Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc ứng dụng thiết bị bù có điều khiển svc trong hệ thống điện của khu gang thép thái nguyên

Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc ứng dụng thiết bị bù có điều khiển svc trong hệ thống điện của khu gang thép thái nguyên

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA VIỆC ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BÙ CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA KHU GANG THÉP

I.2.2.1: Nguyên tắc điều chỉnh điện áp

I.2.2.2 Công thức gần đúng cho việc điều chỉnh điện áp I.2.2.3 Đặc tính gần đúng của công suất phản kháng

Chương II: Tổng quan về công nghệ F ACTS

II.1 Đặt vấn đề

II.2 Lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS

II.2.1 Các ưu điểm khi sử dụng thiết bị FACTS II.2.2 Phân loại thiết bị FACTS

II.3 Một số thiết bị FACTS

II.3.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC)

II.3.2 Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC)

II.3.3.Thiết bị bù ngang điều khiển thyristor (STATCOM)

Trang 1 2 6

6

7

8 8 9 11 11 14 16 28 28 28 28 29 30 30

32

33

II.3.4 Thiết bị điều khiển góc pha bằng thyristor (TCPAR)

II.3.5 Thiết bị điều khiển dòng công suất hợp nhất (UP FC)

II.4 Khả năng áp dụng thiết bị FACTS tại Việt Nam

Chương III: Các thiết bị bù công suất phản kháng và hoạt động của thiết bị bù ngang có điều khiển (SVC)

III.1: Các thiết bị bù công suất phản kháng

III.1.1: Bù công suất phản kháng trong hệ thống điện III.1.2: Các thiết bị bù điều khiển bằng thyristor III.2: Hoạt động của thiết bị bù ngang có điều khiển SVC III.2.1: Đặc tính điều chỉnh của SVC

III.2.2: Đặc tính làm việc của SVC III.3: Một số ảnh hưởng phụ của SVC

Chương IV: Đánh giá hiệu quả sử dụng SVC tại khu gang thép Thái Nguyên

IV.1: Mở đầu

IV.2: Căn cứ thiết kế hệ thống SVC

IV.2.1: Các thông số trạm biến thế Gia Sàng

và trạm biến thế cấp điện của Gang thép IV.2.2: Các thông số của biến áp lò điện

IV.2.3: Trở kháng và điện kháng hạn dòng của mạch ngắn lò điện

IV.2.4: Chỉ tiêu kỹ thuật cần đạt được

IV.2.5: Hệ thống cấp điện của Công ty Gang thép Thái Nguyên Việt Nam

IV.3 Phân tích ảnh hưởng của cụm lò điện hồ quang

tới chất lượng điện của lưới điện cung cấp điện

35

36

38 40 40 40 43 48 48 57 59 61

61 62 63 63

64 64 67 71

IV.3.1: Ảnh hưởng chất lượng điện trong lưới

cấp điện hiện nay của Công ty Gang thép Thái Nguyên

IV.3.2: Ảnh hưởng của hệ thống cấp điện

tương lai không có SVC đối với chất lượng điện năng của lưới điện

IV.4: Xác định phương án SVC

IV.5: Khả năng được cải thiện về chất lượng điện năng của mạng điện đối với hệ thống cung cấp điện gang thép sau này khi dã được lắp thêm SVC

IV.6: Đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng SVC tại khu gang thép Thái Nguyên

Kết luận chung Tài liệu tham khảo Phụ lục

CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

CĐXL CSPK CSTD HTĐ HTCCĐ FACTS

GTO MBA STATCOM

MỞ ĐẦU 1 Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài

Trong chế độ vận hành bình thường của HTĐ (vận hành ở trạng thái ổn định) việc sản xuất công suất tác dụng (CSTD) phải đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ (kể cả các tổn thất), nếu không thì tần số hệ thống sẽ bị thay đổi Cũng vậy, có một sự gắn bó chặt chẽ giữa điều kiện cân bằng công suất phản kháng (CSPK) với điện áp các nút hệ thống Công suất phản kháng ở một khu vực nào đó quá thừa thì ở đó sẽ có hiện tượng quá điện áp (điện áp quá cao), ngược lại, thiếu CSPK điện áp sẽ bị sụt thấp Nói khác đi, cũng như đối với công suất tác dụng, CSPK luôn phải được điều chỉnh đề giữ cân bằng Việc điều chỉnh CSPK cũng là yêu cầu cần thiết nhằm giảm nhỏ tổn thất điện năng và đảm bảo ổn định hệ thống

Tuy nhiên có sự khác nhau cơ bản giữa điều chỉnh CSTD và điều chỉnh CSPK Tần số hệ thống sẽ được đảm bảo bằng việc điều chỉnh CSTD ở bất kỳ máy phát điện nào (miễn sao giữ được cân bằng giữa tổng công suất phát và công suất tiêu thụ) Trong khi đó, điện áp các nút hệ thống không bằng nhau, chúng phụ thuộc điều kiện cân bằng CSPK theo từng khu vực Như vậy nguồn CSPK cần được lắp đặt phân bố và điều chỉnh theo từng khu vực Điều này giải thích vì sao, ngoài các máy phát điện cần phải có một số lượng lớn các thiết bị sản xuất và tiêu thụ công suất phản kháng: Máy bù đồng bộ, tụ điện, kháng điện Chúng được lắp đặt và điều chỉnh ở nhiều vị trí trong lưới truyền tải và phân phối điện (gọi là các thiết bị bù CSPK)

Trước đây, việc điều chỉnh CSPK của các thiết bị bù thường được thực hiện đơn giản: Thay đổi từng nấc (nhờ đóng cắt bằng máy cắt cơ khí) hoặc thay đổi kích từ (trong máy bù đồng bộ) Chúng chỉ cho phép điều chỉnh thô hoặc theo tốc độ chậm Kỹ thuật thyristor công suất lớn đó mở ra những khả năng mới, trong đó việc ra đời và ứng

dụng các thiết bị bù tĩnh điều chỉnh nhanh công suất lớn - SVC (Static Var Compensator), TCSC (Thyristor Controled Serie Capacitor) đó giải quyết được những yêu cầu mà các thiết bị bù cổ điển chưa đáp ứng được, như tự động điều chỉnh điện áp các nút, giảm dao động công suất nâng cao ổn định hệ thống

