LÊ TRÍ HOÀN
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Lê Trí Hoàn
HỆ THỐNG ĐIỆN
ỨNG DỤNG CÁC THIẾT BỊ FACTS NHẰM ĐIỀU KHIỂN DUNG
LƯỢNG BÙ ĐỂ GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HỆ THỐNG ĐIỆN
KHÓA 2009
Hà Nội – Năm 2012
Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng các thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện
năng trong lưới
Học viên: Lê Trí Hoàn
Số hiệu: CB090237 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................... 6
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ.......................................................... 8
PHẦN MỞ ĐẦU.................................................................................................. 11
1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................... 11
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài: ............................................................................ 12
3. Đối tượng nghiên cứu:............................................................................................ 12
4. Nhiệm vụ nghiên cứu: ............................................................................................ 12
5. Phương pháp nghiên cứu: ...................................................................................... 12
6. Bố cục luận văn: ..................................................................................................... 13
CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ VẤN ĐỀ BÙ CSPK VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN .............................................................................................. 14
1.1. Công suất phản kháng (CSPK) trong hệ thống điện .......................................... 14
1.1.1 Khái niệm CSPK ............................................................................................. 14
1.1.2 Sự tiêu thụ CSPK ............................................................................................ 15
1.1.2.1 Sự tiêu thụ CSPK trong động cơ không đồng bộ ....................................... 15
1.1.2.2 Sự tiêu thụ CSPK trong Máy biến áp (MBA) ............................................ 17
1.1.2.3 Sự tiêu thụ CSPK ở đèn huỳnh quang ....................................................... 18
1.1.3 Các nguồn phát CSPK trên lưới điện ............................................................. 19
1.1.3.1 Máy điện đồng bộ ..................................................................................... 19
1.1.3.2 Đường dây tải điện.................................................................................... 20
1.1.3.3 Tụ điện tĩnh .............................................................................................. 20
1.2. Khái quát về bù CSPK trong hệ thống điện ....................................................... 21
1.2.1 Chế độ làm việc và cân băng CSPK của HTĐ ................................................ 21
1.2.2 Quan hệ CSPK - Điện áp ................................................................................ 22
1.2.3 Tại sao phải bù CSPK ..................................................................................... 23
1.3 Các dạng bù trong HTĐ ....................................................................................... 26
1.3.1. Bù ngang ....................................................................................................... 26
1.3.2. Bù dọc ............................................................................................................ 27
2.1 Tổn thất điện năng trong HTĐ ............................................................................ 29
2.1.1 Thực trạng về tổn thất điện năng ................................................................... 30
2.1.2 Khái quát một số phương pháp tính tổn thất điện năng ................................. 30
Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng các thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện
năng trong lưới
Học viên: Lê Trí Hoàn
Số hiệu: CB090237 4
2.1.2.1 Phương pháp phân tích đồ thị .................................................................... 30
2.1.2.2 Phương pháp dòng điện trung bình bình phương ....................................... 32
2.1.2.3 Phương pháp thời gian tổn thất ................................................................. 33
2.2 Các biện pháp giảm tổn thất điện năng ............................................................... 36
2.2.1 Đối với đường dây .......................................................................................... 36
2.2.2 Đối với MBA ................................................................................................... 36
2.2.3. Giảm tổn thất điện năng trong vận hành....................................................... 37
CHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ FACTS TRONG HTĐ ..................................... 38
1. Khái quát chung về FACTS ................................................................................... 38
2. Các thiết bị FACTS ................................................................................................ 40
2.1 SVC ....................................................................................................................... 40
2.1.1. Khái quát chung về SVC. ............................................................................... 40
1. TCR (Thyristor Controlled Reactor) ................................................................. 41
2. TSC (Thyristor Switched Capacitor) ................................................................. 48
