Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền bắc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------TẠ THANH BÁCH

TẠ THANH BÁCH

KỸ THUẬT ĐIỆN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM SVC VÀ ÁP DỤNG
CHO LƯỚI TRUYỀN TẢI MIỀN BẮC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN

KHOÁ 2009
Hà Nội – 02/Năm 2012


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

TẠ THANH BÁCH

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM SVC
VÀ ÁP DỤNG CHO LƯỚI TRUYỀN TẢI MIỀN BẮC

Chuyên ngành :

Kỹ thuật điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS.TRẦN TRỌNG MINH

0

Hà Nội, 02/2012


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

TẠ THANH BÁCH

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM SVC
VÀ ÁP DỤNG CHO LƯỚI TRUYỀN TẢI MIỀN BẮC

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRẦN TRỌNG MINH

Hà Nội, 2/2012

Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ BÙ TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN
1.1.

Yêu cầu cơ bản đối với hệ thống truyền tải
Hệ thống truyền tải điện phải đảm bảo được hai yêu cầu cơ bản, đó là:
1. Đảm bảo đồng bộ: yêu cầu về đảm bảo tần số.
2. Đảm bảo biên dạng điện áp.
Đảm bảo đồng bộ là yêu cầu các máy phát đều đưa ra tần số chính xác, ví dụ

50Hz, với độ sai lệch cho phép trong phạm vi +/- 0,1 Hz. Điều này chỉ có thể đạt được
nếu mỗi máy phát đều hoạt động trong giới hạn ổn định ở chế độ xác lập. Khi có thêm
biến động hệ thống điều khiển phải có tác động đúng để đưa hệ thống về lại trạng thái
cân bằng mới. Các biến động lại chia ra làm biến động nhỏ và biến động lớn.
Đảm bảo biên dạng điện áp là giữ đúng điện áp tại mọi điểm kết nối trên hệ
truyền tải trong phạm vi cho phép. Có thể thấy rằng biến động điện áp liên quan đến
dòng công suất phản kháng, thay đổi theo diễn biến của phụ tải và chế độ hoạt động
của hệ thống như kết nối nguồn, sa thải phụ tải hoặc chuyển hướng đường truyền, …
Mọi diễn biến quá điện áp hoặc thấp điện áp đều dẫn đến những hậu quả về kinh tế, kỹ
thuật. Giữa hai trường hợp tới hạn là không tải và ngắn mạch đòi hỏi những biện pháp
bảo vệ khẩn cấp có rất nhiều biện pháp điều chỉnh để đảm bảo biên dạng điện áp điện
áp. Những biện pháp này tóm tắt trong bảng 1.1 [2] dưới đây. Một số biện pháp có thể
có nhiều hiệu quả khác nhau và có thể phối hợp tác động giữa chúng.

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
1

Cải thiện ổn định tĩnh
Duy trì sự
đồng bộ

Cải thiện ổn định động
Cải thiện ổn định quá độ

Duy trì

Giới hạn sự thay đổi điện áp nhanh

biên dạng

Giới hạn sự thay đổi điện áp chậm

điện áp

Giới hạn quá áp bởi đóng cắt, sét…
Hỗ trợ công suất phản kháng ở cực

Những yêu
cầu khác

bộ biến đổi DC
Tăng cấp độ ngắn mạch
Giảm cấp độ ngắn mạch

Bảng 1.1. Các phương pháp ổn định và điều khiển điện áp.
Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009

2

Giới hạn dòng ngắn mạch

Tụ điện đóng cắt bằng thyristor

Cuộn cảm điều khiển bằng thyristor

Cuộn cảm bão hòa nhiều pha

Bộ bù đồng bộ

Tụ điện mắc nối tiếp

cuộn cảm mắc nối tiếp

Tụ điện mắc song song

Cuộn cảm mắc song song

Điện trở hãm

Vận hành đóng cắt đường dây nhanh

Điều tiết van turbin nhanh

Điều chỉnh kích từ nhanh

Điều chỉnh kích từ chậm

Máy biến áp điều áp dưới tải

Tăng số lộ mắc song song

Tăng điện áp truyền tải

Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

1.2.

