Nghiên ứu thiết bị bù ngang ó điều khiển statom

Bộ điều khiển kết hợp nối tiếp - song song.. SVC Static Var Compensator - Bộ bù tĩnh: là 1 máy phát hoặc bộ tiêu thụ điện tĩnh có thể thay đổi được, nối song song, mà công suất đầu ra củ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

PHẠM PHÚ TÚ

NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ

MỤC LỤC

 2

L I C 4

 5

 6

 7

 8

 10

 10

 10

 11

 11

   : FACTS 12

   12

 12

 12

 14  14

 16

 27

 31

   : 33

 33

  - 34

2.1.2 Thyristor 35

2.1.3 GTO ( Gate Turn Off thyristor)     35

(Voltage-Sourced-Converter - VSC) 37

 47

 47

 47

 49

 - 51

2.3.5 Mô hình STATCOM 52

 53

 53

 53

 53

 54

2.4.1.4 Nâng  54

 56

2  56

 56

         : TÍNH TOÁN  57

 57

3.2 CÁ  57

 57

 58

 59

 60

 60

 61

 61

 66

 66

 67

 68

 68

3.4 MÔ HÌNH STATCOM 69

 69

 70

  : NAM   71

 71

4.2 CÁ  74

 74

  74

 78

 81

 83

 105





LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

2 STATCOM Stat ic sychronous Com pensator B   ng b  

3 SVC Static Var Compensator B  

4 TCSC Thyristor Controlled Series Capacitor

5 UPFC Unified Power Flow Controller

6 TCPAR Thyristor Controlled Phase Angle

7 FACTS Flexible Alternating Current

Ph  l c 1: Danh m c tr  m bi n áp 500kV xây d 

Ph  l c 2: Danh m  ng dây 500kV xây d 

Ph  l c 3:   t c a h th   n Vi c  ch

  ng b ng ph n m m CONUS V.7 (2012)   

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Bộ điề u khi n n i tiếp ể ố

Hình 1.2 Bộ điề u khi n song song ể

Hình 1.15 TCVR lo i d ạ ựa trên đầ u phân áp và lo i d a trên s ạ ự ự đưa thêm điệ n áp

vào đườ ng dây

Hình 2.9 So sánh STATCOM v ới máy bù đồ ng b quay ộ

Hình 2.10 B bi ộ ế n đổ i ngu n áp 3 pha (6 m ch và 12 m ồ ạ ạ ch) củ a STATCOM

Hình 2.11 S ự thay đổi đ ệ i n áp trong b ộ biế đổi nguồ n n c a STATCOM ủ

Hình 2.12 Nguyên lý i u khi n STATCOM đ ề ể

Hình 3.9 Nút có MBA điều áp dướ ải (a) sơ đồ i t thay th ế nút cao áp (b) và ĐTT phụ ả t i

Hình 3.10 SVC (a), mô hình tương đương (b) và đặ c tính công su t (c) ấ

Hình 3.11 Cấu trúc máy phát (a) và mô hình TĐT (b) và TĐK (c)

Hình 3.12:Đồ ị véctơ dòng điện và đ ệ th i n áp c ủa máy phát điệ n trong tính toán

Hình 3.13 Đặ c tính làm vi ệc và sơ đồ tính toán STATCOM ở chế độ điề u khi n siêu ể tĩnh

Hình 3.14 Đặ c tính làm vi ệc và sơ đồ tính toán STATCOM ở chế độ điề u khi ển tĩnh Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý và trào lưu công suấ ệ ống điệ t h th n Việt Nam năm 2015 trong ch ế độ làm việc bình thườ ng c ực đạ i.

Hình 4.2 : Đồ mô ph ng bi thị ỏ ến thiên điệ n áp m t s nút theo h s t ộ ố ệ ố ải khi chưa lắ p

đặ t STATCOM

Hình 4.3: Đồ thị mô ph ng bi n thiên i n áp m t s nút theo h s t khi có ỏ ế đ ệ ộ ố ệ ố ả i STATCOM t i nút thanh cái 220kV Hi p Hòa ạ ệ

Hình 4.4: Đồ ị ể th bi u di n m i quan h gi a dung l ng c a STATCOM và Kdt ễ ố ệ ữ ượ ủ

Hình 4.5 ÷ 4.8 : Đồ thị mô ph ng bi n thiên i n áp m t s nút theo h s t ỏ ế đ ệ ộ ố ệ ố ả i khi

thay đổi dung lượ ng bù STATCOM t i nút thanh cái 220kV Hi p ạ ệ Hòa

 ó chính là  FACTS (F lexible Alternate Curent Transmission S     

-          Nam 

III PHẠM VI NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN LIÊN KẾT

             

   Thì v  t ra là  

 

   

Hình 1.4 Bộ điều khiển kết hợp nối tiếp - song song

1.2.2 C ác thiết bị FACTS cơ bản trong hệ thống điện

1.2.2.1 Bộ điều khiển song song (Bộ điều khiển ngang)

a SVC (Static Var Compensator) - Bộ bù tĩnh: là 1 máy phát hoặc bộ tiêu thụ

điện tĩnh có thể thay đổi được, nối song song, mà công suất đầu ra của nó có thể được điều chỉnh để trao đổi dòng điện điện cảm hoặc điện dung để duy trì hoặc ,

điều khiển các thông số cụ thể của hệ thống điện (điển hình là điện áp nút)

Hình 1.5 Cấu tạo chung của SVC.



               5 turn-               







                (Thyristor Controlled Reactor), TSR (Thyristor Switched Reactor), TSC (Thyristor Switched Capacitor)

TCR (Thyristor Controlled Reactor) – Cuộn kháng điều chỉnh bằng thyristor: là cuộn cảm được điều khiển bằng thyristor, mắc song song, điện kháng của nó thay đổi liên tục bằng cách điều chỉnh góc dẫn của van thyristor (thiết bị kháng có tham

số được điều chỉnh trơn)



             



TSR (Thyristor Switched Reactor) – Cuộn kháng đóng mở bằng thyristor: là cuộn

cảm đóng mở bằng thyristor, nối song song, mà điện kháng của nó được thay đổi theo bậc theo trạng thái dẫn dòng hoặc không dẫn dòng của van thyristor.

toàn của van thyristor

- 

- 

b STATCOM (STATic synchronous COMpensator)- Bộ bù đồng bộ tĩnh: được

định nghĩa là một máy phát đồng bộ tĩnh hoạt động như 1 bộ bù tĩnh mắc song song, dòng điện cảm hoặc dung có thể được điều khiển độc lập đối với điện áp hệ thống.

Hình 1.6 Cấu tạo của STATCOM

BESS (Battery Energy Storage System) - Hệ thống dự trữ năng lượng acquy:

Một hệ thống dự trữ năng lượng hóa học sử dụng bộ chuyển đổi điện nguồn áp, nối song song có khả năng điều chỉnh nhanh chóng lượng điện năng cung cấp hoặc tiêu thụ từ hệ thống.

SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage)- Bộ dự trữ năng lượng từ siêu

dẫn: là 1 thiết bị dự trữ năng lượng điện từ siêu dẫn có chứa các bộ chuyển đổ i

điện điện tử, có khả năng bơm vào hoặc tiêu thụ công suất tác dụng, phản kháng một cách nhanh chóng hoặc điều khiển động dòng công suất trong hệ thống điện xoay chiều





SVG (Static Var Generator or Absorber) - bộ tiêu thụ hoặc máy phát tĩnh: là một

thiết bị hoặc hệ thống điện, có khả năng lấy ra dòng điện dung hoặc cảm từ hệ thống điện và do đó phát hay tiêu thụ công suất phản kháng Nó thường chứa TCR và/hoặc TSC

khiển để giúp ổn định của hệ thống điện hoặc làm giảm gia

tốc năng lượng của khối phát điện trong lúc có nhiễu.

1.2.2.2 Bộ điều khiển nối tiếp (Bộ điều khiển dọc)

a SSSC (Static Synchronous Series Compensator) – Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh:

là một máy phát đồng bộ không có nguồn năng lượng điện bên ngoài, hoạt động như một thiết bị bù nối tiếp mà điện áp đầu ra có thể điều khiển độc lập và vuông pha với dòng điện trên đường dây nhằm mục đích tăng hoặc giảm điện áp dung kháng rơi trên đường dây và vì thế điều khiển công suất truyền tải SSSC có thể chứa bộ dự trữ năng lượng hoặc các thiết bị tiêu thụ năng lượng nhằm tăng cường khả năng ổn định động của hệ thống điện bằng cách bù thêm công suất tác dụng tức thời, để tăng hoặc giảm điện áp rơi trên đường dây.

c TSSC (Thyristor- Switched Series Capacitor) - Tụ điện nối tiếp đóng mở bằng

thyristor: là 1 bộ bù điện kháng mang tính chất dung chứa bộ tụ nối tiếp và bộ tụ này song song với 1 điện kháng đóng mở bằng thyristor để cung cấp sự điều khiển theo bậc cho điện kháng.

Hình 1.10 Cấu tạo chung của TCSC và TSSC

d TCSR (Thyristor- Controlled Series Reactor) – Điện kháng nối tiếp điều khiển bằng thyristor: là 1 bộ bù cảm kháng có chứa bộ các kháng nối tiếp và mắc song song với điện kháng điều khiển bằng thyristor nhằm điều chỉnh cảm kháng 1 cách liên tục.

 



Hình 1.11 Cấu tạo chung của TCSR và TSSR.

1.2.2.3 Bộ điều khiển kết hợp nối tiếp - song song

a UPFC (Unified Power Flow Controller) - là sự kết hợp của STATCOM và

SSSC thông qua 1 dây dẫn dc chung, cho phép dòng công suất tác dụng theo cả 2 chiều giữa các đầu ra nối tiếp của SSSC và các đầu ra song song của STATCOM,

và được điều khiển để cung cấp bù công suất phản kháng và tác dụng một cách đồng thời mà không cần nguồn điện bên ngoài UPFC, bằng cách đưa thêm vào điện áp nối tiếp một cách tự nhiên, có khả năng điều khiển, đồng thời hoặc có lựa chọn, điện áp đường dây truyền tải, điện kháng, góc pha, hoặc dòng công suất tác dụng, phản kháng chạy trên đường dây UPFC có thể cung cấp bù phản kháng ngang có điều khiển một cách độc lập.

