Khảo sát các chế độ làm việc của bộ UPFC trên hệ thống điện

GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

Mục lục
MụC LụC....................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 ................................................................................... 5
TỔNG QUAN ................................................................................ 5
I.

Giới thiệu: .......................................................................................................5

II. Đặt vấn đề:......................................................................................................6
III. Nhiệm vụ và mục tiêu của luận văn: .............................................................7
IV. Bố cục của luận văn: ......................................................................................8

CHƯƠNG 2 ................................................................................... 9
GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ FACTS........................................ 9
I.

Giới thiệu thiết bị FACTS:.............................................................................9

II. Phân loại các thiết bị FACTS: .....................................................................12
1. Loại song song:.........................................................................................12
2. Loại nối tiếp: ............................................................................................16
3. Loại song song – nối tiếp:.........................................................................17
4. Loại nối tiếp – nối tiếp:.............................................................................19
5. Bộ biến đổi góc pha PST: .........................................................................20
III. Vận hành, bảo dưỡng thiết bị FACTS : ......................................................20
IV. Chi phí đầu tư và lợi ích của FACTS: .........................................................21
1. Chi phí đầu tư: ..........................................................................................21

2. Lợi ích của FACTS...................................................................................22
V. Sự phát triển tương lai của các thiết bị FACTS..........................................26

CHƯƠNG 3 ................................................................................. 27
NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA
UPFC............................................................................................ 27

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 1


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

I.

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

Giới thiệu UPFC:..........................................................................................27

II. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của UPFC...............................................29
1. Cấu tạo của bộ UPFC................................................................................29
2. Nguyên tắc hoạt động cơ bản của UPFC ...................................................32
III. Các hàm điều khiển cơ bản của UPFC........................................................37
1. Các hàm điều khiển cơ bản của khối song song: .......................................39
2. Các hàm điều khiển cơ bản của khối nối tiếp ............................................40
IV. Đặc tính của hệ thống và mơ hình dịng cơng suất khi có UPFC ...............41
1. Đặc tính của hệ thống truyền tải:...............................................................41
2. Mơ hình dịng cơng suất khi có lắp đặt thêm UPFC: .................................44
3. Chế độ điều khiển tự động dịng cơng suất................................................48

CHƯƠNG 4 ................................................................................. 51
MƠ HÌNH UPFC VÀ GIAO DIỆN............................................ 51
I.

Giới thiệu về simulink trong Matlab ...........................................................51

II. Các khối cơ bản của hệ thống ......................................................................52
1. Khối nguồn áp 3 pha (Three-Phase voltages Source) ................................52
2. Khối tải RLC mắc nối tiếp (Series RLC Load):.........................................53
3. Khối các thông số của đường dây .............................................................54
4. Khối máy biến áp......................................................................................56
III. Các khối cơ bản bên trong UPFC................................................................58
1. Khối dữ liệu công suất (Power data) .........................................................58
2. Khối dữ liệu điều khiển song song: ........................................................60
3. Khối dữ liệu điều khiển nối tiếp:...............................................................62
IV. Mơ hình điều khiển trong Matlab ...............................................................63
1. Mơ hình điều khiển bộ song song:..........................................................63
2. Mơ hình điều khiển bộ nối tiếp...............................................................64

CHƯƠNG 5 ................................................................................. 65
KHẢO SÁT VÀ ÁP DỤNG UPFC VÀO BÀI TOÁN ĐIỀU
KHIỂN ĐIỆN ÁP ........................................................................ 65
PHầN 1: KHảO SÁT CÁC CHế Độ LÀM VIệC CủA UPFC... 65

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 2

GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

I.

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

Xây dựng mơ hình khảo sát .........................................................................65
1. Giới thiệu hệ thống điện khảo sát...........................................................65
2. Mơ tả hệ thống điện bằng mơ hình Matlab ................................................66
3. Các đặc tính làm việc của UPFC...............................................................67

II. Điều khiển điện áp tại nút ............................................................................69
1. Khảo sát tác động của UPFC ở cuối đường dây (nút 3) .............................69
2. Khảo sát tác động của UPFC ở đầu đường dây (nút 2) ..............................73
3. Nhận xét tác động của UPFC lên hai đầu đường dây.................................78
III. Khảo sát điều khiển công suất thực P .........................................................79
1. Khảo sát công suất cung cấp cho đường dây tại nút 3: ..............................79
2. Nhận xét: ..................................................................................................83
IV. Khảo sát điều khiển công suất kháng Q ......................................................84
1. Khảo sát công suất kháng cung cấp cho đường dây tại nút 3: ....................84
2. Nhận xét: ..................................................................................................89
V. Khảo sát điều khiển độc lập P và Q: ...........................................................89
1. Khảo sát khi Q = const:.............................................................................89
2. Khảo sát khi P = const: .............................................................................92
VI. Điều khiển kết hợp U, P, Q: .........................................................................94

PHầN 2: ÁP DụNG UPFC VÀO BÀI TỐN ĐIềU KHIểN
ĐIệN ÁP ....................................................................................... 97
I.

Mơ hình hệ thống điện – Khơng gian trạng thái.........................................97

II. Tuyến tính hóa mơ hình hệ thống................................................................98
III. Ma trận Jacobian rút gọn: ......................................................................... 100
IV. Mơ hình tốn của bộ UPFC trong ma trận Jacobian ...............................103
V. Bài toán khảo sát điều khiển điện áp: ....................................................... 107
1. Trạng thái ban đầu của hệ thống điện khi chưa có UPFC ........................108
2. Trạng thái của hệ thống điện khi có lắp bộ UPFC vào nút 3....................110

CHƯƠNG 6 ................................................................................112
TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI.........112
I.

Tổng kết:..................................................................................................... 112

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 3


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

II. Hướng phát triển của đề tài:......................................................................113

PHụ LụC CÁC CHƯƠNG TRÌNH...........................................114
1. Chương trình chính tính phân bố cơng suất ban đầu................................ 114
2. Chương trình chính tính phân bố cơng suất khi có thêm bộ UPFC ..........122

TÀI LIệU THAM KHảO ...........................................................133

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 4


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

Chương 1
TỔNG QUAN
I.

