Tính toán phân tíh chế độ xác lập và nghiên cứu ứng dụng thiết bị bù có điều khiển svc vào lưới truyền tải việt nam

Kết luận 88 Chương V: Hiệu quả của SVC để ổn định điện ỏp 89 Trang 5 1 Cỏc chữ ế vi t tắt và ký hi u ệCỏc chữ viết tắt và ký hiệu CĐXL Chế độ xỏc lậpCSPK Cụng suất phản khỏngĐDSCA Đườn

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HỒ ANH TUẤN

TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP VÀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BÙ CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC VÀO LƯỚI TRUYỀN TẢI VIỆT NAM

CHUYÊN NGÀNH : MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN

MÃ SỐ : 02 -06-07

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS TS LÃ VĂN ÚT

HÀ NỘI - 2005

Trang 2

Chương I: Hiện trạng HTĐ Việt Nam và qui hoạch phát triển đến 2010 5

I.1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ điện năng 5

I.2 Quy hoạch phát triển hệ thống điện giai đoạn 2005-2010 12 I.2.1 Dự báo nhu cầu tiêu thụ điện giai đoạn 2005-2010-2020 12 I.2.2 Chương trình phát triển nguồn điện giai đoạn đến 2010 13 I.2.3 Chương trình phát triển nguồn điện giai đoạn 2011-2020 14 I.2.4 Quy hoạch phát triển HTĐ 500kV qua các giai đoạn 15 I.2.5 Liên kết lưới điện 500kV và mua bán điện với các quốc gia

giềng và khu vực

II.2 Lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS, phân loại thiết bị FACTS 22

II.3.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC) 24 II.3.2 Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC) 25 II.3.3 Thiết bị bù ngang điều khiển thyristor (STATCOM) 26

Trang 3

M ụ c Lụ c

II.3.4 Thiết bị điều khiển góc pha bằng Thyristor (TCPAR) 27 II.3.5 Thiết bị điều khiển dòng công suất hợp nhất (UPFC) 29 II.4 Khả năng áp dụng thiết bị FACTS tại Việt Nam 31

Chương III: Mô hình HTĐ trong tính toán chế độ xác lập có xét đến

III.1.3.2 Thuật toán Newton - Raphson giải hệ phương trình

III.2.4 Mô hình hóa SVC như một điện kháng có trị số thay đổi 48 III.2.5 Mô hình SVC theo tổ hợp nguồn và phụ tải phản kháng 50 III.3 Chương trình phân tích chế độ hệ thống PSS/E và khả năng 53 tính toán CĐXL có các thiết bị FACTS

III.3.4 Mô tả các phần tử cơ bản của hê thống điện trong PSS/E 56

Chương IV: Tính toán phân tích chế độ xác lập của HTĐ Việt Nam 65

và đánh giá nhu cầu sử dụng SVC trong lưới truyền tải

Trang 4

M ụ c Lụ c

H ồ Anh Tuấn Cao học HTĐ 2003- - 2005

IV.2.1.2 Trường hợp sự cố đường dây 500kV Phụ tải cực -

và nâng cao giới hạn truyền tải

Trang 5

1 Các chữ ế vi t tắ t và ký hi u ệ

Các chữ viết tắt và ký hiệu

CSPK Công suất phản kháng

ĐDSCA Đường dây siêu cao áp

FACTS Flexible AC Transmission Systems - Hệ thống truyền

tải điện xoay chiều linh hoạt GTO Gate Turn-Off Thyristor - Khoá đóng mở

STATCOM Static Synchronous Compensator - Thiết bị bù ngang

điều khiển thyristor SVC Static Var Compensator - Thiết bị bù tĩnh điều khiển

bằng thyristor

TCPAR Thyristor Controlled Phase Angle Regulator - Thiết bị

điều chỉnh góc lệch pha của điện áp TCR Thyristor Controlled Reactor - Kháng điện điều khiển

bằng thyristor TCSC Thyristor Controlled Series Compensator - Thiết bị bù

dọc điều khiển bằng thyristor TSR Thyristor Switched Reactor - Kháng điện đóng mở bằng

thyristor TSC Thyristor Switched Capacitor - Tụ điện đóng mở bằng

thyristor UPFC Unified Power Flow Control - Thiết bị điều khiển dòng

công suất hợp nhất

Trang 6

2

M u ở đầ

MỞ ĐẦU

1 Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài

Trong thời gian qua, cùng với sự phát triển kinh tế với tốc độ cao, nhu cầu tiêu thụ điện của nước ta tăng trưởng không ngừng, đặc biệt trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, từng bước hội nhập nền kinh tế khu vực và thế giới Để đảm bảo cung cấp điện an toàn và ổn định, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội của cả nước, hệ thống điện Việt Nam đã có những bước phát triển mạnh mẽ

Từ giữa năm 1994, với việc đưa vào vận hành đường dây siêu cao áp (ĐDSCA) 500kV Bắc - Trung - Nam có chiều dài gần 1.500km, HTĐ Việt Nam trở thành HTĐ hợp nhất với đầy đủ các đặc trưng của hệ thống lớn Một mặt, HTĐ hợp nhất cho phép khai thác tối đa các ưu điểm vận hành kinh tế (phối hợp các nguồn thuỷ nhiệt điện, tối ưu hoá công suất nguồn ), mặt khác, cho phép nâng cao độ tin - cậy cung cấp điện Việc hợp nhất hệ thống còn là tiền đề thuận lợi cho việc phát triển các loại nguồn điện công suất lớn và việc đấu nối vào hệ thống

Tuy nhiên, với hệ thống điện hợp nhất có các ĐDSCA, một trong những vấn

đề quan trọng là tính ổn định trong quá trình vận hành Trong các HTĐ này, những

sự cố do mất ổn định gây ra sẽ làm ngừng cung cấp điện hoặc phân chia hệ thống thành từng phần riêng rẽ

Căn cứ Tổng sơ đồ phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn 2001-2010 có xét tới 2020 (Tổng sơ đồ V hiệu chỉnh) đã được Chính phủ phê duyệt, dự kiến sẽ đưa vào vận hành một loạt các nhà máy điện lớn trong cả nước như: TĐ Sơn La, Huội Quảng, Bản Chát, Đồng Nai 3,4, NĐ Quảng Ninh, Mông Dương, cụm NĐ Phú Mỹ,

Ô Môn Hệ thống điện 500kV có những bước tăng trưởng nhảy vọt, dần trở thành trục xương sống của lưới truyền tải, nối liền các trung tâm phụ tải với các trung tâm phát điện Thêm vào đó, trong thời gian tới, để đảm bảo độ tin cậy cấp điện đồng thời khai thác hiệu quả các nhà máy điện, HTĐ Việt Nam sẽ liên kết, trao đổi điện với các nước trong khu vực

Với qui mô phát triển như vậy, một số vấn đề phức tạp phải giải quyết mà ở các hệ thống nhỏ không có như:

Trang 7

3

M u ở đầ

- Yêu cầu về độ ổn định, chất lượng điện áp và tần số vì vùng ảnh hưởng là rất lớn,

- Yêu cầu về khả năng điều khiển dòng công suất trao đổi giữa các khu vực

- Vấn đề ổn định điện áp trên ĐDSCA, đặc biệt là trên các đường dây dài, cùng với nó là vấn đề bù công suất phản kháng (CSPK) trên đường dây

Trong chế độ vận hành của các ĐDSCA, việc bù thông số đường dây bằng các thiết bị bù dọc và bù ngang có vai trò rất quan trọng trong các giải pháp nhằm nâng cao tính ổn định cho hệ thống

