điều khiển thiết bị bù tĩnh (svc) và ứng dụng trong việc nâng cao cho ổn định chất lượng điện năng của hệ thống điện

Trang 1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BÙ TĨNH (SVC) VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC NÂNG CAO CHO ỔN ĐỊNH CHẤT LƯỢNG

ĐIỆN NĂNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

Học viên: Nguyễn Thế Vĩnh

Người HD Khoa học: T.S Nguyễn Thanh Liêm

THÁI NGUYÊN 2007

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản thuyết minh luận văn này do tôi thực hiện Các số liệu sử dụng trong thuyết minh, kết quả phân tích và tính toán được tìm hiểu qua các tài liệu

Trang 3

MUC LỤC

Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt 6

Danh mục các báng biểu 7

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 9

Lời nói đầu 11

Chương 1: Thiết bị điều khiển công suất trong hệ thống điện 13

1.1 Hệ thống điện hợp nhất và những yêu cầu điều chỉnh nhanh công suất trong các điều kiện làm việc bình thường và sự cố 13

1.2 Một số thiết bị điều khiển công suất phản kháng trong hệ thống điện 20

1.2.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC - Static Var Compensator) 20

1.2.2 Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC - Thyristor Controlled Series Capacitor) 22

1.2.3 Thiết bị bù tĩnh (STATCOM - Static Synchronous Compensator) 23

1.2.4 Thiết bị điều khiển dòng công suất (UPFC - Unified Power Flow Controller) 24 1.2.5 Thiết bị điều khiển góc pha bằng thyristor

Trang 4

(TCPAR - Thyristor Controlled Phase Angle Regulator) 26

2.1.2.1 Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất 30

2.1.2.2 Giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự cố 32

2.1.2.3 Ôn hòa dao động công suất hữu công 33

2.1.2.4 Giảm cường độ dòng điện vô công 33

2.1.2.5 Tăng khả năng tải của đường dây 33

2.1.2.6 Cân bằng các phụ tải không đối xứng 36

2.1.2.7 Cải thiện ổn định sau sự cố 36

2.2 Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC 37

2.2.1 Cấu tạo từng phần tử của SVC 37

2.2.1.1 Nguyên lý hoạt động của bộ thyristor mắc song song ngược 37

2.2.1.2 Kháng điều chỉnh bằng thyristor TCR (thyristor controlled reactor) 40

2.2.1.3 Tụ đóng mở bằng thyristor TSC ( thyristor switch capacitor) 49

2.2.1.4 Kháng đóng mở bằng thyristor TSR ( thyristor switch reactor) 49

2.2.1.5 Hệ thống điều khiển các van trong SVC 50

2.2.2 Các đặc tính của SVC 51

2.2.2.1 Đặc tính điều chỉnh của SVC 51

Trang 5

2.2.2.2 Đặc tính làm việc của SVC 52

2.3 Mô hình SVC trong tính toán chế độ xác lập của hệ thống điện 53

2.3.1 Mô hình hóa SVC như một điện kháng có trị số thay đổi 53

2.3.2 Mô hình SVC theo tổ hợp nguồn và phụ tải phản kháng 55

Kết luận 58

Chương 3: Bộ điều khiển bù công suất phản kháng SVC 59

3.1 Sơ đồ SVC ứng dụng điều khiển bù công suất phản kháng 59

3.1.1 Chức năng hệ điều khiển 60

3.1.2 Nguyên tắc điều khiển 60

3.1.3 Các khâu trong hệ thống điều khiển các van của SVC 61

3.1.3.1 Khâu tạo xung đồng bộ cho bộ VĐK 61

3.1.3.2 Khâu phản hồi 62

3.1.3.3 Khâu khuếch đại xung 63

3.1.3.4 Khâu điều khiển tạo xung sử dụng VĐK pic 16f877 64

3.1.4 Thuật toán PID dùng cho bộ vi điều khiển PIC16f877 69

3.1.4.1 Bộ điều khiển PID dưới dạng tương tự 69

3.1.4.2 Bộ điều khiển PID dưới dạng số 70

3.1.4.3 Thuật toán điều khiển PID nâng cao 70

3.1.5 Sơ đồ nguyên lý hệ điều khiển góc mở các van của SVC 71

3.2 Phần mềm ISIS mô phỏng hệ thống điều khiển SVC 71

3.3 Mô phỏng hệ điều khiển van thyristor hoặc triắc của bộ TCR 72

3.3.1 Mô phỏng các phần tử của hệ điều khiển 72

3.3.1.1 Bộ đo giá trị dòng điện và điện áp 72

3.3.1.2 Khâu lấy tín hiệu phản hồi 72

3.3.1.3 Khâu tạo xung đồng bộ 73

Trang 6

3.3.1.4 Khâu khuếch đại xung 74

3.3.1.5 Khâu điều khiển xung 75

3.3.2 Các phần tử khác trong mô phỏng 76

3.3.2.1 Nguồn điện 76

3.3.2.2 Bộ kháng có điều khiển TCR 77

Kết luận 78

Chương 4: ứng dụng phần mềm ISIS mô phỏng thiết bị bù SVC có điều khiển 79

4.1 Sơ đồ mô phỏng thiết bị bù công suất phản kháng SVC có điều khiển 79

4.2 Kết quả mô phỏng 79

4.2.1 Đồ thị điều khiển xung theo chế độ điện áp thay đổi 80

4.2.2 Đặc tính dòng qua thyristor điện khi điều khiển điện áp tại nút 83

4.3 Đặc tính hệ thống điều khiển các van SVC 89

Kết luận 92

Kết luận chung và hướng phát triển 93

Tài liệu tham khảo

Phụ lục 1

Phụ lục 2

Trang 7

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT Chữ viết

Capacitor

Trang 8

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1-1: So sánh chức năng của các thiết bị bù có điều khiển 27

