BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM
H
HÀ VĂN DU
C
ỨNG DỤNG STATCOM ĐỂ ĐIỀU
U
TE
CHỈNH ĐIỆN ÁP VÀ BÙ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
H
Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng & Nhà máy điện
Mã số ngành : 60 52 50
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Hùng
TP.HỒ CHÍ MINH, Tháng 06 Năm 2012
-ii-
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Hùng
Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS. Quyền Huy Ánh
H
Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS. TS. Đinh Thành Việt
C
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ
U
TE
TP. HCM ngày 14 tháng 07 năm 2012
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
Chủ Tịch Hội Đồng
2. PGS.TS. Quyền Huy Ánh
Phản Biện 1
3. PGS.TS. Đinh Thành Việt
Phản Biện 2
4. TS. Trần Vinh Tịnh
Ủy Viên
H
1. TS. Ngô Cao Cường
5. TS. Huỳnh Châu Duy
Ủy Viên, Thư Ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Khoa quản lý chuyên ngành sau
khi luận văn đã được sửa chữa.
Chủ tịch hội đồng đánh giá LV
Khoa quản lý chuyên ngành
-iii-
TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM
PHÒNG QLKH - ĐTSĐH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
TP. HCM, ngày 15 tháng 09 năm 2011
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Hà Văn Du
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 12/06/1970
Nơi sinh: Tỉnh Bình Định
Chuyên ngành:Thiết Bị, Mạng & Nhà Máy Điện
MSHV: 1081031038
I-TÊN ĐỀ TÀI:
Ứng dụng STATCOM để điều chỉnh điện áp và bù công suất phản kháng cho
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
H
hệ thống điện.
U
TE
C
- Phân tích các giới hạn ổn định của hệ thống điện,trong đó đi sâu về phân tích
giới hạn ổn định điện áp.
- Nghiên cứu về các thiết bị FACTS,trong đó đi sâu về nghiên cứu thiết bị
STATCOM và ứng dụng của STATCOM trong hệ thống điện.
- Xây dựng mô hình mạch động lực, mô hình toán của bộ STATCOM 48 xung dùng
VSC để điều khiển dòng, thiết kế bộ điều khiển dòng cho bộ STATCOM 48 xung.
- Xây dựng mô hình mô phỏng trên Matlab/Smulink để quan sát khả năng ổn định
điện áp và đánh giá hiệu quả của thiết bị STATCOM mang lại khi ứng dụng bộ
STATCOM 48 xung 100 MVAR vào hệ thống điện 500 kV Miền Nam gồm có 3
nút.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 15 Tháng 09 Năm 2011
H
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 15 Tháng 06 Năm 2012
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Nguyễn Hùng
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TS. NGUYỄN HÙNG
KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
-iv-
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng luận văn với nội dung “Ứng dụng STATCOM
để điều Chỉnh điện áp và bù công suất phản kháng cho hệ thống điện” là
công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn
Hùng.
Các số liệu, kết quả mô phỏng nêu trong luận văn là trung thực, có nguồn
trích dẫn và chưa được công bố trong các công trình nghiên cứu khác.
H
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2012
Người thực hiện luận văn
H
U
TE
C
Hà Văn Du
-v-
LỜI CÁM ƠN
Để hoàn thành cuốn luận văn này, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất
đối với TS. Nguyễn Hùng, người Thầy đã hết lòng, tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn và
cung cấp cho tôi những tài liệu vô cùng quý giá trong quá trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn tập thể các Thầy Cô giáo đã giảng dạy, truyền đạt tri
thức giúp tôi học tập và nghiên cứu trong quá trình học cao học tại trường Đại Học Kỹ
Thuật Công Nghệ TP.HCM.
Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng quản lý khoa học - Đào tạo sau
đại học và khoa Điện – Điện tử Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM đã
học tại trường.
H
giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và làm luận văn cao
C
Xin chân thành cảm ơn các anh, chị học viên cao học ngành “Thiết Bị, Mạng
văn này.
