Luận văn thạc sĩ HCMUTE về nâng cao ổn định điện áp sử dụng thiết bị FACTS

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích hcmute nâng cao ổn định điện áp sử dụng thiết bị facts, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Thanh Khiết
• Người hướng dẫn: TS. Dương Thanh Long
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nâng Cao Ổn Định Điện Áp Với Thiết Bị FACTS Tại HCMUTE
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Tổng quan các công trình nghiên cứu
• 1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ
• 1.4. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Nội dung luận văn
• 1.7. GIỚI THIỆU THIẾT BỊ FACTS
• 1.8. Phân loại thiết bị FACTS
• 1.9. Mô hình thiết bị FACTS
• 1.10. Mô hình thiết bị SVC
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
• 2.2. Mô hình toán học
• 2.3. Mô hình thiết bị STATCOM
• 2.4. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
• 2.5. Mô hình toán học
• 2.6. Mô hình toán học của TCSC
• 2.7. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
• 2.8. Mô hình toán học
• 2.9. Mô hình toán học của UPFC
• 2.10. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
• 2.11. Mô hình toán học
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP SỬ DỤNG CHỈ SỐ ĐƯỜNG DÂY
• 3.1. Các chỉ số ổn định điện áp
• 3.2. Chỉ số đánh giá nhanh sự ổn định điện áp – FVSI
• 3.3. Chỉ số ổn định đường dây (Lmn)
• 3.4. Chỉ số ổn định đường dây (LQP)
• 3.5. Phân tích ổn định điện áp sử dụng chỉ số đường dây
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 4.1. Mô phỏng sử dụng chỉ số FSVI
• 4.2. Mô phỏng sử dụng chỉ số LMN
• 4.3. Mô phỏng sử dụng chỉ số LQP
• 4.4. Xác định nút yếu trong hệ thống
• 5. CHƯƠNG 5: HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Ổn định điện áp là một trong những vấn đề quan trọng trong quy hoạch và vận hành hệ thống điện. Nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng tăng, làm cho hệ thống điện bị căng thẳng, có thể dẫn đến nguy cơ mất điện do điện áp mất ổn định. Mất ổn định điện áp có thể dẫn đến việc sa thải phụ tải hoặc sa thải các đường dây truyền tải, gây ra mất điện lan truyền. Các sự cố mất điện trên diện rộng đã xảy ra trên thế giới và tại Việt Nam, đặc biệt là sự cố vào ngày 22/05/2013 trên đường dây 500kV. Do đó, việc nghiên cứu và cải thiện ổn định điện áp là rất cần thiết. Hệ thống điện cần duy trì điện áp tại tất cả các nút trong phạm vi cho phép, đặc biệt trong điều kiện vận hành không bình thường. Việc sử dụng thiết bị FACTS như SVC có thể giúp cải thiện hiệu suất điện và ổn định điện áp trong hệ thống.

II. Tổng quan các công trình nghiên cứu

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng ổn định điện áp là khả năng duy trì giá trị điện áp chấp nhận được ở tất cả các nút trong hệ thống điện. Các tác giả đã thảo luận về phương pháp đánh giá độ ổn định điện áp và các yếu tố gây mất ổn định. Việc kiểm soát ổn định điện áp là cần thiết trong hệ thống điện truyền tải. Các thiết bị FACTS như SVC, STATCOM, TCSC đã được nghiên cứu và chứng minh hiệu quả trong việc nâng cao ổn định điện áp. Việc gắn thêm thiết bị FACTS có thể ngăn ngừa sự mất ổn định điện áp và giảm thiểu tổn thất công suất. Các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào điều kiện hoạt động bình thường, trong khi mất ổn định điện áp thường xảy ra do các sự cố ngẫu nhiên. Do đó, việc nghiên cứu giải pháp FACTS trong điều kiện bất thường là rất quan trọng.

