Nghiên Ứu Bù Ông Suất Phản Kháng Và Ổn Định Điện Áp Ho Hệ Thống Điện 500Kv Khu Vự Miền Bắ Việt Nam Giai Đoạn 2015-2020 Sử Dụng Statom.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÙI L Y Ệ THỦ NGHIÊN C U BÙ CÔNG SU T PH N KHÁNG VÀ Ứ Ấ Ả N ÁP CHO H N 500 kV KHU VỔN ĐỊNH ĐIỆ Ệ THỐNG ĐIỆ ỰC MIỀ Ắ ỆT NAM GIAI ĐOẠN B C VI N 201[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Chuyên ngành: K thu ỹ ật điệ n – ệ thống điệ H n

Hà N - ộ i Năm 2017

B GIÁO DỘ ỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ

-

BÙI L Ệ THỦY

NGHIÊN CỨU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ

ỔN ĐỊ NH ĐIỆN ÁP CHO HỆ THỐNG ĐIỆN 500 kV KHU VỰC

MIỀN BẮC VIỆT NAM GIAI ĐOẠN 2015 – 2020

SỬ DỤNG STATCOM

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THU T Ậ

NGÀNH K THUỸ ẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG D N KHOA H C Ẫ Ọ

TS Trần Văn Thịnh

Hà Nộ i – Năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

L .i

L I C ii

M C L C iii

DANH M C HÌNH vi

DANH M C CÁC CH VI T T T VÀ KÝ HI U x

1

PH U KHI N N ÁP H TH 1.1 n áp trong h th n

1.2 Các gi i h n nh trong h th n

1.2.1 Gi i h n áp 8

1.2.2 Gi i h n nhi t 9

1.2.3

1.3 ki n th u khiên h th n

1.4 K t lu 16

T NG QUAN V FACTS VÀ BÙ CÔNG SU T PH N KHÁNG 17

2.1.1 17

2.1.3

2.1.4

2.1.5 Mô hình các b u khi n FACTS 24

2.2 2

2.2.1 Các th h bù công su t ph n kháng 26

2.2.2 Ch ng d ng c a STATCOM 27

2.3 T ng quan v công su t ph n kháng 27

2.3.1 Gi i thi u chung 27

2.3.2 Hi u qu c a vi c bù công su t ph n kháng 28

t ph n kháng

2.4.1 Các thi t b bù công su t ph n kháng 29

2.5.1 B 30

2.5.2 B u khi t h p nh t (UPFC)

2.5.3

2.5.4 B bù b ng t m c n i ti u khi n b ng thyristor (TCSC) 32

2.5.5 B ng b

2.6 Nguyên lý bù trong h th n 33

2.6.1 Bù n i ti p 34

2.6.2 Bù song song 35

2.7 K t lu n 37

NG D NG STATCOM VÀO H TH BÙ CÔNG SU PH N KHÁNG VÀ NÂNG CAO N ÁP 38

t v 38

3.2 C u trúc và nguyên lý ho n c a STATCOM 3

3.2.1 Ch a statcom 38

3.2.2 C n c a STATCOM 3

3.2.3 Nguyên lý ho ng c a STATCOM 40

3.2.4 c tính c a STATCOM 43

3.2.hu u khi n STATCOM 44

3.2.7 V phát sinh sóng hài và bi n pháp kh c ph c 46

kh i b u khi n STATCOM

3.3 H th u khi n c a STATCOM 50

3.4 Các y u t quan tr ng trong nghiên c u thi t k 51

3.5 K t lu 52

S D MÔ PH C A STATCOM VÀO H TH N 53

4.1 Gi i thi u ph n m m mô ph ng 53

4.1.1 Gi i thi u ph n m m MATLAB 53

4.1.2 Simulink 54

4.2 Thành ph n mô ph ng các kh i ch u khi n STATCOM

4.2.1 Kh i h th ng (Measurement System) 59

4.2.2 Kh i vòng khoá pha (Phase Locked Loop-PLL) 60

4.2.3 Kh i hi u ch n áp (Voltage Regulator) 62

4.2.4 Kh i cân b n áp DC (DC Balance Regulator) 62

4.2.5 Kh i tính toán dòng Iq gi i h n và ch n Iqref 63

4.2.6 Kh i hi u ch nh dòng ( current Ragulator) 64

u khi n (Firing Pulses Generator)

