293.3 Các giải pháp và thiết bị điều khiển công suất phản kháng trên đờng dây tryền tải điện ứng dụng thiết bị FACT trong hệ thống truyền tải điện xoay - chiều.. 92 Trang 6 các ký hiệu
Trang 1I H C BÁCH KHOA HÀ N I -
B V ÙI ĨNH ĐÔNG
NGHIÊN C Ứ Ứ U NG DỤ NG K Ỹ THUẬ Đ Ệ T I N T CÔ Ử NG
SU Ấ ĐỂ Đ Ề T I U KHI N CH Ể Ế ĐỘ L ÀM VI Ệ C C A Ủ
ĐƯỜ NG DÂY T I I N XOAY CHI U Ả Đ Ệ Ề
LUẬN VĂN THẠC SĨ TỰ ĐỘNG HÓA
Trang 2LUẬN VĂN THẠC SĨ TỰ ĐỘNG HÓA
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGYỄN VĂN LI ỄN
Hà Nội, 2008
Trang 3Tôi là Bùi Vĩnh Đông, học viên lớp Cao học Tự động hóa, Khoá 2006
– 2008 Đợc sự giúp đỡ và hỡng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn
Liễn tôi đã chọn và thực hiện đề tài luận văn có nội dung Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điện tử công suất để điều khiển chế độ làm việc của đờng dây tải điện xoay chiều
Tôi xin cam đoan bản luận văn này đợc thực hiện bởi chính bản thân
mình dới sự hỡng dẫn của PGS.TS Nguyễn Văn Liễn, cùng với các tài
liệu đã đợc trích dẫn trong phần tài liệu tham khảo ở phần cuối bản luận văn
Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2008
Học viên
Trang 4Mục lục
các ký hiệu, các chữ viết tắt 3
Danh mục các bảng 4
Danh mục các hình vẽ 4
Mở đầu 8
chơng 1 11
tổng quan về lới điện việt nam 11
1 Quy hoạch hệ thống điện Việt Nam đến năm 2020 11
1.1 Giai đoạn 2004 - 2010 11
1.2 Giai đoạn 2011-2020 12
2 Chơng trình phát triển lới điện truyền tải của Việt Nam 13
Chơng 2 15
các chế độ làm việc của đờng dây tải điện cao áp 15
2.1 Các chế độ làm việc của hệ thống điện 15
2.2 Mất cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện 20
2.3 Khái niệm về ổn định và quan hệ giữa cân bằng công suất phản kháng với ổn định trong lới hệ thống, lới truyền tải 20
2.3.1 ổn định 20
2.3.2 Quan hệ công suất phản kháng - điện áp 21
chơng 3 23
ứng dụng điện tử công suất để điều khiển các thiết bị bù dọc và bù ngang 23
3.1 Mục đích của việc đặt bù 23
3.2 Bù dọc và bù ngang trên đờng dây siêu cao áp 24
3.2.1 Bù dọc: 24
3.2.2 Bù ngang: 29
3.3 Các giải pháp và thiết bị điều khiển công suất phản kháng trên đờng dây tryền tải điện ứng dụng thiết bị FACT trong hệ thống truyền tải điện xoay - chiều 31
3.3.1 Mô hình thiết bị FACT 32
3.3.2 Các dạng cơ bản của thiết bị điều khiển FACTS 34
3.3.2.1 Các bộ điều khiển ngang 34
3.3.2.2 Các bộ điều khiển dọc 36
3.3.2.3 Các bộ điều khiển tổ hợp dọc và ngang 38
chơng 4 41
mô hình và nguyên lý hoạt động của thiết bị bù dọc có điều khiển tcsc 41
4.1 Mô hình TCSC 41
Trang 54.2 Nguyên lý hoạt động của kháng điều chỉnh bằng Thyristor- TCR
(Thyristor Controlled Reactor) 44
4.3 Kháng điều chỉnh bằng Thyristor – TCR (Thyristor Controlled Reactor) 45
4.4 Bù dọc bằng điện dung có điều chỉnh - TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor ) 54
4.4.1 Mô hình TCSC 54
4.4.2 Cấu trúc điều khiển 61
4.4.2.1 Sơ đồ khối và hệ thống điều khiển của TCSC 62
4.4.2.2 Sơ đồ khối hệ điều khiển phát xung cho thyristor của TCSC 65
chơng 5 70
Khảo sát các đặc tính làm việc của TCSC 70
5.1 Thuật toán GA và mô hình giảm bậc của hệ thống MIMO tuyến tính sử dụng thuật toán GA 70
5.1.1 Tóm tắt 70
5.1.2 Giới thiệu 70
5.1.3 Mô tả thuật toán 72
5.2 ứng dụng Thuật toán GA khảo sát đặc tính làm việc của TCSC 75
5.2.1 Mô hình hệ thống truyền tải trên không có một máy phát điện 76
5.2.2 Mô hình hệ thống bù nối tiếp điều khiển bằng Thyristor (TCSC) 77
5.2.3 Cấu trúc của bộ điều khiển TCSC 78
5.2.4 Các vấn đề liên quan đến xây dựng công thức 79
5.2.5 Khái quát về thuật toán di chuyền (genetic algorithm - GA) 80
5.2.6 Kết quả 82
5.2.6.1 Trờng hợp 1: Nhiễu gây lỗi 3 pha 84
5.2.6.2 Trờng hợp 2: Sự nhiễu loạn ngoài lới truyền tải 88
5.2.6.3 Trờng hợp 3: Các nhiễu loạn nhỏ tác động 92
5.3 Mô phỏng tác dụng của bộ điều khiển TCSC trên đờng dây truyền tải điện xoay chiều trong trờng hợp sự cố 1 pha chạm đất 94
5.3.1 Xây dựng sơ đồ mạch mô phỏng 94
5.3.2 Kết quả mô phỏng 97
5.3.2.1 Chế độ bình thờng 97
5.3.2.2 Trờng hợp sự cố chạm đất 1 pha trong thời gian ngắn, khi không có bộ điều khiển TCSC 98
5.3.2.3 Trờng hợp sự cố chạm đất 1 pha trong thời gian ngắn, khi có bộ điều khiển TCSC 99
5.3.2 Nhận xét 101
Tài liệu tham khảo 103
Tóm tắt luận văn thạc sỹ 104
summary 105
Trang 6®iÖn xoay chiÒu linh ho¹t
®îc ®iÒu khiÓn b»ng Thyristor
thyristor
suÊt tæ hîp
Trang 7Danh môc c¸c b¶ng
Ch¬ng 1
B¶ng B1.1 Tæng c«ng suÊt nguån ®iÖn ViÖt Nam giai ®o¹n 2004-2010 2020
-B¶ng B1.2 Dù kiÕn ph¸t triÓn líi 500kV giai ®o¹n 2000-2020
H×nh 3.2 §å thÞ vÐct¬ U vµ I cña ®êng d©y khi cã tô bï däc
H×nh 3.3 §Æc tÝnh P(δ) øng víi trêng hîp kh«ng cã tô bï däc vµ cã tô bï däc
H×nh 3.4 ¶nh hëng cña vÞ trÝ bï däc trªn ®êng d©y
Trang 8Chơng 4
Hình4.1 Mô hình TCSC
Hình 4.2 : Sự thay đổi điện kháng của TCSC với góc mở a
Hình 4.3 Nguyên lý cấu tạo của thyristor
Hình 4.4 Dạng sóng ra của mạch thuần trở điều khiển bằng thyristor
