Tải bản đầy đủ

TÌM HIỂU KHÁNG BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN.

TÌM HIỂU KHÁNG BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN.

I. CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1. Công suất phản kháng.
Công suất phản kháng là năng lượng điện do các thành phần cảm
kháng và dung kháng trong mạch điện sinh ra và tiêu thụ. Công suất phản
kháng được các cuộn dây tiêu thụ trong việc từ hóa, cảm ứng và chống lại
dao động điện. Nó là công suất chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng
trong mỗi chu kỳ do sự tích lũy năng lượng trong các thành phần cảm kháng
và dung kháng. Công suất phản kháng không trực tiếp chuyển hóa năng
lượng điện thành công song nhờ chính công suất phản kháng trong việc từ
hóa mà năng lượng điện xoay chiều chuyển thành công suất tác dụng khi đi
qua các cuộn dây. Ngoài ra công suất phản kháng là thành phần làm nóng các
mạch từ và làm lệch pha dòng điện so với điện áp trong mạch.
Thực chất công suất phản kháng là thành phần có lợi nhiều hơn có hại,
nó được tiêu thụ bởi các cuộn cảm trong đa số các thiết bị điện. Trong thực tế
công suất phản kháng được tiêu thụ ở động cơ không đồng bộ, máy biến áp,
trên đường dây điện và mọi nơi có từ trường và nó được sinh ra từ nguồn
điện của các máy phát và từ nguồn dung kháng trong mạch điện. Khác với
công suất tác dụng, công suất phản kháng có thể phuc hồi sau khi đã hấp thụ.
2. Bản chất của công suất phản kháng.

Ta xét mạch điện bao gồm các thành phần R-L-C như hình vẽ .
-UC

UL

U

UX

I

UL

UL

UC
φ
UC

S

Trang: 1

I

UR


Ta xét quan hệ hiệu hiệu dụng giửa I và U.
Tổng trở của mạch được tính:
U
1 2
= R 2 + (ωL −
) = R2 + ( X l − X c ) = Z
I
ωC

(1-1)

Đặt: XL – XC = X

Hay Z =

U
= R2 + X 2
I

(1-2)

Ta thấy X và R đặc trưng cho hai quá trình năng lượng khác nhau về mặt bản
chất đó là tiêu tán và dao động.
Từ đồ thị vecto hình trên ta tìm được góc lệch pha giữa u và i:
tgϕ =

U L +UC X L + X C
=
UR
R

(1-3)

Từ công thức (1-1) (1-2) và (1-3) ta có thể biểu diễn quan hệ giữa R, X, và Z
qua một tam giác vuông gọi là tam giác tỏng trở
Từ tam giác tổng trở ta có:
(1-4)

Z = R2 + X 2

X = Z sin ϕ
X
R

(1-5)

R = Z cos ϕ

(1-6)

ϕ = arctg

Mạch được cung cấp bởi điện áp:
u =Umsinωt
Dòng điện lệch pha với điện áp I một góc φ:
i(t) = Imsin(ωt – φ)
Hay có thể viết lại:
i = I m (sin ωt × cos ϕ − sin ϕ × cos ωt )

i = i’ + i’’
Trong đó:
i ' = I m sin ωt × cos φ

S

Trang: 2


i ' ' = I m sin ϕ × cos ωt = I m sin ϕ sin(ωt − π / 2)

Như vậy, dòng điện I là tổng của hai thành phần:
i’ có biên độ Imcosφ cùng pha với điện áp
i” có biên độ Imsinφ chậm pha với điện áp một góc π/2.
Công suất tương ứng với hai thành phần i’ và i” là:
P = U.I.cosφ gọi là công suất tác dụng.

(1-7)

Q = U.I.sinφ gọi là công suất phản kháng.