Giới thiệu:

Hệ thống điện xoay chiều là một hệ thống phức tạp gồm các máy phát đồng
bộ, đường dây truyền tải và các phụ tải. Hay còn được chia thành ba khâu: sản xuất,
truyền tải và phân phối. Một hệ thống điện xoay chiều hoạt động cơ bản phải thỏa
các yêu cầu là máy phát đồng bộ phải hoạt động ở chế độ đồng bộ điện áp phải vận
hành ở giá trị cho phép, các phụ tải phải được cung cấp điện đầy đủ và các đường
dây được vận hành ở điều kiện bình thường khơng q tải.
Cơng suất truyền tải trên các đường dây phụ thuộc vào điện kháng đường dây,
điện áp và góc truyền tải giữa điểm đầu và điểm cuối của đường dây hay nói cách
khác có sự giới hạn công suất trên đường dây truyền tải.
Khả năng truyền tải công suất của đường dây được cải thiện đáng kể bằng việc
tăng công suất phản kháng. Điện áp dọc theo đường dây có thể được điều khiển
bằng việc lắp cuộn kháng bù (ngang) song song, tụ điện bù (dọc) nối tiếp vào đường
dây. Góc truyền tải của đường dây có thể điều khiển bằng việc thay đổi góc pha.

Mỗi đường dây truyền tải được xem như có nhiều cuộn cảm mắc nối tiếp và
nhiều tụ điện mắc song song. Tổng của các giá trị cuộn cảm mắc nối tiếp dọc trên
suốt chiều dài đường dây quyết định đến điện áp và công suất cực đại truyền tải của
đường dây. Tổng của các giá trị tụ mắc song song với đường dây thì ảnh hưởng đến
điện áp dọc theo đường dây truyền tải.
Do nhu cầu ngày một gia tăng của phụ tải thường đặt đường dây truyền tải cao
áp vào những giới hạn vật lý của chúng như (quá nhiệt, ngắn mạch đường dây, máy
phát và đường dây bị cắt ra khỏi hệ thống, bật máy cắt…) và những nhiễu trên hệ
thống có thể làm mất ổn định hệ thống… Sự phục hồi trạng thái làm việc sau những
nhiễu động này hoàn toàn phụ thuộc vào khả năng dự trữ của hệ thống nếu hệ thống
có độ dự trữ yếu thì dễ dẫn đến mất ổn định hệ thống gây tan rã hệ thống.
Nhu cầu về quản lý các hệ thống điện hiệu quả hơn đã thúc đẩy sự đổi mới
công nghệ trong sản xuất và truyền tải điện năng. Nhà máy điện chu trình hỗn hợp
là một trong các công nghệ cho sự phát triển mới trong lĩnh vực sản xuất điện cũng
như các hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) như tên gọi chung,
là những thiết bị mới nhằm cải thiện các hệ thống truyền tải đó.

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 5


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

Các thiết bị điều khiển hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (Flexible
AC Transmission System - FACTS) được sử dụng để điều khiển điện áp, trở kháng
và góc pha của đường dây xoay chiều cao áp. Các thiết bị FACTS cung cấp những
lợi ích cho việc nâng cao quản lý hệ thống truyền tải thông qua việc sử dụng tốt hơn

các lưới truyền tải hiện có; tăng độ tin cậy và khả năng sẵn sàng của hệ thống truyền
tải; tăng độ ổn định động và ổn định quá độ của lưới; tăng chất lượng cung cấp cho
các ngành công nghiệp có yêu cầu chất lượng điện năng cao; các lợi ích về môi
trường khác.

II. Đặt vấn đề:
Qua phân tích từ những nguyên nhân ở trên ta thấy hệ thống rất dễ mất ổn
định. Từ đó để tăng cường độ an tồn, độ ổn định cho hệ thống địi hỏi hệ thống
lưới điện phải hoạt động linh hoạt hơn ngay cả trong những trường hợp bất ngờ và
sự cố nghiêm trọng nhất. Theo phương thức truyền thống thì tình trạng này thường
được giải quyết theo hai cách:
Xây dựng thêm các nhà máy hay đường dây mới nhằm tăng khả năng dự trữ
của đường dây lên.
Nâng cấp phương tiện, thiết bị truyền tải trên đường dây nhằm tận dụng hết
khả năng truyền tải của những đường dây hiện có
Ở phương cách thứ nhất xây dựng mới các nhà máy hay đường dây thì ngày
càng khó khăn nhiều hơn vì các lý do về tài chính, sự hạn chế về mơi trường, luật
pháp ngày càng khó khăn, và các yếu tố xã hội.
Ở phương cách thứ hai sẽ dễ dàng thực hiện hơn do cùng với sự phát triển của
khoa học công nghệ sẽ cho ra đời các linh kiện bán dẫn hay các linh kiện điện tử
công suất cung cấp phương tiện điều khiển nhanh hơn mềm hơn các thông số của hệ
thống điện, từ đó có thể điều khiển trực tiếp đến dịng cơng suất truyền tải trên hệ
thống một cách nhanh chóng và đồng thời.
Theo truyền thống, việc bù cơng suất phản kháng và việc điều khiển góc pha
thường được thực hiện bằng việc đóng cắt khóa cơ khí các phần tử điện (cuộn dây,
tụ điện, bộ chuyển đổi nấc máy biến áp…) nhằm ổn định công suất truyền tải trên
hệ thống. Công việc này thường mất nhiều thời gian.
Kỹ thuật truyền tải điện hiện đại đã sử dụng các thiết bị bù, dịch pha được điều
khiển bằng các linh kiện điện tử công suất để cung cấp nguồn năng lượng khi cần
thiết để bảo đảm tính ổn định của hệ thống điện. Các thiết bị này kết hợp với các bộ

vi xử lý cho phép điều khiển nguồn năng lượng một cách linh hoạt, khả năng tự
động hoá cao đảm bảo độ tin cậy và độ ổn định của hệ thống, trong đó hệ thống
điều khiển đóng một vai trị rất quan trọng. Việc thiết kế và tính tốn chính xác hệ

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 6


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

thống điều khiển sẽ bảo đảm sự làm việc tin cậy của hệ thống bù, góp phần nâng
cao tính ổn định của hệ thống điện.
Ngày nay, với sự phát triển của các thiết bị điện tử công suất lớn, điện áp cao,
công nghệ FACTS ra đời vào cuối thập niên 1980s của viện nghiên cứu năng lượng
điện EPRI (the Electric Power Research Institute) đã giúp cho q trình điều khiển
dịng cơng suất trên các đường dây truyền tải một cách linh hoạt và nhanh chóng.
Mỹ, Canada, Brazil… là những nước tiên phong sử dụng công nghệ FACTS trong
lưới điện truyền tải, các thiết bị thường được sử dụng như: SVC, TSC, TSR, TCSC,
STATCOM và UPFC. Trong đó, thiết bị UPFC (Unified Power Flow Controller) là
thiết bị có khả năng điều khiển dịng cơng suất trên đường dây linh hoạt nhất, nó
cho phép điều khiển dịng cơng suất tác dụng, cơng suất phản kháng, điện áp và cả
góc pha.

