ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BÙ TĨNH (SVC) VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC NÂNG CAO CHO ỔN ĐỊNH CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản thuyết minh luận văn này do tôi thực hiện. Các số liệu sử
dụng trong thuyết minh, kết quả phân tích và tính toán được tìm hiểu qua các tài
liệu.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BÙ TĨNH (SVC) VÀ ỨNG DỤNG
TRONG VIỆC NÂNG CAO CHO ỔN ĐỊNH CHẤT LƯỢNG
ĐIỆN NĂNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

Học viên: Nguyễn Thế Vĩnh
Người HD Khoa học: T.S Nguyễn Thanh Liêm

THÁI NGUYÊN 2007
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



1


(TCPAR - Thyristor Controlled Phase Angle Regulator) .......................... 26

MUC LỤC
Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt ................................................................................... 6

1.2.6. Nhận xét ...................................................................................................... 27

Danh mục các báng biểu ................................................................................................ 7

Kết luận ......................................................................................................................... 27

Danh mục các hình vẽ, đồ thị .......................................................................................... 9
Lời nói đầu .................................................................................................................... 11

Chương 2: Ứng dụng của thiết bị bù SVC trong việc nâng cao ổn định

Chương 1: Thiết bị điều khiển công suất trong hệ thống điện ............................... 13

2.1. Khả năng ứng dụng của SVC trong hệ thống điện ................................................ 29

1.1. Hệ thống điện hợp nhất và những yêu cầu điều chỉnh nhanh công suất trong các
điều kiện làm việc bình thường và sự cố ...................................................................... 13

2.1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................... 29

1.1.1. Đặc điểm ..................................................................................................... 13

2.1.2.1. Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất ......................................... 30

1.1.2. Các biện pháp áp dụng trong công nghệ truyền tải điện của hệ thống điện
hợp nhất ......................................................................................................................... 14

2.1.2.2. Giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự cố ................. 32

hệ thống điện ...................................................................................................... 29

1.1.3. Bù công suất phản kháng ............................................................................ 14
11.4. Bù dọc và bù ngang trong đường dây siêu cao áp ....................................... 16
1.1.4.1. Bù dọc .............................................................................................. 16
1.1.4.2. Bù ngang .......................................................................................... 18
1.1.4.3. Nhận xét ........................................................................................... 20
1.2. Một số thiết bị điều khiển công suất phản kháng trong hệ thống điện .................. 20
1.2.1. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor
(SVC - Static Var Compensator) ................................................................ 20
1.2.2. Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor
(TCSC - Thyristor Controlled Series Capacitor) ....................................... 22
1.2.3. Thiết bị bù tĩnh (STATCOM - Static Synchronous Compensator) ............ 23
1.2.4. Thiết bị điều khiển dòng công suất

2.1.2.3. Ôn hòa dao động công suất hữu công .............................................. 33
2.1.2.4. Giảm cường độ dòng điện vô công .................................................. 33
2.1.2.5. Tăng khả năng tải của đường dây .................................................... 33
2.1.2.6. Cân bằng các phụ tải không đối xứng .............................................. 36
2.1.2.7. Cải thiện ổn định sau sự cố .............................................................. 36
2.2. Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC .................................................................... 37
2.2.1. Cấu tạo từng phần tử của SVC .................................................................... 37
2.2.1.1. Nguyên lý hoạt động của bộ thyristor mắc song song ngược .......... 37
2.2.1.2. Kháng điều chỉnh bằng thyristor TCR
(thyristor controlled reactor) ............................................................ 40
2.2.1.3. Tụ đóng mở bằng thyristor TSC ( thyristor switch capacitor) ......... 49
2.2.1.4. Kháng đóng mở bằng thyristor TSR ( thyristor switch reactor) ...... 49
2.2.1.5. Hệ thống điều khiển các van trong SVC .......................................... 50

(UPFC - Unified Power Flow Controller).................................................. 24
1.2.5. Thiết bị điều khiển góc pha bằng thyristor

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2.1.2. Một số ứng dụng của SVC .......................................................................... 30



2.2.2. Các đặc tính của SVC ......................................................................... 51

2.2.2.1. Đặc tính điều chỉnh của SVC .......................................................... 51
2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



3


2.2.2.2. Đặc tính làm việc của SVC .............................................................. 52

3.3.1.4. Khâu khuếch đại xung ...................................................................... 74

2.3. Mô hình SVC trong tính toán chế độ xác lập của hệ thống điện ........................... 53

3.3.1.5. Khâu điều khiển xung ...................................................................... 75

2.3.1. Mô hình hóa SVC như một điện kháng có trị số thay đổi .......................... 53

3.3.2. Các phần tử khác trong mô phỏng ............................................................... 76

2.3.2. Mô hình SVC theo tổ hợp nguồn và phụ tải phản kháng ............................ 55

3.3.2.1. Nguồn điện ....................................................................................... 76

Kết luận ......................................................................................................................... 58

3.3.2.2. Bộ kháng có điều khiển TCR ........................................................... 77
Kết luận ......................................................................................................................... 78

Chương 3: Bộ điều khiển bù công suất phản kháng SVC ....................................... 59
3.1. Sơ đồ SVC ứng dụng điều khiển bù công suất phản kháng ................................... 59

Chương 4: ứng dụng phần mềm ISIS mô phỏng thiết bị bù SVC có điều khiển .. 79

3.1.1. Chức năng hệ điều khiển ............................................................................. 60

4.1. Sơ đồ mô phỏng thiết bị bù công suất phản kháng SVC có điều khiển ................. 79

3.1.2. Nguyên tắc điều khiển ................................................................................. 60

4.2. Kết quả mô phỏng .................................................................................................. 79

3.1.3. Các khâu trong hệ thống điều khiển các van của SVC .............................. 61

4.2.1. Đồ thị điều khiển xung theo chế độ điện áp thay đổi ................................... 80

3.1.3.1. Khâu tạo xung đồng bộ cho bộ VĐK ............................................... 61

4.2.2. Đặc tính dòng qua thyristor điện khi điều khiển điện áp tại nút .................. 83

3.1.3.2. Khâu phản hồi .................................................................................. 62

4.3. Đặc tính hệ thống điều khiển các van SVC .......................................................... 89

3.1.3.3. Khâu khuếch đại xung ...................................................................... 63

Kết luận ......................................................................................................................... 92

3.1.3.4. Khâu điều khiển tạo xung sử dụng VĐK pic 16f877 ....................... 64

Kết luận chung và hướng phát triển .............................................................................. 93

3.1.4. Thuật toán PID dùng cho bộ vi điều khiển PIC16f877 ............................... 69
3.1.4.1. Bộ điều khiển PID dưới dạng tương tự ............................................ 69

Tài liệu tham khảo .............................................................................................................

3.1.4.2. Bộ điều khiển PID dưới dạng số ...................................................... 70

Phụ lục 1 .........................................................................................................................

3.1.4.3. Thuật toán điều khiển PID nâng cao ................................................ 70

Phụ lục 2 .........................................................................................................................

3.1.5. Sơ đồ nguyên lý hệ điều khiển góc mở các van của SVC .......................... 71
3.2. Phần mềm ISIS mô phỏng hệ thống điều khiển SVC ............................................ 71
3.3. Mô phỏng hệ điều khiển van thyristor hoặc triắc của bộ TCR .............................. 72
3.3.1. Mô phỏng các phần tử của hệ điều khiển .................................................... 72

3.3.1.1. Bộ đo giá trị dòng điện và điện áp ................................................... 72
3.3.1.2. Khâu lấy tín hiệu phản hồi ............................................................... 72
3.3.1.3. Khâu tạo xung đồng bộ .................................................................... 73

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



5


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1: So sánh chức năng của các thiết bị bù có điều khiển ................................... 27

STT

Chữ viết
tắt

Ý nghĩa

1

HTĐ

Hệ thống điện

2

SVC

Static Var Compensator

3

TCSC

Thyristor Controlled Series
Capacitor

4

Bảng 2-1: Giá trị của I3 khi thay đổi góc điều khiển  ................................................. 47

Chú thích

Bảng 3-1: Các phần tử sử dụng trong bộ đo ................................................................. 72

Bảng 3-2: Các phần tử sử dụng trong bộ phản hồi ............................................. 73
Bảng 3-3: Các phần tử sử dụng trong bộ tạo xung đồng bộ ......................................... 74

Bảng 3-4: Các phần tử sử dụng trong bộ khuếch đại xung .................................... 75

STATCOM Static Synchronous Compensator

5

UPFC

6

TCPAR

Bảng 3-5: Các dạng nguồn được ISIS mô phỏng ......................................................... 77

Unified Power Flow Controller

Bảng 3-6: Các phần tử tạo thành bộ TCR ........................................................... 78

Thyristor Controlled Phase Angle
Regulator

Bảng 4-1: Tổng hợp thời gian làm ổn định điện áp tại nút trường hợp 1 ..................... 90

Flexible Alternating Current

7

FACTS

8

ISIS

Proteus 6 Professional

Bảng 4-2: Tổng hợp thời gian làm ổn định điện áp tại nút trường hợp 2 ..................... 92

Transmission Systems
Phần mềm mô

9

PCB

Printed Circuit Board

10

VĐK

Bộ vi điều khiển

11

SS-TX

phỏng mạch điệnđiện tử

Khâu so sánh và tạo xung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



7


Hình 2.19: Đặc tính làm việc của nguồn công suất phản .............................................. 55

DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Hiệu quả của bù dọc trên đường dây siêu cao áp.......................................... 17

