Ứng dụng thiết bị FACTS để nâng cao hiệu quả điều khiển ổn định điện áp trong hệ thống điện

I. Giới thiệu

Phân tích và điều khiển ổn định điện áp rất cần thiết khi hệ thống điện phải vận hành tiệm cận các giới hạn ổn định, kể cả giới hạn ổn định điện áp. Một trong những nguyên nhân dẫn đến mất ổn định điện áp của hệ thống điện là thiếu công suất phản kháng hổ trợ cho hệ thống. Việc cải thiện khả năng điều khiển công suất phản kháng của hệ thống bằng thiết bị FACTS (Flexible AC Transmission System) là một biện pháp ngăn chặn sự mất ổn định điện áp và đặc biệt là ngăn ngừa khả năng sụp đổ điện áp. Bài viết dưới đây sẽ trình bày mô hình hệ thống điện có các bộ điều khiển FACTS để mô phỏng ổn định điện áp cho hệ thống điện bằng ngôn ngữ lập trình MATLAB.

II. Cơ sở xây dựng mô hình phân bố công suất

Phương trình phân bố công suất tại một thanh cái cho biết trước công suất phát, phụ tải và các công suất trao đổi chạy qua các phần tử của đường dây truyền tải kết nối đến thanh cái này phải được cộng lại bằng không. Đó là các phương trình điều kiện “phương trình độ thay đổi công suất” tại thanh cái. Công suất tác dụng và phản kháng truyền tải và , là những hàm số của các điện áp nút, tổng trở và được tính toán bằng cách sử dụng các phương trình phân bố công suất.

Hình 1. Cân bằng công suất tại thanh cái k: (a) công suất tác dụng, (b) công suất phản kháng

III. Mô hình các bộ điều khiển FACTS

Trong nghiên cứu ổn định điện áp, người ta thường quan tâm nhiều đến bộ điều khiển bù tĩnh SVC và bộ điều khiển bù đồng bộ STATCOM. Các mô hình đó được xây dựng trên cơ sở các phương trình phân bố công suất và phương pháp phân bố công suất Newton-Raphson. Trong hình 2 bộ SVC có thể được xem như là một cuộn kháng điều chỉnh được có góc kích giới hạn hoặc tổng trở giới hạn. Bằng cách thay đổi góc kích – mở công tắc điều khiển Thyristor để điều chỉnh tổng dẫn song song Bvsc .

Hình 2. Mơ hình tổng dẫn song song thay đổi của bộ SVC

Bộ STATCOM trình bày trong hình 3 bao gồm một bộ chuyển đổi nguồn áp (VSC) và một máy biến áp liên kết kiểu nối shunt.

Hình 3. Sơ đồ khối bộ bù đồng bộ STATCOM

IV. Kết quả mô phỏng

Xem xét mạng điện gồm 5 nút, tiến hành chạy phần mềm mô phỏng được lập trình bằng ngôn ngữ MATLAB cho các trường hợp khác nhau, thu được kết quả điện áp nút, trào lưu công suất, công suất bù, góc kích–mở Thyristor, tổn thất công suất, điện áp ra STATCOM. Kết quả phân bố công suất khi có SVC đặt tại thanh cái 4, phụ tải tăng 40% so với phụ tải ở chế độ vận hành thông thường, SVC phát công suất phản kháng cần thiết 49.55 MVAr, ứng với góc kích - mở Thyristor 140.50o để giữ điện áp tại thanh cái 4 bằng 1 p.u.

Hình 4. Sơ đồ phân bố công suất khi phụ tải tăng 40%, có SVC tại thanh cái 4

Khi đặt SVC tại thanh cái 3, mạng điện vận hành ở các chế độ đặc trưng: Bình thường, quá tải và non tải. Bộ điều khiển SVC sẽ điều chỉnh góc kích-mở thyristor để phát/hấp thụ lượng công suất phản kháng cần thiết giữ điện áp tại thanh cái có nối SVC ở giá trị định mức. Khi đặt STATCOM tại thanh cái 3, ở chế độ phụ tải bình thường, nó phát 20.5 MVAr, điện áp đầu ra l 1.0205 p.u, để giữ ổn định điện áp thanh cái 3 bằng giá trị định mức.

V. Kết luận

Bài viết đã giới thiệu mô hình, mô phỏng phân bố công suất mạng điện từ đó đánh giá và điều khiển ổn định điện áp, cho thấy sự linh hoạt điều khiển góc kích - mở thyristor để giữ ổn định điện áp cho thanh cái có nối SVC, STATCOM và nâng cao ổn định cho hệ thống.

Hướng phát triển của nghiên cứu là xây dựng mô hình để mô phỏng điều khiển ổn định điện áp và trào lưu công suất trong hệ thống điện.