Ổn định dao động cụng suất hữu cụng

30 𝑉𝑟 = 𝑉𝑐𝑜𝑠 𝛿 2 − 𝑗𝑉𝑠𝑖𝑛(𝛿 2) (1.38) 𝐼 = 𝑉𝑠− 𝑉𝑟 𝑗𝑋 = 2𝑉 sin 𝛿 2 𝑋 (1.39)

Hỡnh 0.6. Đường dõy khụng có tổn thất

Vì đƣờng dõy khụng cú tổn thất nờn cụng suất tỏc dụng P bằng nhau ở mọi điểm trờn đƣờng dõy: 𝑃𝑆 = 𝑃𝑟 = 𝑃 = 𝑉𝑐𝑜𝑠 𝛿 2 .2𝑉𝑠𝑖𝑛 𝛿 2 𝑋 = 𝑉2 𝑋 𝑠𝑖𝑛𝛿 (1.40) Cụng suất phản khỏng đầu đƣờng dõy bằng nhƣng khỏc dấu với cụng suất phản khỏng cuối đƣờng dõy: 𝑄𝑆 = −𝑄𝑟 = 𝑄 = 𝑉𝑠𝑖𝑛 𝛿 2 .2𝑉𝑠𝑖𝑛 𝛿 2 𝑋 = 𝑉2 𝑋 (1 − 𝑐𝑜𝑠𝛿) (1.41) Khi giỏ trị δ nhỏ, cụng suất truyền tải trờn đƣờng dõy phụ thuộc chủ yếu vào giỏ trị δ. Trong khi đú, cụng suất phản khỏng phụ thuộc chủ yếu vào độ lớn của điện ỏp hai đầu.

31

Khi bự nối tiếp

Cỏc tụ bự nối tiếp trong FACTS sẽ thay đổi điện khỏng đẳng trị của đƣờng dõy: X giảm sẽ tăng khả năng truyền tải cụng suất tỏc dụng trờn đƣờng dõy. Tuy nhiờn, nguồn điện phải cung cấp thờm cụng suất phản khỏng.

𝑃 = 𝑉 2 𝑋 − 𝑋𝐶𝑠𝑖𝑛𝛿 (1.42) 𝑄 = 𝑉 2 𝑋 − 𝑋𝐶 1 − 𝑐𝑜𝑠𝛿 (1.43)

Hỡnh 0.7. Sơ đồ và đồ thị vộc tơ điện ỏp khi bù nối tiếp

Khi bự song song

Cụng suất phản khỏng đƣợc đƣa lờn đƣờng dõy để duy trì giỏ trị điện ỏp. Khả năng truyền tải cụng suất tỏc dụng trờn đƣờng dõy tăng lờn nhƣng cũng phải cung cấp thờm cụng suất phản khỏng cho đƣờng dõy.

𝑃 = 2𝑉 2 𝑋 𝑠𝑖𝑛 𝛿 2 (1.44) 𝑄 = 2𝑉 2 𝑋 1 − 𝑐𝑜𝑠𝛿 2 (1.45)

32

Hỡnh 0.8. Sơ đồ và đồ thị vộc tơ điện ỏp khi bù song song

1.2.3. Một số thiết bị bự cụng suất phản khỏng trong hệ thống điện 1.2.3.1 Thiết bị bự tĩnh điều khiển bằng Thyristor (SVC – Static VAR 1.2.3.1 Thiết bị bự tĩnh điều khiển bằng Thyristor (SVC – Static VAR compensator).

SVC là thiết bị bự ngang dựng để tiờu thụ cụng suất phản khỏng cú thể điều chỉnh bằng cỏch tăng hay giảm gúc mở của thyristor, đƣợc tổ hợp từ hai thành phần cơ bản:

-Thành phần cảm khỏng để tỏc động về mặt cụng suất phản khỏng (cú thể phỏt hay tiờu thụ cụng suất phản khỏng tuỳ theo chế độ vận hành).

-Thành phần điều khiển bao gồm cỏc thiết bị điện tử nhƣ thyristor hoặc triắc cú cực điều khiển, hệ thống điều khiển gúc mở dựng cỏc bộ vi điều khiển nhƣ 8051, PIC16f877, VAR...

SVC đƣợc cấu tạo từ 3 phần tử chớnh bao gồm:

+ Khỏng điều chỉnh bằng thyristor-TCR (Thyristor Controlled Reactor): cú chức năng điều chỉnh liờn tục cụng suất phản khỏng tiờu thụ.

