Tối ưu hóa ông suất phản kháng trong hệ thống điện

54 Trang 7 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CSPK Cơng suất phản kháng HTĐ Hệ thống điện CSTD Cơng suất tác dụng MBA Máy biến áp FACTS Flexible AC Transmission System DC 16TDirect cu

- TRỊNH QUỐC HƯNG

TỐI ƯU HÓA CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu là của riêng tôi

Các số liệu, kết quả tính toán là chính xác trung thực Công trình này chưa , từng được công bố trên các tạp chí khoa học nào

Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần phụ lục

Trịnh Quốc Hưng

LỜI CẢM ƠN

Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trường Đại học bách khoa Hà Nội đã truyền đạt những kiến thức quý báu để em có thể hoàn thành luận văn này

Đặc biệt, em xin cảm ơn thầy giáo PGS.TS Trần Bách đã tận tình hướng dẫn, động viên em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Xin được gửi lời biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Vì thời gian có hạn và vấn đề nghiên cứu khá mới nên bản luận văn không thể tránh khỏi những thiết sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè quan tâm!

Hà Nội, tháng 10 – 2011

Trịnh Quốc Hưng

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC BẢNG

MỞ ĐẦU

Chương 1: CÂN BẰNG CSPK TRONG HTĐ 1

1.1 Khái niệm CSPK 1

1.1.1 Xét mạch điện thuần trở 3

1.1.2 Xét mạch thuần cảm 3

1.1.3 Xét mạch thuần dung 5

1.1.4 Mạch r-L-C 6

1.2 Nguồn cấp và tiêu thụ CSPK 7

1.2.1 Nguồn cấp CSPK 7

1.2.2 Sự tiêu thụ công suất phản kháng 8

1.3 Cân bằng CSPK trong hệ thống điện 9

1.3.1 Ảnh hưởng của CSPK đến điện áp 9

1.3.2 Cân bằng CSPK 9

1.3.3 Điện áp trong HTĐ 11

Chương 2: CÁC THIẾT BỊ BÙ CSPK TRONG HTĐ 14

2.1 Tụ bù dọc 14

2.2 Kháng bù ngang 16

2.3 Tụ bù ngang 17

2.4 Các thiết bị bù có điều khiển 18

2.4.1 CÁC DẠNG CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ FACTS 20

2.4.2 Thiết bị bù công suất phản kháng kiểu tĩnh(SVC) 24

2.5 NHẬN XÉT 26

2.6 KẾT L ẬU N 27

Chương 3: BÀI TOÁN BÙ CSPK TRONG HTĐ 28

3.1 Giới thiệu bài toán bù CSPK 28

3.2 Các thuật toán tối ưu 29

3.2.1 Phương pháp cổ điển trong điều độ CSPK 30

3.2.1.1 Cân bằng CSPK 30

3.2.1.2 Điều độ kinh tế CSPK 31

3.2.2 Ứng dụng phương pháp quy hoạch tuyến tính trong bài toán tối ưu hóa CSPK: 36

3.2.2.1 Mô hình tối ưu hóa CSPK 36

3.2.2.2 Phương pháp cơ bản quy hoạch tuyến tính có độ nhạy 38

3.2.3 Phương pháp NLONN 39

3.2.3.1 Vị trí đặt bù CSPK 40

3.2.3.2 Điều khiển tối ưu CSPK 43

3.2.3.3 Phương pháp giải 45

3.2.4 Thuật toán cải tiến giải bài toán tối ưu hóa CSPK 45

3.2.4.1 Mô hình toán học 45

3.2.4.2 Thuật toán tối ưu cải tiến với bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu 46

3.2.5 Tối ưu hóa CSPK bằng thuật toán SWARM 49

Chương 4: Ứng dụng trong HTĐ 14 nút IEEE và HTĐ Việt Nam 51

1 Giới thiệu phần mềm PSS/E 51

1.1 Tối ưu hóa trào lưu công suất với PSS/E 53

1.2 Mô phỏng các đại lượng điều khiển trào lưu công suất 54

1.3 Mở rộng các mô phỏng trong OPF 58

2 Ứng dụng cho ví dụ IEEE 14 nút 61

3 TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG ĐIỆN 220 -500 KV VIỆT NAM 74

KẾT LUẬN CHUNG 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

AC 16TAlternating current

IEEE 16TThe Institute of Electrical and Electronics Engineers

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1: Dòng điều hòa hàm sin dạng - i ( t ) = Imsin(ωt +ϕ) 2

Hình 1 2: Phản ứng của nhánh thuần trở đối với kích thích điều hòa 3

-Hình 1 3: Phản ứng của nhánh thuần cảm đối với kích thích điều hòa 4

-Hình 1 4: Phản ứng của nhánh thuần dung đối với kích thích điều hòa 5

-Hình 1 5: Phản ứng của nhánh r- -L-C đối với kích thích điều hòa 6

Hình 2 1: Đồ thị véc tơ điện áp 14

-Hình 2 2: Kháng bù ngang - 16

Hình 2-3: Một số thiết bị FACTS điển hình 20

Hình 2 4: Cấu tạo SVC 25

-Hình 2 5: Đặc tính U I của a) SVC; b) STATCOM 26-

-Hình 4-1: Sơ đồ khối chương trình PSS/E 52

Hình 4-2: Sơ đồ hệ thống 14 nút IEEE 61

Hình 4-3: Điện áp nút trước và sau tối ưu trong chế độ xác lập 70

Hình 4-4: Điện áp nút trước và sau tối ưu trong chế độ sự cố 72

Hình 4-5: Tổn thất trong các chế độ 72

Hình 4 6: S- ơ đồ hệ thống điện Việt Nam 75

Hình 4-7: Sơ đồ hệ thống điện 220 500kV Việt Nam 76-

Hình 4-8: Giá trị điện áp các nút trong CĐXL trước và sau khi tối ưu 77

Hình 4-9: Điện áp trong chế độ sự cố trước và sau khi tối ưu 78

Hình 4-10: Tổn thất công suất trong các chế độ 79

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2-1: Các dạng thiết bị FACTS 19

Bảng 2: So sánh các chức năng của từng thiết bị bù có điều khiển2- 26

Bảng 4 1: Thông số nút hệ thống điện 14 nút IEEE- 62

Bảng 4 2: Thông số nhánh hệ thống điện 14 nút IEEE- 62

Cùng với sự tăng lên không ngừng về quy mô là sự phức tạp trong vận hành

hệ thống điện Việt Nam với sự trao đổi công suất lớn giữa hai miền Bắc- Nam thông qua đường dây liên kết từ Bắc đến Nam Do vậy, vấn đề điều phối luồng công suất hợp lý, đảm bảo cung cấp điện, giảm tổn thất điện năng, nâng cao ổn định- kinh

tế và làm hệ thống vận hành tin cậy hơn là vấn đề cấp thiết hiện nay

2. Lịch sử nghiên cứu:

Trên cơ sở nghiên cứu những thuật toán tối ưu hóa và ứng dụng trong giải bài toán tối ưu hóa CSPK trong hệ thống điện từ những báo cáo, tài liệu đã công bố

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu:

Đề tài “Tối ưu hóa CSPK trong HTĐ” trình bày Các phương pháp giải bài toán tối ưu công suất phản kháng trong hệ thống điện và ứng dụng