Bảng 2-1: Giá trị của I3 khi thay đổi góc điều khiển  47

Bảng 3-1: Các phần tử sử dụng trong bộ đo 72

Bảng 3-2: Các phần tử sử dụng trong bộ phản hồi 73

Bảng 3-3: Các phần tử sử dụng trong bộ tạo xung đồng bộ 74

Bảng 3-4: Các phần tử sử dụng trong bộ khuếch đại xung 75

Bảng 3-5: Các dạng nguồn được ISIS mô phỏng 77

Bảng 3-6: Các phần tử tạo thành bộ TCR 78

Bảng 4-1: Tổng hợp thời gian làm ổn định điện áp tại nút trường hợp 1 90

Bảng 4-2: Tổng hợp thời gian làm ổn định điện áp tại nút trường hợp 2 92

Trang 9

DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Hiệu quả của bù dọc trên đường dây siêu cao áp 17

Hình 1.2: Cấu tạo vànguyên lý làm việc của SVC 21

Hình 1.3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC 22

Hình 1.4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của STATCOM 23

Hình 1.5: Nguyên lý cấu tạo của UPFC 24

Hình 1.6: Nguyên lý cấu tạo của TCPAR 26

Hình 2.1: Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC 31

Hình 2.2: Sự thay đổi điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC 32

Hình 2.3: Quan hệ thời gian và điện áp quá áp 32

Hình 2.4: Đặc tính công suất truyền tải của hệ thống khi có và không có SVC 35

Hình 2.5: Đặc tính công suất khi có và không có SVC 37

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý bộ thyristor 38

Hình 2.7: Đồ thị dòng điện tải 38

Hình 2.8: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR 40

Hình 2.9: Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR 41

Hình 2.10: Ảnh hưởng của góc cắt đến dòng điện qua TCR 41

Hình 2.11: Dạng sóng của tín hiệu dòng điện qua TCR 42

Hình 2.12: Đặc tính điều chỉnh dòng điện TCR theo góc cắt 46

Hình 2.13: Các sóng hài bậc cao trong phần tử TCR 46

Hình 2.14: Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của TSC 49

Hình 2.15: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TSR 50

Hình 2.16: Hệ điều khiển các van của SVC 51

Hình 2.17: Đặc tính U-I của SVC 51

Hình 2.18: Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp 52

Trang 10

Hình 2.19: Đặc tính làm việc của nguồn công suất phản 55

Hình 2.20: Đặc tính của phụ tải công suất phản kháng qua máy biến áp điều áp dưới tải 55

Hình 2.21: Đặc tính làm việc của SVC 56

Hình 2.22: Phối hợp đặc tính của một nguồn và hai phụ tải phản kháng 57

Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ điều khiển các van SVC 59

Hình 3.2: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng 61

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý của khâu tạo xung đồng bộ 62

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của khâu phản hồi 63

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý của khâu khuếch đại xung 64

Hình 3.6: Sơ đồ cấu trúc của PIC 16f877 66

Hình 3.7:Sơ đồ mô phỏng bộ phản hồi 73

Hình 3.8: Đồ thị tín hiệu ra của bộ phản hồi 73

Hình 3.9: Sơ đồ mô phỏng bộ tạo xung đồng bộ 74

Hình 3.10: Đồ thị tín hiệu ra của bộ tạo xung đồng bộ 74

Hình 3.11:Sơ đồ mô phỏng bộ khuếch đại xung 75

Hình 3.12: Đồ thị tín hiệu ra của bộ khuếch đại xung 75

Hình 3.13: Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển xung 76

Hình 3.14: Đồ thị tín hiệu ra của bộ điều khiển xung 76

Hình 3.15: Cửa sổ thay đổi dạng nguồn 77

Hình 3.16: Sơ đồ mô phỏng bộ TCR 78

Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng tổng thể hệ điều khiển các van của TCR 79

Hình 4.2: Xung điều khiển ra với góc mở 100 80

Hình 4.5: Xung điều khiển ra vơi góc mở 900 81

Trang 11

Hình 4.6: Xung điều khiển ra vơi góc mở 1800 81

Hình 4.7: Dòng điện qua van với góc mở 00 83

Hình 4.18: Đồ thị các sóng hài bậc cao của bộ TCR 88

Hình 4.19: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút tăng 89

Hình 4.20: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút giảm 90

Hình 4.21: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút tăng 91

Hình 4.22: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút giảm 91

Trang 12

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là dạng năng lượng được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất trên thế giới do nó có ưu điểm rất quan trọng là dễ dàng chuyển đổi sang dạng năng lượng khác Hơn nữa, điện năng còn là dạng năng lượng dễ dàng trong sản xuất, vận chuyển và sử dụng Hệ thống điện của mỗi quốc gia ngày càng phát triển để đáp ứng sự phát triển lớn mạnh của nền kinh tế xã hội Cùng với xu thế toàn cầu hoá nền kinh tế, hệ thống điện cũng đã, đang và hình thành các mối liên kết giữa các khu vực trong mỗi quốc gia, giữa các quốc gia trong khu vực hình thành nên hệ thống điện hợp nhất có quy mô rất lớn về cả công suất lãnh thổ

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghiệp chế tạo các linh kiện công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống điện, nên các thiết bị bù dùng thyristor hay triắc sử dụng rất nhiều thông tin trong toàn hệ thống được nghiên cứu và ứng dụng ậ một số nước có trình độ cong nghệ tiên tiến trên thế giới, các thiết bị bù dọc và bù ngang điều chỉnh nhanh bằng thyristor hay triắc đã được ứng dụng và mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao ổn định chất lượng điện áp của hệ thống điện Các thiết bị thường dùng là: thiết bị bù tĩnh có điều khiển thyristor hay triắc (SVC), thiết bị bù dọc có điều khiển (TCSC) Các thiết bị này cho phép chúng ta vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt, hiệu quả cả trong chế độ bình thường hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh nhanh công suất phản kháng và các thông số khác (trở kháng, góc pha) của chúng