U
TE
& Nhà Máy Điện” khóa 01 đã đóng góp ý kiến cho tôi trong quá trình thực hiện luận
H
TP.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012
NGƯỜI THỰC HIỆN
Hà Văn Du
-vi-
TÓM TẮT
Luận văn “ Ứng dụng STATCOM để điều chỉnh điện áp và bù công suất phản
kháng cho hệ thống điện” phân tích các giới hạn ổn định của hệ thống điện,trong đó
đi sâu về phân tích giới hạn ổn định điện áp. Nghiên cứu các thiết bị FACTS trong
đó đi sâu vào nghiên cứu về cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản, mô hình mạch
động lực, mạch điều khiển, mô hình toán của STATCOM.
Nghiên cứu xây dựng mô hình mạch động, mạch điều khiển, mô hình toán của
bộ STATCOM 48 xung dùng VSC để điều khiển dòng và đi sâu nghiên cứu ảnh hưởng
của bộ STATCOM điều khiển đa bậc 48 xung trong việc đáp ứng động vào hệ thống
H
điện.
Luận văn đã sử dụng phần mềm Matlab để xây dựng mô hình mô phỏng ở chế
C
độ bình thường, chế độ sự cố khi ứng dụng bộ STATCOM 48 xung 100 MVAR vào hệ
thống điện 500 kV Miền Nam gồm có 3 nút, quan sát và đánh giá khả năng ổn định
U
TE
điện áp của hệ thống điện do thiết bị STATCOM mang lại.
Luận văn cũng hy vọng sẽ cung cấp một công cụ mô phỏng hữu ích với phần
mềm thông dụng Matlab/Smulink cho các nhà nghiên cứu, các kỹ sư, sinh viên…trong
việc nghiên cứu ứng dụng thiết bị STATCOM để điều chỉnh điện áp và bù công suất
phản kháng cho hệ thống điện ở chế độ làm việc bình thường và chế độ sự cố, từ đó có
H
thể đánh giá hiệu quả thiết thực trong việc nâng cao ổn định điện áp và bù công suất
phản kháng cho hệ thống điện do thiết bị STATCOM mang lại.
-vii-
ABSTRACT
Thesis “Application of STATCOM for voltage regulation and reactive power
compensation for power systems” analysis the stability limited of the power system,
which is studied deeply for analyze the voltage stability limit. The FACTS devices
are researched about structure and basic principles operating, circuit model
dynamics, control circuits, mathematical model of STATCOM.
To study the modeling circuit, control circuit, the mathematical model of
STATCOM 48 pulse VSC used to control current and studied in depth the impact of
multi-level STATCOM controller 48 pulse in the system dynamic response
electrical system.
H
Thesis used Matlab software to build simulation models in normal mode, fault
mode when the application of 48 pulse 100 MVAR STATCOM at 500 kV power
C
system consists of three nodes Southern STATCOM observe and stability
assessment of power system voltage devices bring.
U
TE
Thesis hopes to provide a useful simulation tool for application software Matlab/
Simulink for researchers, engineers, students…In the study of the application device
to adjust the voltage STATCOM and reactive power compensation for a real power
system in normal mode and work mode problem, which can evaluate the practical
effect in improving the voltage the voltage stability and reactive power
H
compensation actual power system.
-viii-
MỤC LỤC
Chương 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN ..................................................................... 1
1.1 Tổng quan ....................................................................................................... 1
1.2 Tóm tắt một số bài báo liên quan .................................................................... 2
1.3 Nhận xét chung và hướng tiếp cận .................................................................. 7
1.4 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn ................................................................. 8
1.5 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 8
1.6 Các bước tiến hành ......................................................................................... 9
H
1.7 Điểm mới của luận văn ................................................................................... 9
C
1.8 Giá trị thực tiễn của luận văn .......................................................................... 9
U
TE
1.9 Nội dung của luận văn ...................................................................................10
Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG
ĐIỆN ......................................................................................................................11
2.1 Ổn định điện áp trong hệ thống điện ..............................................................12
2.2 Các giới hạn ổn định trong hệ thống điện .......................................................14
H
2.2.1 Giới hạn điện áp ...............................................................................15
2.2.2 Giới hạn nhiệt...................................................................................15
2.2.3 Giới hạn ổn định ...............................................................................16
