Công suất phản kháng có thể được hiểu là năng lượng vô công, được sinh ra bởi các thành phần phản kháng trong trong hệ thống điện xoay chiều... 1.4 Ý nghĩa của hệ số công suất Đối với
Trang 1BÁO CÁO MÔN HỌC : THIẾT BỊ BÙ
THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN GÓC PHA BẰNG THYRISTOR
(Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)
NHÓM 7
Ngô Hồng Thịnh Nguyễn Mậu Trí
Đỗ Quốc Trung Trần Quốc Trung Nguyễn Mạnh Tuấn Trần Nhật Vân
Trần Viết Quốc Vinh Nguyễn Văn Thuần Khuất Nguyễn Quang Hiền GVHD: PGS.TS Lê Thành Bắc
1
Trang 21 • • TỔNG QUAN CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TỔNG QUAN CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
3 • • NGUYÊN LÝ & CẤU TẠO TCPAR NGUYÊN LÝ & CẤU TẠO TCPAR
4 • • MÔ HÌNH TOÁN CỦA TCPAR MÔ HÌNH TOÁN CỦA TCPAR
5 • • MÔ PHỎNG MÔ PHỎNG
Trang 31.1 Tổng quan công suất phản kháng
Công suất phản kháng ( Reactive power
) là một phần công suất được tạo ra bởi
từ trường trong tuabin máy phát điện ,
nó rất quan trọng đặc biệt với các tải
cảm
Công suất phản kháng góp phần quan
trọng tạo nên từ trường trong quá trình
khởi động , nếu như không có nó đồng
nghĩa với việc không khởi động được
các phụ tải có tính cảm
Công suất phản kháng có thể được hiểu
là năng lượng vô công, được sinh ra bởi
các thành phần phản kháng trong trong
hệ thống điện xoay chiều
Hình 1 : Trực quan công suất phản kháng
Trang 41.2 Công thức tính công suất phản kháng
Đơn vị tính công suất phản kháng là VAR
(volt amperes reactive), 1 kvar = 1000 var
Hình 2 : Giản đồ vecto bù công suất
phản kháng
Trang 51.3 Khái niệm hệ số công suất
Hệ số công suất là tỷ lệ giữa công suất thực và công suất biểu kiến tính bằng volt-ampe
Là tỷ lệ giữa điện trở và trở kháng trong mạch điện xoay chiều Hay là cosin của góc giữa dòng điện và điện áp
Công thức tính hệ số công suất: Cosφ = P/S
Trong đó:
P: công suất hiệu dụng (W)
S: công suất biểu kiến (VA)
Trang 61.4 Ý nghĩa của hệ số công suất
Đối với bên bán điện : Nếu cos phi thấp đồng nghĩ với việc phải truyền tải một lượng S cao hơn mới có thể cung cấp được lượng P yêu cầu từ phụ tải, dẫn tới việc tăng công suất của máy biến áp, các đường dây tải điện (Vì I lớn), và tổn thất điện áp trên đường dây lớn, gây tốn kém và lãng phí, giảm chất lượng điện năng
Đối với bên mua điện: Cos phi thấp dẫn tới việc không sử dụng hiệu quả lượng tiền điện phải trả (Trả cho công suât S được truyền tới nhưng chỉ dùng được phần công suất P trong S đó), lãng phí kinh tế.
Xét ở phương diện nguồn cung cấp :Nếu xét trên phương diện nguồn cung cấp (máy biến áp hoặc máy phát điện) Rõ ràng cùng một dung lượng máy biến áp hoặc công suất của máy phát điện (tính bằng KVA) Hệ số công suất càng cao thì thành phần công suất tác dụng càng cao và máy sẽ sinh ra được nhiều công hữu ích.
