NGHIÊN cứu NÂNG CAO GIỚI hạn TRUYỀN tải của các ĐƯỜNG dây dài, điện áp SIÊU CAO BẰNG THIẾT bị bù NGANG có điều KHIỂN (SVC)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Lương Ngọc Thành

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO GIỚI HẠN TRUYỀN TẢI CỦA CÁC ĐƯỜNG DÂY
DÀI, ĐIỆN ÁP SIÊU CAO BẰNG THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN
(SVC)

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN

Người hướng dẫn khoa học:
GS. TS. Lã Văn Út

Hà Nội - 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả
nêu trong luận án là trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ một công
trình nào.

Tác giả

Lương Ngọc Thành


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1

HTĐ

Hệ thống điện

2

MBA

Máy biến áp

3

NMTĐ

Nhà máy thủy điện

4

NMNĐ

Nhà máy nhiệt điện

5

ĐDSCA

Đường dây siêu cao áp

6

CĐXL

Chế độ xác lập

7

CSTD

Công suất tác dụng

8

CSPK

Công suất phản kháng

9

FACTS

Flexible AC Transmission Systems - Hệ thống truyền tải điện xoay
chiều linh hoạt

10

SVC

Static Var Compensator - Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor

11

TCR

Thyristor Controlled Reactor - kháng điện điều khiển bằng
thyristor

12

TSR

Thyristor Switched Reactor - Kháng điện đóng mở bằng thyristor

13

TSC

Thyristor Switched Capacitor - Tụ điện đóng mở bằng thyristor

14

STATCOM Static Synchronous Compensator - Thiết bị bù ngang điều khiển
bằng thyristor

15

TCSC

Thyristor Controlled Series Capacitor – tụ nối tiếp điều khiển bằng

thyristor

16

UPFC

Unified Power Flow Control - Thiết bị điều khiển dòng công suất
hợp nhất

17

SSSC

Static Synchronous Series Compensator – bộ bù nối tiếp đồng bộ
tĩnh

18

TCPST

Thyristor- Controlled Phase Shifting Transformer - biến áp dịch
pha điều khiển bằng thyristor

19

TCPAR

Thyristor Controlled Phase Angle Regulator - Thiết bị điều chỉnh
góc lệch pha của điện áp

20

GTO

Gate Turn - Off Thyristor - Khóa đóng mở


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. Bảng tổng hợp ảnh hưởng của thiết bị FACTS đến khả năng tải của đường
dây...................................................................................................................................... 39
Bảng 2. Số liệu các đoạn ĐDSCA ..................................................................................... 43
Bảng 3. Thông số tụ bù dọc trên các đoạn ĐDSCA .......................................................... 49
Bảng 4. Thông số kháng bù ngang các đoạn ĐDSCA ...................................................... 50
Bảng 5. Bù ngang trên mỗi đoạn đường dây (tăng tỉ lệ bù) .............................................. 55
Bảng 6. Bù ngang trên mỗi đoạn đường dây (giảm tỉ lệ bù) ............................................. 60


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Trang
HÌNH VẼ
Hình 1.1 Hiệu quả của bù dọc trên ĐDSCA ....................................................................... 3
Hình 1.2 Tổn thất điện áp trên đường dây ........................................................................... 7
Hình 1.3 Ví dụ về ổn định điện áp ..................................................................................... 10
Hình 2.1 Các cấu hình của SVC ........................................................................................ 14
Hình 2.2 Sơ đồ điều khiển TCR ........................................................................................ 14
Hình 2.3 Đồ thị vector dòng điện và điện áp giữa hai đầu TCR với α = const ................. 15
Hình 2.4 Đồ thị vector dòng điện và điện áp giữa hai đầu TCR với α ≠ const ................. 16
Hình 2.5 Dạng sóng tín hiệu dòng điện của TCR.............................................................. 16
Hình 2.6 Đặc tính điều chỉnh của IL* hay BL* theo góc mở α ............................................ 17
Hình 2.7 Dạng sóng tín hiệu dòng điện âm khi V2 mở và dương khi V1 mở .................... 18

Hình 2.8 Các sóng dạng sóng hài bậc cao trong phần tử TCR .......................................... 19
Hình 2.9 Sơ đồ điều khiển TSC ......................................................................................... 20
Hình 2.10 Dạng sóng minh họa quá trình đóng cắt không có quá trình quá độ của TSC . 21
Hình 2.11 Điện áp dư trên tụ khi Vc < V và khi Vc  V ................................................... 22
Hình 2.12 Hoạt động của SVC .......................................................................................... 24
Hình 2.13 Đặc tính điều chỉnh của SVC điều chỉnh theo điện áp ..................................... 26
Hình 2.14 Đặc tính điều chỉnh mềm của SVC .................................................................. 27
Hình 2.15 Điều chỉnh điện áp nút phụ tải bằng SVC ........................................................ 29
Hình 2.16 Sự thay đổi điện áp tại nút phụ tải khi có và không có SVC............................ 29
Hình 2.17 Điều chỉnh điện áp nút phụ tải bằng SVC ........ Error! Bookmark not defined.
Hình 2.18 Độ thị vecto dòng điện và điện áp .................................................................... 33
Hình 2.19 Độ thị công suất truyền tải................................................................................ 32
Hình 2.20 Đặc tính công suất có và khi không có SVC .................................................... 33
Hình 2.21 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của STATCOM ............................................ 34
Hình 2.22 SSSC dựa trên bộ biến đổi nguồn áp và SSSC có nguồn dự trữ ...................... 36
Hình 2.23 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC ...................................................... 37
Hình 2.24 Nguyên lý hoạt động của UPFC ....................................................................... 38


