Đồ án Nghiên cứu và xây dựng mô hình chống sét van trong Natlab-Simulink để bảo vệ chống quá điện áp cho thiết bị điện

hiệm sóng cắt. 1.6.9.1. Biên hạn bảo vệ đầu sóng tương đương (PM1) CWW : là điện áp chịu đựng sóng cắt ngọn của thiết bị FOW : Là mức bảo vệ của chống sét đối với điện áp dư đầu sóng 1.6.9.2 Biên hạn bảo vệ xung thiết bị (PM2) BIL: Mức cách điện cơ bản của thiết bị LPL: là điện áp phóng ở dòng xung sét được xếp loại chống sét 1.6.9.3. Biên hạn bảo vệ xung thao tác thiết bị (PM3) BSL : là mức cách điện xung thao tác cơ bản của thiết bị SPL : Mức bảo vệ chống sét đối với một xung thao tác Độ bền của các thiết bị có cách điện thiết bị khô tăng không đáng kể khi thời gian chịu điện áp xung giảm. Vì vậy với mục đích phối hợp cách điện, độ bền của cách điện thiết bị được xem như các giá trị BIL là tương đương cho tất cả các phóng điện xung. Khi xây dựng các thiết bị cách điện khô có cùng trị số BIL như thiết bị loại cách điện dầu cho cùng một điện áp vận hành là không thực tế. Do đó, vấn đề phối hợp cách điện đối với thiết bị loại khô gặp khó khăn hơn so với thiết bị loại dầu. Để bảo vệ áp cho thiết bị loại này phải dùng CSV đặc biệt. Các biên hạn bảo vệ tối thiểu theo ANSI đề xuất là: PM1 (Mức thử nghiệm sóng cắt): 20% PM2 (Mức BIL): 20% PM3 (Dãy xung đóng cắt ): 15% Biên hạn bảo vệ tối thiểu này có chứa 1 hệ số an toàn để giải thích các trường hợp phát sinh đa dạng, không biết trước như sai số trong các tính toán dòng xung lớn nhất, khoảng cách đến máy biến áp và thiết bị khác, trường hợp giảm khả năng chịu đựng điện áp do sự xuống cấp của thiết bị đã cũ. Trong phạm vi các thông số đã được nêu ra, một biên hạn bảo vệ qui định không phải là mối quan tâm đáng kể khi so sánh việc bảo vệ bởi hai CSV với định mức gần nhau của nhà sản xuất. Tuy nhiên chúng phải được đặc biệt chú trọng khi so sánh các CSV có cùng định mức do nhà sản xuất khác nhau chế tạo hoặc khi so sánh các kiểu CSV khác nhau. CHƯƠNG 2 CÔNG CỤ MATLAB - SIMULINK TRONG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1. Matlab-Simulink 2.1.1. Matlab MATLAB có nguồn gốc từ chữ Matrix laboratory, là ngôn ngữ máy tính dùng để tính toán kỹ thuật. Matlab kết hợp tính toán với lập trình và đồ họa trong môi trường phát triển tương tác, với các hàm và công cụ có sẵn. Phần cốt lõi của chương trình bao gồm một số hàm toán, các chức năng nhập xuất cũng như khả năng điều khiển chu trình, thêm vào đó có thể thêm vào các bộ công cụ (toolbox) với phạm vi chức năng chuyên dùng mà người sử dụng cần. Những năm gần đây, Matlab-simulink và các toolbox kèm theo đã trở thành công cụ không thể thiếu đối với các ngành kỹ thuật. Điều này trước hết là do Matlab cung cấp một công cụ tính toán và lập trình bậc cao dễ sử dụng, hiệu quả và thân thiện với người dùng. Matlab-Simulink giúp người sử dụng dễ dàng thực hiện các bài toán mô hình hóa, mô phỏng trên máy tính và sau cùng là tạo ra được các sản phẩm ứng dụng trong thực tế. Ưu điểm tiếp theo của Matlab là tính mở. Các hàm Matlab và các toolbox không ngừng phát triễn bổ sung theo sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, là công cụ trợ giúp phong phú và trực tiếp. Do đó người dùng dễ dàng tra cứu bất kỳ một vấn đề nào đó cần thiết. 