nghiên cứu phương pháp lfb trên lưới điện phân phối hình tia có thiết bị tcsc để điều chỉnh điện áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỒ QUANG KHẢI

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP LFB TRÊN LƯỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI HÌNH TIA CÓ THIẾT BỊ TCSC
ĐỂ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250

S KC 0 0 4 1 9 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỒ QUANG KHẢI

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP LFB TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN
PHỐI HÌNH TIA CÓ THIẾT BỊ TCSC ĐỂ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN
ÁP.

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250
Hướng dẫn khoa học:

TS HỒ VĂN HIẾN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2014.

`


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
1. Họ & tên

Ảnh 4x6

: HỒ QUANG KHẢI.

Phái: Nam.

2. Ngày tháng năm sinh : 09-01-1977.
3.Nơi sinh

: Bình Định.

4. Quê quán

: Hòa Hội Bắc, Mỹ Thành, Phù Mỹ, Bình Định.

5. Dân tộc

: Kinh.

6. Địa chỉ liên lạc

: 27/1/21 Lý Tế Xuyên, KP4, P. Linh Đông, Q. Thủ Đức,

Tp HCM.
7. Điện thoại liên lạc

: 0908 212 801 / 0902 548 139.

8. E-mail

:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
- Hệ đào tạo

: Chính quy.

- Thời gian đào tạo : 09/1997 đến 07/ 2002.
- Nơi học

: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội.

- Ngành học

: Kỹ Thuật Điện.

- Tên đồ án

: Thiết kế động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc P =

0,75kW; điện áp U  /  = 220/380V; 2p = 4; I mở máy / I đm  6; Mmở máy / M đm 
1,5; Mmax / M đm  1,8; µ = 75%; cos  = 0,8.

- Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: Tháng 06/2002 tại Trường Đại Học Bách
Khoa Hà Nội.
- Người hướng dẫn: TS Bùi Văn Thi. Bộ môn Thiết bị điện - Điện tử. Khoa Điện.
2. Cao học:
- Từ 05/ 2012 đến nay: Học cao học tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
TPHCM.
- Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện.

1/2


3. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh Văn B1 Khung Châu Âu.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Công ty Hỗ trợ phát triển năng
09/2002÷07/2003

lượng Hà Nội - Chi nhánh Tp Cán bộ Kỹ thuật.
HCM.

07/2003÷12/2004
11/2004 đến nay

Yueh

Chiang

Canned

Food Cán bộ Kỹ thuật - Phụ Trách

Company - Long An.

Phần Điện - Điện lạnh.

Công Ty Truyền Tải Điện 4.

Vận hành Trạm biến áp.

IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN

Ngày

ĐANG CÔNG TÁC

tháng

năm 2014

Người khai ký tên

(Ký tên, đóng dấu)
Hồ Quang Khải

2/2


PHẦN 1
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu,các kết quả trong và ngoài
nƣớc đã công bố.
Nhu cầu phụ tải ngày càng tăng, cùng với sự phát triển hằng ngày, hằng giờ
của khoa học công nghệ, đòi hỏi chất lượng điện năng cũng phải đạt yêu cầu của
phụtải. Việc đạt được chất lượng điện năng đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng
đồng thời đủ khả năng đáp ứng cao những đột biến trên hệ thống điện do những
biến động trên hệ thống trong điều kiện ổn định tĩnh như quá tải do mất cân bằng
công suất trên lưới giữa phát và nhận dẫn đến sụt áp, thay đổi góc pha dẫn đến mất
ổn định hệ thống có nguy cơ hệ thống vận hành mất an toàn. Thiết bị FACTS ra đời
đáp ứng yêu cầu đó một cách linh hoạt và nhanh chóng.
Hiện nay, ở các nước phát triển đặc biệt là các nước có hệ thống điện ổn định
tương đối cao, đòi hỏi chất lượng điện áp đầu ra luôn ổn định tốt, đảm bảo cho các
tải có độ nhạy cao làm việc ổn định. Việc đưa thiết bị FACTS vào hệ thống để ổn
định điện áp nhanh là công việc rất cần thiết cho lưới điện.
Thiết bị hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt còn gọi là FACTS
(Flexible Alternate Current Transmission Systems) được vận hành có vai trò dẫn
đầu trong việc điều khiển một cách hiệu quả trào lưu công suất trên đường dây và
cải thiện chế độ điện áp của mạng hệ thống điện. Những thiết bị mới này có thể gia

tăng một cách đáng tin cậy và một cách hiệu quả đến hệ thống truyền tải và phân
phối. Chúng đưa ra những điều khiển và linh hoạt rất lớn trong vận hành. Thông
thường trào lưu công suất được phân tích bằng phương pháp Newton- Raphson và
thuật toán nhanh Decoupled đã được điều chỉnh đến kể cả mô hình thiết bị FACTS
trong hệ thống truyền tải.
Những đối tượng chính của thiết bị FACTS được lắp đặt trên đường dây phân
phối là cải thiện chế độ điện áp, hệ số công suất chuẩn, và giảm bớt tổn thất trên