Hình 2.25 Cấu tạo chung của TCPST ............................................................................... 39
Hình 3.1 Sơ đồ đường dây truyển tải Việt Nam thời kỳ đầu ............................................. 42
Hình 3.2 Mô hình thông số mạng 4 cực ............................................................................ 46
Hình 3.3 Mô hình chuỗi các đoạn đường dây ngắn........................................................... 48
Hình 3.4 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
thiết kế, tải cuối đường dây lớn nhất) ................................................................................ 51
Hình 3.5 Đồ thị phân bố điện áp dọc đường dây (phương án thiết kế, tải cuối đường
dây lớn nhất) ...................................................................................................................... 51
Hình 3.6 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
thiết kế, chế độ giới hạn) ................................................................................................... 52
Hình 3.7 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án thiết kế, chế độ

giới hạn) ............................................................................................................................. 52
Hình 3.8 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
thiết kế, không tải cuối đường dây) ................................................................................... 53
Hình 3.9 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án thiết kế, không tải
cuối đường dây) ................................................................................................................. 53
Hình 3.10 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
thiết kế, truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây)............................................ 54
Hình 3.11 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án thiết kế, truyền
tải công suất trung bình tới cuối đường dây) ..................................................................... 54
Hình 3.12 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
tăng tỉ lệ bù, tải cuối đường dây lớn nhất) ......................................................................... 56
Hình 3.13 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án tăng tỉ lệ bù, tải
cuối đường dây lớn nhất) ................................................................................................... 56
Hình 3.14 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
tăng tỉ lệ bù, chế độ giới hạn) ............................................................................................ 57
Hình 3.15 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án tăng tỉ lệ bù, chế
độ giới hạn) ........................................................................................................................ 57
Hình 3.16 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
tăng tỉ lệ bù, không tải cuối đường dây) ............................................................................ 58


Hình 3.17 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án tăng tỉ lệ bù,
không tải cuối đường dây) ................................................................................................. 58
Hình 3.18 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
tăng tỉ lệ bù, truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) .................................... 59
Hình 3.19 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án tăng tỉ lệ bù,
truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) ......................................................... 59
Hình 3.20 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
giảm tỉ lệ bù, tải cuối đường dây lớn nhất) ........................................................................ 60
Hình 3.21 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án giảm tỉ lệ bù, tải

cuối đường dây lớn nhất) ................................................................................................... 61
Hình 3.22 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
giảm tỉ lệ bù, chế độ giới hạn) ........................................................................................... 62
Hình 3.23 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án giảm tỉ lệ bù, chế
độ giới hạn) ........................................................................................................................ 62
Hình 3.24 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
giảm tỉ lệ bù, không tải cuối đường dây) ........................................................................... 63
Hình 3.25 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án giảm tỉ lệ bù,
không tải cuối đường dây) ................................................................................................. 63
Hình 3.26 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
giảm tỉ lệ bù, truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) ................................... 64
Hình 3.27 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án giảm tỉ lệ bù,
truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) ......................................................... 64
Hình 3.28 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
đặt SVC tại nút cuối, tải cuối đường dây lớn nhất) ........................................................... 65
Hình 3.29 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút
cuối, tải cuối đường dây lớn nhất) ..................................................................................... 66
Hình 3.30 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
đặt SVC tại nút cuối, chế độ giới hạn) .............................................................................. 67
Hình 3.31 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút
cuối, chế độ giới hạn) ........................................................................................................ 67


Hình 3.32 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
đặt SVC tại nút cuối, không tải cuối đường dây) .............................................................. 68
Hình 3.33 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút
cuối, không tải cuối đường dây) ........................................................................................ 68
Hình 3.34 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
đặt SVC tại nút cuối, truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) ....................... 69
Hình 3.35 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút

cuối, truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây)................................................. 69
Hình 3.36 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
đặt SVC tại nút ĐN và nút PL, tải cuối đường dây lớn nhất) ........................................... 70
Hình 3.37 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút
ĐN và nút PL, tải cuối đường dây lớn nhất) ..................................................................... 70
Hình 3.38 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
đặt SVC tại nút ĐN và nút PL, chế độ giới hạn) ............................................................... 71
Hình 3.39 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút
ĐN và nút PL, chế độ giới hạn) ......................................................................................... 72
Hình 3.40 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
đặt SVC tại nút ĐN và nút PL, không tải cuối đường dây) ............................................... 72
Hình 3.41 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút
ĐN và nút PL, không tải cuối đường dây) ........................................................................ 73
Hình 3.34 Phân bố công suất và biên độ điện áp các nút trên đường dây (phương án
đặt SVC tại nút ĐN và nút PL, truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) ....... 73
Hình 3.35 Đồ thị phân bố điện áp các nút dọc đường dây (phương án đặt SVC tại nút
ĐN và nút PL, truyền tải công suất trung bình tới cuối đường dây) ................................. 74