2.1.2. Simulink Simulink là phần mở rộng của Matlab. Simulink là công cụ dùng để mô phỏng và phân tích hệ thống động liên tục, rời rạc, tuyến tinh và phi tuyến thông qua giao diện GUI dưới dạng sơ đồ khối. Giao diện đồ họa trên màn hình của Simulink cho phép thể hiện hệ thống dưới dạng tín hiệu với các khối chức năng quen thuộc. Simulink cung cấp cho người sử dụng một thư viện rất phong phú, có sẵn với số lượng lớn các khối chức năng cho các loại hệ thống khác nhau. Hơn thế nữa người sử dụng cũng có thể tạo nên các khối riêng của mình. Để làm việc với Simulink, trước hết phải khởi động Matlab, sau đó gọi lệnh simulink ta sẽ thu được kết quả như hình 2.1 Hình 2.1 Cửa sổ giao diện của Matlab- Simulink Simulink gồm các khối thư viện, mỗi thư viện có chứa nhiều thư viện con, mỗi khối thư viện con có một chức năng riêng Trong thư viện con có các khối chức năng Tính chất của các khối chức năng : Tất cả các khối chức năng đều được xây dựng theo mẫu giống nhau. Mỗi khối có một hay nhiều đầu vào/ ra (trừ các khối đặc biệt ), tên ở giữa các khối thể hiện đặc điểm của khối. Người sử dụng có thể tùy ý thay đổi tên của khối, tuy nhiên mỗi tên chỉ sử dụng duy nhất một lần trong phạm vi cửa sổ mô hình mô phỏng. Khi nháy kép trực tiếp vào khối ta sẽ mở cửa sổ tham số Block Parameters và có thể nhập thủ công các tham số đặc trưng của khối Simulink phân biệt hai loại khối chức năng : Khối ảo và khối thực. Các khối thực đóng vai trò quyết định khi chạy mô hình mô phỏng simulink. Việc thêm bớt khối thực sẽ thay đổi đặc tính của hệ thống đang mô phỏng. Ngược lại, các khối ảo không có khả năng thay đổi đặc tính của hệ thống, chúng chỉ có nhiệm vụ thay đổi diện mạo đồ họa của mô hình simulink. Một số khối chức năng mang đặc tính ảo hay thực tùy thuộc vào vị trí hay cách thức sử dụng chúng trong mô hình mô phỏng, các mô hình đó được xếp vào loại mô hình ảo có điều kiện. 2.1.3. Mô hình Simulink Các mô hình trong simulink là các file có đuôi .mdl, là một cấu trúc có hệ thống đầu vào và đầu ra, thực hiện một chương trình được người sử dụng thiết kế. Simulink gần như chỉ có thể sử dụng được nhờ kích chuột. Từ các khối chứa trong thư viện ta có thể xây dựng được lưu đồ tín hiệu mong muốn. 2.1.4. Tín hiệu của Simulink 2.1.4.1.Các loại tín hiệu Đối với Simulink, khái niệm tín hiệu nhằm chỉ vào dữ liệu xuất hiện ở đầu ra của các khôi chức năng trong quá trình mô phỏng. Trong Simulink ta phân biệt 3 loại kíck cỡ tín hiệu : +Tín hiệu đơn ( scalar). +Vector tín hiệu : tín hiệu chỉ được xác định theo một chiều với độ dài n còn gọi là tín hiệu 1-D. +Ma trận tín hiệu : Kích cỡ của tín hiệu được xác định theo 2 chiều [mxn] (Arrays) còn gọi là tín hiệu 2-D. 2.1.4.2. Làm việc với các loại tín hiệu Bên cạnh các đặc điểm đã được giới thiệu, mỗi tín hiệu thuộc sơ đồ cấu trúc Simulink đều được gắn một loại số liệu nhất định, quyết định đến dung lượng bộ nhớ dành cho mỗi tín hiệu. Simulink cũng hỗ trợ tất cả các loại số liệu như Matlab Số liệu mặc định của Simulink là kiểu double. Trong quá trình mô phỏng