Tối ưu hóa vị trí của thiết bị FACTS để nâng cao khả năng làm việc của hệ thống điện

MỤC LỤC
TRANG

 i
 ii
 iii
 iv
 v
 vi
 vii
Danh  viii
Danh sách các hình ix
 x

PHẦN A: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN

1.  1
2.  1
3.  2
4.  2
5.  2
6.  2
7.  2
PHẦN B: NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG
ĐIỆN
1.1  4
1.2  4
1.3  7
1.4  7

1.4.1 7
1.4.2  áp 8
1.4.3  9
1.4.3.1 10
1.4.3.2  10
1.4.4  11
1.5  11
1.5.1 Bù song song 12
 13
1.6 háng 13

CHƯƠNG 2: TỔNG QUÁT VỀ THIẾT BỊ FACTS

 15
 15
 16
2.2  17
 17
 17
SVC ( Static Var Compensator) 18

STATCOM (Static Synchronous Compensator) 22

TCSC( Thyristor Controlled Series Capacitor) 23
2.2.2.4 
UPFC(Unified Power Flow Controlled) 27

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ FACTS

 30

 31
3.2.. 31
. 36
  39
 39
3.2.3.2 Các p
 40


 45
 47
 49

CHƯƠNG 4: KHÁI QUÁT VỀ GIẢI THUẬT DI TRUYỀN (GENETIC
ALGORITHMS_GA)& PHÂN BỐ TRÀO LƯU CÔNG SUẤT
TRUYỀN THỐNG

4.1  51
 51
 52
 53
 55
4.1.5  56
4.1.5.1  56
4.1.5 58
4.1.5 58
4.1.5 58
4.1.5 60
4.1.5 64
 65

 65
 69
4.2.3 Newton  Raphson 70

CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN (GENETIC
ALGORITHMS_GA) ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TỐI ƯU CỦA THIẾT BỊ FACTS

5.1 75
 75
 76
 78
 79

 79
5.2.1  79
5.2.2  80
5.2.3  80
5.2.4 Quá trình ghép chéo 81
5.2.5  81
5.3 . 81
5.3.1 
k 87
5.3.2 
 89.
5.3.3 
  92

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
 94
 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
DANH SÁCH CÁC HÌNH V
Chương 1
Hình 1: Mô hình h thng hình tia hai thanh cái.
Hình 1.2 (a) H thn
ng cong công sut  góc
Hình 1.3: Mô hình h thng truyn tn.

Chương 2
Hình 2.1: Cu To SVC
 TCR
Hình c Tính V-I ca SVC
Hình 2.4: Cu To STATCOM
Hình 2.5. Mô hình TCSC n.
Hình 2.5. Mô hình TCSC (b) Mô hình thc t.
Hình 2.6: S n kháng ca TCSC vi góc m 
 ma UPFC
Hình 2.8: M
Chương 3
Hình 3.1: Cuu khin bn (TCR)
Hình 3.2: Cuu khin bng Thyristor (TCR) 3 pha.
Hình 3.3: B     m t bù c nh (FC) và cu   u
khin bng Thyristor (TCR).
Hình 3.4: Cu trúc vt lý mt pha ca thit b bù dc
Hình 3.5: Mi tip bng Thyristor
Hình 3.6.: Mu khin bng Thyristor.
Hình 3.7: Kí hiu mch ca (a) GTO ; (b) IGBT
Hình 3.8 B chuyi ngun áp ba pha, hai bc s dng IGBT

Chương 4








Hình 4.9: Gen Cha & 



Chương 5
Hình 5.1: Thit b FACTS (a) TCSC (b) SVC
Hình 5.2 Mi quan h gia công sut b TCSC và SVC
Hình 5.3: Cu trúc ca nhim sc th
Hình 5.4 mng IEEE 30 nút
Hình 5.5 Kt qu ng h
1

2
=0.5
Hình 5.6  hi t ng h
1

2
=0.5 trong các ln
thc hin khác nhau
Hình 5.7t thit b ng h

1

2
=0.5
Hình 5.8: Kt qu ng h
1

2
= 0
Hình 5.9 hi t ng h
1

2
= 0 trong
các ln thc hin khác nhau
Hình 5.10: t thit b ng hp

1

2
= 0.
Hình 5.11

DANH SÁCH CÁC BẢNG
CHƯƠNG 3
Bng 3.1 : Li ích ca thit b FACTS trong các ng dng khác nhau.
Bng 3.2: ng dng trong nh h thng ca tng loi thit b FACTS
CHƯƠNG 5
Bng 5.1 Qun th ngc to
Bc to t ghép chéo m
Bc to nh t bin gen th 4 ca NST
Bng 5.4 Thông s nút mng IEEE 30 nút
Bng 5.5 Thông s nhánh mng IEEE 30 nút
Bng 5.6 Kt qu sau khi thc hin t ng
h
1

2
= 0.5
Bng 5.7: Kt qu sau khi thc hin t ng
h
1

2
= 0
Bng 5.8 Kt qu sau khi thc hin t ng
hp các trng s li.

Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 1 -

PHN A
GII THIU LUNăVĔN
1. Đặt vnăđ.
Ngày nay, hệ thống điện đang đối mặt với nhiều thử thách nh: sc ép lớn ca
tăng trng kinh tế, nhu cầu chất lợng điện năng ngày càng cao, …. Tuy nhiên,
những vấn đề nh: giới hạn trong việc đầu t nhà máy điện, xây mới và tái cấu trúc
lới điện đã có ảnh hng không nhỏ đến sự phát triển ca ngành.
Thiết bị FACTS (Flexible AC Transmission System) là các thiết bị điều khiển hệ
thống truyền tải xoay chiều linh hoạt đợc sử dụng để điều khiển trào lu công suất,
điện áp, tr kháng và góc pha ca đng dây truyền tải có thể đáp ng đợc những
yêu cầu cải thiện chất lợng ca lới điện. Việc sử dụng thiết bị FACTS mang lại
những hiệu quả nh sau:
 Điều khiển trào lu công suất.
 Tăng khả năng truyền tải.
 Điều khiển điện áp.
 Bù công suất phản kháng.
 Cải thiện sự n định.
 Cải thiện chất lợng điện năng.
Hiệu quả sử dụng thiết bị FACTS tùy thuộc vào cách mà những thiết bị này đợc
đặt trong hệ thống điện. Ví dụ nh lựa chọn loại thiết bị thích hợp, dung lợng thích
hợp và đặc biệt là vị trí tối u ca thiết bị trong hệ thống điện.
Vị trí đặt tối u cho phép thiết bị điều khiển tốt dòng công suất và vì thế sẽ nâng

cao khả năng làm việc ca hệ thống điện. Vị trí tối u ca thiết bị có thể đợc xác
định bằng nhiều thuật toán tìm kiếm khác nhau mà Giải thuật di truyền (Genetic
Algorithms_GA) là một trong những phơng pháp hiệu quả nhất.
Vì vậy, đề tài “ Tối u Hóa Vị Trí Ca Thiết Bị FACTS Để Nâng Cao Khả Năng
Làm việc Ca Hệ Thống Điện” là hết sc cần thiết. Nó mang lại hiệu quả trong việc
tìm kiếm vị trí tối u ca thiết bị trong hệ thống điện, nâng cao khả năng làm việc
ca thiết bị tránh lãng phí cũng nh cải thiện chất lợng ca hệ thống điện.
2. Mc tiêu và nhim v ca lunăvĕn.
Mục tiêu ca luận văn là ng dụng Giải thuật di truyền (Genetic
Algorithms_GA) để tìm kiếm vị trí tối u ca thiết bị FACTS nhằm làm giảm tn
thất công suất phản kháng cũng nh chi phí vận hành lới điện. Luận văn tập trung
giải quyết những vấn đề sau:
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 2 -

 Phân tích các tác động ảnh hng đến n định công suất, giới hạn n định
công suất.
 Xây dựng mô hình toán ca thiết bị FACTS.
 Giới thiệu cơ chế hoạt động ca giải thuật di truyền (Genetic
Algorithms_GA).
 ng dụng giải thuật di truyền (Genetic Algorithms_GA) để tìm vị trí tối u
ca thiết bị FACTS trên hệ thống IEEE – 30 nút với hai loại thiết bị FACTS
là TCSC và SVC. Tập trung đi sâu vào khả năng giảm tn hao công suất
phản kháng và chi phí vận hành lới điện.
3. Phm vi nghiên cu.
Tập trung phân tích và tìm kiếm vị trí tối u ca hai loại thiết bị FACTS là TCSC
và SVC bằng giải thuật di truyền (Genetic Algorithms_GA).
4. Phngăphápăgii quyt bài toán.
- Xây dựng mô hình toán thiết bị FACTS.

