10- Bộ so sánh; 11 Tải.
4.2.4.2Thiết bị bù công suất phảnkháng
Thiết bị bù phải đ−ợc chọn trên cơ sở tính toán so sánh về kinh tế kỹ thuật. Hiện nay th−ờng dùng máy bù đồng bộ, động cơ không đồng bộ rôto dây quấn đ−ợc đồng bộ hóa, dùng bộ tụ điện để bù. Th−ờng dùng hơn cả là tụ điện tĩnh và máy bù đồng bộ. Tuy nhiên để thực hiện mục đích bù công suất phản kháng nâng cao hệ số cosϕ của mạng điện, ng−ời ta chỉ dùng tụ điện tĩnh mà không dùng máy bù đồng bộ, lý do nh− sau:
o Công suất tác dụng của máy bù đồng bộ lớn hơn nhiều so với công suất tác dụng của tụ điện tĩnh. ở chế độ định mức, tổn thất công suất trong các máy bù đồng bộ là 1,33-3,2% công suất định mức của chúng. Trái lại, tụ điện tĩnh tiêu thụ rất ít công suất tác dụng và bằng khoảng 0,3 – 0,5% công suất phản kháng.
o Giá tiền của mỗi kVA tụ điện tĩnh ít phụ thuộc vào công suất và có thể coi nh− không đổi. Vì vậy rất thuận tiện cho việc phân chia tụ điện tĩnh ra làm nhiều nhóm nhỏ, tuỳ ý đặt vào nơi cần thiết. Trái lại giá tiền mỗi kVA máy bù đồng bộ thay đổi tuỳ theo dung l−ợng, dung l−ợng càng nhỏ thì giá đó càng đắt.
o Tụ điện tĩnh vận hành t−ơng đối đơn giản, ít sinh sự cố. Trái lại máy bù đồng bộ với những bộ phận quay, chổi than, … dễ gây nên sự cố trong lúc vận hành. Nếu trong lúc vận hành, một tụ điện nào đó có thể bị h− hỏng thì toàn bộ số tụ điện còn lại vẫn tham gia vận hành bình th−ờng. Song nếu trong nhà máy chỉ có một máy bù đồng bộ mà lại bị hỏng thì tất nhiên sẽ mất toàn bộ dung l−ợng bù, ảnh h−ởng sẽ rất lớn.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….
Hiện nay, tụ điện có thể đ−ợc dùng để bù ngang (bù tĩnh) hay bù dọc:
o Bù dọc: Tụ bù dọc đ−ợc mắc nối tiếp với đ−ờng dây. Công suất phát của tụ bù dọc phụ thuộc vào phụ tải trên đ−ờng dây.
Khi mắc tụ ở cuối đ−ờng dây hao tổn điện áp đ−ợc xác định: ∆U = n U ) c X )(X c Q (Q PR+ − − ; (4.5) Khi đặt tụ ở đầu đ−ờng dây:
∆U = n U ) c X Q(X PR+ − ; (4.6) Trong đó:
P,Q - Công suất tác dụng và phản kháng của phụ tải; Qc - Công suất phát của tụ bù;
R, X - Điện trở tác dụng và phản kháng của l−ới điện; Xc - Điện trở phản kháng của tụ;
Un - Điện áp định mức của l−ới điện.
Vị trí đặt tụ phải đ−ợc chọn sao cho hiệu quả điều hoà cao nhất
Công suất tụ bù: Qc = K.S; (4.7) K = sinϕ - 2 2 r v) cos U U ( − ϕ ; (4.8)
Với: Uv , Ur - Điện áp tr−ớc và sau tụ bù dọc. Chọn tụ có công suất định mức Qcn gần nhất:
Xc = c2
3I Q
; (4.9)
Dòng điện chạy trên đ−òng dây: I =
U 3 S
; (4.10)
Độ gia tăng điện áp khi đặt tụ bù dọc:
Vc = λ(sinϕ - 0,5cosϕ2λ); (4.11) cn v cn I U I U 3 λ= ; (4.12)
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….
Với: Ucn , Icn - Điện áp, dòng điện định mức của tụ.
