Đồ án Nghiên cứu chất lượng điện cho lưới phân phối và áp dụng phần mềm PSS-ADEPT

mạng điện phân phối người ta chỉ dùng tụ điện tĩnh mà không dùng máy bù đồng bộ: - Công suất tác dụng của máy bù đồng bộ lớn hơn nhiều so với công suất tác dụng của tụ điện tĩnh. Ở chế độ định mức, tổn thất công suất các máy bù đồng bộ là (1,33 - 3,2) % công suất định mức của chúng. Trái lại, tụ điện tĩnh lại tiêu thụ rất ít công suất tác dụng và bằng khoảng (0,3 - 0,5) % công suât phản kháng. - Giá tiền của mỗi kVAr tụ điện tĩnh phụ thuộc vào công suất và có thể coi như không đổi. Vì vậy rất thuận tiện cho việc phân chia tụ điện tĩnh ra làm nhiều nhóm nhỏ, tuỳ ý đặt vào nơi cần thiết. Trái lại giá tiền mỗi kVAr máy bù đồng bộ thay đổ tùy theo dung lượng, dung lượng càng nhỏ thì giá đó càng đắt. - Tụ điện tĩnh làm việc tương đối đơn giản, ít sinh sự cố. Trái lại máy bù đồng bộ với những bộ phận quay, chổi than, … dễ gây nên sự cố trong lúc vận hành. Nếu trong lúc vận hành, một tụ điện nào đó có thể bị hư hỏng thì toàn bộ số tụ điện còn lại vẫn tham gia vận hành bình thường. Song nếu trong nhà máy chỉ có một máy bù đồng bộ mà lại bị hỏng thì tất nhiên sẽ mất toàn bộ dung lượng bù, ảnh hưởng sẽ rất lớn. 4.4.3 Phương pháp bù công suất phản kháng 4.4.3.1 Bù dọc: Khi chưa có thiết bị bù tổn thất điện áp trong mạng là: Với U điện áp nguồn, P và Q là công suất của phụ tải, X và R là thông số mạng. Khi có thiết bị bù: + Khi tụ được mắc ở cuối đường dây thì hao tổn điện áp được xác định: ∆U = ; + Khi tụ được mắc ở đầu đường dây thì hao tổn điện áp được xác định: ∆U = ; Như vậy là tổn thất điện áp giảm đi khi có thiết bị bù. Tụ bù dọc được đặt nối tiếp trên đường dây để bù điện kháng của đường dây. Tức là làm giảm điện kháng giữa 2 điểm dẫn đến tăng khả năng truyền tải và giảm tổn thất truyền tải. Hình 4.1 - Hiệu quả của bù dọc. Tụ bù dọc có nhược điểm là dòng ngắn mạch qua tụ lớn nên cần có các thiết bị bảo vệ tụ khi có ngắn mạch đường dây (ví dụ khe hở phóng điện…). Tụ bù dọc có tác dụng cải thiện phân bố điện áp trên đường dây dài. Tùy theo tính chất dòng đường dây (cảm hay dung) mà điện áp qua tụ tăng hay giảm. Trong chế độ tải nặng, tụ bù dọc có tác dụng rất tốt trong việc tăng điện áp cuối đường dây. Về lý thuyết với một lượng bù định trước trên đường dây, tốt nhất là phân bố dải dọc đường dây. Tuy nhiên trong thực tế việc đặt tụ chỉ thích hợp ở một số điểm nhất định tùy thuộc vào lựa chọn về chi phí, khả năng bảo dưỡng, bảo vệ rơle… Ta có thể xét một ví dụ để thấy hiệu quả của phương pháp bù dọc tới chất lượng điện áp qua đó làm tăng chất lượng điện trong lưới: Ví dụ: Một trạm biến áp phân phối cấp điện cho một điểm tải có công suất S=42+j56 kVA. Công suất tải chế độ cực tiểu bằng 25 % chế độ cực đại. Đường dây có thông số R và X như sau: R = 0,1 W; R=0,32 W. Đánh giá chất lượng điện áp khi thực hiện bù dọc trên đường dây ở đầu và cuối đường dây, biết điện trở của tụ là Xc= 0,15 W. Sơ đồ cho trên hình vẽ sau: Giải: 1. Hao tổn điện áp khi chưa có tụ: + Chế độ cực đại: = = 58,2 V; = = 15,3 %; + Chế độ cực tiểu: = = 14,55 V; 2. Hao tổn điện áp sau khi đặt tụ: Ta có dòng điện chạy trong dây dẫn: A; Công suất của tụ bù: QC = 3.I2.Xc = 3.106,35.0,15.10-3 = 5,1 kVAr; Công suất của tụ trên 1 pha: Qf = QC/3 = 1,7 kVAr; + Hao tổn