Việc tăng hoặc giảm điện kháng của đường dây có hiệu quả lớn đối với việc điều khiển dòng công suất tác dụng.. ữ ớ Trang 7 • Bơm nguồn điện áp dọ ườc đ ng dây và cùng góc lệch với véc t
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐINH PHẠM TÀI LINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐINH PHẠM TÀI LINH NGÀNH : MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN DỊNG CƠNG SUẤT TRONG LƯỚI ĐIỆN NGÀNH : MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN 2007-2009 HÀ NỘI 2010 HÀ NỘI – 2010 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131838371000000 Luận văn Cao học CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU LINH HOẠT (FACTS) 1.1 Giới thiệu chung: Sự phát triển nhanh chóng nhu cầu sử dụng điện, với nhu cầu giảm chi phí lượng dẫn đến việc xây dựng phát triển nguồn phát xa trung tâm phụ tải lớn Do cần thiết phải xây dựng hệ thống truyền tải điện để đưa điện từ nguồn phát đến trung tâm phụ tải Hơn nữa, để tăng cường độ tin cậy hệ thống, đường dây truyền tải cần có độ dự trữ cao, liên kết hệ thống điện miền, khu vực với Khả tải hệ thống truyền tải phụ thuộc vào yếu tố sau: - Giới hạn nhiệt - Giới hạn cách điện - Giới hạn ổn định Các giới hạn xác định công suất tối đa truyền tải mà không gây nguy hiểm đến đường dây truyền tải, thiết bị điện hệ thống điện Xây dựng thêm tuyến đường dây nâng cao khả truyền tải Tuy nhiên điều dẫn đến tốn vốn xây dựng, thời gian thi công quỹ đất cho hành lang an tồn tuyến đường dây Vì hệ thống điện phát triển nhanh địi hỏi cơng nghệ để khai thác triệt để khả hệ thống điện có Để đáp ứng nhu cầu này, nghiên cứu thiết bị điều chỉnh linh hoạt hệ thống truyền tải điện xoay chiều FACTS (Flexible AC Transmission Systems) tiến hành vào cuối năm 1980 nhằm giải vấn đề nâng cao khả truyền tải hệ thống truyền tải giữ công suất khoảng giới hạn định trước Với phát triển vượt bậc lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt kỹ thuật điện tử công suất thyristor công suất lớn tạo điều chỉnh cho phép điều khiển bù công suất phản kháng gần tức thời, ngăn cản dao động để ổn định điện áp cách nhanh chóng Cơng Đinh Phạm Tài Linh – Lớp CH ngành Mạng Hệ thống điện 2007-2009 Luận văn Cao học nghệ FACTS có đủ khả điều khiển nhanh cách linh hoạt công suất tác dụng phản kháng hệ thống điện Các thiết bị FACTS khác có thơng số điều khiển khác có mơ hình vật lý khác để điều khiển công suất Để điều khiển công suất cách có hiệu hệ thống điện, cần xem xét đến yếu tố giới hạn khả truyền tải xác định rõ lợi ích đạt áp dụng thiết bị điều khiển FACTS 1.2 Mối quan hệ thông số điều khiển đường dây truyền tải Để xem xét đến thay đổi thông số chế độ HTĐ liên quan đến thông số điều khiển thiết bị FACTS, ta xem xét ví dụ đường dây truyền tải đơn giản hình 1.1 Hình 1.1: Điều khiển dịng cơng suất đường dây truyền tải Đinh Phạm Tài Linh – Lớp CH ngành Mạng Hệ thống điện 2007-2009 Luận văn Cao học a Hệ thống máy đơn giản b Đồ thị vector dòng điện vng góc với điện áp đường dây c Đồ thị vector dịng cơng suất tác dụng phản kháng d Đường cong cơng suất P với góc lệch δ trường hợp X khác e Điều chỉnh biên độ điện áp làm thay đổi công suất phản kháng f Điện áp bơm vào vng góc với dịng