COMPENSATOR).
STATCOM là sự hoàn thiện của SVC, bao gồm các bộ tụ điện được điều chỉnh bằng các thiết bị điện tử như thyistor có cửa đóng mở GTO. So với SVC, nó có ưu điểm là kết cấu gọn nhẹ hơn, không đòi hỏi diện tắch lớn như SVC và đặc biệt là nó điều khiển linh hoạt và hiệu quả hơn.
Cấu tạo của STATCOM và đặc tắnh hoạt động của nó như sau:
Hình 1.4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của STATCOM
Các tắnh năng của STATCOM cũng giống như của SVC nhưng khả năng điều chỉnh, điều khiển các thông số của STATCOM ở mức cao hơn, bao gồm:
- Điều khiển điện áp tại nút có đặt STATCOM có thể cố định giá trị điện áp. - Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù.
- Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố (mất tải, ngắn mạch...) trong hệ thống điện.
- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện như ngắn mạch, mất tải đột ngột...
Ngoài ra, STATCOM còn có đặc điểm nổi trội so với SVC như sau:
- Có khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi loại trừ được sự cố.
- Có thể phát công suất phản kháng khi điện áp thanh cái nhỏ hơn điện áp lưới và ngược lại, tiêu thụ công suất phản kháng khi điện áp thanh cái lớn hơn điện áp lưới.
1.2.4. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN DạNG CÔNG SUẤT (UPFC - UNIFIED POWER FLOW CONTROLLER).
UPFC là một khái niệm mới ứng dụng các thiết bị bù đa chức năng để điều khiển điện áp tại các thanh cái độc lập, dòng công suất tác dụng P và phản kháng Q trên các đường dây truyền tải, đặc biệt là trên các đường dây siêu cao áp nối giữa các HTĐ nhỏ. UPFC la thiết bị làm cho lưới điện vận hành rất linh hoạt và hiệu quả. Về nguyên lý cấu tạo, UPFC được hiểu như sự kết hợp thiết bị bù dọc làm thay đổi góc pha (Static Synchoronous Series Compensator) với thiết bị bù ngang STATCOM. Nó được cấu tạo từ 2 bộ chuyển đổi (converter) điều khiển thyristor có cửa đóng mở GTO. Mỗi một bộ chuyển đổi gồm có van đóng mở (GTO) và MBA trung gian điện áp thấp (xem hình 1.5).
Hình 1.5: Nguyên lý cấu tạo của UPFC
Máy biến áp nối với bộ chuyển đổi qua thanh cái làm việc (Buswork) và máy cắt được mô tả trên hình. Mỗi một bộ chuyển đổi có thể ngừng hoạt động vì bất cứ
Về nguyên lý, UPFC có 3 chế độ vận hành, bao gồm:
Chế độ 1: chế độ điều khiển trở kháng XC. 2 . .jI X U ; 2 sin C X X X X U P
Chế độ 2: chế độ điều khiển điện áp trực giao U.
2 2. . .jI I U U C ; 2 cos sin . 2 U U X U P C
Chế độ 3: chế độ điều khiển góc pha điện áp C.
2 . exp . 2 sin . . 2 1 1 1 j U U U U ; 2 . 2 cos 2 sin . 2 tg X U P
Trong đó: - I2: vectơ dòng của UPFC. - XC: điện kháng bù. - UC: điện áp bù
- Ul: vectơ điện áp nhận. - : góc lệch giữa U2 và Ul.
- X: Điện kháng của đường dây truyền tải.
- : Góc lệch pha giữa điện áp đầu và cuối của đường dây.
Trong 3 chế độ vận hành trên của UPFC thì chế độ 2 và chế độ 3 có ưu điểm hơn chế độ 1 vì có thể điều khiển dòng công suất tác dụng P ngay cả khi góc pha
rất nhỏ. Trong chế độ 1, nếu dòng trong thành phần bù dọc (series compensator) giảm thì khả năng điều khiển của UPFC cũng giảm theo. Hơn nữa, trong chế độ 1 và chế độ 2, công suất của thành phần bù ngang (shunt compensator) có thể giảm tối thiểu vì dòng công suất đi qua liên kết 1 chiều (DC link) gần như bằng 0.
Ngoài ra, thành phần bù ngang có thể điều khiển đồng thời cả dòng công suất phản kháng Q và công suất tác dụng P truyền tải trên đường dây.
