ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN

----------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ỨNG DỤNG SVC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN
ÁP VÀ DÒNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

GVHD: TS.NGUYỄN VĂN LIÊM
SVTH: HOÀNG MẠNH CƯỜNG
MSSV: 41100450

TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2015


LỜI CAM KẾT
Tôi cam kết:
• Đây là luận văn do tôi thực hiện.
• Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kì công trình nào khác.
• Dữ liệu tham khảo trong luận văn này đều được dẫn nguồn và có độ chính
xác cao nhất trong phạm vi hiểu biết của tôi.

2



Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế, hệ thống điện cũng
đang ngày càng phát triển với quy mô và độ phức tạp ngày càng lớn. Do đó vấn đề đặt
ra là phải đảm bảo cho hệ thống vận hành an toàn và hiệu quả nhất. Với các đường dây
truyền tải dài, việc đảm bảo điện áp luôn giữ ổn định trong ranh giới cho phép là một
yêu cầu bắt buộc để giữ ổn định hệ thống.
Nhằm đáp ứng yêu cầu này, các thiết bị điều khiển mới, hoạt động dựa trên nền
tản các thiết bị điện tử công suất được áp dụng ngày càng rộng rãi vào việc điều khiển
hệ thống điện. Các thiết bị này được gọi chung là thiết bị điều khiển xoay chiều linh
hoạt FACTS.
Có rất nhiều loại thiết bị FACTS thường dùng trong hệ thống, điển hình như SVC,
STACOM, UPFC, TCSC…Trong đó, thiết bị SVC ( Static VAR Compensor) được sử
dụng như một công cụ giúp cân bằng công suất tại các nút, qua đó đảm bảo điện áp
được giữ ổn định trong giới hạn cho phép. Nhiệm vụ của luận văn này là tìm hiểu cấu
tạo, nguyên lý hoạt động của SVC từ đó xây dựng mô hình SVC trong chế độ xác lập.
Thực hiện mô phỏng trên các mạng điện thực tế để cho thấy các lợi ích vượt trội khi sử
dụng SVC trong hệ thống điện.
Những kết quả thu được từ luận văn gồm:
-

Xây dựng mô hình SVC trong chế độ xác lập

-

Xác định nguyên lý điều khiển điện áp và bù công suất phản kháng của SVC.

-

Kiểm chứng được khả năng điều khiển điện áp của SVC tại tất cả các nút tải
của hệ thống điện đơn giản 5 nút bằng giản đồ điện áp.


9


Ký hiệu

Định nghĩa

Đơn vị

FACTS

Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt

---

SVC

Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng Thyristor

---

STACOM

Thiết bị bù ngang điều khiển bằng Thyristor

---

TCSC

Thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor


absV ( k )

Biên độ điện áp tại nút thứ k

kV

δ (k )

Góc pha điện áp tại nút thứ k

radian

kload (k )

Mảng chứa thống số nút tải thứ k

---

kgen(k )

Mảng chứa thông số nút máy phát thứ k

---

kSVC (k )

Mảng chứa thông số nút SVC

---


θ ij

Góc pha tổng dẫn nhánh

radian

Qinj (k )

Công suất phản kháng bù tại nút thứ k

MVAr

Qgen ( k )

Công suất phản kháng tại máy phát thứ k

MVAr

Qgen min ( k )

Công suất phản kháng cực tiểu của máy phát thứ k

MVAr

Qgen max ( k )

Công suất phản kháng cực đại của máy phát thứ k

MVAr

thiết bị có công suất lớn, điện áp cao đã tạo tiền đề cho sự ra đời của công nghệ
FACTS mà điển hình là thiết bị bù tĩnh SVC-thế hệ đầu tiên được bắt đầu phát triền từ
năm 1970. Sự xuất hiện của thiết bị SVC đã giải quyết được các yêu cầu mà các thiết
bị bù cổ điển trước đây chưa đáp ứng được như:
-

Cải thiện chất lượng điện áp của hệ thống điện khi xảy ra sự cố (Hình 1.1).

-

Giảm biên độ dao động công suất (Hình 1.2).

-

Tăng khả năng truyền tải điện (Hình 1.3).

-

Duy trì điện áp, chống lại sự bất ổn định điện áp (Hình 1.4).

-

Thời gian đáp ứng nhanh (Hình 1.5).