điện đường dây làm thay đổi công suất tác dụng g Nguồn điện áp bơm vào dọc đường dây Nút trạm biến áp lớn nối với nguồn, để đơn giản giả thiết nút có cơng suất vơ lớn Hai nút nối với thông qua đường dây truyền tải có điện kháng X (bỏ qua điện trở dung dẫn đường dây) E E2 biên độ điện áp nút tương ứng góc lệch δ E L véc tơ điện áp giáng điện kháng X đường dây Biên độ dòng điện đường dây nhận theo công thức I = EL lệch với E L X góc 90 Dịng điện chạy đường dây điều khiển việc điều khiển E L X δ Nếu góc lệch điện áp hai nút nhỏ, dịng điện gần đặc trưng cho dịng cơng suất tác dụng Việc tăng giảm điện kháng đường dây có hiệu lớn việc điều khiển dịng cơng suất tác dụng Bởi xét chi phí điều khiển điện kháng, mà thực chất điều khiển dịng điện cách điều khiển dịng cơng suất hiệu Có thể sử dụng cuộn kháng có điều khiển để điều khiển cơng suất truyền tải và/ điều khiển góc lệch để nâng cao tính ổn định hệ thống Hình 1.1b 1.1c mối quan hệ theo đồ thị véc tơ dòng điện tác dụng phản kháng với mối liên hệ với điện áp hai điểm nút Giả thiết rằng, E E cường độ điện trường bên nguồn quy đổi mô tả hệ thống điện kháng X bao gồm điện kháng bên nguồn Khi ta có: Đinh Phạm Tài Linh – Lớp CH ngành Mạng Hệ thống điện 2007-2009 Luận văn Cao học Thành phần tác dụng dòng điện nút là: Ip1 = (E2 sin δ)/X Thành phần phản kháng dòng điện nút là: Iq1 = (E1 - E2cosδ)/X Bởi công suất tác dụng đầu nút là: P = E (E 2sin δ)/X Công suất phản kháng đầu nút là: Q1 = E (E1 - E 2cosδ)/X (1.1) Tương tự thành phần tác dụng dòng điện nút là: Ip2 = (E1 sin δ)/X Thành phần phản kháng dòng điện nút là: Iq2 = (E2 - E1cosδ)/X Bởi công suất tác dụng đầu nút là: P = E (E 1sin δ)/X Công suất phản kháng đầu nút là: Q2 = E (E2 - E 1cosδ)/X (1.2) P1 P2 P= E 1E 2sinδ/X (1.3) Vì giả thiết khơng có tổn thất công suất tác dụng đường dây nên X thay đổi làm cho P, Q1 Q2 thay đổi theo (1.1), (1.2), (1.3) Hình 1.1d cho thấy công suất tác dụng tăng tới cực đại góc δ tăng tới 900 Sau cơng suất giảm tương ứng với góc δ tăng cơng suất giảm đến δ = 1800 Nếu không điều khiển với tốc độ cao thông số E 1, E , E 1-E , X δ, đường dây truyền tải sử dụng tốt với góc 900 Việc tăng giảm X làm tăng giảm độ cao đặc tính cơng suất tác dụng theo góc lệch δ Đối với dịng cơng suất truyền tải, thay đổi X tương ứng với thay đổi góc lệch điện áp hai điểm đầu cuối đường dây truyền tải Đinh Phạm Tài Linh – Lớp CH ngành Mạng Hệ thống điện 2007-2009 Luận văn Cao học Cơng suất (dịng điện) điều khiển việc điều chỉnh điện áp E E2 hình 1.1e Tuy nhiên với thay đổi E hiệu điện áp E -E2 khơng thay đổi nhiều cịn góc pha thay đổi đáng kể Điều có nghĩa rằng, việc thay đổi điện áp E E có ảnh hưởng nhiều đến cơng suất phản kháng cơng suất tác dụng Dịng điện cơng suất thay đổi nguồn điện áp dọc đường dây Như hình 1.1f véc tơ điện áp bơm vào vng góc với dịng điện (mà gần trùng với véc tơ hiệu điện áp), trực tiếp ảnh hưởng đến giá trị hiệu dụng véc tơ dịng điện Với góc lệch điện áp nhỏ, ảnh hưởng lớn tới cơng suất tác dụng Điện áp dọc bơm vào véc tơ trùng biên độ góc pha với điện áp đường dây (hình 1.1g) Ta thấy với thay đổi biên độ góc pha nguồn điện áp nối tiếp thành phần tác dụng phản kháng dòng điện bị ảnh hưởng