2.2.3.1 Ổn định quá độ ..............................................................................17
2.2.3.2 Ổn định dao động bé .....................................................................18
2.3 Cơ sở kiến thức trong điều khiển hệ thống điện..............................................20
Chương 3: TỔNG QUAN VỀ STATCOM VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG23
3.1 Tổng quan về STATCOM ..............................................................................23
3.1.1 Các thế hệ bù công suất phản kháng .................................................25
-ix3.1.1.1 Thế hệ đầu tiên là các thiết bị bù đóng ngắt bằng cơ học ...............25
3.1.1.2 Thế hệ thứ hai là các thiết bù đóng ngắt dựa trên Thyristor............25
3.1.1.3 Thế hệ thứ ba là các thiết bị bù dựa trên bộ chuyển đổi..................25
3.1.2 Chức năng ứng dụng của STATCOM ...............................................25
3.2 Tổng quan về công suất phản kháng...............................................................26
3.2.1 Giới thiệu chung ...............................................................................26
3.2.2. Hiệu quả của việc bù công suất phản kháng.....................................27
3.3 Các phương pháp bù công suất phản kháng....................................................27
H
3.3.1 Các thiết bị bù công suất phản kháng................................................27
3.3.1.1 Tụ điện tĩnh ...................................................................................27
C
3.3.1.2 Máy bù đồng bộ ............................................................................28
U
TE
3.3.2 Một số thiết bị bù trong FACTS .......................................................28
3.3.2.1 Bộ bù đồng bộ tĩnh nối tiếp(SSSC) ................................................28
3.3.2.2 Bộ bù bằng tụ mắc nối tiếp điều khiển bằng Thyristor(TCSC) .......29
3.3.2.3 Bộ bù điều khiển trào lưu công suất hợp nhất(UPFC) ....................29
H
3.3.2.4 Bộ bù tĩnh(SVC) ...........................................................................30
3.3.2.5 Bộ bù đồng bộ tĩnh(STATCOM) ...................................................31
3.4 Nguyên lý bù trong hệ thống điện ..................................................................31
3.4.1 Bù song song ....................................................................................33
3.4.2 Bù nối tiếp........................................................................................34
3.5 Kết luận .........................................................................................................35
Chương 4: ỨNG DỤNG STATCOM VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỂ BÙ CÔNG
SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP .............................36
4.1 Đặt vấn đề......................................................................................................36
4.2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản của STATCOM ...............................36
-x4.2.1 Cấu trúc cơ bản của STATCOM.......................................................36
4.2.2 Nguyên lý hoạt động của STATCOM ..............................................37
4.3 Bộ điều khiển điện tử công suất dựa trên các thiết bị bán dẫn.........................39
4.3.1 Bộ Chuyển đổi nguồn điện áp (VSC) ...............................................41
4.3.2 Điều khiển điều chế độ rộng xung (PWM) .......................................43
4.3.3 Nguyên tắc hoạt động của VSC ........................................................47
4.4 Hệ thống điều khiển của STATCOM .............................................................48
4.5 Các đặc tính của STATCOM .........................................................................50
H
4.6 Mô hình hóa STATCOM ...............................................................................51
4.6.1 Mô hình mạch ..................................................................................51
C
4.6.2 Mô hình toán STATCOM.................................................................52
U
TE
Chương 5: SỬ DỤNG MATLAB/ SIMULINK ĐỂ MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG
ĐỘNG CỦA STATCOM VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN ...............................................57
5.1 Tổng quan về Matlab .....................................................................................57
5.1.1 Khái niệm về Matlab ........................................................................57
H
5.1.2 Tổng quan về cấu trúc dữ liệu của Matlab và các ứng dụng ..............57
5.1.3 Khái niệm về Simulink .....................................................................57
