Luận văn Nghiên cứu phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh áp dụng trên lưới phân phối sử dụng TCSC (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh áp dụng trên lưới phân phối sử dụng TCSC (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN VĂN DUẨN NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRÊN CƠ SỞ DÒNG NHÁNH ÁP DỤNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI SỬ DỤNG TCSC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN- 605250 S KC 0 0 4 0 9 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN VĂN DUẨN NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRÊN CƠ SỞ DÒNG NHÁNH ÁP DỤNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI SỬ DỤNG TCSC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN- 605250 TP. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN VĂN DUẨN NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRÊN CƠ SỞ DÒNG NHÁNH ÁP DỤNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI SỬ DỤNG TCSC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN- 605250 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HỒ VĂN HIẾN TP. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: TRẦN VĂN DUẨN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/10/1983 Nơi sinh: Bắc Giang Quê quán: Bắc Giang Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 35, Lã Xuân Oai, Tăng Nhơn Phú A, Quận 9, TP.HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/ 2003 đến 09/ 2005 Nơi học (trường, thành phố): trung tâm Việt Đức, ĐH SPKT TPHCM Ngành học: Điện công nghiệp 2. Đại học: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ 09/ 2006 đến 09/ 2010 Nơi học (trường, thành phố): ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Ngành học: Điện công nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế Trạm biến áp 110 – 22 kV Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM Người hướng dẫn: ThS. Huỳnh Văn Vạn 3. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh văn B1 4. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp: Kỹ sư điện công nghiệp, số bằng:19412, ngày & nơi cấp: 20 tháng 10 năm 2010 tại trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2010 - 2011 Thuận An, Bình Dương Nhân viên 2012 đến nay Thuận An, Bình Dương Giáo viên XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC Ngày tháng năm 2013 (Ký tên, đóng dấu) Người khai ký tên i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 10 năm 2013 ( Ký tên và ghi rõ họ tên) ii
6. LỜI CẢM ƠN! Trước hết, Em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS. HỒ VĂN HIẾN, người đã tận tình trực tiếp hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức cần thiết, tư vấn những vấn đề về chuyên môn, tạo điều kiện tốt nhất cho Em thực hiện và hoàn thành chuyên đề này. Xin chân thành cảm ơn đến tất cả quí Thầy, Cô đã dạy dỗ, truyền đạt cho chúng em những kiến thức về chuyên môn cũng như những kinh nghiệm thực tiễn trong suốt quá trình chúng em học tại trường . Con xin cám ơn bậc sinh thành đã có công dưỡng dục và truyền dạy cho con những điều phải trái, tạo điều kiện tốt nhất để con yên tâm học tập, chắp cánh cho những ước mơ của con trở thành người kỹ sư ,thạc sĩ giỏi, người thầy tốt trong tương lai. Khi thực hiện đề tài, Em cố gắng tổng hợp và sử dụng các kiến thức đã học ở Trường, tham khảo tài liệu chuyên môn, vận dụng những kinh nghiệm thực tiễn nhằm đạt kết quả tốt nhất. Tuy nhiên do những giới hạn về kiến thức cũng như thời gian thực hiện, nên chuyên đề này không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quí Thầy Cô và bạn bè đóng góp thêm ý kiến để Em có được kiến thức hoàn thiện hơn, đáp ứng tốt cho công tác và cuộc sống mai sau. Rất mong sự đóng góp ý kiến của quí Thầy Cô và các bạn. TP.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013. Học viên thực hiện Trần Văn Duẩn iii
7. TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghiệp chế tạo các linh kiện bán dẫn công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống điện, các thiết bị bù dọc và bù ngang điều chỉnh nhanh bằng thyristor hay triắc đã được ứng dụng và mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao ổn định chất lượng điện áp cũng như điều khiển dòng công suất của hệ thống điện. Các thiết bị thường dùng là: thiết bị bù tĩnh có điều khiển (SVC), thiết bị điều khiển dòng công suất (UPFC), thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor (TCSC), Các thiết bị này cho phép chúng ta vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt, hiệu quả cả trong chế độ bình thường hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh nhanh công suất phản kháng và các thông số khác (trở kháng, góc pha) của chúng. Việc nghiên cứu thiết bị bù dọc TCSC có điều khiển với việc nâng cao ổn định và khả năng truyền tải của hệ thống điện Việt Nam là rất cần thiết. Khả năng truyền tải của lưới điện phân phối và các tiêu chí kỹ thuật liên quan như điện áp vận hành, ổn định, tổn thất công suất trên đường dây, là những vấn đề được các nhà nghiên cứu, kỹ sư thiết kế, vận hành đặt biệt quan tâm. TCSC có khả năng thay đổi nhanh chóng tổng trở đường dây. Vì vậy, việc lắp đặt TCSC ở một số nút quan trọng là giải pháp hữu hiệu để tăng khả năng truyền tải và phân phối của lưới điện. Nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp dụng các phương pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động của hệ thống điện. Bản luận văn sẽ nghiên cứu việc sử dụng TCSC và áp dụng tính toán phân bố công suất trên lưới điện phân phối 22 kV Việt Nam bằng phương pháp dòng nhánh (LFB), phương pháp Newton – Raphson và phương pháp Gauss – Seidel. CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài 1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Bố cục của luận văn CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ FACTS TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ MÔ HÌNH CỦA THIẾT BỊ TCSC. CHƯƠNG IV: PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN. iv
8. MỤC LỤC Trang CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 5 1.1 Lý do chọn đề tài 5 1.2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 6 1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 6 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 7 1.5 Bố cục của luận văn 7 CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ FACTS TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 8 2.1 Khái quát sự hình thành và phát triển của hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt ( FACTS ) 8 2.2 Lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS 8 2.3 Phân loại thiết bị FACTS 9 CHƢƠNG III: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ MÔ HÌNH CỦA THIẾT BỊ TCSC 12 3.1 Giới thiệu về TCSC 12 3.2 Cấu tạo 12 CHƢƠNG IV: PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 17 4.1 Định nghĩa bài toán phân bố công suất 17 4.2 Các phƣơng pháp giải bài toán phân bố công suất 18 4.3 Các chƣơng trình tính toán phân bố công suất 18 4.4 Chuẩn bị số liệu và phân bố công suất bằng phƣơng pháp Gauss – Seidel 19 v