Việc ứng dụng các thiết bị bù CSPK chất lượng cao điều khiển bằng thyristor đã trở thành một nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao tính ổn định và hiệu quả sử dụng của hệ thống cung cấp điện (HTCCĐ) nói chung cũng như đối với các phụ tải có công suất phản kháng thay đổi nhanh như lò nung hồ quang điện

Với ý nghĩa trên, mục đích của đề tài luận văn được xác định là:

+ Nghiên cứu tìm hiểu các đặc điểm, tính năng hoạt động, chế độ làm việc và mô hình tính toán của các thiết bị tự động điều chỉnh linh hoạt (FACTS) đặc biệt là thiết bị bù điều chỉnh nhanh (SVC) trong HTCCĐ

+ Nghiên cứu, đánh giá, xác định hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của SVC khi được lắp đặt vào HTCCĐ khu Gang thép Thái Nguyên

2 Nội dung luận văn

Với mục tiêu nêu trên, luận văn được trình bày trong bốn chương:

Chương I : Đặc điểm tiêu thụ điện của hệ thống điện công suất lớn và lý thuyết cơ bản về bù công suất phản kháng

Chương II: Tổng quan về công nghệ FACTS

Chương III: Các thiết bị bù công suất phản kháng và hoạt động của thiết bị bù ngang có điều khiển

Chương IV: Đánh giá hiệu quả sử dụng SVC tại khu Gang thép Thái Nguyên

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Hiệu quả của việc ứng dụng các thiết bị bù tới lưới điện khu Gang thép Thái Nguyên

4 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu trên sử dụng phối hợp các nhóm phương pháp:

Nhóm phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo các tư liệu kỹ thuật để phân tích, tổng hợp những vấn đề có liên quan tới đề tài

Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn tại xí nghiệp Năng lượng: Điều tra, khảo sát, lắp đặt kỹ thuật, để củng cố thêm độ tin cậy, chính xác của kết quả nghiên cứu

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

Các kết quả nghiên cứu của luận văn nhằm tìm hiểu sâu về công nghệ FACTS, đặc biệt chú ý công nghệ SVC và mô hình hoá các thiết bị FACTS trong các phương trình cơ bản tính toán chế độ xác lập (CĐXL) của HTCCĐ Đi sâu nghiên cứu các ảnh hưởng của chế độ làm việc lò hồ quang đối với hệ thống cung cấp điện như: Dao động điện áp, méo hình sin, ảnh hưởng của sóng, sung kích vô công, tác hại của thứ tự nghịch (âm) Từ đó để ứng dụng SVC đối với phụ tải khu gang thép Thái Nguyên để giảm thiếu các tác động nêu trên và nghiên cứu tính toán hiệu quả kinh tế của SVC đối với hệ thống điện khu gang thép Thái Nguyên

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và Trường đại học Bách khoa Hà Nội, các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian thực hiện luận văn Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với Thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Hiến, người đã quan tâm, tận tình hướng dẫn giúp tác giả xây dựng và hoàn thành luận văn này

CHƯƠNG I

ĐẶC ĐIỂM TIÊU THỤ ĐIỆN CỦA LƯỚI ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CÔNG SUẤT LỚN

I.1: Đặc điểm tiêu thụ điện của lưới điện công nghiệp công suất lớn

Điện năng là dạng năng lượng chủ yếu của các xí nghiệp công nghiệp, nơi tiêu thụ khoảng 50 sản lượng điện năng của cả nước Vì vậy, việc cung cấp và sử dụng điện hợp lý trong lĩnh vực này có ý nghĩa rất to lớn đối với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân

Các xí nghiệp công nghiệp có đặc điểm chung là có phụ tải điện lớn; yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao; thiết bị dùng điện được tập trung với mật độ cao, làm việc với tải gần định mức, dùng cả điện áp xoay chiều và điện áp một chiều, tần số công nghiệp (50Hz); làm việc liên tục trong suốt năm và ít phụ thuộc vào tính chất mùa vụ Tuy vậy, do quá trình công nghệ của xí nghiệp rất khác nhau nên đặc điểm tiêu thụ điện và hệ thống cung cấp điện của chúng cũng mang nhiều đặc điểm riêng biệt khác nhau Trong phần lớn các phụ tải điện công nghiệp thì lò nung hồ quang điện là loại phụ tải tiêu thụ điện lớn nhất, quá trình vận hành của nó thường kéo theo sự dao động điện áp và dao động công suất rất lớn

Để sử dụng điện năng có hiệu quả trong các lò hồ quang luyện thép thì các vấn đề phải được giải quyết một cách tổng thể và đồng bộ, đặc biệt là cần phải qu an tâm đến các vấn đề ổn định điện áp, hiệu chỉnh hệ số công suất và lọc sóng điều hoà Ổn định điện áp cải thiện đáng kể chế độ vận hành của lò luyện, làm gia tăng công suất cực đại dẫn đến tăng năng suất sản phẩm Ngoài ra, trong trường hợp lò hồ quang ngắn cũng cho phép lò làm việc với cùng một mức công suất cực đại, nhưng giảm thiểu được mức độ khó nóng chảy của vỏ bọc bên ngoài phôi thép, giúp hạn chế “chớp nháy” điện áp

Các giải pháp được sử dụng để ổn định điện áp bao gồm: việc đấu nối lò vào lưới có điện áp cao hơn hoặc sử dụng các thiết bị phụ trợ như máy bù đồng bộ với điện kháng đệm, thiết bị điều khiển thyristor tốc độ cao hiện đại hoặc điện kháng bão hoà Đấu nối lò điện vào lưới điện có điện áp cao hơn thường rất đắt và đôi khi là không thực tế Đáp ứng nhanh của thiết bị bù tốc độ cao giúp giải quyết vấn đề đối nghịch giữa đặc tính lò điện và việc giảm chớp nháy của tổ hợp máy bù đồng bộ với điện kháng đệm Vì vậy, có thể nói trong một số trường hợp, việc sử dụng thiết bị bù điều khiển bằng thyristor hoặc bù bằng điện kháng bão hoà sẽ là giải pháp ổn định điện áp lò điện mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nhất

