ĐẠI HỌC BKHN HV: Hoàng Thị Mỹ Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN 1.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN Về mặt lý thuyết, chúng ta cần xây dựng nguồn điện gần trung tâm phụ tải nhằm tránh chi phí truyền tải cao phân bố tối ưu nguồn điện Tuy nhiên, với rào cản kỹ thuật, môi trường, tài nguyên…không cho phép xây dựng nhà máy điện mà phải di chuyển vùng cách xa hàng trăm km Từ phát sinh vấn đề lựa chọn hình thức cấp điện áp truyền tải để vừa đảm bảo an toàn, tin cậy, vừa đem lại lợi ích kinh tế tốt Hình 1.1 Hệ thống truyền tải phân phối điện Xây dựng hệ thống điện liên kết đa quốc gia trở thành xu hướng chung giới nhằm khai thác tối ưu nguồn lượng có giá thành thấp thủy điện nguồn lượng tái tạo hình 1.1 Xu hướng hợp HTĐ nhỏ đường dây cao áp phát triển nhiều quốc gia, khu vực khắp giới Đây xu hướng phát triển tất yếu hệ thống điện đại nhằm nâng cao tính kinh tế - kỹ thuật sản xuất, vận hành hệ thống điện thành viên Cụ thể: + Giảm lượng công suất dự trữ toàn hệ thống hệ thống lớn nhờ khả huy động công suất từ nhiều nguồn phát HV: Hoàng Thị Mỹ Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN + Giảm dự phòng chung HTĐ liên kết, qua giảm chi phí đầu tư vào công trình nguồn - gánh nặng lớn việc phát triển HTĐ + Tăng tính kinh tế chung hệ thống lớn tận dụng nguồn phát có giá thành sản xuất điện thấp thuỷ điện, nguồn nhiệt điện có giá thành rẻ tuabin khí, điện nguyên tử + Tăng hiệu vận hành HTĐ có khả huy động sản xuất điện từ nguồn điện kinh tế giảm công suất đỉnh chung toàn HTĐ lớn + HTĐ hợp vận hành linh hoạt so với phương án vận hành hệ thống riêng rẽ nhờ trao đổi, hỗ trợ điện hệ thống thành viên + Giảm giá thành điện tận dụng công suất thấp điểm phụ tải hệ thống điện thành viên để cung cấp cho hệ thống khác nhờ chênh lệch múi + Giảm chi phí vận hành, đồng thời nâng cao tính linh hoạt việc sửa chữa, đại tu thiết bị toàn hệ thống + Nâng cao độ dự trữ ổn định tĩnh hệ thống, qua nâng cao độ tin cậy cung cấp điện công suất dự trữ chung HTĐ hợp lớn Ngoài lợi ích nêu trên, việc hợp hệ thống điện cho phép dễ dàng trao đổi lượng thương mại khu vực, quốc gia thành viên góp phần thúc đẩy kinh tế phát triển Việc hợp hệ thống điện sở cho việc hình thành “thị trường điện” (Power pool), xu hướng phát triển tất yếu hệ thống điện đại 1.2 CÁC BIỆN PHÁP ÁP DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ĐIỆN Khi tính toán chế độ vận hành hệ thống điện hợp có đường dây siêu cao áp, cấp điện áp cao nên lượng công suất phản kháng mà đường dây sinh lớn Đặc biệt đường dây không mang tải lượng công suất phản kháng phát lớn gây nên tượng áp cuối đường dây Để hạn chế tượng này, ta phải dùng biện pháp kỹ thuật khác như: + Tăng số lượng dây phân nhỏ pha (phân pha) đường dây để giảm điện kháng tổng trở sóng, tăng khả tải đường dây + Bù thông số đường dây thiết bị bù dọc bù ngang (bù công suất phản kháng) để giảm bớt cảm kháng dung dẫn đường dây làm cho chiều dài tính toán rút ngắn lại HV: Hoàng Thị Mỹ Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN + Phân đoạn đường dây kháng điện bù ngang có điều khiển đặt trạm trung gian đường dây Đối với đường dây siêu cao áp 500kV, khoảng cách trạm đặt kháng bù ngang thường không 600km + Đặt thiết bị bù ngang hoặc bù dọc trạm nút công suất trung gian trạm cuối để nâng cao ổn định điện áp trạm 1.3.1 VẤN ĐỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Khác với đường dây cao áp (điện áp nhỏ 330kV), trình truyền tải điện xoay chiều đường dây siêu cao áp liên quan đến trình truyền sóng điện từ dọc theo đường dây Điện trường đường dây thay đổi trình vận hành điện áp đường dây khống chế giới hạn cho phép (thường l 10%), song từ trường lại thay đổi dải rộng theo thay đổi dòng điện tải đường dây + Trị số trung bình cho chu kỳ lượng điện trường tính đơn vị chiều dài pha đường dây là: WE = C.Uf2 + Công suất điện trường ba pha đường dây có chiều dài l là: QE = 3.