Nghiên ứu hiệu quả ứng dụng của thiết bị điều chỉnh góc pha trong hệ thống điện

74 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 75 Trang 7 CÁC KÝ HIỆUAC/DC : Alternative Current/Direct Current dòng điện xoay chiều/mộtchiều BESS: Battery Energy Storage System hệ thống lưu trữ năng

TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ

NGUYỄN VĂN NGHIỆP

ĐỀ TÀI: NGHIÊN C U HI U QU NG D NG C A THI T B Ứ Ệ Ả Ứ Ụ Ủ Ế Ị ĐIỀU CH NH Ỉ

GÓC PHA TRONG H Ệ THỐNG ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THU T Ậ

Chuyên ngành: K thuỹ ật Điện H – ệ thống điện

Hà Nộ i – 2018

TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ

NGUYỄN VĂN NGHIỆP

ĐỀ TÀI: NGHIÊN C U HI U QU NG D NG C A THI T B Ứ Ệ Ả Ứ Ụ Ủ Ế Ị ĐIỀU CH NH Ỉ

GÓC PHA TRONG H Ệ THỐNG ĐIỆN

Chuyên ngành: K thuỹ ật Điện H – ệ thống điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THU T Ậ

NGƯỜI HƯỚNG D N KHOA H C: GS.TS Ẫ Ọ LÃ VĂN ÚT

Hà Nộ i – 2018

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bài luận văn nào khác và các thông tin trích dẫn trong đoạn văn đều

đã được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2018

Người cam đoan

Nguyễn Văn Nghiệp

LỜI CẢM ƠNSau thời gian thực hiện luận văn, đến nay đề tài “Nghiên cứu hiệu quả ứng dụng của thiết bị điều chỉnh góc pha trong Hệ thống điện” đã được hoàn thành Trong thời gian thực hiện đề tài tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu của các đồng nghiệp và các thầy cô giáo trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo GS.TS Lã Văn Út nguyên cán

bộ Bộ môn Hệ thống điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi xây dựng và hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Hệ thống điện Viện - Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, công tác, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Xin trân trọng cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ FACTS ỨNG DỤNG TRONG HTĐ-

2.2 Các máy biến áp điều chỉnh nối tiếp và khả năng điều chỉnh góc pha 29

2.2.2 Khả năng thay đổi góc pha và hiệu quả tác động 30

CHƯƠNG 3– MÔ HÌNH TCPAR TRONG TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP

3.1.1 Các đường dây tải điện 39

3.2 Mô hình tính toán CĐXL HTĐ có máy biến áp (nhiều cấp điện áp) 42 3.2.1 Trường hợp có thể quy đổi lưới về sơ đồ về một cấp điện áp 42 3.2.2 Mô hình CĐXL HTĐ xét đến sự thay đổi góc pha các máy biến

áp

45

CHƯƠNG 4 – ỨNG DỤNG TCPAR TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

4.1 Giới thiệu phần mềm tính toán hệ thống điện CONUS 51 4.2 Nội dung nghiên cứu ứng dụng TCPAR điều chỉnh CĐXL của

CÁC KÝ HIỆU

AC/DC : Alternative Current/Direct Current (dòng điện xoay

chiều/mộtchiều) BESS: Battery Energy Storage System (hệ thống lưu trữ năng lượng

sử dụng pin hóa học)CĐQ : Đ Chế độ quá độ

CĐXL: Chế độ xác lập

CSC: Current Sourced Convertor (bộ biến đổi nguồn dòng)

CSTD: Công suất tác dụng

CSPK: Công suất phản kháng

ĐCĐA: Điều chỉnh điện áp

FACTS: Flexible Alternative Current Transmission System (hệ thống

truyền tải điện xoa chiều linh hoạt)y GTO: Gate turn-off (thyristor đóng cắt)

HTĐ: Hệ thống điện

LĐPP: Lưới điện phân phối

LĐTT: Lưới điện truyền tải

MBA: Máy bi n áp ế

NMĐ: Nhà máy điện

SSR: Sub-synchronous Resonance (cộng hưởng tần số dưới đồng

bộ)SSSC: Static Synchronous Series Compensator (bộ nguồn bù dọc

đồng bộ tĩnh)

STATCOM: Static Synchronous Compensator (máy bù đồng bộ tĩnh)

SVC: Static Sar Compensator (tụ bù ngang có điều khiển)

TCR: Thyristor Controlled Reactor (kháng điện điều khiển bằng

Thyristor) TCPAR: Thyristor Controlled Phase Angle Regulator (thiết bị điều

chỉnh góc pha điều khiển bằng Thyristor)TCSC: Thyristor Controlled Series Capacitor (tụ bù dọc điều khiển

bằng Thyristor)TCVR: Thyristor Controlled Voltage Regulator (thiết bị điều chỉnh

điện p điều khiển bằng Thyristor)áTSC: Thyristor Switched Compensator (tụ điện đ ng cắt bằng ó

Thyristor) TSSC: Thyristor Switched Series Capacitor (tụ bù dọc đóng cắt

bằng Thyristor) TSSR Thyristor Switched Series Reactor (kháng bù dọc đ ng cắt ó

bằng Thyristor)TJPFC: Unified Power Flow Controler (bộ điều khiển công suất tổng

hợp)VSC: Voltage Sourced Convertor (bộ biến đổi nguồn áp)

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ, PHỤ LỤC

Hình 2.10 Sơ đồ đấu nối 3 pha của MBA có điều chỉnh pha rời rạc vào

đường dây

36

Hình 3.4 Mô hình theo sơ đồ hình π tổng hợp 41

Hình 4.10: Phân bố công suất từ -10)h; (16- (8 20) h khi điều chỉnh góc pha 3 độ 60

Hình 4.11: Phân bố công suất từ (8 -10)h; (16-20) h khi điều chỉnh góc pha 5 độ 61

Hình 4.12: Phân bố công suất từ (8 -10)h; (16- 20)h khi điều chỉnh góc pha 7 độ 61

Hình 4.13: Phân bố công suất từ (8 -10)h; (16-20 )h khi điều chỉnh góc pha 8 độ 62

Hình 4.14: Phân bố công suất từ (8 -10)h; (16-20 )h khi điều chỉnh góc pha 9 độ 62

Hình 4.15: Phân bố công suất từ (8 -10)h; (16-20) h khi điều chỉnh góc pha 10 độ 63

