Luận văn thạc sĩ Thiết bị, mạng và nhà máy điện: Nghiên cứu sử dụng thiết bị Statcom (Static Synchronous Compensator) để nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện

năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: HỒNG QUỐC VINH Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 08-06-1981 Nơi sinh : TP.HCM Chuyên ngành : Thiết bị, mạng và nhà máy điện

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

HỒNG QUỐC VINH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THIẾT BỊ STATCOM (STATIC SYNCHRONOUS COMPENSATOR) ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI CỦA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm 2012 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

Tp HCM, ngày tháng năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: HỒNG QUỐC VINH Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 08-06-1981 Nơi sinh : TP.HCM Chuyên ngành : Thiết bị, mạng và nhà máy điện MSHV : 10180106

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2010

COMPENSATOR) ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu thuật toán phân bố công suất dựa trên cơ sở dòng

công suất của các nhánh để khảo sát bài toán phân bố công suất khi có và không có sự tham gia của STATCOM, dùng phương pháp cổ điển Newton Raphson để kiểm tra kết quả thực

hiện

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS HỒ VĂN HIẾN

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

(Họ tên và chữ ký)

(Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh LV)

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân hành c m ơn sự giúp đỡ của rường Đạihọc Bá h Khoa Tp.Hồ ChíMinh,ph ng quản ý sau đạihọc đã h rợ,tạo điều kiện h ận ợicho ôi hoàn thàn kh a h c và đề ài luận văn

Tôi xin chân hành c m ơn Thầy, Cô của k oa Điện đã ận ìn giảng dạy tro g suốtth igian vừa qua,đặ biệtlà Tiến sĩHồ Văn Hiến đã rực iếp hướng dẫn tôihoàn hành uận văn này

Cảm ơn Ba, Mẹ đã sinh hàn nuôi nấn dưỡng dục con, c m ơn vợ và c c con uôn u n ủn hộ rên con đường h c vấn

Tôi xin chân hành c m ơn c c bạn cù g kh a đã h rợ ch ôi những đó g g p,kinh nghiệm q ý giá, ài lệu iên quan

Xin chân hành c m ơn!

Tp.Hồ ChíMin ,ngày 2 /0 /2012

Hồng Quốc Vinh

TÓM TẮT

Việc nâng cao chất lượng điện áp và ổn định điện áp cho hệ thống điện đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng các thiết bị bù công suất phản kháng Trong đó, thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS là mục tiêu được nhắm đến, do những thiết bị này đáp ứng được yêu cầu về độ phản ứng nhanh nhạy cũng như dung lượng bù cho hệ thống điện trong mọi chế độ làm việc Luận văn này nghiên cứu về những vấn đề trên, trong đó, một trong những thiết bị FACTS được trình bày đến là STATCOM

Mở đầu, luận văn trình bày một số thiết bị FACT điển hình, giới thiệu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chế độ vận hành của STATCOM Tổng quan về một số mô hình và chế độ hoạt động của STATCOM ở chế độ xác lập

Tiếp theo, phân tích một số đặc điểm của thiết bị STATCOM trong hệ thống điện, chủ yếu nâng cao điện áp để ổn định lưới điện Xây dựng mô hình STATCOM ở chế độ xác lập dựa trên các điện áp nút

Áp dụng vào mạng điện cụ thể, trình bày kết quả của bài toán phân bố công suất ban đầu trong hệ thống điện Sau đó, trình bày kết quả bài toán phân bố công suất khi có STATCOM Sử dụng phần mềm MATLAB để thực hiện biểu diễn kết quả của mô hình và sử dụng thuật toán Newton –Raphson cho phân tích hệ thống điện ở chế độ xác lập

Ngoài ra, để kết quả mang tính khách quan kết quả thu được sẽ so với kết quả khi kiểm tra bằng chương trình chạy của Hadi Saadat và PSAT

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THIẾT BỊ

STATCOM (STATIC SYNCHRONOUS COMPENSATOR)

ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI

CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

1.2 Mục iêu nghiên cứu 2

1.3 Phạm ving iên cứu của uận văn 2

1.4 Khả năng ứng d ng hực ế 3

1.5 Bố cục của uận văn 3

CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CỦA STATCOM Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP 5

2.3 Mộtsố hiết bị điều khiển côn suấtphản kháng ro g hệ hống điện 10

2.3.1 Thiết bịbù ĩnh (SVC - Stat c VAr Compensator 10

2.3.2 Thiết bị bù n i t ếp bằng Thyristor (TCSC - Thyristor Co troled Series Capa i or 13

2.3.3 Thiết bịbù đồn bộ (STATCOM - Stat c Synchron us Compensator 16 2.3.4 Thiết bị điều khiển dòng công suất (UPFC - Unified Power Flow Co trol er 17

2.4 Tổng q an của hiết bịSTATCOM 19

2.4.1 Cấu ạo và ng yên ý àm việ 20

3.1.2.1 Điều chỉnh điện áp và rào ưu côn suất 31

3.1.2.2 Giới hạn hờigian và cườn độ quá áp k ixảy ra sự cố 33

3.1.2.3 Ôn hoà dao độn cô g suấthữu cô g 35

3.1.2.4 Giảm cường đ dò g điện vô công .35

3.1.2.5 Tăng khả năng ải của đường dây 35

3.1.2.6 Cân bằng c c phụ ảikh ng đ ixứn 38

3.1.2.7 Cảithiện ổn định sau sự cố 38

3.2 So sánh k ả năng ứng dụng giữa SVC và STATCOM .40

3.2.1 Chức năng điều khiển điện áp (chủ yếu điện áp hấp) 41

4.4 Thuậttoán Newto – Rapsh n (N-R) 54

4.4.1 Giảiphươn rình bằng phương pháp ặp N-R 54

4.4.2 Giảihệ phương rình bằng p ương pháp ặp N-R .55

4.4.3 Áp dụng phươn pháp ặp N-R vào giảit ch ướidiện 57

4.4.4 Biểu đồ chương rình hoá phươn pháp N-R giảit ch máy điện 61

4.5 Mô hìn độ g của STATCOM 62

4.6 Xây dựng bàitoán p ân b cô g suấtvớimô hình STATCOM .66

5.1.3 Kết quả kiểm ra vớichươn rình chạy HadiSa dat 72

5.1.4 Kết quả kiểm ra vớichươn rình chạy PSAT 73

B.3 Kiểm ra rào ưu công suất sử dụ g code của HadiSa dat 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 10

i

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

PSAT FACTSPF

Power System Analysis Toolbox Flexible Alternating Current Transmission System Power Flow

ii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: So sánh chức năng của từng thiết bị bù có điều khiển bằng thyristor 29

