. 2231 Ổn định quỏ độ
2.3.2. Nguyờn lý hoạt động của STATCOM
STATCOM
2.3.1. Cấu trỳc cơ bản của STATCOM
STATCOM là một thiết bị chuyển đổi nguồn điện ỏp, nú chuyển đổi nguồn điện ỏp một chiều thành điện ỏp xoay chiều để bự cụng suất phản khỏng cho HTĐ. Cấu trỳc cơ bản đƣợc thể hiện trong hỡnh 2.7, bao gồm: một bộ biến đổi nguồn điện ỏp ba pha (VSC) đƣợc nối về phớa thứ cấp của mỏy biến ỏp ghộp; nguồn điện ỏp DC Q V1 V2 VSC Vdc
Hỡnh 2.7: Cấu trỳc cơ bản của STATCOM
2.3.2. Nguyờn lý hoạt động của STATCOM
Việc thay đổi CSPK đƣợc thực hiện bằng bộ VSC nối bờn thứ cấp của mỏy biến ỏp. VSC sử dụng cỏc linh kiện điện tử cụng suất (GTO, IGBT hoặc IGCT) để điều chế điện ỏp xoay chiều ba pha V2 từ nguồn một chiều. Nguồn một chiều này đƣợc lấy từ tụ điện. Nguyờn lý hoạt động của STATCOM đƣợc chỉ rỏ trong hỡnh 2.8, thể hiện cụng suất tỏc dụng và phản khỏng truyền giữa điện ỏp hệ thống để điều khiển là V1 và điện ỏp đƣợc tạo ra bởi VSC là V2. STATCOM là một thiết bị bự ngang, nú điều chỉnh điện ỏp tại vị trớ nú lắp đặt đến giỏ trị cài đặt (Vref) thụng qua việc điều chỉnh biờn độ và gúc pha của điện ỏp rơi giữa STATCOM và HTĐ.
Hỡnh 2.8: Nguyờn lý hoạt động cơ bản STATCOM
Trong chế độ hoạt động ổn định điện ỏp phỏt ra bởi STATCOM V2 là cựng pha với V1 (δ = 0), do đú chỉ cú cụng suất phản khỏng truyền tải. Bằng cỏch điều khiển điện ỏp V2 tạo ra bởi VSC cựng pha với điện ỏp V1 của hệ thống nhƣng cú biờn độ lớn hơn khiến dũng phản khỏng (Iq) chạy từ STATCOM vào hệ thống, lỳc này dũng điện Iq hoạt động nhƣ một điện dung cung cấp cụng suất phản khỏng đến hệ thống, qua đú nõng cao điện ỏp hệ thống lờn. Ngƣợc lại, nếu điện ỏp V2 tạo ra bởi VSC cú biờn độ thấp hơn điện ỏp V1 của hệ thống khiến dũng phản khỏng (Iq) chạy từ hệ thống vào STATCOM, lỳc này dũng điện Iq hoạt động nhƣ một điện cảm tiờu thụ cụng suất phản khỏng từ hệ thống, qua đú hạn chế quỏ điện ỏp trờn lƣới điện. Nếu điện ỏp V2 tạo ra bởi VSC và điện ỏp hệ thống V1 bằng nhau thỡ khụng cú trao đổi cụng suất phản khỏng. hỡnh 2.9 là sơ đồ nguyờn lý trao đổi CSPK và CSTD giữa bộ bự và lƣới.
P L XL Q Vc V2 ~ O1 O2 V2 V1 Hỡnh 2.9: Nguyờn lý bự của bộ bự tớch cực
Ta cú CSTD và CSPK trao đổi giữa hai nguồn V1 (lƣới) và V2 (bộ bự):
Trong đú: V1 và θ1 : Điện ỏp lƣới cần điều chỉnh và gúc lệch pha. V2 và θ2 : Điện ỏp tạo ra bởi VSC và gúc lệch pha. XL : Điện khỏng kết nối giữa lƣới và bộ bự.
δ : Gúc lệch pha giữa điện ỏp lƣới và điện ỏp bộ bự. Trong chế độ hoạt động chỉ bự CSPK thỡ δ = 0 do đú từ (2.1) ta cú:
Từ (2.2) ta thấy Q tỉ lệ với hai điện ỏp (V1 – V2).
- Khi V1 = V2 thỡ Q = 0 bộ bự khụng phỏt ra hay hấp thụ CSPK.
- Khi V1 > V2 thỡ Q > 0 tồn tại thành phần điện ỏp V12 tƣơng ứng dũng cảm khỏng IL chậm sau V1, V2 một gúc 900, lƣới sẽ truyền CSPK vào bộ bự (STATCOM hấp thụ CSPK).