Tiến hành đánh giá các phương án vận hành trong CĐXL cũng như CĐSC trong trường hợp bình thường và khi sử dụng thuật toán tối ưu

Áp dụng chạy mô phỏng bằng phần mềm PSS/E phiên bản 29 ứng dụng cho

hệ thống điện 14 nút IEEE và hệ thống điện Việt Nam

4. Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới:

Với mục đích như trên, nội dung cơ bản của luận văn bao gồm:

 Cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện

 Các thiết bị bù công suất phản kháng trong hệ thống điện

 Bài toán bù tối ưu công suất phản kháng trong hệ thống điện

 Ứng dụng trong hệ thống điện

Luận văn đưa ra tính hiệu quả và sự cần thiết của việc phân phối tối ưu luồng công suất trong hệ thống điện thông qua nghiên cứu với phần mềm PSS/E v.29

5. Phương pháp nghiên cứu:

Luận văn được thực hiện dựa trên những nghiên cứu tìm hiểu về thuật toán tối ưu hóa từ những báo cáo và tài liệu tham khảo đã công bố

Sử dụng phần mềm PSS/E v.29 ứng dụng mô phỏng hệ thống điện 14 nút IEEE và hệ thống điện Việt Nam

Chương 1: CÂN BẰNG CSPK TRONG HTĐ

Ngày nay, mọi người đều rất quen thuộc với khái niệm CSPK Chúng ta quen sử dụng khái niệm mà không để đến những mâu thuẫn liên quan đến CSPK.ý Hầu như trong các giáo trình, khái niệm CSTD và CSPK được giới thiệu là sản phẩm của dòng điện và điện áp tức thời trong mạch điện Trong đó, CSTD phụ thuộc vào hàm cos và CSPK phụ thuộc vào hàm sin

Công suất phản kháng đặc trưng cho quá trình tích và phóng năng lượng giữa nguồn

và tải CSPK liên quan đến quá trình từ hóa lõi thép máy biến áp, động cơ, gây biến đổi từ thông để tạo ra sức điện động phía thứ cấp CSPK đặc trưng cho khâu tổn thất từ tản CSPK hết sức cần thiết trong việc duy trì điện áp, truyển tải lượng CSTD thông qua các đường dây Khi lượng CSPK trong hệ thống điện bị thiếu hụt, chất lượng điện áp bị giảm xuống và không thể truyền tải CSTD đến các phụ tải thông qua đường dây truyền tải

CSPK không sinh ra công, quá trình trao đổi CSPK giữa máy điện và phụ tải là quá trình dao động: trong một chu kì của dòng điện, CSPK đổi chiều 4 lần, giá trị trung

bình của CSPK trong ½ chu kì dòng điện bằng không

Để hiểu rõ khái niệm công suất phản kháng, ta đi tìm hiểu ý nghĩa vật lý và biểu diễn như sau:

Giả sử dòng điện trong mạch điện Kirhoff có dạng hình sin được biểu diễn dưới dạng điều hòa như sau: [4]

) sin(

) ( t = I ωt +ϕ

+ Giá trị góc pha thường đo bằng radian hoặc độ là một góc xác định trạng thái (pha) của biến điều hòa ở mọi thời điểm t, do đó được gọi là góc pha

Trong biểu thức góc pha, tần số ω đo tốc độ biến thiên của hàm điều hòa (nhanh hay chậm) và góc pha đầu ϕ nói rõ trạng thái đầu ở khởi điểm thời gian t=0

Như vậy cặp giá trị biên độ, pha ( Im,ωt +ϕ) làm thành một cặp số đặc trưng của hàm điều hòa

Hình 1-1: Dòng điều hòa hàm sin dạng i ( t ) = Imsin(ωt +ϕ)

Khi mạch điện chỉ có những biến trạng thái cùng tần số chúng chỉ phân biệt nhau về biên độ và góc pha đầu vào Mỗi hàm điều hòa lúc này chỉ còn đặc trưng bởi một cặp số biên độ pha đầu như - ( Im,ϕi), ( Um,ϕu), ( Em,ϕE), ( Xm,ϕX)…

Khi cần so sánh hai hàm điều hòa, ta chỉ cần biết rõ biên độ của chúng gấp bao nhiêu lần nhau và góc pha của hàm này lớn hơn (sớm hơn) hay bé hơn (chậm hơn) của hàm kia bao nhiêu

Lúc đó, sự chênh lệch về góc pha được gọi là góc lệch pha, ví dụ giữa:

) sin(

ωt + u) − ( t + i) = u − i = (

Khi ϕ =ϕu −ϕi >0 hoặc ϕu >ϕi: điện áp sớm pha hơn dòng điện một góc ϕ

1.1.1 Xét mạch điện thuần trở:

Theo định luật Ohm ta có, quan hệ u, i được biểu diễn: u = ri

Giả sử i = 2 I sin ω t (để gọn ta đặt ϕi = 0), ta có:

t U t rI ri

u = = 2 sin ω = 2 sin ω

Trong đó U là giá trị hiệu dụng của điện áp

Như vậy có thể thấy dòng điện và điện áp cùng pha nhau và hiệu dụng của áp gấp r lần hiệu dụng của dòng

Hình 1-2: Phản ứng của nhánh thuần trở đối với kích thích điều hò a

Vì u, i cùng pha nên luôn cùng chiều nhau, do đó công suất tiếp nhận không âm, năng lượng điện từ luôn đưa từ nguồn tới và tiêu tán hết thành nhiệt, cơ năng:

0 sin

L=

Giả sử iL= 2 ILsinωt (để gọn ta đặt ϕL= 0), ta có:

)2sin(

2cos

ωω

L

Hình 1-3: Phản ứng của nhánh thuần cảm đối với kích thích điều hòa

Gọi hiệu dụng điện áp là UR L R, góc pha đầu là ϕuL: uL= 2 ULsin(ωt +ϕuL)

Điện áp trên điện cảm uR L R sớm pha hơn dòng điện một góc

2

πϕϕ

Với xL: tổng trở đối với dòng xoay chiều hình sin của điện cảm L (điện kháng)

Xét về mặt năng lượng: do u, i lệch pha nhau

t I

U t t I U i u

pL= LL= 2 L Lsin ω cos ω = L Lsin 2 ω

Công suất này dao động với tần số 2 ω và giá trị trung bình pL = 0 tức là không tiêu tán

Mũi tên 2 chiều trong hình 1 2 chỉ rõ năng lượng dao động tích phóng trong kho từ.Công suất dao động năng luợng có biên độ bằng ULIL ta kí hiệu bằng

-2 L L L L

L U I x I

Ta gọi đơn vị của nó là VAr (Volt Amper phản kháng) và gọi nó là - công suất phản kháng của phần tử điện cảm (của kho từ) ở dòng điều hòa

Công suất phản kháng QL do cường độ quá trình dao động, trao đổi năng lượng là một hiện tượng khác hẳn về bản chất với công suất tác dụng (tiêu tán) P

ϕC = uC− iC=−

Như vậy điện áp trên tụ uR C R chậm pha hơn dòng điện một góc

2π

C

C

CI

Hình 1-4: Phản ứng của nhánh thuần dung đối với kích thích điều hòa

Cũng như trường hợp điện cảm, ta thấy sự dao động nạp phóng năng lượng điện từ - giữa kho điện và phần mạch bên ngoài, với công suất tiêu tán trung bình PC = 0

