BÁO CÁO đồ án THIẾT KẾ đề tài thiết kế bộ điều khiển STATCOM bù công suất phản kháng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Điện BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Đề Tài: Thiết kế điều khiển STATCOM bù công suất phản kháng Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: MSSV: TS Phạm Việt Phương Nguyễn Xuân Trường 20174299 Hà Nội, Tháng 7/2021 Mục lục 7 9 13 15 15 16 16 16 16 18 21 21 21 24 27 29 29 29 30 Danh sách hình vẽ Nguyên lý hoạt đ ng STATCOM Nguyên lý bù b bù tích cục Trạng thái hap thụ công suat phản kháng b bù Trạng thái phát công suat phản kháng b bù Mơ hình STATCOM noi lưói Bieu dien vector n áp dòng n h trục toa đ Cau trúc b đieu khien STATCOM noi lưói Cau trúc b đieu khien h toa đ d,q Sơ đo khoi b đieu khien dòng h toa đ d,q 10 Sơ đo khoi vịng kín b đieu khien n áp m t chieu trung gian 11 Dạng sóng đieu che tín hi u đieu khien SinPWM 12 Mơ hình tong quan STATCOM noi lưói 13 Sơ đo mơ mạch vịng đieu chỉnh n áp Vdc 14 Sơ đo mơ mạch vịng đieu chỉnh Iq 15 Sơ đo b chuyen đoi toa đ 16 Sơ đo khoi phát xung cho b nghịch lưu 17 Sơ đo b chuyen đoi toa đ abc sang dq dịng n 18 Thơng so tải ban đau 19 Đi n áp m t chieu 20 Công suat phản kháng lưói n, STATCOM tải 21 Cơng suat tác dụng lưói n, STATCOM tải 22 Sơ đo lưói n 14 nút có gan STATCOM 23 Sơ đo lưói n 14 nút có gan STATCOM 24 Đi n áp tải phía sau nút đ t STATCOM 25 Đi n áp Ud Uq 26 Dòng n Id Iq 27 Đi n áp m t chieu Vdc 28 Công suat phản kháng nguon, STATCOM tải 29 Công suat tác dụng nguon, STATCOM tải 30 Khoi Three-Phase Programmable Voltage Source 31 Đi n áp m t chieu Vdc 32 Hình ảnh phóng to n áp Vdc 33 Dòng n Id Iq 34 Đi n áp Ud Uq 35 Công suat tác dụng P 36 Công suat phản kháng Q 37 Đi n áp m t chieu Vdc 38 Đi n áp Ud Uq 39 Dịng n Id Iq 40 Cơng suat tác dụng P 41 Công suat phản kháng Q 52 6 75 11 11 13 15 16 16 17 17 17 18 18 19 19 20 21 21 22 22 22 23 23 23 24 24 25 25 25 26 26 27 27 27 28 28 Danh sách bang L I NÓI ĐAU Đe h thong n hoạt đ ng linh hoạt ỏ moi che đ , ke tình huong sụ co nghiêm nhat, phải có thiet bị đe đieu khien đại lưong h thong n M t đại lưong đại lưong n áp, theo nh n định thục te, sụ co tan rã h thong n gan đeu có liên quan đen sụ sụp đo n áp ho c mat on định n áp, mà nguyên nhân chủ yeu dȁn đên sụ sụp đo n áp không đáp ứng đủ nhu cau công suat phản kháng cho h thong n m t cách kịp thòi Đe nâng cao chat lưong n áp on định n áp cho h thong n Vi t Nam có rat nhieu cơng trình nghiên cứu ve vi c ứng dụng thiet bị bù công suat phản kháng Tuy nhiên thiet bị bù chưa đáp ứng yêu cau ve phản ứng nhanh nhạy h thong có sụ thay đoi đ t ng t ve nhu cau công suat phản kháng Các thiet bị truyen tải n xoay chieu linh hoạt FACTS như: STATCOM hay SVC, UPFC đáp ứng đưoc yêu cau ve đ phản ứng nhanh nhạy dung lưong bù toi ưu cho h thong n moi che đ làm vi c Đo án nghiên cứu ve vi c thiet ke b đieu khien STATCOM bù công suat phản kháng nham nâng cao chat lưong n áp, on định h thong n Trong trình làm đo án có lúc khó khăn nhị sụ hưóng dȁn t n tình thay Phạm Vi t Phương em có the hồn thành đo án thịi hạn Tuy nhiên, thịi gian có hạn kien thức hạn che nên đo án