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

LÊ QUANG HOÀNG

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ SỬ DỤNG THIẾT BỊ FACTS
ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM SƠ ĐỒ NĂM 2015

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Kỹ Thuật Điện

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
GS. TS. LÃ VĂN ÚT

Hà Nội – Năm 2011

1


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu có trong thuyết minh được lấy từ các tài liệu
tham khảo; các quy hoạch điện lực, quyết định của Bộ Công Thương và công ty
truyền tải điện trong nước … Thuyết minh và kết quả tính toán được bản thân tôi
thực hiện.

 

 

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN…………………………………………………………………...1
MỤC LỤC…………………………………………………………………………..2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT......................................... 5 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................. 7 
C hư ơ ng 1  

HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU LINH

HOẠT - FACTS …………………………………………………………………11 
1.1  

GIỚI THIỆU CHUNG .............................................................................. 11 

1.2  

CÁC ỨNG DỤNG THIẾT BỊ FACTS TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN....... 12 

1.2.1  

Các nguyên lý điều khiển sử dụng trong thiết bị điều khiển FACTS 12 

1.2.2  

Các thiết bị FACTS cơ bản ứng dụng trong hệ thống điện................ 15 


1.2.3  

Các lợi ích và ứng dụng của thiết bị điều khiển FACTS: .................. 27 

1.3  

KẾT LUẬN ............................................................................................... 31 

Ch ư ơ ng 2  

THIẾT BỊ BÙ DỌC CÓ ĐIỀU KHIỂN BẰNG THYRISTOR -

TCSC

………………………………………………………………….32 

2.1  

CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TCSC ........................... 32 

2.1.1  

Cấu tạo của TCSC .............................................................................. 32 

2.1.2  

Nguyên lý làm việc của TCSC ........................................................... 33 

2.2  


PHẦN ĐIỀU KHIỂN CỦA TCSC ............................................................ 35 

2.2.1  

Khối điều khiển ngoài của TCSC ...................................................... 35 

2.2.2  

Khối điều khiển trong của TCSC ....................................................... 37 

2.3  

HIỆU QUẢ ĐIỀU KHIỂN TCSC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐỘNG HTĐ39 

2.3.1  

Phân tích hiệu quả điều khiển TCSC theo tác động rời rạc ............... 39 

3


2.3.2  
2.4  

Hiệu quả điều khiển TCSC theo tác động liên tục ............................. 42 

KẾT LUẬN ............................................................................................... 46 

C hư ơ ng 3  


NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ ÁP DỤNG THIẾT BỊ FACTS

NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM SƠ ĐỒ NĂM 2015 . 47 
3.1  

PHẦN MỀM TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG ................................................ 47 

3.1.1  

Tính toán, mô phỏng chế độ xác lập trong chương trình PSS/E ........ 47 

3.1.2  

Tính toán, mô phỏng chế độ quá độ trong chương trình PSS/E ........ 54 

3.1.3  

Mô hình thiết bị TCSC trong chương trình PSS/E ............................ 60 

3.2  

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM ĐẾN NĂM 2015 ...................... 64 

3.3  

PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP VÀ CHẾ ĐỘ QUÁ ĐỘ MỘT SỐ CHẾ

ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM NĂM 2015 KHI CHƯA SỬ
DỤNG TCSC ........................................................................................................ 68 
3.3.1  


Chế độ xác lập .................................................................................... 68 

3.3.2  

Chế độ quá độ..................................................................................... 70 

3.4  

HIỆU QUẢ SỬ DỤNG THIẾT BỊ TCSC ................................................ 77 

3.4.1  

Đề xuất vị trí đặt và thông số TCSC .................................................. 77 

3.4.2  

Chế độ quá độ khi sử dụng thiết bị TCSC ......................................... 78 

3.5  

KẾT LUẬN ............................................................................................... 86 

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................... 87 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 88 
PHỤ LỤC………………………………………………………………………….87

4



DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Chữ viết tắt

Ý Nghĩa

1

HTĐ

2

STATCOM

3

SVC

Static Var Compensator

4

TCSC

Thyristor Controlled Series Capacitor

5

UPFC


Unified Power Flow Controller

6

TCPAR

Thyristor Controlled Phase Angle

7

FACTS

Flexible Alternating Current
Transmission Systems

8

NMĐ

Nhà máy điện

9

VSC

Voltage Source Converter

10


DC

Direct current

11

AC

Alternate Current

12

CĐXL

Chế độ xác lập

13

CĐQĐ

Chế độ quá độ

Chú thích

Hệ thống điện
Static sychronous Compensator

5

Bộ bù đồng bộ tĩnh

Bộ bù tĩnh

Hệ thống truyền tải
điện xoay chiều linh
hoạt

Bộ biến đổi nguồn áp


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng

1-1 So sánh hiệu quả điều khiển của một số thiết bị FACTS......................... 27
1-2 Các ứng dụng với trạng thái xác lập của FACTS ................................... 28
1-3 Các ứng dụng với trạng thái động của FACTS ....................................... 29
3-1 Khối lượng đường dây và trạm biến áp................................................... 64
3-2 Cân bằng cung cầu hệ thống điện Việt Nam đến năm 2015 ................... 66
3-3 Kết quả trào lưu công suất trên một số đường dây 500kV năm 2015 ..... 68

6


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1-1 Bộ điều khiển nối tiếp .............................................................................. 13
Hình 1-2 Bộ điều khiển song song .......................................................................... 13

