Báo cáo: Các biện pháp nâng cao khả năng truyền tải điện năng pdf

1 NDT FLEXIBLE AC TRANSMISSION SYSTEM (FACTS) TS. NGUYỄN Đăng Toản HTĐ-EPU Các biện pháp nâng cao khả năng truyền tải điện năng 2 NDT 4.1 Khái niệm chung • Ngành CN điện đang trải qua những thay đổi sâu sắc trên bình diện thế giới – Áp lực thị trường, sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, mối lo về ảnh hưởng môi trường sinh thái, và sự tăng quá nhanh của nhu cầu phụ tải là những yếu tố chính cho sự thay đổi đó • Để đáp ứng nhu cầu thực tế đó, các chương trình mở rộng htđ đang được tiến hành tuy nhiên có nhiều lý do: – Môi trường, đất sử dụng cho các công trình, – Áp lực về pháp lý, sự huy động vốn với các nước đang phát triển – Những yếu tố này đã ngăn cản việc xây mới các đường dây tải điện mới • Những nghiên cứu và phân tích sâu về vấn đề làm tăng lên khả năng mang tải của các đường dây hiện tại với những yêu cầu vê độ tin cậy và ổn định đã chỉ ra rằng, các thiết bị điện tử công suất cao áp có một tiềm năng và vai trò rất to lớn 3 NDT 4.1 Khái niệm chung • Thiết bị điện tử công suất kỹ thuật mới là sự lựa chọn thay thế cho những giải pháp truyền thống (dựa trên công nghệ điện-cơ với thời gian đáp ứng chậm và chi phí vận hành cao) • Dòng công suất chạy trong ht được coi như là một hàm số của tổng trở đường dây. Một đường dây với tổng trở thấp hơn sẽ cho phép truyền tải lượng công suất lớn hơn. Điều này không phải lúc nào cũng được mong muốn vì nó đối mặt với các vấn đề về điều khiển HTĐ • Ví dụ những người vận hành thường phải can thiệp để nhận được các chiều công suất khác nhau, nhưng lại ít khi thành công. Có thể dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng như: mất ổn định, dòng công suất chạy không theo mong muốn, tăng tổn thất, vi phạm các giới hạn về điện áp, thậm chí còn dẫn đến tan rã hệ thống 4 NDT 4.1 Khái niệm chung • Về dài hạn, những vấn đề đó thông thường được giải quyết bằng cách xây dựng những nhà máy điện và đường dây mới: – Giải pháp tốn kém (vốn đầu tư, khả năng huy động vốn, vấn đề môi trường ) – Mất nhiều thời gian xây dựng (giải phóng mặt bằng, thời gian xây dựng lâu) • Một lựa chọn khác là nâng cấp các đường dây truyền tải hiện tại bằng các thiết bị điện tử công suất dùng cho hệ thống điện cao áp – Các thiết bị hiện đại công suất lớn – Những công nghệ mới. • Hay dùng thuật ngữ: Flexible AC Transmission Systems-FACTS 5 NDT 4.1.1 Các van điện tử công suất có điều khiển • Các thiết bị điện tử công suất cơ bản – Diode: – Thyristor thường: – Thyristor đóng cổng (GTO (Gate Turn Off): – Transistor lưỡng cực với cổng cách điện (IGBT=Insulated Gate Bipolar Transistor) 6 NDT 4.1.1 Các van điện tử công suất có điều khiển • Diot là thiết bị bán dẫn đơn giản nhất của họ thiết bị bán dẫn, bao gồm một lớp tiếp giáp hai vật liệu bán dẫn p-n • Diot cho phép dòng điện chạy qua từ cực anode đến cathode khi có một điện áp giữa hai cực • Diot khóa dòng điện khi có một điện áp ngược giữa hai cực • Diot là một thiết bị không điều khiển, khả năng đóng mở hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài của mạch • Đặc tính lý tưởng và thực tế được vẽ ở hình bên • Hoạt động chủ yếu như một công tắc 7 NDT 4.1.1 Các van điện tử công suất có điều khiển • Thyristor là một thiết bị bán dẫn gốm 4 lớp (p-n-p-n) và có ba mặt tiếp giáp. Và do đó có 3 điện cực là Anode, Cathode và Gate ( cổng điều khiển) • Khi có một điện áp ngược giữa Anode và Cathode thì không có dòng điện chạy qua cực cổng, và thyristor hoạt động như một diot thông thường • Không giống như diode, khi một điện áp dương nối giữa 2 cực, thì thyristor không dẫn điện ngay. Nó cần một điện áp đủ lớn để thay đổi trạng thái mở cổng. • Thyristor được coi là một thiết bị bán dẫn bán điều khiển 8 NDT 4.1.1 Các van điện tử công suất có điều khiển • Các thiết bị biến đổi công suất ứng dụng vào HTĐ đang nhắm tới việc dùng công nghệ IGBT vì những lợi ích như tăng công suất của bộ, giảm đáng kể tổn thất • Người ta đang hi vọng những tiến bộ hơn nữa về công nghệ và ứng dụng của IGBT và GTO • Trong các bộ biến đổi DC-AC mà dùng thiết bị bán dẫn có điều khiển, Các tín hiệu điều khiển một chiều có thể là một nguồn áp (thông thường là một tụ điện),hoặc một nguồn dòng (thông thường là một nguồn áp nối tiếp với một điện cảm) • Vì vậy, các bộ biến đổi có thể được phân loại thành hai loại: bộ nguồn áp (VSC) và bộ nguồn dòng (CSC). • Vì những lý do kinh tế và kỹ thuật, phần lớn các thiết bị điều khiển công suất phản kháng đều dựa trên công nghệ VSC • Sự sẵn có của các chất bán dẫn hiện đại cùng với giá trị định mức cao về dòng và áp như là GTO hoặc IGBT đã làm cho khái niệm về bù công suất phản kháng dựa trên các bộ đóng cắt trở nên thực tế 9 NDT 4.1.1 Các van điện tử công suất có điều khiển • Các thiết bị điều khiển HTĐ hiện đại dựa trên các bộ biến đổi điện tử công suất cho phép tạo ra công suất phản kháng với ít các phần tử chứa năng lượng phản kháng, ví dụ như hệ thống SVC • Các thiết bị bán dẫn ứng dụng trong các thế hệ thiết bị biến đổi điện tử công suất là các loại điều khiển hoàn toàn như IGBT và GTO. • Thiết bị GTO là một phiên bản hiện đại hơn của các thyristor thông thường với, với một thiết bị mở van đặc tính nhưng có khả năng đóng van cùng tại một thời điểm khác khi mà dòng điện giảm xuông dưới một giá trị ngưỡng • Có nhiều những sự phát triển và thiết kế các thiết bị GTO, trong đó cần những xung âm lớn để mà đóng van. Hiện tại, tần số đóng mở lớn nhất có thể vào khoảng 1 kHz 10 NDT 4.1.1 Các van điện tử công suất có điều khiển • GTO cũng giống như thyristor thông thường nhưng nó có thể đóng van bằng một tín hiệu âm • Mạch gồm các lớp và sơ đồ tương đương, Đặc tính lý tưởng và không lý tưởng được vẽ ở hình bên • Thiết bị này đã được đưa ra thị trường từ cuối những năm 1980. Nó đã trải qua rất nhiều sự cải thiện và thay thế các thyristor thông thường trong HTĐ công suất lớn • Kỹ thuật điều khiển GTO dùng công nghệ điều khiên độ rộng xung (PWM) khác hẳn với kỹ thuật điều khiên góc pha của các thyristor thông thường [...]