điện áp khi tụ điện được đặt ở cuối đường dây: = = 33,82 V; = = 8,9 %; + Hao tổn điện áp khi tụ điện được đặt ở đầu đường dây: = = 36,1 V; = = 9,5 %; * Đánh giá chất lượng điện khi chưa đặt tụ: + Điện áp cực đại tại phụ tải lúc Pmin: Umax = Un - DU” = 380-14,55 = 365,44 V; + Điện áp cực tiểu tại phụ tải lúc Pmax: Umax = Un - DU’ = 380 - 58,2 = 321,8 V; V; V; ; %; ® F(x1) = 0,4915; ® F(x2) = 0,4999; pcl = F(x2) - F(x1) = 0,4999 - 0,4915 = 0,0075; * Chất lượng điện khi đặt tụ (xét tụ đặt cuối đường dây); + Điện áp cực đại tại phụ tải lúc Pmin: Umax = Un - DUc/4 = 380 - 8,455 = 371,55 V; + Điện áp cực tiểu tại phụ tải lúc Pmax: Umax = Un - DUc = 380 - 33,82 = 346,18 V; V; V; ; %; ® F(x1) = 0,1950; ® F(x2) = 0,4999; pcl = F(x2) - F(x1) = 0,4999 - 0,1950 = 0,3049 > 0,0075; Tương tự như vậy trường hợp tụ mắc đầu đường dây ta tính được: pcl = 0,2147 > 0,0075. Kết quả trên cho ta thấy khi được lắp tụ bù thì hao tổn điện áp trên đường dây giảm do đó điện áp cuối đường dây tăng lên. Điều này góp phần cải thiện được điện áp trên các cực của thiết bị điện nhất là trong chế độ tải cực đại khi mà điện áp cuối nguồn giảm mạnh. Ta cũng thấy rằng xác suất chất lượng điện sau khi bù lớn hơn so với xác suất chất lượng điện trước khi bù, đồng nghĩa với việc chất lượng điện sau khi bù sẽ tốt hơn. 4.4.3.2 Tụ bù tĩnh: Tụ bù tĩnh đang được sử dụng rộng rãi trong lưới điện bởi nó có thể mắc ngay trên đầu các hộ dùng điện, trên thanh cái các trạm biến áp hoặc tại các điểm nút của mạng điện. Tụ bù tĩnh có thể độc lập hoặc mắc thành từng nhóm theo sơ đồ Δ hoặc Y. Khi mắc tụ bù tĩnh hao tổn điện áp được xác định. ∆U = ; Như vậy điện áp sẽ tăng thêm một lượng là: ; * Ưu điểm của tụ bù tĩnh: - Làm việc tin cậy, êm dịu; - Tuổi thọ cao; - Tiêu thụ công suất tác dụng ít; - Có thể đồng thời làm tăng hệ số công suất cosφ và tăng độ đối xứng; - Có thể thay đổi dung lượng bằng cách thay đổi sơ đồ của các tụ bù; * Nhược điểm: - Không thể điều chỉnh trơn nên độ chính xác kém ; - Gây mất ổn định cho lưới điện do công suất của tụ QC = 3U2wC.10-3; Khi U giảm QC giảm mạnh. Với sự phát triển của công nghiệp hoá hiện đại hoá, nhất là công nghệ điện tử nên các bộ tụ tĩnh không những có thể điều chỉnh trơn được mà còn có thể tự động tiêu thụ hay phát công suất phản kháng lên lưới một cách linh hoạt. Nếu kết hợp thêm các bộ lọc thì những thiết bị này còn có thể loại trừ được các thành phần dòng điện bậc cao đảm bảo độ không sin của lưới điện nằm trong phạm vi cho phép. Các thiết bị này gọi là công nghệ FACTS mà các thiết bị nó bao gồm: thiết bị bù tĩnh SVC, bộ lọc bù công suất phản kháng Statcom, hệ thống bù hỗn hợp UPSC, … 4.4.4 Công nghệ FACTS (Flexible AC Transmission Systems). 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. 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. 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 là 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 bốn loại: 1. 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. 2. 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. 3. 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. 4. 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. Thiết bị của FACST bao gồm: 4.4.4.1 Các thiết bị bù ngang: SVC, STATCOM. 1. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng Thyristor (SVC - Static Var Compensator) a) Chức năng SVC là một loại thiết bị bù tĩnh có dung lượng bù thay đổi được nối song song với lưới điện, công suất đầu ra của nó có thể được điều chỉnh để trao đổi dòng điện điện cảm hoặc điện dung để duy trì hoặc điều khiển các thông số cụ thể của hệ thống điện (điển hình là điện áp nút). Các chức năng cơ bản của SVC được thể hiện qua Hình 4.2 Hình 4.2 - Các chức năng cơ bản của SVC. Các chức năng bao gồm: - Chức năng cơ bản của SVC là điều khiển điện áp và trào lưu công suất; - Chức năng quan trọng nhất là giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự cố bình thuờng như mất tải đột ngột tại 1 điểm trên đường dây; - Ổn định dao động công suất hữu công; - Giảm cường độ dòng điện vô công; - Tăng khả năng tải của đường dây và tăng độ dự trữ ổn định; - Cân bằng các phụ tải không đối xứng; - Cải thiện ổn định sau sự cố. b) Cấu tạo của SVC SVC bao gồm bộ điện cảm và tụ điện (reactor hoặc capacitor) đóng mở hoặc điều khiển bằng thyristor. SVC dùng các thyristor điều khiển không hoàn toàn thông thường, nghĩa là có thể điều khiển mở bằng cực điều khiển nhưng khóa lại một cách tự nhiên khi dòng qua nó bằng không. Điện kháng được đóng mở hoặc điều khiển bằng thyristor dùng để tiêu thụ công suất phản kháng và tụ điện đóng mở bằng thyristor để cung cấp công suất phản kháng. Trong trường hợp chung, một SVC thường được tạo nên bởi các phần tử chính bao gồm: + Kháng điều chỉnh bằng thyristor - TCR (Thyristor Controlled Reactor): có chức năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng tiêu thụ. + Kháng đóng mở bằng thyristor - TSR (Thyristor Switched Reactor): có chức năng tiêu thụ công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor. + Bộ tụ đóng mở bằng thyristor - TSC (Thyristor Switched Capacitor): có chức năng phát công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor. + Một hay nhiều bộ lọc LC được hiệu chỉnh cho các sóng hài bậc 3, 5, 7… + Hệ thống điều khiển các van. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC như trên Hình 4.3. Hình 4.3 - Cấu tạo chung của SVC. Trong đó chức năng và nguyên lý hoạt động của các phần tử cấu tạo nên SVC có thể được mô tả như sau: 1.1 Kháng điều chỉnh bằng Thyristor TCR (Thyristor Controlled Reactor) * Sơ đồ nguyên lý hoạt động: Kháng điều chỉnh nhanh bằng thyristor (TCR) được cấu tạo dựa trên nguyên lý hoạt động và khả năng điều khiển của cặp thyristor mắc song song và ngược chiều nhau. Nhờ có khả năng khống chế được trị số hiệu dụng của dòng điện đi qua thyristor liên tục thông qua việc thay đổi góc mở a bằng thời điểm phát xung điều khiển vào cực G mà TCR có khả năng điều chỉnh phát hay tiêu thụ công suất phản kháng rất nhanh. Hình 4.4 - Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR. Như vậy ta thấy TCR thực chất là cuộn kháng được điều khiển bằng 2 thyristor nối song ngược. Góc mở thay đổi liên tục từ 00 đến 1800 thì TCR sẽ thay đổi liên tục giá trị điện kháng L nhờ các tín hiệu điều khiển. Khi góc mở a thay đổi từ 900 đến 1800 thì dòng điện hiệu dung qua TCR sẽ thay đổi giảm dần từ giá trị cực đại đến 0, TCR được cấu tạo từ 4 phần tử chính: - L: cuộn điện kháng chính. - LH: cuộn điện kháng hãm, có chức năng giới hạn dòng đi qua thyristor và chống lại sự cộng