(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu bộ điều khiển bù công suất phản kháng STACOM (static synchronous compensator) ổn định hệ thống điện

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 04 năm 2016 Người cam đoan Nguyễn Hải Tâm ii CẢM TẠ Trong thời gian học tập nghiên cứu trường, tơi hồn thành đề tài luận văn cao học Có thành xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Thầy TS Trương Đình Nhơn, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn đến tất Quý Thầy Cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh trang bị cho tơi lượng kiến thức bổ ích, đặc biệt xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Khoa Điện – Điện Tử tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ cho tơi q trình học tập thời gian làm luận văn tốt nghiệp Chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Cao đẳng nghề Bình Thuận tạo điều kiện để tơi tham gia hồn thành khóa học Cuối cùng, Tơi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến ba mẹ, đồng nghiệp, bạn bè giúp đỡ cho nhiều để vượt qua khó khăn, tạo cho tơi niềm tin nỗ lực phấn đấu để hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 04 năm 2016 Tác giả luận văn Nguyễn Hải Tâm iii TĨM TẮT Nhiều cơng trình nghiên cứu ứng dụng thiết bị FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems), đặc biệt sử dụng thiết bị phát nguồn công suất phản kháng cho hệ thống lưới điện nhằm gia tăng độ ổn định điện áp, ổn định độ để đưa hệ thống vận hành trở lại bình thường FACTS thiết bị điều khiển hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt sử dụng để điều khiển điện áp, trở kháng góc pha đường dây xoay chiều cao áp FACST cung cấp lợi ích cho việc nâng cao quản lý hệ thống truyền tải thông qua việc sử dụng tốt lưới điện truyền tải có; tăng độ tin cậy khả sẵn sàng đáp ứng nhanh hệ thống truyền tải; tăng độ ổn định động ổn định độ lưới; tăng chất lượng cung cấp cho ngành cơng nghiệp có u cầu chất lượng điện cao lợi ích mơi trường Nguồn lượng tương lai ngày cạn kiệt Vì thế, người cần nghiên cứu ứng dụng nhiều nguồn lượng Gió nguồn lượng vô tận, nguồn điện cung cấp lượng công suất phát đáng kể tương lai Ở Việt Nam, số nhà máy điện gió hình thành nhà máy điện gió Bạc Liêu (xã Vĩnh Trạch Đơng, thành phố Bạc Liêu, tỉnh Bạc Liêu), Bình Thuận (gồm nhà máy huyện đảo Phú Quý, Tuy Phong Bắc Bình) Tuy nhiên, nguồn lượng thường có vị trí địa hình phức tạp, phụ thuộc hoàn toàn vào thiên nhiên dẫn đến hệ thống vận hành chưa thực ổn định, ảnh hưởng đến chất lượng điện áp khu vực hệ thống lưới điện Đề tài Nghiên cứu điều khiển bù công suất phản kháng STATCOM (Static Synchranous Compensator) ổn định hệ thống điện hệ thống thiết bị FACTS cần thiết, có tính thực tiễn cao, làm sở tham khảo cho việc hoạch định, xây dựng điều khiển bù công suất phản kháng kết hợp Việc nghiên cứu với mục đích iv nhằm khai thác, phát huy đầy đủ tiềm điện gió, nâng cao ổn định điện áp khu vực hệ thống lưới điện quốc gia v ABSTRACT There are many research projects and equipment applications FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems), especially the use of playback devices reactive power source for power grids to increase voltage stability, transient stability to bring the system back to normal operation FACTS is the control device transmission system flexible alternating current It is used to control the voltage, impedance and phase angle of the high voltage AC lines FACTS provides enhanced benefits to the management of the transmission system through