Phương pháp sử dụng nguồn áp có ứng dụng quan trọng thiết bị điều khiển FACTS Với phân tích hình 1.1 ta thấy vài điểm thông số liên quan đến khả điều khiển dịng cơng suất: • Có thể điều khiển điện kháng đường dây X (ví dụ dùng tụ bù dọc có điều khiển thyristor) để điều khiển dòng điện cách hiệu • Khi góc lệch điện áp hai nút không lớn (thông thường đường dây truyền tải) việc điều khiển điện kháng X dùng để điều khiển dịng cơng suất tác dụng truyền tải đường dây • Điều khiển góc lệch điện áp δ (ví dụ thiết bị điều chỉnh góc pha) cơng cụ hữu ích để điều khiển dịng điện dịng cơng suất tác dụng trường hợp góc lệch điện áp hai nút khơng lớn • Bơm nguồn điện áp dọc đường dây vng góc với véc tơ dịng điện làm tăng giảm biên độ dịng điện Đây phương pháp hữu ích việc điều khiển dịng điện đường dây cơng suất tác dụng góc lệch điện áp khơng lớn Đinh Phạm Tài Linh – Lớp CH ngành Mạng Hệ thống điện 2007-2009 Luận văn Cao học • Bơm nguồn điện áp dọc đường dây góc lệch với véc tơ điện áp nút điều khiển biên độ góc véc tơ dịng điện chạy đường dây Điều cho thấy việc bơm véc tơ điện áp với góc lệch thay đổi đưa phương pháp hữu ích để điều khiển xác cơng suất tác dụng phản kháng Điều yêu cầu nguồn bơm cơng suất tác dụng phản kháng • Khi góc lệch điện áp khơng lớn, điều khiển biên độ điện áp nút (ví dụ thiết bị điều chỉnh điện áp điều khiển thyristor) phương pháp hiệu kinh tế việc điều khiển dịng cơng suất phản kháng qua đường dây truyền tải • Tổ hợp điều chỉnh điện kháng đường dây với thiết bị điều khiển dọc điều chỉnh điện áp với thiết bị điều chỉnh ngang đưa phương pháp hiệu để điều khiển dịng cơng suất tác dụng phản kháng truyền tải hai hệ thống Các kết luận quan trọng nêu sở việc nghiên cứu chế tạo loại thiết bị điều khiển FACTS khác Mức độ ảnh hưởng thông số điều khiển đến công suất truyền tải HTĐ khác Nhìn nhận đánh giá mối liên hệ chúng cho ta thấy rõ tác dụng thiết bị điều khiển ứng dụng chúng việc nâng cao khả truyền tải công suất HTĐ 1.3 Các thiết bị điều khiển FACTS bản: Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS (Flexible AC Transmission Systems) hệ thống truyền tải dòng điện xoay chiều kết hợp với thiết bị điện tử công suất thiết bị điều khiển tĩnh khác để tăng cường khả điều khiển tăng khả truyền tải cơng suất Nói chung, thiết bị điều khiển FACTS chia làm loại sau: - Thiết bị điều khiển dọc (nối tiếp) - Thiết bị điều khiển ngang (song song) - Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp-nối tiếp - Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp-song song Đinh Phạm Tài Linh – Lớp CH ngành Mạng Hệ thống điện 2007-2009 Luận văn Cao học 1.3.1 Thiết bị điều khiển nối tiếp (hình 1.2): Thiết bị điều khiển nối tiếp điện kháng thay đổi giá trị tụ điện, kháng điện, nguồn thay đổi dựa thiết bị điện tử công suất Về nguyên lý, tất thiết bị điều khiển nối tiếp đưa vào điện áp nối tiếp với đường dây Với điều kiện điện áp vng pha với dịng điện, thiết bị điều khiển nối tiếp cung cấp tiêu thụ công suất phản kháng Bất kỳ mối quan hệ pha khác liên quan đến điều chỉnh cơng suất tác dụng Hình 1.2: Bộ điều khiển nối tiếp 1.3.2 Thiết bị điều khiển song song (hình 1.3): Giống trường hợp thiết bị điều khiển dọc, thiết bị