Bảng 3.1: Bảng so sánh khả năng ứng dụng SVC và STATCOM 48

Bảng 4.1: Thông số các nút của mạng điện 66

Bảng 4.2: Thông số đường dây của mạng điện 67

Bảng 4.3: Thông số máy phát điện của mạng điện 67

Bảng 4.4: Thông số tải của mạng điện 67

Bảng 5.1: Kết quả điện áp tại các nút khi không và có STATCOM 69

Bảng 5.2: Kết quả công suất nhánh khi không có STATCOM 70

Bảng 5.3: Kết quả công suất nhánh khi có STATCOM 70

Bảng 5.4: Kết quả dòng công suất sau khi hộ tụ (không có STATCOM) 70

Bảng 5.5: Kết quả dòng công suất sau khi hộ tụ (có STATCOM) 70

Bảng 5.6: Kết quả dòng công suất so sánh với kết quả PSAT 76

Hình 2.4: Module điển hình của TCSC 14

Hình 2.5: Đặc tính V-I cho một module của TCSC 15

Hình 2.6: Mô hình nguyên lý hoạt động của UPFC 18

Hình 2.7: Sơ đồ điển hình của STATCOM 20

Hình 2.8: Cấu trúc cơ bản của VSC sử dụng GTO 21

Hình 2.9: Cấu trúc cơ bản của VSC sử dụng IGBT 21

Hình 2.10: Đặc tính V-I của STATCOM 23

Hình 2.11: Sơ đồ biểu diễn vectơ của STATCOM tại đầu cực AC 26

Hình 2.12: Sơ đồ biểu diễn vectơ của STATCOM tại đầu cực DC 26

Hình 2.13: Sơ đồ biểu diễn vectơ của STATCOM 28

Hình 3.1: Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng STATCOM 32

Hình 3.2: Sự thay đổi của điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không STATCOM 33 Hình 3.3: Quan hệ thời gian và điện áp quá áp 34

Hình 3.4: Đặc tính công suất truyền tải của hệ thống khi có và không có STATCOM37 Hình 3.5: Đặc tính công suất khi có và không có STATCOM 40

Hình 3.6: Đặc tính V-I của STATCOM (a) và SVC (b) 41

Hình 3.7: Đặc tính V-Q của STATCOM (a) và SVC (b) 42

Hình 3.8: Cải thiện sự ổn định tạm thời của điểm giữa STATCOM 43

Hình 3.9: Cải thiện sự ổn định tạm thời của điểm giữa SVC 44

iv

Hình 3.10: Cải thiện sự ổn định tạm thời (diện tích dự trữ) STATCOM 45

Hình 3.11: Cải thiện sự ổn định tạm thời (diện tích dự trữ) SVC 46

Hình 4.1: Sơ đồ mạch tương đương của STATCOM 53

Hình 4.2: Biểu đồ chương trình hoá phương pháp N-R giải tích máy điện 61

Hình 4.3: Sơ đồ biểu diễn vectơ Uc trên trục toạ độ d-q 62

Hình 4.4: Mô hình động tăng cường STATCOM với điện áp dc thay đổi 63

Hình 4.5: STATCOM với phụ thuộc thời gian dòng điện giới hạn 63

Hình 4.6: Sơ đồ mạng điện 66

Hình 5.1: Kết quả dòng công suất khi lắp đặt STATCOM tại nút 3 71

Hình 5.2: Mô hình mô phỏng mạng điện khi lắp đặt STATCOM dùng PSAT 73

v

LỜI NÓI ĐẦU

Các ngành công nghiệp cung cấp điện đang trải qua một biến đổi sâu sắc trên toàn thế giới Thị trường năng lượng thì khan hiếm, nguồn tài nguyên thiên nhiên cạn kiệt nhưng nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng là một trong số các vấn đề cho sự thay đổi chưa từng có như vậy Trong bối cảnh tiến hóa nhanh chóng này, các chương trình mở rộng của nhiều tiện ích đang bị cản trở bởi nhiều nguyên do như: môi trường, sử dụng đất, các thủ tục rườm rà về việc cấp giấy phép, xây dựng đường dây truyền tải mới và nhà máy phát điện Trong phân tích chiều sâu của các tùy chọn sẵn có để tối đa hóa truyền tải điện, với mức độ tin cậy cao và ổn định, đã chỉ theo hướng điện tử công suất Việc có thỏa thuận chung rằng thiết bị điện-điện tử mới và kỹ thuật tiên tiến là tiềm năng thay thế cho các giải pháp thông thường, thường dựa trên công nghệ cơ điện có thời gian đáp ứng chậm và chi phí bảo dưỡng cao (Hingorani và Gyugyi, năm 2000; Song và Johns, 1999)

Một hệ thống năng lượng điện có thể được xem như là hệ thống nối liền với nhau cần các nguồn phát và tải khách hàng thông qua một mạng lưới các đường dây tải điện, máy biến áp, và thiết bị phụ trợ Cấu trúc của nó có nhiều biến thể là kết quả của nhiều yếu tố kinh tế, chính trị, kỹ thuật, và quyết định môi trường