9. 4.5 Phƣơng pháp Newton – Raphson 20 4.6 Phƣơng pháp giải bài toán phân bố công suất bằng Line Flow Based ( LFB) 21 v
10. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT - LFB: Line Flow Base - TCSC: Thyristor Controlled Series Capacitor - TCVR: Thyristor Controlled Voltage Regulator - FACTS: Flexible AC Transmission System - TCSR: Thyristor Controlled Series Reactor - TCPAR: Thyristor Controlled Phase Angle Regulator - SVC : Static Var Compensator - BFS: Breadth – First – Search vi
11. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Mô hình tĩnh của TCVR Hình 3.1: Mô hình hệ thống điện đơn giản khi có tụ bù nối tiếp Hình 3.2: Đặc tính P(δ) ứng với trường hợp không có tụ bù dọc (a) và có tụ bù dọc (b) Hình 3.3: Mô hình TCSC (a) Mô hình cơ bản; (b) Mô hình thực tế Hình 3.4: Sự thay đổi điện kháng của TCSC với góc mở α Hình 4.1: Đường dây kiểm tra hệ thống IEEE 13 nút Hình 4.2: Đồ thị của lưới điện 13 nút IEEE Hình 4.3: Ma trận tỷ lệ thứ tự tùy ý (bất kỳ). Hình 4.4: số nhánh cây BFS của hệ thống 13 nút.IEEE Hình 4.5: Sắp xếp lại ma trận tỷ lệ cho sơ đồ hình cây BFS tối ưu. Hình 4.6: Hệ thống mẫu Hình 4.7: Số lượng và chiều đường dây các mạch vòng độc lập Hình 4.8: Mạng lưới hình tia 15 nhánh khi chưa lắp đặt TCSC Hình 4.9: Mạng lưới hình tia 15 nhánh khi lắp đặt TCSC vii
12. Luận Văn Thạc Sĩ Chƣơng I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài Phân bố công suất là bài toán quan trọng trong quy hoạch, thiết kế phát triển hệ thống trong tƣơng lai cũng nhƣ trong việc xác định chế độ vận hành tốt nhất của hệ thống hiện hữu. Thông tin chính có đƣợc từ việc khảo sát phân bố công suất là trị số điện áp và góc pha tại các thanh cái, dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng trên các nhánh. Tuy vậy, nhiều thông tin phụ thêm cũng đƣợc tính toán bằng chƣơng trình máy tính. Với nhiều ƣu điểm nổi bật nhƣ dễ dàng chuyển đổi sang dạng năng lƣợng khác, dễ dàng trong sản xuất, truyền tải và sử dụng. Do đó, điện năng là dạng năng lƣợng đƣợc sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất trên thế giới. Vì vậy, hệ thống điện của mỗi quốc gia ngày càng phát triển để đáp ứng sự phát triển lớn mạnh của nền kinh tế xã hội. Cùng với xu thế toàn cầu hoá nền kinh tế, hệ thống điện cũng đã, đang và hình thành các mối liên kết giữa các khu vực trong mỗi quốc gia, giữa các quốc gia trong khu vực hình thành nên hệ thống điện hợp nhất có quy mô rất lớn về công suất giới hạn. Theo dự báo của lƣới điện Quốc gia ngành điện vẫn còn thiếu điện, cả công suất tác dụng và công suất phản kháng. Mặt khác, hiện nay nhiều nhà máy ngoài ngành điện, vì lợi ích cục bộ, chủ yếu phát công suất tác dụng lên lƣới, gây thiếu hụt công suất phản kháng rất lớn cho hệ thống. Trong thời gian gần đây, dƣ luận quan tâm nhất là vấn đề thiếu điện và tăng giá điện. Để góp phần giải quyết hai vấn đề này, ngành điện đang tích cực bù công suất phản kháng lƣới điện phân phối: - Bù công suất phản kháng sẽ tăng công suất phát cho các nhà máy điện, tăng khả năng tải cho các phần tử mang điện, giảm tổn thất công suất góp phần khắc phục thiếu điện. - Bù công suất phản kháng sẽ giảm chi phí đầu tƣ nguồn và nâng cấp lƣới điện, giảm tổn thất điện năng góp phần bình ổn giá điện. Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghiệp chế tạo các linh kiện bán dẫn công suất lớn và kỹ thuật đo lƣờng điều khiển trong hệ thống điện, các thiết bị bù dọc và bù ngang điều chỉnh nhanh bằng thyristor hay triắc đã đƣợc ứng dụng và mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao ổn định chất lƣợng điện áp cũng nhƣ điều khiển dòng công suất của hệ thống điện. Các thiết bị thƣờng dùng là: thiết bị bù tĩnh có điều khiển (SVC), thiết bị điều khiển dòng công Trang 5