Công suất dao động theo hàm:

t Q

t I

U t t I U i

u

pC = C C = − 2 C Csinω cosω = − C C sin 2ω = − Csin 2ω

Trong đó biên độ dao động công suất QC = UCIC = xCI 2 gọi là công suất phản

kháng của điện dung (kho điện)

Khi dòng qua L, C bằng nhau (mạch L C nối tiếp) công suất dao động trên điện cảm

-và điện dung luôn trái dấu nhau: khi pL> 0 điện cảm cấp năng lượng thì pC < 0

UL

UC

UL

UCU

0

Hình 1-5: Phản ứng của nhánh r-L-C đối với kích thích điều hòa

Gọi điện áp trên nhánh là u, trên mỗi phần tử r – L - C thứ tự là ur, uL, uC ta có phương trình cân bằng:

C L

r u u u

Để đơn giản chọn góc pha ban đầu của dòng điện bằng số không: i = 2 I sin ω t

Ta đi tìm điện áp trên nhánh dạng:

) sin(

u

)2sin(

2)2sin(

2sin

2

)2sin(

12)2sin(

2sin

2

πω

πωω

πωω

πωω

ω

−+

++

=

−+

++

=

tUt

UtU

u

tICt

LIt

rI

u

C L

r

Từ đồ thị vectơ ta có:

2 2 2

2 2

2 2

2

])

1([)(

)()

CLr

C

ILIrI

UUU

ω

ωω

+

=

−+

=

Như vậy tổng trở của nhánh r – L - C:

2 2

2

2 ( 1 ) r (xL xC)

CLrI

U

ωω

Góc lệch pha giữa u, i:

r

xxU

UU

cos của các máy phát từ 0.8 0.85 và cao hơn nữa -

Cũng vì lý do kinh tế người ta không chế tạo các máy phát có khả năng phát nhiều CSPK cho phụ tải Phần CSPK này tuy nhỏ nhưng lại là phần rất quan trọng, có thể đáp ứng tức thời các biến đổi nhanh CSPK của phụ tải trong chế độ làm việc bình thường cũng như sự cố Phần còn lại sẽ do các thiết bị bù cung cấp cho phụ tải

- Các đường dây cao áp, siêu cao áp, đường dây cáp: Các đường dây này cung cấp lượng CSPK phát sinh dọc đường dây Trong chế độ max nó làm nhẹ đi khá nhiều vấn đề thiếu CSPK Nhưng trong chế độ non tải nó lại gây ra thừa CSPK đến mức

có thể gây quá áp ở cuối đường dây và cần phải can thiệp bằng cách đặt các kháng điện

- Tụ điện tĩnh: thiết bị bù tiêu thụ rất ít CSTD khoảng 0.003 – 0.005 kW/kVar

 Vận hành lắp đặt đơn giản, ít sự cố

 Chỉ phát ra CSPK và không có khả năng điều chỉnh

 CSPK phát ra phụ thuộc vào điện áp

- Máy bù đồng bộ: đây thực chất là loại động cơ đồng bộ chạy không tải Thiết bị

Lượng CSPK phát ra không phụ thuộc vào điện áp đặt vào mà phụ thuộc vào dòng kích từ, tuy nhiên lại phức tạp trong vận hành và dễ gây sự cố

Thiết bị này tiêu thụ một lượng khá lớn CSTD

- Những năm gần đây, với sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt là kỹ thuật điện tử công suất với các thiết bị thyristor công suất lớn đã cho phép thực hiện các thiết bị bù điều chỉnh nhanh Thực tế cá thiết bị bù dùng c thyristor có thể thay đổi công suất từ 0 đến trị số định mức không quá ¼ chu kỳ tần

số điện công nghiệp Nhờ thế các thiết bị bù hiện đại có hiệu quả rất cao và mở rộng các ứng dụng sang nhiều mục đích

1.2.2 Sự tiêu thụ công suất phản kháng: [1- tr 66- 67]

Công suất phản kháng được tiêu thụ ở động cơ không đồng bộ, máy biến áp, đường dây tải điện và mọi nơi có từ trường

Chúng ta không thể triệt tiêu CSPK vì nó cần thiết để tạo từ trường, là yếu tố trung gian trong quá trình chuyển hóa điện năng

Trong lưới điện, gần đúng có thể phân chia yêu cầu CSPK như sau:

- Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 70 80%

MBA tiêu thụ khoảng 15-25%

- Đường dây tải điện và các phụ tải khác khoảng 5%

CSPK của động cơ không đồng bộ gồm hai thành phần: một phần nhỏ được sử dụng

để sinh ra từ trường tản trong mạch điện sơ cấp và thứ cấp; phần lớn còn lại dùng để sinh ra từ trường khe hở

MBA sử dụng CSPK để từ hóa lõi thép Nhu cầu CSPK ở MBA công suất nhỏ là 10% công suất định mức của nó, MBA lớn là 3%, còn ở các MBA siêu cao thế có thể khoảng 8 10% (để hạn chế dòng ngắn mạch)-

Ở các phụ tải sinh hoạt, dân dụng yêu cầu CSPK không nhiều, cosϕ của chúng

thường lớn hơn 0.9

1.3 Cân bằng CSPK trong hệ thống điện:

1.3.1 Ảnh hưởng của CSPK đến điện áp

Nhu cầu CSPK thay đổi sẽ gây ra sự biến đổi điện áp, như ta đã biết: [1- tr 57- 58]

UjUU

QRPXjU

QXPR

Khi phụ tải biến đổi làm cho ∆U • biến đổi và điện áp trên các nút tải và toàn hệ thống sẽ thay đổi Trong đó, thành phần dọc trục ∆ U làm biến đổi modul điện áp, còn thành phần δ U làm biến đổi góc pha của điện áp

+ Trên lưới hệ thống cấp điện áp 22 500 kV, R<<X do đó gần đúng có thể coi:

0-UjUU

PXjU

có ảnh hưởng đến điện áp Tuy vậy ta không thể dùng cách điều chỉnh CSTD để điều chỉnh điện áp vì CSTD được cấp cho tải để sản sinh năng lượng, chỉ có thể cung cấp từ các nhà máy điện Còn CSPK không sinh công, chỉ là dòng công suất gây từ trường dao động trên lưới điện, rất cần thiết nhưng hoàn toàn có thể cấp tại chính vị trí của phụ tải Do đó trong các lưới này vẫn điều chỉnh điện áp bằng cách điều chỉnh cân bằng CSPK

1.3.2 Cân bằng CSPK:

Trong hệ thống điện luôn cần phải đảm bảo cân bằng CSPK:

Q Q Q

Cân bằng CSPK là cân bằng điện từ giữa CSPK của các máy phát điện do dòng kích

từ gây ra và CSPK do yêu cầu của từ trường trong các thiết bị dùng điện và các máy biến áp…

Trong HTĐ phải bù thêm một lượng CSPK nhất định để đảm bảo cân bằng CSPK, lượng công suất này phải điều chỉnh được để có thể thích ứng với các chế độ vận hành khác nhau của HTĐ CSPK của các nhà máy điện, trạm bù (bằng tụ điện, máy

bù đồng bộ …) phải thừa so với yêu cầu của phụ tải ở chế độ max để dự phòng cho

sự cố

CSPK được xem là cân bằng nếu điện áp nằm trong giới hạn cho phép: nếu điện áp thấp hơn giá trị cho phép tối thiểu thì có nghĩa là HTĐ thiếu CSPK, nếu điện áp cao hơn giá trị cho phép tối đa thì HTĐ thừa CSPK