Điện áp ra: Ur = Uv(1 + Vc); (4.13)
* −u điểm của bù dọc:
- Đơn giản, dễ vận hành, chi phí thấp. * Nh−ợc điểm:
- Gây quá dòng khi ngắn mạch; - Gây cộng h−ởng tần số;
- Có thể là nguyên nhân gây mất ổn định cho chế độ làm việc của máy phát mắc nối tiếp với tụ điện khi phụ tải quá bé và mức điều hoà lớn.
o Tụ bù tĩnh: Tụ bù tĩnh đang đ−ợc sử dụng rộng rpi trong l−ới điện bởi nó có thể đ−ợc mắc ngay trên đầu các hộ dùng điện, trên thanh cái các trạm biến áp hoặc tại các điểm nút của mạng điện. Tụ bù tĩnh có thể mắc độc lập hoặc mắc thành từng nhóm theo sơ đồ ∆ hoặc Y. Khi mắc tụ bù tĩnh hao tổn điện áp đ−ợc xác định. U )X Q (Q PR ∆U + − b = ; (4.14) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nh− vậy khi có tụ bù tĩnh điện áp sẽ tăng lên một l−ợng là: Vb =
U X Qb
; (4.15)
Trong đó: Qb - Công suất tụ bù; U - Điện áp sau khi đặt tụ; U0 - Điện áp tr−ớc khi đặt tụ: U = U0 + Vt; (4.16) Từ đó: Vb = Vt U X Q 0 b + ; (4.17) Vb = 2 4QX U U0+ 20+ ; (4.18)
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….
Vì Vb<<U0 nên ta có thể tính gần đúng nh− sau: Vb0 = 0 b U X Q ; (4.20) Vb b0 0 b V U X Q + ≈ ; (4.21)
Công suất bù cần thiết để nâng điện áp lên một l−ợng Vb là: Qb =
X U Vb
; (4.22)
Khi trạm sử dùng cơ cấu điều chỉnh điện áp thì phải xét tới l−ợng công suất phản kháng tiêu thụ do hiệu ứng điều chỉnh điện áp gây nên:
∆Q = 0,01qVbQ; (4.23) Với: Q - Công suất phản kháng của l−ới điện khi ch−a có tụ điện
q - Hệ số tính tới hiệu ứng gia tăng điện áp %
Giả sử sau khi đặt tụ bù điện áp l−ới sẽ tăng bằng điện áp định mức. Hiệu ứng gia tăng điện áp do đặt tụ đ−ợc xác định:
Vb% = 100 U X Q 2 n b ; (4.24)
Biểu thức này viết cho tụ hạ áp đới với tụ cao áp giá trị Vb% xác định đ−ợc cần nhân với 0,9. Công suất của tụ bù có thể tính:
Qb = ∑n ∑n 1 b tt % V 100V ; (4.25) Vtt = Vcf- - V; (4.26) Với: V - Độ lệch điện áp thực tế đầu vào hộ dùng điện;
Vb% - Độ lệch gia tăng điện áp khi đặt tụ của phần tử thứ i; n - Số phần tử của mạng điện.
* −u điểm của tụ bù tĩnh:
- Làm việc tin cậy, êm dịu; - Tuổi thọ cao;
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….
- Tiêu thụ công suất tác dụng ít;
- Có thể đồng thời làm tăng hệ số công suất cosϕ và tăng độ đối xứng; - Có thể thay đổi dung l−ợng băng cách thay đổi sơ đồ của các cụm tụ bù;
* Nh−ợc điểm:
- Không thể điều chỉnh trơn nên độ chính xác kém ; - Gây mất ổn định cho l−ới điện do công suất của tụ:
Qc = 3U2ωC10-3; (4.27) Khi U giảm Qc giảm mạnh.