Việc nghiên cứu thiết bị bù ngang có khả năng điều chỉnh nhanh bằng thyristor hay triắc đối với việc nâng cao ổn định và chất lượng điện áp của hệ thống điện Việt Nam trong tương lai và nhiệm vụ rất cần thiết Nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp dụng các phương pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động của hệ

thống điện Bản luận văn sẽ đưa ra những đánh giá bước đầu hiệu quả của thiết bị

bù nhanh đối với công suất phản kháng trong chế độ vận hành hệ thống điện Bản luận văn trình bày ứng dụng phần mềm mô phỏng vào việc thiết kế, phân tích hệ điều khiển bù công suất phản kháng SVC Tuy nhiên, còn giới hạn về nhiều mặt nên bản thuyết minh không tránh khỏi những thiếu sót, nên rất mong các Thầy, Cô chỉ bảo để nội dung của đề tài được hoàn thiện hơn

Trang 13

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo T.S Nguyễn

Thanh Liêm cùng toàn thể các Thầy, Cô trong bộ môn Kính chúc các Thầy, Cô mạnh

khoẻ và Hạnh phúc!

Tác giả

Nguyễn Thế Vĩnh

Trang 14

CHƯƠNG 1

THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 HỆ THỐNG ĐIỆN HỢP NHẤT VÀ NHỮNG YÊU CẦU ĐIỀU CHỈNH NHANH CÔNG SUẤT TRONG CÁC ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC BÌNH THƯỜNG VÀ SỰ CỐ 1.1.1 ĐẶC ĐIỂM

Hiện nay, xu hướng hợp nhất các HTĐ nhỏ thành HTĐ hợp nhất bằng các đường dây siêu cao áp đang được phát triển tại nhiều quốc gia, khu vực trên khắp thế giới Đây là xu hướng phát triển tất yếu của các hệ thống điện hiện đại nhằm nâng cao tính kinh tế - kỹ thuật trong sản xuất, vận hành các hệ thống điện thành viên Cụ thể:

+ Giảm lượng công suất dự trữ trong toàn hệ thống do hệ thống lớn nhờ khả năng huy động công suất từ nhiều nguồn phát

+ Giảm dự phòng chung của HTĐ liên kết, qua đó giảm được chi phí đầu tư vào các công trình nguồn - một gánh nặng lớn trong việc phát triển HTĐ

+ Tăng tính kinh tế chung của cả hệ thống lớn do tận dụng được các nguồn phát có giá thành sản xuất điện năng thấp như thuỷ điện, các nguồn nhiệt điện có giá thành rẻ như tuabin khí, điện nguyên tử

+ Tăng hiệu quả vận hành HTĐ do có khả năng huy động sản xuất điện từ các nguồn điện kinh tế và giảm công suất đỉnh chung của toàn HTĐ lớn

+ HTĐ hợp nhất vận hành linh hoạt hơn so với phương án vận hành các hệ thống riêng rẽ nhờ sự trao đổi, hỗ trợ điện năng giữa các hệ thống thành viên

+ Giảm giá thành điện năng do tận dụng được công suất tại các giờ thấp điểm của phụ tải hệ thống điện thành viên để cung cấp cho hệ thống khác nhờ chênh lệch về múi giờ

+ Giảm được chi phí vận hành, đồng thời nâng cao tính linh hoạt trong việc sửa chữa, đại tu các thiết bị trong toàn hệ thống

+ Nâng cao độ dự trữ ổn định tĩnh của hệ thống, qua đó nâng cao độ tin cậy cung cấp điện do công suất dự trữ chung của cả HTĐ hợp nhất là rất lớn

Trang 15

Ngoài các lợi ích đã nêu ở trên, việc hợp nhất các hệ thống điện còn cho phép dễ dàng trao đổi năng lượng thương mại giữa các khu vực, quốc gia thành viên góp phần thúc đẩy nền kinh tế phát triển Việc hợp nhất hệ thống điện là cơ sở cho việc hình thành các “thị trường điện” (Power pool), một xu hướng phát triển tất yếu của các hệ thống điện hiện đại được hình thành từ những năm cuối thế kỷ 20 và sẽ phát triển mạnh mẽ trong thế kỷ 21

1.1.2 CÁC BIỆN PHÁP ÁP DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ĐIỆN

Khi tính toán các chế độ vận hành của hệ thống điện hợp nhất có đường dây siêu cao áp, do cấp điện áp cao nên lượng công suất phản kháng mà đường dây sinh ra là rất lớn Đặc biệt là khi đường dây không mang tải thì lượng công suất phản kháng phát ra rất lớn gây nên hiện tượng quá áp ở cuối đường dây Để hạn chế hiện tượng nay, ta phải dùng các biện pháp kỹ thuật khác nhau như:

+ Tăng số lượng dây phân nhỏ trong một pha (phân pha) của đường dây để giảm điện kháng và tổng trở sóng, tăng khả năng tải của đường dây

+ Bù thông số đường dây bằng các thiết bị bù dọc và bù ngang (bù công suất phản kháng) để giảm bớt cảm kháng và dung dẫn của đường dây làm cho chiều dài tính toán rút ngắn lại

+ Phân đoạn đường dây bằng các kháng điện bù ngang có điều khiển đặt ở các trạm trung gian trên đường dây Đối với đường dây siêu cao áp 500kV, khoảng cách giữa các trạm đặt kháng bù ngang thường không quá 600km

+ Đặt các thiết bị bù ngang hoặc bù dọc ở các trạm nút công suất trung gian và trạm cuối để nâng cao ổn định điện áp tại các trạm này

1.1.3 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Khác với các đường dây cao áp (điện áp nhỏ hơn 330kV), quá trình truyền tải điện xoay chiều trên đường dây siêu cao áp liên quan đến quá trình truyền sóng điện từ dọc theo đường dây Điện trường của đường dây ít thay đổi trong quá trình vận hành vì điện áp trên đường dây được khống chế trong giới hạn cho phép (thường là 10%), song từ trường lại thay đổi trong dải khá rộng theo sự thay đổi của dòng điện tải của đường dây

