Báo cáo môn học thiết bị bù thiết bị điều khiển góc pha bằng thyristor

BÁO CÁO MÔN HỌC : THIẾT BỊ BÙ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN GÓC PHA BẰNG THYRISTOR (Thyristor Controlled Phase Angle Regulator) GVHD: PGS.TS Lê Thành Bắc NHĨM Ngơ Hồng Thịnh Nguyễn Mậu Trí Đỗ Quốc Trung Trần Quốc Trung Nguyễn Mạnh Tuấn Trần Nhật Vân Trần Viết Quốc Vinh Nguyễn Văn Thuần Khuất Nguyễn Quang Hiền 1 • TỔNG QUAN CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG • BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG & TỔNG QUAN THIẾT BỊ BÙ • NGUYÊN LÝ & CẤU TẠO TCPAR • MƠ HÌNH TỐN CỦA TCPAR • MƠ PHỎNG I TỔNG QUAN CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.1 Tổng quan cơng suất phản kháng  Công suất phản kháng ( Reactive power ) phần công suất tạo ra bởi từ trường tuabin máy phát điện , quan trọng đặc biệt với tải cảm  Công suất phản kháng góp phần quan trọng tạo nên từ trường q trình khởi động , khơng có đồng nghĩa với việc khơng khởi động phụ tải có tính cảm  Cơng suất phản kháng hiểu lượng vơ cơng, sinh thành phần phản kháng trong hệ thống điện xoay chiều Hình : Trực quan cơng suất phản kháng I TỔNG QUAN CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.2 Cơng thức tính cơng suất phản kháng  Q = S.sinφ=U.I.sinφ  Trong P : công suất tác dụng (W) S : công suất biểu kiến (VA) φ : pha lệch S P Đơn vị tính cơng suất phản kháng là VAR (volt amperes reactive), kvar = 1000 var Hình : Giản đồ vecto bù cơng suất phản kháng I TỔNG QUAN CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.3 Khái niệm hệ số công suất  Hệ số công suất tỷ lệ công suất thực cơng suất biểu kiến tính volt-ampe  Là tỷ lệ điện trở trở kháng mạch điện xoay chiều Hay cosin góc dịng điện điện áp  Cơng thức tính hệ số cơng suất: Cosφ = P/S Trong đó:  P: công suất hiệu dụng (W) S: công suất biểu kiến (VA) I TỔNG QUAN CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.4 Ý nghĩa hệ số công suất  Đối với bên bán điện : Nếu cos phi thấp đồng nghĩ với việc phải truyền tải lượng S cao cung cấp lượng P yêu cầu từ phụ tải, dẫn tới việc tăng công suất máy biến áp, đường dây tải điện (Vì I lớn), tổn thất điện áp đường dây lớn, gây tốn lãng phí, giảm chất lượng điện  Đối với bên mua điện: Cos phi thấp dẫn tới việc không sử dụng hiệu lượng tiền điện phải trả (Trả cho công suât S truyền tới dùng phần công suất P S đó), lãng phí kinh tế  Xét phương diện nguồn cung cấp :Nếu xét phương diện nguồn cung cấp (máy biến áp máy phát điện) Rõ ràng dung lượng máy biến áp công suất máy phát điện (tính KVA) Hệ số cơng suất cao thành phần cơng suất tác dụng cao máy sinh nhiều công hữu ích  Xét phương diện đường dây truyền tải: Nếu xét phương diện đường dây truyền tải ta cần quan tâm đến dòng điện truyền đường dây Dịng điện làm nóng dây tạo lượng sụt áp đường dây truyền tải I TỔNG QUAN CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.5 Nâng cao hệ số cơng suất Mục đích Giảm tổn thất điện áp mạng điện Giảm tổn thất công suất mạng điện Tăng khả truyền tải đường dây máy biến áp Nâng cao hệ số công suất Phương pháp nâng cao hệ số công suất Phương pháp nâng cao hệ số Cosphi tự nhiên Phương