Hình 1-3 Bộ điều khiển kết hợp nối tiếp – nối tiếp ................................................. 14
Hình 1-4 Bộ điều khiển kết hợp nối tiếp - song song. ............................................. 14
Hình 1-5 Cấu tạo chung của SVC. .......................................................................... 15
Hình 1-6 Cấu tạo của STATCOM. .......................................................................... 17
Hình 1-7 BESS ......................................................................................................... 18
Hình 1-8 SVC........................................................................................................... 20
Hình 1-9 SSSC dựa trên bộ biến đổi nguồn áp và SSSC có nguồn dự trữ. ............. 21
Hình 1-10 Cấu tạo chung của TCSC và TSSC ....................................................... 23
Hình 1-11 Cấu tạo chung của TCSR và TSSR. ....................................................... 23
Hình 1-12 Cấu tạo chung của UPFC. ..................................................................... 24
Hình 1-13 Cấu tạo chung của TCPST .................................................................... 25
Hình 1-15 TCVR loại dựa trên đầu phân áp và loại dựa trên sự đưa thêm điện áp
vào đường dây. ......................................................................................................... 26
Hình 1-14 TCVL ..................................................................................................... 26
Hình 2-1 Cấu tạo cơ bản của TCSC........................................................................ 32
Hình 2-2 Đặt tính điều chỉnh của TCSC ................................................................. 34
Hình 2-3 Sơ đồ khối điều khiển ngoài của TCSC ................................................... 35
Hình 2-4 Cấu trúc vòng lặp điều khiển ổn định của TCSC .................................... 36
Hình 2-5 Sơ đồ khối điều khiển trong của TCSC dựa trên sự đồng bộ thành phần
cơ bản của dòng điện ............................................................................................... 38
Hình 2-6 Sơ đồ điều khiển trong của TCSC dựa trên sự đồng bộ thành phần cơ bản
của dòng điện ........................................................................................................... 38
Hình 2-7 TCSC trong sơ đồ điện đơn giản ............................................................. 39
Hình 2-8 Hiệu quả tác động đóng cắt tụ bù dọc ..................................................... 40
Hình 2-9 Hiệu quả tác dộng TCSC theo tín hiệu công suất .................................... 44
Hình 2-10 Hiệu quả tác động của TCSC theo tính hiệu dòng điện và góc lệch δ .. 45
Hình 3-1 Mô hình TCSC trong chương trình PSS/E ............................................... 61
Hình 3-2 Thống kê sự cố trên lưới 500kV giai đoạn 1994 – 2009Nguồn: TTĐĐ
Quốc gia) .................................................................................................................. 64
Hình 3-3 Sơ đồ lưới điện 500kV Việt Nam năm 2015 ............................................. 67

Hình 3-4 Dao động góc pha .................................................................................... 72
Hình 3-5 Dao động tần số ....................................................................................... 73
7


Hình 3-6 Dao động công suất phát các tổ máy tại NMTĐ Hòa Bình và NMNĐ
Vũng Áng .................................................................................................................. 73
Hình 3-7 Dao động điện áp ..................................................................................... 74
Hình 3-8 Dao động công suất trên các mạch đường dây 500kV ............................ 74
Hình 3-9 Dao động góc pha .................................................................................... 75
Hình 3-10 Dao động tần số ..................................................................................... 75
Hình 3-11 Dao động công suất phát các tổ máy tại NMTĐ Hòa Bình và NMNĐ
Vũng Áng .................................................................................................................. 76
Hình 3-12 Dao động điện áp ................................................................................... 76
Hình 3-13 Dao động động công suất trên các mạch đường dây 500kV ................. 77
Hình 3-14 Sơ đồ lưới 500kV Việt Nam năm 2015 khi có sử dụng thiết bị TCSC ... 80
Hình 3-15 Dao động góc pha .................................................................................. 81
Hình 3-16 Dao động tần số ..................................................................................... 81
Hình 3-17 Dao động công suất phát các tổ máy tại NMTĐ Hòa Bình và NMNĐ
Vũng Áng .................................................................................................................. 82
Hình 3-18 Dao động điện áp ................................................................................... 82
Hình 3-19 Dao động động công suất trên các mạch đường dây 500kV ................. 83
Hình 3-20 Dao động góc pha .................................................................................. 84
Hình 3-21 Dao động tần số ..................................................................................... 84
Hình 3-22 Dao động công suất phát các tổ máy tại NMTĐ Hòa Bình và NMNĐ
Vũng Áng .................................................................................................................. 85
Hình 3-23 Dao động điện áp ................................................................................... 85
Hình 3-24 Dao động động công suất trên các mạch đường dây 500kV ................. 86

8



MỞ ĐẦU
I.

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Để đảm bảo cho nền đà phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế nước ta, hệ

thống điện Việt Nam ngày càng được đầu tư phát triển lớn mạnh về quy mô và chất
lượng. Cùng với sự đầu tư mạnh mẽ để xây dựng các trung tâm nguồn điện lớn,
lưới điện truyền tải siêu cao áp, thì Ngành Điện cũng chú trọng việc áp dụng các
tiến bộ khoa học kỹ thuật nhằm hiện đại hóa lưới điện truyền tải.
Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của kỹ thuật điện tử, công nghệ chế
tạo các thyristor công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển nên các thiết bị bù
dùng thyristor đang được nghiên cứu và ứng dụng. Ở những nước có công nghệ tiên
tiến các thiết bị bù dọc, bù ngang điều chỉnh bằng thyristor đã được ứng dụng và
mang lại hiệu quả cao. Các thiết bị này có tên gọi chung là FACTS (Flexible
Alternate Curent Transmission System), có khả năng điều chỉnh, điều khiển để
nâng cao ổn định hệ thống, tăng khả năng tải, giúp vận hành hệ thống điện một
cách linh hoạt, hiệu quả trong chế độ bình thường cũng như trong chế độ sự cố.
Đề tài luận văn được đặt ra là để nghiên cứu hiệu quả sử dụng của các thiết
bị FACTS đối với Hệ Thống Điện Việt Nam sơ đồ năm 2015, trong đó tập trung
vào việc nghiên cứu tác dụng nâng cao ổn định thống điện siêu cao áp Việt Nam
năm 2015 của thiết bị TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor).