4.3 Mô ph ng và k t qu ng c Mi n B c ba nút 67

n c a mô hình nghiên c u

4.3.2 Mô hình mô ph ng 67

4.3.3 M u khi n c a b u khi n STATCOM 6

c tính

4.4 89

K T LU N VÀ KI N NGH 90

TÀI LI U THAM KH O 92

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Phân lo i nh trong h th n

ng cong P-V không có bù, có bù song song

Hình 1.3a: H th n 9

Hình 1.3b : ng cong công su t-góc 10

Hình 1.4: S i góc c a h th ng (a) và h th ng m t i c a HT ng bé (a), HT m t nh (c) 12

Hình 1.6: Gi i h n v n hành c ng dây theo các m n áp 1

n h th ng hình tia hai thanh cái

n th t

Hình 2.2: Bù n i ti p 20

Hình 2.3 ng d ng c a FACTS trong các t bù n i ti p 21

Hình 2.4: ng d ng c a FACTS trong các thi t b bù song song 23

Hình 2.5: B u khi ng b STATCOM

Hình 2.6: M a statcom

c u trúc c a SVC

c u trúc c a UPFC

Hình 2.9 c u trúc c a SSSC 31

c u trúc c a TSCS

c n c a statcom

Hình 2.12: Mô hình h th ng truy n t n 33

Hình 2.13: Gi ng công su t- ng

ng dây truy n t i có bù n i ti p; b) Gi cong công su t góc pha 35

Hình 2.15: H th ng truy n t n có bù song song 36

Hình 3.1: C n c a m t STATCOM

Hình 3.2: Nguyên lý ho n STATCOM 40

Hình 3.3: Nguyên lý bù c a b bù tích c c 41

Hình 3.4: Tr ng thái h p th công su t ph n kháng c a b bù 42

Hình 3.5: Tr ng thái phát công su t ph n kháng c a b bù 42

c tính V-I c a STATCOM 43

c tính V-Q c a STATCOM 44

Hình 3.8: Hình 3.8: D ng sóng FFS minh h a 45

Hình 3.9: D ng sóng FFS minh h a 45

Hình 3.10: D ng sóng PWM minh h a 46

m t s i c a STATCOM v i VSC 48 xung

Hình 3.12: D u ra v i STATCOM 4 su t ph n kháng 48

kh ng c a h th u khi n ST Hình 3.14: H th u khi n c a STATCOM 51

Hình 4.1: Màn hình kh ng c a Matlab 53

Hình 4.2: Bi ng c a Simulink trong Matlab 54

Hình 4.3: C a s hi n th n Simulink 54

Hình 4.4: C a s làm vi c trong Simulink 55

Hình 4.5: Các kh n c a Simulink

n chính trong SimPowerSystems

n kh i ngu n trong SimPowerSystems

Hình 4.8: Các thành ph n trong SimPowerSyste 58 ms kh i m u khi n STATCOM 48 xung