Hình 2.20: Đặc tính của phụ tải công suất phản kháng qua máy biến áp điều áp

Hình 1.2: Cấu tạo vànguyên lý làm việc của SVC........................................................ 21

dưới tải ........................................................................................................ 55

Hình 1.3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC .................................................. 22

Hình 2.21: Đặc tính làm việc của SVC ......................................................................... 56

Hình 1.4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của STATCOM ......................................... 23

Hình 2.22: Phối hợp đặc tính của một nguồn và hai phụ tải phản kháng ..................... 57

Hình 1.5: Nguyên lý cấu tạo của UPFC ........................................................................ 24

Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ điều khiển các van SVC .................................................. 59

Hình 1.6: Nguyên lý cấu tạo của TCPAR ..................................................................... 26

Hình 3.2: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ..................................................... 61

Hình 2.1: Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC................................................ 31

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý của khâu tạo xung đồng bộ ................................................ 62

Hình 2.2: Sự thay đổi điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC ............... 32

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của khâu phản hồi .............................................................. 63

Hình 2.3: Quan hệ thời gian và điện áp quá áp ............................................................. 32

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý của khâu khuếch đại xung.................................................. 64

Hình 2.4: Đặc tính công suất truyền tải của hệ thống khi có và không có SVC ........... 35

Hình 3.6: Sơ đồ cấu trúc của PIC 16f877 ..................................................................... 66

Hình 2.5: Đặc tính công suất khi có và không có SVC ................................................ 37

Hình 3.7:Sơ đồ mô phỏng bộ phản hồi ......................................................................... 73

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý bộ thyristor ......................................................................... 38

Hình 3.8: Đồ thị tín hiệu ra của bộ phản hồi ................................................................. 73

Hình 2.7: Đồ thị dòng điện tải ....................................................................................... 38

Hình 3.9: Sơ đồ mô phỏng bộ tạo xung đồng bộ .......................................................... 74

Hình 2.8: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR .................................................... 40

Hình 3.10: Đồ thị tín hiệu ra của bộ tạo xung đồng bộ ................................................. 74

Hình 2.9: Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR ........................................................... 41

Hình 3.11:Sơ đồ mô phỏng bộ khuếch đại xung ........................................................... 75

Hình 2.10: Ảnh hưởng của góc cắt đến dòng điện qua TCR ........................................ 41

Hình 3.12: Đồ thị tín hiệu ra của bộ khuếch đại xung .................................................. 75

Hình 2.11: Dạng sóng của tín hiệu dòng điện qua TCR ............................................... 42

Hình 3.13: Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển xung .......................................................... 76

Hình 2.12: Đặc tính điều chỉnh dòng điện TCR theo góc cắt ....................................... 46

Hình 3.14: Đồ thị tín hiệu ra của bộ điều khiển xung ................................................... 76

Hình 2.13: Các sóng hài bậc cao trong phần tử TCR ................................................... 46

Hình 3.15: Cửa sổ thay đổi dạng nguồn ........................................................................ 77

Hình 2.14: Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của TSC ...................................................... 49

Hình 3.16: Sơ đồ mô phỏng bộ TCR ............................................................................ 78

Hình 2.15: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TSR ................................................... 50

Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng tổng thể hệ điều khiển các van của TCR ........................... 79

Hình 2.16: Hệ điều khiển các van của SVC ........................................................ 51

Hình 4.2: Xung điều khiển ra với góc mở 100 .............................................................. 80

Hình 2.17: Đặc tính U-I của SVC ................................................................................. 51

Hình 4.3: Xung điều khiển ra với góc mở 300 .............................................................. 80

Hình 2.18: Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp .................................. 52

Hình 4.4: Xung điều khiển ra với góc mở 450 .............................................................. 81
Hình 4.5: Xung điều khiển ra vơi góc mở 900 .............................................................. 81

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9


Hình 4.6: Xung điều khiển ra vơi góc mở 1800 ............................................................ 81
0

Hình 4.7: Dòng điện qua van với góc mở 0 ................................................................ 83
0

Hình 4.8: Dòng điện qua van với góc mở 60 ............................................................... 83
Hình 4.9: Dòng điện qua van với góc mở 950 .............................................................. 84
Hình 4.10: Dòng điện qua van với góc mở 1200 .......................................................... 84
Hình 4.11: Dòng điện qua van với góc mở 1350 .......................................................... 85

LỜI NÓI ĐẦU
Điện năng là dạng năng lượng được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất trên
thế giới do nó có ưu điểm rất quan trọng là dễ dàng chuyển đổi sang dạng năng
lượng khác. Hơn nữa, điện năng còn là dạng năng lượng dễ dàng trong sản xuất, vận
chuyển và sử dụng. Hệ thống điện của mỗi quốc gia ngày càng phát triển để đáp
ứng sự phát triển lớn mạnh của nền kinh tế xã hội. Cùng với xu thế toàn cầu hoá
nền kinh tế, hệ thống điện cũng đã, đang và hình thành các mối liên kết giữa các

Hình 4.12: Dòng điện qua van với góc mở 1450 ................................................ 85

khu vực trong mỗi quốc gia, giữa các quốc gia trong khu vực hình thành nên hệ

Hình 4.13: Dòng điện qua van với góc mở 1600 .......................................................... 86

thống điện hợp nhất có quy mô rất lớn về cả công suất lãnh thổ.

0

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghiệp

0

chế tạo các linh kiện công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống

Hình 4.14: Dòng điện qua van với góc mở 165 .......................................................... 86
Hình 4.15: Dòng điện qua van với góc mở 170 .......................................................... 87
Hình 4.16: Dòng điện qua van với góc mở 1750 .......................................................... 87
Hình 4.17: Dòng điện qua van với góc mở 1800 .......................................................... 88
Hình 4.18: Đồ thị các sóng hài bậc cao của bộ TCR .................................................... 88

điện, nên các thiết bị bù dùng thyristor hay triắc sử dụng rất nhiều thông tin trong
toàn hệ thống được nghiên cứu và ứng dụng. ậ một số nước có trình độ cong nghệ
tiên tiến trên thế giới, các thiết bị bù dọc và bù ngang điều chỉnh nhanh bằng
thyristor hay triắc đã được ứng dụng và mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao

Hình 4.19: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút tăng ........................ 89

ổn định chất lượng điện áp của hệ thống điện. Các thiết bị thường dùng là: thiết bị

Hình 4.20: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút giảm ....................... 90

bù tĩnh có điều khiển thyristor hay triắc (SVC), thiết bị bù dọc có điều khiển

Hình 4.21: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút tăng ........................ 91

(TCSC). Các thiết bị này cho phép chúng ta vận hành hệ thống điện một cách linh

Hình 4.22: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút giảm ....................... 91

hoạt, hiệu quả cả trong chế độ bình thường hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh
nhanh công suất phản kháng và các thông số khác (trở kháng, góc pha) của chúng.
Việc nghiên cứu thiết bị bù ngang có khả năng điều chỉnh nhanh bằng
thyristor hay triắc đối với việc nâng cao ổn định và chất lượng điện áp của hệ thống
điện Việt Nam trong tương lai và nhiệm vụ rất cần thiết. Nhằm mở ra một hướng
mới trong việc áp dụng các phương pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động của hệ
thống điện. Bản luận văn sẽ đưa ra những đánh giá bước đầu hiệu quả của thiết bị
bù nhanh đối với công suất phản kháng trong chế độ vận hành hệ thống điện. Bản
luận văn trình bày ứng dụng phần mềm mô phỏng vào việc thiết kế, phân tích hệ
điều khiển bù công suất phản kháng SVC. Tuy nhiên, còn giới hạn về nhiều mặt nên
bản thuyết minh không tránh khỏi những thiếu sót, nên rất mong các Thầy, Cô chỉ
bảo để nội dung của đề tài được hoàn thiện hơn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



10

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



11

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo T.S Nguyễn
Thanh Liêm cùng toàn thể các Thầy, Cô trong bộ môn. Kính chúc các Thầy, Cô mạnh
khoẻ và Hạnh phúc!

CHƯƠNG 1
THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1. HỆ THỐNG ĐIỆN HỢP NHẤT VÀ NHỮNG YÊU CẦU ĐIỀU CHỈNH NHANH
CÔNG SUẤT TRONG CÁC ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC BÌNH THƯỜNG VÀ SỰ CỐ.

Tác giả

1.1.1. ĐẶC ĐIỂM.

Hiện nay, xu hướng hợp nhất các HTĐ nhỏ thành HTĐ hợp nhất bằng các
đường dây siêu cao áp đang được phát triển tại nhiều quốc gia, khu vực trên khắp
thế giới. Đây là xu hướng phát triển tất yếu của các hệ thống điện hiện đại nhằm
Nguyễn Thế Vĩnh

nâng cao tính kinh tế - kỹ thuật trong sản xuất, vận hành các hệ thống điện thành
viên. Cụ thể:
+ Giảm lượng công suất dự trữ trong toàn hệ thống do hệ thống lớn nhờ khả
năng huy động công suất từ nhiều nguồn phát.
+ Giảm dự phòng chung của HTĐ liên kết, qua đó giảm được chi phí đầu tư
vào các công trình nguồn - một gánh nặng lớn trong việc phát triển HTĐ.
+ Tăng tính kinh tế chung của cả hệ thống lớn do tận dụng được các nguồn
phát có giá thành sản xuất điện năng thấp như thuỷ điện, các nguồn nhiệt điện có
giá thành rẻ như tuabin khí, điện nguyên tử...
+ Tăng hiệu quả vận hành HTĐ do có khả năng huy động sản xuất điện từ các
nguồn điện kinh tế và giảm công suất đỉnh chung của toàn HTĐ lớn.