13. Luận Văn Thạc Sĩ suất (UPFC), thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor (TCSC), Các thiết bị này cho phép chúng ta vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt, hiệu quả cả trong chế độ bình thƣờng hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh nhanh công suất phản kháng và các thông số khác (trở kháng, góc pha) của chúng. Việc nghiên cứu thiết bị bù dọc TCSC có điều khiển với việc nâng cao ổn định và khả năng truyền tải của hệ thống điện Việt Nam là rất cần thiết. Khả năng truyền tải của lƣới điện phân phối và các tiêu chí kỹ thuật liên quan nhƣ điện áp vận hành, ổn định, tổn thất công suất trên đƣờng dây, là những vấn đề đƣợc các nhà nghiên cứu, kỹ sƣ thiết kế, vận hành đặt biệt quan tâm. TCSC có khả năng thay đổi nhanh chóng tổng trở đƣờng dây. Vì vậy, việc lắp đặt TCSC ở một số nút quan trọng là giải pháp hữu hiệu để tăng khả năng truyền tải và phân phối của lƣới điện. Nhằm mở ra một hƣớng mới trong việc áp dụng các phƣơng pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động của hệ thống điện. Bản luận văn sẽ nghiên cứu việc sử dụng TCSC và áp dụng tính toán phân bố công suất trên lƣới điện phân phối 22 kV Việt Nam bằng phƣơng pháp dòng nhánh (LFB), phƣơng pháp Newton – Raphson và phƣơng pháp Gauss – Seidel. 1.2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. − Đối tƣợng nghiên cứu: Nguyên lý làm việc và mô hình thiết bị TCSC. − Phạm vi nghiên cứu: Tính toán phân bố công suất của hệ thống điện có sử dụng TCSC bằng phƣơng pháp dòng nhánh. 1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu. − Nghiên cứu nguyên lý làm việc và mô hình thiết bị TCSC. − Xây dựng thuật toán tính toán phân bố công suất của hệ thống điện có sử dụng thiết bị TCSC. − Ứng dụng thuật toán mới xây dựng tính toán phân bố công suất hệ thống điện phân phối có sử dụng thiết bị TCSC. Trang 6
14. Luận Văn Thạc Sĩ 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu. − Trên cơ sở lý thuyết phƣơng pháp dòng nhánh và mô hình tính toán của thiết bị TCSC, tiến hành xây dựng thuật toán tính toán phân bố công suất của hệ thống điện phân phối có sử dụng thiết bị TCSC. − Tính toán một số sơ đồ mẫu để kiểm tra tính đúng đắn của thuật toán. 1.5 Bố cục luận văn Luận văn đƣợc trình bày theo các phần sau: Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan. Chƣơng 2: Tổng quan về vấn đề sử dụng thiết bị TCSC trong hệ thống điện. Chƣơng 3: Nguyên lý làm việc và mô hình của thiết bị TCSC. Chƣơng 4: Phân bố công suất trong hệ thống điện. Trang 7
15. Luận Văn Thạc Sĩ CHƢƠNG II TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ FACTS TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Khái quát sự hình thành và phát triển của hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt ( FACTS ). Trƣớc đây các thiết bị bù thƣờng không có tự động điều chỉnh điện áp, hoặc có điều chỉnh nhƣng rất chậm (máy bù đồng bộ) hoặc bù từng nấc. Với sự phát triển vƣợt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt kỹ thuật điện tử công suất nhƣ thyristor công suất lớn đó cho phép thực hiện các thiết bị bù điều khiển nhanh, thực tế các thiết bị bù dùng thyristor có thể thay đổi công suất từ 0 đến trị số định mức không quá 1/4 chu kỳ tần số điện công nghiệp. 