Nghiên cứu điều khiển thiết bị bù công suất phản kháng STATCOM ứng dụng trong ổn định hệ thống điện

Luận văn thạc sỹ Viện Điện PHẦN MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong năm gần số tượng liên quan đến cố điện áp diện rộng xảy nhiều nước giới Theo thông tin tập hợp phân tích hầu hết cố điện diện rộng xảy có nguyên nhân ổn định điện áp hệ thống Điều dẫn đến tình trạng thiệt hại kinh tế lớn không đáp ứng nhu cầu điện Hiện tại, Việt Nam tình trạng xảy phụ tải điện tăng nhanh số lượng công suất Đây vấn đề lớn cần giải đưa giải pháp hỗ trợ, tải nâng cao chất lượng lưới điện để đáp ứng tình hình thực tế Ngày với phát triển mạnh mẽ kỹ thuật điện tử, công nghiệp chế tạo linh kiện điện tử công suất lớn kỹ thuật đo lường điều khiển hệ thống Nên thiết bị bù dùng van bán dẫn Thyristor sử dụng phổ biến hệ thống điện có thiết bị thường dùng thiết bị bù tĩnh điều khiển Thyristor SVC, thiết bị bù dọc điều khiển thyristor TCSC, UPFC Thiết bị bù đồng tĩnh STATCOM thiết bị cho phép bù linh hoạt hệ thống điện giúp ổn định nâng cao chất lượng điện hệ thống Trên sở đó, phạm vi luận văn, tác giả tiến hành nghiên cứu thiết bị bù tĩnh đồng STATCOM (điều ch nh nhanh thyristor TO ho c T) LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU Đến thời điểm có nhiều đề tài, báo tài liệu nước c ng giới nghiên cứu thiết bị bù STATCOM số cơng trình sau: - Nguyễn Hồng Anh, Lê Cao Quyền- Tạp chí Khoa học Công nghệ, Đại học Đà Nẵng – số 3(26).2008: “ Lựa chọn thiết bị bù công suất phản kháng tối ưu cho lưới điện 500 kV Việt Nam” - Abhijeet Barua (107EE015), Pradeep Kumar (107EE050) Study Of Reactive Power Compensation Using STATCOM HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện John G.Kassakian, Martin F Schkecht, George C Verghese, Principles of Power Electronic, Addison-Wesley- United States of America, 1999 T.J.E.Miller & Charkes Concordia, Reactive Power Control in Electric System, Addison- Wesley- United States of America, 1992 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN - Mục đích nghiên cứu đề tài hướng tới đề xuất giải pháp ổn định lưới tự động điều khiển công suất phản kháng - Đối tượng nghiên cứu thiết bị bù STATCOM, tác giả tập trung nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng thiết bị với lưới điện truyền tải - Phạm vi nghiên cứu gồm: Tìm hiểu lý thuyết cấu tạo, nguyên lý hoạt động đ c tính điều ch nh thiết bị SVC Khảo sát hoạt động thiết bị SVC phần mềm mô mạch điện CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN VÀ ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN Những luận điểm, vấn đề tác giả nghiên cứu phạm vi luận văn: - Tổng quan bù công suất thiết bị điều khiển bù công suất hệ thống điện - Cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng thiết bị bù STATCOM - Nghiên cứu hệ thống điều khiển STATCOM - Ứng dụng phần mềm Matlab để mô phỏng, phân tích hoạt động thiết bị bù STATCOM PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để thực nhiệm vụ nghiên cứu tác giả phối hợp nhóm phương pháp: - Nhóm phương pháp Nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo tư liệu kỹ thuật để phân tích, tổng hợp vấn đề có liên quan tới đề tài HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện - Nhóm phương pháp Mơ phỏng: Để củng cố tính xác, đắn nội dung nghiên cứu NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN Từ nghiên cứu, phân tích đánh giá trên, luận