Đánh giá hiệu quả ứng dụng thiết bị bù có điều khiển SVC trong hệ thống điện khu gang thép Thái Nguyên
MỤC LỤC
2.2.1: Nguyên tắc điều chỉnh điện áp
Công thức gần đúng cho việc điều chỉnh điện áp
Phương trình ( 1.14 ) tuy gần đúng, song lại có lợi vì nó đƣợc biểu diễn theo các đại lƣợng thông thường, đó là: mức độ sự cố hay mức độ ngắn mạch SSC, tỷ số X/R ( tức là tg SC), công suất tác dụng và công suất phản kháng của phụ tải PL và QL. 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 đƣợc biểu diễn bằng đồ thị nhƣ ở hình 1.6 và cho thấy đặc tính điện áp của hệ thống cung cấp.
Đặc tính gần đúng của công suất phản kháng
( hay đường tải của hệ thống ) gần như tuyến tính. Một cách thể hiện khác là:. Mặc dù đặc tính này chỉ gần đúng nhƣng rất có ích vì nó cho thấy sự hoạt động của thiết bị bù sẽ trình bày ở phần dưới đây. 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. 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 đƣợc 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:. Công suất phản kháng QS đƣợc cung cấp từ hệ thống đƣợc cho bởi:. Rừ ràng là nếu cụng suất phản khỏng của thiết bị bự QC thay đổi nhƣ thế nào đó để giữ cho QS không đổi thì điện áp cung cấp có thể không thay đổi. Đặc biệt nếu:. 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, nhƣ vậy ta có thiết bị bù cảm ứng thuần tuý giữ cho điện áp nguồn không đổi với tải cảm ứng. Bù nhƣ ở hình 1.7b đƣợc gọi là bù hoàn toàn điện áp đƣợc duy trì khô ng đổi trong toàn bộ dải công suất phản kháng của phụ tải. 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 đƣợc bù hoàn toàn. c) Đặc tính gần đúng điện áp / công suất phản kháng của hệ thống đƣợc 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 ). ( 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 tƣ 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. Tụ điện thế hiệu dịch. Thiết bị bù cảm ứng biến thiên b). Thiết bị bù điện dung biến thiên Điện kháng. 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.
Lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS
Với sự phát triển vƣợt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt kỹ thuật điện tử công suất nhƣ thyristor công suất lớn đó cho phép thực hiện c ác thiết bị bù điều khiển nhanh, thực tế các thiết bị bù dùng thyristor có thể thay đổi công suất từ 0 đến trị số định mức không quá 1/4 chu kỳ tần số điện công nghiệp. 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 nhƣ tức thời, ngăn cản dao động để ổn định điện áp, hệ số công suất của hệ thống một cách nhanh chóng.
Một số thiết bị FACTS
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 đƣợc điều khiển kết hợp hoặc điều khiển hợp nhất dò ng năng lƣợng với các phần tử nối tiếp và song song. STATCOM là sự hoàn thiện của thiết bị bù tĩnh SVC, bao gồm các bộ tụ điện đƣợc điều chỉnh bằng các thiết bị điện tử nhƣ thyristor và khoá đóng mở GTO, so với SVC, nó có ƣu điểm là kết cấu gọn nhẹ hơn, không đòi hỏi diện tích lớn nhƣ SVC và đặc biệt là nó điều khiển linh hoạt và hiệu quả hơn.
Khả năng áp dụng thiết bị FACTS tại Việt Nam
Trong các loại thiết bị FACTS, SVC là loại thiết bị có nhiều ƣu điểm ƣu việt hơn cả, nên nó đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới để cải thiện chế độ vận hành và nâng cao khả năng ổn định tĩnh của HTĐ. CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG Cể ĐIỀU KHIỂN (SVC).
Các thiết bị bù công suất phản kháng
Tính ƣu việt của các tụ bù tĩnh là chi phí thấp đặc biệt không gây tổn thất phụ và việc áp dụng rất linh hoạt, tuy nhiên khuyết điểm chủ yếu của chúng là cung cấp đƣợc ít công suất phản kháng khi có rối loạn hoặc thiếu điện, bởi vì dung lƣợng của công suất phản kháng tỷ lệ bình phương với điện áp. Để thiết bị bù dọc có thông số điều chỉnh trơn và ổn định, thường chọn phạm vi điều chỉnh của TCR từ XL = XL0 đến XL = ∞ (với XL0 > XC ; XL0 là điện kháng của TCR ứng với lúc thyristor mở hoàn toàn; XL = ∞ là điện kháng của TCR ứng với thyristor đã đóng hoàn toàn).
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG SVC TẠI KHU GANG THÉP THÁI NGUYÊN
Căn cứ thiết kế hệ thống SVC
Khi điện áp thanh cái cấp điện dao động sẽ làm biến đổi mô men quay phụ phải loại động cơ dị bộ, công suất hữu công đƣa vào phụ tải cũng vì thế mà giảm xuống, ảnh hưởng đến lực ra của thiết bị và sản xuất. Lò điện xoay chiều sinh ra dòng điện sóng hài cấp cao lớn, thứ tự âm, và điện áp xung vô công dao động và đột biến ảnh hưởng nghiêm trọng đến bản thân hộ sử dụng và sự vận hành an toàn của các thiết bị trên lưới điện, làm giảm chất lượng điện của lưới.