Cấu trúc độc lập của một hệ thống điện, dòng chảy công suất trên toàn mạng chủ yếu được phân phối như là một chức năng của trở kháng đường dây truyền tải, đường dây truyền tải với trở kháng thấp cho phép dòng điện qua nó lớn hơn so với đường dây truyền tải với trở kháng cao Đây không phải luôn là kết quả mong muốn nhất vì khá thường xuyên phát sinh vô số các vấn đề trong vận hành, công việc can thiệp của các nhà điều hành hệ thống để cố gắng đạt được cho sự phân phối lại dòng chảy công suất, nhưng chỉ mang lại thành công hạn chế Về lâu dài, vấn đề như vậy thường được giải quyết bằng cách xây dựng các nhà máy điện mới và đường dây truyền tải, một giải pháp rất tốn kém để thực hiện và có liên quan đến thời gian xây dựng lâu dài và sự khó khăn từ nhiều yếu tố khách quan Dự kiến cho một giải pháp mới cho vấn đề như vậy, hoạt động sẽ dựa trên việc nâng cấp các hành lang truyền

vi

tải hiện có bằng cách sử dụng các thiết bị điện-điện tử mới nhất và với các phương pháp, tư duy công nghệ mới mà đi kèm theo tiêu đề chung chung của FACTS - một từ viết tắt cho hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt

Nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp dụng các phương pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động của hệ thống điện Bản luận văn sẽ đưa ra những đánh giá bước đầu hiệu quả của thiết bị bù nhanh đối với công suất phản kháng trong chế độ vận hành hệ thống điện Bản luận văn trình bày ứng dụng phần mềm MATLAB vào việc tìm hiểu, phân tích hệ điều khiển bù công suất phản kháng STATCOM Tuy nhiên, luận văn còn giới hạn về nhiều mặt nên bản thuyết minh không tránh khỏi những thiếu sót nên rất mong các Thầy, Cô chỉ bảo để nội dung của đề tài được hoàn thiện hơn

Tác giả

Hồng Quốc Vinh

1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Đặt vấn đề:

Sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và khoa học công nghệ trên thế giới đã dẫn đến nhu cầu tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng, trong đó năng lượng điện đóng vai trò then chốt Trong các hệ thống điện hiện nay rất phức tạp và được kết nối với nhau qua nhiều nút và máy phát điện, có một nhu cầu rất lớn để cải thiện việc sử dụng điện trong khi vẫn duy trì độ tin cậy và độ an ninh cao Việc các trạm điện có sẵn thường không nằm gần một trung tâm phụ tải ngày càng tăng Việc truyền tải điện năng bằng các đường dây dài, điện cao áp và siêu cao áp làm xuất hiện một lượng công suất phản kháng lớn do bản thân đường dây sinh ra trong quá trình vận hành Điều này ảnh hưởng ít nhiều đến chế độ làm việc của máy phát, thay đổi phân bố công suất và điện áp trong hệ thống điện Năng lượng dòng chảy là một chức năng của trở kháng đường dây truyền tải, độ lớn của việc gửi và nhận được điện áp cuối, và góc pha giữa điện áp Mặt khác, do tính chất tiêu thụ điện ở các khu vực trong từng thời điểm khác nhau cho nên dòng công suất trên đường dây truyền tải cũng liên tục thay đổi theo thời gian Điều này cho thấy tại một thời điểm trên hệ thống điện sẽ có những đường dây bị quá tải trong khi các đường dây khác non tải và ngược lại

Trong quá khứ, hệ thống điện đơn giản và được thiết kế để tự cung tự cấp Các hoạt động điều chỉnh điện của các hệ thống điện gần đó là rất hiếm như các hệ thống truyền tải điện xoay chiều không thể kiểm soát đủ nhanh để xử lý các thay đổi liên tục trong hệ thống Do đó, vấn đề chủ động thường được giải quyết bằng cách có biên độ ổn định rộng rãi để các hệ thống có thể phục hồi từ các tình huống vận hành dự kiến

2

Ngày nay, với sự phát triển của các thiết bị điện tử công suất lớn, điện áp cao, công nghệ FACTS đã giúp cho quá trình điều khiển điện áp và dòng công suất trên các đường dây truyền tải một cách linh hoạt và nhanh chóng Điều thú vị nhất cho các nhà quy hoạch truyền tải là công nghệ FACTS mở ra cơ hội mới cho việc kiểm soát và nâng cao truyền tải công suất có thể sử dụng như hiện nay Các thiết bị FACTS đã được thiết kế, chế tạo và lắp đặt phổ biến trên thế giới với rất nhiều chủng loại tương ứng với các thông số điều khiển trong hệ thống điện

Việc lựa chọn thiết bị phụ thuộc vào mục đích điều khiển, hiện trạng liên kết lưới điện cũng như các chi phí đầu tư xây dựng và lợi ích về kinh tế mà các thiết bị FACTS mang lại Các thiết bị FACTS thường được sử dụng như: TSC, TSR, TCR, TCSC, UPFC, SVC và STATCOM Trong đó, thiết bị STATCOM (Static Compensator) là một thiết bị bù ngang có thể đảm bảo một lượng công suất bù không đổi trong phạm vi rất rộng của điện áp đặt vào Luận văn này nghiên cứu về những vấn đề trên nhằm đưa ra vị trí lắp đặt các thiết bị FACTS thích hợp cho hệ thống điện Trong quá trình phân tích bỏ qua yếu tố kinh tế và chỉ chú trọng các vấn đề yếu tố kỹ thuật

1.2 Mục tiêu nghiên cứu:

 Giúp ta hiểu rõ về nguyên lý hoạt động của thiết bị STATCOM trong HTĐ  Xây dựng mô hình toán ở chế độ xác lập của STATCOM và mô hình của các

phần tử trong hệ thống điện

1.3 Phạm vi nghiên cứu của luận văn:

 Nghiên cứu thiết bị STATCOM trong chế độ xác lập  Ứng dụng của STATCOM liên quan đến việc điều khiển điện áp và dòng

công suất trong chế độ xác lập của hệ thống điện

3

 Sử dụng phương pháp Newton Raphton để giải bài toán dòng công suất Áp dụng kỹ thuật điều khiển liên tục để mở rộng phạm vi hội tụ của thuật toán Newton Raphton

1.4 Khả năng ứng dụng thực tế:

 Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử cũng như công nghệ chế tạo các Thyristor công suất lớn, các thiết bị hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS ngày càng được sử dụng rộng rãi ở một số nước trên thế giới với chi phí đầu tư giảm