1


đường dây. Đường dây phân phối có tỷ số R/X cao, ảnh hưởng đến vấn đề hội tụ
trong bài toán tính toán phân bố công suất, ổn định điện áp truyền thống.
Như trước đây để tính toán phân bố công suất trên đường dây ta sử dụng
phương pháp Newton-Raphson truyền thống. Việc tính toán này gặp rất khó khăn là
tìm ma trận Jacobian. Một phương pháp khác được sử dụng để tính toán phân bố
công suất, đó là Line Flow Basic method gọi tắt là phương pháp giải bài toán phân
bố công suất dựa vào trào lưu công suất trên đường dâyLFB.
Đối với lưới điện phân phối ta sử dụng phương pháp LFBđể tính toán ổn định
điện áp.Đề tài đang được nghiên cứu là “Sử dụng phương pháp LFB trên lưới
điện phân phối hình tia có thiết bị TCSC để điều chỉnh điện áp”.
Đây là một phương pháp tính phân bố công suất hữu dụng và rất tiện íchcho
việc tính toán phân bố công suất hiện nay.
1.2Mục đích nghiên cứu
1. Phương pháp LFB được sử dụng để giải bài toán tính toán phân bố công
suất lưới phân phối hình tia có gắn thiết bị FACTS là TCSC để điều chỉnh điện áp.
2. Phương pháp này được sử dụng để tính toán thay vì tính toán bằng phương
pháp Newton-Raphson. Đây là phương pháp tính toán toán bỏ qua ma trận nghịch
đảo Jacobian, nên việc tính toán ngắn gọn hơn. Tuy nhiên đây là phương pháp mới
nên có kiểm chứng lại bằng phương pháp Newton-Raphson.

1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn của đề tài
-Giới thiệu các phương pháp tính toán phân bố công suấtLFB.
- Tìm hiểu Thiết bị hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt còn gọi là
FACTS (Flexible Alternate Current Transmission Systems) là TCSC (Thyristor
Controlled Series Capacitors) còn gọi là Bộ bù nối tiếp điều khiển bằng Thyristor.
-Nghiên cứu phương pháp tính toán phân bố công suất bằng phương pháp
Newton-Raphson.
-Nghiên cứu phương pháp tính toán phân bố công suất bằng phương pháp LFB
(Line Flow Basic) .

2


- Kiểm chứng phương pháp LFB bằng phương pháp phân bố công suất
Newton Raphson.
-Sử dụng phần mềm Matlab để viết chương trình tính toán phân bố công suất
trên lưới điện phân phối hình tia có gắn thiết bị TCSC để điều chỉnh điện áp trên
lưới điện mẫu 16 nút 15 nhánhcho hai phương pháp trên.
- Chọn vị trí đặt TCSC.
- Đánh giá kết quả sau khi đặt thiết bị TCSC.
Tuy nhiên, do thời gian có hạn việc khảo sát thực hiện trên lưới điện mẫu.
1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu
1.Thu thập và đọc hiểu các tài liệu liên quan từ cán bộ hướng dẫn, sách, các
bài báo và từ internet, phân tích và tổng hợp.
2.Sử dụng phần mềm Matlab để viết chương trình tính toán bài toán phân bố
công suất LFB trong đề tài.
1.5 Những điểm mới của đề tài
Với phương pháp LFB:
 Không cần thành lập ma trận Jacobian.
 Tích hợp dễ dàng các thiết bị FACTS như TCSC, SVC, TCVR,...

 Không tính toán các hàm lượng giác.
 Đối với cấu trúc hình tia và tính toán phân bố công suất thông thường
(không xét thiết bị FACTSvà không có DG) hoàn toàn có thể tính dòng công suất
tác dụng và phản kháng trên nhánh và điện áp tại các nút bằng phép thế theo chiều
thoái và theo chiều tiến mà không cần phải nghịch đảo ma trận.
 Tính toán được giá trị điện kháng.
 Tính toán phân bố công suất trên lưới nhiều nguồn.
1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài
- Phương pháp LFB giảm bớt các thủ tục tính toán trong bài toán phân bố
công suất có đặt thiết bị FACTS là TCSC.