II.
-

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của TCSC

trong việc nâng cao khả năng ổn định của hệ thống điện.

-

Phạm vi nghiên cứu: Áp dụng thiết bị TCSC vào hệ thống điện siêu cao áp
Việt Nam để nâng cao ổn định của hệ thống điện năm 2015.

III.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

-

Tổng quan về nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCSC.

-

Hiệu quả của việc ứng dụng thiết bị TCSC vào hệ thống điện siêu cao áp.

-

Mô phỏng thiết bị TCSC trong phần mềm PSS/E tính toán phân tích chế độ
xác lập và chế độ quá độ hệ thống điện.
9


-

Phân tích hiệu quả nâng cao ổn định hệ thống của TCSC trong hệ thống điện
Việt Nam năm 2015.


IV.

BỐ CỤC LUẬN VĂN

Với phạm vi nghiên cứu trên, luận văn được bố cục thành 3 chương gồm các
nội dung chính sau:
Chương 1: Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt - FACTS
Chương 2:Thiết bị bù dọc có điều khiển bằng Thyristor - TCSC
Chương 3:Nghiên cứu hiệu quả áp dụng thiết bị TCSC nâng cao ổn định
hệ thống điện Việt Nam sơ đồ 2015
Với hạn chế về năng lực cũng như thời gian, luận văn không thể tránh
khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong được sự góp ý chân thành của tất cả
các quý Thầy, Cô, các bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện
hơn.

10


Chương 1 HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN XOAY
CHIỀU LINH HOẠT - FACTS
1.1

GIỚI THIỆU CHUNG
Sự phát triển không ngừng của nhân loại đòi hỏi hệ thống điện phải phát

triển tương ứng để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng của con người. Xu
hướng phát triển của hệ thống điện không chỉ trải rộng trên một vùng lãnh thổ mà
còn liên kết giữa các vùng, miền, quốc gia và giữa các khu vực. Việc hình thành các
lưới điện liên kết đã phát sinh nhiều vấn đòi hỏi các nhà khoa học phải giải quyết,

nổi cộm như là vấn đề giới hạn công suất truyền tải, tính ổn định của hệ thống điện
… Các nhà khoa học đã không ngừng nghiên cứu, phát triển công nghệ mới để khai
thác triệt để khả năng huy động nguồn, khả năng truyền tải và nâng cao độ tin cậy
để áp dụng cho hệ thống điện liên kết hiện đại – nơi là tập hợp của rất nhiều nguồn
đa dạng, lưới điện phức tạp và yêu cầu cao của chất lượng điện năng.
Đối với các hệ thống điện lớn, thì các biện pháp phát triển truyền thống như
xây dựng nhiều nguồn điện mới, nhiều lưới điện mới, nâng cao điện áp dẫn điện gây
nhiều tốn kém về kinh tế, tăng tổn thất công suất và giảm độ tin cậy của hệ thống
điện. Do đó, hệ thống điện truyền tải ngày nay ngày càng áp dụng nhiều công nghệ
mới như công nghệ điện tử công suất, công nghệ vật liệu mới, công nghệ siêu dẫn,
công nghệ thông tin, công nghệ viễn thông.v.v... Xu hướng phát triển của hệ thống
điện truyền tải hiện nay là vừa phát triển hệ thống lưới truyền tải mới vừa ứng dụng
công nghệ truyền tải điện xoay chiều linh hoạt để giảm vốn đầu tư, tăng hiệu quả
làm việc của hệ thống điện.
FACTS (Flexible AC Transmission System - hệ thống truyền tải xoay chiều
linh hoạt) là tên gọi chung của một loại thiết bị giờ đây đã trở thành quen thuộc đối
với ngành truyền tải điện trên thế giới, vì đó là phương tiện linh hoạt để củng cố
những vùng yếu của lưới điện. Các thiết bị này hoàn toàn đáp ứng yêu cầu hiện nay

11


như bù công suất phản kháng, ổn định điện áp, điều chỉnh điện, ổn định quá trình
quá độ. Nhiều công ty điện lực tuy gặp những vấn đề về lưới điện nhưng lại rất khó
khăn khi tiến hành những công trình lớn nhằm cải thiện lưới truyền tải của họ. Xây
dựng đường dây mới mất nhiều thời gian, đã vậy ở nhiều nước những dự án này
thường vấp phải sự phản đối mãnh liệt của người dân địa phương do những dự án
này chiếm một hành lang an toàn lưới điện khá lớn, vấn đề về từ trường xung quanh
khu vực có đường dây truyền tải đi qua tiếp theo đó, lại còn vấn đề chi phí của dự
án. Những công ty điện lực hoạt động trên thị trường phi điều tiết chịu sức ép ghê

gớm buộc họ phải duy trì chi phí bảo dưỡng ở mức càng thấp càng tốt, xây dựng
đường dây mới rõ ràng là phương án tốn kém. Đối với các công ty điện lực, cải
thiện lưới điện mà chỉ đơn thuần dựa vào việc tăng công suất nguồn hoặc củng cố
đường dây truyền tải giờ đây không còn khả thi nữa. Các đơn vị vận hành lưới
truyền tải một khi không có quyền điều khiển công suất nguồn, lại ít tự do hơn trong
việc điều hành cơ sở hạ tầng truyền tải, đương nhiên là họ sẽ phải tìm đến những
công nghệ tiên tiến hơn để giải quyết các vấn đề về lưới điện. Vì vậy, TCSC
(Thyristor Controlled Series Capacitor), cũng như các thiết bị FACTS khác, giờ đây
thu hút sự quan tâm của các công ty điện lực đang khát khao tìm tòi những giải
pháp hợp với túi tiền hơn cho các vấn đề về lưới điện.

