5. Bố cục của đề tài
4.2.2. Dùng tụ bù tĩnh SVC
SVC là thiết bị tự động điều chỉnh cơng suất phản kháng. Nếu hệ thống thừa cơng suất phản kháng hay điện áp tại nút cao hơn giá trị cho phép, SVC sẽ đĩng vai trị là các kháng bù ngang. Khi đĩ, SVC sẽ tiêu thụ cơng suất phản kháng từ hệ thống và hạ thấp điện áp tại nút điều chỉnh. Ngược lại, nếu hệ thống thiếu cơng suất phản kháng, SVC sẽ bơm cơng suất phản kháng vào hệ thống điện, điện áp của nút sẽ được cải thiện.
4.3 Sơ đồ mạch điện của trạm TBA 220kV Quy Nhơn
Điện áp tại thanh cái 220kV của trạm biến áp 220kV Quy Nhơn tăng cao khi phụ tải thấp. Vì vậy cần thiết xem xét hai trường hợp tải cực tiểu (10MW) và tải trung bình (100MW).
Trạm biến áp 220kV Quy Nhơn, gồm đường dây kép: nguồn 220KV, 50 Hz; qua máy biến áp hạ áp xuống cịn 110KV. Sơ đồ mạch điện của trạm biến áp 220kV Quy Nhơn được trình bày ở Hình 4.1 và Hình 4.2:
Hình 4.1. Cấu trúc hệ thống điện tại trạm biến áp 220kV Quy Nhơn, trường hợp tải 10MW
Hình 4.2. Cấu trúc hệ thống điện tại trạm biến áp 220kV Quy Nhơn, trường hợp tải 100MW
4.4. Mơ hình hĩa và mơ phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab/Simulink
4.4.1. Trường hợp lắp đặt SVC phía cao áp 220kV của trạm biến áp 220kV Quy Nhơn: Quy Nhơn:
Cấu trúc của hệ thống điện khi lắp tụ bù SVC phía cao áp 220kV như Hình 4.3
Hình 4.3. Cấu trúc hệ thống điện khi lắp thêm tụ bù SVC phía cao áp
Hệ thống nhận năng lượng điện với điện áp 220kV, một bộ bù tĩnh SVC được sử dụng để điều chỉnh điện áp trên Trạm 220 kV, 250 MVA. Khi điện áp hệ thống thấp, SVC tạo ra cơng suất phản kháng (điện dung SVC). Khi điện áp hệ thống cao, nĩ sẽ hấp thụ cơng suất phản kháng (điện cảm SVC). Dung lượng của SVC được chọn lắp đặt là 50MVAr.
4.4.1.1. Khâu cấp nguồn:
Hệ thống nguồn 3 pha 3 dây cĩ trị hiệu dụng U=220kV, tần số 50Hz, giá trị gĩc pha của các pha A, B, C lệch pha nhau 1200. Mơ hình nguồn 3 pha:
4.4.1.2. Khâu tính tốn giá trị điện áp và điện dẫn
Hình 4.5. Mơ hình khâu tính tốn 4.4.1.3. Mơ hình SVC trên Matlab
Để mơ phỏng SVC, Matlab cung cấp khối “Static Var Compensator” nằm trong thư viện Powerlib/Electrical Sources.
Hình 4.6. Mơ hình SVC
Input: Các đầu vào A, B, C được nối trục tiếp vào lưới điện. Output:
B(pu): dẫn nạp của SVC (SVC Susceptance) ứng với điện áp được hiệu chỉnh.
Vm(pu): điện áp thứ tự thuận của lưới do SVC đo được Các thơng số của khối SVC:
Mode of operation: chế độ hoạt động của SVC
Var control (Fixed susceptance Bref): hiệu chỉnh lượng cơng suất phản kháng phát ra bằng với giá trị B
Voltage regulation:hiệu chỉnh điện áp bus bằng với giá trị Vref.
Nominal voltage (Vrms Ph-Ph): giá trị hiệu dụng điện áp dây định mức.
Reactive power limits [QCmax(var>0), QLmin(var<0)]: giới hạn cơng suất phản kháng của SVC.
Three-phase base power Pbase (VA): cơng suất định mức. Reference voltage Vref (pu):điện áp đặt.