3


- Áp dụng phương pháp LFB trên lưới thực tế với bài toán phân bố công suất
với lưới phân phối nhiều nguồn được thực hiện dễ dàng với nhiều thiết bị TCSC
trong hệ thống và ước lượng được hiệu quả mang lại của thiết bị FACTS.
1.7Phác thảo nội dung luận văn
Luận văn gồm 3 phần:
- Phần 1: Giới thiệu tổng quan.
- Phần 2: Cơ sở lý thuyết.
- Phần 3: Kết luận.

4


PHẦN 2
CHƢƠNG 2
BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG LƢỚI PHÂN PHỐIVÀ
TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT PHÂN BỐ DG TRÊN HỆ

THỐNG ĐIỆN
2.1 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG LƢỚI PHÂN PHỐI
2.1.1Vai trò của lƣới phân phối trong hệ thống điện
2.1.1.1Tổng quát
Hệ thống điện (HTĐ) bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường
dây truyền tải và phân phối điện được nối với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ
truyền tải và phân phối điện năng.

Hình 2.1Minh họa về sản xuất ,vận chuyển và sử dụng điện
HTĐ phát triển không ngừng theo không gian và thời gian để đáp ứng nhu cầu
ngày càng tăng của phụ tải. Tùy theo mục đích nghiên cứu, HTĐ được phân chia
thành các phần hệ thống tương đối độc lập nhau.
*Về mặt quản lý, vận hành, HTĐ được phân thành:
 Các nhà máy điện do các nhà máy điện quản lý.
 Lưới điện siêu cao áp( ≥ 220 kV) và trạm khu vực do các công ty truyền tải
quản lý.

5


 Lưới truyền tải 110 kV và phân phối do các công ty điện lực quản lý, dưới
đó là các điện lực.
*Về mặt điều độ chia thành hai cấp:
 Điều độ quốc gia
 Điều độ địa phương.
*Về mặt nghiên cứu tính toán, HTĐ được phân chia thành:
 Lưới hệ thống 500kV.
 Lưới truyền tải (35,110, 220kV).
 Lưới phân phối trung áp (6, 10, 15, 22, 35kV).
 Lưới phân phối hạ áp (0,4kV; 0,22kV).

Lưới phân phối thực hiện nhiệm vụ phân phối điện cho một địa phương (một
thành phố, quận, huyện...) có bán kính cung cấp điện nhỏ, dưới 50 km.
2.1.1.2 Lƣới phân phối hiện nay của Việt Nam
Do lịch sử phát triển, lưới điện ở ở Việt Nam, lưới điện phân phối tồn tại nhiều
cấp điện áp khác nhau như 6, 15, 22, 35kV.
Từ năm 1993, Bộ Năng Lượng có quyết định số: 149 NL/KHKT ngày
24/03/1993 chuyển đổi các cấp điện áp về 22 kV, Việt Nam hiện nay chỉ có cấp
điện áp 22 kV.
Nghiên cứu việc bù công suất phản kháng để giảm tổn thất điện năng, cải thiện
điện áp, hệ số công suất, hạn chế dao động điện áp lớn do các phụ tải tiêu thụ công
suất phản kháng, ảnh hưởng của các sóng hài bậc cao, nhằm cải thiện chất lượng
cung cấp điện và tăng hiệu quả kinh tế là công việc đang được ngành điện quan
tâm.
Bảng 2.1 Khối lượng xây dựng lưới điện truyền tải và phân phối toàn quốc đến
năm 2010.

6


STT
1

2

3

Lƣới điện

Đƣờng dây (km)

Trạm biến áp

Lưới truyền tải(66, 110, 220 kV)

7047

6364,25

Lưới phân phối

55469

-Trung áp (6, 10,15,22, 35 kV)

38,824

-Hạ áp (0,4; 0,2kV)