Bảng 4.1 Thông số phụ tải trong quá trình vận hành của lưới điện 53

Phụ lục 1

Phân bố công suất trên các đoạn đường dây của lưới điện khi phụ tải đạt 95%

(Khi chưa có thiết bị TCPAR)

77

Phân bố công suất trên các đoạn đường dây của lưới điện khi phụ tải đạt 95%

81

Phân bố công suất trên các đoạn đường dây của lưới điện khi phụ tải đạt

(Khi chưa có thiết bị TCPAR)

85

Phân bố công suất trên các đoạn đường dây của lưới điện khi phụ tải đạt

89

MỞ ĐẦU

1 Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài

Liên kết các lưới điện với nhau đang là xu hướng phát triển của hệ thống điện (HTĐ) hiện đại nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất, vận hành Nhưng chính điều này làm cho HTĐ ngày càng phức tạp về quy mô, rộng lớn về không gian

và đặt ra nh u vấn đề kỹ thuật khá phức tạp cần được giải quyết trong thiết kế cũng iềnhư vận hành Với một hệ thống điện Việt Nam trong quá trình vận hành thường xảy

ra hiện tượng quá tải trên một số đường dây, để đảm bảo các đường dây vận hành bình thường không bị quá tải, việc giải quyết vấn đề quá tải có nhiều cách như tăng tiết diện đường dây, bù công suất phản k ng… Tuy nhiên, việc điều chỉnh góc pha hátrong hệ thống điện để phân bố lại dòng công suất trên các đoạn đường dây cũng là phương án được áp dụng để vận hành HTĐ

Hiện nay, điều chỉnh góc pha để phân bố lại dòng công suất trên các đoạn đường dây ta dùng các máy biến áp để điều chỉnh góc pha phương pháp truyền , thống này có nhược điểm là điều khiển chậm, không linh hoạt và chỉ điều chỉnh được với công suất nhỏ

Với việc phát triển của công nghệ điều khiển số được áp dụng trong hệ thống điện “Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt” FACTS (Flexible Altemating Current Transmission System) Việc áp dụng thiết bị điều chỉnh góc pha (TCPAR) vào trong hệ thống điện là rất thuận tiện

Việc nghiên cứu thiết bị điều chỉnh góc pha (TCPAR) để ứng dụng vào hệ thống điện nó giải quyết vấn đề điều chỉnh góc pha phân bố lại dòng công suất chạy trên các đường dây một cách tức thời điều khiển nhanh, linh hoạt và điều chỉnh được với các góc nhỏ mà phương pháp truyền thống không đáp ứng được

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các thiết bị FACTS để ứng dụng rong hệ thống điện.t

- Phạm vi nghiên cứu: Ứng dụng của thiết bị điều chỉnh góc pha TCPAR trong

hệ thống điện

3 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về các thiết bị FACTS ứng dụng trong hệ thống điện

- Hiệu quả của việc ứng dụng thiết bị FACTS vào hệ thống điện

- Mô hình thiết bị điều chỉnh góc pha (TCPAR) trong các phần mềm tính toán phân tích hệ thống điện

- Phân tích hiệu quả dùng (TCPAR) để phân bố công suất trên các đường dâytrong hệ thống điện

4 Bố cục luận văn

Luận văn được chia thành chương gồm các nội dung chín như 4 h sau:

+ Chương 1: Tổng quan về các thiết bị FACTS ứng dụng trong HTĐ;

+ Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị điều chỉnh góc pha; + Chương 3: Mô hình TCPAR trong tính toán chế độ xác lập;

+ Chương 4: Ứng dụng TCPAR trong hệ thống điện

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

5.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài.

- Nghiên cứu, khai thác phần mềm CONUS để phân tích mô phỏng hệ thống điện Trên cơ sở đó tính toán điều chỉnh góc pha trong hệ thống điện để phân bố lại công suất trên các đoạn đường dây khi vận hành xảy ra hiện tượng quá tải

5.2 Tính thực tiễn của đề tài.

- Ứng dụng thiết bị điều chỉnh góc pha (TCPAR) vào trong vận hành hệ thống điện giải quyết được vấn đề quá tải trên các đường dây, điều khiển nhanh, linh hoạt giá thành thấp

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ FACTS ỨNG DỤNG TRONG

HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 Giới thiệu chung:

Xu hướng liên kết các HTĐ nhỏ thành HTĐ hợp nhất bằng các đường dây truyền tải điện (thường là 3 pha) siêu cao áp đang được phát triển tại nhiều quốc gia, khu vực trên thế giới Đây là xu hướng phát triển tất yếu của các hệ thống điện hiện đại nhằm nâng cao tính kinh tế kỹ thuật - trong sản xuất, vận hành các hệ thống điện thành viên

Tuy vậy, khả năng truyền tải công suất giữa các HTĐ nhỏ lại bị giới hạn bởi các yếu tố vật lý, điện từ bao gồm:

+ Giới hạn về nhiệt: Giới hạn tối đa của dòng điện mà đường dây hoặc thiết bị điện có thể chịu được trong một khoảng thời gian quy định

+ Giới hạn về cách điện: Sự thay đổi điện áp phải được duy trì trong phạm vi cho phép, không gây nguy hiểm cho cách điện của đường dây và thiết bị điện

+ Giới hạn về ổn định: Giới hạn đảm bảo cho mạng lưới truyền tải phải có khả năng phục hồi trạng thái ổn định sau những kích động thông qua các khoảng thời gian quá độ Sự mất ổn định có thể dẫn đến việc mất đồng bộ của các máy phát, hệ thống rơi vào trạng thái mất điều khiển, sụp đổ điện áp có thể dẫn đến sự cố mất một phần hoặc tan dã cả hệ thống, gián đoạn cung cấp điện trên diện rộng

Các giới hạn trên xác định công suất tối đa truyền tải được mà không gây nguy hiểm đến đường dây truyền tải và các thiết bị điện, về lý thuyết, giới hạn truyền công suất trong hệ thống có thể cải thiện bằng cách xây dựng các đường dây truyền tải mới Nhưng điều này yêu cầu khoản vốn đầu tư lớn, thời gian thi công cũng như quỹ đất cho các hành lang an toàn của đường dây mới Với yêu cầu lớn về công suất, gia tăng khoảng cách truyền tải, cũng như giảm chi phí năng lượng đòi hỏi những công nghệ mới nhằm khai thác triệt để các khả năng của HTĐ hiện có mà không ảnh

hưởng đến sự an toàn của hệ thống

Đáp ứng nhu cầu trên, các thiết bị điều chỉnh điện tử công suất được nghiên cứu chế tạo và đưa vào ứng dụng trong điều khiển HTĐ đầu tiên tại Mỹ từ những năm 1974 Cùng với sự phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực điều khiển tự động và công nghệ chế tạo thiết bị điện tử công suất đã tạo ra những bộ điều khiển công suất lớn để điều khiển hệ thống điện Thuật ngữ “Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt” FACTS (Flexible Altemating Current Transmission System) dùng để chỉ việc sử dụng các thiết bị điện tử công suất lớn để điểu khiển HTĐ Các thiết bị FACTS được

sử dụng nhằm giải quyết 2 vấn đề là:

+ Tăng khả năng truyền tải của đường dây

+ Điều khiển linh hoạt công suất trong hệ thống điện

Hiện nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng thiết bị FACTS, đặc biệt là sử dụng các thiết bị phát nguồn công suất phản kháng cho hệ thống điện nhằm đảm bảo ổnđịnh cho hệ thống Tuy nhiên, việc đánh giá, lựa chọn thiết bị phát công suất nào hợp lý, cũng như dung lượng bù tối ưu trong phân tích ở chế độ xác lập, quá

độ là chưa được quan tâm sâu sắc

Theo thực tế hiện nay, hệ thống điện chúng ta đang sử dụng là hệ thống điện xoay chiều Hệ thống điện xoay chiều là một hệ thống điện phức tạp, gồm có các máy phát đồng bộ, đường dây truyền tải, máy biến áp, các thiết bị bù các phụ tải…và , được chia thành ba khâu làsản xuất, truyền tải và phân phối

Một hệ thống điện xoay chiều hoạt động cơ bản phải thỏa các yêu cầu sau:

- Các máy phát điện làm việc trong chế độ đồng bộ

- Điện áp vận hành nằm trong giới hạn cho phép theo qui định

- Tần số vận hành nằm trong giới hạn cho phép theo qui định

- Các phụ tải phải được cung cấp nguồn điện đầy đủ

- Các đường dây phải được vận hành ở điều kiện bình thường không quá tải

Trong hệ thống điện, công suất truyền tải trên các đường dây phụ thuộc vàotổng trở đường dây, điện áp và góc truyền tải giữa điểm đầu và điểm cuối của đường dây, những đại lượng này giới hạn công suất truyền tải trên đường dây Vì vậy, khả năng truyền tải công suất của đường dây được cải thiện đáng kể bằng việc tăng công suất phản kháng ở phía phụ tải, lắp cuộn kháng bù ngang (mắc song song), tụ điện bù dọc (mắc nối tiếp) vào đường dây để điều khiển điện áp dọc theo chiều dài đường dây

Để nâng cao chất lượng điện áp và ổn định điện áp cho hệ thống điện Việt Nam, hiện tại 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 Các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS-Flexible

AC Transmission System) đã đáp ứng được yêu cầu về độ phản ứng nhanh nhạy cũng như dung lượng bù tối ưu cho hệ thống điện trong mọi chế độ làm việc

FACTS 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 tải điện xoay chiều, qua đó nâng cao khả năng điều khiển và khả năng truyền tải công suất”

Qua định nghĩa FACTS, nhận thấy tầm quan trọng của thiết bị FACTS đến hệ thống điện có sự ảnh hưởng rất lớn về kinh tế và kỹ thuật

Trong thực tế, do tính chất tiêu thụ điện ở từng thời điểm luôn khác nhau, cho nên tình trạng vận chuyển công suất trên các đường dây truyền tải cũng khác nhau,

có thể tại một thời điểm trên hệ thống sẽ có những đường dây bị quá tải trong khi các đường dây khác thì non tải và ngược lại

Với đà phát triển công nghiệp hóa như hiện nay, đòi hỏi nhu cầu truyền tải để đáp ứng cho các phụ tải ngày càng cao và hiện nay đường dây truyền tải cao áp luôn

đặt trong trình trạng báo động về giới hạn vật lý của chúng như là quá tải đường dây, những hiện tượng nhiễu hệ thống như là hiện tượng dao động tần số, điện áp….

Nhằm tăng khả năng truyền tải điện năng trên hệ thống điện, khắc phục những nhược điểm nêu trên, trên thế giới người ta đã sử dụng các thiết bị FACTS Các thiết

bị này được sử dụng để điều khiển điện áp, trở kháng và góc pha của đường dây cao

áp Các thiết bị FACTS đã giúp cho nhà cung cấp điện những lợi ích sau đây:

- Tận dụng lưới truyền tải hiện hữu để lắp đặt các thiết bị FACTS

- Giảm chi phí đầu tư

- Tăng độ tin cậy và khả năng sẵn sàng của hệ thống truyền tải

- Tăng độ ổn định quá độ của lưới

- Tăng chất lượng cung cấp điện năng cho các ngành công nghiệp và các ngành có yêu cầu chất lượng điện năng cao

- Ảnh hưởng không đáng kể đến môi trường xung quanh

1.2 Đặt vấn đề:

Để hệ thống điện hoạt động linh hoạt ở mọi tình huống, kể cả tình huống sự cố nghiêm trọng nhất, thì phải có thiết bị để điều khiển các đại lượng trong hệ thống điện Đại lượng được nghiên cứu trong luận văn này chính là đại lượng góc lệch pha, theo nhận định trong quá trình vận hành thực tế lưới điện nhu cầu công suất của các phụ tải biến đổi liên tục vì vậy trong quá trình vận hành thường xảy ra hiện tượng có , một số đường dây bị quá tải trong khi một số đường dây khác lại non tải vẫn còn khả năng mang thêm tải Hiện tượng quá tải nó có thể gây ra mất ổn định của hệ thống điện

Việc phân bố công suất truyền tải trên các đường dây để đảm bảo các đường dây làm việc bình thường không bị quá tải (nghẽn mạch) là rất quan trọng, nếu xảy ra quá tải trên một số đường dây với dòng điện chạy trên đường dây lớn hơn nhiều so với giới hạn cho phép của dây dẫn sẽ không đảm bảo kỹ thuật

Trước đây, khi mà thiết bị điện tử công suất cao chưa phát triển mạnh thì việcđiều chỉnh phân bố công suất trên các đường dây dùng các máy biến áp (phương pháp truyền thống) bị hạn chế và thời gian đáp ứng cũng rất chậm, bởi vì lúc đó ta phải thực hiện việc đóng cắt các khóa cơ khí các phần tử điện như là cuộn dây, tụ điện, bộ chuyển đổi nấc máy biến áp….