văn hoàn thành nhiệm vụ đ t cho mục đích nghiên cứu đề tài: - Tổng hợp, hệ thống hoá sở lý luận bù công suất phản kháng - Phân tích trạng thái làm việc thiết bị, đ c điểm thiết bị - Mô thông số hoạt động thiết bị phần mềm mô Matlab simulink từ đưa liệu đánh giá chức năng, điều kiện hoạt động thiết bị Với lực thời gian nghiên cứu có hạn, tác giả ch nghiên cứu việc bù công suất phản kháng trạm biến áp miền bắc Việt Nam Để có nhìn khái quát công tác bù công suất phản kháng linh hoạt , tác giả hy vọng có nghiên cứu sâu, rộng nhằm giúp việc cải thiện, nâng cao nhu cầu cung cấp điện cho hệ thống điện đạt hiệu HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 1.1 Khái quát chung Trong hệ thống điện phức tạp kết nối với ngày nay, bao gồm hàng ngàn tuyến hàng trăm máy phát điện nhằm tạo sản lượng điện lớn đáp ứng nhu cầu lớn phụ tải điện Vấn đề cải thiện chất lượng cung cấp truyền tải, sử dụng lượng điện trì độ tin cậy ổn định lưới điện vấn đề phức tạp Do nhu cầu tại, trung tâm phụ tải ngày tăng, để đáp ứng nhu cầu điện ngày tăng, ứng dụng công nghệ truyền tải áp dụng vào nhờ tiến công nghệ điện tử bán dẫn Thay xây dựng đường dây truyền tải ta ch cần cải thiện nâng cao chất lượng lưới điện M t khác, dòng điện số đường dây nằm giới hạn nhiệt nó, số dòng tải gây đến ảnh hưởng chung suy giảm mức điện áp kéo theo chất lượng hệ thống giảm dẫn đến ổn định, độ tin cậy lưới điện c ng bị giảm theo Thực tế hệ thống điện truyền thống thiết kế để xử lý kiểm soát cố điện Một lý khác là xu hướng hệ thống điện đại phát triển theo thay đổi kinh tế toàn cầu dẫn đến cạnh tranh chất lượng c ng sản lượng cung cấp điện ngày đòi hỏi cao Trong nghiên cứu thiết bị truyền tải điện linh hoạt FACTS lĩnh vực rộng thường gắn liền với đền bù công suất phản kháng giúp ổn định vấn đề liên quan đến truyền tải điện giới ngày Trong luận văn này, nghiên cứu hoạt động thiết bị nhóm thiết bị FACTS thiết bị STATCOM, thiết bị mà cải thiện mạng lưới điện hoạt động điều kiện bình thường giảm thiểu cố điện FACTS định nghĩa IEEE là: “Hệ thống sử dụng thiết bị điện tử công suất thiết bị tĩnh khác để điều khiển ho c nhiều thông số hệ thống đường dây tải điện xoay chiều, qua nâng cao khả điều khiển khả HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện truyền tải công suất”[ ][ ] Hiện nay, công nghệ truyền tải điện xoay chiều tới 500 kV làm chủ với 25 năm kinh nghiệm, ngun tắc, khơng cịn rào cản kỹ thuật Các nghiên cứu STATCOM nguyên tắc hoạt động điều khiển : bao gồm kiểm sốt góc pha , kiểm soát biên độ điện áp kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM thực Hệ thống điện truyền tải điện trình phức tạp, đòi hỏi làm việc tham gia nhiều thành phần hệ thống điện phải ghép nối cho sản lượng điện phát đạt tối đa Một thành phần chiếm phần quan trọng tạo nên hệ thống điện công suất phản kháng hệ thống Nó cần thiết để trì điện áp để cung cấp điện hoạt động thông qua đường dây Tải tải động tải trọng khác địi hỏi cơng suất phản kháng cho hoạt động chúng Để cải thiện hiệu suất hệ thống điện xoay chiều, cần phải quản lý công suất phản kháng cách hiệu điều gọi bù cơng suất phản kháng Có hai khía cạnh vấn đề đền bù công suất phản kháng: bù hỗ trợ tải điện áp Việc bù cải thiện hệ số công suất, cân lượng thực tế rút từ việc mong muốn điều ch nh điện áp tốt cung cấp cho phụ tải dao động lớn Hỗ trợ điện áp bao gồm giảm dao động điện áp thiết bị đầu cuối cho đường