Simulink sẽ kiểm tra xem việc đảo giữa các loại số liệu có đúng hay không, nhằm loại trừ các kết quả sai lầm có thể xảy ra. Khả năng khai báo, xác định loại số liệu của tín hiệu cũng như tham số thuộc các khối chức năng thật có ý nghĩa, nếu ta chọn mô hình chạy với thời gian thật, nhu cầu bộ nhớ và tốc độ tính toán phụ thuộc vào số liệu được ta chọn 2.1.5. Khởi động và dừng mô phỏng 2.1.5.1. Khai báo tham số Trước khi tiến hành mô phỏng cần phải có những thao tác chuẩn bị nhất định đó là khai báo tham số và phương pháp tích phân. Các thao tác chuẩn bị được thể hiện trên hình 2.2 với hộp thoại Simulink Parameters gồm 5 trang. Hình 2.2 Trang khai báo tham số mô phỏng Trong trang Solver có thể khai báo thời gian bắt đầu và kết thúc, thuật toán tích phân và phương pháp xuất kết quả của mô hình. Simulink cung cấp một số thuật toán khác nhau đáp ứng khá rộng rãi cho các bài toán đặt ra. Đối với hệ gián đoạn ta dùng thuật toán discrete với bước tích phân linh hoạt (Variable-step) cố định ( Fixed-step) Trang Workspace I/O ta có thể gửi số liệu vào hoặc đọc số liệu ra từ môi trường Workspace mà không cần sử dụng các khôi To Workspace, From Workspace trong mô hình mô phỏng. Trang Diagnótíc có thể khai báo phương thức xử lý của Simulink đối với các sự kiện xảy ra trong quá trình mô phỏng. Trang Avanced khai báo nâng cao, khi đó thời gian mô phỏng có thể tăng lên, cos thể khai báo tác động tới khối lượng tính toán mô phỏng. 2.1.5.2. Khởi động và dừng mô phỏng Quá trình mô phỏng của mô hình Simulink được khởi động qua menu Simulink/Start. Trong khi mô phỏng, có thể chọn Simulation/Pause để tạm ngừng hoặc Simulink/Stop để ngừng hẳn quá trình mô phỏng. Hoặc ta có thể điều khiển quá trình mô phỏng bằng các dòng lệnh trên cửa sổ lệnh của Matlab. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi ta muốn tự động hóa toàn bộ quá trình mô phỏng. 2.1.5.3. Lựa chọn phương pháp mô phỏng liên tục hay rời rạc Điều quan trọng trong mô phỏng hệ thống điện là việc lựa chọn phương thức khảo sát tín hiệu. Hệ thống mô phỏng hệ thống điện có vai trò như một hệ thống liên tục về thời gian, hay cũng có thể mô phỏng theo những bước giá trị cố định. Với những hệ thống nhỏ, phương thức mô phỏng liên tục cho độ chính xác cao hơn. Với các bước cố định làm bỏ qua các sự thay đổi nhỏ nên mức chính xác của mô phỏng không cao. Nhưng với phương thức mô phỏng theo bước cố định thì trình tự và thời gian mô phỏng nhanh hơn vì số bước giải thuật cho các trạng thái sẽ ít đi. Vậy cần xem xét với những hệ thống nào nên mô phỏng theo phương thức liên tục và những hệ thống nào nên mô phỏng theo phương thức bước cố định. Với những hệ thống có chứa hơn 30 trạng thái và 6 chuyển đổi cần thực hiện phương thức mô phỏng theo bước cố định. 2.1.5.4. Xử lý lỗi Sau quá trình kết nối với các đối tượng tạo ra hệ thống với các thông số cần thiết và phương pháp xuất ra kết quả. Ta thực hiện chạy chương trình. Nếu xuất hiện lỗi trong quá trình mô phỏng, Simulink sẽ ngừng quá trình mô phỏng và mở hộp thoại thông báo lỗi Simulink Diagnastics như hình 2.3 Hình 2.3. Bảng thông báo lỗi khi chạy chương trình Trong phần phía