1.2

CÁC ỨNG DỤNG THIẾT BỊ FACTS TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.2.1 Các nguyên lý điều khiển sử dụng trong thiết bị điều khiển FACTS
Nói chung, các thiết bị điều khiển FACTS có thể chia ra làm 4 loại sau:
-

Thiết bị điều khiển dọc (nối tiếp)

-

Thiết bị điều khiển ngang (song song)

-

Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp-nối tiếp

-


Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp-song song

•

Thiết bị điều khiển nối tiếp (hình 1.1): Thiết bị điều khiển nối tiếp có thể là 1

điện kháng thay đổi được giá trị như tụ điện, kháng điện, ... hoặc 1 nguồn có thể

12


thay đổi dựa trên các thiết bị điện tử công suất. Về nguyên lý, tất cả các thiết bị điều
khiển nối tiếp đưa vào 1 điện áp nối tiếp với đường dây. Với điều kiện là điện áp
vuông pha với dòng điện, thiết bị điều khiển nối tiếp chỉ cung cấp hoặc tiêu thụ
công suất phản kháng. Bất kỳ mối quan hệ pha khác sẽ liên quan đến điều chỉnh
công suất tác dụng.

Hình 1-1 Bộ điều khiển nối tiếp
•

Thiết bị điều khiển song song (hình 1.2): Giống như trường hợp thiết bị điều

khiển dọc, thiết bị điều khiển song song có thể là 1 điện kháng, 1 nguồn có thể thay
đổi giá trị hoặc sự kết hợp các thiết bị này. Về nguyên lý, tất cả các thiết bị điều
khiển song song đưa thêm vào đường dây 1 nguồn dòng tại điểm mà nó nối vào.
Giống như thiết bị điều khiển nối tiếp, với điều kiện là dòng điện vuông pha với
điện áp pha, thiết bị điều khiển song song cũng chỉ cung cấp hoặc tiêu thụ công suất
phản kháng. Bất kỳ mối quan hệ pha khác sẽ liên quan đến điều chỉnh công suất tác
dụng.


Hình 1-2 Bộ điều khiển song song
•

Các thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp- nối tiếp (hình 1.3): có thể là sự kết

hợp của các bộ điều khiển nối tiếp riêng lẻ, được điều khiển phối hợp trong hệ

13


thống nhiều đường dây truyền tải. Hoặc nó cũng có thể là một bộ điều khiển khối,
trong đó bộ điều khiển nối tiếp bù công suất phản kháng nối tiếp độc lập cho mỗi
đường dây nhưng cũng truyền công suất tác dụng giữa các đường dây qua đường
truyền công suất. Khả năng truyền công suất tác dụng của bộ điều khiển nối tiếp-nối
tiếp khối, làm cho nó có khả năng cân bằng cả công suất phản kháng lẫn tác dụng
chạy trên đường dây và do đó cực đại hóa khả năng sử dụng của đường dây. Cụm từ
“kết hợp” (unified) ở đây nghĩa là các đầu dc của tất cả các bộ chuyển đổi của bộ
điều khiển đều được nối với nhau để truyền tải công suất tác dụng.

Hình 1-3 Bộ điều khiển kết hợp nối tiếp – nối tiếp
•

Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp- song song (hình 1.4): là sự kết hợp của

các bộ điều khiển nối tiếp và song song, được điều khiển theo 1 cách thức phối hợp.
Về nguyên lý, bộ điều khiển kết hợp nối tiếp song song đưa dòng điện vào hệ thống
nhờ phần tử song song của bộ điều khiển, tuy nhiên khi các bộ điều khiển nối tiếp
và song song được kết hợp, sẽ có sự trao đổi công suất tác dụng giữa bộ điều khiển
nối tiếp và song song thông qua đường dẫn công suất.


Hình 1-4 Bộ điều khiển kết hợp nối tiếp - song song.

14


1.2.2 Các thiết bị FACTS cơ bản ứng dụng trong hệ thống điện
1. Bộ điều khiển song song (Bộ điều khiển ngang)
a.
SVC (Static Var Compensator) - Bộ bù tĩnh: là 1 máy phát hoặc bộ tiêu thụ
điện tĩnh có thể thay đổi được, nối song song, mà công suất đầu ra của nó có thể
được điều chỉnh để trao đổi dòng điện điện cảm hoặc điện dung, để duy trì hoặc
điều khiển các thông số cụ thể của hệ thống điện (điển hình là điện áp nút)

Hình 1-5 Cấu tạo chung của SVC.
Đây là một thuật ngữ nói chung để chỉ các bộ (reactor hoặc capacitor) đóng
mở hoặc điều khiển bằng thyristor (hình 1.5). SVC dựa trên thyristor không có cổng
turn-off. Nó bao gồm các thiết bị riêng lẻ cho mục đích thay đổi pha nhanh hơn
hoặc chậm hơn, điện kháng được đóng mở hoặc điều khiển bằng thyristor dùng để
tiêu thụ công suất phản kháng và tụ điện đóng mở bằng thyristor để cung cấp công
suất phản kháng.
Trong trường hợp chung, SVC được cấu tạo từ 3 loại phần tử cơ bản: TCR
(Thyristor Controlled Reactor), TSR (Thyristor Switched Reactor), TSC (Thyristor
Switched Capacitor)
TCR (Thyristor Controlled Reactor) – Cuộn kháng điều chỉnh bằng
thyristor: là cuộn cảm được điều khiển bằng thyristor, mắc song song, điện kháng
của nó thay đổi liên tục bằng cách điều chỉnh góc dẫn của van thyristor (thiết bị
kháng có tham số được điều chỉnh trơn)

