Đề tài Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc ứng dụng thiết bị bù có điều khiển SVC trong hệ thống điện của khu Gang thép Thái Nguyên

g tính linh hoạt trong vận hành, tuỳ theo yêu cầu và chức năng của chúng trong từng HTĐ cụ thể mà ta có thể áp dụng các phƣơng pháp, mạch điều khiển TCSC cho phù hợp với các chế độ vận hành trong HTĐ. II.3.3. Thiết bị bù ngang điều khiển thyristor ( STATCOM ) Hình 2.2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC Sơ đồ nguyên lý HT Điều Khiển Thyristor L I C MOV 90 C¶m kh¸ng 180 Vïng kh«ng H§ Dung kh¸ng Biểu đồ hoạt động Z CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ FACTS Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 STATCOM là sự hoàn thiện của thiết bị bù tĩnh SVC, bao gồm các bộ tụ điện đƣợc điều chỉnh bằng các thiết bị điện tử nhƣ thyristor và khoá đóng mở GTO, so với SVC, nó có ƣu điểm là kết cấu gọn nhẹ hơn, không đòi hỏi diện tích lớn nhƣ SVC và đặc biệt là nó điều khiển linh hoạt và hiệu quả hơn. Các tính năng của STATCOM cũng nhƣ của SVC nhƣng khả năng điều chỉnh, điều khiển các thông số của STATCOM ở mức cao hơn, bao gồm: _ Điều khiển điện áp tại nút đặt STATCOM có thể cố định giá trị điện áp. _ Điều khiển trào lƣu công suất phản kháng tại nút đƣợc bù. _ Giới hạn thời gian và cƣờng độ quá điện áp khi xảy ra sự cố ( mất tải, ngắn mạch... ) trong HTĐ. MBA liên kết Biểu đồ hoạt động IL IC UN Hình 2.3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của STATCOM DD C L Sơ đồ nguyên lý CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ FACTS Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 _ Tăng cƣờng tính ổn định của HTĐ. _ Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ nhƣ ngắn mạch, mất tải đột ngột... Ngoài ra, STATCOM cũng có đặc điểm nổi trội so với SVC nhƣ sau: _ Có khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi loại trừ đƣợc sự cố. _ Có thể phát CSPK khi điện áp thanh cái nhỏ hơn điện áp lƣới và ngƣợc lại, tiêu thụ CSPK khi điện áp thanh cái lớn hơn điện áp lƣới. II.3.4. Thiết bị điều khiển góc pha bằng thyristor ( TCPAR ) Thiết bị TCPAR là một khái niệm mới ứng dụng thyristor để điều chỉnh góc lệch pha của điện áp pha của đƣờng dây. MBA NỐI TIẾP U U , UQ 1 3 MBA KÍCH THÍCH 9 Hình 2.4: Nguyên lý cấu tạo của TCPAR U U , U Q  CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ FACTS Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 Về mặt cấu tạo nó nhƣ một máy biến áp 3 cuộn dây nối song song với đƣờng dây truyền tải và có thể điều chỉnh góc lệch của điện áp Uf truyền tải trên đƣờng dây Các tính năng của TCPAR cũng nhƣ của các thiết bị bù có điều khiển khác nhƣng chức năng của nó là điều chỉnh góc pha của điện áp trên đƣờng dây. Khả năng điều chỉnh trào lƣu công suất là rất cao, các tính năng của TCPAR bao gồm: _ Điều khiển trào lƣu công suất phản kháng tại nút đƣợc bù _ Tăng cƣờng tính ổn định tĩnh, tính ổn định động của HTĐ. _ Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ nhƣ ngắn mạch, mất tải đột ngột... _ Cú khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi loại trừ đƣợc sự cố. II.3.5. Thiết bị điều khiển dòng công suất hợp nhất ( UPFC ) HT ®iÒu khiÓn S¬ ®å nguyªn lý Converter 1 