Với việc áp dụng các thành tựu đã đạt được của công nghệ bán dẫn vào lĩnh vực truyền tải điện, các linh kiện điện tử công suất lớn, điện áp cao như Thyristor, Gate Turn-Off Thyristor có thể sử dụng vào các hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS - Flexible AC Transmission System) FACTS đã góp phần vào việc giải quyết những hạn chế trên đường dây truyền tải, nâng cao tính ổn định và tận dụng triệt để các thiết bị hệ thống hiện có

Mục đích nghiên cứu của luận văn: Qua tính toán phân tích CĐXL của HTĐ Việt Nam xem xét, đánh giá hiệu quả của việc đặt thiết bị bù tĩnh được điều khiển bằng thyristor (SVC) nhằm nâng cao khả năng tải và san bằng điện áp phân bố dọc trên hệ thống 500kV Bắc - Nam

2 Nội dung luận văn

Với mục tiêu nêu trên, luận văn được trình bầy trong 5 chương:

 Chương I: Hiện trạng HTĐ Việt Nam và qui hoạch phát triển đến 2010

 Chương II: Tổng quan về công nghệ FACTS

 Chương III: Mô hình HTĐ trong tính toán chế độ xác lập có xét đến SVC

 Chương IV: Tính toán phân tích chế độ xác lập của HTĐ Việt Nam và đánh

giá nhu cầu sử dụng SVC trong lưới truyền tải

 Chương V: Hiệu quả của SVC để ổn định điện áp và nâng cao giới hạn truyền

tải

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Hệ thống điện Việt Nam thời điểm cuối năm 2004 và dự kiến đến năm 2010 được nêu ra trong đề án "Tổng sơ đồ phát triển Điện lực Việt Nam giai đoạn 2001-

Trang 8

4

M u ở đầ

2010 có xét triển vọng đến năm 2020" (Tổng sơ đồ V hiệu chỉnh) đã được phê duyệt và "Kế hoạch 5 năm 2006 2010" của Tổng Công ty Điện lực Việt Nam -(EVN)

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

Các kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần đánh giá sự ổn định của HTĐ Việt Nam và bước đầu cho thấy hiệu quả của thiết bị bù tĩnh có điều khiển (SVC) trong các chế độ vận hành của hệ thống điện cũng như đề xuất các vị trí lắp đặt và công suất thiết bị bù thích hợp nhằm nâng cao tính ổn định của HTĐ Việt Nam

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và cô giáo trong Bộ môn Hệ thống điện Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ

và tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian thực hiện luận văn Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với Thầy giáo GS.TS Lã Văn Út, người đã quan tâm, tận tình hướng dẫn giúp tác giả xây dựng và hoàn thành luận văn này

Trang 9

5 Hiện tr ng HT ạ Đ Vi ệ t nam và Qui ho ạ ch phát triển đến 2010

Chương I HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

VÀ QUI HOẠCH PHÁT TRIỂN ĐẾN 2010

I.1 Hiện trạng hệ thống điện Việt Nam

I.1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ điện năng

Hiện nay, hệ thống điện Việt Nam có tổng công suất đặt của các nguồn điện là 10.452MW, công suất khả dụng khoảng 10.223MW, với cơ cấu nguồn điện như sau: Thuỷ điện 40%, nhiệt điện 20%, tua bin khí (TBK) 35%, diezel và các nguồn khác 5% Nguồn thuộc EVN là 8.747 MW (chiếm 84%) và các nguồn ngoài EVN là 1698MW (16%) Tổng công suất tăng thêm năm 2004 là 1.464MW Danh sách các nhà máy điện hiện có được trình bày như trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Danh mục các NMĐ tính đến cuối năm 2004

Trang 10

-Diễn quá quá trình tiêu thụ điện giai đoạn 1995 2004 được trình bày trong Bảng 1.3 Từ đó ta thấy 9 năm qua điện năng thương phẩm tăng gấp 3,5 lần Tốc độ tăng truởng điện thương phẩm đạt bình quân đạt 15,1% Năm 2004, nhu cầu phụ tải tăng trưởng ở mức cao, công suất cực đại của toàn hệ thống lên đến 8.376MW Sản lượng điện thương phẩm năm 2004 đạt 39,7 tỷ kWh, đạt 101,03% so với kế hoạch, tăng 13,3% so với năm 2003

Trang 11

-7 Hiện tr ng HT ạ Đ Vi ệ t nam và Qui ho ạ ch phát triển đến 2010

Bảng 1.2: Cơ cấu sản xuất điện giai đoạn 1995 -2004

Trang 12

I.1.2 Hệ thống truyền tải và phân phối điện

I.1.2.1 Lưới truyền tải

Lưới điện truyền tải của Việt Nam gồm 3 cấp điện áp 500kV, 220kV và 110kV, trong đó lưới 500kV đóng vai trò liên kết các HTĐ miền, trong khi lưới điện 220kV, 110kV là lưới điện truyền tải trong các HTĐ miền Trong thời gian tới, vai trò truyền tải của lưới điện 110kV sẽ giảm nhiều và dần trở thành lưới điện phân phối trong khu vực

Tính đến cuối năm 2004, hệ thống tải điện 500kV Bắc Nam bao gồm 6 trạm - biến áp 500/220kV với tổng công suất đặt là 4.050MVA và 1.594km đường dây Sau 10 năm đưa vào vận hành, đường dây 500kV đã truyền tải từ miền Bắc vào là 18.719 triệu kWh, truyền tải từ phía Nam ra là 5.401 triệu kWh, tổng năng lượng truyền tải qua HTĐ 500kV là 24.120 triệu kWh (tính đến hết năm 2004) Đường dây 500kV Bắc Nam đã thực sự trở thành đường dây liên kết hệ thống, truyền tải - điện năng theo cả hai chiều, nâng cao độ an toàn cung cấp điện và chất lượng điện cho cả hệ thống đồng thời tạo điều kiện để khai thác tối ưu các nguồn điện hiện có trong HTĐ

I.1.2.2 Đặc điểm và tình trạng vận hành

Trang 13

a Công suất và sản lượng truyền tải

Qua các số liệu thống kê ở bảng 1.4 ta thấy sản lượng phát và nhận trên đường dây 500kV rất lớn, tính tới hết năm 2004 tổng năng lượng truyền tải qua HTĐ 500kV là 24.046 triệu kWh Đường dây 500kV đóng vai trò quan trọng cho việc cung cấp điện cho các phụ tải của HTĐ miền Trung

Đường dây 500kV đóng vai trò rất lớn trong việc cân đối giữa nguồn và tải các miền HTĐ miền Bắc đã có lúc nhận tới 760MW từ đường dây 500kV, trong các tháng mùa lũ của Hoà Bình thì HTĐ miền Nam nhận tới 836MW Các nhà máy thủy điện (nhất là Hoà Bình) đã tận dụng được hết khả năng phát điện từ khi có đường dây 500kV hoạt động

Bảng 1.4: Sản lượng điện truyền tải trên lưới 500kV theo các năm

Nhậ

n 768 1911 1514 965 844 797 1286 1481 1495 1133 11426 Tổn thất (%) 9,9 10,2 9,3 9,8 8,6 6,0 4,8 4,2 3,9 5,1

