Chương 1: Giới thiệu luận văn. Chương 2: Công nghệ FACTS. Chương 3: Tổng quan về ổn định hệ thống điện. Chương 4: Phân bố công suất tối ưu.
Chương 5: Ràng buộc ổn định quá độ trong bài toán phân bố công suấ tối ưu. Chương 6: Kết luận. Trang | 17 CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ FACTS Chương này sẽ nghiên cứu về cấ u tạo và nguyên lý hoạt động của các thiế t bi ̣ FACTS, đề xuấ t ứng dụng TCSC vào hệ thống điện.1 KHÁI QUÁT CHUNG CÔNG NGHỆ FACTS: FACTS là một công nghệ 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 [4]. 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 đặt ra [9-10].
Đặt biệt ở những nơi yêu cầu về cung cấp điện an toàn và tin cậy. 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 phản kháng 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 khá 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. Các thiết bị FACTS có thể phân ra làm 4 loại [4]: Trang | 19 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 Controllers): 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.
Trong những thiết bị điều khiển nối tiếp công suất phản kháng được bù độc lập cho mỗi đường dây, tuy nhiên công suất tác dụng giữa các đường dây được 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. Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với song song (Combined series - Shunt Controllers): Đây là sự kết hợp các thiết bị điều khiển song song và nối tiếp riêng rẽ được điều khiển 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 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 đường dây với những phần tử nối tiếp.1: Công nghệ FACTS.2 CÁC THIẾT BỊ FACTS: 2.
SSSC (Static Synchronons Series Compensator): Điều khiển công suất phản kháng đi qua điểm kết nối thông qua điều khiển biên độ, góc pha của điện áp nguồn.2: Sơ đồ cấu trúc của SSSC Trang | 21 Cấu trúc bao gồm bộ biến đổi điện áp nguồn VSC, tụ điện C, máy biến áp kết nối. SSSC nối tiếp vào hệ thống điện. Nó dùng để điều khiển dòng công suất và cải thiện dao động công suất trên lưới. Bộ SSSC sẽ cấp một điện áp Us nối tiếp với đường dây truyền tải tại điểm kết nối.
Us = U1 – U2 = Ud + jUq Vì SSSC không tiêu thụ công suất tác dụng từ hệ thống nên Us cấp vào cần phải vuông góc với dòng điện đường dây. Như vậy bằng cách thay đổi biên độ điện áp Uq của điện áp cấp vào đường dây, SSSC sẽ phát ra hay hấp thụ công suất phản kháng. Khi Uq > 0 thì SSSC phát ra công suất phản kháng, ngược lại khi Uq < 0 thì SSSC tiêu thụ công suất phản kháng. Việc thay đổi điện áp này được thực hiện bằng bộ VSC nối bên thứ cấp của máy biến áp.
Bộ VSC sử dụng các linh kiện điện tử công suất (GTO, IGBT) để tạo ra điện áp từ nguồn một chiều. SVC (Static Var Compensator): SVC gọi là máy bù tĩnh gồm bộ tụ điện và bộ kháng điện nối song song với nhau, một trong hai bộ này được điều trơn. Công suất phản kháng Q được điều khiển từ dung tính đến cảm tính thông qua việc điều khiển các van Thyristor. Bộ SVC mắc song song với đường dây hay phụ tải cho phép điều chỉnh và giữ vững điện áp tại nút đó, hạn chế được dao động điện áp nâng cao khả năng ổn định hệ thống điện.
Bộ bù công suất phản kháng tĩnh SVC là một thiết bị điện tử công suất nâng cao dùng để cung cấp nhanh và liên tục phát công suất phản kháng tính dung và tính cảm đến hệ thống điện.3: Nguyên tắc điều khiển SVC trong ổn định hệ thống điện Hình 2.4: Dao động công suất trong trường hợp không có và có SVC. Phân loại theo cấu hình là phân loại SVC bao gồm một cuộn kháng được điều khiển bằng Thyristor TCR (Thyristor Controlled Reactor), một bộ tụ được đóng ngắt bằng Thyristor TSC (Thyristor Switched Capacitor) và dãy tụ cố định FC (Fixed Capacitor) lọc sóng hài được đấu nối như trong Hình 2. TCR bao gồm cuộn kháng và van Thyristor. TCR điều khiển liên tục công suất phản kháng bằng cách thay đổi biên độ dòng điện chạy qua cuộn kháng.