15



TCR là 1 tập con của SVC mà thời gian dẫn dòng, kéo theo dòng điện, trong
cuộn kháng ngang, được điều khiển bằng khóa xoay chiều dựa trên thyristor có điều
khiển góc đánh lửa (góc mở)
TSR (Thyristor Switched Reactor) – Cuộn kháng đóng mở bằng thyristor: là
cuộn cảm đóng mở bằng thyristor, nối song song, mà điện kháng của nó được thay
đổi theo bậc theo trạng thái dẫn dòng hoặc không dẫn dòng của van thyristor.
TSR được tạo ra từ các cuộn kháng mắc song song, có thể đóng và cắt bằng
thyristor mà không điều khiển góc đánh lửa nhằm đạt được sự thay đổi dạng bậc
thang trong công suất phản kháng tiêu thụ từ hệ thống. Việc sử dụng các khóa
thyristor mà không điều khiển góc mở làm cho chi phí và tổn thất thấp, nhưng
không điều chỉnh trơn được.
TSC (Thyristor Switched Capacitor) – Tụ đóng cắt bằng thyristor: là 1 tụ
điện đóng cắt bằng thyristor, mắc song song, điện kháng của nó có thể thay đổi
dạng bậc thang bằng cách thay đổi độ dẫn dòng hoặc là không dẫn, hoặc là dẫn
dòng hoàn toàn của van thyristor.
TSC có các khóa xoay chiều dựa trên thyristor được sử dụng để đóng hoặc
cắt (không điều chỉnh góc đánh lửa) cả bộ tụ song song, nhằm đạt được sự thay đổi
bậc theo yêu cầu trong công suất phản kháng cung cấp cho hệ thống. Không giống
như bộ kháng ngang, bộ tụ ngang không thể đóng mở liên tục bằng cách điều khiển
góc đánh lửa.
Phối hợp 3 loại phần tử trên cho phép chế tạo được những kháng bù ngang
thay đổi được liên tục thông số (điện kháng, công suất) trong phạm vi đủ rộng (dấu
âm và dương) với giá thành hạ.
Các chức năng chính của SVC bao gồm:
Ổn định điện áp trong những hệ thống khó điều chỉnh (có đường dây siêu cao
áp, phụ tải lớn thay đổi), nhờ đó chất lượng điện áp được nâng cao đáng kể.
-


Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù.

-

Giảm quá điện áp khi xảy ra sự cố ngắn mạch trong HTĐ.

-

Điều khiển quá trình quá độ, nâng cao tính ổn định cho hệ thống.

Giảm dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ như ngắn mạch, mất
tải đột ngột...
16


-

Nâng cao giới hạn truyền tải của đường dây theo điều kiện ổn định tĩnh.

-

Giảm tổn thất công suất và điện năng.

b.
STATCOM (STATic synchronous COMpensator)- Bộ bù đồng bộ tĩnh: được
định nghĩa là một máy phát đồng bộ tĩnh hoạt động như 1 bộ bù tĩnh mắc song
song, dòng điện cảm hoặc dung có thể được điều khiển độc lập đối với điện áp hệ
thống.

Hình 1-6 Cấu tạo của STATCOM.

STATCOM là một trong những loại bộ điều khiển FACTS quan trọng. Nó có
thể dựa trên bộ chuyển đổi điện nguồn áp hoặc nguồn dòng. Xét về phương diện chi
phí, bộ chuyển đổi điện nguồn áp được ưa chuộng hơn, và được nhắc đến nhiều hơn
trong các bộ điều khiển FACTS vì lí do kinh tế.
Với bộ chuyển đổi điện nguồn áp, điện áp đầu ra xoay chiều của nó được
điều khiển sao cho chỉ phù hợp cho dòng công suất phản kháng theo yêu cầu tương
ứng với điện áp nút bất kỳ nào đó, điện áp tụ điện 1 chiều sẽ được điều chỉnh tự
động theo yêu cầu để hoạt động như nguồn áp cho bộ chuyển đổi điện. STATCOM
có thể được thiết kế để cũng hoạt động được như 1 bộ lọc để lọc các sóng hài.
STATCOM được định nghĩa ở trên là theo IEEE, là 1 tập hợp các bộ điều
khiển nối song song bao gồm cả các nguồn công suất tác dụng hoặc nguồn dự trữ ở
bên phía 1 chiều sao cho dòng điện bơm vào có thể chứa công suất tác dụng. Những
bộ điều khiển như vậy bao gồm:
SSG (Static Synchronous Generator) – Máy phát đồng bộ tĩnh: bộ chuyển
đổi công suất có khóa tự đảo mạch tĩnh được cung cấp từ 1 nguồn năng lượng phù
hợp và hoạt động để sinh ra 1 tập hợp các điện áp đầu ra nhiều pha có thể điều

17


chỉnh được, kết hợp cùng hệ thống điện xoay chiều cho mục đích trao đổi công suất
tác dụng và phản kháng một cách độc lập.
Rõ ràng là SSG là sự kết hợp của STATCOM và 1 nguồn năng lượng nào đó
để cung cấp hoặc tiêu thụ công suất. Nói chung SSG
được liên kết với bất kỳ một nguồn năng lượng nào đó
bao gồm battery, tụ điện 1 chiều công suất lớn, các bộ
đổi điện, chỉnh lưu khác, ... Người ta thường dùng giao
diện điện tử hay còn gọi là “chopper” (cái ngắt điện)
đặt giữa nguồn năng lượng và bộ chuyển đổi điện. Đối
với bộ chuyển đổi điện nguồn áp, nguồn năng lượng