ω.C.Uf2.l + Trị số trung bình cho chu kỳ lượng từ trường tính đơn vị chiều dài pha đường dây dòng điện tải I: WM = L.I2 + Công suất từ trường ba pha đường dây có chiều dài l là: QM = 3.ω.WM.l=3.ω.L.I2.l + Công suất phản kháng đường dây sinh xác định hiệu công suất điện trường từ trường: Q = QE - QM = 3.ω.C.Uf2.l - 3.ω.L.I2.l  L.I Q = 3.ω.l.C.U 2f 1 −  C.U 2f   ÷ ÷  + Khi công suất phản kháng đường dây 0, ta có:  L.I −   C.U f → I =U f  =0 ÷ ÷  C Uf = = ITN L ZC Trong đó: ZC = L : tổng trở sóng đường dây C Khi đó, đường dây tải dòng điện tự nhiên ITN Đối với đường dây dài hữu hạn, tượng xảy điện trở phụ tải tác dụng tổng trở sóng XC đường dây Đây chế độ tải công suất tự nhiên Trong trường hợp này, đường dây siêu cao áp không tiêu thụ hay phát thêm công suất phản kháng HV: Hoàng Thị Mỹ Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện PTN = ĐẠI HỌC BKHN 3U 2f ZC Việc bù thông số đường dây siêu cao áp làm tăng khả tải đường dây qua nâng cao tính ổn định Các biện pháp thường áp dụng đem lại hiệu cao bù dọc bù ngang đường dây siêu cao áp 1.3.2 Bù dọc bù ngang đường dây siêu cao áp Các đường dây siêu cao áp có chiều dài lớn thường bù thông số thông qua thiết bị bù dọc bù ngang.Mục đích chủ yếu việc đặt thiết bị bù nâng cao khả tải đường dây san điện áp phân bố dọc đường dây Hơn nữa, bù thông số nâng cao tính ổn định tĩnh, ổn định động, giảm dao dộng công suất… làm cho việc vận hành hệ thống điện cách linh hoạt hiệu Đây biện pháp cần thiết cho đường dây cao áp có chiều dài lớn, đặc biệt đường dây có chiều dài gần 1/4 bước sóng đường dây 500kV Bắc - Nam Việt Nam 1.3.2.1 Bù dọc Trị số cảm kháng lớn đường dây cao áp làm ảnh hưởng xấu đến hàng loạt tiêu kinh tế - kỹ thuật quan trọng đường dây như: góc lệch pha đầu cuối đường dây lớn, tổn thất công suất điện đường dây cao, tính ổn định điện áp trạm cuối đường dây kém… Bù dọc giải pháp làm tăng điện dẫn liên kết (giảm điện kháng XL đường dây) dung kháng XC tụ điện Giải pháp thực cách mắc nối tiếp tụ điện vào đường dây Qua giới hạn truyền tải đường dây theo điều kiện ổn định tĩnh nâng lên Hơn nữa, giới hạn ổn định động tăng lên cách gián tiếp nâng cao thêm đường cong công suất điện từ Khi mắc thêm tụ nối tiếp vào đường dây điện kháng tổng mạch tải điện giảm xuống (XL - XC) Giả sử góc lệch ϕ dòng điện phụ tải I điện áp cuối đường dây U2 không đổi độ lệch điện áp U1 đầu đường dây góc lệch pha δ vectơ điện áp hai đầu đường dây giảm xuống nhiều Qua đó, ta thấy hiệu bù dọc: • Ổn định điện áp: + Giảm lượng sụt áp với công suất truyền tải + Điểm sụp đổ điện áp dịch chuyển xa (hình 1.2 a) • Ổn định góc lệch δ: HV: Hoàng Thị Mỹ Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN + Làm giảm góc lệch δ chế độ vận hành bình thường, qua nâng cao độ ổn định tĩnh hệ thống điện (hình 1.2 b) + Làm tăng giới hạn công suất truyền tải đường dây + Trước bù dọc, công suất truyền tải đường dây là: P= U1.U sin δ XL Ta có giới hạn công suất truyền tải là: Pgh = U1.U XL + Sau bù dọc, công suất truyền tải đường dây là: P' = U1.U sin δ X L − XC Ta có giới hạn công suất truyền tải là: Pgh = U1.U XL − XC Ta thấy sau bù, giới hạn truyền tải công suất đường dây tăng lên: k = XL/(XL - XC) (hình 1.2) Trong đó: U1, U2 điện áp đầu đường dây cuối đường dây truyền tải δ góc lệch điện áp U1 U2 XL điện kháng đường dây, XC dung kháng tụ điện • Giảm tổn thất công suất điện năng: + Dòng điện chạy qua tụ điện C phát lượng công suất phản kháng bù lại phần tổn thất cảm kháng đường dây + Đặc trưng cho mức độ bù dọc đường dây hệ số bù dọc KC: KC = XC 100% XL Thông thường, đường dây cao áp hệ số bù dọc K C từ 40 - 75% tuỳ theo chiều dài đường dây HV: Hoàng Thị Mỹ Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN Hình 1.2: Hiệu bù dọc đường dây cao áp 1.2.3.2 Bù ngang Bù ngang thực cách lắp kháng điện có công suất cố định hay kháng điện điều khiển trạm biến áp Kháng bù ngang đặt phía cao áp hay phía hạ áp máy biến áp Khi đặt phía cao áp nối trực tiếp song song với đường dây hoặc nối qua máy cắt điều khiển khe hở phóng điện Dòng điện Il kháng bù ngang khử dòng điện I C điện dung đường dây phát chúng ngược chiều Nhờ mà công suất phản kháng đường dây phát bị tiêu hao lượng đáng kể qua hạn chế tượng áp cuối đường dây Việc lựa chọn dung lượng vị trí đặt kháng bù ngang có ý nghĩa quan trọng số chế độ vận hành đường dây cao áp hệ thống điện chế độ vận hành non tải, không tải đường dây + Trong chế độ không tải, phía nguồn khép mạch, phía tải hở mạch nguồn phát phải phát công suất tác dụng lớn để bù vào tổn thất điện trở đường dây máy biến áp Để khắc phục áp tải máy phát ta phải đặt kháng bù ngang số điểm đường dây HV: Hoàng Thị Mỹ Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN + Trong chế độ non tải (PTải < PTN), công suất phản kháng đường dây thừa hai phía đường dây Để đảm bảo trị số cosϕ cho phép máy phát, ta phải đặt kháng bù ngang đầu đường dây để tiêu thụ công suất phản kháng + Trong chế độ tải cực tiểu, công suất phản kháng đường dây sinh lớn (đối với đường dây cao áp 500kV với Qo ≈1MVAR/km) nên ta phải đặt kháng bù ngang phân bố dọc theo đường dây để tiêu thụ lượng công suất phản kháng Thông thường, khoảng cách kháng bù ngang từ 200 - 500km + Công suất phản kháng đường dây phát chế độ không tải tính gần đúng sau: QC = U dd bo l Trong đó: Udd: Điện áp danh định đường dây l: chiều dài đường dây + Đối với đường dây cao áp có điện áp 330 ÷ 750kV ta sử dụng quan hệ gần đúng sau: Xo.bo≈ 1,15.10-6 ZC = Xo bo Nên ta có: bo ≈ 1,07.10 −3 ZC Như công suất phản kháng đường dây cao áp 500kV phát là: QC = U dd 1,07.10− 3.l = 1,07.10 −3.l.PTN ZC Đặc trưng cho mức độ bù ngang đường dây hệ số KL: KL = IL Q 100% = L 100% IC QC Trong đó: QL: Công suất phản kháng kháng bù ngang QC: Công suất phản kháng điện dung đường dây phát HV: Hoàng Thị Mỹ Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN Đối với đường dây có cấp điện áp 500kV, tổng công suất kháng bù ngang đường dây thường 60 - 70% công suất phản kháng điện dung đường dây phát NHẬN XÉT: - Đường dây cao áp có nhiều đặc điểm riêng kỹ thuật cần quan tâm thiết kế phát triển lưới điện, đặc biệt giới hạn ổn định ổn định điện áp - Mô hình đường dây cao áp tính toán phải theo sơ đồ thông số rải Để đưa dạng thông số tập trung cần sử dụng sơ đồ tương đương: chia thành mắt xích nối tiếp - Đặc điểm chủ yếu đường dây cao áp có điện cảm điện dung lớn Để đảm bảo khả mang tải tránh gây tượng điện áp vận hành non tải hoặc không tải cần phải có biện pháp bù dọc bù ngang - Trị số tối ưu thiết bị bù cần phải tính toán chế độ vận hành để đem lại hiệu kinh tế - kỹ thuật 1.3 THIẾT BỊ BÙ TĨNH CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG SVC (STATIC VAR COMPENSATOR) Trong hệ thống truyền tải điện, trị số cảm kháng lớn đường dây cao áp làm ảnh hưởng xấu đến hàng loạt tiêu kinh tế - kỹ thuật quan trọng đường dây như: góc lệch pha đầu cuối đường dây lớn, tổn thất công suất điện đường dây cao, tính ổn định điện áp trạm cuối đường dây kém… Để cải thiện vấn đề trên, người ta chế tạo ứng dụng thiết bị bù nhằm điều khiển trào lưu công suất tăng tính ổn định lưới điện Thiết bị bù ngang tĩnh SVC số thiết bị ứng dụng nhiều vài chục năm trở lại giới đạt kết tốt mặt kĩ thuật lẫn kinh tế toán truyền tải điện Tụ bù tĩnh có dung lương thay đổi hay gọi SVC (Static VAR Compensator) thiết bị bù công suất phản kháng tác động nhanh lưới truyền tải điện áp cao SVC thiết bị nhóm thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) Nó dùng để điều chỉnh điện áp tăng khả ổn định hệ thống điện Yếu tố static cho thấy, SVC sử dụng thiết bị không chuyển động hay rõ HV: Hoàng Thị Mỹ Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN sử dụng thiết bị điện tử công suất để điều chỉnh thông số thiết bị sử dụng máy cắt dao cách ly Trước phát minh SVC, người ta phải sử dụng máy phát điện cỡ lớn hay tụ đồng để bù công suất phản kháng SVC thiết bị tự động điều chỉnh điện kháng, chế tạo để điều chỉnh điện áp nút đặt SVC điều chỉnh công suất phản kháng Nếu hệ thống thừa công suất phản kháng hay điện áp nút cao giá trị cho phép, SVC đóng vai trò kháng bù ngang Khi đó, SVC tiêu thụ công suất phản kháng từ hệ thống hạ thấp điện áp nút điều chỉnh Ngược lại, hệ thống thiếu công suất phản kháng, tụ bù ngang tự động đóng vào Do đó, công suất phản kháng bơm thêm vào hệ thống, điện áp nút cải thiện SVC thường đặt vị trí có tải thay đổi nhiều với tốc độ cao, lò điện SVC dùng để làm trơn dao động điện áp 1.3.1 Cấu tạo SVC SVC thiết bị bù ngang dùng để tiêu thụ công suất phản kháng điều chỉnh cách tăng hay giảm góc mở thyristor, tổ hợp từ hai thành phần bản: - Thành phần cảm kháng để tác động mặt công suất phản kháng (có thể phát hay tiêu thụ công suất phản kháng tuỳ theo chế độ vận hành) - Thành phần điều khiển bao gồm thiết bị điện tử thyristor hoặc triắc có cực điều khiển, hệ thống điều khiển góc mở dùng vi điều khiển * Cấu tạo thiết bị bù SVC: Một thiết bị SVC thực tế thường bao gồm phần tử TCR, TSC, TSR, MSR, lọc sóng hài… (hình vẽ 2.1) HV: Hoàng Thị Mỹ 10 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN Với sở lý thuyết điều khiển Thyristor: Thyristorchỉ mở cho dòng điện chạy qua có điện áp dương đặt lên anot xung điện áp dương đặt lên cực điều khiển Sau Thyristor mở xung điều khiển không tác dụng, dòng điện chảy qua Thyristor thông số mạch động lực định Nguyên tắc để điều khiển thông thyristor phải thỏa mãn điều kiện: + UAK > + UGK > (IGK≠0) - Từ khối điều khiển phải có khâu đồng pha (tạo điện áp khối điều khiển thông Thyristor UĐP đồng pha với UAK): + UĐP dạng tam giác → so sánh thẳng đứng + UĐP dạng sin → so sánh arcos 1.4.1.1 SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN * Sơ đồ khối mạch điều khiển Thyristor hình 3.1 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ điều khiển van Thyristor Trong đó: : - ĐP: khâu tạo điện áp đồng pha: Tạo tín hiệu đồng với điện áp anốt-catốt Thyristor hoặc triắc cần mở Tín hiệu điện áp xoay chiều, thường lấy từ biến áp có sơ cấp nối song song với Thyristor hoặc triắc cần mở - SS: khâu so sánh Uđp với Uđk: Làm nhiệm vụ so sánh điện áp đồng với tín hiệu phản hồi, thường