(1-8)

Tổng công suất của mạch là:
(1-9)

S = P2 + Q2

Từ (1-2) ta có thể viết:
Công suất tác dụng:

P = U .I cos ϕ = Z .I 2 R / Z = R.I 2
Công suất tác dụng là phần công suất điện biến đổi thành các năng
lượng khác và sinh ra công
Công suất phản kháng:

Q = U .I sin ϕ = Z .I ( I sin ϕ ) = Z .I 2 . X / Z = X .I 2
Công suất phản kháng Q của một nhánh nói lên cường độ của quá
trình trao đổi năng lượng. Hay nói cách khác công suất phản kháng không
sinh ra công.
Trong thực tế, mạch tải điện xoay chiều luôn luôn có mặt đầy đủ các
thành phần R, L, C và dòng điện luôn bị lệch pha so với điện áp.
Từ (1-7) và (1-8) ta có thể viết lại:
P = S . cos ϕ

(1-10)

Q = S . sin ϕ

(1-11)

Vậy ta có: cos ϕ =

P
S

Tỷ số giữa công suất tác dụng và công suất biểu kiến trong mạch gọi
là hệ số công suất. Khi dòng xoay chiều có dạng hình sin lý tưởng, hệ số
S

Trang: 3


công suất là cosin của góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp của dòng xoay
chiều. Hệ số công suất bằng 1 khi điện áp và dòng điện cùng pha, và bằng 0
khi dòng điện nhanh hoặc chậm pha so với điện áp 90 o. Nhìn vào hệ số công
suất ta có thể thấy được hiệu quả của phụ tải. Đối với hai hệ thống truyền tải
điện với cùng công suất thực, hệ thống nào có hệ số công suất thấp hơn sẽ có
dòng điện xoay chiều lớn hơn vì lý do năng lượng quay trả lại nguồn lớn
hơn. Dòng điện lớn hơn trong hệ thống thực tế có thể tạo ra nhiều thất thoat
hơn và làm giảm hiệu quả truyền tải điện năng. Tương tự, đoạn mạch có hệ
số công suất thấp hơn cũng sẻ có công suất biểu kiến cao hơn và nhiều thất
thoát năng lượng hơn với cùng một công suất thực được truyền tải. Cũng
chính vì vậy mà ngành điện lực đặt ra quy định bắt buộc cho các hộ phụ tải
phải giữ cho hệ số công suất từ mức 0,9 trở lên.
3. Ảnh hưởng của công suất phản kháng đến điện áp và hoạt động
của hệ thống điện.
Tổn thất điện áp của mạng truyền tải được tính theo công thức:
∆U =

P.R + Q . X
U

Qua công thức trên ta thấy nếu công suất phản kháng Q càng lớn thì tổn thất
điện áp càng lớn và hệ số cosφ cũng ảnh hưởng trực tiếp tới tổn thất công
suất tác dụng ΔP. Tổn thất công suất của mạng truyền tải được tính theo công
thức:
P2
∆P =
.R
(U .cosϕ ) 2

Ta thấy hệ số công suất càng cao thì tổn thất ΔP càng giảm.

S

Trang: 4


II. BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG.
Quá trình truyền tải điện xoay chiều trên đường dây cao áp liên quan
đến quá trình truyền sóng điện từ dọc theo đường dây. Điện trường của đường
dây ít thay đổi trong quá trình vận hành vì điện áp trên đường dây được
khống chế trong giới hạn cho phép (thường là ±10%), song từ trường lại
thay đổi trong dải khá rộng theo sự thay đổi của dòng điện tải của đường dây.
- Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lượng điện trường tính trên một đơn
vị chiều dài của một pha đường dây là:
WE = C.Uf2
- Công suất điện trường của ba pha của đường dây có chiều dài l là:
QE = 3.ω.C.Uf2.l
- Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lượng từ trường tính trên một đơn vị
chiều dài của một pha đường dây khi dòng điện tải là I:
WM = L.I2
- Công suất từ trường của ba pha của đường dây có chiều dài l là:
QM = 3.ω.WM.l = 3.ω.L.I2.l
- Công suất phản kháng do đường dây sinh ra được xác định
như là hiệu giữa công suất điện trường và từ trường:
Q = QE - QM = 3.ω.C.Uf2.l - 3.ω.L.I2.l

L.I 2
Q = 3.ω .l.C.U f (1 −
)
C.U f 2
2

- Khi công suất phản kháng của đường dây bằng 0, ta có:
(1 −

L.I 2
)=0
C.U f 2

→ I =U f

Trong đó:

S

C Uf
=
= ITN
L ZC
ZC =

Trang: 5

L
là tổng trở sóng của đường dây.
C


Khi đó, đường dây tải dòng điện tự nhiên I TN. Đối với đường dây dài
hữu hạn, hiện tượng này xảy ra khi điện trở phụ tải tác dụng bằng tổng trở
sóng XC của đường dây. Đây là chế độ tải công suất tự nhiên. Trong trường
hợp này, đường dây cao áp không tiêu thụ hay phát thêm công suất phản
kháng.
PTN =

3.U f 2
ZC

Việc bù thông số của đường dây cao áp làm tăng khả năng tải của đường
dây và qua đó nâng cao tính ổn định. Các biện pháp thường được áp dụng và
đem lại hiệu quả cao là bù dọc và bù ngang trên các đường dây cao áp.
1. Bù dọc và bù ngang trên đường dây cao áp.
Các đường dây cao áp có chiều dài lớn thường được bù thông số thông qua
các thiết bị bù dọc và bù ngang. Mục đích chủ yếu của việc đặt các thiết bị
bù là nâng cao khả năng tải của đường dây và san bằng điện áp phân bố dọc
đường dây. Hơn nữa, bù thông số còn nâng cao tính ổn định tĩnh, ổn định
động, giảm sự dao dộng công suất… làm cho việc vận hành hệ thống điện
một cách linh hoạt và hiệu quả hơn. Đây là biện pháp rất cần thiết cho các
đường dây cao áp có chiều dài lớn, đặc biệt là những đường dây có chiều
dài gần 1/4 bước sóng như đường dây 500kV Bắc - Nam ở nước ta.
1.1. Bù dọc.
Trị số cảm kháng lớn của đường dây cao áp làm ảnh hưởng
xấu đến hàng loạt chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật quan trọng của đường dây như:
góc lệch pha giữa đầu và cuối đường dây lớn, tổn thất công suất và điện
năng trên đường dây cao, tính ổn định điện áp tại các trạm giữa và cuối
đường dây kém… Bù dọc là giải pháp làm tăng điện dẫn liên kết (giảm điện
cảm kháng X của đường dây) bằng dung kháng X C của tụ điện. Giải pháp
này được thực hiện bằng cách mắc nối tiếp tụ điện vào đường dây. Qua đó
giới hạn truyền tải của đường dây theo điều kiện ổn định tĩnh được nâng lên.
Hơn nữa, giới hạn ổn định động cũng tăng lên một cách gián tiếp do nâng
S

Trang: 6


cao thêm đường cong công suất điện từ.
Khi mắc thêm tụ nối tiếp vào đường dây thì điện kháng tổng của
mạch tải điện sẽ giảm xuống còn (X L - XC). Giả sử góc lệch φ giữa dòng
điện phụ tải I và điện áp cuối đường dây U2 không đổi thì độ lệch điện áp
U1 ở đầu đường dây và góc lệch pha δ giữa vectơ điện áp giữa hai đầu
đường dây giảm xuống khá nhiều. Qua đó, ta thấy được hiệu quả của bù
dọc:
 Ổn định điện áp:
- Giảm lượng sụt áp với cùng một công suất truyền tải.
- Điểm sụp đổ điện áp được dịch chuyển xa hơn.
 Ổn định về góc lệch δ:
- Làm giảm góc lệch δ trong chế độ vận hành bình thường, qua đó nâng
cao độ ổn định tĩnh của hệ thống điện.
- Làm tăng giới hạn công suất truyền tải của đường dây:
Trước khi bù dọc, công suất truyền tải trên đường dây là:
P=

U1.U 2
sin δ
XL

Ta có giới hạn công suất truyền tải là:
Pgh =

U1.U 2
XL

Sau khi bù dọc, công suất truyền tải trên đường dây là:
Ta có giới hạn công suất truyền tải là:
P' =

U1.U 2
sin δ
XL − XC

Ta có giới hạn công suất truyền tải là:
P 'gh =

U1.U 2
X L − XC

Ta thấy sau khi bù, giới hạn truyền tải công suất của đường dây tăng lên:
S

Trang: 7


k = (XL - XC)/XC

Hiệu quả của bù dọc trên đường dây cao áp.
 Giảm tổn thất công suất và điện năng:
- Dòng điện chạy qua tụ điện C sẽ phát ra một lượng công suất phản
kháng bù lại phần tổn thất trên cảm kháng của đường dây.
- Đặc trưng cho mức độ bù dọc của đường dây là hệ số bù dọc KC:
KC =

