Theo sự phân tắch ở chương 2 ta thấy ứng với mỗi trị số phụ tải Q có một dung lượng bù tối ưụ Vì vậy cần phải ựiều chỉnh dung lượng bù của tụ ựiện cho phù hợp với phụ tải phản kháng ựể ựạt ựược hiệu quả kinh tế cao nhất. Song vì phụ tải luôn luôn biến ựổi và các tụ ựiện ựã ựược chế tạo sẵn thành các phần tử có dung lượng nhất ựịnh nên việc ựiều chỉnh liên tục dung lượng bù là ựiều khó thực hiện ựược. Trong thực tế, người ta chia tụ ựiện thành nhiều nhóm nhỏ và tủy theo sự biến ựổi của phụ tải mà cho nhiều hay ắt nhóm làm việc.
Vắ dụ: Có ựồ thị phụ tải phản kháng hàng ngày như ở hình 33. đồ thị ựó có thể chia làm hai phần: phần phụ tải lớn (trong quãng thời gian t1) và phần phụ tải bé (quãng thời
gian còn lại) 24 Qbù 2 t Q Qbù 2 t1
Hình 33: Vắ dụ về ựiều chỉnh dung lượng bù.
Vì vậy chúng ta chia tụ ựiện thành hai nhóm, mỗi nhóm có dung lượng Qbù / 2. Ta cho một nhóm làm việc suốt 24 giờ, gọi là nhóm tụ bù nền. Nhóm còn lại chỉ làm việc trong quãng thời gian t1 có phụ tải lớn mà thôi
Việc ựiều chỉnh dung lượng bù nhảy cấp như vậy có khuyết ựiểm là sẽ có những vùng bù thừa (phần gạch ngang trên hình vẽ) và những vùng bù thiếu (phần gạch dọc trên hình vẽ). Muốn giảm phần bù thừa, bù thiếu ta phải phân tụ ựiện ra thành nhiều nhóm nhỏ, song như vậy sẽ tốn nhiều thiết bị ựóng cắt, ựo lường, bảo vệ và việc ựiều chỉnh dung lượng bù phức tạp lên. Vì vậy việc phân nhóm tụ ựiện phải căn cứ vào tình hình cụ thể của phụ tải và dựa trên cơ sở các tắnh toán so sánh kinh tế kỹ thuật.
Người ta quy ựịnh rằng: nếu dùng máy cắt dầu ựể ựóng cắt và bảo vệ một nhóm tụ ựiện thì dung lượng của nhóm không nên nhỏ hơn 400 kVAr. Ở mạng ựiện áp cao nếu dung lượng bù của một nhánh nhỏ hơn 100 kVAr, ở mạng ựiện áp thấp
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ..
72 nếu dung lượng bù của một nhánh nhỏ hơn 30 kVAr thì không nên ựặt tụ ựiện ở nhánh ựó, mà nên chuyên sang các nhánh lân cận.
Việc ựiều chỉnh dung lượng bù của tụ ựiện có thể ựược thực hiện bằng tay hoặc tự ựộng.
Việc ựiều chỉnh tự ựộng dung lượng bù của tụ ựiện thường chỉ ựược ựặt ra trong trường hợp bù tập trung với dung lượng lớn. Có bốn cách tự ựộng ựiều chỉnh dung lượng bù: ựiều chỉnh dung lượng bù theo nguyên tắc ựiện áp, theo thời gian, theo dòng ựiện phụ tải và theo hướng ựi của CSPK. điều chỉnh dung lượng bù theo ựiện áp và thời gian hay ựược dùng hơn cả.
3.3.2.1. điều chỉnh dung lượng bù của tụ ựiện theo ựiện áp
Căn cứ vào ựiện áp trên thanh cái của trạm biến áp ựể tiến hành ựiều chỉnh tự ựộng dung lượng bù. Nếu ựiện áp của mạng sụt xuống dưới ựịnh mức, có nghĩa là mạng thiếu công suất phản kháng, thì cần phải ựóng thêm tụ ựiện vào làm việc. Ngược lại khi ựiện áp quá giá trị ựịnh mức thì cần cắt bớt tụ ựiện, vì lúc này mạng thừa công suất phản kháng. Phương pháp ựiều chỉnh tự ựộng dương lượng bù theo ựiện áp vừa giải quyết ựược yêu cầu bù CSPK, nâng cao hệ số công suất cosφ vừa có tác dụng ổn ựịnh ựiện áp nên ựược dùng phổ biến.