Cân bằng CSPK thể hiện qua điện áp, điện áp ở mỗi nơi trong HTĐ có thể khác nhau Do đó cân bằng CSPK có tính chất cục bộ, khu vực, chỗ này thừa chỗ khác có thể thiếu Do đó điều chỉnh cân bằng CSPK cũng tức là điều chỉnh điện áp phải được thực hiện ở nhiều vị trí khác nhau Vì thế cân bằng CSPK phải được đảm bảo cho toàn hệ thống điện trên cơ sở đảm bảo cho từng nút i hoặc khu vực i của HTĐ [2- tr 12-13]

Như vậy: “ Điều chỉnh điện áp và điều chỉnh cân bằng CSPK là đồng nhất với nhau Khi điện áp tại một điểm nào đó của HTĐ nằm trong phạm vi cho phép nghĩa

là CSPK của nguồn đủ đáp ứng yêu cầu của phụ tải tại điểm đó Nếu điện áp cao nghĩa là thừa CSPK, còn khi điện áp thấp thì là thiếu CSPK

CSPK thường thiếu trong chế độ max cần phải có thêm nguồn, còn trong chế độ phụ tải min thì lại có nguy cơ thừa do điện dung của đường dây và cáp gây ra cần phải có thiết bị tiêu thụ” [1- tr 57-58]

1.3.3 Điện áp trong HTĐ:

Các thiết bị điện đều được chế tạo theo một mức điện áp nhất định, tại đó thiết bị điện sẽ vận hành cho hiệu quả kinh tế lớn nhất

Duy trì điện áp bình thường là một trong những biện pháp cơ bản đ đảm bảo chất ể

lượng điện năng của hệ thống điện

Điện áp giảm thấp quá mức có thể gây nên độ trượt quá lớn ở cá động cơc không đồng bộ, dẫn đến quá tải về công suất phản kháng ở các nguồn điện Điện áp giảm thấp cũng làm giảm hiệu quả phát sáng của các đèn chiếu sáng, làm giảm khả năng truyền tải của đường dây và ảnh hưởng đến độ ổn định của các máy phát làm việc song song

Điện áp tăng cao có thể làm già cỗi cách điện của thiết bị điện (làm tăng dòng rò), giảm tuổi thọ thiết bị dùng điện và thậm chí có thể đánh thủng cách điện làm hư hỏng thiết bị

Điện áp tại các điểm nút trong hệ thống điện được duy trì ở một giá trị định trước nhờ có những ph ng thức vận hành hợp lí, chẳng hạn như tận dụng công ươsuất phản kháng của các máy phát hoặc máy bù đồng bộ, ngăn ngừa quá tải tại các phần tử trong hệ thống điện, tăng và giảm tải hợp lí của những đường dây truyền tải, chọn tỷ số biến đổi thích hợp ở các máy biến áp

Điện áp cũng có thể được duy trì nhờ các thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của các máy phát điện và máy bù đồng bộ, các thiết bị tự động thay đổi tỷ số biến đổi của máy biến áp, các thiết bị tự động thay đổi dung lượng của các tụ bù tĩnh Dưới đây là một số hiện tượng liên quan đến điện áp trong HTĐ:

- Sụt áp (voltage sag): là hiện tượng có biên độ điện áp hay dòng điện ở tần số định

mức giảm về giá trị hiệu dụng (rms) trong khoảng thời gian từ 0.5 chu kì tới 1 phút Hai đặc tính đặc trưng của sụt áp:

+ Biên độ sụt áp: là giá trị hiệu dụng của điện áp khi xảy ra sụt áp, được tính bằng % điện áp danh định

U

Ví dụU: sụt áp 75% tại lưới 35kV tức là điện áp khi xảy ra sụt áp bằng còn 26.25kV

+ Thời gian sụt áp: là khoảng thời gian mà biên độ điện áp giảm xuống thấp hơn ngưỡng bằng 90% điện áp danh định

- Ổn định điện áp: là vấn đề được nghiên cứu trong nhiều năm qua Nhiều công

trình nghiên cứu đã trình bày về sự quan trọng của ổn định điện áp và thực tế mộtvài sự cố trên thế giới về mất ổn định điện áp đã cho thấy hậu quả nghiêm trọng của

sự cố này như sụt giảm điện áp lớn …

Do hệ thống điện phải vận hành ở những chế độ nặng nề nên khả năng giữ ổn định điện áp và các biện pháp tốt cải thiện CSPK, điều chỉnh điện áp là rất cần thiết Nếu các tác động điều khiển không hợp lý thì khi phụ tải tăng liên tục, hệ thống có thể mất ổn định

+ Ổn định điện áp (Voltage stability) là khả năng một HTĐ giữ được điện áp

Do đó, khi có sự thay đổi của phụ tải (theo chiều hướng tăng) thì cả công suất và điện áp đều có thể điều khiển được

+ Sụp đổ điện áp (Voltage collapse) là quá trình mất ổn định điện áp dẫn đến

sự sụt giảm điện áp trong HTĐ

+ Độ an toàn điện áp (Voltage security) là khả năng một HTĐ không chỉ vận hành ổn định mà còn giữ được ổn định khi có sự cố hoặc thay đổi tiêu cực trong HTĐ

Nguyên nhân chính gây ra mất ổn định điện áp thường do HTĐ không đáp ứng đủ CSPK Tuy HTĐ không ổn định điện áp là hiện tượng mang tính chất cục bộ nhưng hậu quả của nó lại có thể nghiêm trọng như sự cố sụp đổ điện áp

Sự sụt giảm điện áp có thể diễn ra trong vài giây hoặc vài phút

- Hiện tượng điện áp thấp:

Điện áp cho phép là 1 giá trị nằm trong 1 khoảng lân cận giá trị định mức

U

Ví dụU: điện áp truyền tải thường điều chỉnh trong phạm vi 5% điện áp định mức

Do đó, đảm bảo điện áp trong phạm vi cho phép khi có thay đổi trong hệ thống là rất quan trọng

Điện áp được quyết định bởi cân bằng giữa CSPK yêu cầu và CSPK phát ra

Do có tổn thất trên đường dây nên việc truyền tải một lượng lớn CSPK trên đường dây dài thường không hiệu quả Để khắc phục người ta sử dụng bù CSPK tại các vị trí

Hiện tượng điện áp thấp xảy ra khi điện áp các thanh cái trong HTĐ ở dưới giá trị cho phép nhưng HTĐ vẫn có thể vận hành

Do điểm vận hành là ổn định bền vững và không có sụp đổ điện áp nên bản chất của hiện tượng điện áp thấp khác với sụp đổ điện áp

Chương 2U: CÁC THIẾT BỊ BÙ CSPK TRONG HTĐ

Trong HTĐ, CSPK có thể nhận được từ nhiều nguồn khác nhau như: các bộ tụ điện tĩnh, các máy bù đồng bộ, các kháng điện có điều chỉnh …

Mục đích sử dụng của các thiết bị bù:

 Cân bằng CSPK trong HTĐ

 Nâng cao khả năng tải của đường dây

 Giảm tổn thất điện năng

Từ biểu thức và đồ thị véc tơ ta thấy:

- Ở giá trị cosϕ cao, sinϕ nhỏ, sụt áp do điện trở gây ra chủ yếu và nếu điện trở của mạch lớn hơn điện kháng thì tác dụng bù của tụ bù dọc là nhỏ

- Với cosϕ thấp hoặc điện kháng đường dây lớn thì sụt áp do điện kháng là quan trọng Bù dọc có tác dụng làm giảm điện áp của đường dây

- Tụ bù dọc làm giảm độ sụt áp bằng cách bù một phần điện kháng của đường dây Bù dọc không có tác dụng đến hệ số công suất đầu nhận và ảnh hưởng ít đến tổn thất đường dây, nó chỉ làm giảm CSPK yêu cầu ở đầu phát bằng cách

bù một phần tổn thất XLI 2 của đường dây

* Tác dụng của tụ bù dọc:

Cảm kháng cao của đường dây dài tải điện xoay chiều làm ảnh hưởng xấu đến hàng loạt chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật quan trọng của đường dây, cụ thể là góc lệch pha giữa điện áp đầu và điện áp cuối đường dây (còn gọi là góc truyền tải) lớn, khả năng tải thấp, độ lệch điện áp theo dọc đường dây thay đổi trong phạm vi rộng, tổn thất công suất và điện năng trên đường dây cao

Bù dọc là giải pháp mắc nối tiếp tụ điện đường dây để giảm bớt (bù) cảm kháng XL của nó bằng dung kháng XC của tụ điện Khi mắc tụ điện vào đường dây điện kháng tổng của mạch tải điện giảm xuống còn ( X −L XC) và khả năng tải của đường dây theo điều kiện ổn định tĩnh được đánh giá gần đúng theo biểu thức:

δ

sin

3 1 C

L XX

UUP

−

=

Như vậy đường dây sẽ có giới hạn tải cao hơn, hoặc ứng với một công suất tải cho trước, góc truyền tải δ sẽ bé hơn, điều kiện ổn định sẽ tốt hơn

Một tác dụng quan trọng nữa của các bộ tụ bù dọc là dòng điện tải chạy qua

tụ điện sẽ phát ra CSPK bù lại phần tổn thất trên cảm kháng của đường dây làm giảm tổn thất công suất và điện năng trong các chế độ tải đầy

Mức độ bù dọc được đặc trưng bằng hệ số bù dọc: %= ×100

L

C C

XXK

2.2 Kháng bù ngang:

Bù ngang được th c ự hiện bằng cách lắp kháng điện cĩ cơng suất cố định

hay các kháng điệ cĩ n thể điều khiển ại các t th h an cái của các ạ tr m bi n áp ếKháng bù ngang này th cĩ ể đặt ở phía cao áp hay phía hạ áp của máy bi n áp Khi ếđặt ở phía cao áp thì cĩ thể nối ự tiếp tr c song song với đường dây hoặc nối qua máy cắt được điều khiển bằng khe phĩng hở điện

R jXL

Kháng bù

Hình 2-2: Kháng bù ngang

* Tác dụng của kháng bù ngang:

Kháng bù ngang là phần tử cĩ tác dụng tiêu thụ CSPK dư thừa trong HTĐ trong trường hợp đường dây khơng tải hoặc non tải, đặc biệt đối với các đường dây siêu cao áp Trường hợp đường dây khơng tải hoặc non tải, điện áp cuối đường dây

cĩ thể tăng cao quá mức cho phép, bằng cách đặt kháng bù ngang ở đầu cuối đường dây cĩ thể giữ điện áp khơng vượt quá giới hạn cho phép

Bù ngang được thực hiện bằng các kháng điện bù ngang cĩ điều khiển hoặc

cĩ cơng suất cố định nhằm bù CSPK do điện dung đường dây phát ra trong chế độ khơng tải Do dịng điện dung của đường dây trong chế độ khơng tải nếu khơng được bù sẽ làm tăng điện áp cuối đường dây quá mức cho phép

CSPK do đường dây phát ra khi khơng tải gần đúng cĩ thể tính:

Q C = Udđ2 × b0× l

Với: Udđ: điện áp danh định đường dây

b0: dung dẫn đơn vị của đường dây

l: chiều dài đường dây

Mức bù ngang được đặc trưng bằng hệ số bù ngang: %= ×100

C

K L

Q

QK

Trong đó: QK: công suất của kháng bù ngang

Tùy theo cấp điện áp, cấu hình của lưới siêu cao áp mà hệ số bù ngang có thể thay đổi trong giới hạn từ 0 đến 70-80%

Những lưới điện tập trung với các đường dây có chiều dài không lớn, các nút phụ tải phân bố đều có thể không cần đặt kháng bù ngang, CSPK do lưới siêu cao

áp phát ra có thể được tiêu thụ trong lưới cao áp và phân phối lân cận

Với các đường dây dài, xa phụ tải cần chọn mức bù cao Về phương diện lý thuyết, nếu tại các nút đặt kháng bù ngang có khả năng giữ điện áp không đổi trong quá trình vận hành thì giới hạn góc lệch pha cho phép δCP theo điều kiện ổn định cần được kiểm tra không phải giữa các véc tơ điện áp đầu và cuối đường dây mà chỉ giữa các điểm có khả năng giữ điện áp không đổi Trong trường hợp này góc lệch pha giữa véc tơ điện áp ở trạm đầu và cuối có thể cho phép khá lớn

Kháng bù ngang với khả năng điều chỉnh công suất liên tục trong dải rộng cho phép khống chế điện áp tại nút bù ở giới hạn cho trước, tuy nhiên giá lắp đặt cao, có thể thay việc điều chỉnh trên bằng điều chỉnh nhảy cấp: đặt nhiều kháng bù ngang tại một nút và đóng cắt thay đổi số lượng kháng bù ngang trong quá trình vận hành đường dây (công suất tải càng cao thì số kháng bù ngang nối vào hệ thống càng ít)

Tuy nhiên điều kiện làm việc của máy cắt điện cũng như bản thân kháng bù ngang trong trường hợp này khá nặng nề và độ tin cậy không cao

2.3 Tụ bù ngang:

Bù ngang bằng tụ được thực hiện bằng cách mắc song song tụ điện ở đầu nhận nhằm mục đích nâng cao hệ số công suất Tụ bù ngang là một nguồn phát CSPK

* Tác dụng của tụ bù ngang đối với sự biến đổi điện áp:

Ảnh hưởng của sụt áp trên điện kháng là đóng kể khi tỉ số X/R của đường dây lớn (nhất là đối với đường dây siêu cao áp) và hệ số công suất của phụ tải nhỏ

Với tác dụng nâng hệ số công suất cosϕ khi đặt tụ bù ngang, tổn thất điện áp của đường dây sẽ giảm

đm

L

U

QXPR

U

XQ

U =

∆

Vậy tổn thất điện áp của đường dây sau khi bù: ∆ ` U = ∆ U − ∆ Ub

Bằng việc điều chỉnh công suất của tụ bù vào hệ thống, hệ số công suất của phần mạng điện giữa nguồn và nơi đặt tụ sẽ tăng, tuy nhiên giá trị điều chỉnh của tụ

bù ảnh hưởng đến sự biến đổi điện áp

Tụ điện có thể được nối trực tiếp vào thanh cái hay vào cuộn dây thứ 3 của máy biến áp