XC
100%
XL

1.2. Bù ngang.
Bù ngang được thực hiện bằng cách lắp kháng điện có công suất cố
định hay các kháng điện có thể điều khiển tại các thanh cái của các trạm
biến áp. Kháng bù ngang này có thể đặt ở phía cao áp hay phía hạ áp của
máy biến áp. Khi đặt ở phía cao áp thì có thể nối trực tiếp song song với
đường dây hoặc nối qua máy cắt được điều khiển bằng khe hở phóng điện.
Dòng điện I1 của kháng bù ngang sẽ khử dòng điện I C của điện dung
đường dây phát ra do chúng ngược chiều nhau. Nhờ đó mà công suất phản
kháng do đường dây phát ra sẽ bị tiêu hao một lượng đáng kể và qua đó có thể

S

Trang: 8


hạn chế được hiện tượng quá áp ở cuối đường dây.
Việc lựa chọn dung lượng và vị trí đặt của kháng bù ngang có ý nghĩa rất
quan trọng đối với một số chế độ vận hành của đường dây cao áp
trong hệ thống điện như chế độ vận hành non tải, không tải... của đường
dây.
- Trong chế độ không tải, phía nguồn khép mạch, phía tải hở mạch
thì các nguồn phát vẫn phải phát công suất tác dụng rất lớn để bù vào tổn
thất điện trở của đường dây và máy biến áp. Để khắc phục sự quá áp và quá
tải máy phát ta phải đặt kháng bù ngang tại một số điểm trên đường dây.
- Trong chế độ non tải (P Tải < PTN), thì công suất phản kháng
trên đường dây thừa và đi về hai phía của đường dây. Để đảm bảo được trị
số cosφ cho phép của máy phát, ta phải đặt kháng bù ngang ở đầu đường
dây để tiêu thụ công suất phản kháng.
- Trong chế độ tải cực tiểu, công suất phản kháng do đường dây sinh ra
rất lớn (đối với đường dây siêu cao áp 500kV với Qo = 1MVAR/km) nên ta
phải đặt các kháng bù ngang phân bố dọc theo đường dây để tiêu thụ lượng
công suất phản kháng này. Thông thường, khoảng cách giữa các kháng bù
ngang từ 200 - 500km.
 Công suất phản kháng của đường dây phát ra trong chế độ không tải được
tính gần đúng như sau:
2

n!
QC =
.b0 .l
r !( n − r ) !

Trong đó:
Udd: Điện áp danh định của đường dây.
l:

Chiều dài của đường dây.

Đặc trưng cho mức độ bù ngang trên đường dây là hệ số KL:
KL =

IL
Q
.100% = L .100%
IC
QC

Trong đó:
S

Trang: 9


QL: Công suất phản kháng của kháng bù ngang
QC: Công suất phản kháng của điện dung đường dây phát ra.
2. Vai trò của bù công suất phản kháng.
- Giảm được công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ lớn nhất của hệ thống điện
do đó giảm được dự trử công suất tác dụng, tăng độ tin cậy của hệ thống.
- Giảm nhẹ tải của máy biến áp trung gian và đướng trục trung áp do giảm
được yêu cầu công suất phản kháng.
- Giảm tổn thất điện năng.
- Cải thiện chất lượng điện áp trong hệ thống lưới phân phối cũng như hộ
tiêu thụ.
3. Thiết bị bù công suất phản kháng trong hệ thống truyền tải
điện.
a. Thiết bị bù không điều khiển.
- Bù dọc không điều khiển.
- Bù ngang không điều khiển.
b. Thiết bị bù có điều khiển.
- Thiết bị bù dọc có điều khiển TCSC.
- Bù tĩnh điều khiển bằng Thyristor SVC.
- Thiết bị bù tĩnh STATCOM.
- Thiết bị điều khiển dòng công suất UPEC.
- Thiết bị điều khiển góc pha bằng Thyristor TCPAR.
- Kháng bù ngang có điều khiển CSRT.