16,64

Phân phối/truyền tải

7,87 lần

7,7959

1,22 lần

Nguồn: IEE- Viện Năng lượng
2.1.1.3 Đặc điểm chung của lƣới phân phối

Lưới phân phối có một số đặc điểm chung như sau:
1. Chế độ vận hành bình thường của lưới phân phối là vận hành hở, hình tia
hoặc dạng xương cá. Để tăng cường cung cấp điện, đôi khi cũng có cấu trúc mạch
vòng nhưng vận hành hở.
2. Trong mạch vòng các xuất tuyến được liên kết với nhau bằng DCL, hoặc
thiết bị nối mạch vòng(Ring Main Unit) các thiết bị này vận hành ở vị trí mở, trong
trường hợp cần sửa chữa hoặc sự cố đường dây thì việc cung cấp điện không bị gián
đoạn lâu dài nhờ việc chuyển đổi nguồn cung cấp bằng các thao tác đóng cắt DCL
phân đoạn hoặc tự động chuyển đổi nhờ thiết bị nối mạch vòng.
3. Phụ tải của lưới phân phối đa dạng và phức tạp, nhất là ở Việt Nam các phụ
tải sinh hoạt và dịch vụ, tiểu thủ công nghiệp đa phần chung một hộ phụ tải.
So với mạng hình tia, mạng hình vòng có chất lượng điện tốt hơn, đó chính là
lý do tồn tại mạch vòng, song lại gây phức tạp về vấn đề bảo vệ rơ le. Cấu trúc
mạch vòng chỉ thích hợp cho những mạng Trung áp/ Hạ áp có công suất lớn và có
số lượng trạm trên mạch vòng ít. Hiệu quả khai thác mạch vòng kín thấp hơn mạng
hình tia.
Ngoài ra, chất lượng phục vụ của mạng hình tia đã liên tục được cải thiện,
việc xuất hiện của các thiết bị có công nghệ mới và các thiết bị tự động, việc giảm
bán kính cung cấp điện và tăng tiết diện dây dẫn và bù công suất phản kháng, do
vậy chất lượng điện của mạng hình tia đã được cải thiện nhiều.

7


Kết quả của các nghiên cứu và thống kê từ thực tế vận hành đã đưa đến kết
luận nên vận hành lưới phân phối theo dạng hình tia bởi các lý do:
 Vận hành đơn giản hơn;
 Trình tự phục hồi lại kết cấu lưới sau sự cố dễ dàng hơn;
 Ít gặp khó khăn trong việc cắt điện cục bộ.
Với các lý do trình bày trên, sau đây ta sẽ xem xét việc bù công suất phản

khángtrên lưới hở và các ứng dụng của việc bù công suất phản kháng.
2.1.2 Sựtiêu thụ công suất phản kháng
2.1.2.1Công suất phản kháng
Để cho việc bù công suất được hiệu quả, trước hết chúng ta cần tìm hiểu ý
nghĩa vật lý của đại lượng này và biểu diễn dưới dạng công thức toán học.
Giả sử dòng điện hình sin trong mạch được biểu diễn bằng một hàm điều hòa:
i(t )  I m sin(t   )

(2.1)

Với dòng chu kỳ i(t) đã cho, ta tìm được trị số dòng không đổi I tương đương
về mặt tiêu tán, sao cho năng lượng tiêu tán trong thời gian một chu kỳ là bằng
nhau, nghĩa là trong một mạch đơn giản thuần trở:
T

A  R.I T   R.i 2 (t )dt
2

(2.2)

0

Trị số dòng không đổi I tương đương về mặt tiêu tán với dòng chu kỳ i(t) được
gọi là giá trị hiệu dụng của dòng chu kỳ. Như vậy có thể viết:

i(t )  2 I sin(t   )

(2.3)

Từ (2.2) ta xét các phần tử có R,L,C. Kỹ thuật điện đã chứng minh là phản ứng

một nhánh nối tiếp R-L-C đối với kích thích điều hòa ở chế độ xác lập:
u  2 U sin(t   )
 2 U R sin t  2U L sin(t   / 2)  2 U C sin(t   / 2)

(2.4)

Công thức (2.4) nói lên quan hệ giữa u và i.
Xét quan hệ hiệu dụng giữa U và I ta có:
U
 R 2  (L  1 / C ) 2  R 2  ( X L  X C ) 2  Z
I

8

(2.5)


hay:

Z

U
 R2  X 2
I

(2.6)

Ở đây ta thấy X và R đặc trưng cho hai quá trình năng lượng khác hẳn nhau về
mặt bản chất (tiêu tán và dao động).
Ta có được góc lệch pha giữa u và i:

tg 

U L UC X L  X C X


UR
R
R

(2.7)



Hình 2.2 Mạch R, L,C nối tiếp và véc tơ điện áp
Từ hình 2.2 ta có quan hệ:

Z  R 2  X 2 ;   arctg ( X / R) ; R  Z cos ; X  Z sin 

(2.8)

Ta xem xét sự tiêu thụ năng lượng xảy ra trong mạng điện có tải là điện trở
và điện kháng:
 Mạng điện được cung cấp bởi điện áp: u  U m sin t
 Dòng điện i lệch pha với u một góc  : i  I m sin(t   )
hay i  I m (sin t. cos   sin . cos t )
i  i'i"
 I m sin t. cos   I m sin . cos t ( I m sin . sin(t   / 2)

Như vậy dòng điện i là tổng của hai thành phần: i ' có biên độ I m cos  cùng pha
với điện áp; i ' có biên độ I m sin  chậm pha với điện áp một góc  / 2 cùng pha với

điện áp.
Công suất tương ứng với hai hành phần i và i'' là:
P  UI cos  gọi là công suất tác dụng.