TSC bao gồm tụ điện, cuộn kháng và van Thyristor. TSC đóng và ngắt tụ điện. Bộ lọc FC cung cấp công suất phản kháng cố định và hấp thụ dòng điện sóng hài được phát ra từ bộ TCR.5: Cấu hình cơ bản nhất của SVC.6: Cấu hình nâng cao của SVC là TCR + TSC + FC 2. STATCOM (Static Synchronous Compensator) Chức năng của Bộ bù tĩnh (STATCOM) là giống như máy bù đồng bộ.
Nói chung, nó cung cấp công suất phản kháng bù để giải quyết sự biến đổi điện áp của hệ thống điện và điện công nghiệp trong các điều kiện dao động và ổn định. Một hệ thống STATCOM đầy đủ bao gồm một nguồn điện áp DC, bộ biến đổi tự chuyển sử dụng Thyristor, và một máy biến áp tăng áp.7: Sơ đồ mạch điều khiển sử dụng STATCOM 2. UPFC (Unified Power Flow Controlled): UPFC (Unified Power Flow Controlled): là bộ tích hợp điều khiển luồn công suất, nó cho phép điều khiển được điện áp, tổng trở và góc pha. Việc lắp UPFC nhằm điều khiển linh hoạt hệ thống điện như sau: Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý điều khiển của UPFC - Tăng khả năng truyền tải của đường dây Trang | 25 - Giảm tổn thất: A, P, Q, U - Giảm sự dao động của hệ thống điện - Nâng cao và ổn định điện áp.
- Điều khiển dòng công suất phản kháng và tác dụng theo hai hướng. Nó được mở rộng từ các tụ nối tiếp truyền thống thông qua việc bổ sung một bộ phản ứng được điều khiển bằng thyristor. Bộ phản ứng này mắc song song với một tụ nối tiếp cho phép tạo ra một hệ thống bù dọc điện kháng thay đổi liên tục và nhanh chóng. Những lợi điểm chủ yếu của TCSC là: - Tăng công suất truyền tải.
- Giảm các dao động công suất. - Giảm các cộng hưởng đồng bộ. - Điều khiển dòng công suất đường dây. TCSC bao gồm ba phần tử chính: Tụ bù C, cuộn kháng bù nối vào mạch thyristor và hai thyristor điều khiển SCR1 và SCR2 (hình 2.9: Sơ đồ cấu tạo của TCSC.
Các góc mở của thyristor được điều khiển để điều chỉnh điện kháng TCSC phù hợp với hệ thống. Khi các thyristor được kích thích, TCSC có thể được mô tả dưới dạng toán học như sau: Trang | 26 dv iC C (2.2) dt iS iC iL (2.3) Trong đó: iL và iC: là giá trị dòng điện tức thời qua tụ điện và cuộn cảm. iS: là dòng điện tức thời của đường dây truyền tải được điều khiển. v: là điện áp tức thời qua TCSC.
Tổng trở tương đương của mạch LC: 1 Ztd (2.4) 1 j C L Như vậy TCSC có thể được điều khiển để làm việc ở trạng thái mang tính điện kháng (C >1/L) có tính dung thay đổi hoặc ở trạng thái cảm kháng (C<1/L) và tránh làm việc ở trạng thái cộng hưởng (C =1/L). Dòng điện đi qua cuộn cảm được xác định theo công thức: k2 cos iL (t ) 2 I m cos t cos r t (2.5) k 1 cos k Với: 1 r 1 1 XC r và k LC L C XL XC là điện kháng định mức của tụ cố định C. Điện áp tụ ở trạng thái vận hành bình thường tại thời điểm t = - là: Trang | 27 Im X C vC 1 (sin k cos tan k ) k 2 1 (2.6) Tại t= ; iT = 0, điện áp tụ được xác định: vC (t ) vC 2 vC1 Điện áp tụ sau khi tính toán là: Im X C cos vC (t ) ( sin t k sin r t ) ; t k 1 2 cos k vC (t ) vC 2 I m X C (sin t sin ) ; t Điện kháng TCSC tương đương XTCSC được tính theo tỉ số của VCF và Im: VCF X C2 2 sin 2 4 X C2 cos 2 k tan tan X TCSC ( ) XC 2 (2.8) (XC X L ) ( X C X L ) (k 2 1) Với = 2(-) là góc dẫn của bộ điều khiển TCSC.3 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN SỬ DỤNG TCSC: 2.