IV. BỐ CỤC LUẬN VĂN
2.3.2.Cấu tạo và nguyờn lý hoạt động của STATCOM
Thành phần chớnh của STATCOM chớnh là bộ biến đổi nguồn ỏp. Tuy nhiờn sự khỏc biệt chủ yếu giữa STATCOM và bộ biến đổi nguồn ỏp chớnh là STATCOM cú bộ điều khiển giỏ trị của dũng điện theo điện ỏp hệ thống. STATCOM làm việc tương tư như một mỏy bự đồng bộ tuy nhiờn khả năng điều chỉnh và giữđiện ỏp của nú linh hoạt và rộng hơn đồng thời tổn thất trờn thiết bị
nhỏ. Việc kết hợp giữa bộ biến đổi nguồn ỏp và một tụ điện cú dung lượng đủ
lớn làm tăng hiệu quả của cỏc bộ biến đổi nguồn ỏp thong thường.
2.3.2.1. Nguyờn lý vận hành của mỏy bự đồng bộ
Điều khiển kớch từ của mỏy bự ⇒ thay đổi biờn độ E ⇒ thay đổi điện ỏp đầu ra U nỳt của hệ thống, làm thay đổi cụng suất phản khỏng bơm vào nỳt. U X E I U X E KT I
Hỡnh 2.6. Sơ đồ nguyờn lý và thay thế của mỏy bự đồng bộ
Dũng điện chạy qua mỏy bự: I=U-E
X Dũng cụng suất phản khỏng bơm vào nỳt hệ thống: Q= 2 E 1- U .U X Xột 2 chếđộ làm việc của mỏy bự đồng bộ: - Ở chế độ tải nặng của hệ thống điện: điện ỏp nỳt hệ thống cú giỏ trị thấp hơn điện ỏp yờu cầu. Khi đú: mỏy bự điều chỉnh dũng kớch từ:
Tăng E > U ⇒ E
U>1⇒ Q<0, I<0 ⇒ dũng điện mang tớnh chất điện dung ⇒
Mỏy bự làm việc như vai trũ của tụ điện phỏt Q vào lưới nõng điện ỏp nỳt hệ thống. - Ở chếđộ non tải của hệ thống điện: điện ỏp nỳt hệ thống cú giỏ trị cao hơn
điện ỏp yờu cầu. Khi đú: mỏy bự điều chỉnh dũng kớch từ: Giảm E<U ⇒ E
U<1⇒ Q>0, I>0 ⇒ Mỏy bự làm việc như vai trũ của cuộn khỏng tiờu thụ Q.
Tuy nhiờn, trờn thực tế: Cụng suất thực bơm vào nỳt hệ thống = cụng suất của mỏy + tổn thất.
Đối với cỏc mỏy bự cú nhược điểm là tổn thất khỏ lớn và thường gõy ra tiếng
ồn. Cỏc mỏy bự thường cú cụng suất lớn và lắp đặt tại cỏc nỳt quan trọng của hệ
thống điện do đú chớ phớ đầu tư, vận hành và bảo dưỡng khỏ lớn.
Việc điều khiển dũng cụng suất phản khỏng của mỏy bự đồng bộ được thực hiện theo thụng sốđiện ỏp đo được tại nỳt hệ thống và dải điều chỉnh của mỏy bự là dải điều chỉnh trơn tựy theo biến động điện ỏp tại nỳt đo được.
Kỹ thuật điện tử cụng suất đạt được nhiều thành tựu dẫn tới việc ra đời cỏc van bỏn dẫn cụng suất lớn cú khả năng điều khiển đúng cắt làm cho việc ứng dụng STATCOM vào trong hệ thống điện được dễ dàng. Khắc phục được những nhược
điểm của mỏy bự đồng bộ như tiờu thụ cụng suất tỏc dụng, tiếng ồn lớn. U X I STATCOM C
Hỡnh 2.7. Sơ đồ nguyờn lý của STATCOM
+ Nguồn điện ỏp 1 chiều, cung cấp bởi tụ C cú điện dung lớn, bộ biến đổi tạo ra 1 điện ỏp 3 pha đầu ra với tần số f= fHT.