vȁn thieu sót m t so phan chưa the hồn thành Em rat mong có đưoc sụ thơng cảm thay Em xin chân thành cảm ơn! Chữ ký GVHD Hà N i ngày 13 tháng năm 2021 Sinh viên thục hi n Nguyen Xuân TrưỜng I TONG QUAN VE STATCOM Bù công suat phan kháng Công suat phản kháng m t thành phan tạo nên h thong n Đây công suat can thiet đe trì n áp on định lưói n, cung cap lưong nâng cao hi u suat hoạt đ ng thiet bị n có tính cảm kháng Vi c bù cơng suat phản kháng có the mang lại nhieu loi ích như: • Giảm đưoc ton that cơng suat mạng n giảm đưoc công suat phản kháng truyen tải đưịng dây • Giảm đưoc ton hao n áp mạng n giảm đưoc thành phan ton that n áp công suat phản kháng gây • Giảm dụ phịng chung h thong n liên ket, qua giảm đưoc chi phí đau tư vào cơng trình nguon n • Tăng khả truyen tải đưịng dây máy bien áp • Tăng tính kinh te chung h thong lón t n dụng đưoc nguon phát có giá thành sản xuat n thap Quản lý công suat phản kháng hi u m t mục tiêu quan đe nâng cao hi u suat truyen tải, tiet ki m n Vi c bù công suat phản kháng cải thi n h so công suat, đieu chỉnh n áp tot cung cap cho phụ tải Trong v n hành, ngưịi ta mong muon sử dụng cơng suat phản kháng lưói n tot mien thiet bị vȁn hoạt đ ng bình thưịng M t khác, trình truyen tải n từ nơi sản xuat đen nơi tiêu thụ n có ton hao cơng suat, có công suat phản kháng làm n áp điem cách xa nguon bị suy giảm đáng ke, đe tránh vi c ton that công suat sụ suy giảm n áp nút phương án toi ưu giảm lưong công suat phản kháng đưoc truyen tải Lưong công suat phản kháng can thiet đe đảm bảo n áp hoạt đ ng nút đưoc bo sung bỏi thiet bị bù công suat phản kháng máy bù đong b , tụ bù, SVC, STATCOM Trong đó, STATCOM h thong bù đong b tĩnh ứng dụng h thong lưói phân phoi, ỏ cap n áp trung the hạ the STATCOM h thong bù song song, có tác dụng đieu chỉnh cơng suat phản kháng điem ket noi, đưoc thục hi n thông qua vi c đieu chỉnh biên đ góc pha n áp rơi STATCOM n áp h thong n đe dòng qua STATCOM có the ch m ho c nhanh pha n áp đau nguon Nhị mà chức on định n áp, cân bang phụ tải cho pha Các phương pháp bù thụ đ ng đóng cat b tụ, l p đ t mạch loc LC khơng phải giải pháp mà có the làm cho van đe trỏ nên tram M t khác, xu the phát trien h thong lưong tái tạo có cơng suat ngày lón Những lý giải thích cho xu hưóng quan tâm nghiên cứu đ c bi t ve STATCOM cho lưói n trung the năm gan Ưu điem STATCOM khả đieu chỉnh tot, có the đảm bảo m t lưong cơng suat bị khơng đoi phạm vi rat r ng n áp đ t Do đó, STATCOM đưoc biet đen m t thiet bị cải thi n chat lưong n áp, không tạo thành phan sóng hài b c ba lón thiet bị bù khác.[1] 2.1 Tong quan ve STATCOM Cau trúc ban cua STATCOM STATCOM m t thiet bị chuyen đoi nguon n áp, chuyen đoi nguon n áp m t chieu thành n áp xoay chieu đe bù công suat phản kháng cho h thong n Cau trúc đưoc the hi n hình , bao gom: M t b bien đoi nguon n áp ba pha (VSC) đưoc noi ve phía thứ cap máy bien áp ghép; nguon n áp DC (Vdc) 2.2 Nguyên lý hoạt đ ng cua STATCOM Vi c thay đoi công suat phản kháng đưoc thục hi n bang b VSC noi bên thứ cap máy bien áp VSC sử dụng linh ki n n tử công suat (GTO, IGBT ho c IGCT) đe đieu che n áp xoay chieu ba pha V2 