Các đặc tính của đường dây chưa bù không tải [2]

1.2.1. Dòng điện, điện áp trên đường dây dài lý tưởng

Hình 1.1. Sơ đồ đường truyền tải tham số rải với cảm kháng nối tiếp và dung kháng
song song.
Mạch điện tương đương của đường dây dài tham số rải cho trên hình 1.1. Trên
sơ đồ hình 1.1, a là chiều dài tuyến dây, x là chiều dài dọc tuyến đường dây. Các thông
số rải của đường dây; l điện cảm (H/m); c tụ điện (F/m). Phương trình vector điện áp
V(x) viết theo (1.1).
d 2V
  2V
dx 2

với



( r  jw l )( g  jw c )

(1.1)

Trong (1.1): r là điện trở trên một đơn vị chiều dài (Ω/m), nối tiếp với
điện kháng l (H/m); g là điện dẫn trên một đơn vị chiều dài (S/m) song song với c;  là
tần số góc (rad/s);    lc là số sóng; u  1 / lc là tốc độ lan truyền, hơi nhỏ hơn
tốc độ ánh sáng (300000 km/s);  

2 f
 2 /  trong đó   u / f là bước sóng.
u

Với tần số 50 (Hz),  = 300000/50 = 6000 (km) và  = 1,047 . 10-3 (rad/km ) = 60/100
km.
Nghiệm của phương trình (1.1) đối với vector điện áp và dòng điện thể hiện
trong (1.2), (1.3).

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
3


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

V ( x)  Vr cos (a  x)  jZ0 I r sin  (a  x)

(1.2)

Vr

sin  ( a  x )  I r c os  ( a  x )
Z0

(1.3)

I ( x)  j

Z0 

l/c

[Ω], gọ là trở kháng surge. Đối với đường dây cao thế giá trị tiêu biểu của

surge cở 250 Ω.
Trở kháng của đường truyền là Z(x) = V(x)/I(x) biểu diễn như (1.4).
Z ( x) 

V ( x ) Z 0 I r [ I r c os ( a  x )  j sin  ( a  x )]

 Z0
I ( x)
I r [ I r c os  ( a  x )  j sin  ( a  x )]

(1.4)

V(x) và I(x) đồng pha trên suốt các điểm trên đường dây nhưng góc pha cũng
thay đổi:

V ( x )  Vr e j  ( a  x )
I ( x)  I r e j ( a x )

Trở kháng surge Z0 là trở kháng của đường dây dài vô tận.
Đồ thị vector có dạng trên hình 1.2. Biên dạng điện áp, V(x) thay đổi theo x, có
dạng trên hình 1.3

Hình 1.2. Đồ thị vector.

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
4


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

Công suất trên đường dây trong trường hợp này gọi là tải tự nhiên và giá trị bằng:

P0 

V2
Z0

(1.5)

Ý nghĩa của trở kháng surge Z0 là tải tự nhiên phải hiểu là thực ra tải chỉ là giả
định, nếu cuối đường dây trên hình 1.1 có một tải có giá trị công suất tác dụng P0 thì
tải này sẽ nhìn thấy đường dây dưới trở kháng Z0.

Hình 1.3: Biên dạng điện áp trên đường dây chưa bù.

1.2.2. Đặc tính hở mạch của đường dây truyền thẳng chưa bù, không tổn thất
trên đường dây
Trên đường dây không tải, không tổn thất, dòng và áp trùng pha nhau, không có công

suất phản kháng:
V ( x )  Vr e j  ( a  x )

(1.6)

V 
I ( x)  j  r  sin  (a  x)
 Z0 

(1.7)

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
5


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

Đồ thị vector có dạng trên hình 1.4, biên dạng điện áp và dòng điện thể hiện
trên hình 1.5.

Hình 1.4. Đồ thị vector đường dây dài không tải.

Hình 1.5. Biên dạng dòng điện và điện áp trên đườn dây không tải (hở mạch) 300 km.
Điện áp tăng lên ở cuối đường dây đến 1,05 p.u. Nếu đường dây dài đến 1500
km thì điện áp hở mạch sẽ tăng đến vô cùng, không thể chấp nhận được. Máy phát
phải cung cấp dòng nạp cho đường dây với góc pha vượt trước, nghĩa là với dòng kích
từ nhỏ hơn định mức. Điều này có thể dẫn đến hệ thống bảo vệ kích từ tác động.

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
6

Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

1.3.