dây truyền tải Hai loại bù sử dụng : bù dọc bù ngang Những thay đổi thông số hệ thống để bù công suất phản kháng đáp ứng mong muốn chất lượng điện nâng cao Do năm gần đây, thiết bị bù tĩnh STATCOM phát triển Với hệ thống truyền tải điện xoay chiều gồm thiết bị linh hoạt FACTS đáp ứng nhanh với hệ thống điện việc hấp thu ho c phát công suất phản kháng Điều rõ ràng cho phép tăng chuyển giao lượng hệ thống thông qua đường truyền, ổn định tốt cách điều ch nh thông số chi phối hệ thống điện, tức dịng điện, điện áp, góc pha, tần số trở kháng HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện Nhờ phát triển mạnh mẽ kỹ thuật công nghệ điện tử tạo linh kiện điện tử công suất lớn kỹ thuật đo lường điều khiển hệ thống điện nên Thyristor sử dụng nhiều lĩnh vực điều khiền hệ thống điện Tuy nhiên, ý tưởng cải tiến sử dụng van bán dẫn GTO IGBT vào thiết bị điện thực thay dần sớm tốt Các ứng dụng việc sử dụng cải thiện chất bán dẫn thực Do đó, mười đến hai mươi năm ta thấy thiết kế sử dụng hệ thống điện điện tử hướng tới 'silicon ch ' với 'khơng có trở kháng' bù công suất phản kháng hệ thống điện điện tử điều khiển hồn tồn trình bày sau Các thiết bị bán dẫn khác phân thành ba loại cách mà chúng khơng điều khiển được, bán điều khiển điều khiển , ho c điều khiển hoàn toàn - Các thiết bị bán dẫn không điều khiển (Uncontrolled) : Các diode thuộc thể loại Việc đóng, cắt chúng điều khiển mạch điện khác - Các thiết bị bán dẫn bán điều khiển (Semi-controlled) : Các thyristor điều khiển SCR - silicon control rectifier (SCR) điều khiển cực cổng để dẫn mở (thơng ) Tuy nhiên, dẫn điện, tác dụng điều khiển thiết bị bị điều khiển kích mở cần thiết mạch điện bị tắt bắt đầu hoạt động lại - Các thiết bị bán dẫn điều khiển hoàn toàn ( full-controlled) Trong năm qua số chất bán dẫn kiểm sốt hồn tồn phát triển Thể loại bao gồm loại TO, 1.2 T… Một số thiết bị bù công suất phản kháng hệ thống điện 1.2.1 Giới thiệu chung Công suất phản kháng sức mạnh nguồn lượng cung cấp điện lưu trữ phần tử tham gia vào mạch điện Công suất điện, biết, bao gồm hai thành phần, công suất tác dụng công suất phản kháng Tổng công suất tác dụng công suất phản kháng gọi công suất biểu kiến HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện Trong mạch điện xoay chiều AC, lượng lưu trữ tạm thời thiết bị điện mang tính chất điện cảm ho c điện dung, trình tải hoạt động dẫn đến đảo chiều có chu kỳ dòng chảy lượng nguồn tải Cơng suất trung bình sau hoạt động tồn chu kỳ dạng sóng AC cơng suất tác dụng tiêu thụ lượng điện chúng sử dụng lượng hệ thống để làm việc, phần dòng chảy lượng lưu trữ tạm thời thiết bị có tính chất điện cảm ho c điện dung chảy qua lại đường truyền phần tử mạng điện cảm điện dung gọi công suất phản kháng Đây lượng công suất không sử dụng mà hệ thống lại cần để truyền tải điện Công suất tác dụng P công suất biến thành ho c nhiệt máy dùng điện (công suất hữu công) Công suất phản kháng Q không sinh công (công suất vô cơng) bắt buộc phải có số thiết bị hoạt động được, hẳng hạn cơng suất từ hóa lõi thép máy biến áp, động cơ, cuộn cảm (lò phản ứng) biết để lưu trữ ho c hấp thụ cơng suất phản kháng, chúng lưu trữ lượng dạng từ trường Vì vậy, có nguồn điện đ t vào cuộn dây, từ trường tạo lên, dòng điện đạt tới giá trị định mức sau thời gian định Điều gây chậm pha dòng điện điện áp hệ thống Do vận hành người ta mong muốn sử dụng CSPK lưới điện tốt thiết bị hoạt