better use of existing transmission grid, increases the reliability and availability to meet the rapid transmission systems, increases stability and transient stability of the grid, increases high power quality and environmental benefits which are required by industries Nowadays, energy sources are dwindling Therefore, we need to find new energy sources, including wind energy which is an inexhaustible source of energy, a source of future power which supplies a significant amount of generation capacity In Vietnam, there were several wind power plants formed as wind power plant Bac Lieu (Vinh Trach Dong, Bac Lieu town, Bac Lieu Province), Binh Thuan (3 factories in Phu Quy, Tuy Phong and Bac Binh districts) However, this energy often occupies complex terrain locations and is completely dependent on nature It is the reason why the operating system is not really stable, fluctuations affect the voltage quality in the region and in the power system Research topics about power compensation systems like STATCOM system (Static Compensator Synchranous) show that FACTS devices are necessary for stabilizing voltage This device is a practical reference and a basis for planning and building of controllers reactive power compensation combined The aim is to exploit vi and develop the full potential of wind power and improve voltage stability in the region and in the national grid system vii MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Xác nhận cán hướng dẫn Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách chữ viết tắt ix Danh sách hình x Danh sách bảng xiii Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu yêu cầu 1.2.1 Mục tiêu 1.2.2 Yêu cầu Chương 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 Sơ lược tình hình nghiên cứu liên quan đến FACTS 2.2 Nguyên lý vận hành điều khiển hệ thống điện 2.3 Tổng quan ổn định điện áp 2.4 Phân tích ổn định điện áp hệ thống điện 2.5 Hậu việc ổn định điện áp 11 2.6 Tổng quan công suất phản kháng 11 2.7 Hiệu việc bù công suất phản kháng 12 viii 2.8 Các thiết bị bù công suất phản kháng 13 2.9 Giới thiệu chung STATCOM 14 2.9.1 Cấu trúc STATCOM 15 2.9.2 Nguyên lý hoạt động STATCOM 15 2.10 Đặc tuyến Q-V, ổn định độ phân tích ổn định điện áp 20 2.11 Các đặc tính bù STATCOM 23 2.12 Mô thành phần tương đương STATCOM Power World Simulation 25 Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 3.1 Thời gian địa điểm 27 3.2 Nội dung 27 3.2.1 Giới thiệu phần mềm PowerWorld Simulator 27 3.2.2 Hiện trạng lưới điện Bạc Liêu 28 3.2.3 Đánh giá ổn định điện áp lưới điện Bạc Liêu 32 3.2.4 Cơ sở lựa chọn vị trí đặt STATCOM lưới điện Bạc Liêu 32 3.3 Phương pháp nghiên cứu 32 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 4.1 Dữ liệu lưới điện khu vực Bạc Liêu 34 4.2 Dữ liệu mô lưới điện chưa đóng STATCOM 36 4.3 Dữ liệu mô lưới điện đóng STATCOM 38 4.4 Đồ thị so sánh độ dao động điện áp 41 4.5 Mơ phân tích đặc tuyến QV 44 4.6 Phân tích mơ hình có khơng có STATCOM 46 4.7 Mô đánh giá đặc tuyến ổn định độ 46 4.8 Mơ phân tích đặc tuyến ổn định độ hệ thống bị cố 54 4.9 Đặc tính thu phát công suất phản kháng STATCOM 62 ix 4.10 Kết luận nhận xét 64 Chương 5: KẾT LUẬN 66 5.1 Kết luận 66 5.2 Kiến nghị 67 PHẦN TÀI LIỆU KHAM KHẢO 69 x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Vref Reference voltage – giá trị cài đặt điện áp PW PowerWorld Simulator NM Nhà máy TBA Trạm biến áp HTĐXC Hệ thống điện xoay chiều KNC Khu công nghiệp TCSC Thyristor controlled series capacitor – Bộ tụ bù mắc nối tiếp EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam ISTA(Iq) Dòng điện STATCOM VSTA(Vq) Điện áp STATCOM DC Nguồn chiều AC Nguồn xoay chiều P Công suất tác dụng Q Công suất phản kháng f Tần số CSPK Công suất phản kháng VSC Voltage Source Converter – nghịch lưu áp GTO Thyristor cắt IGBT Transistor lưỡng cực PWM Pulse Width Modulation - Kỹ thuật điều chế chế độ xung SVC Static Var Compensator - Thiết bị bù tĩnh điều khiển thyristor STATCOM Static Synchranous Compensator AVR Bộ điều chỉnh điện áp tự động FACTS Flexible Alternating Current Transmission System - Hệ thống truyền tải IEEE điện xoay chiều linh hoạt Institute of Electrical and Electronic Engineers THD Total Harmonic Distortion xi QSTATCOM = 12 (MVAr) Lúc điện áp bus gần STATCOM có giảm nằm chế độ vận hành ổn định 4.10 Kết luận nhận xét Việc ứng dụng thiết bị FACTS vào hệ thống truyền tải điện mang lại lợi ích to lớn, đặc biệt độ ổn định điện áp bus, tăng độ tin cậy cung cáp điện giảm dao động điện áp Sau lắp đặt STATCOM bus KCN Hưng Phú, độ dự trữ công suất ổn định, bus lân cận vận hành trạng thái ổn định Các thiết bị FACTS thiết kế, chế tạo lắp đặt phổ biến toàn giới Ở Việt Nam lắp đặt cho số khu vực niềm bắc hệ thống lưới điện 220 kV Việc lựa chọn thiết bị phụ thuộc vào mục đích điều khiển, trạng lưới điện tính tốn chi phí đầu tư xây dựng lợi ích kinh tế mà thiết bị FACTS mang lại Để đảm bảo ổn định điện áp lưới điện 220 kV khu vực miền nam, cụ thể lưới điện khu vực Bạc Liêu có kết hợp với điện gió, tiến hành mô đặc tuyến ổn định, từ đề xuất sử dụng thiết bị bù công suất phản kháng STATCOM để ổn định điện áp lưới điện khu vực Bạc Liêu Sau lắp đặt STATCOM dự trữ ổn định điện áp bus có điện áp thấp nâng lên rõ rệt, hệ thống an toàn tin cậy chế độ làm việc, hạn chế tối đa tượng ổn định điện áp bus đặt STATCOM làm ổn định điện áp bus lân cận - 64 - Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Các vấn đề thực luận văn Với đặc thù hoạt động điện lực Việt Nam, truyền tải điện đã, giử vai trò trung tâm vận hành hệ thống điện Lưới truyền tải 220 kV thực trở thành hệ thống liên kết, đóng vai trị quan trọng việc phối hợp vận hành nguồn điện toàn hệ thống, giảm thiểu chi phí vận hành, hổ trợ dự phịng cơng suất, tăng độ tin cậy an toàn cung cấp điện đảm bảo chất lượng điện Trên sở giải pháp thường áp dụng để nâng cao vận hành cho lưới điện truyền tải, luận văn thực vấn đề sau Tìm hiểu chung thiết bị bù cơng suất phản kháng Xây dựng mơ hình hóa lưới điện khu vực Bạc Liêu có kết hợp với nhà máy điện gió Bạc Liêu Ứng dụng điều khiển STATCOM để bù công suất phản kháng lưới khu vực nhà máy điện gió Bạc Liêu cung cấp điện khơng ổn định Qua mơ hình hóa mô chứng minh khả đáp ứng tốt ưu nâng cao ổn định áp sử dụng thiết bị bù ngang tĩnh STATCOM cho lưới điện khu vực gần nhà máy điện gió Bạc Liêu Thơng qua việc mô thực tế họat động lưới điện công suất dự kiến tương lai Từ kết đó, tham mưu cho cấp quản lý sử dụng thiết bị bù công suất STATCOM cần thiết để ổn định điện áp cho lưới điện khu vực Bạc Liêu tại, có tính đến khả phát triển thêm phụ tải tương lai - 65 - Những hạn chế luận văn: Qua mơ phỏng, phân tích chi tiết vấn đề ổn định điện áp đưa giải pháp nâng cao điện áp Tuy nhiên, nghiên cứu lưới điện có xét đến yếu tố tương lai nên luận văn có hạn chế sau Chưa có khả cập nhật thông số vận hành điều kiện khách quan không cho phép (yêu cầu bảo mật thông tin Công ty điện lực Bạc Liêu, nhà máy điện gió Bạc Liêu Cơng ty trách nhiệm hữu hạn Xây dựng - Thương mại Du lịch Công Lý,…) Các giá trị R, X, B có