MỘT số THIẾT bị bù CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG điều CHỈNH điện áp TRONG lưới điện PHÂN PHỐI

1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƯỚI PHÂN PHỐI 1.1. Lưới điện phân phối Hệ thống điện (HTĐ) là tập hợp các phần tử tham gia vào quá trình sản xuất, truyền tải và tiêu thụ năng lượng. Các phần tử của HTĐ được chia thành hai nhóm: - Các phần tử lực: bao gồm các phần tử làm nhiệm vụ sản xuất, biến đổi, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng như máy phát điện, đường dây tải điện và các thiết bị dùng điện. - Các phần tử điều khiển: bao gồm các phần tử làm nhiệm vụ điều khiển, điều chỉnh trạng thái HTĐ như điều chỉnh kích từ máy phát đồng bộ, điều chỉnh tần số, điều chỉnh điện áp, bảo vệ rơle, tự động hóa 1.2. Ảnh hưởng của điện áp trong hoạt động của lưới điện 1.2.1. Ảnh hưởng chung của lưới điện Điện áp là một chỉ tiêu quan trong hàng đầu để đánh giá chất lượng điện năng cung cấp. Thực tế cho thấy chất lượng cung cấp điện bị ảnh hưởng đáng kể bởi chất lượng điện áp cung cấp cho khách hàng, nó bị tác động bởi các thông số trên đường dây khác nhau. Có thể có các dạng như: sự biến đổi dài hạn của điện áp so với điện áp định mức, điện áp thay đổi đột ngột, những xung dốc dao động hoặc điện áp ba pha không cân bằng. Hơn nữa tính không đồng đều như tần số thay đổi, sự không tuyến tính của hệ thống hoặc trở kháng phụ tải sẽ làm méo dạng sóng điện áp, các xung nhọn do các thu lôi sinh ra cũng có thể được lan truyền trong hệ thống cung cấp. Các trường hợp này được mô tả trong Hình 1.2. 2 Hình 1.1. Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện 1.2.2. Ảnh hưởng của điện áp nút đến phụ tải 1.2.2.1. Dao động điện áp Dao động điện áp là sự biến thiên của điện áp xảy ra trong khoảng thời gian tương đối ngắn. Được tính theo công thức: max min n U - U ΔU = 100 (%) U ; (1.1) 1.2.2.2. Độ lệch điện áp 1) Độ lệch điện áp tại phụ tải Là giá trị sai lệch giữa điện áp thực tế U trên cực của các thiết bị điện so với điện áp định mức U n của mạng điện và được tính theo công thức: n n U - U = . 100 U ν (%); (1.6) 2) Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp Lưới phân phối hạ áp cấp điện trực tiếp cho hầu hết các thiết bị điện. Trong lưới phân phối hạ áp các thiết bị điện đều có thể được nối với nó cả về không gian và thời gian (tại bất kỳ vị trí nào, bất kỳ thời gian nào). Vì vậy trong toàn bộ lưới phân phối hạ áp điện áp phải thỏa mãn tiêu chuẩn: ν - ≤ ν - ≤ ν + . 3 ∆UH B A ν Pmin 1 2 3 ∆U H1 ∆U H2 Pmax P + ν − νB νA L íih¹¸p ν ν + ν − Tr¹mph©nphèi MiÒnCL§A MiÒnCL§A Hình 1.2. Vùng chất lượng điện áp Hình 1.3. Chế độ làm việc trong miền CLĐA 3) Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối Phân tích lưới phân phối với cấu trúc như hình vẽ sau: E ∆U TA MBA PP ∆U H Ε p ∆U B B A MBAnguån ∆U TA1 ∆U TA2 ∆U B1 ∆U B1 ∆U H2 ∆U H1 Εp Ε 1 Ε 2 0 1 2 §Dtrung¸p L íih¹¸p ν B ν A ν + ν − Hình 1.4. Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối 4) Ảnh hưởng của điện áp đến sự làm việc của phụ tải 1- Đối với động cơ: Mô men của động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp U đặt vào động cơ. Đối với động cơ đồng bộ khi điện áp thay đổi làm cho 4 momen quay thay đổi, khả năng phát công suất phản kháng của máy phát và máy bù đồng bộ giảm đi khi điện áp giảm quá 5% so với định mức. Vì vậy bất kỳ sự thay đổi điện áp nào cũng tác động không tốt đến sự làm việc của các động cơ. 2. Đối với thiết bị chiếu sáng Hình 1.5. Đặc tính của đèn sợi đốt 3. Đối với nút phụ tải tổng hợp Khi thay đổi điện áp ở nút phụ tải tổng hợp bao gồm các phụ tải thành phần thì công suất tác dụng và phản kháng do nó sử dụng cũng biến đổi theo đường đặc tính tĩnh của phụ tải, hình 1.10. 0 P, Q U Q P U n U gh Hình 1.6. Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp 4. Đối với hệ thống điện Sự biến đổi điện áp ảnh hưởng đến các đặc tính kỹ thuật của hệ thống điện. Điện áp giảm sẽ làm giảm công suất phản kháng do máy phát điện và các thiết bị bù sinh ra. Đối với máy biến áp, khi điện áp tăng, làm tăng tổn 5 thất không tải, tăng độ cảm ứng từ trong lõi thép gây phát nóng cục bộ. Khi điện áp tăng quá cao có thể chọc thủng cách điện. 1.3.Những giải pháp điều chỉnh điện áp thông dụng 1. Điều chỉnh điện áp máy biến áp bằng cách điều chỉnh đầu phân áp cố định hoặc bằng thiết bị tự động điều áp dưới tải. 2. Điều chỉnh điện áp trên đường dây tải điện bằng máy biến áp điều chỉnh và máy biến áp bổ trợ. 3. Sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng. Trong các phương pháp trên chúng ta thấy rằng việc điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp hay sử dụng các máy biến áp bổ trợ là phương pháp truyền thống được sử dụng từ lâu. Tuy nhiên nó chỉ có hiệu quả điều chỉnh ở một mức độ nào đó, nghĩa là phạm vi điều chỉnh hẹp, trong nhiều trường hợp nó không đáp ứng được yêu cầu đối với nhiều nút phụ tải trên lưới. Trong khi đó phương pháp điều chỉnh điện áp bằng cách bù công suất phản kháng có thể điều chỉnh rộng và linh hoạt hơn, vì thế nó đang được tập trung nghiên cứu để áp dụng những công nghệ bù CSPK mới vào trong lưới điện. 1.4 Kết luận chương 1 Qua phân tích ở trên cho thấy: giá trị điện áp nút trong lưới phân phối là một trong những thông số cơ bản và đặc biệt quan trọng, là một trong những thông số được tính chọn ngay từ giai đoạn thiết kế. Tùy theo các tiêu chí đề ra mà điện áp nút được chọn một giá trị khác nhau, không nhất thiết bằng giá trị định mức mà có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn. Mặt khác, trong vận hành, tùy theo mỗi kịch bản mà điều độ hệ thống yêu cầu thì giá trị điện áp nút sẽ được điều chỉnh lại. Nói một cách dễ hiểu là điều chỉnh điện áp nút là bài toán phải quan tâm triệt để trong hoạt động của hệ thống điện. Đối với mạng điện phân phối, điều chỉnh điện áp nút còn có thêm ý nghĩa cho vấn đề nâng cao chất lượng điện năng – đáp ứng đòi hỏi của tải khách hàng, và giảm các tổn thất trong mạng