Ngày nay, với sự phát triển mạnh và nhanh 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 công suất trên các đường dây của hệ thống điện, cụ thể là đường dây truyền tải được linh hoạt và nhanh chóng, một số nước tiên tiến đã sử dụng thiết bị FACTS trong mạng truyền tải, cụ thể như Mỹ, Canada, Brazil… là những nước tiên phong sử dụng công nghệ FACTS Các thiết bị FACTS thường được sử dụng là:

- SVC (Static Var Compensator): Bộ bù công suất VAR tĩnh

- UPFC (Unified Power Flow Controller): Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất

- STATCOM (Static Synchronous Compensator): Bộ bù đồng bộ tĩnh

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

- SSSC (Static synchronous series compensator): Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh

- HVDC (Hight voltage direct current): Dòng một chiều điện áp cao

1.3 Phân loại thiết bị FACTS:

FACTS được định nghĩa bởi IEEE là: “Hệ ố th ng s d ng các thi t b ử ụ ế ị điệ ửn t công su t và các thi t b ấ ế ị tĩnh khác để ề đi u khi n m t ho c nhi u thông s c a h ể ộ ặ ề ố ủ ệthống đường dây tải điện xoay chiều, qua đó nâng cao kh ả năng điều khi n và kh ể ảnăng truy n t i công su t” ề ả ấ

Các thiết bị FACTS có phép thay đổi các thông số hệ thống, thông số chế độ bao gồm điện kháng đường dây, điện áp, dòng điện, góc pha và các dao động ở các tần số khác so với tần số cơ bản Các thông số này được điều chỉnh không vượt quá trị số cho phép mà vẫn giữ cho hệ thống ổn định như, nâng cao tối đa khả năng mang tải của đường dây Bằng việc sử dụng các thiết bị có tính linh hoạt cao, FACTS cho

phép điều khiển công suất gần như tức thời, làm tăng khả năng điều khiển HTĐ Nhưng cũng cần nói thêm các thiết bị FACTS là các thiết bị bổ trợ, chứ không thể thay thế hoàn toàn các thiết bị đóng cắt cơ khí

Các thiết bị FACTS có thể chia thành 3 loại:

Các thiết bị mắc nối tiếp: (Hình 1.a) Có thể là một điện kháng (tụ điện hay 1kháng điện) có thể thay đổi giá trị hoặc là một bộ biến đổi nguồn có tần số bằng tần

số lưới dựa trên các thiết bị điện tử công suất Các thiết bị này đưa vào một điện áp nối tiếp với đường dây, nó chỉ cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng

Hình 1.1.a: Các thiết bị mắc nối tiếp

Các thiết bị mắc song song: (Hình 1.b) Giống như ở trên, các thiết bị này có 1thể là một điện kháng (tụ điện hay kháng điện) có thể thay đổi giá trị hoặc là một nguồn có thể thay đổi dựa trên các thiết bị điện tử công suất, về nguyên lý, tất cả các thiết bị này đưa thêm vào đường dây 1 nguồn dòng tại điểm nối vào Khi tổng trở song song được mắc vào dây nguồn, tạo ra dòng điện biến đổi khi đó nó được thay thế như một nguồn dòng bù vào dây dẫn

Hình 1.1.b: Các thiết bị mắc song song

Các thiết bị mắc hỗn hợp:

+ Các thiết bịmắc nối tiếp – nối tiếp: (Hình 1.1.c) Có thể là các sự kết hợp của các bộ điều khiển nối tiếp riêng lẻ, được điều khiển phối hợp trong hệ thống

nhiều đường dây truyền tải Hoặc nó cũng có thể là một bộ điều khiển khối, trong đó

bộ điều khiển nối tiếp bù công suất phản kháng nối tiếp độc lập cho mỗi đường dây nhưng cũng truyền công suất tác dụng giữa các đường dây qua đường truyền công suất

Khả năng truyền công suất tác dụng của thiết bị nối tiếp nối tiếp được coi như có - khả năng cân bằng cả dòng công suất tác dụng, công suất phản kháng, do đó tận dụng tối đa khả năng sử dụng của hệ thống truyền tải

Hình 1.1.c: Các thiết bị mắc nối tiếp nối tiếp + Các thiết bị mắc nối tiếp - song song: (Hình 1.1.d, e) Đây có thể là sự kết hợp những thiết bị điều khiển song song và nối tiếp riêng biệt được điều khiển kết hợp hoặc điều khiển hợp nhất dòng năng lượng với các phần tử nối tiếp và song song Về nguyên tắc, bộ điều khiển kết hợp nối tiếp song song đưa dòng vào hệ thống nhờ - phần tử song song của bộ điều khiển, bộ điều khiển hợp nhất nối tiếp song song sẽ -

-có sự trao đổi công suất tác dụng giữa bộ điều khiển nối tiếp và song song thông qua đường dẫn công suất

Hình 1.1.d: Các thiết bị mắc nối tiếp-song song

Hình 1.1.e: Các thiết bị mắc nối tiếp-song song

1.3.1 Kháng điều khiển bằng thyristor TCR

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động TCR:

Về cấu tạo, TCR bao gồm cuộn dây điện cảm với 2 Thyristor nối ngược chiều nhau (Hình 1.2) Để phân bố hợp lý về điện áp trên cách điện cuộn dây, người ta thường chia cuộn cảm thành 2 phần, Thyristor nối vào điển giữa

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý của TCR

Hình 1.3 Cấu tạo của TCR Dòng điện trong điện kháng có thể được điều khiển bằng cách điều khiển góc mở thyristor Góc điều khiển (góc mở) α là góc tính

từ thời điểm mở tự nhiên đến thời điểm thyristor được phát xung vào cực điều khiển

để mở van Thời điểm mở tự nhiên là thời điểm mà ở đó nếu van là diode thì nó bắt đầu dẫn Góc mở có thể thay đổi trong khoảng từ 00 đến 900, với α thay đổi, dòng điện thay đổi có dạng biến thiên phức tạp như hình 2.2 Dòng điện IL chạy qua TCR thay đổi từ giá trị lớn nhất Imax giảm đến 0 Với góc α thay đổi theo thời gian (khi góc

mở α = 900) Dòng điện này không có dạng hình sin mà có dạng hàm chu kỳ với tần

số bằng tần số của nguồn (f = 50Hz) Giá trị của dòng điện chạy qua TCR là một hàm biến thiên phụ thuộc vào góc điều khiển α