hưởng với hệ thống điện. - Thyristor: có chức năng điều chỉnh dòng điện đi qua TCR. - Hệ thống điều khiển tín hiệu xung đến cực điều khiển của thyristor, hệ thống này là một khâu quan trọng để điều chỉnh liên tục giá trị XL hay thay đổi trị số công suất phản kháng phát ra hay tiêu thụ. * Đặc tính làm việc của TCR: TCR có khả năng điều khiển, điều chỉnh các thông số rất nhanh nhờ việc thay đổi góc cắt (góc mở) a bằng các tín hiệu xung điều khiển tác động vào bộ van thyristor. Việc thay đổi góc cắt này sẽ làm thay đổi giá trị dòng điện chạy qua TCR được thể hiện trên hình sau: Hình 4.5 - Ảnh hưởng của giá trị góc cắt a đến dòng điện của TCR. Dòng điện I chạy qua TCR thay đổi từ Idđ giảm đến 0 khi góc cắt thay đổi từ 900 đến 1800. Tín hiệu này không phải là hình sin mà là tín hiệu có dạng hàm chu kỳ với tần số bằng tần số của tín hiệu đặt vào (f = 50 Hz). Giá trị của dòng điện chạy qua TCR là một hàm biến thiên có dạng: ITCR = I0.I(a); Trong đó: là dòng điện chạy qua TCR khi a = 900; XKmin là điện kháng của TCR khi khi a = 900 (thyristor dẫn hoàn toàn). Khi đó: ; (4.1) Vậy nếu thay đổi góc cắt thì thành phần điện kháng cũng thay đổi. Do vậy công suất phản kháng QK cũng thay đổi làm tăng hay giảm lượng công suất phản kháng phát vào lưới. Hình 4.6 - Dạng sóng tín hiệu dòng điện của TCR. 1.2. Tụ đóng mở bằng thyristor TSC (Thyristor Switch Capacitor) Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của tụ đóng mở bằng thyristor được thể hiện trên Hình 4.5. Hình 4.7 - Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của TSC. Tụ đóng mở bằng thyristor TSC được cấu tạo từ 3 phần chính sau: - Tụ điện C là tụ điện chính trong mạch. - LH là cuộn kháng hãm có chức năng giới hạn dòng điện đi qua thyristor và chống lại sự cộng hưởng với hệ thống điện. - Van thyristor là cửa đóng mở, nó có thể đóng mở phụ thuộc vào tín hiệu xung điều khiển vào cực G của thyristor. Ta thấy TSC thực chất là bộ tụ điện được đóng mở bằng 2 thyristor song song nối ngược chiều nhau. Việc tác động tín hiệu xung sẽ làm thay đổi giá trị điện dung C. 1.3. Kháng đóng mở bằng thyristor TSR (Thyristor Switch Reactor) Kháng đóng mở bằng thyristor TSR được cấu tạo từ 3 phần chính sau: - L điện kháng chính trong mạch. - LH là cuộn kháng hãm có chức năng giới hạn dòng điện đi qua thyristor và chống lại sự cộng hưởng với hệ thống điện. - Van thyristor là cửa đóng mở, nó có thể đóng mở phụ thuộc vào tín hiệu xung điều khiển vào cực G của thyristor. Hình 4.8 - Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TSR. Ta thấy TSR thực chất là bộ kháng điện được đóng mở bằng 2 thyristor song song nối ngược chiều nhau. Việc tác động tín hiệu xung sẽ làm thay đổi giá trị điện kháng L. 1.4 Hệ thống điều khiển các van trong SVC Trong hệ điều khiển có các khối như hình vẽ 4.9. - Định dạng điện áp hệ thống có chức năng lấy tín hiệu điện áp từ lưới điện (analog). - So sánh tín hiệu có chức năng, so sánh tín hiệu đặt (tín hiệu ngưỡng) và tín hiệu định dạng. - Điều khiển trung tâm có chức năng điều khiển tín hiệu từ tượng tự ra tín hiệu số và số ra tượng tự phù hợp với điều kiện tăng hay giảm góc mở a. Thiết bị điều khiển trung tâm sử dụng bộ vi điều khiển. - Đưa tín hiệu điều khiển góc mở a cho TCR, TSR, TSC có chức năng khuếch đại tín hiệu từ vi điều