+ HTĐ hợp nhất vận hành linh hoạt hơn so với phương án vận hành các hệ
thống riêng rẽ nhờ sự trao đổi, hỗ trợ điện năng giữa các hệ thống thành viên.
+ Giảm giá thành điện năng do tận dụng được công suất tại các giờ thấp điểm
của phụ tải hệ thống điện thành viên để cung cấp cho hệ thống khác nhờ chênh lệch
về múi giờ.
+ Giảm được chi phí vận hành, đồng thời nâng cao tính linh hoạt trong việc
sửa chữa, đại tu các thiết bị trong toàn hệ thống.
+ Nâng cao độ dự trữ ổn định tĩnh của hệ thống, qua đó nâng cao độ tin cậy
cung cấp điện do công suất dự trữ chung của cả HTĐ hợp nhất là rất lớn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



12



13


Ngoài các lợi ích đã nêu ở trên, việc hợp nhất các hệ thống điện còn cho
phép dễ dàng trao đổi năng lượng thương mại giữa các khu vực, quốc gia thành viên

+ 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

góp phần thúc đẩy nền kinh tế phát triển. Việc hợp nhất hệ thống điện là cơ sở cho

việc hình thành các “thị trường điện” (Power pool), một xu hướng phát triển tất yếu

+ Công suất điện trường của ba pha của đường dây có chiều dài l là:
QE = 3..C.Uf2.l

của các hệ thống điện hiện đại được hình thành từ những năm cuối thế kỷ 20 và sẽ
phát triển mạnh mẽ trong thế kỷ 21.

+ Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lượng từ trường tính trên một đơn vị

1.1.2. CÁC BIỆN PHÁP ÁP DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ĐIỆN.

chiều dài của một pha đường dây khi dòng điện tải là I:

Khi tính toán các chế độ vận hành của hệ thống điện hợp nhất có đường dây
siêu cao áp, do cấp điện áp cao nên lượng công suất phản kháng mà đường dây sinh

WM = L.I2
+ Công suất từ trường của ba pha của đường dây có chiều dài l là:

ra là rất lớn. Đặc biệt là khi đường dây không mang tải thì lượng công suất phản
kháng phát ra rất lớn gây nên hiện tượng quá áp ở cuối đường dây. Để hạn chế hiện
tượng nay, ta phải dùng các biện pháp kỹ thuật khác nhau như:

QM = 3.WM.l = 3.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:

+ Tăng số lượng dây phân nhỏ trong một pha (phân pha) của đường dây để

Q = QE - QM = 3..C.Uf2.l - 3.L.I2.l

giảm điện kháng và tổng trở sóng, tăng khả năng tải của đường dây.


L.I 2 
Q  3.l.C.U 2f 1 
 C.U 2 
f 


+ Bù thông số đường dây bằng các thiết bị bù dọc và bù ngang (bù công suất
phản kháng) để giảm bớt cảm kháng và dung dẫn của đường dây làm cho chiều dài
tính toán rút ngắn lại.

+ Khi công suất phản kháng của đường dây bằng 0, ta có:
2

1  L.I 2
 C.U
f


+ Phân đoạn đường dây bằng các kháng điện bù ngang có điều khiển đặt ở
các trạm trung gian trên đường dây. Đối với đường dây siêu cao áp 500kV, khoảng
cách giữa các trạm đặt kháng bù ngang thường không quá 600km.



+ Đặt các thiết bị bù ngang hoặc bù dọc ở các trạm nút công suất trung gian

và trạm cuối để nâng cao ổn định điện áp tại các trạm này.
Khác với các đường dây cao áp (điện áp nhỏ hơn 330kV), quá trình truyền
tải điện xoay chiều trên đường dây siêu 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



14

C Uf

 ITN
L ZC

L
là tổng trở sóng của đường dây.
C

Khi đó, đường dây tải dòng điện tự nhiên ITN. 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
siêu cao áp không tiêu thụ hay phát thêm công suất phản kháng.
PTN 

của dòng điện tải của đường dây.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

I Uf

Trong đó:
ZC 

1.1.3. BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG.


0



3.U 2f
ZC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



15


Việc bù thông số của đường dây siêu 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

+ Điểm sụp đổ điện áp được dịch chuyển xa hơn.
* Ổn định về góc lệch :

lại hiệu quả cao là bù dọc và bù ngang trên các đường dây siêu cao áp.

+ Làm giảm góc lệch  trong chế độ vận hành bình thường, qua đó nâng cao

1.1.4. BÙ DỌC VÀ BÙ NGANG TRONG ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP.

độ ổn định tĩnh của hệ thống điện.

Các đường dây siêu 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 siêu cao áp có chiều dài
lớn, đặc biệt là những đường dây có chiều dài gần 1/4 bước sóng như đường dây

+ 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 
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:

500kV Bắc - Nam ở Việt Nam.
1.1.4.1. Bù dọc.

P' 

Trị số cảm kháng lớn của đường dây siêu 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 XC của tụ điện. Giải pháp này được thực hiện bằng cách mắc nối tiếp tụ điện

U1.U 2
sin 
X L  XC

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

U1.U 2
X L  XC

Ta thấy sau khi bù, giới hạn truyền tải công suất của đường dây tăng lên:
k = (XL - XC)/XC

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 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 (XL - XC). Giả sử góc lệch  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  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.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



16

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



17


dây phát ra sẽ bị tiêu hao một lượng đáng kể và qua đó có thể 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 siêu 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 (PTải < PTN), thì công suất phản kháng trên
đường dây thừa và đi về hai phía của đường dây. Để đảm bảo được trị số

cos cho phép của máy phát, ta phải đặt kháng bù ngang ở đầu đường dây để
Hình 1.1: Hiệu quả của bù dọc trên đường dây siêu cao áp

tiêu thụ công suất phản kháng.

* Giảm tổn thất công suất và điện năng:

+ Trong chế độ tải cực tiểu, công suất phản kháng do đường dây sinh

+ 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.

phải đặt các kháng bù ngang phân bố dọc theo đường dây để tiêu thụ lượng

+ Đặc trưng cho mức độ bù dọc của đường dây là hệ số bù dọc KC:

công suất phản kháng này. Thông thường, khoảng cách giữa các kháng bù

X
K C  C 100%
XL

ngang từ 200 - 500km.
+ Công suất phản kháng của đường dây phát ra trong chế độ không tải

Thông thường, đối với các đường dây siêu cao áp thì hệ số bù dọc KC từ 40 75% tuỳ theo chiều dài của đường dây.

được tính gần đúng như sau:
2
QC  U dd

.bo .l

1.1.4.2. 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 Il của kháng bù ngang sẽ khử dòng điện IC của điện dung đường
dây phát ra do chúng ngược chiều nhau. Nhờ đó mà công suất phản kháng do đường

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ra rất lớn (đối với đường dây siêu cao áp 500kV với Qo 1MVAR/km) nên ta



18

Trong đó:
Udd: Điện áp danh định của đường dây.
l: chiều dài của đường dây.
+ Đối với các đường dây siêu cao áp có điện áp 330  750kV thì ta có thể sử
dụng các quan hệ gần đúng như sau:
Xo.bo 1,15.10-6
ZC 

Xo
bo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



19


Nên ta có: bo 

SVC là thiết bị bù ngang dùng để tiêu thụ công suất phản kháng có thể điều

1,07.103
ZC

chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của thyristor, được tổ hợp từ hai thành phần

Như vậy công suất phản kháng của đường dây siêu cao áp 500kV phát ra là:
U
QC  dd 1,07.10 3.l  1,07.10 3.l.PTN
ZC

cơ bản:
- Thành phần cảm kháng để tác động về mặt công suất phản kháng (có thể
phát hay tiêu thụ công suất phản kháng tuỳ theo chế độ vận hành).

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

- Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như thyristor hoặc triắc

I

Q
K L  L 100%  L 100%
IC
QC

có cực điều khiển, hệ thống điều khiển góc mở dùng các bộ vi điều khiển như
8051, PIC 16f877, VAR...

Trong đó:

SVC được cấu tạo từ 3 phần tử chính bao gồm:

QL: Công suất phản kháng của kháng bù ngang

+ Kháng điều chỉnh bằng thyristor - TCR (Thyristor Controlled Reactor): có

QC: Công suất phản kháng của điện dung đường dây phát ra.
Đối với các đường dây có cấp điện áp 500kV, tổng công suất của các kháng
bù ngang trên đường dây thường bằng 60 - 70% công suất phản kháng do điện dung
đường dây phát ra.

chức năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng tiêu thụ.
+ Kháng đóng mở bằng thyristor - TSR (Thyristor Switched Reactor): có
chức năng tiêu thụ công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor.
+ Bộ tụ đóng mở bằng thyristor - TSC (Thyristor Switched Capacitor): có

1.1.4.3. Nhận xét.
- Đường dây siêu cao áp có nhiều đặc điểm riêng về kỹ thuật cần quan tâm
khi thiết kế phát triển lưới điện, đặc biệt là về giới hạn ổn định và ổn định điện áp.
- Mô hình đường dây siêu cao áp khi tính toán phải theo sơ đồ thông số rải.