9


Q  UI sin  gọi là công suất phản kháng.

Từ (3.6) ta được:
P  UI cos   Z .I ( I cos  )  Z .I 2 .R / Z  R.I 2

(2.9)

Vậy: Công suất tác dụng là công suất có hiệu lực biến năng lượng điện thành
các dạng năng lượng khác và sinh ra công.
Q  UI sin   Z .I ( I sin  )  Z .I 2 . X / Z  X .I 2

(2.10)

Vậy: Công suất phản kháng Q nói lên cường độ của quá trình dao động năng
lượng.
Có một số loại tải như tải trở, tải cảm, tải dung và các tải kết hợp. Đối với tải
R-L-C; L-C, khi cuộn kháng hấp thụ năng lượng, nó vay mượn năng lượng ở mạch
dung, nếu còn thiếu thì nguồn sẽ cung cấp phần còn lại, và chỉ có phần này được
lưu thông trong mạch nối giữa nguồn đến tổ hợp kháng dung. Điều này giải thích
vai trò của tụ điện trong việc sản ra năng lượng phản kháng để bù vào sự hấp thụ
của trở kháng.
Năng lượng tích lũy trong điện dung gọi là năng lượng tĩnh điện, dấu của nó
luôn được đảo ngược với năng lượng điện từ.

Theo qui ước:
 Năng lượng điện từ là năng lượng phản kháng dương.
 Năng lượng tĩnh điện là năng lượng phản kháng âm.
2.1.2.2Sự tiêu thụ công suất phản kháng
Công suất phản kháng được tiêu thụ ở: động cơ không đồng bộ, máy biến áp,
trên đường dây tải điện và mọi nơi có từ trường. Yêu cầu công suất phản kháng có
thể giảm đến tối thiểu chứ không thể triệt tiêu được vì nó cần thiết để tạo ra từ
trường, yếu tố trung gian cần thiết trong quá trình chuyển hóa điện năng.
Công suất tác dụng P được biến thành công như cơ năng hoặc nhiệt năng trong
các máy dùng điện, còn công suất phản kháng Q là công suất từ hóa trong máy điện
xoay chiều, nó không sinh ra công. Quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa
máy phát điện và phụ tải là quá trình dao động. Việc tạo ra công suất phản kháng

10


cung cấp cho phụ tải không nhất thiết phải lấy từ nguồn mà có thể cung cấp trực
tiếp cho phụ tải điện( tụ điện, máy bù đồng bộ).
2.1.3 Mục đích xem xét của đề tài
Trong đề tài tác giả điều chỉnh giá trị P, Q trên lưới phân phối bằng cách thay
đổi tổng trở trên đường dây, cụ thể là thay đổi dung kháng –jxC, tức gián tiếp làm
giảm tổng trở chung trên hệ thống để cải thiện giá trị điện áp trên lưới.
2.2 TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT PHÂN TÁN DG TRÊN HỆ THỐNG
ĐIỆN
2.2.1Giới thiệu về máy phát phân bố
Máy phát phân tán DG là một giải pháp sử dụng công nghệ quy mô nhỏ để sản
xuất điện gần với khách hàng của điện lực. Công nghệ DG thường bao gồm môđun
máy phát điện(và đôi khi là năng lượng tái tạo), nó cung cấp một số lợi ích tiềm
năng. Trong nhiều trường hợp, máy phát điện phân phối có thể cung cấp điện với
chi phí thấp hơn với độ tin cậy và an ninh năng lượng cao hơn và ít hậu quả về môi

