Bù dang được thực hiện bằng cách lắp kháng điện có công suất cố định hay các kháng điện có thể điều khiển tại các thanh cái của các trạm biến áp. Kháng bù ngang này có thể đặt ở phía cao áp hay phía hạ áp của máy biến áp. Khi đặt ở phía cao áp thì có thể nối trực tiếp song song với đường dây hoặc nối qua máy cắt được điều khiển bằng khe hở phóng điện.
Dòng điện IL của kháng bù ngang sẽ khử dòng điện IC của điện dung đường dây phát ra do chúng ngược chiều nhau. Nhờ đó mà công suất phản kháng do đường dây phát ra sẽ bị tiêu hao một lượng đáng kể và qua đó có thể hạn chế được hiện tương quá áp ở cuối đường dây.
Việc lựa chọn dung lượng và vị trí đặt bù của kháng bù ngang có ý nghĩa rất quan trong đối với một số chế độ vận hành của đường dây siêu cao áp trong hệ thống điện như chế độ vận hành non tải, không tải … của đường dây.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
- Trong chế độ không tải, phía nguồn khép mạch, phía tải hở mạch thì các nguồn phát vẫn phát công suất tác dụng rất lớn để bù vào tổn thất điện trở của đường dây và máy biến áp. Để khắc phục sự quá áp và quá tải máy phát ta phải đặt kháng bù ngang tại một số điểm trên đường dây.
- Trong chế độ non tải (Ptải < PTN) thì công suất phản kháng trên đường dây thừa và đi về 2 phía của đường dây. Để đảm bảo được trị số cos cho phép của máy phát, ta phải đặt kháng bù ngang ở đường dây để tiêu thụ công suất phản kháng.
- Công suất phản kháng của đường dây phát ra trong chế độ không tải được tính gần đúng như sau:
l b U
QC dd2.0. (1.43)
Trong đó: Udd: Điện áp đanh dịnh của đường dây
L: Chiều dài đường dây
- Đối với đường dây siêu cap áp có điện áp 330 750kV thì có thể sử dụng quan hệ gần đúng: 0 0 6 0 0 1,15.10, b X Z b X C (1.44) Nên ta có: C Z b 3 0 10 . 07 , 1
Như vậy công suất phản kháng của đường dây siêu cao áp 500kV phát ra
là: TN C dd C l lP Z U Q.1,07.103.1,07.103.. (1,45)
Đặc trưng cho mức độ bù ngang trên đường dây là hệ số KL
% 100 . % 100 . C L C L L Q Q I I K (1.46) Trong đó:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
QC: Công suất phản kháng của điện dung đường dây phát ra
Đối với đường dây có cấp điện áp 500kV, tổng công suất của kháng bù ngang trên đường dây bằng 60 - 70% công suất phản kháng do điện dung đường dây phát ra.
Kháng điện bù ngang có điều khiển là một thiết bị tiêu thụ công suất
phản kháng có điều chỉnh công suất phản kháng tiêu thụ trong giới hạn từ Q0
đến trị số danh định.
Kháng điện bù ngang vừa thực hiện chức năng của một kháng điện bình thường vừa thay thế được các máy phát điện trong nhiệm vụ điều chỉnh công suất trong hệ thống. Sử dụng kháng bù ngang có điều khiển trong nhiều trường hợp cho phép nâng cao khả năng tải của đường dây một cách đáng kể.
`Công suất đặt của kháng bù ngang có điều khiển giống như kháng bình thường, được tính toán theo chế độ vận hành không tải đường dây. Nó phụ thuộc vào công suất tự nhiên và chiều dài của đường dây.
Nếu ở các trạm nhận điện, ta đặt các kháng bù ngang có điều khiển với công suất đủ lớn đảm bảo được chức năng bù ngang thông số đường dây và ở những điểm đặt này có thể giữ điện áp không đổi. Như vậy, trong chế độ vận hành với công suất tải trên đường dây thay đổi không cần phải đóng hoặc cắt kháng điện ra khỏi đường dây.
