Nghiên cứu ứng dụng bù đồng bộ phân tán (d STATCOM) để nâng cao dộ ổn định cho lưới điện phân phối pleiku

Nghiên cứu ứng dụng bù đồng bộ phân tán (d STATCOM) để nâng cao dộ ổn định cho lưới điện phân phối pleiku Nghiên cứu ứng dụng bù đồng bộ phân tán (d STATCOM) để nâng cao dộ ổn định cho lưới điện phân phối pleiku Nghiên cứu ứng dụng bù đồng bộ phân tán (d STATCOM) để nâng cao dộ ổn định cho lưới điện phân phối pleiku

Thực tế vận hành cho thấy phương thức vận hành lưới điện phân phối thành phố Pleiku chưa được tối ưu Phụ tải không ổn định thay đổi liên tục trong ngày và theo mùa vụ do đa số các phụ tải lớn là liên quan đến sản xuất chế biến, bơm tưới cây công nghiệp như cà phê, điều, tiêu, cao su,…; một số vị trí tụ bù trung áp không còn phù hợp

do phụ tải thay đổi liên tục; bán kính cấp điện lớn; dung lượng bù không phù hợp; bù cứng nên chưa đáp ứng đủ những yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy khi hệ thống có sự thay đổi đột ngột về nhu cầu công suất phản kháng

Luận văn nghiên cứu ứng dụng bù đồng bộ phân tán (D-STATCOM) để nâng cao

ổn định cho lưới điện phân phối Pleiku trên cơ sở ổn định điện áp tại các phụ tải Số liệu thu thập các phụ tải của xuất tuyến 472/E42 từ hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm được sử dụng để mô phỏng bằng Matlab/Simulink ở trạng thái trước và sau khi ứng dụng thiết bị D-STATCOM cùng với giả thuyết ngắn mạch tại node để so sánh và đánh giá kết quả điện áp tại các node đạt được

The actual operation of the distribution network shows that the method of operation of Pleiku distribution grid has not been optimized The dynamic load varies continuously during the day and season due to the fact that most of the major loads are related to the processing of production, pumping industrial plants such as coffee, cashew nuts, pepper, rubber, ; some positions of medium capacitor voltage is no longer suitable due to constant change of load; large power supply radius; capacitor capacitance is not suitable; fixed compensation does not meet the requirements for rapid response when the system has a sudden change in demand for reactive power The thesis researches application of D-STATCOM for enhancement stability of Pleiku distribution grid on the basis of voltage stabilization at the load The data collected for loads of feeder number 472 of 110KV Substation (472/E42) from the Meter Data Management System were used to simulate using Matlab/Simulink before and after applying of D-STATCOM equipment along with the short circuit at nodes to compare and evaluate the resulting voltage at the node reach

MỤC LỤC

Trang Trang tựa

Quyết định giao đề tài

1.3 Giới hạn và phạm vi nghiên cứ u của đề tài 2

2.1.2 Các nguồn phát công suất phản kháng trên lưới điện 9 2.1.2.1 Các nguồn phát công suất phản kháng trên lưới 9 2.1.2.2.Ưu nhược điểm của các nguồn phát công suất phản kháng 13

2.1.3 Phối hợp công suất phản kháng 14

2.1.5.3 Biện pháp bù tự nhiên để điều chỉnh điện áp và nâng cao hệ số công

Chương 3 ỨNG DỤNG BÙ ĐỒNG BỘ PHÂN TÁN D-STATCOM ĐỂ

BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN

ÁP

32

3.2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản của STATCOM 32

3.3 Bộ điều khiển điện tử công suất dựa trên các thiết bị bán dẫn 36

3.3.1 Bộ chuyển đổi nguồn điện áp (VSC) 36

Chương 4 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ DỮ

4.1 Tổng quan hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm MDMS 50

4.3 Các xuất tuyến đầu nguồn lưới điện phân phối Pleiku 54 4.4 Xuất tuyến đầu nguồn 472 của TBA 110kV Pleiku (472/E41) 55

5.1 Xây dựng mô phỏng trong Matlab/Simulink từ số liệu MDMS 70

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CSPK: Công suất phản kháng

CSTD: Công suất tác dụng

MBA: Máy biến áp

FACTS: Flexible Alternating Current Transmission System: Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt

STATCOM: Static Compensator: Bộ bù đồng bộ tĩnh

D-STATCOM: Distribution Static Compensator: Bù đồng bộ phân tán

SVC: Static Var Compensator: Bộ bù tĩnh

TCSC: Thyristor Controlled Series Compensator: Bộ bù dọc điều khiển Thyristor UPFC: Unified Power Flow Controller: Bộ điều khiển trào lưu công suất hợp nhất SSSC: Static Synchronous Series Compensator: Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh

HVDC: High Voltage Direct Current: Đường dây một chiều cao áp

MDMS: Meter Data Manegement System: Hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm

TCR: Thyristor-Controlled Reactor: Kháng điều chỉnh bằng Thyristor

TSC: Thyristor Switched Capacitor: Bộ tụ đóng mở bằng thyristor

IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers: Viện kỹ thuật Điện và Điện tử VSC: Voltage Source Converter: Bộ chuyển đổi nguồn áp

PWM: Pulse Width Modulation: Điều chế độ rộng xung

IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor: Transistor có cực điều khiển cách ly

GTO: Gate Turn Off: Cổng đóng mở

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 3.13: Hệ thống điều khiển của STATCOM 45

Hình 4.22: Điện áp node NUTIFOOD 66

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4.3: Số liệu điện áp và dòng điện các xuất tuyến đầu nguồn 22KV

Chương 1 TỔNG QUAN

Lưới điện phân phối tỉnh Gia Lai nói chung và của TP Pleiku nói riêng ngày càng được nâng cấp mở rộng, xây dựng mới đi kèm theo là việc phát triển nguồn và lưới để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội làm cho việc vận hành lưới điện phân phối sẽ gặp nhiều khó khăn tìm ẩn nguy cơ mất ổn định hệ thống, để đáp ứng yêu cầu đó thì số lượng nhân viên vận hành tăng lên, việc giám sát hoạt động của lưới sẽ trở nên phức tạp Thực tế vận hành cho thấy, phương thức vận hành lưới điện phân phối TP Pleiku chưa được tối ưu, phụ tải không ổn định thay đổi liên tục trong ngày và theo mùa vụ do đa số các phụ tải lớn là liên quan đến sản xuất chế biến, bơm tưới cây công nghiệp như cà phê, điều, tiêu, cao su,…, một số vị trí tụ bù trung áp không còn phù hợp do phụ tải thay đổi liên tục; dung lượng bù không phù hợp; bù cứng nên chưa đáp ứng đủ những yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy khi hệ thống có sự thay đổi đột ngột về nhu cầu công suất phản kháng Ngoài ra, tình trạng vận hành các xuất tuyến trung thế với bán kính cấp điện lớn, non tải khi không vào mùa sản xuất chính và quá tải khi mùa cao điểm sản xuất, thu hoạch cây công nghiệp gây khó khăn cho công tác vận hành liên tục và ổn định của lưới điện phân phối