Quá tải
Hệ thống truyền tải truyền thống

Không quá tải

Hệ thống truyền tải với thiết bị FACTS

Hình 1.1 Phân bố cơng suất trên hệ thống điện truyền thống và hệ thống điện có
thiết bị FACTS
Hai mục tiêu chính của chương trình là tăng khả năng tải của đường dây
truyền tải, điều khiển dịng cơng suất theo định hướng đã đặt ra trước bằng việc thay
đổi các khóa điều khiển cơ khí bằng các linh kiện điện tử cơng suất đáp ứng nhanh.
Ngồi ra, nó cịn cho phép đường dây vận hành gần đến giới hạn nhiệt. Nhờ vậy cải
thiện đáng kể khả năng vận hành của hệ thống. Hình 1.1 bên trên mơ tả một trong
các ứng dụng của các thiết bị FACTS trong việc chuyển đổi tải trong hệ thống.
Đề tài của luận văn sẽ trình bày về UPFC, một trong những thiết bị điều khiển
hữu hiệu nhất trong dòng các sản phẩm của FACTS trong việc điều khiển tự động
điện áp, công suất tác dụng, cơng suất phản kháng và dịng cơng suất trên hệ thống
điện.

III. Nhiệm vụ và mục tiêu của luận văn:

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 7


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

Dựa vào phần đặt vấn đề trên, nhiệm vụ và mục tiêu của luận văn được đặt ra
là:



Giới thiệu tổng quan về các thiết bị FACTS
So sánh lợi ích của bộ FACTS và việc xây dựng đường dây mới






Giới thiệu cấu tạo của thiết bị UPFC
Xây dựng mơ hình UPFC trong Matlab
Mơ phỏng các đặc tính của UPFC trong hệ thống điện
Áp dụng UPFC vào bài toán điều khiển điện áp

IV. Bố cục của luận văn:
Từ các nhiệm vụ và mục tiêu đưa ra, nội dung của luận văn được trình bày
gồm các chương sau:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Giới thiệu các thiết bị FACTS
Chương 3: Nguyên tắc hoạt động và các đặc tính của UPFC
Chương 4: Mơ hình UPFC và giao diện
Chương 5: Khảo sát và áp dụng UPFC vào bài toán điều khiển điện áp
Chương 6: Tổng kết và hướng phát triển của đề tài

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 8


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

Chương 2
GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ FACTS
I.

Giới thiệu thiết bị FACTS:

Với sự phát triển của điện tử công suất dùng Thyristor tắt cổng (GTO – Gate
Turn_off) đã cho ra đời hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt mà trong đó dịng
cơng suất được điều khiển động bởi các linh kiện điện tử cơng suất. Hai mục tiêu
chính của hệ thống các thiết bị FACTS là để tăng khả năng tải của đường dây
truyền tải và điều khiển dịng cơng suất theo một lộ trình đã được vạch ra trước.
Tồn bộ hệ thống bù ngang, bù dọc, máy biến áp để điều chỉnh điện áp và góc pha
đều được điều khiển bằng điện tử công suất. Đặc biệt, bộ nguồn điện áp đồng bộ
SVS (Synchronous Voltage Sources) điều khiển bằng bán dẫn được dùng để bù
động và điều khiển theo thời gian thực dịng cơng suất trong hệ thống truyền tải và
có khả năng đồng đều trong việc điều khiển điện áp, tổng trở, góc pha. Hệ thống
SVS cung cấp khả năng trao đổi trực tiếp công suất tác dụng với hệ thống xoay
chiều, bên cạnh đó việc bù cơng suất kháng được điều khiển độc lập.
Những phát minh mới nhất của các thiết bị điều khiển FACTS dựa trên nền
tảng cơ bản là các bộ nguồn điện áp đồng bộ SVSs (Synchronous Voltage Sources)
được giới thiệu bởi L. Gyugyi cuối thập niên 1980s [5]. Những bộ SVS này được
xem như là những máy phát đồng bộ lý tưởng phát ra điện áp ba pha cân bằng và có
thể điều khiển được điện áp và góc pha. Tự nó có thể phát được cả cơng suất phản
kháng mang tính cảm và tính dung. Nếu kết hợp nó với các bộ tích trữ năng lượng
như tụ điện DC, Battery… SVS có thể trao đổi công suất thực với hệ thống xoay
chiều. Bộ SVS có thể tạo ra bởi việc sử dụng bộ biến đổi nguồn áp VSC (Voltage
Sourced Converter). Cấu trúc hoạt động cơ bản của VSCs sẽ được đề cập đến ở

phần sau.
Những thuận lợi cơ bản của bộ bù sử dụng SVS so với việc bù bằng đóng cắt
khóa cơ khí hay bù bình thường bằng việc đóng cắt Thyristor là:
Đồng bộ trong việc sử dụng các thiết bị linh kiện điện tử công suất trong việc
ứng dụng điều khiển ở các bộ bù khác nhau
Cải thiện các đặc tính hoạt động và biểu diễn
Giảm được kích thước của thiết bị và cơng bảo trì lắp ráp và vận hành
Các thiết bị điều khiển công suất trong hệ thống các thiết bị FACTS có cấu tạo
từ những linh kiện điện tử có ngắt hay khơng ngắt. Các thiết bị điều khiển chứa linh