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU
Trang
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI CÔNG SUẤT TRÊN
ĐƯỜNG DÂY DÀI, ĐIỆN ÁP SIÊU CAO ..................................................................... 1
1.1. ĐẶC ĐIỂM KĨ THUẬT CỦA ĐDSCA ....................................................................... 1
1.1.1. Bù dọc trên đường dây dài......................................................................................... 2

1.1.2. Bù ngang trên đường dây dài..................................................................................... 4
1.2. CÁC ĐIỀU KIỆN GIỚI HẠN CÔNG SUẤT TRUYỀN TẢI TRÊN ĐDSCA ........... 6
1.2.1. Giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện phát nóng ............................................ 6
1.2.2. Giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện tổn thất điện áp ................................... 7
1.2.3. Giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện ổn định tĩnh......................................... 8
1.3. CÁC BIỆN PHÁP KĨ THUẬT NÂNG CAO KHẢ NĂNG TẢI CỦA ĐDSCA ...... 11
Chương 2: NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA SVC TRONG VIỆC NÂNG CAO
GIỚI HẠN TRUYỀN TẢI ĐƯỜNG DÂY DÀI THEO ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH
ĐIỆN ÁP ........................................................................................................................... 13
2.1. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SVC ........................................ 13
2.1.1. Cấu tạo của SVC...................................................................................................... 13
2.1.2. Nguyên lý hoạt động của TCR ................................................................................ 14
2.1.3. Nguyên lý hoạt động của TSC................................................................................. 20
2.1.4. Nguyên lý hoạt động của FC ................................................................................... 23
2.1.5. Đặc tính làm việc của SVC ..................................................................................... 23
2.2. ỨNG DỤNG CỦA SVC TRONG VIỆC NÂNG CAO GIỚI HẠN CÔNG SUẤT
TRUYỀN TẢI TRÊN ĐƯỜNG DÂY DÀI ...................................................................... 28
2.2.1. Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất ................................................................ 28
2.2.2. Giảm cường độ dòng điện vô công ......................................................................... 30
2.2.3. Tăng khả năng tải của đường dây ............................................................................ 30
2.2.4. Cải thiện ổn định sau sự cố ...................................................................................... 30
2.3. CÁC THIẾT BỊ FACTS KHÁC................................................................................. 34


2.3.1. Thiết bị bù tĩnh - STATCOM .................................................................................. 34
2.3.2. Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh - SSSC ........................................................................ 35
2.3.3. Thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor - TCSC ................................................. 36
2.3.4. Thiết bị điều khiển dòng công suất - UPFC ............................................................ 37
2.3.5. Thiết bị điều khiển dịch pha - TCPST ..................................................................... 38
2.4. Bảng tổng hợp ảnh hưởng của thiết bị FACTS đến khả năng tải của đường dây ...... 39

Chương 3: KHAI THÁC PHẦN MỀM CONUS NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ
CỦA SVC TRONG VIỆC NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI CÔNG
SUẤT................................................................................................................................. 41
3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................ 41
3.2. SƠ ĐỒ VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN TÍNH TOÁN ............................................................ 42
3.2.1. Các số liệu cơ bản của sơ đồ ................................................................................... 42
3.2.2. Các nội dung tính toán ............................................................................................. 43
3.2.3. Mô hình ĐDSCA ..................................................................................................... 44
3.3. TÍNH TOÁN KIỂM TRA KHẢ NĂNG TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY THEO CÁC
PHƯƠNG ÁN BÙ CỐ ĐỊNH ........................................................................................... 48
3.3.1. Sơ đồ và thông số bù của hệ thống tải điện 500 kV theo phương án bù cố định .... 48
3.3.2. Nghiên cứu khả năng tải của hệ thống tải điện 500kV khi có đặt SVC .................. 65
KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU ................................................................... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 77
PHỤ LỤC ........................................................................................................................... 1