Thay đổi đặc tớnh của điện ỏp ra của STATCOM bằng cỏch thay đổi dũng cụng suất phản khỏng giữa DC-AC. Theo sự điều khiển đúng mở cỏc van GTO của bộ biến
đổi theo giỏ trị điện ỏp đặt U0 và gúc pha của điện ỏp nỳt θ. Việc thay đổi gúc mở
của cỏc van bỏn dẫn GTO làm đặc tớch điện ỏp đầu ra của STATCOM thay đổi. - Nếu giỏ trị điện ỏp đầu ra bị giảm dưới điện ỏp xoay chiều của hệ thống thỡ dũng phản khỏng chảy từ hệ thống xoay chiều ặ bộ biến đổi và bộ biến đổi hấp thụ cụng suất phản khỏng. Uout< U ⇒ 2 E 1- U Q= .U X >0 ặ STATCOM làm việc như cuộn khỏng tiờu thụ cụng suất phản khỏng của hệ thống. Khi bộ biến đổi chỉ cung cấp cụng suất phản khỏng (điện ỏp đầu ra của nú
được điều khiển bởi pha với hệ thống điện ỏp xoay chiều), cụng suất thực đầu vào
được cung cấp bởi nguồn 1 chiều (tụ nạp).
Bằng việc điều khiển dũng điện qua tụđiện một chiều thỡ tụđiện làm việc rất linh hoạt cú thể nạp và tiờu thụ cụng suất phản khỏng khi cần thiết.
Nguyờn lý cơ bản của bộ biến đổi đơn giản là kết nối mạch xoay chiều 3 pha
để dũng cụng suất phản khỏng đầu ra chảy tự do giữa AC ↔ DC. Sự cần thiết cho tụ tớch trữ một chiều là cần thiết vỡ cụng suất chảy trong hệ thống biến thiờn liờn tục, ngẫu nhiờn theo phụ tải. Cỏc van bỏn dẫn cú quỏn tớch nhỏ và khả năng thớch ứng với những biến động cụng suất của hệ thống rất tốt.
Khi thay đổi giỏ trị dũng điện của STATCOM sẽ làm thay đổi điện ỏp bờn phớa xoay chiều. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Không tải H U=US US H U I I UH S U S U UH H U US jX.I <US UH H U>US jX.I H U US
Chế độ tải điện dung
Chế độ cảm kháng
Hỡnh 2.8. Cỏc trường hợp làm việc của STATCOM
- Khi chế độ tải bỡnh thường: điện ỏp của nỳt tải nằm trong phạm vi cho phộp. Lỳc này STATCOM làm việc giữ điện ỏp nỳt tải bằng với điện ỏp đặt STATCOM.
- Khi tăng tải: điện ỏp nỳt cú xu hướng giảm. STATCOM là việc ở chế độ điện dung. Điện ỏp của STATCOM lớn hơn điện ỏp nỳt tải bằng việc điều chỉnh dũng điện đi từ STATCOM vào hệ thống.
- Khi nỳt tải ở chế độ non tải: điện ỏp nỳt tải cú xu hướng tăng cao. STATCOM làm việc như cuộn khỏng tiờu thụ cụng suất phản khỏng làm giảm điện ỏp nỳt tải.
Như vậy việc điều chỉnh dũng điện của STATCOM nhờ thay đổi gúc dẫn của GTO trong bộ biến đổi nguồn ỏp làm cho đặc tớnh làm việc của STATCOM làm việc rất linh hoạt.
