Tổng quan về công suất phản kháng

Tổng quan về công suất phản kháng
I. Công suất phản kháng trong hệ thống điện:
1. Khái niệm về công suất phản kháng:


Công suất phản kháng là năng lượng điện do các thành phần cảm kháng và
dung kháng trong mạch điện sinh ra và tiêu thụ.



Công suất phản kháng không trực tiếp chuyển hóa năng lượng điện thành
công do vậy công suất phản kháng là thành phần làm nóng các mạch từ và
làm lệch pha dòng điện so với điện áp trong mạch.


Tổng quan về công suất phản kháng
I. Công suất phản kháng trong hệ thống điện:
1. Khái niệm về công suất phản kháng:
 Thực chất công suất phản kháng
là thành phần có lợi nhiều hơn
có hại, nó được tiêu thụ bởi các
cuộn cảm trong đa số các thiết
bị điện. Khác với công suất tác
dụng, công suất phản kháng có
thể phuc hồi sau khi đã hấp thụ.


Tổng quan về công suất phản kháng
2. Bản chất của công suất phản kháng:
Ta xét mạch điện bao gồm các thành phần R-L-C như hình vẽ:

Từ đồ thị vecto hình trên ta tìm được góc lệch pha giữa u và i:
tg 

U L  UC
X  XC
 L
UR
R

Công suất phản kháng:
𝑋
Q=U.I.sin𝜑=Z.I.(I.sin𝜑) =Z.I2. 𝑍 =X.I2


Tổng quan về công suất phản kháng
3. Hệ số công suất cos𝜑:
Ta có tam giác công suất:

Côngsuất biểu kiến: S= 𝑃2 + 𝑄2
Hoặc S=U.I
P=Scos𝜑
Q=Ssin𝜑

Cos 𝜑 =

𝑃
𝑆


Tổng quan về công suất phản kháng

4. Sự tiêu thụ công suất phản kháng
 Trên lưới điện, công suất phản kháng được tiêu
thụ ở:
Động cơ không đồng bộ, máy biến áp, kháng điện
trên đường dây tải điện và ờ các phần tử, thiết bị có
liên quan đến từ trường.
Yêu cầu về công suất phản kháng chỉ có thể giảm
đến mức tối thiểu chứ không thể triệt tiêu được vì nó
cần thiết để tạo ra tù trường, yểu tố trung gian cần
thiết trong quá trình chuyên hóa điện năng.


Tổng quan về công suất phản kháng
4. Sự tiêu thụ công suất phản kháng
 Động cơ không đông bộ là thiết bị tiêu
thụ công suất phản kháng chính trong
lưới điện, chiếm khoảng 60 – 65%
 MBA tiêu thụ khoảng 22 đến 25% nhu
càu công suất phản kháng


II. Bù công suất phản kháng
Tại sao phải bù công suất phản kháng ?
Công suất phản kháng Q không sinh công
nhưng lại gây ra những ảnh hưởng xấu về
kinh tế và kỹ thuật:
- Về kinh tế: chúng ta phải trả tiền cho lượng
công suất phản kháng tiêu thụ.
- Về kỹ thuật: công suất phản kháng gây ra sụt
áp trên đường dây và tổn thất công suất trên

đường truyền.


II. Bù công suất phản kháng
1. 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.


Bù công suất phản kháng
2. Bù dọc:
 Bù dọc là giải pháp làm tăng điện dẫn liên kết (giảm điện cảm kháng X của
đường dây) bằng dung kháng XC của tụ điện. Giải pháp này được thực hiện
bằng cách mắc nối tiếp tụ điện vào đường dây.


Bù công suất phản kháng
Trước khi bù dọc, công suất truyền tải trên đường dây là:
U .U
P  1 2 . sin 
XL
Ta có giới hạn công suất truyền tải là:

Pgh 

U1 .U 2
Ul

Sau khi bù dọc, công suất truyền tải trên đường dây là:

P 
Ta có giới hạn công suất truyền tải là:

 
Pgh

U1 .U 2
. sin 
XL  XC
U1 .U 2
XL  XC


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


Giới thiệu về TCSC
GIỚI THIỆU THIẾT BỊ BÙ DỌC ĐIỀU KHIỂN BẰNG THYRISTOR-TCSC


Giới thiệu về TCSC

MOV

C

i


Giới thiệu về TCSC
1. Mô hình TCSC
TCSC là thiết bị mắc nối tiếp với đường dây, gồm tụ điện được
nối song song với một điện cảm được điều khiển bằng cách thay
đổi góc mở của thyristor. C