trường hơn các máy phát điện truyền thống.
Ngược lại vớiviệc sử dụng mộtvài trạmphát điệnquy mô lớnnằm xatrung tâm
phụ tải-phương phápđược sử dụng trongcác mô hìnhđiện lựctruyền thống-hệ
thốngDGsử dụngrất nhiều,nhưngcác nhà máynhỏvà có thểcung cấp năng lượngtại
chỗvới rất ítsự phụ thuộc vàolướitruyền tảivàphân phối. Công nghệDGmang lạikhả
năngcung cấp điện từmột phần của1kWđến khoảng100MW. Khả năng đáp ứng
nguồn thường có thể đạthơn1.000MW.
Việc tập trungcác nhà máy điệncủa hệ thống nàycó nhiều bất lợi. Ngoài
cácvấn đềvề khoảng cách truyền tải, các hệ thống nàylàm tăngphát thảikhí nhà
kính,sản sinh chất thải hạt nhân, thiếu hiệu quả vàtổn thất điện năngtrênđường dây
truyền tảidài, phân tán tác độngmôi trườngnơi mà cácđường dây điệnđược xây
dựng, và các vấn đềliên quan đếnan toàn.
Khi DGđặt gần hoặc tại nơi của người sử dụng điện, bài toán đường dây tuyền
tải trở nên lỗi thời. Máy phát phân phối (DG) thường được sản xuất bởi các mô-

11


đun chuyển đổi năng lượng nhỏ như tấm pin mặt trời, các đơn vị này có thể độc lập
hoặc tích hợp vào lưới điện có sẵn.

b)

a)

Hình 2.3 a) Mô hình lưới điện cổ điển; b) Mô hình lưới điệntương lai DG

Phát điệnDGdiễn ra trênhaimức:mức tại chỗvà mức xa. Nhà máy điệntại
chỗnhưtua bin gió,sản xuấtnăng lượng địa nhiệt, hệ thốngnăng lượng mặt trời, và
một sốnhà máy điện thủynhiệt.Các nhà máynày có xu hướnglà nhỏ hơn và íttập

trunghơn so vớicác nhà máyvới mô hình truyền thống. Tần suất sản xuất điện năng
thường xuyên hơnvàchi phí hiệu quảvàđáng tin cậy hơn. Sản xuất điện tại chỗ
DGthườngcó tính đến cácđiều kiện tại chỗ, thườngsản xuấtít gây tổn hạimôi trường.
Các loại DG trên lưới điện:

Hình 2.4 Máy phát điện ở Buffalo Mountain, Tennessee, Mỹ.

12


Hình 2.5 Tấm pin năng lượng mặt trời hỗ trợ Hình 2.6Một máy phát điện
nguồn cho một trường cấp 2 ở Fairbanks, 300kW tuabin nhỏ,thí nghiệm ở
Alaska, Mỹ.

OakRidge, Tennessee, Mỹ.

2.2.2Sự độc lập đƣợc định trƣớc của DG
Sự độc lập được định trướclàmục đích phân đoạn trong hệ thống điện lực
trong suốt quá trình dao động điện trên diện rộng để tạo ra nguồn độc lập. Sự độc
lập này có thể được thiết kế để duy trì một nguồn điện cung cấp liên tục trong suốt
quá trình dao động của hệ thống điện phân phối chính. Như trong hình sau khi các
rối loạn có mặt trên một hệ thống điện phân phối, lưới điện tự phân đoạn chính nó.
Sau đó các nguồn năng lượng phân tán có thể cung cấp nguồn cho tải một cách độc
lập được tạo ra cho đến khi việc kết nối lại với hệ thống điện lực chính tạo ra.

Hình 2.7 Sơ đồ cấp điện độc lập.

13

2.2.3DGtrên lƣới điện phân phối
Một hệ thống điện được gọi là lớn, được tích hợp phức tạp gồm các máy phát
điện lớn, một mạng lưới truyền tải, lưới điện phân phối, máy phát điện phân phối và
tải, được kết nối tại các điểm được gọi là các nút.

Hình2.8Minh họa lưới điện có DGvà các thành phần liên kết với nhau.
2.2.4Sự độc lập và kết nối với DG trên lƣới điện
Nguồn điệncung cấp điệngần tảithường là một máy phát điện nhỏ được kết nối
trực tiếp đến tải và chỉ phục vụ cho tải đó. Loại phát điện này được gọi là máy phát
điện phân phối (DG). Việc xác định "sự độc lập" ngụ ý rằng loại máy phát điện
không thể cung cấp điện cho những tải khác mà chỉ cho một tải mà nó được nối
đến.
Việc quản lý một lưới điện, sự độc lập DG có tác dụng giảm bớtphụ tải trung
bình đặt trên lưới điện phân phối như một máy phát DG có thể cung cấp một số
hoặc tất cả nhu cầucông suất của phụ tải mà nó nối đến. Tuy nhiên, độ tin cậy của
các DG có ảnh hưởng đến sự thay đổi của tải đặt trên lưới điện phân phối khi nó
ngừng làm việc độtngột.
Một số máy phát điện DG kết nối với lưới điện phân phốibổ sung một phần
nguồn cung cấp. Loại này của sự phát điện được gọi là kết nối DG.