Để đưa về dạng thông số tập trung cần sử dụng sơ đồ tương đương: chia thành
những mắt xích nối tiếp.

chức năng phát công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC như trên hình 1.2
Sử dụng SVC cho phép nâng cao khả năng tải của đường dây một cách đáng
kể mà không cần dùng đến những phương tiện điều khiển đặc biệt và phức tạp trong
vận hành. Các chức năng chính của SVC bao gồm:

- Đặc điểm chủ yếu của các đường dây siêu cao áp là có điện cảm và điện
dung lớn. Để đảm bảo khả năng mang tải và tránh gây ra hiện tượng quá điện áp khi
vận hành non tải hoặc không tải cần phải có biện pháp bù dọc và bù ngang.
- Trị số tối ưu của các thiết bị bù cần phải được tính toán trong từng chế độ
vận hành để đem lại hiệu quả về kinh tế - kỹ thuật.
1.2. MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN.
1.2.1. THIẾT BỊ BÙ TĨNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG THYRISTOR (SVC - STATIC
VAR COMPENSATOR).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



20

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



21

Tương tự như SVC, phần tử TCSC là thiết bị điều khiển trở kháng nhanh của
đường dây và hoạt động trong điều kiện ổn định của hệ thống điện. Nó được tổ hợp
từ một hay nhiều module TCSC, mỗi một module bao gồm hai thành phần cơ bản:
- Thành phần cảm kháng có thể thay đổi được điện dung nhờ bộ điều chỉnh
van thyistor.
- Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như van thyristor; các
cửa đóng mở GTO,...
Ngoài ra, TCSC còn có một số thiết bị phụ như bộ lọc f nhằm lọc bỏ các
sóng hài bậc cao, thiết bị đóng ngắt phục vụ các chế độ vận hành của TCSC trong
các chế độ khác nhau của hệ thống điện.
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCSC như hình 1.3 sau:
Hình 1.2: Cấu tạo vànguyên lý làm việc của SVC
- 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 còn có các chức năng phụ mang lại hiệu quả khá tốt cho quá
trình vận hành hệ thống điện như:

Hình 1.3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC
Các chức năng chính của TCSC bao gồm:
- Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh.

- Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh.

- Giảm sự thay đổi điện áp.

- Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây.

- Tăng cường khả năng truyền tải của đờng dây.

- Giảm góc làm việc  làm tăng cường khả năng vận hành của đường dây.

- Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện.

- Giảm tổn thất công suất và điện năng.
1.2.2. THIẾT BỊ BÙ DỌC ĐIỀU KHIỂN BẰNG THYRISTOR (TCSC THYRISTOR CONTROLLED SERIES CAPACITOR).

- Giảm góc làm việc  làm tăng cường khả năng vận hành của đường dây.
- Hạn chế hiện tượng cộng hưởng tần số thấp trong hệ thống điện.
Tuy nhiên, TCSC còn có nhiều chức năng khác có thể tăng tính linh hoạt
trong vận hành các đường dây siêu cao áp nói riêng và HTĐ nói chung. Tuỳ theo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



22

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



23

yêu cầu của từng đường dây siêu cao áp cụ thể và chức năng của chúng trong từng
HTĐ cụ thể mà ta có thể áp dụng các phương pháp, mạch điều khiển TCSC cho phù
hợp với các chế độ vận hành trong HTĐ.
1.2.3.

THIẾT

BỊ

BÙ

TĨNH

(STATCOM

- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện như ngắn
mạch, mất tải đột ngột...
Ngoài ra, STATCOM còn có đặc điểm nổi trội so với SVC như sau:

-

STATIC

SYNCHRONOUS

COMPENSATOR).

- Có khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi
loại trừ được sự cố.

STATCOM là sự hoàn thiện của SVC, bao gồm các bộ tụ điện được điều

- Có thể phát công suất phản kháng khi điện áp thanh cái nhỏ hơn điện

chỉnh bằng các thiết bị điện tử như thyistor có cửa đóng mở GTO. So với SVC, nó

áp lưới và ngược lại, tiêu thụ công suất phản kháng khi điện áp thanh cái lớn

có ưu điểm là kết cấu gọn nhẹ hơn, không đòi hỏi diện tích lớn như SVC và đặc biệt
là nó điều khiển linh hoạt và hiệu quả hơn.

hơn điện áp lưới.
1.2.4. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN DÕNG CÔNG SUẤT (UPFC - UNIFIED POWER

Cấu tạo của STATCOM và đặc tính hoạt động của nó như sau:

FLOW CONTROLLER).

UPFC là một khái niệm mới ứng dụng các thiết bị bù đa chức năng để điều
khiển điện áp tại các thanh cái độc lập, dòng công suất tác dụng P và phản kháng Q
trên các đường dây truyền tải, đặc biệt là trên các đường dây siêu cao áp nối giữa
các HTĐ nhỏ. UPFC la thiết bị làm cho lưới điện vận hành rất linh hoạt và hiệu quả.
Về nguyên lý cấu tạo, UPFC được hiểu như sự kết hợp thiết bị bù dọc làm
thay đổi góc pha (Static Synchoronous Series Compensator) với thiết bị bù ngang
STATCOM. Nó được cấu tạo từ 2 bộ chuyển đổi (converter) điều khiển thyristor có
cửa đóng mở GTO. Mỗi một bộ chuyển đổi gồm có van đóng mở (GTO) và MBA
trung gian điện áp thấp (xem hình 1.5).

Hình 1.4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của STATCOM

Các tính năng của STATCOM cũng giống như của SVC nhưng khả năng
điều chỉnh, điều khiển các thông số của STATCOM ở mức cao hơn, bao gồm:
- Điều khiển điện áp tại nút có đặt STATCOM có thể cố định giá trị điện áp.
- Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù.

Hình 1.5: Nguyên lý cấu tạo của UPFC

- Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố (mất tải, ngắn
mạch...) trong hệ thống điện.

cắt được mô tả trên hình. Mỗi một bộ chuyển đổi có thể ngừng hoạt động vì bất cứ

- Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Máy biến áp nối với bộ chuyển đổi qua thanh cái làm việc (Buswork) và máy
nguyên nhân nào đó, converter còn lại có thể điều khiển vận hành độc lập.



24

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



25


Về nguyên lý, UPFC có 3 chế độ vận hành, bao gồm:

Thiết bị TCPAR là một khái niệm mới ứng dụng thyristor để điều chỉnh góc

Chế độ 1: chế độ điều khiển trở kháng XC.
U   X . j.I 2 ;

lệch pha của điện áp pha của đường dây. Nó có tác dụng điều khiển công suất
truyền tải trên đường dây.

U 2  X
P  
sin 

 X  X  XC

Về mặt cấu tạo, nó như một máy biến áp 3 cuộn dây nối song song với
đường dây truyền tải và có thể điều chỉnh góc lệch của điện áp Uf truyền tải trên

Chế độ 2: chế độ điều khiển điện áp trực giao U.
U   U C . j.I 2 . I 2 ;

U
P  
 X

2

đường dây.



U

. sin   C cos 
U
2


Cấu tạo của TCPAR và đặc tính hoạt động của nó như sau:

Chế độ 3: chế độ điều khiển góc pha điện áp C.
 U
 j.    
U   2.U1 .sin . 1 exp
;
2 U1
2


U 2  
 
. sin   2 cos .tg 
P  
2 2
 X 

Trong đó: - I2: vectơ dòng của UPFC.
- XC: điện kháng bù.
- UC: điện áp bù
- Ul: vectơ điện áp nhận.
- : góc lệch giữa U2 và Ul.

- X: Điện kháng của đường dây truyền tải.
- : Góc lệch pha giữa điện áp đầu và cuối của đường dây.

Hình 1.6: Nguyên lý cấu tạo của TCPAR

Trong 3 chế độ vận hành trên của UPFC thì chế độ 2 và chế độ 3 có ưu điểm

Các tính năng của TCPAR cũng như của các thiết bị bù có điều khiển khác

hơn chế độ 1 vì có thể điều khiển dòng công suất tác dụng P ngay cả khi góc pha 

nhưng chức năng của nó là điều chỉnh góc pha của điện áp trên đường dây. Khả

rất nhỏ. Trong chế độ 1, nếu dòng trong thành phần bù dọc (series compensator)

năng điều khiển trào lưu công suất rất cao.

giảm thì khả năng điều khiển của UPFC cũng giảm theo. Hơn nữa, trong chế độ 1

Các tính năng của TCPAR bao gồm:

và chế độ 2, công suất của thành phần bù ngang (shunt compensator) có thể giảm tối

- Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút bù.

thiểu vì dòng công suất đi qua liên kết 1 chiều (DC link) gần như bằng 0.

- Tăng cường tính ổn định tĩnh của hệ thống điện.

Ngoài ra, thành phần bù ngang có thể điều khiển đồng thời cả dòng công suất

- Tăng cường tính ổn định động của hệ thống điện.
- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện

phản kháng Q và công suất tác dụng P truyền tải trên đường dây.
1.2.5. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN GÓC PHA BẰNG THYRISTOR (TCPAR -

như ngắn mạch, mất tải đột ngột...

THYRISTOR CONTROLLED PHASE ANGLE REGULATOR).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



26

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



27


- Có khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi
loại trừ được sự cố.

- Việc lắp đặt các thiết bị bù dọc và bù ngang điều khiển nhờ thyristor là xu
hướng rất được quan tâm trên thế giới vì nhờ chúng mà độ tin cậy và tính kinh tế
trong vận hành HTĐ được tăng lên rất nhiều.