nạp điện cho tụ thông qua giao diện điện tử này và duy
trì điện áp tụ điện theo yêu cầu.
Trong định nghĩa SSG cũng bao gồm BESS
(Hệ thống dự trữ năng lượng Battery), được định nghĩa
như sau:
BESS (Battery Energy Storage System) - Hệ
thống dự trữ năng lượng acquy: Một hệ thống dự trữ
Hình 1-7 BESS
năng lượng hóa học sử dụng bộ chuyển đổi điện nguồn
áp, nối song song có khả năng điều chỉnh nhanh chóng lượng điện năng cung cấp
hoặc tiêu thụ từ hệ thống.
Đối với ứng dụng truyền tải, kích cỡ của bộ dự trữ của BESS có xu hướng
nhỏ (hàng chục MWh) và nếu như công suất bộ chuyển đổi điện đủ lớn, nó có thể
phân phối công suất tác dụng với tỉ lệ MW/MWh cho ổn định quá độ. Bộ chuyển
đổi điện có thể tiêu thụ hoặc phát công suất phản kháng trong khả năng dung lượng
MVA của bộ chuyển đổi điện. Khi không cung cấp công suất tác dụng cho hệ
thống, bộ chuyển đổi điện thường được sử dụng để nạp pin ở 1 tốc độ có thể chấp
nhận được.
Ngoài ra còn có một hệ thống con khác của SSG, phù hợp cho các ứng dụng
truyền tải, là Dự trữ năng lượng từ siêu dẫn SMES (Superconducting Magnetic
Energy Storage), được định nghĩa bởi IEEE như sau:
SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage)- Bộ dự trữ năng lượng
từ siêu dẫn: là 1 thiết bị dự trữ năng lượng điện từ siêu dẫn có chứa các bộ chuyển

18


đổi điện điện tử, có khả năng bơm vào hoặc tiêu thụ công suất tác dụng, phản
kháng một cách nhanh chóng hoặc điều khiển động dòng công suất trong hệ thống
điện xoay chiều.

Vì dòng điện 1 chiều trong magnet không thay đổi nhanh chóng, năng lượng
đầu vào hoặc đầu ra của magnet được thay đổi nhờ việc điều khiển điện áp 2 đầu
magnet với giao diện điện tử để nối với STATCOM.
Các chức năng chính của STATCOM: cũng giống như của SVC nhưng khả năng
điều chỉnh, điều khiển các thông số của STATCOM ở mức cao hơn, bao gồm các
chức năng sau:
Điều khiển điện áp tại nút đặt STATCOM để ổn định điện áp, nhờ đó chất
lượng điện áp được nâng cao.
-

Điều khiển dòng công suất phản kháng tại nút được bù.

-

Giảm quá điện áp khi xảy ra sự cố (ngắn mạch, mất tải đột ngột...).

-

Giảm quá điện áp khi xảy ra sự cố ngắn mạch trong HTĐ.

-

Điều khiển quá trình quá độ, nâng cao tính ổn định cho hệ thống.

Giảm dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ như ngắn mạch, mất
tải đột ngột...
-

Nâng cao giới hạn truyền tải của đường dây theo điều kiện ổn định tĩnh.


-

Giảm tổn thất công suất và điện năng.

Ngoài ra STATCOM còn có các đặc điểm nổi trội so với SVC là:
Có khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi loại trừ
sự cố.
Có thể phát công suất phản kháng khi điện áp thanh cái nhỏ hơn điện áp lưới
và ngược lại, tiêu thụ công suất phản kháng khi điện áp thanh cái lớn hơn điện áp
lưới.
Ngoài ra khi trang bị thêm nguồn công suất tác dụng hoặc các thiết bị dự trữ
năng lượng ở phía 1 chiều, STATCOM có thể trao đổi công suất phản kháng và
công suất tác dụng với hệ thống, do đó nâng cao khả năng ổn định động và chống
dao động công suất.

19


Những khái niệm khác của bộ điều khiển theo IEEE bao gồm:
SVG (Static Var Generator or Absorber) - bộ tiêu thụ hoặc máy phát tĩnh: là
một thiết bị hoặc hệ thống điện, có khả năng lấy ra dòng điện dung hoặc cảm từ hệ
thống điện và do đó phát hay tiêu thụ công suất phản kháng. Nó thường chứa TCR
và/hoặc TSC
SVG, theo định nghĩa của IEEE, thì đơn giản là 1 nguồn công suất phản
kháng mà, nếu điều khiển phù hợp, có thể chuyển đổi thành bộ bù ngang công suất
phản kháng theo một mục đích cụ thể nào đó hoặc đa mục đích. Vì thế cả SVC và
STATCOM đều là các máy phát tĩnh được trang bị vòng điều khiển phù hợp để thay
đổi đầu ra đáp ứng đối tượng bù cụ thể.
SVS (Static Var System) – hệ thống thay đổi tĩnh: là sự kết hợp của các bộ bù
có thể thay đổi có khóa đóng mở cơ khí tĩnh khác nhau và đầu ra được phối hợp.

TCBR (Thyristor Controlled Braking Resistor) – điện trở
hãm điều khiển bằng thyristor): là điện trở đóng cắt bằng
thyristor, mắc song song, có thể được điều khiển để giúp ổn định
của hệ thống điện hoặc làm giảm gia tốc năng lượng của khối
phát điện trong lúc có nhiễu.
TCBR liên quan đến việc đóng mở theo từng chu kỳ của
điện trở (thường là điện trở tuyến tính) với 1 thiết bị đóng cắt
xoay chiều dựa trên thyristor và không điều khiển góc đánh lửa.
Để chi phí thấp hơn,(Hình 1.10: TCBR) TCBR có thể là các
Hình 1-8 SVC
thyristor không có điều khiển góc đánh lửa, tuy nhiên với
việc điều khiển góc đánh lửa theo từng nửa chu kỳ có thể làm giảm dao động tấn số
thấp một cách có lựa chọn.