 Trong tương lai không xa, khi ngành điện Việt Nam chuyển sang cơ cấu thị trường điện cạnh tranh thì việc áp dụng các thiết bị FACTS cũng như STATCOM vào hệ thống điện là khả thi

1.5 Bố cục của luận văn:

Luận văn gồm 5 chương:

Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Tổng quan về mô hình của STATCOM ở chế độ xác lập

Trình bày một số thiết bị FACT điển hình, giới thiệu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chế độ vận hành của STATCOM Tổng quan về một số mô hình và chế độ hoạt động của STATCOM ở chế độ xác lập

Chương 3: Ứng dụng của thiết bị bù STATCOM trong việc nâng cao ổn định

hệ thống điện

Phân tích một số đặc điểm của thiết bị STATCOM trong hệ thống điện, chủ yếu nâng cao điện áp để ổn định lưới điện

Chương 4: Mô hình điện áp nút của STATCOM

Xây dựng mô hình STATCOM ở chế độ xác lập dựa trên các điện áp nút Mô hình mô tả dưới dạng ràng buộc đẳng thức và ràng buộc bất phương trình là một

4

trong những mô hình toàn diện và linh hoạt phù hợp cho phân tích ở chế độ xác lập của hệ thống điện với có sự tham gia của STATCOM

Chương 5: Áp dụng, kết luận và hướng phát triển

Chương này sẽ áp dụng mô hình STATCOM như đã trình bày trong chương 4 Sử dụng phần mềm MATLAB để thực hiện biểu diễn kết quả của mô hình và sử dụng thuật toán Newton –Raphson cho phân tích hệ thống điện ở chế độ xác lập

Ngoài ra, để kết quả mang tính khách quan kết quả thu được sẽ so với kết quả khi kiểm tra bằng chương trình chạy của Hadi Saadat và PSAT

5

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CỦA STATCOM Ở

CHẾ ĐỘ XÁC LẬP

FACTS là từ viết tắt cho Flexible AC Transmission Systems Các khái niệm về FACTS đã được phổ biến rộng rãi trên thế giới để tăng giới hạn truyền dẫn công suất ở trạng thái ổn định cũng như cải thiện khả năng đáp ứng hệ thống điện động đã được giới thiệu của Tiến Sĩ N Hingorani từ Viện Nghiên Cứu Điện Lực Mỹ Khái niệm này lần đầu tiên được đề cập trong Tạp chí EPRI vào năm 1986 và sau đó trong các bài phát biểu của cuộc họp IEEE Summer PES vào tháng bảy năm 1987 tại San Francisco và tại Hội nghị về Điện năm 1988 Mỹ [1] Các thiết bị FACTS cung cấp những lợi ích cho việc nâng cao quản lý hệ thống truyền tải thông qua việc sử dụng tốt hơn các lưới truyền tải hiện có; tăng độ tin cậy và khả năng sẵn sàng của hệ thống truyền tải; tăng độ ổn định động và ổn định quá độ của lưới; tăng chất lượng cung cấp cho các ngành công nghiệp có yêu cầu chất lượng điện năng cao; các lợi ích về môi trường khác

pha của các đường dây truyền tải xoay chiều cao áp Dưới đây là mô tả các loại thiết bị FACT chủ yếu

điện:

Khi tính toán các chế độ vận hành của hệ thống điện hợp nhất có đường dây siêu cao áp, do cấp điện áp cao nên lượng công suất phản kháng mà đường dây sinh ra là rất lớn Đặc biệt là khi đường dây không mang tải thì lượng công suất phản kháng phát ra rất lớn gây nên hiện tượng quá áp ở cuối đường dây Để hạn chế hiện tượng này, ta phải dùng các biện pháp kỹ thuật khác nhau như:

6

 Tăng số lượng dây phân nhỏ trong một pha (phân pha) của đường dây để giảm điện kháng và tổng trở sóng, tăng khả năng tải của đường dây  Bù thông số đường dây bằng các thiết bị bù dọc và bù ngang (bù công

suất phản kháng) để giảm bớt cảm kháng và dung dẫn của đường dây làm cho chiều dài tính toán rút ngắn lại

 Phân đoạn đường dây bằng các kháng điện bù ngang có điều khiển đặt ở các trạm trung gian trên đường dây Đối với đường dây siêu cao áp 500kV, khoảng cách giữa các trạm đặt kháng bù ngang thường không quá 600km

gian và trạm cuối để nâng cao ổn định điện áp tại các trạm này

2.2.1 Bù công suất phản kháng:

Khác với các đường dây cao áp (điện áp nhỏ hơn 330kV), quá trình truyền tải điện xoay chiều trên đường dây siêu cao áp liên quan đến quá trình truyền sóng điện từ dọc theo đường dây Điện trường của đường dây ít thay đổi trong quá trình vận hành vì điện áp trên đường dây được khống chế trong giới hạn cho phép (thường là 10%), song từ trường lại thay đổi trong dải khá rộng theo sự thay đổi của dòng điện tải của đường dây

 Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lượng điện trường tính trên một đơn vị chiều dài của một pha đường dây là:

(2.1)  Công suất điện trường của ba pha của đường dây có chiều dài l là:

3. (2.2)  Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lượng từ trường tính trên một đơn

vị chiều dài của một pha đường dây khi dòng điện tải là I:

(2.3)  Công suất từ trường của ba pha của đường dây có chiều dài l là:

3  3  (2.4)

(2.6)

Trong đó:

là tổng trở sóng của đường dây

đường dây Đây là chế độ tải công suất tự nhiên Trong trường hợp này, đường dây siêu cao áp không tiêu thụ hay phát thêm công suất phản kháng

3

2.7 Việc bù thông số của đường dây siêu cao áp làm tăng khả năng tải của đường dây và qua đó nâng cao tính ổn định Các biện pháp thường được áp dụng và đem lại hiệu quả cao là bù dọc và bù ngang trên các đường dây siêu cao áp