pháp nâng cao hệ số Cosphi nhân tạo II TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 2.1 Ý nghĩa việc bù công suất phản kháng Tổn thất điện áp lưới điện phụ thuộc nhiều vào công suất truyền tải thông số đường dây Khi vận hành phải đảm bảo cho thay đổi điện áp vị trí lưới so với định mức nằm phạm vi điện áp cho phép Trong lưới truyền tải điện, sử dụng thiết bị bù (tụ bù ngang, tụ bù dọc) nhằm mục đích cải thiện điện áp nút, việc bù cơng suất phản kháng cịn có thêm ý nghĩa: - Tăng khả tải đường dây - Cải thiện tính ổn định điện áp nút - Phân bố lại công suất phản kháng hệ thống dẫn đến giảm tổn thất hệ thống - Tăng độ dự trữ ổn định hệ thống II TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 2.2 Bù dọc Tụ bù mắc nối tiếp với phụ tải: có tác dụng giảm điện áp giáng đường dây (giảm tổn thất điện áp công suất đường dây), dàn điện áp đường dây với điện áp cho phép tăng khả truyền tải đường dây Tụ bù dọc Hình : Tụ bù dọc đường dây II TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 2.3 Bù ngang Bù ngang biện pháp nối rẽ thiết bị bù (bộ kháng điện, máy bù đồng ) vào lưới truyền tải điện: nhằm tiêu thụ công suất phản kháng, nâng cao hệ số công suất Cosφ, tăng khả tải cơng suất,giảm tổn thất góp phần điều chỉnh ổn định điện áp lưới điện Tụ bù ngang Kháng bù ngang Hình : Tụ bù ngang kháng bù ngang đường dây 10 IV.MƠ HÌNH TỐN CỦA TCPAR 4.1 Mơ hình tốn TCPAR Hoặc giả sử TCPAR lắp đặt hai nút i j, sơ đồ thay TCPAR sau Hình : Sơ đồ thay TCPAR đường dây Với Pi, Qi công suất tác dụng công suất phản kháng thêm vào nút i j Pis  Vi 2T gij  VV i j T ( g ij sin  ij  bij cos  ij ) Qis  Vi 2Tbij  VVT ( gij cos  ij  bij sin  ij ) Pjs  VV i jT ( g ij sin  ij  bij cos  ij ) Q js  VV i jT ( g ij cos  ij  bij sin  ij ) Với T=tan 17 Các tính TCPAR Các tính TCPAR bao gồm:  Điều khiển trào lưu công suất đường dây  Tăng cường tính ổn định tĩnh hệ thống điện  Tăng thêm tính ổn định động hệ thống  Giảm dao động công suất xảy cố hệ thống điện  Có khả vận hành liên tục hệ thống 18 Hình : Mơ hình đơn giản khối UPFC Cấu tạo : Mơ hình gần giống với TCPAR, tương tác trực tiếp với đường dây, gồm khối đơn giản hóa gồm  Khối STATCOM : lấy công suất tác dụng từ đường dây truyền qua mạch DC tới khối SSSC Ngồi cịn hoạt động độc lập khối bù ngang, điều chỉnh điện áp nút bù  Khối SSSC : Nhiệm vụ thêm vec tơ điện áp nối tiếp với đường dây điều chỉnh góc pha vecto V.MƠ PHỎNG Mơ Ở ta sử dụng mơ hình thiết bị bù UPFC có chức điều chỉnh góc pha tương đương TCPAR 19 V.MƠ PHỎNG Mơ UPFC điều khiển truyền tải công suất thông qua điều chỉnh điện áp nút bù ngang góc lệch pha điện áp đầu cuối đường dây thể hình bên dưới, qua điều chỉnh linh hoạt cơng suất truyền tải Hình 10 : Mơ hình đơn giản giản đồ vecto nguyên lý khối UPFC 20 V.MƠ PHỎNG Mơ Sơ đồ mô thể truyền tải công suất từ nhà máy điện cấp điện áp 230kV với tổng công suất tác dụng 1500MW lên đường dây 500kV phụ tải 200MW Hình 11 : Sơ đồ đường dây mô UPFC 21 GIỚI THIỆU VỀ TCPAR Mơ Hình 12 : Sơ đồ mơ MATHLAB 22 IV.MƠ HÌNH TỐN CỦA TCPAR Tổng quan khối UPFC • Khối nguồn phát (Hình 13): Gồm mơ hình tương đương nhà máy điện phát cơng suất 13,8kV sau