Hình 1.12 Cấu tạo chung của UPFC.

b TCPST (Thyristor- Controlled Phase Shifting Transformer)- biến áp dịch

chuyển pha điều khiển bằng thyristor: là 1 biến áp dịch pha được điều chỉnh bằng khóa thyristor để thay đổi góc pha một cách nhanh chóng.



1.2.2.4 Các bộ điều khiển khác

a TCVL (Thyristor- Controlled Voltage Limiter) – Bộ

giới hạn điện áp điều chỉnh bằng thyristor: là một biến

trở oxit kim loại (MOV) được sử dụng để giới hạn điện áp

2 đầu trong quá trình quá độ.



              





Hình 1.15 TCVR loại dựa trên đầu phân áp và loại dựa trên sự đưa thêm điện áp

vào đường dây.



sau :

Static Var

Compensator (SVC)

Static Synchronous

Compensator (STATCOM)

Thyristor Controlled

Series Compensator (TCSC)

Dynamic Flow

Controller (DFC)

Van Thyristor Voltage Source Convert VSC

THIẾT BỊ FACTS

SVC,TCSC STATCOM

n áp cao

  m c

ph t  i th p

Cung cp công sut phn kháng

   ng dây EHV và/ho c t  r nhánh

SVC,TCSC STATCOM

H p th công   sut phn kháng

Chuy n m ch t    m ch

r , thi t b ph n kháng r     

nhánh

SVC,TCSC STATCOM

n áp cao

kéo theo

m    n

H p th công   sut phn kháng

B sung thi  t b ph n kháng, m c r nhánh  

SVC,TCSC STATCOM

B o v   thit b B sung ch ng sét   SVC

 n áp th p 

và quá t i 

Cung cp công sut phn kháng

Chuy n m ch t  , thi t b   kháng r nhánh, t n   i

tip

SVC STATCOM

TCSC,UPFC TCPAR

B sung thi  t b kháng

n i ti p SVC,TCSC Ct mch

ng dây)

song song

Gii h   n t i c a

m    ng dây)

B  sung t , thi t b   kháng n i ti p   UPFC,TCSC

B  sung t/ thi  t b kháng n i ti p   UPFC,TCSC

 u ch nh  góc pha B sung PAR  TCPAR,UPFC

Chia t i  sau s  c

S p x p l   i

m ng ho c s    di

h n nhi  

PAR, t / thi  t b ph n 

n i ti p

TCSC,UPFC SVC,TCPAR

B sung thi  t b ph n n i

ti  p, máy c  t m i

SCCl,UPFC TCSC

TCSC,TSSC UPFC

A, D H p th    ng



 n tr hãm, m van   (tuc bin) nhanh

TCBR,SMES BESS

B, D Làm nht các dao

d ng t n s    th p

Thit b  nh h  th  i n (PSS)

SVC,TCPAR,UP

FC, NGH,TCSC STATCOM

 u khi n dòng  công sut trng thái

SC

ng dây song

song

SVC,TCSC STATCOM,UPF

u khi n m ng  

LTC, i, các

 u khi n HVDC 

UPFC, TCSC, STATCOM Chú thích:

              (Programmable Logic Control), vi 

 vào 

         nâng cao    



CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

   - thyristor và GTO

n p

on off

iD

D 0

)

b) a)

Ung Ud Ud

K A

Hình 2.1 Điốt a) K  - 

  - 





  

2.1.3 GTO ( Gate Turn Off thyristor) – –  

a) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

          -p-n-       Cathode (K), và Gate (G), trong  và cat 

c2) Quá trình ng t GTO x y ra khá ch m và bao g m hai giai o n Giai      

  o n 1 dòng qua GTO gi   n 10-20% giá tr  dòng ban  u Giai o   n hai dòng i   n

gi m khá ch    o dài quá trình này l n h n khá nhi u so v i th i gian c a      

giai o n 1 Dòng trên c c i u khi n ph i có giá tr âm và ph i có biên khá l n           

và gia t c ph i t giá tr di/dt>20A/mks i v i GTO hi n t          dòng ng  t có giá tr b ng 30% biên    dòng anode    gi m hao khi óng ng t và b o v    

- Tr  ng thái ng  t khi i n áp trên c c anode âm so v     i c  c cathode

- Tr ng thái ng t khi   i n áp trên c c anode d ng so v   i c c cathode

- Tr ng thái d n 

Hình 2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của GTO.

2.2 BỘ BIẾN ĐỔI NGUỒN ÁP (Voltage-Sourced-Converter - VSC)

 

-



-off thyristor-GTO)

Hình 2.4 Bộ biến đổi nguồn áp 1 p ha 2 mạch