Bài giảng Các biện pháp nâng cao khả năng truyền tải điện năng - Nguyễn Đăng Toản

ể cung cấp hay hấp thụ công suất tác dụng do đó nguồn bù dọc có thể thay thế bằng một điện kháng	Xeq=X-Xc = X(1-k)	Trong đó k=Xc/X là tỉ số bùQuan hệ dòng, công suất tác dụng và phản kháng4.3.3 Nguyên tắc bù dọc (series compensation)~~VsVrVm jX/2 jX/2+++---I- jXC/2- jXC/2VrVsIVx/ 2/2Vm- jI*XC/2- jI*XC/24.3.3 Kết luận về bù dọc trên đường dây truyền tải1. Việc bù dọc Q làm giảm ảnh hưởng của X đường dây do đó làm tăng khả năng truyền tải2. Việc bù dọc là một cách hiệu quả nhất để tăng tính kinh tế của các đường dây truyền tải cao áp.3. Việc bù dọc là một kỹ thuật hiệu quả để làm cân bằng công suất chạy trên các đường dây nhiều mạch.4. Trong chế độ xác lập, các bộ bù công suất phản kháng không trao đổi công suất tác dụng với HTĐ5. Bù dọc có nhiều lợi ích trong việc hạn chế dao động công suất, nâng cao ổn định4.3.4 Nguyên tắc bù phaMối liên hệ giữa dòng và áp4.3.4 Nguyên tắc bù pha4.3.4 Nguyên tắc bù phaCông suất tác dụng và phản khángKhông nâng cao công suất tác dụng nhưng có thể giữ Pmax ở các góc khác nhau trong khoảng từ (900 đến 900+)Cũng có thể đổi ngược lại cực tính của bộ bù pha để dịch chuyển theo chiều ngược lạiBộ bù pha thường ảnh hưởng đến cả công suất tác dụng và phản kháng4.3.5 Bù hỗn hợp~~VsVrVc2 jXs jXrIs+++---~IrVc1 jXc1~ jXc2ImVm4.3.6 Tổng kết về các loại bùMột bộ bù ngang lý tưởng hoạt động như một nguồn áp để bơm thêm dòng điện vào hệ thống. Nó cho phép điều khiển điện áp tại điểm có bộ bù ngang, khá hiệu quả trong việc ngăn chặn dao động điện ápMột bộ bù dọc có ảnh hưởng trực tiếp đến điện áp và dòng điện cũng như công suất. Nếu như mục đich là điều khiển dòng điện hoặc công suất để ngăn sự dao động công suất thì bộ bù dọc có nhiều lợi ích hơn so vơi bộ bù ngang nếu có cùng công suất danh địnhBộ bù góc pha không tăng công suất truyền tải trên đường dây. Nhưng có thể giữ giá trị lớn nhất trong khoảng góc điều khiểnVới công nghệ hiện nay, đã có một bộ bù đơn nhất gồm cả ba chức năng trên gọi là bộ bù công suất hợp nhất Unified Power Flow Controller (UPFC)4.4 Các loại Facts bù ngangĐóng cắt bằng cơ họcCác tụ điện, không có sóng hàiCuộn kháng dùng lõi kim loại dẫn đến các sóng hài nếu lõi thép bị bão hòaĐóng cắt thyristorCuộn kháng dùng một lõi không khíĐóng cắt rời rạc dẫn đến sóng hàiViệc đóng cắt thay đổi dựa trên việc điểu khiển pha thường dẫn đến sóng hàiĐiều khiển hoàn toànNhiều mức khác nhau, đóng cắt với tần số cơ bản đều tạo ra sóng hài nhưng có thể giám sát được Tương lai dùng công nghệ PWMThyristor controlled Reactor TCRThyristor controlled Reactor TCRKhi tăng góc α lớn hơn π/2 dẫn đên dạng sóng của dòng điện TCR trở nên không còn sin nữa, và với thành phần tần số cơ bản giảm về biên độĐiều này tương đương với việc tăng điện kháng đầu ra của điện kháng, giảm khả năng điều khiển công suất phản kháng trong hệ thống tại điểm nối Giá trị tức thời của dòng điện của TCR là: Thyristor controlled Reactor TCRÝ nghĩa cơ bản của TCR có thể được hiểu như là một tổng dẫn tương đương với chức năng là một hàm số của biến điều khiển αĐặc tính điều khiển của TCRThyristor controlled Reactor TCRViệc tăng góc mở α lớn hơn 90° có ảnh hưởng đến việc tạo ra dòng điện không sinTCT đạt được tần số có bản tại điểm vận hành khi có sự tạo ra biến dạng sóng hài Hình vẽ mô tả sự thay đổi của biên độ của các thành phần sóng hài