I.2: Bù công suất phản kháng cho phụ tải trong lưới điện công nghiệp

Mục tiêu đầu tiên của lý thuyết bù phụ tải là giải thích mối quan hệ giữa hệ thống cung cấp điện (HTCCĐ), phụ tải và thiết bị bù nhằm để đạt ba mục tiêu:

+ Điều chỉnh hệ số công suất + Củng cố sự điều áp

+ Cân bằng phụ tải

Có thể nêu đặc trưng hoặc thiết lập mô hình của hệ thống cung cấp, phụ tải và thiết bị bù theo nhiều cách Hệ thống cung cấp có thể được đặc trưng như một mạch tương đương Thevenin với một điện trở hở mạch, một tổng trở nối tiếp các yêu cầu về dòng điện hay công suất, công suất phản kháng ( hay hệ số công suất) Thiết bị bù có thể được mô hình hoá thay đổi hay một nguồn công suất phản kháng Việc lựa chọn mô hình sử dụng cho mỗi thành phần có thể thay đổi theo yêu cầu và được kết hợp theo nhiều cách Các mô hình khác nhau của mỗi thành phần tương đương với nhau có thể chuyển đổi qua lại

Đầu tiên, lý thuyết được phát triển ở các điều kiện tĩnh hay gần tĩnh với giả thiết là các tải và các đặc tính hệ thống được hiểu ngầm là chúng không thay đổi hay thay

đổi chậm để sử dụng các phương trình pha Điều này làm việc phân tích trở nên đơn giản hơn Trong hầu hết các trường hợp thực tế, các phương trình pha tĩnh hay gần tĩnh đủ để xác định các đặc tính bên ngoài và định mức của thiết bị bù Đối với các phụ tải có công suất và công suất phản kháng thay đổi rất nhanh (chẳng hạn như lò hồ quang điện), các phương trình pha hoàn toàn không hiệu quả, để nghiên cứu chúng cần sử dụng các phương pháp đặc biệt

I.2.1 Hệ số công suất và sự điều chỉnh

I.2.1.1 Hệ số công suất

Có thể mô tả một pha như hình 1a, ta có tổng dẫn YL = GL + jBL được cung cấp từ điện áp U, dòng điện tải là IL, ta có:

IL = U.( GL + jBL ) = U.GL + jU.BL = IR + jIX (1)

Cả U và IL đều là các phần tử pha và phương trình (1) được thể hiện trong đồ thị pha hình 1b, trong đó U là véc tơ điện áp chuẩn

Dòng điện tải IL có thành phần tác dụng IR cùng pha với điện áp U và thành phần phản kháng IX vuô ng góc với U góc giữa U và IL là L

Công suất biểu kiến: SL = U.IL = U2.GL- j U2.BL = PL + jQL (1.2)

bHình 1.1 a)

UIS

Công suất biểu kiến có một thành phần thực PL ( công suất biểu kiến có ích để chuyển thành phần nhiệt, công cơ học, ánh sáng hoặc các dạng khác của năng lượng ) và một thành phần công suất phản kháng QL ( công suất phản kháng không chuyển được thành các dạng năng lượng có ích, nhưng sự hiện diện của nó là một nhu cầu cần thiết của tải ) Quan hệ giữa SL, PL, và QL được thể hiện ở hình 1.1c Đối với tải trễ ( cảm ứng ) theo qui ước PL dương và QL âm

Dòng điện IS = IL do hệ thống cung cấp là lớn hơn dòng điện cần thiết để cung cấp riêng cho công suất thực, bởi hệ số:

=

(1.3) Ở đây cos L là hệ số công suất, gọi thế là vì: cos L =

=

(1.4)

Như vậy cos L là tỷ lệ của công suất biểu kiến có thể chuyển đổi một cách hữu ích các dạng năng lượng khác

I.2.1.2 Điều chỉnh hệ số công suất

Nguyên tắc điều chỉnh hệ số công suất là bù công suất phản kháng, tức là cung cấp tại chỗ bằng cách nối song song với tải một thiết bị bù có tổng dẫn phản kháng đơn thuần –jBL Để minh hoạ điều này xem hình 1.2 minh hoạ việc điều chỉnh hệ số công suất

b)

21

Một phụ tải P1 + jQ1 có hệ số công suất cos 1 =

, khi được cung cấp một lượng công suất phản kháng QC, hệ số công suất được cải thiện từ cos 1 thành cos 2, với cos 2 =

(1.5)

Hình 1.3 và 1.4 minh hoạ sự thay đổi của thành phần công suất phản kháng khi tăng thêm với mỗi 10 thay đổi của hệ số công suất Lưu ý, trong minh hoạ ở hình 1.3, ngay cả khi hệ số công suất là 0,8 thì công suất phản kháng vẫn lớn do nguyên nhân gia tăng thêm 25 trong công suất biểu kiến

( kVA ) của đường dây Ở hệ số công suất này, 75 kVA của thiết bị bù là cần thiết để khử 75 kVAr của thành phần chậm sau

100 kW

100 kW 48,43 kVAr

100 kW 75 kVAr

100 kW 102 kVAr

100 kW 133,33 kVAr

100 kVA cos =1,00

142,86 kVA cos = 0,70 111,11 kVA

cos = 0,90

125 kVA cos = 0,80

166,67 kVA cos = 0,60

Hình 1.3 Minh hoạ sự gia tăng nhu cầu của công suất biểu kiến và công suất

phản kháng là một hàm số của hệ số công suất, khi giữ công suất tác dụng là một hằng số

Hình 1.4 Minh hoạ sự thay đổi công suất tác dụng và công suất phản kháng

là một hàm số của hệ số công suất, khi giữ công suất biểu kiến là một hằng số

Có thể quan sát từ hình 1.2b, công suất biểu kiến và công suất phản kháng trước và sau khi bù được biểu thị là S1 ( kVA ) đến S2 ( kVA ) và