Mô hình thiết bị TCSC


Giới thiệu về TCSC
• Công suất tác dụng truyền tải trên đường dây:
𝑈1.𝑈2
P =
sin(𝛿1 −𝛿2 )
𝑋𝐿 −𝑋𝐶

• Khả năng giới hạn truyền tải theo điều kiện ổn định tĩnh
cũng được nâng cao khi đặt thiết bị TCSC:
U1.U 2
Pgh  Pmax 
X L  XC


Giới thiệu về TCSC
Khi đặt TCSC thì đường đặc tính công suất P(δ) được nâng cao,
do đó khả năng ổn định động cũng được tăng lên.
P

Khi có TCSC
P’T
Khi không có TCSC

PT

𝛿0

𝛿

Đặc tính P(δ) khi lắp đặt và không lắp đặt TCSC


Giới thiệu về TCSC
2. Xây dựng mô hình toán học TCSC
Giả sử thiết bị TCSC được nối vào giữa 2 điểm 1 và r:

𝑉𝑟

C

Dòng điện qua thyristor của thiết bị TCSC


Chức năng TCSC

Làm
giảm
nguy cơ
sụt

áp
trong ổn
định tĩnh

Giảm sự
biến
thiên
điện áp

Tăng
thêm
khả
năng tải
của
đường
dây

Tăng
cường
thêm độ
ổn định
của hệ
thống

Hạn
chế
việc xảy ra
cộng hưởng
ở tần số
thấp trong

hệ
thống
điện


CẤU TẠO CỦA UPFC
Sơ đồ cấu tạo của UPFC

Add a footer

19


CẤU TẠO CỦA UPFC
Thiết bị UPFC gồm:
Bộ chuyển đổi VSC 1 ( điều khiển shunt ) được kết nối với dây chuyền
qua một máy biến áp nối song song.
Bộ chuyển đổi VSC 2 (điều khiển chuỗi ) được chèn vào hàng loạt với
đường truyền dẫn qua một máy biến áp nối tiếp.
Bộ điều khiển shunt và bộ điều khiển chuỗi kết nối thông qua một bus
DC thông thường.

Add a footer

20


NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Bộ chuyển đổi VSC 1 được sử dụng chủ yếu để hỗ trợ hoạt động cho bộ
chuyển đổi VSC 2 hai bằng cách thực hiện đưa vào mạch DC lượng công

suất tác dụng yêu cầu cho quá trình thiết lập điện áp nối tiếp trên đường
dây của bộ VSC 2

Ngoài ra, bộ chuyển đổi VSC 1 hoạt động giống như STATCOM và điều
khiển điện áp đầu cuối của bus kết nối.

Add a footer

21


NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Bộ chuyển đổi VSC 2 (bộ chuyển đổi
hàng loạt ) thực hiện nhiệm vụ chính của
UPFC là đặt nối tiếp vào đường dây một
điện áp Vpq có biên độ và góc pha điều
chỉnh được. Hơn nữa, góc pha của Vpq có
thể thay đổi độc lập từ 0 đến 360 độ. .
.

22


NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Bộ điều khiển của UPFC có thể chọn một hoặc kết hợp của ba chức năng
làm mục tiêu kiểm soát của nó, tùy thuộc vào yêu cầu của hệ thống.
UPFC hoạt động với các ràng buộc trên các biến sau:
Các điện áp, dòng điện được bơm vào;
Dòng điện qua bộ chuyển đổi hàng loạt;
Dòng chuyển đổi shunt;

Điện áp ,dòng điện tối thiểu của UPFC;
Điện thế đường dây tối đa của UPFC.

Add a footer

23


NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
UPFC có thể chia ra 3 chế độ vận hành:
Chế độ 1: Chế độ điều khiển trở kháng XC
U 2  X

P  
sin 
 X  X  XC

UF = jX.I2;
Chế độ 2: Chế độ điều khiển điện áp trực giao UF
U= UC-jXI2F

 U 2 
UC



P
sin



cos



X
U
2




Add a footer

24


NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Chế độ 3: Chế độ điều khiển góc pha điện áp c
 U
 j (   ) 
U F  2 U1 sin  1 exp

2 U1
2



 U 2 
 
 sin   2 cos tg 

P  
2 2
 X 

Trong đó :
I2 dòng của UPFC
U1 trị số điện áp nhận
Xc là kháng điện
 là góc lệch pha giữa điện áp ở đầu và cuối đường dây
Add a footer

25