ảnh hưởng đến điện áp nút dịng cơng suất truyển tải đường dây Tuy nhiên q trình mơ phần mềm PowerWorld lấy giá trị tương đối nên dẫn đến sai số mô Do điều kiện mô lưới nhiều bus, nhiều phụ tải thay đổi liên tục, thông số đường dây ảnh hưởng trực tiếp đến phụ tải… nên thiết bị bù STATCOM nhà máy điện gió Bạc Liêu khơng xây dựng mơ hình đầy đủ mà xây dựng mơ hình tương đương Dó khơng thể đánh giá xác độ nhiễu sóng hài (THD) phát từ STATCOM máy phát điện gió Từ chưa thể đánh giá xác khả kết nối lưới điện xét điều kiện THD lưới điện 5.2 Kiến nghị - Thu thập tài liệu nhất, để làm sở hồn thiện mơ hình hóa mơ - Xây dựng mơ hình hóa mơ đầy đủ chi tiết để tiếp tục sử dụng có nhu cầu - Tiếp tục nghiên cứu với thiết bị bù công suất phản kháng khác (SVC, UPFC,…) để có nhiều lựa chọn vấn đề nâng cao ổn định điện áp lưới nói chung hệ thống tương tự gặp tương lai - 66 - - Triển khai thực tế việc lắp đặt STATCOM hệ thống lưới điện khu vực nhà máy điện gió Bạc Liêu để nâng cao chất lượng điện áp cho nút phụ tải Qua thu thập số liệu thực tế để đánh giá hiệu mơ hình hóa mơ thực luận văn Phạm vi nghiên cứa đề tài hẹp, chưa bao quát hệ thống nên luận văn có sai số định Để áp dụng thực tiển cần có chỉnh sửa, bổ sung định Hy vọng kết đạt luận văn sử dụng làm sở phân tích tính tốn, xây dựng phát triển thực tế - 67 - PHẦN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ Đắc Lộc Thiết bị FACTS hệ thống điện Nhà xuất xây dựng, 2013 [2] Nguyễn Hồng Việt, Phan Thị Thanh Bình Ngắn mạch ổn định hệ thống điện, 2013 [3] Lâm Hoàng Linh Ứng dụng thiết bị FACTS để cao khả ổn định góc rotor máy phát Đại học Thái Nguyên, 2009 [4] Phạm Văn Huy Nghiên cứu STATCOM, ứng dụng truyền tải điện năng, 2013 [5] Nguyễn Tùng Lâm, Trần Thị Hằng, Nguyễn Văn Nhật Sử dụng đường cong PV/QV phân tích ổn định điện áp Tuyển tập báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ Đại học Đà Nẵng, năm 2010 [6] Quyền Huy Anh Vận hành tối ưu hệ thống điện, 2012 [7] Nhà máy điện gió Bạc Liêu Hạng mục đường dây trạm biến áp Công ty TNHH hệ thống điện Tinh Cầu [8] Nguyễn Văn Hưng Tính tốn, phân tích đề xuất giải pháp cao vận hành an tồn lưới điện cơng ty truyền tải điện đến năm 2015, năm 2013 [9] Nguyễn Hồng Anh, Lê Cao Quyền “Lựa chọn thiết bị bù công suất phản kháng tối ưu cho lưới điện 500kV Việt Nam” – Tạp chí khoa học cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng [10] Nguyễn Xuân Dũng Đánh giá ổn định điện áp 220kV khu vực miền trung Đại học Đà Nẵng, 2012 [11] Võ Hồ Huy Hàn Huỳnh Thế Bảo Bài báo “Ứng dụng thiết bị FACTS truyền tải, 2014 [12] Dr Nadarajah Mithunanthan, Mr.Arthit Sode-yome and Mr.Naresh Acharya Application of FACTS Contronllers in Thailand Power Systems, 2005 - 68 - [13] Prof Dr Grega Bizjak Voltage control in the power supply network of oil platform with static compensators University of Ljubljana, 2014 [14] Mania PAVELLA, Damien ERNST Daniel RAIZ-VEGA Transient stability of power system, 2012 [15] Electricity and New Energy, 2014 Static Synchronous Compensator (STATCOM) - 69 - SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG STATCOM ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 220kV BẠC LIÊU RESEARCH TOPICS ABOUT POWER COMPENSATION SYSTEMS LIKE STATCOM SYSTEM STBILYZING VOLTAGE OF 220Kv BẠC LIÊU Nguyễn Hải Tâm Trường cao đẳng cộng đồng Bình Thuận Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM TÓM TẮT Bài báo đề xuất cách phân tích ổn định điện áp hệ thống điện 220 kV Bạc Liêu cách sử dụng công cụ đường cong QV, ổn định độ phần mềm