điện – nâng cao tính kinh tế cho phía người bán điện, 6 giảm áp lực cho nguồn cung cấp. Tóm lại, điều chỉnh điện áp nút mang lại lợi ích to lớn cho xã hội. Việc điều chỉnh điện áp có thể được điều chỉnh bằng nhiều phương pháp và các thiết bị khác nhau. Đầu tiên là phải kể tới phương pháp bù tự nhiên hay điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp, nhưng trong phạm nghiên cứu ta không xét tới hai phương pháp này vì xem như nó đã thực hiện hết khả năng. Tiếp theo là kể đến các phương pháp bù (điều chỉnh điện áp) nhân tạo thực hiện bằng các bộ biến đổi điện tử kết hợp với thiết bị bù cuộn cảm hay tụ điện tĩnh. Không xét các trường hợp bù sử dụng máy điện quay (máy bù đồng bộ). Lịch sử phát triển các thiết bị bù có điều khiển thông qua thiết bị điện tử đến nay có khá nhiều thế hệ và ngày càng tỏ rõ ưu việt vượt trội. Ban đầu, công suất bù được điều chỉnh thông qua điều chỉnh giá trị dòng điện bù nhờ các bộ biến đổi có chất lượng không cao, dòng bù không sin nên hiệu quả bù thấp. Mặt khác, dòng phía lưới cũng không sin làm ô nhiễm lưới (ô nhiễm sóng hài) ảnh hưởng lớn đến các hoạt động của lưới điện trên một phạm vi rộng. Phạm vi của đề tài chỉ tập trung nghiên cứu các thiết bị bù trong lưới phân phối nhằm nâng cao chất lượng bù mà thiết bị bù là có sử dụng bộ biến đổi cho việc điều chỉnh dòng bù. 7 CHƯƠNG 2 MỘT SỐ THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.1. Tổng quan về thiết bị bù công suất Vào năm 1980 khi ra đời hệ FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System), một loại các thiết bị bù công suất nhằm sửa lỗi cục bộ đã trở thành một cách mạng kỹ thuật để giải quyết bài toán cân bằng công suất một cách triệt để trên phạm vi toàn hệ thống, giảm nhẹ áp lực cho máy phát, nâng cao độ ổn định hệ thống. Các thiết bị bù trong FACTS có rất nhiều loại và cách phân biệt khác nhau. Trong đó, phân biệt rõ nhất là theo cách đấu nối : nhóm mắc nối tiếp , nhóm mắc song song , nhóm mắc hỗn hợp. • Nhóm mắc nối tiếp: • Nhóm mắc song song : • Nhóm mắc hỗn hợp : 2.1.1. Nguyên lý hoạt động của các thiết bị trong FACTS 1- Thiết bị bù nối tiếp Nguyên lý truyền tải điện năng trên đường dây có thể được trình bày dựa trên trên sơ đồ hình 2.1 và hình 2.2 Hình 2.1. Quá trình truyền tải điện năng trên đường dây Trong đó: 8 - V S và ϕ S là điện áp và góc pha của nguồn, - V r và ϕ r là điện áp và góc pha của hộ tiêu thụ, Do đường dây có điện kháng X L nên sau khi truyền tải một khoảng cách thì điện áp V s và V r sẽ lệch nhau một góc δ. Hình 2.2. Nguyên lý truyền tải điện năng  Bộ bù bằng tụ mắc nối tiếp điều khiển bằng thyristor (TCSC). Sơ đồ cấu trúc của một TCSC được mô tả như trên hình 2.3 Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc của TCSC  Bộ bù đồng bộ tĩnh mắc nối tiếp ( SSSC). Cấu trúc của SSSC bao gồm bộ VSI, tụ điện một chiều, máy biến áp kết nối. SSSC kết nối nối tiếp vào hệ thống điện như trên hình 2.4. 