Để hệ thống điện hoạt động linh hoạt ở mọi chế độ, kể cả tình huống sự cố nghiêm trọng nhất, thì phải có thiết bị để điều khiển các đại lượng trong hệ thống điện, một trong những đại lượng đó chính là đại lượng điện áp Vấn đề đặt ra là làm sao thu thập số liệu, tính toán và lựa chọn dung lượng bù, vị trí bù, thiết bị bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối để nâng cao độ ổn định cho lưới điện phân phối Pleiku

Trên thế giới cũng như nước ta, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng STATCOM để nâng cao chất lượng điện áp và ổn định cho hệ thống điện [5,6,7,10,11] Tuy nhiên, việc nghiên cứu các thiết bị STATCOM chủ yếu được áp dụng ở lưới điện truyền tải chứ chưa chú trọng đến lưới điện phân phối

Ngoài ra, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghiệp chế tạo các linh kiện công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống điện, nên các thiết bị bù dùng thyristor sử dụng rất nhiều trong toàn hệ thống được nghiên cứu và ứng dụng Các thiết bị bù thường dùng là: thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC), thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC, UPFC), thiết

bị bù đồng bộ tĩnh (STATCOM) và đặc biệt là thiết bị bù đồng bộ phân tán STATCOM), … Các thiết bị này cho phép chúng ta vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt, hiệu quả cả trong chế độ bình thường hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh nhanh công suất phản kháng và các thông số khác

(D-Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng bù đồng bộ phân tán (D-STATCOM) để nâng cao ổn định cho lưới điện phân phối Pleiku là cấp thiết, đáp ứng được các yêu cầu trên

- Tìm hiểu về bù công suất phản kháng trên lưới phân phối và thiết bị bù đồng

bộ phân tán D-STATCOM

- Tìm hiểu nguyên lý vận hành của lưới điện phân phối Pleiku

- Nghiên cứu hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm MDMS (Metter Data Management System) để thu thập số liệu (P, Q, U) đầu nguồn thực tế vận hành các xuất tuyến Lựa chọn một xuất tuyến để mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink với các thông số đã thu thập được

- Đề xuất giải pháp sử dụng thiết bị bù đồng bộ phân tán D-STATCOM

- Mô phỏng sau khi sử dụng thiết bị bù đồng bộ phân tán D-STATCOM

- Đề tài giới hạn trong việc thực hiện ở phạm vi lưới điện phân phối trung thế 22KV của TP Pleiku Tuy vậy, mô hình thực hiện vẫn có thể đại diện cho một giải pháp khả thi với qui mô lưới điện lớn hơn, mức độ phức tạp cao hơn và chứng tỏ khả năng có thể được phát triển và hoàn thiện

- Trong quá trình nghiên cứu bỏ qua yếu tố kinh tế và chỉ chú trọng vào yếu tố

kỹ thuật

Các phương pháp nghiên cứu sẽ được vâ ̣n du ̣ng trong đề tài này là:

- Thu thập các tài liê ̣u liên quan đến đề tài nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về bù công suất phản kháng trên lưới phân phối và thiết

bị bù đồng bộ phân tán D-STATCOM

- Nghiên cứu lý thuyết về ổn định điện áp lưới điện

- Thu thập số liệu sơ đồ vận hành các xuất tuyến cần tính toán

- Nghiên cứu hệ thống quản lý thu thập số liệu các công tơ đầu nguồn xuất tuyến thông qua chương trình quản lý dữ liệu đo đếm (MDMS) để lấy được các thông số như: P, Q, U, I, Cosφ

- So sánh và đưa ra nhận xét kết quả giữa mô phỏng và MDMS để đề xuất dùng D-STATCOM để nâng cao độ ổn định

- Mô phỏng lại dùng thiết bị D-STATCOM để chứng minh và đưa ra giải pháp

bù tối ưu

1.5 Điểm mới của đề tài

- Dựa trên số liệu vận hành thực tế thu thập được thông qua hệ thống MDMS

để nghiên cứu

- Dùng thiết bị bù đồng bộ phân tán D-STATCOM để tiêu thụ công suất phản kháng đối với các xuất tuyến trung áp dư bù hoặc bù công suất phản kháng đối với

các xuất tuyến thiếu bù nhằm nâng cao ổn định lưới điện phân phối TP Pleiku cũng như giảm tổn thất điện năng

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Tổng quan về bù công suất phản kháng lưới phân phối [1]

2.1.1 Sự tiêu thụ công suất phản kháng

2.1.1.1 Khái niệm về công suất phản kháng

Xét sự tiêu thụ năng lượng trong một mạch điện đơn giản có tải là điện trở và điện kháng như hình 2.1 sau:

Hình 2.1: Mạch điện đơn giản RL

Mạch điện được cung cấp bởi điện áp:

u = Um.sinωt

Dòng điện i lệch pha với điện áp u một góc φ:

i = Im.sin(ωt – φ)

hay i = Im.(sinωt.cos φ – sinφ.cosωt)

Có thể coi: i = i’ + i’’, với:

i’ = Im .cosφ.sinωt

i’’ = Im.sinφ.cosωt = Im.sinφ.sin(ωt –π/2)

Như vậy dòng điện i là tổng của hai thành phần:

i’ có biên độ Im.cosφ cùng pha với điện áp u

i’’ có biên độ Im.sinφ chậm pha với điện áp một góc π/2

Công suất tương ứng với hai thành phần i’ và i’’ là:

P = U.I.cosφ gọi là công suất tác dụng

R

X

I

U

Q = U.I.sinφ gọi là công suất phản kháng

Từ công thức trên ta có thể viết:

P = U.I.cosφ = Z.I(I.cosφ) = Z.I2

Z

R

Vậy: Công suất tác dụng P là công suất có hiệu lực biến năng lượng điện thành

ra các dạng năng lượng khác và sinh ra công

Q = U.I.sinφ = Z.I(I.sinφ) = Z.I2

Z

X

= X.I2 (2.2) Vậy: Công suất phản kháng Q của một nhánh nói lên cường độ của quá trình dao động năng lượng Hay công suất phản kháng là thành phần công suất tiêu thụ trên điện cảm hay phát ra trên điện dung của mạch điện

Ta có thể biểu diễn quan hệ giữa P và Q như hình 2.2:

Hình 2.2: Quan hệ giữa công suất P và Q

Trong mạng điện có các thành phần mang tính điện kháng hay điện dung sẽ sử dụng công suất đặc biệt được gọi là công suất phản kháng Ngược lại với công suất tác dụng, công suất phản kháng có thể được phục hồi sau khi đã được hấp thụ

2.1.1.2 Sự tiêu thụ công suất phản kháng

Công suất phản kháng được tiêu thụ ở: động cơ không đồng bộ, máy biến áp, trên đường dây tải điện và ở các phần tử, thiết bị có liên quan đến từ trường

0 U.I.sinφ

U.I.cosφ

S = U.I

P

Q

Yêu cầu về công suất phản kháng chỉ có thể giảm đến mức tối thiểu chứ không thể triệt tiêu được vì nó cần thiết để tạo ra từ trường, yếu tố trung gian cần thiết trong quá trình chuyển hóa điện năng

Sự tiêu thụ công suất phản kháng trên lưới điện có thể phân chia một cách gần đúng như sau [1]:

- Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng (60 – 65) %

- Máy biến áp tiêu thụ khoảng (22 – 25) %

- Đường dây tải điện và các phụ tải khác 10 %

a) Động cơ không đồng bộ

- Động cơ không đồng bộ là thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng chính trong lưới điện Chế độ làm việc của nó ảnh hưởng đến giá trị tiêu thụ công suất phản kháng, có lúc giá trị nhu cầu công suất phản kháng lớn hơn công suất tác dụng của

nó

- Công suất phản kháng của động cơ không đồng bộ gồm hai thành phần: + Một phần nhỏ công suất phản kháng được sử dụng để sinh ra từ trường tản trong mạch điện sợ cấp: Q1 = mi I1 X1 và mạch điện thứ cấp Q2 = mi I2 X2 với mi

- P: công suất tải thực tế động cơ

- Pđm, Cosđm , Iđm: là công suất, hệ số công suất, dòng điện định mức của động cơ

- đm: hiệu suất của động cơ theo định mức

- I0: dòng điện không tải

+ Phần lớn công suất phản kháng còn lại dùng để sinh ra từ trường khe hở:

- Một số lưu ý đối với động cơ không đồng bộ:

+ Khi điện áp tăng, sự tiêu thụ công suất phản kháng tăng do mức độ từ hóa tăng và tản từ tăng do vậy việc tăng điện áp vận hành chưa đảm bảo tổn thất giảm

+ Đối với những động cơ công suất nhỏ, do tăng một cách tương đối khe

hở không khí giữa rôto và stato làm tăng lượng tản từ, do vậy công suất phản kháng tăng

+ Động cơ có tốc độ thấp, hiệu suất kém, tiêu thụ công suất phản kháng tăng

b) Máy biến áp

- MBA tiêu thụ khoảng 22 đến 25% nhu cầu công suất phản kháng tổng của lưới điện, nhỏ hơn nhu cầu của các động cơ không đồng bộ do công suất phản kháng dùng để từ hóa lõi thép máy biến áp không lớn so với động cơ không đồng

bộ, vì không có khe hở không khí Nhưng do số thiết bị và tổng dung lượng lớn, nên nhu cầu tổng CSPK của MBA cũng rất đáng kể

- CSPK tiêu thụ bởi MBA gồm hai thành phần:

+ Công suất phản kháng được dùng để từ hóa lõi thép không phụ thuộc vào tải:

Sđm: dung lượng định mức của máy biến áp

I0%: dòng điện không tải tính theo % của dòng điện định mức máy biến áp

- Công suất phản kháng tản từ máy biến áp phụ thuộc vào tải:

UN% điện áp ngắn mạch phần trăm

c) Đèn huỳnh quang

- Thông thường các đèn huỳnh quang vận hành có một chấn lưu để hạn chế dòng điện Tuy theo điện cảm của chấn lưu, hệ số công suất chưa được hiệu chỉnh cosφ của chấn lưu nằm trong khoảng 0,3 đến 0,5

- Các đèn huỳnh quang hiện đại có bộ khởi động điện từ, hệ số công suất chưa được hiệu chỉnh Cosφ thường gần bằng 1 Do vậy không cần hiệu chỉnh hệ số công suất của thiết bị này Tuy nhiên, khi các thiết bị điện tử này khởi động thì sinh ra các sóng hài

2.1.2 Các nguồn phát công suất phản kháng

Khả năng phát CSPK của các nhà máy điện là rất hạn chế, do Cosφ của nhà máy từ 0,85 – 0,9 hoặc cao hơn nữa Vì lý do kinh tế người ta không chế tạo các máy phát có khả năng phát nhiều CSPK cho phụ tải Các máy phát chỉ đảm đương một phần nhu cầu CSPK của phụ tải, phần còn lại do các thiết bị bù đảm trách (Máy

2.1.2.1 Các nguồn phát công suất phản kháng

a) Máy bù đồng bộ

Máy bù đồng bộ là loại máy điện đồng bộ chạy không tải dùng để phát hoặc tiêu thụ CSPK Máy bù đồng bộ là phương pháp cổ truyền để điều chỉnh liên tục CSPK Các máy bù đồng bộ thường được dùng trong hệ thống truyền tải, chẳng hạn

ở đầu vào các đường dây tải điện dài, trong các trạm biến áp quan trọng và trong các trạm biến đổi dòng điện một chiều cao áp

Nếu ta tăng dòng điện kích từ ikt lên (quá kích thích, dòng điện của máy bù đồng bộ sẽ vượt trước điện áp trên cực của nó một góc 900) thì máy phát ra CSPK

Qb phát lên mạng điện Ngược lại, nếu ta giảm dòng kích từ ikt (kích thích non, E <

U, dòng điện chậm sau điện áp 900) thì máy bù sẽ biến thành phụ tải tiêu thụ CSPK Vậy máy bù đồng bộ có thể tiêu thụ hoặc phát ra CSPK