trên của hộp thoại báo lỗi ta thấy danh sách các khối gây nên lỗi. Khi chuyển vạch đó tới khối nào, ta sẽ thấy ở phần dưới hộp thoại mô tả kỹ về lỗi của khối đó. Nếu nháy chuột để Open, cửa sổ Block Parameters của khối sẽ mở ra cho phép ta thay đổi, sửa lại các tham số khai báo tại đó. Đôi khi nguồn gây lỗi trên sơ đồ còn được đổi màu để nhanh chóng phát hiện. 2.2. Hệ thống con trong mô hình Simulink 2.2.1. Tổng quan về hệ thống con Để có thể bao quát được tất cả các khối chức năng của mô hình một hệ thống phức tạp. Simulink cho phép tạo mới các thư viện con hay gọi là các hệ thống con (Subsystem). Bên cạnh ưu điểm giảm khối lượng các khối chức năng trong một cửa sổ mô hình, ta có thể gom các khối chức năng có liên quan với nhau thành một hệ thống con độc lập 2.2.2. Tạo hệ thống con Có 2 cách tạo ra hệ thống con như sau : Cách 1: Dùng chuột để đánh dấu tất cả các khối mà ta muốn gom lại với nhau. Cần chú ý các đường tín hiệu kèm theo. Sau đó chọn Create Subsystem thuộc menu Edit. Các khối chức năng được đánh dấu sẽ được Simulink thay thế bởi một khối Subsystem. Khi nháy chuột kép vào khối mới, cửa sổ có tên của khối mới sẽ mở ra. Các tín hiệu vào/ra sẽ tự động nối ghép với hệ thống mẹ bởi các khối Import và Outport. Cách 2 : Dùng khối Subsystem có sẵn trong thư viện Signals & System. Sau khi gắn các khối đó sang mô hình hệ thống đang mở, ta nháy chuột kép vào khối để mở cửa sổ của khối và lần lượt đưa các khối cần thiết vào để tạo ra hệ thông con. Việc ghép nối với hệ thống mẹ phải được chủ động thực hiện bằng tay nhờ các khối Import và Outport. 2.2.3.Khai báo tham số hệ thống con Các biến sử dụng trong hệ thống con đã đánh dấu được gán giá trị cụ thể tại hộp thoại Block Paramers. Điều này thể hiện tính độc lập của các hệ thống con và có thể sử dụng chúng nhiều lần trong cùng một mô hình mô phỏng. Cách tạo mặt nạ và khai báo các tham số cho hệ thống con ta vào menu Edit chon Mask Subsystem, hộp thoại Mask Edit sẽ mở ra Hình 2.4 Hộp thoại tạo ra mặt nạ cho hệ thống con Trang Icon có chứa các khả năng trình bày của khối mới, có thể tiến hành tạo dáng và trang trí biểu tượng của khối, tại đó có một số lệnh phục vụ cho việc biểu diễn lời văn, đường nét cũng như hàm truyền đạt. Trang Parameter cho phép mô tả các biến sử dụng trong khối mới. Trang Initialization khai báo tên các biến và các tham số sẽ xuất hiện tại hộp thoại Block Parameter của khối mới. Trang Documentation cho phép ta viết một đoạn ngắn mô tả chức năng và nôi dung help cho khối mới. Sau khi khai báo xong khối mới mà ta muốn thay đổi. Khi muốn mở khối ta chọn Edit/ Look under mask sẽ cho ta cửa sổ giống như khi ta chưa đánh dấu. 2.3. Giới thiệu một số khối chức năng của Simulink 2.3.1. Khối Import và Outport Khối Import và Outport là các khối đầu vào, đầu ra của một số mô hình mô phỏng. Cần lưu ý đến một vài tham số quan trọng khác của khối Outport. Ví dụ, Outport when disabled cho hệ thống biết cần xử lý tín hiệu ra như thế nào khi hệ thống mô phỏng đang ngừng không chạy (xóa về không hay giữ nguyên giá trị cuối cùng). Initial Outport cho biết giá trị cần lập cho đầu ra. 2.3.2. Khối Subsystem Khối Subsystem được sử dụng để tạo hệ thống con trong khuôn khổ của một mô hình SIMULINK. Việc ghép các mô hình thuộc các tầng cấp trên được thực hiện nhờ khối Import và Outport . Số lượng đầu vào/ra của khối Subsystem phụ thuộc số lượng khối Import và Outport. Đầu vào/ra của khối Subsystem sẽ được đặt theo tên mặc định của các khối Import và Outport. 