Bảng 1.5: Công suất lớn nhất truyền tải trên lưới 500kV theo các năm

Trang 14

Công suất truyền tải lớn nhất trên đường dây 500kV là đoạn Đà Nẵng - Plei

ku Từ năm 2002 đến nay đoạn đường dây này thường xuyên quá tải do phụ tải phía Bắc tăng cao và do đặc điểm khai thác các hồ thuỷ điện trong mùa khô, nhất là cuối mùa khô đầu mùa lũ công suất khả dụng nhà máy thuỷ điện Hoà Bình giảm thấp (1.440MW so với định mức 1.920MW) và do thiếu một số tổ máy nhiệt điện miền Bắc (Phả Lại 2) dẫn đến phải huy động cao các nguồn điện phía Nam Trong khi đó dòng điện định mức của bộ tụ bù lắp trên đường dây 500kV này là 1.000A Việc quá tải này sẽ còn kéo dài trong các năm tới cho đến khi có mạch 2 đường dây 500

kV vận hành

b Tình trạng vận hành

Trên cơ sở thống kê, phân tích và đánh giá các sự cố trong lưới điện 500kV ta

có bảng tổng kết sự cố trong hệ thống 500kV như sau:

- Trong các sự cố của đường dây 500kV, sự cố thoáng qua chiếm tỉ lệ lớn với

186 lần (bằng 55% số lần sự cố lưới 500kV)

- Năm 2003 có số lần sự cố ít nhất (15 lần) cao nhất năm 1995 (76 lần)

Các nguyên nhân gây ra sự cố hệ thống tải điện 500 kV bao gồm:

Trang 15

Nguyên nhân thiết bị nhất thứ: chủ yếu diễn ra trong thời kỳ đầu mới đưa vào vận hành hệ thống 500kV, một số thiết bị nhất thứ của các trạm làm việc chưa ổn định Loại sự cố này chiếm tỷ lệ 5,9% trong tổng số sự cố lưới điện 500kV

Nguyên nhân thiết bị nhị thứ: hệ thống rơ le bảo vệ hoạt động sai gây nên tác động cắt các thiết bị bảo vệ Sự cố mạch nhị thứ (chẳng hạn nguồn điện một chiều) cũng làm cho các thiết bị bảo vệ tác động Tỷ lệ sự cố thiết bị nhị thứ trong hệ thống 500kV là 18,9%

Nguyên nhân con người: với 14 lần sự cố (chiếm tỷ lệ 4,1%) Đây là loại nguyên nhân do thao tác sai của người vận hành dẫn đến tác động nhầm các thiết bị bảo vệ

Nguyên nhân môi trường: tác động của môi trường đến vận hành đường dây 500kV bao gồm: giông sét, sự phóng điện qua không khí (quá điện áp nội bộ) do điều kiện cách điện môi trường suy giảm (sương mù nhiều, độ ẩm tăng cao, cháy rừng ) Hầu hết các sự cố kiểu này đều mang tính chất tức thời (sự cố thoáng qua 55%) chỉ có một số ít (4,1%) là sự cố vĩnh cửu và buộc phải cắt điện hệ thống 500

Trang 16

Việc cắt điện trên 4 đoạn đường dây 500kV Bắc - Nam phân bố như sau:

Bảng 1.7: Thống kê cắt điện trên đường dây 500kV Bắc - Nam

-I.2 Quy hoạch phát triển hệ thống điện giai đoạn 2005-2010

I.2.1 Nhu cầu tiêu thụ điện giai đoạn 2005-2010

Căn cứ vào các số liệu tính toán nhu cầu điện toàn quốc của Viện Năng lượng phục vụ việc lập “Phương án tiến độ đưa các nguồn điện vận hành giai đoạn 2010-

Trang 17

2020” và dự báo nhu cầu điện chuẩn bị cho “Tổng sơ đồ phát triển Điện lực VI”, kết quả dự báo nhu cầu điện Việt Nam giai đoạn 2005-2010-2020 với 2 kịch bản cơ sở

và kịch bản cao được tóm tắt như trong bảng 1.8

Với kịch bản cơ sở, nhu cầu điện thương phẩm tăng trưởng bình quân 15,0%/năm trong giai đoạn 2006 2010; 13,0%/năm giai đoạn 2011 2020 Dự báo - -nhu cầu điện được phân tích theo 3 miền Bắc, Trung, Nam

Bảng 1.8: Nhu cầu điện giai đoạn 2005 -2010-2020

Kịch bản cơ sở Tổng thương phẩm 22.39

7 100 45.68 2 100 84.45 4 100 202.4 64 100

Miền Bắc

9.024 40,3 17.495 38,3 32.053 38,0 77.037 38,1 Miền Trung

7 100 45.68 2 100 87.07 2 100 230.88 0 10 0

Miền Bắc

9.024 40,3 17.495 38,3 33.068 38,0 87.854 38,1 Miền Trung 2.272 10,1 4.685 10,3 9.648 11,1 28.014 8,8

1 49,6 23.502 51,4 44.356 50,9 115.012 53,1

Trang 18

I.2.2 Chương trình phát triển nguồn điện đến 2010

I.2.2.1 Quan điểm phát triển nguồn điện

+ Đảm bảo cung cấp điện an toàn ổn định với chất lượng ngày càng cao cho các ngành kinh tế xã hội phát triển

+ Phát triển đa dạng các loại nguồn điện để nâng cao an toàn cung cấp nhiên liệu và phát triển bền vững

+ Sự dụng công nghệ tiên tiến trên thế giới trong các dây truyền sản xuất, truyền tải và phân phối điện

+ Phát triển nguồn điện đồng bộ với lưới truyền tải và phân phối điện

+ Thúc đẩy những nghiên cứu hợp tác để trao đổi, xuất nhập khẩu điện trong khu vực ASEAN và với các nước láng giềng

+ Đa dạng hoá các loại hình đầu tư và tham gia hoạt động điện lực để giảm gánh nặng ngân sách Nhà nước, nâng cao hiệu quả và tính cạnh tranh

Do tiềm năng tài nguyên năng lượng của Việt Nam đa dạng và phân bố không đều trong toàn quốc, nên chương trình phát triển nguồn điện Việt Nam cần tính đến các yếu tố như nhu cầu tại chỗ, khả năng khai thác, cũng như khả năng chuyền tải của lưới điện liên kết

Trên cơ sở phân bố tiềm năng tài nguyên năng lượng trên các vùng đất nước

và nhu cầu điện tải các trung tâm phụ tải lớn, dự kiến phát triển các nhà máy điện ở các khu vực theo mục tiêu như sau:

- Tận dụng tối đa tiềm năng tài nguyên thuỷ điện và phát triển hợp lý các nhà máy nhiệt điện than ở khu vực miền Bắc

- Phát triển các nhà máy thuỷ điện ở miền Trung trong đó có các công trình mang hiệu ích tổng hợp như cấp điện, cấp nước, chống lũ

Trang 19

Theo điều kiện môi trường cho phép sẽ phát triển các nhà máy thuỷ điện ở miền Nam và tập trung phát triển có trọng điểm các cụm nhà máy nhiệt điện khí với mục tiêu giảm chi phí và giá thành sản xuất khí và điện

I.2.2.2 Các nguồn điện đưa vào vận hành giai đoạn đến 2010

Căn cứ chương trình phát triển nguồn trong Tổng sơ đồ V hiệu chỉnh do - Viện năng lượng lập và báo cáo rà soát tiến độ đầu tư các công trình nguồn đưa vào vận hành trong giai đoạn 2005 2010, ngoài các nhà máy đã khởi công dự kiến đóng -điện giai đoạn 2005 2006 như đuôi hơi Phú Mỹ 2.1 mở rộng, Sê San 3, Cao Ngạn, -Uông Bí mở rộng Giai đoạn 2006 2010 đưa vào vận hành thêm 54 nhà máy điện -với tổng công suất khoảng 9.400MW

I.2.3 Chương trình phát triển nguồn điện giai đoạn 2011-2020

I.2.3.1 Phương án phụ tải cơ sở

Trên cơ sở dự báo nhu cầu điện, khả năng thực hiện các công trình nguồn điện trong giai đoạn 2011 2020, chương trình phát triển nguồn điện đến năm 2020 đã - được định hướng xác định tiến độ đưa vào vận hành đáp ứng khoảng 228 tỷ kWh Đến năm 2020, tổng công suất các nhà máy điện của nước ta khoảng 48.383