1.2.5. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN GÓC PHA BẰNG THYRISTOR (TCPAR - THYRISTOR CONTROLLED PHASE ANGLE REGULATOR).
Thiết bị TCPAR là một khái niệm mới ứng dụng thyristor để điều chỉnh góc lệch pha của điện áp pha của đường dây. Nó có tác dụng điều khiển công suất truyền tải trên đường dây.
Về mặt cấu tạo, nó như một máy biến áp 3 cuộn dây nối song song với đường dây truyền tải và có thể điều chỉnh góc lệch của điện áp Uf truyền tải trên đường dây.
Cấu tạo của TCPAR và đặc tắnh hoạt động của nó như sau:
Hình 1.6: Nguyên lý cấu tạo của TCPAR
Các tắnh năng của TCPAR cũng như của các thiết bị bù có điều khiển khác nhưng chức năng của nó là điều chỉnh góc pha của điện áp trên đường dây. Khả năng điều khiển trào lưu công suất rất cao.
Các tắnh năng của TCPAR bao gồm:
- Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút bù. - Tăng cường tắnh ổn định tĩnh của hệ thống điện. - Tăng cường tắnh ổn định động của hệ thống điện.
- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện như ngắn mạch, mất tải đột ngột...
- Có khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi loại trừ được sự cố.
1.2.6. NHẬN XÉT
- Các thiết bị bù dọc và ngang trên đường dây tải điện xoay chiều đều có những đặc điểm chung là khả năng nâng cao độ tin cậy trong vận hành hệ thống điện. Tuy nhiên, giữa các thiết bị vẫn có sự khác biệt tuỳ theo yêu cầu trong từng hệ thống điện cụ thể, chế độ vận hành cụ thể mà ta có thể lựa chọn các thiết bị hợp lý.
- Trong thực tế vận hành, tuỳ theo yêu cầu điều chỉnh điện áp, trào lưu công suất, nâng cao ổn định hay giảm dao động công suất trên đường dây mà ta lựa chọn các thiết bị hợp lý dựa trên khả năng của chúng.
Ta có (bảng 1-1) so sánh các chức năng của từng thiết bị bù có điều khiển bằng thyristor như sau:
Tên thiết bị Điều chỉnh trào lưu công suất Điều chỉnh điện áp Ổn định tĩnh Ổn định động dao động Chống công suất SVC * *** * * ** TCSC ** * *** *** ** STATCOM * *** ** * ** UPFC *** *** ** ** ** TCPAR *** ** ** * ** Bảng 1.1 Ghi chú: *** Rất tốt; ** Tốt; * Bình thường KẾT LUẬN
- Hợp nhất HTĐ bằng đường dây siêu cao áp đem lại nhiều hiệu quả tổng hợp. Tuy nhiên, có nhiều vấn đề kỹ thuật cần giải quyết, trong đó, vấn đề bù công suất phản kháng và điều khiển có ý nghĩa quyết định trong việc giữ ổn định điện áp và nâng cao giới hạn truyền tải.
- Việc lắp đặt các thiết bị bù dọc và bù ngang điều khiển nhờ thyristor là xu hướng rất được quan tâm trên thế giới vì nhờ chúng mà độ tin cậy và tắnh kinh tế trong vận hành HTĐ được tăng lên rất nhiều.
- Các thiết bị bù dọc và bù ngang sử dụng thyristor có khả năng điều chỉnh gần như tức thời thông số của chúng. Việc ứng dụng các thiết bị nói trên trong HTĐ làm nâng cao khả năng giữ ổn định điện áp và giảm dao động công suất, đặc biệt là đối với các HTĐ hợp nhất có truyền tải bằng các đường dây siêu cao áp.
- Các thiết bị bù có điều khiển thyristor chỉ đem lại hiệu quả rất cao khi thời điểm tác động và giá trị dung lượng bù là hợp lý cho từng chế độ vận hành của hệ thống điện (trước sự cố, sự cố và phục hồi). Đây là một việc rất quan trọng khi vận hành HTĐ có các thiết bị bù dọc và ngang có điều khiển thyristor.
- Với điều kiện địa lý như ở Việt Nam, đường dây truyền tải 500 kV rất dài, các nguồn phát ở xa trung tâm phụ tải thì khả năng ứng dụng thiết bị SVC sẽ mang lại hiệu quả trong vận hành và tăng ổn định chất lượng điện năng của HTĐ Việt Nam.