kh i c a kh i h th ng

Hình 4.10: Kh i vòng khóa pha (PLL) 61

Hình 4.11: Kh i hi u ch n áp 62

Hình 4.12: Kh i hi u ch nh cân b n áp DC 62

Hình 4.13: Kh i tính toán dòng Iq gi i h n và ch n Iqref 63

Hình 4.14: Kh i hi u ch nh dòng ( Current Ragulator) 64

Hình 4.15: Kh u khi n

Hình 4.16: B n c u Bridge 1Y,Bridge 1D,Bridge 2Y, Bridge 2D 65

Hình 4.17: M u khi n

n k t n i STATCOM v Hình 4.9 Mô hình mô ph ng 68

Hình 4.10a: Thông s t ngu n h th ng h p mô ph n

gi t ng t 70

Hình 4.10b: Thông s t ngu n h th ng h p mô ph n t ng t 70

Hình 4.11: H p tho i thi t l p tham s cho ngu

Hình 4.12: H p tho i thi t l p tham s cho ngu n Qu ng Ninh 71

Hình 4.13: H p tho i thi t l p tham s cho ngu n Hòa Bình 72

Hình 4.14: H p tho i thi t l p tham s ng dây L1 72

Hình 4.15: H p tho i thi t l p tham s ng dây L2 73

Hình 4.16: H p tho i thi t l p tham s ng dây L3 73

Hình 4.17: H p tho i thi t l p tham s ng dây L4 74

Hình 4.18: H p tho i thi t l p tham s cho ph t i n i vào tr 7

Hình 4.20: H p tho i thi t l p tham s cho ph t i n i vào tr m Qu ng Ninh 75

i thông s t b u khi n STATCOM

Hình 4.22: K t qu ng tín hi u ngõ ra c n ng t STATCOM ra kh i 77

Hình 4.23: K t qu n áp VaSec, Va và IaPrim 77

Hình 4.24: K t qu ng công su t ph n kháng Q(MVAR) 77

Hình 4.25: K t qu n áp Vmes và Vref 77

Hình 4.25: K t qu bi i c n áp DC 78

Hình 4.26: K t qu ng tín hi u ngõ ra c a STATCOM khi gi n áp ngu n v ng t STATCOM ra kh i 78

Hình 4.27: K t qu n áp VaSec, Va và IaPrim 79

Hình 4.28: K t qu ng công su t ph n kháng Q(MVAR) 79

Hình 4.29: K t qu n áp Vmes và Vref 79

Hình 4.30: K t qu bi i c n áp DC 79

i thông s t b u khi n STATCOM

Hình 4.32: K t qu ng tín hi u ngõ ra c n STATCOM ho ng 81

Hình 4.34: K t qu ng công su t ph n kháng Q(MVAR) 81

Hình 4.35: K t qu n áp Vmes và Vref 81

Hình 4.36: K t qu bi i c n áp DC 82

Hình 4.37: K t qu ng tín hi u ngõ ra c a STATCOM khi gi n áp ngu n v STATCOM ho ng 82

Hình 4.38: K t qu n áp VaSec, Va và IaPrim 83

Hình 4.39: K t qu ng công su t ph n kháng Q(MVAR) 83

Hình 4.40: K t qu n áp Vmes và Vref 83

Hình 4.41: K t qu bi i c n áp DC 83

i thông s t b u khi n STATCOM

Hình 4.43: K t qu ng tín hi u ngõ ra c a STATCOM 85

Hình 4.44: K t qu n áp VaSec, Va và IaPrim 85

Hình 4.45: K t qu ng công su t ph n kháng Q(MVAR) 85

Hình 4.46: K t qu n áp Vmes và Vref 86

Hình 4.47: K t qu bi i c n áp DC 86

Hình 4.48: K t qu bi i c q - Iqref 86 n I Hình 4.49: K t qu bi i c a góc kích alpha 86

Hình 4.50: K t qu bi i c a công su t PQ trên h th ng 87

Hình 4.51: Mô hình mô ph ng 88

Hình 4.52: K t qu ng tín hi u ngõ ra c a STATCOM 88

DANH MỤ C CÁC CH ẾT TẮ ỮVI T VÀ KÝ HIỆU

PCC: Point of Common Coupling

IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor

GTO: Gate Turn Off

PWM: Pulse Width Modulation

SSSC: Static Synchronous Series Compensator

DFC: Dynamic Flow Controller

TCR: Thyristor Controlled Reactor

VSC: Vottage Source Convert

SVC: Static Var Compensator

TCSC: Thyristor Controlled Series Compensator

TCR: Thyristor Controlled Reactor

TSR: Thyristor Switched Reactor

TSC: Thyristor Switched Capacitor

TSSR: Total System Support Responsibility

TCSR: Temperature-Compensated Self-Refresh

TCBR : Thyristor Controlled Braking Resistor

PLL (Phase Locked Loop) : vòng khóa pha

TCPST: Thyristor-Controlled Phase-Shifting Transformer UPFC (Unified Power Flow Controller):

UPFC/IPFC: Unified / Interline Power Flow Controller

STATCOM: Static Synchronous Compensator

LỜI MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

6600MVA

nhi u nghiên c u v vi c ng d ng các thi t b bù công su t ph n kháng Tuy nhiên

khi h th ng có s t ng t v nhu c u công su t ph n kháng Các thi t bnhóm h th ng truy n t n xoay chi u linh ho t (FACTS - Flexible Alternating