... lý do để chúng ta nâng cấp các đường dây hiện tại với các thiết bị FACTS nhằm nâng cao khả năng truyền tải điện năng NDT 23 4.3 Đặc tính của hệ thống truyền tải • Khả năng truyền tải của đường dây truyền tải bị giới hạn bởi các chế độ xác lập và chế độ động như sau: – Ổn định góc – Ổn định mô đun điện áp – Giới hạn nhiệt – Ổn định quá độ • Những giới hạn này xác định khả năng truyền tải lớn nhất của... trung vào các thiết bị điện tử công suất với điện áp và dòng điện cao để nhằm mục đích là tăng khả năng điều khiển dòng công suất ở htđ cao áp trong cả điều kiện xác lập và quá độ Những thực tế về việc làm cho HTĐ có thể điều khiển điện tử đã bắt đầu thay đổi cách xây dựng và thiết kế các thiết bị của Nhà máy điện, cũng như là xây dựng các qui chế để mà qui hoạch và vận hành các đường dây truyền tải và... có đặc tải giống như giới hạn truyền tải tự nhiên, và có thể không bị giới hạn về truyền tải và giữ được điện áp là hằng số ở tất cả các mức tải khác nhau NDT 30 4.3.2 Kết luận về nguyên tắc bù ngang • • • • 1 Việc bù công suất phản kháng có thể giữ điện áp ở giữa đường dây không đổi với các giá trị góc pha thay đổi, do đó có tác dụng đến hai nửa đường dây và do đó nâng cao khả năng truyền tải công... 4.3.3 Kết luận về bù dọc trên đường dây truyền tải • • • • • 1 Việc bù dọc Q làm giảm ảnh hưởng của X đường dây do đó làm tăng khả năng truyền tải 2 Việc bù dọc là một cách hiệu quả nhất để tăng tính kinh tế của các đường dây truyền tải cao áp 3 Việc bù dọc là một kỹ thuật hiệu quả để làm cân bằng công suất chạy trên các đường dây nhiều mạch 4 Trong chế độ xác lập, các bộ bù công suất phản kháng không... HVDC-Plus) NDT 22 4.2 Các định nghĩa về FACTS • Ngay từ những ngày đầu tiên, các công ty đã quan sát, thí nghiệm và chứng minh rằng, FACTS có những lợi ích sau: – – – – – – Điều khiển dòng công suất thứ tự thuận Điều khiển dòng công suất 3 pha Tối ưu hóa dòng công suất Giám quá độ điện cơ Giảm quá độ điện từ Nâng cao khả năng ổn đinh • Dao động công suất • Điện áp… • – Chât lượng điện năng – Đo lường và... hưởng đến sự thực hiện các giao dịch về năng lượng giữa các công ty, vì từ nay chúng ta có khả năng điều khiển nhanh dòng chảy của năng lượng NDT 19 4.2 Các định nghĩa về FACTS • • • • • Vì những lợi ích to lớn về kinh tế và kỹ thuật nên FACST đã nhận được rất nhiều quan tâm của các nhà sản xuất và các viện nghiên cứu trên thế giới Có hai loại ứng dụng chính của các thiết bị điện tử công suất: – Điều... lên tần số cao hơn, và các bộ lọc sóng hài cần ít hơn – Kỹ thuật PWM tập trung vào giàm tổn thất đóng mở, và được ưa chuộng hơn thậm chí là ở điện áp cao và hệ thống truyền tải công suất lớn Từ quan điểm ứng dụng thực tế, cả hai ký thuật đóng mở đều khá hoàn chính NDT 14 4.1.3 PWM • • • Đây là cách điều khiển tuyến tính điện áp với ma . TRANSMISSION SYSTEM (FACTS) TS. NGUYỄN Đăng Toản HTĐ-EPU Các biện pháp nâng cao khả năng truyền tải điện năng 2 NDT 4.1 Khái niệm chung • Ngành CN điện đang trải qua những thay đổi sâu sắc trên bình. -US) • FACTS chủ yếu tập trung vào các thiết bị điện tử công suất với điện áp và dòng điện cao để nhằm mục đích là tăng khả năng điều khiển dòng công suất ở htđ cao áp trong cả điều kiện xác lập. điều khiển điện tử đã bắt đầu thay đổi cách xây dựng và thiết kế các thiết bị của Nhà máy điện, cũng như là xây dựng các qui chế để mà qui hoạch và vận hành các đường dây truyền tải và hệ thống