2.2.2 Bù dọc và bù ngang trong đường dây siêu cao áp:

Các đường dây siêu cao áp có chiều dài lớn thường được bù thông số thông qua các thiết bị bù dọc và bù ngang Mục đích chủ yếu của việc đặt các

8

thiết bị bù là nâng cao khả năng tải của đường dây và san bằng điện áp phân bố dọc đường dây Hơn nữa, bù thông số còn nâng cao tính ổn định tĩnh, ổn định động, giảm sự dao dộng công suất… làm cho việc vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt và hiệu quả hơn Đây là biện pháp rất cần thiết cho các đường dây siêu cao áp có chiều dài lớn, đặc biệt là những đường dây có chiều dài gần 1/4 bước sóng như đường dây 500kV Bắc - Nam ở Việt Nam

2.2.2.1 Bù dọc:

Trị số cảm kháng lớn của đường dây siêu cao áp làm ảnh hưởng xấu đến hàng loạt chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật quan trọng của đường dây như: góc lệch pha giữa đầu và cuối đường dây lớn, tổn thất công suất và điện năng trên đường dây cao, tính ổn định điện áp tại các trạm giữa và cuối đường dây kém… Bù dọc là giải pháp làm tăng điện dẫn

của tụ điện Giải pháp này được thực hiện bằng cách mắc nối tiếp tụ điện vào đường dây Qua đó giới hạn truyền tải của đường dây theo điều kiện ổn định tĩnh được nâng lên Hơn nữa, giới hạn ổn định động cũng tăng lên một cách gián tiếp do nâng cao thêm đường cong công suất điện từ

Khi mắc thêm tụ nối tiếp vào đường dây thì điện kháng tổng của

giữa hai đầu đường dây giảm xuống khá nhiều

2.2.2.2 Bù ngang:

Bù ngang được thực hiện bằng cách lắp kháng điện có công suất cố định hay các kháng điện có thể điều khiển tại các thanh cái của các trạm biến áp Kháng bù ngang này có thể đặt ở phía cao áp hay phía hạ áp của máy biến áp Khi đặt ở phía cao áp thì có thể nối trực tiếp

9

song song với đường dây hoặc nối qua máy cắt được điều khiển bằng khe hở phóng điện

dung đường dây phát ra do chúng ngược chiều nhau Nhờ đó mà công suất phản kháng do đường dây phát ra sẽ bị tiêu hao một lượng đáng kể và qua đó có thể hạn chế được hiện tượng quá áp ở cuối đường dây Việc lựa chọn dung lượng và vị trí đặt của kháng bù ngang có ý nghĩa rất quan trọng đối với một số chế độ vận hành của đường dây siêu cao áp trong hệ thống điện như chế độ vận hành non tải, không tải của đường dây

thì các nguồn phát vẫn phải phát công suất tác dụng rất lớn để bù vào tổn thất điện trở của đường dây và máy biến áp Để khắc phục sự quá áp và quá tải máy phát ta phải đặt kháng bù ngang tại một số điểm trên đường dây

 Trong chế độ non tải (PTải < PTN), thì công suất phản kháng trên đường dây thừa và đi về hai phía của đường dây Để đảm bảo được trị số cos  cho phép của máy phát, ta phải đặt kháng bù ngang ở đầu đường dây để tiêu thụ công suất phản kháng

1MVAR/km) nên ta phải đặt các kháng bù ngang phân bố dọc theo đường dây để tiêu thụ lượng công suất phản kháng này Thông thường, khoảng cách giữa các kháng bù ngang từ 200 - 500km

tải được tính gần đúng như sau:

(2.8)

10

Đối với các đường dây có cấp điện áp 500kV, tổng công suất của các kháng bù ngang trên đường dây thường bằng 60 - 70% công suất phản kháng do điện dung đường dây phát ra

2.2.2.3 Nhận xét:

quan tâm khi thiết kế phát triển lưới điện, đặc biệt là về giới hạn ổn định và ổn định điện áp

thông số rải Để đưa về dạng thông số tập trung cần sử dụng sơ đồ tương đương: chia thành những mắt xích nối tiếp

và điện dung lớn Để đảm bảo khả năng mang tải và tránh gây ra hiện tượng quá điện áp khi vận hành non tải hoặc không tải cần phải có biện pháp bù dọc và bù ngang

từng chế độ vận hành để đem lại hiệu quả về kinh tế - kỹ thuật

2.3.1 Thiết bị bù tĩnh (SVC - Static VAr Compensator):

Mặc dù khái niệm của FACTS đã được giới thiệu vào năm 1986, SVC đã được sử dụng từ đầu những năm 1960 [2] SVC đầu tiên được phát triển cho việc bù của dao động tải công nghiệp lớn, chẳng hạn như lò hồ quang điện.Vào những năm cuối thập niên 1970, SVC đã được áp dụng cho hệ thống truyền tải điện áp và kiểm soát sự ổn định Một trong các thyristor điều khiển SVC (công suất khoảng 40 MVAR) được lắp đặt tại trạm biến áp Shannon của điện lực Minnesota và hệ thống ánh sáng trong năm 1978 [3] Kể từ sau đó, SVC đã được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống điện bù ngang Các thành phần chính và cơ cấu của một SVC điển hình được đưa ra trong hình 2.1 [4]

11

Hình 2.1: Cấu trúc của SVC  Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

SVC là thiết bị bù ngang dùng để tiêu thụ công suất phản kháng có thể điều chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của thyristor, được tổ hợp từ hai thành phần cơ bản:

 Thành phần cảm kháng để tác động về mặt công suất phản kháng (có thể phát hay tiêu thụ công suất phản kháng tuỳ theo chế độ vận hành)

 Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như thyristor hoặc triắc có cực điều khiển, hệ thống điều khiển góc mở dùng các bộ vi điều khiển như: 8051, PIC16f877, VAR