Hình 4.5 (a) các phần tử chính của một TCR; (b) dạng sóng của dòng và áp trong TCR
Hình 4.6 Hình dáng của dòng và áp trong TCR ở góc mở a =1200
Hình 4.7 Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR
Hình 4.8 đặc tính điều khiển của TCR
Hình 4.9 Sóng của tín hiệu dòng điện của TCR
Hình 4.10 Đặc tính điều chỉnh dòng điện của TCR theo góc cắt a
Hình 4.11 Mô hình mạch TCSC và biểu thị tơng đơng của nó
Hình 4.12 Mô hình TCSC (a) Mô hình cơ bản; (b) Mô hình thực tế
Hình 4.13 Mạch tơng đơng của TCSC đơn giản
Hình 4.14 : Sự thay đổi điện kháng của TCSC với góc mở a
Hình 4.15 Sơ đồ khối điều khiển góc mở α
Hình 4.16 Sơ đồ điều khiển điện kháng tổng của TCSC
Hình 4.17 Sơ đồ khối và hệ thống điều khiển của TCSC
Hình 4.18 Sơ đồ khối của hệ điều khiển phát xung cho thyristor của TCSCHình 4.19 Sơ đồ khối của hệ điều khiển phát xung cho thyristor của TCSC có
Trang 9Hình 5.3 Module cơ bản của TCSC
Hình 5.4 Cấu trúc của bộ điều khiển TCSC
Hình 5.5 sơ đồ thuật toán di chuyền
Hình 5.6 Mổ phỏng mô hình SMIB có dùng bộ điều khiển TCSC
Hình 5.7 Mô hình mô phỏng tính toán của id, iq, E’d, E’q và Pe
Hình 5.8 Sự biến đổi của Góc Rotor của máy phát đồng bộ khi có và không có
bộ điều khiển TCSC đối với nhiễu gây lỗi 3 pha trong 5 chu kỳ
Hình 5.9 Sự biến đổi của độ lệh tốc độ Dw trong trờng hợp 1
Hình 5.10 Sự biến đổi công suất điện Pe trong trờng hợp 1
Hình 5.11 Sự biến điện áp E’d trong trờng hợp 1
Hình 5.12 Sự biến điện áp E’q trong trờng hợp 1
Hình 5.13 Sự biến đổi điện áp E’fd trong trờng hợp 1
Hình 5.14 Sự biến đổi điện áp đầu cuối V’t trong trờng hợp 1
Hình 5.15 Sự biến đổi dòng điện Id trong trờng hợp 1
Hình 5.16 Sự biến đổi dòng điện Iq trong trờng hợp 1
Hình 5.17 Sự biến đổi của XTCSC trong trờng hợp 1
Hình 5.18 Sự biến đổi của Góc Rotor của máy phát đồng bộ
Hình 5.19 Sự biến đổi của độ lệh tốc độ Dw trong trờng hợp 2
Hình 5.20 Sự biến đổi công suất điện Pe trong trờng hợp 2
Hình 5.21 Sự biến điện áp E’d trong trờng hợp 2
Hình 5.22 Sự biến điện áp E’q trong trờng hợp 2
Hình 5.23 Sự biến đổi điện áp E’fd trong trờng hợp 2
Hình 5.24 Sự biến đổi điện áp đầu cuối V’t trong trờng hợp 2
Hình 5.25 Sự biến đổi dòng điện Iq trong trờng hợp 2
Hình 5.26 Sự biến đổi của XL trong trờng hợp 2
Hình 5.27 Sự biến đổi của Góc Rotor của máy phát đồng bộ trờng hợp 3Hình 5.28 Sự biến đổi của độ lệh tốc độ Dw trong trờng hợp 3
Hình 5.29 Sự biến đổi công suất điện Pe trong trờng hợp 3
Trang 10Hình 5.30 Sự biến đổi điện áp đầu cuối Vt trong trờng hợp 3
Hình 5.31 Sự biến đổi của XTCSC trong trờng hợp 3
Hình 5.32 Mạch mô phỏng hệ thống truyền tải bù nối tiếp
Hình 5.33 Cấu trúc của Module bộ bù nối tiếp TCSC
Hình 5.34 Cấu trúc khâu bù của 1 pha
Hình 5.35 Cấu trúc khâu Energy & Gap firing
Hình 5.36 Đồ thị điện áp ba pha lới truyền tải chế độ bình thờng Hình 5.37 Đồ thị dòng điện ba pha lới truyền tải chế độ bình thờng Hình 5.38 Đồ thị dòng điện ba pha lới truyền tải tại điểm B1
Hình 5.39 Đồ thị điện áp và dòng điện ba pha lới truyền tải tại điểm B2 Hình 5.40 Đồ thị điện áp ba pha lới truyền tải tại điểm B1
Hình 5.41 Đồ thị dòng điện ba pha lới truyền tải tại điểm B1
Hình 5.42 Đồ thị điện áp và dòng điện ba pha lới truyền tải tại điểm B2
Trang 11Keyword
1 tcsc;
2 Series compensating on transmission lines;
3 high-voltage and super high-votage transmission line
An increase in power ability of transmission lines, improvement of quality, stability of high and super high voltage power transmission line system are the matters to be interested in management and electric power transmission One of the solutions applied to implemente above problem is FACTS, among them TCSC is one of the important members of FACTS family
The object of this thesis is applying power electronics to control inductive reactance and capacitance of capacitor in AC tramsmission lines Herein, the TCSC is controlled series conpensate Specific device
In this scope of the thesis, author presenets an overview about compensating reactance, controlling capacity, basical structure of TCSC, power of TCSC circuit, triggering system of TCSC controller and simulating results to improve power transmission and stabilizing system as well when TCSC controller is used
Trang 121 TCSC
2 Bù dọc đờng dây truyền tải
3 Đờng dây cao áp và siêu cao áp
Để nâng cao khả năng truyền tải công suất trên đờng dây truyền tải, cải thiện chất lợng, tăng tính ổn định của hệ thống truyền tải điện xoay chiều cao
áp và siêu cao áp là một trong những vấn đề rất đợc quan tâm trong việc quản
lý và truyền tải điện năng Một trong các giải pháp để thực hiện đợc vấn đề nêu trên đó là ứng dụng thiết bị FACTS, và TCSC là một trong các thiết bị thuộc FACTS
Luận văn đợc viết với mục đích nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng điện tử công suất để điều khiển công suất phản kháng và điều khiển điện dung của tụ