biến thể với tín hiệu điều khiển chiều để tạo xung kích mở Thyristor - TXKĐ: khâu tạo xung khuếch đại xung, đảm bảo xung điều khiển vào cực G có đủ công suất dạng xung theo yêu cầu HV: Hoàng Thị Mỹ 15 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN Khâu phản hồi (Uđk): Tạo tín hiệu điện áp chiều lấy từ điện áp nút lưới hệ thống điện Khi thay đổi giá trị điện áp chiều Uđk góc mở α thay đổi * Chức mạch điều khiển: - Điều chỉnh vị trí xung điều khiển phạm vi nửa chu kỳ dương điện áp anốt- catốt Thyristor - Tạo xung có đủ điều kiện mở Thyristor Xung điều khiển thường có biên độ từ đến 10V, độ rộng xung t x= 20-100 µs cặp Thyristor đấu song song ngược hoặc Triắc Độ rộng xung xác định theo biểu thức: tx = I dt di dt Trong đó: Idt dòng trì Thyristor; di/dt tốc độ tăng trưởng dòng tải 1.4.1.2 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN Sử dụng nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” hình 3.2 để thực điều chỉnh vị trí đặt xung nửa chu kỳ dương điện áp đặt Thyristor Theo nguyên tắc này, khâu so sánh có hai điện áp đặt vào: - Điện áp đồng sin, sau khỏi khâu ĐB tạo thành tín hiệu cos - Điện áp điều khiển áp chiều biến đổi được: Hình 3.2: Nguyên tắc điều khiển thắng đứng “arccos” Điện áp uđb= Um sinωt thì: Uc = Um cosωt Giá trị α tính theo phương trình sau: Umcosα = Uđk HV: Hoàng Thị Mỹ 16 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện Do đó: α = arccos(Udk/Um) - Udk = Um α=0 - Udk = α =Л/2 - Udk = -Um α=Л ĐẠI HỌC BKHN Như vậy, điều chỉnh U dk từ trị -Um đến +Um, ta điều chỉnh góc α từ đến Л 1.4.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SVC 1.4.2.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU KHIỂN SVC Sơ đồ khối điều khiển van SVC hình 3.3 Trong đó: - Khối đo lường: Có chức đo lường phản hồi điện áp - Khối điều chỉnh điện áp: Có chức xử lý sai lệch điện áp điện áp phản hồi với điện áp đặt, từ xác định giá trị điện dẫn B (nghịch đảo giá trị điện kháng) SVC để giữ điện áp lưới ổn định - Khối phân phối: Có chức xác định số lượng tổ hợp TSC ( TSR) phải đóng hoặc cắt khỏi hệ thống, đồng thời tính toán góc mở α tổ hợp TCR - Khối đồng hóa phát xung: Có chức đồng hóa điện áp phía thứ cấp biến áp phát xung điều khiển đóng mở tổ hợp 1.4.2.2 CÁC KHỐI CHỨC NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SVC Hệ thống điều khiển SVC hình 3.3 khai triển sau: HV: Hoàng Thị Mỹ 17 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN A) KHỐI ĐO LƯỜNG (Measurement systems): Khối đo lường Measurement có chức cung cấp tín hiệu đầu vào cần thiết cho hệ thống điều khiển SVC để thiết bị bù hoạt động tốt Các tín hiệu khác gửi đến từ khối đo lường tùy theo yêu cầu chức điều khiển SVC, cụ thể sau: Cân điện áp ba pha Bao gồm tín hiệu như: • Giá trị điện áp sau chỉnh lưu pha • Thành phần điện áp thứ tự thuận • Giá trị dòng điện sau chỉnh lưu pha • Bình phương giá trị điện áp U2 Điều chỉnh điện áp, dòng công suất phản kháng riêng pha Bao gồm tín hiệu như: HV: Hoàng Thị Mỹ 18 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN • Điện áp pha • Thành phần điện áp thứ tự thuận ngược • Bình phương điện áp U2 • Dòng điện pha • Dòng công suất phản kháng pha xét Ôn hòa dao động công suất Bao gồm tín hiệu như: • Dòng tải đường dây truyền tải • Dòng công suất tác dụng phản kháng đường dây • Góc công suất tác dụng lưới • Tần số lưới Trong tín hiệu trên, số tín hiệu đo trực tiếp, số khác điều chế từ tín hiệu dòng áp Trong hình vẽ 3.5 khối đo lường điện áp dòng điện, khối tính toán dòng