Drop Xs (pu):trở kháng xác định lượng điện áp rơi của SVC. Voltage regulator: các thơng số của khối Voltage regulator.
Kp (puB/puV): hằng số tỉ lệ.
Ki (puB/puV/s): hằng số tích phân tỉ lệ.
Time constant of voltage measurement system Tm (s): hằng số thời gian của hệ thống đo điện áp.
Average time delay due to thyristor valves firing Td (s): thời gian trễ để kích các thyristor.
Mơ hình khối SVC:
Khối SVC được kết nối trực tiếp lên lưới, đo điện áp lưới, chuyển đổi sang điện áp pha ở giá trị tương đối.
Điện áp pha được đưa vào khối Voltage regulator, cùng với điện áp đặt Vref. Khối Voltage regulator đưa ra giá trị điện dẫn B (susceptance) ở đơn vị tương đối.
Tùy theo mode hoạt động mà giá trị B hoặc Bref sẽ sử dụng để tạo nguồn dịng đưa ngược trở lại lưới.
Hình 4.8. Mơ hình khối SVC
4.4.1.4. Khối Voltage regulator
Khối Voltage regulator nhận tín hiệu điện áp đo được từ lưới, kết hợp với giá trị điện áp đặt Vref và giá trị điện áp rơi, xác định độ lệch điện áp. Giá trị sai lệch này được đưa qua các khâu tỉ lệ và tích phân tỉ lệ, đầu ra là giá trị điện dẫn B (susceptance).
Hình 4.10. Khối Voltage regulator. 4.4.1.5. Khâu tải:
Xét hai trường hợp: tải 10 MW và tải 100 MW
Hình 4.12. Thơng số khối tải trên Matlab 4.4.1.6. Kết quả mơ phỏng:
SVC được cài đặt chế độ điều chỉnh điện áp với điện áp tham chiếu Vref
= 1.0pu. Độ giảm điện áp là 0,07pu/200MVA, do đĩ điện áp thay đổi từ 0,93pu đến 1,07pu khi dịng điện SVC chuyển từ điện dung hồn tồn sang điện cảm hồn tồn.
Điện áp nguồn ba pha cài đặt để thay đổi điện áp hệ thống và theo dõi hoạt động của SVC. Ban đầu nguồn cĩ điện áp danh định (220kV tương đương 1pu). Điện áp giảm (-0,07pu) đạt giá trị 0,93pu tại t=0,5s, sau đĩ dưới tác động của SVC, điện áp đã trở về tuy nhiên khơng đạt được giá trị 1pu (0,97pu). Đến t=1s khi giá trị đặt tăng (+0,12pu) đạt giá trị 1,12pu (tương đương 246kV), sau đĩ dưới tác động của SVC, điện áp đã trở về tuy nhiên khơng đạt được giá trị 1pu (1,03pu). Đến thời điểm t=1,5s, điện áp giảm (- 0,07pu) đạt giá trị 0,96pu, dưới tác động của SVC, điện áp đã trở về điện áp danh định (1pu).
Hình 4.13. Đáp ứng điện dẫn B của SVC khi điện áp nguồn thay đổi trường hợp tải 10MW
Hình 4.14. Đáp ứng điện dẫn B của SVC khi điện áp nguồn thay đổi trường hợp tải 100MW
Hình 4.15. Đáp ứng điện áp Vm của SVC khi giá trị điện áp nguồn thay đổi trường hợp tải 10MW
V1
Hình 4.16. Đáp ứng điện áp Vm của SVC khi giá trị điện áp nguồn thay đổi trường hợp tải 100MW
Nhận xét: Khi tải cĩ giá trị trung bình 100MW, tại các thời điểm t=0,5s, 1s, 1,5s, SVC vẫn hoạt động tốt, điện áp SVC đưa về giá trị danh định. Khi điện áp nguồn thay đổi quá lớn thì SVC chưa đảm bảo chính xác, tuy nhiên vẫn nằm trong giới hạn cho phép.