điều khiển song song điện kháng, nguồn thay đổi giá trị kết hợp thiết bị Về nguyên lý, tất thiết bị điều khiển song song đưa thêm vào đường dây nguồn dòng điểm mà nối vào Giống thiết bị điều khiển nối tiếp, với điều kiện dịng điện vng pha với điện áp pha, thiết bị điều khiển song song cung cấp tiêu thụ công suất phản kháng Bất kỳ mối quan hệ pha khác liên quan đến điều chỉnh cơng suất tác dụng Hình 1.3: Bộ điều khiển song song Đinh Phạm Tài Linh – Lớp CH ngành Mạng Hệ thống điện 2007-2009 Luận văn Cao học 1.3.3 Các thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp- nối tiếp (hình 1.4): Có thể kết hợp điều khiển nối tiếp riêng lẻ, điều khiển phối hợp hệ thống nhiều đường dây truyền tải Hoặc điều khiển khối, điều khiển nối tiếp bù công suất phản kháng nối tiếp độc lập cho đường dây truyền công suất tác dụng đường dây qua đường truyền công suất Khả truyền công suất tác dụng điều khiển nối tiếp-nối tiếp khối, làm cho có khả cân cơng suất phản kháng lẫn tác dụng chạy đường dây cực đại hóa khả sử dụng đường dây Cụm từ “kết hợp” (unified) nghĩa đầu dc tất chuyển đổi điều khiển nối với để truyền tải cơng suất tác dụng Hình 1.4: Bộ điều khiển kết hợp nối tiếp – nối tiếp 1.3.4 Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp- song song (hình 1.5): Là kết hợp điều khiển nối tiếp song song, điều khiển theo cách thức phối hợp Về nguyên lý, điều khiển kết hợp nối tiếp song song đưa dòng điện vào hệ thống nhờ phần tử song song điều khiển, nhiên điều khiển nối tiếp song song kết hợp, có trao đổi công suất tác dụng điều khiển nối tiếp song song thơng qua đường dẫn cơng suất Hình 1.5: Bộ điều khiển kết hợp nối tiếp- song song Đinh Phạm Tài Linh – Lớp CH ngành Mạng Hệ thống điện 2007-2009 Luận văn Cao học 1.4 Các lợi ích ứng dụng thiết bị điều khiển FACTS: Mỗi loại thiết bị FACTS có chức mang lại hiệu khác nhau, lợi ích mà thiết bị bù có điều khiển mang lại sau: - Điều khiển dòng công suất theo yêu cầu - Tăng khả tải đường dây tới khả chịu nhiệt nó, kể ngắn hạn theo mùa Điều thực cách vượt qua giới hạn khác, phân chia công suất đường dây theo khả tải chúng Cũng cần ý khả chịu nhiệt đường dây thay đổi khoảng rộng tùy thuộc vào điều kiện môi trường lịch sử mang tải - Nâng cao độ an toàn hệ thống nhờ việc tăng giới hạn ổn định độ, hạn chế dòng ngắn mạch tải, giảm bớt số lần điện cản dao động điện hệ thống điện thiết bị, động - Tạo mối quan hệ chặt chẽ công ty vùng lân cận giảm yêu cầu ngược phát điện tổng cho phía - Tạo khả linh hoạt cho việc đặt thêm nhà máy - Nâng cấp đường dây - Giảm dịng cơng suất phản kháng, cho phép đường dây mang công suất tác dụng lớn - Tăng khả sử dụng cho nhà máy có chi phí phát thấp Các lợi ích có xếp chồng lên Trong thực tế, loại thiết bị FACTS mang chức Các thiết bị bù dọc ngang đường dây tải điện xoay chiều có đặc điểm chung nâng cao độ tin cậy vận hành HTĐ Tuy nhiên loại có khác biệt Tùy theo yêu cầu hệ thống điện cụ thể yêu cầu điều chỉnh điện áp, trào lưu công suất, nâng cao ổn định hay giảm dao động công suất đường dây, tùy vào chế độ vận hành mà ta lựa chọn thiết bị cách hợp lý Sau bảng tổng kết so sánh chức số thiết bị FACTS Đinh Phạm Tài Linh – Lớp CH ngành Mạng Hệ thống điện 2007-2009