Với sự phát triển của công nghệ khoa học hiện nay, nhất là công nghệ điện tử nên các bộ tụ bù tĩnh không những có thể điều chỉnh trơn đ−ợc mà còn có thể tự động tiêu thụ hay phát công suất phản kháng lên l−ới một cách linh hoạt. Nếu kết hợp thêm các bộ lọc thì những thiết bị này còn có thể loại trừ đ−ợc các thành phần dòng điện bậc cao đảm bảo độ không sin của l−ới điện nằm trong phạm vi cho phép. Các thiết bị thuộc loại này là: thiết bị bù tính SVC, bộ lọc-bù công suất phản kháng Statcom, hệ thống bù hỗn hợp UPFC, …
1. Thiết bị bù tĩnh SVC
SVC (static var compensator) là một loại thiết bị bù tĩnh có khả năng phát hay tiêu thụ công suất phản kháng thông qua việc điều chỉnh góc mở của các thyristor nhằm giữ điện áp ổn định trong một giới hạn cho phép mà không bị nhảy nh− dùng bộ tụ bù, (hình 4.4).
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….
Một SVC th−ờng đ−ợc tạo nên bởi các phần tử cơ bản nh−, kháng điều khiển bằng Thyristor TCR (Thyristor Controlled Reactor), tụ đóng cắt bằng Thyristor TSC (Thyristor Switched Capator), kháng đóng cắt bằng Thyristor TSR (Thyristor Switched Reactor), máy biến áp điều khiển bằng Thyristor, các bộ loc tần số cao. Cụ thể: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
* Kháng điều khiển bằng Thyristor TCR (hình 4.5): Gồm 2 Thyristor đấu song song ng−ợc để điều chỉnh dòng qua cuộn kháng L thông qua việc thay đổi góc mở các Thyristor. Nhờ đó, TCR có thể thay đổi dòng điện và giá trị công suất phản kháng một cách liên tục. Biểu thức thể hiện sự phụ thuộc của dòng qua TCR vào góc mở α nh− sau: ITCR = I0 . I(α); (4.28) Trong đó: I0 = Kmin n X
U - Dòng điện qua TCR ứng với α = 900;
XKmin - Điện kháng của TCR ứng với α = 900. Biểu thức trên trở thành: ITCR = ) I(α X U Kmin n ; (4.29)
Vậy, nếu thay đổi góc α thì thành phần điện kháng của TCR cũng thay đổi, dẫn đến công suất phản kháng QK thay đổi làm tăng hay giảm l−ợng công suất phản kháng của l−ới.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….
* Tụ đóng cắt bằng Thyristor TSC (hình 4.7): Nhờ có bộ tụ đ−ợc điều khiển bởi 2 Thyristor đấu song song ng−ợc khi có tín hiệu xung kích tác động lên cực điều khiển nên TSC có nhiệm vụ chính là phát công suất phản kháng. Dòng qua bộ Thyristor cũng đ−ợc giới hạn bởi cuộn kháng hpm LH.
* Kháng đóng cắt bằng Thyristor TSR: T−ơng tự nh− TSC, TSR cũng hoạt động dựa vào các tín hiệu xung kích tác động lên cực điều khiển của 2 Thyristor đấu song song ng−ợc. Tuy nhiên, do tính chất của cuộn kháng nên TSR lại có tác dụng tiêu thụ công suất phản kháng.
* Máy biến áp trong SVC: Máy biến áp sẽ làm nhiệm vụ cung cấp giá trị điện áp thích hợp cho SVC làm việc.
* Các bộ lọc tần số cao: Do SVC dùng các Thyristor để điều khiển nên tạo ra một l−ợng sóng hài bậc cao khá lớn gây ảnh h−ởng xấu đến hoạt động của hệ thống điện. Để hạn chế, chúng ta phải lắp thêm các bộ lọc tần số cao. Đó chính là các mạch LC có khả năng cộng h−ởng đ−ợc với tần số mà nó cần loại trừ. Ng−ời ta cũng có thể dùng bộ lọc cho từng phần tử TCR, TSC và TSR của SVC. Khi đó, mặc dù mạch điều khiển sẽ phức tạp hơn nh−ng thay vào đó sẽ làm giảm đ−ợc dòng điện
Hình 4.6: Sự phụ thuộc của dòng điện vào góc αααα
Hình 4.7: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TSC
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….
thành phần bậc cao, tăng khả năng điều chỉnh công suất phản kháng một cách linh động và giảm công suất của Thyristor.