III. Giới thiệu thiết bị FACTS

Thiết bị FACTS (Flexible AC Transmission Systems) là công nghệ tiên tiến trong việc điều khiển và ổn định điện áp trong hệ thống điện. Các thiết bị như SVC, STATCOM, TCSC, SSSC, và UPFC được sử dụng để cải thiện chất lượng điện và ổn định điện áp. SVC, một trong những thiết bị phổ biến nhất, có khả năng cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng nhanh chóng, giúp điều chỉnh điện áp tại các nút kết nối. Việc sử dụng thiết bị FACTS cho phép hệ thống điện hoạt động gần với mức giới hạn về nhiệt, từ đó nâng cao khả năng truyền tải và giảm thiểu tổn thất công suất. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc lắp đặt thiết bị FACTS tại các vị trí yếu trong hệ thống có thể cải thiện đáng kể ổn định điện áp.

IV. Phân tích ổn định điện áp sử dụng chỉ số đường dây

Phân tích ổn định điện áp là một phần quan trọng trong việc đánh giá khả năng duy trì điện áp của hệ thống. Các chỉ số như FVSI, Lmn, và LQP được sử dụng để đánh giá sự ổn định điện áp. Việc phân tích độ nhạy của các chỉ số này giúp theo dõi tình hình hệ thống gần đến điểm sụp đổ điện áp. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng các chỉ số này có thể giúp xác định các nút yếu trong hệ thống và từ đó đưa ra các giải pháp cải thiện ổn định điện áp. Các mô phỏng cho thấy rằng việc lắp đặt thiết bị FACTS như SVC tại các nút yếu có thể cải thiện đáng kể điện áp và giảm thiểu nguy cơ mất ổn định.

V. Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc sử dụng thiết bị FACTS như SVC có tác động tích cực đến ổn định điện áp trong hệ thống điện. Các mô phỏng sử dụng chỉ số FVSI, LMN, và LQP đã chỉ ra rằng điện áp tại các nút có sự cải thiện rõ rệt khi có sự hiện diện của SVC. Việc xác định nút yếu trong hệ thống là rất quan trọng để lắp đặt thiết bị FACTS một cách hiệu quả. Các kết quả này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc cải thiện chất lượng điện và ổn định điện áp trong hệ thống điện hiện nay.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng gia tăng, hệ thống điện phải đối mặt với thách thức lớn trong việc duy trì sự ổn định điện áp tại tất cả các nút mạng. Ở Việt Nam, các sự cố mất điện diện rộng, điển hình như sự cố ngày 22/05/2013 trên đường dây 500kV gây mất điện cho 22 tỉnh phía Nam, đã làm nổi bật tính cấp thiết của việc nghiên cứu ổn định điện áp. Mục tiêu chính của luận văn là nâng cao sự ổn định điện áp trong hệ thống điện bằng việc ứng dụng thiết bị FACTS, cụ thể là thiết bị bù tĩnh SVC (Static Var Compensator). Nghiên cứu tập trung phân tích các chỉ số ổn định điện áp, xác định vị trí nút yếu trong hệ thống và đánh giá hiệu quả của SVC trong việc cải thiện điện áp tại các nút này.

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong việc sử dụng thiết bị SVC để nâng cao ổn định điện áp, với mô phỏng và phân tích dựa trên hệ thống điện chuẩn IEEE 14 nút. Thời gian nghiên cứu tập trung vào các điều kiện vận hành bình thường và bất thường của hệ thống điện nhằm phản ánh thực tế vận hành trong môi trường thị trường điện cạnh tranh. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc nâng cao khả năng vận hành an toàn, tin cậy và hiệu quả của hệ thống điện, đồng thời góp phần giảm thiểu nguy cơ mất điện diện rộng do sụp đổ điện áp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về ổn định điện áp trong hệ thống điện, bao gồm:

• Lý thuyết ổn định điện áp: Định nghĩa ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp trong phạm vi cho phép tại tất cả các nút trong hệ thống dưới điều kiện vận hành bình thường và sau sự cố. Mất ổn định điện áp dẫn đến sụp đổ điện áp và mất đồng bộ máy phát.