bù trên đờng dây truyền tải điện xoay chiều Cụ thể thiết bị bù dọc có điều khiển là TCSC
Trong phạm vi luận văn tác giả đã tổng quan về bù công suất phản kháng,
điều khiển điện dung, cấu trúc cơ bản của TCSC, cấu trúc một hệ điều khiển cho TCSC và các kết quả mô phỏng nhằm cải thiện về công suất truyền tải cũng nh tính ổn định của hệ thống khi sử dụng bộ điều khiển TCSC
Trang 13Mở đầu
đặt vấn đề
Nhu cầu về quản lý các hệ thống điện và việc truyền tải điện năng tới nơi tiêu thụ hiệu quả hơn đã thúc đẩy sự đổi mới công nghệ trong sản xuất cũng nh truyền tải điện năng Với đờng dây tơng đối ngắn, cấp điện áp thấp, giới hạn truyền tải thờng đợc xác định theo điều kiện phát nóng Khi chiều dài tăng lên, điện áp tơng đối lớn (110KV 220KV) ữ thì độ lệch điện
áp là yếu tố cần đợc quan tâm Với các đờng dây siêu cao áp (SCA) và cực cao áp, khả năng tải đợc quyết định bởi điều khiện ổn định tĩnh Đặc điểm của đờng dây tải điện xoay chiều là chịu ảnh hởng rất lớn bởi dòng điện dung của đờng dây Công suất phản kháng do điện dung của đờng dây sinh
ra trong quá trình vận hành gây nhiều khó khăn về kỹ thuật cho việc thiết kế
Mục đích của đề tài
Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử cũng nh công nghệ chế tạo các thyristor công suất lớn nên các thiết bị FACTS điều chỉnh bằng thyristor đã
đợc ứng dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong việc tăng khả năng truyền tải công suất, nâng cao ổn định tĩnh, ổn dịnh động, ổn định điện áp, ổn
định tần số và giảm các dao động cộng hởng phụ đồng bộ Thyristor hoặc Transitor công suất lớn là phần tử cơ bản của các bộ điều khiển điện tử công suất lớn đợc áp dụng trong công nghệ chế tạo các thiết bị FACTS, từ đó nghiên cứu việc ứng dụng van bán dẫn trong điều khiển công suất phản kháng
Trang 14và điều khiển điện dung của tụ bù, cụ thể là vấn đề bù dọc đờng dây truyền tải điện xoay chiều
Vấn đề và phạm vi nghiên cứu
Luận văn đặt ra vấn đề cần nghiên cứu, giải quyết bao gồm:
− Tổng quan về bù công suất phản kháng và vấn đề bù dọc điện dung điều chỉnh đợc trên đờng dây truyền tải điện xoay chiều cao áp;
− ứng dụng bù công suất phản kháng và điều khiển điện dung, cụ thể là
sử dụng bộ điều khiển TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor), tìm
hiểu cấu trúc điều khiển điển hình của TCSC
− Khả năng cải thiện về công suất truyền tải cũng nh độ ổn định của hệ thống khi sử dụng bộ điều khiển TCSC
Với nội dung và mục đích nghiên cứu trên, luận văn đợc trình bày theo 5 chơng:
− Chơng 1: Tổng quan về lới điện Việt Nam
− Chơng 2: Các chế độ làm việc của đờng dây tải điện cao áp
− Chơng 3: ứng dụng điện tử công suất để điều khiển các thiết bị bù dọc
và bù ngang
− Chơng 4: Mô hình và nguyên lý hoạt động của thiết bị bù dọc có điều khiển TCSC
− Chơng 5: Khảo sát các đặc tính làm việc của TCSC
Tác giả xin trân trọng tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS
Nguyễn Văn Liễn đã tận tình hớng dẫn, giúp đỡ tác giả xây dựng và hoàn
thành luận văn này Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và cô giáo trong Bộ môn Tự động hoá XNCN Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội và các bạn
bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này Vì thời gian có hạn, vấn đề còn khá mới trên khía cạnh nghiên cứu về thiết bị nên bản luận
Trang 15văn không thể tránh khỏi thiếu sót, tác giả rất mong nhận đợc nhiều ý kiến
đóng góp
Trang 16chơng 1 tổng quan về lới điện việt nam
1 Quy hoạch hệ thống điện Việt Nam đến năm 2020
1 Giai đoạn 2004 1 - 2010
Thuỷ điện: dự kiến xây dựng 27 công trình với tổng công suất là 4.539MW Đồng thời phát triển các nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ (khoảng 520MW ở miền Bắc, 250MW ở miền Trung và gần 80MW ở miền Nam) để
đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện tại chỗ
Nhiệt điện chạy than: Đến năm 2010 sẽ xây dựng một loạt các nhà máy
điện chạy than tại khu vực Đông Bắc ( nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh, Cảm Phả, nhà máy nhiệt điện Hải Phòng )và mở rộng một số nhà máy thuộc khu vực phía Bắc nh Uông Bí, Ninh Bình, Tổng công suất 10 nhà máy nhiệt điện chạy than xây dựng mới là 3200MW
Nhiệt điện chạy khí: Xây dựng các nhà máy Phú Mỹ 2.2, đuôi hơi Phú
Mỹ 2.1, Phú Mỹ 4 tại trung tâm nhiệt điện Phú Mỹ Cụm các nhà máy nhiệt
điện khí Phú Mỹ sẽ vào vận hành toàn bộ công suất 3859MW vào cuối năm
2005 Chuẩn bị đầu t nhà máy tua bin khí Cà Mau, 720MW và hai nhà máy tua bin khí ngng hơi truyền thống Ô Môn 1 và Nhim Trạch 1, 1.600MW tại trung tâm nhiệt điện Ô Môn và Nhơn Trạch
Công suất các nhà máy thuỷ điện đa vào vận hành trong giai đoạn
2004 2010 là 5390MW, đa công suất lắp đặt tại các nhà máy thuỷ điện năm
-2010 lên tới 9540MW
Công suất nhiệt điện chạy than xây dựng mới giái đoạn 2004-2010 là 3200MW, đa tổng công suất đặt của các nhà máy nhiệt điện chạy than năm
2010 lên tới 4.450MW