MBA2 mba1 ub ua vdc Converter 2 Hình 2.5: Nguyên lý cấu tạo của UPFC CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ FACTS Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 ua ub ut vect¬ ®iÖn ¸p UPFC là một khái niệm mới ứng dụng các thiết bị bù đa chức năng để điều khiển điện áp tại các thanh cái độc lập, dòng công suất tác dụng P và phản kháng Q trên các đƣờng dây truyền tải, UPFC là thiết bị làm cho lƣới điện vận hành rất linh hoạt và hiệu quả. Về nguyên lý cấu tạo, UPFC đƣợc hiểu nhƣ sự kết hợp thiết bị bù dọc làm thay đổi góc pha ( Static Synchoronous Series Compensator ) là thiết bị bù ngang STATCOM, nó đƣợc cấu tạo từ hai bộ chuyển đổi ( Converter ) điều khiển thyristor có cửa đóng mở GTO. Mỗi một bộ chuyển đổi gồm có van đóng mở ( GTO ) và MBA trung gian điện áp thấp ( xem hình 2.5 ). MBA nối với bộ chuyển đổi qua thanh cái làm việc và máy cắt đƣợc mô tả trên hình. Mỗi một bộ chuyển đổi có thể ngừng hoạt động vì bất cứ nguyên nhân nào đó, bộ chuyển đổi cũng lại có thể điều khiển vận hành độc lập. Về nguyên lý, UPFC có ba chế độ vận hành , bao gồm: Chế độ 1: Chế độ điều khiển trở kháng XC. U = XCjI2 P = sin 2 CXX X X U        Chế độ 2: Chế độ điều khiển điện áp trực giao U . U = UCjI2 2I P =             2 cossin 2  U U X U C CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ FACTS Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 Chế độ 3: Chế độ điều khiển góc pha điện áp  C. U = 2.          2 exp 2 sin 1 1  j U U U P =             2 . 2 cos2sin.2  tg X U Trong đó: +, I2: Véc tơ dòng của UPFC. +, XC: Điện kháng bù. +, U1: Véc tơ điện áp nhận +,  : Góc lệch pha giữa U2 và U1. +, X: Điện kháng của đƣờng dây truyền tải. +,  : Góc lệch pha giữa điện áp đầu và cuối đƣờng dây Trong 3 chế độ vận hành trên của UPFC thì chế độ 2 và chế độ 3 có ƣu điểm hơn chế độ 1 vì có thể điều khiển dòng công suất tác dụng P ngay cả khi gúc pha  rất nhỏ. Trong chế độ 1, nếu dòng trong thành phần bù dọc ( Series Compensator ) giảm thì khả năng điều khiển của UPFC cũng giảm theo. Hơn nữa, trong chế độ 1 và chế độ 2, công suất của thành phần bù ngang ( Shunt Compensator ) có thể giảm tối thiểu vì dòng công suất đi qua liên kết một chiều ( DC link ) gần nhƣ bằng 0. Ngoài ra, thành phần bù ngang có thể điều khiển đồng thời cả dòng công sất phản kháng Q và công suất tác dụng P truyền tải trên đƣờng dây. II.4. Khả năng áp dụng thiết bị FACTS tại Việt Nam Sau khi khảo sát nguyên lý làm việc và tính năng của các thiết bị FACTS, cho thấy việc ứng dụng các thiết bị này trong hệ thống điện có khả năng điều chỉnh gần nhƣ tức thời thông số hệ thống, tăng cƣờng ổn định điện áp và giảm dao động công suất. CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ FACTS Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 Trong các loại thiết bị FACTS, SVC là loại thiết bị có nhiều ƣu điểm ƣu việt hơn cả, nên nó đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới để cải thiện chế độ vận hành và nâng cao khả năng ổn định tĩnh của HTĐ. CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 CHƯƠNG III CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN (SVC) III.1.Các thiết bị bù công suất phản kháng III.1.1. Bù công suất phản kháng