5.2 Thiết kế bộ STATCOM cầu ba cấp 48 xung...................................................58
5.2.1 Mô hình mạch động lực.................................................................. 58
5.2.1.1 Cấu tạo bộ chuyển đổi nguồn áp VSC ......................................... 59
5.2.1.2 Máy Biến Áp ............................................................................... 63
5.2.1.3 Tụ điện ........................................................................................ 63
5.2.2 Mô hình toán của bộ STATCOM 48 xung ........................................64
5.2.3 Thiết kế bộ điều khiển cho STATCOM 48 xung:13 .......................66
5.2.3.1 Khối hệ thống đo lường(Measurement System) ........................... 68
-xi5.2.3.2 Khối vòng khóa pha( Phase Looked Loop-PLL) .......................... 73
5.2.3.3 Khối hiệu chỉnh điện áp(Voltage Regulator) ................................ 74
5.2.3.4 Khối cân bằng điện áp DC(DC Balance Regulator) .................... 75
5.2.3.5 Khối tính toán dòng Iq giới hạn và chọn Iqref ............................. 76
5.2.3.6 Khối hiệu chỉnh dòng(Current Regulator).................................... 76
5.2.3.7 Khối phát xung điều khiển(Firing Pulse Generator) ..................... 77
5.3 Mô phỏng và kết quả đáp ứng động của STATCOM trong lưới điện 500 kV
Miền Nam ba nút ...........................................................................................79
H
5.3.1 Mô phỏng ở chế độ bình thường .......................................................79
5.3.1.1 Sơ đồ đơn tuyến của mô hình nghiên cứu .................................... 79
C
5.3.1.2 Mô hình mô phỏng ...................................................................... 80
U
TE
5.3.1.3 Mạch điều khiển của bộ điều khiển STATCOM .......................... 81
5.3.1.4 Thiết lập tham số cho các phần tử trong mô hình mô phỏng ........ 81
5.3.1.5 Kết quả mô phỏng đáp ứng động của STATCOM ...................... 88
5.3.2 Mô phỏng ở chế độ ngắn mạch .........................................................92
5.3.2.1 Sơ đồ đơn tuyến mô hình nghiên cứu có ngắn mạch .................... 92
H
5.3.2.2 Mô hình mô phỏng có xảy ra ngắn mạch ..................................... 93
5.3.2.3 Mạch điều khiển của bộ điều khiển STATCOM .......................... 94
5.3.2.4 Thiết lập tham số cho các phần tử trong mô hình mô phỏng ........ 94
5.3.2.5 Kết quả mô phỏng đáp ứng động của STATCOM GTO 48 xung khi
xảy ngắn mạch ............................................................................... 94
5.3.2.5.1 Kết quả mô phỏng ngắn mạch pha A chạm đất ......................... 94
5.3.2.5.2 Kết quả mô phỏng ngắn mạch 2 pha ......................................... 99
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN .................. 105
6.1 Kết luận .......................................................................................................105
-xii6.2 Hướng nghiên cứu phát triển ........................................................................ 106
6.3 Kiến Nghị ....................................................................................................106
Tài liệu tham khảo ................................................................................................ 108
Phụ lục A…………………………………………………………………….........110
Phụ lục B………………………………………………………………………….123
Phụ lục C.................................................................................................................123
Phụ lục D.................................................................................................................123
H
Phụ lục E.................................................................................................................123
Phụ lục F.................................................................................................................124
H
U
TE
C
Phụ lục G.................................................................................................................124
-xiii-
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STATCOM (Static Synchronous Compensator) : bộ bù đồng bộ tĩnh
SSSC (Static Synchronous Series Compensator) : dãy bù đồng bộ tĩnh
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System): hệ thống truyền tải
điện xoay chiều.
SVC (Static Var Compensator) : bộ bù công suất phản kháng
TCSC : Thyristor Controlled Series Capacitor
UPFC (Unified Power Flow Controller): bộ điều khiển dòng chảy công suất.
PLL (Phase Locked Loop) : vòng khóa pha
VSC (Voltage Source Converter) : bộ chuyển đổi nguồn áp
H
AC (Alternating Current) : dòng điện xoay chiều
DC (Direct Current) : dòng điện một chiều
HT
: Hệ Thống
U
TE
HTĐ : Hệ Thống Điện.