• Mô hình thiết bị FACTS: Các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) như SVC, STATCOM, TCSC, UPFC được sử dụng để điều khiển điện áp, trở kháng và góc pha nhằm nâng cao khả năng truyền tải và ổn định điện áp. Trong đó, SVC được mô hình hóa như một điện kháng thay đổi nối song song, có khả năng cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng nhanh chóng.

• Chỉ số ổn định điện áp: Ba chỉ số chính được sử dụng để đánh giá sự ổn định điện áp gồm FVSI (Fast Voltage Stability Index), Lmn (chỉ số ổn định đường dây dựa trên mô hình hai máy phát), và LQP (chỉ số ổn định đường dây dựa trên cân bằng công suất phản kháng). Các chỉ số này giúp xác định nút yếu và đường dây tới hạn trong hệ thống.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích lý thuyết kết hợp mô phỏng toán học trên phần mềm Matlab. Cỡ mẫu nghiên cứu là hệ thống điện chuẩn IEEE 14 nút, được lựa chọn vì tính đại diện và phổ biến trong nghiên cứu ổn định điện áp. Phương pháp chọn mẫu là mô phỏng các trường hợp tăng tải phản kháng tại các nút tải khác nhau để đánh giá ảnh hưởng đến các chỉ số ổn định điện áp.

Quy trình nghiên cứu gồm các bước: chạy phân bố công suất ở điều kiện bình thường, tính toán các chỉ số FVSI, Lmn, LQP cho từng đường dây, xác định đường dây tới hạn và nút yếu nhất, sau đó mô phỏng lắp đặt thiết bị SVC tại nút yếu để đánh giá hiệu quả cải thiện điện áp và khả năng mang tải. Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ, tập trung vào các giai đoạn thu thập dữ liệu, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xác định nút yếu và đường dây tới hạn bằng chỉ số FVSI: Qua mô phỏng trên hệ thống IEEE 14 nút, nút số 4 có khả năng mang tải phản kháng tối đa là 387 MVAR, với đường dây tới hạn là đường dây nối nút 3-4 có chỉ số FVSI đạt 0.4. Khi tải phản kháng tăng vượt mức này, chỉ số FVSI vượt ngưỡng 1, báo hiệu nguy cơ mất ổn định điện áp.

2. So sánh các chỉ số ổn định điện áp: Kết quả mô phỏng cho thấy chỉ số Lmn và LQP cũng xác nhận nút 4 và các đường dây liên quan là điểm yếu nhất trong hệ thống. Giá trị các chỉ số này tăng dần khi tải phản kháng tăng, với ngưỡng giới hạn ổn định là 1. Ví dụ, chỉ số Lmn tại đường dây tới hạn đạt gần 1 khi tải phản kháng đạt mức tối đa, tương tự với chỉ số LQP.

3. Hiệu quả của thiết bị SVC trong cải thiện điện áp: Khi lắp đặt SVC tại nút yếu nhất (nút 4), điện áp tại nút này được cải thiện rõ rệt, duy trì ở mức gần 1 pu ngay cả khi tải phản kháng tăng cao. Khả năng mang tải tối đa của nút cũng tăng lên đáng kể, giảm nguy cơ sụp đổ điện áp. Biểu đồ điện áp nút so sánh trước và sau khi có SVC cho thấy sự ổn định điện áp được nâng cao rõ rệt.

4. Tác động đến toàn hệ thống: Việc cải thiện điện áp tại nút yếu không chỉ giúp ổn định tại điểm đó mà còn giảm thiểu dao động điện áp lan truyền trong toàn hệ thống, nâng cao độ tin cậy vận hành. So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với các báo cáo về hiệu quả của thiết bị FACTS trong việc nâng cao ổn định điện áp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến mất ổn định điện áp là sự thiếu hụt công suất phản kháng tại các nút trọng yếu, đặc biệt khi tải tăng đột ngột hoặc có sự cố trên đường dây. Việc sử dụng chỉ số FVSI, Lmn và LQP giúp xác định chính xác các nút và đường dây tới hạn, từ đó tập trung giải pháp kỹ thuật hiệu quả.