động bình thường Một vấn đề khác trình truyền tải điện từ nơi sản xuất điện (các nhà máy thủy điện, nhiệt điện…) có tổn hao đường dây truyền tải làm điện áp điểm cách xa nguồn bị suy giảm để đảm bảo cho điện áp khơng bị suy giảm lớn cần bù CSPK CSPK cung cấp cho tải tiêu thụ không thiết phải lấy từ nguồn để tránh truyền tải lượng CSPK lớn ta đ t gần tải tiêu thụ thiết bị sinh CSPK máy bù đồng bộ, tụ bù , SVC, STATCOM …, để cung cấp trực tiếp cho tải, việc gọi bù CSPK 1.2.2 Một số thiết bị bù công suất truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS [ ] HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện 1.2.2.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển Thyristor SVC (STATIC VAR COMPENSATOR) SVC thiết bị bù ngang dùng để phát hay hấp thụ cơng suất phản kháng điều ch nh cách tăng hay giảm góc mở thyristor, tổ hợp từ hai thành phần bản: - Thành phần cảm kháng để tác động m t cơng 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 thiết bị điện tử thyristor ho c triắc có cực điều khiển, hệ thống điều khiển góc mở dùng vi điều khiển SVC cấu tạo từ phần tử bao gồm: - Kháng điều ch nh thyristor - TCR (Thyristor Controlled Reactor): có chức điều ch nh liên tục công suất phản kháng tiêu thụ - Kháng đóng mở thyristor - TSR (Thyristor Switched Reactor): có chức tiêu thụ cơng suất phản kháng, đóng cắt nhanh thyristor Lưới điện MB A TCR TSR Bộ lọc sóng hài TSC Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo SVC HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện - ộ tụ đóng mở thyristor - TSC (Thyristor Switched Capacitor): có chức phát cơng suất phản kháng, đóng cắt nhanh thyristor Sử dụng SVC cho phép nâng cao khả tải đường dây cách đáng kể mà không cần dùng đến phương tiện điều khiển đ c biệt phức tạp vận hành Các chức SVC bao gồm: - Điều khiển điện áp nút có đ t SVC cố định giá trị điện áp - Điều khiển trào lưu công suất phản kháng nút bù - iới hạn thời gian cường độ điện áp xảy cố (mất tải, ngắn mạch ) hệ thống điện - Tăng cường tính ổn định hệ thống điện - iảm dao động công suất xảy cố hệ thống điện ngắn mạch, tải đột ngột 1.2.2.2 Thiết bị bù dọc điều khiển Thyristor TCSC (THYRISTOR CONTROLLED SERIES CAPACITOR) Tương tự SVC, phần tử TCSC thiết bị điều khiển trở kháng nhanh đường dây hoạt động điều kiện ổn định hệ thống điện Nó tổ hợp từ hay nhiều module TCSC, module bao gồm hai thành phần bản: - Thành phần cảm kháng thay đổi điện dung nhờ điều ch nh van thyistor - Thành phần điều khiển bao gồm thiết bị điện tử thyristor; cửa đóng mở TO, Ngồi ra, TCSC cịn có số thiết bị phụ lọc tần số nhằm lọc bỏ sóng hài bậc cao, thiết bị đóng ngắt phục vụ chế độ vận hành TCSC chế độ khác hệ thống điện Sơ đồ nguyên lý cấu tạo TCSC hình 1.2 Từ hình 1.2 ta thấy dùng thyristor điều khiển dòng điện chạy cuộn cảm L xem thay đổi giá trị L, điện kháng tương đương TCSC tính sau [2]: HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo TCSC Z td   ( C  )I L C (1.1) Theo (1.1) L thay đổi khoảng Lmin ≤ L ≤ Lmax, Ztd thay đổi từ Ztd max ≥ L ≥ Ztd Nhờ tính thay đổi nhanh giá trị ZTCSC TCSC sử dụng để điều khiển thay đổi tổng trở đường dây nhằm nâng cao ổn định động cho hệ thống có cố xảy : P U U X dd  X TCSC sin  (1.14) Khi điều ch nh ZTCSC cho phép điều ch nh công suất: Pgh  U U X dd  X TCSC (1.15) độ ổn định động hệ thống tăng lên * Các chức TCSC bao gồm: - Làm giảm nguy sụt áp ổn định tĩnh - iảm thay đổi điện