tuyến bởi vì tại một nút cho trước, việc cung cấp công suất tỷ

lệ bậc một với trở kháng tải và tỷ lệ bình phương với điện áp nút, mà bản thân nókhông được biết ở thời điểm bắt đầu nghiên cứu Vì vậy, phải sử dụng các phép tínhlặp Các nghiệm của hệ phương trình phi tuyến tính biểu diễn cho dòng chảy côngsuất đó là kết quả của việc sử dụng phương pháp Newton- Raphson Các máy phátđiện được biểu diễn như là nguồn cung cấp điện tại nút bởi vì trong trạng thái ổnđịnh được giả định là máy phát điện tại một tốc độ không đổi và AVR được giảđịnh để giữ độ lớn điện áp nút tại một giá trị xác định

Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) cung cấp các điềukhiển thích nghi của một hoặc nhiều tham số mạng tại các điểm nút quan trọngtrong lưới điện Nói chung, các bộ điều khiển có thể điều chỉnh hoặc là độ lớn điện

áp nút hoặc công suất tác dụng trong giới hạn thiết kế của chúng Các bộ điều khiển

tiên tiến nhất, tức là UPFC, có khả năng kiểm soát đồng thời độ lớn điện áp

nút, công suất tác dụng và công suất phản kháng, tiếp theo phải kể đến các

STATCOM, SVC, TCSC Mô hình toàn diện của bộ điều khiển FACTS phù

hợp cho các giải pháp dòng chảy năng lượng hiệu quả, quy mô lớn đã được

phát triển gần đây (Fuerte-Esquivel, 1997)

1.2.2 Đặc tính tự nhiên của phụ tải, [1-5]

Nghiên cứu đồ thị phụ tải là một khâu thiết yếu trong phân tích cũng

như quản lý hệ thống điện, phụ tải của hệ thống thay đổi liên tục theo thời

gian một cách ngẫu nhiên Thay đổi quan trọng xảy ra từ giờ này sang giờ

khác, ngày qua ngày, tháng qua tháng, năm này sang năm khác ( Gross và

Galiana , 1987 ) Hình 1.9 cho thấy một tải điển hình đo trong trạm biến áp

phân phối cho một khoảng thời gian bốn ngày

Hình 1.9 Đặc tính tải tự nhiênCác tính chất ngẫu nhiên của hệ thống điện có thể được bao gồm trong

các nghiên cứu dòng chảy năng lượng và điều này cho thấy các ứng dụng

hữu ích trong việc nghiên cứu và lập kế hoạch trong phát triển “năng lượng

trên thị trường cạnh tranh” Một số phương pháp có thể để mô hình hóa tải

ngẫu nhiên trong một nghiên cứu dòng điện là:

thường tải trong tương lai được dự báo bằng phương tiện phân tích chuỗi thời gian

dựa trên các giá trị lịch sử, sau đó nghiên cứu dòng điện bình thường được thực

hiện cho mỗi điểm dự báo;

cách sử dụng Neural Networks

Trong thực tế sản xuất hiện nay sử dụng rất nhiều các thiết bị (phụ tải) màkhi làm việc gây ra sự méo dạng không sin cho dòng điện gây ảnh hưởng chấtlượng điện năng trên lưới Dạng tải như vậy có tên gọi chung là tải phi tuyến Mặtkhác, trong mạng truyền tải cũng như phân phối, một số thiết bị điện cũng gây ra sựméo biến dạng cho dòng điện và điện áp vận hành Đại diện cho cả hai dạng trên đólà:

Một số tác dụng xấu thường gặp gây ra bởi các thiết bị phi tuyến tính là:

Nhiệm vụ đặt ra là phải có các giải pháp giảm tối đa các thành phần sóng hài

do xuất hiện tải phí tuyến Trong thực tế, một số thiết bị mang lại lợi ích tích cựccho điều khiển công suất trên lưới thì mặt trái là cũng chính nó lại phát sinh sónghài Nhược điểm này cho đến nay các thiết bị bù điện tử sử dụng Thyristor vẫn chưakhắc phục được

1.2.3 Điều khiển công suất phản kháng, [1-6]