Trang 17Công suất nhiệt điện chạy khí xây dựng mới giai đoạn 2004 2010 là 3.245MW, đa tổng công suất đặt tại các nhà máy nhiệt điện chạy khí năm
-2010 lên tới 6.475MW
Đến năm 2010, tổng công suất nguồn điện của Việt Nam là 21.190MW
1.2 Giai đoạn 2011 2020
-Thuỷ điện: Xây dựng 14 công trình với tổng công suất 6109 MW
Nhiệt điện chạy than: Xây dựng mới nhà máy nhiệt điện chạy than tại Quảng Ninh, Cẩm Phả, Mông Dơng , đa tổng công suất các nhà máy nhiệt
điện chạy than xây dựng mới là 1100MW
Nhiệt điện chạy khí: Phát triển các nhà máy nhiệt điện chạy khí tại trung tâm nhiệt điện Ô môn lên 2 770MW
Công suất các nhà máy thuỷ điện đa vào vận hành 2011 2020 là 6.109MW, đa tổng công suất lắp đặt tại các nhà máy thuỷ điện năm 2020 lên tới 15.650MW
-Công suất các nhà máy nhiệt điện chạy than xây dựng mới giai đoạn 2011-2020 là 2600MW, đa tổng công suất đặt tại các nhà máy nhiệt điện chạy than năm 2020 lên tới 6850MW
Công suất nhiệt điện chạy khí xây dựng mới giai đoạn 2011 2020 là 4110MW, đa tổng công suất đặt tại các nhà máy nhiệt điện chạy khí năm
-2020 lên tới 10.440MW
Điện nguyên tử: Việt Nam đã xem xét dự án điện hạt nhân xây dựng vào giai đoạn 2018-2020
- Tổng công suất nguồn điện Việt Nam giai đoạn 2004 2010 2020 đợc trình bày ở bảng B1.1
-Tổng công suất nguồn năm 2004: 9.822MW
Nhiệt điện chạy than 1245MW
Nhiệt điện chạy dầu 1193MW
Nhiệt điện chạy khí 3230MW
Trang 18Tổng công suất nguồn năm 2010: 21.190MW
Nhiệt điện chạy than 4450MW
Nhiệt điện chạy dầu + khí 6835MW
Tổng công suất nguồn năm 2020: 36.540MW
Nhiệt điện chạy than 6850MW
Nhiệt điện chạy dầu + khí 10440MW
Điện nguyên tử 2000MW
Bảng B1.1 Tổng công suất nguồn điện Việt Nam giai đoạn 2004-2010 2020
-2 Chơng trình phát triển lới điện truyền tải của Việt Nam
Gắn với chơng trình phát triển nguồn theo hiệu chỉnh quy hoạch phát triển
điện lực Việt Nam giai đoạn 2001 2010 có xét triển vọng đến năm 2020 đợc Chính Phủ phê duyệt ngày 21/03/2003
-Giai đoạn đến năm 2010, phát triển lới điện 220-500kV đấu nối các nhà máy
điện than miền Bắc
Giai đoạn đến năm 2020, phát triển lới điện 220 500kV đấu nối các nhà máy thuỷ điện bậc thang trên sông Đà, trong đó có thuỷ điện Sơn La 2400MW (đờng dây 500kV 500kV Lai Châu Sơn La, Sơn La Hoà Bình, Sơn La- - - Việt trì - Sóc Sơn) đấu nối nhà máy điện than Mông Dơng ở miền Bắc , (đờng dây 500kV Quảng Ninh - Sóc Sơn), nhà máy điện nguyên tử 2000MW ở miền Nam Đồng thời phát triển lới điện để nhập khẩu từ các nớc trong khu vực (Lào, Campuchia, Trung Quốc)
-Chơng trình phát triển lới điện 220kV 110kV -
Lới điện 220kV hiện tại và trong tơng lai vẫn là lới truyền tải nhằm đảm bảo cung cấp điện an toàn cho các trung tâm tiêu thụ điện khu vực tỉnh, thành phố và các khu công nghiệp
Trang 19Líi ®iÖn 110kV sÏ ®îc ph¸t triÓn m¹nh lªn trung t©m tiªu thô c¸c huyÖn thÞ
vµ c¸c khu c«ng nghiÖp, vµ dÇn trë thµnh líi ph©n phèi
Khèi lîng ph¸t triÓn líi 500kV dù kiÕn x©y dùng trong giai ®o¹n
2000-2020 tr×nh bµy ë b¶ng B1.2
STT Tªn C«ng tr×nh Sè m¹ch x km ChiÒu dµi C¸c c«ng tr×nh hiÖn cã
C¸c c«ng tr×nh x©y dùng giai ®o¹n 2006-2010
1 Nho Quan - Thêng TÝn 1x75 75
2 RÏ vµo t¹m 500kV Nho Quan 2x30 60
12 Nha Trang - §iÖn Ng.tö - Di Linh 1x160 160
13 §iÖn nguyªn tö - Biªn Hoµ 2x170 340
B¶ng B1.2 Dù kiÕn ph¸t triÓn líi 500kV giai ®o¹n 2000-2020
Trang 20Chơng 2 các chế độ làm việc của đờng dây tải điện cao áp
2.1 Các chế độ làm việc của hệ thống điện
Các chế độ làm việc của HTĐ đợc chia ra làm 2 loại chính: chế độ xác lập (CĐXL) và chế độ quá độ (CĐQĐ) Chế độ xác lập là chế độ trong đó các thông số hệ thống không thay đổi, hoặc trong những khoảng thời gian tơng
đối ngắn, chỉ bến thiên nhỏ xung quanh các trị số cố định Chế độ làm việc
bình thờng, lâu dài của HTĐ thuộc về chế độ xác lập (còn gọi là CĐXL bình thờng) Chế độ sau sự cố, hệ thống hệ thống đợc phục hồi và làm việc tạm thời cũng thuộc về CĐXL (còn gọi là chế độ xác lập sau sự cố) ở các chế độ xác lập sau sự cố thông số ít biến thiên nhng có thể lệch khỏi trị số định mức tơng đối nhiều, cần phải nhanh chóng khắc phục
Ngoài chế độ xác lập còn diễn ra các CĐQĐ trong HTĐ Đó là các chế độ trung gian chuyển từ CĐXL này sang CĐXL khác CĐQĐ thờng diễn ra sau những sự cố hoặc thao tác đóng cắt các phần tử mang công suất (những kích
động lớn) CĐQĐ đợc gọi là CĐQĐ bình thờng nếu nó tiến đến chế độ xác lập mới Trong trờng hợp này các thông số hệ thống bị biến thiên nhng sau một thời gian lại trở về trị số gần định mức và tiếp theo ít thay đổi Ngợc lại,
có thể diễn ra CĐQĐ với thông số hệ thống biến thiên mạnh, sau đó tăng trởng vô hạn hoặc giảm đến 0 CĐQĐ khi đó đợc gọi là CĐQĐ sự cố Nói chung, với mọi hệ thống điện yêu cầu nhất thiết là phải bảo đảm cho các chế
độ quá độ diễn ra bì h thờng, nhanh chóng chuyển sang CĐXL mới, bởi nCĐQĐ chỉ có thể là tạm thời, CĐXL mới là chế độ cơ bản làm việc của HTĐ Sơ đồ Hệ thống điện đơn giản hình 2.1
Trong hình 2.1 gồm:
F1, F2 : máy phát xa và máy phát địa phơng
TBA: Trạm máy biến áp
Trang 21Zd: Điện trở tổng của đờng dây truyền tải
P+jQ: Phụ tải
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản
1 Chế độ làm việc bình thờng.
ở chế độ xác lập bình thờng đờng dây siêu cao áp (SCA) tạo ra một
số đặc điểm phức tạp trong vận hành bởi các lý do chính sau:
a) Đờng dây phát ra một lợng công suất phản kháng rất lớn, không
điều chỉnh đợc (tỷ lệ với bình phơng điện áp làm việc của đờng dây) ở chế độ tải trung bình các công suất này đợc cân bằng với công suất tiêu thụ của các kháng bù ngang (khoảng 70%), tổn thất truyền tải trên đờng dây và nâng cao hệ số công suất cos cho phụ tải hệ thống Tuy nhiên ở các chế độ ϕ non tải hoặc không tải, lợng công suất phản kháng d thừa Qc không có nơi tiêu thụ , tràn vào các máy phát và lới điện áp thấp, làm thay đổi chế độ làm việc và phân bố điện áp Đặc biệt có thể gây quá áp trong lới và gây ra chế
độ tiêu thụ quá giới hạn công suất phản kháng của các máy phát
Cần nói thêm rằng khi đờng dây mất tải, điện áp tăng cao, lợng công suất phản kháng phát ra tỷ lệ với bình phơng của điện áp, vì vậy trị số Qc còn lớn hơn và càng nguy hiểm
b) Điện kháng dọc của đờng dây lớn làm cho trị số tổn th t công suất ấphản kháng và tổn thất điện áp rất cao Các tổn thất này thay đổi rất mạnh theo công suất chuyên tải của đờng dây làm cho vấn đề điều chỉnh điện áp
và công suất lúc vận hành khá phức tạp Khi phụ tải thay đổi, tỷ lệ sụt áp thay
đổi, đòi hỏi phải điều chỉnh thờng xuyên điện áp suốt thời gian vận hành
~
~F1
F2 P+jQ
Zd TBA
TBA
Trang 22Muốn vậy cần phải điều chỉnh điện áp kích từ các máy phát và lựa chọn đầu phân áp thích hợp ở trạm biến áp đầu đờng dây
2 Chế độ đóng không tải đờng dây
Đây là chế độ xảy ra ở giai đoạn đầu tiên khi đa đờng dây vào vận hành Ngoài ra các chế độ nh khi bắt đầu đóng điện nh chế độ sau sự cố cắt
đờng dây, tách rời các hệ thống đờng dây trớc khi hoà đồng bộ.
Khó khăn của việc thực hiện các chế độ này là hiện tợng quá điện áp.Sau khi đóng đờng dây (ở một phía) vào điện áp siêu cao, các công suất điện dung của đờng dây xuất hiện sẽ dồn về phía đầu đờng dây có máy cắt đóng, tràn vào hệ thống và các máy phát Ngoài ra do chiều công suất phản kháng từ cuối (phía máy cắt mở) truyền về phía đầu đờng dây (nối với hệ thống có
điện áp thanh góp khống chế) nên quá điện áp sẽ tăng cao ở phía cuối đờng dây Điện áp này phụ thuộc nhiều vào điện áp thanh góp cần giữ phía đầu
đờng dây Vì vậy ở chế độ này phải điều chỉnh điện áp đầu đờng dây một cách hợp lý để đảm bảo điện áp trên đờng dây SCA không vợt quá giới hạn cho phép Đồng thời cũng cần phải tính toán số lợng tối thiểu máy phát tham gia để có thể đủ khả năng nhận công suất phản kháng của đờng dây
3 Chế độ tải nặng
Đặc điểm của các chế độ tải nặng đờng dây SCA là hiện tợng giảm thấp điện áp cuối đờng dây và hệ số dự trữ ổn định tĩnh (theo tiêu chuẩn dQ/dU) Với mức độ chuyên tải công suất phản kháng trên đờng dây càng lớn (cos phụ tải cuối đờng dây thấp) hiện tợng sụt áp càng đáng kể và ϕ giảm giới hạn công suất chuyên tải (công suất tác dụng) theo điều kiện ổn
định tĩnh Trong chế độ này cần phải giảm công suất phản kháng trên đờng dây (nâng cao cos cuối đờng dây), có thể thực hiện bằng cách đặt thiết bị ϕ
bù tĩnh phía cuối đờng dây
Trang 234 Chế độ cắt tải đột ngột
Khác với chế độ đóng không tải đờng dây, chế độ cắt tải đột ngột
đờng dây diễn ra vào lúc điện áp đầu đờng dây SCA cũng nh điện áp các máy phát đang ở mức cao Khi cắt tải đột ngột điện áp cuối đờng dây có thể tăng lên rất cao Để khắc phục hiện tợng này, cần thực hiện cắt liên động các
đoạn đờng dây khi mất tải đột ngột để loại trừ nhanh thời gian quá điện áp Trong vận hành để hạn chế mức độ quá điện áp khi mất tải đột ngột thì chọn
đầu phân áp và điện áp thanh góp đầu đờng dây càng thấp càng tốt (tuy nhiên phụ thuộc hệ thống điện liên kết)
5 Chế độ vận hành không toàn pha
Chế độ vận hành không toàn pha đối với đờng dây SCA gây ra các ảnh hởng mạnh hơn nhiều so với các đờng dây trung áp và cao áp Đó là vì chiều dài của mỗi đoạn đờng dây thờng khá lớn, điện cảm và điện dung pha
có trị số lớn hơn nhiều so với các đờng dây bình thờng Khi bị cắt một hoặc hai pha đờng dây, mức độ lệch thông số gây ra cho sơ đồ hệ thống sẽ tăng cao Các yếu tố ảnh hởng (thành phần thứ tự nghịch, thứ tự không trong dòng
điện) có khả năng nguy hiểm hơn so với các tình huống tơng tự ở các đờng dây điện áp thấy hơn
Ngoài ra, khác với chế độ không toàn pha diễn ra trong lới điện áp thấp, hiện tợng quá áp cũng có thể xảy ra khi 1 hoặc 2 pha của ĐDSCA bị hở mạch Cũng vì những lý do đó khi cha có những tính toán và nghiên cứu tỉ
mỉ, không cho phép để kéo dài chế độ không toàn pha của ĐDSCA, nhất là chế độ cắt 2 pha
Trong khi đó ĐDSCA lại thờng là các đờng dây liên lạc hệ thống Việc giữ đợc liên kết khi cha cần phải cắt toàn bộ đờng dây là một điều rất mong muốn Chế độ cắt và đóng lại từng pha trong chế độ sự cố thờng đợc
Trang 24thiết kế và thực hiện nhằm giảm tần suất mất liên lạc hệ thống, khi đó việc kiểm tra ảnh hởng của các yếu tố không đối xứng trong những trờng hợp này là hết sức cần thiết