So với các nghiên cứu trước đây, luận văn đã mở rộng phạm vi phân tích bằng cách kết hợp ba chỉ số ổn định điện áp và mô phỏng chi tiết trên hệ thống chuẩn IEEE 14 nút. Việc ứng dụng thiết bị SVC được chứng minh là giải pháp khả thi và hiệu quả trong việc cung cấp công suất phản kháng nhanh, điều chỉnh điện áp tức thời, từ đó nâng cao khả năng vận hành an toàn của hệ thống.

Dữ liệu mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện sự thay đổi điện áp và các chỉ số ổn định theo mức tải phản kháng, cũng như bảng tổng hợp giá trị chỉ số tại các nút và đường dây. Điều này giúp người vận hành dễ dàng nhận diện điểm yếu và đánh giá hiệu quả của thiết bị FACTS trong thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai lắp đặt thiết bị SVC tại các nút yếu trong hệ thống điện: Ưu tiên các nút có chỉ số FVSI, Lmn, LQP cao nhất để nâng cao khả năng cung cấp công suất phản kháng, cải thiện điện áp và tăng khả năng mang tải. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, do các thiết bị này có chi phí đầu tư cao nhưng hiệu quả lâu dài.

2. Phát triển hệ thống giám sát và phân tích chỉ số ổn định điện áp theo thời gian thực: Áp dụng các chỉ số FVSI, Lmn, LQP để theo dõi trạng thái hệ thống, cảnh báo sớm nguy cơ mất ổn định điện áp, từ đó chủ động điều chỉnh vận hành hoặc kích hoạt thiết bị FACTS. Chủ thể thực hiện là các trung tâm điều độ hệ thống điện.

3. Nâng cao năng lực nghiên cứu và đào tạo về công nghệ FACTS và ổn định điện áp: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu cho kỹ sư vận hành và nghiên cứu, cập nhật các công nghệ mới và phương pháp phân tích hiện đại nhằm tối ưu hóa việc ứng dụng thiết bị FACTS. Thời gian triển khai liên tục, chủ yếu do các trường đại học và viện nghiên cứu đảm nhiệm.

4. Xây dựng chính sách hỗ trợ đầu tư và phát triển thiết bị FACTS trong hệ thống điện quốc gia: Khuyến khích các nhà đầu tư và doanh nghiệp điện lực áp dụng công nghệ FACTS thông qua các chính sách ưu đãi về tài chính và thuế, nhằm nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành hệ thống điện. Chính phủ và các cơ quan quản lý ngành điện là chủ thể thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và chuyên gia vận hành hệ thống điện: Nghiên cứu giúp họ hiểu rõ hơn về các chỉ số ổn định điện áp và cách ứng dụng thiết bị FACTS để nâng cao độ tin cậy vận hành, từ đó đưa ra các quyết định kỹ thuật chính xác.

2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách phát triển hạ tầng điện, đầu tư thiết bị FACTS nhằm đảm bảo an ninh năng lượng và ổn định hệ thống điện quốc gia.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về lý thuyết ổn định điện áp, mô hình thiết bị FACTS và phương pháp phân tích chỉ số ổn định, hỗ trợ công tác giảng dạy và nghiên cứu khoa học.

4. Các nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ điện tử công suất: Tham khảo các mô hình toán học và kết quả mô phỏng để phát triển các thiết bị FACTS mới, tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí đầu tư.

Câu hỏi thường gặp

1. Thiết bị SVC là gì và vai trò của nó trong hệ thống điện?
   SVC là thiết bị bù tĩnh công suất phản kháng, có khả năng cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng nhanh chóng để điều chỉnh điện áp tại nút lưới điện. Nó giúp nâng cao ổn định điện áp và tăng khả năng truyền tải công suất trên đường dây.