Q1 ( kVAr ) đến Q2 ( kVAr ) bằng việc cung cấp công suất phản kháng QC, dĩ nhiên việc giảm dòng điện phản kháng đưa đến làm giảm dòng điện tổng làm giảm tổn thất công suất Vậy, việc hiệu chỉnh hệ số công suất đưa đến tiết kiệm về mặt kinh tế là giảm chi phí đầu tư và chi phí nhiên liệu thông qua việc giảm công suất và giảm tổn thất công suất trong tất cả các phần tử ở giữa điểm lắp đặt thiết bị bù và nguồn phát, bao gồm đường dây phân phối và trạm biến áp Hệ số công suất kinh tế là điểm mà tại đó hiệu quả của việc lắp đặt thêm thiết bị bù vừa đúng bằng chi phí của thiết bị bù Trước đây, hệ số công suất kinh tế này vào khoảng 0,95 Ngày nay, do chi phớ của nhà máy và nhiên liệu cao nên người ta đó tìm cách đưa hệ số công suất kinh tế lên đến 1 Tuy nhiên khi hệ số công suất tăng gần đến 1thì hiệu quả thiết bị bù trong việc cải thiện hệ số công suất, giảm việc truyền tải công suất biểu kiến, tăng khả năng tải, giảm tổn thất do việc tăng dòng tải trên đường dây cũng giảm rõ rệt Do vậy việc hiệu chỉnh hệ số công suất lớn đến 1trở nên đắt hơn so với chi phí kinh tế của việc lắp đặt tụ bù

I.2.2: Điều chỉnh điện áp

I.2.2.1: Nguyên tắc điều chỉnh điện áp

Việc điều chỉnh điện áp được xem như là thay đổi tỷ lệ ( hay trên mỗi đơn vị ) với biên độ điện áp cung cấp đi kèm với mỗi thay đổi của dòng phụ tải được xác định ( nghĩa là từ không tải đến đầy tải ) Điều này tạo nên sự sụt áp trên tổng trở cung cấp mang dòng điện tải Nếu hệ thống cung cấp được biểu diễn bằng mạch tương đương Thevenin một pha ở hình 1.5 thì việc điều chỉnh điện áp được cho bởi:

/ với U là điện áp pha chuẩn

Khi khô ng có thiết bị bù, sự thay đổi của điện áp cung cấp do dòng điện phụ tải IL gây ra được biểu diễn ở hì nh 1.5b là U:

U = E – U = ZS.IL với ZS = RS + jXS ( 1.6 ) Từ phương trình 1.2 ta có:

IL =

Do vậy:

Hình 1.5: a) Mạch tương đương của phụ tải và hệ thống cung cấp

b) Đồ thị véc tơ pha cho hình 1.5a ( chưa có bù )

c) Đồ thị véc tơ cho hình 1.5a ( bù cho điện áp không đổi )

E

U IS

ISRS jISXS IC

IS

Hình 1.5

U =

RS LS L + j

XS LS L

= UR + j UX ( 1.7 )

Sự thay đổi điện áp có thành phần UR cùng pha với U và thành phần UXvuông góc với U, được biểu diễn trên hình 1.5b Điều này có nghĩa là biên độ và pha của U có liên quan đến điện áp cung cấp E, đó là các hàm số của biên độ và pha của dòng điện phụ tải, hay nói cách khác sự thay đổi điện áp phụ thuộc vào cả công suất tác dụng và công suất phản kháng của phụ tải

Khi thêm thiết bị bù nối song song với tải, có thể làm cho E = U , tức là làm cho sự thay đổi điện áp bằng không hay giữ cho biên độ điện áp không đổi ở giá trị E khi có tải Điều này được thể hiện trên hình 1.5c đối với thiết bị bù phản kháng thuần Công suất phản kháng QL ở phươn trình ( 1.2 ) được thay bằng tổng: QS = QL + QC và QC được chỉnh định sao cho làm quay đồ thị vectơ pha U cho đến khi E = U

+ XS2, b = 2U2XS, c = ( U2 + RSPL )2 + XS2PL2 – E2U2 Giải phương trình ( 1.8’ ) ta được: QS =

24

của tải, miễn là có thể điều khiển dễ dàng công suất phản kháng của thiết bị bù trong một phạm vi vừa đủ ( nói chung kể cả chậm sau hay vượt trước ) Ở một tốc độ vừa đủ thì thiết bị bù có thể hoạt động như một bộ điều áp lý tưởng ( cần phải thừa nhận rằng chỉ có biên độ điện áp là điều khiển được, cùng góc pha của nó thay đổi liên tục theo dòng phụ tải )

Ở phần trước chúng ta đã biết là thiết bị bù có thể giảm công suất phản khá ng do hệ thống cung cấp về không như thế nào Đó là, thay vì làm chức năng điều chỉnh điện áp, thiết bị hoạt động như một thiết bị hiệu chỉnh hệ số công suất Nếu thiết bị được thiết kế để làm điều này, chúng ta có thể thay đổi phương trình ( 1.7 ) bằng: QS = QL + QC = 0 Điện áp thay đổi là:

U =

= ( RS + jXS ).

( 1.9 )

Giá trị này độc lập với QL và không bị thiết bị bù điều khiển

Vì vậy: Thiết bị bù công suất phản kháng thuần tuý không thể một lú c vừa duy trì

điện áp bằng không đổi vừa duy trì hệ số công suất đồng nhất

Ngoại lệ duy nhất đối với qui tắc này là PL = 0, nhưng điều này nói chung không thực tế Điều quan trọng cần chú ý là nguyên tắc này áp dụng cho hệ số công suất tức thời, cũng có thể có một thiết bị bù công suất phản kháng không thuần tuý dùng để duy trì cả điện áp không đổi và hệ số công suất trung bình đồng nhất

I.2.2.2 Công thức gần đúng cho việc điều chỉnh điện áp

Cách biểu diễn của UX và UR trong phương trình ( 1.7 ) đôi lúc được cho ở dạng hữu ích khác như sau:

Nếu một hệ thống bị ngắn mạch ở thanh cái phụ tải thì công suất ngắn mạch biểu kiến sẽ là:

SSC = PSC + jQSC = E.ISC = *

( 1.10 ) Trong đó:

ZSC = RS + jXS

ISC – dòng ngắn mạch Vỡ: *

Z = ZSC, ta có: RS = ZSC cos SC =

cos SC ( 1.11 )