14


Hình 2.9Cấu trúc liên kết lưới phân phối
 Sự độc lập DG có thể giảm đượctải cho lưới điện phân phối, tuy nhiên sẽ
gia tăng sự biến động của phụ tải này khi DG vận hành không ổn định.
 Việc liên kết với DG có thể bơm công suất vào lưới điện phân phối. Việc
bơm công suất này đã thay thế một lượngcông suất mà lưới điện phân phối sẽ nhận
từ lưới điện truyền tải. Tuy nhiên, việc kết nối DG có thể làm trào lưu công suất
chạy trong lưới theo hướng ngược lại với trào lưu công suất thông thường từ đầu

nguồn của lưới điện phân đến cuối của các nhánhliên kết cuối. Trào lưu công suất
này ngược và làm đảo ngược điện áp nút trong mạng lưới phân phối nâng cao an
toàn và độ tin cậy cần quan tâm.
Trong đề tài, DG đưa vào lưới vận hành như một nút PV, ở đó nó sẽ tăng điện
áp tại nút như một nút nguồn, đồng thời cung cấp điện cho tải tại nơi DG đặt vào.

15


CHƢƠNG 3
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆTHIẾT BỊ TRUYỀN
TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU LINH HOẠT
3.1BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƢỚI ĐIỆN
Quá trình truyền tải điện xoay chiều trên đường dây siêu cao áp liên quan đến
quá trình truyền sóng điện từ dọc đường dây. Điện trường của đường dây ít thay đổi
trong quá trình vận hành vì điện áp trên đường dây ít thay đổi trong quá trình vận
hành vì điện áp trên đương dây được điều khiển trong giới hạn cho phép (thường là
± 5%), tuy nhiên từ trường lại thay đổi trong phạm vi khá rộng theo sự thay đổi của
dòng điện tải của đường dây.
Giá trị trung bình cho một chu kỳ năng lượng điện trường được tính trên một
đơn vị chiều dài của một pha đường dây là:
WE  C.U 2f

(3.1)

Công suất điện trường của ba pha đường dây có chiều dài l là:
QE  3..C.U 2f .l

(3.2)

Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lượng từ trường tính trên một đơn vị
chiều dài của một pha đường dây khi dòng điện tải I là:
WM  L.I 2

(3.3)

Công suất từ trường của ba pha đường dây có chiều dài l là:
QM  3..L.I 2 .l (3.4)

Công suất phản kháng do đường dây sinh ra được xác định như là hiệu giữa
công điện trường và công suất từ trường:
Q  QE  QM  3..C.U 2f .l  3..L.I 2 .l

L.I 2 
Q  3..C.U 2f .l.1 
 C.U 2 
f 


(3.5)

Khi công suất phản kháng của đường dây bằng 0, ta có:

16


2 

1  L.I   0
 C.U 2 

f 


 I U f.

L
L Uf

 I TN , trong đó Z C 
C
C ZC

Do 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 

3U f

(3.6)

ZC

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
lại hiệu quả cao là bù dọc và bù ngang trên đường dây siêu cao áp.
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 thiết bị bù là
nâng cao khả năng tải của đường dây và sang bằng điện áp phân bố dọc đường dây.

Hơn nữa, bù thông số còn nâng cao tính ổn định tĩnh, ổn định động và giảm dao
động công suất... làm cho việc vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt và hiệu
quả hơn. Đây là biện pháp cần thiết, đặc biệt là những đường dây có chiều dài lớn,
đặc biệt là những đường dây có chiều dài 1/4 bước sóng như đường dây truyền tải
điện siêu cao áp 500kV Bắc –Nam Việt Nam hiện nay.
3.2 BÙ DỌC TRÊN ĐƢỜNG DÂY
Trị số cảm kháng XL lớn trên đường dây làm ảnh hưởng xấu đến hàng loạt các
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 kháng XL của đường dây ) bằng dung kháng XC
của tụ điện. Giải pháp này thực hiện bằng cách mắc nối tiếp tiếp tụ điện vào đường
dây. Qua đó giới hạn truyền tải của đường dây theo điều kiện ổn định tĩnh được

17


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 tải I và điện áp cuối
đường dây U2 không đổi thì điện áp U1 ở đầu đường dây và góc lệch pha  giữa véc
tơ điện áp giữa hai đầu đường dây giảm xuống khá nhiều. Qua đó ta thấy hiệu quả
của bù dọc như sau:
3.2.1 Ồn định điện áp
- Giảm lượng sụt áp với một công suất truyền tải.
- Điểm sụp đổ điện áp được dịch chuyển xa hơn.
3.2.2Ổn định về góc lệch 
- Làm giảm góc lệch  trong chế độ vận hành bình thường, qua đó nâng cao độ
ổn định tĩnh của hệ thống điện.