công suất… 1) Khối đo lường điện áp: Chức khối đưa tín hiệu điện áp chiều tỉ lệ với giá trị hiệu dụng điện áp pha tần số bản, điện áp qua máy biến áp đo lường PT trước vào khối đo lường Hình 3.5 nguyên lý hoạt động khối: HV: Hoàng Thị Mỹ 19 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN Từ hình 3.5 ta thấy điện áp sau đưa qua biến áp PT gửi vào khuếch đại so lệch điện áp Voltage Differential Amplifier => lấy giá trị tuyệt đối => qua chỉnh lưu Bộ chỉnh lưu chỉnh lưu cầu không điều khiển pha xung hoặc 12 xung (dùng van diode) Trong chỉnh lưu 12 xung, điện áp xoay chiều cấp cho nhóm Valves xung,tổng hợp lại, ta có nhóm Valve chỉnh lưu 12 xung lệch pha 300, làm triệt tiêu dòng điện thứ tự thứ tự phía xoay chiều, thứ tự phía chiều, làm giảm chi phí cho lọc sóng hài so với chỉnh lưu xung Một vấn đề quan trọng mà ta cần nhắc đến, là: hệ thống điều khiển SVC làm việc dựa giá trị thành phần điện áp, dòng điện Từ tín hiệu điện áp đo lưới, có phương pháp để tìm giá trị thành phần điện áp Vrms phương pháp chuyển sang hệ quy chiếu α-β hoặc phương pháp phân tích Fourier • Phương pháp đổi hệ quy chiếu: HV: Hoàng Thị Mỹ 20 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN Quy tắc chuyển đổi sau: Mô hình hóa ta được: Vrms Hình 3.6: Phương pháp tìm giá trị điện áp đổi hệ quy chiếu Ở hình vẽ 3.6 ta đưa thuật toán tính Vrms với giả thiết xuất thành phần thứ tự không chạy pha • Phương pháp phân tích Fourier : Giá trị thành phần điện áp Vmeas thời điểm τ cho bởi: HV: Hoàng Thị Mỹ 21 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN Hình 3.7: (a) Phương pháp phân tích áp dụng cho pha (b) Phương pháp phân tích áp dụng cho ba pha Trong công thức tính Vmeas a, b giá trị ứng với thành phần điện áp bậc 1, tính sau: b) Khối đo lường dòng điện: Tín hiệu đo từ khối đo lường dòng điện sử dụng trường hợp sau: - Xác định độ nghiêng đường đặc tính SVC - Giới hạn dòng điện - Các mục đích bảo vệ ôn hòa dao động HV: Hoàng Thị Mỹ 22 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN Dòng điện SVC đưa qua máy biến dòng => đưa qua chuyển đổi => qua lọc Quá trình giống với trình diễn khối đo điện áp Cụ thể hình 3.8: Hình 3.8: Sơ đồ khối lọc Trong hình 3.8 đường nét liền mô tả cấu trúc đặc tính thường dùng lọc, đường nét đứt mô tả cấu trúc đặc tính cần có thêm đường dây có bù dọc Ở hình 3.9 cho ví dụ trường hợp sử dụng biến dòng DCT (differentiating current transformer) điều khiển tổ hợp TCR HV: Hoàng Thị Mỹ 23 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN Hình 3.9: Khối đo lường dòng điện dùng biến dòng DCT Biến dòng DCT dùng vừa để hạ thấp dòng điện qua SVC vừa để cách ly mạch lực với mạch điều khiển c) Khối đo công suất Nhờ biến áp biến dòng đo lường, ta xác định dễ dàng giá trị điện áp dòng điện dây Những tín hiệu đưa qua mạch nhân để tính công suất tác dụng công suất phản kháng hình 3.5 Lấy ví dụ tính dòng công suất phản kháng qua pha A sau: QA= iA.(vB - vC) Trong đó: iA dòng điện qua pha A vB , vC giá trị điện áp tương ứng pha B C • Bộ điều khiển tín hiệu dạng tương tự : Một điều chế xung PRM (Analog ratio pulse modulated) sử dụng để đo dòng công suất tác dụng phản kháng hình 3.10 : HV: Hoàng Thị Mỹ 24 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN Hình 3.10: Bộ điều chế xung dạng tương tự Từ độ lớn tín hiệu điện áp Vin , kết hợp với khối phát xung tam giác Triangular – Wave Generator, ta điều chế dãy xung vuông nhờ khối Comparator Circuit Dãy xung vuông kết hợp với tín hiệu dòng điện Iin, qua mạch điều