MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu Trong quá trình vận hành hệ thống điện, ngoài điều kiện làm việc bình thƣờng ở chế độ xác lập, đôi khi thƣờng hay xảy ra các sự cố, các nhiễu động làm ảnh hƣởng đến hoạt động của hệ thống, nếu ở mức độ nặng có thể dẫn đến hệ thống mất ổn định. Ngoài ra, khi hệ thống vận hành ở chế độ xác lập nhƣng vẫn chƣa đạt đƣợc các giá trị vận hành yêu cầu về điện áp, công suất tác dụng, công suất phản kháng,… cũng có thể gây mất ổn định, do đó đã có những nghiên cứu để khắc phục các vấn đề mà hệ thống điện đang đối mặt. Trong khuôn khổ bài luận văn này sẽ nghiên cứu ứng dụng của thiết bị FACTS nhằm nâng cao ổn định hệ thống điện, cụ thể là thiết bị bù tĩnh SVC, và ứng dụng SVC trên hệ thống điện thực tế Việt Nam.1 Mục tiêu nghiên cứu Đề tài luận văn nghiên cứu về các trạng thái của hệ thống điện khi có xảy ra các sự cố, các nhiễu loạn làm thay đổi cấu trúc vận hành, với mức độ nghiêm trọng khi xảy ra sự cố có thể dẫn đến mất đồng bộ các máy phát, sụp đổ điện áp,… để từ đó đƣa ra những biện pháp khắc phục cũng nhƣ cải thiện ổn định hệ thống điện. Bên cạnh đó, việc ứng dụng thiết bị FACTS, để cải thiện quá trình vận hành của hệ thống, xét đến trƣờng hợp vận hành trong chế độ xác lập cũng nhƣ trong trƣờng hợp quá độ do xảy ra các nhiễu hay sự cố.
Tiêu biểu ứng dụng của thiết bị FACTS là thiết bị bù tĩnh SVC. SVC là một thiết bị bù ngang, có khả năng phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng, kết hợp sử dụng công nghệ các thiết bị điện tử công suất có thể điều khiển dễ dàng, tức thời phù hợp với yêu cầu đáp ứng nhanh chóng của hệ thống điện.2 Điểm mới của đề tài Đề tài đƣợc thực hiện bằng việc mô phỏng ứng dụng của thiết bị SVC trên sơ đồ lƣới điện thực tế. Sơ đồ thực hiện mô phỏng là sơ đồ một phần nhỏ, đã đƣợc tách lƣới của sơ đồ hệ thống điện Việt Nam, thực hiện mô phỏng bằng phần mềm ETAP 2 với nhiều hỗ trợ cho việc tính toán sẽ đƣa ra những kết quả mô phỏng chính xác, góp phần đánh giá việc ứng dụng thiết bị FACTS cho hệ thống trong tƣơng lai. Việc mô phỏng dựa trên sơ đồ lƣới điện thực tế, với các thông số vận hành thực tế cũng góp phần thu hẹp khoảng cách giữa mô phỏng và hệ thống điện hiện hành, vốn trƣớc giờ chỉ thực hiện mô phỏng các sơ đồ tiêu chuẩn mẫu của quốc tế (sơ đồ IEEE,…) Những nghiên cứu về thiết bị SVC sẽ góp phần đƣa SVC cũng nhƣ thiết bị FACTS vào ứng dụng thực tế, vốn dĩ chƣa đƣợc sử dụng rộng rãi trên lƣới điện Việt Nam, trong khi đó đã đƣợc ứng dụng phần lớn tại các nƣớc trên thế giới.2 Khái niệm ổn định hệ thống điện 1.1 Các chế độ của hệ thống điện Hệ thống điện làm việc ở hai chế độ chính đó là: chế độ xác lập (CĐXL) và chế độ quá độ (CĐQĐ) [1].
