luận văn quản trị chất lượng Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS

Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS LỜI NÓI ĐẦU Tụ bù tĩnh có dung lượng thay đổi hay còn gọi là SVC (Static VAR Compensator) là một thiết bị bù công suất phản kháng tác động nhanh trên lưới truyền tải điện áp cao. SVC là một thiết bị trong nhóm thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt. Nó được dùng để điều chỉnh điện áp và tăng khả năng ổn định của hệ thống điện. Yếu tố static cho thấy, SVC sử dụng các thiết bị không chuyển động hay rõ hơn là sử dụng các thiết bị điện tử công suất để điều chỉnh thông số thiết bị hơn là sử dụng máy cắt và dao cách ly. Trước khi phát minh ra SVC, người ta phải sử dụng các máy phát điện cỡ lớn hay tụ đồng bộ để bù công suất phản kháng. SVC là thiết bị tự động điều chỉnh điện kháng, được chế tạo để điều chỉnh điện áp tại các nút đặt SVC và điều chỉnh công suất phản kháng. Nếu hệ thống thừa công suất phản kháng hay điện áp tại nút cao hơn giá trị cho phép, SVC sẽ đóng vai trò là các kháng bù ngang. Khi đó, SVC sẽ tiêu thụ công suất phản kháng từ hệ thống và hạ thấp điện áp tại nút điều chỉnh. Vì vậy em đã chọn đề tài 05: “Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS” làm tiểu luận kết thúc môn học của mình. Do trình độ và khả năng còn hạn chế nên tiểu luận không tránh khỏi những thiếu xót. Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của Thầy cô cũng như của các bạn đồng nghiệp để tiểu luận được hoàn chỉnh hơn. Em xin trân thành cảm ơn! Học viên: Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 1 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS MỤC LỤC Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 2 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS DANH MỤC HÌNH VẼ Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 3 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS CHƯƠNG1 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SVC 1.1 Giới thiệu tổng quan: Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC - Static Var Compensator) SVC là thiết bị bù ngang dùng để 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 công suất phản kháng tuỳ theo chế độ vận hành). - Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như thyristor hoặc triắc có cực điều khiển, hệ thống điều khiển góc mở dùng các bộ vi điều khiển như 8051, PIC 16f877, VAR 1.2 Cấu tạo của SVC: 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. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của SVC như trên hình 1.1 Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 4 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS Hình 1.1: Cấu tạo và nguyên lý làm việc 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 hệ thống điện. - Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện. - Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện như ngắn mạch, mất tải đột ngột Ngoài ra, SVC còn có các chức năng phụ mang lại hiệu quả khá tốt cho quá trình vận hành hệ thống điện như: - Tăng dung lượng truyền tải - Nâng cao tính ổn định hệ thống truyền tải - Cải thiện tăng khả năng điều chỉnh trong hệ thống điện Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 5 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS 1.3 Nguyên lý hoạt động : 1.3.1 Nguyên lý hoạt động của bộ thyristor mắc song song ngược: Trường hợp tải thuần trở: Khi T1 mở thì một phần nửa chu kì dương điện áp nguồn điện đặt lên mạch tải, còn khi T2 mở thì một phần của nửa chu kì âm của điện áp nguồn được đặt lên mạch tải. Hình 1.2 sơ đồ nguyên lý bộ thyristor Góc mở α được tính từ điểm đi qua trị zêzo của điện áp nguồn. t 2U i sin R = θ Trong đó: 2 α ≤ θ ≤ π   π + α ≤ θ ≤ π  Dòng điện tải không có dạng của một hình sin. Ta phải khai triển Fuorier của nó gồm thành phần sóng cơ bản và các sóng hài bậc cao. Thành phần sóng cơ bản của dòng điện tải i(1) lệch chậm sau điện áp nguồn một góc φ được thể hiện trên đồ thị hình 1.3. Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 6 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS Hình 1.3: Đồ thị dòng điện tải Điều đó nói lên rằng, ngay cả trường hợp tải thuần trở, lưới điện xoay chiều vẫn cung cấp một lượng công suất phản kháng. Trị hiệu dụng của điện áp trên tải: ( ) 2 t 0 1 2 2 sin 2 U 2Usin .d U 2 π π + α + α = θ θ = π π ∫ Trị hiệu dụng của dòng điện tải: t U 2 2 sin 2 I R 2 π + α + α = π * Trường hợp tải thuần cảm: Khi θ = α xung cho điều khiển mở T 1 . Dòng điện tải tăng dần lên và đạt giá trị cực đại, sau đó giảm xuống và đạt giá trị zêzo khi θ = β. Khi thyristor T 1 mở, ta có phương trình: di L 2Usin t dt = ω Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 7 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS t 0 2U i cos I L = − θ + ω Hằng số tích phân I o được xác định theo sơ kiện: khi θ = β thì i t = 0. Cuối cùng nhận được biểu thức của dòng điện tải: t 2U i cos cos L = − θ + θ ω Góc β được xác định bằng cách thay θ = β và đặt i t = 0: β = 2π – α Khi θ = π + α cho xung mở T 2 Để cho sơ đồ làm việc được hoàn chỉnh khi tải thuần cảm, phải thỏa mãn điều kiện β ≤ π + α. Do đó góc α buộc phải nằm trong các giới hạn: t 2U ;Khi ,i cos 2 2 L π π ≤ α ≤ π α = = − θ ω Dòng điện tải là dòng gián đoạn, do i 1 và i 2 tạo nên. Khai triển Fourier của nó bao gồm thành phần sóng cơ bản i (1) và các sóng hài bậc cao. Thành phần sóng cơ bản lệch chậm sau điện áp nguồn một góc π/2 độc lập với góc mở α. Trị hiệu dụng của dòng điện tải: ( ) ( ) ( ) 2 2 - 2 t t 1 2U 1 I i d cos -cos d L 2 2 cos2 3sin 2 U I L π−α π α α α = θ = α θ θ π ω α π−α + α + α = ω π ∫ ∫ Công suất mạch tải tiêu thụ là công suất phản kháng. Nếu ta thay đổi đột ngột giá trị góc điều khiển từ α = 0 0 sang α = 180 0 thì tương ứng với trạng thái đóng hoặc mở mạch. 1.3.2 Kháng điều chỉnh bằng thyristor TCR (thyristor controlled reactor): * Sơ đồ nguyên lý hoạt động: Kháng điều chỉnh nhanh bằng thyristor (TCR) được cấu tạo dựa trên nguyên lý hoạt động và khả năng điều khiển của cặp thyristor mắc song song và ngược chiều Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 8 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS nhau. Nhờ có khả năng khống chế được trị số hiệu dụng của dòng điện đi qua thyristor liên tụcthông qua việc thay đổi góc mở α bằng thời điểm phát xung điều khiển vào cực G mà TCR có khả năng điều chỉnh phát hay tiêu thụ công suất phản kháng rất nhanh. Hình 1.4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCR Qua đó, ta thấy TCR thực chất là cuộn kháng được điều khiển bằng 2 thyristor nối ngược chiều nhau. Góc mở thay đổi liên tục từ 0 0 đến 180 0 thì TCR sẽ thay đổi liên tục giá trị điện kháng L nhờ các tín hiệu điều khiển. Khi góc mở α thay đổi từ 90 0 đến 180 0 thì dòng điện hiệu dụng qua TCR sẽ thay đổi giảm dần từ giá trị cực đại đến zêzo. Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của TCR được thể hiện trên hình 2.8. TCR được cấu tạo từ 4 phần tử chính sau: - L: cuộn điện kháng chính - L H : cuộn điện kháng hãm, có chức năng giới hạn dòng đi qua thyristor và chống lại sự cộng hưởng với hệ thống điện - Thyristor: có chức năng điều chỉnh dòng điện đi qua TCR - Hệ thống điều khiển: Có chức năng điều khiển tín hiệu xung đến cực điều khiển của thyristor hệ thống này là một khâu quan trọng để điều chỉnh liên tục dòng điện hay giá trị X L hay thay đổi trị số công suất phản kháng phát ra hay tiêu thụ. TCR có nhiều ưu điểm khi tham gia vào các thiết bị bù trong hệ thống điện: - Có khả năng làm cân bằng lại phụ tải, vì TCR có thể điều khiển độc lập Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 9 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS trên từng pha. - Khả năng điều khiển, điều chỉnh các thông số rất nhanh, hầu như khồn có giai đoạn quá độ nhờ bộ van thyristor. Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR thể hiện trên hình 2.9 Hình 1.5 Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR Đặc tính làm việc của TCR: TCR có khả năng điều khiển, điều chỉnh các thông số rất nhanh nhờ việc thay đổi góc cắt (góc mở) α bằng các tín hiệu xung điều khiển tác động vào bộ van thyristor. Việc thay đổi góc cắt này sẽ làm thay đổi giá trị dòng điện chạy qua TCR được thể hiện trên hình 2.10 sau: Hình 1.6 Ảnh hưởng của giá trị góc cắt đến dòng điện của TCR Dòng điện I chạy qua TCR thay đổi từ I dđ giảm đến 0 khi góc cắt thay đổi từ 90 0 đến 180 0 . Tin hiệu này không phải là tín hiệu hình sin mà là tín hiệu có dạng Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 10 [...]