Chương 1. Tổng quan Chương 2. Thiết bị điều khiển công suất trong hệ thống điện Chương 3. Cấu tạo- Nguyên lý hoạt động của SVC và Mô hình hóa- Mô phỏng SVC trong Matlab Simulink, kết hợp phân tích đặc tính điều chỉnh và ổn định điện áp trong hệ thống điện Chương 4.
Tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối ưu sử dụng thuật toán PSO nhằm cải thiện độ lệch điện áp Chương 5. Tìm vị trí đặt và dung lượng SVC tối ưu sử dụng thuật toán PSO với hàm đa mục tiêu. Kết Luận và hướng phát triển của Đề tài Phụ lục và tài liệu tham khảo HVTH: NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG MSHV: 11025250004 Page 5 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH CHƢƠNG II THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2. Hệ thống điện hợp nhất và đặc điểm của bù công suất phản kháng 2.
Đặc điểm Hiện nay, xu hƣớng hợp nhất các hệ thống điện nhỏ thành hệ thống điện hợp nhất bằng các đƣờng dây siêu cao áp đang đƣợc phát triển tại nhiều quốc gia, khu vực trên khắp thế giới. Đây là xu hƣớng phát triển tất yếu của các hệ thống điện hiện đại nhằm nâng cao tính kinh tế - kỹ thuật trong sản xuất, vận hành các hệ thống điện thành viên, Cụ thể: - Giảm lƣợng công suất dự trữ trong toàn hệ thống do hệ thống lớn nhờ khả năng huy động công suất từ nhiều nguồn phát. - Giảm dự phòng chung của hệ thống điện liên kết, qua đó giảm đƣợc chi phí đầu tƣ vào các công trình nguồn, Đây là một gánh nặng lớn trong việc phát triển hệ thống điện. - Tăng tính kinh tế chung của cả hệ thống lớn do tận dụng đƣợc các nguồn phát có giá thành sản xuất điện năng thấp nhƣ thuỷ điện, các nguồn nhiệt điện có giá thành rẻ nhƣ tuabin khí, điện nguyên tử.
- Tăng hiệu quả vận hành hệ thống điện do có khả năng huy động sản xuất điện từ các nguồn điện kinh tế và giảm công suất đỉnh chung của toàn hệ thống điện lớn. - Hệ thống điện hợp nhất vận hành linh hoạt hơn so với phƣơng án vận hành các hệ thống riêng lẻ nhờ sự trao đổi, hỗ trợ điện năng giữa các hệ thống thành viên. - Giảm giá thành điện năng do tận dụng đƣợc công suất tại các giờ thấp điểm của phụ tải hệ thống điện thành viên để cung cấp cho hệ thống khác nhờ chênh lệch về múi giờ. - Giảm đƣợc chi phí vận hành, đồng thời nâng cao tính linh hoạt trong việc sửa chữa, đại tu các thiết bị trong toàn hệ thống.
HVTH: NGUYỄN ĐỨC CƢỜNG MSHV: 11025250004 Page 6 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH - Nâng cao độ dự trữ ổn định tĩnh của hệ thống, qua đó nâng cao độ tin cậy cung cấp điện do công suất dự trữ chung của cả hệ thống điện hợp nhất là rất lớn. Ngoài các lợi ích đã nêu ở trên, việc hợp nhất các hệ thống điện còn cho phép dễ dàng trao đổi năng lƣợng thƣơng mại giữa các khu vực, quốc gia thành viên góp phần thúc đẩy nền kinh tế phát triển. Việc hợp nhất hệ thống điện là cơ sở cho việc hình thành các “thị trƣờng điện”, một xu hƣớng phát triển tất yếu của các hệ thống điện hiện đại đƣợc hình thành từ những năm cuối thế kỷ 20 và sẽ phát triển mạnh mẽ trong thế kỷ 21. Các biện pháp áp dụng trong công nghệ truyền tải điện Khi tính toán các chế độ vận hành của hệ thống điện hợp nhất có đƣờng dây siêu cao áp, do cấp điện áp cao nên lƣợng công suất phản kháng mà đƣờng dây sinh ra là rất lớn.