1.2.6. NHẬN XÉT

- Các thiết bị bù dọc và ngang trên đường dây tải điện xoay chiều đều có

- Các thiết bị bù dọc và bù ngang sử dụng thyristor có khả năng điều chỉnh

những đặc điểm chung là khả năng nâng cao độ tin cậy trong vận hành hệ thống

gần như tức thời thông số của chúng. Việc ứng dụng các thiết bị nói trên trong HTĐ

điện. Tuy nhiên, giữa các thiết bị vẫn có sự khác biệt tuỳ theo yêu cầu trong từng hệ

làm nâng cao khả năng giữ ổn định điện áp và giảm dao động công suất, đặc biệt là

thống điện cụ thể, chế độ vận hành cụ thể mà ta có thể lựa chọn các thiết bị hợp lý.

đối với các HTĐ hợp nhất có truyền tải bằng các đường dây siêu cao áp.

- Trong thực tế vận hành, tuỳ theo yêu cầu điều chỉnh điện áp, trào lưu công

- Các thiết bị bù có điều khiển thyristor chỉ đem lại hiệu quả rất cao khi thời

suất, nâng cao ổn định hay giảm dao động công suất trên đường dây mà ta lựa chọn

điểm tác động và giá trị dung lượng bù là hợp lý cho từng chế độ vận hành của hệ

các thiết bị hợp lý dựa trên khả năng của chúng.

thống điện (trước sự cố, sự cố và phục hồi). Đây là một việc rất quan trọng khi vận

Ta có (bảng 1-1) so sánh các chức năng của từng thiết bị bù có điều khiển

hành HTĐ có các thiết bị bù dọc và ngang có điều khiển thyristor.

bằng thyristor như sau:
Tên thiết bị

- Với điều kiện địa lý như ở Việt Nam, đường dây truyền tải 500 kV rất dài,

SVC

Điều
chỉnh trào
lưu công
suất
*

Điều
chỉnh điện
áp

Ổn định
tĩnh

Ổn định
động

Chống
dao động
công suất

***

*

*

**

TCSC

**

*

***

***

**

STATCOM *

***

**

*

**

UPFC

***

***

**

**

**

TCPAR

***

**

**

*

**

các nguồn phát ở xa trung tâm phụ tải thì khả năng ứng dụng thiết bị SVC sẽ mang
lại hiệu quả trong vận hành và tăng ổn định chất lượng điện năng của HTĐ Việt
Nam.

Bảng 1.1

Ghi chú: *** Rất tốt; ** Tốt; * Bình thường
KẾT LUẬN

- Hợp nhất HTĐ bằng đường dây siêu cao áp đem lại nhiều hiệu quả tổng
hợp. Tuy nhiên, có nhiều vấn đề kỹ thuật cần giải quyết, trong đó, vấn đề bù công
suất phản kháng và điều khiển có ý nghĩa quyết định trong việc giữ ổn định điện áp
và nâng cao giới hạn truyền tải.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



28

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



29


CHƯƠNG 2

ðiện thỡ cần phải cú những nguồn phỏt cụng suất phản khỏng khỏc nhý: Mỏy bự

ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ BÙ SVC TRONG VIỆC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH

ðồng bộ, tụ bự, khỏng ðiện … Ngoài ra, việc ðặt cỏc thiết bị bự cụng suất phản
khỏng cũn cú tỏc dụng cải thiện ðỏng kể thụng số chế ðộ, ðặc biệt ðối với ðýờng

HỆ THỐNG ĐIỆN
Những thiết bị bù ngang có điều khiển (SVC - Static Var Cojmpensator) đầu
tiên được cho ra đời vào khoảng giữa thập kỷ 70 nhờ ứng dụng các công nghệ mới
của ngành sản xuất chất bán dẫn. Sự xuất hiện của SVC đã mở ra một kỷ nguyên
mới cho việc phát triển các thiết bị thuộc Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh
hoạt (FACTS- Flexible Alternating Current Transmission Systems). Được sử dụng
từ hàng chục năm nay, SVC đã khẳng định được các ưu điểm của mình trong việc
vận hành lưới điện và khả năng mang lại những lợi ích kinh tế to lớn cho hệ thống.
Trong hệ thống truyền tải điện năng, SVC được sử dụng với các mục đích
chính sau:

dõy siờu cao ỏp.
Trýớc ðõy, cỏc thiết bị bự cụng suất phản khỏng thýờng khụng cú tự ðộng
ðiều chỉnh hoặc cú ðiều chỉnh nhýng rất chậm, nhảy bậc. Ngày nay với sự ra ðời
của cỏc thiết bị Thyristor cụng suất lớn và cựng với nú là cỏc thiết bị FACTS (
Fleaxible AC Transmission line System), trong ðú cú SVC, ðó khắc phục ðýợc cỏc
nhýợc ðiểm nờu trờn và mang lại hiệu quả rất cao trong vận hành hệ thống ðiện. Do
tớnh ýu việt của SVC ( khả nóng ðiều chỉnh nhanh), biờn ðộ thay ðổi khỏ lớn nờn
nú ðó ðýợc sử dụng rộng rói trờn toàn thế giới ðể cải thiện chế ðộ vận hành và mở
rộng ứng dụng việc cải thiện thụng số chế ðộ ðýờng dõy và nõng cao ổn ðịnh của hệ
thống ðiện.

- Ổn định điện áp trong các hệ thống yếu

SVC ðýợc lắp ðặt trong hệ thống ðiện cú tỏc dụng tóng tớnh linh hoạt của hệ

- Tăng khả năng truyền tải của đường dây

thống trờn nhiều khớa cạnh nhý: ðiều chỉnh ðiện ỏp tại vị trớ SVC mắc vào lýới,

- Giảm tổn thất điện năng truyền tải

làm tóng ổn ðịnh hệ thống, tóng khả nóng truyền tải cụng suất, giảm tức thời quỏ

- Tăng cường khả năng điều khiển điện áp

ðiện ỏp, hạn chế khả nóng cộng hýởng tần sú và giảm dao ðộng cụng suất …
Thiết bị bự ngang cú ðiều khiển SVC ðúng một vai trũ quan trọng trong việc

- Ôn hòa các dao động công suất

ðiều chỉnh ðiện ỏp trong hệ thống ðiện. Nú hoạt ðộng trong hệ thống nhý một phần

2.1. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN.

tử thụ ðộng nhýng lại phản ứng của ðối týợng tự thớch nghi với thụng số chế ðộ.

2.1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ.

Cũng nhý cụng suất tỏc dụng P, cụng suất phản khỏng Q trong hệ thống ðiện
cũng cần luụn luụn phải ðiều chỉnh ðể giữ trạng thỏi cõn bằng. Việc phõn bố dũng

2.1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA SVC.

2.1.2.1. Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất.

cụng suất trong hệ thống ðiện là một nhiệm vụ rất quan trọng nhằm ðảm bảo chất

Chức năng bình thường nhất của một SVC là điều chỉnh điện áp và trào lưu

lýợng ðiện nóng cung cấp cho cỏc phụ tải và ðảm bảo ðiều kiện vận hành cỏc thiết

công suất phản kháng tại điểm nó được nối vào mạng lưới. Điều này cũng dễ hiểu

bị và ðýờng dõy an toàn, trỏnh hiện týợng quỏ ỏp và một số hiện týợng khỏc do

vì công suất phản kháng có tác dụng rất lớn đối với cường độ điện áp, mà SVC là

cụng suất phản khỏng gõy nờn. Hừn nữa, nú cũn làm tóng tớnh kinh tế - kỹ thuật

một thiết bị có khả năng tạo hoặc thu hút công suất phản kháng ảnh hưởng bởi sự

trong vận hành hệ thống ðiện. Khỏc với cụng suất tỏc dụng, cụng suất phản khỏng

biển đổi của công suất tải như việc đóng cắt các phần tử của hệ thống điện: các

cú tớnh chất phõn bố theo khu vực vỡ ðiện ỏp của cỏc nỳt trong hệ thống ðiện là

đường dây, các nhóm tụ bù, kháng bù, các máy biến áp. Với công suất tải lớn thì

khỏc nhau nờn ngoài nguồn cung cấp ðiện cụng suất phản khỏng từ cỏc nhà mỏy

điện áp sẽ bị giảm đáng kể thậm chí bị sụt mạnh. Điều đó là nguyên nhân dẫn đến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



29

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



30


s tỏc ng ca Relay in ỏp thp. Quỏ in ỏp l nguyờn nhõn gõy lờn hin tng

U
(c)

bóo hũa mch t trong mỏy bin ỏp, m cng l nguyờn nhõn lm tng vt cỏc thnh
phn súng hi trong cỏc mỏy phỏt in. iu ú, dn n hin tng cng hng

(b)
(a)

cỏc thnh phn súng hi v cú th l s cng hng trong cỏc t bự, trờn ng dõy
truyn ti v trong cỏc ng cỏp. iu ny cú th dn n s tỏc ng ca chng
sột van v cú th l nguyờn nhõn phỏ hng cỏc chng sột van ny. S cng hng v
nhit ca cỏc t in v cỏc ng c cú th phỏp hng cỏc thit b in ca h tiờu
th.

0

P

Hình 2.2: Sự thay đổi của điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC
2.1.2.2. Gii hn thi gian v cng quỏ ỏp khi xy ra s c.

S thay i in ỏp ti nỳt ph ti cui cỳng ca h thng thiu ht cụng sut

Chc nng quan trng nht l gii hn thi gian v cng quỏ ỏp khi xy

l mt hm ph thuc vo cụng sut ti ca ton h thng v cú th minh ha bng

ra s c bỡnh thng khi mt ti t ngt ti mt im trờn ng dõy hoc ngn

vớ d n gin nh hỡnh 2.1.

mch yu. Vỡ SVC cú th phn ng trong vũng 10ms, nờn thi gian quỏ ỏp s c
gim xung thp hn thi gian chnh nh bo v ca h thng r le. Do ú cac r le

Hệ thống điện

jXe

khụng cn tỏc ng ct s c v tớnh cht ti in s c nõng cao. Quan h quỏ ỏp
vi thi gian c th hin hỡnh 2.3.

p,q
E

U

svc

Load
Voltage

Hình 2.1: Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC
Trong ú:
E: l in ỏp ca h thng.