- Phân tích sự cần thiết phải có thiết bị FACTS trong hệ thống điện cũng nh vị
trí tốt nhất để phát huy hiệu quả hoạt động ca nó.
- ng dụng giải thuật di truyền để tìm kiếm vị trí tối u ca thiết bị FACTS.
5. Đim mi ca lunăvĕn.
- ng dụng giải thuật di truyền để tìm kiếm vị trí tối u ca thiết bị FACTS.
- Giải quyết bài toán đa mục tiêu về việc giảm tn hao công suất phản kháng
và giảm chi phí đầu t lới điện trên hệ thống IEEE-30 nút.
6. Giá tr thực tin ca lunăvĕn.
- Góp phần vào việc nghiên cu tối u hóa lới điện truyền tải.
- Làm tài liệu cho các nghiên cu về tối u hóa sử dụng thiết bị FACTS trong
lới điện.
7. B cc lunăvĕn.
Luận văn gm 6 chơng:
Phần A: Giới Thiệu Luận Văn
Phần B: Nội Dung.
Chơng 1: Điều Khiển Và Các Giới Hạn n Định Ca Hệ Thống Điện.
Chơng 2: Tng Quát Về Thiết Bị FACTS
Chơng 3: Mô Hình Thiết Bị FACTS.
Chơng 4: Khái Quát Về Giải Thuật Di Truyền & Phân Bố Trào Lu Công Suất
Truyền Thống
Chơng 5: ng Dụng Giải Thuật Di Truyền Để Xác Định Vị Trí Tối u Ca
Thiết Bị FACTS.
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 3 -

Chơng 6: Kết Luận.

Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 4 -

CHNGă1
ĐIU KHIN VÀ CÁC GII HN NăĐNH CA H
THNGăĐIN
1.1 Đặcăđim caăliăđin truyn ti.
Hệ thống truyền tải ngày nay là một mạng phc tạp. Đng dây truyền tải điện
kết nối tất cả các nhà máy điện và tất cả các điểm phụ tải chính trong hệ thống điện.
Các đng dây truyền tải điện phân bố công suất theo hớng đi mong muốn theo sự
kết nối ca hệ thống truyền tải để đạt đợc sự phân bố công suất nh yêu cầu. Đặc
điểm chính ca hệ thống truyền tải ngày nay là có nhiều cấu trúc mạch vòng, trái
với hệ thống truyền tải trớc đây là có nhiều cấu trúc hình tia, cung cấp công suất từ
máy phát đến phụ tải.
Việc truyền tải công suất  trang thái tĩnh có thể bị giới hạn bi sự phân bố
công suất song song hoặc mạch vòng. Việc phân bố đó thng xảy ra trong hệ
thống mạng nhiều phát tuyến, kết nối hệ thống điện, dẫn đến đng dây bị quá tải
dới các vấn đề dạng nhiệt hoặc giới hạn điện áp.
Hệ thống điện làm việc có sự đng bộ đối với việc phát công suất điện. Nó là
yêu cầu cơ bản để phát hết công suất ca tất cả các máy phát trong vận hành hệ
thống điện với việc duy trì tần số chung.
Tuy nhiên, hệ thống điện chịu tác động ca các thay đi nhiễu loạn động, nhiễu
loạn có thể là nguyên nhân ca sự thay đi đột ngột cân bằng công suất tác dụng và
phản kháng trong hệ thống điện và hậu quả ca việc h hỏng trong máy phát. Khả
năng ca hệ thống điện để phục hi từ các nhiễu loạn và xác lập tr lại trạng thái

đng bộ mới dới các điều kiện tác động ngẫu nhiên tr thành nhiệm vụ chính ca
khâu thiết kế và vân hành. Khả năng này thng là đặc tính giới hạn n định ca hệ
thống. Trong chơng này chúng ta sẽ quan tâm đến các vấn đề cơ bản ca việc kiểm
soát hệ thống điện và khả năng n định, quan tâm đến việc điều khiển công suất và
các giới hạn n định.
1.2 Căsở kin thc.
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 5 -

Trớc khi nghiên cu về cơ s ca việc điều khiển hệ thống điện và các giới
hạn n định thì các chỉ số ảnh hng đến trào lu công suất tác dụng và phản kháng
trên hệ thống điện cần phải đợc thảo luận trớc tiên. Việc chuyển đi công suất
giữa hai thanh cái liên quan đến các thông số sau:
 Điện áp thanh cái đầu nhận và đầu phát.
 Góc công suất giữa hai thanh cái.
 Tng tr nối tiếp giữa đng dây truyền tải giữa hai thanh cái.
Chúng ta xem xét một hệ thống đơn giản hình tia thể hiện nh hình 1.1. Đng
dây truyền tải giữa thanh cái nhận và thanh cái phát đợc thể hiện bằng mô hình 
tơng đơng và bỏ qua điện tr ca đng dây để đơn giản tính toán.
Hình 1.1: Mô hình h thng hình tia hai thanh cái.
Các phơng trình mô tả giữa thanh cái phát và thanh cái nhận có dạng nh sau:
Công suất tại đầu phát :


=

.