Hình 34 trình bày một vắ dụ về sơ ựồ ựiều chỉnh một cấp dung lượng bù theo nguyên tắc ựiện áp. C ớt M C ậ ãn g M C ậãng bỪng tay ậãng tù ệéng Cớt tù ệéng Cớt bỪng tay Bờo vỷ rể le 1RU lộm viỷc khi ệiỷn ịp thÊp 2RU lộm viỷc khi ệiỷn ịp cao
Áp tô mát Thanh cái A A Rểle bờo vỷ RTr C Đ 2RTh 1RTh RTr 1RU 2RTh 1RTh RTr C Đ MC MC MC MC 2RU 6 - 10kV MC CD BU BI
Hình 34: Sơ ựồ ựiều chỉnh tự ựộng dung lượng bù theo ựiện áp
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ..
73 dùng ựể ựóng tụ ựiện vào làm việc khi ựiện áp của mạng sụt xuống. Rơle ựiện áp cao 2RU dùng ựể cắt tụ ựiện ra khi ựiện áp của mạng vượt quá giá trị ựịnh mức. để tránh cho sơ ựồ tác ựộng khi có dao ựộng ựiện áp (vắ dụ khi mở máy ựộng cơ có công suất lớn) trong sơ ựồ có bố trắ rơle thời gian Rth với tiếp ựiểm ựóng chậm cơ thời gian trì hoãn 2- 3 phút
Sơ ựồ làm việc như sau: Khi ựiện áp sụt xuống quá mức cho phép, rơle ựiện áp thấp 1RU tác ựộng cấp nguồn cho rơle thời gian 1Rth Sau thời gian ựã chỉnh ựịnh, tiếp ựiểm của nó ựóng lại cấp nguồn cho cuộn dây ựóng D ựể ựóng máy cắt MC ựưa tụ ựiện vào làm việc. Khi ựiện áp cao quá ựịnh mức (U ≥ 110%Un) rơle ựiện áp cao 2RU tác ựộng cấp nguồn cho rơle thời gian 2Rth ựóng tiếp ựiểm của nó lại, cấp nguồn cho cuộn dây cắt C ựể cắt máy cắt MC ra, tụ ựược cắt khỏi mạng. Nếu trong quá trình vận hành có sự cố, thiết bị rơle bảo vệ làm việc cấp nguồn cho rơle trung gian Rtr. Rơle Rtr tác ựộng ựóng mạch cuộn cắt ựể cắt máy cắt rạ
3.3.2.2.điều chỉnh tự ựộng dung lượng bù theo nguyên tác thời gian
Căn cứ vào sự biến ựối của phụ tải phản kháng trong một ngay ựêm mà người ta ựóng hoặc cắt bớt tụ ựiện. Phương pháp này ựược dùng khi ựồ thị phụ tải phản kháng hàng ngày biến ựổi theo một quy luật tương ựối ổn ựịnh và người vận hành nắm vững ựồ thị ựó.
Hình 35 ựưa ra vắ dụ về sơ ựồ ựiều chỉnh tự ựộng dung lượng bù theo nguyên tắc thời gian. BI BU CD MC 6 - 10kV ĐH MC MC MC MC Đ C RTr 1RTh 2RTh RU RTr 1RTh 2RTh Đ C RTr Rểle bờo vỷ ậăng hă ậH A A Thanh cái Áp tô mát ậăng hă ậH ậãng cớt MC do ệăng hă ậH RU lộm viỷc khi ệiỷn ịp cao Bờo vỷ rể le Cớt bỪng tay Cớt tù ệéng ậãng tù ệéng ậãng bỪng tay ậ ã ng M C C ớt M C
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ..