Việc bù CSPK ở cuối đường dây trong thực tế ứng dụng để điều chỉnh điện

áp trên thanh cái hoặc hỗ trợ điện áp dưới tải, giúp đỡ hệ thống trong trường hợp có

sự cố một đường dây hoặc một máy phát mà không mất ổn định điện áp

Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS – Flexible AC Transmission System) là một công nghệ mới được phát triển trong hệ thống điện lực Nó được xây dựng dựa trên sự tiến bộ của công nghệ điện tử công suất Trải qua hàng thập kỷ, ở rất nhiều nơi trên toàn cầu, các kinh nghiệm có được trong vận hành đường dây cao áp một chiều (HVDC) và hệ thống máy bù tĩnh đã thúc đẩy việc nghiên cứu sâu hơn về thiết bị điển tử công suất mới và ứng dụng của chúng nhằm tạo điều kiện vận hành thuận tiện hệ thống truyền tải cao áp và mạng phân phối hạ áp Một số lượng lớn các công trình nghiên cứu đã đóng góp vào sự phát triển nhanh chóng của công nghệ FACTS

Với việc ứng dụng các thành tựu đã đạt được của công nghệ bán dẫn vào quá trình truyền tải điện, các linh kiện điện tử công suất lớn, điện áp cao như Thyristor, GTO (Gate Turn–Off Thyristor) có thể sử dụng vào các hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt 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

Nhìn chung, các thiết bị điều khiển FACTS có thể được chia thành các dạng:

Điều khi n công su t ể ấtác dụng (P)

xR C

Chuỗi bù đồng bộ tĩnh

Static Synchronous Series

Compensator (SSSC)

VR C

Chuyển pha điều kiển Thyristor

Thyristor-Controlled Phase-shifter

(TCPS)

δ

C

Máy bù tĩnh Static Var Compensator

Bù đồng b ộ tĩnhStatic Synchronous Compensator

(STATCOM)

Hình 2-3: Một số thiết bị FACTS điển hình

– Các thiết bị điều khiển dọc

– Các thiết bị điều khiển ngang

– Các thiết bị điều khiển tổ hợp dọc dọc–

– Các thiết bị điều khiển tổ hợp dọc – ngang

Bộ điều khiển dọc: Thiết bị điều khiển dọc có thể là một điện kháng biến đổi như

tụ điện, kháng điện vv hoặc một nguồn biến đổi cơ sở điện tử công suất với tần số

cơ bản, các tần số phụ đồng bộ và các tần số điều hoà (hoặc loại tổ hợp) để đáp ứng theo yêu cầu Về nguyên lý, tất cả các bộ điều khiển dọc đều bơm nguồn điện áp dọc vào đường dây Điện kháng biến thiên được nhân với dòng điện qua nó mô tả điện áp dọc được bơm vào đường dây Khi điện áp nguồn bơm vuông góc với dòng điện đường dây, bộ điều khiển dọc chỉ cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng

Điều khiển ngang: Giống như trường hợp các bộ điều khiển dọc, các bộ điều khiển

ngang có thể là các bộ kháng điện biến đổi, các nguồn biến đổi hoặc các tổ hợp của

chúng Về nguyên lý, tất cả các bộ điều khiển ngang bơm dòng vào trong hệ thống tại điểm nối Kháng điện ngang biến đổi được nối với đường dây gây nên dòng điện biến đổi và vì vậy nó được mô tả bằng một nguồn dòng bơm dòng điện vào đường dây Khi véc tơ dòng điện bơm vào vuông góc với điện áp đường dây, bộ điều khiển ngang chỉ cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng

Các bộ điều khiển tổ hợp dọc dọc- : Đây là tổ hợp của các bộ điều khiển dọc riêng biệt mà nó được điều khiển theo kiểu tương thích trong một hệ thống nhiều đường dây truyền tải Hoặc nó có thể là một bộ điều khiển kết hợp, trong đó các bộ điều khiển dọc cung cấp độc lập công suất phản kháng cho mỗi đường dây nhưng cũng truyền tải công suất tác dụng giữa các đường dây theo đường kết nối công suất Khả năng truyền tải công suất tác dụng của bộ điều khiển dọc – dọc kết hợp, tương đương với việc điều khiển dòng công suất bên trong, làm cho nó có thể cân bằng cả công suất tác dụng và phản kháng trong các đường dây và vì vậy cực đại khả năng

sử dụng của hệ thống truyền tải Lưu ý rằng, khả năng “ kết hợp có nghĩa là các ” thiết bị kết nối DC của tất cả các bộ chuyển đổi được điều khiển và được nối tất cả cùng nhau để truyền tải công suất tác dụng

Các bộ điều khiển tổ hợp dọc – ngang: Đây là một thiết bị tổ hợp của các bộ điều

khiển dọc và ngang riêng biệt mà nó được điều khiển theo kiểu tương thích hoặc là một bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất với các phần tử dọc và ngang Về nguyên lý, các bộ điều khiển tổ hợp dọc và ngang bơm dòng điện vào trong hệ thống qua các bộ điều khiển ngang và bơm nguồn áp vào trong đường dây cùng với các bộ điều khiển dọc Tuy nhiên, khi các bộ điều khiển dọc và ngang là hợp nhất, ở

đó sẽ có sự chuyển đổi công suất tác dụng giữa các bộ điều khiển dọc và ngang theo đường kết nối công suất

Thiết bị điều khiển dọc ảnh hưởng đến điện áp và vì vậy cũng ảnh hưởng trực tiếp đến dòng điện và công suất Bởi vậy, nếu mục đích sử dụng là để điều khiển dòng điện hoặc công suất và giảm dao động thì thiết bị điều khiển dọc với cỡ MVA được đưa vào sẽ hiệu quả cao hơn vài lần so với bộ điều khiển ngang

Bộ điều khiển ngang, theo cách hiểu khác thì nó như một nguồn dòng bơm dòng vào đường dây Bộ điều khiển ngang, bởi vậy là cách tốt nhất để điều khiển điện áp tại điểm nối và xung quanh điểm nối đến thông qua việc bơm riêng dòng điện phản kháng (trước hoặc sau), hoặc tổ hợp của dòng điện tác dụng và phản kháng cho việc điều chỉnh điện áp và giảm các dao động điện áp

Không thể nói rằng các bộ điều khiển dọc không thể được sử dụng để giữ điện áp đường dây Các dao động điện áp phần lớn là kết quả của tổn thất điện áp trong các điện kháng dọc của các đường dây, máy biến áp và các máy phát Bởi vậy, việc thêm hoặc bớt điện áp điều khiển của thiết bị FACTS dọc (tần số cơ bản, phụ đồng

bộ hoặc điện áp điều hoà và tổ hợp các loại) là một cách hiệu quả nhất trong việc cải thiện hình dạng điện áp Tuy nhiên, một bộ điều chỉnh ngang sẽ có hiệu quả nhiều hơn để duy trì hình dạng điện áp theo yêu cầu tại một nút nguồn Một ưu điểm lớn của bộ điều khiển ngang là nó giúp cho nút độc lập với với các đường dây nối đến nút đó