+ Khỏng đúng mở bằng thyristor-TSR (Thyristor Switched Reactor): cú chức năng tiờu thụ cụng suất phản khỏng, đúng cắt nhanh bằng thyristor.

+ Bộ tụ đúng mở bằng thyristor-TSC (Thyristor Switched Capacitor): cú chức năng phỏt cụng suất phản khỏng, đúng cắt nhanh bằng thyristor.

Cấu tạo và nguyờn lý hoạt động của SVC nhƣ trờn hỡnh 1.9

33

kể mà khụng cần dựng đến những phƣơng tiện điều khiển đặc biệt và phức tạp trong vận hành. Cỏc chức năng chớnh của SVC bao gồm:

Hỡnh 0.9. Cấu tạo và nguyờn lý làm việc của SVC

- Điều khiển điện ỏp tại nỳt cú đặt SVC cú thể cố định giỏ trị điện ỏp. - Điều khiển trào lƣu cụng suất phản khỏng tại nỳt đƣợc bự.

- Giới hạn thời gian và cƣờng độ quỏ điện ỏp khi xảy ra sự cố (mất tải, ngắn mạch...) trong hệ thống điện.

- Tăng cƣờng tớnh ổn định của hệ thống điện.

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

Ngoài ra,SVC cũn cú cỏc chức năng phụ mang lại hiệu quả khỏ tốt cho quỏ trỡnh vận hành hệ thống điện nhƣ:

- Làm giảm nguy cơ sụt ỏp trong ổn định tĩnh. - Tăng cƣờng khả năng truyền tải của đƣờng dõy.

- Giảm gúc làm việc δ làm tăng cƣờng khả năng vận hành của đƣờng dõy. - Giảm tổn thất cụng suất và điện năng.

34

1.2.3.2. Thiết bị bự dọc điều khiển bằng Thyristor (TCSC - Thyristor controlled series capacitor)

Tƣơng tự nhƣ SVC, phần tử TCSC là thiết bị điều khiển trở khỏng nhanh của đƣờng dõy và hoạt động trong điều kiện ổn định của hệ thống điện. Nú đƣợc tổ hợp từ một hay nhiều module TCSC, mỗi một module bao gồm hai thành phần cơ bản:

- Thành phần cảm khỏng cú thể thay đổi đƣợc điện khỏng nhờ bộ điều chỉnh Van thyistor.

- Thành phần điều khiển bao gồm cỏc thiết bị điện tử nhƣ van thyristor; cỏc GTO,...

Ngoài ra, TCSC cũn cú một số thiết bị phụ nhƣ bộ lọc nhằm lọc bỏ cỏc súng hài bậc cao, thiết bị đúng ngắt phục vụ cỏc chế độ vận hành của TCSC trong cỏc chế độ khỏc nhau của hệ thống điện.

Sơ đồ nguyờn lý cấu tạo và hoạt động của TCSC nhƣ hỡnh 1.10 sau:

Hỡnh 0.10. Cấu tạo và nguyờn lý hoạt động của TCSC

Cỏc chức năng chớnh của TCSC bao gồm:

- Làm giảm nguy cơ sụt ỏp trong ổn định tĩnh. - Giảm sự thay đổi điện ỏp.

- Tăng cƣờng khả năng truyền tải của đƣờng dõy. - Tăng cƣờng tớnh ổn định của hệ thống điện.

- Giảm gúc làm việc  làm tăng cƣờng khả năng vận hành của đƣờng dõy. - Hạn chế hiện tƣợng cộng hƣởng tần số thấp trong hệ thống điện.

35

trong vận hành cỏc đƣờng dõy siờu cao ỏp núi riờng và HTĐ núi chung. Tuỳ theo yờu cầu của từng đƣờng dõy siờu cao ỏp cụ thể và chức năng của chỳng trong từng HTĐ cụ thể mà ta cú thể ỏp dụng cỏc phƣơng phỏp, mạch điều khiển TCSC cho phự hợp với cỏc chế độ vận hành trong HTĐ.

1.2.3.3. Thiết bị bự tĩnh STATCOM (Statcom – static- synchtonous compemsator)

STATCOM là sự hoàn thiện của SVC, bao gồm cỏc bộ tụ điện đƣợc điều chỉnh bằng cỏc thiết bị điện tử nhƣ thyistor cú cửa đăng mở GTO. So với SVC, nú cú ƣu điểm là kết cấu gọn nhẹ hơn, khụng đũi hỏi diện tớch lớn nhƣ SVC và đặc biệt là nú điều khiển linh hoạt và hiệu quả hơn.