.  (1.1)
Công suất tác dụng tại đầu nhận:


=

.



.  (1.2)
Công suất phản kháng tại đầu phát:


=




.




−






(1.3)
Công suất phản kháng tại đầu nhận:


=




.




+





(1.4)
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 6 -

Từ phơng trình (1.1) và (1.2) ta thấy rằng công suất tác dụng chuyển tải đợc
xác định bi điện áp đầu nhận và phát, tr kháng nối tiếp ca đng dây và góc lệch
pha giữa điện áp đầu nhận và điện áp đầu phát. Thông thng trong hệ thống điện,
góc công suất khác biệt giữa hai thanh cái là nhỏ ( nhỏ hơn 20 độ) phơng trình

chuyển tải công suất có thể rút gọn nh sau [7]:


=

.



.  ; 

=

.



.  (1.5)
Trong ngắn hạn, công suất tác dụng chuyển đi giữa hai thanh cái trong hệ
thống điện tỷ lệ với góc lệch pha giữa hai thanh cái công suất đầu phát và đầu nhận
là bằng nhau và sự tn thất công suất trong hệ thống đợc bỏ qua.
Phơng trình chuyển đi công suất phản kháng phc tạp hơn phơng trình
chuyển đi công suất tác dụng nh đã thấy từ phơng trình (1.3) và (1.4). Tuy
nhiên, để đơn giản chúng ta bỏ qua công suất điện dung trên đng dây. Nh vậy,
phơng trình công suất phản kháng đơn giản là:


=





.




(1.6)


=




.




(1.7)
Ta thấy  (1.6) và (1.7) công suất phản kháng chuyển đi giữa hai điểm đợc
xác định bi biên độ điện áp giữa hai thanh cái, điện kháng nối tiếp ca đng dây
và góc công suất giữa hai điểm.
Trong chế độ làm việc bình thng góc công suất giữa hai thanh cái nối với
nhau thì nhỏ, vì vậy phơng trình công suất phản kháng chuyển tải có thể đợc đơn
giản thành:


=





.



(1.8)


=




.



(1.9)
Từ phơng trình (1.8) và (1.9) công suất phản kháng chuyển tải giữa hai điểm
đợc xác định bi biên độ điện áp  hai thanh cái và điện kháng nối tiếp ca đng
dây đó.
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 7 -

Từ phơng trình (1.8) và (1.9),  trạng thái tĩnh công suất phản kháng chạy từ
nơi thanh cái có điện áp cao đến thanh cái có điện áp thấp.

Tóm lại, công suất tác dụng truyền từ nơi có góc công suất cao sang nơi có góc
công suất thấp trong khi công suất phản kháng truyền từ nơi có điện áp cao đến nơi
có điện áp thấp.
1.3 Điu khin phân b công sut.
Truyền tải công suất  trạng thái tĩnh có thể đợc gia tăng có thể đợc gia tăng
bằng cách điều khiển tr kháng ca đng dây và góc lệch pha giữa hai thanh cái.
Trong thực tế phơng pháp cơ bản để gia tăng công suất truyền tải bằng cách bù
Var nối tiếp, song song và điều chỉnh góc pha.
Bù Var nối tiếp, bù Var song song là nguyên lý cơ bản ca bù công suất phản
kháng. Mục đích ca bù công suất phản kháng là thay đi đặc tính tự nhiên ca
đng dây truyền tải để làm cho nó có khả năng đáp ng nhu cầu truyền tải công
suất cao hơn đến phụ tải. Nguyên lý bù song song đợc ng dụng để duy trì mc
điện áp dới các điều kiện khác nhau ca hệ thống.
Bù nối tiếp đợc ng dụng để thiết lập nên một đng dây ngắn ảo bằng cách
giảm tng tr tính cảm ca đng dây.
Điều chỉnh góc pha đợc ng dụng để điều khiển góc pha ca đng dây. Bằng
cách điều khiển tng tr và góc pha có thể thực hiện đợc việc điều khiển công
suất.
1.4 Gii hn năđnh ca h thng.
Hệ thống vận hành với các giới hạn truyền tải công suất. Các giới hạn này sẽ
ràng buộc việc phát và truyền công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống. Các
giới hạn này đợc chia thanh ba dạng: Giới hạn nhiệt, Giới hạn điện áp, Giới hạn n
định.
1.4.1Gii hn nhit.
Các giới hạn nhiệt do khả năng chịu nhiệt ca các thiết bị trong hệ thống điện.
Ngay công suất truyền tải gia tăng, biên độ dòng điện gia tăng, dẫn đến h hỏng quá
nhiệt. Ví dụ trong nhà máy điện, việc vận hành liên tục các thiết bị  chế độ vận
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 8 -