C
HVDC (High Voltage Direct Current) : dòng điện một chiều điện áp cao
GTO : Gate-TurnOff Thyristor
IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor
PWM :( Pulse Width Modulation): Điều chế độ rộng xung
MBA : Máy Biến Áp
H
TCR : Thyristor-Controlled Reactor
TSC
: Thyristor-Switched Capacitor
CSTD : Công Suất Tác Dụng
CSPK : Công Suất Phản Kháng
TSSR : Total System Support Responsibility
TCSR : Temperature-Compensated Self-Refresh
TCBR : Thyristor Controlled Braking Resistor
TCPST: Thyristor-Controlled Phase-Shifting Transformer
-xivDANH MỤC CÁC BẢNG
STT
5.1
Tên bảng
Xung kích tương ứng với số nhánh hoạt động
Trang
63
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
Tên các biểu đồ, đồ thị, sơ đồ, hình ảnh
Sự cố chạm đất pha với PLL thông thường
Sự cố chạm đất pha với PLL mạnh
Dòng qua bộ VSC của STATCOM với tụ điện có điện dung C = 3000µF
trong điều kiện hệ thống chạm đất pha A
1.4
Dòng qua bộ VSC của STATCOM với tụ điện có điện dung C = 925µF trong
điều kiện hệ thống chạm đất pha A
1.5
Đáp ứng hiệu quả của STATCOM để thay đổi công suất phản kháng tham
chiếu
1.6
Mô tả sóng hài chứa trong VSC
2.1
Phân loại ổn định trong hệ thống điện
2.2
Các đường cong P-V không có bù, có bù song song
2.3a
Hệ thống điện
2.3b Đường cong công suất-góc
2.4a
Sự thay đổi góc của hệ thống ổn định quá độ
2.4b Sự thay đổi góc của hệ thống mất ổn định
2.5a
Độ thay đổi góc của hệ thống ổn định dao động bé
2.5b Độ thay đổi góc của hệ thống ổn định dao động
2.5c
Độ thay đổi góc của hệ thống mất ổn định
2.6
Giới hạn vận hành của đường dây theo các mức điện áp
2.7
Mô hình đơn giản hệ thống hình tia hai thanh cái
3.1
Mạch điện tương đương của STATCOM
3.2
Chức năng ứng dụng của STATCOM
3.3
Sơ đồ cấu trúc của SSSC
3.4
Sơ đồ cấu trúc của TCSC
3.5
Sơ đồ cấu trúc của UPFC
3.6
Sơ đồ cấu trúc của VSC
3.7
Sơ đồ cấu trúc của STATCOM
3.8
Hệ thống truyền tải điện mô hình đơn giản
3.9
Hệ thống truyền tải điện có bù song song
3.10 Hệ thống truyền tải điện có bù nối tiếp
4.1
Cấu trúc cơ bản của STATCOM
4.2
Nguyên lý hoạt động cơ bản của STACOM
4.3
Nguyên lý bù của bộ bù tích cực
4.4
Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù
4.5
Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù
4.6
Thiết bị bán dẫn
4.7
Cấu trúc liên kết của một VSC ba pha hai cấp sử dụng IGBT
4.8a
So sánh của một tần số cơ bản hình sin với một tín hiệu tam giác tần số cao
4.8b Kết quả tín hiệu sóng vuông
4.8c
Quang phổ điện áp sóng hài
4.9
Chuyển đổi nguồn điện áp VSC một chân
4.10 Sơ đồ mạch lực nghịch lưu PWM
4.11 Sơ đồ thay thế một pha nghịch lưu PWM
4.12 Giản đồ vecto nghịch lưu PWM
4.13a Giản đồ vecto nghịch lưu PWM khi UL trùng với IL
4.13b Giản đồ vecto nghịch lưu PWM khi UL ngược với IL
4.14 Hoạt động của VSC
4.15 Hệ thống điều khiển STATCOM
H
U
TE
C
H
STT
1.1
1.2
1.3
Trang
3
4
5
5
6
7
12
14
16
17
18
18
19
19
19
20
21
24
26
28
29
30
31
31
32
34
35
37
37
38
39
39
40
42
43
43
43
45
45
46
46
47
47
47
49
-xv-
U
TE
C
H
Đặc tính V-I của STATCOM
Đặc tính V-Q của STATCOM
Mạch tương đương mô hình hoá của STATCOM
Sơ đồ nguyên lý của STATCOM
Sơ đồ mạch động lực STATCOM
Cầu nghịch lưu 6 bước
Cấu trúc bên trong của cầu nghịch lưu 6 bước
Sơ đờ tương đương và nguyên lý hoạt động của GTO
Đặc tính làm việc của GTO
Sơ đồ nối MBA
Dạng sóng điện áp 48-xung được tạo ra
Sơ đồ mạch điều khiển của STATCOM 48-xung
Sơ đồ khối của hệ thống đo lường
Sơ đồ khối biển đổi gián đoạn 3 pha dựa trên thứ tự dương cơ bản