MỞ ĐẦU
Đường dây truyền tải là một phần tử quan trọng trong HTĐ, là cầu nối để đưa
năng lượng điện từ các nhà máy điện đến được với từng khu vực sử dụng. Cùng với
sự phát triển không ngừng của đời sống xã hội, nhu cầu tiêu thụ điện ngày một tăng
cao đòi hỏi nhiều nguồn cung cấp điện năng hơn đồng thời khả năng truyền tải công
suất trên đường dây cũng cần được mở rộng hơn.
Hệ thống truyền tải điện ở Việt Nam là hệ thống truyền tải 3 pha xoay chiều,
vận hành ở các cấp điện áp khác nhau (thông thường là 230 kV trở lên). Với yêu
cầu ngày càng tăng về công suất và khoảng cách truyền tải, các cấp điện áp truyền
tải cũng ngày càng tăng lên để giảm tổn thất.
Khả năng truyền tải công suất trên đường dây truyền tải càng cao càng tốt
song thực tế khả năng tải của đường dây lại bị giới hạn bởi nhiều yếu tố khác nhau
tùy theo cấp điện áp và chiều dài đường dây. Khả năng tải của hệ thống truyền tải bị

giới hạn bởi các yếu tố như: giới hạn nhiệt, giới hạn về độ lệch điện áp, giới hạn ổn
định; các giới hạn này xác định công suất tối đa truyền tải được mà không gây nguy
hiểm đến các đường dây truyền tải và các thiết bị điện.
Nghiên cứu tìm cách nâng cao khả năng tải trên đường dây truyền tải luôn là
một vấn đề cần được quan tâm; luận văn được làm với mục đích nghiên cứu, phân
tích hiệu quả của thiết bị bù tĩnh SVC trong việc nâng cao giới hạn truyền tải công
suất trên các đường dây truyền tải siêu cao áp.


1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI CÔNG SUẤT
TRÊN ĐƯỜNG DÂY DÀI, ĐIỆN ÁP SIÊU CAO
1.1. ĐẶC ĐIỂM KĨ THUẬT CỦA ĐDSCA
Trên thế giới các đường dây dài hiện đang có các cấp điện áp siêu cao xoay
chiều sau: 220, 330, 400, 500, 750 và 1150 kV. Các ĐDSCA có khả năng truyền tải
công suất rất lớn và có thể tải điện năng đi rất xa. Công suất và độ dài tải điện năng
càng lớn thì điện áp sử dụng càng cao, giá thành tải điện sẽ thấp hơn và độ che phủ
mặt đất sẽ nhỏ hơn.
Trong quá trình vận hành, đường dây dài, điện áp siêu cao có những đặc điểm
đáng chú ý sau:
CSPK do điện dung của đường dây sinh ra rất lớn, sự phân pha dây dẫn trên
đường dây dài càng làm cho công suất này lớn hơn.
CSPK do điện dung sinh ra lớn gây ra các vấn đề kỹ thuật cần phải giải quyết
trong chế độ non tải: trong chế độ non tải, sự tăng cao điện áp ở cuối đường dây có
thể vượt quá khả năng chịu đựng của thiết bị phân phối điện và phân bố điện áp dọc
đường dây không đều gây ra nguy cơ tự kích thích, tự dao động tăng dần ở các nhà
máy điện.
Đường dây dài còn có điện kháng đường dây có giá trị lớn; trong chế độ đầy
tải, đường dây cấp điện từ hệ thống cho nút phụ tải có thể có tổn thất điện áp rất lớn,

điện áp cuối đường dây có thể nhỏ hơn điện áp giới hạn cho phép.
Đường dây dài nối liền các phần tử độc lập của HTĐ hoặc các HTĐ gần nhau
còn gặp phải vấn đề khả năng tải theo công suất giới hạn và ổn định tĩnh. Nếu độ dự
trữ ổn định tĩnh thấp thì cần phải có các biện pháp nâng cao đến độ dự trữ ổn định
cho phép.
Để giải quyết những vấn đề kỹ thuật nói trên, người ta thường thực hiện
phương pháp bù thông số trên đường dây dài, biện pháp thường thực hiện và đem
lại hiệu quả cao là bù dọc và bù ngang trên ĐDSCA.


2

1.1.1. Bù dọc trên đường dây dài
Trị số cảm kháng lớn của ĐDSCA 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, tổn thất công suất và điện năng trên đường dây, tính ổn định điện áp tại
các trạm giữa và cuối đường dây… Bù dọc là giải pháp làm tăng điện dẫn liên kết
(giảm thành phần 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 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.
- Điểm sụp đổ điện áp được dịch chuyển xa hơn.

* Ổn định về góc lệch :
- Làm giảm góc lệch  trong chế độ vận hành bình thường, qua đó nâng cao độ
ổn định tĩnh của HTĐ.
- Làm tăng giới hạn công suất truyền tải của đường dây:
Ta có:
Công suất truyền tải trên đường dây trước khi bù dọc là:
(1.1)
 Giới hạn công suất truyền tải là:

Công suất truyền tải trên đường dây sau khi bù dọc là:

(1.2)


3

.