Và: XS = ZSC sin SC =

sin SC ( 1.12 ) Với: tg SC = XS / RS ( 1.13 )

Thay ( 1.11 ) v à ( 1.12 ) v ào ( 1.7 ), biến đổi UX và UR theo U và giả thiết E / U 1, ta có:

Để có kết quả chính xác, cách biểu diễn ở phương trình (1.14) phải nhân với

Đến đây các phương trình được viết ra như thể U gắn liền với sự thay đổi toàn bộ từ 0 đến PL hay từ 0 đến QL trong phụ tải.Các phương trình (1.7), ( 1.14 ) và (1.15) cũng có giá trị đối với các thay đổi nhỏ của PL và QL, do vậy:

( PL cos SC + QL sin SC) ( 1.16 )

Nếu điện trở RS nhỏ hơn nhiều so với điện kháng XS thì cho phép bỏ qua các thay đổi điện áp gây ra bởi các thay đổi của công suất tác dụng P Do đó, việc điều chỉnh điện áp được thực hiện theo phương trình:

=

sin ( 1.17 )

Nghĩa là, sự thay đổi điện áp trên mỗi đơn vị bằng tỷ số thay đổi công suất phản kháng theo mức độ ngắn mạch của hệ thống cung cấp.Quan hệ này được biểu diễn bằng đồ thị như ở hình 1.6 và cho thấy đặc tính điện áp của hệ thống cung cấp

( hay đường tải của hệ thống ) gần như tuyến tính Một cách thể hiện khác là: U

( nếu Q << SSC ) ( 1.18 )

Mặc dù đặc tính này chỉ gần đúng nhưng rất có ích vì nó cho thấy sự hoạt động của thiết bị bù sẽ trình bày ở phần dưới đây

I.2.2.3 Đặc tính gần đúng của công suất phản kháng

* Điều áp với phụ tải cảm ứng thay đổi

Độ dốc = -E / SSC Đường phụ tải hệ thống

Trong phần này chúng ta suy đoán các thuộc tính của một máy bù lý tưởng dùng để củng cố việc điều áp với tải cảm ứng thay đổi

Tải được giả thiết là ba pha, cân bằng và biến thiên chậm để có thể sử dụng đồ thị véc tơ mỗi pha hay phương trình gần tĩnh, biến thiên của tải được giả thiết là nhỏ để cho U << U và cũng giả thiết rằng RS << XS để cho các phương trình gần đúng (1.17) và ( 1.18 ) áp dụng được Hình 1.7a cho thấy sự bố trí của hệ thống, thiết bị bù và phụ tải Đặc tính của hệ thống được vẽ trên hình 1.7b, đường đặc tính này đi xuống tức là tăng công suất phản kháng QS được cung cấp bởi hệ thống làm giảm điện áp tại điểm cung cấp, thay QL trong phương trình 1.17 bằng QS = QL + QC ta có:

U = E

1 ( 1.19 ) Hay:

( 1.20 )

Công suất phản kháng QS được cung cấp từ hệ thống được cho bởi: QS = Q + QC ( 1.21)

Rõ ràng là nếu công suất phản kháng của thiết bị bù QC thay đổi như thế nào đó để giữ cho QS không đổi thì điện áp cung cấp có thể không thay đổi Đặc biệt nếu:

QS = QLmax = hằng số ( 1.22 )

Thì U khô ng đổi với giá trị E (1 – QLmax / SSC ) như trên hình 1.7b Khi công suất phản kháng QL của tải tăng lên, mức hấp thụ công suất phản kháng của tải giảm xuống, tổng của chúng là hằng số, khi QL = 0 thì thiết bị bù hoạt động hoàn toàn và QLmax, khi QL = QLmax thì thiết bị cắt hoàn toàn và không hấp thụ công suất phản kháng, như vậy ta có thiết bị bù cảm ứng thuần tuý giữ cho điện áp nguồn không đổi với tải cảm ứng Bù như ở hình 1.7b được gọi là bù hoàn toàn điện áp được duy trì khô ng đổi trong toàn bộ dải công suất phản kháng của phụ tải

QL 1,0

Ump

QC max

QC max

QLmax - QLmax 0

c)E

U

QL QC

QS QLmax 0

QS

QC max QC U

Hình 1.7

a) Mạch tương đương một pha cua phụ tải được bù

b) Đặc tính gần đúng điện áp / công suất phản kháng của hệ thống được bù hoàn toàn c) Đặc tính gần đúng điện áp / công suất phản kháng của hệ thống được bù một phần d) Đặc tính gần đúng điện áp / công suất phản kháng của thiết bị bù lý tưởng

e) Đồ thị cân bằng công suất phản kháng ( biến thiên của QS và QC theo QL )

QL QLmax

QC max

QC max

QLmax - QLmax QC

QS QS

0U

ZS = RS + jXS QS

L

a)E

Sự điều áp U / U chỉ có thể giữ bằng không nếu định mức công suất phản kháng của thiết bị bù bằng hay vượt quá QLmax, nếu công suất phản kháng của thiết bị bù bị giới hạn bởi QLmax ( nhỏ hơn QLmax ), như vậy khi

QL = 0 thì thiết bị bù hấp thụ QLmax và sự điều áp sẽ bằng:

U, do đó:

QCmax = QLmax – SSC.