... mặt hiệu quả kinh tế Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 26 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Luận văn: Nghiên cứu các đặc tính điều chỉnh, điều khiển của SVC và hiệu quả ứng dụng trong sơ đồ hệ thống truyền tải điện siêu cao áp – tác giả Bùi Ngọc Quảng Luận văn: Cải thiện ổn đinh động hệ thống điện sử dụng SVC và UPFC – tác giả Lê Tuấn Hộ Luận văn: ... SVC tại điểm đấu SVC Và khi có thiết bị SVC có công suất đủ lớn được nối tại một điểm của đường dây sao cho điện kháng của hệ thống điện về 2 phía của SVC bằng nhau (hình vẽ 2.4) thì khả năng truyền tải công suất của hệ thống điện sẽ bằng : = 2 sin Họ và tên: Lê Thanh Sơn và điện áp U = E Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 16 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS Hình 2.1 Đặc tính công suất truyền tải của. .. của sử dụng SVC trong FACTS s=j2πfi Trong đó fi là tần số mô hình Cần nhấn mạnh rằng các momen đồng bộ hóa và hãm là các đóng góp kết hợp của các bộ điều khiển của tất cả các thiết bị động có mặt trong hệ thong, bao gồm các hệ thống kích hoạt máy phát Các đóng góp của máy bù kháng tĩnh điện được tách ra riêng biệt Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 25 Hiệu quả của sử dụng SVC trong. .. thyristor ứng dụng trong hệ thống điện Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 14 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS CHƯƠNG 2 TĂNG DUNG LƯỢNG TRUYỀN TẢI Sử dụng thiết bị bù có điều khiển cho phép biển đổi các đặc tính của đường dây, công suất tự nhiên của đường dây và có thể đạt được chế độ làm việc của đường dây, trong đó công suất truyền tải luôn luôn bằng công suất tự nhiên của đường dây... 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 15 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS công suất truyền tải lớn nhất của hệ thống mà vẫn đảm bảo được tính ổn định Pm đạt được với góc δ = 900 và có giá trị bằng: Pm = Đây chính là giới hạn ổn định của công suất truyền tải của hệ thống Với việc sử dụng các thiết bị SVC tại các điểm trên đường dây truyền tải sẽ có xu hướng làm tăng khả năng tải của đường dây truyền tải bởi... Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 20 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS 3.1 Nguyên lý của điều khiển hỗ trợ SVC Các SVC được sử dụng chủ yếu để điều khiển điện áp, chúng không góp phần vào hãm hệ thống Theo những phân tích dưới đây thì thấy rằng bằng cách sử dụng việc điểu khiển hỗ trợ một bộ bù điện kháng tĩnh cải thiện một cách đáng kể việc hãm điện năng của một hệ thống điện Xem xét một hệ thống... đường đặc tính (b) của hình 2.2 Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 18 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS Tuy nhiên, nêu thiết bị SVC không có giới hạn về công suất phát thì điện áp trên thanh cái của phụ tải có thể được giữ giá trị không đổi và được thể hiện trên đường đặc tính (c) của hình 2.2 Hình 2.3 Sự thay đổi của điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC Họ và tên:...11 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS hàm chu kỳ với tần số bằng tần số của tín hiệu đặt vào (f = 50Hz) Giá trị của dòng điện chạy qua TCR là một hàm biến thiên phụ thuộc vào góc cắt α được biểu diễn như sau: ITCR= I0.I(α) Trong đó: - I0 = U dm là dòng điện chạy qua TCR khi α = 900 XK min - XKmin là điện kháng của TCR khi α = 900(thyristor dẫn hoàn toàn)Gọi... MSHV:CA120090 23 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS bị loại trừ Cac bộ điều khiển phụ trợ của máy bù kháng tĩnh điện tăng cường một cách đáng kể tính linh động và khả năng hoạt động của máy bù kháng tĩnh điện mà không yêu cầu bất cứ một sự tăng thêm về định mức của máy bù kháng tĩnh điện 3.2 Những sự đóng góp về momen của các bộ điều khiển bù kháng tĩnh điện: Tác động của các thiết bị động tới trạng thái của. .. do đó ΔV=0 Thay thế Δ P e thì kết quả là: d 2 ( ∆δ ) ∂PE ∂P M + ∆Vm + E ∆δ = 0 2 dt ∂Vm ∂δ Phương trình trên thể hiện một trạng thái động tín hiệu nhỏ của một hệ thống, trong đó tác động của máy bù kháng tĩnh điện được thể hiện bởi giới hạn giữa  ∂PE   ∆Vm   ÷  ∂Vm   Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 21 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS Nếu máy bù kháng tĩnh điện được . MSHV:CA120090 2 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS DANH MỤC HÌNH VẼ Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 3 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS CHƯƠNG1 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SVC 1.1. làm việc của SVC như trên hình 1.1 Họ và tên: Lê Thanh Sơn Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV:CA120090 4 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS Hình 1.1: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của SVC Sử dụng SVC cho. MSHV:CA120090 13 Hiệu quả của sử dụng SVC trong FACTS CHƯƠNG 2 TĂNG DUNG LƯỢNG TRUYỀN TẢI Sử dụng thiết bị bù có điều khiển cho phép biển đổi các đặc tính của đường dây, công suất tự nhiên của đường