2.3.3. Khối Transfer Fnc Mặc dầu chức năng của Simulink có thể giải quyết được các bài toán có xuất hiện vòng lặp đại số nhưng thời gian giải các bải toán rất chậm. Nhờ khối Transfer Fnc, có thể tránh được vòng lặp bằng cách đưa tín hiệu liên tục về rời rạc với một thời gian trích mẫu phù hợp. Ở ví dụ cho khối trên, thời gian trích mẫu là T= 0.01 μs. 2.3.4.Khối look-up Table Khối look-up Table tạo tín hiệu ra từ tín hiệu vào trên cơ sở thông tin một bảng tra (Vector of input x vector of output values). Nếu giá trị hiện tại của tín hiệu vào trung với một giá trị thuộc vector of input values, giá trị tương đương trong bảng thuộc vector of output values sẽ được đưa tới đầu ra. Nếu giá trị của tín hiệu vào nằm giữa hai giá trị thuộc vector of input values, SIMULINK thực hiện nội suy hai giá trị tương ứng của vector of output values. Nếu giá trị của tín hiệu vào bé hơn hay lớn hơn giá trị đầu tiên/giá trị cuối cùng của vector of input values, SIMULINK sẽ thực hiện ngoại suy hai giá trị đầu tiên/cuối cùng của vector of output values. Vector of input values có thể là một vector hàng hay một vector cột. 2.3.5. Khối Controlled Current Source và Controlled Voltage Source Khối Controlled Current Source và Controlled Voltage Source có chức năng chuyển đổi tín hiệu vào thành tín hiệu điện. Khối Controlled Current Source và Controlled Voltage Source hoạt động khi có tín hiệu vào block. 2.3.6. Khối Voltage Measurement và Current Measurement Khối Voltage Measurement dùng để đo điện áp trong mạch, có thể dùng để đo điện áp tức thời giữa hai nút điện. Đầu ra cung cấp một tín hiệu có thể sử dụng được cho các khối chức năng. Khối Current Measurement dùng để đo tức thời một tín hiệu dòng điện chạy qua bất kỳ khối nào, đầu ra cung cấp tín hiệu cho các khối chức năng khác. 2.3.7. Khối scope Nằm trong thư viện Sinks Chức năng hiển thị tín hiệu đã được phân tích trong suốt quá trình mô phỏng. Nó hiển thị giá trị được đưa vào nó theo thời gian. Khối có nhiều trục tọa độ, tất cả những trục này có chung một phạm vi thời gian với trục y độc lập. Scope cho phép ta chỉnh khoảng thời gian và dãy giá trị tín hiệu đã được hiển thị. Ta có thể di chuyển, thay đổi kích thước của khối này và thay đổi thông số của khối trong quá trình mô phỏng. Scope có thể zoom hình ảnh hiển thị sao cho tối ưu nhất. 2.3.8. Khối Mux Nằm trong thư viện Singals & Systems. Chức năng liên kết nhiều đường ngõ vào tạo thành một vector ngõ ra. Tín hiệu vào có thể mang một giá trị vô hướng hay một vector nhưng giá trị ngõ ra là một vector. Nếu đặt thông số Number là vô hướng thì Simulink sẽ quyết định bằng cách kiểm tra những ngõ ra được bổ sung cho khối Mux. Nếu bất cứ tín hiệu vào nào là một vector thì tất cả những phần tử của nó sẽ được nối vào khối. 2.3.9. Khối Pi Section