áp - Tăng cường khả truyền tải đường dây - Tăng cường tính ổn định hệ thống điện HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 10 TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện - Chọn loại điện kháng tương đương cho trạm Hịa Bình loại R - L với thông số R, L hiển thị hộp thoại Sau nhập xong thơng số trạm Hịa Bình chọn Apply, sau nhấn OK * Thiết lập thông số cho trạm Thường Tín: - Chọn giá trị : Phase-to-phase rms voltage (V): 500e3*1.00 điện áp nguồn pha – pha biên độ 500KV ; điện áp đ t 1pu - Chọn hiển thị tóm tắt giá trị trở kháng, tần số lưới điện thể hộp thoại Hình 3.25 Hộp thoại thiết lập tham số trạm Thường Tín + Thiết lập thông số cho trạm biến áp Hiệp Hòa: Tương tự cac hộp thoại trên, ta thiết lập tham số cho trạm Hiệp Hòa với điện áp 500KV cơng suất 8000KVA thể hình 3.2 HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 73 TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện Hình 3.26 Thiết lập thơng số cho trạm biến áp Hiệp Hòa * Thiết lập tham số cho đường dây L1 từ Hòa ình đến Hiệp Hịa có chiều dài 120 km Hình 3.27 Hộp thoại thiết lập cho tham số đường dây L1 * Thiết lập tham số cho đường dây L2 từ Hịa ình đến Thường Tín dài 75 km HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 74 TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện Hình 3.28 Hộp thoại thiết lập cho tham số đường dây L2 * Thiết lập tham số cho phụ tải Hòa Bình Hình 3.29 Hộp thoại thiết lập cho tham số phụ tải Hịa Bình HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 75 TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện * Thiết lập tham số cho phụ tải Thường Tín Hình 3.30 Hộp thoại thiết lập cho tham số cho phụ tải trạm Thường Tín Để hiểu rõ vai trị STATCOM hệ thống điện ta xét hai trường hợp cụ thể : + Trường hợp : Cầu dao reaker làm việc chế độ đóng (Close) tương ứng hệ thống điện nối với STATCOM + Trường hợp : Cầu dao reaker làm việc chế độ mở (open) tương ứng hệ thống điện ngắt không nối với STATCOM HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 76 TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện 3.4.4 Kết mô STATCOM tham gia vào hệ thống điện Sau thiết lập thông số nguồn điện, phụ tải, đường dây điện hệ thống ta nhấp chuột vào biểu tượng cơng cụ phần mềm chạy mơ đáp ứng động STATCOM Sau ta nhấp đúp chuột vào khối STATCOM gần khối Signals & Scopes ta thấy xuất hình hiển thị dạng sóng đáp ứng STATCOM thể hình 3.31: Hình 3.31a gồm : dạng sóng điện áp sơ cấp Va (pu) có màu tím điện áp nối với STATCOM Dạng sóng điện áp thứ cấp tạo chuyển đổi VSC STATCOM ký hiệu Vasec (pu) dạng sóng có màu vàng Dạng sóng có màu xanh ký hiệu aprim dạng sóng dịng điện sơ cấp M A dòng điện STATCOM iên độ hiển thị lớn lấy từ -2 đến pu Khoảng thời gian theo dõi đáp ứng 0.4s Ở hình 3.31b thể đáp ứng cơng suất phản kháng Q (MVAR) dịng điện phía sơ cấp thay đổi hay điện áp đo lường biến động iới hạn đáp ứng công suất phản kháng thay đổi phạm vi -100(MVAR) đến +100 (MVAR) nằm giới hạn công suất định mức STATCOM Tiếp theo hình 3.31c gồm có ; Đường màu tím điện áp tham chiếu Vref giá trị điện áp thiết lập ban đầu đ t giá trị 1pu Đường có màu vàng điện áp hệ thống xử lý qua hệ thống đo Vmeans Điện áp Vmeans so sánh với giá trị tham chiếu Vref từ đưa tín hiệu điều khiển STATCOM hoạt động đáp ứng yêu cầu hệ thống iới hạn biên độ điện áp chọn để hiển thị từ 0,95pu đến 1.05pu Hình 3.31d biểu diễn thay đổi giá