2. Các chỉ số FVSI, Lmn và LQP khác nhau như thế nào?
   FVSI là chỉ số đánh giá nhanh sự ổn định điện áp dựa trên mô hình mạng điện 2 nút; Lmn dựa trên mô hình 2 máy phát để đánh giá ổn định đường dây; LQP dựa trên cân bằng công suất phản kháng và công suất tác dụng. Cả ba chỉ số đều giúp xác định nút yếu và đường dây tới hạn trong hệ thống.

3. Tại sao phải xác định nút yếu trong hệ thống điện?
   Nút yếu là điểm có khả năng mất ổn định điện áp cao nhất, dễ dẫn đến sụp đổ điện áp và mất điện diện rộng. Xác định nút yếu giúp tập trung giải pháp kỹ thuật như lắp đặt thiết bị FACTS để nâng cao độ ổn định và an toàn vận hành.

4. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả của thiết bị SVC?
   Hiệu quả được đánh giá qua việc mô phỏng điện áp tại nút lắp đặt SVC và khả năng mang tải tối đa của nút đó. Nếu điện áp được duy trì ổn định ở mức gần 1 pu và khả năng mang tải tăng lên, thiết bị SVC được xem là hiệu quả.

5. Chi phí đầu tư thiết bị FACTS có phải là rào cản lớn không?
   Đúng, thiết bị FACTS có chi phí đầu tư ban đầu cao. Tuy nhiên, lợi ích lâu dài về nâng cao độ tin cậy, giảm tổn thất và tăng khả năng truyền tải làm cho đầu tư này có hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao trong vận hành hệ thống điện.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xác định được các nút yếu và đường dây tới hạn trong hệ thống điện thông qua ba chỉ số ổn định điện áp FVSI, Lmn và LQP, với nút số 4 là điểm yếu nhất trong hệ thống IEEE 14 nút.
• Thiết bị SVC được chứng minh là giải pháp hiệu quả trong việc cung cấp công suất phản kháng nhanh, cải thiện điện áp và nâng cao khả năng mang tải tại các nút yếu.
• Phương pháp phân tích và mô phỏng sử dụng phần mềm Matlab cho phép đánh giá chính xác trạng thái ổn định điện áp và hiệu quả của thiết bị FACTS.
• Đề xuất triển khai lắp đặt SVC tại các nút yếu, phát triển hệ thống giám sát chỉ số ổn định điện áp và nâng cao năng lực nghiên cứu, đào tạo trong lĩnh vực này.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu trên hệ thống lớn hơn, tích hợp nhiều loại thiết bị FACTS và phát triển các thuật toán tối ưu vị trí lắp đặt thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện.

Hành động khuyến nghị: Các đơn vị quản lý và vận hành hệ thống điện nên áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao độ ổn định điện áp, đồng thời đầu tư phát triển công nghệ FACTS nhằm đảm bảo an toàn và tin cậy cung cấp điện trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng Quan Chương 2: Giới Thiệu Thiết Bị FACTS Chương 3: Phân Tích Các Chỉ Số Ổn Định Điện Áp Chương 4: Kết quả mô phỏng Chương 5: Kết Luận 7 Luan van CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN THIẾT BỊ FACTS 2.1 Giới thiệu Trong hệ thống điện, công suất truyền tải trên các đường dây phụ thuộc vào tổng trở đường dây, điện áp và góc lệch pha. Vì vậy, khả năng truyền tải công suất của đường đây được cải thiện đáng kể bằng việc tăng công suất phản kháng ở phụ tải, lắp cuộn kháng bù ngang (mắc song song), tụ điện bù dọc (mắc nối tiếp) vào đường dây để điều khiển điện áp dọc theo chiều dài đường dây. Để nâng cao chất lượng điện áp và ổn định điện áp, hiện tại đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng thiết bị bù công suất phản kháng. Tuy nhiên, các thiết bị đó vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy khi có sự thay đổi đột ngột của hệ thống về công suất phản kháng.