trong hệ thống điện Trong thực tế ngƣời ta đã thiết kế và chế tạo ra các thiết bị bù chuyên dụng khác nhau nhƣ các thiết bị bù ngang (cuộn kháng bù ngang, tụ điện bù dọc, máy bù đồng bộ và các bộ bù bằng tụ tĩnh điện) nhằm giải quyết các vấn đề nêu ra ở trên. III.1.1.a. Cuộn kháng bù ngang Cuộn kháng bù ngang là loại cuộn kháng đƣợc đấu từ các thanh cái đầu đƣờng dây xuống đất với mục đích tiêu thụ công suất phản kháng do đƣờng dây sinh ra. Mỗi đoạn đƣờng dây chiều dài l luôn sinh ra một lƣợng công suất phản kháng có thể tính gần đúng là: QC = b.U 2 (MVar) Trong đó: B = bO.l (1/ ) U - điện áp làm việc trung bình của đƣờng dây (kV). bO - dung dẫn đƣờng dây, tính trên 1 km. Thực tế công suất này phân phối đều dọc theo chiều dài đƣờng dây. tuy nhiên trong tính toán ngƣời ta thƣờng coi nhƣ phân bố sang tập trung vào hai đầu đƣờng dây. Để triệt tiêu hoàn toàn công suất phản kháng do đƣờng dây sinh ra có thể đặt hai kháng điện tại hai đầu đƣờng dây, trị số công suất tƣơng ứng của mỗi kháng là: CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 QK = b.U 2 / 2 (MVAr) Tuy nhiên công suất phản kháng phát ra của đƣờng dây (nguồn công suất phản kháng) rất có lợi nên trong tính toán thiết kế thƣờng ngƣời ta bù không hoàn toàn (khoảng 70%). Phần còn lại có thể cân bằng với một phần công suất phản kháng tiêu thụ. Cuộn kháng bù ngang thƣờng đƣợc chế tạo có trị số cố định. Khi cần điều chỉnh điện áp có thể dùng cuộn kháng bù ngang đóng cắt đƣợc theo từng cấp, đó là biện pháp kinh tế nhất để tiêu thụ bớt công suất phản kháng và điều chỉnh đƣợc. đa số các cuộn kháng bù ngang đƣợc dùng cho các đƣờng dây trên không siêu cao áp dài. Chúng cũng đƣợc dùng cho các đƣờng cáp ngầm cao áp và siêu cao áp trong khu vực thành phố lớn. Các cuộn kháng bù ngang có thể đóng mở đƣợc, nối ở thanh cái siêu cao áp sẽ phải cạnh tranh với các bộ bù tĩnh đƣợc điều khiển bằng thyristor về các tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật. III1.1.2.b. Tụ bù dọc. Khi tiến hành bù dọc cho đƣờng dây bằng các tụ bù tĩnh, thì các thiết bị bù công suất phản kháng có tác dụng rất tốt đến việc tăng khả năng truyền tải điện năng của đƣờng dây. vì các đƣờng dây dài điện kháng XL rất lớn, góc truyền tải =(δU1-δU2) có trị số đáng kể. Do đó giới hạn truyền tải giảm đi. Nếu XL càng lớn bao nhiêu thì tổn thất U càng lớn và càng lớn, P = (U1.U2.sin )/ XL càng bé nếu XL lớn. Do đó khi bù dọc (bằng tụ điện) thì dao động điện áp sẽ giảm đi vì lúc này điện kháng tổng X = (XL-XC) giảm và nhƣ vậy giảm, U giảm và tổn thất điện áp giảm, khả năng truyền tải của đƣờng dây tăng lên. CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 Việc dùng tụ bù dọc nâng cao khả năng giữ ổn định của hệ thống do việc ta có thể làm thay đổi đƣợc góc truyền tải sao cho < 30O 35O thì khả năng dự trữ ổn định động rất cao. Khi có sự thao tác nào đó trong lƣới: nhƣ cắt ra hoặc đóng vào một phụ tải lớn thì trong lƣới sẽ có một sự dao động công suất, nhƣng nhờ có sự tác động của các thiết bị bù công suất phản kháng mà dao động công suất này nhanh chóng bị dập tắt. III.1.1.c. Tụ bù tĩnh Tụ bù tĩnh là một đơn vị hoặc một dãy đơn vị tụ nối với nhau và nối song song với phụ tải với mục đích sản