Xét ở phương diện đường dây truyền tải: Nếu xét ở phương diện đường dây
Trang 71.5 Nâng cao hệ số công suất
Nâng cao hệ số
công suất
Mục đích
Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện
Giảm được tổn thất công suất trong mạng điện Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy
biến áp
Phương pháp nâng cao hệ số công suất
Phương pháp nâng cao hệ số Cosphi
tự nhiên
Phương pháp nâng
cao hệ số Cosphi nhân tạo
Trang 82.1 Ý nghĩa việc bù công suất phản kháng
Tổn thất điện áp của lưới điện phụ thuộc rất nhiều vào công suất truyền tải và
thông số đường dây Khi vận hành phải đảm bảo sao cho sự thay đổi điện áp
tại từng vị trí trên lưới so với định mức nằm trong phạm vi điện áp cho phép
Trong lưới truyền tải điện, chúng ta sử dụng các thiết bị bù (tụ bù ngang, tụ
bù dọc) nhằm mục đích cải thiện điện áp các nút, ngoài ra việc bù công suất
phản kháng còn có thêm ý nghĩa:
- Tăng khả năng tải của đường dây
- Cải thiện tính ổn định của điện áp các nút
- Phân bố lại công suất phản kháng trong hệ thống dẫn đến giảm tổn thất hệ
thống
- Tăng độ dự trữ ổn định của hệ thống
Trang 92.2 Bù dọc
Tụ bù mắc nối tiếp với phụ tải: có tác dụng giảm điện áp giáng trên
đường dây (giảm tổn thất điện áp và công suất trên đường dây), dàn đều
điện áp trên đường dây bằng với điện áp cho phép và tăng khả năng
truyền tải đối với đường dây
Trang 102.3 Bù ngang
Bù ngang là biện pháp nối rẽ các thiết bị bù (bộ kháng điện, hoặc máy bù
đồng bộ ) vào trên lưới truyền tải điện: nhằm tiêu thụ công suất phản
kháng, nâng cao hệ số công suất Cosφ, tăng khả năng tải công suất,giảm
tổn thất và góp phần điều chỉnh và ổn định điện áp của lưới điện.
Trang 112.4 Thiết bị bù bao gồm máy bù đồng bộ và tụ điện tĩnh
- Có khả năng điều chỉnh phát và
tiêu thụ công suất phản kháng
- Công suất phản kháng phát ra
không phụ thuộc vào điện áp đặt,
chủ yếu là phụ thuộc vào dòng
- - Giá tiền đơn vị công suất phản
kháng thay đổi theo dung lượng
11
Máy bù đồng bộ Tụ điện tĩnh
- Chỉ phát công suất phản kháng và không có khả năng điều chỉnh
- Công suất phản kháng phát ra phụ thuộc vào điện áp đặt vào tụ
- Tiêu thụ rất ít công suất tác dụng khoảng 0,003 – 0,005 kW/kVAr
- Giá tiền cho một đơn vị công suất phản kháng phát ra hầu như không thay đổi theo dung lượng → thuận tiện cho chia nhỏ ra nhiều nhóm nhỏ đặt sâu về phía phụ tải
II.GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC CÁC THIẾT BỊ BÙ
Trang 12II.GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC CÁC THIẾT BỊ BÙ
2.5 Một số thiết bị điều khiển công suất phản kháng trong hệ thống điện
- Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC - Static Var Compensator)
- Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC - Thyristor Controlled Series Capacitor)
- Thiết bị bù tĩnh (STATCOM - Static Synchronous Compensator)
- Thiết bị điều khiển dòng công suất (UPFC - Unified Power Flow Controller)
- Thiết bị điều khiển góc pha bằng thyristor (TCPAR - Thyristor Controlled Phase Angle Regulator)
Trang 133.1 Khái niệm, Cấu tạo TCPAR
III.CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ CỦA TCPAR
Khái niệm : Thiết bị TCPAR là 1 khái niệm mới ứng dụng thyristor để điều chỉnh góc lệch pha của điện áp pha của đường dây Nó có tác dụng điều khiển công suất truyền tải trên đường dây
Trang 14III.CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ CỦA TCPAR
Trang 15IV.MÔ HÌNH TOÁN CỦA TCPAR
4.1 Mô hình toán của TCPAR
Thiết bị TCPAR được nối vào giữa 2 pha k và m
như trong hình với biến áp kích thích được đưa ra
từ pha k Điện áp thêm vào có thể được coi như 1
nguồn điện áp lí tưởng trong mạch này với trở
kháng đường dây Phần thêm vào thu được bằng
cách thay thế bằng 1 nguồn dòng tương đương
mắc song song trên đường dây các dòng và được
cho bởi công thức:
Dòng nguồn và dòng sun được thêm vào trong
mạch tương ứng với công suất them vào và được
cho bởi công thức:
Trang 16Ta có phương trình công suất tác dụng và công suất phản kháng của TCPAR được kết nối giữa pha k và pha m có thể thu được bằng cách đơn giản hóa đại
số và được cho bởi công thức:
4.1 Mô hình toán của TCPAR
IV.MÔ HÌNH TOÁN CỦA TCPAR
Trang 17IV.MÔ HÌNH TOÁN CỦA TCPAR
4.1 Mô hình toán của TCPAR
Hoặc giả sử TCPAR lắp đặt giữa hai nút i và j, sơ đồ thay thế TCPAR như sau
Trang 18Các tính năng của TCPAR
Các tính năng của TCPAR bao gồm:
Điều khiển trào lưu công suất trên đường dây.