đối với góc mở. Nó cũng chỉ ra rằng sự thay đổi của thành phần sóng hài tổngNếu góc mở của cặp thyristor là bẳng nhau, σ1=σ2, thì chỉ các sóng hài bậc lẻ được tạo raKể cả ở tình trạng làm việc cân bằng, thì các sóng hài hệ số bậc ba cũng không tồn tạiSóng hài của TCRThyristor controlled Reactor TCRMỗi TCR có một hệ thống điều khiển xác định bởi góc mở tức thời α và khoảng dẫn σTrong một số thiết kế, hệ thống điều khiển đáp ứng với một tín hiệu liên quan trực tiếp đến tổng dẫn mong muốn BL. Trong mộ số thiết kế khác, mục đích điều khiển là điều khiển trực tiếp biên độ điện áp tại điểm nối thiết bị bùMột số trường hợp khác, kết quả là một đường đặc tính V/I như trên hình vẽở chế độ xác lập, các điểm vận hành là giao điểm của đường đặc tính với đường đặc tính tải của HTD, ví dụ như ở 130°Thyristor controlled Reactor TCRĐối với TCR 3 pha, thì việc nối tam giác ngăn cản các dòng điện sóng hài bậc 3 đến MBACác bộ lọc thường dùng để ngăn chặn các dòng điền sóng hài bậc 5, 7, 11 đến MBA và HTĐMột lựa chọn khác là dùng 2 TCR nhỏ hơn, 3 pha nói với nhau như hình vẽ, ở điều kiện đối xứng, sơ đồ này chủ yếu là để loại trừ dòng điện sóng hài bậc5 và 7 ở phía sơ cấp của MBA TCRMBA TCR có hai cuộn thứ cấp nối hình sao và tam giácSơ đồ nối TCR 12 xung điều khiểnThyristor controlled Shunt capacitor TSCTSC là một thiết bị tụ bù ngang dùng thiristory điều khiển đóng cắt để mà thay đổi điện dẫn của bộ bù theo nấc bậc thang từ giá trị không đên mở hoàn toàn của van thyristor Điện dẫn được điều chỉnh bới số lượng các tụ nối song song với nhau. Môi bộ tụ thường được nối với HTĐ một số nguyên các nửa chu kỳCó hai cách kết nối được vẽ ở hình bên: Ít có sự khác biệt giữa hai so đồ, và TSC không sinh ra các song hài và dòng điện là hình sin nếu bỏ qua quá trình quá độ do đóng cắtMỗi pha của TSC có thể bảo gồm một vài các bộ tụ song song điều khiển đóng cắt được như hình vẽMối liên hệ giữa dòng điện bù và số lượng các tụ dẫn, đối với một điện áp có đinh cũng được vẽ ở hình bênTổng điện dẫn thay đổi theo nấc bậc thang. Về nguyên tắc, một bộ điều khiển điện dẫn tốt có thể đạt được bằng cách tăng số lượng các tụ nối song song, nhưng điều này không thực tế vì lý do kinh tế và sự phức tạp trong điều khiển và vận hành cũng như bảo vệ các thiết bịSVCSVCSVCTrong một dạng SVC đơn giản nhất gồm có một TCR nối song song với một bộ tụ đóng cắt được điều khiển bằng cơ khí hoặc điện tửCũng có thể cần một bộ lọc để ngăn cản sóng hài chạy lên phía cao áp của HTĐTrên quan điểm vận hành, thì SVC có tác dụng giống như một bộ bù song song điều khiển được điện kháng trong một giới hạn nào đó, mà có thể phát ra hoặc hấp thụ công suất phản kháng để điều chỉnh modul điện áp tại điểm nối bộ bù SVC với HTĐCác SVC chủ yếu được dùng để không những điều chỉnh nhanh công suất phản kháng cung cấp cho HTĐ, mà còn để tăng giới hạn ổn định của HTĐ4.4 Các loại Facts bù dọc-TCSCTCSCCác TCSC làm thay đổi “chiều dài” (điện kháng tương đương) của đường dây được bù với khoảng thời gian trễ nhỏTính chất này cho phép TSCC được dùng để điều chỉnh nhanh dòng công suất tác dụng trên đường dây. Nó cũng cho phép tăng giới hạn ổn định của hệ thống và có hiệu quả trong việc ngăn cản cộng hưởng tần số thấp và dao động công suất Các đám ứng ở chế độ xác lập của TCSC có thể được tính toán bằng cách giải hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống điệnPhương pháp tiếp cận