Trong một hệ thống điện xoay chiều lí tưởng điện áp và tần số tại tất cả cácđiểm là hằng số, và hệ số công suất là không đổi Đặc biệt các thông số này sẽ độclập về độ lớn và tính chất của tải Trong một hệ thống lý tưởng, mỗi tải có thể đượcthiết kế cho hiệu suất tối ưu ở một cấp điện áp cho trước, hơn là hiệu suất chỉ đủtrên một phạm vi không thể đoán trước của điện áp Hơn nữa, có thể sẽ không có sựliên quan giữa tải khác nhau như là kết quả của sự thay đổi dòng điện ở mỗi tải(Miller, 1982)

Trong các hệ thống ba pha, dòng điện pha và điện áp cũng phải được cânbằng Sự ổn định của hệ thống chống lại sự dao động và sự cố cũng phải được đảmbảo Tất cả các tiêu chí này tạo nên một khái niệm về chất lượng điện năng Mộtđịnh nghĩa chính tắc cho chất lượng điện năng không tồn tại, nhưng nó là hữu ích để

sử dụng với số lượng như những biến động tối đa trong cung cấp điện áp hiệu dụngtrung bình qua một thời gian nhất định của thời gian, hoặc độ méo sóng hài (THD),hoặc tính khả dụng (tức là tỷ lệ phần trăm của thời gian bị gián đoạn cung cấo điệnxét trong một khoảng thời gian trung bình nào đó, ví dụ một năm)

Việc duy trì tần số liên tục đòi hỏi một sự cân bằng chính xác giữa tổng nănglượng được cung cấp bởi máy phát điện và tổng năng lượng tiêu thụ trên tải màkhông phụ thuộc vào điện áp Tuy nhiên, điện áp đóng một vai trò quan trọng trongviệc duy trì sự ổn định của truyền tải điện, như chúng ta sẽ thấy Giá trị điện áp làrất nhạy cảm với các dòng công suất phản kháng và do đó sự kiểm soát của côngsuất phản kháng là quan trọng Đây là chủ đề của bù công suất Bù tại các tải riêng

lẻ được gọi là bù tải, bù kết hợp với điều chỉnh công suất phản kháng trên hệ thốngtruyền tải cao áp đường dài là bù tập trung

Bù tải là quản lý công suất phản kháng để nâng cao chất lượng nguồn cungcấp tại một tải riêng biệt hoặc nhóm tải Thiết bị bù chẳng hạn như thiết bị hiệuchỉnh hệ số công suất thường được cài đặt ở gần cơ sở tiêu thụ Trong bù tải có bamục tiêu chính:

Hiệu chỉnh hệ số công suất và cân bằng tải là mong muốn, ngay cả khi điện

áp cung cấp là khó điều chỉnh, ngay cả khi không có nhu cầu nâng cao điều chỉnhđiện áp Điều lý tưởng là các yêu cầu công suất phản kháng của một tải cần đượccung cấp tại địa phương, chứ không phải của một trạm điện từ xa Hầu hết các tảicông nghiệp có hệ số công suất chậm pha; nghĩa là chúng tạo ra công suất phảnkháng Do đó dòng trên tải có xu hướng lớn hơn so với dòng công suất tác dụng.Trong khi đó chỉ có công suất tác dụng là hữu ích trong việc chuyển đổi năng lượng

và các dòng quá tải hiện nay đại diện cho một sự lãng phí đối với người tiêu dùng,những người đã phải trả chi phí cho những năng lượng không được sử dụng

Khi các hệ số công suất tải thấp, máy phát điện và mạng lưới phân phối khôngthể được sử dụng với hiệu suất cao nhất có thể, và sự kiểm soát của điện áp trêntoàn mạng có thể trở nên khó khăn hơn Nhà nước sẽ phạt nặng cho các đơn vị côngnghiệp sử dụng thiết bị có hệ số công suất thấp và khuyến khích các đơn vị sử dụngthiết bị có hiệu chỉnh hệ số công suất

Trong điều chỉnh điện áp cung cấp cho các thiết bị sử dụng điện thường bịràng buộc bởi quy chế để duy trì điện áp trong giới hạn xác định, thông thường cácsai số ± 5% ở điện áp thấp, trung bình trong khoảng thời gian một vài phút hoặc vàigiờ Những hạn chế nghiêm ngặt hơn được áp đặt nơi có phụ tải lớn, mức độ quantrọng khác nhau có thể nhanh chóng gây ra điện áp nguy hại đến sự vận hành củathiết bị bảo vệ, hoặc nhấp nháy gây khó chịu cho mắt