I ILmax Cmax I U2 1 U X I S U UH US Hỡnh 2.9. Đặc tớnh U - I của STATCOM 2.3.2.4. Nguyờn lý điều khiển của STATCOM
Sơđồ khối điều khiển của STATCOM:
U0
0
α Khối tính toán Khối điều khiển GTO BU
BI
U I
U α
- Tớn hiệu được đưa vào khối tớnh toỏn thụng qua BU, BI là tớn hiệu dũng điện và điện ỏp tại thanh cỏi cú đặt STATCOM. Khối tớnh toỏn cú nhiệm vụ so sỏnh với cỏc giỏ trịđặt U0, α0 từđú đưa tớn hiệu đến khối điều khiền GTO. Tại khối điều khiển sử dụng phương phỏp PWM tớn hiệu mở và khúa cỏc van GTO. Điểu khiển bằng phương phỏp này cú thể giảm tổn hao trong quỏ trỡnh
đúng mở cỏc van tuy nhiờn đặc tớnh điện ỏp đầu ra của STATCOM là chứa nhiều thành phần hài bậc cao. Hiện nay cú nhiều phương phỏp khỏc nhau để điều khiển cỏc van GTO. Trong luận văn này, tỏc giả khụng đi sõu vào nghiờn cứu cỏc phương phỏp điều khiển STATCOM.
2.3.3. Hiệu quả của STATCOM trong hệ thống điện
2.3.3.1. Điều chỉnh điện ỏp tại nỳt cú đặt STATCOM
Đõy là chức năng chớnh của thiết bị STATCOM. Điện ỏp tại cỏc nỳt phụ tải luụn biến động theo cụng suất tỏc dụng và cụng suất phản khỏng tại nỳt tải. Như ta
đó biết, cụng suất phản khỏng cú mối liờn hệđến điện ỏp tại nỳt. Điện ỏp mang tớnh chất cục bộ trong hệ thống điện. Thiết bị STATCOM như một mỏy bự đồng bộđược
điều khiển linh hoạt bằng cỏc van bỏn dẫn GTO và được duy trỡ bởi bộ biến đổi nguồn ỏp. Khi điện ỏp của nỳt đặt STATCOM cao hơn giỏ trị điện ỏp đặt thỡ STATCOM làm việc như một mỏy bự tiờu thụ cụng suất phản khỏng và ngược lại khi điện ỏp nỳt thấp, STATCOM phỏt cụng suất phản khỏng điều chỉnh giỏ điện ỏp thanh cỏi về giỏ trịđặt.
Để minh họa vai trũ trờn của STATCOM, ta xột hệ thống điện đơn giản gồm hệ thống điện cú 1 nguồn phỏt E nối với tải qua điện khỏng X. Tại nỳt tải, ta xột 2 trường hợp cú lắp đặt STATCOM và khụng cú lắp đặt STATCOM.
E
jX
STATCOM Phụ tải P&Q
U
Hỡnh 2.11: Sơ đồ thay thế hệ thống điện đơn giản
Trong đú: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
E: là điện ỏp của hệ thống.
X: là điện khỏng thay thế của hệ thống điện đến thanh cỏi nỳt phụ tải. Ta xột đặc tớnh P – V của nỳt tải trong 2 truờng hợp:
- Khi khụng lắp đặt STATCOM tại nỳt phụ tải đặc tớnh (a) - Khi cú tỏc dụng của STATCOM đặc tớnh (b) U P 0 b a
Hỡnh 2.12: Sự thay đổi điện ỏp tại nỳt thanh cỏi phụ tải khi cú và khụng cú STATCOM
Nhỡn vào đồ thị ta thấy, khi phụ tải tăng cụng suất tỏc dụng nếu khụng lắp đặt STATCOM thỡ cụng suất giới hạn của tải nhỏ hơn trong trường hợp cú lắp đặt.
STATCOM cú thể giữ điện ỏp tại thanh cỏi của nỳt tải trong phạm vi cho phộp vỡ vậy mà STATCOM làm tăng ổn định điện ỏp tại nỳt tải.