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 9


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

kiện điều khiển ngắt, thường có cấu tạo của một bộ biến đổi điện áp DC – AC có
khả năng trao đổi công suất tác dụng hoặc công suất phản kháng. Nếu sự trao đổi
công suất chỉ gồm thành phần công suất phản kháng thì cơng suất của mạch DC có
thể giảm đến mức nhỏ nhất.
Trong trường hợp điện áp hoặc dòng điện cung cấp bởi thiết bị lệch khác 90o
so với dịng điện hoặc điện áp đường dây thì nguồn dự trữ cơng suất của mạch DC
của thiết bị đó phải có định mức cao hơn. Để tăng cường khả năng dự trữ năng
lượng của phần mạch DC, các thiết bị có thể trang bị cho nó như bộ ắc quy
(Battery), cuộc dây siêu dẫn từ (Superconducting magnet)… Một cách tổng quát,
các thiết bị điều khiển dùng bộ biến đổi DC-AC có thể trang bị nguồn dự trữ năng
lượng như tụ điện công suất lớn, ắc quy (Battery), cuộn dây siêu dẫn từ

(Superconducting magnet) và sẽ làm tăng kích thước hệ FACTS.
Việc trang bị bộ phận dự trữ năng lượng làm tăng hiệu quả điều khiển của các
thiết bị FACTS vì chúng có khả năng điều khiển “bơm vào” hoặc “rút ra” công suất
tác dụng cũng như công suất phản kháng từ lưới điện thay vì chỉ ảnh hưởng đến tính
chất truyền công suất tác dụng trong trường hợp thiết bị khơng có bộ phận dự trữ
năng lượng.
Các thiết bị điều khiển của FACTS thường được thiết kế với kỹ thuật điều chế
độ rộng xung để có thể thực hiện chức năng loại bỏ các sóng hài bậc cao, có tác
dụng như một mạch lọc tích cực, đồng thời có tác dụng làm cân bằng hệ thống khi
nguồn mất cân bằng.
Ký hiệu một số thiết bị trong họ các sản phẩm FACTS như sau:
SVC: Static Var Compensator
STATCOM: Static Synchronous Compenator
MSC: Mechanically-switched Capacitor*
TCBR: Thyristor Controlled Braking Resistor
TCPST: Thyristor Controlled Phase Shifting Transformer
PST: Phase Shifting Transformer*
IPC: Interphase Power Controller
SC: Series Capacitor*
MSSC, TSSC: Mechanically/Thyristor Switched Series Capacitor
TCSC: Thyristor Controlled Series Capacitor
SSSC: Static Synchronous Series Compensator.
UPFC: Unified Power Flow Controller
HVDC: High Voltage Direct Current
CSC: Convertible Static Compensator.

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 10

GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

PAR: Phase-Angle-Regulator
TCVL: Thyristor Controlled Voltage Limiter
SCCL: Super-Conducting Current Limiter
TSBR: Thyristor Switched Braking Resistor
TCPAR: Thyristor Controlled Phase-Angle Regulator
*: Khơng hồn tồn là thiết bị FACTS

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 11


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

II. Phân loại các thiết bị FACTS:
Bộ SVS có thể được sử dụng để bù nối tiếp hay bù song song. Nếu nó hoạt
động như bộ bù nối tiếp thì được gọi là bộ bù đồng bộ nối tiếp tĩnh SSSC (Static
Synchronous Series Compensator). Nếu nó hoạt động như bộ bù song song thì nó
được gọi là bộ bù tĩnh đồng bộ STATCOM (Static Synchronous Compensator) hay
bộ bù tụ tĩnh đồng bộ STATCON (Static Synchronous Condenser).
Một trường hợp đặc biệt trong việc sắp xếp hai bộ SVSs, là một SVS thì kết
nối nối tiếp và cái cịn lại thì kết nối song song với hệ thống xoay chiều thông qua
liên kết chung là cực DC và được gọi là UPFC (Unified Power Flow Controller).

Nó là mơ hình điều khiển đại diện cho kiểu kết nối nối tiếp – song song.
Gần đây viện nghiên cứu EPRI cịn cho ra mơ hình điều khiển kiểu kết nối nối
tiếp – nối tiếp IPFC (Interline Power Flow Controller) gồm hai hay nhiều bộ SSSCs
liên kết lại vơi nhau với một liên kết DC chung. IPFC cung cấp khả năng điều khiển
độc lập bù công suất phản kháng nối tiếp cho mỗi đường dây cũng như là chuyển
đổi công suất tác dụng giữa các đường dây này với nhau.
Các thiết bị FACTS được sử dụng để điều khiển điện áp, trở kháng và góc pha
của các đường dây truyền tải xoay chiều cao áp. Tùy vào cách liên kết giữa các bộ
SVS mà ta có các dịng sản phẩm khác nhau của FACTS. Nếu chia theo cách bù
vào đường dây thì hệ thống FACTS thường được chia làm các loại như sau:
 Loại bù song song





1.

Loại bù nối tiếp
Loại kết hợp song song – nối tiếp
Loại kết hợp nối tiếp – nối tiếp
Loại ổn định điện áp và điều khiển góc pha

Loại song song:
Đặc trưng cho kiểu bù song song các thiết bị FACTS là SVC và STATCOM
a.

Các máy bù tĩnh SVC (Static Var Compensator ):

SVC là một khái niệm chung nó bao gồm các phần tử (hình 2.1):

 Cuộn kháng điều khiển bằng Thyristor (Thyristor Controlled Reactor –
TCR)
 Cuộn kháng đóng cắt bằng Thyristor (Thyristor Switched Reactor –
TSR)
 Hoặc kết hợp cả hai phần tử trên

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 12


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

Line

TCR-TSR

TSC

Fillter

FC

FR

Hình 2.1 Các bộ SVC thường gặp
Bộ bù SVC là một thiết kế tổng hợp các phần tử: tụ điện, cuộn kháng, biến
điện thế, các thiết bị đóng cắt cùng với các thiết bị điều khiển, tất cả cùng hoạt động