từ nguon m t chieu Nguon m t chieu đưoc lay từ tụ n Nguyên lý hoạt đ ng STATCOM đưoc rõ hình 4.2, the hi n cơng suat tác dụng phản kháng truyen n áp h thong đe đieu khien V1 n áp đưoc tạp bỏi VSC V2 STATCOM m t thiet bị bù ngang, đieu chỉnh n áp vị trí lap đ t đen giá trị cài đ t (Vre f ) thông qua vi c đieu chỉnh biên đ góc pha n áp rơi STATCOM h thong n V KET LU N VÀ HƯ NG PHÁT TRIEN Ket lu n Hưóng nghiên cứu phát trien Hình 1: Nguyên lý hoạt đ ng STATCOM Trong che đ hoạt đ ng on định n áp phát bỏi STATCOM V2 pha vói V1 (δ = 0), có cơng suat phản kháng truyen tải Bang cách đieu khien n áp V2 tạo bỏi VSC pha vói n áp V1 h thong có biên đ lón khien dịng phản kháng (Iq) chạy từ STATCOM vào h thong, lúc dòng n Iq hoạt đ ng m t n dung cung cap công suat phản kháng đen h thong, qua nâng cao n áp h thong lên Ngưoc lại neu n áp V2 tạo bỏi VSC có biên đ thap n áp V1 h thong đieu khien dòng phản kháng (Iq) chạy từ h thong vào STATCOM, lúc dòng n Iq hoạt đ ng m t n cảm tiêu thụ công suat phản kháng từ h thong, qua hạn che n áp lưói n Neu n áp V2 tạo bỏi VSC n áp V1 bang khơng có trao đoi cơng suat phản kháng Ta có cơng suat tác dụng công suat phản kháng trao đoi hai nguon V1 (lưói) V2 (b bù): Trong đó: P = V1V2sinδ XL • V1 θ1: Đi n áp lưói can đieu chỉnh góc l ch pha • V2 θ2: Đi n áp tạo bỏi VSC góc l ch pha ; Q= V1 (V1 − V2cosδ ) (2) Hình 2: Nguyên lý bù b bù tích cục • XL: Đi n kháng ket noi lưói b bù • δ : Góc l ch pha n áp lưói n áp b bù Trong che đ hoạt đ ng bù cơng suat phản kháng δ = từ (2) ta có: P=0 ; Q= V1 (V1 − V2) (3) Từ (3) ta thay Q tỉ l vói hai n áp (V1 − V2) • Khi V1 = V2 Q = b bù không phát hay hap thụ công suat phản kháng • Khi V1 > V2 Q > ton thành phan n áp V12 tương ứng dòng cảm kháng IL ch m sau V1, V2 m t góc 90 đ , lưói truyen cơng suat phản kháng vào b bù (STATCOM hap thụ công suat phản kháng) Hình 3: Trạng thái hap thụ cơng suat phản kháng b bù • Khi V1 < V Q < ton thành phan n áp V12 tương ứng dòng n dung IC vưot trưóc V1, V2 m t góc bang 90 đ (B STATCOM phát cơng suat phản kháng lên lưói n) Từ phân tích ta thay rang thay đoi biên đ n áp đau b bù giữ góc l ch θ = ta có the đieu khien dịng cơng suat phản kháng trao đoi lưói b bù.[2] Cơng suat tác dụng P Hình 21: Cơng suat tác dụng lưói n, STATCOM tải Nh n xét: Qua khảo sát STATCOM noi lưói mơ bù cơng suat phản kháng ta thu đưoc ket sau: • Công suat phản kháng Q STATCOM bám theo cơng suat phản kháng tải • Cơng suat tác dụng P STATCOM xap xỉ bang • Cơng suat tác dụng tải lưói n cung cap đen • Thịi gian xác l p khoảng 0.4s Mơ hình STATCOM gan lưỚi n 14 nút 2.1 Mơ hình tong quan Hình 22: Sơ đo lưói n 14 nút có gan STATCOM 2.2 Đieu ki n bình thưỜng Đi n áp Vabc Hình 23: Sơ đo lưói n 14 nút có gan STATCOM Đi n áp tải Vload Hình 24: Đi n áp tải phía sau nút đ t STATCOM Đi n áp Ud Uq Hình 25: Đi n áp Ud Uq Dòng n Id Iq Hình 26: Dịng n Id Iq Đi n áp Vdc Hình 27: Đi n áp m t chieu Vdc Công suat phản kháng Q Hình 28: Cơng suat phản kháng nguon, STATCOM tải Cơng suat tác dụng P Hình 29: Cơng suat tác dụng nguon, STATCOM tải Nh n xét: Ta thay rang khảo sát tác đ ng STATCOM lưói n 14 nút ket thu đưoc khả