Ta cĩ kết quả mơ phỏng điện áp khi chưa lắp SVC và khi lắp SVC ứng với các tải và cơng suất phản kháng tại các nút như sau:
Đối với tải 10 MW:
Trường hợp tải cĩ Q = 0 MVAr:
Khi chưa cĩ tụ bù SVC, dạng sĩng điện áp cĩ dạng như sau:
Hình 4.17. Điện áp ba pha khi khơng cĩ SVC trường hợp tải 10MW, Q=0 MVAr
Hình 4.18. Phổ điện áp pha A khi chưa cĩ SVCtrường hợp tải 10MW, Q=0 MVAr
Khi cĩ tụ bù SVC đặt phía cao áp, đồ thị dạng sĩng điện áp cĩ dạng như sau:
Hình 4.19. Điện áp ba pha khi cĩ SVC đặt phía cao áp, trường hợp tải 10MW, Q=0 MVAr
Trường hợp tải cĩ Q= 25 MVAr:
Khi chưa cĩ tụ bù SVC, dạng sĩng điện áp cĩ dạng như sau:
Hình 4.21. Điện áp ba pha khi khơng cĩ SVC trường hợp tải 10MW, Q=25 MVAr
Hình 4.22. Phổ điện áp pha A khi chưa cĩ SVC trường hợp tải 10MW, Q=25 MVAr
Hình 4.23. Điện áp ba pha khi cĩ SVC đặt phía cao áp, trường hợp tải 10MW, Q=25 MVAr
Hình 4.24. Phổ điện áp pha A khi cĩ SVC đặt phía cao áp, trường hợp tải 10MW, Q=25 MVAr
Đối với tải 100 MW:
Trường hợp tải cĩ Q =0 MVAr:
Hình 4.25. Điện áp ba pha khi khơng cĩ SVC trường hợp tải 100MW, Q=0 MVAr
Hình 4.26. Phổ điện áp pha A khi chưa cĩ SVCtrường hợp tải 100MW, Q=0 MVAr
Khi cĩ tụ bù SVC đặt phía cao áp, đồ thị dạng sĩng điện áp cĩ dạng như sau:
Hình 4.27. Điện áp ba pha khi cĩ SVC đặt phía cao áp, trường hợp tải 100MW, Q=0 MVAr
Hình 4.28. Phổ điện áp pha A khi cĩ SVCđặt phía cao áp trường hợp tải 100MW, Q=0 MVAr
Trường hợp tải cĩ Q= 25 MVAr:
Khi chưa cĩ tụ bù SVC, dạng sĩng điện áp cĩ dạng như sau:
Hình 4.29. Điện áp ba pha khi khơng cĩ SVC trường hợp tải 100MW, Q=25MVAr
220
Hình 4.30. Phổ điện áp pha A khi chưa cĩ SVCtrường hợp tải 100MW, Q=25MVAr
Khi cĩ tụ bù SVC, dạng sĩng điện áp cĩ dạng như sau:
Hình 4.31. Điện áp ba pha khi cĩ SVC đặt phía cao áp, trường hợp tải 100MW, Q=25MVAr
Hình 4.32. Phổ điện áp pha A khi cĩ SVC đặt phía cao áp, trường hợp tải 100MW, Q=25MVAr
Tổng hợp giá trị điện áp trên hệ thống trong các trường hợp khơng cĩ SVC và cĩ đặt tụ bù SVC được trình bày ở Bảng 4.1
Bảng 4.1. Bảng tổng hợp thơng số thử nghiệm với TC 220 kV Quy Nhơn cĩ P= 100MW Tải Điện áp (kV) MW MVAr Khơng cĩ SVC Cĩ SVC 10 0 243.032 220.150 10 25 243.140 220.030 100 0 242.135 220.350 100 25 242.103 220.034
Nhận xét: Khi mơ phỏng hệ thống điện với hai trường hợp: khơng cĩ SVC và
cĩ lắp đặt tụ bù SVC ở phía cao áp của máy biến áp 220kV/110kV, nhận thấy rằng: Đối với trường hợp khơng cĩ SVC, giá trị điện áp vượt trên 240kV, tuy nhiên khi cĩ SVC tác động thì khơng cịn xảy ra tình trạng quá điện áp, điện áp hệ thống luơn ổn định xấp xỉ 220kV.