Cũng cần nói thêm rằng ngoài chế độ không toàn pha, đờng dây siêu cao áp còn có thể gây ra hiện tợng mất đối xứng do lệch thông số Với chiều dài đáng kể của tuyến đờng dây, đi qua các địa phơng có địa hình phức tạp (đồng bằng, miền núi, thung lũng, ) với khí hậu, độ ẩm và khoảng cách treo …dây khác nhau nên khả năng hoán vị pha để làm cân bằng thông số cấu trúc (thực hiện bằng hai lần hoán vị trên mỗi đoạn) khó có thể đảm bảo độ chính xác cao
Vị trí 1
A A
A
B C
C
B
C B
Vị trí 3
Vị trí 2 1
3 2
D23
Hình 2.2 Sơ đồ hoán vị pha
Yếu tố này gây ra tính nguy hiểm ngay cả khi vận hành bình thờng, rất
đáng phải lu tâm đo đạc và tình toán Về lý thuyết khi thông số cấu trúc của các pha không đối xứng sẽ kéo theo dòng điện và điện áp các pha không đối xứng Trong hệ thống điện xuất hiện các thành phần dòng điện thứ tự nghịch
Trang 25- Ngắn mạch 2 pha chiếm khoảng 5%
- Ngắn mạch 2 pha nối đất
- Ngắn mạch 1 pha, khoảng 90%
- Chạm đất 2 pha tại 2 điểm khác nhau
Trong các các loại ngăn mạch thì ngắn mạch 3 pha gần nhà máy điện lớn, hoặc các trung tâm phụ tải lớn chứa nhiều loại động cơ đồng bộ hoặc không đồng bộ đợc xem là loại sự cố nguy hiểm nhất, kế đến là các loại ngắn mạch 2 pha chạm đất
2.2 Mất cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện
Trong chế độ vận hành bình thờng, nếu bỏ qua tổn thất công suất trong trờng hợp tải và phân phối bao giờ ta cũng có cân bằng công suất tác dụng giữa nguồn điện và phụ tải
Đối với hệ thống thừa công suất tác dụng, tốc độ quay của tua bin và rô to máy phát điện sẽ tăng lên kéo theo việc tăng tần số của hệ thống cần tiến hành các biện pháp chống vợt tốc của tua bin hoặc cắt bớt các máy phát điện ra khỏi hệ thống
Đối với hệ thống thiếu công suất tác dụng tốc độ quay của tua bin và rôto máy phát điện sẽ giảm xuống kéo theo việc giảm tần số của hệ thống
2.3 Khái niệm về ổn định và quan hệ giữa cân bằng công suất phản kháng với ổn định trong lới hệ thống, lới truyền tải
2.3.1 ổn định
ổn định là khả năng của hệ thống khi có những nhiễu loạn nhỏ hoặc lớn
có thể giữ đợc những thông số bình thờng tại các nút của hệ thống Phân biệt ổn định tĩnh và ổn định động
1 ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống có thể trở về lại chế độ với các thông
số ban đầu khi xảy ra nhiễu loạn bé trong hệ thống
Trang 26Giới hạn ổn định tĩnh của các đờng dây truyền tải hoặc của cả hệ thống khu vực đợc đánh giá tơng ứng với chế độ tải công suất cực đại với các điều kiện bất lợi về thành phần thiết bị, cấu hình của hệ thống, điều kiện vận hành của nhà máy điện
Các giải pháp chính để nâng cao giới hạn ổn định tĩnh của hệ thống bao gồm: sử dụng các bộ tự động điều chỉnh điện áp tác động nhanh ở các máy phát điện đồng bộ; hạn chế khả năng hụt áp tại các nút chính của hệ thống, hạn chế góc lệch pha giữa rôto các máy phát điện làm việc song song; bù dọc
điện kháng của các đờng dây truyền tải
2 ổn định động của chế độ hệ thống điện là khả năng của hệ thống khi chịu tác động của các nhiẽu loạn ngắn hạn, xảy ra đột ngột với biên độ lớn có thể trở về lại chế độ xác lập với những thông số chế độ ở các nút gần với trị số bình thờng
2.3.2 Quan hệ công suất phản kháng - điện áp
Nhu cầu công suất phản kháng thay đổi gây ra sự biến đổi điện áp Ta biết tổn thất điện áp đợc tính theo công thức:
ΔU =
U
R Q X P j U
X Q R
U
X P j U
Trang 27truyÒn t¶i møc ®iÖn ¸p phô thuéc vµo dßng c«ng suÊt ph¶n kh¸ng trªn c¸c
®êng d©y §iÒu chØnh dßng c«ng suÊt ph¶n kh¸ng tøc lµ ®iÒu chØnh sù c©n b»ng c«ng suÊt ph¶n kh¸ng trong HT§
Trang 28chơng 3
ứng dụng điện tử công suất để điều khiển các thiết bị
bù dọc và bù ngang
3.1 Mục đích của việc đặt bù
1 Giữ các thông số chế độ trong phạm vi làm việc cho phép về kỹ thuật trong mọi chế độ làm việc Các chế độ làm việc đáng chú ý là:
a Chế độ non tải và không tải:
Trong chế độ này có thể xảy ra:
- Điện áp tăng cao và có thể vợt qua sức chịu đựng của cách điện
đờng dây Đờng dây siêu cao áp dài khoảng 300km bắt đầu có hiện tợng tăng cao điện áp này, đờng dây càng dài điện áp càng tăng cao Đây là hạn chế kỹ thuật bắt buộc phải khắc phục
- Máy phát điện có thể bị quá tải do dòng điện dung
Để giảm điện áp và công suất phản kháng dung tính, phải bù ngang bằng kháng điện
b Chế độ tải nặng: Điện áp giảm thấp quá trong chế độ tải nặng khi công suất tác dụng lớn hơn hoặc bằng công suất tự nhiên, công suất phản kháng tải trên đờng dây lớn
Để nâng cao điện áp thờng dùng tụ bù dọc để giảm điện kháng đờng dây hoặc đặt tụ bù ngang hay SVC ở cuối đờng dây để giảm công suất phản kháng trên đờng dây
c Các chế độ sự cố: Đờng dây hai lộ hỏng một lộ, đờng dây một lộ hỏng bản thân thiết bị bù, trong chế độ này cần có các biện pháp tính toán thay đổi dung lợng bù hoặc tính giới hạn công suất có thể tải
đợc của đờng dây
2 Nâng cao khả năng tải theo điều kiện ổn định tĩnh trong chế độ công suất tải nặng Khi đờng dây liên lạc hệ thống quá dài, khả năng tải của nó giảm
Trang 29do công suất giới hạn giảm thấp Khi đờng dây siêu cao áp dài khoảng 1000km trở lên, công suất giới hạn bắt đầu nhỏ hơn công suất tự nhiên của
đờng dây
3 Đạt hiệu quả kinh tế (bù kinh tế): Giảm giá thành tải điện Khi đờng dây quá dài, hiệu suất tải điện giảm thấp do sự gia tăng tổn thất công suất và tổn thất điện năng do dòng điện dungvà tổn thất vầng quang lớn
Việc thực hiện đặt bù nhằm giảm tổn thất điện năng chỉ hợp lý khi sự tăng thêm chi phí đặt bù đợc hoàn lại bởi sự giảm tổn thất điện năng, nghĩa là làm sao cho giá thành tải điện của đờng dây giảm
3.2 Bù dọc và bù ngang trên đờng dây siêu cao áp