biến biên độ, qua khâu lọc, kết thúc trình thu giá trị hiệu dụng dòng công suất Prms • Bộ điều khiển dạng số : Những điều khiển đo dạng số sớm tích hợp thiết bị Khi đó, tín hiệu dạng tương tự từ máy biến áp biến đổi thành tín hiệu dạng số nhờ AD (Analog to digital) trước tín hiệu gửi sang khâu B) KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP (Voltage regulator): Khối điều khiển sử dụng tín hiệu gửi sang từ đo lường trên, xử lý đưa tín hiệu định tới giá trị dòng công suất bù Cụ thể, tín hiệu đưa sang từ khối đo lường so sánh với tín hiệu đặt V ref , ta thu độ sai lệch (error signal) gửi sang khối điều khiển Kết thúc trình tín hiệu điện dẫn B ref , giá trị Bref xác định cho độ sai lệch error signal Sau đó, điện dẫn B ref gửi sang khối phát xung Gate pulse generation Viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đề xuất mô hình hệ thống điều khiển SVC sau: HV: Hoàng Thị Mỹ 25 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN Hình 3.11 a) Mô hình số hệ thống điều khiển theo IEEE b) Cấu trúc điều chỉnh điện áp Mô hình hệ thống hình 3.11 mô tả hàm truyền sau: Trong đó: - Hệ số KR nghịch đảo giá trị độ dốc dòng điện (current slope), nằm khoảng từ 20 pu (độ dốc 5%) tới 100 pu (độ dốc 1%) - Hằng số thời gian TR nằm khoảng 20 tới 150 ms - Các số thời gian T1 T2 (thường coi zero) HV: Hoàng Thị Mỹ 26 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN Hình 3.12 a) Mô hình số hệ thống điều khiển theo IEEE b) Cấu trúc điều chỉnh điện áp Trong đó: KP KI số tỉ lệ số tích phân Hằng số KP có tác dụng làm tăng tốc độ đáp ứng Khối điều chỉnh điện áp mô tả hàm truyền: Hệ số TP thường đặt 0, điều khiển trở thành điều khiển dạng PI C) KHỐI PHÁT XUNG GPG (Gate-pulse generation): HV: Hoàng Thị Mỹ 27 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN Giá trị điện dẫn B ref gửi sang khối phát xung GPG, khối GPG có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu đặt Bref phát xung mở phù hợp cho tổ hợp xung TCR TSC, cụ thể sau: • Xác định số lượng tổ hợp TSC cần thiết để tiệm cận gần tới lượng bù cần thiết, đồng thời tính toán lượng công suất bù thừa • Tính toán dựa vào giá trị điện dẫn B để điều khiển góc mở valve tổ hợp TCR D) KHỐI ĐỒNG BỘ SS (Synchronizing System): Nhiệm vụ khối đồng SS phát chuỗi xung đồng với thành phần điện áp Chuỗi xung sau khối GPG sử dụng để phát xung điều khiển khối TCR TSC Khối đồng SS cần có đặc tính sau: • Nhanh nhạy với “sự méo” điện áp lưới • Sinh thành phần sóng hài bậc cao • Vận hành xảy cố nghiêm trọng lưới • “Bám” đúng theo giá trị tần số góc pha lưới điểm xét • Nhanh chóng đồng hóa trở lại sau lưới phục hồi sau cố HV: Hoàng Thị Mỹ 28 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện HV: Hoàng Thị Mỹ ĐẠI HỌC BKHN 29 Lớp 13BKTĐ - TBĐ [...]... HỌC BKHN • Điện áp pha • Thành phần điện áp thứ tự thuận và ngược • Bình phương điện áp U2 • Dòng điện pha • Dòng công suất phản kháng của pha đang xét Ôn hòa dao động công suất Bao gồm các tín hiệu như: • Dòng tải của đường dây truyền tải • Dòng công suất tác dụng và phản kháng của đường dây • Góc công suất tác dụng trên lưới • Tần số lưới Trong các tín hiệu ở trên, một số tín hiệu có thể đo được trực... như: - Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh - Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây - Giảm góc làm việc δ làm tăng cường khả năng vận hành của đường dây - Giảm tổn thất công suất và điện năng 1.