SVC - đại diện tiêu biểu nhất của FACTS

Theo định nghĩa của IEEE, FACTS là hệ thống sử dụng các thiết bị điện tử công suất và các thiết bị tĩnh khác để điều khiển một hoặc nhiều thông số của hệ thống đường dây tải điện xoay chiều. FACTS cũng được sử dụng trong các ngành sản xuất phần cứng máy tính, thép, điều khiển điện áp vận hành đường sắt…

Một số công nghệ FACTS tiêu biểu có thể kể đến như thiết bị bù tĩnh công suất phản khảng (SVC – Static VAR Compensator), các bộ bù nối tiếp được điều khiển bằng Thyristor (TCSC – Thyristor Controlled Series Capacitor), máy bù đồng bộ tĩnh (STATCOM – Static Synchronous Compensator), bộ điều khiển trào lưu công suất hợp nhất (UPFC - Unified Power Flow Controller). Để người đọc dễ hình dung, bài viết này sẽ trình bày một trong những đại diện tiêu biểu nhất của FACTS: thiết bị SVC.

Với vai trò ổn định điện áp thông qua việc điều chỉnh công suất phản kháng Q, cấu tạo của một thiết bị SVC hoàn chỉnh 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;
• Cuộn kháng điều khiển bằng thyristor (Thyristor Controlled reactor-TCR) nối vào thanh cái trung thế;
• Cuộn kháng đóng cắt bằng thyristor (Thyristor-switched reactor-TSR) nối vào thanh cái trung thế;
• Tụ bù đóng cắt bằng thyristor (Switched Capacitor -SC) nối vào thanh cái trung thế;
• Tụ cố định (Fixed Capacitor- FC);
• Các bộ lọc sóng hài;
• Các tụ hoặc cuộn kháng đóng cắt bằng thiết bị cơ khí (MSCs hay MSR), thường nối vào thanh cái cao thế;

Sơ đồ cấu tạo thiết bị SVC - Ảnh: Internet

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. Bên cạnh đó, 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 công suất phản kháng.

Thiết bị SVC có thể sinh ra hoặc hấp thụ nguồn công suất phản kháng bằng cách điều khiển các van thyristor. Đồng thời, việc kết hợp công nghệ điều khiển các van thyristor này giúp loại bỏ các thành phần sóng hài bậc 5 và bậc 7 vốn làm tăng nhiệt độ trên cuộn kháng và máy biến áp.

Đường đặc tuyến P-U - Ảnh: ABB

Thông qua đường đặc tuyến Công suất – Điện áp, dễ dàng nhận thấy sự ổn định của toàn hệ thống chỉ có thể được đảm bảo khi “quả bóng” được duy trì ở phần trên của đường đặc tuyến. Thông thường, toàn bộ hệ thống truyền tải được vận hành tại mức 95% tỉ lệ điện áp, vì vậy phần còn lại để duy trì trạng thái ổn định – tức là từ điểm 95% cho đến chóp mũi của đặc tuyến đã rút ngắn lại đáng kể. Với sự xuất hiện của SVC nói riêng hay FACTS nói chung sẽ giúp kéo dãn đường đặc tuyến này, từ đó cho phép truyền tải hiệu quả hơn mà vẫn không làm mất trạng thái ổn định của toàn hệ thống.

Lắp đặt SVC sao cho an toàn?

Kết quả cân bằng công suất phản kháng cho thấy hình ảnh tổng thể về khả năng đáp ứng công suất phản kháng của lưới điện 500kV trong các chế độ vận hành bình thường. Tuy nhiên, trong các chế độ sự cố, đặc biệt sự cố ngắn mạch trên lưới điện 500kV, hệ thống điện sẽ mất một lượng công suất khá lớn, khi đó khả năng mất cân bằng công suất và sụp đổ điện áp có thể xảy ra. Nhằm đáp ứng nhanh và gần như tức thời lượng công suất phản khảng mất do ngắn mạch thì việc xem xét lắp đặt các thiết bị SVC trên lưới điện 500kV là cần thiết. Cụ thể, độ dự trữ công suất phản kháng là một trong những tiêu chí chính để lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị SVC nhằm đảm bảo thiết bị được đặt đúng những vị trí “yếu” của hệ thống.

Dự trữ công suất phản kháng lưới điện 500kV

Để người đọc dễ hình dung, hãy lấy một ví dụ đánh giá hiệu quả sau khi lắp đặt SVC (dung lượng +/- 150MVAr) tại TBA 500kV Hà Tĩnh với các tiêu chí ổn định động.

Dao động điện áp tại Hà Tĩnh khi sự cố ngắn mạch 3 pha trên ĐD 500kV Hà Tĩnh-Vũng Áng trong trường hợp bảo vệ mức 1 không tác động, bảo vệ dự phòng tác động và loại trừ sự cố

Kết quả tính toán cho trường hợp sự cố điển hình khi ngắn mạch 3 pha tại Hà Tĩnh gây nhảy máy cắt 1 mạch ĐD 500kV Vũng Áng – Hà Tĩnh cho thấy:

• Khi chưa lắp đặt thiết bị SVC, hệ thống ổn định kém hoặc sẽ mất ổn định sau sự cố nếu bảo vệ mức 1 không tác động, bảo vệ dự phòng tác động loại trừ sự cố.
• Khi đã lắp đặt thiết bị SVC, hệ thống ổn định, dao động được dập tắt sau khoảng 20s nếu bảo vệ mức 1 không tác động, bảo vệ dự phòng tác động loại trừ sự cố.

Như vậy, việc lắp đặt thiết bị SVC tại TBA 500kV Hà Tĩnh có ưu điểm về mặt kỹ thuật như: giảm tổn thất công suất, tăng độ ổn định, hạn chế gia tăng dòng ngắn mạch trên hệ thống điện, giảm ảnh hưởng đến môi trường (diện tích đất sử dụng, điện từ trường, ...) và tạo điều kiện vận hành an toàn, kinh tế hệ thống điện trong tương lai.

Bên cạnh đó, việc lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị SVC trên lưới truyền tải cần đảm bảo các tiêu chí sau: Thứ nhất, không xem xét lắp đặt thiết bị SVC tại những vị trí là các trung tâm điện lực, các nguồn điện, các vị trí đã có (hoặc có kế hoạch) lắp thiết bị SVC trên lưới truyền tải, tại nơi không bảo đảm về không gian và khả năng kết nối với hệ thống hiện hữu; Thứ hai, cần xem xét các vị trí có độ ưu tiên cao xét theo từng tiêu chí như độ dự trữ công suất phản kháng, độ dốc sụp đổ điện áp, độ lệch và độ nhạy điện áp trên lưới truyền tải; Cuối cùng, cần ưu tiên các vị trí nằm gần trung tâm phụ tải hoặc trên các cung đoạn đường dây 500kV có chiều dài lớn, nhằm phát huy tối đa vai trò điều chỉnh điện áp trong các chế độ vận hành của hệ thống điện.

Thiết bị FACTS với nhiều ưu điểm đã được đưa vào vận hành ở nhiều nước trên thế giới nhưng vẫn là công nghệ mới tại Việt Nam. Vì vậy, để phát huy hết sức mạnh của “người bình ổn” này, cần có những nghiên cứu chuyên sâu hơn như yêu cầu thiết kế công nghệ, xây dựng, kết nối hệ thống, quản lý vận hành bảo trì với các thiết bị SVC, với hành lang pháp lý hoàn thiện hơn.

Thực hiện: Nguyễn Lê Quốc Khánh