trị điện áp chiều DC tụ điện STATCOM iá trị điện áp c ng biến đổi linh hoạt đồng với hệ thống iới hạn biên độ điện áp thị chọn từ 16KV đến 24 KV HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 77 TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện Vasec Iaprim Vasec a) b) Vmean Vref s c) d) Hình 3.31 Kết đáp ứng động STATCOM STATCOM nối với hệ thống điện; a) Dạng sóng điện áp sơ cấp Va, thứ cấp VaSec dòng điện thứ cấp Iaprim STATCOM;b) Dạng sóng cơng suất phản kháng STATCOM; c) Đường điện áp tham chiếu Vref điện áp hệ thống đo lường Vmeans ; d) Dạng sóng điện áp chiều tụ điện DC HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 78 TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện * Đánh giá điều khiển STATCOM; Sau thực trình tự thiết lập thơng số hệ thống Mở menu nguồn điện áp lập trình kiểm tra lại bước lập trình Mở hộp thoại điều khiển STATCOM chắn chọn chế độ mô STATCOM chế độ điều ch nh điện áp với lựa chọn điện áp tham chiếu 1pu Chạy mô quan sát dạng sóng thu hình 3.31 kết thể sau: an đầu nguồn điện áp thiết lập 1.0491 pu (hộp thoại hình 3.22) kết thu hình 3.31a) 1pu điện áp STATCOM không tham gia vào hệ thống tương ứng điện áp tham chiếu Vref c ng thiết lập 1pu ( quan sát tín hiệu màu tím hình 3.31b) Tại thời điểm t = , STATCOM không tham gia vào hệ thống (tương ứng dòng điện sơ cấp màu xanh aprim = ; hình 3.31a ); cơng suất phản kháng Q (Mvar) c ng có giá trị = ( quan sát hình 3.31b) Điện áp chiều DC có giá trị 19KV (hình 3.31d) Các kết thu xác ta phóng to cửa sổ hình 3.32 : Vdc = 19KV Hình 3.32 hình ảnh dạng sóng tín hiệu ( phóng to) STATCOM HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 79 TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện Đến thời điểm t = 0.12s điện áp Vaprim bắt đầu giảm mạnh, giảm 4.5 % ( tương ứng = 0.97 pu điện áp danh định ) STATCOM phản ứng cách Phát lượng công suất phản kháng (Q = + 99 MVAr) để giữ cho điện áp 0,979 pu Thời gian đáp ứng giữ điện áp mức 95% khoảng 47 ms Tại thời điểm này, điện áp DC tăng lên đến 21 kV Sau đó, t = 0.3 s điện áp nguồn tăng đạt 1.05 pu giá trị danh nghĩa Các STATCOM phản ứng cách thay đổi điểm hoạt động từ chế độ điện dung sang chế độ điện cảm giữ cho điện áp đạt 1,021 pu Tại thời điểm STATCOM hấp thụ -52 MVAr điện áp DC hạ xuống đến 18,2 kV Quan sát dạng sóng điện áp sơ cấp dòng điện STATCOM thay đổi từ chế độ điện dung sang chế độ điện cảm khoảng chu kỳ Cuối cùng, t = 0.35s điện áp nguồn thiết lập trở lại với giá trị danh định điểm hoạt động STATCOM dần trở lại chế độ làm việc ban đầu không hấp thụ hay phát công suất phản kháng điều thể dạng tín hiệu dịng điện rim ap- có màu xanh hoạt động xung quanh giá trị ( hình 3.31a) Hình phóng hai chu kỳ chế độ hoạt động ổn định STATCOM chế độ điện dung chế độ điện cảm Dạng sóng hiển thị điện áp sơ cấp thứ cấp (pha A) có dạng tín hiệu c ng tốt dòng điện chảy vào STATCOM Như phân tích hình 3.31; STATCOM hoạt động chế độ điện dung (Q = + 99 MVAr), điện áp thứ cấp Vasec (pu) (dạng sóng màu vàng) tạo chuyển đổi VSC cao điện áp sơ cấp Vaprim (pu) ( dạng sóng màu tím) pha với điện áp (tại hình 3.33a) Khi dịng điện sơ cấp aprim (màu xanh) trạng thái sớm pha điện áp góc 90 ° STATCOM tạo cơng suất phản kháng Ngược lại, STATCOM hoạt động chế độ điện cảm ( hình 3.33b), điện áp thứ cấp Vasec ( màu vàng) thấp so với điện áp Vaprim ( màu tím) Dịng HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 