chuyên dụng PowerWorld Simulator 18 Từ việc thiết lập cố, ta vẽ đường cong QV, ổn định độ cho trường hợp Dựa vào xác định nút yếu ổn định điện áp, cố gây ảnh hưởng lớn đến ổn định điện áp Trên sở có biện pháp cần thiết để cải thiện độ dự trữ ổn định điện áp nút yếu Từ khóa: Đường cong QV, ổn định độ, ổn định điện áp, cải thiện độ dự trữ điện áp ABSTRACT This thesis propose the method for analyzing the voltage stability of 220kV power system in Bạc Liêu by using QV, transient stability curve in the professional software PowerWolrd Simulator 18 By setting up contingencies, we draw the QV, transient stability curve for each case Based on this, weak bus that are related to the voltage stability and contingencies that a great deal affect the voltage stability can be defined From all of these, there are necessary methods to improve the stable voltage storage at weak bus Keywords: using QV curve, transient stability curve, voltage stability, improve the stable voltage GIỚI THIỆU Ổn định điện áp khả trì điện áp tất nút hệ thống nằm phạm vi cho phép (tùy vào tính chất nút mà cho phép điện áp dao động phạm vi khác nhau) điều kiện vận hành bình thường sau kích động Hệ thống vào thái ổn định xuất kích động tăng tải đột ngột hay thay đổi điều kiện mạng lưới hệ thống, Các thay đổi làm cho trình giảm điện áp xảy nặng rơi vào tình trạng khơng thể điều khiển điện áp, gây sụp đổ điện áp Nguyên nhân chủ yếu gây ổn định điện áp hệ thống khơng có khả nâng đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng mạng Các thơng số có liên quan đến sụp đổ điện áp dịng cơng suất tác dụng, cơng suất phản kháng với điện dung, điện kháng mạng lưới truyền tải Mất ổn định điện áp hay sụp đổ điện áp cố nghiêm trọng vận hành hệ thống điện, làm điện vùng hay diện rộng, gây thiệt hại lớn kinh tế, trị, xã hội Do đó, ổn định điện áp quan tâm, nghiên cứu nhiều nước giới Việt Nam để có biện pháp ngăn ngừa sụp đổ điện áp Các thiết bị điện tử công suất hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) cung cấp giải pháp kỹ thuật để giải vấn đề ổn định điện áp Nhờ độ xác, tính khả dụng đáp ứng nhanh, thiết bị bù cơng suất kháng SVC, STATCOM cung cấp trạng thái ổn định điều khiển điện áp độ có chất lượng cao so với kiểu bù rẽ nhánh thơng thường [1-3] MƠ HÌNH STATCOM TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Mơ hình STATCOM STATCOM thiết bị chuyển đổi nguồn áp (VSI-Voltage -Source Inverter), chuyển đổi nguồn điện áp chiều thành điện áp xoay chiều để bù công suất tác dụng công suất phản kháng cho hệ thống STATCOM thiết bị bù ngang, điều khiển điện áp vị trí lắp đặt đến giá trị cài đặt (Vref) thơng qua việc điều chỉnh điện áp góc pha từ STATCOM Bằng cách khống chế điện áp STATCOM, pha với điện áp hệ thống, có biên độ lớn hơn, dịng điện cơng suất phản kháng chạy từ STATCOM vào hệ thống, để nâng điện áp lên Ngược lại, điều khiển điện áp STATCOM thấp điện áp hệ thống, dịng điện dịng cơng suất chạy từ lưới vào STATCOM, hạn chế q điện áp lưới điện [4] Hình 1: Mơ hình STATCOM 2.2 Nguyên lý hoạt động STATCOM Việc thay đổi công suất phản kháng thực VSC nối bên thứ cấp máy biến áp VSC sử dụng linh kiện điện tử công suất (GTO, IGBT IGCT) để điều chế điện áp xoay chiều ba pha E từ nguồn chiều Nguồn chiều lấy từ tụ điện Nguyên lý hoạt động STATCOM rỏ hình 2.3, thể công suất tác dụng phản kháng truyền điện áp hệ thống để điều khiển Vl điện áp tạo VSC E STATCOM thiết bị bù ngang, điều chỉnh điện áp vị trí lắp đặt đến giá trị cài đặt Vref (reference voltage – Vref) thông qua