Đường dây chưa bù có tải

1.3.1. Đường dây truyền thẳng với điện áp cố định phía nhận
Giả sử phía cuối đường dây có tải có công suất P + jQ. Dòng điện có dạng:
Ir 

P  jQ
V r*

(1.8)

Điện áp ở đầu và cuối đường dây liên hệ với nhau theo phương trình:
E s  Vr cos   jZ 0

P  jQ
sin 
V r*

(1.9)

Giải hai phương trình trên có thể xác định được điện áp vận hành V*r.
1.2

300Km 50Hz

Vr
1.0
Es

0.8

0.95 lag

0.6

0.95 lead

0.975 lag

0.975 lead

0.4
1.0
0.2
0

0.5

1.0

1.5

2.0

P
P0

2.5

Hình 1.6. Đồ thị biên độ điện áp của đường dây dài 300 km phụ thuộc công suất P/P0
tại các hệ số công suất khác nhau.
Với mỗi hệ số công suất có một giá trị công suất Pmax ứng với điểm làm việc
giới hạn ổn định (statedy state stable limit). Khi P < Pmax có hai giá trị Vr, một ở đường
đặc tính tương đối phẳng phía trên và một phía dưới. Thông thường điểm phía trên là
điểm làm việc với điện áp trên dưới một chút so với 1,0 p.u.

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
7


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

1.3.2. Đường dây chưa bù đối xứng

Hình 1.7. Sơ đồ đường dây đối xứng.

Điện áp và dòng điện ở một nửa đầu phía phát:
Es  Vm cos
Is  j



 jZ 0 I m sin
2

2

Vm


sin  I m cos
Z0
2
2

(1.10)
(1.11)

Phụ tải nối ở điểm giữa đường dây:

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
8


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

Pm  jQ  Vm I m*  P

(1.12)

 P2 V02 Vm2  sin 
Qs  P0  2 2  2 
 P0 Vm V0  2

(1.13)

Hình 1.8. Đồ thị vector đường dây đối xứng.
Trường hợp

Điện áp

Công suất phản kháng
Có sự dư thừa dòng công suất phản

P < P0

V m > Es , E r

kháng, được hấp thụ cuối đường dây:
Qs < 0 và Qr > 0.
Có sự thiếu hụt dòng công suất phản

P > P0

V m > Es , E r

kháng, được hấp thụ cuối đường dây:
Qs >0 và Qr < 0.
Biện dạng điện áp là phẳng. Đường dây

P = P0

V m = Es = Er

không đòi hỏi công suất phản kháng và

Qs = Qr = 0.

Bảng 1.2. Ảnh hưởng của công suất truyền tải lên biên dạng điện áp và yêu cầu công
suất phản khảng.

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
9


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

1.3.3. Công suất max và độ ổn định xác lập
Nếu ta coi điểm phía tải tương đương với nguồn s.đ.đ E, có thể viết s.đ.đ phía
máy phát như sau:
E s  E s e j  E s ( cos  j sin  )

(1.14)

Trong đó góc δ gọi là góc tải hay góc truyền tải. Khi đó công suất truyền tải sẽ
là:
P

Es Er
sin 
Z 0 sin 

(1.15)

Như vậy ta có công suất lớn nhất có thể xác định:
P

Es Er
s
Z 0 sin 

(1.16)

Công suất phát phụ thuộc vào góc tải theo đồ thị. Điểm công suất lớn nhất xác
định giới hạn độ ổn định xác lập. Theo đồ thị có thể coi công suất phát phụ thuộc vào
góc tải δ. Tuy nhiên trong thực tế cần coi với mỗi giá trị công suất P cần điều chỉnh
góc tải δ phù hợp sao cho giữ được độ dữ trữ ổn định cần thiết. Thông thường góc tải
bằng δ = 300 vì sin δ = 0,5 để có độ dự trữ ổn định 100%.
Công suất phản kháng ở hai đầu đường dây là:
Qr 

E r ( E s cos   E r c os  )
Z 0 sin 

Qs  

E s ( E r c os   E r c os  )
Z 0 sin 

(1.17)
(1.18)

Trong mọi trườn hợp P < Pmax. Nếu P < P0, Es = 1,0 p.u, góc δ < θ, Qs < 0, Qr > 0.
Nghĩa là cả hai đầu đều thu công suất phản kháng. Nều P > P0 cả hai đầu đều
phát công suất phản kháng.