( 1.24 )

Bây giờ chia 1.7 ra hai thành phần riêng biệt như hình 1.7c, 1.7d, điều này được thực hiện nhờ sự hỗ trợ của sơ đồ cân bằng của công suất phản kháng như hình 1.7e Hình 1.7c cho thấy sự biến thiên của điện áp tại điểm cung cấp với QL: Nó thể hiện đặc tính của hệ thống có bù và cần được so sánh với đặc tính của hệ thống không bù của hình 1.7b Thiết bị bù được định mức ở QCmax < QLmax và được điều khiển một cách lý tưởng sao cho giữ QS không đổi như phương trình ( 1.22 ), miễn là không vượt quá giới hạn định mức của nó, tức là thiết bị bù hoạt động với chức năng một thiết bị điều áp lý tưởng

Hình 1.27c cho thấy định mức công suất phản kháng của thiết bị bù không cần lớn hơn lượng biến thiên của công suất phản kháng của phụ tải, nhằm giữ cho điện áp cung cấp không đổi khi tải thay đổi Việc này giúp ta

tiết kiệm dung lượng máy bù trong đó công suất phản kháng của phụ tải thay đổi giữ các giá trị tối đa và một vài giá trị thập phân, ví dụ 0,5 cho mỗi đơn vị, miễn là thiết bị

bù có định mức theo phương trình ( 1.24 ) thì dù công suất phản kháng của phụ tải bằng bao nhiêu đi nữa thì sự biến thiên điện áp cung cấp không vượt quá Ump

Hai thành phần của hình 1.7c có thể xác định như một phạm vi không được điều chỉnh với 0 < QL < ( QLmax - QCmax ) và một phạm vi có điều chỉnh với ( QLmax - QCmax ) < QL < QLmax Trong phạm vi không điều chỉnh, thiết bị bù hấp thu QCmax và hạn chế sự gia tăng của điện áp đến mức tối đa cho phép Ump, trong phạm vi có điều chỉnh, thiết bị bù duy trì QS = hằng số và

U = 0

Đặc tính điều chỉnh của thiết bị bù được biểu diễn ở hình 1.7d, và không có sự thay đổi điện áp với 0 < QC < QCmax, đường đặc tính này phẳng trong phạm vi điều chỉnh Nếu QL nằm dưới phạm vi điều chỉnh, thiết bị bù chỉ hấp thụ không đổi QCmaxbất kể điện áp là bao nhiêu

* Cải thiện hệ số công suất

Hệ số công suất trung bình của tải cảm ứng về cơ bản xấu hơn hệ số công suất của tải, ví dụ, nếu công suất phản kháng trung bình của tải QL bằng 1 /2 giá trị tối đa thì công suất phản kháng trung bình do tải cung cấp bởi hệ thống phụ tải được bù là 2QL, tức là gấp đôi

Để có sự điều áp lý tưởng cũng như hệ số công suất trung bình đơn vị, thì thiết bị bù dung kháng là cần thiết, thay vì giữ cho QS = hằng số = QLmax như ở phương trình( 1.22 ), thiết bị bù phải giữ cho QS = hằng số = 0 ( 1.25 )

Bỏ qua tác động sự thay đổi về công suất phụ tải theo trình tự như ở mục (a) sẽ cho thấy đặc tính điện áp/ công suất phản kháng của thiết bị bù lý

tưởng, các hình 1.8a đến 1.8d minh hoạ quá trình Hình 1.8c cho thấy đặc tính thiết bị bù lý tưởng Dung lượng điện dung tối thiểu của thiết bị bù được cho bởi phương trình ( 1.24 ) và ngoài phạm vi điều chỉnh của nó thiết bị bù được giả thiết phát ra công suất

phản kháng không đổi QCmax Điện áp đồng nhất bây giờ được định nghĩa là để đáp ứng điều kiện bù hoàn toàn, được qui định ở phương trì nh ( 1.25 ) và điểm vận hành trung bình là ở U = 1,0 cho mỗi đơn vị với QS = 0

Điểm vận hành U

1,0

QC QL

QL QLmax QC max a)

QC QC max

U 1,0

0 c)

QS

QS

QLmax QC max

QC U

1,0 Ump

0

QLmax QC max

QL Điều áp Không điều áp

b)

d)Hình 1.8:

a) Đặc tính điện áp / công suất phản kháng gần đúng của hệ thống chưa bù

b) Đặc tính điện áp / công suất phản kháng gần đúng của hệ thống có bù

c) Đặc tính điện áp / công suất phản kháng của thiết bị bù lý tưởng d) Đồ thị cân bằng công suất phản kháng ( biến thiên của QS và

QC theo Q )

Thay vì hấp thụ đủ công suất phản kháng để tạo tổng QL = QC đến QLmax thì thiết bị bù trở thành điện dung thuần tuý Nếu thiết bị bù được thiết kế để làm thiết bị bù điều chỉnh điện áp lý tưởng thì QS không phải luôn luôn bằng không vì công suất phụ tải thay đổi Nói chung tác động này nhỏ

* Độ dốc của công suất phản kháng

Nếu công suất phản kháng của phụ tải có thể thay đổi từ vượt trước

( phát ) đến chậm sau ( nhận ) thì cần có thiết bị bù có đặc tính điều chỉnh điện áp – công suất phản kháng mở rộng về cả hai góc phần tư của hình 1.9a Đặc tính cảm ứng của thiết bị bù ở hình 1.7c có thể hướng theo cách này bằng cách sử dụng tụ bù ngang cố định

QCmax vượt trước QCmax chậm sau

a) Vượt trước Chậm sau

U

Q

Tụ điện thế hiệu dịch

Thiết bị bù cảm ứng biến thiên b)

Thiết bị bù điện dung biến thiên Điện kháng

thế hiệu dịch

c) Hình 1.9:

a) Đặc tính điện áp / công suất phản kháng gần đúng của khả năng vượt trước và chậm sau công suất phản kháng của thiết bị bù lý tưởng

b) Điện dung thế hiệu dịch của thiết bị bù cảm ứng biến thiên c) Điện kháng thế hiệu dịch của thiết bị bù điện dung biến thiên

( hình 1.9b ) đủ lớn thì máy bù cảm ứng cú thể hướng vào góc phần tư chậm sau ( trễ ) bằng điện cảm cố định như hình 1.9c Nếu tụ bù ngang ở hình 1.9b đủ lớn thì máy bù cảm ứng có thể hướng sao cho đường đặc tính của nó nằm hoàn toàn ở góc phần tư vượt trước ( sớm ) Khi được kết hợp với tụ bù ngang thiết bị bù cảm ứng có khả năng duy trì điện áp không đổi và hệ số công suất trung bì nh đồng nhất cho phụ tải cảm ứng Sự phân biệt giữa thiết bị bù cảm ứng và thiết bị bù điện dung có thể như giả tạo, nhưng theo quan điểm thực tế thì đây là một điểm quan trọng bởi vì tất cả các thiết bị bù thực tế ( trừ máy bù đồng bộ ) làm việc bằng cách điều khiển các dòng điện trong một cụm tụ điện hay trong tổ hợp các điện cảm Thiết bị bù điện kháng bão hoà chẳng hạn, ít nhất nó cũng thường hướng một phần vào góc phần tư vượt trước nhờ các tụ điện Một điện kháng cố định mắc song song sẽ có lợi hơn một thiết bị bù biến thiên có cùng định mức công suất phản kháng Đôi khi để tiết kiệm cần xác định kích cỡ thiết bị bù sao cho phù hợp với sự biến thiên công suất phản kháng trong phụ tải theo hướng thêm một điện kháng cố định mắc song song nhằm đạt được hệ số công suất trung bình cần có