Cấu tạo của STATCOM và đặc tớnh hoạt động của nú nhƣ trong hỡnh 1.11:

Hỡnh 0.21. Cấu tạo và nguyờn lý hoạt động của STATCOM

Cỏc tớnh năng của STATCOM cũng giống nhƣ của SVC nhƣng khả năng điều chỉnh, điều khiển cỏc thụng số của STATCOM ở mức cao:

- Điều khiển điện ỏp tại nỳt cú đặt STATCOM cú thể cố định giỏ trị điện ỏp. - Điều khiển trào lƣu cụng suất phản khỏng tại nỳt đƣợc bự.

36 mạch...) trong hệ thống điện.

- Tăng cƣờng tớnh ổn định của hệ thống điện.

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

Ngoài ra, STATCOM cũn cú đặc điểm nổi trội so với SVC nhƣ sau:

- Cú khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi loại trừ đƣợc sự cố.

- Cú thể phỏt cụng suất phản khỏng khi điện ỏp thanh cỏi nhỏ hơn điện ỏp lƣới và ngƣợc lại, tiờu thụ cụng suất phản khỏng khi điện ỏp thanh cỏi lớn hơn điện ỏp lƣới.

1.2.3.4. Thiết bị điều khiển dũng cụng suất (UPFC – Unified power flow controller).

UPFC là một khỏi niệm mới ứng dụng cỏc thiết bị bự đa chức năng để điều khiển điện ỏp tại cỏc thanh cỏi độc lập, dũng cụng suất tỏc dụng P và phản khỏng Q trờn cỏc đƣờng dõy truyền tải, đặc biệt là trờn cỏc đƣờng dõy siờu cao ỏp nối giữa cỏc HTĐ nhỏ. UPFC la thiết bị làm cho lƣới điện vận hành rất linh hoạt và hiệu quả. Về nguyờn lý cấu tạo, UPFC đƣợc hiểu nhƣ sự kết hợp thiết bị bự dọc làm thay đổi gúc pha (Static Synchoronous Series Compensator) với thiết bị bự ngang STATCOM. Nú đƣợc cấu tạo từ 2 bộ chuyển đổi (converter) điều khiển thyristor cú cực khúa GTO. Mỗi một bộ chuyển đổi gồm cú cự khúa (GTO) và MBA trung gian điện ỏp thấp.

37

Hỡnh 0.32. Nguyờn lý cấu tạo của UPFC

Mỏy biến ỏp nối với bộ chuyển đổi qua thanh cỏi làm việc (Buswork) và mỏy cắt đƣợc mụ tả trờn hỡnh. Mỗi một bộ chuyển đổi cú thể ngừng hoạt động vỡ bất cứ nguyờn nhõn nào đú, converter cũn lại cú thể điều khiển vận hành độc lập.

Về nguyờn lý, UPFC cú 3 chế độ vận hành, bao gồm:

Chếđộ 1: chế độ điều khiển trở khỏng XC 𝑈∆ = 𝑋. 𝑗. 𝐼2 (1.46)  𝑃 = 𝑈 2 𝑋 𝑋 𝑋 + 𝑋𝐶𝑠𝑖𝑛𝛿 (1.47)

Chếđộ 2: chế độ điều khiển điện ỏp trực giao U

𝑈∆ = 𝑈𝐶. 𝑗. 𝐼2. 𝐼2 (1.48) 𝑃 = 𝑈 2 𝑋 𝑠𝑖𝑛𝛿 −𝑈𝐶 𝑈 𝑐𝑜𝑠 𝛿 2 (1.49) 

Chế độ 3: chế độ điều khiển điện gúc pha điện ỏp 𝜑𝐶

𝑈∆ = 2. 𝑈𝐶 . 𝑠𝑖𝑛𝛿 2 𝑈1 |𝑈1|𝑒𝑥𝑝 𝑗(𝜋 − 𝜑) 2 (1.50) 𝑃 = 𝑈 2 𝑋 𝑠𝑖𝑛𝛿 − 2𝑐𝑜𝑠𝛿 2. 𝑡𝑔 𝜑 2 (1.51)

38 - XC: điện khỏng bự.

- UC: điện ỏp bự

- Ul: vectơ điện ỏp nhận. - : gúc lệch giữa U2 và Ul.