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
10


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

Hình 1.9. Đặc tính công suất theo góc truyền tải.
1.4.

Đường truyền tải có bù
Bù trong hệ thống truyền tải có mục tiêu:

 Giữ biên dạng điện áp phẳng với mọi công suất truyền.
 Đảm bảo độ ổn định để tăng dung lượng đường truyền.
 Cung cấp công suất phản kháng theo một mục tiêu kinh tế - kỹ thuật nhất định.
Các hệ thống bù có thể là bù thụ động và bù tích cực. Bù thụ động nghĩa là
đóng cắt một lượng kháng hoặc tụ cố định. Bù tích cực là khả năng đưa vào hoặc tiêu
thụ một lượng bù vừa đủ đảm bảo đặc tính truyền tải trong mọi chế độ, nói chung là để
đảm bảo biên dạng điện áp phẳng. Ví dụ máy bù đồng bộ, các thiết bị bù có điều
khiển.
Các hệ thống và thiết bị bù phổ biến bao gồm:
 Bù bằng kháng hoặc tụ song song. Kháng song song có tác dụng bù dung
kháng đường dây khi tải nhẹ để điện áp không tăng quá mức. Tụ song
song có tác dụng bù phản kháng cho tải khi tải nặng.
 Hệ thống bù nối tiếp: bù cho độ dài đường dây.

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
11

Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

1.4.1. Bù tĩnh song song:

Hình 1.10. Sơ đồ mạch bù tĩnh bằng kháng song song.

Hình 1.11. Biên dạng điện áp và dòng điện trong bù kháng song song.

Hệ thống bù tĩnh song song có sơ đồ như trên hình 1.10. Biên dạng điện áp đạt
được thể hiện trên hình 1.11.

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
12


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

Ví dụ:
Với đường dây dài 300 km, với f = 50 Hz, và Es = V0 = 1.0 (p.u), điện áp điểm
giữa là 1.0125 (p.u) và công suất phản kháng hấp thụ cuối đường dây là 0.158 P0.
Nhưng giá trị này nên được so sánh với điện áp cuối đường dây 1.05 p.u và công suất
phản kháng điểm hấp thụ Qs = 0.329 P0 khi không có bù song song. Với nhiệm vụ bù
song song đường dây 500 kV không tải, công suất của cuộn kháng thường là 53 MVAr
trên mỗi pha, nếu Z0 = 250 Ω.
Nguyên lý bù song song trên đường dây dài, với biên dạng điện áp có thể đạt
được, thể hiện trên hình 1.12 [2]. Trên hình có thể thấy rằng có thể đạt được biên dạng
điện áp tương đối phẳng nếu sau mỗi 300 km đường dây có một mắt bù.

Biên dạng dòng điện (p.u)
Hình 1.12. Bù song song theo đường dây dài.

Hệ thống bù song song có thể dùng cho mục đích điều chỉnh điện áp trên đường
dây nếu kết hợp cả cuộn kháng và tụ song song. Nguyên lý điều chỉnh điện áp bằng bù
song song có thể thấy rõ trên hình 1.13.

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
13


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

L

C

Vr
Es

P
Po

Hình 1.13. Nguyên lý điều chỉnh điện áp bằng bù song song.
1.4.2. Bù giữa đường dây

Hình 1.14. Mạch bù giữa đường dây.
Nguyên lý bù giữa đường dây cho trên hình 1.14.
Bình thường khi chưa bù: P  E r E s sin 

(1.19)

XL

Sau khi bù ở giữa đường dây: P  2 E r E s sin 
XL

2

(1.20)

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
14


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

Như vậy công suất max tăng gấp 2 lần bình thường, khả năng truyền tải và độ
dữ trữ ổn định cũng tăng gấp đôi. Đặc tính đường truyền cho trên hình 1.15.

Hình 1.15. Đặc tính đường truyền có mạch bù giữa đường dây. Công suất truyền lớn
gấp đôi so với khi không bù.