Các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (Flexible AC Tranmission System – FACTS) đã đáp ứng yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy cũng như dung lượng bù tối ưu cho hệ thống điện trong mọi chế độ của hệ thống. FACTS dùng để tăng khả năng điều khiển và tăng công suất truyền tải của đường dây. FACTS được IEEE định nghĩa là: “Hệ thống sử dụng các thiết bị điện tử công suất và các thiết bị tĩnh khác để điều khiển một hay nhiều thông số của hệ thống đường dây truyền tải, qua đó nâng cao khả năng điều khiển và khả năng truyền tải công suất.” Trong thực tế, tính chất tiêu thụ điện ở từng thời điểm luôn khác nhau, cho nên tình trạng truyền tải công suất trên đường dây cũng khác nhau, có thể tại một thời điểm trên hệ thống có những đường dây quá tải và cũng có những đường dây non tải. Với tình hình công nghiệp hóa như hiện nay, đòi hỏi nhu cầu truyền tải để đáp ứng cho phụ tải ngày càng cao và hiện tại đường dây cao áp luôn đặt trong tình trạng báo động về giới hạn vật lý của chúng như quá tải đường dây, các hiện tượng nhiễu hệ thống như là hiện tượng dao động tần số, điện áp… 8 Luan van Nhằm tăng khả năng truyền tải trên hệ thống điện và khắc phục những nhược điểm nêu trên sử dụng thiết bị FACTS là một trong những giải pháp hiệu quả.

Các thiết bị này được sử dụng để điều khiển điện áp, trở kháng và góc pha của đường dây cao áp. Các thiết bị FACTS đã đem lại nhiều lợi ích cho các nhà cung cấp như: + Tận dụng lưới điện hiện hữu để lắp đặt thiết bị FACTS + 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 Từ những lợi ích trên của thiết bị FACTS, 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. Đặc biệt ở những nơi yêu cầu về cung cấp điện an toàn và tin cậy. Tuy nhiên giá thành các thiết bị FACTS là rất cao, 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 Phân loại thiết bị FACTS Các thiết bị FACTS có thể phân ra làm bốn loại:  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. 9 Luan van  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 bù nối tiếp.3 Mô hình thiết bị FACTS 2.

Mô hình thiết bị SVC 2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc Mặc dù các thiết bị FACTS được giới thiệu vào năm 1986, các thiết bị SVC đã được sử dụng trước đó vào những năm 1960. Các thiết bị SVC đầu tiên được phát triển để bù cho các tải công nghiệp gây dao động lớn như các lò luyện hồ quang điện. Đến khoảng nửa sau những năm 1970, các thiết bị SVC được áp dụng vào hệ thống truyền tải nhằm mục đích điều khiển điện áp và điều khiển ổn định.

Một trong những SVC điều khiển bằng Thyristor (định mức 40MVAr) đầu tiên được lắp đặt tại trạm biến áp Shannon của hệ thống điện và chiếu sáng Minnesota 10 Luan van vào năm 1978. Từ đó các SVC đã được áp dụng rộng rãi trong hệ thống điện để bù song song. Thành phần chính và cấu trúc của một SVC tiêu biểu được cho trong Hình 2.1: Nguyên lý cấu tạo SVC Hầu như SVC luôn luôn được nối với lưới truyền tải thông qua một máy biến áp ghép nối (Coupling Transformer). Tổng quát, tại nút phía điện áp thấp của máy biến áp thường có 3 thành phần như sau: cuộn kháng điều khiển bởi Thyristor (Thyristor Controlled Reactor-TCR), dàn tụ điều khiển đóng mở bởi Thyristor (Thyristor Switched Capacitors-TSC) và các bộ lọc sóng hài (Harmonic Filters).