74 Cơ cấu ựể tác ựộng ựóng cắt tụ ựiện trong sơ ựồ này là ựồng hồ ựiện đH. Các tiếp ựiểm của ựồng hồ xác ựịnh chương trình ựóng và cắt tụ ựiện. Căn cứ vào sự biến thiên có tắnh chu kỳ của phụ tải người ta xác ựịnh thời ựiểm cần ựóng và cắt tụ ựiện và ựiều chỉnh cơ cấu ựồng hồ làm việc theo chương trình ựã ựịnh.
Giả sử tụ chưa làm việc, MC ựang cắt ra, nếu tiếp ựiểm của ựồng hồ đH ựóng lại thì rơ le thời gian 1RTh có ựiện và tác ựộng ựi ựóng máy cắt tiếp ựiểm, đH ựóng lại và rơle thời gian 2RTh có ựiện tác ựộng ựi cắt máy cắt tương tự như ở ựồ hình 34. Rơle ựiện áp cao RU dùng ựể bảo vệ tụ ựiện tránh bị quá ựiện áp.
3.4.THIẾT BỊ BÙ BÙ NGANG CÓ đIỀU KHIỂN (SVC) 3.4.1. Cấu tạo cơ bản của SVC
Thiết bị bù ngang có ựiều khiển trong trường hợp chung ựược cấu tạo từ ba phân tử cơ bản:
- Thyristor controlled reactor (TCR) là cuộn kháng có ựiều khiển bằng thyristor. TCR có thể ựiều chỉnh liên tục dung lượng bù bằng cách thay ựổi góc ựóng mở của Thyristor một cách liên tục từ 900ọ1800, hình 36ạ
TCR TSR TSC
a) b) c)
Hình 36: Nguyên lý cấu tạo SVC
Một tụ ựiện riêng rẻ có thể thêm vào bằng cách mắc song song ựể ựặt ựược dung lượng kVAr và có thể nối tiếp ựể ựược ựiện áp kV. Chúng có thể ựược sử dụng tại hay xấp xỉ giá trị ựiện áp ựịnh mức bởi các lý do về kinh tế.
Biện pháp này ựược gọi là biện pháp bù có hiệu lực nhất do ựó có thể tùy ý ựặt công suất thiết bị bù ựể ựạt ựược hệ số công suất mong muốn.
Tụ ựiện ựược chế tạo với ựiện áp từ 220 V ựến 10 kV một pha và ba pha, công suất ựơn vị từ 5 ọ100kVAr bằng cách ghép nối tiếp và song song sẽ có ựược bộ tụ ựiện, có công suất và ựiện áp tùy ý. Trên mạng ựiện tụ ựiện ựược dùng phổ biến hơn máy bù do những ưu ựiểm nổi bật như tiêu thụ ắt công suất tác dụng, khoảng từ 0,3 ọ0,5% công suất ựịnh mức, vận hành và sửa chữa ựơn giản.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ..
75 thyristor. TSR chỉ có thể ựóng hoặc mở dùng thyristor, khi ựó XK chỉ nhận một trong hai giá trị (XK = 0 hoặc XK = XK max), hình 36b.
- Thyristor Switched Capacitor (TSC) là tụ ựiện ựóng cắt bằng thyristor, ựiện dung của tụ chỉ có thể thay ựổi là 0 hoặc XCmax, hình 36c
TSR và TSC thực chất là các bộ kháng và tụ ựiện ựóng cắt nhanh bằng thyristor. điều ựáng chú ý hơn cả là TCR, một thiết bị kháng có tham số ựược ựiều chỉnh trơn (từ 0 ựến giá trị cực ựại). Khi tổ hợp các phần tử nói trên, nói chung có thể tạo ra thiết bị bù ngang thay ựổi ựược liên tục thông số (ựiện kháng, công suất) trong phạm vi giới hạn bất kỳ.