4.4.2. Trường hợp lắp đặt SVC phía hạ áp 110kV của trạm biến áp 220kV Quy Nhơn: Quy Nhơn:
Hệ thống nhận năng lượng điện với điện áp 220kV, đưa vào trạm biến áp để hạ áp từ 220kV xuống 110kV. Một bộ bù tĩnh SVC được sử dụng để điều chỉnh điện áp trên hệ thống 110 kV, 250 MVA.
Ta cĩ kết quả mơ phỏng điện áp khi lắp SVC ứng với các tải và cơng suất phản kháng tại các nút như sau:
Đối với tải 10 MW:
Trường hợp tải cĩ Q =0 MVAr:
Khi cĩ tụ bù SVC lắp phía hạ áp, dạng sĩng điện áp cĩ dạng như sau:
Hình 4.34. Điện áp ba pha khi cĩ SVC phía hạ áp, trường hợp tải 10MW, Q=0 MVAr
tải 10MW, Q=0 MVAr
Trường hợp tải cĩ Q =25 MVAr:
Hình 4.36. Điện áp ba pha khi cĩ SVC phía hạ áp, trường hợp tải 10MW, Q=25 MVAr
Hình 4.37. Phổ điện áp pha A khi cĩ SVC phía hạ áp, trường hợp tải 10MW, Q=25 MVAr
Đối với tải 100 MW:
Trường hợp tải cĩ Q =0 MVAr:
Hình 4.38. Điện áp ba pha khi cĩ SVC phía hạ áp, trường hợp tải 100MW, Q=0 MVAr
Hình 4.39. Phổ điện áp pha A khi cĩ SVC phía hạ áp, trường hợp tải 100MW, Q=0 MVAr
Trường hợp tải cĩ Q =25 MVAr:
Hình 4.40. Điện áp ba pha khi cĩ SVC phía hạ áp, trường hợp tải 100MW, Q=25MVAr
Hình 4.41. Phổ điện áp pha A khi cĩ SVC phía hạ áp, trường hợp tải 100MW, Q=25 MVAr
Tổng hợp giá trị điện áp trên hệ thống trong các trường hợp khơng cĩ SVC và cĩ đặt SVC được trình bày ở Bảng 4.2
Bảng 4.2. Giá trị điện áp tại TC 220kV Quy Nhơn khi đặt SVC tại TC 110 kV An Nhơn
Tải Điện áp (kV)
MW MVAr Khơng cĩ SVC Cĩ SVC
10 25 243.140 220.020
100 0 242.135 220.230
100 25 242.103 220.140
Nhận xét: Khi mơ phỏng hệ thống điện với hai trường hợp: khơng cĩ SVC và cĩ lắp đặt tụ bù SVC ở phía hạ áp của máy biến áp 220kV/110kV, nhận thấy rằng: Đối với trường hợp khơng cĩ SVC, giá trị điện áp vượt 243kV, tuy nhiên khi cĩ SVC tác động thì khơng cịn xảy ra tình trạng quá điện áp, điện áp hệ thống luơn ổn định xấp xỉ 220kV.
4.5. Nhận xét chung
Bảng 4.3. Bảng Tổng hợp Hệ số méo dạng THD khi khơng cĩ SVC và khi cĩ SVC Tải Vị trí đặt SVC Khơng cĩ SVC Cĩ SVC Q= 0 MVAr Q= 25 MVAr Q= 0 MVAr Q= 25 MVAr 10 MW TC 220kV 9,8% 25,56% 0,56% 3.74% TC 110kV 2,67% 6,9% 100 MW TC 220kV 10,39% 34,08% 0,74% 4,21% TC 110kV 3,45% 7,8%
Từ sơ đồ dạng sĩng trên và bảng tổng hợp độ méo dạng của điện áp ba pha, ta nhận thấy:
- Trường hợp tải 10MW: khi khơng cĩ SVC, hệ số méo dạng điện áp vượt
trên mức cho phép (>10%) là 25,56%, tuy nhiên khi cĩ tụ bù SVC tác động, hệ số méo dạng THD là 0.56% (Q=0MVAr) và 3,74% (Q=25MVAr) khi lắp SVC tại TC220kV. Khi lắp SVC tại TC110kV thì hệ số méo dạng THD là 2,67% (Q=0MVAr) và 6,9% (Q=25MVAr). Đối chiếu với tiêu chuẩn IEEE std 519 ta thấy hệ số méo dạng THD thỏa mãn tiêu chuẩn (<5%) khi lắp SVC tại TC220kV. Cịn đối với tiêu chuẩn Việt Nam (THD<10%) ta thấy hệ số méo dạng THD khi lắp SVC tại TC110kV vẫn đảm bảo (6,9%). Như vậy trong cả hai trường hợp lắp SVC tại TC220kV và TC110kV, điện áp hệ thống vẫn đảm bảo ổn định, khơng bị quá điện áp, tuy nhiên khi đặt SVC tại TC220kV thì độ méo dạng điện áp nhỏ hơn, SVC làm việc đáp ứng yêu cầu tốt hơn, chất lượng điện áp trên lưới được bảo đảm hơn.