SVC được cấu tạo từ 3 phần tử chính bao gồm:  Kháng điều chỉnh bằng thyristor - TCR (Thyristor Controlled Reactor): có

chức năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng tiêu thụ  Bộ tụ đóng mở bằng thyristor - TSC (Thyristor Switched Capacitor): có

chức năng phát công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor  Bộ lọc sóng hài (Harmonic Filters): lọc các sóng hài chủ yếu do các TCR

sinh ra do đóng cắt các thiết bị điện tử Từ một điểm hoạt động của SVC có thể được coi như một điện kháng shunt kết nối hoặc tạo ra, hấp thụ năng lượng phản kháng để điều chỉnh cường độ điện áp

Một mô hình trạng thái ổn định cho SVC chủ yếu nhằm mục đích tái tạo các đặc tính trên Trên cơ sở này, phương trình dòng điện đầu tiên của mô hình là mô tả sự điều khiển điện áp của SVC

Hình 2.3: Đặc tính V-I của SVC

13

Trong phạm vi giới hạn điều khiển được đại diện bởi các giới hạn nạp điện dung và giới hạn quy nạp, cường độ điện áp tại nút phía cao áp được kiểm soát theo các công thức sau đây:

(2.9)

UhSVC : biên độ điện áp tại nút cao áp aSVC : độ dốc điện áp của SVC

 Ứng dụng: SVC cho phép nâng cao khả năng tải của đường dây một cách đáng kể mà không cần dùng đến những phương tiện điều khiển đặc biệt và phức tạp trong vận hành Các chức năng chính của SVC bao gồm:

- Điều khiển điện áp tại nút có đặt SVC có thể cố định giá trị điện áp - Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù

- Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố (mất tải, ngắn mạch ) trong hệ thống điện

- Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện - Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện như

ngắn mạch, mất tải đột ngột Ngoài ra, SVC còn có các chức năng phụ mang lại hiệu quả khá tốt cho quá trình vận hành hệ thống điện như:

- Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh - Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây - Giảm góc làm việc làm tăng cường khả năng vận hành của đường dây

2.3.2 Thiết bị bù nối tiếp bằng Thyristor (TCSC - Thyristor Controlled Series

Capacitor)

Việc mở rộng của các tụ nối tiếp truyền thống thông qua việc bổ sung một bộ phản ứng được điều khiển bằng thyristor Đặt một bộ phản ứng như vậy song song với một tụ nối tiếp cho phép tạo ra một hệ thống

14

bù nối tiếp thay đổi liên tục và nhanh chóng Hơn nữa, cài đặt một TCSC trong hệ thống truyền tải điện, việc biểu diễn cung cấp TCSC có thể cải thiện sự ổn định của hệ thống điện liên kết với nhau, tăng cường trao đổi công suất và hướng các dòng điện trong các đường dẫn truyền tải mong muốn

Hình 2.4: Module điển hình của TCSC  Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

Phần tử TCSC là thiết bị điều khiển trở kháng nhanh của đường dây và hoạt động trong điều kiện ổn định của hệ thống điện Nó được tổ hợp từ một hay nhiều module TCSC, mỗi một module bao gồm hai thành phần cơ bản:

 Thành phần cảm kháng có thể thay đổi được điện dung nhờ bộ điều chỉnh van thyristor

 Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như van thyristor; các cửa đóng mở GTO,

 Ứng dụng: Các chức năng chính của TCSC bao gồm: - Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh - Giảm sự thay đổi điện áp

- Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây - Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện - Giảm góc làm việc  làm tăng cường khả năng vận hành của đường dây

16

- Hạn chế hiện tượng cộng hưởng tần số thấp trong hệ thống điện Tuy nhiên, TCSC còn có nhiều chức năng khác có thể tăng tính linh hoạt trong vận hành các đường dây siêu cao áp nói riêng và HTĐ nói chung Tuỳ theo yêu cầu của từng đường dây siêu cao áp cụ thể và chức năng của chúng trong từng HTĐ cụ thể mà ta có thể áp dụng các phương pháp, mạch điều khiển TCSC cho phù hợp với các chế độ vận hành trong HTĐ

2.3.3 Thiết bị bù đồng bộ (STATCOM - Static Synchronous Compensator)

STATCOM là thiết bị SVC dựa trên GTO (thyristor kiểu cổng đóng - gate turn-off) So với loại SVC thông thường, STATCOM không yêu cầu các thành phần cảm kháng và dung kháng lớn để cung cấp công suất phản kháng các hệ thống truyền tải cao áp, như vậy, yêu cầu về diện tích lắp đặt nhỏ hơn và đặc biệt là nó điều khiển linh hoạt và hiệu quả Một lợi thế khác là đầu ra phản ứng cao hơn ở điện áp hệ thống thấp, nơi một STATCOM có thể được xem như một nguồn dòng độc lập với điện áp hệ thống

Các tính năng của STATCOM cũng giống như của SVC nhưng khả năng điều chỉnh, điều khiển các thông số của STATCOM ở mức cao hơn, bao gồm:

- Điều khiển điện áp tại nút có đặt STATCOM có thể cố định giá trị điện áp

- Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù - Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố (mất

tải, ngắn mạch ) trong hệ thống điện - Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện - Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện

như ngắn mạch, mất tải đột ngột

UPFC là một trong các thiết bị FACTS mạnh nhất và linh hoạt nhất UPFC có khả năng điều khiển đồng thời hoặc lựa chọn 3 tham số ảnh hưởng đến dòng công suất trên đường dây truyền tải: điện áp, trở kháng và góc pha Ngoài chức năng điều khiển điện áp, tính linh hoạt cho phép điều khiển độc lập dòng công suất tác dụng và dòng công suất phản kháng trên đường dây truyền tải có lắp thiết bị UPFC

 Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

Mỗi UPFC gồm hai bộ biến đổi nguồn áp (VSC - Voltage Sourced Converter) cụ thể là bộ biến đổi nguồn áp song song (VSC1) và bộ biến đổi nguồn áp nối tiếp (VSC2) [5] Hai bộ biến đổi nguồn áp này mắc theo kiểu lưng tựa lưng chia sẻ một tụ điện chung ở phần DC và một hệ điều khiển thống nhất Cấu trúc của mỗi bộ biến đổi 3 pha (hình 2.6) được trình bày dưới dạng sơ đồ khối (block diagram) hoặc sơ đồ mạch (schematic)