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
15


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

1.4.3. Bù tĩnh nối tiếp
Tụ bù nối tiếp có thể trung hòa phần cảm kháng của đường dây, giảm góc tải δ,
do đó giảm dòng nạp cho đường dây, dẫn đến có thể tăng được công suất tải tự nhiên.
Do trở kháng đường dây giảm nên có thể cần đến thành phần cảm song song như thể

hiện trên hình 1.16. Bù nối tiếp thường dùng cho đường dây rất dài nhưng cũng có thể
dùng cho mạch nhánh song sogn của đường truyền để hiệu chỉnh dòng công suất. Đồ
thị vector thể hiện trên hình 1.17.

Hình 1.16. Mạch bù nối tiếp.

Hình 1.17. Đồ thị vector mạch bù nối tiếp.

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
16


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

Có thể xác định công suất truyền tải lơn nhất như sau:
Theo đồ thị vector có thể xác định công suất truyền P = ImVm như sau:

P


2

(1.21)

 Z0



 cos 2  X sin 2   E r cos 2

(1.22)

EsVm

 Xc
 Z

Z0 sin   (cos  0 sin )
2
2
2 X
2

sin

Với
E s c os


 Vm
2

Khi đảm bảo điều kiện Es = Er ta có:
P

E s Er
sin 
Xc



 Z 0 sin   2 (1  cos )   



(1.23)

Với

 1

Z 0 sin 
Z

 1  0 tan
X 1  cos
X
2

(1.24)

Từ phương trình trên mỗi mức công suất truyền tải có thể xác định giá trị tải δ,
giá trị điện áp Vm, V1, V2,

VC

.


Trường hợp đơn giản hóa nếu có thể bỏ qua được điện cảm đường dây, không
tính đến điện cảm song song X, biểu thức công suất có dạng đơn giản sau:

P

E2
sin 
X L  X C

(1.25)

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
17


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

1.5. Bù dọc và bù ngang trong đường dây siêu cao áp [5]
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 động
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
lả những đường dây có chiều dài gần 1/4 bước sóng như đường dây 500KV Bắc –
Nam.
`1.5.1. Bù dọc
Trị số cảm kháng lớn của các đường dây tải điện xoay chiều siêu cao áp làm
ảnh hưởng xấu đến hàng loạt chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật quan trọng của đường dây, cụ
thể:
Góc lệch pha giữa điện áp ở đầu và cuối đường dây thay đổi trong phạm vi
rộng.

Tổn thất công suất và điện năng trên đường dây cao.
Bù dọc là giải pháp mắc nối tiếp tụ điện vào đường dây để giảm bớt (bù) cảm
kháng XL của đường dây bằng dung kháng XC của tụ điện.
Thiết bị bù dọc thường được sử dụng để giảm tổng trở của đường dây làm giảm
góc lệch pha giữa các vecto điện áp ở đầu và cuối đường dây, tăng khả năng tải của
đường dây, cải thiện điều kiện phân bố điện áp dọc đường dây, giảm tổn thất trên
đường dây.
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 φ 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 δ giữa
vectơ điện áp gữa hai đầu đường dây giảm xuống khá nhiều.

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
18


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

Khả năng tải của đường dây theo điều kiện ổn định tĩnh được đánh giá một cách
gần đúng theo biểu thức quen thuộc:
=
Trong đó:

P

∙

tính bằng

(1.26)

MW.

U1 và U2

tính bằng

kV.

XL và XC

tính bằng

Ω.

δ còn được gọi là “góc truyền tải”, góc giữa U1 và U2
Dung kháng XC mắc nối tiếp vào đường dây càng lớn, giới hạn về khả năng tải
của đường dây càng cao và góc truyền tải càng bé.
Một tác dụng quan trọng nữa của các bộ tụ bù dọc là dòng điện tải chạy qua tụ
điện sẽ phát ra một lượng công suất phản kháng bù lại phần tổn thất trên cảm kháng
của đường dây, do đó giảm tổn thất công suất và điện năng trong các chế độ tải đầy.
Mức độ bù dọc của đường dây được đặc trưng bởi hằng số bù dọc KC.
=

∙ 100%

(1.27)

Hệ số bù dọc thường được chọn trong giới hạn từ 25% đến 75%, nếu chọn
mức bù dọc quá lớn (KC >75%) có thể dẫn đến hiện tượng tự kích thích dao động giữa
các máy phát. Khả năng phát sinh cộng hưởng và gây khó khăn cho bảo vệ đường dây.