này bảo gồm việc kết hợp giải các hệ phương trình vi phân trong nhiều chu kỳ liên tiếp cho đến khi kết thúc quá trình quá độ. Phương pháp này cho phép tìm hiều các thông tin về HTĐ, từ lúc có quá độ cho đến khi kết thúc quá độ trở về trạng thái xác lập Một cách khác là, các phương trình vi phân mô tả TCSC có thể được biểu diễn dưới dạng đại số, và sau đó dùng phương pháp góc pha để giải. Một lựa chọn là dùng pha của tần số cơ bản và tần số sóng hài được bố trí trong phổ dải sóng hài. Phương pháp này cung cấp nhiều thông tin về tần số cơ bản và tần số các sóng hài của theo các thông số của TCSC nhưng không có thông tin về quá trình quá độTCSCMột lựa chọn thứ hai là dùng phương pháp biểu diễn như là một điện kháng phi tuyến tương đương, được giải bằng phương pháp lặp. Phương pháp này khá chính xác và có tính hội tụ cao,, nhưng chỉ nhận được thông tin về tần số cơ bản và kết quả ở trạng thái xác lậpTCR nhận được trạng thái với tần số vận hành cơ bản , đồng thời cũng sinh ra các dòng điện sóng hài là một hàm số của góc mở của ThyristorNgược với ứng dụng của SVC, khi mà sóng hài được tạo ra bởi TCR có xu hướng thoát về phía htđ, thì trong các ứng dụng của TCSC, dòng điện hài của TCR chạy bên trong TCSC vì điện kháng của tụ điện là thấp so với điện kháng tương đương của HTĐCác kết quả đo lường được tiến hành ở các TCSC ở Slatt và Kayenta (US) đã chứng minh các kết luận này. Ví dụ, tại đầu ra của trạm Kayenta, tống sóng hài cao % cao nhất của điện áp là 1.5% khi vận hành trong trạng thái tụ điện và góc mở là 147°TCSCNhằm nghiên cứu về tần số cơ bản của hệ thống điện với TCSC, một cầu hình phức tạp cho một pha được vẽ ở trên, mỗi phần tử bao gồm một TCR nối song song với một tụ điện Ở đây, bộ phận chống sét van (Surge arrester) không được vẽ, vì ở đây nhấn mạnh vào chế độ xác lập, có một dòng điện vòng chạy trong mạchSơ đồ VTCSCCLIvòngTCSCĐiện kháng tương đương của TCSC là một hàm của điện cảm, tụ điện và góc mởCực của điện kháng của TCSCĐiện cảm và tụ điện của TCSC được chọn cẩn thận để đảm bảo điểm cộng hưởng nằm trong khoảng 90°-180 °TCSCTrong TCSC có sinh ra các sóng hàiSTATCOMDuke PowerESKOMFlorida Power Corp.Powercor Australia Ltd.Salt River ProjectScottish PowerAmerican Electric PowerBritish Columbia Hydro andPower AuthorityCentral Japan RailwayChubu Electric Corp.Kansai Electric Power Corp.Mistubishi Steel CoOglethorpe Power Gas Sumitomo Steel Co. Public Service Electric National Grid Co.STATCOM gồm một VSC và một MBA nối song song với HTĐ tại điểm bù như hình vẽ, sơ đồ thay thế được vẽ ở dưới thực chất là nối thêm một nguồn áp song song với nút cần bùCũng giống như máy bù đồng bộ, nhưng khả năng sinh ra và tiêu thụ công suất phản kháng nhanh hơn vì không có phần quayVề nguyên tắc, nó hoạt động như chức năng điều chỉnh điện áp của SVC nhưng bền vững hơn vì nó hoạt động với điện áp thấp hơn. D-FACTS DVR chủ yếu cung cấp công suất nhằm giữ điện áp không bị giảm thấp vì những ngắn mạch của các đường dây bên cạnh, hoặc các thanh góp phía nguồnD-FACTSĐiện áp sụt thấp khi ko và có DVRD-FACTSLắp đặt của DVRDuke Power DVR: 2 MVA 1996Powercor (Australia): DVR 2 MVA 1996Florida Power Corp: DVR 2 MVA 1997Scottish Power DVR: 4 MVA 1997Asian Electronics Manufacturer DVR: 2 MVA 1998Salt River Project DVR: 2×6MVA 1998BC Hydro D-STATCOM: ±2 MVA 1997AEP D-STATCOM: ±2 MVA 1997Hyosung Industries KEPRI D-STATCOM: ±1 MVA 1998