Ở các hình 1.7, 1.8, 1.9 đường đặc tính điện áp / công suất phản kháng của thiết bị bù và hệ thống cung cấp đều không thật thẳng và có dạng toàn phương Chúng được biểu diễn gần như đường thẳng, với giả thiết rằng U không chênh lệch đáng kể so với một đơn vị công suất, những tính toán chính xác hơn đòi hỏi các dạng chính xác của phương trình ( 1.7 ) và ( 1.8 ), nói cách khác, có thể làm việc này đối với các dòng điện vì công suất phản kháng

* Thiết bị bù phụ tải làm chức năng thiết bị điều áp

Các đặc tính điều khiển ở hình 1.7d và hình 1.8c có thể được đặc trưng bởi ba thông số:

1 Điện áp điểm khớp ( knee – point ): Uk

2 Công suất phản kháng định mức hay tối đa: QCmax 3 Độ lợi: KC

Độ lợi này có thể định nghĩa là mức thay đổi công suất phản kháng QC chia cho mức thay đổi điện áp U, nghĩa là KC =

( 1.26 ) và nếu đặc tí nh điều khiển là tuyến tính, thì với QC < QCmax, nó được biểu thị bằng phương trình:

U = Uk +

( 1.27 )

Ở hình 1.7d và 1.8c độ lợi KC là vô định, thiết bị bù hấp thụ hoặc phát ra một lượng công suất phản kháng vừa đúng để duy trì điện áp không đổi tại điểm cung cấp khi tải thay đổi

Bây giờ ta xác định đặc tính điều chỉnh điện áp của thiết bị bù có độ lợi điều áp Xác định KC, vận hành ở hệ thống cung cấp có mức ngắn mạch xác định SSC, vấn đề quan trọng là biên độ điện áp điểm cung cấp biến thiên như thế nào với phụ tải (đặc biệt với công suất phản kháng của tải )

Thiết bị bù lý tưởng ở dạng điều chỉnh điện áp có độ lợi KC là vô định Trong thực tế hiếm có các giá trị KC quá cao Nó có khuynh hướng làm giảm tính ổn định của điểm vận hành thiết bị bù, đối với một số loại thiết bị bù, thiết kế có giá trị KC cao khá tốn kém Do vậy đặc tính KC xác định là quan trọng

Phân tích trên cơ sở từng pha với giả thiết điều kiện cân bằng Giả thiết tỷ số XS / RS là cao và bỏ qua các dao động công suất, hệ thống được biểu diễn ở hình 1.7a, sự cân bằng công suất phản kháng được cho bởi:

Trên hình 1.10a, gradient của tải biểu diễn độ nhạy thực của điện áp cung cấp đối với sự thay đổi về công suất phản kháng QS, do đó:

E 1 ( 1.30 )

U

0

QS a)

Đặc tính điện áp hệ thống

U = E(1-QC/SSC)

U Uk

QC b)

Và vì QC là hàm của U, độ nhạy sẽ được hiệu chỉnh Công suất phản kháng của máy bù QC được xác định bởi độ lệch điện áp ( U – Uk ) theo phương trình( 1.27 ) ( xem hình 1.10b ), do đó:

QC = KC ( U – Uk ) ( 1.31 )

Ta đã biết rằng độ lợi máy bù KC cao thì có đường đặc tính U/Q phẳng, đó là đặc tính điện áp không đổi Tính theo đơn vị ( p.u ), nếu độ lợi khoảng 40 đơn vị có nghĩa là công suất phản kháng của máy bù thay đổi từ 0 đến 1 đơn vị ứng với thay đổi của U – Uk ( hoặc U ) là 1/40 hay 0,025 đơn vị Trong các tính toán để cho tiện ta sử dụng hệ thống tính đơn vị tương đối, trong đó QCmax là công suất phản kháng cơ bản và E là điện áp cơ bản

Ảnh hưởng của máy bù được xác định bằng cách thay QC từ phương trình (1.31) vào phương trình ( 1.30 ) và rút gọn lại để có:

U = E

( 1.32 )

Phương trình ( 1.32 ) cho thấy điện áp điểm cung cấp U, biến thiên như thế nào theo công suất phản kháng của phụ tải QL, khi có máy bù miễn là với QC < QCmax, dù chỉ gần đúng nó cũng trực tiếp cho thấy ảnh hưởng của tất cả các thông số chính khác như: Công suất phản kháng của chính phụ tải, đặc tính máy bù Uk và KC, đặc tính hệ thống E và SSC

Nếu phụ tải không được bù, chúng ta có KC = QC =0 và phương trình

(1.32) rút gọn thành phương trình ( 1.20 ) Máy bù có hai tác động rõ ràng trong phương trình ( 1.32 ): Thay đổi điện áp điểm cung cấp không tải và thay đổi sự nhạy cảm của điện áp điểm cung cấp với công suất phản kháng của phụ tải, nếu độ lợi của máy bù KC > 0 thì tính nhạy cảm điện áp giảm xuống:

=

( 1.33 )

Các tính toán về công suất bù cho trạm SVC của công ty gang thép Thái Nguyên có thể dựa vào lý thuyết bù vừa trình bày ở trên

FACTS là hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt sử dụng thiết bị điện tử công suất hoạt động ở chế độ tự động với dò ng điện và điện áp cao, cho phép điều khiển bù công suất phản kháng gần như tức thời, ngăn cản dao động để ổn định điện áp, hệ số công suất của hệ thống một cách nhanh chóng