hành tối đa sẽ dẫn đến h hỏng do nhiệt. Cả công suất tác dụng và phản kháng đều
tác động đến biên độ dòng điện.
Ngoài ra trong hệ thống điện, các đng dây truyền tải và các thiết bị liên quan
cũng vận hành với các giới hạn nhiệt. Việc phải thng xuyên vận hành quá tải các
đng dây trên không làm cho cấu trúc kim loại ca dây dẫn bị phá vỡ, làm giảm
khả năng dẫn điện ca chúng.
Không giống nh đng dây trên không, cáp ngầm và máy biến áp phải phụ
thuộc vào cách điện ca chúng và hơn nữa là không khí làm mát lợng nhiệt năng
phát ra. Các thiết bị này đợc hạn chế dòng điện để chúng mang tải một cách an
toàn. Đối với hai thiết bị này quá tải liên tục sẽ làm giảm tui thọ ca thiết bị do làm
giảm cách điện.
1.4.2 Gii hnăđin áp.
Các thiết bị ca điện lực và khách hàng đợc thiết kế để hoạt động  công suất
và điện áp định mc. Phần lớn sự lệch áp kéo dài so với mc điện áp định mc có
thể gây bất lợi cho đặc tính làm việc ca chúng.
Dòng điện chạy trong đng dây truyền tải gây ra một sụt áp lớn không mong
muốn. Điện áp rơi là nguyê nhân chính gây nên tn thất công suất phản kháng. Tn
thất này xảy ra ngay khi có dòng điện chạy trong hệ thống. Nếu công suất phát ra từ
máy phát điện hoặc ngun phát không đáp ng đ cho phụ tải thì điện áp sẽ giảm.
Hệ thống yêu cầu hỗ trợ công suất phản kháng để giúp ngăn chặn vấn đề điện
áp giảm thấp. Tng công suất phản kháng sẵn sàng hỗ trợ thng đợc xác định
theo giới hạn truyền tải công suất. Hệ thống có thể bị hạn chế đến mc thấp công
suất tác dụng truyền tải hơn mong muốn bi vì hệ thống không đáp ng yêu cầu dự
trữ công suất phản kháng đ để hỗ trợ điện áp.


Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 9 -

1.4.3 Gii hn năđnh.
n định hệ thống là khả năng ca hệ thống để duy trì trạng thái vận hành cân
bằng trong những điều kiện vận hành bình thng và tr lại trạng thái cân bằng sau
tác động ca các nhiễu loạn. Mất n định ca hệ thống điện đợc thể hiện dới
nhiều dạng khác nhau phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống và chế độ vận hành.
Thông thng n định hệ thống là việc duy trì các máy phát đng bộ hoạt động
đng bộ với nhau. n định trong hệ thống điện đợc chia thành hai loại: n định
góc δ và n định điện áp.

(a)
(b)
Hình 1.2 (a) H thngăđină(b)ăĐờng cong công sut - góc
Xem xét giới hạn n định ca hệ thống gm hai ngun và hai đng dây song
song với nhau. Từ phơng trình (1.1) và (1.2), công suất tác dụng truyền tải giữa hai
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 10 -

thanh cái phụ thuộc vào góc δ. Khi xảy ra sự cố trên đng dây 1-2 thì máy cắt 1 và
máy cắt 2 cắt ra điểm ngắn mạch bị cô lập.
Hệ thống điện đang làm việc n định tại điểm a với góc công suất ban đầu là δ
0
thì xảy ra ngắn mạch làm đng cong công suất ca hệ thống bị giảm thấp đột ngột
do tng tr ca đng dây tăng lên hệ thống bảo vệ rơle cắt  điểm c. Tại điểm d do
công suất P điện lớn hơn công suất cơ P
M
ca tua bin nên máy phát bắt đầu hãm tốc
đến điểm làm việc n định mới.
Nếu tại điểm e máy không đợc hãm tốc và tiếp tục trợt nữa thì sẽ mất n định