Cách dễ nhất để cải thiện điều chỉnh điện áp sẽ là để 'tăng cường' hệ thốngđiện bằng cách tăng độ lớn và số lượng các máy phát điện đơn vị và bằng cách liênkết các mạng với nhau Cách này là khá tốn kém và bị hạn chế bởi các yếu tố quyhoạch về môi trường Nó cũng làm tăng mức độ sự cố và đòi hỏi thiết bị chuyểnmạch cần thiết Nó sẽ tốt hơn để tăng độ lớn của hệ thống truyền tải và cung cấptheo nhu cầu tối đa của công suất thực và tính an toàn của nguồn, và để quản lýcông suất phản kháng bằng phương pháp bù với các thiết bị khác có thể được triểnkhai linh hoạt hơn so với các tổ máy phát điện tạo ra, mà không làm tăng sự cố

Xem xét tương tự áp dụng trong cân bằng tải Hầu hết các hệ thống điện xoaychiều là ba pha, và được thiết kế cho chế độ làm việc cân bằng Hoạt động khôngcân bằng làm phát sinh các thành phần của dòng điện trong sai thứ tự pha (thứ tự

ngược và thứ tự không) Thứ tự này có thể gây ảnh hưởng không mong muốn, baogồm cả tổn thất thêm trong động cơ và các tổ máy phát điện, mô-men xoắn daođộng trong máy xoay chiều, tăng gợn trong chỉnh lưu, sự cố của một số loại thiết bị,

độ bão hòa lõi thép của máy biến áp, phát sinh sóng hài quá mức và dòng điện trungtính

Các vấn đề của sóng hài trong các dạng sóng điện áp cung cấp là một đơn vịquan trọng trong chất lượng của nguồn cung cấp Sóng hài trên tần số điện cơ bảnthường được loại bỏ bằng bộ lọc Tuy nhiên, vấn đề về sóng hài thường phát sinhcùng với vấn đề bù và một số loại bù thậm chí tạo ra sóng hài mà phải bị triệt tiêunội bộ hoặc lọc

Việc bù lý tưởng sẽ:

Trong thực tế, một trong những yếu tố quan trọng nhất trong việc lựa chọnthiết bị bù là tỷ lệ cơ bản của sự thay đổi trong dòng tải, hệ số công suất, hoặc trởkháng Ví dụ, với một động cơ cảm ứng chạy 24 giờ/ngày với một tải không đổi(chẳng hạn như một máy bơm), nó thường sẽ đủ để có một tụ điều chỉnh hệ số côngsuất không đổi Mặt khác, một ổ đĩa như một Palăng I có một tải liên tục mà sẽ thayđổi tùy theo các gánh nặng và hướng của xe, nhưng sẽ không thay đổi trong thờigian một hoặc hai phút trong du lịch Trong một trường hợp như vậy, hệ số côngsuất tụ có thể được đưa vào và cắt ra khi cần thiết Một ví dụ của một tải với sự thayđổi cực kỳ nhanh chóng là một lò điện hồ quang, nơi các yêu cầu công suất phảnkháng thay đổi thậm chí trong một chu kỳ, và trong một thời gian ngắn khi mồi hồquang, nó rất thất thường và không cân bằng Trong trường hợp này là nguồn bùthay đổi được là cần thiết, chẳng hạn như một TCR hoặc bù bão hòa cuộn kháng, đểcung cấp một phản hồi kịp thời

Thiết bị điều chỉnh hệ số công suất trạng thái ổn định nên được triển khai theocác yếu tố kinh tế bao gồm cả giá bán, kích thước của tải và hệ số công suất khôngđược đền bù Đối với tải gây biến động trong việc cung cấp điện áp, mức độ biếnđộng được đánh giá là những "điểm kết nối" (PCC), mà thường là các điểm trong

mạng, nơi gặp nhau của hồi đáp khách hàng và nhà cung cấp: đây có thể là ví dụcủa điện áp cao cung cấp cho một nhà máy cụ thể.