80 TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện điện sơ cấp lúc chậm pha so với điện áp góc 90 ° ; STATCOM hấp thụ công suất phản kháng Iaprim Vaprim Vaprim Vasec Vasec Iaprim a) b) Hình 3.33 Dạng sóng điện áp, dòng điện STATCOM; a) STATCOM hoạt động chế độ điện dung; b) STATCOM hoạt động chế độ điện cảm Như phân tích hình 3.31; STATCOM hoạt động chế độ điện dung (Q = + 99 MVAr), điện áp thứ cấp Vasec (pu) (dạng sóng màu vàng) tạo chuyển đổi VSC cao điện áp sơ cấp Vaprim (pu) ( dạng sóng màu tím) pha với điện áp (tại hình 3.33a) Khi dịng điện sơ cấp aprim (màu xanh) trạng thái sớm pha điện áp góc 90 ° STATCOM tạo công suất phản kháng Ngược lại, STATCOM hoạt động chế độ điện cảm ( hình 3.33b), điện áp thứ cấp Vasec ( màu vàng) thấp so với điện áp Vaprim ( màu tím) Dịng điện sơ cấp lúc chậm pha so với điện áp góc 90 ° ; STATCOM hấp thụ cơng suất phản kháng Ngồi ta tìm hiểu thêm khâu điều khiển STATCOM thơng qua dạng tín hiệu điều khiển STATCOM Sau chạy mô xong ta nhấp đúp chuột vào khối Sinal & Scope HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 81 TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện Hình 3.34 Hộp thoại khối hiển thị dạng sóng tín hiệu điều khiển STATCOM Khi xuất hình hiển thị dạng sóng tín hiệu điều khiển STATCOM hình 3.35 Để giải thích ngun lý điều khiển, quan sát hình (3.35a) thấy t = 0.1s điện áp Vmeas trở nên thấp so với điện áp tham chiếu Vref điện áp điều ch nh yêu cầu cho dòng điện phản kháng đầu q cao (giá trị điện dung) Quan sát hình 3.35b ta thấy dòng điện ngang trục q q dương = dòng c ng tăng lên Ở thời điểm STATCOM bù công suất phản kháng cho hệ thống lượng công suất 99 Mvar Iq c ng tăng đến 1pu Tại thời điểm t = 0.11s dòng điện q thấp ref khối điều ch nh dịng điện so sánh hai giá trị đưa tín hiệu điều khiển góc α giảm mang giá trị âm (hình 3.35d) làm tăng độ trễ pha α điện áp biến tần VSC so với điện áp hệ thống góc α lúc giảm α = - 0.98, cơng suất linh hoạt tạm thời dòng chảy từ hệ thống AC sang tụ điện, tăng điện áp DC tạo điện áp AC cao HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 82 TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện Vmes Vref a) Iq Iqref b) P Q c) d) Hình 3.35 Dạng sóng tín hiệu điều khiển STATCOM; a) dạng sóng điện áp tham chiếu Vref có màu tím điện áp đo lường hệ thống Vmeans màu vàng; b) dạng tín hiệu dịng điện Iq màu vàng Iqref màu tím;c) dạng sóng cơng suất tác dụng P màu vàng cơng suất Q phản kháng màu tím; d)dạng sóng biểu diễn góc kích pha alpha có màu vàng HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 83 TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện Tương tự vậy, thời điểm t = 0.2s điện áp Vmeas bắt đầu tăng (hình 3.35a) dẫn đến dịng điện ngang trục q có biên độ cao ref khối điều ch nh dịng điều khiển góc kích pha tăng lên mang giá trị dương, có nghĩa điện áp VSC sớm pha so với điện áp hệ thống Vì cơng suất chảy từ DC sang AC làm điện áp DC giảm để tạo điện áp AC có biên độ thấp hơn.Trong q trình điều khiển góc kích pha dạng sóng cơng suất phản kháng Q (hình 3.35b) c ng thay đổi tương ứng Tóm lại thay đổi nhanh linh hoạt góc α để điều ch nh điện áp DC tăng ho c giảm từ điều ch nh đáp ứng cơng suất phản kháng theo yêu cầu hệ thống Các giá trị góc nhỏ α để trạng thái ổn định 0.5 độ Đây góc pha chuyển đổi cần thiết để trì điện áp hệ thống bù tổn thất chuyển đổi Các hệ thống điều khiển STATCOM