đng bộ. Vậy, giới hạn n định ca hệ thống điện là phần diện tích A1 phải nhỏ hơn
phần diện tích hãm tốc A2.
Phân tích góc n định công suất hệ thống điện là nghiên cu đặc tính động ca
hệ thống điện. Đặc tính động liên quan đến sự thay đi giá trị ca dòng công suất,
điện áp, góc và tần số sau khi hệ thống chịu tác động ca những nhiễu loạn lớn hoặc
nhỏ.
n định góc đợc chia thành hai loại: n định quá độ và n định giao động bé.
1.4.3.1 năđnhăquáăđ.
n định quá độ là khả năng duy trì sự đng bộ khi chịu tác động ca các nhiễu
loạn lớn. Nó đợc xác định bằng cách hệ thống đáp ng đợc các nhiễu loạn lớn.
Hệ thống đợc gọi là n định quá độ nế nó có thể vợt qua nhiễu loạn ban đầu và
tr lại n định, ngợc lại hệ thống là không n định nếu không vợt qua đợc. Đối
với các hệ thống n định, khi bất ng xảy ra nhiễu loạn lớn, giá trị góc hệ thống bắt
đầu tăng đến đỉnh điểm thì sao đó bắt đầu giảm, làm cho hệ thống n định quá độ.
1.4.3.2 năđnhădaoăđng bé.
n định dao động bé hoặc n định nhiễu loạn là khả năng ca hệ thống điện
tr lại n định sau khi chịu tác động từ các nhiễu loạn bé. n định dao động là đặc
tính liên quan đến biên độ và độ dài ca các nhiễu loạn trong hệ thống. Nhiễu loạn
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 11 -

điện áp, tần số, góc và dòng công suất có thể đợc kích thích bi nhiều sự kiện khác
nhau. Điều này có thể tr thành vấn đề phc tạp khi hệ thống kích từ ca máy phát
bị sự cố. Các nhiễu loạn đó có thể phát triển thành lớn dẫn đến tr thành nhiễu loạn
mất n định.
Sử dụng các thiết bị bảo vệ sẽ có tác động làm giảm thiểu các nhiễu loạn lớn
và mạnh. Các thiết bị giới hạn có thể bảo vệ hệ thống điện n định đó là thiết bị
FACTS, bộ n định công suất PSS và máy bù đng bộ.
1.4.4 năđnhăđin áp.

n định điện áp ca hệ thống điện là khả năng n định ca hệ thống điện để duy
trì độ lớn, biên độ điện áp ngay khi phụ tải định mc ca hệ thống gia tăng, việc
truyền tải công suất tác dụng đến các phụ tải đó gia tăng. Chỉ số chính làm cho mất
n định điện áp là thiếu công suất phản kháng hỗ trợ trong hệ thống.
n định điện áp có thể đợc phân loại theo thi gian mô phỏng thành hai dạng
chính: n định điện áp tĩnh và n định điện áp động.
Mất n định điện áp là nguyên nhân chính liên quan đến sự mất cân bằng công
suất phản kháng.
1.5 Nguyên lý bù trên đờng dây truyn ti
Giả sử có mô hình hệ thống điện đơn gian nh hình 1.3. Với các thông số nh
sau:
 Tn thất X
L

 Điện áp ca hai thanh cái là V
1
∠δ
1
và V
2
∠δ
2

 Góc lệch pha giữa hai điện áp thanh cái là δ = δ
1
-δ
2


Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 12 -


Hình 1.3: Mô hình h thng truyn tiăđnăgin.
Biên độ dòng điện chạy trong đng dây truyền tải là :
=




=
| 

∠



∠

|


(1.10)
Thành phần tác dụng và phản khán ca dòng điện tại thanh cái 1 là :


=






; 

=







(1.11)
Công suất tác dụng và phản kháng tại thanh cái 1:


=







; 

=



(



)


(1.12)
Thành phần tác dụng và phản khán ca dòng điện tại thanh cái 2 là :


=





; 

=







(1.13)
Công suất tác dụng và phản kháng tại thanh cái 2:



=







; 