18

Hình 2.6: Mô hình nguyên lý hoạt động của UPFC Bộ biến đổi nguồn áp nối tiếp (VSC2) thực hiện chức năng bù nối tiếp của

điều khiển được nối tiếp với đường dây truyền tải thông qua máy biến áp nối tiếp

giá trị tối đa quy định VBmax Góc pha  được lựa chọn giữa 0B B2 độc lập

với dòng điện đường dây truyền tải

Bộ biến đổi song song (VSC1) của UPFC cung cấp chức năng chính là điều khiển điện áp Bộ biến đổi nguồn áp song song của UPFC hoạt động như một nguồn

đạt được bằng cách điều khiển biên độ của nguồn áp song song Liên kết DC trong

19

cấu trúc UPFC (hình 2.6) cung cấp cơ chế để trao đổi công suất tác dụng giữa bộ converter song song và converter nối tiếp Ngoài thành phần công suất tác dụng còn có thành phần công suất phản kháng kết hợp với nguồn điện áp tạo ra từ hoạt động của converter Điều này cho phép điều khiển độc lập dòng công suất tác dụng và dòng công suất phản kháng trên đường dây truyền tải

Bộ biến đổi song song (bộ converter1) hỗ trợ hoạt động của bộ biến đổi nối tiếp bằng các thực hiện đưa vào mạch DC lượng công suất yêu cầu, cần cho quá trình thiết lập điện áp nối tiếp trên đường dây của bộ biến đổi nối tiếp Ngoài chức năng trên, bộ biến đổi song song cũng có thể thực hiện việc trao đổi công suất phản kháng với hệ thống điện AC (bù shunt) một cách độc lập với chức năng thứ nhất Khác với quá trình truyền dòng công suất thực, phải thực hiện qua mạch DC, việc trao đổi dòng công suất phản kháng thực hiện một cách độc lập, riêng lẻ trong từng bộ converter 1 và 2 Nói cách khác, không có dòng công suất phản kháng đi qua mạch DC

Các thông số của bộ điều khiển (hình 2.6) bao gồm các độ lợi cùng với hằng số thời gian của hệ thống điều khiển và các giới hạn vận hành điện áp/dòng điện của UPFC Các thông số này được xác định trước và thiết lập trong bộ điều khiển trước khi nó hoạt động Nói cách khác, các thông số này được quy định bởi nhà sản xuất cung cấp thiết bị UPFC

Việc đóng cắt của mỗi thyristors GTO hoặc IGBT trong các converter (hình 2.6) được tạo ra bởi bộ điều khiển Tín hiệu đóng cắt được xác định sao cho sai số

Ngoài ra, thành phần bù ngang có thể điều khiển đồng thời cả dòng công suất phản kháng Q và công suất tác dụng P truyền tải trên đường dây

với công suất 20 MVAR được phát triển và đưa vào hoạt động vào tháng 1 năm 1980 Kansai Electric Power Co, Inc (KEPCO) và Mitsubishi Motors, Inc [7] Trong tháng 10 năm 1986, các STATCOM đầu tiên sử dụng bộ biến

20

đổi năng lượng cao thyristor kiểu cổng đóng - gate turn-off (GTO) phát triển bởi Công ty EPRI và Westinghouse Electric[8] Kể từ đó, STATCOM đã được phát triển và triển khai thực hiện mạnh mẽ trong các hệ thống điện bù năng động nhằm nâng cao điện áp, ổn định thoáng qua và giảm dao động

2.4.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

nguồn điện áp (VSC) dựa trên các thiết bị điện điện tử (GTO hoặc IGBT) có khả năng ngắt dòng chảy của dòng điện để đáp ứng với việc tác động của van Điều này cho phép STATCOM tạo ra một nguồn điện áp AC tại các thiết bị đầu cuối chuyển đổi tần số cơ bản mong muốn với điều khiển biên độ Một sơ đồ khối của STATCOM được đưa ra trong hình 2.7 [9]

Hình 2.7: Sơ đồ điển hình của STATCOM

công suất tác dụng và phản kháng trao đổi giữa mạng và STATCOM Việc muốn trao đổi công suất phản kháng với mạng bằng cách điều khiển độ lớn của nguồn điện áp, trong khi muốn trao đổi công suất tác dụng ta điều khiển góc pha của điện áp nguồn Việc trao đổi công suất tác dụng chỉ được sử

21

dụng để điều khiển điện áp DC của tụ điện Trong điều kiện trạng thái xác lập, điện áp tụ điện là không đổi, trao đổi công suất tác dụng bằng không nếu không có tổn thất của VSC

hệ thống điện Hình 2.8 cho thấy cấu trúc cơ bản của 3 pha, bộ chuyển đổi đầy sóng có sáu thiết bị chuyển mạch với nhau bao gồm một thyristor GTO kết nối song song với một diode nhưng ngược chiều

Hình 2.8: Cấu trúc cơ bản của VSC sử dụng GTO Mục tiêu chung của các cấu trúc liên kết là: để giảm thiểu tần số hoạt động của các chất bán dẫn bên trong VSC và để tạo ra một dạng sóng điện áp hình sin chất lượng cao với mức tối thiểu hoặc không có yêu cầu lọc Ngoài cấu trúc liên kết của VSC sử dụng GTO thì còn có cấu trúc khác sử dụng thiết bị chuyển mạch IGBT được minh họa trong hình 2.9

Hình 2.9: Cấu trúc cơ bản của VSC sử dụng IGBT

22

Việc chuyển đổi của thyristors GTO riêng biệt trong VSC được kiểm soát bởi các module chuyển mạch điều khiển được thiết kế để giảm thiểu sóng hài được tạo ra trong hoạt động VSC và yêu cầu có bộ lọc sóng hài Chúng ta có ba giải pháp khả thi cho các điều khiển chuyển đổi [10]: chuyển đổi tần số cơ bản (bộ chuyển đổi nhiều xung), điều chế độ rộng xung và bộ chuyển đổi đa bậc