line Khối này được dùng để mô phỏng mô tả đường dây truyển tải hình pi Khai báo thông số trong block Các thông số khai báo trong đơn vị có tên.gồm điện trở, điện kháng, điện dung trên 1 km đường dây, còn phải khai báo tần số hệ thống điện và chiều dài đường dây. 2.3.10. Khối Series RLC Branch . Khối Series RLC Branch thay thế thông số RLC +Nếu chỉ có R thì khai báo L=0 ; C=inf +Nếu chỉ có L thì khai báo R=0 ; C=inf +Nếu chỉ có C thì khai báo L=0 ; R=0 2.3.11. Khối Surge Arrester Khối Surge Arrester mô phỏng hoạt động của chống sét van Hình 1 : Đặc tính V- I tuyến tính hóa và đặc tính V- I logarit hóa của CSV. Hình 2. Hộp thoại và những tham số trong mô phỏng Protection voltage Vref Điện áp bảo vệ của khối chống sét van,đơn vị Volt(V). Number of columns Số cột đĩa oxit kim loại.Ít nhất là 1. Reference current per column Iref Dòng điện tham chiếu của 1 cột sử dụng để xác định điện áp bảo vệ, đơn vị Ampe(A). Segment 1 characteristic Tham số K và α của đoạn 1 Segment 2 characteristic Tham số K và α của đoạn 2 Segment 3 characteristic Tham số K và α của đoạn 3 Measurements Chọn Branch voltage để đo điện áp giữa 2 đầu của khối chống sét van. Chọn Branch current để đo dòng điện chạy qua khối chống sét van. Chọn Branch voltage and current để đo điện áp và dòng điện. Đặt 1 khối Multimeter trong mô hình để hiển thị phép đo đã được chọn trong khi tính toán.Trong hộp Available Measurements của khối Multimeter, phép đo thì được xác định bởi nhãn bên dưới bởi tên khối. Measurement Label Branch voltage Ub: Branch current Ib: 2.3.12. Khối AC Voltage Source Khối AC Voltage Source là nguồn áp xoay chiều một pha, các thông số, biên độ, góc pha, tần số được cài đặt trong block. 2.4. Kết luận Với công cụ Matlab-Simulink ta hoàn toàn có thể mô phỏng mọi trạng thái vận hành của hệ thống điện, khảo sát được tất cả các tình trạng làm việc không bình thường cũng như sự cố đối với hệ thống điện. Trong nội dung đề tài sử dụng công cụ Matlab-Simulink sẽ đảm bảo tính tương tự như các công cụ khác mô phỏng hệ thống điện khác. Hơn thế nữa, công cụ mô phỏng Simulink còn cho chúng ta việc thay đổi và hiệu chỉnh sơ đồ cấu trúc một cách đơn giản, thay đổi thông số làm việc của hệ thống, thay đổi trạng thái khảo sát nhanh và dễ thực hiện. Công cụ Simulink có giao diện trực quan nên rất dễ theo dõi và điều chỉnh các sai sót trong quá trình xây dựng. Đối với công cụ Matlab-Simulink tính mỡ rộng cao, ta có thể thêm các đối tượng mới để tạo ra được các hệ thống điện khác nhau. Từ đó cho phép ta khảo sát các trường hợp đặc biệt khi có sự thay đổi cấu trúc của hệ thống. CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA CSV BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP CHO TỤ BÙ DỌC VÀ KHÁNG BÙ NGANG 3.1. Các tác dụng của tụ bù dọc và kháng bù ngang 3.1.1. Các tác dụng của tụ bù dọc Xét một đường dây hình tia với tụ bù dọc nối tiếp trên đường dây: Hình 3.1. Đường dây hình tia với tụ bù dọc nối tiếp trên đường dây Hình 3.2. Vecto điện áp đầu và cuối đường dây khi không có tụ bù dọc và khi có tụ bù dọc. Tổn thất điện áp trên đường dây khi có bù dọc: (3.1) Từ biểu thức (3.1) và đồ thị vecto ta có nhận xét:Với cosφ thấp hoặc điện kháng đường dây lớn thì sụt áp do điện kháng là quan trọng. Bù dọc có tác dụng làm giảm sụt áp của đường dây. Tụ bù dọc làm giảm độ sụt áp bằng cách bù một phần điện kháng đường dây. Bù dọc cũng mở rộng vùng ổn định của điện áp bằng việc giảm điện kháng của đường dây và vì vậy rất hữu ích cho việc ngăn ngừa sự sụp đổ điện áp. Đối với các đường dây siêu cao áp (SCA): việc thay đổi hệ số bù dọc có ảnh hưởng rất nhiều đến điện áp đầu nhận (cuối đường dây). Tính toán thông số bù theo mô hình mạng 2 cửa: Hình 3.2. Mô hình mạng hai cửa của đường dây truyền tải điện và các hằng số mạch. Trong đó các hằng số mạch A,B,C,D được tính toán theo mạng thông số rãi như sau: Với: : là hệ số truyền sóng. Biểu diễn các hệ số A, B, C, D trong hệ tọa độ cực: Biểu diễn các điện áp pha đầu đường dây và cuối đường dây dưới dạng: , (xem V2 là điện áp tham chiếu có góc pha bằng 00, còn δ là góc lệch giữa điện áp pha đầu đường dây V1 điện áp pha cuối đường dây V2). Công suất tác dụng và phản kháng đầu nhận liên hệ với điện áp hai đầu theo các công thức sau: Áp dụng tính toán cho đường dây dài 700km vận hành ở cấp điện áp 500kV với các thông số như sau: R0=0,027711(Ω/km), X0=0,281868(Ω/km), B0=4,24448.10-6(1/Ωkm). Công suất đầu nhận là 100MW,cosφ=0,85. Điện áp đầu phát được giữ ở 500kV. Ta tính toán điện áp ở cuối đường dây trong các trường hợp không đặt bù dọc và đặt tụ bù dọc trên đường dây với hệ số bù thay đổi từ 0,1 đến 0,7. Kết quả tính toán cho thấy sự thay đổi của điện áp cuối đường dây khi không bù cũng như khi thay đổi hệ số bù: U2 Kbù Điện áp cuối đường dây(U2) với P2=400MW,cosφ=0,85 Điện áp cuối đường dây(U2) với P2=100MW,cosφ=0,85 (pu) (kV) Góc (pu) (kV) Góc 0 1,0686 534,3082 16,3130 1,3294 664,7211 4,9058 0,1 1,0551 527,5438 15,0189 1,2848 642,3763 4,6660 0,2 1,0430 521,5094 13,6517 1,2431 621,5399 4,4030 0,3 1,0320 516,0164 12,218 1,2042 602,0818 4,1159 0,4 1,0218 510,9223 10,7219 1,1678 583,8855 3,8038 0,5 1,0122 506,1178 9,1658 1,1337 566,8463 3,4659 0,6 1,0030 501,5169 7,5507 1,1017 550,8698 3,1015 0,7 0,9941 497,0503 5,8762 1,0717 535,8704 2,7098 Bảng 3.1 : Độ thay đổi điện áp cuối đường dây theo hệ số bù. Hình 3.3. Ảnh hưởng của thay đổi hệ số bù Kbù và công suất tải đến điện áp đường dây. Việc bù này sẽ tạo ra phân bố điện áp tương đối bằng phẳng ở trên đường dây và góc lệch pha giữa điện áp hai đầu đường dây giảm theo mức độ tăng của hệ số bù. Trong trường hợp công suất truyền tải nhỏ hơn công suất tự nhiên, dòng điện điện dung gây ra quá điện áp ở đầu nhận và qua đó cách điện của thiết bị cuối đường dây càng dễ bị hư hỏng nếu đường dây SCA quá dài. Do đó bù dọc là một trong những giải pháp hữu hiệu hạn chế sự quá áp này. Hệ số bù dọc có thể tăng từ 0.3 đến 1 (bù hoàn toàn), tuy nhiên để tránh hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ, việc chọn hệ số bù phải hợp lí và nên căn cứ dựa trên những điều kiện vận hành của hệ thống. Khi mắc tụ điện vào đường dây điện kháng tổng của mạch tải điện giảm xuống còn (XL - XC) và khả năng tải của đường dây theo điều kiện ổn định tĩnh được đánh giá gần đúng theo