việc điều chỉnh biên độ góc pha điện áp rơi STATCOM HTĐ Hình 2: Nguyên lý hoạt động STATCOM Trong chế độ hoạt động ổn định điện áp phát STATCOM E pha với VS (δ = 0), có cơng suất phản kháng truyền tải Bằng cách điều khiển điện áp E tạo VSC pha với điện áp VS hệ thống có biên độ lớn khiến dòng phản kháng (Iq) chạy từ STATCOM vào hệ thống, lúc dòng điện Iq hoạt động điện dung cung cấp công suất phản kháng đến hệ thống, qua nâng cao điện áp hệ thống lên Ngược lại, điện áp E tạo VSC có biên độ thấp điện áp VS hệ thống khiến dòng phản kháng (Iq) chạy từ hệ thống vào STATCOM, lúc dòng điện Iq hoạt động điện cảm tiêu thụ công suất phản kháng từ hệ thống, qua hạn chế điện áp lưới điện Nếu điện áp E tạo VSC điện áp hệ thống VS khơng có trao đổi cơng suất phản kháng Hệ thống lưới điện Bạc Liêu năm 2015 đưa vào khảo sát Lưới điện Bạc Liêu kết nối với Nhà máy điện gió Bạc Liêu có tổng cơng suất 99 (MW) nối vào lưới điện quốc gia 500 (kV) Trên hệ thống lưới điện khu vực xem xét thực bù công suất kháng nơi xa nguồn nhà máy điện gió Bạc Liêu có cơng suất nguồn phát khơng ổn định Kịch nghiên cứu xây dựng đường đặc tuyến Q-V đặc tuyến ổn định độ bus đặt thiết bị bù STATCOM bus lân cận Dựa vào đặc tuyến phân tích ổn định điện áp phụ tải tăng, nhà máy điện gió Bạc Liêu dao động cơng suất, đường dây cung cấp điện hay STATCOM bị Mô sơ đồ đơn tuyến khu vực Bạc Liêu kết hợp với nhà máy điện gió Bạc Liêu thiết bị bù cơng suất phản kháng STATCOM Hình 4: Mơ sơ đồ đơn tuyến khu vực nhà máy điện gió Bạc Liêu phần mềm PowerWolrd 2.3 Đường cong Q-V, ổn định độ (Transient stability) phân tích ổn định điện áp Sự ổn định định thay đổi công suất tác dụng P công suất phản kháng Q tác động đến điện áp nút Tầm ảnh hưởng đường đặc tính công suất phản kháng phụ thuộc vào thiết bị bù biểu diến rõ ràng quan hệ đường cong Q-V Nó độ nhạy biến thiên nút điện áp lượng công suất phản kháng bơm vào tiêu thụ [12] Hình 5: Đường cong Q-V phân tích ổn định điện áp Để biểu diễn đường cong QV, máy phát tưởng tượng đặt nút phân tích Trục tung biểu diễn đầu máy phát ảo (MVAr) Trục hoành biểu diễn điện áp tương ứng đơn vị tương đối( pu) Đường cong QV xác định tải MVAr lớn trước sụp đổ điện áp Điểm vận hành xác định giao điểm trục hoành đường cong Đây điểm mà máy phát ảo phát công suất phản kháng OMVAr Khi vạch đường cong xuống, thể máy phát ảo phát cơng suất phản kháng MVAr giảm Sự giảm thể tăng tải MVAr Tại điểm, giá trị MVAr máy phát ảo ngừng giảm chạm tới đáy đường cong Điểm thể tăng lớn tải MVAr nút Bất kì tải MVAr cao gây sụp đổ điện áp [5] 2.4 Sử dụng đường cong QV, ổn định độ PowerWorld Simulator 18 để phân tích ổn định điện áp hệ thống điện khu vực Bạc Liêu Số liệu dùng việc phân tích ổn định điện áp lấy năm 2012 Các cố xét tất cố bus đặt STATCOM (đường dây, máy biến áp STATCOM ngắn mạch, đường dây kết nối bus lân cận với STATCOM bị cố), cơng suất phát nhà máy điện gió Bạc Liêu bị dao động bị cắt hoàn toàn 2.4.1 Sử dụng đường cong QV Nút có độ ổn định cao độ dự trữ công suất phản kháng lớn, tức có trị tuyệt đối Qmin đường cong QV lớn ngược lại Xét trường hợp bản, sau phân tích thu phát Q nút, kết thể qua đồ thị Trường hợp STATCOM không phát Q, (MWAr) STATCOM thu Q tiêu tán STATCOM Khi chưa đóng Tên bus KCN Hưng Phú Châu Thành Phụng Khi đóng Điện Góc Điện Góc áp pha áp pha (pu) (độ) (pu) (độ) 0,884 -30,97 0,97 -28,32 0,890 -28,46 0,96 -26,53 0,890 -24,44 0,94 -21,21 Hiệp Bảng 2: Thông số điện áp nút vận hành chưa có có STATCOM Hình 6: Đặc tuyến QV bus chưa có STATCOM Trường hợp