MW trong đó thuỷ điện và thủy điện tích năng chiếm 37%, nhiệt điện 53,5%, điện nhập khẩu 5,4% và điện nguyên tử 4,1% đảm bảo đáp ứng nhu cầu phụ tải cực đại ở mức 38.449 MW Trong cơ cấu sản xuất điện năng năm 2020 thuỷ điện chiếm 28,4% (64,8 tỷ kWh), nhiệt điện 57% (130 tỷ kWh), điện nhập khẩu 8,5% (19,3 tỷ kWh) và điện nguyên tử 6,1% (13,9 tỷ kWh)

I.2.3.2 Phương án phụ tải cao

Đối với phương án phụ tải cao, tiến độ đưa vào vận hành của nguồn điện sẽ phải nhanh hơn để đáp ứng phụ tải khoảng 260 tỷ kWh vào năm 2020

Đến năm 2020, tổng công suất các nhà máy điện của nước ta trên 54.350MW trong đó thuỷ điện và thủy điện tích năng 32,4%, nhiệt điện 51,3% điện nhập khẩu 7,4% và điện nguyên tử 8,1% đảm bảo đáp ứng nhu cầu phụ tải cực đại ở mức 43.845 MW Trong cơ cấu sản xuất điện năng năm 2020 thuỷ điện chiếm 24,5%

Trang 20

(63,7 tỷ kWh) nhiệt điện 57% (148,3 tỷ kWh), điện nhập khẩu 7,9% (20,4 tỷ kWh)

và điện nguyên tử 10,6% (27,6 tỷ kWh)

I.2.4 Quy hoạch phát triển HTĐ 500kV qua các giai đoạn

I.2.4.1 Giai đoạn đến 2010

Với mục tiêu hiện đại hoá và nâng cao độ an toàn cung cấp cho toàn HTĐ nói chung và đáp ứng nhu cầu tăng trưởng phụ tải của miền Bắc trong giai đoạn trước mắt nói riêng khi miền Bắc chưa kịp bổ xung các nguồn phát mới, năm 2005 sẽ đưa vào vận hành mạch 500kV thứ 2 từ Đà Nẵng ra Nho Quan Với việc đưa mạch 2 vào hoạt động, sự cố trên các đường dây 500kV sẽ ảnh hưởng ít đến chế độ vận hành của HTĐ và do đó nâng cao độ an toàn cấp điện cho hệ thống

Với mục tiêu tăng cường cấp điện cho thủ đô Hà Nội từ phía Nam sẽ xây dựngtrạm 500kV Thường Tín công suất 450MVA (năm 2005) và các đường dây 220kV

Hà Đông Mai Động Phả Lại sẽ được đấu nối vào trạm này Hiện nay Hà Nội mới - - chỉ được cung cấp điện từ 2 nguồn chính là: TĐ Hoà Bình và nhiệt điện Phả Lại Đến năm 2010, hệ thống lưới điện 500kV khu vực phía Bắc sẽ củng cố và phát triển để đấu nối các nhà điện lớn như NĐ Quảng Ninh, TĐ Sơn La để đảm bảo nguồn cấp điện cũng như nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đồng thời lắp đặt máy

2 trạm 500kV Thường tín (450MVA), xây dựng trạm 500kV Quảng Ninh 450MVA

và đường dây Quảng Ninh Thường Tín, xây dựng các trạm 500kV Sóc Sơn công - suất 900MVA, trạm 500kV Sơn La 450MVA và tuyến dây 500kV Sơn La - Sóc Sơn (2 mạch)

Để đảm bảo cung cấp điện an toàn cho khu vực kinh tế trọng điểm miền Trung

sẽ tăng cường thêm 450MVA cho trạm 500kV Đà Nẵng và xây dựng mới trạm 500kV Dốc Sỏi (450MVA) nhận điện từ đường dây 500kV Plei ku Dốc Sỏi Đà - - Nẵng (mạch 2)

Ngoài ra để nâng cao độ an toàn dự phòng cho lưới điện khu vực đồng bằng sông Cửu Long, tránh quá tải các đường dây 220kV từ Cai Lậy về dự kiến sẽ đưa trạm 500kV Miền Tây và đường dây 500kV Nhà Bè Miền Tây vào vận hành cuối -

Trang 21

năm 2005 đầu năm 2006 và tăng cường thêm mạch 500kV Miền Tây - Phú Lâm giai đoạn 2006-2010

Xây dựng các vành đai 500kV Phý Mỹ - Song Mây - Tân Định - Phú Lâm - Nhà Bè, Tân Định - Di Linh Plei ku - - Đồng Nai Phú Lâm để đảm bảo an toàn - cung cấp điện cho khu vực kinh tế trọng điểm phía Nam và khu vực các tỉnh nam trung bộ Đồng thời tiến hành xây dựng thêm các trạm 500kV Nhà Bè 2x600MVA, Song Mây 600MVA, Tân Định 2x450MVA, Di Linh 450MVA để đảm bảo cung cấp điện đầy đủ và vận hành an toàn trong trường hợp bình thường cũng như khi sự

cố

I.2.4.2 Giai đoạn 2011 - 2020

Giai đoạn 2011 2020 lưới điện 500kV đóng vai trò tuyển tải công suất các - cụm thuỷ điện lớn ở khu vực Tây Bắc như Sơn La, Lai Châu, Huội Quảng, trung tâm nhiệt điện Nghi Sơn và đảm bảo phát hết công suất của nhà máy điện nguyên tử đầu tiên ở Việt Nam vào HTĐ

Trong giai đoạn này sẽ xây dựng lưới điện 500kV ở khu vực miền Bắc thành một mạch vòng lớn bao quát chung toàn bộ HTĐ miền Bắc từ Quảng Ninh - Sóc Sơn - Việt Trì - Sơn La - Hoà Bình Nho Quan Thường Tín Hầu hết các trạm - - biến áp 500kV đều có qui mô 2 máy biến áp, đặc biệt trạm 500kV Phú Lâm dự kiến

sẽ nâng công suất lên 2x1.000MVA để đảm bảo cấp điện cho phụ tải khu vực TP

I.2.5.1 Lợi ích của liên kết lưới điện

Xu hướng hợp nhất các HTĐ nhỏ thành HTĐ hợp nhất bằng các đường dây siêu cao áp đã và đang được phát triển tại nhiều quốc gia, khu vực trên thế giới Đây

là xu hướng phát triển tất yếu của các HTĐ hiện đại nhằm nâng cao tính kinh tế kỹ -

Trang 22

thuật trong sản xuất, vận hành các HTĐ thành viên Việc liên kết đem lại lợi ích đáng kể cho HTĐ chung cũng như mỗi nước như:

- Giảm lượng công suất dự trữ trong toàn hệ thống nhờ khả năng huy động công suất từ nhiều nguồn phát trong hệ thống, qua đó giảm được chi phí đầu tư vào các công trình nguồn

- Tăng tính kinh tế chung của cả hệ thống lớn do tận dụng được các nguồn phát có giá thành sản xuất điện năng thấp như thuỷ điện, các nguồn nhiệt điện có giá thành rẻ như tuabin khí, điện nguyên tử

- Giảm công suất đỉnh chung của toàn HTĐ lớn

- HTĐ hợp nhất vận hành linh hoạt hơn so với việc vận hành các hệ thống riêng rẽ nhờ sự trao đổi, hỗ trợ điện năng giữa các hệ thống thành viên