2. Bộ điều khiển nối tiếp (Bộ điều khiển dọc)
a.
SSSC (Static Synchronous Series Compensator) – Bộ bù nối tiếp đồng bộ
tĩnh: là một máy phát đồng bộ không có nguồn năng lượng điện bên ngoài, hoạt
động như một thiết bị bù nối tiếp mà điện áp đầu ra có thể điều khiển độc lập và
vuông pha với dòng điện trên đường dây nhằm mục đích tăng hoặc giảm điện áp
dung kháng rơi trên đường dây và vì thế điều khiển công suất truyền tải. SSSC có
thể chứa bộ dự trữ năng lượng hoặc các thiết bị tiêu thụ năng lượng nhằm tăng

20


cường khả năng ổn định động của hệ thống điện bằng cách bù thêm công suất tác
dụng tức thời, để tăng hoặc giảm điện áp rơi trên đường dây.

Hình 1-9 SSSC dựa trên bộ biến đổi nguồn áp và SSSC có nguồn dự trữ.

SSSC là một trong những bộ điều khiển FACTS quan trọng nhất. Nó giống
như STATCOM, nhưng khác là điện áp đầu ra ac nối tiếp với đường dây. Nó có thể
dựa trên bộ chuyển đổi điện nguồn áp hoặc bộ chuyển đổi điện nguồn dòng.
Thường điện áp nối tiếp đưa thêm vào là khá nhỏ so với điện áp đường dây, và cách
điện đối với đất khá lớn. Với cách điện phù hợp giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp của
máy biến áp, các thiết bị chuyển đổi được đặt ở điện thế mặt đất trừ khi các thiết bị
này được đặt trên mặt phẳng được cách điện với đất. Tỷ số máy biến áp được biến
đổi sao cho thiết kế bộ chuyển đổi điện kinh tế nhất. Vì không có nguồn điện thêm
ở ngoài, SSSC chỉ có thể đưa thêm vào 1 điện áp rơi thay đổi nhanh pha hơn hoặc
chậm pha hơn so với dòng điện 1 góc 90 độ. Cuộn sơ cấp của biến áp và do đó cả
cuộn thứ cấp cũng như bộ chuyển đổi phải mang được dòng điện trên đường dây
khi đầy tải, kể cả dòng làm việc khi sự cố, trừ khi bộ chuyển đổi được đi vòng qua
một cách tạm thời trong khi có sự cố nghiêm trọng.
Bộ dự trữ điện hoặc dự trữ từ siêu dẫn cũng có thể được nối với bộ điều
khiển nối tiếp để đưa thêm vector điện áp với các góc pha khác nhau vào nối tiếp
với đường dây.
Chức năng chính của SSSC là:
-

Điều chỉnh dòng điện.

-

Giới hạn dòng điện sự cố.

-

Giảm dao động công suất.

21



-

Nâng cao ổn định động và ổn định quá độ.

-

Ổn định điện áp.

IPFC(Interline Power Flow Controller) – bộ điều khiển dòng công suất liên
đường dây: đây là khái niệm mới được đưa ra, do đó chưa có định nghĩa theo IEEE.
Một định nghĩa có thể chấp nhận được như sau: IPFC là sự kết hợp của 2 hay nhiều
SSSC, liên kết với nhau thông qua 1 dây dẫn 1 chiều chung để trao đổi dòng công
suất tác dụng theo cả 2 chiều giữa các đầu ra của SSSCs, và được điều khiển để
cung cấp bù công suất phản kháng cho sự điều chỉnh của dòng công suất tác dụng
trên mỗi đường dây và duy trì phân phối dòng công suất phản kháng theo yêu cầu
giữa các đường dây. Cấu trúc của IPFC có thể bao gồm 1 STATCOM, kết hợp với 1
dây dc chung của IPFC, để cung cấp bù công suất phản kháng ngang và cung cấp
hay tiêu thụ lượng công suất tác dụng thiếu hụt của các bộ SSSC.
b.
TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) – Tụ nối tiếp điều khiển bằng
thyristor: là 1 bộ bù điện kháng mang tính chất dung kháng, có chứa 1 bộ các tụ
điện nối tiếp và bộ này song song với kháng điện điều khiển bằng thyristor (TCR)
nhằm cung cấp điện dung có thể điều chỉnh trơn.
TCSC dựa trên thyristor không có khả năng gate turn-off. Nó là 1 sự lựa
chọn khác cho SSSC và cũng giống như SSSC, nó là 1 thiết bị FACTS quan trọng.
Một kháng điện có thể thay đổi điện kháng như TCR được nối song song với bộ tụ.
Khi góc đánh lửa của TCR là 180o, kháng điện sẽ không dẫn điện nữa và khi đó bộ
tụ có điện kháng bình thường của nó. Khi góc đánh lửa thay đổi từ 1800 về nhỏ hơn

1800, điện kháng dung sẽ tăng lên. Khi góc đánh lửa là 900, kháng điện trở nên dẫn
điện hoàn toàn, điện kháng tổng sẽ mang tính chất cảm, bởi vì điện kháng của
kháng điện được thiết kế nhỏ hơn nhiều so với điện kháng của bộ tụ.Với góc đánh
lửa là 900, TCSC có thể hạn chế dòng sự cố. TCSC có thể là một khối lớn, đơn lẻ
hoặc chứa vài tụ điện kích cỡ bằng hoặc khác nhau để có thể hoạt động mang lại
hiệu quả tốt hơn.
c.
TSSC (Thyristor- Switched Series Capacitor) - Tụ điện nối tiếp đóng mở
bằng thyristor: là 1 bộ bù điện kháng mang tính chất dung chứa bộ tụ nối tiếp và bộ
tụ này song song với 1 điện kháng đóng mở bằng thyristor để cung cấp sự điều
khiển theo bậc cho điện kháng.

