+ B bù b ng t m c n i ti p đi u khi n b ng thyristor (TCSC)
+ B đi u khi n trào l u công su t h p nh t (UPFC) + B bù t nh (SVC)
+ B bù đ ng b t nh (STATCOM)…
3.4 N guyên lý bù trong h th ng đi n
vi c bù trong h th ng truy n t i đi n có th đ c chia thành hai
nhóm chính: Bù song song và bù n i ti p.
Ch ng 4: NG D NG STATCOM VÀO H TH NG I N BÙ
CÔN G SU T PH N KHÁNG VÀ NÂNG CAO N NH I N ÁP
4.1 t v n đ
4.2 C u trúc và nguyên lý ho t đ ng c b n c a STATCOM
4.2.1 C u trúc c b n c a STATCOM
C u trúc c b n đ c th hi n trong hình 4.1, bao g m: m t b bi nđ i
ngu n đi n áp ba pha (VSC) đ c n i v phía th c p c a máy bi n áp
ghép; ngu n đi n áp DC (Vdc).
Hình 4.1: C u trúc c b n c a STATCOM
4.2.2 N guyên lý ho t đ ng c a STATCOM
STATCOM là m t thi t b bù ngang, nó đi u ch nh đi n áp t i v trí nó
l p đ t đ n giá tr cài đ t (Vref) thông qua vi c đi u ch nh biên đ và góc pha c a đi n áp r i gi a STATCOM và HT .
HU TEC H 5 Hình 4.2: Nguyên lý ho t đ ngc b n STATCOM 4.3 B đi u khi n đi n t công su t d a trên các thi t b bán d n
4.3.1 B Chuy n đ i ngu n đi n áp (VSC)
4.3.2 i u khi n đi u ch đ r ng xung (PWM) 4.3.3 N guyên t c ho t đ ng c a VSC 4.3.3 N guyên t c ho t đ ng c a VSC
4.4 H th ng đi u khi n c a STATCOM
Hình 4.3: H th ng đi u khi n c a STATCOM
Hình 4.3 Th hi n s đ đ n tuy n c a STATCOM và s đ kh i h
th ng đi u khi n c a nó. H th ng đi u khi n bao g m:
+ M t vòng khóa pha (PLL) + Các h th ngđo l ng
+ M t vòng l p đi u chnh bên ngoài bao g m m t b đi u ch nhđi n
áp AC và b đi u ch nhđi n áp DC.
HU TEC H 6 4.5 Các đ c tính c a STATCOM
STATCOM có th ho t đ ng hai ch đ khác nhau, có th ph thu c vào ch t bán d n công su t đ c s d ng: [10],[11].
4.6 Mô hình hóa STATCOM 4.6.1 Mô hình m ch 4.6.1 Mô hình m ch
Hình 4.4: M cht ng đ ng mô hình hóa c a STATCOM
4.6.2 Mô hình
Ch ng 5: S D NG MATLAB/ SIMULINK MÔ PH NG ÁPNG
Đ NG C A STATCOM VÀO H TH NG I N
5.1 T ng quan v Matlab
5.1.1 Khái ni m v Matlab
5.1.2 T ng quan v c u trúc d li u c a Matlab và các ng d ng
5.1.3 Khái ni m v Simulink
5.2 Thi t k b STATCOM c u ba c p 48 xung[13]
B STATCOM cu ba c p 48-xung đ c xây d ng trên Matlab/
Simulink t các kh i ch c n ng nh đã mô t ph n (ph l c A).
5.2.1 Mô hình m ch đ ng l c[13]
5.2.1.1 B chuy n đ i ngu n áp VSC: ây là b chuy n đ i t o ra đi n áp V
toán STATCOM
2. Kh i này bao g m 4 c u 6
b c liên k t v i 4 MBA nh hình 5.1. B n c u6 b cnày đ c c p 48 xung đi u khi n t b đi u khi n STATCOM đ kích thi t b GTO ho t đ ng.
HU TEC H 7 Hình 5.1: S đ m ch đ ng l c STATCOM
C u 6 b c này là các GTO đ c n i đ i song v i Diodnh hình 5.2. Các GTO t o thành b ngh ch l u bi n đ i đi n áp m t chi u thành xoay
chi u. Các GTO đ c kích 48 xung vuông qua c ng “g” và xung này đ c duy trì đ GTO d n đi n liên t c.
Hình 5.2: C u trúc bên trong c a c u ngh ch l u 6 b c
Trong hình 5.2 các công tc đi n t : Q1a, Q2a, Q3a, Q4a, Q1b, Q2b, Q3b, Q4b, Q1c, Q2c, Q3c, Q4c là t ng tr ng cho GTO.