Giải pháp sử dụng bộ điều khiển dọc cần thiết trong trường hợp cần tăng khả năng truyền tải công suất của đường dây, nhưng không nhất thiết sử dụng một bộ điều khiển dọc dùng riêng biệt cho một đuờng dây nối đến trạm để khắc phục cho sự thiếu công suất tức thời của đường dây đó Công suất định mức yêu cầu của thiết bị điều khiển dọc nhỏ hơn so với thiết bị điều khiển ngang và trong mọi trường hợp thiết bị điều khiển ngang không điều khiển công suất trên đường dây

Tổ hợp của các thiết bị điều khiển dọc và ngang có thể đưa ra một giải pháp tốt nhất cho cả điều khiển dòng công suất hoặc dòng điện và điện áp đuờng dây một cách có hiệu quả

Đối với tổ hợp của các bộ điều khiển dọc và ngang, bộ điều khiển ngang có thể là một bộ phận đơn dùng để kết nối với các bộ điều khiển của các đường dây Với thiết kế này có thể có thêm các lợi ích (điều khiển công suất phản kháng) cùng với các bộ điều khiển kết hợp

Các thiết bị điều khiển FACTS có thể dựa trên các bộ thyristor không có cổng tắt (chỉ có cổng bật), hoặc với các thiết bị công suất có cổng tắt Các bộ điều khiển đặc

trưng cùng với các thiết bị có cổng tắt được dựa trên các bộ chuyển đổi từ DC thành

AC, mà nó có thể trao đổi công suất tác dụng và/hoặc công suất phản kháng với hệ thống xoay chiều Khi sự chuyển đổi bao hàm chỉ công suất phản kháng, chúng sẽ được cấp với một nguồn nhỏ nhất về phía DC Tuy nhiên, nếu điện áp và dòng điện xoay chiều phát ra lệch với dòng điện và điện áp đường dây góc 90 thì nguồn của °

bộ chuyển đổi DC có thể tăng lên cho hoạt động chuyển đổi như là một nguồn phát công suất phản kháng Điều này có thể thực hiện với mức độ chuyển đổi để phục vụ cho các nhu cầu nguồn ngắn hạn Thêm nữa, các nguồn khác như là nguồn ắc qui, nam châm siêu dẫn, hoặc bất kỳ nguồn năng lượng nào khác có thể được mắc song song thêm vào qua một giao diện điện tử để bổ sung nguồn một chiều của bộ chuyển đổi Bất cứ một bộ điều khiển theo nguyên lý chuyển đổi dọc, ngang hoặc tổ hợp ngang dọc có thể là nguồn cấp giống như các nguồn bằng tụ điện, các ắc qui –

và các nam châm siêu dẫn mà nó mở rộng ra một hướng mới của công nghệ FACTS

Lợi ích của hệ thống các nguồn thêm vào bộ điều khiển (như các tụ điện một chiều lớn, các ắc qui tích điện hoặc các nam châm siêu dẫn) là đáng kể Một bộ điều khiển cùng với các nguồn sẽ có hiệu quả điều khiển hệ thống lớn hơn so với bộ điều khiển độc lập mà không có nguồn Điều đó phải được thực hiện với việc bơm tức thời công suất tác dụng vào trong hoặc ra ngoài hệ thống để chống lại ảnh hưởng của sự truyền tải công suất tác dụng bên trong hệ thống trong trường hợp các bộ điều khiển thiếu nguồn Cũng vì vậy, cần phải xem xét lại về vai trò của các nguồn, đặc biệt là khả năng có thể phát hoặc nhận với số lượng lớn công suất tác dụng trong thời gian ngắn

Một bộ điều khiển dựa trên bộ chuyển đổi cũng có thể được thiết kế gọi là điều khiển xung cao hoặc với xung điều biến rộng để giảm thấp sự phát sóng điều hoà tới mức độ rất thấp Thực tế, một bộ chuyển đổi có thể được thiết kế để phát ra dạng sóng chuẩn để hoạt động như một bộ lọc phản kháng Nó có thể được điều khiển và hoạt động bằng cách cân bằng điện áp không cân bằng, bao hàm truyền tải năng lượng giữa các pha

2.4.2 Thiết bị bù công suất phản kháng kiểu tĩnh

(Static VAR compensatorhay SVC)

SVC là thiết bù ngang dùng tiêu bị để thụ công suất phản kháng có thể điều chỉnh

bằng cách tăng hay gi m góc ả mở ủ c a thyristor, đượ tổ hợp từc hai thành phần cơbản:

- Thành phần ả c m kháng tác để động về mặt công suất phản kháng (có thể pháthay tiêu thụ công suất phản kháng tu th ỳ eo chế độ ậ v n hành)

- Thành phần điều khiể bao gồn m các hiết bị điện tử như t thyristor hoặc triắc có

c c ự điều khiển, hệ thống điều khi n góc mể ở dùng các bộ vi điều khiển như

8051, PIC 16f877, VAR

SVC được c u ấ tạo:

 Thyristor Controlled Reactor (TCR): Cuộn kháng được điều khiển bằng thyristor Nó được mắc nối tiếp với 2 van thyristor lắp ngược chiều nhau Mỗi bộ thyristor điều khiển một pha Điện kháng đẳng trị là một giá trị liên tục

 Thyristor Switched Reactor (TSR): Cuộn kháng được đóng cắt bằng thyristor Thiết bị có cấu tạo tương tự như TCR nhưng thyristor chỉ có hai trạng thái đóng hoặc mở hoàn toàn Điện kháng đẳng trị là một giá trị nhảy cấp

 Thyristor Switched Capacitor (TSC): Tụ điện được đóng cắt bằng thyristor Do đó, điện dung đẳng trị là một giá trị nhảy cấp

 Mechanically Switched Capacitor (MSC): Tụ điện được đóng cắt bằng máy cắt Thiết bị chỉ được dùng để bù công suất phản kháng, và chỉ được đóng mở vài lần trong ngày khi hệ thống thiếu công suất phản kháng hoặc tụt áp nhiều trên đường dây

Hình 2-4: Cấu tạo SVC

Sử dụng SVC cho phép nâng cao khả năng ả của đường d y một ách đáng kể t i â c mà không c dùng ần đến nh ng phữ ương tiện điều khiển đặc biệt và ph c ứ tạp trong vậnhành Các chức n ng chính c a ă ủ SVC bao g m: ồ

 Điều khi n ể điện áp nút tại có đặt SVC có thể cố định giá trị điện áp.

