3.1 Các giải pháp tăng cường hệ thống bảo vệ và tự động hóa
3.2.2 Hệ thống điều khiển giám sát FACTS
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 dòng điện và điện áp cao, cho phép điều khiển bù công suất phản kháng gần như tức thời, ngăn cản dao động để ổn định điện áp, hệ số công suất của hệ thống một cách nhanh chóng. Thêm vào đó, do khả năng tải của đường dây bị giới hạn bởi các yếu tố nhiệt độ, điện dung và độ ổn định, nếu không có sự điều khiển hợp lý, sẽ không tận dụng hết khả năng tải của các đường dây. Việc sử dụng thiết bị FACTS sẽ góp phần giải quyết việc vận hành hệ thống điện một cách khoa học, nâng cao hiệu quả đường dây tải điện hiện có, đáp ứng yêu cầu thực tế đề ra. Đặc biệt ở nơi yêu cầu về cung cấp điện an toàn và tin cậy.
3.2.2.2 Các ưu điểm khi sử dụng thiết bị FACTS Sử dụng thiết bị FACTS cho phép:
- Nâng cao khả năng giữ ổn định điện áp, giảm dao động công suất làm cho việc vận hành HTĐ linh hoạt và hiệu quả hơn;
- Điều khiển trào lưu công suất theo yêu cầu;
- Tăng khả năng tải của đường dây gần tới giới hạn nhiệt;
- Tăng độ tin cậy, giảm tổn thất hệ thống.
Tuy nhiên giá thành các thiết bị FACTS là rất cao so với khả năng tài chính nước ta hiện nay. Do đó, khi nghiên cứu áp dụng thiết bị FACTS cần phải phân tích các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật để lựa chọn giải pháp phù hợp.
3.2.2.3 Phân loại các thiết bị FACTS
Các thiết bị FACTS có thể phân ra làm bốn loại:
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 74 - Thiết bị điều khiển nối tiếp (Series Controllers): Loại thiết bị này cho phép thay đổi tổng trở đường dây bằng tụ điện, điện kháng, hoặc biến đổi nguồn có tần số bằng tần số lưới nhờ thiết bị bán dẫn công suất. Về nguyên lý, tất cả các thiết bị điều khiển nối tiếp chỉ cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng biến đổi.
- Thiết bị điều khiển song song (Shunt Contronllers): Loại thiết bị này cho phép thay đổi tổng trở, thay đổi nguồn hoặc kết hợp cả hai. Tất cả các thiết bị điều khiển song song bù dòng điện vào hệ thống tại điểm nút.
- Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với nối tiếp (Combined series – series Controllers): Đây là sự kết hợp các thiết bị điều khiển nối tiếp riêng rẽ, có cùng cách thức điều khiển được sử dụng trong hệ thống nhiều dây dẫn hoặc có thể là thiết bị điều khiển hợp nhất.
- Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với song song (Combined series – shunt Controller): Đây là sự kết hợp hoặc điều khiển hợp nhất dòng năng lượng với các phần tử nối tiếp và song song. Về nguyên lý, những thiết bị điều khiển nối tiếp kết hợp bù dòng điện và hệ thống với những phần tử điều khiển song song và bù điện áp trên đường dây với những phần tử bù nối tiếp.
3.2.2.4 Một số thiết bị FACTS thường dùng trong việc ngăn ngừa và giảm thiểu sự sự cố mất điện trên diện rộng
1. Thiết bị điều khiển góc pha bằng thyristor (TCPAR)
Thiết bị TCPAR là một khái niệm mới ứng dụng thyristor để điều chỉnh góc lệch pha của điện áp pha của đường dây[2]. 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. Các tính 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 chỉnh trào lưu công suất là rất cao, các tính năng của TCPAR bao gồm:
- Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù;
- Tăng cường tính ổn định tĩnh, tính ổn định động của HTĐ;
- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ 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.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 75
Hình 3- 8: Nguyên lý cấu tạo của TCPAR 2. Thiết bị điều khiển dòng công suất hợp nhất (UPFC)
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, UPFC là 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) là thiết bị bù ngang STATCOM, nó được cấu tạo tù hai bộ phận chuyển đổi (Converter) điều khiển thyristor có cửa đóng mở GTO. Mỗi một bộ chuyển đổi gồm có van đóng mở (GOT) và MBA trung gian điện áp thấp (hình 3- 9)[2, 34].
Về nguyên lý, UPFC có ba chế độ vận hành, bao gồm:
- Chế độ điều khiển trở kháng
- Chế độ điều khiển điện áp trực giao - Chế độ điều khiển góc pha điện áp
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 ca khi góc pha δ 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 thành phần bù ngang (Shunt Compensator) có thể giảm tối thiểu vì dòng công suất đi qua liên kết một 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.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 76
Hình 3- 9: Nguyên lý cấu tạo của UPFC
3. Bộ điều chỉnh điện áp bằng Thyristor (TCVR – Thyristor Controlled Voltage Regulator)
TCVR là một biến áp có thể cung cấp điện áp cùng pha với khả năng điều chỉnh trơn. Trong thực tế, biến áp này có thể là biến áp thông thường với đầu điều khiển điều chỉnh bằng Thyristor hoặc bằng với bộ biến đổi điện áp xoay chiều sang điện áp xoay chiều điều khiển bằng Thyristor để đưa thêm vào điện áp xoay chiều thay đổi được của cùng một pha nối tiếp với đường dây, như biểu diễn trên hình 3- 10.
Hình 3- 10: TCVR loại dựa trên đầu phân áp và loại đưa thêm điện áp vào đường dây Công nghệ FACTS có ứng dụng rất rộng rãi trong việc nâng cao khả năng truyền tải, nâng cao mức độ ổn định tĩnh, ổn định động, ổn định điện áp, giảm tổn thất và giảm các dao động trong hệ thống điện. Các thiết bị FACTS đã được thiết kế và chế tạo với nhiều loại khác nhau tương ứng với các loại điều khiển và các thông số điều khiển trong hệ thống điện. Nhìn chung thiết bị FACTS được chia thành các thiết bị điều khiển dọc, ngang và tổ hợp giữa chúng. Các thiết bị bù dọc có điều khiển chủ yếu sử dụng để điều khiển dòng điện cũng như dòng công suất trong hệ thống truyền tải. Ngoài ra chúng còn được sử dụng để tăng cường mức độ ổn định và giảm dao động của hệ thống điện. Các thiết bị bù ngang có điều khiển chủ yếu để
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 77 sử dụng điều khiển và giữ điện áp tại các điểm nút của hệ thống điện, ngoài ra còn có tác dụng bù công suất phản kháng, nâng cao ổn định tĩnh và ổn định động, giảm các dao động trong hệ thống điện.
Nói chung các thiết bị FACTS đều đắt tiền, nhất là các thiết bị điều khiển hỗn hợp, mà có thể bù dọc lẫn bù ngang. Chính vì thế mà các thiết bị điều khiển hỗn hợp như UPFC, TCPST,…ít được sử dụng trong thực tế. Trên thế giới hiện nay, có hai loại thiết bị FACTS đã được lắp đặt nhiều và chứng tỏ được hiệu quả hoạt động của chúng, đó là TCSC để bù dọc và SCV để bù ngang. Các thiết bị này góp phần rất quan trọng trong việc điều chỉnh các giá trị điện từ đó làm giảm thiểu sự cố mất điện dây truyền trong hệ thống điện.