biểu thức : Hình 3.4. Giới hạn tải của đường dây tăng theo hệ số bù (KC=0;0,3;0,6) 3.1.2. Tác dụng của kháng bù ngang Bù ngang là mắc song song cuộn kháng ở đầu nhận nhằm mục đích tiêu thụ một phần công suất dư thừa. Kháng bù ngang là phần tử tiêu thụ công suất phản kháng trong trường hợp đường dây không tải hoặc non tải, đặc biệt đối với đường dây siêu cao áp. Trong trường hợp đường dây không tải hoặc non tải, dung dẫn khá lớn gây ra hiện tượng tăng điện áp đột ngột trên dọc tuyến đường dây,đánh hỏng cách điện,gây trở ngại cho việc đóng lặp lại và trong 1 số trường hợp làm quá tải các máy phát do phải chịu đựng dòng điện dung khá cao,điện áp ở cuối đường dây có thể tăng cao quá mức cho phép. Bằng cách đặt kháng bù ngang ở cuối đường dây có thể giữ điện áp không vượt quá giới hạn cho phép. Điện áp tại một điểm bất kì trên đường dây dài: V(x)=coshγx.V2+Zc.sinhγl.I2 Khi đường dây không tải: I2=0 Ta có được biểu thức liên hệ giữa điện áp đầu và điện áp cuối đường dây: Xét đường dây với các thông số được cho ở phần trên. Ta tính được điện áp dọc theo chiều dài đường dây khi không tải: Vị trí cách đầu phát(km) 0 100 200 300 400 500 600 700 Điện áp(kV) 500 503,01 512,21 528,18 551,98 585,33 630,96 693,22 Điện áp(pu) 1 1,006 1,0244 1,0564 1,104 1,1707 1,2619 1,3864 Bảng 3.2. Điện áp dọc đường dây khi không sử dụng kháng bù ngang Bảng 3.5. Điện áp dọc đường dây khi không sử dụng kháng bù ngang Khi đường dây không tải, điện áp cuối đường dây tăng lên hơn 1,3864 lần điện áp đầu đường dây,giá trị này rất lớn. Để hạn chế quá điện áp này sẽ phải lắp đặt kháng bù ngang ở cuối đường dây.Việc thay đổi dung lượng kháng bù ngang sẽ dẫn đến điện áp tại tải thay đổi nhiều. Hình 3.6. Sự thay đổi điện áp đầu nhận khi thay đổi dung lượng của kháng bù ngang. 3.2. Mô phỏng quá trình hoạt động của CSV Xét hệ thống đường dây tải điện cung cấp điện cho một phụ tải thông qua 200km đường dây. Sự cố chạm đất trong mô phỏng xảy ra ở cuối đường dây.Sự cố được loại trừ khi máy cắt tải cắt. Để đơn giản hóa mô hình chỉ mô phỏng một pha của hệ thống truyền tải. Hình 3.6. Mô hình được sử dụng cho mô phỏng Nguồn xoay chiều tương đương được mô hình bởi một nguồn điện áp 500/kV nối tiếp với điện kháng trong Zs tương ứng với công suất ngắn mạch ba pha là 10000MVA và , với: và 200km đường dây truyền tải được thể hiện bằng hai mô hình đường dây hình Pi có dạng như hình: và có các thông số: R=0,011(Ω/km), L=0,8674.10-3(H/km), C=123,41.10-9 (F/km). Tải tiêu thụ công suất không đổi là 2020MW đặt ở cuối đường dây được mô hình bởi khối RLC load nối tiếp. Nhằm tăng khả năng truyền tải công suất trên đường dây và điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải, đường dây được bù dọc bằng tụ điện nối tiếp đặt ở giữa đường dây và một kháng điện bù ngang đặt tại cuối đường dây. Đường dây được bù với hệ số bù 40%. Dung lượng của tụ bù: XC = 21,8 (Ω), C = 146,01(µF). Dung lượng của tụ bù được xác định như sau: Điện kháng tổng của đường dây: Điện dung yêu cầu cho hệ số bù 40%: Tải tiêu thụ công suất không đổi là 2000MW đặt ở cuối đường dây được mô hình bởi khối RLC load nối tiếp. Kháng bù ngang được đặ