Bộ đo lường dòng phản kháng
Bộ tính toán PQ
Bộ lọc gián đoạn 2 cấp và tính giá trị trung bình
Khối vòng khóa pha (PLL)
Khối hiệu chỉnh điện áp
Khối hiệu chỉnh cân bằng điện áp DC
Khối tính toán Iq giới hạn và chọn Iqref
Khối hiệu chỉnh dòng
Khối phát xung điều khiển
Bốn cầu Bridge 1Y, Bridge 1D, Bridge 2Y, Bridge 2D
Mạch logic phát xung điều khiển
Sơ đồ đơn tuyến kết nối STATCOM với HTĐ 500kV miền Nam 3 nút
Mô hình mô phỏng ở chế độ bình thường
Hộp thoại thiết lập tham số cho bộ điều khiển STATCOM
Hộp thoại thiết lập tham số cho nguồn điện Phú Mỹ
Hộp thoại thiết lập tham số cho nguồn điện Phú Mỹ
Hộp thoại thiết lập tham số cho nguồn điện Ô Môn
Hộp thoại thiết lập tham số cho nguồn điện từ miền Trung
Hộp thoại thiết lập tham số cho đường dây L1
Hộp thoại thiết lập tham số cho đường dây L2
Hộp thoại thiết lập tham số cho đường dây L3
Hộp thoại thiết lập tham số cho đường dây L4
Hộp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối với trạm Nhà Bè
Hộp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối với trạm Phú Lâm
Hộp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối với trạm Ô Môn
Mô hình tín hiệu ngõ vào và ngõ ra của STATCOM
Kết quả đáp ứng tín hiệu ngõ ra của STATCOM ở chế độ bình thường
Kết quả đáp ứng của Vmes và Vref
Kết quả đáp ứng điện áp VaSec, Va và IaPrim
Kết quả đáp ứng công suất phản kháng Q(MVAR)
Kết quả biến đổi của điện áp DC
Kết quả biến đổi của dòng điện Iq-Iqref
Kết quả của biến đổi góc lệch pha Alpha
Kết quả biến đổi của công suất PQ trên hệ thống
Kết quả biến đổi của dòng điện thực Id trên hệ thống
Sơ đồ đơn tuyến kết nối STATCOM với HTĐ 500 kV miền Nam
Mô hình mô phỏng hệ thống khi có xảy ra ngắn mạch
Hộp thoái thiết lập tham số cho sự cố ngắn mạch pha A chạm đất
Mô hình tín hiệu ngõ vào và ngõ ra của STATCOM
Kết quả đáp ứng tín hiệu ngõ ra của STATCOM khi ngắn mạch pha A
H
4.16
4.17
4.18
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
5.13
5.14
5.15
5.16
5.17
5.18
5.19
5.20
5.21
5.22
5.23
5.24
5.25
5.26a
5.26b
5.27
5.28
5.29
5.30
5.31
5.32
5.33
5.34
5.35
5.36
5.37
5.38
5.39
5.40
5.41
5.42
5.43
5.44
5.45
5.46
5.47
5.48
5.49
5.50
50
51
52
58
60
60
61
62
62
63
64
68
69
70
71
72
73
74
75
75
76
77
77
78
79
80
81
82
82
83
83
84
84
85
85
86
86
87
87
88
88
89
89
89
90
90
90
91
91
93
93
94
95
95
-xvi-
H
Kết quả đáp ứng của Vmes và Vref
Kết quả đáp ứng điện áp VaSec, Va và IaPrim
Kết quả đáp ứng công suất phản kháng Q(MVAR)
Kết quả biến đổi của điện áp DC
Kết quả biến đổi của dòng điện Iq-Iqref
Kết quả của biến đổi góc lệch pha Alpha
Kết quả biến đổi của công suất PQ trên hệ thống
Kết quả biến đổi của dòng điện thực Id trên hệ thống
Hộp thoái thiết lập tham số cho sự cố ngắn mạch 2 pha
Mô hình tín hiệu ngõ vào và ngõ ra của STATCOM
Kết quả đáp ứng tín hiệu ngõ ra của STATCOM khi ngắn 2 pha
Kết quả đáp ứng của Vmes và Vref
Kết quả đáp ứng điện áp VaSec, Va và IaPrim
Kết quả đáp ứng công suất phản kháng Q(MVAR)
Kết quả biến đổi của điện áp DC
Kết quả biến đổi của dòng điện Iq-Iqref
Kết quả của biến đổi góc lệch pha Alpha
Kết quả biến đổi của công suất PQ trên hệ thống
Kết quả biến đổi của dòng điện thực Id trên hệ thống
H
U
TE
C
5.51
5.52
5.53
5.54
5.55
5.56
5.57
5.58
5.59
5.60
5.61
5.62
5.63
5.64
5.65
5.66
5.67
5.68
5.69
96
96
96
97
97
97
98
98
99
100
100
101
101
101
102
102
102
103
103
-1-
Chương 1
GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1.1 Tổng quan