trun cơng suất lên đường dây 230kV qua máy biến áp • Khối đo lường tín hiệu điều chỉnh (Hình 14): Đưa tín hiệu điều khiển cơng suất tác dụng, phản kháng truyền tải mong muốn biên độ, góc pha điện áp nối tiếp thêm vào đường dây • Khối đo lường công suất truyền tải P,Q điện áp bus (Hình 15): Nhận vào tín hiệu điện áp dòng điện pha bus tính tốn P, Q truyền tải • Các khối bên UPFC (Hình 16), khối “Power Components Modeling” nhận vào thông số điện áp cần thêm vào tương tác trực tiếp với đường dây Các khối lại : nhận vào tín hiệu đường dây tính toán giá trị cần điều chỉnh 23 GIỚI THIỆU VỀ TCPAR Mơ Hình 13 : Bên khối nguồn phát: 24 GIỚI THIỆU VỀ TCPAR Mơ Hình 14 : Khối đo lường tín hiệu điều chỉnh UPFC : 25 GIỚI THIỆU VỀ TCPAR Mơ Hình 15 : Khối đo lường công suất truyền tải P,Q điện áp bus sơ đồ 26 GIỚI THIỆU VỀ TCPAR Mơ Hình 16 : Các khối bên UPFC 27 GIỚI THIỆU VỀ TCPAR Mô Hình 17 : Đồ thị đầu khối đo lường hình 14 hình 15 trường hợp tải 200MMW 28 GIỚI THIỆU VỀ TCPAR Mô Trường hợp B1 B2 B3 B4 B5 Khơng có UPFC 95.19 588.8 586.8 898.6 1279 Tải 0% Tải 30% Tải 50% Tải 100% 193.6 196.6 196.6 196.6 686.7 689.7 689.7 689.7 684 687 687 687 799 796 796 796 1475 1416 1376 1277 Tải 300MW nguồn tương đương 14900 MVA 196.6 689.7 687 796 1177 Tải 400MW nguồn tương đương 14800 MVA 196.6 689.7 687 796 1077 Bảng : So sánh công suất truyền bus trường hợp khác 29 IV.MƠ HÌNH TỐN CỦA TCPAR Kết mơ • • • • Có thể thấy rằng, chưa có tác động UPFC, mạng điện có phân bố cơng suất tự nhiên, máy biến áp B2 truyền tải lượng công suất 899MW, bị tải 100MW Ở giây thứ 5, máy cắt mở ra, đến giây thứ 10 UPFC có tác động đáng kể Một điện áp nối tiếp V_conv thêm vào đường dây (giá trị biên độ góc pha thể đồ thị kết quả) Nhờ cơng suất tác dụng huy động bớt sang phía B2 B3 100MW, giảm tải cho MBA B2 Khi phụ tải thay đổi, UPFC trì lượng cơng suất truyền tải bus gần nhau, có bus phụ thuộc vào lượng công suất tải tiêu thụ, không phụ thuộc vào nguồn 500kV tương đương 15000MVA cơng suất q lớn Như thấy ổn định UPFC thay đổi thông số thành phần tải lưới mạng điện 30 IV.MƠ HÌNH TỐN CỦA TCPAR Kết luận  Qua sơ đồ mơ có áp dụng thiết bị điều chỉnh góc lệch pha tương tự TCPAR thấy • Với khả đặt nối tiếp điện áp vng góc với điện áp đường dây, thiết bị điều chỉnh góc lệch pha đầu điện áp qua điều chỉnh dịng truyền cơng suất toàn sơ đồ theo giá trị ta mong muốn, tránh tải thiết bị sơ đồ mạng điện • Khả đáp ứng tốt thiết bị theo giá trị công suất truyền tải định trước công suất tiêu thụ tải thay đổi 31 ... LƯỢC CÁC THIẾT BỊ BÙ 2.5 Một số thiết bị điều khiển công suất phản kháng hệ thống điện - Thiết bị bù tĩnh điều khiển thyristor (SVC - Static Var Compensator) Thiết bị bù dọc điều khiển thyristor. .. góp phần điều chỉnh ổn định điện áp lưới điện Tụ bù ngang Kháng bù ngang Hình : Tụ bù ngang kháng bù ngang đường dây 10 II.GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC CÁC THIẾT BỊ BÙ 2.4 Thiết bị bù bao gồm máy bù đồng... - Thyristor Controlled Series Capacitor) Thiết bị bù tĩnh (STATCOM - Static Synchronous Compensator) Thiết bị điều khiển dịng cơng suất (UPFC - Unified Power Flow Controller) Thiết bị điều khiển