22


Thay vì điều khiển trơn dung kháng, điện kháng của kháng điện khi góc đánh
lửa là 00 hoặc 900 (không điều chỉnh góc đánh lửa) có thể làm giảm chi phí và tổn
thất cho bộ điều khiển. Rất hợp lý khi sắp xếp một trong các module có điều khiển
thyristor, trong khi các module khác thì chỉ đóng cắt thyristor.

Hình 1-10 Cấu tạo chung của TCSC và TSSC
d.
TCSR (Thyristor- Controlled Series Reactor) – Điện kháng nối tiếp điều
khiển bằng thyristor: là 1 bộ bù cảm kháng có chứa bộ các kháng nối tiếp và mắc
song song với điện kháng điều khiển bằng thyristor nhằm điều chỉnh cảm kháng 1
cách liên tục.
Khi góc đánh lửa của TCR là 900, nó sẽ không dẫn điện, điện kháng không
được điều khiển sẽ hoạt động như 1 bộ hạn chế dòng sự cố. Khi góc đánh lửa giảm
xuống dưới 900, điện kháng tổng sẽ giảm cho đến khi góc đánh lửa là 00, điện kháng
tổng là 2 điện kháng song song với nhau. Cũng giống như TCSC, TCSR có thể là

một khối lớn riêng lẻ hoặc một vài khối nhỏ hơn.
e.
TSSR (Thyristor- Switched Series Reactor) – kháng điện nối tiếp đóng mở
bằng thyristor): là 1 bộ bù cảm kháng có chứa bộ các kháng nối tiếp và mắc song
song với điện kháng đóng cắt bằng thyristor nhằm điều chỉnh cảm kháng theo bậc.
Giống như TCSR, nhưng khóa thyristor chỉ đóng hoặc cắt (không có điều
khiển góc đánh lửa)

Hình 1-11 Cấu tạo chung của TCSR và TSSR.
Các bộ điều khiển nối tiếp nói chung có các chức năng tương tự nhau, tuy
nhiên mức độ điều khiển và điều chỉnh điện áp, dòng công suất, ổn định động, ổn

23


định tĩnh là khác nhau tùy thuộc vào từng loại bộ điều khiển khác nhau. Các chức
năng chính đó là:
- Điều chỉnh dòng điện.
-

Giới hạn dòng điện sự cố.

-

Giảm dao động công suất.

-

Nâng cao ổn định động và ổn định quá độ.


-

Ổn định điện áp.

3. Bộ điều khiển kết hợp nối tiếp- song song
a.
UPFC (Unified Power Flow Controller) - là sự kết hợp của STATCOM và
SSSC thông qua 1 dây dẫn dc chung, cho phép dòng công suất tác dụng theo cả 2
chiều giữa các đầu ra nối tiếp của SSSC và các đầu ra song song của STATCOM,
và được điều khiển để cung cấp bù công suất phản kháng và tác dụng một cách
đồng thời mà không cần nguồn điện bên ngoài. UPFC, bằng cách đưa thêm vào
điện áp nối tiếp một cách tự nhiên, có khả năng điều khiển, đồng thời hoặc có lựa
chọn, điện áp đường dây truyền tải, điện kháng, góc pha, hoặc dòng công suất tác
dụng, phản kháng chạy trên đường dây. UPFC có thể cung cấp bù phản kháng
ngang có điều khiển một cách độc lập.

Hình 1-12 Cấu tạo chung của UPFC.
Trong UPFC bao gồm STATCOM và 1 SSSC, công suất tác dụng cho khối
nối tiếp (SSSC) đạt được từ chính đường dây thông qua khối song song
STATCOM. SSSC cũng được dùng để điều chỉnh điện áp bằng cách điều chỉnh
công suất phản kháng. Đây là bộ điều khiển đầy đủ, có thể điều chỉnh được cả dòng
công suất phản kháng và tác dụng, cũng như điện áp đường dây.

24


Bộ dự trữ bổ sung như từ dẫn điện được nối với dây dc thông qua giao diện
điện tử sẽ cung cấp cách thức để tăng cường thêm hiệu quả của UPFC. Như đã nhắc
đến trong các phần trên, sự trao đổi dòng công suất tác dụng có điều khiển với
nguồn bên ngoài, chẳng hạn như bộ dự trữ, hiệu quả hơn rất nhiều trong việc điều

khiển động hệ thống hơn là chỉ điều biến sự trao đổi công suất trong cùng 1 hệ
thống.
Về chức năng, UPFC có các chức năng của STATCOM và SSSC, đó là:
-

Điều khiển trào lưu công suất tác dụng và phản kháng tại nút bù.

-

Tăng cường tính ổn định tĩnh và ổn định động của HTĐ.

-

Giảm dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ.

Có khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi đã loại
trừ được sự cố.
b.
TCPST (Thyristor- Controlled Phase Shifting Transformer)- biến áp dịch
chuyển pha điều khiển bằng thyristor: là 1 biến áp dịch pha được điều chỉnh bằng
khóa thyristor để thay đổi góc pha một cách nhanh chóng.

Hình 1-13 Cấu tạo chung của TCPST
Nói chung, dịch pha đạt được bằng cách thêm vector điện áp vuông góc nối
tiếp với pha. Vector này lấy từ 2 pha còn lại thông qua biến áp mắc ngang. Điện áp
nối tiếp vuông pha được tạo ra có thể thay đổi bằng rất nhiều loại cấu trúc điện tử
công suất. Bộ điều khiển này còn được gọi là TCPAR (Thyristor- Controlled Phase
Angle Regulator)
TCPST có các chức năng giống như các bộ điều khiển FACTS khác, tuy nhiên,
chức năng chính của nó là điều chỉnh góc lệch pha của điện áp pha của đường dây,

và nó có khả năng điều khiển trào lưu công suất rất cao.

25