Tải yêu cầu bồi thường thiệt hại bao gồm cả lò hồ quang, lò cảm ứng, hàn hồquang, hàn cảm ứng, luyện cán thép, máy cán, động cơ lớn ( đặc biệt là những máy

mà tần suất tắt bật là lớn ), máy xúc, và một số nhà máy khác Tải phi tuyến nhưchỉnh lưu cũng tạo ra sóng hài và có thể yêu cầu các bộ lọc sóng hài, phổ biến nhấtcho các sóng hài bậc 5 và bậc 7 nhưng đôi khi bậc cao cũng tốt Sóng hài bậc 3thường không được lọc nhưng loại bỏ bằng cách cân bằng tải và bằng cách giữchúng trong các cuộn dây biến áp nối tam giác

Cả hệ số công suất và điều chỉnh điện áp có thể được cải thiện nếu một số cáctruyền động quay trong một nhà máy là động cơ đồng bộ thay vì động cơ cảm ứng,

vì các động cơ đồng bộ có thể được điều khiển để cung cấp hoặc hấp thụ một lượngcông suất phản kháng vì thế chúng được sử dụng như một nguồn bù cho các lõmđiện áp gây ra bởi:

nhiễm, gió và các yếu tố địa chấn; rò rỉ từ máy biến áp, tụ điện, hệ thống làm mát

gồm cả giới hạn công suất phản kháng nếu cần thiết

Động cơ khởi động cũng có thể tránh được bằng cách sử dụng một "khởi độngmềm", đó là một quá trình chuyển đổi thyristor điều khiển cho động cơ tăng dầnđiện áp khởi động cho động cơ thay vì kết nối đột ngột ở điện áp đầy đủ

1.2.4 Công suất ngắn mạch, [1], [2], [4]

Công suất ngắn mạch là một thuật ngữ dùng để mô tả độ lớn của một nguồncung cấp điện: đó là, khả năng của nguồn để cung cấp cho cả dòng và điện áp Nóđược định nghĩa qua biểu thức vật lý:

Dòng ngắn mạch Isc = điện áp hở mạch E / Trở kháng Xs [A , kA] Công

[VA, kVA / pha]

Mô hình đánh giá công suất ngắn mạch được thể hiện trên hình 2.1

Hình 1.10 Mô hình tính toán công suất ngắn mạchCông suất ngắn mạch cung cấp một giá trị duy nhất mà có thể được sử dụng

để lựa chọn giá trị của dòng máy cắt, cần thiết tại một điểm cụ thể trong một hệthống điện Máy cắt phải cắt được dòng sự cố, máy cắt có một cuộn dập hồ quang(bởi một luồng khí nén) Khó khăn của việc dập tắt hồ quang phụ thuộc vào cả dòng

và áp Vì vậy, nó được xem như là một thước đo kích thước hoặc độ lớn của côngsuất ngắn mạch Mức độ sự cố được sử dụng cho việc này Đánh giá của một ngắnmạch luôn luôn vượt quá mức độ sự cố ở những điểm mà các điểm ngắn mạch đượckết nối với điểm ngắn mạch khác có thể không có khả năng cắt các dòng sự cố, điềunày sẽ rất nguy hiểm Trong mạng cao áp, máy cắt ngắn mạch thường là phươngtiện cuối cùng của bảo vệ, và nếu điểm ngắn mạch không được cô lập thì các thiệthại có thể là lớn hơn

1.2.5 Tính chất tải và chiều dòng công suất, [1], [2], [4], [6]

Tại bất kỳ điểm nào mà một tải được kết nối với một hệ thống điện, hệ thốngđiện có thể được thay thế bởi một mạch tương đương Thevenin Trên hình 1.11 cómột điện áp đặt vào E và trở kháng Zs = Rs + jXs Trong đó Xs thường là lớn hơnnhiều so với Rs và Zs xấp xỉ bằng jXs ( như trong sơ đồ ) Các dòng ngắn mạch Isc

là « E / Xs và công suất ngắn mạch là SN = E.Isc = E2 / Xs trong từng pha., haivector E và Isc là gần như vuông pha.

Tải và sơ đồ pha:

Trong một hệ thống điện xoay chiều có tải, điện trở R sẽ tạo ra năng lượng vàtạo ra sự lệch pha giữa điện áp hai đầu và điện áp hở mạch E một góc δ được gọi làgóc tải, hình 1.11 và gây nên sụt giảm điện áp trên mạch tương đương Thevenin

Hình 1.11 Mô hình Thevenin với tải thuần trở

Hình 1.12 Mô hình Thevenin với tải thuần cảm

Hình 1.13 Mô hình Thevenin với tải thuần dungĐiện áp rơi trên trở kháng là jXs.I, nó là trực giao với các thiết bị đầu cuối

của E Lưu ý rằng góc công suất Ф bằng 0 cho tải điện trở; Ф Là góc giữa V và I

Một tải thuần cảm không tạo ra công suất và không thay đổi góc pha giữa V

và E: δ tức là = 0, như trên hình 1.12 điện áp hai đầu V là khá nhạy cảm với các

dòng tải cảm do điện áp rơi jXsI là cùng pha với cả E và V Bạn có thể hỏi, "việc sửdụng một tải không có năng lượng để làm gì?" Một ví dụ là cuộn kháng shuntthường được sử dụng để giới hạn điện áp trên lưới truyền tải và cung cấp, đặc biệt

là tại các địa điểm từ xa từ máy biến áp hoặc máy phát điện Bởi vì điện dung shuntcủa đường dây, điện áp có xu hướng tăng khi tải nhẹ (ví dụ như vào ban đêm) Bằngcách kết nối một tải cảm (shunt reactor), điện áp có thể giảm xuống đến giá trị chínhxác của nó Bởi vì các cuộn kháng không tạo ra công suất có ích (mà chỉ tạo ra côngsuất phản kháng), không có chi phí năng lượng ngoài một lượng nhỏ do tổn thấttrong các cuộn dây và lõi từ

Một tải thuần dung cũng không tạo ra công suất tác dụng và độ lệch pha giữa

V và E: tức là δ = 0, hình 1.13 Điện áp rơi jXs.I là ngược pha với E và V, và điềunày gây ra điện áp hai đầu V để vượt trước E Một lần nữa bạn có thể hỏi "việc sửdụng một tải không tạo ra công suất để làm gì?" Một ví dụ là tụ shunt thường được

sử dụng để tăng điện áp trên hệ thống truyền tải và phân phối, đặc biệt ở các vị trí

xa từ máy biến áp và máy phát điện Bởi vì trong đường dây điện cảm nối tiếp, điện

áp có xu hướng giảm khi tải nặng (ví dụ: giữa buổi sáng), và khi đó tụ shunt sẽđược kết nối

Cuộn kháng và tụ shunt thường được điều khiển bằng thyristor, để cung cấpphản ứng nhanh Điều đó là cần thiết cho tải thay đổi liên tục như lò hồ quang điệnhoặc ròng rọc Tất nhiên việc sử dụng các thyristors gây ra dòng chứa sóng hài vàchúng thường phải được lọc

Các hệ thống đối xứng:

Hệ thống đối xứng là một ví dụ quan trọng cũng là ví dụ đơn giản nhất - củamột hệ thống điện liên kết với nhau, hình 1.14

Hình 1.14 Mô hình hệ thống đối xứng

Nó bao gồm hai máy phát điện đồng bộ cùng một đường truyền Nó có thể

được sử dụng, ví dụ như là một mô hình đơn giản của một hệ thống điện trong đó

các trạm phát chính là tại hai địa điểm, cách nhau bởi một đường truyền được mô

hình hóa bởi một trở kháng JX có tính cảm đơn giản Các tải (động cơ cảm ứng, hệ

thống chiếu sáng và sưởi ấm, vv, được kết nối song song với các máy phát điện,

nhưng trong các mô hình đơn giản không được thể hiện, vì các kỹ sư hệ thống

truyền tải điện là chủ yếu quan tâm đến các dòng điện dọc theo đường dây, và điều

này được kiểm soát bởi các nguồn năng lượng tại trạm phát (ví dụ: turbine hơi,

turbine nước, turbine khí, turbine gió vv)

Mặc dù các sơ đồ mạch của một hệ thống đối xứng giống như hai nguồn nối với

nhau bằng một tải cảm, công suất có thể chảy theo hai hướng Hệ thống đối xứng có

thể được sử dụng để lấy được các phương trình dòng điện, đó là một trong các

phương trình cơ bản quan trọng nhất trong hệ thống điện; Nếu Es và Er là điện áp

hở mạch ở hai máy phát điện, thì

x

trong đó δ là góc pha giữa Es và Er Lưu ý rằng trong hình 1.14 có hai góc hệ số

công suất: Фs giữa Es và I ở cuối điểm phát, và giữa Er và I ở cuối điểm nhận

1.2.6 Các thành phần công suất, [1], [2], [4]

Hãy xem xét một tải R + JX đơn giản với một dòng I và điện áp V, hình 1.15

công suất toàn phần S được định nghĩa là

P là công suất tác dụng tính bằng W, kW hoặc MW

Q là công suất phản kháng tính bằng var, kVAr, hoặc MVAr

S = | S | là công suất biểu kiến tính bằng VA, kVA hoặc MVA chọn V

là pha chuẩn, và giả sử rằng các tải có tính cảm thì:

với điện áp Khi ta kết hợp I* với V, ta được:

P và Q là đại lượng dương Một tải có công suất phản kháng dương sẽ ‘

hấp thụ ‘ VAR Ngược lại,với tải dung thì ta có:

Trong trường hợp này, dòng điện sớm pha hơn điện áp P vẫn dương,

nhưng khi ta liên hợp I* thì Q âm Chúng ta nói rằng một tải điện dung tạo

hoặc cung cấp các VAR

Bảng 1.1 Phát và hấp thụ công suất phản kháng giữa tải và nguồn

Chú ý rằng góc pha chỉ áp dụng khi điện áp và dòng điện là hình sin, và biểu

thức này cho hệ số công suất là vô nghĩa nếu cả điện áp và dạng sóng hiện tại là

không theo hình sin Một biểu thức tổng quát hơn cho hệ số công suất với dòng điện

không theo hình sin và dạng sóng là:

1.2.7 Tải sớm pha và tải chậm pha, [1], [2], [5]

Hình 1.16 Mô hình mạch một pha

Hình 1.17 Đồ thị vecter dòng áp với các loại tải khác nhauHình 1.16 và hình 1.17 cho thấy một mạch với một hệ thống cung cấp mà mởmạch điện áp là E và ngắn mạch trở kháng là Zs = 0 + jXs, khi Xs = 0,1 Q Trởkháng tải là Z = 1 Q nhưng hệ số công suất có thể được thống nhất trễ pha 0.8 hoặcsớm pha 0.8 Đối với một trong ba trường hợp, điện áp cung cấp điện có thể đượcđiều chỉnh để giữ cho điện áp hai đầu V = 100 V Đối với mỗi trường hợp I sẽ xácđịnh giá trị của E, hệ số công suất Ф, các góc δ, P, công suất phản kháng Q, và côngsuất biểu kiến S

Hệ số công suất Trong hình 2.8, ta có E cos δ = V = 100 và E sin δ = XsI = 0,1 x

kW và Q = 0

Hệ số công suất cuối Trong hình 1.17, dòng điện xoay tiêu cực (tức là chiều

XSI vẫn là 10 V, định hướng mới của 'kéo dài' các pha E để có cường độ lớn hơn: E

= V + jXsI = (100 + j0) + j0.1 x 100e -J36.87 ° = 106,3 e j4.32 V Khi hệ số công suất làtụt một cao hơn điện áp cung cấp điện là cần thiết cho điện áp tải cùng Các góc độ

tải là δ = 4,32 ° và S = VI * = 100 x 100E + J36 87 = 8000 + j6000VA Do đó

S = 10kVA, P = 8kW và Q = + 6kVAr (hấp thụ)

Hệ số công suất đầu Góc công suất đầu gây ra một sự giảm giá trị của E

cần thiết để giữ không đổi V: E = 100 + j0.1 x 100E + J36 87 ° = 86 ° 94.3eJ4

V Các góc độ tải là δ = 4.86 °, và S = 10000e -'36-87 ° = 8000 - j6000; nghĩa

là P = 8kW và Q = 6 kVAr (tạo ra)