 Điều khi n tr l u công ể ào ư suất hản p kháng t i nút ạ được bù

 Giới h n ạ thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố (m t i, ất ả ngắn

m cạ h ) trong thhệ ống điện

 Tăng cường tính ổn định của hệ hống đ ện t i

 Giảm dao sự động công suất khi x y ra trong ả sự cố hệ thống điện như ngắn

m ch, m t ạ ất ải đột gột n

Ngoài ra, SVC còn c có ác chứ năng phục mang lại hiệu quả khá cho qutốt á trình vận hành t ng hệ hố điện như:

 Làm gi m nguy c s t trong n ả ơ ụ áp ổ định tĩnh

 Tăng cường khả năng truy ền tải ủa đường c dây

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

Hình 2-5: Đặc tính U I của a) SVC; b) STATCOM

-2.5 NHẬN XÉT

 Các thiết ị b bù dọc và ngang trên đường dây tải điện xoay chi u ề đều có

nh ng ữ đặc điểm chung là k ng nâng cao tin c y trong hả nă độ ậ vận hành hệ

th nố g điện Tuy nhiên, gi a c ữ ác thiết bị vẫn có sự kh ác biệt ỳ tu theo yêu c u ầtrong t ng ừ hệ thống điện cụ thể, hế độ vận c hành cụ thể mà ta có thể ự chọ l a n các thiết bị ợ lý h p

 Trong th c v hành, tu theo yêu ự tế ận ỳ cầu đ ều chỉnh điện i áp, tr l u công ào ưsuất, nâng caoổn đị nh hay g m dao iả động công suất trên đường dây mà ta

l a ự chọn các thiết bị hợp lý d a trên kh ng ự ả nă của chúng

Ta có (bảng 2-2) so sánh các ch c ứ năng của ừ t ng thiết bị bù có điề u khiển bằng thyristor như sau:

Bảng 2-2: so sá các ch c nh ứ năng của ừng thiết bị bù có điề khiển t u

Tên thiết bị

Điều chỉnh t rào

l u ư công

Điều chỉnh điện

áp

Ổn định tĩnh

Ổn địnhđộng

Chống dao động công suất

 Việc ắ đặt l p các thiế bịt bù dọc và bù ngang điều khiển nh thyristor là xu ờ

hướng rất được quan tâm trên thế giới vì nh chúng mà ờ độ tin c y và tính ậkinh tế trong vận hành HT Đ được tăng lên r t ấ nhiều

 Các thiết bị bù dọc và bù ngang sử dụng thyristor có khả năng đ ều chỉnh i gần như ứ thời t c thông số của chúng Việc ứng dụng các thiết bị nói tr êntrong HTĐ làm nâng cao khả năng giữ ổn đị nh điện áp và gi m dao ả độngcông suất, đặc ệt à đối với các HTĐ ợp hất có bi l h n truy n ề tải bằng c ácđường dây siêu cao áp

 Các thi t bù i u ế bị có đ ề khiển thyristor chỉ đe m hi u lại ệ quả ất cao r khi thời điểm tác động và giá t dung lrị ượng bù là hợp lý cho t ng ừ chế độ vận hà nh

c ủa hệ thống điện rước sự ố, sự và (t c cố phục hồi) Đ ây là m vột iệc rất qu antrọng khi vận hành HTĐ có các thi bù ết bị dọc và ngang có điều khiểnthyristor

 Với điều kiện địa lý nh Việt Nam, ư ở đường dây truyền 500 kV tải rất dài, các nguồn phát xa trung tâm ở phụ tải thì khả năng ứ ng dụng thiết ị b SVC

sẽ mang lại hiệu quả trong vận hành và tăng ổn định chất lượng điện năng của HTĐ Việt Nam

Chương 3U: BÀI TOÁN BÙ CSPK TRONG HTĐ

3.1 Giới thiệu bài toán bù CSPK:

Vì lý do kinh tế, CSPK được phát từ các nhà máy điện chỉ có thể đảm đương một phần yêu cầu CSPK của phụ tải, nhưng đây là phần quan trọng có thể đáp ứng tức thời các biến đổi nhanh chóng nhu cầu CSPK của phụ tải trong chế độ làm việc bình thường cũng như sự cố Phần CSPK còn lại phải dùng đến các thiết bị bù để cung cấp cho phụ tải

Bù CSPK để phục vụ điều chỉnh điện áp, do vậy điện áp trong các chế độ vận hành chính là tiêu chuẩn kỹ thuật chủ yếu để chọn công suất bù, vị trí và quy luật điều khiển bù Điều chỉnh điện áp trong vận hành là thao tác điều khiển các thiết bị bù cùng với các điều chỉnh kích từ ở máy phát, điều chỉnh đầu phân áp các máy biến áp có điều áp dưới tải

Phương thức điều chỉnh điện áp lựa chọn ảnh hưởng nhiều đến bài toán bù, nó quyết định mục tiêu cũng như các thức đặt bù Ngược lại, cách thức bù ảnh hưởng lớn đến chất lượng điều chỉnh điện áp, do đó hai bài toán này có liên quan chặt chẽ với nhau

Bài toán bù CSPK trong HTĐ là bài toán cần xác định vị trí bù, công suất bù, luật điều chỉnh bù sao cho điện áp tại mọi nút trong hệ thống nằm trong phạm vi cho phép trong mọi chế độ vận hành bình thường và sự cố.[2, tr.60-61]

- Hàm mục tiêu của bài toán: Chi phí phục vụ bù là nhỏ nhất, trong đó có tính đến giảm tổn thất điện năng trên lưới điện

 Điện áp mọi nút lớn nhất trong giới hạn cho phép

 Điều kiện ổn định tĩnh và ổn định điện áp hệ thống được đảm bảo cao nhất trong mọi chế độ vận hành bình thường và sự cố

- Các biến điều khiển:

 Điện áp máy phát

 Vị trí đầu phân áp của máy biến áp điều áp dưới tải

 Nguồn công suất bù đã có và điều khiển được

 Nguồn CSPK đưa thêm vào

Trong số các biến điều khiển này, ba biến đầu là có sẵn, riêng biến thứ 3 được xác định trong bài toán bù

- Các hạn chế:

 Hạn chế trên và dưới công suất bù ở các nút

 Hạn chế trên và dưới điện áp các nút

 Hạn chế về khả năng điều áp dưới tải của máy biến áp

 Hạn chế mức bù CSPK từng vùng điều chỉnh điện áp của HTĐ

Bài toán xác định công suất bù rất phức tạp, phải lập mô hình và giải bài toán cho từng chế độ vận hành một, sau đó tổng hợp lại sẽ được đồng thời vị trí bù, công suất

bù tối ưu và luật điều chỉnh bù

Tối ưu hóa CSPK là quá trình cải thiện chất lượng điện áp, cực tiểu hóa tổn thất công suất tác dụng, và tìm vị trí bù tối ưu dưới các điều kiện vận hành khác nhau của hệ thống

Điều này có thể thực hiện thông qua việc điều chỉnh kích từ máy phát điện, điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp điều áp dưới tải, đặt các tụ bù và nhất là sử dụng SVC

Tuy vậy, do HTĐ là rất lớn và liên tục phát triển, cũng như các vấn đề khó khăn trong việc sản xuất, cung ứng điện năng; việc có thể đáp ứng các tiêu chuẩn điện áp dưới bất kì thời điểm nào thực sự là một vấn đề không hề đơn giản

Trong những thập kỷ gần đây, người ta đã tiến hành phát triển những nghiên cứu xung quanh vấn đề tối ưu hóa CSPK

31T

Phần lớn các phương pháp cơ bản sử dụng trong nghiên cứu bài toán tối ưu hóa CSPK được dựa trên bài toán quy hoạch tuyến tính và quy hoạch phi tuyến Trong một số bài toán đơn giản có thể sử dụng bài toán cực tiểu địa phương

31T

Gần đây, các phương pháp mới được nghiên cứu như các thuật toán di truyền 31T

(GeneticGAs), và chương trình phát triển (Evolutionary Prongramming: EP)

31T

EP và GAs là hai phương pháp tốt trong nghiên cứu tối ưu toàn cục Tuy nhiên, thời gian tính toán lâu khi sử dụng EP và GAs chính là nhược điểm làm hạn chế ứng