(i) Chuyển đổi tần số cơ bản [7, 11, 12]: chuyển đổi của từng thyristor GTO / IGBT được giới hạn trong một lần mở và mỗi một lần mở trên chu kỳ cung cấp tần số Thực hiện cách chuyển đổi này, VSC cấu trúc cơ bản trong hình 2.7 tạo cho đầu ra gần như sóng vuông Với chương trình chuyển đổi này, sẽ có 6 xung cho mỗi chu kỳ trong VSC trong hình 2.7 Hạn chế chính của cách chuyển đổi này là tạo ra sóng hài cao không thể chấp nhận được Để đạt được chất lượng sóng tốt hơn và định mức năng lượng cao hơn, VSC sáu xung được cung cấp từ máy biến áp cuộn dây thứ cấp với thay đổi dịch pha thích hợp giữa chúng được thực hiện để tạo thành một cấu trúc xung cao hơn Những bất lợi chính là sự phức tạp của sự sắp xếp biến áp yêu cầu

(ii) Điều chế độ rộng xung (PWM) [13 - 14]: kỹ thuật điều khiển cho

phép thiết bị chuyển mạch được bật và tắt ở một tỷ lệ cao hơn đáng kể hơn so với tần số cơ bản Các dạng sóng điện áp đầu ra bao gồm một loạt các chiều rộng xung hình chữ nhật của điều chế thông qua các chuyển mạch điều khiển Sóng hài không mong muốn trong các dạng sóng đầu ra được chuyển sang các tần số cao hơn, do đó yêu cầu lọc giảm đáng kể Mặc dù nhiều kỹ thuật điều khiển PWM đã được đề xuất, kế hoạch PWM sin vẫn là phổ biến nhất vì đơn giản và hiệu quả

(iii) Chuyển đổi đa bậc [40, 41]: Trong cấu hình này, các tụ điện DC

được chia thành một số đơn vị, mỗi thiết kế cho cùng một phần nhỏ của tổng số nút điện áp DC Thông qua một cấu trúc chuyển

23

đổi bao gồm các thiết bị chuyển mạch điện-điện tử (diode và GTO thyristors / IGBTs), đầu ra AC có thể được đặt tại bất kỳ cấp điện áp tụ điện, do đó tạo ra dạng bước sóng gần gũi hơn với dạng sóng hình sin Cách tiếp cận này đòi hỏi một số lượng lớn các thiết bị chuyển mạch và điều khiển một hệ thống phức tạp nhưng làm giảm sự phức tạp trong việc bố trí biến áp Các cấu hình đa bậc có thể được áp dụng cho cả hai chuyển đổi tần số cơ bản và điều chế độ rộng xung để nâng cao hiệu suất sóng hài

Trạng thái xác lập điều khiển mục tiêu của STATCOM là điều khiển điện áp được thể hiện trong các điều kiện của đặc tính V-I được đưa ra trong hình 2.10 [27] Các giới hạn dòng điện STATCOM trong các đặc tính của hình 2.10 xuất phát từ các giới hạn dòng điện của các thiết bị bán dẫn trong VSC

Hình 2.10: Đặc tính V-I của STATCOM Dựa trên đặc tính V-I trong hình 2.10 và đề cập đến các sơ đồ của STATCOM hình 2.7 mô hình trạng thái xác lập của STATCOM sẽ được trình bày sau đây

24

Tương tự như SVC, phương trình dòng điện đầu tiên của mô hình STATCOM là mô tả các chức năng điều khiển điện áp Trong phạm vi điều khiển đại diện dòng điện tối thiểu, ISTAmin, và dòng điện tối đa, ISTAmax, biên độ điện áp tại nút phía cao áp được kiểm soát theo chức năng tuyến tính sau đây:

(2.10)

UhSTA : biên độ điện áp tại nút cao áp aSTA : độ dốc điện áp của STATCOM

Từ đặc tính hình 2.10, ta có thể được nhìn thấy rằng những hạn chế hoạt động của STATCOM là những vấn đề liên quan đến dòng điện STATCOM:

(2.11)

ISTAmax : dòng điện giới hạn tối đa ISTAmin : dòng điện giới hạn tối thiểu Nếu dòng điện STATCOM chạm mức giới hạn, chức năng điều khiển điện áp quy định tại hình 2.10 là không còn áp dụng và STATCOM hoạt động như một nguồn dòng với dòng điện tại giá trị giới hạn tương ứng

Phương trình thứ hai mô tả điều kiện trạng thái xác lập của STATCOM được kết hợp với bơm công suất phản kháng tại các nút điện áp thấp của STATCOM Nó có thể được giả định rằng sự thất thoát công suất tác dụng trong STATCOM là đủ nhỏ để được giảm

Điều này dẫn đến các phương trình sau đây [28]:

0 (2.12)

điện áp thấp

25

2.4.2 Chế độ vận hành:

chuyển mạch do sự đóng ngắt và nạp điện các tụ điện DC Tụ điện được sạc và xả trong quá trình của mỗi chu kỳ chuyển mạch nhưng trong trạng thái ổn định, điện áp tụ điện trung bình vẫn không đổi Nếu không phải là trường hợp đó thì công suất tác dụng chảy vào, ra của bộ chuyển đổi và các tụ điện sẽ nạp tăng hay tổn thất mỗi chu kỳ Trong trạng thái ổn định, tất cả các công suất từ hệ thống điện xoay chiều được sử dụng để bổ sung các tổn thất do chuyển mạch STATCOM khả năng hấp thụ hay cung cấp công suất tác dụng phụ thuộc vào kích thước của tụ điện và tổn thất công suất tác dụng do chuyển đổi DC Do các tụ điện DC và tổn thất tương đối nhỏ, số lượng trao đổi công suất tác dụng cũng là tương đối nhỏ nên điều này ngụ ý rằng dòng

thống điện áp xoay chiều tại thiết bị cuối đường dây

STATCOM bỏ qua và nó được giả định rằng sự trao đổi công suất tác dụng

công suất tác dụng và phản kháng, nếu dương thì công suất sẽ vào STATCOM trong khi âm thì công suất sẽ ra STATCOM