Cuộn kháng điều khiển bởi Thyristor (TCR): mô hình của TCR một pha chứa một cặp Thyristor mắc đối song, nối tiếp với cuộn kháng tuyến tính. Việc đóng cắt có điều khiển của Thyristor kết hợp với đáp ứng tuyến tính của cuộn kháng cung cấp điện kháng tác động ở tần số cơ bản của TCR. Điện kháng này là hàm của góc trễ pha, có thể thay đổi liên tục từ giá trị điện kháng cụ thể (Thyristor dẫn hoàn toàn) đến giá trị không xác định (Thyristor khóa hoàn toàn). Điện kháng tác động của TCR được cho theo phương trình như sau: Trong đó: - Xtcr là điện kháng tác động của TCR ở tần số cơ bản.

11 Luan van - XL là điện kháng của cuộn kháng ở tần số cơ bản. Mô hình TCR ba pha bao gồm ba mạch như sau: - Dàn tụ điều khiển đóng mở bởi Thyristor (TSC): Các Thyristor có chức năng đóng mở các tụ theo yêu cầu để kết hợp với TCR nhằm cung cấp một dải ngõ ra liên tục bao gồm từ ngõ ra tính cảm cho đến ngõ ra tính dung. - Các bộ lọc sóng hài cố định: Các bộ lọc này có tác dụng lọc sóng hài sinh ra từ việc vận hành TCR. Hơn nữa, các bộ lọc cũng giúp bù dung ở tần số cơ bản.

- Bằng cách thay đổi góc trễ α, điện kháng tác động của TCR biến đổi, từ đó thay đổi điện kháng tác động của SVC. Bằng cách làm như vậy, SVC có thể cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng từ hệ thống truyền tải. - Từ quan điểm vận hành, SVC có thể được xét đến như là một điện kháng thay đổi được nối song song, có thể phát ra hoặc thu lại công suất phản kháng nhằm điều chỉnh biên độ điện áp từ điểm đấu nối vào lưới điện truyền tải. Mô hình toán học Đối với thiết bị SVC, phương trình ràng buộc công suất tác dụng và công suất phản kháng liên quan đến nút điện áp cao, trên thực tế là các nút tải, được bao gồm trong (2.

Phần này tập trung vào hàm điều khiển điện áp và ràng buộc công suất tác dụng tại nút điện áp thấp của SVC. Biên độ điện áp của nút điện áp cao của SVC được điều khiển phù hợp với đặc tuyến V-I như sau: |V (ns)| − asvc (s) ∗ Isvc (s) = Vsvcref (s) (2.1) Trong đó: |V (ns)| và Vsvcref (s) là biên độ điện áp tại nút điện áp cao của SVC và giá trị tham chiếu của SVC. - asvc (s) là độ dốc điện kháng của SVC - Isvc (s) là vector dòng điện của SVC 12 Luan van Hàm điều khiển đại diện bởi (2.1) chỉ có giá trị khi các giới hạn vận hành của SVC không vượt quá mức. Đối với SVC, giới hạn vận hành được xác định bởi điện dẫn như sau: BLsvc (s) ≤ Bsvc (s) ≤ BCsvc (s) (2.2) Trong đó: Bsvc (s), BCsvc (s) và BLsvc (s) là giới hạn điện dẫn, điện kháng, điện cảm tương đương của điện dẫn SVC tương ứng.

Khi một trong các bất đẳng thức ràng buộc trong (2.2) của một SVC bị vi phạm, điều khiển điện áp theo quy định tại (2.1) được tách ra và mô hình SVC sau đó được biểu diễn như là một điện dẫn nối tiếp không đổi được đưa vào giá trị giới hạn. Đối với SVC, khi tổn thất công suất tác dụng được giảm xuống, theo sau ràng buộc công suất tác dụng tại nút điện áp thấp được áp dụng: P (nsl) = 0 (2.3) Trong đó: P (nsl) là công suất tác dụng nút tại nút điện áp thấp của SVC. Mô hình thiết bị STATCOM 2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc Thiết bị STATCOM đầu tiên trên thế giới sử dụng bộ nghịch lưu Thyristor có định mức 20MVAr, được phát triển và đưa vào vận hành từ tháng 01 năm 1980 bởi Kansai Electric Power Co.