khiển đến các van của SVC. Hình 4.9 - Hệ điều khiển các van của SVC. 1.5 Các đặc tính của SVC a) Đặc tính điều chỉnh của SVC Nguyên lý làm việc của SVC được đặc trưng bởi nguyên lý làm việc của phần tử TCR. Theo sơ đồ nguyên lý của TCR, TSC, TSR ta thấy khi thay đổi góc cắt a dẫn đến việc thay đổi công suất phản kháng phát ra hay thu vào của SVC. Do SVC kết hợp từ TCR, TSC, TSR mặc dù TSC, TSR điều chỉnh nhảy bậc nhưng SVC vẫn điều chỉnh liên tục trong quá trình điều khiển. Các phần tử của SVC được nối vào mạng điện thông qua các van thyristor mà không dùng máy cắt. Nhờ vậy mà SVC có tốc độ điều chỉnh rất cao (< 40 ms), gần như không có thời gian quá độ. Đặc tính hoạt động của SVC được thể hiện trên Hình 4.10. Hình 4.10 - Đặc tính hoạt động của SVC. b) Đặc tính làm việc của SVC Ở chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện, SVC làm nhiệm vụ tự động điều chỉnh để giữ nguyên điện áp nút. Tín hiệu điều khiển là độ lệch giữa điện áp nút đặt SVC đo được từ biến điện áp BU với điện áp đặt. Tín hiệu này điều khiển góc mở của các thyristor làm thay đổi trị số hiệu dụng thành phần cơ bản của dòng điện đi qua TCR nhờ đó điều chỉnh được dòng công suất phản kháng của SVC. Khi điện áp tăng, tác dụng của hệ thống điều chỉnh làm dòng điện qua SVC tăng, công suất phản kháng tiêu thụ tăng, điện áp nút được giảm. Ngược lại khi điện áp bị giảm thấp dòng điện qua SVC giảm, công suất phản kháng tiêu thụ giảm hoặc một lượng công suất phản kháng nhất định được phát lên hệ thống, điện áp nút được nâng cao. a) SVC chỉ có tính cảm b) SVC có cả tính dung và tính cảm Hình 4.11 - Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp. Đặc tính làm việc của SVC là mối quan hệ giữa điện kháng hay công suất phản kháng của SVC với điện áp của nút đặt thiết bị này. Trong phạm vi điều chỉnh được công suất (phạm vi của TCR) tức Xmin £ XSVC £ Xmax hay Qmin £ QSVC £ Qmax điện áp nút được giữ ở trị số đặt U0. Tuy nhiên trên thực tế, các SVC thường được chế tạo với đặc tính làm việc mềm. Khi đó trong phạm vi điều chỉnh được của công suất, điện áp nút được phép dao động với độ lệch DU. Nhờ độ nghiêng của đặc tính trong vùng điều chỉnh được công suất, có thể phân bố công suất cho các SVC làm việc song song hoặc làm việc cùng với các thiết bị điều chỉnh công suất phản kháng khác. Như vậy chúng ta thấy rằng trong các phần tử cơ bản của SVC thì chỉ có TCR có thể phát hay tiêu thụ công suất phản kháng trên lưới nên đây được coi là thành phần chính và quan trọng của SVC. Tùy theo đặc điểm lưới mà ta sử dụng kết hợp với TSC hay TSR hoặc cả hai mà SVC có đặc tính điều chỉnh điện áp hay điều chỉnh công suất phản kháng. Qua đây ta thấy sử dụng SVC cho phép nâng cao khả năng tải của đường dây một cách đáng kể mà không cần dùng đến những phương tiện điều khiển đặc biệt và phức tạp trong vận hành và nó thực hiện các chức năng chính: - Điều khiển điện áp tại nút có đặt SVC có thể cố định giá trị điện áp. - Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù. - Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố (mất tải, ngắn mạch...) trong hệ thống điện. - Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện. - Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện như ngắn mạch, mất tải đột ngột... Ngoài ra, SVC còn có các chức năng