Kết luận
Trong chương này, em đã tìm hiểu được tổng quan bù công suất phản kháng. Qua đó thấy vai trò của việc bù công suất phản kháng là nâng cao tính tin cậy của hệ thống điện, tăng khả năng truyền tải công suất trên đường dây, giảm tổn thất và cải thiện hàng loạt các chỉ tiêu kỹ thuật của đường dây, đặc biệt là của các đường dây cao áp và siêu cao áp có chiều dài lớn. Các chế độ làm việc quá độ, chế độ xác lập và cân bằng công suất trong hệ thống điện. Sự hình thành công suất phản kháng trên đường dây cao thế khi truyền tải và biết
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
tổn thất điện áp trên đường dây có nguyên nhân chính là công suất phản kháng. Đây là những vấn đề lý thuyết cơ bản khi nghiên cứu hệ thống điện. Nó giúp em hiểu rõ bản chất của quá trình trao đổi năng lực trong hệ thống điện. Trong chương này em cũng trình bày hai phương pháp bù công suất phản kháng là bù dọc và bù ngang trên đường dây. Đây là vấn đề quan trọng trong ổn định hệ thống điện. Từ những lý thuyết cơ bản trên là cơ sở để em
nghiên cứu thiết kế bộ công suất phản kháng trong hệ thống điện ở chương sau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CHƢƠNG 2
CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ BÙ TĨNH CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC
2.1. Đặt vấn đề
Trước đây, các thiết bị bù công suất phản kháng là các bù tĩnh và máy bù đồng bộ. Các thiết bị bù này ngày nay ít được dùng nữa vì chúng có nhiều hạn chế.
Đối với tụ bù tĩnh. Bộ tụ song song lần đầu tiên sử dụng để hiệu chỉnh hệ số công suất vào năm 1914. Thiết bị đóng ngắt thường sử dụng như rơle và cầu dao. Các phương pháp này dựa trên các chuyển mạch cơ học và các rơle. Nhược điểm là phản ứng chậm, không tin cậy, phát ra dòng điện khởi động cao, đòi hỏi phải bảo dưỡng thường xuyên.
Đối với máy bù động. Máy bù động đóng vai trò quan trọng trong điều khiển công suất phản kháng và điện áp trong hơn 50 năm. Máy điện có thể cung cấp điều khiển công suất phản kháng liên tục khi được sử dụng với mạch kích từ tự động chính xác. Nhược điểm là đỏi hỏi thiết lập nhiều và số lượng thiét bị khởi động bảo vệ đáng kể, chúng không thể điều khiển đủ nhanh để bù cho sự thay đổ tải lớn. Ngoài ra, sự tổn thất của chúng là sớm hơn so với bù tĩnh, và chi phí thì lớn hơn nhiều so với các bộ bù tĩnh.
Ngày nay, với sự ra đời của các thiết bị Thyrisor công suất lớn và cùng với nó là các thiết bị FACTS (Flexible AC Transmission System), trong đó có SVC (Static Var Compensator) là thiết bị FACTS thông dụng, đã khắc phục được các nhược điểm nêu trên và mang lại hiệu quả cao trong vận hành hệ thống điện. Sự ưu việt của SVC được thể hiện là: Khả năng điều chỉnh nhanh, biên độ thay đổi khá lớn, độ tin cậy cao và giảm bớt tổn thất. Ngoài ra, yêu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
cầu bảo hành bảo trì thấp do vắng mặt các phần tử quay nên ngày nay nó đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới.
Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện. Nó hoạt động trong hệ thống như một phần tử thụ động nhưng lại phản ứng như đối tượng tự thích nghi với thông số chế độ làm việc của hệ thống.
Kết luận: Từ yêu cầu đề tài và phân tích ở trên, em quyết định chọn thiết kế bộ bù công suất theo kiểu SVC. Sau đây là cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị bù tĩnh SVC.
2.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của các thiết bị bù tĩnh SVC
2.2.1. Cấu tạo chung
Về cơ bản SVC cấu tạo từ các phần tử chính sau: Tụ điện có điện dung cố định (FC), tụ điện đóng mở bằng Thyristor (TSC) và kháng điện đóng mở bằng Thyristor (TSR), kháng điện điều khiển bằng Thyristor (TCR) .
TCR (Thyristor Controlled Reactor): Kháng điều khiển bằng thyristor có chức năng điều khiển liên tục dòng công suất phản kháng.