Vì v y, vi c nghiên c u các thi t b bù d c và bù ngang thu c nhóm thi t b

“Nghiên cứu bù công su t ph n kháng và ấ ả ổn định điện áp cho h thệ ống điện 500kV

khu v c Miự ền Bắc Việt Nam giai đoạn 2015 2020 s d ng STATCOM” – ử ụ

L ch s nghiên c u ị ử ứ

Có r t nhi u công trình nghiên c u ng d ng thi t b c bi t là

d ng các thi t b phát ngu n công su t ph n kháng cho h th n Vi t Nam nh

nh qu

m t s bài báo khoa h

1 “Current Control of Angle Controlled STATCOM”: Zhengping Xi, Student

Member, IEEE, and Subhashish Bhattacharya, Member, IEEE

u ch n áp trong h th ng truy n t i và phân ph i

2.“Three-Level 24-Pulse STATCOM with Pulse Width Control at Fundamental

Frequency Switching”: Kadagala Venkata Srinivas, Student Member, IEEE and

Bhim Singh, Fellow, IEEE

DC là -

-Hz

3.“Lựa ch n thi t b bù công su t ph n kháng tọ ế ị ấ ả ối ưu cho lưới điện 500kV Vi t ệ

N ng, s 3(26).2008

Mục đích nghiên cứu c a luủ ận văn, đố i tư ợ ng, phạm vi nghiên c u ứ

ng nghiên c u chính: Thi t b ng b Static SyncCompensator STATCOM) thu c nhóm thi t b FACTS

b ng cách áp d ng thi t b bù STATCOM V nhanh nh

linh ho t, các thi t b FACTS s bù công su t ph n kháng, c i thi

Hướng phát triển của đề tài:

-

-

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên c u lý thuy t: Tìm hi u, nghiên c u các tài li u sách k thu t và trên

m ng internet v các v có liên quan t tài

Chương 1

n áp là m t v quan tr ng trong quy ho ch, thi t k và v

Nh ng s c n hình x y ra t t Nam vào các ngày 17/5/2005, 25/7/200

n áp là kh a h th

tr ng thái cân b ng gi a nhu c u ph t i và kh n cho ph t i t h

 n áp trong dài h n các thi t b ho

n là thi u công su t ph h tr cho h th ng Vi c c i thi n k

u khi n công su t ph n kháng c a h th ng b ng thi t b FACTS (Flexible

Hình 1.2: Các đường cong P-V không có bù, có bù song song

kháng trong h th ng Các gi i h c chia thành 3 d ng: gi i h n nhi t, gi

1.2.1 Giới hạn điện áp

5 xác l p m t tr ng thái nh m i v i góc Sss

ph i nh n di n tích hãm t c Sht

Hình 1.3b : Đường cong công suất-góc

Phân tích góc nh công su t h th n là nghiên c

áp, góc, và t n s sau khi h th ng ch ng c a nh ng nhi u lo n l n ho c

Hình 1.4: Sự thay đổi góc của hệ thống ổn định quá độ (a) và hệ thống mất ổn định (b)

Nhi u h th n ph i gi i h n truy n t i công su t c

t n s , góc và dòng công su t có th c kích thích b i nhi u s ki n khác nhau

u này có th tr thành v ph c t p khi h th ng kích t c a máy phát b s Các nhi u lo có th phát tri n thành l n n i h th ng tr thành nhi u

ng dây truy n t

Hình 1.6: Giới hạn vận hành của đường dây theo các mức điện áp

1.3 Cơ sở kiến thức trong điều khiên hệ thống điện







S R sin

S

V V P

góc công su t gi a hai thanh cái n i v i nhau là nh , vì v

n áp th p

Chương 2

2.1 Tổng quan về thiết bị facts

FACTS (

2.1.1 Công nghệ FACTS

bù song song (

Vs = Vcos ( ) + jVsin ( ) - (2 1)

V = Vcos ( ) - jVsin ( ) (2- 2)

I = − = ) ( (2 -3)

2.1.4 Phân loại thiết bị FACTS

b Thiết bị điều khiển song song (Shunt Controllers):

Hình 2.4: Ứng dụng của FACTS trong các thiết bị bù song song

c Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp với nối tiếp (Combined series - series Controllers):

2.1.5 Mô hình các bộ điều khiển FACTS

u ch c có góc kích gi i h n ho c t ng tr gi i h n B

2.2 Tổng quan về STATCOM

STATCOM (Static Compensator) là thi t b chuy i c a h FACTS

c s

nay, thyristor

a

b Hình 2.6: Mạch điện tương đương của statcom

a) b)

