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 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Mục lục DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG LỜI NÓI ĐẦU I TỔNG QUAN VỀ STATCOM Bù công suất phản kháng II THIẾT KẾ MƠ HÌNH STATCOM NỐI LƯỚI Tổng quan STATCOM 2.1 2.2 Cấu trúc STAT Nguyên lý hoạt động S BI PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ Phương pháp điều chế SPWM IV MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ Mơ hình hóa hệ thống 15 Xây dựng mạch vòng điều khiển 2.1 Mạch vòng 15 điều khiển dòn 2.2 Mạch vịng điều khiển điệ 16 Mơ hình STATCOM nối lưới 1.1 1.2 1.3 Mơ hình tổng quan Các khối mơ Kết mơ Mơ hình STATCOM gắn lưới điện 14 nút 21 2.1 Mô hình tổng quan 2.2 Điều kiện bình thường 2.3 Sự cố xảy pha A 2.4 Tải thay đổi V KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO Kết luận Hướng nghiên cứu phát triển 30 Danh sách hình vẽ Nguyên lý hoạt động STATCOM Nguyên lý bù bù tích cực Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng bù Trạng thái phát cơng suất phản kháng bù Mơ hình STATCOM nối lưới 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Biểu diễn vector điện áp dòng điện hệ trục tọa độ Cấu trúc điều khiển STATCOM nối lưới Cấu trúc điều khiển hệ tọa độ d; q Sơ đồ khối điều khiển dòng hệ tọa độ d; q Sơ đồ khối vòng kín điều khiển điện áp chiều trung gian Dạng sóng điều chế tín hiệu điều khiển SinPWM Mơ hình tổng quan STATCOM nối lưới Sơ đồ mơ mạch vịng điều chỉnh Sơ đồ mơ mạch vòng điều chỉnh Iq Sơ đồ chuyển đổi tọa độ Sơ đồ khối phát xung cho nghịch lưu Sơ đồ chuyển đổi tọa độ abc sang dq Thông số tải ban đầu Điện áp chiều Công suất phản kháng lưới điện, STATCOM tải Công suất tác dụng lưới điện, STATCOM tải Sơ đồ lưới điện 14 nút có gắn STATCOM Sơ đồ lưới điện 14 nút có gắn STATCOM 24 Điện áp tải phía sau nút đặt STATCOM 25 Điện áp Ud Uq 26 27 28 29 30 31 Dòng điện Id Iq 32 Hình ảnh phóng to 33 Dòng điện Id Iq 34 35 36 37 Điện áp Ud Uq 38 Điện áp Ud Uq 39 40 41 Dòng điện Id Iq Điện áp chiều Công suất phản kháng Công suất tác dụng nguồn, STATCOM tải Khối Three-Phase Programmable Voltage Source Điện áp chiều Vdc Công suất tác dụng P Công suất phản kháng Điện áp chiều Vdc Công suất tác dụng Công suất phản kháng Danh sách bảng LỜI NÓI ĐẦU Để hệ thống điện hoạt động linh hoạt chế độ, kể tình cố nghiêm trọng nhất, phải có thiết bị để điều khiển đại lượng hệ thống điện Một đại lượng đại lượng điện áp, theo nhận định thực tế, cố tan rã hệ thống điện gần có liên quan đến sụp đổ điện áp ổn định điện áp, mà nguyên nhân chủ yếu dẫn đên sụp đổ điện áp không đáp ứng đủ nhu cầu công suất phản kháng cho hệ thống điện cách kịp thời Để nâng cao chất lượng điện áp ổn định điện áp cho hệ thống điện Việt Nam có nhiều cơng trình nghiên cứu việc ứng dụng thiết bị bù công suất phản kháng Tuy nhiên thiết bị bù chưa đáp ứng yêu cầu phản ứng nhanh nhạy hệ thống có thay đổi đột ngột nhu cầu công suất phản kháng Các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS như: STATCOM hay SVC, UPFC đáp ứng yêu cầu độ phản ứng nhanh nhạy dung lượng bù tối ưu cho hệ thống điện chế độ làm việc Đồ án nghiên cứu việc thiết kế điều khiển STATCOM bù công suất phản kháng nhằm nâng cao chất lượng điện áp, ổn định hệ thống điện Trong trình làm đồ án có lúc khó khăn nhờ hướng dẫn tận tình thầy Phạm Việt Phương em hồn thành đồ án thời hạn Tuy nhiên, thời gian có hạn kiến thức cịn hạn chế nên đồ án cịn thiếu sót số phần chưa thể hoàn thành Em mong có thơng cảm thầy Em xin chân thành cảm ơn! Chữ ký GVHD Hà Nội ngày 13 tháng năm 2021 Sinh viên thực Nguyễn Xuân Trường IV MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ Mơ hình STATCOM nối lưới 1.1 Mơ hình tổng quan Hình 12: Mơ hình tổng quan STATCOM nối lưới 1.2 Các khối mơ khác Mạch vịng điều khiển Vdc Hình 13: Sơ đồ mơ mạch vịng điều chỉnh điện áp V dc 16 Mạch vòng điều khiển Iq Hình 14: Sơ đồ mơ mạch vịng điều chỉnh Iq Bộ chuyển đổi hệ tọa độ abc sang ab dq Hình 15: Sơ đồ chuyển đổi tọa độ Khối phát xung PWM Hình 16: Sơ đồ khối phát xung cho nghịch lưu 17 Bộ chuyển đổi tọa độ dòng điện Hình 17: Sơ đồ chuyển đổi tọa độ abc sang dq dịng điện 1.3 Kết