xuất ra công suất phản kháng cung cấp trực tiếp cho phụ tải. điều này làm giảm công suất phản kháng phải truyền tải trên đƣờng dây. Tụ bù tĩnh cũng thƣờng đƣợc chế tạo không đổi (nhằm giảm giá thành). Khi cần điều chỉnh điện áp có thể dùng tụ điện bù tĩnh đóng cắt đƣợc theo cấp, đó là biện pháp kinh tế nhất cho việc sản xuất ra công suất phản kháng. Các tụ điện bù tĩnh đƣợc dùng rộng rãi để hiệu chỉnh hệ số công suất trong các hệ thống phân phối điện nhƣ: hệ thống phân phối điện công nghiệp, thành phố, khu đông dân cƣ và nông thôn. một số các tụ bù tĩnh cũng đƣợc đặt ở các trạm truyền tải. Tính ƣu việt của các tụ bù tĩnh là chi phí thấp đặc biệt không gây tổn thất phụ và việc áp dụng rất linh hoạt, tuy nhiên khuyết điểm chủ yếu của chúng là cung cấp đƣợc ít công suất phản kháng khi có rối loạn hoặc thiếu điện, bởi vì dung lƣợng của công suất phản kháng tỷ lệ bình phƣơng với điện áp. Tuy nhiên nếu dùng chúng kết hợp nguồn công suất phản kháng khác thì không có trở ngại gì tới việc dùng rộng rãi các tụ bù ngang. III.1.1.d. Máy bù đồng bộ CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 Máy bù đồng bộ là một máy điện đồng bộ chạy không tải dùng để phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng. Máy bù đồng bộ là phƣơng pháp cổ truyền để điều chỉnh liên tục công suất phản kháng. Các máy bù đồng bộ thƣờng đƣợc dùng trong hệ thống truyền tải, chẳng hạn ở đầu vào các đƣờng dây tải điện dài, trong các trạm biến áp quan trọng và trong các trạm biến đổi dòng điện một chiều cao áp. Các máy bù đồng bộ ngày nay thƣờng đƣợc trang bị hệ thống kích thích từ nhanh, có bộ kích từ chỉnh lƣu. Có nhiều phƣơng pháp khởi động khác nhau, một phƣơng pháp hay dùng là khởi động đảo chiều. Máy bù đồng bộ cỡ MVA liên tục cho việc phát công suất phản kháng. Trong khi vận hành phát công suất phản kháng thì có khả năng quá tải ngắn hạn khá lớn. Khả năng tiêu thụ công suất phản kháng 60% công suất đặt. Điều này có nghĩa là phạm vi vận hành thƣờng là 160% công suất đặt. Dung lƣợng công suất phản kháng đƣợc điều chỉnh một cách liên tục. Mỗi cấp điều chỉnh điện áp xảy ra khoảng vài phần mƣời giây và cao hơn nữa phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau. Các tổn thất công suất tác dụng của các máy bù đồng bộ đƣợc làm mát bằng hydrogen khoảng 10W/kVAr. Có thể nói máy bù đồng bộ là thiết bị bù có thể điều chỉnh trơn duy nhất trƣớc khi có kỹ thuật điều khiển công suất lớn bằng thyristor. ƣu điểm của loại này là phạm vi điều chỉnh rộng từ phát đền tiêu thụ công suất phản kháng, điều chỉnh bằng cách thay đổi kích từ. Nhƣợc điểm của loại này là giá thành cao và gây tổn thất phụ, tốc độ điều chỉnh chậm. III.1.2. Các thiết bị bù điều khiển bằng thyristor Các thiết bị bù giới thiệu ở trên không có tự động điều chỉnh, hoặc có điều chỉnh nhƣng rất chậm (nhƣ máy bù đồng bộ) hoặc điều chỉnh từng nấc. Sự phát triển vƣợt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt là kỹ thuật điện tử công suất với các CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 thiết bị thyristor công suất lớn đã cho phép thực hiện các thiết bị bù điều chỉnh nhanh (thƣờng không quá 1/4 chu kỳ tần số công nghiệp). Hiện nay các thiết bị bù có điều