phụ mang lại hiệu quả khá tốt cho quá trình vận hành hệ thống điện như: - Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh. - Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây. - Giảm góc làm việc d làm tăng cường khả năng vận hành của đường dây. - Giảm tổn thất công suất và điện năng. 2. Thiết bị bù tĩnh (Statcom-Static Synchronous Compensator) STATCOM là sự hoàn thiện của SVC, bao gồm các bộ tụ điện được điều chỉnh bằng các thiết bị điện tử như thyistor có cửa đóng mở GTO. So với SVC, nó có ưu điểm là kết cấu gọn nhẹ hơn, không đòi hỏi diện tích lớn như SVC và đặc biệt là nó điều khiển linh hoạt và hiệu quả hơn. Cấu tạo của STATCOM và đặc tính hoạt động của nó như sau: Hình 4.12 - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của STATCOM. Các tính năng của STATCOM cũng giống như của SVC nhưng khả năng điều chỉnh, điều khiển các thông số của STATCOM ở mức cao hơn, bao gồm: - Điều khiển điện áp tại nút có đặt STATCOM có thể cố định giá trị điện áp. - Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù. - Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố (mất tải, ngắn mạch ...) trong hệ thống điện. - Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện. - Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện như ngắn mạch, mất tải đột ngột ... Ngoài ra, STATCOM còn có đặc điểm nổi trội so với SVC như sau: - Có khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi loại trừ được sự cố. - Có thể phát công suất phản kháng khi điện áp thanh cái nhỏ hơn điện áp lưới và ngược lại, tiêu thụ công suất phản kháng khi điện áp thanh cái lớn hơn điện áp lưới. 4.4.4.2 Các thiết bị bù dọc: 1. Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh (SSSC-Static Synchronous Series Compensator) SSSC là một máy phát đồng bộ không có nguồn năng lượng điện bên ngoài, hoạt động như một thiết bị bù nối tiếp mà điện áp đầu ra có thể điều khiển độc lập và vuông pha với dòng điện trên đường dây nhằm mục đích tăng hoặc giảm điện áp dung kháng rơi trên đường dây và vì thế điều khiển công suất truyền tải. SSSC có thể chứa bộ dự trữ năng lượng hoặc các thiết bị tiêu thụ năng lượng nhằm tăng cường khả năng ổn định động của hệ thống điện bằng cách bù thêm công suất tác dụng tức thời, để tăng hoặc giảm điện áp rơi trên đường dây. SSSC là một trong những bộ điều khiển FACTS quan trọng nhất. Nó giống như STATCOM, nhưng khác là điện áp đầu ra AC nối tiếp với đường dây, như biểu diễn trên Hình 4.13. Nó có thể dựa trên bộ biến đổi nguồn áp hoặc bộ biến đổi nguồn dòng. Thường điện áp nối tiếp đưa thêm vào là khá nhỏ so với điện áp đường dây, và cách điện đối với đất khá lớn. Với cách điện phù hợp giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp, các thiết bị chuyển đổi được đặt ở điện thế mặt đất trừ khi các thiết bị này được đặt trên mặt phẳng được cách điện với đất. Tỷ số máy biến áp được biến đổi sao cho thiết kế bộ biến đổi kinh tế nhất. Vì không có nguồn điện thêm ở ngoài, SSSC chỉ có thể đưa thêm vào 1 điện áp rơi thay đổi nhanh pha hơn hoặc chậm pha hơn so với dòng điện 1 góc 90 độ. Cuộn sơ cấp của biến áp và do đó cả cuộn thứ cấp cũng như bộ chuyển đổi phải mang được dòng điện trên đường dây khi đầy tải, kể cả dòng làm việc khi sự cố, trừ khi bộ chuyển đổi được đi vòng qua một cách tạm thời trong