2.2.1.3 Thế hệ thứ ba là các thiết bị bù dựa trên bộ chuyển đổi

2.3 Tổng quan về công suất phản kháng

2.3.1 Giới thiệu chung

2.4 Các phương pháp bù công suất phản kháng

2.4.1 Các thiết bị bù công suất phản kháng

a Máy bù đồng bộ:

b Tụ điện tĩnh

0thyristor,

2.5 Một số thiết bị bù trong FACTS

Hi n nay nhi c phát tri n trên th gi i s d ng h th ng truy n t

FACTS

2.5.1 Bộ bù tĩnh (SVC)

FACTS SVC

thyristor

Hình 2.7: Sơ đồ cấu trúc của SVC

2.5.2 B u khiộ điề ển trào lưu công suất h p nh t (UPFC) ợ ấ

UPFC

áp ngõ ra

V cR

thi t b bù STATCOM là thi t b bù song song trong FACTS

Hình 2.11: Sơ đồ cấu trúc cơ bản của statcom

u ch n áp u c c c a nó bCSPK phát ra hay h p th t h th ng

CSPK

CSPK

2.6 Nguyên lý bù trong h ệ thố ng đi ện

Hình 2.12: Mô hình hệ thống truyền tải điệnQuan sát hình 1.12 ta th y hai c k t n i b ng m

2 1

cos

q

L

V V I

sin

d

L

V I

sin

L

VV P

X





2 2 1 2

L

V V V Q

h tr n áp cu ng dây truy n t i d ng tia, bù công su t ph n kháng cu

Hình 2.15: Hệ thống truyền tải điện có bù song song

a) Mô hình đơn giản

b) Giản đồ pha

c) Đường cong công suất – góc pha

2.7 K t lu n ế ậ

Chương 3

ỨNG D NG STATCOM VÀO H THỤ Ệ ỐNG ĐIỆN ĐỂ BÙ CÔNG SU T Ấ

PHẢN KHÁNG VÀ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 3.1 Đặ t vấ n đ ề

n áp là m t trong nh ng ch tiêu quan tr

này trình bày là áp d ng b u khi n STATCOM thu c nhóm thi t b truy n t

su t trên h th ng

3.2 C u trúc và nguyên lý ho ấ ạ t đ ộng cơ bả n của STATCOM

3.2.1 Chức năng của statcom

n i song song v n thông qua m t máy bi n áp

a) Chức năng cơ bản là điều khiển điện áp và trào lưu công suất phản kháng

ta ̣i điểm kết nối với lưới điện

b) Ổn đi ̣nh dao động công suấ t hữu công

t ng

c) Cân bằng các phụ tải không đối xứng

d) Cải thiê ̣n ổn đi ̣nh sau sư ̣ cố

a Thyristor

3.2.2 C ấu trúc cơ bả n c a STATCOM ủ

c th hi n trong hình 3.1, bao g m: m t b bi i ngu n

c n i v phía th c p c a máy bi n áp ghép; ngu ) n áp DC (V

Hình 3.1: Cấu trúc cơ bản của một STATCOM

3.2.3 Nguyên lý hoạ ột đ ng củ a STATCOM

áp VSC s d ng các linh ki n t công su t (GTO, IGBT ho

n áp xoay chi u ba pha V2 t ngu n m t chi u Ngu n m t chi c l y t

Trong ch ho ng n áp phát ra b i STATCOM V2 là cùng pha

Trong ch ho ng ch -1(30

h p th CSPK)

sHình 3.4: Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù

I - dòng ph n kháng (pu/ Pnom) (I > 0 cho th y m n c m)

Xs - kháng d c (pu/ pu/ Pnom)

Pnom - công su t tiêu chu n 3 pha c a b chuy i

Hình 3.7: Đặc tính V Q của STATCOM 3.2.5 K ỹ thuật điề u khi n STATCOM ể

-u khi n các van bán d n c a b bi i ngu n áp VSC có th c th

hi n b ng cách s d ng hai k thu t khác nhau:

- Fundamental Frequency Switching (FFS): Chuy n m ch t n s n: T i

m t chu k , s chuy n m ch c a m i thi t b bán d n b gi i h n trong m i l n b t t