mơ Khởi chạy mô với thông số tải sau: Hình 18: Thơng số tải ban đầu 18 Điện áp chiều Vdc Hình 19: Điện áp chiều Cơng suất phản kháng Q Hình 20: Công suất phản kháng lưới điện, STATCOM tải 19 Cơng suất tác dụng P Hình 21: Cơng suất tác dụng lưới điện, STATCOM tải Nhận xét: Qua khảo sát STATCOM nối lưới mô bù công suất phản kháng ta thu kết sau: • Cơng suất phản kháng Q STATCOM bám theo cơng suất phản kháng tải • Cơng suất tác dụng P STATCOM xấp xỉ • Công suất tác dụng tải lưới điện cung cấp đến • Thời gian xác lập khoảng 0.4s 20 Mơ hình STATCOM gắn lưới điện 14 nút 2.1 Mơ hình tổng quan Hình 22: Sơ đồ lưới điện 14 nút có gắn STATCOM 2.2 Điều kiện bình thường Điện áp Vabc Hình 23: Sơ đồ lưới điện 14 nút có gắn STATCOM 21 Điện áp tải Vload Hình 24: Điện áp tải phía sau nút đặt STATCOM Điện áp Ud Uq Hình 25: Điện áp Ud Uq Dịng điện Id Iq Hình 26: Dịng điện Id Iq 22 Điện áp Vdc Hình 27: Điện áp chiều Vdc Cơng suất phản kháng Q Hình 28: Công suất phản kháng nguồn, STATCOM tải Cơng suất tác dụng P Hình 29: Cơng suất tác dụng nguồn, STATCOM tải 23 Nhận xét: Ta thấy khảo sát tác động STATCOM lưới điện 14 nút kết thu khả quan Bộ điều khiển hoàn thành tốt nhiệm vụ ổn định điện áp V dc qua giữ ổn định cơng suất tác dụng P STATCOM bù công suất phản kháng cho lưới điện Nhưng trường STATCOM chạy lưới điện ổn định Vậy có cố lưới điện điều xảy ra, xét tới phần 2.3 Sự cố xảy pha A Để tạo cố sụt áp pha A Ta sử dụng khối Three-Phase Programmable Voltage Source thư viện Matlab Simulink hình Hình 30: Khối Three-Phase Programmable Voltage Source Điện áp Vdc Hình 31: Điện áp chiều Vdc 24 Hình 32: Hình ảnh phóng to điện áp Vdc Dịng điện Id Iq Hình 33: Dịng điện Id Iq Điện áp Ud Uq Hình 34: Điện áp Ud Uq 25 Công suất tác dụng P Hình 35: Cơng suất tác dụng P Cơng suất phản kháng Q Hình 36: Cơng suất phản kháng Q 26 2.4 Tải thay đổi Điện áp chiều Vdc Hình 37: Điện áp chiều Vdc Điện áp Ud Uq Hình 38: Điện áp Ud Uq Dịng điện Id Iq Hình 39: Dịng điện Id Iq 27 Công suất tác dụng P Hình 40: Cơng suất tác dụng P Cơng suất phản kháng Q Hình 41: Cơng suất phản kháng Q 28 V KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Báo cáo trình bày vấn đề sau: Chương I • Bù cơng suất phản kháng • Tổng quan STATCOM Chương II • Mơ hình hóa hệ thống điều khiển • Xây dựng mạch vịng điều khiển Chương III • Giới thiệu phương pháp điều chế Chương IV • Xây dựng mơ hình STATCOM nối lưới phần mềm Matlab Simulink • Lắp STATCOM lưới điện 14 nút đánh giá kịch mơ Tóm lại: Trong đồ án em xây dựng điều khiển mơ hình mơ bù cơng suất phản kháng STATCOM lưới điện 14 nút Việc mơ cho kết tương đối tốt, qua phản ánh chất lượng điều khiển điều giúp đánh giá khả ổn định hệ thống điện thiết bị STATCOM mang lại Hướng nghiên cứu phát triển Từ kết đạt được, thấy ưu điểm hạn chế đồ án em xin đưa hướng nghiên cứu phát triển sau: • Có thể triển khai mơ hình mơ phát triển thành mơ hình hệ thống điện có số lượng nút số nguồn nhiều với dạng cố khác • Từ mơ hình triển khai, em mong muốn xây dựng thuật tốn tìm vị trí tối ưu hệ thống điện để lắp đặt STATCOM, nhằm đạt kết tốt kinh tế ổn định hệ thống điện 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Hùng Cường “Nghiên cứu phương pháp điều chế điều khiển biến đổi bán dẫn công suất đa mức kiểu module hóa” PhD thesis Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Feb 2020 [2] Hà Văn Du “Ứng dụng STATCOM để điều chỉnh điện áp bù công suất phản kháng lưới điện” MA thesis Đại Học Kĩ Thuật Cơng Nghệ Thành Phố Hồ Chính Minh, June 2012 [3] Bùi Văn Huy Trịnh Trọng Chưởng “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống biến đổi điện tử công suất ứng dụng hệ thống lượng mặt trời kết nối lưới điện phân phối” In: Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ (2018) 30 ... STATCOM nối lưới mô bù công suất phản kháng ta thu kết sau: • Cơng suất phản kháng Q STATCOM bám theo công suất phản kháng tải • Cơng suất tác dụng P STATCOM xấp xỉ • Cơng suất tác dụng tải lưới... ứng dòng cảm kháng I L chậm sau V1, V2 góc 90 độ, lưới truyền công suất phản kháng vào bù (STATCOM hấp thụ cơng suất phản kháng) Hình 3: Trạng thái hấp thụ cơng suất phản kháng bù • Khi V1