S

Trang: 10


III. KHÁNG BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN KIỂU BIẾN ÁP.
1. Nguyên lý làm việc của kháng bù ngang kiểu biến áp .
Sơ đồ nguyên lý và mạch điện thay thế một pha của kháng bù ngang
có điều khiển kiểu biến áp trên hình sau. Điện áp trên 3 cuộn dây tương ứng:
cuộn lưới Uf, cuộn bù U3 và cuộn điều khiển U2. Cả ba điện áp này đồng pha
nhau do cùng được quấn chung trên một trụ của lõi thép. Tương ứng 3 dòng
điện tại cùng thời điểm là dòng điện cuộn lưới I 1, dòng điện cuộn bù I’3 (quy
đổi về cuộn lưới là I3) và dòng điện cuộn điều khiển I’2 (quy đổi về cuộn lưới
là I2). Số vòng dây 3 cuộn lần lượt là W1, W3 và W2. Công suất 1 pha của
cuộn dây lưới :
Phía cao áp là: Svào = Uf.I1

(3.1)

Phía hạ áp là:

(3.2)

Sra = S3 + S2 =U3.I’3 + U2.I’2

Bỏ qua tổn thất công suất trong kháng thì:
Svào = Sra ↔ Uf.I1 = U3.I’3 + U2.I’2

(3.3)

Ở chế độ làm việc bình thường khi điện áp lưới U f = const thì U2 =
f(α); I2 = f(α) với α là góc mở các van T, từ (2) ta thấy dòng điều khiển I 1
luôn phụ thuộc vào I2: I1 = f(I2) hay nói cách khác ta cần điều khiển dòng I 2 theo hàm yêu cầu khi phụ tải trên đường dây thay đổi.
Trong chế độ không tải dòng điện trên đường dây do dung dẫn tạo ra
(IC) lớn nhất làm cho điện áp ở cuối đường dây dài tăng cao, nên ta cần bù
dòng kháng I1 cực đại mang tính cảm để khử dòng dung tương ứng. Theo
quan hệ (3.3) thì dòng điều khiển qua van I2 lúc này cũng cực đại, ứng với
góc mở αmin. Ở chế độ tải bằng tự nhiên (P tn) dòng điện trên đường dây do
dung dẫn tạo ra (IC) bằng với dòng điện IL (dòng điện cảm đặc trưng cho
công suất phản kháng trên đường dây khi có tải) I C = IL (Qc= QL đường dây
tự bù 100%). Khi đó ta chỉ cần bù dòng kháng I1 nhỏ, lúc này dòng điện qua
S

Trang: 11


cuộn lưới của kháng là cực tiểu (I 1=I1.min). Theo quan hệ (3.3) thì dòng qua
cuộn điều khiển và qua van I2 lúc này cũng cực tiểu, ứng với góc mở αmax
(T1 và T2 đóng hoàn toàn).
Còn ở chế độ khi làm việc với tải trong khoảng từ 0 đến Ptn thì dòng
điện trong cuộn điều khiển W2 có quan hệ hàm số với góc mở van I2= f(α)
2. Yêu cầu của bộ điều khiển và xây dựng hàm điều khiển cho
kháng bù ngang.
Khảo sát sơ đồ nguyên lý của kháng bù ngang có điều khiển kiểu biến
áp như hình. Các tín hiệu phản hồi dòng điện, điện áp, góc lệch pha giửa
dòng và áp trên lưới điện được chuyển về bộ điều khiển xử lý để đáp ứng
đầu ra tốt nhất, điều chỉnh góc mở van điều khiển nhằm thay đổi dòng điện
(Ik) trong cuộn dây lưới của kháng khi công suất truyền trên đường dây (P)
thay đổi.