Tăng cường tính ổn định tĩnh của hệ thống điện.
Tăng thêm tính ổn định động của hệ thống.
Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện.
Có khả năng vận hành liên tục trên hệ thống
Trang 205 Mô phỏng
V.MÔ PHỎNG
Hình 10 : Mô hình đơn giản và giản đồ vecto nguyên lý của khối UPFC
UPFC có thể điều khiển truyền tải công suất thông qua điều chỉnh điện áp tại nút bù ngang và góc lệch pha giữa điện áp đầu và cuối đường dây như được thể hiện ở hình bên dưới, qua đó điều chỉnh linh hoạt công suất truyền tải
´
Trang 225 Mô phỏng
GIỚI THIỆU VỀ TCPAR
Trang 23IV.MÔ HÌNH TOÁN CỦA TCPAR
Tổng quan các khối UPFC
• Khối nguồn phát (Hình 13): Gồm mô hình tương đương nhà máy điện phát công suất ở 13,8kV sau đó truyên công suất lên đường dây 230kV qua máy biến áp
• Khối đo lường các tín hiệu điều chỉnh (Hình 14): Đưa ra 4 tín hiệu điều khiển chính là công suất tác dụng, phản kháng truyền tải mong muốn và biên độ, góc pha của điện áp nối tiếp thêm vào đường dây
• Khối đo lường công suất truyền tải P,Q và điện áp tại các bus (Hình 15): Nhận vào tín hiệu điện áp và dòng điện 3 pha tại các bus và tính toán ra P,
Q truyền tải
• Các khối bên trong của UPFC (Hình 16), khối “Power Components Modeling” nhận vào thông số điện áp cần thêm vào và tương tác trực tiếp với đường dây Các khối còn lại : nhận vào tín hiệu đường dây và tính toán các giá trị cần điều chỉnh
23
Trang 245 Mô phỏng
GIỚI THIỆU VỀ TCPAR
Hình 13 : Bên trong của 2 khối nguồn phát:
Trang 265 Mô phỏng
GIỚI THIỆU VỀ TCPAR
Trang 285 Mô phỏng
GIỚI THIỆU VỀ TCPAR
Trang 30IV.MÔ HÌNH TOÁN CỦA TCPAR
Kết quả mô phỏng
• Có thể thấy rằng, khi chưa có sự tác động của UPFC, mạng điện có phân
bố công suất tự nhiên, máy biến áp B2 truyền tải lượng công suất 899MW,
bị quá tải 100MW
• Ở giây thứ 5, khi máy cắt mở ra, đến giây thứ 10 thì UPFC mới có được tác động đáng kể Một điện áp nối tiếp V_conv được thêm vào đường dây (giá trị biên độ và góc pha thể hiện trên đồ thị kết quả)
• Nhờ đó công suất tác dụng được huy động bớt sang phía B2 và B3 100MW, giảm tải cho MBA B2
• Khi các phụ tải thay đổi, UPFC vẫn duy trì được lượng công suất truyền tải trên các bus là gần như nhau, chỉ có bus 5 là phụ thuộc vào lượng công suất của tải tiêu thụ, không phụ thuộc vào nguồn 500kV tương đương 15000MVA vì công suất quá lớn Như vậy có thể thấy sự ổn định của UPFC đối với sự thay đổi thông số của các thành phần tải và lưới của mạng điện
Trang 31IV.MÔ HÌNH TOÁN CỦA TCPAR
đồ theo giá trị ta mong muốn, tránh được quá tải các thiết bị trong sơ
đồ mạng điện
• Khả năng đáp ứng tốt của thiết bị theo giá trị công suất truyền tải đã định trước khi công suất tiêu thụ của tải thay đổi
31