để trở thành một khối cung cấp nguồn bù công suất phản kháng có thể điều khiển
được nhanh chóng. Hệ thống bù tĩnh được áp dụng rộng rãi trong hệ thống truyền
tải với nhiều mục đích khác nhau. Mục đích cơ bản nhất thường được sử dụng để
điều khiển điện áp tại điểm yếu nhất trong hệ thống. Nó thường được lắp đặt ở điểm
giữa của đường dây truyền tải liên kết giữa các vùng tải.
Theo CIRGE định nghĩa SVS (Static VAR System) là một tổ hợp các bộ bù
tĩnh (SVC) và các tụ bù hay cuộn kháng được đóng cắt bằng các thiết bị cơ khí. Một
hệ thống SVS thường bao gồm:
 Một máy biến thế dùng để liên kết giữa lưới điện cao thế và các thiết bị
điện tử công suất trung thế. Thường một máy biến áp riêng được sử dụng
nhưng thỉnh thoảng có thể sử dụng cuộn dây thứ ba của máy biến áp tự
ngẫu được sử dụng.
 TCR (Thyristor – Controlled Reactor) là một phần tử của SVC, nó có
khả năng điều khiển một cách liên tục dòng điện qua cuộn cảm mắc song
song với lưới bằng cách điều khiển góc pha của các SCR, thường được
nối vào thanh cái trung thế.
 TSR (Thyristor – Switched Reactor) bao gồm một số cuộn kháng đấu
song song chúng được đóng vào hay ngắt ra khỏi lưới bằng cách điều
khiển các khóa SCR, thường được nối vào thanh cái trung thế.

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 13


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc








HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

TSC (Thyristor – Switched Capacitor) là thiết bị bù công suất phản
kháng điều chỉnh dạng nhảy cấp, nó có khả năng đóng cắt tụ điện song
song với lưới ra khỏi hệ thống bằng cách kích đóng ngắt các SCR,
thường được nối vào thanh cái trung thế.
FC (Fixed Capacitor) là loại thiết bị bù cố định bằng tụ
FR (Fixed Reactor) là loại thiết bị bù cố định bằng điện kháng
Các bộ lọc sóng hài (Filter)



Các tụ hoặc cuộn kháng đóng cắt bằng thiết bị cơ khí (MSCS hay MSR),
thường nối vào thanh cái cao thế.



Hệ thống điều khiển thường dùng các hàm hoặc điều chỉnh theo điện áp
của đường dây.

Trong số các thiết bị FACTS khác nhau, vị trí và kích thước của bộ bù tĩnh
SVS được dựa trên cơ sở cải thiện biểu đồ điện áp, và thường dựa vào các thuật
toán tương tự như đối các dạng bù cố định. Tuy nhiên để cải thiện khả năng truyền
tải và biên độ ổn định cần dựa vào phân tích mơ hình động và phương pháp phân
tích mơ hình.
Mục đích của các bộ lọc gồm hai điểm chính: lọc các sóng hài bậc cao và bù
công suất phản kháng cho phụ tải. Các sóng hài bậc cao xuất hiện do tính phi tuyến

của phụ tải (mạch từ) hoặc do tải được cấp nguồn từ các bộ biến đổi dùng bán dẫn
công suất. Trong trường hợp tải thay đổi công suất phản kháng nhiều, hệ thống cần
phần tử điều chỉnh công suất phản kháng. Ngược lại, trong trường hợp công suất
phản kháng hầu như không thay đổi, phần tử điều chỉnh công suất phản kháng có
thể loại bỏ.
Mạch lọc sóng hài: các phụ tải phi tuyến và cả phần tử điều chỉnh công suất
phản kháng (TCR) là nguồn tạo ra các sóng hài bậc cao. Trong hệ thống điện 3 pha,
các thành phần bậc cao xuất hiện có ảnh hưởng nhiều chủ yếu là bậc 5,7,11 và 13.
Các thành phần bội ba (triple harmonic) thường được hạn chế hoặc loại bỏ nhờ cấu
trúc đấu dây của máy biến thế hoặc giải thuật điều khiển cung cấp cho các bộ biến
đổi công suất. Các mạch lọc cộng hưởng được điều chỉnh đến các giá trị tần số của
các thành phần sóng hài bậc cao cần được khử bỏ và lúc đó mạch lọc cộng hưởng
tác động như trở kháng ngắn mạch cho các sóng hài bậc cao này nên hạn chế ảnh
hưởng của nó lên nguồn điện áp của lưới điện. Các mạch lọc LC đối với thành phần
bậc1 lại tác dụng như một tải dung kháng và do đó phát ra dịng điện bù cho lưới.
Độ lớn dịng điện bù này khơng thể điều khiển nhuyễn một cách dễ dàng được và
xác định từ tổng cơng suất bù của các tụ. Vì thế, để điều chỉnh hệ số cơng suất, cần
phải điều chỉnh dịng bù mang tính cảm kháng qua cuộn dây trong mạch TCR. Công
suất cuộn kháng càng lớn, khả năng bù càng rộng.

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 14


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

SVC là thiết bị FACTS quan trọng, được sử dụng rất nhiều nhằm cải thiện tính

kinh tế của các đường dây truyền tải bằng cách giải quyết các vấn đề điện áp. Nhờ
độ chính xác, tính khả dụng và đáp ứng nhanh, các thiết bị SVC có thể cung cấp
trạng thái ổn định và điều khiển điện áp quá độ có chất lượng cao so với kiểu bù rẽ
nhánh thông thường. Các thiết bị SVC cũng được sử dụng để làm giảm các dao
động công suất, cải thiện độ ổn định quá độ và giảm tổn hao hệ thống nhờ tối ưu
điều khiển cơng suất phản kháng.
Các nhiệm vụ chính của bộ SVC là:
 Điều khiển điện áp.
 Điều khiển công suất phản kháng.
 Giới hạn quá điện áp tần số công nghiệp.
Tuy nhiên với khả năng thay đổi tác động trong thời gian quá độ bằng cách
thay đổi điện áp ở các nút, nên SVC cịn có nhiệm vụ để cải thiện ổn định của hệ
thống và damping cho các giao động của hệ thống
Máy bù đồng bộ tĩnh STATCOM (Static Compensation):
STATCOM là thiết bị SVC dựa trên GTO (Thyristor kiểu cổng đóng - Gate
Turn-Off). So với loại SVC thơng thường, STATCOM không yêu cầu các thành
phần cảm kháng và dung kháng lớn để cung cấp công suất phản kháng cho các hệ
thống truyền tải cao áp. Như vậy, yêu cầu về diện tích lắp đặt nhỏ hơn. Một lợi thế
khác là đầu ra phản ứng cao hơn ở điện áp hệ thống thấp, nơi một STATCOM có
thể được xem như một nguồn dòng độc lập với điện áp hệ thống.
Bộ STATCOM được mắc song song với đường dây và hoạt động khơng cần
nguồn năng lượng dự trữ có tác dụng như là một máy bù công suất phản kháng.
Việc điều khiển dịng cơng suất phản kháng cung cấp cho hệ thống điện được thực
hiện bằng cách điều khiển điện áp ngõ ra Vo cùng pha với điện áp hệ thống V (hình
2.2).
 Nếu Vo nhỏ hơn điện áp hệ thống V thì dịng điện bộ nghịch lưu đi qua
cuộn kháng sẽ mang tính cảm, bộ STATCOM nhận cơng suất phản
kháng từ hệ thống.
 Nếu Vo lớn hơn điện áp hệ thống V thì dịng điện bộ nghịch lưu đi qua
cuộn kháng sẽ mang tính dung, bộ STATCOM phát cơng suất phản