khiển đƣợc xác nhận là rất tốt không những trong lƣới công nghiệp mà cả trong hệ thống điện truyền tải. Các thiết bị bù điều chỉnh có hiệu quả rất cao, đảm bảo ổn định đƣợc điện áp và nâng cao tính ổn định cho hệ thống điện. Đối với các đƣờng dây siêu cao áp các thiết bị bù có điều khiển đôi khi là thiết bị không thể thiếu đƣợc. Chúng làm nhiệm vụ chống quá điện áp, giảm dao động công suất và nâng cao tính ổn định tĩnh và động. Nhƣợc điểm của các thiết bị bù có điều khiển là giá thành cao. để lựa chọn và lắp đặt các thiết bị này cần phải phân tích tính toán tỷ mỷ và so sánh phƣơng án trên cơ sở các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Các thiết bị bù tĩnh đƣợc điều khiển băng thyristor là loại thiết bị bù ngang tĩnh (phân biệt với máy bù quay), công suất phản kháng đƣợc tiêu thụ hoặc phát ra bởi các thiết bị này có thể thay đổi đƣợc bằng việc đóng mở các thyristor. III.1.2.a. Thiết bị bù bù ngang có điều khiển (SVC) TCR Hình 3.1a TSR Hình 3.1b TSC Hình 3.1c CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 Thiết bị bù ngang có điều khiển trong trƣờng hợp chung đƣợc cấu tạo từ ba phần tử cơ bản: Thyristor Contronled Reactor (TCR) là cuộn kháng có điều khiển bằng thyristor. TCR có thể điều chỉnh liên tục dung lƣợng bù bằng cách thay đổi góc đóng mở của Thyristor một cách liên tục từ 90O 180O, hình 3.1a. Thyristor switched reactor (TSR) là cuộn kháng đóng cắt tự động bằng thyristor. TSR chỉ có thể đóng hoặc mở dùng thyristor, khi đó XK chỉ nhận một trong hai giá trị (XK= 0 hoặc XK= XKmax), hình 3.1b. Thyristor switched capacitor (TSC) là tụ điện đóng cắt bằng thyristor, điện dung của tụ chỉ có thể thay đổi là 0 hoặc XCmax, hình 3.1c. TSR và TSC thực chất là các bộ kháng và tụ điện đóng cắt nhanh bằng thyristor. Điều đáng chú ý hơn cả là TCR, một thiết bị kháng có tham số đƣợc điều chỉnh trơn 1 3 4 . . . 2 Hình 3.2. 1- Máy biến áp. 2- TCR. 3- Các TSR. 4- các TSC. . . . CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 (từ 0 đến giá trị cực đại). Khi tổ hợp các phần tử nói trên, nói chung có thể tạo ra thiết bị bù ngang thay đổi đƣợc liên tục thông số (điện kháng, công suất) trong phạm vi giới hạn bất kỳ. Ví dụ nhƣ sơ đồ hình 3.2. Có thể giải thích nguyên lý làm việc của SVC trong trƣờng hợp này nhƣ sau: tín hiệu điều chỉnh góc mở lấy từ phía điện áp cao qua biến điện áp TU, qua bộ tự điều chỉnh (TĐC) điều khiển các thyristor. Đầu tiên điều khiển các TSC và TSR để điều chỉnh thô, sau đó điều chỉnh TCR để lợi dụng tính chất điều chỉnh liên tục của nó để điều chỉnh CSPK qua SVC đến trị số thích hợp. Trong phạm vi thay đổi đƣợc của CSPK, điện áp tại nơi lắp đặt SVC sẽ đƣợc giữ là hằng số. III.1.2.b. thiết bị bù dọc có điều khiển (ASC - Advanced series compensator) Bù dọc có điều khiển thƣờng là phƣơng tiện dùng để cải tạo thông số của đƣờng dây. những đƣờng dây dài, bị hạn chế về khả năng tải theo điều kiện ổn định hoặc tổn thất điện áp sẽ đƣợc cải thiện đáng kể nhờ áp dụng bù dọc. C L R TCR Hình 3.3 CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 Trong sơ đồ hình 3.3 thì phần tử chính là tụ C ghép song song với TCR, điện trở phi tuyến R có nhiệm vụ bảo vệ quá điện áp cho tụ trong chế độ ngắn