Ta thấy thyristor sẽ bị khóa khi dòng điện qua 0, do đó ta có thể chủ động được khoảng dẫn dòng của thyristor, người ta đưa ra khái niệm góc dẫn dòng Khi góc mở α tăng thì góc dẫn dòng α giảm, khi α = 900 thì góc dẫn dòng và dòng qua điện kháng bằng 0 Tuy nhiên, việc điều chỉnh dòng điện trong điện kháng chỉ diễn

ra 1 lần trong mỗi nửa chu kỳ, trong khoảng thời gian từ 0 đến π/2

Hình 1.3: Dạng sóng theo góc mở α

Đặc tính điều chỉnh của TCR

Xét quan hệ biên độ của thành phần dòng điện cơ bản với góc trễ α Để dễ biểu diễn hàm ta sử dụng góc ζ=α π/2 Góc này thay đổi từ 0- 0 đến 900 Khi ζ=0 thyristor mở liên tục cho dòng điện chạy qua tương ứng với mạch điện cảm L thông thường Với dòng điện chậm sau điện áp góc π/2 biên độ

Phân tích iL(t) ta có biên độ của thành phần dòng điện cơ bản IIF(α) có thể được biểu thị là hàm của góc như sau:α

)2sin121(.)

Công thức 2.1 có thể viết theo quan hệ tổng dẫn I IF(α) = V.BTCR (α)

Hay ( ) max(1 2 1sin2)

Hình 1.4 Biên độ của thành phần cơ bản dòng điện qua TCR phụ thuộc góc mở α

Theo công thức (2.2), điện dẫn BTCR(α) được xác định từ biên độ của thành phần dòng điện cơ bản ILF(α) trong TCR ở 1 điện áp nguồn cho trước Với TCR, biên

độ lớn nhất của điện áp nguồn và của dòng điện bị giới hạn bởi các giá trị định mức công suất của điện kháng và thyristor Do dó TCR có thể làm việc ở bất cứ điểm nào trong vùng V-I xác định, đường biên của nó xác định bằng điện dẫn lớn nhất có thể đạt được, điện áp và dòng điện định mức, như minh họa trên hình 1.5 Giới hạn của TCR được thiết lập khi thiết kế từ yêu cầu vận hành thực tế

Hình 1.5 Đặc tính V I của TCR

-Khi điều khiển góc mở dẫn đến dạng sóng của dòng điện không còn là hình sin Nói cách khác, ngoài thành phần cơ bản, TCR còn sinh ra các sóng hài Trong nửa chu kỳ dòng điện dương, âm xác định, chỉ có các sóng hài bậc lẻ mới được tạo

ra Biên độ của các sóng này là hàm của góc trễ α, biểu thị trong công thức sau:

1(

)sin(

.cos)cos(

.sin(

.4)

n n

n L

Hình 1.6 Biên bộ các thành phần bậc cao của TCR so với góc a

Có thể dễ dàng nhận được các thành phần sóng hài bằng cách khai triển Fourier Thực ra thành phần làm việc của dòng điện chạy qua TCR chỉ là thành phần

cơ bản, vì các thành phần bậc cao có trị số nhỏ, thường bị lọc khỏi sơ đồ

Để giảm trị số các thành phần bậc cao ở mạch ngoài TCR, người ta sẽ sử dụng

bộ lọc sóng hài Thông thường, các bộ lọc này là các nhánh LC, LCR nối tiếp nhau

và song song với TCR Tần số lọc được chú ý là bậc 5, 7, và đôi khi là bậc 11, 13 Các bộ lọc tần số cao có thể được thực hiện bằng nối song song điện kháng với 1 trong các nhánh bộ lọc LC với 1 điện trở nhằm duy trì độ suy giảm hợp lý ở tần số cao hơn mà bộ lọc trên không có hiệu quả Trong rất nhiều ứng dụng thực tế, nhờ hiện tượng cộng hưởng và không cân bằng trong hệ thống AC, hoặc điều khiển độc lập các nhóm 3 TCR (1pha), có thể yêu cầu dùng nhánh bộ lọc tuned ở tần số hài bậc

3

1.3.2 Kháng đóng cắt bằng thyristor TSR

Về cấu tạo TSR (Thyristor Switched Reactor) hoàn toàn giống TCR, tuy nhiên góc trễ điều khiển luôn luôn chỉ có 2 giá trị α = 900 hoặc α = 1800 Khi α = 900cácthyristor liên tục mở cuộn dây có dòng điện chạy qua lớn nhất Khi α = 1800 dòng

điện kháng bị ngắt đột ngột do các thyristor luôn bị khóa

Các TSR được chế tạo nhằm phối hợp với TCR khi cần có phạm vi điều chỉnh rộng cho CSPK So với chỉ dùng TCR tổ hợp có lợi hơn do giảm được mặt tổn thất

và sóng hài bậc cao

1.3.3 Tụ đóng cắt bằng thyristor TSC

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

TSC (Thyristor Switched Capacitor): Tụ điện đóng cắt bằng thyristor, gồm 2

van thyristor mắc song song ngược, nối tiếp với tụ điện, 1 điện kháng tương đối nhỏ

để chặn dòng điện xung kích trong các điều kiện vận hành không bình thường, nó cũng có thể được sử dụng để tránh hiện tượng cộng hưởng với điện kháng hệ thống xoay chiều ở tần số cụ thể nào đó Điện dung của nó được thay đổi theo dạng bậc thang, theo trạng thái dẫn dòng hay khóa của van thyristor

TSC được điều khiển đóng mở với góc α cố định, nhằm đóng cắt các bộ tụ điện, từ đó thay đổi dòng công suất phản kháng đưa vào hệ thống Cũng như TSR, TSC cũng không thể thay đổi công suất phản kháng bơm vào bằng cách điều chỉnh góc mở α của van dẫn

Hình 1.7 Cấu tạo của TSC

Hình 1.8 Đặc tính V I của TSC

-Các thiết bị điều chỉnh góc pha được cấu tạo trên cơ sở TCR, TSR và TSC Sự kết hợp TSC TCR nhằm tăng cường sự linh hoạt trong quá trình bù công suất phản -kháng khi có kích động lớn và để giảm tổn thất ở chế độ xác lập

Các thiết bị có chức năng chính như sau:

+ Ồn định điện áp tại nơi có điện áp khó điều chỉnh (phụ tải thay đổi lớn, liên tục), cải thiện chất lượng điện áp

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

+ Giảm dao động điện áp, công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ

+ Nâng cao giới hạn truyền tải đường dây

+ Giảm tổn thất công suất, tổn thất điện năng

Hình 1.9 Tổng kết các thiết bị FACTS

1.4 Hiệu quả cơ bản và ứng dụng của thiết bị FACTS

Nguồn công suất cung cấp cho hệ thống đang ngày càng phụ thuộc vào các nhà máy điện có công suất lớn, xa trung tâm phụ tải nên yêu cầu trao đổi công suất lớn hơn trong hệ thống, truyền tải lượng công suất lớn hơn trên đường dây và khoảng cách truyền tải cũng lớn hơn

Xây dựng hệ thống truyền tải mới là một chiến lược dài hạn để đáp ứng những thách thức này Trong ngắn và trung hạn, hiện đại hóa công nghệ truyền tải hiện tại

có thể được sử dụng với chi phí tương đối ít để khắc phục hoặc giảm thiểu sự cố và nâng cao đáng kể chất lượng cung cấp điện Các thiết bị FACTS được nghiên cứu, ứng dụng vào các hệ thống điện với chức năng và hiệu quả khác nhau, nhưng có thể

kể đến vài lợi ích cơ bản mà nó mang lại Việc điều khiển của dòng công suất có thể được thực hiện theo yêu cầu nào đó, tối ưu hóa dòng công suất, giúp hệ thống vượt qua tình trạng nguy hiểm

THIẾT BỊ FACTS

Voltage Source Convert VSC

Unified/ Interline Power Flow Controller (UPFC/IPFC)

Dynamic Fl ow Controlle Mắc hỗn hợp

Mắc nối tiếp

Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC)

Static Synchronous Series Compesator (SSSC)

Static var Compensator

Static Synchronous Compensator (STACOM) Mắc song song

TCR

Tăng khả năng tải của đường dây tới giới hạn nhiệt của nó, bao gồm cả ngắn hạn và theo mùa Điều này có thể khắc phục những hạn chế khác, phân chia công suất giữa các đường dây theo khả năng tải của chúng Điều quan trọng cần lưu ý là khả năng chịu nhiệt của một dòng thay đổi trong khoảng rất lớn dựa vào điều kiện môi trường và lịch sử tải.

Tăng độ an toàn hệ thống thông qua việc nâng giới hạn ổn định quá độ

Hạn chế dòng ngắn mạch và quá tải, quản lý việc mất điện và làm giảm dao động điện cơ của hệ thống điện và thiết bị

Giảm các dòng công suất phản kháng truyền tải trên đường dây, cho phép các đường dây mang nhiều công suất tác dụng hơn

Tăng cường sử dụng điện từ các nhà máy có chi phí phát điện thấp nhất

Bảo vệ môi trường, tác động đến môi trường nhỏ hơn so với việc xây dựng thêm các hệ thống truyền tải mới Không tạo ra chất thải

Mỗi thiết bị FACTS có một vài chức năng, có thể đan xen nhau, tuy nhiên, chúng ta khi lựa chọn thiết bị cho những mục đích cụ thể cần quan tâm đến chức năng chính của chúng Tùy vào yêu cầu cụ thể trong từng hệ thống điện cụ thể với những yêu cầu điều chỉnh điện áp, dòng công suất, nâng cao ổn định, giảm dao động, hay tối ưu dòng công suất Tùy vào chế độ vận hành mà ta lựa chọn các thiết bị hợp

lí

Bảng 1.1 So sánh hiệu quả điều khiển của một số thiết bị FACTS

Ổn định quá độ

Ổn định động

Chống dao động công suất

Các thiết bị FACTS có khả năng điều chỉnh gần như tức thời thông số của chúng Việc ứng dụng các thiết bị nói trên rong HTĐ tăng khả năng giữ ổn định điện t

áp và giảm dao động công suất, đặc biệt là đối với các HTĐ hợp nhất có truyền tải bằng các đường dây siêu cao áp

Các thiết bị FACTS sẽ đem lại hiệu quả rất cao khi thời điểm tác động và dung lượng bù là hợp lý cho từng chế độ vận hành của HTĐ (trước sự cố, sự cố và phục hồi) Đây là vấn đề rất quan trọng khi vận hành HTĐ

CHƯƠNG 2CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH

GÓC PHA (TCPAR)

2.1 Đặt vấn đề

Máy biến áp điều chỉnh nối tiếp (còn gọi là điều chỉnh dọc) là thiết bị truyền thống, đã được tạo ra nhằm làm thay đổi góc pha và mô đun điện áp giữa 2 đầu một nhánh khi nó làm việc trong lưới điện Kết quả cho phép thay đổi được phân bố công suất trong lưới điện kín theo yêu cầu vận hành Về lý thuyết, c động thay đổi góc tápha còn có thể nâng cao ổn định quá độ cho HTĐ bởi làm giảm được dao động góc , lệch trong chế độ sự cố Tuy nhiên, có những hạn chế làm cho các MBA điều chỉnh pha rất ít được ứng dụng trong thực tế Ví dụ khi đặt MBA điều chỉnh pha vào, nhánh

để phân bố lại công suất thì tổn thất trong lưới tăng lên Mặt khác, để nâng cao ổn định góc lệch các tác động (thay đổi góc) cần phải đủ nhanh, đúng lúc Điều này cũng không đáp ứng được khi sử dụng các MBA điều chỉnh pha thông thường Chỉ sau khi phát triển kỹ thuật FACTS tốc độ tác động của các MBA điều chỉnh pha được cải thiện đáng kể (trở thành TCPAR), các hiệu quả trên mới có thể trở thành hiện thực

Hệ thống điện Việt Nam đang phát triển ngày càng phức tạp Lưới điện truyền tải vận hành theo sơ đồ mạch kín, có nhiều tình huống xảy ra hiện tượng nghẽn mạch trên một số đoạn đường dây Trong khi công suất phân bố trên các đoạn đường dây phụ thuộc chủ yếu vào chiều dài các đoạn (tỉ lệ với điện kháng) Đường dây có chiều dài lớn sẽ có hiện tượng dòng công suất chạy qua ít, mặc dù tiết diện dây dẫn lớn, giới hạn truyền tải theo điều kiện phát nóng cao, trong khi đó các đường dây ngắn lại đang bị quá tải Có thể gọi đây là hiện tượng nghẽn mạch

Về nguyên tắc, để giải quyết hiện tượng nghẽn mạch có thể có những cách khác nhau như:

+ Tăng cường số mạch hoặc tăng tiết diện đường dây bị quá tải

+ Bù dọc điện dung cho các đoạn đường dây dài, bù dọc điện kháng cho các đường dây ngắn.