Trang 16

+ Khi công suất phản kháng của đường dây bằng 0, ta có:

Trong đó:

đường dây Đây là chế độ tải công suất tự nhiên Trong trường hợp này, đường dây siêu cao áp không tiêu thụ hay phát thêm công suất phản kháng

.3

Trang 17

Việc bù thông số của đường dây siêu cao áp làm tăng khả năng tải của đường dây và qua đó nâng cao tính ổn định Các biện pháp thường được áp dụng và đem lại hiệu quả cao là bù dọc và bù ngang trên các đường dây siêu cao áp

1.1.4 BÙ DỌC VÀ BÙ NGANG TRONG ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP

Các đường dây siêu cao áp có chiều dài lớn thường được bù thông số thông qua các thiết bị bù dọc và bù ngang Mục đích chủ yếu của việc đặt các thiết bị bù là nâng cao khả năng tải của đường dây và san bằng điện áp phân bố dọc đường dây Hơn nữa, bù thông số còn nâng cao tính ổn định tĩnh, ổn định động, giảm sự dao dộng công suất… làm cho việc vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt và hiệu quả hơn Đây là biện pháp rất cần thiết cho các đường dây siêu cao áp có chiều dài lớn, đặc biệt là những đường dây có chiều dài gần 1/4 bước sóng như đường dây 500kV Bắc - Nam ở Việt Nam

1.1.4.1 Bù dọc

Trị số cảm kháng lớn của đường dây siêu cao áp làm ảnh hưởng xấu đến hàng loạt chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật quan trọng của đường dây như: góc lệch pha giữa đầu và cuối đường dây lớn, tổn thất công suất và điện năng trên đường dây cao, tính ổn định điện áp tại các trạm giữa và cuối đường dây kém… Bù dọc là giải pháp làm tăng điện dẫn liên kết (giảm điện cảm kháng X của đường dây) bằng dung

vào đường dây Qua đó giới hạn truyền tải của đường dây theo điều kiện ổn định tĩnh được nâng lên Hơn nữa, giới hạn ổn định động cũng tăng lên một cách gián tiếp do nâng cao thêm đường cong công suất điện từ

Khi mắc thêm tụ nối tiếp vào đường dây thì điện kháng tổng của mạch tải

lệch pha  giữa vectơ điện áp giữa hai đầu đường dây giảm xuống khá nhiều Qua đó, ta thấy được hiệu quả của bù dọc:

* Ổn định điện áp:

+ Giảm lượng sụt áp với cùng một công suất truyền tải

Trang 18

XUUP 

Ta có giới hạn công suất truyền tải là:

UUP 1.2

+ Sau khi bù dọc, công suất truyền tải trên đường dây là:

sin. 2

Ta có giới hạn công suất truyền tải là:

Ta thấy sau khi bù, giới hạn truyền tải công suất của đường dây tăng lên:

Trang 19

Hình 1.1: Hiệu quả của bù dọc trên đường dây siêu cao áp

* Giảm tổn thất công suất và điện năng:

+ Dòng điện chạy qua tụ điện C sẽ phát ra một lượng công suất phản kháng bù lại phần tổn thất trên cảm kháng của đường dây

XXK 

75% tuỳ theo chiều dài của đường dây

1.1.4.2 Bù ngang

Bù ngang được thực hiện bằng cách lắp kháng điện có công suất cố định hay các kháng điện có thể điều khiển tại các thanh cái của các trạm biến áp Kháng bù ngang này có thể đặt ở phía cao áp hay phía hạ áp của máy biến áp Khi đặt ở phía cao áp thì có thể nối trực tiếp song song với đường dây hoặc nối qua máy cắt được điều khiển bằng khe hở phóng điện

dây phát ra do chúng ngược chiều nhau Nhờ đó mà công suất phản kháng do đường

Trang 20

+ Trong chế độ không tải, phía nguồn khép mạch, phía tải hở mạch thì các nguồn phát vẫn phải phát công suất tác dụng rất lớn để bù vào tổn thất điện trở của đường dây và máy biến áp Để khắc phục sự quá áp và quá tải máy phát ta phải đặt kháng bù ngang tại một số điểm trên đường dây

đường dây thừa và đi về hai phía của đường dây Để đảm bảo được trị số cos cho phép của máy phát, ta phải đặt kháng bù ngang ở đầu đường dây để tiêu thụ công suất phản kháng

+ Trong chế độ tải cực tiểu, công suất phản kháng do đường dây sinh

phải đặt các kháng bù ngang phân bố dọc theo đường dây để tiêu thụ lượng công suất phản kháng này Thông thường, khoảng cách giữa các kháng bù ngang từ 200 - 500km

+ Công suất phản kháng của đường dây phát ra trong chế độ không tải được tính gần đúng như sau:

Trong đó:

l: chiều dài của đường dây

+ Đối với các đường dây siêu cao áp có điện áp 330  750kV thì ta có thể sử dụng các quan hệ gần đúng như sau:

oXZ 

Trang 21

Trong đó:

Đối với các đường dây có cấp điện áp 500kV, tổng công suất của các kháng bù ngang trên đường dây thường bằng 60 - 70% công suất phản kháng do điện dung đường dây phát ra

- Đặc điểm chủ yếu của các đường dây siêu cao áp là có điện cảm và điện dung lớn Để đảm bảo khả năng mang tải và tránh gây ra hiện tượng quá điện áp khi vận hành non tải hoặc không tải cần phải có biện pháp bù dọc và bù ngang

- Trị số tối ưu của các thiết bị bù cần phải được tính toán trong từng chế độ vận hành để đem lại hiệu quả về kinh tế - kỹ thuật

1.2 MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.2.1 THIẾT BỊ BÙ TĨNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG THYRISTOR (SVC - STATIC VAR COMPENSATOR)

Trang 22

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

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 hoạt động của SVC như trên hình 1.2

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:

Trang 23

Hình 1.2: Cấu tạo vànguyên lý làm việc của SVC

mạch ) trong hệ thống điện

Trang 24

Tương tự như SVC, phần tử TCSC là thiết bị điều khiển trở kháng nhanh của đường dây và hoạt động trong điều kiện ổn định của hệ thống điện Nó được tổ hợp từ một hay nhiều module TCSC, mỗi một module bao gồm hai thành phần cơ bản:

- Thành phần cảm kháng có thể thay đổi được điện dung nhờ bộ điều chỉnh van thyistor

- Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như van thyristor; các cửa đóng mở GTO,

Ngoài ra, TCSC còn có một số thiết bị phụ như bộ lọc f nhằm lọc bỏ các sóng hài bậc cao, thiết bị đóng ngắt phục vụ các chế độ vận hành của TCSC trong các chế độ khác nhau của hệ thống điện

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCSC như hình 1.3 sau:

Hình 1.3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC

Các chức năng chính của TCSC bao gồm: - Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh - Giảm sự thay đổi điện áp

- Tăng cường khả năng truyền tải của đờng dây - Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện

- Giảm góc làm việc  làm tăng cường khả năng vận hành của đường dây - Hạn chế hiện tượng cộng hưởng tần số thấp trong hệ thống điện

Tuy nhiên, TCSC còn có nhiều chức năng khác có thể tăng tính linh hoạt trong vận hành các đường dây siêu cao áp nói riêng và HTĐ nói chung Tuỳ theo

Trang 25

yêu cầu của từng đường dây siêu cao áp cụ thể và chức năng của chúng trong từng HTĐ cụ thể mà ta có thể áp dụng các phương pháp, mạch điều khiển TCSC cho phù hợp với các chế độ vận hành trong HTĐ

1.2.3 THIẾT BỊ BÙ TĨNH (STATCOM - STATIC SYNCHRONOUS COMPENSATOR)

STATCOM là sự hoàn thiện của SVC, bao gồm các bộ tụ điện được điều chỉnh bằng các thiết bị điện tử như thyistor có cửa đóng mở GTO So với SVC, nó có ưu điểm là kết cấu gọn nhẹ hơn, không đòi hỏi diện tích lớn như SVC và đặc biệt là nó điều khiển linh hoạt và hiệu quả hơn

Cấu tạo của STATCOM và đặc tính hoạt động của nó như sau:

Hình 1.4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của STATCOM

Các tính năng của STATCOM cũng giống như của SVC nhưng khả năng điều chỉnh, điều khiển các thông số của STATCOM ở mức cao hơn, bao gồm:

- Điều khiển điện áp tại nút có đặt STATCOM 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

Trang 26

- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện như ngắn mạch, mất tải đột ngột

Ngoài ra, STATCOM còn có đặc điểm nổi trội so với SVC như sau:

- Có khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi loại trừ được sự cố

- Có thể phát công suất phản kháng khi điện áp thanh cái nhỏ hơn điện áp lưới và ngược lại, tiêu thụ công suất phản kháng khi điện áp thanh cái lớn hơn điện áp lưới

1.2.4 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN DÕNG CÔNG SUẤT (UPFC - UNIFIED POWER FLOW CONTROLLER)

UPFC là một khái niệm mới ứng dụng các thiết bị bù đa chức năng để điều khiển điện áp tại các thanh cái độc lập, dòng công suất tác dụng P và phản kháng Q trên các đường dây truyền tải, đặc biệt là trên các đường dây siêu cao áp nối giữa các HTĐ nhỏ UPFC la thiết bị làm cho lưới điện vận hành rất linh hoạt và hiệu quả Về nguyên lý cấu tạo, UPFC được hiểu như sự kết hợp thiết bị bù dọc làm thay đổi góc pha (Static Synchoronous Series Compensator) với thiết bị bù ngang STATCOM Nó được cấu tạo từ 2 bộ chuyển đổi (converter) điều khiển thyristor có cửa đóng mở GTO Mỗi một bộ chuyển đổi gồm có van đóng mở (GTO) và MBA trung gian điện áp thấp (xem hình 1.5)

Hình 1.5: Nguyên lý cấu tạo của UPFC

Máy biến áp nối với bộ chuyển đổi qua thanh cái làm việc (Buswork) và máy cắt được mô tả trên hình Mỗi một bộ chuyển đổi có thể ngừng hoạt động vì bất cứ

Trang 27

Chế độ 2: chế độ điều khiển điện áp trực giao U

- X: Điện kháng của đường dây truyền tải

- : Góc lệch pha giữa điện áp đầu và cuối của đường dây

Trong 3 chế độ vận hành trên của UPFC thì chế độ 2 và chế độ 3 có ưu điểm hơn chế độ 1 vì có thể điều khiển dòng công suất tác dụng P ngay cả khi góc pha  rất nhỏ Trong chế độ 1, nếu dòng trong thành phần bù dọc (series compensator) giảm thì khả năng điều khiển của UPFC cũng giảm theo Hơn nữa, trong chế độ 1 và chế độ 2, công suất của thành phần bù ngang (shunt compensator) có thể giảm tối thiểu vì dòng công suất đi qua liên kết 1 chiều (DC link) gần như bằng 0

Ngoài ra, thành phần bù ngang có thể điều khiển đồng thời cả dòng công suất phản kháng Q và công suất tác dụng P truyền tải trên đường dây

1.2.5 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN GÓC PHA BẰNG THYRISTOR (TCPAR - THYRISTOR CONTROLLED PHASE ANGLE REGULATOR)

Trang 28

Thiết bị TCPAR là một khái niệm mới ứng dụng thyristor để điều chỉnh góc lệch pha của điện áp pha của đường dây Nó có tác dụng điều khiển công suất truyền tải trên đường dây

Về mặt cấu tạo, nó như một máy biến áp 3 cuộn dây nối song song với

đường dây

Cấu tạo của TCPAR và đặc tính hoạt động của nó như sau:

Hình 1.6: Nguyên lý cấu tạo của TCPAR

Các tính năng của TCPAR cũng như của các thiết bị bù có điều khiển khác nhưng chức năng của nó là điều chỉnh góc pha của điện áp trên đường dây Khả năng điều khiển trào lưu công suất rất cao

Các tính năng của TCPAR bao gồm:

- Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút bù - Tăng cường tính ổn định tĩnh của hệ thống điện - Tăng cường tính ổn định động 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

Trang 29

- Trong thực tế vận hành, tuỳ theo yêu cầu điều chỉnh điện áp, trào lưu công suất, nâng cao ổn định hay giảm dao động công suất trên đường dây mà ta lựa chọn các thiết bị hợp lý dựa trên khả năng của chúng

Ta có (bảng 1-1) so sánh các chức năng của từng thiết bị bù có điều khiển bằng thyristor như sau:

chỉnh trào lưu công

suất

Điều chỉnh điện

KẾT LUẬN

- Hợp nhất HTĐ bằng đường dây siêu cao áp đem lại nhiều hiệu quả tổng hợp Tuy nhiên, có nhiều vấn đề kỹ thuật cần giải quyết, trong đó, vấn đề bù công suất phản kháng và điều khiển có ý nghĩa quyết định trong việc giữ ổn định điện áp và nâng cao giới hạn truyền tải

Trang 30

- Việc lắp đặt các thiết bị bù dọc và bù ngang điều khiển nhờ thyristor là xu hướng rất được quan tâm trên thế giới vì nhờ chúng mà độ tin cậy và tính kinh tế trong vận hành HTĐ được tăng lên rất nhiều

- Các thiết bị bù dọc và bù ngang sử dụng thyristor có khả năng điều chỉnh gần như tức thời thông số của chúng Việc ứng dụng các thiết bị nói trên trong HTĐ làm nâng cao khả năng giữ ổn định điện áp và giảm dao động công suất, đặc biệt là đối với các HTĐ hợp nhất có truyền tải bằng các đường dây siêu cao áp

- Các thiết bị bù có điều khiển thyristor chỉ đem lại hiệu quả rất cao khi thời điểm tác động và giá trị dung lượng bù là hợp lý cho từng chế độ vận hành của hệ thống điện (trước sự cố, sự cố và phục hồi) Đây là một việc rất quan trọng khi vận hành HTĐ có các thiết bị bù dọc và ngang có điều khiển thyristor

- Với điều kiện địa lý như ở Việt Nam, đường dây truyền tải 500 kV rất dài, các nguồn phát ở xa trung tâm phụ tải thì khả năng ứng dụng thiết bị SVC sẽ mang lại hiệu quả trong vận hành và tăng ổn định chất lượng điện năng của HTĐ Việt Nam

Trang 31

Trong hệ thống truyền tải điện năng, SVC được sử dụng với các mục đích chính sau:

- Ổn định điện áp trong các hệ thống yếu - Tăng khả năng truyền tải của đường dây - Giảm tổn thất điện năng truyền tải

- Tăng cường khả năng điều khiển điện áp

2.1 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Cũng nhý cụng suất tỏc dụng P, cụng suất phản khỏng Q trong hệ thống ðiện cũng cần luụn luụn phải ðiều chỉnh ðể giữ trạng thỏi cõn bằng Việc phõn bố dũng cụng suất trong hệ thống ðiện là một nhiệm vụ rất quan trọng nhằm ðảm bảo chất lýợng ðiện nóng cung cấp cho cỏc phụ tải và ðảm bảo ðiều kiện vận hành cỏc thiết bị và ðýờng dõy an toàn, trỏnh hiện týợng quỏ ỏp và một số hiện týợng khỏc do cụng suất phản khỏng gõy nờn Hừn nữa, nú cũn làm tóng tớnh kinh tế - kỹ thuật trong vận hành hệ thống ðiện Khỏc với cụng suất tỏc dụng, cụng suất phản khỏng cú tớnh chất phõn bố theo khu vực vỡ ðiện ỏp của cỏc nỳt trong hệ thống ðiện là khỏc nhau nờn ngoài nguồn cung cấp ðiện cụng suất phản khỏng từ cỏc nhà mỏy

Trang 32

điện thỡ cần phải cú những nguồn phỏt cụng suất phản khỏng khỏc nhý: Mỏy bự đồng bộ, tụ bự, khỏng điện Ầ Ngoài ra, việc đặt cỏc thiết bị bự cụng suất phản khỏng cũn cú tỏc dụng cải thiện đỏng kể thụng số chế độ, đặc biệt đối với đýờng dõy siờu cao ỏp

Trýớc đõy, cỏc thiết bị bự cụng suất phản khỏng thýờng khụng cú tự động điều chỉnh hoặc cú điều chỉnh nhýng rất chậm, nhảy bậc Ngày nay với sự ra đời của cỏc thiết bị Thyristor cụng suất lớn và cựng với nú là cỏc thiết bị FACTS ( Fleaxible AC Transmission line System), trong đú cú SVC, đó khắc phục đýợc cỏc nhýợc điểm nờu trờn và mang lại hiệu quả rất cao trong vận hành hệ thống điện Do tớnh ýu việt của SVC ( khả nóng điều chỉnh nhanh), biờn độ thay đổi khỏ lớn nờn nú đó đýợc sử dụng rộng rói trờn toàn thế giới để cải thiện chế độ vận hành và mở rộng ứng dụng việc cải thiện thụng số chế độ đýờng dõy và nõng cao ổn định của hệ thống điện

SVC đýợc lắp đặt trong hệ thống điện cú tỏc dụng tóng tớnh linh hoạt của hệ thống trờn nhiều khớa cạnh nhý: điều chỉnh điện ỏp tại vị trớ SVC mắc vào lýới, làm tóng ổn định hệ thống, tóng khả nóng truyền tải cụng suất, giảm tức thời quỏ điện ỏp, hạn chế khả nóng cộng hýởng tần sú và giảm dao động cụng suất Ầ