- X: Điện khỏng của đƣờng dõy truyền tải.

- : Gúc lệch pha giữa điện ỏp đầu và cuối của đƣờng dõy.

Trong 3 chế độ vận hành trờn của UPFC thỡ chế độ 2 và chế độ 3 cú ƣu điểm hơn chế độ 1 vỡ cú thể điều khiển dũng cụng suất tỏc dụng P ngay cả khi gúc pha  rất nhỏ. Trong chế độ 1, nếu dũng trong thành phần bự dọc (series compensator) giảm thỡ khả năng điều khiển của UPFC cũng giảm theo. Hơn nữa, trong chế độ 1 và chế độ 2, cụng suất của thành phần bự ngang (shunt compensator) cú thể giảm tối thiểu vỡ dũng cụng suất đi qua liờn kết 1 chiều (DC link) gần nhƣ bằng 0.

Ngoài ra, thành phần bự ngang cú thể điều khiển đồng thời cả dòng cụng suất phản khỏng Q và cụng suất tỏc dụng P truyền tải trờn đƣờng dõy.

1.2.3.5. Thiết bị điều khiển gúc pha bằng Thyristor (TCPAR – Thyristor controlled phase angle regulator).

Thiết bị TCPAR là một khỏi niệm mới ứng dụng thyristor để điều chỉnh gúc lệch pha của điện ỏp pha của đƣờng dõy. Nú cú tỏc dụng điều khiển cụng suất truyền tải trờn đƣờng dõy.

Về mặt cấu tạo, nú nhƣ một mỏy biến ỏp 3 cuộn dõy nối song song với đƣờng dõy truyền tải và cú thể điều chỉnh gúc lệch của điện ỏp Uf truyền tải trờn đƣờng dõy.

39

Hỡnh 0.43. Nguyờn lý cấu tạo của TCPAR

Cỏc tớnh năng của TCPAR cũng nhƣ của cỏc thiết bị bự cú điều khiển khỏc nhƣng chức năng của nú là điều chỉnh gúc pha của điện ỏp trờn đƣờng dõy. Khả năng điều khiển trào lƣu cụng suất rất cao.

Cỏc tớnh năng của TCPAR bao gồm:

- Điều khiển trào lƣu cụng suất phản khỏng tại nỳt bự. - Tăng cƣờng tớnh ổn định tĩnh của hệ thống điện. - Tăng cƣờng tớnh ổn định động của hệ thống điện.

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

- Cú khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi loại trừ đƣợc sự cố.

1.2.3.6. NHẬN XẫT

- Cỏc thiết bị bự dọc và ngang trờn đƣờng dõy tải điện xoay chiều đều cú những đặc điểm chung là khả năng nõng cao độ tin cậy trong vận hành hệ thống

40

điện. Tuy nhiờn, giữa cỏc thiết bị vẫn cú sự khỏc biệt tuỳ theo yờu cầu trong từng hệ thống điện cụ thể, chế độ vận hành cụ thể mà ta cú thể lựa chọn cỏc thiết bị hợp lý.

- Trong thực tế vận hành, tuỳ theo yờu cầu điều chỉnh điện ỏp, trào lƣu cụng suất, nõng cao ổn định hay giảm dao động cụng suất trờn đƣờng dõy mà ta lựa chọn

cỏc thiết bị hợp lý dựa trờn khả năng của chỳng.

Kết luận:

Bự cụng suất phản khỏng cú vai trò rất quan trọng trong việc nõng cao khả năng truyền tải, nõng cao mức độ ổn định tĩnh, ổn định động, ổn định điện ỏp, giảm tổn thất và giảm cỏc dao động trong hệ thống điện.

Cỏc thiết bị FACTS đó đƣợc thiết kế và chế tạo với nhiều loại khỏc nhau tƣơng ứng với cỏc loại điều khiển và cỏc thụng số điều khiển trong hệ thống điện. Nhìn chung thiết bị FACTS đƣợc chia thành cỏc thiết bị điều khiển dọc, ngang và tổ hợp giữa chỳng. Cỏc thiết bị bự dọc cú điều khiển chủ yếu sử dụng để điều khiển dòng điện cũng nhƣ dòng cụng suất trong hệ thống truyền tải. Ngoài ra chỳng còn đƣợc sử dụng để tăng cƣờng mức độ ổn định và giảm dao động của hệ thống điện. Cỏc thiết bị bự ngang cú điều khiển chủ yếu sử dụng để điều khiển và giữ điện ỏp tại cỏc điểm nỳt của hệ thống điện, ngoài ra còn cú tỏc dụng bự cụng suất phản khỏng, nõng cao ổn định tĩnh và ổn định động, giảm cỏc dao dộng trong hệ thống điện.