khi có sự cố nghiêm trọng. Hình 4.13 - SSSC dựa trên bộ biến đổi nguồn áp và SSSC có nguồn dự trữ. Bộ dự trữ điện hoặc dự trữ từ siêu dẫn cũng có thể được nối với bộ điều khiển nối tiếp để đưa thêm vector điện áp với các góc pha khác nhau vào nối tiếp với đường dây. Chức năng chính của SSSC là: - Điều chỉnh dòng điện. - Giới hạn dòng điện sự cố. - Giảm dao động công suất. - Nâng cao ổn định động và ổn định quá độ. - Ổn định điện áp. 2. Bộ điều khiển dòng công suất liên đường dây (IPFC - Interline Power Flow Controller) IPFC là một khái niệm mới được đưa ra, do đó chưa có định nghĩa theo IEEE. Một định nghĩa có thể chấp nhận được như sau: IPFC là sự kết hợp của 2 hay nhiều SSSC, liên kết với nhau thông qua phần một chiều chung để trao đổi dòng công suất tác dụng theo cả hai chiều giữa các đầu ra của SSSC, và được điều khiển để cung cấp bù công suất phản kháng cho sự điều chỉnh của dòng công suất tác dụng trên mỗi đường dây và duy trì phân phối dòng công suất phản kháng theo yêu cầu giữa các đường dây. Cấu trúc của IPFC có thể bao gồm một STATCOM, kết hợp với phần một chiều chung của IPFC, để cung cấp bù công suất phản kháng ngang và cung cấp hay tiêu thụ lượng công suất tác dụng thiếu hụt của các bộ SSSC. 3. Thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor (TCSC-Thyristor Controlled Series Capacitor) Tương tự như SVC, phần tử TCSC là thiết bị điều khiển trở kháng nhanh của đường dây và hoạt động trong điều kiện ổn định của hệ thống điện. Nó được tổ hợp từ một hay nhiều module TCSC, mỗi một module bao gồm hai thành phần cơ bản: - Thành phần cảm kháng có thể thay đổi được điện dung nhờ bộ điều chỉnh van thyristor. - Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như van thyristor; các cửa đóng mở GTO,... Ngoài ra, TCSC còn có một số thiết bị phụ như bộ lọc F nhằm lọc bỏ các sóng hài bậc cao, thiết bị đóng ngắt phục vụ các chế độ vận hành của TCSC trong các chế độ khác nhau của hệ thống điện. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCSC như hình 4.14 sau: Hình 4.14 - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC. Các chức năng chính của TCSC bao gồm: - Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh. - Giảm sự thay đổi điện áp. - Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây. - Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện. - Giảm góc làm việc d làm tăng cường khả năng vận hành của đường dây. - Hạn chế hiện tượng cộng hưởng tần số thấp trong hệ thống điện. 4. Tụ điện nối tiếp đóng mở bằng thyristor (TSSC - Thyristor Switched Series Capacitor) TSSC là bộ bù điện kháng mang tính chất dung chứa bộ tụ nối tiếp và bộ tụ này song song với một điện kháng đóng mở bằng thyristor để cung cấp sự điều khiển theo bậc cho điện kháng, được minh họa trên hình 4.15. Hình 4.15 - Cấu tạo của TSSC. Thay vì điều khiển trơn dung kháng, điện kháng của kháng điện khi góc pha là 00 hoặc 900 (không điều chỉnh góc pha) có thể làm giảm chi phí và tổn thất cho bộ điều khiển. Rất hợp lý khi sắp xếp một trong các module có điều khiển thyristor, trong khi các module khác thì chỉ đóng cắt thyristor. 5. Điện kháng nối tiếp điều khiển bằng thyristor (TCSR - Thyristor Controlled Series Reactor) TCSR là một bộ bù cảm kháng có chứa bộ các kháng nối tiếp và mắc song song với điện k