quan B đieu khien hồn thành tot nhi m vụ on định đưoc n áp Vdc qua giữ on định đưoc công suat tác dụng P STATCOM bù đưoc cơng suat phản kháng cho lưói n Nhưng mói trưịng STATCOM chạy lưói n on định V y neu có sụ co lưói n đieu xảy ra, xét tói phan tiep theo 2.3 S co xay pha A Đe tạo sụ co sụt áp pha A Ta sử dụng khoi Three-Phase Programmable Voltage Source thư vi n Matlab Simulink hình dưói Hình 30: Khoi Three-Phase Programmable Voltage Source Đi n áp Vdc Hình 31: Đi n áp m t chieu Vdc Hình 32: Hình ảnh phóng to n áp Vdc Dịng n Id Iq Hình 33: Dịng n Id Iq Đi n áp Ud Uq Hình 34: Đi n áp Ud Uq Cơng suat tác dụng P Hình 35: Cơng suat tác dụng P Cơng suat phản kháng Q Hình 36: Công suat phản kháng Q 2.4 Tai thay đoi Đi n áp m t chieu Vdc Hình 37: Đi n áp m t chieu Vdc Đi n áp Ud Uq Hình 38: Đi n áp Ud Uq Dịng n Id Iq Hình 39: Dịng n Id Iq Cơng suat tác dụng P Hình 40: Cơng suat tác dụng P Cơng suat phản kháng Q Hình 41: Cơng suat phản kháng Q V KET LU N VÀ HƯ NG PHÁT TRIEN Ket lu n Báo cáo trình bày ve van đe sau: Chương I • Bù cơng suat phản kháng • Tong quan ve STATCOM Chương II • Mơ hình hóa h thong đieu khien • Xây dụng mạch vịng đieu khien Chương III • Giói thi u phương pháp đieu che Chương IV • Xây dụng mơ hình STATCOM noi lưói phan mem Matlab Simulink • Lap STATCOM lưói n 14 nút đánh giá kịch mơ Tóm lại: Trong đo án em xây dụng đưoc b đieu khien mô hình mơ bù cơng suat phản kháng STATCOM lưói n 14 nút Vi c mơ cho ket tương đoi tot, qua phản ánh đưoc chat lưong b đieu khien đieu giúp đánh giá đưoc khả on định h thong n thiet bị STATCOM mang lại HưỚng nghiên c u phát trien Từ ket đạt đưoc, có the thay đưoc ưu điem hạn che đo án em xin đưa hưóng nghiên cứu phát trien sau: • Có the trien khai mơ hình mơ phát trien thành mơ hình h thong n có so lưong nút so nguon nhieu vói dạng sụ co khác • Từ mơ hình trien khai, em mong muon có the xây dụng đưoc thu t tốn tìm vị trí toi ưu h thong n đe lap đ t STATCOM, nham đạt đưoc ket tot nhat ve kinh te sụ on định h thong n TÀI LI U THAM KHÂO [1] Tran Hùng Cưòng “Nghiên cứu phương pháp đieu che đieu khien b bien đoi bán dȁn công suat đa mức kieu module hóa” PhD thesis Đại Hoc Bách Khoa Hà N i, Feb 2020 [2] Hà Văn Du “Úng dụng STATCOM đe đieu chỉnh n áp bù công suat phản kháng lưói n” MA thesis Đại Hoc Kĩ Thu t Cơng Ngh Thành Pho Ho Chính Minh, June 2012 [3] Bùi Văn Huy Trịnh Trong Chưỏng “Nghiên cứu, thiet ke h thong bien đoi n tử công suat ứng dụng h thong lưong m t trịi ket noi lưói n phân phoi” In: Tạp chí KHOA HQC & CƠNG NGH (2018) ... kháng lưói n, STATCOM tải 21 Công suat tác dụng lưói n, STATCOM tải 22 Sơ đo lưói n 14 nút có gan STATCOM 23 Sơ đo lưói n 14 nút có gan STATCOM 24 Đi n áp tải phía sau nút đ t STATCOM 25 Đi n... suat phản kháng máy bù đong b , tụ bù, SVC, STATCOM Trong đó, STATCOM h thong bù đong b tĩnh ứng dụng h thong lưói phân phoi, ỏ cap n áp trung the hạ the STATCOM h thong bù song song, có tác dụng... nghiên cứu đ c bi t ve STATCOM cho lưói n trung the năm gan Ưu điem STATCOM khả đieu chỉnh tot, có the đảm bảo m t lưong cơng suat bị khơng đoi phạm vi rat r ng n áp đ t Do đó, STATCOM đưoc biet đen