Đặc biệt là khi đƣờng dây không mang tải thì lƣợng công suất phản kháng phát ra rất lớn gây nên hiện tƣợng quá áp ở cuối đƣờng dây. Để hạn chế hiện tƣợng này, ta phải dùng các biện pháp kỹ thuật khác nhau nhƣ: - Tăng số lƣợng dây phân nhỏ trong một pha của đƣờng dây để giảm điện kháng và tổng trở sóng, tăng khả năng tải của đƣờng dây. - Bù thông số đƣờng dây bằng các thiết bị bù dọc và bù ngang (bù công suất phản kháng) để giảm bớt cảm kháng và dung dẫn của đƣờng dây làm cho chiều dài tính toán rút ngắn lại. - Phân đoạn đƣờng dây bằng các kháng điện bù ngang có điều khiển đặt ở các trạm trung gian trên đƣờng dây.
Đối với đƣờng dây siêu cao áp 500kV, khoảng cách giữa các trạm đặt kháng bù ngang thƣờng không quá 500km. - Đặt các thiết bị bù ngang hoặc bù dọc ở các trạm nút công suất trung gian và trạm cuối để nâng cao ổn định điện áp tại các trạm này. Bù công suất phản kháng. Khác với các đƣờng dây cao áp, quá trình truyền tải điện xoay chiều trên đƣờng dây siêu cao áp liên quan đến quá trình truyền sóng điện từ dọc theo đƣờng dây.
Điện trƣờng của đƣờng dây ít thay đổi trong quá trình vận hành vì điện áp trên đƣờng dây đƣợc khống chế trong giới hạn cho phép (thƣờng là ±10%), Song từ HVTH: NGUYỄN ĐỨC CƢỜNG MSHV: 11025250004 Page 7 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH trƣờng lại thay đổi trong dải khá rộng theo sự thay đổi của dòng điện tải của đƣờng dây. - Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lƣợng điện trƣờng tính trên một đơn vị chiều dài của một pha đƣờng dây là: 𝑊𝐸 = 𝐶.1) - Công suất điện trƣờng ba pha của đƣờng dây có chiều dài l là: 𝑄𝐸 = 3.2) - Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lƣợng điện trƣờng tính trên một đơn vị chiều dài của một pha đƣờng dây khi có dòng điện tải I là: 𝑊𝑀 = 𝐿.3) - Công suất từ trƣờng ba pha của đƣờng dây có chiều dài l là: 𝑄𝑀 = 3.4) - Công suất phản kháng do đƣờng dây sinh ra đƣợc xác định nhƣ là hiệu của Công suất điện trƣờng và Công suất từ trƣờng 𝐿.𝑈𝑓2 Khi công suất phản kháng của đƣờng dây bằng 0, ta có: 𝐿.7) 𝐿 𝑍𝐶 𝐶 Trong đó, :𝑍𝐶 = là tổng trở sóng của đƣờng dây 𝐿 Khi đó, Đƣờng dây tải dòng điện tự nhiên ITN, Đối với đƣờng dây dài hữu hạn, hiện tƣợng này xảy ra khi điện trở phụ tải tác dụng bằng tổng trở sóng XC của đƣờng dây, đây là chế độ tải công suất tự nhiên. Trong trƣờng hợp này, đƣờng dây Siêu cao áp không tiêu thụ hay phát thêm công suất phản kháng.8) 𝑍𝐶 HVTH: NGUYỄN ĐỨC CƢỜNG MSHV: 11025250004 Page 8 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH Việc bù thông số của đƣờng dây Siêu cao áp làm tăng khả năng tải của đƣờng dây và qua đó nâng cao tính ổn định. Các biện pháp thƣờng áp dụng và đem lại hiệu quả cao là bù dọc và bù ngang trên các đƣờng dây siêu cao áp.