Phân tích và điều khiển ổn định điện áp trở nên rất cần thiết khi hệ thống điện
phải vận hành gần tới các giới hạn ổn định của chúng kể cả giới hạn ổn định điện
áp. Hệ thống điện phải làm việc ở trạng thái gần điểm giới hạn điện áp là do thiếu
đầu tư thiết bị FACTS cho mạng điện và công suất truyền tải giữa các vùng là quá
lớn. Điện áp không ổn định đang trở thành mối quan tâm hàng đầu trong vận hành
H
hệ thống điện. Có những sự cố mất điện đã xảy ra liên quan đến sự mất ổn định điện
áp của hệ thống. Do đó việc phân tích và điều khiển ổn định điện áp nhằm nâng cao
C
độ dự trữ ổn định của hệ thống điện là rất cần thiết, tránh mất ổn định điện áp xảy ra
khi có biến động ngẫu nhiên của một trạng thái xác lập là hết sức cần thiết.
U
TE
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghiệp chế
tạo các linh kiện công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống điện,
nên các thiết bị bù dùng thyristor sử dụng rất nhiều thông tin trong toàn hệ thống
được nghiên cứu và ứng dụng. Ở một số nước có trình độ công nghệ phát triển tiên
tiến trên thế giới, các thiết bị bù công suất phản kháng điều chỉnh bằng thyristor đã
H
được ứng dụng và mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao ổn định chất lượng
điện áp của hệ thống điện. Các thiết bị bù thường dùng là: thiết bị bù tĩnh điều khiển
bằng thyristor (SVC), thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC,UPFC), thiết
bị bù đồng bộ tĩnh (STATCOM)… Các thiết bị này cho phép chúng ta vận hành hệ
thống điện một cách linh hoạt, hiệu quả cả trong chế độ bình thường hay sự cố nhờ
khả năng điều chỉnh nhanh công suất phản kháng và các thông số khác (trở kháng,
góc pha) của chúng.
Để nâng cao chất lượng điện áp và ổn định điện áp cho hệ thống điện Việt Nam
đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng các thiết bị bù công suất
phản kháng. Tuy nhiên các thiết bị bù đó chưa đáp ứng đủ những yêu cầu về phản
ứng nhanh nhạy khi hệ thống có sự thay đổi đột ngột về nhu cầu công suất phản
-2-
kháng. Các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS như: STATCOM
hay SVC… đã đáp ứng được yêu cầu về độ phản ứng nhanh nhạy cũng như dung
lượng bù tối ưu cho hệ thống điện trong mọi chế độ làm việc. Luận văn này nghiên
cứu về những vấn đề trên nhằm đưa ra việc ứng dụng lắp đặt thiết bị STATCOM
thích hợp cho hệ thống điện và việc tính toán bù công suất phản kháng tập trung chủ
yếu vào các khu vực có mật độ tải dày đặc và có thể gia tăng đột biến trong các chế
độ làm việc khác nhau.
Hệ thống truyền tải điện Việt Nam chúng ta hiện nay chưa có sử dụng thiết bị
STACOM chỉ sử dụng các bộ Tụ bù tĩnh, các Cuộn kháng cố định để điều chỉnh
H
điện áp và bù công suất phản kháng còn rất cứng nhắc, thiếu linh hoạt. Do đó khi có
ngắn mạch xảy ra thì không thể ổn định được điện áp.Vì vậy việc nghiên cứu thiết
C
bị bù đồng bộ tĩnh (STATCOM) vào hệ thống điện để nâng cao ổn định quá độ và
chất lượng điện áp của hệ thống điện Việt Nam trong tương lai là nhiệm vụ rất cần
U
TE
thiết, nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp dụng các phương pháp điều chỉnh
điện áp và bù công suất phản kháng của hệ thống điện.Vì vậy việc thực hiện đề tài:
“ Ứng dụng STACOM để điều chỉnh điện áp và bù công suất phản kháng cho hệ
thống điện” là hết sức cần thiết, áp dụng vào vận hành hệ thống truyền tải điện Việt
Nam nhằm nâng cao ổn định điện áp và nâng cao khả năng truyền tải cho hệ thống
H
điện.