- Giảm giá thành điện năng do tận dụng được công suất tại các giờ thấp điểm của phụ tải hệ thống điện thành viên để cung cấp cho hệ thống khác nhờ chênh lệch

“Thị trường điện” (Power pool) một xu hướng sẽ được phát triển mạnh trong tương lai Đối với Việt Nam việc xây dựng các đường dây 500kV nhập khẩu thuỷ điện từ Lào và Trung Quốc sẽ giảm lượng phát thải từ các nhà máy điện vào môi trường do không phải sử dụng nhiên liệu hoá thạch hay khí thiên nhiên để phát điện

I.2.5.2 Những hợp tác xúc tiến liên kết lưới điện trong khu vực

Hiện nay trong khu vực đã có một số thoả thuận liên kết HTĐ đã đưa vào vận hành hoặc đang trong giai đoạn nghiên cứu bao gồm:

Trang 23

Theo các hiệp định đã ký năm 1993 và 1996 giữa 2 chính phủ Thái Lan và Lào, phía Thái Lan đã dự kiến mua điện của Lào tới quy mô công suất 3000MW đến năm 2006 Hiện nay ngoài công trình Nam Ngum (150MW), Lào đã xây dựng thêm 2 công trình Theun Hinboun (210MW) và Huay Ho (150MW) chủ yếu xuất khẩu sang Thái Lan bằng lưới điện 110-220 kV

Năm 1997 các chính phủ Thái Lan và Myanmar cũng đã ký biên bản ghi nhớ

về việc Thái Lan sẽ nhập khẩu điện năng từ các nhà máy thuỷ điện và nhiệt điện khí của Myanmar tới quy mô công suất 1500 MW đến năm 2010

Tháng 12/1998, chính phủ Trung Quốc và Thái Lan đã ký biên bản ghi nhớ về việc Thái Lan sẽ nhập khẩu điện từ Vân Nam (Trung Quốc) với quy mô công suất 3.000MW vào năm 2017, Thái Lan đã kí hợp đồng mua điện từ công trình thuỷ điện Jinghong (1.500MW) tại Vân Nam vào năm 2012-2013

Hiện nay giữa Thái Lan và Malaysia đã hoàn thành liên kết giữa hai HTĐ bằng hệ thống tải điện một chiều siêu cao áp (HVDC) quy mô 300MW hoàn thành trong năm 2001

Đường dây cáp 230kV liên kết lưới điện giữa Malaysia và Singapore đang vận hành với công suất trao đổi khoảng 400 MW

Theo các kết quả nghiên cứu trong TSĐ liên kết lưới điện ASEAN (do HAPUA chỉ đạo thực hiện) và TSĐ liên kết lưới điện khu vực GMS, một dự án liên kết lưới điện Việt Nam Thái Lan qua đường dây 500kV Hà Tĩnh TĐ Nam Theun - -

2 - Roi Et 2 tỏ ra khả thi và có hiệu quả chung cho hệ thống điện 2 nước Nam Theun 2 (4x272MW) là công trình thuỷ điện nằm ở trung Lào nằm gần ngang vĩ tuyến với trạm 500kV Hà Tĩnh Dự kiến công trình đưa vào vận hành năm 2011 và

sẽ xuất khẩu điện cho Thái lan

Giữa Việt Nam và Lào cũng đã ký hiệp định về việc Việt Nam sẽ nhập khẩu khoảng 1.000MW từ Lào vào năm 2010 và tăng lên 2.000MW vào năm 2020 Hiện

đã có một số đường dây trung áp 35 kV cung cấp điện từ Việt Nam sang một số vùng gần biên giới của Lào Dự kiến khoảng năm 2008 Việt Nam sẽ nhập khẩu điện

từ nhà máy thuỷ điện Nậm Mô 105 MW bằng đường dây 220kV hoặc 110kV từ

Trang 24

Lào qua nhà máy thủy điện Bản Lả Bên cạnh đó các tổng công ty xây dựng Việt Nam đang đàm phán với Lào về việc đầu tư xây dựng nhà máy thuỷ điện Sê Kaman

3 - 260MW

Giữa Campuchia và Việt Nam, trước mắt đến 2007 Campuchia sẽ nhập khẩu

từ Việt Nam qua đường dây 220kV Châu Đốc - Takeo - Phnôm Pênh với công suất khoảng 80 100MW và tăng dần lên 200MW vào năm 2010 Giai đoạn sau năm -

2010, Campuchia có dự kiến xuất khẩu sang Việt Nam với một số dự án thuỷ điện

đã nhập khẩu 40MW từ Hà Khẩu qua đường dây 110kV Hà Khẩu - Lào Cai

I.2.5.3 Kế hoạch liên kết lưới điện Việt Nam với các nước khu vực

a Chương trình liên kết lưới điện với Lào

Tổng Công ty Điện lực Lào và Tổng Công ty điện lực Việt Nam trong thời gian gần đây đã thoả thuận sẽ hợp tác phát triển các công trình thuỷ điện của Lào để cung cấp cho Việt Nam

+ Đến năm 2010, dự kiến nước ta sẽ liên kết lưới điện với Lào để có thể nhập khẩu từ Lào 360MW từ TĐ Nậm Mô và Xê Kaman 3

+ Giai đoạn 2011 2020, công suất nhập khẩu điện từ Lào được bổ sung khoảng 1340MW từ 4 thuỷ điện và được liên kết theo 2 hướng Các thuỷ điện Nam Kong 1 (240MW), Sê Kong 4 (450MW), Sê Kong 5 (250MW)_dự kiến được gom vào trạm 500kV Ban Sok rồi đưa về trạm 500kV Plei ku Thuỷ điện Nam Theun 1 (400MW) sẽ được gom vào trạm 500kV Nam Theun 2 được rồi đưa về trạm 500kV

-Hà Tĩnh

b Chương trình liên kết lưới điện với Campuchia

Trang 25

Theo hiệp định ký kết giữa 2 Chính phủ, phía Campuchia sẽ nhập khẩu điện của Việt Nam bắt đầu từ năm 2004 với quy mô 80MW, tăng dần lên 200MW giai đoạn 2006 2010 Để nhập khẩu điện từ Việt Nam, dự kiến sẽ xây dựng đường dây -220kV mạch kép Châu Đốc - Takeo - Phnôm Pênh

Giai đoạn sau 2010 Việt Nam sẽ nhập khẩu điện từ 3 nhà máy thuỷ điện của Campuchia với tổng công suất đặt là 804MW TĐ Hạ Sê San 3 đưa bằng đường dây 220kV về Plei ku, TĐ Hạ Sê San 2 và Hạ Srê Pok đưa bằng cấp 220kV về Tân Định

c Chương trình liên kết lưới điện với Trung Quốc

Khu vực Vân Nam (Trung Quốc) có nguồn thuỷ điện và dự trữ than rất lớn

Dự kiến đến năm 2020 Việt Nam có thể nhập khẩu điện khoảng 1000MW từ khu vực này, chủ yếu từ trạm 500kV Hông He về trạm 500kV Sóc Sơn

Bản đồ hệ thống điện Việt Nam đến năm 2010 có xét đến năm 2020 và liên kết lưới điện khu vực xem hình 1.3, sơ đồ nguyên lý hệ thống điện 220 500kV Việt -Nam đến năm 2010 xem hình 1.4

Trang 26

22

T ổ ng quan về công nghệ FACTS

Chương II TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ FACTS

II.1 Đặt vấn đề

Đối với các đường dây siêu cao áp, công suất phản kháng sinh ra trên đường dây là khá lớn Đặc biệt là khi đường dây không mang tải thì lượng công suất phản kháng phát ra rất lớn gây nên hiện tượng quá điện áp ở cuối đường dây Để hạn chế hiện tượng này, một số biện pháp sau đã được áp dụng:

+ Tăng số lượng dây phân nhỏ trong một pha (phân pha) của đường dây để giảm điện kháng và tổng trở sóng, tăng khả năng tải của đường dây

+ Bù thông số đường dây bằng các thiết bị bù dọc và bù ngang để giảm bớt cảm kháng và dung dẫn của đường dây làm cho chiều dài tính toán rút ngắn lại + Phân đoạn đường dây bằng các kháng điện bù ngang có điều khiển đặt ở các trạm trung gian trên đường dây

+ Đặt các thiết bị bù tĩnh ở các trạm nút công suất trung gian và trạm cuối để nâng cao ổn định điện áp tại các trạm này

Mặt khác, việc bù thông số của đường dây siêu cao áp cũng làm tăng khả năng tải của đường dây và qua đó nâng cao tính ổn định Các biện pháp thường được áp dụng và đem lại hiệu quả cao là bù dọc và bù ngang trên các đường dây siêu cao áp Trước đây các thiết bị bù thường không có tự động điều chỉnh, hoặc có điều chỉnh nhưng rất chậm (máy bù đồng bộ) hoặc bù từng nấc Với sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt kỹ thuật điện tử công suất như thyristor công suất lớn đã cho phép thực hiện các thiết bị bù điều khiển nhanh Thực

tế các thiết bị bù dùng Thyristor có thể thay đổi công suất từ 0 đến trị số định mức không quá 1/4 chu kỳ tần số điện công nghiệp

FACTS là hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt sử dụng thiết bị điện

tử công suất hoạt động ở chế độ tự động với dòng điện và điện áp cao, cho phép

Trang 27

23

điều khiển bù công suất phản kháng gần như tức thời, ngăn cản dao động để ổn định điện áp, hệ số công suất của hệ thống một cách nhanh chóng

Mặt khác, việc định hướng phát triển hệ thống điện được căn cứ trên cơ sở dự báo phụ tải, tuy nhiên trong quá trình vận hành không phải lúc nào cũng đảm bảo cân bằng giữa cung và cầu dẫn đến tình trạng hệ thống điện sẽ có thời điểm bị quá tải Thêm vào đó, do khả năng tải của đường dây bị giới hạn bởi các yếu tố nhiệt độ, điện dung và độ ổn định, nếu không có sự điều khiển hợp lý, sẽ không tận dụng hết khả năng tải của các đường dây Việc sử dụng thiết bị FACTS sẽ góp phần giải quyết việc vận hành hệ thống điện một cách khoa học, nâng cao hiệu quả đường dây tải điện hiện có, đáp ứng yêu cầu thực tế đặt ra Đặc biệt ở những nơi việc giải phóng mặt bằng rất khó khăn như các thành phố lớn hoặc những nơi yêu cầu về cung cấp điện an toàn và tin cậy cao

II.2 Lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS, phân loại thiết bị FACTS

II.2.1 Các ưu điểm khi sử dụng thiết bị FACTS

Sử dụng các thiết bị FACTS cho phép

+ Nâng cao khả năng giữ ổn định điện áp, giảm dao động công suất làm cho việc vận hành HTĐ linh hoạt và hiệu quả hơn

+ Điều khiển trào lưu công suất phản kháng theo yêu cầu

+ Tăng khả năng tải của đường dây gần tới giới hạn nhiệt

+ Tăng độ tin cậy, giảm tổn thất hệ thống

Tuy nhiên giá thành các thiết bị FACTS là rất cao so với khả năng tài chính nước ta hiện nay Do đó khi nghiên cứu áp dụng thiết bị FACTS cần phải phân tích các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật để lựa chọn giải pháp phù hợp

I.2.2 Phân loại thiết bị FACTS

Các thiết bị FACTS có thể phân ra làm 4 loại:

i) Thiết bị điều khiển nối tiếp (Series Controllers): Loại thiết bị này cho phép thay đổi tổng trở đường dây bằng tụ điện, điện kháng, hoặc biến đổi nguồn có tần số

Trang 28

24

bằng tần số lưới nhờ thiết bị bán dẫn công suất Về nguyên lý, tất cả các thiết bị điều khiển nối tiếp chỉ cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng biến đổi

ii) Thiết bị điều khiển song song (Shunt Controllers): Loại thiết bị này cho phép thay đổi tổng trở, thay đổi nguồn hoặc kết hợp cả hai Tất cả các thiết bị điều khiển song song bù dòng điện vào hệ thống tại điểm nút

iii) Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với nối tiếp (Combined series-series Controllers): Đây là sự kết hợp các thiết bị điều khiển nối tiếp riêng rẽ, có cùng cách thức điều khiển được sử dụng trong hệ thống nhiều dây dẫn hoặc có thể là thiết

bị điều khiển hợp nhất Trong những thiết bị điều khiển nối tiếp công suất phản kháng được bù độc lập cho mỗi đường dây, tuy nhiên công suất tác dụng giữa các đường dây được trao đổi qua nguồn liên kết Khả năng chuyển công suất tác dụng của thiết bị điều khiển nối tiếp nối tiếp hợp nhất tạo ra sự cân bằng cả dòng công - suất tác dụng và công suất phản kháng trong các dây dẫn, tận dụng đối đa hệ thống truyền tải

iv) Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với song song (Combined series-shunt Controllers): Đây là sự kết hợp các thiết bị điều khiển song song và nối tiếp riêng rẽ được điều khiển kết hợp hoặc điều khiển hợp nhất dòng năng lượng với các phần tử nối tiếp và song song Về nguyên lý, những thiết bị điều khiển song song và nối tiếp kết hợp bù dòng điện và hệ thống với những phần tử điều khiển song song và bù điện áp trên đường dây với những phần tử bù nối tiếp

II.3 Một số thiết bị FACTS

II.3.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC)

SVC (Static Var Compensator) là thiết bị bù ngang dùng để phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng có thể điều chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của thyristor, được tổ hợp từ hai thành phần cơ bản:

- Thành phần cảm kháng để tác động về mặt công suất phản kháng (có thể phát hay tiêu thụ CSPK tuỳ theo chế độ vận hành)

Trang 29

25

- Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như thyristor; các cửa đóng mở (GTO- Gate turn off)

SVC được cấu tạo từ 3 phần tử chính bao gồm:

+ Kháng điều chỉnh bằng thyristor (TCR - Thyristor Controlled Reactor): có chức năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng tiêu thụ

+ Kháng đóng mở bằng thyristor (TSR Thyristor Switched Reactor): có chức - năng tiêu thụ công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor

+ Bộ tụ đóng mở bằng thyristor - TSC (Thyristor Switched Capacitor): có chức năng phát công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor

Hình 2.1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC

Sử dụng SVC cho phép nâng cao khả năng tải của đường dây một cách đáng

kể mà không cần dùng đến những phương tiện điều khiển đặc biệt và phức tạp trong vận hành Các chức năng chính của SVC bao gồm:

- Điều khiển điện áp tại nút có đặt SVC có thể cố định giá trị điện áp

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

- Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố (mất tải, ngắn mạch ) trong HTĐ

- Tăng cường tính ổn định của HTĐ

Trang 30

26

T ổ ng quan về cụng nghệ FACTS

- Giảm sự dao động cụng suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ như ngắn mạch, mất tải đột ngột

Ngoài ra, SVC cũn cú cỏc chức năng phụ mang lại hiệu quả khỏ tốt cho quỏ trỡnh vận hành HTĐ như:

- Làm giảm nguy cơ sụt ỏp trong ổn định tĩnh

- Tăng cường khả năng truyền tải của đường dõy

- Giảm gúc làm việc δ làm tăng cường khả năng vận hành của đường dõy

- Giảm tổn thất cụng suất và điện năng

II.3.2 Thiết bị bự dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC)

Cũng tương tự như phần tử SVC, phần tử TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) là thiết bị điều khiển trở khỏng nhanh của đường dõy và hoạt động trong điều kiện ổn định của hệ thống điện Nú được tổ hợp từ một hay nhiều modul TCSC, mỗi một modul bao gồm hai thành phần cơ bản:

- Thành phần cảm khỏng: cú thể thay đổi được điện dung nhờ bộ điều chỉnh van thyristor

- Thành phần điều khiển bao gồm cỏc thiết bị điện tử như cỏc van thyristor; cỏc khoỏ đúng mở GTO,

Ngoài ra, TCSC cũn cú một số thiết bị phụ như bộ lọc F nhằm lọc bỏ cỏc súng hài bậc cao, thiết bị đúng ngắt phục vụ cỏc chế độ vận hành của TCSC trong cỏc chế

độ khỏc nhau của HTĐ

Sơ đồ nguyờn lý cấu tạo và hoạt động của TCSC như hỡnh 1.2

C L

Thyristor MOV

HT Điều khiển

I

180 90

| Z |

Cảm kháng Dung kháng Vùng không HĐ

Biểu đồ hoạt dộng Sơ đồ nguyên lý

Trang 31

27

Hình 2.2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC

Các chức năng chính của TCSC bao gồm:

- Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh

- Giảm sự thay đổi điện áp

- Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây

- Giảm góc làm việc δ làm tăng cường khả năng vận hành của đường dây

- Hạn chế hiện tượng cộng hưởng tần số thấp trong HTĐ

Ngoài ra, TCSC còn có nhiều chức năng khác có thể tăng tính linh hoạt trong vận hành các ĐDSCA nói riêng và HTĐ nói chung Tuỳ theo yêu cầu của từng ĐDSCA cụ thể và chức năng của chúng trong từng HTĐ cụ thể mà ta có thể áp dụng các phương pháp, mạch điều khiển TCSC cho phù hợp với các chế độ vận hành trong HTĐ

II.3.3 Thiết bù ngang điều khiển thyristor (STATCOM)

STATCOM là sự hoàn thiện của thiết bị bù tĩnh SVC, bao gồm các bộ tụ điện được điều chỉnh bằng các thiết bị điện tử như thyistor và khoá đóng mở GTO So với SVC, nó có ưu điểm là kết cấu gọn nhẹ hơn, không đòi hỏi diện tích lớn như SVC và đặc biệt là nó điều khiển linh hoạt và hiệu quả hơn

Các tính năng của STATCOM cũng như của SVC nhưng khả năng điều chỉnh, điều khiển các thông số của STATCOM ở mức cao hơn, bao gồm:

- Điều khiển điện áp tại nút đặt STATCOM có thể cố định giá trị điện áp

- Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố (mất tải, ngắn mạch ) trong HTĐ

- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ như ngắn mạch, mất tải đột ngột

Trang 32

28

T ổ ng quan về cụng nghệ FACTS

DD

MBA liên kết

c Biểu đồ hoạt dộng

Hỡnh 2.3: Cấu tạo và nguyờn lý hoạt động của STATCOM

Ngoài ra, STATCOM cũn cú đặc điểm nổi trội so với SVC như sau:

- Cú khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi loại trừ được sự cố

- Cú thể phỏt CSPK khi điện ỏp thanh cỏi nhỏ hơn điện ỏp lưới và ngược lại, tiờu thụ CSPK khi điện ỏp thanh cỏi lớn hơn điện ỏp lưới

II.3.4 Thiết bị điều khiển gúc pha bằng Thyristor (TCPAR)

Thiết bị TCPAR là một khỏi niệm mới ứng dụng Thyristor để điều chỉnh gúc lệch pha của điện ỏp pha của đường dõy

Trang 33

29

MBA nèi tiÕp

Hình 2.4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCPAR

Về mặt cấu tạo nó như một máy biến áp 3 cuộn dây nối song song với đường dây truyền tải và có thể điều chỉnh góc lệch của điện áp Uftruyền tải trên đường dâyCác tính năng của TCPAR cũng như của các thiết bị bù có điều khiển khác nhưng chức năng của nó là điều chỉnh góc pha của điện áp trên đường dây Khả năng điều chỉnh trào lưu công suất là rất cao Các tính năng của TCPAR bao gồm:

- Tăng cường tính ổn định tĩnh, tính ổn định động của HTĐ

- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ như ngắn mạch, mất tải đột ngột

- Có khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi loại trừ được sự cố

II.3.5 Thiết bị điều khiển dòng công suất hợp nhất (UPFC)

UPFC là một khái niệm mới ứng dụng các thiết bị bù đa chức năng để điều khiển điện áp tại các thanh cái độc lập, dòng công suất tác dụng P và phản kháng Q trên các đường dây truyền tải, đặc biệt là trên các đường dây siêu cao áp nối liên kết

Trang 34

30

giữa các HTĐ nhỏ UPFC là thiết bị làm cho lưới điện vận hành rất linh hoạt và hiệu quả

Hình 1.6: Nguyên lý cấu tạo của UPFC

Về nguyên lý cấu tạo, UPFC được hiểu như sự kết hợp thiết bị bù dọc làm thay đổi góc pha (Static Synchoronous Series Compensator) vớià thiết bị bù ngang STATCOM Nó được cấu tạo từ 2 bộ chuyển đổi (converter) điều khiển thyristor có cửa đóng mở GTO Mỗi một bộ chuyển đổi gồm có van đóng mở (GTO) và MBA trung gian điện áp thấp (xem hình 1.6)

MBA nối với bộ chuyển đổi qua thanh cái làm việc và máy cắt được mô tả trên hình Mỗi một bộ chuyển đổi có thể ngừng hoạt động vì bất cứ nguyên nhân nào đó, bộ chuyển đổi còn lại có thể điều khiển vận hành độc lập

Về nguyên lý, UPFC có 3 chế độ vận hành, bao gồm:

Chế độ 1: chế độ điều khiển trở kháng XC

U∆ = XCjI2;

δ+

XX

UP

C 2

Chế độ 2: chế độ điều khiển điện áp trực giao U∆

UsinXU

Trang 35

31

Chế độ 3: chế độ điều khiển góc pha điện áp ϕC

=

jexpU

U2sinU.2

- X: Điện kháng của đường dây truyền tải

- δ: Góc lệch pha giữa điện áp đầu và cuối của đường dây

Trong 3 chế độ vận hành trên của UPFC thì chế độ 2 và chế độ 3 có ưu điểm hơn chế độ 1 vì có thể điều khiển dòng công suất tác dụng P ngay cả khi góc pha δrất nhỏ Trong chế độ 1, nếu dòng trong thành phần bù dọc (series compensator) giảm thì khả năng điều khiển của UPFC cũng giảm theo Hơn nữa, trong chế độ 1

và chế độ 2, công suất của thành phần bù ngang (shunt compensator) có thể giảm tối thiểu vì dòng công suất đi qua liên kết 1 chiều (DC link) gần như bằng 0

Ngoài ra, thành phần bù ngang có thể điều khiển đồng thời cả dòng công suất phản kháng Q và công suất tác dụng P truyền tải trên đường dây