Trị số cảm kháng lớn của đƣờng dây siêu cao áp làm ảnh hƣởng xấu đến hàng loạt chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật quan trọng của đƣờng dây nhƣ: góc lệch pha giữa đầu và cuối đƣờng dây lớn, tổn thất công suất và điện năng trên đƣờng dây cao, tính ổn định điện áp tại các trạm giữa và cuối đƣờng dây kém… Bù dọc là giải pháp làm tăng điện dẫn liên kết (giảm điện cảm kháng X của đƣờng dây) bằng dung kháng XC của tụ điện, giải pháp này đƣợc thực hiện bằng cách mắc nối tiếp tụ điện vào đƣờng dây. Qua đó giới hạn truyền tải của đƣờng dây theo điều kiện ổn định tĩnh đƣợc nâng lên. Hơn nữa, giới hạn ổn định động cũng tăng lên một cách gián tiếp do nâng cao thêm đƣờng cong công suất điện từ. Khi mắc thêm tụ nối tiếp vào đƣờng dây thì điện kháng tổng của mạch tải điện sẽ giảm xuống còn (XL- XC).
Giả sử góc lệch giữa dòng điện phụ tải I và điện áp cuối đƣờng dây U2 không đổi thì độ lệch điện áp U1 ở đầu đƣờng dây và góc lệch pha giữa vectơ điện áp giữa hai đầu đƣờng dây giảm xuống khá nhiều. Qua đó, ta thấy đƣợc hiệu quả của bù dọc: Ổn định điện áp: - Giảm lƣợng sụt áp với cùng một công suất truyền tải. - Điểm sụp đổ điện áp đƣợc dịch chuyển xa hơn. Ổn định về góc lệch : - Làm giảm góc lệch trong chế độ vận hành bình thƣờng, qua đó nâng cao độ ổn định tĩnh của hệ thống điện.
- Làm tăng giới hạn công suất truyền tải của đƣờng dây. Trƣớc khi bù dọc, công suất truyền tải trên đƣờng dây là: 𝑈1 𝑈2 𝑃= 𝑠𝑖𝑛𝛿 (2.9) 𝑋𝐿 Ta có giới hạn công suất truyền tải là: HVTH: NGUYỄN ĐỨC CƢỜNG MSHV: 11025250004 Page 9 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH 𝑈1 𝑈2 𝑃𝑔 = (2.10) 𝑋𝐿 Sau khi bù dọc, công suất truyền tải trên đƣờng dây là: 𝑈1 𝑈2 𝑃= 𝑠𝑖𝑛𝛿 (2.11) 𝑋 𝐿 −𝑋 𝐶 Ta có giới hạn công suất truyền tải là: 𝑈1 𝑈2 𝑃𝑔 = (2.12) 𝑋𝐿 Ta thấy sau khi bù, giới hạn truyền tải công suất của đƣờng dây tăng lên: 𝑋 𝐿 −𝑋 𝐶 𝐾= (2.1: Hiệu quả của bù dọc trên đƣờng dây cao áp Giảm tổn thất công suất và điện năng: Dòng điện chạy qua tụ điện C sẽ phát ra một lƣợng công suất phản kháng bù lại phần tổn thất trên cảm kháng của đƣờng dây. Đặc trƣng cho mức độ bù dọc của đƣờng dây là hệ số bù dọc KC: 𝑋𝐶 𝐾𝐶 = 100% (2.14) 𝑋𝐿 Thông thƣờng, đối với các đƣờng dây siêu cao áp thì hệ số bù dọc KC từ 40% đến 75% tuỳ theo chiều dài của đƣờng dây. HVTH: NGUYỄN ĐỨC CƢỜNG MSHV: 11025250004 Page 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH 2.
Bù ngang đƣợc 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 đƣờng dây hoặc nối qua máy cắt đƣợc điều khiển bằng khe hở phóng điện VCB. Dòng điện 𝐼1 của kháng bù ngang sẽ khử dòng điện 𝐼𝐶 của điện dung đƣờng dây phát ra do chúng ngƣợc chiều nhau.
Nhờ đó mà công suất phản kháng do đƣờng dây phát ra sẽ bị tiêu hao một lƣợng đáng kể và qua đó có thể hạn chế đƣợc hiện tƣợng quá áp ở cuối đƣờng dây. Việc lựa chọn dung lƣợng và vị trí đặt của kháng bù ngang có ý nghĩa rất quan trọng đối với một số chế độ vận hành của đƣờng dây siêu cao áp trong hệ thống điện nhƣ chế độ vận hành non tải, không tải. của đƣờng dây.