Chúng ta thấy rằng, trong các phần tử cơ bản của SVC thì chỉ có TCR có thể phát hay tiêu thụ công suất phản kháng trên l−ới nên đây đ−ợc coi là thành phần chính quan trọng của SVC. Còn tuỳ thuộc vào đặc điểm l−ới mà ta sử dụng kết hợp với TSC hay TSR hoặc cả hai mà SVC có đặc tính điều chỉnh điều chỉnh điện áp hay điều chỉnh công suất phản kháng.
Hoạt động của hệ thống điều khiển hoạt động của SVC trong hệ thống điện đ−ợc mô tả nh− sau:
- Dải công suất phản kháng của SVC: BC. 2
ref
U ≤ QSVC ≤ BL. 2ref ref
U ; (4.30)
Trong đó: BL – Dung dẫn khi TSC bị cắt hoàn toàn;
Hình 4.8: Đ−ờng đặc tính V-A của SVC Hình 4.9: Đ−ờng đặc tính trở kháng của SVC
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….
BC – Dung dẫn khi TCR bị cắt hoàn toàn; Uref - Điện áp đặt.
- Dòng công suất phản kháng của SVC:
QSVC = U.(U - Uref). XSL; (4.31) 2. Statcom
Đây là một loại thiết bị lọc – bù công suất phản kháng có khả năng làm việc ở chế độ phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng nhằm ổn định điện áp tại các điểm nút của mạng điện.
Phần tử quan trọng trong Statcom là bộ biến đổi điện tạo nguồn điện áp để tổng hợp điện áp đầu ra VC từ nguồn điện áp một chiều dùng các linh kiện điện tử. Điện áp xoay chiều VC của bộ biến đổi điện đ−ợc đấu nối với hệ thống điện (thể hiện bởi điện áp hệ thống VS và điện kháng hệ thống XS) thông qua điện kháng đệm XC.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ Kỹ thuật……….
Bằng cách khống chế điện áp VC của Statcom, cùng pha với điện áp hệ thống VS, nh−ng có biên độ lớn hơn đp làm cho dòng điện và công suất phản kháng chạy từ Statcom vào hệ thống, để nâng điện áp lên (Statcom làm việc ở chế độ phát công suất phản kháng). Ng−ợc lại, điều khiển điện áp VC thấp hơn điện áp hệ thống VS , thì dòng điện và công suất lại chạy từ l−ới vào Statcom, do vậy hạn chế quá điện áp trên l−ới điện (Statcom làm việc ở chế độ tiêu thụ công suất phản kháng). Mạng điện t−ơng đ−ơng của Statcom đ−ợc thể hiện trên hình 4.18.
Sản phẩm đầu ra đơn giản nhất từ bộ biến đổi điện nguồn điện áp là điện áp có dạng sóng chữ nhật (hình 4.18b). Tuy nhiên dạng sóng mong muốn lại là hình sin (hình 4.18a). Satcom thực hiện đ−ợc dạng sóng với chất l−ợng yêu cầu bằng cách tổng hợp dạng sóng hình sin theo một chuỗi các bậc, với việc sử dụng kỹ thuật nhân xung đ−ợc áp dụng từ nhiều năm nay để giảm sóng hài trong điện áp xoay chiều của các bộ biến đổi chỉnh l−u và biến đổi điện. Bằng cách tăng số bậc, có thể giảm thành phần sóng hài và nhờ đó điện áp tạo ra gần đúng hơn với sóng hình sin tần số cơ bản (hình 4.13c). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bên cạnh đó khi điều khiển điện áp đầu ra của bộ Statcom cao hơn hoặc thấp hơn điện áp thanh cái phía thứ cấp của máy biến áp thì thiết bị bù có thể thu dòng điện dung hoặc cảm kháng từ hệ thống. Từ đó Statcom còn có thể cải thiện đ−ợc quá trình khôi phục điện áp. Có thể nói rằng, ngay cả khi điện áp rất thấp, Statcom vẫn có khả năng phát ra đ−ợc dòng điện hoàn toàn điện dung, điều mà SVC không thể
Hình 4.18: Mạch điện t−ơng đ−ơng của Statcom Hình 4.19: Tạo ra dạng sóng bù