Các máy bù đồng bộ ngày nay thường được trang bị hệ thống kích thích từ nhanh có bộ kích từ chỉnh lưu Có nhiều phương pháp khởi động khác nhau, một phương pháp hay dùng là khởi động đảo chiều

b) Tụ điện tĩnh

Tụ điện tĩnh là một đơn vị hoặc một dãy đơn vị tụ nối với nhau và nối song song với phụ tải theo sơ đồ hình sao hoặc tam giác, với mục đích sản xuất ra CSPK cung cấp trực tiếp cho phụ tải, điều này làm giảm CSPK phải truyền tải trên đường dây Tụ bù tĩnh cũng thường được chế tạo không đổi (nhằm giảm giá thành) Khi cần điều chỉnh điện áp có thể dùng tụ điện bù tĩnh đóng cắt được theo cấp, đó là biện pháp kinh tế nhất cho việc sản xuất ra CSPK

Tụ điện tĩnh cũng như máy bù đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích CSPK trực tiếp cấp cho hộ tiêu thụ, giảm được lượng CSPK truyền tải trong mạng, do đó giảm được tổn thất điện áp

CSPK do tụ điện phát ra được tính theo biểu thức sau:

QC = U2.2πf.C.10-9 kVAr (2.7)

U có đơn vị là kV

f tần số có đơn vị là Hz

C là điện dung có đơn vị là μF

Khi sử dụng tụ điện cần chú ý phải đảm bảo an toàn vận hành, cụ thể khi cắt tụ

ra khỏi lưới phải có điện trở phóng điện để dập điện áp

Các tụ điện bù tĩnh được dùng rộng rãi để hiệu chỉnh hệ số công suất trong các

hệ thống phân phối điện như: hệ thống phân phối điện công nghiệp, thành phố, khu đông dân cư và nông thôn Một số các tụ bù tĩnh cũng được đặt ở các trạm truyền tải

Tụ điện là loại thiết bị điện tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện áp Do

đó có thể sinh ra công suất phản khánh Q cung cấp cho mạng Tụ điện tĩnh có những ưu điểm sau:

- Suất tổn thất công suất tác dụng bé, khoảng (0,003 – 0,005) kW/kVAr

- Không có phần quay nên lắp ráp bảo quản dễ dàng

- Tụ điện tĩnh được chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, vì thế có thể tùy theo sự phát triển của phụ tải trong quá trình sản xuất mà điều chỉnh dung lượng cho phù hợp

Song tụ điện tĩnh cũng có một số nhược điểm sau:

- Nhược điểm chủ yếu của chúng là cung cấp được ít CSPK khi có rối loạn hoặc thiếu điện, bởi vì dung lượng của công suất phản kháng tỷ lệ bình phương với điện áp:

- Khi đóng tụ điện vào mạng có dòng điện xung, còn khi cắt tụ khỏi mạng, nếu không có thiết bị phóng điện thì sẽ có điện áp dư trên tụ

- Bù bằng tụ điện sẽ khó khăn trong việc tự động điều chỉnh dung lương bù một cách liên tục

- Tụ điện tĩnh được chế tạo dễ dàng ở cấp điện áp 6 - 10 kV và 0,4 kV Thông thường nếu dung lượng bù nhỏ hơn 5 MVAr thì người ta dùng tụ điện, còn nếu lớn hơn phải so sánh với máy bù đồng bộ

c) Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn được đồng bộ hóa

Khi cho dòng điện một chiều vào dây quấn Roto của động cơ không đồng bộ thì động cơ đó sẽ làm việc như động cơ đồng bộ, có thể điều chỉnh dòng kích từ để

nó phát ra CSPK cung cấp cho mạng Nhược điểm của loại này là suất tổn thất công suất tác dụng lớn, khoảng (0,02 – 0,08) kW/kVAr; khả năng quá tải kém Vì vậy nó chỉ được phép làm việc với 75% công suất định mức

Vì các nhược điểm trên, cho nên nó chỉ được dùng khi không có sẵn các loại thiết bị bù khác

d) Dây dẫn

Cảm kháng của dây dẫn là do có từ thông biến đổi khi có dòng điện chạy trên dây dẫn, trong mạng lưới điện phân phối, dây cáp có cảm kháng rất bé vì các lõi cáp đặt rất gần nhau và từ thông móc vòng qua chúng rất nhỏ Vậy trên sơ đồ thay thế của đường dây cáp chỉ còn có điện trở của cáp Hay nói một cách khác, trên mạng phân phối, tổn thất CSPK từ mạng cáp rất không đáng kể CSPK do cáp phát ra phụ thuộc vào cấp điện áp và tiết diện của lõi thép

Ngoài các thiết bị bù kể trên, còn có thể dùng động cơ đồng bộ làm việc ở chế

độ quá kích từ, hoặc dùng máy phát điện làm việc ở chế độ bù để làm máy bù

Ở các xí nghiệp có nhiều tổ máy phát diezen, làm nguồn dự phòng, khi chưa dùng đến có thể sử dụng làm máy bù đồng bộ

2.1.2.2 Ưu nhược điểm của các nguồn phát công suất phản kháng

a) Ưu điểm của tụ điện so với máy bù đồng bộ

- Chi phí cho một kVAr của tụ điện rẻ hơn so với máy bù đồng bộ Ưu điểm này càng nổi bật khi dung lượng càng tăng

- Giá tiền của mỗi kVA tụ điện tĩnh ít phụ thuộc vào công suất đặt và có thể coi như không đổi, vì vậy rất thuận tiện cho việc phân chia tụ điện tĩnh ra làm nhiều

tổ nhỏ, tùy ý lắp đặt vào nơi cần thiết Trái lại giá tiền mỗi kVA máy bù đồng bộ lại thay đổi tùy theo dung lượng, dung lượng máy càng nhỏ thì giá tiền càng đắt

- Tổn thất công suất tác dụng trong tụ điện rất bé, khoảng (0,3 – 0,5)% công suất của chúng, trong khi đó tổn thất trong máy bù đồng bộ lớn hơn hàng chục lần, vào khoảng (1,33 -3,2)% công suất định mức

- Tụ điện vận hành đơn giản, độ tin cậy cao hơn máy bù đồng bộ Trái lại máy

bù đồng bộ với những bộ phận quay, chổi than dễ gây ra mài mòn, sự cố trong lúc vận hành Trong lúc vận hành, một tụ điện nào đó có thể bị hư hỏng thì toàn bộ số

tụ điện còn lại vẫn tham gia vào vận hành bình thường Song nếu trong nhà máy chỉ

có một máy bù đồng bộ mà bị hư hỏng thì sẽ mất toàn bộ dung lượng bù, ảnh hưởng tiêu cực khi đó sẽ rất lớn