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 nhƣ tức thời, ngăn cản dao động để ổn định điện áp, hệ số công suất của hệ thống một cách nhanh chóng. Mặt khác việc định hƣớng phát triển hệ thống đƣợc căn cứ trên cơ sở dự báo phụ tải, tuy nhiên trong quá trình vận hành không phải lúc nào cũng đảm bảo cân bằng giữa cung và cầu dẫn đến tình trạng hệ thống điện sẽ có thời điểm bị quá tải. Thêm vào đó, do khả năng tải của đƣờng 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 đƣờng 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 đƣờng dây tải điện hiện có, đáp ứng yêu cầu thực tế đặt ra. Đặc biệt ở những nơi yêu cầu về cung cấp điện an toàn và tin cậy. 2.2 Lợi ích khi sử dụng thiết bị FACTS Sử dụng thiết bị FACTS có các ƣu điểm sau: − 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 lƣu công suất phản kháng theo yêu cầu. − Tăng khả năng tải của đƣờng dây gần tới giới hạn nhiệt. − Tăng độ tin cậy, giảm tổn thất hệ thống. Trang 8
16. Luận Văn Thạc Sĩ Tuy nhiên giá thành các thiết bị FACTS là rất cao so với khả năng tài chính nƣớc 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. 2.3 Phân loại thiết bị FACTS 2.3.1 Thiết bị bù ngang (Shunt Devices): Loại thiết bị này cho phép thay đổi tổng trở đƣờng dây bằng tụ điện, điện kháng, hoặc biến đổi nguồn có tần số bằng tần số lƣới 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. 2.3.1.1 SVC (Static Var Compensator) Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor SVC dựa trên các thyristors mà không có khả năng tắt cổng G đƣợc coi là một bộ lọc (bộ giảm chấn, bộ giảm xung) hoặc máy phát điện VAR tĩnh đƣợc kết nối song song. Ngõ ra của chúng đƣợc điều chỉnh để trao đổi dòng điện điện dung hay điện cảm. Là một thành phần quan trọng để điều chỉnh điện áp, nó thƣờng đƣợc cài đặt tại thanh cái nhận. Trong cách trình bày này, SVC đã đƣợc coi là một nhánh song song với một công suất bù phản kháng QSC đƣợc lắp đặt bằng các điện nạp cuộn cảm và điện dung sẵn có. 2.3.1.2 STATCOM STATCOM là một thiết bị chuyển đổi nguồn áp (VSI-Voltage –Source Inverter), nó chuyển đổi nguồn điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều để bù công suất tác dụng hoặc công suất phản kháng cho hệ thống. STATCOM là một thiết bị bù ngang, nó điều khiển điện áp tại vị trí nó lắp đặt đến giá trị cài đặt (Vref) thông qua việc điều chỉnh điện áp và góc pha từ STATCOM. Bằng cách khống chế điện áp của STATCOM, cùng pha với điện áp hệ thống, nhƣng có biên độ lớn hơn, dòng điện và công suất phản kháng chạy từ STATCOM vào hệ thống, để nâng điện áp lên. Ngƣợc lại, nếu điều khiển điện áp của STATCOM thấp hơn điện áp hệ thống, dòng điện và dòng công suất chạy từ lƣới vào STATCOM, do vậy hạn chế quá điện áp trên lƣới điện. Trang 9
17. Luận Văn Thạc Sĩ 2.3.2 Thiết bị bù dọc (Series Devices): 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. 