(1.3)

 Giới hạn công suất truyền tải là:
(1.4)
Ta thấy sau khi bù, giới hạn truyền tải công suất của đường dây tăng lên:
k = XL/(XL-XC)

(1.5)

Hình 1.1 Hiệu quả của bù dọc trên ĐDSCA

* Giảm tổn thất công suất và điện năng:

- Dòng điện chạy qua tụ điện C sẽ phát ra một lượng CSPK bù lại phần tổn
thất trên cảm kháng của đường dây.
- Đặc trưng cho mức độ bù dọc của đường dây là hệ số bù dọc KC:
(1.6)
Thông thường, đối với các ĐDSCA thì hệ số bù dọc KC từ 40% - 75% tuỳ theo
chiều dài của đường dây.


4

1.1.2. Bù ngang trên đường dây dài
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 MBA. 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 CSPK 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 số chế độ vận hành của ĐDSCA trong HTĐ 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 CSTD rất lớn để bù vào tổn thất điện trở của đường dây
và MBA. Để làm giảm dòng không tải lớn chạy trên đường dây, có thể đặt kháng
điện bù ngang tại điểm đầu đường dây.
Trong chế độ non tải (PTải < PTN), thì CSPK 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 hai đầu đường dây để tiêu thụ CSPK.
Trong chế độ tải cực tiểu, CSPK do đường dây sinh ra rất lớn (đối với

ĐDSCA 500kV với Qo 1MVAR/km) nên ta phải đặt các kháng bù ngang phân bố
dọc theo đường dây để tiêu thụ lượng CSPK này. Thông thường, khoảng cách giữa
các kháng bù ngang từ 200 - 500km.
CSPK của đường dây phát ra trong chế độ không tải được tính gần đúng như
sau:
(1.7)
Trong đó:
Udđ: Điện áp danh định của đường dây.
l: chiều dài của đường dây.


5

Đặc trưng cho mức độ bù ngang trên đường dây là hệ số KL:
(1.8)
Trong đó:
QL: CSPK của kháng bù ngang.
QC: CSPK 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% CSPK do điện dung đường dây phát
ra.
Ngoài ra, bù ngang còn thực hiện với các tụ bù ngang tại các nút phụ tải lớn;
trong chế độ đầy tải, đường dây cấp điện từ hệ thống cho nút phụ tải tại cuối đường
dây có thể có tổn thất điện áp rất lớn, điện áp cuối đường dây có thể nhỏ hơn điện
áp giới hạn cho phép. Vì vậy cần đặt các tụ bù ngang ở cuối đường dây, có tác dụng
cung cấp CSPK cho phụ tải, giảm lượng CSPK truyền tải từ lưới về qua đó có tác
dụng nâng cao điện áp cuối đường dây.
Nhận xét:
Bù thông số của ĐDSCA làm tăng khả năng tải của đường dây và qua đó nâng
cao tính ổn định. Đặt các thiết bị bù trên đường dây dài làm 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 HTĐ một cách linh hoạt và hiệu quả hơn. Đây là biện pháp rất
cần thiết cho các ĐDSCA có chiều dài lớn, đặc biệt là những đường dây có chiều
dài gần 1/4 bước sóng như đường dây 500kV Bắc - Nam ở Việt Nam.
Hiện nay, với sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động và sự
phát triển nhanh chóng của các phần tử bán dẫn công suất lớn đã tạo ra những thiết
bị điều chỉnh linh hoạt hệ thống truyền tải điện xoay chiều FACTS, có hiệu quả cao
khi sử dụng bù trên ĐDSCA. Một trong những thiết bị bù điển hình hay sử dụng
trong thực tế là thiết bị bù tĩnh SVC, thiết bị sẽ được nghiên cứu kĩ ở chương 2 của
luận văn.


6

1.2. CÁC ĐIỀU KIỆN GIỚI HẠN CÔNG SUẤT TRUYỀN TẢI TRÊN
ĐƯỜNG DÂY DÀI, ĐIỆN ÁP SIÊU CAO
1.2.1. Giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện phát nóng
Theo điều kiện này các phần tử của lưới điện như đường dây, MBA... chỉ chịu
được nhiệt độ nhất định, quá nhiệt độ đó thiết bị bị cháy hoặc lão hóa mạnh làm
giảm tuổi thọ. Từ nhiệt độ tối đa cho phép người ta tính ra dòng điện cho phép của
đường dây và công suất tải lớn nhất của MBA.
Dòng điện lớn nhất hay dòng công suất lớn nhất đi qua đường dây hay MBA
không được vượt quá giới hạn cho phép.
Dòng điện lớn nhất cho phép đi qua đường dây hay MBA phụ thuộc từng loại
dây dẫn, loại MBA ngoài ra còn bị phụ thuộc bởi vật liệu, điều kiện lắp đặt và nhiệt
độ môi trường. Khi sử dụng, tùy theo điều kiện nhiệt độ hay điều kiện lắp đặt khác
nhiệt độ chuẩn thì phải tính hiệu chỉnh với các hệ số hiệu chỉnh, thường thì các hệ
số hiệu chỉnh cũng được cho trong các bảng tra cứu.
Trong vận hành đường dây trên không, khả năng tải của đường dây phụ thuộc