100
0

Xe: l in khỏng ca h thng in tớnh n thanh cỏi ca ph ti.

10s

Hình 2.3: Quan hệ thời gian và điện áp quá áp

in ỏp ti thanh cỏi ph ti ca h thng s cú xu hng gim thieo chiu

c im ny rt quan trng i vi ng dõy siờu cao ỏp nh ng dõy

tng ca cụng sut ti nu khụng cú phn t bự cụng sut phn khỏng v c th

500kV Bc- Nam ca nc ta bi vỡ nú cú chiu di rt ln (1487km) nhiu tỡnh

hin trờn ng c tớnh (a) ca hỡnh 2.2. S cung cp cụng sut phn khỏng ca

hung

thit b SVC vi di thụng s nh mc ti im u ph ti s gi cho in ỏp ph

ct ngn mch mt phớa cỏc on ng dõy cú th dn n hin tng quỏ ỏp.

ti ớt bin i hn v th hin trờn ng c tớnh (b) ca hỡnh 2.2.

Trong h thng in hp nht ca nc ta, quỏ in ỏp xy ra trong nhng

Tuy nhiờn, nờu thit b SVC khụng cú gii hn v cụng sut phỏt thỡ in ỏp

trng hp sau:

trờn thanh cỏi ca ph ti cú th c gi giỏ tr khụng i v c th hin trờn

-

Ct ng dõy Phỳ Lõm- Húc Mụn.

ng c tớnh (c) ca hỡnh 2.2.

-

Loi b ph ti chớnh ca h thng in Min Nam.

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn



31

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

32


-

Loại bỏ phụ tải ở hệ thống điện Miền Nam khi bộ tụ bù tại Phú Lâm vẫn
tác động.

2.1.2.5. Tăng khả năng tải của đường dây.
Tăng khả năng tải của đường dây, và tăng độ dự trữ ổn định của đường dây.

-

Hòa đồng bộ.

Sử dụng thiết bị bù có điều khiển cho phép biển đổi các đặc tính của đường dây,

-

Sửa chữa định kì kháng bù ngang tại Đà Nẵng.

công suất tự nhiên của đường dây và có thể đạt được chế độ làm việc của đường

-

Sửa chữa định kì kháng bù ngang tại Phú Lâm.

dây, trong đó công suất truyền tải luôn luôn bằng công suất tự nhiên của đường dây.

-

Sửa chữa định kì tụ bù dọc.

Khi có đặt SVC ở giữa đường dây với công suất đủ lớn thì việc kiểm tra khả năng

-

Khi tự đóng lại một pha.

tải của đường dây không phải giữa các véc tơ điện áp ở đầu và cuối đường dây mà

-

Đường dây 500kV bị cắt trọng mọi trường hợp.

chỉ giữa các điểm có khả năng giữ điện áp không đổi (điểm có đặt SVC).

-

Các sự cố khác.

Công suất truyền tải của hệ thống điện thường được giới hạn bởi cấp điện áp
vận hành và điện kháng trong các máy biến áp của hệ thống.

2.1.2.3. Ôn hòa dao động công suất hữu công.
Dao động công suất là một hiện tượng có thể xảy ra sau một quá trình quá

Công suất tác dụng truyền tải trên đường dây được cho bởi công thức sau:

độ, ví dụ như mất tải hoặc thình lình giảm công suất phát tại nguồn hoặc tự động

P
 sin  ,
Pm

đóng lại sau khi xảy sự cố v.v…. Hệ thống tải điện càng yếu thì hiện tượng này
càng rễ xảy ra. Và đây là một vấn đề lớn đối với đường dây siêu cao áp 500kV của

Pm 

E2
X

Trong đó:
- E là suất điện động của máy phát điện và bằng điện áp có tại thanh

nước ta.

cái máy phát.

Trong hệ thống điện hợp nhất của nước ta, dao động công suất có thể xảy ra

- X: là điện kháng toàn bộ hệ thống điện.

trong các trường hợp sau:
-

Loại bỏ phụ tải Phú Lâm.

- P: công suất truyền tải trên đường dây.

-

Loại bỏ phụ tải Đà Nẵng.

- Pm: công suất lớn nhất mà đường dây có thể truyền tải được.

-

Sự cố ngắn mạch 3 pha.

-

Sự cố tại nhà máy thủy điện Hòa Bình.

-

Sửa chữa định kì các máy phát điện Miền Bắc.

suất truyền tải lớn nhất của hệ thống mà vẫn đảm bảo được tính ổn định Pm đạt được

-

Sửa chữa định kì các máy phát điện Miền Nam.

với góc

- : góc giữa điện áp đầu cực máy phát và điện áp tại điểm xét.
Công suất lớn nhất mà đường dây có thể truyền tải được hay chính là công

Khi có dao động công suất, SVC sẽ được điều khiển nhằm kìm hãm bằng
cách thay đổi góc mở của thyristor của SVC một cách gần như tức thời.

 = 900 và có giá trị bằng: Pm 

E2
X

Đây chính là giới hạn ổn định của công suất truyền tải của hệ thống.

2.1.2.4. Giảm cường độ dòng điện vô công.
Giảm cường độ dòng điện vô công và như thế sẽ giảm bớt đi tổn thất gây ra

Với việc sử dụng các thiết bị SVC tại các điểm trên đường dây truyền tải sẽ

bởi dòng điện này trên đường dây mà các nhà máy phát điện phải cung cấp. Nói

có xu hướng làm tăng khả năng tải của đường dây truyền tải bởi vì điện áp được

chung là tiết kiệm năng lượng và tăng năng suất của hệ thống điện.

cung cấp thêm bởi các SVC tại điểm đấu SVC. Và khi có thiết bị SVC có công suất

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



33

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

34


đủ lớn được nối tại một điểm của đường dây sao cho điện kháng của hệ thống điện

Việc tăng khả năng truyền tải công suất của hệ thống điện có thể thực hiện

về 2 phía của SVC bằng nhau (hình vẽ 2.4) thì khả năng truyền tải công suất của hệ

được trong hệ thống điện thực tế với các thiết bị SVC nối tại các vị trí chiến lược

thống điện sẽ bằng :

mà có thể tìm ra bằng việc nghiên cứu dòng điện phụ tải.

P

 2 sin và điện áp U = E
Pm
2

2.1.2.6. Cân bằng các phụ tải không đối xứng.
Cân bằng các phụ tải không đối xứng do SVC có khả năng giữ điện áp ổn
định theo từng pha riêng rẽ nên nó làm cho độ không đối xứng của phụ tải giảm

2
cã SVC kh«ng giíi h¹n c«ng suÊt

1.8

xuống.

1.6

Qc= Qcmax = 4Pmax

Sự không đối xứng và sự xuất hiện của các tải một pha đều có ảnh hưởng

1.4

đến chất lượng điện áp trong hệ thống điện. Nó là nguyên nhân của sự không đối

1.2

cã SVC giíi h¹n c«ng suÊt

xứng điện áp và sự quá tải trong các phần tử hệ thống như máy phát… và có thể làm

1

hỏng các máy điện quay. Bằng việc bổ sung các kháng điện bù ngang có thể đạt

0.8

được sự cân bằng phụ tải, sự cân bằng điện áp và hiệu chỉnh được hệ số công suất.

kh«ng cã SVC

0.6
X/2

0.4

X/2

~

Để cân bằng các phụ tải không đối xứng như các lò điện, xe lửa… thì giải

HÖ thèng ®iÖn

E', X®

0.2

pháp được đề ra là mắc các phần tử kháng điện vào giữa các pha của hệ thống.

SVC

0

20

40

60

80

100

120

140

160

2.1.2.7. Cải thiện ổn định sau sự cố.

180

H×nh 2.4: §Æc tÝnh c«ng suÊt truyÒn t¶i cña hÖ thèng khi cã vµ kh«ng cã SVC

Để cho hệ thống điện giữ được trạng thái ổn định sau các nhiễu loạn lớn do

Điều đó có nghĩa là giới hạn của trạng thái ổn định bây giơ tại góc  = 1800,
và giá trị công suất max của đường dây truyền tải tăng 2 lần.

việc loại trừ các sự cố bằng tác động của các phần tử bảo vệ. Hệ thống phải giữ
công suất truyền tải trên đường dây nhỏ hơn giá trị công suất giới hạn ổn định. Mức

Nếu đường dây truyền tải với lượng công suất nhỏ hơn giá trị công suất max

công suất lớn nhất hệ thống có thể truyền tải sau những sự cố mà vẫn đảm bảo trạng

và để giữ trạng thái ổn định thì thiết bị SVC cần phải có lượng công suất max là

thái ổn định của hệ thống (được giữ nhỏ hơn giá trị công suất truyền tải thực tế

Qcmax= 4Pm. Trên thực tế công suất các thiết bị bù thường nhỏ hơn cũng được chấp

trong điều kiện bình thường) được gọi là giới hạn ổn định quá độ. Xét hệ thống điện

nhận vì lí do kinh tế. Nếu một thiết bị bù có công suất giới hạn được vận hành lớn

đơn giản như hình 2.5. Công suất truyền tải trước sự cố là P1 và đường đặc tính (1).

hơn công suất của nó thì nó sẽ hoạt động như một kháng bù ngang có công suất

Trong khoảng thời gian tồn tại sự cố, công suất truyền tải giảm đi so với lúc trước

không đổi. Điều đó có nghĩa rằng điện áp tại điểm giữa không đổi và bằng giá trị E.

sự cố và được minh họa bằng đường đặc tính (2).