2.4: Chỉ tiêu kỹ thuật cần đạt đƣợc
Theo yêu cầu phụ lục quốc gia, dòng điện sóng hài cấp thiết cho phép tại điểm liên kết còn phải tính đổi theo công thức (2). Độ không cân bằng điện áp thanh cái 110kV, điểm đo đạc tại trạm biến thế Gia sàng do cụm lò điện gây ra đáp ứng yêu cầu cần qui định về “Độ không cân bằng điện áp” phải nhỏ hơn 1.3%.
3.1.1: Ảnh hưởng của sóng hài đến lưới cung cấp điện
Các thông số thiết bị cấp điện của hệ thống, thông số về thiết bị của Bảng 8: Dòng điện sóng hài và tổng sai lệch điện áp sóng hài xẩy ra của hệ thống dẫn vào lò điện hồ quang, hệ thống cấp điện hiện nay. Kết quả tính toán dòng điện, điện áp sóng hài trong bảng 8 cho thấy: Dòng điện sóng hàibậc 2, 3, 4, 6 khảo sát tại trạm biến áp 110kV Gia sàng dẫn vào hai lò điện hồ quang của hệ thống cấp điện hiện có của Gang thép Thái Nguyên vƣợt tiêu chuẩn dẫn đến mức sai lệch điện áp sóng hài của thanh cái này dã đạt tới 1.87% gần với trị số yêu cầu 2% của giới hạn tiêu chuẩn.
3.1.2: Ảnh hưởng của dao động và đột biến của điện áp đối với lưới điện
Trị số dao động và đột biến điện áp lớn nhất có thể sinh ra trên các thanh cái cấp điện của Gang thép Thái Nguyên đƣợc xác định phải căn cứ vào dung lƣợng ngắn mạch nhỏ nhất mà lưới điện quốc gia cấp ở trạm 110kV Thái Nguyên và các tham số đẳng trị của lưới hệ thống để tính toán dung lượng ngắn mạch nhỏ nhất trên các thanh cái cấp điện, các tham số đẳng trị của lưới hệ thống như chỉ ra ở hình 3. Từ các tham số trên tính toán trị số dao động và đột biến của điện áp sinh ra khi hai lò điện hồ quang xung kích vô công lớn nhất xem bảng 10.
3.1.3: Ảnh hưởng của thứ tự nghịch sóng cơ bản đối với lưới điện
Từ kết quả tính toán thứ tự nghịch có thể thấy, điểm khảo sát thanh cái 110kV trạm biến áp Gia sàng điện áp thứ tự nghịch sóng cơ bản không vƣợt qua hạn định 1.3.
3.2.1: Ảnh hưởng của sóng hài đối với lưới điện
Bốn lò điện hồ quang của hệ thống cấp điện tương lai dẫn đến biến dạng hình sóng điện áp, dòng điện trên thanh cái 110kV trạm Gia sàng, thanh cái 35kV cấp điện cho lò điện.
3.2.2: Sự thật của dao động và đột biến của điện áp đối với lưới điện Hệ thống
Nhƣ trên đã nói, trị số dao động và đột biến điện áp lớn nhất có thể sinh ra trên các thanh cái cấp điện của hệ thống cấp điện tương lai không có SVC của Gang thép Thái Nguyên, đầu tiên phải căn cứ vào dung lượng ngắn mạch nhỏ nhất mà lưới điện quốc gia cấp ở 110kV trạm Thái Nguyên và các tham số đẳng trị của lưới hệ thống để tính ra dung lƣợngngắn mạch nhỏ nhất trên các thanh cái cấp điện ( Xem bảng 9 ). Từ bảng 12 ba lò điện xoay chiều của hệ thống cấp điện tương lai không có SVC sản sinh ra điện áp dao động và đột biến có thể thấy điện áp dao động lớn nhất điểm khảo sát 110kV trạm Gia sàng là 4.8 %, vƣợt quá trị số cho phép 2.0 %, điện áp đột biến lớn nhất là 1.34 % càng vượt xa tiêu chuẩn nhà nước 0.6 % đối với yêu cầu đột biến phụ tải chiếu sáng thông thường.
3.2.4: Hiệu nghiệm dung lƣợng biến thế chính 50 MVA
Do dung lƣợng ngắn mạch của hệ thống cấp điện Công ty Gang thép Thái Nguyên Việt Nam rất nhỏ, đồng thời từ tính toán mô phỏng ở trên đƣợc biết dòng điện sóng hài, điện áp sóng hài, xung kích vô công của hệ thống điện tương lai dẫn đến dao động và đột biến điện áp tại điểm khảo sát phía 110kV trạm biến áp Gia sàng vƣợt hai chỉ tiêu chuẩn nghiêm trọng, dung lƣợng định mức của biến thế chính 50 MVA không đủ để cấp cho bốn lò điện hồ quang trong tương lai đồng thời vận hành, nhóm lò điện trong quá trình sản xuất sẽ uy hiếp đến vận hành an toàn đối với biến áp chính sinh ra ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự ổn định của hệ thống điện lực và chất lượng điện năng cho nên cần phải lắp đặt thêm thiết bị SVC dung lƣợng phù hợp để bảo đảm cả hệ thống vận hành an toàn ổn định. Hệ thống cấp điện tương lai của gang thép Thái Nguyên sau khi dược lắp thêm SVC, do trên dây cái TCR của 11 kV và dây cái lò điện 35 kV lần lƣợt đƣợc lắp các cụm lọc sóng bậc hai, bậc 3, bậc 4, bậc 5, là để sau này dùng vào việc cấp dòn g điện của công suất vô công dung tính và loại bỏ sóng hài các bậc.