Thiết bị bự ngang cú điều khiển SVC đúng một vai trũ quan trọng trong việc điều chỉnh điện ỏp trong hệ thống điện Nú hoạt động trong hệ thống nhý một phần tử thụ động nhýng lại phản ứng của đối týợng tự thớch nghi với thụng số chế độ

2.1.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA SVC

2.1.2.1 Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất

Chức năng bình thường nhất của một SVC là điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất phản kháng tại điểm nó được nối vào mạng lưới Điều này cũng dễ hiểu vì công suất phản kháng có tác dụng rất lớn đối với cường độ điện áp, mà SVC là một thiết bị có khả năng tạo hoặc thu hút công suất phản kháng ảnh hưởng bởi sự biển đổi của công suất tải như việc đóng cắt các phần tử của hệ thống điện: các đường dây, các nhóm tụ bù, kháng bù, các máy biến áp Với công suất tải lớn thì điện áp sẽ bị giảm đáng kể thậm chắ bị sụt mạnh Điều đó là nguyên nhân dẫn đến

Trang 33

sự tác động của Relay điện áp thấp Quá điện áp là nguyên nhân gây lên hiện tượng bão hòa mạch từ trong máy biến áp, mà cũng là nguyên nhân làm tăng vọt các thành phần sóng hài trong các máy phát điện Điều đó, dẫn đến hiện tượng cộng hưởng các thành phần sóng hài và có thể là sự cộng hưởng trong các tụ bù, trên đường dây truyền tải và trong các đường cáp Điều này có thể dẫn đến sự tác động của chống sét van và có thể là nguyên nhân phá hỏng các chống sét van này Sự cộng hưởng về nhiệt của các tụ điện và các động cơ có thể pháp hỏng các thiết bị điện của hộ tiêu thụ

Sự thay đổi điện áp tại nút phụ tải cuối cúng của hệ thống thiếu hụt công suất là một hàm phụ thuộc vào công suất tải của toàn hệ thống và có thể minh họa bằng ví dụ đơn giản như hình 2.1

HÖ thèng ®iÖn

H×nh 2.1: §iÒu chØnh ®iÖn ¸p t¹i nót phô t¶i b»ng SVC

Trong đó:

E: là điện áp của hệ thống

Điện áp tại thanh cái phụ tải của hệ thống sẽ có xu hướng giảm thieo chiều tăng của công suất tải nếu không có phần tử bù công suất phản kháng và được thể hiện trên đường đặc tính (a) của hình 2.2 Sự cung cấp công suất phản kháng của thiết bị SVC với dải thông số định mức tại điểm đấu phụ tải sẽ giữ cho điện áp phụ tải ít biến đổi hơn và thể hiện trên đường đặc tính (b) của hình 2.2

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

Trang 34

Hình 2.2: Sự thay đổi của điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC

2.1.2.2 Giới hạn thời gian và cường độ quỏ ỏp khi xảy ra sự cố

Chức năng quan trọng nhất là giới hạn thời gian và cường độ quỏ ỏp khi xảy ra sự cố bỡnh thường khi mất tải đột ngột tại một điểm trờn đường dõy hoặc ngắn mạch yếu Vỡ SVC cú thể phản ứng trong vũng 10ms, nờn thời gian quỏ ỏp sẽ được giảm xuống thấp hơn thời gian chỉnh định bảo vệ của hệ thống rơ le Do đú cac rơ le khụng cần tỏc động cắt sự cố và tớnh chất tải điện sẽ được nõng cao Quan hệ quỏ ỏp với thời gian được thể hiện ở hỡnh 2.3

Hình 2.3: Quan hệ thời gian và điện áp quá áp

Đặc điểm này rất quan trọng đối với đường dõy siờu cao ỏp như đường dõy 500kV Bắc- Nam của nước ta bởi vỡ nú cú chiều dài rất lớn (1487km) nhiều tỡnh huống

cắt ngắn mạch một phớa cỏc đoạn đường dõy cú thể dẫn đến hiện tượng quỏ ỏp Trong hệ thống điện hợp nhất của nước ta, quỏ điện ỏp xảy ra trong những trường hợp sau:

- Cắt đường dõy Phỳ Lõm- Húc Mụn

- Loại bỏ phụ tải chớnh của hệ thống điện Miền Nam

Trang 35

- Loại bỏ phụ tải ở hệ thống điện Miền Nam khi bộ tụ bù tại Phú Lâm vẫn tác động

- Hòa đồng bộ

- Sửa chữa định kì kháng bù ngang tại Đà Nẵng - Sửa chữa định kì kháng bù ngang tại Phú Lâm - Sửa chữa định kì tụ bù dọc

- Khi tự đóng lại một pha

- Đường dây 500kV bị cắt trọng mọi trường hợp - Các sự cố khác

2.1.2.3 Ôn hòa dao động công suất hữu công

Dao động công suất là một hiện tượng có thể xảy ra sau một quá trình quá độ, ví dụ như mất tải hoặc thình lình giảm công suất phát tại nguồn hoặc tự động đóng lại sau khi xảy sự cố v.v… Hệ thống tải điện càng yếu thì hiện tượng này càng rễ xảy ra Và đây là một vấn đề lớn đối với đường dây siêu cao áp 500kV của nước ta

Trong hệ thống điện hợp nhất của nước ta, dao động công suất có thể xảy ra trong các trường hợp sau:

- Loại bỏ phụ tải Phú Lâm - Loại bỏ phụ tải Đà Nẵng - Sự cố ngắn mạch 3 pha

- Sự cố tại nhà máy thủy điện Hòa Bình

- Sửa chữa định kì các máy phát điện Miền Bắc - Sửa chữa định kì các máy phát điện Miền Nam

Khi có dao động công suất, SVC sẽ được điều khiển nhằm kìm hãm bằng cách thay đổi góc mở của thyristor của SVC một cách gần như tức thời