mạch. Hoạt động của bù dọc có điều kiện là nhằm tạo ra điện kháng X thay đổi đƣợc, theo sơ đồ hình 3.3 ta tính đƣợc: CL X 1 X 1 X 1 đặc tính thay đổi của điện kháng tƣơng đƣơng X theo điện kháng XL của TCR đƣợc chỉ ra trên hình 3.4. Để thiết bị bù dọc có thông số điều chỉnh trơn và ổn định, thƣờng chọn phạm vi điều chỉnh của TCR từ XL = XL0 đến XL = ∞ (với XL0 > XC ; XL0 là điện kháng của TCR ứng với lúc thyristor mở hoàn toàn; XL = ∞ là điện kháng của TCR ứng với thyristor đã đóng hoàn toàn). Kết luận XC XL XL0 +XC - XC - kXC X 0 Hình 3.4 CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 Do có thể thay đổi đƣợc thông số của các thiết bị điện (bù dọc và bù ngang) có điều khiển, mà nâng cao đáng kể hiệu quả điều chỉnh công suất phản kháng trong hệ thống điện. Nếu so với máy bù đồng bộ - là một thiết bị bù phổ biến thì SVC có quán tính nhỏ, độ bền cao, không gây tổn thất và ít phải chăm sóc bảo quản khi vận hành. SVC không chỉ làm nhiệm vụ điều chỉnh điện áp mà nó còn đóng vai trò rất tích cực trong việc giữ ổn định, nâng cao chất lƣợng vận hành hệ thống. Qua những phần giới thiệu tổng quan ở trên, trong đề tài này tôi tập trung nghiên cứu về hiệu quả của thiết bị bù có điều khiển áp dụng trong hệ thống điện nói chung và lƣới điện công nghiệp nói riêng tới vấn đề nâng cao chất lƣợng điện áp. III.2.Hoạt động của thiết bị bù ngang có điều khiển SVC III.2.1. Đặc tính điều chỉnh của SVC Nhƣ đã biết phần tử đáng chú ý nhất của SVC là TCR. Nhờ có TCR trị số của SVC thay đổi đƣợc liên tục. Tác động điều chỉnh cho TCR đặt vào cực điều khiển của các thyristor. Nhờ thay đổi góc mở của các thyristor mà dòng điện (thành phần cơ bản) qua kháng đƣợc thay đổi liên tục từ 0 đến trị số cực đại. điều này tƣơng ứng với sự thay đổi liên tục công suất phản kháng trên SVC. Đặc tính điều chỉnh của SVC có thể xây dựng đƣợc dựa vào nguyên lý làm việc của thyristor. Trên hình 3.5 mô tả đơn giản sơ đồ và hoạt động của thyristor loại một thyristor và loại hai thyristor mắc song song ngƣợc. Thyristor hoạt động tƣơng tự nhƣ chỉnh lƣu, tuy nhiên ngoài điều kiện điện áp đặt lên bản thân thyristor thuận chiều, còn yêu cầu thêm một xung điện áp đặt lên cực CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 điều khiển. Xung này có thể không cần kéo dài mà thyristor vẫn mở cho đến khi điều kiện thuận chiều điện áp không còn nữa. Sang chu kỳ mới, điện áp thuận chiều nhƣng mạch cũng chỉ mở khi có xung đƣa đến cực điều khiển. Rõ ràng, khi thay đổi thời điểm phát xung ở mỗi chu kỳ, ta có thể thay đổi đƣợc dạng của đƣờng cong dòng điện. Nếu coi thành phần cơ bản của dòng điện là thành phần làm việc, thì biên độ của thành phần này thay đổi theo góc mở của thyristor. Khi thyristor mở hoàn toàn (góc mở = 900) biên độ của thành phần cơ bản sẽ lớn nhất (bằng dòng ban đầu), khi góc mở = 180O dòng qua mạch bằng 0. Còn khi thay đổi đột ngột góc mở = 90O sang = 180O ta nhận đƣợc trạng thái đóng cắt của hai phần tử TSR hoặc TSC. CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 Để thấy rõ hơn ta xét sơ đồ cơ bản của một cuộn kháng có điều khiển bằng thyristor - góc pha thuần tuý (hình 3.6a). mỗi nhánh của ba pha bao gồm một cuộn dây điện cảm L nối tiếp với hệ thống hai thyristor mắc song song ngƣợc (TCR). Các thyristor T1, T2 sẽ thay phiên nhau làm việc ứng với mỗi chu kỳ của điện áp. Hình R1 UV R2 Ur Uđk UV R2 Ur Uđk R1 t UV t Uđk t Ur UV Uđk t t t Hình 3.5: Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của thyristor CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 3.6b minh hoạ nguyên lý vận hành. Góc cắt của thyristor quyết định biên độ của thành phần dòng điện tần số cơ bản. Các thành phần dòng điện bậc cao ( bậc 3, bậc 5, bậc 7 ) có trị số nhỏ, đƣợc làm triệt tiêu nhờ các bộ lọc ( hình 3.6 a và b ) Khi thay đổi trị số góc cắt 1, 2 ( 1 luôn bằng 2) sẽ thay đổi đƣợc trị số hiệu dụng của dòng điện đặt lên kháng điện. Tăng góc cắt thì biên độ của thành phần cơ bản của dòng điện sẽ giảm đi. Đặc tính điều chỉnh của SVC đƣợc coi là quan hệ giữa biên độ của thành phần cơ bản của dòng điện với góc cắt . Để có đƣợc đƣờng đặc tính ta phân tích dòng điện toàn phần thành chuỗi Fourier: Theo lý thuyết khai triển chuỗi Fourier, nếu hàm tuần hoàn f(t) với chu kỳ thời gian là T, thì chuỗi Fourier của nó có dạng: 1k kk 0 tkBtkA 2 A tf sincos)( Trong đó: T 2 ; A0 - thành phần một chiều (bậc 0); 2 k 2 kk BAC - biên độ của thành phần bậc k. Khi k=1 ta có thành phần cơ bản CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 uN icb t t udk udk1 udk2 udk2 udk1 udk1 t t i udk udk1 udk2 udk2 udk1 udk1 t t i t i a b c d e g h 090α 090α 090α constα Hình 3.6a u + - L iL CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 Đối với các sóng hài của dòng điện sau khi khai triển ra chúng ta quan tâm tới thành phần cơ bản của nó (bậc 1). Theo công thức toán học ta có: ,...,;.sin).( ,...,;.cos).( ).( 21kdtt k tf 1 B 21kdtt k tf 1 A dttf 1 A k k 0 Áp dụng cho dòng điện chạy qua TCR nhƣ trên hình 3.7a, với dòng điện tần số công nghiệp f2 T 2 . Với mục đích biểu diễn hàm f(t) qua góc cắt α (ở đây ký hiệu là T0). Lấy hệ trục toạ độ nhƣ hình 3.7b ta có: Hình 3.6b. Đồ thị véc tơ dòng điện và điện áp; a - véc tơ điện áp nguồn (lƣới); b - véc tơ dòng điện cơ bản (k = 1) khi góc mở 0α ; c,e - các điện áp điều khiển; d,g - véc tơ dòng điện cơ bản (k = 1) khi góc mở 0α ; h- véc tơ dòng điện cơ bản (k = 1) khi góc mở α bất kỳ. CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 4 T vãi coscos 4 T 4 T 4 T 0- vãi coscos )( 2 T tTT T π2 t T π2 K TtTvoi0 TtT T π2 t T π2 K tf 000 00 000 (3-1) Hàm f(t) hay dòng điện toàn phần sau khi khai triển Fourier trên đoạn OABC có dạng: k 0 t T πk2 oscItitf )()( I UN T U,I T UN I90 I120 090 0120 T0 0 O A C Hình 3.7a B Hình 3.7b: Đồ thị vectơ dòng điện và điện áp trên TCR CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 Thành phần cơ bản của dòng điện ứng với k = 1, ta có t T π2 II T T π2 101 2 01 cos cos (3-2) Từ biểu thức (3-2) ta thấy rằng: Khi 1 thi 10 0T Khi )90 (hay 0 2 π T 0 thì 0 1 Tức là trong khoảng thay đổi liên tục của góc cắt T0 từ 0 đến 90 0 thì 1 cũng thay đổi liên tục từ 1 đến 0. Đây cũng chính là quan hệ thay đổi biên độ của thành phần cơ bản, bởi vì )(/ 0101 TII . Điều này có thể đƣợc minh hoạ trên đồ thị hình 3.8. 1 0 90 )( 01 T 0T Hình 3.8. Đặc tính điều chỉnh của TCR CHƢƠNG III: CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56