2.1.2. Cầu tạo và nguyên lý vận hành của SVC. ..................................................... 51
2.1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý vận hành.................................................................. 51
2.1.2.2. Các thành phần điều khiển của SVC ........................................................ 53
a. Khối đo lường (Measurement System) .......................................................... 55
b. Khối điều chỉnh điện áp ................................................................................ 56
c. Khối đồng bộ hóa.......................................................................................... 61
d. Khối phát xung ............................................................................................. 61
2.1.3. Phân tích hiệu quả điều khiển của SVC. ....................................................... 63
2.1.3.1 Mô hình truyền tải đơn giản 2 máy (2 nút) ................................................ 63
2.1.3.2 Sơ đồ hình tia............................................................................................ 65
2.2 STATCOM ........................................................................................................... 67
2.2.1 Tổng quan về STATCOM ............................................................................... 67
2.2.2 Nguyên lý hoạt động của STATCOM ............................................................. 70
2.2.2.1 Tính toán dòng năng lượng ....................................................................... 70
2.2.2.1.1 Nguyên lý ........................................................................................... 70
2.2.2.1.2 Các loại thanh cái (Buses) ................................................................. 70
2.2.2.1.3 Công thức Newton-Raphson tính toán dòng công suất trong hệ tọa độ cực 71
CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ, DUNG LƯỢNG VÀ PHƯƠNG THỨC ĐIỀU KHIỂN
CỦA THIẾT BỊ BÙ ............................................................................................ 88
Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng các thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện
năng trong lưới
Học viên: Lê Trí Hoàn
Số hiệu: CB090237 5
1. Tính toán dung lượng bù CSPK theo các tiêu chí khác nhau ............................... 88
1.1 Lựa chọn dung lượng tụ điện tĩnh hợp lý theo quan điểm kinh tế .................... 88
1.1.1 Xác định dung lượng bù kinh tế ................................................................... 88
1.1.2 Phân phối dung lượng bù phía sơ cấp và thứ cấp máy biến áp ...................... 94
1.2. Tính dung lượng bù theo điều kiện tổn thất CSTD trên đường dây là ít nhất .. 96
1.2.1 Tính dung lượng bù ..................................................................................... 96
1.2.2 Xác định dung lượng bù theo hệ số công suất cosφ2 cần đạt được ................ 97
1.2.3 Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia .............................................. 97
1.2.4 Phân phối dung lượng bù trong mạng phân nhánh ........................................ 99
1.3 Xác định dung lượng bù của mạng điện khi đặt thiết bị bù tại 1 trạm ............ 101
1.4 Xác định dung lượng bù của mạng khi đặt thiết bị bù tại nhiều trạm............. 106
1.4.1 Xác định dung lượng bù của mạng điện có 1 nguồn cung cấp .................... 106
1.4.2 Xác định dung lượng bù của mạng điện kín ............................................... 108
1.4.3 Tụ điện tĩnh ............................................................................................... 109
2. Điều khiển dung lượng bù theo thời gian thực .................................................... 111
3. Thuật toán điều khiển dung lượng bù CSPK theo dòng phụ tải ........................ 114
CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSS/E TÍNH TOÁN CHO LƯỚI ĐIỆN 500KV
VIỆT NAM KHI ĐẶT SVC VÀO CÁC VỊ TRÍ KHÁC NHAU..................... 117
1. Hiện trạng lưới điện 500kV Việt Nam ................................................................. 117
2. Định hướng phát triển lưới điện siêu cao áp ....................................................... 120
3. Ứng dụng phần mềm PSS/E tính toán cho lưới điện 500kV Việt Nam .............. 121
3.1 Tổng quan về phần mềm PSS/E ...................................................................... 121
3.2 Các kịch bản tính toán .................................................................................... 131
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................... 144
1. Kết luận: ............................................................................................................... 144
2. Kiến nghị: ............................................................................................................. 144
Luận văn thạc sĩ khoa học: Ứng dụng các thiết bị FACTS nhằm điều chỉnh dung lượng bù để giảm tổn thất điện
năng trong lưới
Học viên: Lê Trí Hoàn
Số hiệu: CB090237 6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT
Chữ viết tắt
Đầy đủ Nghĩa
1 HTĐ Hệ thống điện
2 STATCOM Static sychronous Compensator Bộ bù đồng bộ tĩnh
3 SVC Static Var Compensator Bộ bù tĩnh
4 TCSC Thyristor Controlled Series
Capacitor
Tụ nối tiếp điều khiển
bằng thyristor
7 FACTS Flexible Alternating Current
Transmission Systems
Hệ thống truyền tải điện
xoay chiều linh hoạt
9 IEEE Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Viện kỹ thuật
Điện - điện tử (Mỹ)
10 VSC Voltage Source Converter Bộ biến đổi nguồn áp
11 DC Direct current Điện một chiều
12 AC Alternate Current Điện xoay chiều
13 CSPK Công suất phản kháng
14 CSTD Công suất tác dụng
15 MBA Máy biến áp