2.3.3.2. Điều khiển trào lưu cụng suất phản khỏng tại nỳt đặt STATCOM
Trong hệ thống điện, việc điều khiển trào lưu cụng suất cú sự tham gia của rất nhiều thiết bị. Trong cỏc nhà mỏy điện, người ta cú thể thay đổi cụng suất phỏt của cỏc tổ mỏy. Tại cỏc trạm biến ỏp, cỏc nấc phõn ỏp cũng ảnh hưởng đến trào lưu cụng suất. Tại cỏc nỳt phụ tải, trào lưu cụng suất cú thể thay đổi khi lắp đặt cỏc thiết bị bự. Trong chếđộ vận hành hệ thống điện, cỏc kỹ sư vận hành cú thể thay đổi cỏc
điểm đúng cắt trong lưới điện. Cỏc thiết bị FACTS cụ thể là STATCOM cũng ảnh hưởng đến trào lưu cụng suất nhờ việc thay đổi cụng suất phản khỏng tại nỳt phụ
tải. STATCOM cú thể tiờu thụ hoặc phỏt cụng suất phản khỏng vào hệ thống tựy theo chếđộ vận hành của hệ thống điện
2.3.3.3. Giới hạn thời gian và cường độ quỏ điện ỏp khi xảy ra sự cố
Hệ thống truyền tải điện sẽ nguy hiểm nếu xảy ra tỡnh trạng quỏ điện ỏp. Đối với lưới điện truyền tải thỡ quỏ điện ỏp chủ yếu là quỏ điện ỏp nội bộ cú biờn độ lớn và thời gian kộo dài cú thể gõy phúng điện trờn cỏc cỏch điện trong trạm biến ỏp. Quỏ điện ỏp này cú thể gõy sự cố trầm trọng hệ thống điện và gõy nờn hiện tượng sụp đổ điện ỏp làm tan ró hệ thống. Cỏc thiết bị STATCOM cú quỏ tớnh nhỏ, phản
ứng nhanh với cỏc tỡnh huống sự cố, làm giảm thời gian quỏ điện ỏp. Trong nhiều trường hợp cỏc hệ thống bảo vệ rơ le chưa kịp tỏc động vỡ thế mà nõng cao sự duy trỡ cung cấp điện, giảm cỏc sự cố do quỏ điện ỏp.
0 t(às) U
Hỡnh 2.13: Mối quan hệ giữa thời gian và điện ỏp tại nỳt đặt STATCOM khi xảy ra quỏ điện ỏp.
Đối với hệ thống điện 500kV Việt Nam do đặc điểm là đường dõy cú chiều dài rất lớn (1487km) nờn trong chếđộ vận hành cực tiểu cú thể gõy quỏ điện ỏp cuối
đường dõy. Khi thay đổi chế độ vận hành, đúng cắt cỏc đường dõy cũng cú thể gõy quỏ điện ỏp tại một số nỳt trong hệ thống. Việc lắp đặt STATCOM trong hệ thống
điện cú thể giải quyết phần nào vấn đề quỏ điện ỏp tại cỏc nỳt trong hệ thống.
2.3.3.4. Tăng cường tớnh ổn định của hệ thống và khả năng tải của đường dõy theo điều kiện ổn định tĩnh
Sử dụng thiết bị bự cú điều khiển STATCOM cho phộp biển đổi cỏc đặc tớnh của đường dõy, cụng suất tự nhiờn của đường dõy và cú thể đạt được chế độ làm việc của đường dõy, trong đú cụng suất truyền tải luụn luụn bằng cụng suất tự nhiờn của đường dõy. Khi cú đặt STATCOM ở giữa đường dõy với cụng suất đủ lớn thỡ việc kiểm tra khả năng tải của đường dõy khụng phải giữa cỏc vộc tơđiện ỏp ởđầu và cuối đường dõy mà chỉ giữa cỏc điểm cú khả năng giữ điện ỏp khụng đổi (điểm cú đặt STATCOM).
Cụng suất truyền tải của hệ thống điện thường được giới hạn bởi cấp điện ỏp vận hành và điện khỏng trong cỏc mỏy biến ỏp của hệ thống.
Cụng suất tỏc dụng truyền tải trờn đường dõy được cho bởi cụng thức sau: m P =sinδ P , m 2 E P = X Trong đú:
- E là suất điện động của mỏy phỏt điện và bằng điện ỏp cú tại thanh cỏi mỏy phỏt.
- X: là điện khỏng toàn bộ hệ thống điện. - P: cụng suất truyền tải trờn đường dõy.