Vắ dụ như sơ ựồ hình 37:
Có thể giải thắch nguyên lý làm việc của SVC trong trường hợp này như sau: tắn hiệu ựiều chỉnh góc mở lấy từ phắa ựiện áp cao qua biến ựiện áp TU, qua bộ tự ựiều chỉnh (TđC) ựiều khiển các Thyristor. đầu tiên ựiều khiển các TSC và TSR ựể ựiều chỉnh thô, sau ựó ựiều chỉnh TCR ựể lợi dụng tắnh chất ựiều chỉnh liên tục của nó ựể ựiều chỉnh CSPK qua SVC ựến trị số thắch hợp. Trong phạm vi thay ựổi ựược của CSPK, ựiện áp tại nơi lắp ựặt SVC sẽ ựược giữ là hằng số. TSC TSR TCR MBA Hình 37: Sơ ựồ giải thắch nguyên lý làm việc của SVC
Do ựó thể thay ựổi ựược thông số của các thiết bị ựiện có ựiều khiển, mà nâng cao ựáng kể hiệu quả ựiều chỉnh công suất phản kháng trong hệ thống ựiện. Nếu so với máy bù ựồng bộ - là một thiết bị bù phổ biến thì SVC có quán tắnh nhỏ, ựộ bền cao, không gây tổn thất và ắt phải chăm sóc bảo quản khi vận hành. SVC không chỉ làm nhiệm vụ ựiều chỉnh ựiện áp mà nó còn ựóng vai trò rất tắch cực trong việc giữ ổn ựịnh, nâng cao chất lượng vận hành hệ thống.
3.4.2. Hoạt ựộng của thiết bị bù ngang có ựiều khiển SVC
3.4.2.1. đặc tắnh ựiều chỉnh của SVC
Như ựã biết phần tử ựáng chú ý nhất của SVC là TCR. Nhờ có TCR trị số của SVC thay ựổi ựược liên tục. Tác ựộng ựiều chỉnh cho TCR ựặt vào cực ựiều khiển của các thyristor. Nhờ thay ựổi góc mở của các thyristor mà dòng ựiện (thành phần cơ bản) qua kháng ựược thay ựổi liên tục từ 0 ựến trị số cực ựại, ựiều này tương ứng với sự thay ựổi liên tục công suât phản kháng trên SVC
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ..
76 đặc tắnh ựiều chỉnh của SVC có thể xây dựng ựược dựa vào nguyên lý làm việc của thyristor. Trên hình 38 mô tả ựơn gian sơ ựồ và hoạt ựộng của thyristor, loại một thyristor và loại hai thyristor mắc song song ngược.
Thyristor hoạt ựộng tương tự như chỉnh lưu, tuy nhiên ngoài ựiều kiện ựiện áp ựặt lên bản thân thyristor thuận chiều, còn yêu cầu thêm một xung ựiện áp ựặt lên cực ựiều khiển. Xung này có thể không cần kéo dài mà thyristor vẫn mở cho ựến khi ựiều kiện thuận chiều ựiện áp không còn nữạ Sang chu kỳ mới, ựiện áp thuận chiều nhưng mạch cũng chỉ mở khi có xung ựưa ựến cực ựiều khiển. Rõ ràng, khi thay ựổi thời ựiểm phát xung ở mỗi chu kỳ, ta có thể thay ựổi ựược dạng của ựường cong dòng ựiện. Nếu coi thành phần cơ bản của dòng ựiện là thành phần làm việc, thì biên ựộ của thành phần này thay ựổi theo góc mở của thyristor. Khi thyristor mở hoàn toàn (góc mở α = 900) biên ựộ của thành phần cơ bản sẽ lớn nhất (bằng dòng ban ựầu), khi góc mở α = 1800 dòng qua mạch bằng 0. Còn khi thay ựổi ựột ngột góc mở α = 900 sang α =1800 ta nhận ựược trạng thái ựóng cắt của hai phần tử TSR hoặc TSC ựể thấy rõ hơn ta xét sơ ựồ cơ bản của một cuộn kháng có ựiều khiển bằng thyristor Ờ góc pha thuần túy (hình 38a). Mỗi nhánh của ba pha bao gồm một cuộn dây ựiện cảm L nối tiếp với hệ thống hai thyristor mắc song song ngược (TCR). Các thyristor T1, T2 sẽ thay phiên nhau làm việc ứng với mỗi chu kỳ của ựiện áp. Hình 38 minh họa nguyên lý vận hành. Góc cắt của thyristor quyết ựịnh biên ựộ của thành phần dòng ựiện tần số cơ bản. Các thành phần dòng ựiện bậc cao (bậc 3, bậc 5, bậc 7) có trị số nhỏ, ựược làm triệt tiêu nhớ các bộ lọc.