9 Hình 2.4. Sơ đồ cấu trúc của SSSC 2- Các thiết bị bù song song Những ứng dụng của các thiết bị này trong truyền tải, phân phối và mạng công nghiệp : - Giảm nhỏ dòng công suất phản kháng không mong muốn và do đó giảm thiểu được tổn thất trong mạng. - Bù cho tải tiêu thụ và nâng cao chất lượng điện năng đặc biệt là với những phụ tải có yêu cầu cao về độ dao động như máy công nghiệp, nhà máy nung thép, hay hệ thống xe điện ngầm, - Tăng khả năng ổn định tĩnh và ổn định động.  Bộ bù tĩnh SVC (Static Var Compensators ) SVC là thiết bị bù song song, sử dụng thyristor để đóng cắt tụ điện tĩnh, cảm kháng kết nối với đường dây như trên hình 2.7 Hình 2.5. Sơ đồ cấu trúc và đặc tính hoạt động của SVC 10  Bộ bù đồng bộ tĩnh Statcom Statcom là thiết bị bù song song dựa trên nguyên tắc hoạt động của bộ nghịch lưu nguồn áp VSI. Cấu trúc của mạch lực Statcom bao gồm máy biến áp kết nối, bộ nghịch lưu nguồn áp VSI, tụ điện một chiều. Hình 2.6. Sơ đồ cấu trúc và đặc tính hoạt động của Statcom Trên thực tế có hai loại Statcom được phân loại theo công nghệ VSI sử dụng trong Statcom. Đó là Statcom thông thường và PWM Statcom. Nguyên lý hoạt động của Statcom như sau: Statcom hoạt động ở hai chế độ được thể hiện ở sơ đồ trên hình 2.9 Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý làm việc của Statcom [...]... u -u s Bd Bq Bq PCCq ) dt TL L (2.26) Trong ú: iBd, iBq l cỏc bin trng thỏi 2.4.7 Thit k b iu chnh in ỏp ti im kt ni chung PCC RS 1 0=- L iBd +s iBq + L ( u PCCd -u Nd ) S S 0=- RS i - i + 1 ( u Bq s Bd PCCq -u Nq ) LS LS (3.37) 16 2.4.8 B iu khin cụng sut tỏc dng + Trong h ta abc: P = uaia + ubib + ucic (3.41) + Trong h ta tnh : P = ui + ui (3.42) + Trong h ta quay dq: P = 1,5(udid + uqiq)... lng in nng, dũng v ỏp ca BDPC thụng qua phõn tớch FFT trong Matlab cho thy tiờu chun IEEE-519 luụn c m bo, THD = 3,71% (nh hn 5%) 3.2 Mụ phng hot ng ca SVC trong li in phõn phi 3.2.1 Cu trỳc h thng Tng t nh 3.1.1, cu trỳc mụ phng hot ng ca SV trong li in phõn phi c thit k bng phn mm Matlab-Simulink nh hỡnh 3.14 Hỡnh 3.13 Cu trỳc mụ phng trm SVC trong li phõn phi 24 TCR Firing pulses [Ap] A 1 2 B [Am]... cụng sut tỏc dng, iu khin quỏ trỡnh phúng/np nng lng ca c quy, h tr li trong gi cao im; u ra b iu chnh vũng ngoi l lng t cho b iu chnh dũng in Tip theo sang chng 3, kim chng cỏc nghiờn cu lý thuyt thụng qua mụ phng bng Matlab-Symulink 18 CHNG 3 Mễ HèNH HểA Mễ PHNG MT S THIT B IU CHNH IN P TRONG LI IN PHN PHI 3.1 Mụ phng hot ng ca BDPC trong li in phõn phi 3.1.1 Cu trỳc h thng Hỡnh 3.1 Mụ hỡnh cu trỳc... cụng sut núi chung v bự CSPK núi riờng trong h FACTS Theo mc tiờu ca lun vn l nõng cao cht lng cho thit b iu chnh in ỏp trong li phõn phi ta chn i tng nghiờn cu thuc nhúm thit b ni song song l hp lý hn c Bi l: - Kt ni thit b vi li n gin, cỏc úng ct khụng b gy cu trỳc li - V trớ kt ni linh hot, phự hp cho bự phõn tỏn - Dung lng bự tựy chn theo thit k Tuy nhiờn, trong phm vi cho phộp ca lun vn tỏc gi... 31 4.3 Kt lun chng 4 Ni dung chng 4 ó nghiờn cu v phõn tớch