2.3.2.1 TCSC ( Thyristor Controlled Series Capacitor ) Bộ bù dọc điều khiển bằng Thyristor (TCSC) đƣợc định nghĩa nhƣ là một bộ bù dung kháng, trong đó bao gồm một dàn tụ điện đƣợc nối song song với một điện cảm đƣợc điều khiển bằng thyristor để cung cấp một dung kháng (tổng trở) bù dọc thay đổi một cách nhẹ nhàng. Trong nghiên cứu dòng công suất xác lập, TCSC có thể đƣợc coi nhƣ một cuộn cảm hoặc tụ điện tĩnh cung cấp một điện kháng -jxc với một đƣờng dây truyền tải l đƣợc bù dọc đƣợc thay thế bằng cách gộp các thông số tƣơng đƣơng hình π thành một khối. Trong hầu hết các trƣờng hợp, các điện nạp shunt này của một nhánh thƣờng đƣợc bỏ qua. Vì vậy, tụ điện tĩnh của TCSC sẽ đƣợc nối trực tiếp với trở kháng đƣờng dây. Bộ bù dọc điều khiển bằng Thyristor (TCSC) đƣợc kết nối nối tiếp với đƣờng dây. Tác dụng của TCSC trong lƣới điện đƣợc xem nhƣ điện kháng có khả năng điều khiển đƣợc lắp đặt trên đƣờng dây truyền tải để bù trừ điện kháng cảm ứng của đƣờng dây. Do đó, làm giảm điện kháng của đƣờng dây, tăng công suất truyền trên đƣờng dây và làm giảm tổn thất công suất phản kháng. Các bộ tụ nối tiếp còn góp phần cải thiện điện áp đƣờng dây. 2.3.2.2 TCVR (Thyristor Controlled Voltage Regulator) TCVR đƣợc coi nhƣ bộ điều chỉnh điện áp thông thƣờng. Nó có thể thay đổi cƣờng độ điện áp một cách mềm mại với một đầu ra thay đổi trong phạm vi cho phép từ αmin <αi <αmax. Một mô hình tĩnh của TCVR với một tỷ số phân nhánh đƣợc kết nối với một trở kháng nối tiếp của đƣờng dây phân phối. Hình 2.1. Mô hình tĩnh của TCVR Trang 10
18. Luận Văn Thạc Sĩ 2.3.3 Thiết bị bù kết hợp nối tiếp - nối tiếp (Combined series – series Devices) Đây là sự kết hợp các thiết bị điều khiển nối tiếp riêng rẽ, có cùng cách thức điều khiển đƣợc sử dụng trong hệ thống nhiều dây dẫn hoặc có thể là thiết bị điều khiển hợp nhất. Trong những thiết bị điều khiển nối tiếp công suất phản kháng đƣợc bù độc lập cho mỗi đƣờng dây, tuy nhiên công suất tác dụng giữa các đƣờng dây đƣợc trao đổi qua nguồn liên kết. Khả năng chuyển công suất tác dụng của thiết bị điều khiển nối tiếp – nối tiếp hợp nhất tạo ra sự cân bằng cả dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng trong các dây dẫn, tận dụng tối đa hệ thống truyền tải. 2.3.4 Thiết bị bù kết hợp nối tiếp - song song (Combined series – shunt Devices) Đây là sự kết hợp các thiết bị điều khiển song song và nối tiếp riêng rẽ đƣợc điều khiển kết hợp hoặc điều khiển hợp nhất dòng công suất với các phần tử nối tiếp và song song. Về nguyên lý, những thiết bị điều khiển song song và nối tiếp kết hợp bù dòng điện và hệ thống với những phần tử điều khiển song song và bù điện áp trên đƣờng dây với những phần tử bù nối tiếp. Thiết bị điều khiển dòng công suất đƣợc hợp nhất (UPFC): Thiết bị UPFC có thể thực hiện đầy đủ các chức năng phức tạp của việc kiểm soát dòng công suất bao gồm bù phản kháng nối tiếp, bù phản kháng song song, và chuyển đổi pha. Nó có thể độc lập điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng bằng cách tích hợp vào một bộ điều khiển công suất tổng quát kết hợp các chức năng của TCSC, TCPAR và SVC, mà thiết bị UPFC có thể điều chỉnh độ lớn, vị trí góc và điện áp bù vào trong thời gian thực tế. Mục đích của việc này là để duy trì hoặc thay đổi dòng công suât tác dụng và phản kháng trên đƣờng dây để đáp ứng nhu cầu phụ tải và điều kiện vận hành hệ thống. Thiết bị UPFC này bao gồm một bộ tụ bù nối tiếp và một bộ tù song song. Bộ tụ bù nối tiếp có thể điều chỉnh trở kháng lƣới điện, độ lớn của điện áp thanh góp hoặc góc pha của điện áp thanh góp. Bộ tụ bù song song có thể đƣợc thay thế bằng việc bơm công suất phản kháng đƣợc yêu cầu vào mạng lƣới hệ thống điện chẳng hạn nhƣ là một nguồn công suất phản kháng, và nhánh của bù song song đƣợc loại bỏ. Các mô hình xác lập của UPFC sử dụng trong phân tích dòng công suất đƣợc phát triển từ mô hình UPFC cơ bản. Trang 11