CHƯƠNG 2
ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ BÙ SVC TRONG VIỆC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH
HỆ THỐNG ĐIỆN
Những thiết bị bù ngang có điều khiển (SVC - Static Var Cojmpensator) đầu tiên được cho ra đời vào khoảng giữa thập kỷ 70 nhờ ứng dụng các công nghệ mới của ngành sản xuất chất bán dẫn. Sự xuất hiện của SVC đã mở ra một kỷ nguyên mới cho việc phát triển các thiết bị thuộc Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS- Flexible Alternating Current Transmission Systems). Được sử dụng từ hàng chục năm nay, SVC đã khẳng định được các ưu điểm của mình trong việc vận hành lưới điện và khả năng mang lại những lợi ắch kinh tế to lớn cho hệ thống.
Trong hệ thống truyền tải điện năng, SVC được sử dụng với các mục đắch chắnh sau:
- Ổn định điện áp trong các hệ thống yếu - Tăng khả năng truyền tải của đường dây - Giảm tổn thất điện năng truyền tải
- Tăng cường khả năng điều khiển điện áp
- Ôn hòa các dao động côngsuất
2.1. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN. 2.1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ. 2.1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ.
Cũng nhý cụng suất tỏc dụng P, cụng suất phản khỏng Q trong hệ thống điện cũng cần luụn luụn phải điều chỉnh để giữ trạng thỏi cõn bằng. Việc phõn bố dũng cụng suất trong hệ thống điện là một nhiệm vụ rất quan trọng nhằm đảm bảo chất lýợng điện nóng cung cấp cho cỏc phụ tải và đảm bảo điều kiện vận hành cỏc thiết bị và đýờng dõy an toàn, trỏnh hiện týợng quỏ ỏp và một số hiện týợng khỏc do cụng suất phản khỏng gõy nờn. Hừn nữa, nú cũn làm tóng tớnh kinh tế - kỹ thuật trong vận hành hệ thống điện. Khỏc với cụng suất tỏc dụng, cụng suất phản khỏng cú tớnh chất phõn bố theo khu vực vỡ điện ỏp của cỏc nỳt trong hệ thống điện là khỏc nhau nờn ngoài nguồn cung cấp điện cụng suất phản khỏng từ cỏc nhà mỏy
điện thỡ cần phải cú những nguồn phỏt cụng suất phản khỏng khỏc nhý: Mỏy bự đồng bộ, tụ bự, khỏng điện Ầ Ngoài ra, việc đặt cỏc thiết bị bự cụng suất phản khỏng cũn cú tỏc dụng cải thiện đỏng kể thụng số chế độ, đặc biệt đối với đýờng dõy siờu cao ỏp.
Trýớc đõy, cỏc thiết bị bự cụng suất phản khỏng thýờng khụng cú tự động điều chỉnh hoặc cú điều chỉnh nhýng rất chậm, nhảy bậc. Ngày nay với sự ra đời của cỏc thiết bị Thyristor cụng suất lớn và cựng với nú là cỏc thiết bị FACTS ( Fleaxible AC Transmission line System), trong đú cú SVC, đó khắc phục đýợc cỏc nhýợc điểm nờu trờn và mang lại hiệu quả rất cao trong vận hành hệ thống điện. Do tớnh ýu việt của SVC ( khả nóng điều chỉnh nhanh), biờn độ thay đổi khỏ lớn nờn nú đó đýợc sử dụng rộng rói trờn toàn thế giới để cải thiện chế độ vận hành và mở rộng ứng dụng việc cải thiện thụng số chế độ đýờng dõy và nõng cao ổn định của hệ thống điện.
SVC đýợc lắp đặt trong hệ thống điện cú tỏc dụng tóng tớnh linh hoạt của hệ thống trờn nhiều khớa cạnh nhý: điều chỉnh điện ỏp tại vị trớ SVC mắc vào lýới, làm tóng ổn định hệ thống, tóng khả nóng truyền tải cụng suất, giảm tức thời quỏ điện ỏp, hạn chế khả nóng cộng hýởng tần sú và giảm dao động cụng suất Ầ
Thiết bị bự ngang cú điều khiển SVC đúng một vai trũ quan trọng trong việc điều chỉnh điện ỏp trong hệ thống điện. Nú hoạt động trong hệ thống nhý một phần tử thụ động nhýng lại phản ứng của đối týợng tự thớch nghi với thụng số chế độ.