Kháng bù ngang có điều khiển
sơ đồ nguyên lý
sơ đồ một pha tương đương

Công suất kháng dư do đường dây sinh ra khi có tải:

S

Trang: 12


  p 2 
 
Qd = Qdt − Qtt = Ptn λs 1 − 
  ptn  

(3.4)

Trong đó:
+ Ptn là công suất tự nhiện của đường dây.
+ P công suất truyền tải trên đường dây
+ Qdt công suất điện trường do dung dẫn đường dây Cd sinh ra
+ Qtt công suất từ trường trên đường dây do dòng tải I gây ra trên điện
cảm Ld.
Để thảo mãn bù 100% công suất phản kháng dư trên đường dây, tức là
đảm bảo với mọi giá trị P thì Q dt = Qtt + Qk (ở dây giả thiết là công suất phản
kháng của tải Q đã được bù hết ở cuối đường dây Q = P.tagφ = 0 và U ≈
const), khi đó hàm điều khiển của bù ngang là:
2

 p 
 I 
 = 1 −  
β = 1 − 
 ptn 
 I tn 

2

(3.5)

Khi điều khiển kháng theo hàm (3.5), để bù 100% công suất phản
kháng trên đường dây sể cho phép tối ưu hóa tổn thất công suất trên đường
dây. Trong chế độ không tải, dòng điện trên đường dây do dung dẫn tạo ra
làm cho điện áp ở cuối đường dây dài tăng cao, cho nên cần có dòng kháng Ik
mang tính cảm để khử dòng dung tương ứng, lúc này dòng điện I k qua cuộn
lưới của kháng cần đạt giá trị lớn nhất. Theo sơ đồ trên thì dòng điều khiển
IDK lúc này cũng phải cực đại, ứng với góc mở thyristor (T) là nhỏ nhất (αmin).
Khi truyền tải công suất tự nhiên (P tn) dòng điện trên đường dây do dung dẫn
tạo ra IC bằng với dòng điện cảm đường dây (I C = IL với IL đặc trưng cho tổn
thất công suất phản kháng ∆QL trên đường dây) làm cho thành phần phản
kháng sinh ra bằng 0 (tự bù 100%). Khi đó kháng bù ngang không cần bù
nửa, dòng điện qua kháng IK lúc này cần cực tiểu, ứng với góc mở Thyristor
cực đại (αmax).

S

Trang: 13


Trong chế độ làm việc với công suất tải trên đường dây biến thiên từ 0
đến Ptn thì dòng điện trong cuộn điều khiển có quan hệ hàm số với góc mở
van IDK = f(α). Khi công suất truyền tải thây đổi thì dòng cảm kháng trên
đường dây IL cũng thay đổi trong phạm vi 0 dến IC, để bù lượng công suất
phản kháng dư trên đường dây thì kháng phải có dòng điện cảm I k để cho tại
nút đạt kháng luôn thỏa mãn phương trình: İL + İk = İC
Giảm dần Ik đồng nghĩa với việc giảm dòng điện ở cuộn điều khiển I DK, góc
mở α sẻ từ αmin tăng dần tới αmax. Khi công suất trên đường dây giảm từ P tn về
0 thì quá trình điều khiển kháng bù ngang được yêu cầu ngược lại.
3. Bộ điều khiển cho kháng bù ngang.
3.1. Khối cảm biến đo lường.
Trong thiết bị điều khiển thường sử dụng TU, TI như những bộ khuếch đại,
một số yêu cầu điều khiển chính xác hơn thì TU, TI được xét đến thời gian
trễ do mạch từ và cũng có hằng số thời gian tương ứng: T U, TI. Do đó ta có
hàm truyền đạt của 2 khối TU và TI và khối đo lệch pha như sau:
GTU =

1
KU
U
I
KI
KU = ra ; GTI =
K I = ra ; Gϕ =
với
với
Tϕ s
TU s + 1
U vào
TI s + 1
I vào

3.2. Khối điều khiển Thyristor.
Đầu vào Ud phản hồi từ TU, đại lượng đầu ra là U DK >> Ud kể cả độ lớn và
công suất nên bộ điều khiển thyristor có thể coi là khâu khuếch đại với hệ số
du

DK
khuếch đại: K thy = du . Khâu khuếch đại bao gồm quá trình chuyễn mạch
d

1

của transistor biến áp xung, và thyristor là bộ trể với thời gian cực đại τ = fp
(p là tần số đập mạch của bộ điều chỉnh xoay chiều).
K thy ≈

U DK 500 × 10 3
=
= 50 × 103
Ud
10

Gthy = K thy e −Tp mà eTs = 1 +

S

Trang: 14

Ts (Ts ) 2
Ts
+
+ ... ≈ 1 +
= 1 + Ts
1!
2!
1!