mạnh vào điều kiện môi trường như nhiệt độ, mưa, gió... để đạt nhiệt độ cho phép,
khi trời mưa, dòng điện lớn hơn nhiều khi trời nắng, thực tế này được vận dụng
trong vận hành thực tế để tận dụng khả năng tải của đường dây.
Đối với MBA thông thường lấy giá trị định mức của MBA làm giá trị giới
hạn, trong các trường hợp sự cố cho phép MBA được quá tải ở mức độ nhất định và
trong khoảng thời gian nhất định do nhà sản xuất qui định.
Có thể nâng cao giới hạn tải theo điều kiện phát nóng của đường dây bằng
cách nâng cấp, cải tạo dây dẫn, vì thế nếu nhu cầu truyền tải vượt quá giới hạn phát
nóng thì biện pháp thực tế là lắp đặt thêm các lộ đường dây mới, nâng cấp điện áp
được coi là những giải pháp cuối cùng…
Giới hạn phát nóng không phụ thuộc chiều dài đường dây; với cùng cấp điện
áp cùng loại dây thì cũng có cùng giới hạn phát nóng. Đối với đường dây dài, giới
hạn phát nóng thường lớn hơn nhiều so với các giới hạn khác. Nếu có thể truyền tải
công suất đạt gần tới giới hạn này sẽ tăng đáng kể khả năng tải của đường dây.


7

1.2.2. Giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện tổn thất điện áp
Khi có dòng điện chạy trên đường dây dài sẽ sinh ra tổn thất điện áp ở trên
đường dây và MBA. Hiện tượng này làm cho điện áp ở đầu nguồn và phụ tải chênh
lệch nhau.
Xét đường dây như hình 1.2 có điện trở R, điện kháng X cấp điện cho phụ tải
P2 + jQ2. Điện áp cuối đường dây U2*, điện áp ở nguồn là U1*; công suất nguồn cần
cung cấp là P1 + jQ2:

∆U = a + b = I.cosφ.R + I.sinφ.X

(1.9)

δU = c - d = I.cosφ.X - I.sinφ.R

(1.10)

Hình 1.2 Tổn thất diện áp trên đường dây

Tổn thất điện áp trên đường dây có thể tính theo công thức (sách lưới điện 1 –
tr66):
(1.11)
Đường dây dài, điện áp siêu cao có: R << X do đó có thể bỏ qua R, ta có:
(1.12)
Từ hai công thức trên ta rút ra:
- CSPK là nguyên nhân chính gây ra tổn thất điện áp, do đó để điều chỉnh điện
áp thì phải điều chỉnh CSPK.
- CSTD gây ra độ lệch pha của điện áp (góc δ). Góc δ là tiêu chuẩn xét khả
năng tải của đường dây dài siêu cao áp.


8

Trên đường dây dài, điện áp siêu cao, khi không tải và non tải, điện áp cuối
đường dây có thể cao hơn điện áp đầu đường dây, là do CSPK Qc của đường dây
lớn hơn CSPK của phụ tải làm cho CSPK tổng ở cuối đường dây là Q = Qpt – Qc/2
có dấu âm.
Trong chế độ đầy tải, CSPK của phụ tải lớn hơn CSPK sinh ra bởi đường dây
nên CSPK tổng ở cuối đường dây có dấu dương.
Trường hợp đường dây dài trong chế độ không tải hoặc non tải điện áp có thể
tăng rất cao gây nguy hiểm cho thiết bị và quá tải máy phát điện; ngược lại, trường
hợp công suất truyền tải lớn làm điện áp thấp làm giảm ổn định tĩnh của hệ thống tải
điện, giảm khả năng ổn định động và ổn định tổng quát, nếu thấp quá có thể gây

mất ổn định phụ tải. Vì vậy công suất truyền tải trên đường dây dài, điện áp siêu cao
có giới hạn theo điều kiện tổn thất điện áp; điện áp trên mọi điểm bất kỳ của đường
dây phải nằm trong giới hạn cho phép. Trong thực tế, đối với đường dây truyền tải,
phạm vi cho phép được giới hạn trong khoảng ±10% điện áp danh định của đường
dây.
Các yếu tố ảnh hưởng đến giới hạn điện áp:
- Cân bằng CSPK.
- Thông số và cấu trúc lưới.
- Các phương tiện điều chỉnh điện áp.
- Các thiết bị bù đặt trên lưới điện.
1.2.3. Giới hạn công suất truyền tải theo điều kiện ổn định tĩnh
Công suất truyền tải trên đường dây dài, điện áp siêu cao chịu giới hạn bởi
điều kiện ổn định điện áp và ổn định tĩnh: theo điều kiện này lưới điện phải có độ
dự trữ ổn định tĩnh và ổn định điện áp nhất định.
Ổn định của HTĐ là khả năng của HTĐ phục hồi lại trạng thái làm việc ban
đầu hoặc rất gần ban đầu sau khi bị kích động nhỏ hoặc kích động lớn.
Ổn định tĩnh của hệ thống bao gồm ổn định góc và ổn định điện áp.
Ổn định góc thực chất là vấn đề giữ vững chuyển động đồng bộ giữa roto của
các máy phát điện trong toàn HTĐ. Mất ổn định góc là mất đồng bộ giữa các máy