- Pm: cụng suất lớn nhất mà đường dõy cú thể truyền tải được. - δ: gúc giữa điện ỏp đầu cực mỏy phỏt và điện ỏp tại điểm xột.
Cụng suất lớn nhất mà đường dõy cú thể truyền tải được hay chớnh là cụng suất truyền tải lớn nhất của hệ thống mà vẫn đảm bảo được tớnh ổn định Pm đạt được với gúc δ = 900 và cú giỏ trị bằng: m 2 E P = X Đõy chớnh là giới hạn ổn định của cụng suất truyền tải của hệ thống. Với việc sử dụng cỏc thiết bị SVC tại cỏc điểm trờn đường dõy truyền tải sẽ cú xu hướng làm tăng khả năng tải của đường dõy truyền tải bởi vỡ điện ỏp được cung cấp thờm bởi cỏc STATCOM tại điểm đấu STATCOM. Và khi cú thiết bị STATCOM cú cụng suất đủ lớn được nối tại một điểm của đường dõy sao cho điện khỏng của hệ thống
điện về 2 phớa của STATCOM bằng nhau (hỡnh vẽ 2.12) thỡ khả năng truyền tải cụng suất của hệ thống điện sẽ bằng : m P δ =2sin P 2 và điện ỏp U = E 0 20 40 60 80100120140160180 δ 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0P/P Có STATCOM không giới hạn công suất
Có STATCOM giới hạn công suất Không có STATCOM H U E X/2 STATCOM X/2 HTĐ m
Hỡnh 2.14: Đặc tớnh cụng suất truyền tải của hệ thống khi cú và khụng cú STATCOM
Điều đú cú nghĩa là giới hạn của trạng thỏi ổn định bõy giờ tại gúc δ = 1800, và giỏ trị cụng suất max của đường dõy truyền tải tăng 2 lần. Nếu đường dõy truyền tải với lượng cụng suất nhỏ hơn giỏ trị cụng suất max và để giữ trạng thỏi ổn định thỡ thiết bị STATCOM cần phải cú lượng cụng suất max là Qcmax= 4Pm. Trờn thực tế (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
một thiết bị bự cú cụng suất giới hạn được vận hành lớn hơn cụng suất của nú thỡ nú sẽ hoạt động như một khỏng bự ngang cú cụng suất khụng đổi. Điều đú cú nghĩa rằng điện ỏp tại điểm giữa khụng đổi và bằng giỏ trị E. Khi đú cụng suất tỏc dụng truyền tải giảm và được tớnh theo cụng thức sau:
c m m P 1 = sinδ Q P 1- 4P Việc tăng khả năng truyền tải cụng suất của hệ thống điện cú thể thực hiện
được trong hệ thống điện thực tế với cỏc thiết bị STATCOM nối tại cỏc vị trớ chiến lược mà cú thể tỡm ra bằng việc nghiờn cứu dũng điện phụ tải.
2.3.3.5. Giảm sự dao động cụng suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện
Hiện tượng dao động cụng suất trong hệ thống điện xảy ra khi cú sự cố ngắn mạch trờn đường dõy truyền tải lượng cụng suất lớn. Khi vộctơđiện ỏp cỏc nỳt thay
đổi cú sự dao động mạnh dẫn tới trào lưu cụng suất nhỏnh khụng ổn định. Với việc lắp đặt STATCOM tại cỏc nỳt biến thiờn mạnh cụng suất tỏc dụng khi cú sự cố sẽ
làm giảm sự dao động cụng suất. Khi cú sự cố lớn trong hệ thống thỡ biờn độ và gúc pha điện ỏp tại cỏc nỳt thay đổi mạnh. Cú những nỳt điện ỏp thấp hơn hay cao hơn giới hạn điện ỏp tại cỏc nỳt này lắp đặt STATCOM giữ cho điện ỏp nỳt ổn định hơn và nhờđú giảm sự dao động cụng suất.
CHƯƠNG 3
KHAI THÁC PHẦN MỀM CONUS TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM CONUS