+ Đặt thiết bị bù pha tại các đường dây bị quá tải

Mỗi biện pháp áp dụng nêu trên đều có những ưu nhược điểm nhất định liên quan đến vấn đề kinh tế kỹ thuật Luận văn đặt vấn đề nghiên cứu áp dụng thiết bị - FACTS dạng TCPAR nhằm điều chỉnh góc pha trên nhánh Thực tế thiết bị TCPAR

có hiệu quả ứng dụng nhiều hơn khi áp dụng nâng cao ổn định quá độ Do hạn chế về thời gian, luận văn chỉ đi sâu khả năng áp dụng TCPAR giải quyết vấn đề nghẽn mạch

2.2 Các máy biến áp điều chỉn nối tiếp và khả năng điều chỉnh góc phah

2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

R (Thyristor Controlled Phase Angle Trước khi nghiên cứu thiết bị TCPA

Regulators) ta xét , thiết bị truyền thống có nguyên lý hoạt động tương tự: các máy biến áp điều chỉnh nối tiếp

Hình 2 1

Hình 2 2

Hình 2.3 Hình 2.1 và 2.2 thể hiện sơ đồ cấu tạo và hiệu quả tạo điện áp nối tiếp của các MBA điều chỉnh nối tiếp Điện áp tạo ra có thể cùng pha (sơ đồ hìn 2.1) hay vuông h góc pha (hình 2.2) với điện áp nơi đặt MBA Trường hợp sau chủ yếu làm cho góc pha điện áp giữa 2 đầu đường dây thay đổi Trường hợp sau được quan tâm nhiều hơn bởi các ứng dụng đa dạng của nó

2.2.2 Khả năng thay đổi góc pha và hiệu quả tác động

+ Khi đặt MBA nối tiếp làm thay đổi góc pha giữa 2 phía của nó cũng đồng thời có nghĩa là góc pha giữa 2 đầu nhánh thay đổi Hiệu ứng giống như làm thay đổi điện kháng đường dây Kết quả là có thể điều chỉnh lại phân bố công suất trong lưới

+ Để thấy hiệu quả cải thiện ổn định góc lệch, ta ét hệ thống đơn giản gồm máy phát xlàm việc với thanh cái điên áp không đổi Như đã biết đặc tính công suất truyền tải có dạng như trên hình 2.4, với:

-

X Điện kháng tổng của mạch

Hình 2.4: Đặc tính công suất thay đổi khi dịch chuyển góc pha

Khi có điều chỉnh góc pha (trong phạm vi ±σ) đặc tính sẽ dịch chuyển như trên hình 2.4.b, nó có thể chuyển gần như tức thời sang vị trí mới (nếu sử dụng mạch điều khiển bằng thyristor) Khả năng này cho phép nâng cao ổn định động Hình 2.5 minh họa quá trình điều khiển để nâng cao ổn định khi ngắn mạch Theo phương pháp diện tích có thể nhận thấy hệ thống sẽ mất ổn định nếu không có tác động điều khiển nào Đó là vì diện tích hãm (tính đến δgh1) nhỏ hơn diện tích gia tốc

Nếu có tác động giảm góc lệch một giá trị σ (vào thời điểm tương ứng với góc

δt), đường đặc tính công suất sẽ tức thời dịch sang phải, làm mở rộng diện tích hãm đến δgh2 Năng lượng được cân bằng tại δmax, góc lệch sẽ giảm đi sau thời điểm này hệ thống ổn định Để giảm mức độ dao động cho chu kỳ tiếp theo có thể tác động khử góc bù để đặc tính về vị trí ban đầu (phải đúng vào thời điểm δmax) Có thể thực hiện nhiều tác động tiếp theo (đúng lúc) để dao động tắt nhanh theo thời gian Tác động có thể dịch chuyển đường đặc tính về cả hai phía của vị trí ban đầu

Hình 2.5: Quá trình điều khiển nâng cao ổn định động khi ngắn mạch

2.3 Cấu trúc điều khiển bằng Thyristor của TCPAR

Sự khác biệt của TCPAR so với máy biến áp điều chỉnh góc pha chỉ là ở bộ phận điều khiển góc pha bằng thyristor Nếu như các MBA điều chỉnh pha, để thay đổi góc điều chỉnh chỉ có thể thực hiện từng bậc và chậm chạp nhờ chuyển đầu phân

áp, thì với TCPAR, có thể điều chỉnh nhanh và có khả năng điều chỉnh trơn trị số

2.3.1 Điều chỉnh rời rạc.

Điều chỉnh rời rạc thực chất là sử dụng các thyristor để thay đổi sổ vòng của cuộn dây cho MBA điều chỉnh nối tiếp Có những phương án khác nhau để thực hiện Hình 2.6.a chia đều cuộn dây thành n phần Khi thực hiện đóng mở thyristor các phần

có thể cộng hoặc trừ vào số vòng tổng (tùy theo hướng từ thông) Điện áp sẽ có thể nhận được các trị số từ 0 đến nΔU về 2 hướng (cộng, trừ) Phương án theo hình 2.6.b chia tỉ lệ số vòng của các phần không đều nhau theo tỉ lệ: 1,3,9, Cách này giảm được số phần nhưng số bước vẫn nhiều Ví dụ với 3 phần như trên hình nhưng vẫn nhận được đến 14 giá trị khác nhau về điện áp tổng: (0,1,2,3, ,13)ΔU theo mỗi hướng (cộng, trừ) Đương nhiên ma trận điều khiển phức tạp hơn, sai số cũng có thể lớn hơn do cộng trừ từ thông phức tạp

Hình 2.6: Sơ đồ sử dụng thyristors để thay đổi số vòng dây MBA

2.3.2 Điều chỉnh liên tục.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị giải thích qua sơ đồ 1 pha như hình 2.7 Hai bộ thyristor được nối với các điểm cuộn dây tương ứng với điện áp cực tiểu và cực đại điều chỉnh (điện áp được điều chỉnh từ V1 đến V2) Mỗi bộ thyristor