c ng cho phép lựa chọn chế độ điều khiển công suất Var (xem STATCOM điều khiển hộp thoại) Trong trường hợp vậy, dịng điện tham chiếu qref khơng cịn tạo điều ch nh điện áp Nó xác định xác từ giá trị cơng suất phản kháng tham chiếu Qref ho c dòng điện tham chiếu qref quy định hộp thoại 3.4.5 Kết mô STATCOM không tham gia vào hệ thống điện Trong trường hợp này, mở hộp thoại reaked chọn chế độ open sau ta nhấn nút mơ STATCOM thu kết đầu STATCOM có dạng sau: HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 84 TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện Hình 3.36 Kết đáp ứng động STATCOM STATCOM không tham gia vào hệ thống điện; a) Dạng sóng điện áp sơ cấp Va, thứ cấp VaSec dòng điện thứ cấp Iaprim STATCOM;b) Dạng sóng cơng suất phản kháng STATCOM; c) Đường điện áp tham chiếu Vref điện áp hệ thống đo lường Vmeans ; d) Dạng sóng điện áp chiều tụ điện DC Từ hình 3.36 dễ dàng thấy với trường hợp khơng có STATCOM tham gia hệ thống điện, m c dù tín hiệu Vmeas so sánh với Vref ( hình 3.36c) thể thay đổi thất thường điện áp hệ thống dòng điện sơ cấp STATCOM ch giá trị (hình 3.36a) Cơng suất phản kháng khơng thay đổi suốt thời gian xảy cố c ng biên độ điện áp không cải thiện so với trường hợp STATCOM tham gia vào hệ thống ( hình 3.36b) Đ c biệt nguồn điện DC giảm mạnh tiến điểm ( hình 3.36c) KẾT LUẬN CHƢƠNG 3: HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 85 TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện Qua kết phân tích đáp ứng động STATCOM tham gia vào hệ thống điện hay trường hợp STACOM khơng tham gia vào hệ thống với hình ảnh dạng sóng tín hiệu vào/ STATCOM khẳng định rõ thiết bị STATCOM đáp ứng nhanh nhạy hệ thống yêu cầu bù công suất phản kháng ( hấp thu ho c phát công suất phản kháng) giúp hệ thống ổn định có độ tin cậy cao Điều cần thiết cho phát triển lưới điện Việt Nam HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 86 TBĐ2013B Luận văn thạc sỹ Viện Điện KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN  KẾT LUẬN CHUNG: - Việc bù công suất phản kháng việc quan trọng để cao khả truyền tải tính ổn định hệ thống, đ c biệt đường dây cao áp Việt Nam Cùng với tiến vượt bậc khoa học công nghệ, việc nghiên cứu sản xuất ứng dụng thiết bị để làm tăng tính linh hoạt hệ thống truyền tải điện xoay chiều mở xu hướng việc nâng cao hiệu tự động hoá, đại hố hệ thống điện tồn giới - Thiết bị bù tĩnh đồng STATCOM giúp hệ thống điện vận hành linh hoạt chế độ bình thường cố đồng thời làm tăng độ tin cậy tính kinh tế vận hành hệ thống điện nhiều Việc nghiên cứu ứng dụng, điều khiển mô phần mềm Matlab simulink thiết bị bù STATCOM đ t trạm biến áp 500KV hệ thống điện miền bắc nước ta cho kết gần thực tế giúp ích cho việc triển khai thiết bị rộng rãi thực tế HV: Nguyễn Thị Thanh Thủy 87 TBĐ2013B ... công suất hệ thống điện - Cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng thiết bị bù STATCOM - Nghiên cứu hệ thống điều khiển STATCOM - Ứng dụng phần mềm Matlab để mô phỏng, phân tích hoạt động thiết bị bù. .. 70% công suất phản kháng điện dung đường dây phát 1.6 Lợi ích sử dụng thiết bị STATCOM STATCOM có chức ứng dụng sau điều khiển linh hoạt hệ thống điện: - Phản ứng nhanh điều ch nh cơng suất. .. điện cảm điện dung gọi công suất phản kháng Đây lượng công suất không sử dụng mà hệ thống lại cần để truyền tải điện Công suất tác dụng P công suất biến thành ho c nhiệt máy dùng điện (công suất