Ngược lại, nếu chọn mức bù dọc quá bé (KC < 25%) thì ảnh hưởng và hiệu quả
của các thiết bị bù dọc không đáng kể. Không bù đắp được những phức tạp trong việc
lắp đặt và tổ chức bảo vệ chúng.
Cùng một mức độ bù dọc KC nào đó, bộ tụ bù dọc có thể được tập trung hoặc
phân tán ở nhiều vị trí khác nhau trên đường dây, chẳng hạn:
 Phân tán thành hai nửa đặt ở hai đầu đường dây.

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
19


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

 Đặt tập trung ở giữa đường dây.
 Đặt tập trung ở cuối đường dây.
 Phân tán thành hai nửa đặt ở vị trí 1/3 và 2/3 chiều dài của đường dây.
Đối với những đường dây có chiều dài lớn, các thiết bị bù dọc thường được
tính toán và đặt cho từng đoạn có chiều dài 250 ÷ 500 Km. Khi chọn vị trí đặt thiết bị
bù dọc người ta thường xét đến 3 tiêu chuẩn sau:
 Mức độ phân bố điện áp dọc đường dây
 Trị số dòng điện ngắn mạch qua bộ tụ
 Thuận lợi cho việc quản lý vận hành bộ tụ.
1.5.2. 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

dây phát ra sẽ 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 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.

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
20


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc

Trong chế độ non tải (PTải < Po), thì công suất phản kháng trên đường dây
thừa và đi về hai phía của đường dây. Để đảm bảo được trị số cos φ 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 thì công suất phản kháng do đường dây sinh ra rất
lớn (đối với đường dây siêu cao áp 500 kV với

≈1

/

) thì ta phải đặt các

kháng 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 đúng như sau:
=



∙

∙

(1.28)

Trong đó: Udd : điện áp danh định của đường dây.
l

: chiều dài của đường dây.

b0 : dung dẫn đơn vị của đường dây.
Đối với các đường dây siêu cao áp có điện áp 330 ÷ 750 kV thì ta có thể sử
dụng các quan hệ gần đúng:
X0.b 0 ≈ 1,15. 10

(1.29)

=

Nên ta có:

(1.30)

≈

.

∙

(1.31)

Trong đó: X0: điện kháng đơn vị của đường dây.
l: chiều dài của đường dây.
Như vậy công suất phản kháng của đường dây siêu cao áp 500 kV phát ra là:

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
21


Luận văn cao học _ Thiết kế hệ thống điều khiển trạm SVC và áp dụng cho lưới truyền tải miền Bắc



=

∙ 1,07 ∙ 10

∙ = 1,07 ∙ 10 . .

(1.32)

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

∙ 100% =

∙ 100%

(1.33)

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

1.6.Tổng quan về hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) [1]
1.6.1. Giới thiệu chung
Hệ thống năng lượng điện bao gồm ba bộ phận chính: nguồn phát, hệ thống
truyền tải (điện áp cao) và hệ thống phân phối (trung thế và hạ thế). Các nguồn phát
được xây dựng và phát triển thường ở xa các trung tâm phụ tải lớn, chẳng hạn như các
nhà máy thủy điện xây dựng ở gần nguồn nhiên liệu nơi có cột áp và lưu lượng dòng
chảy lớn, các nhà máy nhiệt điện xây dựng gần nguồn nhiên liệu, các nhà máy địa
nhiệt và thủy triều chỉ có thể xây dựng ở một số địa điểm, còn nhà máy điện hạt nhân
thì được xây dựng xa khu đô thị. Để đưa điện năng đi xa cần có lưới truyền tải cao áp,
kết nối tất cả các nguồn phát tạo nên lưới điện quốc gia. Các hệ thống phân phối sẽ kết
nối với lưới truyền tải tại gần các hộ phụ tải. Hệ thống truyền tải có vai trò đặc biệt
quan trọng trong đảmb ảo an ninh năng lượng và phải được phát triển phù hợp với yêu
cầu phát triển kinh tế xã hội của quốc gia. Hệ thống truyền tải phải đảm bảo độ tin cậy,
độ an toàn và có độ dự trữ nhất định về dung lượng để đáp ứng các nhu cầu phát triển
của phụ tải.

Học viên: Tạ Thanh Bách _ Lớp Cao học Mạng và Hệ thống điện 2009
22