(2.1)
Hỡnh 2.10: Trạng thỏi hấp thụ cụng suất phản khỏng của bộ bự
- Khi V1 < V2 thỡ Q < 0 tồn tại thành phần điện ỏp V12 tƣơng ứng dũng điện dung IC vƣợt trƣớc V1, V2 một gúc bằng 900 bộ bự phỏt CSPK lờn lƣới điện.
Hỡnh 2.11: Trạng thỏi phỏt cụng suất phản khỏng của bộ bự
Từ phõn tớch trờn ta thấy rằng khi thay đổi biờn độ điện ỏp đầu ra của bộ bự trong khi giữ gúc lệch δ = 0 ta cú thể điều khiển dũng CSPK trao đổi giữa lƣới và bộ bự.
2.4.
Bộ điều khiển hệ thống điện hiện đại dựa trờn chuyển đổi điện tử cụng suất cú khả năng tạo ra cụng suất phản khỏng mà khụng cần phải cho cỏc yếu tố năng lƣợng phản khỏng lƣu trữ lớn, chẳng hạn nhƣ trong cỏc hệ thống SVC. Điều này đạt đƣợc bằng cỏch làm cho cỏc dũng điện lƣu thụng qua cỏc pha của hệ thống AC với sự hỗ trợ của cỏc thiết bị chuyển đổi nhanh. Cỏc thiết bị bỏn dẫn đƣợc sử dụng trong thế hệ mới của bộ chuyển đổi điện tử cụng suất
y
x
y
điện (IGBT) và khúa đúng mở (GTO). Cỏc biểu tƣợng mạch tƣơng ứng của chỳng đƣợc thể hiện trong hỡnh 2.12.
GTO là một phiờn bản tiờn tiến hơn của thyristor thụng thƣờng, với một tƣơng tự nhƣ đúng mạch đặc trƣng nhƣng với khả năng ngắt mạch tại một thời điểm khỏc nhau khi dũng điện xuụi tự nhiờn giảm xuống dƣới mức dũng điện duy trỡ. Nhƣ vậy thờm chức năng đó cho phộp lĩnh vực ứng dụng mới trong ngành cụng nghiệp đƣợc phỏt triển, ngay cả ở truyền tải điện số lƣợng lớn mà ngày nay nú cú thể chuyển hƣớng cụng suất tỏc dụng ở mức MW. Tuy nhiờn, cú chỗ cho cải tiến trong xõy dựng và thiết kế, nơi vẫn cũn lớn xung tiờu cực là cần thiết để loại chỳng. Hiện nay, tần số chuyển đổi tối đa đạt đƣợc là theo thứ tự của 1 kHz.
IGBT là một trong những phỏt triển tốt nhất cỏc thành viờn gia đỡnh của transistor cụng suất. Nú là thiết bị phổ biến nhất đƣợc sử dụng trong lĩnh vực của truyền động AC và DC, đạt mức cụng suất của một vài trăm kW. Bộ biến đổi cụng suất nhằm vào cỏc ứng dụng hệ thống điện đang bắt đầu sử dụng IGBT nhờ vào khả năng xử lý điện năng ngày càng tăng và tổn hao truyền dẫn tƣơng đối thấp. Tiến bộ hơn nữa dự kiến trong ứng dụng và cụng nghệ IGBT, GTO. Trong bộ chuyển đổi DC-AC sử dụng thiết bị bỏn dẫn hoàn toàn kiểm soỏt chứ khụng phải là thyristors thụng thƣờng, cỏc đầu vào DC cú thể là một nguồn điện ỏp (thƣờng là một tụ điện) hoặc một nguồn dũng điện (thƣờng là một nguồn điện ỏp nối tiếp với điện cảm). Với tham chiếu đến nguyờn tắc hoạt động cơ bản, bộ chuyển đổi cú thể đƣợc phõn loại nhƣ một trong hai chuyển đổi nguồn điện ỏp (VSC) hoặc chuyển đổi nguồn dũng điện. Đối với cỏc lý do kinh tế và hiệu suất, bộ điều khiển cụng suất
Hỡnh 2.12: Thiết bị bỏn dẫn: (a) GTO và (b) IGBT
phản khỏng hầu hết đƣợc dựa trờn cấu trỳc liờn kết của VSC. Tớnh sẵn cú của cỏc chất bỏn dẫn hiện đại với mức điện ỏp và dũng điện tƣơng đối cao, chẳng hạn nhƣ GTO hoặc IGBT, đó thực hiện cỏc khỏi niệm bự cụng suất phản khỏng dựa trờn bộ chuyển đổi chuyển mạch chắc chắn, ngay cả đối với cỏc ứng dụng cụng suất cao đỏng kể.
Một số bộ điều khiển hệ thống điện sử dụng VSC là khối xõy dựng cơ bản của chỳng đang hoạt động trong cỏc bộ phận khỏc nhau trờn thế giới. Phổ biến nhất là: STATCOM, SSSC, UPFC và HVDC-VSC.