UV R1 Udk R2 Ur Ur R2 Udk R1 UV UV Udk Ur Ur Udk UV t t t t t t
Hình 38: Sơ ựồ và nguyên lý hoạt ựộng của Thyristor
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ..
77 Ở chế ựộ làm việc bình thường của hệ thống ựiện. SVC làm nhiệm vụ tự ựộng ựiều chỉnh ựể giữ nguyên ựiện áp nút. Tắn hiệu ựiều khiển là ựộ lệch ựiện áp ựo ựược từ TU, tắn hiệu này ựiều khiển góc mở của các thyristor làm thay ựổi trị số của thành phần cơ bản dòng ựiện ựi qua kháng nhờ ựó công suất tiêu thụ (công suất phản kháng) trên SVC thay ựổị Khi ựiện áp tăng tác dụng ựiều chỉnh làm dòng ựiện tăng, công suất tiêu thụ bởi SVC lớn hơn sẽ hạ thấp ựược ựiện áp nút. Khi ựiện áp bị giảm thấp, dòng ựiện qua kháng giảm, SVC giảm công suất tiêu thụ (hoặc phát công suất phản kháng lên hệ thống khi ựiện áp ựẳng trị có tắnh dung). Nhờ ựó tăng cao ựược ựiện áp.
TU TậC UC UH a) b) UH UC TậC TU B B
Hình 39: Sơ ựồ biểu diễn ựặc tắnh làm việc của SVC
Hình 40: đặc tắnh ựiều chỉnh của SVC
Trên hình 40b là ựặc tắnh ựiều chỉnh theo ựiện áp của SVC thuần kháng, chỉ nhận CSPK; hình 40d là ựặc tắnh tương ựối tổng quát lớn của SVC, SVC trong trường hợp này có thể phát hoặc nhận CSPK. Một cách tương tự ta cũng có ựường
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ..
78 ựặc tắnh của ựiện kháng Xk theo ựiện áp (hình 40a, hình 40c).
Trong phạm vi thay ựổi ựược của công suất (phạm vi của TCR) ựiện áp nút ựược giữ ở trị số ựặt Uo. Trong thực tế, với mục ựắch phối hợp ựiều chỉnh, người ta chế tạo SVC có ựặc tắnh ựiều chỉnh mềm. Khi ựó trong phạm vi ựiều chỉnh ựược của công suất, ựiện áp nút ựược phép dao ựộng với ựộ lêch ∆Ụ Nhờ ựó ựộ dốc của ựường ựặc tắnh mà trong phạm vi ựiều chỉnh ựược có thể phân bố công suất cho các SVC làm việc song song hoặc làm việc với các thiết bị ựiều chỉnh CSPK khác.
3.4.3. Mô hình của thiết bụ bù tĩnh có ựiều khiển băng Thyristor
Các thiết bị bù có ựiều khiển nằm trong hệ thống như một phần tử thụ ựộng, nhưng lại phản ứng như ựối tượng tự thắch nghị Bởi vậy trong trường hợp chung cần mô tả các thiết bị bù trong sơ ựồ tắnh toán hệ thống như một ựối tượng có ựiều khiển. Tuy nhiên cũng cần phải thấy rằng tác ựộng của hệ thống thyristor gần như tức thời vì thế ựa số các trường hợp, khi quá trình diễn ra trong hệ thống tương ựối chậm có thể xét các thiết bị bù có ựiều khiển thông qua ựặc tắnh ựiều chỉnh. Trường hợp riêng có thể áp dụng ựặc tắnh ựiều chỉnh công suất hoặc ựiện kháng trong tắnh