CĐXL là chế độ trong đó các thông số hệ thống không thay đổi, hoặc chỉ thay đổi xung quanh giá trị xác lập với sai số rất nhỏ trong một khoảng thời gian ngắn. Chế độ làm việc bình thƣờng và lâu dài của hệ thống là CĐXL. Sau sự cố, hệ thống làm việc và duy trì ở một chế độ nhất định cũng đƣợc gọi là CĐXL [1]. CĐQĐ là chế độ trung gian chuyển từ CĐXL này sang CĐXL khác sau khi xảy ra các tác động.
CĐQĐ sau tác động bị biến thiên nhƣng sau một thời gian trở về vị trí ban đầu hoặc có trị số gần định mức đƣợc gọi là CĐQĐ bình thƣờng. Ngƣợc lại, CĐQĐ với thông số biến thiên mạnh nhƣng sau đó tăng trƣởng vô hạn hay bị giảm dần về giá trị 0, CĐQĐ đó đƣợc gọi là CĐQĐ sự cố [1].2 Khái niệm về ổn định Ổn định hệ thống điện có thể đƣợc định nghĩa một cách tổng quát là đặc tính của hệ thống điện cho phép nó duy trì trạng thái cân bằng trong chế độ vận hành bình thƣờng và đạt đến trạng thái cân bằng mới với sai số chấp nhận đƣợc sau khi chịu các tác động của nhiễu. 3 Ổn định hệ thống có thể chia làm các loại nhƣ sau [1]: ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN ỔN ĐỊNH GÓC ROTOR ỔN ĐỊNH TẦN SỐ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP NHIỄU LỚN NHIỄU BÉ NGẮN HẠN DÀI HẠN NHIỄU LỚN NHIỄU BÉ NGẮN HẠN NGẮN HẠN DÀI HẠN Hình 1.1 Các loại ổn định trong hệ thống điện 1.3 Hậu quả của mất ổn định đồng bộ - Các máy phát làm việc ở trạng thái không đồng bộ, cần phải cắt ra, mất những lƣợng công suất lớn. - Tần số hệ thống bị thay đổi, ảnh hƣởng đến tải tiêu thụ.
- Điện áp giảm thấp, có thể gây ra hiện tƣợng sụp đổ điện áp tại các nút phụ tải. - Khiến cho bảo vệ relay tác động nhầm, cắt thêm nhiều phần tử đang làm việc. - Cắt nối tiếp các nguồn, các phụ tải lớn có thể dẫn đến làm tan rã hệ thống.3 Giới thiệu thiết bị FACTS Trong quá trình vận hành hệ thống điện, công suất phản kháng đóng một vai trò quan trọng đến vận hành hệ thống điện, trực tiếp liên quan đến điện áp tại các nút của hệ thống. Việc điều chỉnh công suất phản kháng là việc cần thiết nhằm giảm tổn thất điện năng và nâng cao ổn định hệ thống điện.
4 Hệ thống điện ngày nay đang dần phát triển và hoạt động phức tạp, công suất truyền tải trên hệ thống ngày một tăng, đi kèm với sự phát triển là sự rủi ro và mất an toàn tăng cao. Những vấn đề dễ dàng nhận thấy là không thể điều khiển kịp thời phân bố công suất, và không thể điều chỉnh đƣợc lƣợng công suất phản kháng phù hợp của hệ thống là những ví dụ điển hình. Hệ thống điện hiện nay vận hành theo dạng kết lƣới, do đó việc mất kiểm soát này có thể ảnh hƣởng ở mức độ diện rộng. Phần lớn các thiết bị trong hệ thống hoạt động bằng cơ khí.
Việc điều khiển các thiết bị và bảo vệ hệ thống đang dần đƣợc thực hiện bằng máy tính với tốc độ giao tiếp cao, tuy nhiên việc cải thiện tốc độ điều khiển chỉ dừng ở mức độ hệ thống máy tính. Khi truyền đến thiết bị đóng, cắt bằng cơ khí, vẫn có thời gian trễ cho sự hoạt động cơ khí, nếu có vấn đề trục trặc về cơ khí thì việc đáp ứng nhanh chóng theo yêu cầu thực tế vận hành là một vấn đề khó khăn cần phải đƣợc giải quyết. Việc phát triển công nghệ FACTS đã mở ra những cơ hội cho vấn đề phân bố công suất kịp thời và tăng khả năng truyền tải so với hệ thống hiện trạng. Công nghệ FACTS hiện nay gồm các loại bù nối tiếp, bù song song, với khả năng thay đổi tổng trở đƣờng dây, điều khiển dòng điện, điện áp, góc pha và thậm chí có thể làm giảm dao động công suất, dao động của Rotor máy phát.4 Giới thiệu thiết bị bù tĩnh SVC Một trong những công nghệ, thiết bị điển hình của thiết bị FACTS là thiết bị bù tĩnh Static Var Compensator, hay còn gọi tắt là thiết bị SVC, thế hệ đầu tiên bắt đầu phát triển vào khoảng năm 1970.