Khi đó công suất tác dụng truyền tải giảm và được tính theo công thức sau:

Công suất máy phát giảm đột ngột nhưng do quán tính rotor máy phát sẽ gia

P
1

sin 
Pm 1  QC
4 Pm

tốc cho tới khi sự cố được xóa bỏ tại góc c bằng việc ngắt đường dây sự cố và công

suất truyền tải tăng dần trên đường đặc tính (3). Năng lượng tích lũy được trong quá
trình gia tốc của rotor được đặc trưng bằng diện tích hình (A1). Lúc này rotor vẫn
tiếp tục quay và động năng tích lũy của rotor sẽ hãm chuyển động của nó. Công suất

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



35

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



36


truyn ti ca h thng s vt quỏ giỏ tr P1. Giỏ tr ln nht ca gúc quay t c

* Trng hp ti thun tr:

khi nng lng hóm tc (c nh ngha bng din tớch hỡnh A2) bng nng lng

Khi T1 m thỡ mt phn na chu kỡ dng in ỏp ngun in t lờn

tng tc (din tớch hỡnh A1).

mch ti, cũn khi T2 m thỡ mt phn ca na chu kỡ õm ca in ỏp ngun
c t lờn mch ti.
jX L

jX L

jX L

jX L

jX e

~

Hệ thống điện

E', Xđ

T1
XR

a

b

2Pmax

T2

2Pmax
(1)

SVC

U
(3)

Pmax

(20: Lúc sự cố

Pmax
(1)

A2

Pt

(3): Lúc sau sự cố

A2

(3)
Pt

Hỡnh 2.6: S nguyờn lý b thyristor

(2)
A1

0

di

A1

(2)

dc

dmax dcr

ZT

(1): Lúc tr-ớc sự cố

180

(b) không có SVC

0

di

dc

dmax

dcr

Gúc m c tớnh t im i qua tr zờzo ca in ỏp ngun.

180

(a) có dùng SVC

it

Hình 2.5: Đặc tính công suất khi có và không có SVC

Nu sau s c gúc quay ln nht ca rotor t c max nh hn gúc gii
Trong ú:

hn ca rotor cr thỡ h thng gi c trng thỏi n nh. Nu max< cr thỡ nng
lng hóm tc cú tỏc dng gi cho rotor trng thỏi n nh. iu ny cho phộp
nh ch vn hnh n nh cho h thng in sau cỏc kớch ng ln, nh.
Khi thit b SVC c ng dng ti im gia ca ng dõy lm tng kh
nng ti ca h thng v c minh ha nh hỡnh 2.5. i vi cựng mt h thng
truyn ti nhng khi cú ng dng thit b SVC thỡ din tớch hóm tc ca rotor ln

0





thnh phn súng c bn v cỏc súng hi bc
cao.

it
it

Thnh phn súng c bn ca dũng in

(1)

lch chm sau in ỏp ngun mt gúc

c th hin trờn th hỡnh 2.7.

Cu to chung ca SVC ó c trỡnh by chng 1.

Ut

Dũng in ti khụng cú dng ca mt

ti i

iu ú núi lờn rng, ngay c trng hp

2.2.1. CU TO TNG PHN T CA SVC.

0

i(1)




it

Hình 2.7: Đồ thị dòng điện tải

ti thun tr, li in xoay chiu vn cung cp mt lng cụng sut phn

2.2.1.1. Nguyờn lý hot ng ca b thyristor mc song song ngc.

khỏng.

Trờn hỡnh 2.6 mụ t nguyờn lý lm vic ca b thyristor trong mch.

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn



2

hỡnh sin. Ta phi khai trin Fuorier ca nú gm

hn chớnh vỡ th lm tng kh nng ti ca h thng sau cỏc kớch ng ln, nh.
2.2. THIT B B NGANG Cể IU KHIN SVC.

2U
sin
R



Tr hiu dng ca in ỏp trờn ti:

37

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

38


Ut 

1



(


2U sin ) 2 .d  U

0

Trị hiệu dụng của dòng điện tải:

2  2  sin 2
2

It 

Trị hiệu dụng của dòng điện tải:
It 

U
R

2  2  sin 2
2

It 

* Trường hợp tải thuần cảm:

2  
2

 i d 


2U

1

L



2 

 cos  cos  d
2



U

2   2  cos 2   3 sin 2

L



Công suất mạch tải tiêu thụ là công suất phản kháng.

Khi  =  xung cho điều khiển mở T1. Dòng điện tải tăng dần lên và đạt giá
trị cực đại, sau đó giảm xuống và đạt giá trị zêzo khi  = .

Nếu ta thay đổi đột ngột giá trị góc điều khiển từ  = 00 sang  = 1800 thì
tương ứng với trạng thái đóng hoặc mở mạch.
2.2.1.2. Kháng điều chỉnh bằng thyristor TCR (thyristor controlled reactor).

Khi thyristor T1 mở, ta có phương trình:
L

1



* Sơ đồ nguyên lý hoạt động:

di
 2U sin t
dt

Kháng điều chỉnh nhanh bằng thyristor (TCR) được cấu tạo dựa trên nguyên

2U
it  
cos  I o
L

lý hoạt động và khả năng điều khiển của cặp thyristor mắc song song và ngược
chiều nhau. Nhờ có khả năng khống chế được trị số hiệu dụng của dòng điện đi

Hằng số tích phân Io được xác định theo sơ kiện: khi  =  thì it = 0. Cuối
cùng nhận được biểu thức của dòng điện tải:

qua thyristor liên tục thông qua việc thay đổi góc mở  bằng thời điểm phát xung
điều khiển vào cực G mà TCR có khả năng điều chỉnh phát hay tiêu thụ công suất

2U
it  
cos  cos
L

phản kháng rất nhanh.
U

Góc  được xác định bằng cách thay  =  và đặt it = 0:

LH

U
L

t

 = 2 - 
I

Khi  =  +  cho xung mở T2

Thyristor
t

Để cho sơ đồ làm việc được hoàn chỉnh khi tải thuần cảm, phải thỏa mãn
U§K

điều kiện    + . Do đó góc  buộc phải nằm trong các giới hạn:
2 ; Khi  =


2

, it  

t

2U
cos
L

H×nh 2.8: Nguyªn lý cÊu t¹o vµ ho¹t ®éng cña TCR

Dòng điện tải là dòng gián đoạn, do i1 và i2 tạo nên. Khai triển Fourier của

nó bao gồm thành phần sóng cơ bản i

(1)

và các sóng hài bậc cao. Thành phần sóng

sẽ thay đổi liên tục giá trị điện kháng L nhờ các tín hiệu điều khiển. Khi góc mở

cơ bản lệch chậm sau điện áp nguồn một góc /2 độc lập với góc mở .

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Qua đó, ta thấy TCR thực chất là cuộn kháng được điều khiển bằng 2
thyristor nối ngược chiều nhau. Góc mở thay đổi liên tục từ 00 đến 1800 thì TCR
 thay đổi từ 900 đến 1800 thì dòng điện hiệu dụng qua TCR sẽ thay đổi giảm

39

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



40


dần từ giá trị cực đại đến zêzo. Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của TCR được

van thyristor. Việc thay đổi góc cắt này sẽ làm thay đổi giá trị dòng điện chạy qua

thể hiện trên hình 2.8.

TCR được thể hiện trên hình 2.10 sau:

TCR được cấu tạo từ 4 phần tử chính sau:

U

- L: cuộn điện kháng chính

t

- LH: cuộn điện kháng hãm, có chức năng giới hạn dòng đi qua thyristor và

I

TCR

chống lại sự cộng hưởng với hệ thống điện
1

- Thyristor: có chức năng điều chỉnh dòng điện đi qua TCR

t

I

TCR

- Hệ thống điều khiển: Có chức năng điều khiển tín hiệu xung đến cực
điều khiển của thyristor hệ thống này là một khâu quan trọng để điều chỉnh liên

3>1

t

Hình 2.10: Ảnh hưởng của giá trị góc cắt đến dòng điện của TCR

tục dòng điện hay giá trị XL hay thay đổi trị số công suất phản kháng phát ra hay

Dòng điện I chạy qua TCR thay đổi từ Idđ giảm đến 0 khi góc cắt thay đổi từ

tiêu thụ.
TCR có nhiều ưu điểm khi tham gia vào các thiết bị bù trong hệ thống điện:

900 đến 1800. Tin hiệu này không phải là tín hiệu hình sin mà là tín hiệu có dạng

- Có khả năng làm cân bằng lại phụ tải, vì TCR có thể điều khiển độc lập

hàm chu kỳ với tần số bằng tần số của tín hiệu đặt vào (f = 50Hz). Giá trị của
dòng điện chạy qua TCR là một hàm biến thiên phụ thuộc vào góc cắt  được

trên từng pha.
- Khả năng điều khiển, điều chỉnh các thông số rất nhanh, hầu như khồn có

biểu diễn như sau:

giai đoạn quá độ nhờ bộ van thyristor. Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR thể

ITCR = I0.I()
Trong đó:

hiện trên hình 2.9
U

- I0 
t

U dm
là dòng điện chạy qua TCR khi  = 900
X K min

- XKmin là điện kháng của TCR khi  = 900 (thyristor dẫn hoàn toàn)