19. Luận Văn Thạc Sĩ CHƢƠNG III NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ MÔ HÌNH CỦA THIẾT BỊ TCSC 3.1 Giới thiệu về TCSC TCSC (Thyristor controlled series capacitor) là một thuyết bị dùng trong truyền tải điện, để nâng cao khả năng ổn định của hệ thống điện, đặc biệt là khả năng ổn định động trong chế độ sự cố. Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor TCSC là một phần tử cơ bản của hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS (Flexible AC Transmission System) có khả năng thay đổi nhanh, liên tục điện kháng bù dọc. Vì vậy giải pháp ứng dụng lắp đặt TCSC tại điểm nút quan trọng trên lƣới điện phân phối là một trong những giải pháp hữu hiệu để nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống điện Việt Nam. 3.2 Cấu tạo Cấu tạo của TCSC bao gồm các tụ điện tĩnh nối tiếp (fixed series capacitor – FC) có điện dung C đƣợc mắc song song với cuộn dây điện cảm có điều chỉnh dòng điện bằng Thyristor (Thyristor controlled reator – TCR). Ngoài ra nó còn cơ chế bảo vệ nhƣ: VAR, khe hở phóng điện, máy cắt (Circuit Breaker CB) và dao cách ly, các phần bảo vệ sẽ đƣợc trình bày ở phần sau. 3.2.1 Các tác dụng của tụ bù dọc và mô hình TCSC 3.2.1.1 Các tác dụng của tụ bù dọc Mô hình hệ thống điện đơn giản có tụ điện mắc nối tiếp trên đƣờng dây đƣợc cho ở hình 3.1. Hình 3.1. Mô hình hệ thống điện đơn giản khi có tụ bù nối tiếp Trang 12
20. Luận Văn Thạc Sĩ Công suất tác dụng truyền tải trên đƣờng dây khi có tụ bù dọc: UU P 12 sin (3.1) XXLC Khi có tụ bù dọc mắc nối tiếp vào đƣờng dây có dung kháng XC thì sẽ làm tăng khả năng tải của đƣờng dây do điện kháng của đƣờng dây giảm xuống. UU12 Khi có tụ bù dọc thì PPgh max sẽ tăng lên do đó độ dự trữ ổn định XXLC tĩnh tăng lên. Khảo sát các đƣờng đặc tính công suất P(δ) nhƣ ở hình 3. 2. Hình 3.2. Đặc tính P(δ) ứng với trƣờng hợp không có tụ bù dọc (a) và có tụ bù dọc (b) Từ (1) nhận thấy rằng khi (XL - XC) giảm thì các đƣờng đặc tính công suất P(δ) khi xảy ra sự cố (2) và sau khi xảy ra sự cố (3) sẽ đƣợc nâng cao. Khi 2 đƣờng đặc tính này nâng cao thì diện tích tăng tốc a1 sẽ giảm xuống, còn diện tích hãm tốc a2 sẽ tăng lên. Nhƣ vậy độ dự trữ ổn định động sẽ đƣợc tăng lên khi đƣờng dây có tụ bù dọc [1, 2]. Tụ bù nối tiếp còn có khả năng bù lại sự giảm áp do điện cảm nối tiếp trên đƣờng dây truyền tải gây ra. Khi tải nhỏ, tổn thất điện áp trên đƣờng dây nhỏ và tại thời điểm này điện áp bù nối tiếp do tụ bù dọc sinh ra cũng nhỏ (vì công suất phản 2 kháng do tụ bù dọc sinh ra tỷ lệ thuận với bình phƣơng dòng điện QC=3I XC). Khi tải tăng cao tổn thất điện áp sẽ lớn hơn, nhƣng lúc này điện áp thanh cái vẫn không bị sụt giảm mạnh do xuất hiện lƣợng công suất phản kháng của tụ bù dọc tỉ lệ thuận với bình phƣơng dòng điện. Trang 13
21. Luận Văn Thạc Sĩ 3.2.1.2 Mô hình TCSC TCSC là 1 dung kháng điều khiển nối tiếp có thể cho phép điều khiển liên tục công suất với một dải rộng trên đƣờng dây truyền tải điện xoay chiều. Nguyên lý của bù nối tiếp có điều khiển là làm tăng điện áp tần số cơ bản qua tụ cố định bằng cách thay đổi góc mở α thích hợp. Điện áp gia tăng này làm thay đổi giá trị dung kháng nối tiếp. Mô hình TCSC đƣợc trình bày nhƣ ở hình 3. Hình 3.3. Mô hình TCSC (a) Mô hình cơ bản; (b) Mô hình thực tế Trong đó:  T1, T2: Thyristor,  Ls: Cuộn kháng bù nối vào mạch thyristor,  CB: Máy cắt,  MOV (Metal-Oxide-Varistor): Biến trở kim loại-ôxit,  Lcf: cuộn kháng cản,  Ic: dòng điện qua tụ bù dọc C,  IT: dòng điện qua mạch thyristor,  Iline: dòng điện trên đƣờng dây. Trang 14