- Làm tăng giới hạn công suất truyền tải của đường dây.
-Trước khi bù dọc, hình 3.1, công suất truyền tải trên đường dây là:

Hình 3.1 Đường dây khi không có tụ bù
P

Hình 3.2Đường dây khi có tụ bù

U1U 2
sin 
XL

(3.7)

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

U1U 2
XL

(3.8)

- Sau khi bù dọc, hình 3.2, công suất truyền tải trên đường dây là:
P' 

U 1U 2
sin 
XL  XC

(3.9)

Ta có giới hạn công suất truyền tải là:

18


P' 

U1U 2
X L  XC

(3.10)

- Sau khi bù dọc, giới hạn công suất truyền tải của đường dây tăng lên là:
k

X L  XC
XC

(3.11)
C

C

UT

UF

U/δ F

U/δ T

U

U

Có bù dọc
Không bù dọc
P
Không bù dọc
Có bù dọc

0

P

0

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

ỔN ĐỊNH GÓC PHA



T   F

Hình 3.3 Hiệu quả của bù dọc trên đường dây cao áp
3.2.3Giảm tổn thất công suất và điện năng
- Dòng điện chạy qua tụ C sẽ phát ra một lượng công suất phản kháng bù lại
phần tổn thất trên cảm kháng của đường dây.

- Đặc trưng cho mức độ bù dọc trên đường dây là hệ số bù dọc Kc:
kC 

XC
x100%
XL

(3.12)

Thông thường đối với đường dây cao áp thì hệ số bù dọc Kc từ 40÷75% tùy
theo chiều dài đường dây.

19


3.3 BÙ NGANG TRÊN ĐƢỜNG DÂY
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 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 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 chế độ vận hành của đường dây cao áp trong hệ thống điện như
chế độ vận hành non tải, không tải... của đường dây.
-Ở 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.
- Ở 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 tiêu thụ công suất phản kháng.
-Trong chế độ tải cực tiểu, công suất phản kháng do đường dây sinh ra rất
lớn(đối với đường dây siêu cao áp 500kV với Q0  1MVar / km ) nên ta phải đặt các
kháng điện bù ngang phân bố dọc theo đường dây để tiêu thụ lượng công suất phản
kháng này. Thông thường khoảng cách giữa các kháng bù ngang từ 200- 500 km.
- Công suất phản kháng của đường dây phát ra trong chế độ không tải được
tính gần đứng như sau:
2
QC  U dm
.b0 .l

(3.13)

Trong đó: Uđm : điện áp định mức của đường dây.
l : chiều dài của đường dây.

20


- Đối với đường dây siêu cao áp có điện áp từ 330 ÷ 750kV thì ta có thể sử
dụng các quan hệ gần đúng như sau:
X 0 .b0  1,15.10 6 ;
ZC 

X0
b0

1,07.103
Suy ra: b0 
ZC

Như vậy công suất phản kháng của đường dây siêu cao áp phát ra là:
QC 

U dm
.1,07.103.l  1,07.103.l.PTN
ZC

(3.14)

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

IL
Q
.100%  L .100%
IC
QC

(3.15)

Trong đó:
QL: Công suất phản kháng của bù ngang.
QC: Công suất phản kháng của điện dung đường dây phát ra.
3.4 PHÂN LOẠI CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU
LINH HOẠT

Các thiết bị FACTS có thể phân ra làm bốn loại:
- Thiết bị điều khiển nối tiếp (Series Controller): loại thiết bị này cho phép
thay đổi tổng trở đường dây bằng tụ điện, điện kháng, hoặc biến đổi nguồn có tần
số bằng tần số lưới nhờ thiết bị bán dẫn công suất. Về nguyên lý, tất cả các thiết bị
điều khiển nối tiếp chỉ cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng biến đổi.
- Thiết bị điều khiển song song (Shunt Controller): loại thiết bị này cho phép
thay đổi tổng trở, thay đổi nguồn hoặc kết hợp cả hai. Tất cả các thiết bị điều khiển
song song bù dòng điện vào hệ thống tại điểm nút.
- Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với nối tiếp (Combined Series-Series
Controller): đây là sự kết hợp các thiết bị điều khiển nối tiếp riêng rẽ, có cùng cách
thức điều khiển được sử dụng trong hệ thống nhiều dây dẫn hoặc có thể là thiết bị
điều khiển hợp nhất. Trong những thiết bị điều khiển nối tiếp, công suất phản kháng

21