STATCOM phát Q, giá trị phát 10 (MWAr) Hình 7: Đặc tuyến QV bus có STATCOM Trường hợp STATCOM thu Q, giá trị thu 10 (MWAr) Khi STATCOM không phát Q, độ dự trữ công suất phản kháng giá trị điện áp bus vận hành thấp Khi đóng STATCOM, giá trị phát Q 10 (MWAr), lúc công suất phản kháng độ dự trữ điện áp bus tăng lên rõ rệt Khi hệ thống dư Q, Dựa vào phân tích mơ hình số liệu tính tốn bảng ta thấy rằng, điện áp phát bus nhà máy điện gió Bạc Liêu (u = 1,00 pu) bus STATCOM (u = 1.00 pu) đóng STATCOM Các giá trị điện áp bus KCN Hưng Phú bus lân cận nâng lên Điều chứng tỏ đóng thiết bị bù cơng suất phản kháng STATCOM điện áp bus đặt vị trí STATCOM hay bus lân cận nâng lên rõ rệt, làm ổn định điện áp toàn khu vực 2.4.2 Sử dụng đường cong ổn định độ Hệ thống vận hành chế độ bình thường Khi có tác động làm nhiễu loạn hệ thống thơng số ổn định q độ máy phát điện gió hay STATCOM làm ảnh hưởng đến toàn hệ thống, nhiên tác động làm nhiễu loạn hệ thống không ảnh hưởng nghiêm trọng sau hệ thống quay trạng thái vận hành ban đầu Thời gian bắt đầu mô 0s kết thức phút Thời gian bắt đầu tác động làm nhiễu loạn hệ thống hệ thống phút Hình 8: Dao động tần số phát nhà máy điện gió STATCOM đến bus KCN Hưng Phú Hình 11: Dao động điện áp phát nhà máy điện gió STATCOM đến bus KCN Hưng Phú Hình 9: Dao động góc pha máy phát điện gió Bạc Liêu đến bus KCN Hưng Phú Hình 12: Dao động cơng suất phát Q nhà máy điện gió STATCOM đến bus KCN Hưng Phú Hệ thống vận hành bị cố  Đường dây bị cắt ngắn mạch Đặc tuyến ổn định độ nhà máy điện gió STATCOM cấp điện đến bus KCN Hưng Phú đường dây từ bus Châu Thành đến bus KCN Hưng Phú bị cắt ngắn mạch pha Hình 10: Dao động góc pha máy STATCOM đến bus KCN Hưng Phú Hình 13: Dao động điện áp bus bus KCN Hưng Phú đường dây bị ngắn mạch pha Điện áp phát nhà nhà máy điện gió đến bus KCN Hưng Phú dao động (pu), nhiên điện áp phát STATCOM đến bus KCN Hưng Phú giảm dần đến (pu) Hình 14: Dao động cơng suất phát Q nhà máy điện gió STATCOM đến bus KCN Hưng Phú Công suất phát Q STATCOM giảm dần (MWAr)  STATCOM bị cắt ngắn mạch Đặc tuyến ổn định độ bus KCN Hưng Phú bus Châu Thành STACOM bị cố bị ngắn mạch pha Kết nghiên cứu Hình 15: Dao động điện áp bus KCN Hưng Phú bus Châu Thành STATCOM bị cắt ngắn mạch pha Điện áp bus KCN Hưng Phú bus Châu Thành chưa cắt ngắn mạch lần lược 0,998 (pu) 0,958 (pu) Sau STATCOM bị cố, điện áp giảm xuống 0,901 (pu) 0,889 (pu)  Khi nhà máy điện gió Bạc Liêu (tổ máy 1) bị cố Hình 16: Dao động điện áp bus KCN Hưng Phú bus Châu Thành nhà máy điện gió Bạc Liêu (tổ máy 1) bị cắt ngắn mạch pha Trước cố Sự cố Đường dây STATCOM Tổ máy điện gió Bus Điện áp P (MW) KCN Hưng Phú 1,033 Châu Thành Sau cố Điện áp P (MW) 16 Q (MVAr ) 0,00 Q (MVAr ) 0,97 12 0,27 1 Phụng Hiệp 0,94 12 0,53 KCN Hưng Phú 1,033 16 0,90 14 Châu Thành 0,97 12 0,90 11 Phụng Hiệp 0,94 12 0,91 11 KCN Hưng Phú 1,033 16 0,97 16 Châu Thành 0,97 12 0,95 12 Phụng Hiệp 0,94 12 0,94 12 Bảng 2: Phân tích thơng số điện áp bus hệ thống bị cố trị P, Q bus giảm đến giá trị Dựa vào phân tích đặc tuyến ổn định Kết luận độ số liệu bảng ta thấy rằng, Việc ứng dụng thiết bị FACTS cố ngắn mạch pha nhà máy điện gió Bạc vào hệ thống truyền tải điện mang lại Liêu giá trị điện áp bus thấp lợi ích to lớn, đặc biệt nằm phạm vi vận hành cho độ ổn định điện áp bus, tăng độ tin phép Nếu cố ngắn mạch pha máy cậy cung cáp điện giảm dao động biến áp STATCOM mức độ dự trữ điện áp Sau lắp đặt STATCOM bus điện áp bus đặt gần hệ thống bù KCN Hưng Phú, độ dự trữ công suất ổn STATCOM giá trị điện