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BÙ SVC Các linh kiện điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị bù của hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS ở các nước phát triển trên. .. 3.1 Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ điều khiển van Thyristor Trong đó: : - ĐP: khâu tạo điện áp đồng pha: Tạo tín hiệu đồng bộ với điện áp anốt-catốt của Thyristor hoặc triắc cần mở Tín hiệu này là điện áp xoay chiều, thường lấy từ biến áp có sơ cấp nối song song với Thyristor hoặc triắc cần mở - SS: khâu so sánh giữa Uđp với Uđk: Làm nhiệm vụ so sánh giữa điện áp đồng bộ với tín hiệu phản hồi, thường... 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 xuống Ngược lại khi điện áp bị giảm thấp, dòng điện qua SVC giảm, công suất phản kháng tiêu thụ giảm... đo công suất Nhờ các biến áp và biến dòng đo lường, ta có thể xác định dễ dàng các giá trị điện áp và dòng điện dây Những tín hiệu này được đưa qua các mạch nhân để tính công suất tác dụng và công suất phản kháng như ở hình 3.5 Lấy ví dụ tính dòng công suất phản kháng qua pha A như sau: QA= iA.(vB - vC) Trong đó: iA là dòng điện qua pha A vB , vC là các giá trị điện áp tương ứng của pha B và C • Bộ. .. lượng công suất phản kháng nhất định được phát lên hệ thống, điện áp nút được nâng cao X X X max X min 0 X max Uo 0 X min U Q U Uo U Q Q max Q min 0 Uo Q max Uo 0 Q min U = a) SVC chỉ có tính cảm b) SVC có cả tính dung và tính cảm Hình 2.14: 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... bao gồm: - 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... điều chỉnh U dk từ trị -Um đến +Um, ta có thể điều chỉnh được góc α từ 0 đến Л 1.4.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SVC 1.4.2.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU KHIỂN SVC Sơ đồ khối điều khiển các van của SVC được chỉ ra trên hình 3.3 Trong đó: - Khối đo lường: Có chức năng đo lường và phản hồi điện áp - Khối điều chỉnh điện áp: Có chức năng xử lý sai lệch điện áp giữa điện áp phản hồi với điện áp đặt, từ đó xác định... điện áp ba pha Bao gồm các tín hiệu như: • Giá trị điện áp sau chỉnh lưu của 3 pha • Thành phần điện áp thứ tự thuận • Giá trị dòng điện sau chỉnh lưu của 3 pha • Bình phương giá trị điện áp U2 Điều chỉnh điện áp, dòng công suất phản kháng riêng từng pha Bao gồm các tín hiệu như: HV: Hoàng Thị Mỹ 18 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình của thiết bị điều khiển máy điện ĐẠI HỌC BKHN • Điện áp pha... đặc tính sau: • Nhanh nhạy với “sự méo” của điện áp trên lưới • Sinh ra ít thành phần sóng hài bậc cao • Vận hành ngay cả khi xảy ra những sự cố nghiêm trọng trên lưới • “Bám” đúng theo giá trị tần số và góc pha trên lưới tại điểm xét • Nhanh chóng đồng bộ hóa trở lại sau khi lưới phục hồi sau sự cố HV: Hoàng Thị Mỹ 28 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình của thiết bị điều khiển máy điện HV: ... tiến hành từ xa hệ thống SCADA hoặc tay theo giá trị đặt 1.3.2 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA SVC 1.3.2 ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH CỦA SVC Nguyên lý làm việc SVC đặc trưng nguyên lý làm việc phần tử TCR Theo sơ... volt-ampe H×nh 2.17: tÝnh U-Icủa cñaSVC SVC cao (≤ 40ms), gần thời I gian độ Đặc tính hoạt động SVC thể hình 2.13 1.3.2.2 Đặc tính làm việc SVC HV: Hoàng Thị Mỹ 12 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc... hồi sau cố HV: Hoàng Thị Mỹ 28 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Môn học: Cấu trúc điển hình thiết bị điều khiển máy điện HV: Hoàng Thị Mỹ ĐẠI HỌC BKHN 29 Lớp 13BKTĐ - TBĐ