được điều khiển theo thời gian đóng mở trong mỗi nửa chu kì Ví dụ SW1 mở từ 0 đến α thì SW2 làm việc từ α đến π (hình 2.7.b) Khi α thay đổi từ 0 đển π thì SW1 có khoảng làm việc tăng dần (đến toàn bộ thời gian) còn SW2 có khoảng thời gian làm việc giảm dần xuống đến 0 Đường cong điện áp không sin nên chứa nhiều thành phần sóng hài Khai triển Fourier ta nhận được mô đun và góc pha của thành phần cơ bản:

2 1

2

1 b a

tan

b

a of



)12(cos

1 2 1 1

Hình 2.7: Điều chỉnh liên tục điện áp

Sự thay đổi mô đun góc pha điện áp cơ bản nhận được như trên hình 2.8 (Với

V1= 0,9; V2 = 1,1) Khi α= 90° thì mô đun điện áp không thay đổi nhưng góc pha lại thay đổi nhiều nhất Các thành phần sóng hài bậc cao thực ra không lớn Trên hình 2.9 thể hiện mô đun của các thành phần sóng hài bậc 3, bậc 5 và bậc 7 Thành phần bậc 3 (lớn nhất) cũng chưa đến 4% của thành phần cơ bản điện áp trung bình:

V V V

Hình 2.8: Môđun và góc pha của điện áp cơ bản

Hình 2.9: Môđun của các thành phần bậc cao (theo tỷ lệ với thành phần cơ bản)Nguyên lí hoạt động như nêu trên được xét cho phụ tải thuần trở Khi phụ tải

là điện cảm, điện dung và tổng trở cần phải thay đổi lại thời điểm đóng mở cho phù hợp hơn và giảm được thành phần bậc cao Về nguyên lí điều chỉnh vẫn không có gìthay đổi

Hình 2.10 là sơ đồ đấu nối 3 pha của máy biến áp có điều chỉnh pha rời rạc (dạng 1,3,9) vào đường dây

Hình 2.10: Sơ đồ đấu nối 3 pha của MBA có điều chỉnh pha rời rạc vào đường dây Thiết bị điều chỉnh góc pha TCPAR sử dụng các thyristor để điều chỉnh các số vòng dây trong máy biến áp một cách liên tục để phân bố lại dòng công suất trên các đường dây tránh các đường dây xảy ra hiện tượng nghẽn mạch

2.4 Hiệu quả ứng dụng của thiết bị điều chỉnh góc pha khắc phục hậu quả

nghẽn mạch

Để thấy hiệu quả làm thay đổi phân bố công suất giải quyết hậu quả nghẽnmạch trong lưới điện kín ta xét ví dụ sơ đồ hình 2 a L11 ưới điện gồm 2 NMĐ cung cấp cho phụ tải tập trung công suất 3000 MW Khả năng tải theo điều kiện phát nóng của các mạch đường dây AB, BC, AC tương ứng là 1000, 1250 và 1600 MW Tải cưỡng bức trong điều kiện sự cố ngắn hạn 1 mạch đường dây đủ để cung cấp cho phụ tải 3000 MW Điện kháng các đường dây tương ứng là 10Ω, 5Ω và 10Ω Với các trị

số này của điện kháng, phân bố tự nhiên công suất trên các nhánh (lúc NMĐ A phát

2000 MW và NMĐ B phát 1000 MW) như trên hình vẽ (AB - 600MW, BC - 1600MW còn AC - 1400MW) Nhánh BC quá tải, trong khi AB và AC non tải

Không có biện pháp nào điều chỉnh từ nguồn (đặt tại nút) làm thay đổi được phân bố công suất trong trường hợp này Tuy nhiên, các biện pháp bù thông số điện kháng cho nhánh có thể mang lại hiệu quả Sử dụng một trong các phương án: bù dọc bằng tụ nhánh AC trị số 5Ω, bù dọc bằng kháng nhánh BC 7Ω, bù góc pha (bằng -MBA điều chỉnh pha) nhánh AC góc -4,24o đều có thể nhận được phân bố tối ưu đảm bảo không đường dây nào quá tải (hình 2.11,b,c,d)

Hình 2.11

Các biện pháp bù dọc bằng kháng hoặc tụ đều điều chỉnh phân bố lại công suất chạy trên các đường dây nhưng liên quan nhiều đến vấn đề vốn đầu tư và thường không hợp lý, bởi chỉ để thay đổi luồng công suất, đôi khi chỉ trong một số giờ phụ tải đỉnh ở lưới 110kV hoặc 220kV và các biện pháp bù dọc bằng kháng hoặc tụ điều chỉnh chậm, không linh hoạt Đặt máy biến áp điều chỉnh góc pha có trang bị thêm

bộ phận điều khiển bằng thyristor (trở thành TCPAR sẽ rẻ hơn nhiều và điều chỉnh ) nhanh, linh hoạt Ngoài ra còn tạo ra khả năng phối hợp điều khiển nâng cao ổn định

Luận văn nghiên cứu khả năng tính toán giải quyết vấn đề nghẽn mạch sử dụng TCPAR, cũng chứng minh ưu điểm nổi bật là không làm tăng chi phí tổn thất

do chỉ cần điều chỉnh trong một số giờ quá tải

2.5 Kết luận

Trong vận hành hệ thống điện, việc điều chỉnh phân bố dòng công suất có ý nghĩa quyết định ong việc tránh cho các đường dây bị nghẽn mạch Việc lắp đặt các trthiết bị điều chỉnh góc pha nâng cao hiệu quả điều khiển hệ thống là biện pháp kỹ thuật cần được quan tâm đưa vào sử dụng, vì có các thiết bị độ tin cậy và tính kinh tế trong vận hành HTĐ được cải thiện rất nhiều

Thiết bị điều chỉnh góc pha (TCPAR) có khả năng điều chỉnh gần như tức thời thông số của chúng Việc ứng dụng thiết bị TCPAR trong HTĐ tăng khả năng làm việc ổn định của hệ thống điện giảm dao động công suất và điều chỉnh phân bố, lại công suất chạy trên các đoạn đường dây, đặc biệt là đối với các HTĐ hợp nhất có truyền tải bằng các đường dây siêu cao áp

Thiết bị điều chỉnh góc pha (TCPAR) sẽ đem lại hiệu quả cao khi thời điểm tác động và góc pha cần điều chỉnh hợp lý cho từng chế độ vận hành của HTĐ (trước

sự cố, sự cố và phục hồi) Đây là vấn đề rất quan trọng khi vận hành HTĐ