I

TCR

Gọi góc cắt 0 xác định tại thời điểm t0 xuất hiện tín hiệu điều khiển xung
vào cực điều khiển của thyristor.

t

H×nh 2.9: §Æc tÝnh ®iÒu chØnh liªn tôc cña TCR

Ta có:  0 

* Đặc tính làm việc của TCR:
TCR có khả năng điều khiển, điều chỉnh các thông số rất nhanh nhờ việc

2
.t0 với chu kỳ T = 2.
T

Sóng của dạng tín hiệu dòng điện được thể hiện như hình 2.11.

thay đổi góc cắt (góc mở)  bằng các tín hiệu xung điều khiển tác động vào bộ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



41

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



42


Áp dụng khai triển cho hàm I() ta có:

I( 0= 900)

U
0

90

180

0

360

Vì hàm I() là hàm số chẵn vì đồ thị của chúng đối xứng qua trục tung nên

0

I(  0 >90 )

theo tính chất của khai triển Fuorier ta có:

t



0

H×nh 2.11: D¹ng sãng cña tÝn hiÖu dßng ®iÖn cña TCR
Từ dạng tín hiệu của dòng điện chạy qua TCR, ta xây dựng hàm I() như

a0 

4
I t dt
2 0

ak 

4
I t cos kt.dt
2 0



sau:
 (cost  cos 0 ).I m voi0  t     0

I    0voi   0  t   0
( cos t  cos ).I voi  t  
0
m
0


a0 

Dựa vào công thức khai triển Fuorier, khai triển hàm f(x) có chu kỳ T như

n
a0
  ak cos kt  bk sin kt 
2 k 1



Trong đó:


2

T
42
2x
f  x cos k
dx
T 0
T
42
2x
f  x sin k
dx
T 0
T

2



0

  0
0

  sin t  cos 0 .t 


0



 sin  0     0 cos0  sin0    0 cos0 
 sin   0   sin 0   0

4
I t cos kt.dt
2 0

ak 

 



4
2 0
I t cos kt.dt     cost  cos 0 . cos kt.dt    cost  cos 0 . cos kt.dt 
2 0
  0
0


a1 

T
2

4
2x
f  x sin k
dx nếu f(x) là hàm số lẻ: f(-x) = -f(x).
T 0
T
42
2x
f  x cos k
dx nếu f(x) là hàm số chẵn: f(-x) = f(x).
T 0
T

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



43

 



4
2 0
I t cost.dt     cost  cos 0 . cost.dt    cost  cos 0 . cost.dt 
2 0
  0
0


  0



1
 1

   t  sin 2t   cos 0 .sin t 
2
4



0 

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên





T

bk = 0: ak 

2



 sin t  cos .t 

- với k = 1 ta có:

Hơn nữa, ta có:
ak= 0; bk 

2



ak 

T

bk 

 



4
2 0
I t dt     cost  cos 0 dt    cost  cos 0 dt 
2 0
  0
0




T

ak 

k = 1, 2, 3, …,n

bk= 0

sau:
f x  

k = 1, 2, 3, …,n

2  1
1

  t  sin 2t   cos 0 .sin t
4

0

  2

44






2     0 1

   0 1

 sin 2   0   cos 0 .sin   0    
 sin 2   cos 0 .sin  
2
4
2
4






 

a1 

2
1

     sin 2 0   1  
 
2


- khi k  1 ta có:
  0

ak 

2

 

  0



0

0

0

  0





0

0

0



2 
1
1
 
sink  1t 
sink  1t 
  2k  1
2k  1
0


0

  0

1


   cos 0 .sin kt 
k

0

2 

  cos 0

.sin k 0  
k


1

1

1

2 

1


cos 0
sin k    0 
k


  2 cos 0

.sin k 0   k  
k


1

sink  1 0 
sink  1 0    
 
k  1
  k  1

 

Ta có:



ITCR  k .I m

n

k 1






Trong đó:
2
   0   1 sin 2 0 




k  




2 

1
1
1

 
  
sink  1t 
sink  1t     cos 0 .sin kt  
  2k  1
2k  1
k
  0 
 0 




1



  cos .cos kt.dt   cost.cos kt.dt   cos .cos kt.dt 
0

2 

sink  1 0 
sink  1 0    
 
  2k  1

2k  1
 

sink  1 0 
sink  1 0 
 
  2k  1
2k  1

ak 



0

  0







  cost  cos .cos kt.dt    cost  cos .cos kt.dt 

 cost. cos kt.dt 

0

ak 



4
2
I t cos kt.dt  
2 0
 


ak 

Tiếp tục biến đổi, ta có:

 
2 
1
1
1

sink  1   0  
sink  1   0     cos 0 .sin k    0  
 
  2k  1
2k  1
k

 
 
2 
1

1
1

  
sink  1   0  
sink  1 0     cos 0 .sin k    0 
  2k  1
2k  1
k

 

Ta thấy:

Khi đó, thành phần cơ bản của dòng điện chạy qua TCR có dạng như sau:
ITCR t   I m .1  0 . cost

Hàm 1  0  thay đổi liên tục từ 1 đến 0 khi góc cắt 0 thay đổi từ 900 đến
1800. Đây cũng là quan hệ của biên độ thành phần cơ bản của dòng điện chạy qua
TCR theo góc cắt 0.

+ Với k chẵn (k = 2n; n = 1,2,…,) thì ta có:

Đặc tính điều chỉnh dòng điện theo góc cắt được thể hiện như hình 2.12.

2  cos 0
  cos 0

ak   
sin k    0   

.sin 0 
 
k
  k


I(pu)
1

0.8

2  cos 0 
  0  0
   0   0 
 
. cos k
 sin k
  0

k 
2
2


0.6

0.4

+ Với k lẻ (k = 2n+1; n = 1,2,…, ) thì ta có:

0.2

ak 

 

2 
1
1
1
sink  1   0  
sink  1   0    
.sink  1 0  
 
  2k  1
2k  1
  2k  1


2 
1
cos 0
cos 0
  
sink  1 0 
sin k 0 
sin k    0 
  2k  1
k
k



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



45

0.0
90

100

110

120

130

140

150

160

170



180

H×nh 2.12: §Æc tÝnh ®iÒu chØnh dßng ®iÖn TCR theo gãc c¾t

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



46


* Phân tích các hiệu ứng phụ:

Bên cạnh thành phần cơ bản (k = 1), tín hiệu của dòng điện I chạy trong
TCR bao gồm cả các thành phần bậc cao (sóng hài) như 3, 5, 7… các sóng này có

- Phân tích ảnh hưởng:

dạng như hình 2.13.

Để nghiên cứu đặc tính của các thành phần bậc cao của dòng điện xuất
hiện trong SVC ta căn cứ vào biểu thức k  

1

0.08

Chẳng hạn khi k = 3 ta có:

Funda

0.07

Dễ dàng ta xác định được biên độ của thành phần bậc 3 của dòng điện xuất

0.06
7th

0.05

hiện trên SVC.

11th
0.04

5th

I 3  I 0 .3  

0.03
0.02
0.01
0.0
90

Cho thay đổi  từ 900 đến 1800 ta có sự biến thiên của I3() như hình vẽ


100

110

120

130

140

150

160

170

2.13 ở trên.

180

Firing angle a (deg)

Giá trị của I3 cho trong bảng 2-1 (trị số tương đối)

H×nh 2.13: C¸c sãng hµi bËc cao trong phÇn tö TCR

Trên thực tế, các sóng hài bậc cao có ảnh hưởng xấu đến hoạt động của hệ



90

100

I3

0

0,704 0,120 0,138 0,123 0,086 0,046 0,016 0,002 0

110

120

130

140

150

160

170

180

thống điện và chúng được loại bỏ nhờ các thiết bị lọc F mắc song song với thiết
bị bù. Khi đó dòng điện trên hệ thống chỉ còn thành phần cơ bản.
I1  I m .1   

U dm
U dm
.1    I1 

X K min
X K min

Bảng 2.1

1  

Có thể nhận thấy rằng thành phần bậc 3 xuất hiện rất phụ thuộc vào  có

như vậy, ta có thể hiểu TCR như là một cuộn kháng có trị số XK thay đổi
được:

những góc cắt I3 rất lớn, ngược lại có lúc làm cho I3= 0. Đặc điểm này rất quan
trọng đối với công nghệ chế tạo và thực hiện điều chỉnh SVC.

XK 

Tương tự ta có thể vẽ quan hệ k   với k = 5, 7, 9 ta có đường cong tương

X K min

1  

ứng như trên hình 2.13.

Từ đó ta thấy XK thay đổi liên tục từ XKmin đến XKmax khi góc cắt  thay đổi
liên tục từ 900 đến 1800. Do vậy công suất phản kháng Q được tính bằng công
thức: QK 

U2

nên công suất phản kháng của TCR cũng thay đổi khi góc cắt 
XK

cộng hưởng với tần số mà nó cần lọc.
Khi có thành phần dòng điện bậc cao xuất hiện trong dòng điện TCR thì do

thay đổi.
Do các tính chất trên mà TCR là một thành phần quan trọng, đóng vai trò
chính trong thiết bị bù có điều khiển thyristor ứng dụng trong hệ thống điện.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- Các biện pháp khắc phục: Để loại bỏ thành phần bậc cao trong dòng điện
TCR người ta đặt các bộ lọc tần số cao F. Các bộ lọc này chính là các mạch LC



47

các mạch lọc cộng hưởng với tần số 3f, 5f, … nên trở kháng của nó đối với các
dòng điện tần số cao này chỉ còn là điện trở thuần của các thiết bị R mà các điện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



48