Trờn thế giới hiện nay, cú 2 loại thiết bị FACTS đó đƣợc lắp đặt nhiều và đó chứng tỏ đƣợc hiệu quả hoạt động của chỳng, đú là TCSC để bự dọc và SVC để bự ngang. Cỏc thiết bị này gúp phần rất quan trọng trong việc nõng cao chất lƣợng điện, giảm tổn thất điện năng một cỏch rừ rệt trong hệ thống điện.

Nhƣ vậy việc bự cụng suất phản khỏng cũng nhƣ việc ỏp dụng cụng nghệ FACTS đó chứng tỏ đƣợc hiệu quả của chỳng trong việc giữ ổn định điện ỏp, giảm tổn thất trong lƣới điện. Song nếu chỉ ỏp dụng một phƣơng phỏp bự cụng suất phản khỏng thì trong một số trƣờng hợp lƣới điện vẫn khụng nõng cao đƣợc chất lƣợng điện nhất là trong lƣới điện cú nhiều thành phần phỏt sinh súng hài. Vì vậy việc tìm ra phƣơng phỏp để triệt tiờu súng hài phỏt sinh trong lƣới điện là biện phỏp quan trọng trong việc nõng cao chất lƣợng điện.

41

CHƢƠNG 2: NGHIấN CỨU CHI TIẾT VỀ THIẾT BỊ SVC

2.1. Chức năng của SVC

SVC là một loại thiết bị bự tĩnh cú dung lƣợng bự thay đổi đƣợc nối song song với lƣới điện, cụng suất đầu ra của nú cú thể đƣợc điều chỉnh để trao đổi dòng điện điện cảm hoặc điện dung để duy trì hoặc điều khiển cỏc thụng số cụ thể của hệ thống điện (điển hình là điện ỏp nỳt).

Cỏc chức năng cơ bản của SVC đƣợc thể hiện qua Hình 2.1

Hỡnh 0.1. Cỏc chức năng cơ bản của SVC.

- Chức năng cơ bản của SVC là điều khiển điện ỏp và trào lƣu cụng suất;

- Chức năng quan trọng nhất là giới hạn thời gian và cƣờng độ quỏ ỏp khi xảy ra sự cố bình thuờng nhƣ mất tải đột ngột tại 1 điểm trờn đƣờng dõy;

- Ổn định dao động cụng suất hữu cụng; - Giảm cƣờng độ dòng điện vụ cụng;

- Tăng khả năng tải của đƣờng dõy và tăng độ dự trữ ổn định; - Cõn bằng cỏc phụ tải khụng đối xứng;

- Cải thiện ổn định sau sự cố.

2.1.1 Chƣ́ c năng cơ bản của SVC là điờ̀u khiờ̉n điờ ̣n áp và trào lƣu cụng suṍt phản kháng ta ̣i điờ̉m kờ́t nụ́i với lƣới điờ ̣n suṍt phản kháng ta ̣i điờ̉m kờ́t nụ́i với lƣới điờ ̣n

Cụng suṍt phản kháng ảnh hƣởng lớn tới điờ ̣n áp , mà SVC là thiết bị cú khả năng ta ̣o ra hoă ̣c tiờu thu ̣ cụng suṍt phản kháng.

Trong hờ ̣ thụ́ng điờ ̣n đụ́i với các sƣ̣ cụ́ ngắn ma ̣ch và đƣờng dõy tải điờ ̣n khoảng cỏch lớn chất lƣợng điện ỏp bị ảnh hƣởng mạnh bởi sự thay đổi cụng suất

42

tải. Với cụng suṍt tải lớn thì điờ ̣n áp bi ̣ giảm đáng kờ̉ . Quỏ ỏp cũng gõy nờn cỏc hậu quả nghiờm trọng cần phải đƣợc kiểm soỏt . Quỏ ỏp gõy nờn hiện tƣợng bóo hòa mạch từ của mỏy biến ỏp , và làm tăng vọt cỏc thành phần súng hài củ a máy phát điờ ̣n. Cỏc thành phần súng hài này cộng hƣởng với tụ điện và điện cảm kớ sinh trờn