II.4 Khả năng áp dụng thiết bị FACTS tại Việt Nam

Hệ thống điện Việt Nam về cơ bản được chia làm 3 khu vực: Bắc, Trung, Nam

và được liên kết với nhau thông qua hệ thống 500kV Cùng với sự phát triển, hệ thống điện Việt Nam ngày càng phức tạp về cấu trúc, làm cho công tác vận hành cũng trở nên khó khăn hơn, đặc biệt việc khả năng truyền tải của các ĐDSCA 500kV thường do điều kiện ổn định của hệ thống quyết định Bù thông số hệ thống

là một trong các giải pháp hiệu quả để năng cao tính ổn định của hệ thống

Trang 36

32

Sau khi khảo sát nguyên lý làm việc và tính năng của các thiết bị FACTS, cho thấy việc ứng dụng các thiết bị này trong hệ thống điện có khả năng điều chỉnh gần như tức thời thông số hệ thống, tăng cường ổn định điện áp và giảm dao động công suất, nhất là đối với các hệ thống điện hợp nhất có truyền tải bằng các ĐDSCA Trong các loại thiết bị FACTS, SVC là loại thiết bị có nhiều điểm ưu việt hơn

cả, nên nó đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới để cải thiện chế độ vận hành mà còn mở rộng ứng dụng sang nhiều mục đích khác như nâng cao khả năng ổn định tĩnh của hệ thống điện

Trang 37

Chế độ xác lập của hệ thống điện đặc trưng bởi những thông số không thay đổi hoặc thay đổi rất chậm quanh các trị số định mức Các thông số chế độ xác lập có giá trị gần với các trị số cần thiết để cho các phụ tải tiêu thụ điện làm việc đúng hoặc nằm trong một vùng nhất định đã được quy định trước

Chế độ xác lập của hệ thống điện là nội dung rất quan trọng của các bài toán thiết kế và vận hành hệ thống điện Việc tính toán, phân tích chế độ xác lập ảnh hưởng rất lớn đến tính kinh tế kỹ thuật trong quá trình thiết kế và vận hành của hệ - thống điện Mục đích của công việc này bao gồm:

- Xác định trạng thái làm việc của các phần tử trong một số tình huống vận hành của hệ thống điện

- Đánh giá chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống và hiệu quả của các phần tử, - qua đó có kế hoạch nâng cấp hay bổ sung

- Lựa chọn các thiết bị phù hợp với chế độ vận hành và chỉnh định các thiết bị bảo vệ trong hệ thống

- Qua phân tích chế độ xác lập, ta có thể điều chỉnh, điều khiển các thiết bị, các phần tử trong thời gian thực nhằm nâng cao chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ -thống

III.1.2 Ổn định tĩnh của chế độ xác lập và giới hạn truyền tải

Trang 38

34

mô hình hệ ố th ng đ ệ i n trong tính toán chế độ xác l p có xét đến SVC ậ

Khái niệm ổn định của các hệ thống động nói chung và hệ thống điện nói riêng được đưa ra xuất phát từ các nhận biết về đặc tính của trạng thái cân bằng Có trạng thái cân bằng bền (ổn định) và trạng thái cân bằng không bền (không ổn định) Trạng thái cân bằng a (Hình 3.1) của hòn bi chuyển động tự do trên bề mặt là trạng thái cân bằng không bền bởi chỉ với một

kích động nhỏ làm lệch khỏi trạng thái cân

bằng hòn bi sẽ chuyển động tiếp tục ra xa

(sau khi đã hết kích động) Trạng thái cân

bằng b (Hình 3.1) ngược lại, sau kích động

nó luôn quay trở lại vị trí cân bằng ban đầu

Với hệ thống đơn giản gồm một máy

phát được nối với hệ thống công suất vô

cùng lớn qua một đường dây (Hình 3.2)

cũng tồn tại 2 trạng thái cân bằng a và b Thật vậy, nếu coi công suất tua-bin là không đổi còn công suất máy phát có dạng:

δ

=δ

=

X

EU)

Tuy nhiên chỉ có điểm cân bằng là ổn định và tạo nên CĐXL Thật vậy, giả a

thiết xuất hiện một kích động ngẫu nhiên làm lệch góc khỏi giá trị δ δo1 một lượng

∆δ > 0 (sau đó kích động triệt tiêu) Khi đó theo các đặc tính công suất, ở vị trí mới công suất điện từ (hãm) P( ) lớn hơn công suất cơ (phát động) Pδ T, do đó máy phát quay chậm lại, góc lệch giảm đi, trở về giá trị δ δo1 Khi ∆δ < 0 hiện tượng diễn ra theo tương quan ngược lại PT > P(δ), máy phát quay nhanh lên, trị số góc lệch δ tăng, cũng trở về δo1 Điểm như vậy được coi là có tính chất cân bằng bền, hay nói a

Trang 39

35

Xét điểm cân bằng b với giả thiết ∆δ > 0, tương quan công suất sau kích động

sẽ là PT> P(δ), làm góc δ tiếp tục tăng lên, xa dần trị số δo2 Nếu ∆δ < 0tương quan công suất ngược lại làm giảm góc , nhưng cũng lại làm lệch xa hơn trạng thái cân δbằng Như vậy tại điểm cân bằng , dù chỉ tồn tại một kích động nhỏ (sau đó kích b

động triệt tiêu) thông số hệ thống cũng thay đổi liên tục lệch xa khỏi trị số ban đầu

Vì thế điểm cân bằng bị coi là không ổn định Cũng vì những ý nghĩa trên ổn định b

tĩnh còn được gọi là ổn định với kích động bé, hay ổn định điểm cân bằng

Nếu xét nút phụ tải và tương quan cân bằng công suất phản kháng ta cũng có tính chất tương tự Chẳng hạn, xét hệ thống điện hình 3.3 Nút tải được cung cấp từ những nguồn phát xa Đặc tính công suất phản kháng nhận được từ các đường dây

động nhỏ ngẫu nhiên điện áp U sẽ xa dần trị số Uo1nghĩa là điểm cân bằng c không

Trang 40

36

Hình 3.3: Hệ thống nhiều nguồn cung cấp công suất phản kháng

cho tải và đặc tính công suất phản kháng

Như vậy, trong các ví dụ trên khái niệm về ổn định tĩnh đều liên quan đến đặc tính của điểm cân bằng Cân bằng lực, cân bằng công suất (tác dụng và phản kháng) tương ứng với các điều kiện cần cho sự tồn tại CĐXL, còn hệ thống có duy trì được chế độ xác lập lâu dài hay không (khi thường xuyên có các kích động nhỏ ngẫu nhiên) còn phụ thuộc và một yêu cầu khác yêu cầu về tính bền vững (ổn định) của -

hệ thống tại điểm cân bằng Như vậy đặc tính ổn định còn là điều kiện đủ của CĐXL

III.1.3 Hệ phương trình tính toán CĐXL trong hệ thống điện

III.1.3.1 Hệ phương trình tính toán

Để tính toán các thông số của hệ thống điện trong chế độ xác lập như dòng điện trên các nhánh, điện áp tại nút, tổn thất công suất ta cần phải lập hệ phương trình cân bằng công suất Trong trường hợp này, ta viết theo phương pháp thế đỉnh

Hệ thống có n+1 nút được đánh số từ 0 n, trong đó nút nối đất được đánh số ÷thứ tự là 0

- Xét nhánh nối từ nút i tới nút j bất kỳ trong sơ đồ, ta có sơ đồ thay thế như sau:

Tiêu đề	Tính Toán Phân Tích Chế Độ Xác Lập Và Nghiên Cứu Ứng Dụng Thiết Bị Bù Có Điều Khiển SVC Vào Lưới Truyền Tải Việt Nam
Tác giả	Hồ Anh Tuấn
Người hướng dẫn	GS. TS. Lã Văn Út
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Mạng Và Hệ Thống Điện
Thể loại	Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học
Năm xuất bản	2005
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	144
Dung lượng	2,87 MB