áp thấp Vì vậy, định, bus lân cận ln vận hành trạng nút có mức độ ổn định cao khả thái ổn định cung cấp công suất phản kháng lớn, Để đảm bảo ổn định điện áp nghĩa độ dự trữ công suất phản kháng Qđt lưới điện 220 kV khu vực miền nam, cụ thể (Qđt = - Qmax) lớn lưới điện khu vực Bạc Liêu có kết hợp với - Theo mô ta thấy cố điện gió, luận văn đề xuất sử dụng thiết bị đường dây từ KCN Hưng Phú đến Châu Thành bị giảm (là cố ảnh hưởng đến bù công suất phản kháng STATCOM dao động điện áp nút lân cận Sau lắp đặt STATCOM dự trữ ổn khu vực nhất) sảy cố pha định điện áp bus có điện áp thấp đường dây Khi công suất cấp đến nâng lên rõ rệt, hệ thống an toàn tin cậy bus giảm xuống, khơng có biện chế độ làm việc, hạn chế tối đa pháp khắc phục hồn tồn bị rã tượng ổn định điện áp bus đặt lưới STATCOM làm ổn định điện áp - Đặc biệt sảy cố ngắn mạch máy biến áp STATCOM, bus đặt bus lân cận STATCOM bus lân cận giảm điện áp hẳn so với cố tổ máy phát điện gió Giá trị điện áp không nằm giới hạn vận hành cho phép Sau cố ngắn mạch máy biến áp STATCOM giá TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ Đắc Lộc Thiết bị FACTS hệ thống điện Nhà xuất xây dựng, 2013 [2] Nguyễn Hoàng Việt, Phan Thị Thanh Bình Ngắn mạch ổn định hệ thống điện, 2013 [3] Lâm Hoàng Linh Ứng dụng thiết bị FACTS để cao khả ổn định góc rotor máy phát Đại học Thái Nguyên, 2009 [4] Phạm Văn Huy Nghiên cứu STATCOM, ứng dụng truyền tải điện năng, 2013 [5] Nguyễn Tùng Lâm, Trần Thị Hằng, Nguyễn Văn Nhật Sử dụng đường cong PV/QV phân tích ổn định điện áp Tuyển tập báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ Đại học Đà Nẵng, năm 2010 [6] Quyền Huy Anh Vận hành tối ưu hệ thống điện, 2012 [7] Nhà máy điện gió Bạc Liêu Hạng mục đường dây trạm biến áp Công ty TNHH hệ thống điện Tinh Cầu [8] Nguyễn Văn Hưng Tính tốn, phân tích đề xuất giải pháp cao vận hành an toàn lưới điện công ty truyền tải điện đến năm 2015, năm 2013 [9] Nguyễn Hồng Anh, Lê Cao Quyền “Lựa chọn thiết bị bù công suất phản kháng tối ưu cho lưới điện 500kV Việt Nam” – Tạp chí khoa học công nghệ, Đại học Đà Nẵng [10] Nguyễn Xuân Dũng Đánh giá ổn định điện áp 220kV khu vực miền trung Đại học Đà Nẵng, 2012 [11] Võ Hồ Huy Hàn Huỳnh Thế Bảo Bài báo “Ứng dụng thiết bị FACTS truyền tải, 2014 [12] Dr Nadarajah Mithunanthan, Mr.Arthit Sode-yome and Mr.Naresh Acharya Application of FACTS Contronllers in Thailand Power Systems, 2005 [13] Prof Dr Grega Bizjak Voltage control in the power supply network of oil platform with static compensators University of Ljubljana, 2014 [14] Mania PAVELLA, Damien ERNST Daniel RAIZ-VEGA Transient stability of power system, 2012 [15] Electricity and New Energy, 2014 Static Synchronous Compensator (STATCOM).Thơng tin liên hệ tác giả (người chịu trách nhiệm viết): Họ tên: Nguyễn Hải Tâm Đơn vị: Trường cao đẳng cộng đồng Bình Thuận Điện thoại: 0985 672 169 Email: nhtam@btu.edu.vn S K L 0 ... ổn định điện áp hệ thống điện [14] -9- Ổn định điện áp khả hệ thống điện để trì điện áp ổn định tất hệ thống điện sau chịu tác động nhiễu Sụp đổ điện áp (từ loạt cố nghiêm trọng số hệ thống điện) ... thấy cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng, dịng điện điều chỉnh cách điều khiển điện áp, góc pha tổng trở hệ thống truyền tải [12] 2.3 Tổng quan ổn định điện áp Ổn định hệ thống điện khả trở... hiện: ? ?Nghiên cứu điều khiển bù công suất phản kháng STATCOM ổn định hệ thống điện? ?? hệ thống thiết bị FACTS cần thiết, có tính thực tiễn cao, làm sở tham khảo cho việc hoạch định, xây dựng điều khiển