- Trường hợp tải 100MW: khi khơng cĩ SVC, hệ số méo dạng điện áp vượt trên mức cho phép (>10%) là 10,39% và 34,08%, tuy nhiên khi cĩ tụ bù SVC tác động, hệ số méo dạng THD là 0.74% (Q=0MVAr) và 4,21% (Q=25MVAr) khi lắp SVC tại TC220kV. Khi lắp SVC tại TC110kV thì hệ số méo dạng THD là 3,45% (Q=0MVAr) và 7,8% (Q=25MVAr). Đối chiếu với tiêu chuẩn IEEE std 519 ta thấy hệ số méo dạng THD thỏa mãn tiêu chuẩn (<5%) khi lắp SVC tại TC220kV. Cịn đối với tiêu chuẩn Việt Nam (THD<10%) ta thấy hệ số méo dạng THD khi lắp SVC tại TC110kV vẫn đảm bảo (7,8%).
Như vậy trong cả hai trường hợp lắp SVC tại TC220kV và TC110kV, điện áp hệ thống vẫn đảm bảo ổn định, khơng bị quá điện áp, tuy nhiên khi đặt SVC tại TC 220kV thì độ méo dạng điện áp nhỏ hơn, SVC làm việc đáp ứng yêu cầu tốt hơn, chất lượng điện áp trên lưới được bảo đảm hơn.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Nội dung luận án đã giải quyết các vấn đề đặt ra:
Qua quá trình nghiên cứu hệ thống điện tại TBA 220kV Quy Nhơn, tỉnh Bình Định, với các trường hợp lắp đặt tụ bù SVC trên phần mềm matlab/simulink, chúng ta nhận thấy với cấu trúc, phương pháp, vị trị đặt SVC cho thấy SVC làm việc rất tốt (về chỉ tiêu chất lượng ổn định tĩnh, tốc độ và chất lượng đáp ứng tốt), điện áp sau khi được bù cĩ giá trị ổn định, độ méo dạng đạt được tiêu chuẩn cho phép của IEEE std 519 và IEC 1000-3-4. Đồng thời chọn được vị trí đặt SVC hợp lý.
2. Hướng nghiên cứu tiếp của luận án và kiến nghị
Tuy nhiên do thời gian cĩ hạn, việc mơ phỏng các TBA và các đường dây tại TBA 220kV Quy Nhơn, Bình Định bằng phần mềm matlab/Simulink rất phức tạp, nên tác giả chưa mơ phỏng với từng trường hợp tải cụ thể, cơng suất phản kháng cụ thể, mà mới chỉ mơ phỏng với tải trung bình 100MW và hai trường hợp Q= 0MVAr, Q= 25MVAr. Trong tương lai, tác giả hi vọng sẽ cĩ thể hồn thiện tiếp với nhiều trường hợp tải hơn nữa để việc đánh giá hiệu quả lắp đặt SVC được chính xác hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] GS.TS Nguyễn Hồng Anh, TS. Lê Cao Quyền - Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt và hệ thống truyền tải điện một chiều cao áp - Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam - 2015.
[2] PGS. TS Trần Bách – Lưới điện và hệ thống điện – Tập1, 2, 3 – Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, Việt Nam - 2008.
[3] Bộ Cơng thương - Thơng tư 25/2016/TT-BCT ngày 30 tháng 11 năm 2016 về việc Quy định hệ thống điện truyền tải.
[4] Tập đồn điện lực Việt nam (2015)- Báo cáo tổng kết vận hành lưới điện truyền tải.