kháng lên hệ thống.
So với SVC, đáp ứng của STATCOM nhanh hơn nhiều do khả năng điều
khiển đóng và ngắt linh kiện của nó. Trong khi đó, các linh kiện của SVC chỉ có thể
thực hiện điều khiển đóng mà khơng có khả năng điều khiển ngắt. Với STATCOM
chỉ cần thay đổi điện áp ra phía xoay chiều của nó trong khoảng 15% là có thể điều
khiển thay đổi dịng bù đến phạm vi 100%. Điều này là không thể thực hiện được
b.

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 15


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

đối với các thiết bị SVC, chúng đòi hỏi điều khiển thay đổi điện áp trong tồn giới
hạn 100% để có thể đạt dịng bù tương ứng.
V

Vo

I

Vdc
STATCOM

Hình 2.2 Sơ đồ kết nối STATCOM với hệ thống

2.

Loại nối tiếp:
a.

Bộ bù nối tiếp SSSC (Static Synchronous Series Compensator):

SSSC thường được lựa chọn như là một bù nối tiếp vào đường dây. SSSC là
một nguồn áp đồng bộ mà bên trong nó có thể phát ra một lượng điện áp được yêu
cầu nối tiếp với đường dây và độc lập với dòng điện trên đường dây. SSSC có thể
được xem như là một máy phát lý tưởng. SSSC có khả năng cung cấp một điện áp ở
tần số cơ bản có thể điều khiển được biên độ và góc pha. Hơn nữa, SSSC có thể
phát hay thu cơng suất phản kháng khi nó được u cầu làm việc trong hệ thống như
là một máy bù đồng bộ và nó có thể biến đổi cơng suất thực của hệ thống AC sang
điện áp DC thông qua các thiết bị dự trữ năng lượng. Công suất truyền tải này trở
thành hàm tham số của điện áp. Bộ SSSC có thể điều khiển cả cơng suất thực và
cơng suất kháng với hệ thống AC, đơn giản là bằng cách điều khiển vị trí góc của
điện áp bơm vào và dịng trên đường dây. (Hình 2.3)
Khi được kết hợp với các bộ SVS của các thiết bị điều khiển FACTS phù hợp
thì nó có thể điều khiển độc lập công suất thực và công suất kháng trên mỗi đường
dây, hoặc là cân bằng công suất thực và kháng giữa các đường dây này. Nếu nói
trên quan điểm ứng dụng thực hành, việc điều khiển dịng cơng suất ở trạng thái xác
lập hay là đáp ứng tĩnh, bộ SSSC có thể cho vùng điều khiển rộng hơn là bù công
suất kháng nối tiếp.
Các bộ đóng cắt tụ nối tiếp SSC (Switched Series Capacitors):
Trong các bộ đóng cắt tụ nối tiếp có hai dịng sản phẩm chính là MSSC và
TSSC
b.

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 16


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

MSSC (Mechanically Switched Series Capacitors) thường được ứng dụng
chính cho điều khiển dịng cơng suất. MSSC hoạt động đóng cắt bộ tụ bù bằng cách
chia bộ tụ ra thành nhiều phần tử nhỏ để dễ dàng thao tác. Nghĩa là cung cấp dung
kháng cho đường dây bằng cách đóng cắt từng cấp cơng suất nhỏ.
Trong trường hợp có số lượng nhiều khóa cần được đóng cắt thì nó được thay
thế bằng các khóa Thyristor hoạt động như là một khóa điện và thường được gọi là
tụ bù nối tiếp đóng ngắt bằng Thyristor TSSC (Thyristor Switched Series
Capacitors).

Hình 2.3 Sơ đồ kết nối SSSC với hệ thống
Các bộ tụ bù nối tiếp được điều khiển bằng TCSC (Thyristor
Controlled Series Compensation):
Là một mở rộng của các tụ nối tiếp truyền thống thông qua việc bổ sung một
bộ phản ứng được điều khiển bằng thyristor. Đặt một bộ phản ứng như vậy song
song với một tụ nối tiếp cho phép tạo ra một hệ thống bù nối tiếp thay đổi liên tục
và nhanh chóng. Những lợi điểm chủ yếu của TCSC là tăng công suất truyền tải,
giảm các giao động công suất, giảm các cộng hưởng đồng bộ và điều khiển dịng
cơng suất đường dây.
c.

3.

Loại song song – nối tiếp:

Một trường hợp đặc biệt trong việc sắp xếp hai bộ SVSs, là một SVS thì kết
nối nối tiếp và cái cịn lại thì kết nối song song với hệ thống xoay chiều thông qua
liên kết chung là cực DC và được gọi là UPFC (Unified Power Flow Controller).
Nó là mơ hình điều khiển đại diện cho kiểu kết nối nối tiếp – song song.
Bộ điều khiển trào lưu công suất hợp nhất (UPFC): Kết nối một STATCOM là
một thiết bị được nối mạch rẽ, với một nhánh nối tiếp trong đường dây truyền tải

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 17


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

qua mạch DC của nó tạo ra UPFC. Thiết bị này giống như một biến áp chuyển dịch
pha nhưng có thể gắn một điện áp nối tiếp của góc pha yêu cầu thay vì một điện áp
có góc pha cố định. UPFC kết hợp lợi ích của một STATCOM và SSSC (hình 2.4)

o

o

Hình 2.4 Sơ đồ kết nối UPFC với hệ thống

Ta cũng có thể xem UPFC là bộ điều khiển tổng hợp của các bộ điều khiển các
thông số của hệ thống điện (hình 2.5):

 Điều khiển điện áp U1 U2 như là một SVC
 Điều khiển X như là một TCSC


Điều khiển góc truyền tải  như là một PAR

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 18


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

4.