HU
TEC H
8
5.2.1.2 Máy bi n áp: Trong c u trúc m ch đ ng l c STATCOM , MBA
có cu n s c p s đ c n i v i h th ng và cu n th c p s đ c liên k t
v i b chuy n đ i ngu n áp VSC. Trong c u trúc liên k t v i b chuy n đ i ngu n áp VSC, cu n th c p MBA đ c s d ng đ kh các sóng hài
b c cao không mong mu n khi truy n t i.
5.2.1.3 T đi n: G m có hai t : CP và Cm
Hình 5.3: D ng sóng đi n áp 48 xung đ c t o ra
5.2.2 Mô hình toán c a b STATCOM 48 xung:[4]
Mô hình toán STATCOM đ c phát tri n t [4] và đ c cho b i công
th c sau: e
. Hai t này đ c s d ng nh
m t đi n áp m t chi u l ng c c cung c p ngu n cho kh i c u 6 b c
ho t đ ng. Chính vì v y mà STATCOM có th t o ra đi n áp 48 b c t ng đ ng v i 1 d ng sóng hình sin. Hình 5.3 d i đây mô ph ng đ c đi n áp b STATCOM 48-xung to ra, đi n áp sinh ra này đ c mô
ph ng ch đ không t i .
an(t) van(t) L ia(t) Ria(t) (5-1) ebn(t) vbn(t) L ib(t) Rib(t) (5-2) ecn(t) vcn(t) L ic(t) Ric(t) (5-3)
Trong đó: Van(t), Vbn(t), Vcn
Tr ng thái mô hình toán STATCOM t i t n s c b n đ c cho b i
công th c: (t) - là đi n áp đ u ra c a b chuy n đ i đ c xác đ nh b i tín hi u c ng “g “ và đi n áp m t chi u DC. (t) = Asx(t) Bsu(t) (5-4) Trong đó: x(t) T u(t) T
HU TEC H 9 As 1 0 1 0 1 0 0 2 2 2 0 0 sin( ) 0 0 sin( 120 ) 0 0 sin( 240 )
sin( ) sin( 120 ) sin( 240 )
R k t L R k t L R k t L k t k t k t ω α ω α ω α ω α ω α ω α − − + − − + − − − + − − + − + − − + − = Bs 1 0 0 1 0 0 1 0 0 L L L = k1 = ; k2 = (đ i v i b chuy n đ i 48-xung)
Mô hình STATCOM chuy n đ i các giá tr đo l ng t h th ng abc
thành các giá tr dq0 t khung tham chi u [4]:
= Adp0xdq0 Bdq0udq0 . (5- 5) Trong đó : xdq0 T udq0 T Adq0 1 2 2 0 sin 0 cos 0 0 0 3 3 cos cos 0 0 2 2 R k L R k L R L k k ω α ω α α α − − − − − = Bdq0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 L L L C =
HU
TEC H
10
5.2.3 Thi t k b đi u khi n cho STATCOM 48 xung:[13]
Nguyên t c đi u khi n: Khi đi n áp h th ng Vmeas th p h n so v i đi n áp quy chi u Vref. B đi u ch nh đi n áp s đi u ch nh đ u ra dòng đi n Iq t ng, b đi u ch nh dòng s t ng ch m góc kích alpha (α) đi n áp
b chuy n đ i đ i v i đi n áp h th ng, b i v y t ng đi n áp DC và do đó
b chuy n đ i phát ra đi n áp AC cao h n đi n áp trên h th ng và cùng
pha v i đi n áp trên h th ng nên STATCOM làm vi c ch đ dung s
phát công sut ph n kháng lên h th ng. Ng c l i, khi đi n áp trên h
th ng Vmeas cao h n so v i đi n áp quy chi u Vref STATCOM chuy n
t làm vi c ch đ dung sang làm vi c ch đ c m, b i v y gi m đi n áp DC và do đó b chuy n đ i phát ra đi n áp AC th p h n so v i đi n áp
trên h th ng, do v y STATCOM h p th công su t ph n kháng t c là
công su t ph n kháng ch y t h th ng vào STATCOM.