Mặt khác việc định hướng phát triển hệ thống được căn cứ trên cơ sở dự báo phụ tải, tuy nhiên trong quá trình vận hành không phải lúc nào cũng đảm bảo cân bằng giữa cung và cầu dẫn đến tình trạng hệ thống điện sẽ có thời điểm bị quá tải Thêm vào đó, do khả năng tải của đường dây bị giới hạn bởi các yếu tố nhiệt độ, điện dung và độ ổn định, nếu không có sự điều khiển hợp lý, sẽ không tận dụng hết khả năng tải của các đường dây Việc sử dụng thiết bị FACTS sẽ góp phần giải quyết việc vận hành hệ thống điện một cách khoa học, nâng cao hiệu quả đường dây tải điện hiện có, đáp ứng yêu cầu thực tế đặt ra Đặc biệt ở những nơi yêu cầu về cung cấp điện an toàn và tin cậy

II.2 Lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS

II.2.1 Các ưu điểm khi sử dụng thiết bị FACTS

Sử dụng thiết bị FACTS cho phé p:

+ Nâng cao khả năng giữ ổn định điện áp, giảm dao động công suất làm cho việc vận hành HTĐ linh hoạt và hiệu quả hơn

+ Điều khiển trào lưu công suất phản kháng theo yêu cầu + Tăng khả năng tải của đường dây gần tới giới hạn nhiệt + Tăng độ tin cậy, giảm tổn thất hệ thống

Tuy nhiên giá thành các thiết bị FACTS là rất cao so với khả năng tài chính nước ta hiện nay Do đó, khi nghiên cứu áp dụng thiết bị FACTS cần phải phân tích các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật để lựa chọn giải pháp phù hợp

II.2.2 Phân loại thiết bị FACTS

Các thiết bị FACTS có thể phân ra làm bốn loại:

1, Thiết bị điều khiển nối tiếp ( Series Controllers ): Loại thiết bị này cho phép thay đổi tổng trở đường dây bằng tụ điện, điện kháng, hoặc biến đổi nguồn có tần số bằng tần số lưới nhờ thiết bị bán dẫn công suất Về nguyên lý, tất cả các thiết bị điều khiển nối tiếp chỉ cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng biến đổi

2 Thiết bị điều khiển song song (Shunt Controllers): Loại thiết bị này cho phép thay đổi tổng trở, thay đổi nguồn hoặc kết hợp cả hai Tất cả các thiết bị điều khiển song song bù dòng điện vào hệ thống tại điểm nút

3 Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với nối tiếp ( Combined series – series Controllers ): Đây là sự kết hợp các thiết bị điều khiển nối tiếp riêng rẽ, có cùng cách thức điều khiển được sử dụng trong hệ thống nhiều dây dẫn hoặc có thể là thiết bị điều khiển hợp nhất Trong những thiết bị điều khiển nối tiếp công suất phản kháng được bù độc lập cho mỗi đường dây, tuy nhiên công suất tác dụng giữa các đường dây được trao đổi qua nguồn liên kết Khả năng chuyển công suất tác dụng của thiết bị điều

khiển nối tiếp – nối tiếp hợp nhất tạo ra sự cân bằng cả dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng trong các dây dẫn, tận dụng tối đa hệ thống truyền tải

4 Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với song song ( Combined series – shunt Controllers ): Đây là sự kết hợp các thiết bị điều khiển song song và nối tiếp riêng rẽ được điều khiển kết hợp hoặc điều khiển hợp nhất dò ng năng lượng với các phần tử nối tiếp và song song Về nguyên lý, những thiết bị điều khiển song song và nối tiếp kết hợp bù dòng điện và hệ thống với những phần tử điều khiển song song và bù điện áp trên đường dây với những phần tử bù nối tiếp

II.3 Một số thiết bị FACTS

II.3.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor ( SVC )

SVC (Static Var Compensator) là thiết bị bù ngang dùng để phát hoặc 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, các cửa đóng mở ( GTO – Gate turn off )

SVC được cấu tạo từ ba 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

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 HTĐ

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

_ Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như các van thyristor , các khoá đóng mở GTO

Ngoài ra, TCSC cũng 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 HTĐ

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCSC như hình 2.2: Các chức năng chính của TCSC bao gồm:

_ Làm giảm nguy cơ sụt áp trrong ổn định tĩnh _ Giảm sự thay đổi điện áp

_ Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây

II.3.3 Thiết bị bù ngang điều khiển thyristor ( STATCOM ) Hình 2.2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC

Sơ đồ nguyên lý HT Điều Khiển Thyristor

L I

C MOV

C¶m kh¸ng

180Vïng kh«ng H§

Dung kh¸ng

Biểu đồ hoạt động

Z

STATCOM là sự hoàn thiện của thiết bị bù tĩnh SVC, bao gồm các bộ tụ điện được điều chỉnh bằng các thiết bị điện tử như thyristor và khoá 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

Các tính năng của STATCOM cũng 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 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 HTĐ

_ Tăng cường tính ổn định của HTĐ

_ Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ như ngắn mạch, mất tải đột ngột

Ngoài ra, STATCOM cũng 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 tr ừ được sự cố

_ Có thể phát CSPK khi điện áp thanh cái nhỏ hơn điện áp lưới và ngược lại, tiêu thụ CSPK khi điện áp thanh cái lớn hơn điện áp lưới

II.3.4 Thiết bị điều khiển góc pha bằng thyristor ( TCP AR )

Thiết bị TCPAR là một khái niệm mới ứng dụng thyristor để điều chỉnh góc lệch pha của điện áp pha của đường dây

U U,

UQ

1 3 MB A

Về mặt cấu tạo nó như một máy biến áp 3 cuộn dây nối song song với đường dây truyền tải và có thể điều chỉnh góc lệch của điện áp Uf truyền tải trên đường dây

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 chỉnh trào lưu công suất là rất cao, các tính năng của TCPAR bao gồm:

_ Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù _ Tăng cường tính ổn định tĩnh, tính ổn định động của HTĐ

_ Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ như ngắn mạch, mất tải đột ngột

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

II.3.5 Thiết bị điều khiển dòng công suất hợp nhất ( UPFC )

Converter 2

Hình 2.5: Nguyên lý cấu tạo của UPFC