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

Loại nối tiếp – nối tiếp:

Gần đây viện nghiên cứu EPRI còn cho ra mơ hình điều khiển kiểu kết nối nối
tiếp – nối tiếp IPFC (Interline Power Flow Controller) gồm hai hay nhiều bộ SSSCs
liên kết lại vơi nhau với một liên kết DC chung. IPFC cung cấp khả năng điều khiển
độc lập bù công suất phản kháng nối tiếp cho mỗi đường dây cũng như là chuyển
đổi công suất tác dụng giữa các đường dây này với nhau.
Mơ hình IPFC về lý thuyết là mơ hình điều khiển linh động dịng cơng suất
cho nhiều đường dây trên hệ thống mà trên đó có hai (hay nhiều hơn) đường dây có
lắp bộ bù nối tiếp SSSC trên mỗi đường dây đó. Mơ hình IPFC có thể điều khiển
độc lập bù cơng suất kháng trên mỗi đường dây, có khả năng chuyển đổi dịng cơng
suất thực giữa các đường dây đang bù. Với khả năng này IPFC có thể cân bằng
cơng suất thực và cơng suất kháng giữa các đường dây, nó có thể chuyển tải từ

đường dây đang bị quá tải sang đường dây non tải, nó có thể bù chống rơi điện áp
trên đường dây, gia tăng hữu hiệu khả năng bù của hệ thống đối với những nhiễu
động. Một cách tổng quát IPFC có thể cho hiệu suất cao nhất cho việc quản lý hệ
thống truyền tải công suất nhiều đường dây cùng lúc.
Phần tử cấu tạo cơ bản nhất của IPFC bao gồm hai bộ biến đổi SSSCs kết nối
back-to-back cho việc truyền tải công suất thực, như (hình 2.6). Mỗi bộ SSSC liên
kết nối tiếp với đường dây thơng qua một máy biến áp và nó có thể bù độc lập công
suất kháng cho riêng đường dây đó

o

o

Hình 2.6 Sơ đồ kết nối IPFC với hệ thống

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 19


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

5.

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

Bộ biến đổi góc pha PST:

PST (Phase Shifting Transformer) bộ biến đổi góc pha sử dụng bộ chuyển đổi
nấc hay các khóa Thyristor để điều khiển. Trong họ các bộ biến đổi góc pha PST

cịn có các dịng sản phẩm sau (hình 2.7):



Hình 2.7 Sơ đồ kết nối TCPST với hệ thống
IPC (Interphase Power Controller)



TCPST (Thyristor Controlled Phase Shifting Transformer) có thể dùng
cho POD (Power Oscillation Damping)



PAR (Phase Angle Regulator) điều khiển góc lệch pha giữa các cực trên
đường dây truyền tải.

III. Vận hành, bảo dưỡng thiết bị FACTS :
Các thiết bị này thường hoạt động tự động. Chúng có thể được lắp đặt tại các
trạm biến áp tự động. Việc thay đổi các tham số thiết lập của các mode hoạt động có
thể được thực hiện tại trạm hoặc từ xa (ví dụ từ một phịng điều khiển trạm biến áp,
một trung tâm điều khiển vùng hoặc một trung tâm điều khiển quốc gia).
Bảo dưỡng các thiết bị FACTS là tối thiểu, tương tự như đối với các tụ rẽ
nhánh, các bộ kháng và máy biến áp. Cơng việc này có thể được thực hiện do các
nhân viên trạm biến áp bình thường mà khơng u cầu những thủ tục đặc biệt.
Lượng công việc bảo dưỡng từ 150 – 200 giờ công mỗi năm và phụ thuộc vào mức
độ lắp đặt và các điều kiện môi trường [9].
Những thiết bị FACTS lắp đặt đầu tiên đã đi vào hoạt động hơn 20 năm qua.
Đến tháng 1 năm 2000, tổng dung lượng các thiết bị FACTS được lắp đặt trên thế
giới là hơn 40,000 MVAr với hàng trăm cơng trình. Mặc dù các thiết bị FACTS chủ

yếu được sử dụng trong ngành Điện, song chúng cũng được sử dụng trong các
ngành sản xuất phần cứng máy tính và thép (SVC để giảm những hiện tượng điện
áp nhấp nháy) cũng như cho điều khiển điện áp trong các hệ thống truyền tải ở
ngành Đường sắt và các trung tâm nghiên cứu.

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 20


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

IV. Chi phí đầu tư và lợi ích của FACTS:
1.

Chi phí đầu tư:
Chi phí đầu tư của các thiết bị FACTS có thể chia ra thành 2 loại:

Chi phí cho các thiết bị chính:
Những chi phí này khơng chỉ phụ thuộc vào định mức lắp đặt mà còn phụ
thuộc vào các yêu cầu đặc biệt như:
 Độ dự phòng của hệ thống điều khiển và bảo vệ hay thậm chí những
thành phần chủ yếu như các bộ kháng, tụ điện và máy biến thế
a.





Các điều kiện địa chấn
Các điều kiện môi trường (ví dụ nhiệt độ, mức độ ơ nhiễm)
Liên lạc với Hệ thống điều khiển trạm biến thế hay Trung tâm Điều
khiển Vùng hoặc Quốc gia.

Các chi phí về cơ sở hạ tầng:
Các chi phí này phụ thuộc vào vị trí lắp đặt trạm biến áp. Đó là những chi phí
b.

như:



Thu hồi đất đai, nếu trạm biến áp hiện có khơng có đủ diện tích
Những thay đổi trong trạm biến áp hiện có, ví dụ nếu cần một bộ thiết bị
đóng cắt HV mới
 Xây lắp một cơng trình cho các thiết bị trong nhà (các thiết bị điều khiển,
bảo vệ, các van Thyristor, các thiết bị phụ trợ, v.v…)
 Các công việc dân dụng ở hiện trường (san ủi đất, tiêu thốt nước, xây
móng, v.v)
 Kết nối hệ thống thơng tin liên lạc hiện tại với các thiết bị mới được lắp
đặt
Với các định mức thiết bị phổ biến, giới hạn dưới của các loại chi phí được thể
hiện ở (hình 2.8) cho thấy các chi phí về thiết bị và giới hạn trên cho thấy tổng chi
phí bao gồm cả chi phí cho cơ sở hạ tầng. Với các định mức cơng suất rất thấp, các
chi phí có thể cao hơn và với các định mức công suất rất cao thì các chi phí có thể
thấp hơn. Tổng mức đầu tư, khơng bao gồm thuế, có thể thay đổi theo các hệ số từ 10% đến 30%.