Như vậy, khi nạp năng lượng và hiện đang giữ như cũ, các tải cảm ứng

với hệ số công suất của nó trễ đòi hỏi một nguồn điện áp cao hơn E, và các tải

điện dung với công suất đầu của nó đòi hỏi một nguồn điện áp thấp hơn

Ngược lại, nếu các nguồn điện áp E được giữ không đổi, sau đó tải điện dung

sẽ có một điện áp hai đầu thấp V và tải điện dung sẽ có một điện áp hai đầu

cao hơn Như một bài tập, lặp lại các tính toán cho E = 100 V và V xác định

trong mỗi trường hợp, giả định rằng Z = 1 Q với mỗi một trong ba hệ số công

suất khácTươnghautự, có thể tụ điều chỉnh hệ số công suất (kết nối song song

với tải dung) sẽ không chỉ nâng cao hệ số công suất mà đồng thời sẽ làm tăng

điện áp Mặt khác, nếu điện áp quá cao, nó có thể được giảm bằng cách kết nối

cuộn cảm song song Trong các hệ thống điện cao áp hiện đại, nó có thể điều

khiển điện áp bằng cách thay đổi số lượng quy nạp hoặc điện dung hiện tại rút

ra từ hệ thống vào thời điểm mà điện áp cần phải được điều chỉnh Điều này

được gọi là bồi thường phản ứng hoặc kiểm soát VAR tĩnh Trong hệ thống

nhỏ, cô lập (như một hệ thống điện ô tô hoặc máy bay được cung cấp từ một

hoặc hai máy phát điện) điều này nói chung không cần thiết bởi vì điện áp hở

mạch của máy phát điện E có thể được thay đổi bằng cách điều chỉnh tải hoặc

bằng cách sử dụng một bộ điều chỉnh điện áp máy phát

1.2.8 Điều chỉnh hệ số công suất [1], [2], [4], [6]

Phụ tải trong hình 1.15 có thể được thể hiện như một tổng dẫn Y = G + JB

cung cấp từ một điện áp V, trong đó Y = 1/Z , G là điện dẫn, tức là phần thực của

các nhận vào Y, và B là dung dẫn, tức là một phần phản ứng của nhận vào Y Phụ

tải thể hiện dưới dạng dòng điện I có thể viết

Cả V và I cùng pha và phương trình này được thể hiện trong sơ đồ pha Hình1.15 Trong đó V là pha tham khảo Điện áp V và I đang ở chung với hình 1.17a,nhưng hình 1.15 cho thấy các thành phần của I và bỏ qua E và điện áp rơi trên việccung cấp trở kháng Các góc giữa V và I là Ф là góc hệ số công suất Các thànhphần công suất được tính

Công suất hữu ích P được chuyển thành nhiệt, công năng cơ khí, quang năngánh sáng, hoặc các hình thức khác của năng lượng Công suất vô công Q không thểđược chuyển đổi thành các dạng năng lượng hữu ích nhưng nó lại là một yêu cầucần thiết vốn có của phụ tải Ví dụ, trong động cơ cảm ứng AC nó gắn liền với việcsản xuất của thông lượng và thường được gọi là "công suất từ hóa"

Các nguồn cung hiện tại vượt quá phần thực tế do các hệ số 1/cosФ, trong đócos Ф là hệ số công suất: đó là, tỷ lệ giữa công suất hữu ích P và công suất biểukiến S Hệ số công suất đánh giá cho một phần của công suất biểu kiến đượcchuyển thành công suất hữu ích chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác trongquá trình sinh công

Hình 1.18 Sơ đồ pha điều chỉnh hệ số công suấtCác nguyên tắc điều chỉnh hệ số công suất là để bù đắp cho công suất phảnkháng; đó là, để cung cấp tại chỗ cho nó bằng cách kết nối song song với tải mộtnguồn phát công suất bù ngược với thành phần công suất vô công mà tải thu nhận.Một tải điện cảm sẽ được bù bởi một điện dung + jBy và tải điện dung sẽ được bùbằng một điện cảm -jBy Một phương thức bù có thể được thể hiện như trên hình

1.18 và biểu thức tính

Một trường hợp đặc biệt, khi công suất vô công được bù hoàn toàn (bù đủ),dòng điện trên truyền dẫn sẽ là nhỏ nhất Is = Ir chỉ với mục đích duy nhất là phục

vụ cho các quá trình sinh công trên thiết bị dùng điện, tất nhiên vẫn có một phần tổnthất trên điện trở của truyền dẫn Trong thực tế, giải pháp bù đủ ít được áp dụng.Mặt khác, công suất vô công trên tải cũng không phải là cố định nên công nghệ bùđược áp dụng phải có khả năng điểu chỉnh công suất bù (dung lượng bù) Hiện tạicác thiết bị bù được phân loại theo nhiều cách khác nhau:

trung, bù công suất lớn tại các trạm truyền tải

điều khiển và có điều khiển

áp, công suất bù thay đổi liên tục đáp ứng mục tiêu bù đặt ra

là đường tải hệ thống