Hình 5.4: S đ kh i m ch đi u khi n c a STATCOM 48 xung
5.3 Mô phng và k t qu đáp ng đ ng c a STATCOM trong l i
đi n 500 kV Mi n Nam ba nút
5.3.1 S đ đ n tuy n c a h th ng đi n: L i đi n bao g m ba ngu n
500 kV t ng ng nhà máy đin Phú M 6500 MVA, ngu n đi n t
Mi n Trung 3200 MVA và nhà máy đin Ô Môn 2400 MVA n i v i
nhau b ng các đ ng dây truy n t i: ng dây 500kV Phú M - Nhà Bè (L1) dài 40 km, Nhà Bè – Phú Lâm (L2) dài 20 km, Ô Môn – Phú Lâm
HU
TEC H
11
(L3) dài 153 km, Ô Môn – Nhà Bè (L4) dài 154 km và b b ù đ ng b
tnh STATCOM GTO 48-xung đ c s d ng đ đi u ch nh đi n áp h th ng, có công su t là 100 MVAR đ c đ t t i thanh cái c a tr m 500kV Nhà Bè nh hình 5.5.
Hình 5.5: S đ đ n tuy n k t n i STATCOM v i HT 500kV Mi n
Nam ba nút
5.3.2 Mô hình mô ph ng
HU
TEC H
12
5.3.4 K t qu mô ph ng đáp ng đ ng c a STATCOM trong tr ng
h p h th ng đi n làm vi c bình th ng
5.3.3 Thi t l p tham s cho các ph n t trong mô hình mô ph ng
Ti n hành ch y mô ph ng và nhìn vào c a s tín hi u đáp ng ngõ ra đ c th hi n nh sau: Bi u đ hình 5.7 hi n th tín hi u đi n áp tham
chi u Vref (pu)( nét màu tím) cùng vi đi n áp đo l ng th t d ng
Vmeas (pu) t i thanh cái STATCOM (nét màu vàng).
Hình5.7: K t qu đáp ng đi n áp Vmes và Vref
Bi u đ hình 5.8 hi n th tín hi u đi n áp th c p đ c t o ra b i b chuy n đ i VaSec(pu)(nét màu vàng) cùng v i đi n áp s c p Va(pu)( nét màu tím) và dòng đi n s c p IaPrim (nét màu xanh).
Hình 5.8: K t qu đáp ng đi n áp VaSec,Va và IaPrim
Bi u đ hình 5.9 th hi n s đáp ng c a công su t ph n kháng
Q(MVAR)( nét màu vàng) khi đi n áp trên h th ng Vmes thay đ i.
Hình 5.9: K t qu đáp ng công su t ph n kháng Q(MVAR)
Bi u đ hình 5.10 th hi n s di n bi n c a đi n áp DC (nét màu vàng) khi đi n áp trên h th ng thay đ i Vmeas (pu).
HU TEC H 13 Hình 5.10: K t qu bi n đ i c a đi n áp DC
Bi u đ hình 5.11 hin th tín hi u dòng đi n ph n kháng tham chi u
Iqref( nét màu tím) cùng v i dòng đi n ph n kháng Iq( nét màu vàng).
Hình 5.11: K t qu bi n đ i c a dòng đi n Iq-Iqref Bi u đ hình 5.12 th hi n s di n bi n c a góc kích alpha (nét màu
vàng).
Hình 5.12: K t qu bi n đ i c a góc kích alpha
Ta nhn th y ban đ u khi h th ng n đ nh, đi n áp DC là 19,3 kV
(hình 5.10). T i th i đi m t = 0,02s đi n áp h th ng đ t ng t t ng lên
Vmeas = 1,01 pu (hình 5.7), STATCOM phn ng b ng cách hút v m t l ng công su t ph n kháng là 50 MVAR (hình 5.9) t ng ng đi n áp
ngu n DC gi m VDC = 19 kV(hình 5.10), đ n th i đi m: t = 0,13s đi n áp
h th ng gi m xu ng Vmeas = 0,99 pu, STATCOM phn ng b ng c ách chuy n t tính c m sang tính dung và bù công su t ph n kháng lên h
th ng m t l ng là 30 MVAR và t ng ng đi n áp ngu n DC t ng lên
VDC = 19,7 kV. T i th i đi m t= 0,22s, đi n áp h th ng l i t ng lên Vmeas
= 1,04 pu lúc này STATCOM li chuy n t ho t đ ng tính dung sang
HU TEC H 14 t ng ng đi n áp ngu n DC gi m xu ng là VDC = 17,8 kV, đn th i đi m t=0,317s đi n áp h th ng gi m d n xu ng Vmeas = 1,009 pu và STATCOM ti p t c hút v m t l ng công su t ph n kháng là Q = 37
MVAR và đi n áp ngu n DC t ng ng là VDC= 18,7 kV, đi n áp c a h
th ng đ c duy trì m c 1,01 pu đ n khi k t thúc mô ph ng. Quan sát bi u đ hình 5.11 ta thy t ng ng v i th i đi m mà STATCOM bù
công su t ph n kháng lên h th ng thì dòng ngang tr c Iq c ng t ng lên,
th i đi m STATCOM bù công su t ph n kháng t i m c 30 MVAR thì
dòng Iq đ t đ n giá tr 0.25 pu. T i các th i đi m STATCOM thay đ i
ch đ làm vi c thì Iq c ng có biên đ t ng ho c gi m thay đ i theo. T ng t nh di n bi n dòng ngang tr c Iq
5.3.5 K t qu mô ph ng đáp ng đ ng c a STATCOM tr ng h p
ng n m ch pha A ch m đ t trên đ ng dây L4
, quan sát bi u đ hình 5.12 ta nh n th y góc kích Alpha c a b đi u khi n STATCOM thay đ i đ đi u
khi n STATCOM ho t đ ng bù ho c hút công su t ph n kháng đ đáp ng theo s thay đ i đi n áp c a h th ng đi n.