Các đờng dây siêu cao áp có chiều dài lớn thờng đợc bù thông số thông qua các thiết bị bù dọc và bù ngang Mục đích chủ yếu của việc đặt các thiết bị bù là nâng cao khả năng tải của đờng dây và san bằng điện áp phân
bố dọc đờng dây Hơn nữa, bù thông số còn nâng cao tính ổn định động, ổn
định tĩnh, giảm sự dao động công suất làm cho việc vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt và hiệu quả hơn Đây là biện pháp rất cần cho các đờng dây siêu cao áp
3.2.1 Bù dọc:
Trị số cảm kháng của đờng dây siêu cao áp làm ảnh hởng xấu đến rất nhiều các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật quan trọng của đờng dây nh: góc lệch pha giữa đầu và cuối đờng dây; tổn thất công suất và điẹn năng trên
đờng dây cao; tính ổn định điện áp tại các trạm giữa và cuối đờng dây kém
Bù dọc là giải pháp làm giảm điện kháng của đờng dây XL bằng dung kháng của tụ điện XC Giải pháp này đợc thực hiện bằng cách mắc nối tiếp tụ điện vào đờng dây Qua đó giới hạn truyền tải của đờng dây theo
điều kiện ổn định tĩnh của đờng dây tăng lên, và giới hạn ổn định động
Trang 30của đờng dây cũng tăng lên một cách gián tiếp do nâng cao đờng cong công suất điện từ
Khi mắc thêm tụ nối tiếp vào đờng dây thì điện kháng tổng của mạch tải điện sẽ giảm xuống còn (XL – XC) Giả sử góc lệch pha giữa dòng điện phụ tải và điện áp ở cuối đờng dây U2 không đổi thì độ lệch điện áp U1 ở
đầu đờng dây và góc lệch pha giữa véctơ điện áp hai đầu đờng dây δ giảm xuống khá nhiều Giả thiết góc lệch pha giữa dòngφ điện và điện áp
ở cuối đờng dây không thay đổi, mức chênh lệch điện áp ở đầu và cuối
đờng dây, và góc lệch pha đợc giảm xuống đáng kể δ
Mô hình hệ thống điện đơn giản có tụ điện mắc nối tiếp trên đờng dây hình 3.1 Hình 3.2 Đồ thị véctơ U và I của đờng dây khi có tụ bù dọc
Trang 31Hiệu quả của bù dọc
- Làm tăng giới hạn công suất truyền tải trên đờng dây
- Trớc khi bù dọc, công suất truyền tải trên đờng dây là:
P =
L
2 1X
U.U
U.U
Sau khi bù dọc, công suất truyền tải trên đờng dây là:
P’ =
C L
2 1XX
U.U
− sinδ (1)
Ta có giới hạn công suất truyền tải là:
P’gh =
C L
2 1XX
U.U
−
Ta thấy sau khi bù giới hạn công suất truyền tải của đờng dây tăng lên:
K =
C L
LXX
X
− (lần)Khảo sát các đờng đặc tính công suất P( ) nh ở hình δ 3 3
Trang 32Tụ bù nối tiếp còn có khả năng bù lại sự giảm áp do điện cảm nối tiếp trên đờng dây truyền tải gây ra Khi tải nhỏ, tổn thất điện áp trên đờng dây nhỏ và tại thời điểm này điện áp bù nối tiếp do tụ bù dọc sinh ra cũng nhỏ (vì công suất phản kháng do tụ bù dọc sinh ra tỷ lệ thuận với bình phơng dòng
điện QC=3I2XC) Khi tải tăng cao tổn thất điện áp sẽ lớn hơn, nhng lúc này
điện áp thanh cái vẫn không bị sụt giảm mạnh do xuất hiện lợng công suất phản kháng của tụ bù dọc tỉ lệ thuận với bình phơng dòng điện
c Giảm tổn thất công suất và điện năng trên đờng dây
- Dòng điện chạy qua tụ điện C sẽ phát ra một lợng công suất phản kháng bù lại phần tổn thất trên cảm kháng do đờng dây sinh ra
- Đặc trng cho mức độ bù dọc của đờng dây là hệ số bù dọc KC
Trang 33Thông thờng đối với các đờng dây siêu cao áp thì hệ số bù dọc:
KC = 40% ữ 75%
tuỳ theo chiều dài đờng dây
d ảnh hởng của vị trí bù dọc trên đờng dây
Tụ bù dọc có thể đợc đặt tập trung hoặc phân tán ở nhiều vị trí khác nhau trên đờng dây nh phân thành hai nửa đặt ở hai đầu đờng dây, đặt tập trung ở giữa đờng dây, đặt tập trung ở cuối đờng dây, phân thành hai nửa đặt ở vị trí 1/3 và 2/3 chiều dài đờng dây ảnh hởng của vị trí đặt tụ
bù dọc đối với điện áp dọc đờng dây đợc trình bày trong hình (giả thiết
bù với dung lợng đúng bằng lợng tổn thất điện điện áp U dọc đờng Δdây) Hình 3.4 chỉ ra ảnh hởng của vị trí bù dọc trên đờng dây
Hình 3.4 nh hởng của vị trí bù dọc trên đờng dâyả
Trang 34Trên hình vẽ trình bày sự thay đổi tổng trở đẳng trị của đờng dây khi mức độ bù dọc XC = 0,5 XL với số lợng bộ tụ bù và vị trí đặt khác nhau trên đờng dây Khi chọn vị trí đặt tụ bù thờng xét đến ba tiêu chuẩn:
- Mức phân bố điện áp dọc đờng dây
- Trị số dòng điện ngắn mạch qua bộ tụ
- Thuận tiện cho việc quản lý vận hành bộ tụ
Dòng điện IL của kháng bù ngang sẽ khử dòng điện IC của điện dung
đờng dây phát ra do chúng ngợc chiều nhau Nhờ đó mà công suất phản kháng trên đờng dây sẽ bị tiêu hao, qua đó hạn chế đợc hiện tợng quá
áp ở cuối đờng dây
Việc lựa chọn dung lợng và vị trí đặt của kháng bù ngang có ý nghĩa rất quan trọng đối với một số chế độ vận hành của đờng dây siêu cao áp trong hệ thống điện ở các chế độ vận hành của đờng dây
Trong chế độ không tải, phía nguồn khép mạch, phía tải hở mạch thì các nguồn phát vẫn phải phát công suất tác dụng để bù vào phần tổn thất trên điện trở của đờng dây và máy biến áp Để khắc phục sự quá áp và quá tải cho máy phát ta phải đặt kháng bù ngang tại một số điểm trên
đờng dây
Trong chế độ non tải (Ptải<PTN), thì công suất phản kháng trên đờng dây thừa và đi về hai phía của đờng dây Để đảm bảo đợc hệ số công
Trang 35suất cosφ cho phép của máy phát, ta phải đặt kháng bù ngang để tiêu thụ công suất phản kháng
Trong chế độ phụ tải cực tiểu thì công suất phản kháng do đờng dây sinh ra là rất lớn (đối với đờng dây siêu cao áp 500kV thì công suất phản kháng sinh ra trên đờng dây Q0 ≈ 1MVAR/km) thì ta phải đặt các kháng
bù ngang phân bố dọc theo đờng dây để tiêu thụ công suất phản kháng này
Thông thờng khoảng cách giữa các kháng bù ngang từ 200-500 km
Công suất phản kháng của đờng dây phát ra trong chế độ không tải