2.1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA SVC.
2.1.2.1. Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất.
Chức năng bình thường nhất của một SVC là điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất phản kháng tại điểm nó được nối vào mạng lưới. Điều này cũng dễ hiểu vì công suất phản kháng có tác dụng rất lớn đối với cường độ điện áp, mà SVC là một thiết bị có khả năng tạo hoặc thu hút công suất phản kháng ảnh hưởng bởi sự biển đổi của công suất tải như việc đóng cắt các phần tử của hệ thống điện: các đường dây, các nhóm tụ bù, kháng bù, các máy biến áp. Với công suất tải lớn thì điện áp sẽ bị giảm đáng kể thậm chắ bị sụt mạnh. Điều đó là nguyên nhân dẫn đến
sự tác động của Relay điện áp thấp. Quá điện áp là nguyên nhân gây lên hiện tượng bão hòa mạch từ trong máy biến áp, mà cũng là nguyên nhân làm tăng vọt các thành phần sóng hài trong các máy phát điện. Điều đó, dẫn đến hiện tượng cộng hưởng các thành phần sóng hài và có thể là sự cộng hưởng trong các tụ bù, trên đường dây truyền tải và trong các đường cáp. Điều này có thể dẫn đến sự tác động của chống sét van và có thể là nguyên nhân phá hỏng các chống sét van này. Sự cộng hưởng về nhiệt của các tụ điện và các động cơ có thể pháp hỏng các thiết bị điện của hộ tiêu thụ.
Sự thay đổi điện áp tại nút phụ tải cuối cúng của hệ thống thiếu hụt công suất là một hàm phụ thuộc vào công suất tải của toàn hệ thống và có thể minh họa bằng vắ dụ đơn giản như hình 2.1.
U
E svc Load
p,q
jXe
Hỷ thèng ệiỷn
Hừnh 2.1: ậiÒu chửnh ệiỷn ịp tỰi nót phô tời bỪng SVC
Trong đó:
E: là điện áp của hệ thống.
Xe: là điện kháng của hệ thống điện tắnh đến thanh cái của phụ tải. Điện áp tại thanh cái phụ tải của hệ thống sẽ có xu hướng giảm thieo chiều tăng của công suất tải nếu không có phần tử bù công suất phản kháng và được thể hiện trên đường đặc tắnh (a) của hình 2.2. Sự cung cấp công suất phản kháng của thiết bị SVC với dải thông số định mức tại điểm đấu phụ tải sẽ giữ cho điện áp phụ tải ắt biến đổi hơn và thể hiện trên đường đặc tắnh (b) của hình 2.2.
Tuy nhiên, nêu thiết bị SVC không có giới hạn về công suất phát thì điện áp trên thanh cái của phụ tải có thể được giữ giá trị không đổi và được thể hiện trên đường đặc tắnh (c) của hình 2.2.
U (a) (b) (c) P 0
Hừnh 2.2: Sù thay ệữi cựa ệiỷn ịp tỰi thanh cịi phô tời khi cã vộ khềng cã SVC
2.1.2.2. Giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự cố.
Chức năng quan trọng nhất là giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự cố bình thường khi mất tải đột ngột tại một điểm trên đường dây hoặc ngắn mạch yếu. Vì SVC có thể phản ứng trong vòng 10ms, nên thời gian quá áp sẽ được giảm xuống thấp hơn thời gian chỉnh định bảo vệ của hệ thống rơ le. Do đó cac rơ le không cần tác động cắt sự cố và tắnh chất tải điện sẽ được nâng cao. Quan hệ quá áp với thời gian được thể hiện ở hình 2.3.
100
10s Voltage
0
Hừnh 2.3: Quan hỷ thêi gian vộ ệiỷn ịp quị ịp
Đặc điểm này rất quan trọng đối với đường dây siêu cao áp như đường dây 500kV Bắc- Nam của nước ta bởi vì nó có chiều dài rất lớn (1487km) nhiều tình huống
cắt ngắn mạch một phắa các đoạn đường dây có thể dẫn đến hiện tượng quá áp. Trong hệ thống điện hợp nhất của nước ta, quá điện áp xảy ra trong những trường hợp sau:
- Cắt đường dây Phú Lâm- Hóc Môn.
- Loại bỏ phụ tải ở hệ thống điện Miền Nam khi bộ tụ bù tại Phú Lâm vẫn