TSC (Thyristor Switched Capacotpor): Tụ đóng cắt bằng thyristor có chức năng đóng cắt nhanh dòng công suất phản kháng tiêu thụ.
TSR (Thyristor Switched Reactor): Kháng đóng cắt bằng thyristor có chức năng đóng cắt nhanh công suất phản kháng phát trên lưới.
Ngoài các phần tử cơ bản nói trên còn phải kể đến các phần tử khác của SVC như hệ thống điều khiển Thyristor, các bộ lọc cao tần, máy biến áp với điện áp thứ cấp phù hợp với các cấp điện áp của SVC, các bộ lọc cao tần làm nhiệm vụ khử các thành phần sóng điều hoà bậc cao, đặc biệt là các thành phần bậc 3, bậc 5, bậc 7 phát sinh trong quá trình cấu tạo thông dụng của SVC
Có hai dạng sơ đồ cấu tạo thông dụng của SVC - SVC là kết hợp của TCR và TSC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
- SVC là kết hợp của TCR và tụ điện cố định FC (Fixed Capacitor) Sơ đồ hai dạng cấu tạo của SVC được mô tả trong hình 2.1.
Hình 2.1. Mô hình SVC
(a) TCR và TSC (b) TCR và tụ cố định FC
2.2.2. Nguyên lý hoạt động
Thiết bị bù ngang có điều khiển gọi là máy bù tĩnh SVC có nhiệm vụ phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng một cách linh hoạt, có thể điều chỉnh công suất phản kháng liên tục bằng cách tăng hay giảm góc mở của các Thyristor. Do đó, các thyristor và hệ thống điều khiển chúng đóng vai trò quyết định trong hoạt động của SVC. Việc thay đổi đột ngột góc mở thyristor từ = 00 đến = 1800 hoặc ngược lại sẽ tương ứng với trạng thái đóng cắt
mạch của TCR, TSC hoặc TSR. Khi tăng dần góc mở của thyritor từ 900
đến
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
định về 0. Nhờ đó, dòng công suất phản kháng có thể được điều chỉnh liên tục.
Hoạt động đóng mở của thyristor hầu như không có thời gian quá độ nên SVC phản ứng rất nhanh và nhạy trước sự thay đổi của điện áp. Trên thực tế, độ nhạy về điện áp có thể đạt tới mức nhỏ hơn 0,2% và SVC có thể thay đổi công suất từ 0 đến trị số định mức trong khoảng thời gian chưa đầy 10ms. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thông thường, SVC bao gồm một TCR và các FC, TSC. SVC được mô hình bởi các dẫn biến thiên: Điện dẫn tương đương của TCR thay đổi liên tục, điện dẫn của FC là cố định. Do đó, SCV cũng được mô hình như một điện
dẫn tương đương BSVC thay đổi liên tục như hình (2.2). Khi SVC phát hiện sự
thay đổi điện áp tại nút mà nó mắc vào bộ điều chỉnh sẽ thay đổi góc mở
của các thyritor trong bộ TCR. Mà giá trị này phụ thuộc vào đặc tính tĩnh của SVC. Trong thực tế, SVC có thể hoạt động ở hai chế độ.
- Chế độ điều chỉnh công suất phản kháng: Trong trường hợp này, SVC tương đương với tải phản kháng tĩnh. Công suất phản kháng trao đổi với hệ thống không đổi. Chế độ này được sử đụng dể đạt được các chỉ tiêu kinh tế tối ưu trong những điều kiện hoạt động bình thường mà ổn định của hệ thống điện.
- Chế độ điều chỉnh điện áp: Đây là chế độ hoạt động cơ bản nhất cảu SVC. Nó duy trì điện áp của nút mà SVC mắc vào nằm trong một giới hạn cho phép để đảm bảo sự hoạt động tin cậy của hệ thống điện.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Hình 2.2. Sơ đồ thay thế tương đương của SVC 2.2.3. Đặc tính tĩnh V-I của SVC
Đặc tính tĩnh V-I của SVC dựa trên nguyên lý cơ bản của phần tử TCR. Tuy nhiên, SVC còn bao gồm cả các TSC, FC chúng là nguồn phát công suất phản kháng cho hệ thống. Chiều dòng điện của FC, TSC ngược với chiều dòng điện của TCR. Đặc tính tĩnh V-I được mô tả trong góc phần tư I, II của mặt phẳng toạ độ trên hình 2.3.