T o s c ng n m ch pha A ch m đ t b ng cách thi t l p các tham s
trên khi Three-Phase Fault, ti h p tho i Block Parameters c a kh i
Three-Phase Fault ta kích hot các tham s: Phase A Fault và Ground
Fault đ t o ra s c ng n m ch pha A ch m đ t. Tham s Transition times (th i gian chuy n ti p) ta ch n t =1/60 5/60 s.
Ti n hành ch y mô ph ng, nhìn vào c a s tín hi u đáp ng ngõ ra đ c th hi n nh sau: Hình 5.13 hi n th tín hi u đi n áp tham chi u Vref
( nét màu tím) cùng v i đi n áp đo l ng th t d ng Vmeas t i thanh cái
STATCOM (nét màu vàng).
Hình5.13: K t qu đáp ng đi n áp Vmes vàVref
Hình 5.14 hin th tín hi u đi n áp th c p đ c t o ra b i b chuy n đ i VaSe( nét màu vàng) cùng v i đi n áp s c p Va(nét màu tím) và dòng
HU
TEC H
15
Hình 5.14: K t qu đáp ng đi n áp VaSec,Va và IaPrim
Bi u đ hình 5.15 th hi n s đáp ng c a công su t ph n kháng
Q(MVAR) (nét màu vàng) khi đi n áp trên h th ng Vmes thay đ i.
Hình 5.15: K t qu đáp ng công su t ph n kháng Q (MVAR)
Bi u đ hình 5.16 th hi n s di n bi n c a đi n áp DC(nét màu vàng) khi đi n áp trên h th ng thay đ i Vmeas (pu).
Hình 5.16: K t qu bi n đ i c a đi n áp DC
Bi u đ hình 5.17 hi n th tín hi u dòng đi n ph n kháng tham chi u
Iqref (nét màu tím) cùng v i dòng đi n ph n kháng Iq( nét màu vàng).
Hình 5.17: K t qu bi n đ i c a dòng đi n Iq-Iqref
Bi u đ hình 5.18 th hi n s di n bi n c a góc kích alpha (nét màu
HU TEC H 16 Hình 5.18: K t qu bi n đ i c a góc kích alpha Ti n hành phân tích di n bi n s c trên h th ng và đáp ng c a
STATCOM 48-xung nh sau: Thit l p s c x y ra t i th i đ i m t =
1/60 s và k t thúc t i th i đi m t = 5/60 s. Th i đi m b t đ u x y ra s c
ng n m ch ch m đ t pha A, t i th i đi m t = 1/60s dòng đi n ng n m ch t ng nhanh lên giá tr 3,2 pu (hình 5.14), đi n áp h th ng gi m nhanh
xu ng giá tr 0,87 pu (hình 5.13). STATCOM đáp ng l i b ng cách là t o ra m t l ng công su t ph n kháng bù cho h th ng Q = 72 MVAR
(hình 5.15) và d n đ n đi n áp DC c ng t ng lên, lúc này ta th y đi n áp DC t ng lên đ n 36 kV (hình 5.16). Sau đó, t i th i đi m t = 5/60s s c
k t thúc, STATCOM v n ti p t c bù CSPK Q=20 MVAR đ đi u ch nh đi n áp h th ng cho đ n th i đi m t = 0,24 s đi n áp h th ng t ng đ t đ n giá tr 1,035pu, lúc này ta có th th y STATCOM đáp ng r t linh
ho t, STATCOM chuy n tr ng thái ho t đ ng t tính dung sang tính c m,
hút v m t l ng công su t ph n kháng Q = 100 MVAR. T ng ng đi n
áp DC c ng gi m xu ng VDC = 18,8 kV. Quan sát trên hình 5.17 ta th y