Sự xuất hiện của thiết bị SVC đã giải quyết đƣợc những vấn đề mắc phải mà các thiết bị bù cổ điển còn khiếm khuyết nhƣ: - Cải thiện điện áp vận hành hệ thống linh hoạt khi xảy ra sự cố - Giảm biên độ dao động các máy phát đồng bộ - Tăng khả năng truyền tải điện - Thời gian đáp ứng nhanh Trƣớc khi trình bày về ứng dụng của thiết bị FACTS nhằm nâng cao ổn định hệ thống điện, trong chƣơng tiếp theo sẽ giới thiệu về cấu trúc và nguyên lý làm việc của thiết bị FACTS nói chung và thiết bị SVC nói riêng. 5 Chƣơng 2 THIẾT BỊ FACTS – THIẾT BỊ SVC 2.1 Giới thiệu chung về thiết bị FACTS Trƣớc đây trong hệ thống điện, việc điều chỉnh công suất phản kháng đƣợc thực hiện bằng các thiết bị sản xuất hoặc tiêu thụ công suất phản kháng nhƣ máy bù đồng bộ (thực chất là máy phát đồng bộ nhƣng vận hành ở chế độ bù công suất phản kháng), hoặc sử dụng các tụ điện, cuộn kháng. Việc thực hiện điều chỉnh công suất phản kháng đối với các thiết bị này khá đơn giản, đối với máy bù đồng bộ thì thay đổi kích từ phù hợp với yêu cầu thực tế vận hành, đối với các tụ điện hay cuộn kháng thì thực hiện đóng, cắt các máy cắt cơ khí liên kết thiết bị với hệ thống, do đó dung lƣợng bù công suất phản kháng là cố định. Việc điều chỉnh này khá thô sơ và thực hiện với tốc độ đáp ứng khá chậm.
Ngày nay với sự phát triển của các thiết bị điện tử công suất với ƣu điểm tốc độ hoạt động nhanh chóng và dễ điều khiển, phù hợp với yêu cầu đáp ứng của hệ thống trong thời gian ngắn nhất, từ đó tạo điều kiện cho việc nghiên cứu và tạo ra thiết bị FACTS. Thiết bị FACTS, là viết tắt của Flexible Alternating Current Transmission System, có nghĩa là hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt, là hệ thống sử dụng các thiết bị điện tử công suất và các thiết bị tĩnh khác để điều khiển thông số của hệ thống đƣờng dây truyền tải điện xoay chiều. Thiết bị FACTS có khả năng điều khiển tổng trở X của đƣờng dây truyền tải, thay đổi tổng trở của đƣờng dây truyền tải có thể dẫn tới điều khiển dòng điện trên đƣờng dây, có thể thay đổi góc lệch pha điện áp dẫn tới điều khiển công suất tác dụng của hệ thống. Thiết bị FACTS có thể bù công suất phản kháng, tăng khả năng điều khiển điện áp nút.
Tổng quát, thiết bị FACTS đƣợc chia làm bốn loại [2]: - Thiết bị điều khiển bù nối tiếp - Thiết bị điều khiển bù song song - Kết hợp giữa các thiết bị bù nối tiếp - Kết hợp giữa các thiết bị bù nối tiếp và song song 6 Hình 2.1 Thiết bị điều khiển bù nối tiếp Hình 2.2 Thiết bị điều khiển bù song song Hình 2.3 Kết hợp giữa các thiết bị bù nối tiếp Hình 2.