=


( 



)


(1.14)
Từ phơng trình (1.10) đến (1.14) cho thấy rằng công suất tac dụng và phản
kháng có thể điều khiển bằng cách điều khiển điện áp, góc pha và tng tr ca hệ
thống truyền tải.
Việc bù trong hệ thống truyền tải điện có thể phân thành hai nhóm chính: bù nối
tiếp và bù song song.
1.5.1 Bù song song.
Bù song song, nhất là bù kháng song song đã đợc sử dụng rộng rãi trong hệ
thống truyền tải điện để điều chỉnh biên độ điện áp, cải thiện chất lợng điện áp và

nâng cao n định hệ thống điện.
Cuộn kháng đấu song song thng đợc sử dụng để giảm quá điện áp đng
dây bằng cách hấp thụ công suất phản kháng.
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 13 -

Trong khi đó tụ bù kết nối song song thng đợc sử dụng để duy trì mc điện
áp bằng cách bù công suất phản kháng đến đng dây truyền tải
1.5.2 Bù ni tip.
Mục đích ca bù nối tiếp để điều khiển trực tiếp tng tr nói tiếp ca đng dây
truyền tải điện. Xem lại các phơng trình từ (1.10) đến (1.14) công suất xoay chiều
AC bị giới hạn bi chính tr kháng ca đng dây truyền tải. Bù nối tiếp có thể gia
tăng điện áp tránh sụt áp trên đng dây truyền tải, vì vậy giảm đợc tng tr nối
tiếp ca đng dây.
1.6 Tm quan trọng ca vic gim tn hao công sut phn kháng.
Hầu hết các thiết bị tiêu thụ điện đều sử dụng công tác dụng P và công suất
phản kháng Q. Sự tiêu thụ công suất phản kháng này sẽ đợc truyền tải trên lới
điện về phía ngun cung cấp công suất phản kháng, sự truyền tải công suất này trên
đng dây sẽ làm tn hao một lợng công suất và làm cho tn hao điện áp tăng lên
đng thi cũng làm cho công suất biểu kiến S tăng dẫn đến chi phi xây dựng đng
dây tăng lên. Vì vậy việc bù công suất phản kháng cho lới điện sẽ có những tích
cực nh sau:
 Giảm tn thất công suất trong mạng điện: ta có công thc xác định tn
thất công suất trên đng dây nh sau:
∆=







. =




. +




. = ∆
()
+ ∆
()
(1.15)
Khi giảm Q truyền tải trên đng dây ta sẽ giảm thành phần tn thất
công suất ∆
()
do Q gây ra.
 Tăng khả năng truyền tải ca đng dây và máy biến áp: khả năng
truyền tải ca đng dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát
nóng, tc phụ thuộc vào dòng điện cho phép ca chúng dòng điện chạy
trên dây dẫn và máy biến áp đợc tính nh sau:
=





√


(1.16)
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 14 -

Từ (1.16) cho thấy với cùng một tình trạng phát nóng nhất định ca
đng dây và máy biến áp ( I= const) chúng ta có thể tăng khả năng
truyền tải công suất P ca chúng bằng cách giảm công suất phản kháng
Q tải đi. Vì thế khi vẫn giữ nguyên đng dây và máy biến áp nếu giảm
lợng Q phải truyền tải thì khả năng truyền tải ca chúng sẽ đợc tăng
lên.
Kết luận: Công suất phản kháng là một phần không thể thiếu trong máy biến áp,
động cơ điện…Tuy nhiên, do truyền tải trên đng dây lại gây ảnh hng đến hao
tn điện năng, hao tn điện áp, làm tăng công suất truyền tải dẫn đến tăng chi phí
xây dựng. Vì vậy phải có biện pháp để giảm tn hao lợng công suất này.

Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 15 -

CHNGă2:ă
TNG QUÁT V THIT B FACTS
2.1 Khái nim v thit b FACTS.
2.1.1ăĐặt vnăđ.
Trong chế độ vận hành bình thng ca hệ thống điện (vận hành  trạng thái n
định) việc sản xuất công suất tác dụng phải đáp ng đợc nhu cầu tiêu thụ (kể cả
các tn thất), nếu không thì tần số hệ thống sẽ bị thay đi. Cũng vậy, có một sự gắn
bó chặt chẽ giữa điều kiện cân bằng công suất phản kháng với điện áp các nút hệ
thống. Công suất phản kháng  một khu vực nào đó quá thừa thì  đó sẽ có hiện
tợng quá điện áp (điện áp quá cao), ngợc lại, thiếu công suất phản kháng điện áp
sẽ bị sụt thấp. Nói khác đi, cũng nh đối với công suất tác dụng, công suất phản
kháng luôn phải đợc điều chỉnh đề giữ cân bằng. Việc điều chỉnh công suất phản
kháng cũng là yêu cầu cần thiết nhằm giảm nhỏ tn thất điện năng và đảm bảo n
định hệ thống. Tuy nhiên có sự khác nhau cơ bản giữa điều chỉnh công suất tác
dụng và điều chỉnh công suất phản kháng. Tần số hệ thống sẽ đợc đảm bảo bằng
việc điều chỉnh công suất tác dụng  bất kỳ máy phát điện nào (miễn sao giữ đợc
cân bằng giữa tng công suất phát và công suất tiêu thụ). Trong khi đó, điện áp các
nút hệ thống không bằng nhau, chúng phụ thuộc điều kiện cân bằng công suất phản
kháng theo từng khu vực. Nh vậy ngun công suất phản kháng cần đợc lắp đặt
phân bố và điều chỉnh theo từng khu vực. Điều này giải thích vì sao, ngoài các máy
phát điện cần phải có một số lợng lớn các thiết bị sản xuất và tiêu thụ công suất
phản kháng: Máy bù đng bộ, tụ điện, kháng điện Chúng đợc lắp đặt và điều
chỉnh  nhiều vị trí trong lới truyền tải và phân phối điện (gọi là các thiết bị bù
công suất phản kháng).
Trớc đây, việc điều chỉnh công suất phản kháng ca các thiết bị bù thng

đợc thực hiện đơn giản: Thay đi từng nấc (nh đóng cắt bằng máy cắt cơ khí)
hoặc thay đi kích từ (trong máy bù đng bộ). Chúng chỉ cho phép điều chỉnh thô
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

HVTH: Phan Thái Tn - Trang 16 -

hoặc theo tốc độ chậm. Kỹ thuật thyristor công suất lớn đó m ra những khả năng
mới, giải quyết đợc những yêu cầu mà các thiết bị bù c điển cha đáp ng đợc,
nh tự động điều chỉnh điện áp các nút, giảm dao động công suất nâng cao n định
hệ thống.Việc ng dụng các thiết bị bù CSPK chất lợng cao điều khiển bằng
thyristor đã tr thành một nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao tính n định và hiệu quả
sử dụng ca hệ thống cung cấp điện (HTCCĐ) nói chung cũng nh đối với các phụ
tải có công suất phản kháng thay đi nhanh nh lò nung h quang điện.
2.1.2 Khái nim.
Trớc đây các thiết bị bù thng không có tự động điều chỉnh điện áp, hoặc có
điều chỉnh nhng rất chậm (máy bù đng bộ ) hoặc bù từng nấc. Với sự phát triển
vợt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt kỹ thuật điện tử công suất nh
thyristor công suất lớn đó cho phép thực hiện các thiết bị bù điều khiển nhanh, thực
tế các thiết bị bù dùng thyristor có thể thay đi công suất từ 0 đến trị số định mc
không quá 1/4 chu kỳ tần số điện công nghiệp.
FACTS là hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt sử dụng thiết bị điện tử
công suất hoạt động  chế độ tự động với dòng điện và điện áp cao, cho phép điều
khiển bù công suất phản kháng gần nh tc thi, ngăn cản dao động để n định điện
áp, hệ số công suất ca hệ thống một cách nhanh chóng.
Mặt khác việc định hớng phát triển hệ thống đợc căn c trên cơ s dự báo
phụ tải, tuy nhiên trong quá trình vận hành không phải lúc nào cũng đảm bảo cân
bằng giữa cung và cầu dẫn đến tình trạng hệ thống điện sẽ có thi điểm bị quá tải.
Thêm vào đó, do khả năng tải ca đng dây bị giới hạn bi các yếu tố nhiệt độ,
điện dung và độ n định, nếu không có sự điều khiển hợp lý, sẽ không tận dụng hết
khả năng tải ca các đng dây. Việc sử dụng thiết bị FACTS sẽ góp phần giải

quyết việc vận hành hệ thống điện một cách khoa học, nâng cao hiệu quả đng dây
tải điện hiện có, đáp ng yêu cầu thực tế đặt ra. Đặc biệt  những nơi yêu cầu về
cung cấp điện an toàn và tin cậy.