đợc tính gần đúng nh sau:
QC = U2
dd b0 l Trong đó: Udd : Điện áp danh định của đờng dây;
l : Chiều dài đờng dây;
Đối với đờng dây siêu cao áp, điện áp 330 750 kV thì ta có thể sử ữ dụng các quan hệ gần đúng:
X0.b0≈1,15.10-6; ZC=
0
0
b X
Hiệu quả của bù ngang:
- Tăng cờng khả năng ổn định điện áp tại nút bù
- Tăng cờng khả năng ổn định tĩnh của hệ thống điện khi nó phát ra một lợng công suất phản kháng và nút đợc bù
Đặc trng cho mức độ bù ngang trên đờng dây siêu cao áp là hệ số bù ngang KL;
Trang 36QL : Công suất phản kháng của kháng bù ngang
QC : Công suất phản kháng của điện dung do đờng dây phát ra
Đối với các đờng dây có cấp điện áp cụ thể là 500kV, tổng công suất của kháng bù ngang trên đờng dây thờng bằng 60 70% công suất phản kháng ữ
do điện dung của đờng dây sinh ra
3 3 Các giải pháp và thiết bị điều khiển công suất phản kháng trên đờng dây tryền tải điện - ứng dụng thiết bị FACT trong hệ thống truyền tải
điện xoay chiều
Nhu cầu về quản lý các hệ thống điện hiệu quả hơn đã thúc đẩy sự đổi
mới công nghệ trong sản xuất và truyền tải điện năng FACTS - Các thiết bị
điều kiển hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (Flexible AC Transmission System - FACTS) nh tên gọi chung, là những thiết bị mới,
nhằm cải thiện các hệ thống truyền tải Đợc sử dụng để điều khiển điện áp, trở kháng và góc pha của đờng dây xoay chiều cao áp Các thiết bị FACTS cung cấp những lợi ích cho việc nâng cao quản lý hệ thống truyền tải thông qua việc sử dụng tốt hơn các lới truyền tải hiện có; tăng độ tin cậy và khả năng sẵn sàng của hệ thống truyền tải; tăng độ ổn định động và ổn định quá
độ của lới; tăng chất lợng cung cấp cho các ngành công nghiệp có yêu cầu chất lợng điện năng cao; các lợi ích về môi trờng khác…
Các thuật ngữ và định nghĩa của các thiết bị FACT do IEEE đa ra nh sau
Flexible AC Transmission System (viết tắt FACTS) Các hệ thống truyền tải dòng điện qua lại kết hợp với các bộ điều khiển cơ sở điện tử công suất và các bộ điều khiển tĩnh khác để làm tăng khả năng điều khiển và truyền tải công suất
Trang 37Cụm từ “Các bộ điều khiển tĩnh khác” trong định nghĩa của FACT là
để nhấn mạnh rằng có thể có các bộ điều khiển tĩnh khác mà không phải dựa trên các bộ điện tử công suất
FACT Controller – Một hệ thống dựa trên thiết bị điện tử công suất và thiết bị tĩnh khác mà giúp điều khiển một hoặc nhiều các thông số hệ thống truyền tải xoay chiều
3 3 1 Mô hình thiết bị FACT
Thiết bị FACT dạng A (Hình 3.5)
Thiết bị FACT đợc nối vào giữa một đờng dây từ nút i đến nút J Với thiết
bị FACT dạng A công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đờng dây
đợc điều khiển
Thiết bị FACT dạng B (Hình 3.6 )
Chỉ có công suất tác dụng đợc điều khiển
FACT device Dạng A Pij
Trang 38Thiết bị FACT dạng C (Hình 3.7 )
Thiết bị FACT dạng này đợc mắc ngang với đờng dây tại nút i để điều khiển dòng công suất phản kháng bơm vào nút nhằm mục đích điều khiển biên độ điện áp tại nút đó
Theo các thông số điều khiển có thể chia thiết bị FACT thành 3 dạng A, B và
C theo bảng B3 1
Bảng B3.1 Các dạng của thiết bị FACTS
điều khiển
A Unified Power Flow Controller
(UPFC)
Điều khiển dòng công suất tác dụng và phản kháng, điều khiển điện áp
Xc Static Sychronous Series
Z ij
Hình 3.6 Thiết bị FACT dạng B
Trang 393 3 2 Các dạng cơ bản của thiết bị điều khiển FACTS
Nói chung, các thiết bị điều khiển FACT có thể đợc chia thành 4 loại S
• Các thiết bị điều khiển ngang
• Các thiết bị điều khiển dọc
• Các thiết bị điều tổ hợp dọc – dọc
• Các thiết bị điều tổ hợp dọc – ngang
3 3 2.1 Các bộ điều khiển ngang
Static Synchronous Compensator (STATCOM): Máy bù đồng bộ tĩnh
hoạt dộng nh một máy bù ngang công suất phản kháng tĩnh mà dòng điện
điện dung hoặc điện cảm phát ra của nó có thể đợc điều khiển độc lập với
điện áp hệ thống điện xoay chiều
Sơ đồ 1 sợi của STATCOM và sơ đồ khối của hệ thống điều khiển hình 3.8
Hình 3.8 Sơ đồ 1 sợi của STATCOM STASCOM là một trong các thiết bị điều khiển FACTS Nó đợc dựa trên bộ chuyển đổi nguồn điện áp hoặc nguồn dòng điện
Đối với bộ chuyển đổi nguồn điện áp, điện áp ra xoay chiều của nó
đợc điều khiển tơng ứng với dòng điện phản kháng và tơng ứng đối với
điện áp xoay chiều của bất cứ nút nào Điện áp tụ điện một chiều sẽ tự động
Trang 40điều chỉnh để cung cấp nguồn điện áp cho bộ chuyển đổi STASCOM có thể
đợc thiết kế để hoạt động nh một bộ lọc hấp thụ các sóng điều hoà hệ thống
STASCOM nh định nghĩa ở trên bởi IEEE là một tập hợp lớn dựa trên các bộ điều khiển ngang mà bao gồm c c nguồn công suất tác dụng hoặc ánguồn một chiều bởi vậy dòng điện bơm vào có thể bao gồm cả dòng công suất tác dụng
Static Var Compensator (SVC): Máy phát hoặc máy tiêu thụ công suất
phản kháng nối rẽ nhánh mà công suất phát ra của chúng đã đợc điều chỉnh
để chuyển đổi dòng điện dung hoặc dòng điện điện cảm để duy trì hoặc điều khiển các thông số đặc trng của HTĐ (điển hình là điện áp nút)
Hình 3.9 Sơ đồ SVC
Đây là một thuật ngữ chung đối với một điện kháng điều khiển bằng thyristor hoặc đóng cắt bằng thyristor, và / hoặc tụ điện đóng cắt bằng thyristor hoặc tổ hợp của chúng SVC dựa trên các thyristor không có cổng tắt Kháng điện đợc điều khiển bằng thyristor hoặc đóng cắt bằng thyristor để tiêu thụ công suất phản kháng và tụ điện đóng cắt bằng thyristor để cung cấp công suất phản kháng SVC thờng đợc chọn lựa sử dụng nhiều hơn STATCOM vì giá rẻ hơn