Hoàng Mạnh Cường

11


GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

được các nước khác chú ý đến và đã có những bước tiến rõ rệt trong việc nghiên cứu
khảo sát, ứng dụng. Số lượng SVC được lắp đặt ngày càng nhiều hơn, số quốc gia tiến
hành sử dụng thiết bị ngày càng tăng.
Một số quốc gia điển hình trong việc sử dụng mô hình SVC với quy mô lớn:
- Miền trung Na-uy : 2 SVC đã được lắp đặt trong lưới điện 420/300 kV với mức
công suất phản kháng điều khiển là -250 MVAr đến 250 MVAr.
- Khu vực gần Rawlings, Maryland ở Hoa Kỳ là khu vực có độ độ tin cậy truyền
tải rất thấp. Năm 2007 để nâng cao độ tin cậy cho đường dây truyền tải 500kV,
một bộ SVC rất lớn đã được lắp đặt tại đây với giới hạn công suất phản kháng
điều khiển rất rộng từ -145 MVAr đến 575MVAr.
- Tại Ả Rập, ba SVC lớn đã được lắp đặt và đưa vào vận hành trong các năm
2008-2009 với công suất phản kháng điều khiển từ -60 MVAr đến 600 MVAr.
- Tại khu vực Bretagne nước Pháp đã lắp đặt 2 bộ SVC với điện áp đặt là 225 kV
và công suất phản kháng điều khiển lần lượt của hai máy là -100 MVAr đến 200
MVAr và -50 MVAr đến 100 MVAr.
- Tại thủ đô London- vương quốc Anh, có tới 7 SVC tham gia vào hoạt động của
tuyến đường sắt cao tốc. Trong đó, có 6 SVC hoạt động với công suất phản
kháng điều khiển là -5 MVAr đến 40 MVAr, SVC thứ 7 có công suất phản
kháng điều khiển là -80 MVAr đến 170 MVAr.
Càng về sau càng có nhiều quốc gia trên thế giới tiến hành lắp SVC để nâng cao độ
ổn định, cũng như khả năng truyền tải trong hệ thống điện. Điều này làm cho SVC
ngày càng hoàn thiện hơn về mặt công nghệ, và có thể đáp ứng tốt hơn nhu cầu sử
dụng điện. Đặc biệt là những khu vực đòi hỏi sử dụng điện với chất lượng cao.

Hoàng Mạnh Cường

14


GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Hoàng Mạnh Cường

16


TÌM HIỀU VỀ SVC

2.2 Cấu tạo SVC

Hình 2.9 Cấu tạo của một hệ thống SVC hoàn chỉnh.[4]
SVC là thiết bị bù ngang dùng để phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng được
điều khiển bằng cách tăng hay giảm góc mở của Thyristor, được tổ hợp từ hai thành
phần cơ bản :
- Thành phần cảm kháng: Dùng để tác động về mặc công suất phản kháng, tác
động này có thể là phát hay tiêu thụ công suất phản kháng tùy theo chế độ vận
hành.
- Thành phần điều khiển: Bao gồm các thiết bị điện tử như thyristor và các van
đóng mở.
SVC được cấu tạo gồm hai phần chính bao gồm:
- TCR – thyristor controlled reactor: Kháng điều chính bằng thyristor, có chức
năng điều khiển chỉnh liên tục công suất phản kháng tiêu thụ.
- TSC – thyristor swiched capacitor : Bộ tụ đóng mở bằng thyristor, có chức năng
phát công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor.
Các thành phần trên liên kết với nhau theo đúng trật tự nhất định như sơ đồ nguyên
lý Hình 2.10 cho trường hợp 1 pha và Hình 2.11 cho trường hợp 3 pha.

Hoàng Mạnh Cường

17



Hình 2.12 Mô hình TCR một pha và Valve Thyristor

Hình 2.13 Cấu trúc của một modul valse Thyristor của bộ SVC [3]

Hoàng Mạnh Cường

19


TÌM HIỀU VỀ SVC

Hình 2.14 Cấu trúc TCR thực tế [4]
Đóng ngắt có điều khiển các Thyristor kết hợp với đáp ứng của cuộn kháng tuyến
tính cho phép điện kháng hiệu dụng ở tần số cơ bản của TCR thay đổi một cách liên
tục từ giá trị điện kháng xác định của cuộn kháng (ứng với trạng thái hoàn toàn dẫn
của Thyristor ) đến một giá trị vô hạn (ứng với trạng thái ngắt của Thyristor ). Điện
kháng của bộ TCR được xác định qua biểu thức sau:
X tcr (α ) = X L

π
π − 2α − sin(α )

(2.1)

Trong đó:
-

α



Hoàng Mạnh Cường

21


TÌM HIỀU VỀ SVC

Hình 2.16 Cấu trúc TSC thực tế [4]
2.2.3 Bộ lọc sóng hài.
Dòng điện tại góc kích

α =0

có dạng hình sin. Khi góc kích

α ≠0

ngoài dòng điện

được tạo ra ở tần số cơ bản, TCR còn tạo ra các sóng hài làm cho dòng điện không còn
ở dạng hình sin như khi kich góc

α =0

. Sóng hài được tạo ra là các sóng hài bậc lẽ với

biên độ:
Ln (α ) =


Một phương pháp khác để loại bỏ sóng hài là sắp xếp 12 TCR tạo thành hai hệ 3
pha TCR giống nhau được đấu theo mô hình tam giác (Hình 2.18), một đầu được nối
với nhau theo mô hình tam giác, đầu còn lại được nối với cuộn thứ cấp của máy biến
áp. Do điện áp của hai cuộn thứ cấp máy biến áp lệch nhau một góc
có bậc có dạng

6(2k + 1) − 1

và

6(2k + 1) + 1

30o

nên các sóng

được loại bỏ, như các hài bậc 5, bậc 7, bậc

17, bậc 19…tại tất cả các góc kích trễ pha thì dòng điện được tạo ra luôn luôn có dạng
gần sin.

Hoàng Mạnh Cường

23


TÌM HIỀU VỀ SVC

Hình 2.18 Loại bỏ sóng hài bằng cách đấu TCR theo mô hình tam giác [2]
Tuy nhiên dù có được kết nối theo hình thức nào đi nữa thì TCR cũng không loại bỏ