1.2 Tóm tắt một số bài báo liên quan
“STATCOM control with Robust Synchronizing Phase Locked Loop under
Three Phase Power System Faults” : Prof. A.K.Panda, Yellasiri.Suresh,
Mikkili.Suresh. IEEE International Conference on Industrial Electronics, Control
and Robotics.1
Bài báo này trình bày về vấn đề STATCOM ( bộ bù đồng bộ tĩnh ) hoạt động
dựa trên bộ chuyển đổi nguồn áp VSC có khuếch đại độ rộng xung được sự quan
tâm vì những chức năng nổi bất của nó và được sử dụng trong hệ thống truyền tải
và phân phối. Nó có thể đáp ứng công suất phản kháng VAR với tình trạng hệ thống
sự cố. Việc STATCOM hoạt động trong quá trình hệ thống sự cố có thể tác động
-3-
bất lợi tới bộ VSC là quá dòng và tác động ngắt VSC trong khi yêu cầu nâng cao
điện áp là đòi hỏi cấp thiết nhất. Bộ PLL thông thường chỉ có thể nhận biết thông
tin về giá trị điện áp thứ tự thuận nhưng không thể nhận biết được thông tin về điện
áp thứ tự nghịch tại thanh cái khi hệ thống sự cố. Trong bài báo này đã xây dựng
được STATCOM với một PLL mạnh . Bộ PLL này có thể nhận biết chính xác giá
trị điện áp thứ tự thuận và thứ tự nghịch tại thanh cái trong quá trình hệ thống sự cố.
Với bộ PLL mạnh, STATCOM có thể tránh được quá dòng và tác động ngừng
hoạt động trong và sau quá trình sự cố, đảm bảo STATCOM luôn hoạt động sẵn
sàng cung cấp công suất phản kháng khi yêu cầu bù công suất phản kháng là thực
H
sự cấp thiết. Kết quả mô phỏng được trình bày trên bộ STATCOM VSC 48-xung
H
U
TE
C
100 MVAR kết nối 2 thanh cái hệ thống điện.
Hình 1.1: Sự cố chạm đất pha với PLL thông thường
C
H
-4-
U
TE
Hình 1.2: Sự cố chạm đất pha với PLL mạnh
“Current Control of Angle Controlled STATCOM”: Zhengping Xi, Student
Member, IEEE, and Subhashish Bhattacharya, Member, IEEE.2
Bài báo này đề cập đến vấn đề bộ VSC dựa trên STATCOM được sử dụng để
điều chỉnh điện áp trong hệ thống truyền tải và phân phối. Quá dòng và tác động
ngắt STATCOM trong và sau quá trình sự cố hệ thống hoặc các sóng hài biến dạng
H
có thể xuất hiện trong STATCOM không có bộ điều khiển PWM (điều khiển độ
rộng xung). Chọn lựa tụ DC thích hợp có thể giữ cho giá trị dòng điện thứ tự nghịch
và sóng hài biến dạng thấp, kết quả đạt được là có thể loại bỏ được quá dòng bên
trong STATCOM. Tuy nhiên, giá trị tụ phụ thuộc vào kiểu sóng hài biến dạng.
Trong bài báo này đã đề xuất và phát triển chiến lược dựa trên sự điều khiển góc
điều khiển để loại trừ quá dòng (và tác động ngắt ) VSC trong, sau quá trình hệ
thống sự cố và các sóng hài biến dạng, đảm bảo là với 1 STATCOM có tụ điện
dung nhỏ cũng có thể cung cấp được công suất phản kháng theo yêu cầu. Các kết
quả mô phỏng được trình bày dựa trên bộ STATCOM VSC 48-xung 100 MVAR
kết nối với 2 thanh cái hệ thống. Các kết quả chứng tỏ được hiệu quả của chiến lược
- Xem thêm -