- Tụ điện lắp đặt, bảo dưỡng định kỳ rất đơn giản Có thể phân ra nhiều cụm để lắp rải trên lưới phân phối, hiệu quả là cải thiện đường cong phân bố điện áp tốt hơn Tụ điện không cần công nhân trông coi vận hành như máy bù đồng bộ

- Tụ điện điện áp thấp còn có ưu điểm là nó được đặt sâu trong các mạng điện

hạ áp xí nghiệp, gần ngay các động cơ điện, nên làm giảm được ∆P và ∆A rất nhiều Với nhiều ưu điểm nổi trội so với máy bù đồng bộ, ngày nay trên lưới điện phần lớn sử dụng tụ điện để bù CSPK

b) Nhược điểm của tụ điện so với máy bù đồng bộ

- Máy bù đồng bộ có thể điều chỉnh trơn tương đối dễ dàng, còn tụ điện thường chỉ được điều chỉnh theo từng cấp

- Máy bù đồng bộ có thể phát ra hay tiêu thụ CSPK theo một cơ chế linh hoạt, còn tụ điện chỉ có thể phát ra CSPK

c) Các nhược điểm của tụ điện ngày nay đã dần được khắc phục bằng cách như:

- Để điều chỉnh trơn tụ điện người ta dùng bù CSPK có điều khiển SVC

- Để có thể phát hay nhận CSPK người ta dùng SVC gồm tổ hợp TCR và TSC

- Để bảo vệ quá áp và kết hợp điều chỉnh tụ bù theo điện áp, người ta lắp đặt các bộ điều khiển để đóng cắt tụ theo điện áp như STATCOM

2.1.3 Phối hợp công suất phản kháng

Trong hệ thống điện bù công suất phản kháng phân làm hai loại:

- Bù cưỡng bức hay bù kỹ thuật một lượng CSPK nhất định để đảm bảo cân bằng CSPK trong hệ thống Công suất này phải được điều chỉnh để có thể thích ứng với các chế độ vận hành khác nhau của hệ thống

- Bù kinh tế: công suất phản kháng có thể thiếu cục bộ, do vậy cần phải bù trực tiếp và hơn nữa khi bù kỹ thuật, một lượng lớn CSPK đáng kể vẫn phải lưu thông trong lưới phân phối gây ra tổn thất công suất và tổn thất điện năng khá lớn Khi thực hiện bù kinh tế, người ta tính toán để đạt được mục tiêu lợi ích, nếu lợi ích thu được do lắp đặt thiết bị bù lớn hơn chi phí lắp đặt thì việc bù kinh tế sẽ được thực hiện

Các lợi ích khi lắp đặt tụ bù:

- Giảm được công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ max của hệ thống điện, do

đó giảm được dự trữ công suất tác dụng làm tăng độ tin cậy của hệ thống điện

- Giảm nhẹ tải cho các máy biến áp trung gian và các đường trục trung áp do giảm chuyển tải công suất phản kháng và hiệu quả là thời gian cải tạo nâng dung lượng, tăng tiết diện dây được kéo dài hơn

- Giảm được tổn thất điện năng

- Cải thiện chất lượng điện áp cung cấp cho các phụ tải

- Cải thiện hệ số công suất

- Lập kế hoạch về các hoạt động của hệ thống có liên quan đến việc cải thiện tình trạng vận hành của hệ thống điện bằng cách sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng sẵn có Công việc này nhằm xác định phương thức, tình trạng vận hành, nhu cầu phụ tải trong vài ngày hoặc một năm trong tương lai

- Điều phối và giám sát công suất phản kháng là quyết định hoạt động thực tế của thiết bị bù Việc phân tích, đánh giá được thực hiện trong vài giây đến vài giờ trước khi thực hiện

2.1.4 Quản lý công suất phản kháng

Lập kế hoạch nhu cầu công suất phản kháng là nhiệm vụ chính trong việc quản

lý công suất phản kháng Vấn đề này bao gồm: xác định việc đóng cắt tối ưu các thiết bị bù nhằm hỗ trợ CSPK thỏa mãn trong mọi trạng thái sự cố tức thời cũng như xác định việc đóng cắt riêng lẻ Việc đóng thêm thiết bị bù công suất phản kháng mới là nhằm điều khiển sự thay đổi điện áp sau sự cố

Các lợi ích trong việc quản lý công suất phản kháng:

- Tiết kiệm chi phí do giảm tổn thất trên hệ thống

- Cải thiện đường cong phân bố điện áp

- Điều khiển điện áp tốt hơn

- An toàn hệ thống được tăng cường

- Khả năng trao đổi qua lại được tăng cường

- Hoạt động của hệ thống được tăng cường

2.1.5 Bù công suất phản kháng cho phụ tải

2.1.5.1 Các mục tiêu khi bù phụ tải

Bù phụ tải là giảm công suất phản kháng chuyển tải trên xuất tuyến và để củng

cố chất lượng nguồn điện trong các hệ thống điện xoay chiều Mục tiêu của bù phụ tải là:

- Điều chỉnh hệ số công suất

b) Điều áp là một vấn đề quan trọng và đặc biệt cần thiết nếu trong lưới điện

có các phụ tải có nhu cầu công suất phản kháng luôn thay đổi Trong mọi trường hợp, sự biến thiên về nhu cầu công suất phản kháng sẽ gây ra sự biến thiên điện áp tại điểm cung cấp làm ảnh hưởng đến hoạt động của các phụ tải đấu nối vào điểm

đó và làm tăng khả năng nhiễu loạn giữa các phụ tải ở gần Để ngăn ngừa việc này phải cố gắng duy trì điện áp trong giới hạn quy định

c) Việc cân bằng phụ tải, hoạt động không cân bằng làm tăng các thành phần thứ tự nghịch pha và thứ tự không của dòng điện Các thành phần này dễ gây tác động xấu như làm tăng các loại tổn thất trong động cơ và các máy phát, gây dao động mômen quay ở các máy điện xoay chiều, gia tăng độ gợn sóng trong các bộ chỉnh lưu, làm cho các thiết bị điện hoạt động không đúng chức năng, làm tăng bão hòa từ cho các máy biến áp và dòng trung tính vượt quá mức cho phép