Hình 2.3. Đặc tính V-I của SVC
Đặc tính của SVC được mô tả bởi 3 phần tương ứng với 3 phương trình sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu SVC sl ref XI V V . khi V min V Vmax (2.1) max B I V SVC khi V V min (2.2) min B I V SVC khi V V max (2.3) Trong đó:
Vmax, Vmin: Điện áp lớn nhất và nhỏ nhất của nút mà SVC mắc vào. Đây
chính là các điện áp giới hạn điều chỉnh của SVC. Vref: Điện áp đặt của hệ thống
Bmax, Bmin: Điện dẫn tương đương lớn nhất và nhỏ nhất của SVC (Bmax > 0, Bmin < 0)
Xsl: Điện kháng đặc trưng cho độ dốc của đặc tính tĩnh V-I
Khi điện áp V nằm trong giới hạn điều hcỉnh của SVC nó sẽ được điều
chỉnh theo phương trình 2.1. Nó được mô tả thông qua điện kháng Xsl và điện
áp Vref của hệ thống.
Điện áp Vref thường là điện áp danh định của hệ thống Vref = 1pu. Điện kháng Xsl là một hệ số đặc trưng cho độ dốc của đường đặc tính tĩnh V-I. Do đó, điện áp V không thể bằng Vref khi ISVC # 0. Nếu Xsl = 0 thi điện áp V sẽ bám theo Vref ở bất cứ giá trị nào của ISVC . Trong thực tế, XSL # 0 để cho phép.
- Mở rộng dải điều chỉnh điện áp: Với đặc tính của hệ thống như hình 2.4 khi Xsl = 0 thì giới hạn điều chỉnh điện áp là (Vmin2, Vmax2). Nếu Xsl # 0 thì giới hạn điều chỉnh điện áp sẽ là (Vmin1, Vmax1). Rõ ràng giới hạn điều chỉnh điện áp trong trường hợp Xsl # 0 được mở rộng hơn so với khi Xsl = 0
- Nâng cao tính ổn định điều chỉnh điện áp: Nếu SVC có điện kháng
Xsl = 0 được mắc vào hệ thống điện cùng với các thiết bị hiệu chỉnh như các
tụ bù đồng bộ những thiết bị đáp ứng chậm hơn so với SVC, quá trình điều chỉnh của SVC sẽ ổn định chậm do sự thay đổi của điện áp nút SVC mắc vào.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Nếu Xsl # 0, SVC giới hạn sự thay đổi điện áp nhanh hơn và đưa điện áp về
gần giá trị điện áp đặt Vref.
Điện kháng Xsl được tính toán dựa vào công thức sau:
ind ref cap ref sl I V V I V V X minmax (2.4) Ta có: Bmax = BC và Q = Bmax. V2 (2.5)
Bmin = Bc - BL trong trường hợp SVC gồm FC. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bmin = -BL trong trường hợp SVC gồm TSC
Q = Bmin . V2 (2.6)
Sơ đồ nguyên lý đặc tính điều chỉnh của SVC đựơc trình bày trên hình (2.4).
Hình 2.4. Đặc tính điều chỉnh của SVC
2.3. Kháng điều chỉnh bằng Thyristo TCR (Thyristor Controlled Reactor)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Kháng điện điều chỉnh nhanh bằng Thyristor (TCR) được cấu tạo dựa trên nguyên lý hoạt động và điều khiển của cặp thyristor mắc song song ngược chiều nhau. Nhờ khả năng có thể khống chế được trị số hiệu dụng của
dòng điện đi qua thyristor liên tục thông qua việc thay đổi góc mở bằng thời
điểm phát xung điều khiển cho các thyristor mà TCR có khả năng điều chỉnh tiêu chụ công suất phản kháng rất nhanh.
TCR thực chất là cuộn kháng được điều khiển bằng 2 thyristor mắc song
song ngược. Khi góc mở thay đổi liên tục từ 900 đến 1800 thì TCR sẽ thay