mt s hot ng ca mt trm SVC trong thc t trờn c phng din lý thuyt v thc t Qua ú thu c: - Mt cỏch nhỡn y v cu trỳc v nguyờn lý hot ng ca mt trm SVC - Vai trũ v ý ngha ca trm SVC trong h thng truyn ti cao ỏp - Mt s nhc im c hu ca phng phỏp iu khin thit b TCR - Trong khi trin khai thớ nghim i vi mt trm SVC l khụng th thỡ cỏc quan sỏt, tỡm hiu v... Hỡnh 2.13 Cu trỳc iu khin cụng sut tỏc dng 2.5 Kt lun chng 2 Chng 2 a ra mụ hỡnh cu trỳc li phõn phi cú kt ni BDPC v iu khin h BDPC c xõy dng trong h ta dq thụng qua phộp chuyn h ta iu ny rt thun li cho vic thit k cỏc b iu chnh do cỏc i lng dũng in v in ỏp trong h to ny l cỏc thnh phn mt chiu u ra b iu chnh dũng l lng t cho khõu iu ch vector khụng gian SVM phỏt xung iu khin cỏc van bỏn dn nhm t... 2.8 Cu trỳc mch lc ca BESS 2.2.2 B bin i cụng sut 2.2.3 in cm u ra ca b bin i cụng sut 2.2.4 Kho tr nng lng mt chiu 2.3 Mụ hỡnh b bin i BDPC-BESS trong li in phõn phi T s hỡnh 1.1, nu tỏch riờng ta cú th c mụ t li phõn phi vi dng n gin nht nh s hỡnh 2.22, trong ú cú thờm kt ni ca thit b BDPC-BESS Hỡnh 2.9 S li phõn phi cú kt ni thit b BDPC T hỡnh 2.23, cú th coi BDPC nh mt ngun ỏp ti im kt ni PCC... vector trờn ta dq ta in ỏp 15 2.4.3 iu ch vector khụng gian SVM cho h BESS 2.4.4 Thit k b iu chnh dũng in cho h BESS 2.4.5 Cu trỳc b iu chnh kiu PI T mụ hỡnh BDPC-BESS ta vit h phng trỡnh mch vũng dũng in trong h ta quay dq: di uBd = RiBd + L Bd + uPCCd LiBq dt u = Ri + L diBq + u Bq PCCq + L iBd Bq dt (2.21) 2.4.6 B iu chnh kiu Dead-Beat B iu chnh dũng in c thit k cú cu trỳc PI trờn trit tiờu... theo kiu D-B, s cu trỳc nh sau, hỡnh 3.5 20 Hỡnh 3 5 Cu trỳc b iu khin vũng ngoi cho b iu dũng in kiu D-B Hỡnh 3 6 Cu trỳc b iu khin dũng in kiu D-B 3.1.3 Kt qu mụ phng Nhng gi thit: Giỏ tr in ỏp tớnh trong h n v tng i (pu), Tng thi gian mụ phng 1,6s, 21 in ỏp phớa ngun thay i theo kch bn U* cú s liu nh sau: t (s) U (pu) 0 1,0 0,4 1,065 0,8 0,93 1,2 1,0 1,6 1,0 Cỏc kt qu mụ phng thu c: Khi cha cỏc tỏc... 1.2 1.4 1.6 Time (s) Hỡnh 3.9 in ỏp li phớa ngun o ti PCC1 1.2 U* PCC2 (pu) 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 Time (s) Hỡnh 3.10 in ỏp li phớa ti o ti PCC2 khi cú BDPC Dũng in bự ca BDPC trong cỏc ch phỏt hay hp thu CSPK luụn m bo sin, hỡnh 3.10 1500 i BDPC (A) 1000 500 0 -500 -1000 -1500 0.4 0.5 0.6 0.7 Time (s) 0.8 0.9 1 Hỡnh 3.11 Dũng in bự ca BDPC Trc thi im 0,8s, in ỏp li cao hn . lượng bù mà thiết bị bù là có sử dụng bộ biến đổi cho việc điều chỉnh dòng bù. 7 CHƯƠNG 2 MỘT SỐ THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.1. Tổng quan về thiết. 100 U ν (%); (1.6) 2) Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp Lưới phân phối hạ áp cấp điện trực tiếp cho hầu hết các thiết bị điện. Trong lưới phân phối hạ áp các thiết bị điện đều có thể được nối với. PHỎNG MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3.1. Mô phỏng hoạt động của BDPC trong lưới điện phân phối 3.1.1. Cấu trúc hệ thống Hình 3.1. Mô hình cấu trúc lưới phân phối