2.1.5.2 Bù tự nhiên cho phụ tải

Trước khi nghiên cứu bù nhân tạo (dùng các thiết bị bù) chúng ta cần phải nghiên cứu bù tự nhiên để khắc phục các thiếu sót trong quản lý, vận hành, phân phối, tiêu thụ điện, hạn chế việc tiêu thụ công suất phản kháng quá mức sau đó mới nghiên cứu bù nhân tạo

Bù tự nhiên trong hệ thống điện bao gồm các vấn đề sau:

- Nghiên cứu và thực hiện các biện pháp điều hòa phụ tải, nâng cao hệ số tải trong thời gian thấp điểm và hệ số điền kín phụ tải đảm bảo cho các đường dây và trạm biến áp không bị non tải, không tải hay quá tải

- Nghiên cứu các phương thức vận hành tối ưu

Bù tự nhiên trong các nhà máy, xí nghiệp, … tiêu thụ điện là nghiên cứu sắp xếp, điều chỉnh việc sản xuất trong xí nghiệp để đảm bảo cho các thiết bị tiêu thụ điện không bị thường xuyên không tải hoặc quá tải

2.1.5.3 Biện pháp bù tự nhiên để điều chỉnh điện áp và nâng cao hệ số công suất

a) Các biện pháp điều chỉnh điện áp

- Giảm sụt điện áp bằng cách chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý, đưa các trạm biến áp Biện pháp này chủ yếu được dùng trong giai đoạn qui hoạch, thiết kế và có ảnh hưởng sâu sắc đến toàn bộ hệ thống cung cấp điện Khi các trạm biến áp phụ tải quá tải cần cấy thêm trạm hơn là tăng dung lượng máy biến áp

- Chọn dây dẫn có dự phòng có xét tới phát triển trong tương lai khi thiết kế, xây dựng đường dây trung áp cần tính chọn tiết diện dây đảm bảo việc phát triển phụ tải trong tương lai

- Điều chỉnh đồ thị phụ tải để tránh chênh lệch quá lớn giữa thời gian cao và thấp điểm bằng các biện pháp quản lý kinh doanh như giá bán điện theo thời gian trong ngày

- Tính toán chọn nấc phân áp cho các trạm biến áp vận hành với điện áp cao

Uđm đến 1,05 Uđm ở các trạm nguồn Dùng các máy biến áp có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải

b) Các biện pháp nâng cao hệ số công suất tự nhiên

- Thay đổi và cải tiến qui trình công nghệ để thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất

- Thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn

Khi làm việc động cơ không đồng bộ tiêu thụ lượng công suất phản kháng:

Q = Q0 + (Qđm - Q0)k2pt

Trong đó:

Q0: công suất phản kháng lúc động cơ làm việc không tải

Qđm: công suất phản kháng lúc động cơ làm việc định mức

đm

2 pt 0 đm 0

kk

.P

)kQ-(Q+(Q1

1

Do vậy, nếu ta thay thế động cơ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn làm tăng kpt, do đó nâng được hệ số công suất Cosφ của động cơ

- Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải

Biện pháp này được dùng khi không có điều kiện thay thế động cơ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn

Công suất phản kháng động cơ tiêu thụ tính theo U như sau:

Từ công thức (2.10) ta thấy công suất phản kháng Q tỉ lệ với bình phương điện

áp U, do vậy nếu ta giảm U thì Q giảm đi rõ rệt, do đó Cosφ được nâng lên

- Hạn chế động cơ chạy không tải

Có thể hạn chế động cơ chạy không tải bằng cách:

+ Hướng dẫn, huấn luyện công nhân có các thao tác hợp lý

+ Đặt bộ hạn chế chạy không tải trong sơ đồ khống chế động cơ

- Dùng động cơ đồng bộ thay thế cho động cơ không đồng bộ

Đối với nhưng thiết bị có công suất lớn, không yêu cầu điều chỉnh tốc độ như máy bơm, quạt gió, máy nén khí,… thì nên dùng động cơ đồng bộ Vì động cơ đồng

bộ có những ưu điểm rõ rệt so với động cơ không đồng bộ như:

+ Hệ số công suất cao, khi cần có thể làm việc ở chế độ quá kích từ để trở thành một máy bù cung cấp công suất phản kháng cho lưới

+ Mômen quay tỉ lệ bậc nhất với điện áp, vì vậy ít phụ thuộc vào sự dao động của điện áp

- Thay thế những máy biến áp làm việc non tải bằng những máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn

2.1.5.4 Điều chỉnh điện áp

Việc điều chỉnh điện áp được xem như là thay đổi tỉ lệ với biên độ điện áp cung cấp đi kèm với mỗi thay đổi của dòng phụ tải được xác định (nghĩa là từ không tải đến đầy tải) Điều này dẫn đến sự sụt điện áp trên tổng trở cung cấp của dòng điện tải Giả sử hệ thống cung cấp được biểu diễn bằng mạch tương đương Thevenin một pha như ở hình 2.3 thì việc điều chỉnh điện áp được cho bởi:

(2.11)

U là điện áp pha chuẩn

Hình 2.3: Mạch tương đương của hệ thống cung cấp và phụ tải

Khi không có thiết bị bù, sự thay đổi của điện áp cung cấp do dòng điện phụ tải IL gây ra được biểu diễn ở hình 2.4 là ∆U:

U

) U E ( U

U E

Do vậy ∆U = (RS + jXS)

U

jQ L

=

U

QXP

RS L  S L

U

Q R P X

Hình 2.4: Đồ thị vectơ pha khi hình 2.3 chưa có bù

Sự thay đổi điện áp có thành phần ∆UR cùng pha với U và thành phần ∆UXvuông góc với U Có nghĩa là biên độ và pha của U có liên quan đến điện áp cung cấp E

Khi thêm thiết bị bù nối song song với tải có thể làm cho E  U , tức là làm cho cho sự thay đổi điện áp bằng 0 hay giữ cho biên độ điện ápE  U ung cấp không đổi ở giá trị E khi có tải Công suất phản kháng QL ở phương trình (2.13) được thay bằng tổng QS = QC + QL và QC được chỉnh định sao cho làm quay đồ thị vectơ pha ∆U cho đến khi E  U

Từ phương trình (2.12) và (2.13) ta có:

E2 =

2 S S L S

U

QXPR



2 S S L S

U

QRP



(2.14) Sắp xếp lại (2.14) ta được:

QS =

a 2

ac 4 b

Khi đó ta có QC = QS - QL với E  U

Ta luôn tính được giá trị QS bất kể giá trị nào củ PL

Hình 2.5: Đồ thị vectơ cho hình 2.3 khi có bù

2.1.6 Ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng lưới phân phối

Hầu hết các thiết bị sử dụng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng (P) và công suất phản kháng (Q) Sự tiêu thụ CSPK này sẽ được truyền tải trên lưới điện về phía nguồn cung cấp CSPK, sự truyền tải công suất này trên đường dây sẽ làm tổn hao một lượng công suất và làm cho hao tổn điện áp tăng lên đồng thời cũng làm cho lượng công suất biểu kiến (S) tăng, dẫn đến chi phí để xây dựng đường dây tăng lên Vì vậy việc bù CSPK cho lưới điện sẽ có những tích cực như sau:

- Giảm được tổn thất công suất trong lưới điện

- Giảm được tổn thất điện áp trong lưới điện

- Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp

2.2 Ổn định điện áp trong hệ thống [4]

Ổn định điện áp là khả năng của hệ thống điện để duy trì điện áp ổn định tại tất

cả các thanh cái trong hệ thống điện sau khi chịu tác động của nhiễu loạn từ điều kiện vận hành trước đó Ổn định điện áp phụ thuộc vào khả năng duy trì, phục hồi trạng thái cân bằng giữa nhu cầu phụ tải và khả năng cấp điện cho phụ tải từ hệ

φL

IC

IL

thống điện Ổn định điện áp được phân thành hai dạng dựa theo thời gian mô phỏng: Ổn định điện áp tĩnh và ổn định điện áp động Phân tích ổn định điện áp tĩnh liên quan đến việc giải các phương trình đại số và vì thế nó ít phép tính hơn so với nghiên cứu ổn định điện áp động

Sự mất ổn định xuất hiện dưới dạng thường thấy là điện áp tăng lên hoặc giảm xuống của một số các thanh cái Hậu quả của việc mất ổn định điện áp là hệ thống bảo vệ relay sẽ tác động cắt điện một số phụ tải trong khu vực, hoặc cắt đường dây truyền tải điện hoặc các phần tử khác mà điều này có thể dẫn đến mất ổn định đồng

bộ của một số máy phát điện trong hệ thống

Ổn định điện áp được phân thành bốn dạng: Ổn định điện áp nhiễu loạn lớn,

ổn định điện áp nhiễu loạn bé, ổn định điện áp trong ngắn hạn và ổn định điện áp trong dài hạn Tóm tắt ngắn gọn các loại ổn định điện áp như sau:

- Ổn định điện áp nhiễu loạn lớn: Khả năng của hệ thống điện để duy trì ổn định điện áp ngay sau khi các nhiễu loạn lớn xảy ra như các sự cố hệ thống, ngắt máy phát điện, hoặc ngắn mạch Khả năng này được xác định bởi đặc tính của hệ thống và phụ tải, và ảnh hưởng của cả hệ thống điều khiển và bảo vệ Nghiên cứu

ổn định này quan tâm trong khoảng thời gian từ một vài giây đến 10 phút

- Ổn định điện áp nhiễu loạn bé: Khả năng của hệ thống để duy trì ổn định điện

áp khi hệ thống xảy ra các dao động bé như việc gia tăng sự thay đổi trong hệ thống phụ tải Đây là dạng ổn định bị ảnh hưởng bởi đặc tính của phụ tải, việc điều khiển liên tục, và điều khiển gián đoạn ở thời gian tức thời đã cho trước

- Ổn định điện áp trong ngắn hạn: Liên quan đến tác động của các thành phần phụ tải thay đổi nhanh như mô-tơ cảm ứng, phụ tải có điều khiển bằng thiết bị điện

tử và các bộ chuyển đổi HVDC Nghiên cứu quá trình trong khoảng vài giây

- Ổn định điện áp trong dài hạn: Liên quan đến các thiết bị hoạt động chậm hơn như máy biến áp điều nấc, các phụ tải có điều khiển theo nhiệt độ và các máy phát điện có bộ hạn dòng Thời gian quá độ có thể được mở rộng một vài phút và dài hơn nữa

Một trong những nguyên nhân chính dẫn đến mất ổn định điện áp của hệ thống điện là thiếu công suất phản kháng để hổ trợ cho hệ thống Việc cải thiện khả năng điều khiển công suất phản kháng của hệ thống bằng thiết bị FACTS là một biện pháp để ngăn chặn mất ổn định điện áp và hơn nữa là sụp đổ điện áp

Đặc tính P-V cho thấy điện áp ở thanh cái đầu cuối tỷ lệ nghịch với công suất truyền tải được minh họa trong hình 2.5 sau đây:

Hình 2.5: Các đường cong P-V không có bù, có bù song song

Khi công suất truyền tải gia tăng, điện áp ở đầu nhận cuối nguồn giảm Cuối cùng, điểm giới hạn, tại điểm giới hạn công suất phản kháng của hệ thống đã được đem ra sử dụng hết, đến đây nếu gia tăng truyền tải công suất tác dụng thì sẽ dẫn đến giảm biên độ điện áp rất nhanh Trước khi đến điểm giới hạn, độ sụt áp là rất lớn làm cho tổn thất công suất phản kháng trở nên trầm trọng Chỉ bằng cách bảo vệ

hệ thống khỏi bị sụp đổ điện áp là giảm công suất phản kháng của phụ tải hoặc hổ trợ công suất phản kháng trước khi hệ thống đến điểm sụp đổ điện áp Các thiết bị FACTS có thể cung cấp công suất phản kháng theo yêu cầu để gia tăng biên độ ổn định điện áp

2.3 Giới hạn ổn định trong hệ thống

Ổn định hệ thống điện là khả năng của hệ thống để duy trì trạng thái vận hành cân bằng trong những điều kiện vận hành bình thường và trở lại trạng thái cân bằng sau khi chịu tác động của các nhiễu loạn Mất ổn định trong hệ thống điện được thể hiện dưới nhiều dạng khác nhau phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống và chế độ vận hành Thông thường, ổn định là việc duy trì tất cả các máy phát đồng bộ trong hệ thống điện làm việc đồng bộ với nhau

Xét giới hạn ổn định của hệ thống gồm 2 nguồn và hai đường dây song song như hình 2.6

Hình 2.7: Đường cong công suất và góc

Nếu điểm 4 máy phát không được hãm tốc và tiếp tục trượt dài thì làm cho mất ổn định đồng bộ Giới hạn ổn định của hệ thống là phần diện tích Stt và phải nhỏ hơn diện tích hãm tốc Sht