2.1.2.4 Giảm cường độ dòng điện vô công

Giảm cường độ dòng điện vô công và như thế sẽ giảm bớt đi tổn thất gây ra bởi dòng điện này trên đường dây mà các nhà máy phát điện phải cung cấp Nói chung là tiết kiệm năng lượng và tăng năng suất của hệ thống điện

Trang 36

2.1.2.5 Tăng khả năng tải của đường dây

Tăng khả năng tải của đường dây, và tăng độ dự trữ ổn định của đường dây 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 Khi có đặt SVC ở giữa đường dây với công suất đủ lớn thì việc kiểm tra khả năng tải của đường dây không phải giữa các véc tơ điện áp ở đầu và cuối đường dây mà chỉ giữa các điểm có khả năng giữ điện áp không đổi (điểm có đặt SVC)

Công suất truyền tải của hệ thống điện thường được giới hạn bởi cấp điện áp vận hành và điện kháng trong các máy biến áp của hệ thống

Công suất tác dụng truyền tải trên đường dây được cho bởi công thức sau:

,

- : góc giữa điện áp đầu cực máy phát và điện áp tại điểm xét

Công suất lớn nhất mà đường dây có thể truyền tải được hay chính là công

với góc

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 vì điện áp được cung cấp thêm bởi các SVC tại điểm đấu SVC Và khi có thiết bị SVC có công suất

Trang 37

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 :

E', X

kh«ng cã SVC

H×nh 2.4: §Æc tÝnh c«ng suÊt truyÒn t¶i cña hÖ thèng khi cã vµ kh«ng cã SVC

và giá trị công suất max của đường dây truyền tải tăng 2 lần

Nếu đường dây truyền tải với lượng công suất nhỏ hơn giá trị công suất max và để giữ trạng thái ổn định thì thiết bị SVC cần phải có lượng công suất max là

nhận vì lí do kinh tế Nếu một thiết bị bù có công suất giới hạn được vận hành lớn hơn công suất của nó thì nó sẽ hoạt động như một kháng bù ngang có công suất không đổi Điều đó có nghĩa rằng điện áp tại điểm giữa không đổi và bằng giá trị E Khi đó công suất tác dụng truyền tải giảm và được tính theo công thức sau:



Trang 38

Việc tăng khả năng truyền tải công suất của hệ thống điện có thể thực hiện được trong hệ thống điện thực tế với các thiết bị SVC nối tại các vị trí chiến lược mà có thể tìm ra bằng việc nghiên cứu dòng điện phụ tải

2.1.2.6 Cân bằng các phụ tải không đối xứng

Cân bằng các phụ tải không đối xứng do SVC có khả năng giữ điện áp ổn định theo từng pha riêng rẽ nên nó làm cho độ không đối xứng của phụ tải giảm xuống

Sự không đối xứng và sự xuất hiện của các tải một pha đều có ảnh hưởng đến chất lượng điện áp trong hệ thống điện Nó là nguyên nhân của sự không đối xứng điện áp và sự quá tải trong các phần tử hệ thống như máy phát… và có thể làm hỏng các máy điện quay Bằng việc bổ sung các kháng điện bù ngang có thể đạt được sự cân bằng phụ tải, sự cân bằng điện áp và hiệu chỉnh được hệ số công suất

Để cân bằng các phụ tải không đối xứng như các lò điện, xe lửa… thì giải pháp được đề ra là mắc các phần tử kháng điện vào giữa các pha của hệ thống

2.1.2.7 Cải thiện ổn định sau sự cố

Để cho hệ thống điện giữ được trạng thái ổn định sau các nhiễu loạn lớn do việc loại trừ các sự cố bằng tác động của các phần tử bảo vệ Hệ thống phải giữ công suất truyền tải trên đường dây nhỏ hơn giá trị công suất giới hạn ổn định Mức công suất lớn nhất hệ thống có thể truyền tải sau những sự cố mà vẫn đảm bảo trạng thái ổn định của hệ thống (được giữ nhỏ hơn giá trị công suất truyền tải thực tế trong điều kiện bình thường) được gọi là giới hạn ổn định quá độ Xét hệ thống điện

Trong khoảng thời gian tồn tại sự cố, công suất truyền tải giảm đi so với lúc trước sự cố và được minh họa bằng đường đặc tính (2)

Công suất máy phát giảm đột ngột nhưng do quán tính rotor máy phát sẽ gia

suất truyền tải tăng dần trên đường đặc tính (3) Năng lượng tích lũy được trong quá

tiếp tục quay và động năng tích lũy của rotor sẽ hãm chuyển động của nó Công suất

Trang 39

truyền tải của hệ thống sẽ vượt quá giá trị P1 Giá trị lớn nhất của góc quay đạt được

XE', X®

d max d cr

d ci

H×nh 2.5: §Æc tÝnh c«ng suÊt khi cã vµ kh«ng cã SVC

lượng hãm tốc có tác dụng giữ cho rotor ở trạng thái ổn định Điều này cho phép định chế độ vận hành ổn định cho hệ thống điện sau các kích động lớn, nhỏ

Khi thiết bị SVC được ứng dụng tại điểm giữa của đường dây làm tăng khả năng tải của hệ thống và được minh họa như hình 2.5 Đối với cùng một hệ thống truyền tải nhưng khi có ứng dụng thiết bị SVC thì diện tích hãm tốc của rotor lớn hơn chính vì thế làm tăng khả năng tải của hệ thống sau các kích động lớn, nhỏ

2.2 THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC

Cấu tạo chung của SVC đã được trình bầy ở chương 1

2.2.1 CẤU TẠO TỪNG PHẦN TỬ CỦA SVC

2.2.1.1 Nguyên lý hoạt động của bộ thyristor mắc song song ngược

Trên hình 2.6 mô tả nguyên lý làm việc của bộ thyristor trong mạch

Trang 40

* Trường hợp tải thuần trở:

được đặt lên mạch tải

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý bộ thyristor

Góc mở  được tính từ điểm đi qua trị zêzo của điện áp nguồn 

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