9

phát. Sự đồng bộ giữa các roto được thể hiện qua góc tương đối giữa các vector
điện áp, do đó gọi là ổn định góc. Khi các góc này tăng lên có nghĩa là các roto bắt
đầu có chuyển động không đồng bộ, cái này quay nhanh hơn, cái kia quay chậm
hơn. Khi góc giữa các vector điện áp vượt qua giá trị giới hạn, HTĐ mất ổn định,
trạng thái đồng bộ không thể tự khôi phục lại, công suất, điện áp, dòng điện biến
thiên hỗn loạn, các bảo vệ role của các máy phát điện sẽ cắt các máy phát khỏi lưới
điện dẫn đến tan rã hệ thống. Ổn định góc là quá trình quá độ cơ điện, xảy ra rất

nhanh, do đó ổn định này là ngắn hạn.
Ổn định điện áp là quá trình biến thiên điện áp tại các nút phụ tải, vì thế còn
được gọi là ổn định phụ tải. Khi xảy ra kích động nhỏ làm mất cân bằng điện áp,
phản ứng lập tức xảy ra ở máy phát, các thiết bị điều chỉnh điện áp và ở phụ tải. Các
phản ứng này có thể đưa điện áp trở về tình trạng ban đầu, cũng có thể không; điện
áp tiếp tục biến thiên, khi trị số điện áp vượt giới hạn cho phép cả trên và dưới thì
dẫn đến thiết bị bảo vệ sẽ hoạt động cắt đường dây, MBA… gây mất điện cục bộ.
Mất điện có thể có tác động dây chuyền làm mất điện cả khu vực.
Mất ổn định điện áp dễ xảy ra khi lưới điện bị sự cố, khi đó mức điện áp chung
giảm thấp, khả năng điều chỉnh điện áp suy yếu.
Mục đích của luận văn là làm rõ hiệu quả của SVC trong việc nâng cao khả
năng tải trên đường dây truyền tải, vì thế giới hạn công suất theo điều kiện ổn định
điện áp sẽ được quan tâm đến.
Để làm rõ hơn về ổn định điện áp, ta xét một ví dụ sau:
Xét HTĐ hình 1.3. Nút tải được cung cấp từ những nguồn phát xa. CSPK nhận
được từ các đường dây về đến nút U có dạng :
Qi(U) = -U/XDi + (UEi/XDi).cosδi

(1.13)

Điện áp nút U phụ thuộc tương quan cân bằng CSPK. Tổng công suất phát
QF(U) = Qi(U) cân bằng với công suất tải Qt tại các điểm c và d như trên hình 1.3 b,
ứng với các điện áp Uo1 và Uo2. Ở đây ta có:


10

U2 Ei U
Q F ( U)   ( 


cos  i )
X Di X Di
i 1
3

(1.14)

Hình 1.3 Ví dụ về ổn định điện áp

Nếu giữ CSTD không đổi, có thể coi góc lệch δ là hằng. Khi đó ta có dạng của
đặc tính CSPK truyền tải đến nút U (chỉ phụ thuộc điện áp U):

U2 Ei U
Q F ( U)   (

cos  i )
X Di X Di
i 1
 AU2  BU
3

(1.15)

Với A và B là các hằng số phụ thuộc E và XD.
Như vậy đặc tính CSPK cung cấp từ nguồn đến nút U có dạng bậc 2 đi qua gốc
và có trị số cực đại:

Q F max ( U) 

B2

4A

(1.16)

Tương ứng với điện áp giới hạn:
U gh 

B
2A

(1.17)

Nếu phụ tải có đặc tính cứng thì đây cũng là trị số CSPK tải giới hạn có thể
nhận từ các nguồn. Trường hợp tải có đặc tính mềm, điểm giới hạn ổn định sẽ là
điểm tiếp xúc giữa 2 đường cong (hình 1.3).


11

Khi công suất phụ tải thay đổi đồng thời (cả CSTD và CSPK) cách phân tích
sẽ phức tạp hơn. Tuy nhiên, về ý nghĩa mất ổn định điện áp vẫn diễn ra tương tự do
luôn tồn tại giới hạn công suất truyền tải. Để xác định chế độ giới hạn người ta
nghiên cứu các phương pháp và chỉ tiêu thực dụng hơn như sử dụng các tiêu chuẩn
phân tích độ nhạy, phương pháp phân tích chỉ số sụt áp, phương pháp phân tích theo
đường cong sụt áp, tính toán độ dự trữ ổn định… nhằm đánh giá ổn định điện áp
cho sơ đồ phức tạp bất kỳ.
1.3. CÁC BIỆN PHÁP KĨ THUẬT NÂNG CAO KHẢ NĂNG TẢI CỦA
ĐƯỜNG DÂY DÀI, ĐIỆN ÁP SIÊU CAO
Từ các phân tích đặc điểm giới hạn công suất truyền tải trên đường dây, ta rút
ra các biện pháp chính để nâng cao khả năng tải của lưới truyền tải:

- Tăng số lượng dây phân nhỏ trong một pha (phân pha) của đường dây để
giảm điện kháng và tổng trở sóng, tăng khả năng tải của đường dây.
- Sử dụng các thiết bị bù cố định: bù dọc và bù ngang, bằng tụ điện hay kháng
điện.
- Sử dụng các thiết bị làm linh hoạt lưới điện (FACTS).
Các thiết bị FACTS là các thiết bị bù có điều khiển theo thời gian thực bằng
thirystor.
Thiết bị bù chia làm 3 loại:
- Bù ngang: phát hoặc tiêu thụ CSPK vào lưới điện. Bù ngang tác động vào
nguồn CSPK do đó có tác động mạnh đến khả năng tải theo điện áp.
- Bù dọc: đặt nối tiếp với đường dây, tác động vào thông số của đường dây, do
đó tác động và phân bố dòng công suất trong lưới điện. Bù dọc tác động mạnh đến
khả năng tải theo phát nóng.
- Loại hỗn hợp có cả bù dọc và bù ngang.
Bù cố định chỉ thỏa mãn một hoặc một số chế độ làm việc, còn bù bằng thiết
bị FACTS thích hợp cho miền rộng các chế độ do thông số bù được điều khiển dưới
tải. Do thiết bị FACTS mà tiêu biểu là thiết bị SVC được điều khiển theo thời gian


12

thực nên nó tác động đến các quá trình quá độ, làm giảm các dao động điện áp và
công suất, có tác dụng nâng cao khả năng tải theo ổn định tĩnh và ổn định điện áp.


13

Chương 2: NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA SVC TRONG VIỆC NÂNG
CAO GIỚI HẠN TRUYỀN TẢI ĐƯỜNG DÂY DÀI THEO ĐIỀU KIỆN
ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC: là máy phát hoặc bộ tiêu thụ điện tĩnh
có thể thay đổi được, nối song song vào hệ thống với công suất đầu ra của nó có thể
điều chỉnh để trao đổi dòng điện điện cảm hoặc điện dung để duy trì hoặc điều
khiển các thông số cụ thể của HTĐ (điển hình là điện áp nút); SVC là thiết bị bù
tĩnh có dung lượng bù thay đổi được: bao gồm các thiết bị riêng lẻ cho mục đích
thay đổi pha nhanh hơn hay chậm hơn, điện kháng được đóng mở hoặc điều khiển
bằng thysistor dùng để tiêu thụ CSPK và tụ điện đóng mở bằng thyristor để cung
cấp CSPK. Ở chương này ta sẽ tìm hiểu nguyên lý, cấu tạo của SVC và khả năng
nâng cao công suất truyền tải của đường dây dài khi có sử dụng SVC.
2.1. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SVC
2.1.1. Cấu tạo của SVC
SVC thường được cấu tạo bởi các phần tử cơ bản:
TCR bao gồm cuộn kháng và các van Thyristor. Nhánh TCR có thể điều chỉnh
liên tục dung lượng bù bằng cách thay đổi góc đóng mở của Thyristor một cách liên
tục từ 00 đến 900 (góc mở tính từ thời điểm đi qua giá trị cực đại của điện áp
nguồn).
TSR là cuộn kháng đóng cắt tự động bằng thyristor. TSR chỉ có thể đóng hoặc
mở dùng thyristor, khi đó XK chỉ nhận một trong hai giá trị XK = 0 hoặc XK = XKmax.
TSC bao gồm các van Thyristor, tụ điện và cuộn kháng hạn chế tăng dòng qua
van. TSC chỉ được điều khiển để đóng hoặc ngắt tụ ra khỏi hệ thống.
Các bộ lọc dùng để phát một lượng cố định CSPK và lọc sóng hài dòng điện
tạo ra bởi TCR.


14

Hình 2.1 Các cấu hình của SVC

2.1.2. Nguyên lý hoạt động của TCR
Phần tử đáng chú ý nhất của SVC là TCR. Nhờ có TCR trị số bù của SVC mới

có thể thay đổi được liên tục.
Sơ đồ điều khiển của TCR được cho trên hình 2.2.

Hình 2.2 Sơ đồ điều khiển TCR

Đặc tính điều chỉnh của TCR có thể xây dựng được dựa vào nguyên lý làm
việc của thyristor; ở đây, Thyristor hoạt động tương tự như chỉnh lưu, tuy nhiên
ngoài điều kiện điện áp đặt lên bản thân thyristor thuận chiều, còn yêu cầu thêm
một xung điện áp đặt lên cực điều khiển. Xung này có thể không cần kéo dài mà
thyristor vẫn mở cho đến khi điều kiện thuận chiều điện áp không còn nữa. Sang
chu kỳ mới, điện áp thuận chiều nhưng mạch cũng chỉ mở khi có xung đưa đến cực