2.4 Tổng quan về ứng dụng thiết bị FACTS [2]

2.4.1 Giới thiệu thiết bị FACTS

Để nâng cao chất lượng điện áp và ổn định điện áp cho hệ thống điện, hiện nay

đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng các thiết bị bù công suất phản kháng Tuy nhiên, các thiết bị bù đó vẫn chưa đáp ứng được các yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy khi hệ thống có sự thay đổi đột ngột về nhu cầu công suất phản kháng Vì thế, các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt – FACTS đã ra đời và đáp ứng được các yêu cầu về độ phản ứng nhanh nhạy cũng như dung lượng

bù tối ưu cho hệ thống trong mọi chế độ làm việc Ngoài ra, FACTS còn dùng để nâng cao khả năng điều khiển hệ thống điện và tăng khả năng truyền tải công suất trên đường dây

FACTS được định nghĩa bởi IEEE là “Hệ thống sử dụng các thiết bị điện tử công suất và các thiết bị tĩnh khác để điều khiển một hoặc nhiều thông số của hệ

thống đường dây truyền tải điện xoay chiều, qua đó, nâng cao khả nâng điều khiển

và khả năng truyền tải công suất”

2.4.2 Một số thiết bị FACTS

Ngày nay, với sự phát triển mạnh và nhanh chóng của các thiết bị điện tử công suất lớn, điện áp cao cho nên công nghệ FACTS ra đời nhằm giúp cho quá trình thực hiện điều khiển điện áp trên hệ thống điện, cụ thể là đường dây truyền tải được linh hoạt và nhanh chóng Các thiết FACTS thường được sử dụng là:

• Static Var Compensator (SVC): Bộ bù tĩnh

• Static Compensator (STATCOM): Bộ bù đồng bộ tĩnh

• Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC): Bộ bù dọc điều khiển Thyristor

• Static Synchronous Series Compensator (SSSC): Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh

• Unified Power Flow Controller (UPFC): Bộ điều khiển trào lưu công suất hợp nhất

• High Voltage Direct Current (HVDC): Đường dây một chiều cao áp

Khi Uq > 0 thì SSSC phát ra CSPK, ngược lại khi Uq < 0 thì SSSC tiêu thụ CSPK

Việc thay đổi điện áp này được thực hiện bằng bộ VSC nối bên thứ cấp của máy biến áp Bộ VSC sử dụng các linh kiện điện tử công suất (GTO, IGBT) để tạo

ra điện áp từ nguồn một chiều

Hình 2.8: Sơ đồ cấu trúc của SSSC

2.4.2.2 Bộ bù bằng tụ mắc nối tiếp điều khiển bằng thyristor (TCSC)

Điều khiển công suất phản kháng chảy qua điểm kết nối thông qua điều khiển biên độ, góc pha của điện áp nguồn Hình 2.9 sơ đồ cấu trúc của TCSC

TCSC là thiết bị bù nối tiếp trong FACTS, TCSC điều khiển điện kháng X của đường dây thông qua việc dùng thyristor điều khiển đóng hay cắt dãy tụ kết nối vào đường dây

Chúc năng của TCSC là:

- Giảm dao động điện áp

- Tăng khả năng truyền tải đường dây bằng cách bù CSPK

- Tăng tính ổn định cho hệ thống điện

- Hạn chế hiện tượng cộng hưởng tần số thấp trong hệ thống điện

Hình 2.9: Sơ đồ cấu trúc của TCSC

2.4.2.3 Bộ điều khiển trào lưu công suất hợp nhất (UPFC)

UPFC có thể được xem như bao gồm hai VSC chung tụ điện trên phần DC của chúng mắc đấu lưng nhau và là một hệ thống điều khiển hợp nhất Mô tả đơn giản của UPFC như hình 2.10

Hình 2.10: Sơ đồ cấu trúc của UPFC

UPFC cho phép điều khiển đồng thời trào lưu công suất tác dụng và phản kháng, và độ lớn điện áp tại các giới hạn UPFC Một sự lựa chọn, sự điều khiển này

có thể được đặt để điều khiển một hoặc nhiều các thông số trong một vài tổ hợp hoặc không điều khiển chúng

Công suất tác dụng yêu cầu bởi bộ nghịch lưu nối tiếp được rút ra bởi bộ nghịch lưu mắc song song từ lưới AC và được cung cấp đến nút m thông qua lưới

DC Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu nối tiếp được cộng đến điện áp nút, lấy tại nút k, để nâng điện áp tại nút m Độ lớn điện áp của điện áp ra VcR cung cấp sự điều chỉnh điện áp, và góc pha cR xác định cách điều khiển trào lưu công suất Thêm

vào đó một vai trò phụ trong việc thay đổi công suất tác dụng mà đó là nơi giữa bộ nghịch lưu nối tiếp và hệ thống AC, bộ nghịch lưu song song cũng có thể phát hoặc thu công suất phản kháng để cung cấp sự điều chỉnh độ lớn điện áp một cách độc lập tại điểm kết nối với hệ thống xoay chiều

2.4.2.4 Bộ bù tĩnh (SVC)

Điều khiển dòng công suất phản kháng trên lưới thông qua việc điều chỉnh điện áp phát ra từ thiết bị bù SVC là thiết bị bù song song trong FACTS, SVC điều chỉnh điện áp ở cực của nó bằng cách điều khiển lượng công suất phản kháng hấp thụ hay phát ra từ công suất hệ thống Khi điện áp hệ thống thấp hơn điện áp SVC, thì SVC phát ra công suất phản kháng Ngược lại, điện áp hệ thống cao hơn, thì SVC hấp thụ công suất phản kháng Việc thay đổi công suất phản kháng thực hiện bằng việc chuyển mạch các tụ và cuộn kháng nối ở phía thứ cấp máy biến áp Việc đóng cắt này được thực hiện bằng các thyristor

Hình 2.11: Sơ đồ cấu trúc của SVC

2.4.2.5 Bộ bù đồng bộ tĩnh (STATCOM)

Điều khiển dòng công suất phản kháng trên lưới thông qua việc điều chỉnh điện áp phát ra từ thiết bị bù STATCOM là thiết bị bù song song trong FACTS, STATCOM điều chỉnh điện áp ở đầu cực của nó bằng cách điều khiển lượng CSPK phát ra hay hấp thụ từ hệ thống:

- Khi điện áp hệ thống thấp hơn điện áp STATCOM thì STATCOM phát ra CSPK