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 21


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

Hình 2.8 Chi phí và cơng suất của các thiết bị
FACTS

2.

Lợi ích của FACTS
Lợi ích về mặt tài chính
Các lợi ích tài chính mà có thể dễ dàng tính tốn được là:
a.





Mức bán hàng gia tăng nhờ dung lượng truyền tải tăng
Những chi phí cơng suất truyền tải do dung lượng truyền tải tăng
Tránh hoặc trì hỗn các khoản đầu tư vào các đường dây truyền tải cao
áp mới hoặc thậm chí là các nhà máy phát điện mới.

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 22

GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

Hình 2.9 cho thấy, mức độ bán hàng tăng thêm mỗi năm dựa vào chi phí/giá
khác nhau khi dung lượng đường dây truyền tải gia tăng. Hình 2.10 đưa ra mức đầu
tư điển hình cho các đường dây truyền tải AC cao áp mới.

Hình 2.9 Chi phí/giá khi cơng suất truyền tải tăng
Ví dụ 1:
Nếu qua việc sử dụng một thiết bị FACTS, dung lượng của một đường dây
truyền tải đầy tải có thể tăng 50 MW (ví dụ với các đường dây 132 kV hoặc cao
hơn), điều này có thể tăng mức bán hàng thêm 50 MW. Giả định rằng hệ số phụ tải
100% và giá bán hàng là 0,02 US$/kWh thì doanh số bán điện tăng mỗi năm sẽ là
8,8 triệu US$.
Ví dụ 2:
Giả định rằng chi phí đầu tư của một đường dây 400 kV dài 300 km là khoảng
45 triệu US$. Với lãi suất 10%, chi phí lãi suất hàng năm là 4,5 triệu US$. Chi phí
lắp đặt một thiết bị FACTS ví dụ là 20 triệu US$ có thể được chứng minh là tiết
kiệm nếu một khoản đầu tư như vậy có thể được tránh hay trì hỗn ít nhất 5 năm (5
x 4,5 = 22,5 triệu US$).
Các ví dụ trên chỉ là những tính tốn sơ lược để chỉ ra những lợi ích tiết kiệm
trực tiếp mà các thiết bị FACTS có thể mang lại.
Cịn có những lợi ích gián tiếp của việc sử dụng các thiết bị FACTS mà ta khó
tính tốn hơn. Những lợi ích này gồm việc tránh tổn thất của các ngành sản xuất do
mất điện (ví dụ ngành giấy, dệt may, ngành sản xuất chất bán dẫn, chip máy tính…)
hay sự sa thải phụ tải trong các thời điểm cao điểm của phụ tải.

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 23


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

Hình 2.10 Chi phí đầu tư cho đường dây truyền tải mới
Lợi ích về mặt kỹ thuật
Trong quá trình vận hành hệ thống thường tồn tại các tình trạng khơng bình
thường có thể dẫn đến gây mất ổn định của hệ thống. Bảng 2.1 sau đây cho ta thấy
được một số tình trạng vận hành khơng bình thường của hệ thống và cách giải quyết
thông thường cũng như khi lựa chọn sử dụng thiết bị FACTS.
So sánh ưu điểm về mặt kỹ thuật của một số thiết bị chính của FACTS có thể
được tóm tắt như bảng 2.2 sau:
b.

Điều khiển dịng
cơng suất

Điều khiển điện áp

Đáp ứng tĩnh

Đáp ứng động

SVC
STATCOM

TCSC
UPFC

Bảng 2.2 Ưu điểm của một số thiết bị FACTS

Tốt hơn

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 24


GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc

HVTH: Trương Minh Nhật Thạnh

Tình trạng

Cách giải quyết
thông thường
Bù tụ song song,
bù tụ nối tiếp.

Vấn đề liên Cách xử lý
quan
Điện áp thấp khi Cung
cấp
tải nặng
thêm
công

suất kháng
Giới
hạn
Cắt bớt công
điện áp
Điện áp cao khi suất kháng
tải nhẹ
Thu công suất
kháng

Giới
nhiệt độ

Đường dây hay
máy biến áp bị
hạn quá tải
Ngắt dòng trên
đường dây song
song

Sử dụng thiết
bị FACTS
SVC,
TCSC,
STATCOM

Cắt tụ

SVC,
TCSC,

STATCOM
Đóng tụ, bù SVC,
kháng
STATCOM
Thêm mới đường TCSC, UPFC,
dây hay máy TCPAR
biến áp
Giảm quá tải
Bù trở kháng nối SVC, TCSC
tiếp vào đường
dây
Giới
hạn Mắc thêm trở UPFC, TCSC
dòng điện tải kháng hay tụ nối
tiếp
Điều
chỉnh Thêm tụ hay trở UPFC, TCSC
trở kháng nối kháng nối tiếp
tiếp
Điều
chỉnh Thêm bộ PAR
UPFC, TCPAR
góc pha
Điều
chỉnh PAR
UPFC, TCPAR
góc pha

Chia tải đường
Trùng lắp dây song song

dịng cơng
suất
Đảo chiều dịng
cơng suất trực
tiếp
Bảng 2.2 Các trạng thái làm việc của hệ thống điện
và ứng dụng của các thiết bị FACTS
Những lợi ích của việc sử dụng thiết bị FACTS trong hệ thống truyền tải điện
có thể tóm tắt như sau:
 Tận dụng tốt hơn các tài sản đã có trên hệ thống truyền tải






Điều khiển dịng cơng suất theo u cầu
Giảm được cơng suất phản kháng vì vậy tăng cơng suất tác dụng truyền
tải trên đường dây
Giảm giao động hệ thống
Tăng khả năng tải của đường dây gần đến giới hạn ổn định nhiệt
Tăng đảm bảo an toàn và tin cậy cho hệ thống, giảm tổn thất trên đường
dây

Khảo Sát Các Chế Độ Làm Việc Của Bộ UPFC Trên Hệ Thống Điện

Trang 25