Tthy =
Gthy =


≈ 0,0033
2 fp
K thy
(Tthy s + 1)

3.3. Khối đối tượng là kháng bù ngang kiểu biến áp.
Khi thiết lập hàm truyền ta thấy các thành phần bậc 2 của cuộn bù
Zbu(S) rất nhỏ và chỉ có tác dụng trong các dòng điện bậc 3, 5, 7 nên ta có thể
bỏ qua các thành phần này.
Z k ( s) = X 1 +
= R1 + sL1 +

X 2 X bu
( R2 + sL2 ) X bu
= R1 + sL1 +
X 2 + X bu
( R2 + sL2 ) + X bu

( R2 + sL2 )( R3 sCbu + sL3 sCbu + s 2 Lbu Cbu + 1)
( R2 + sL2 ) sCbu + ( R3 sCbu + sL3 sCbu + s 2 Lbu Cbu + 1)

Trong đó:
A = R1 + sL1; B = R2 + sL2; C = (R3 +sL3 +Zbu(s));
D = (-R2 + sL2 + R3 +Zbu(s) + sL3).
Với R1, L1, R2, L2, R3, L3 tương ứng là điện trở và điện cảm của cuộn lưới,
cuộn điều khiển và cuộn bù của kháng điện. Cbu, Lbu là các điện cảm và điện
dung của cuộn lọc song hài bậc cao (k = 3, 5, 7). Do đó, đối tượng toán mô tả
toán học như sau:
Hệ số khuếch đại của kháng:
Gk . I =
=

I1 D (− R2 − sL2 + R3 + Z bu ( s ) + sL3 )
= =
I2 C
( R3 + sL3 + Z bu ( s ))

( Lbu Cbu − L2Cbu + L3Cbu ) s 2 + ( R3Cbu − R2 Cbu ) s + 1
( L3Cbu + Lbu Cbu ) s 2 + sR3Cbu + 1

Tổng trở tương đương tại nút lắp kháng của phân đoạn đường dây khi
s 3 Ld C d Lk + s ( Ld + Lk )
sLk
=
Laplace hóa là: Z ht ( p) = sLd +
1 + s 2 Cd Lk
1 + s 2 C d Lk

Trong đó:
Ld: điện cảm của một nửa phân đoạn đường dây
S

Trang: 15


Lk: điện cảm của kháng bù tại nút
Cd: dung kháng tập trung của một nửa phân đoạn đường dây tại nút.
Chức năng của kháng là hiệu chỉnh thành phần phản kháng của dòng điện
sao cho góc lệch pha của điện áp u và dòng điện i ở mỗi đoạn đường dây là
bằng 0.
IV. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BÙ.
1. Giới thiệu đường dây truyền tải 500 kV khảo sát.
Ta khảo sát đường dây 500kV đoạn Đà Nẵng – Pleiku với các thông số sau:
Chiều dài L = 259 km; Độ dài sóng: λ = 0,271 rad.
-

Loại dây: 4x330AC.
Có điện trở tổng: RΣ = 7,1743Ω; Điện kháng cảm: X = 73,0380 Ω.
Tổng trở sóng: Z = X = 73,0380 = 269,5129Ω .
s
λ

0,271

Công suất tự nhiên: P = U 2 = 500 2 × 10 6 = 927,6MW
tn
Sz

269,5129

Công suất phản kháng điện dung của phân đoạn:
Qdt = Ptnλ = 927,6.0,271 = 251,4 Mvar. Công suất cực đại của kháng cần
lắp để bù 100% công suất phản kháng dư của cuộn dây ở phân đoạn Đà
Nẵng – Pleiku là 251,4 Mvar ứng với thời điểm không tải và điều chỉnh
về 0 ứng với tải tự nhiên.

S

Trang: 16

Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng


2. Xét đường dây làm việc khi không dùng kháng bù ngang.
Trường hợp này, khi không sử dụng kháng bù ngang kết hợp với tụ bù
dọc thì quan hệ giữa độ chênh lệch điện áp giữa đầu và cuối đường dây lớn
cũng như góc lệch pha giửa điện áp và dòng điện thường xuyên thay đổi khi
tải thay đổi. Đồng thời công suất phản kháng cũng được truyền trên đường
dây. Gây tổn thất trên đường dây truyền tải và làm ảnh hưởng lớn đến chất
lượng truyền tải điện của đường dây dài

S

Hình
4.2 17
: Dòng điện, điện áp và Q trên đường dây truyền tải khi
Trang:
không sử dụng kháng bù ngang.


3. Xét đường dây làm việc khi dùng kháng bù ngang không điều
khiển.
Lắp đặt kháng không điều khiển kết hợp với tụ bù dọc đã thực sự cải
thiện được một số vấn đề kỹ thuật trong vận hành đường dây dài. Trong
trường hợp này, quan hệ giữa độ chênh lệch điện áp ở dầu và cuối đường dây
với quan hệ tổn thất công suất trên đường dây trên công suất truyền tải
500Kv được cải thiện rất đáng kể.
Tuy nhiên trong qua trình truyền tải, khi mà tải luôn luôn thay đổi,
Kháng bù ngang được dùng là thay đổi theo cấp độ thì công suất phản kháng
bù không được hiệu quả.
Với một cấp của kháng bù ngang không điều khiển thì trong quá trình
làm việc của hệ thống, có lúc hệ thống được non bù, lúc lại thiếu bù. Hiệu
quả kỹ thuật chưa cao.

S

Hình 4.3
Trang:
18: Điện áp và dòng điện trên đường dây truyền tải khi sử
dụng kháng bù ngang không điều khiển (tải thay đổi).


Hình 4.3 : Công suất phản kháng trên đường dây truyền tải khi sử
dụng kháng bù ngang không điều khiển (tải thay đổi).
4. Xét đường dây làm việc khi dung kháng bù ngang có điều khiển
kiểu biến áp.
Khi sử dụng kháng bù ngang có điều khiển kiểu biến áp các nhược
điểm khi trên đường dây khi sử dụng kháng bù ngang không điều khiển được
khắc phụ.
Khi tải thay đổi thì lượng công suất phản kháng bù củng thay đổi theo,
đảm bảo luôn bù đủ công suất phản kháng và duy trì độ chênh điện áp hai
đầu đường dây trong khoảng cho phép (1≤ U1/U2 ≤ 1.05) trong tất cả các

S

Trang: 19


chế độ truyền tải, đồng thời cho phếp tăng khả năng truyeeng tải của đường
dây không tải đến công suất tự nhiên.

S

Hình
4. 4: 20
Dòng điện, điện áp và Q trên đường dây truyền tải khi
Trang:
sử dụng kháng bù ngang có điều khiển kiểu biến áp.


Và công suất truyền tải cũng thay đổi
2.3. Khi sử dụng kháng bù ngang có điều khiển.

V. Kết luận.
Như vậy, khi sử dụng kháng bù ngang có điều khiển thì chất lượng
điện áp đươc cải thiện, khả năng truyền tải được nâng lên.
Đối với kháng bù ngang kiểu biến áp thì:
- Ưu điểm: Cấu tạo tương đối đơn giản.
Làm việc khá ổn định và tin cậy.
- Nhược điểm: Sóng hài bậc cao còn nhiều.
Khối lượng sắt từ lớn.
Tốn thất đáng kể khi sử dụng với điện áp cao.
Hiện nay, kháng bù ngang đã được cải tiến nhằm khắc phục các nhược điểm
trên. Ở một số nước đã sử dụng và đem lại hiệu quả tốt.

S

Trang: 21


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lê Thành Bắc, Ứng dụng kháng điều khiển để ổn định điện áp hệ
thống truyền tải 500Kv.
2. Lê Thành Bắc, Hiệu quả kinh tế - kỷ thuật khi sử dụng kháng bù
ngang có điều khiển trên đường dây truyền tải dài.
3. Lê Thành Bắc, Bộ điều khiển của kháng bù ngang kiểu biến áp.
4. Lê Thành Bắc, Quan hệ điện từ trong kháng bù ngang có điều khiển
kiểu biến áp.
5. Nguyễn Thế Vinh, Điều khiển thiết bị bù tỉnh và ứng dụng trong việc
nâng cao ổn định chất lượng điện năng của hệ thống điện

S

Trang: 22



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×