Tài liệu ứng dụng statcom để điều chỉnh điện áp và bù công suất phản kháng cho hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM H HÀ VĂN DU C ỨNG DỤNG STATCOM ĐỂ ĐIỀU U TE CHỈNH ĐIỆN ÁP VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ H Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng & Nhà máy điện Mã số ngành : 60 52 50 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Hùng TP.HỒ CHÍ MINH, Tháng 06 Năm 2012 -ii- CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Hùng Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS. Quyền Huy Ánh H Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS. TS. Đinh Thành Việt C Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ U TE TP. HCM ngày 14 tháng 07 năm 2012 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ Tịch Hội Đồng 2. PGS.TS. Quyền Huy Ánh Phản Biện 1 3. PGS.TS. Đinh Thành Việt Phản Biện 2 4. TS. Trần Vinh Tịnh Ủy Viên H 1. TS. Ngô Cao Cường 5. TS. Huỳnh Châu Duy Ủy Viên, Thư Ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa. Chủ tịch hội đồng đánh giá LV Khoa quản lý chuyên ngành -iii- TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TP. HCM, ngày 15 tháng 09 năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Hà Văn Du Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 12/06/1970 Nơi sinh: Tỉnh Bình Định Chuyên ngành:Thiết Bị, Mạng & Nhà Máy Điện MSHV: 1081031038 I-TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng STATCOM để điều chỉnh điện áp và bù công suất phản kháng cho II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: H hệ thống điện. U TE C - Phân tích các giới hạn ổn định của hệ thống điện,trong đó đi sâu về phân tích giới hạn ổn định điện áp. - Nghiên cứu về các thiết bị FACTS,trong đó đi sâu về nghiên cứu thiết bị STATCOM và ứng dụng của STATCOM trong hệ thống điện. - Xây dựng mô hình mạch động lực, mô hình toán của bộ STATCOM 48 xung dùng VSC để điều khiển dòng, thiết kế bộ điều khiển dòng cho bộ STATCOM 48 xung. - Xây dựng mô hình mô phỏng trên Matlab/Smulink để quan sát khả năng ổn định điện áp và đánh giá hiệu quả của thiết bị STATCOM mang lại khi ứng dụng bộ STATCOM 48 xung 100 MVAR vào hệ thống điện 500 kV Miền Nam gồm có 3 nút. III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 15 Tháng 09 Năm 2011 H IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 15 Tháng 06 Năm 2012 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Nguyễn Hùng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS. NGUYỄN HÙNG KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH -iv- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng luận văn với nội dung “Ứng dụng STATCOM để điều Chỉnh điện áp và bù công suất phản kháng cho hệ thống điện” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Hùng. Các số liệu, kết quả mô phỏng nêu trong luận văn là trung thực, có nguồn trích dẫn và chưa được công bố trong các công trình nghiên cứu khác. H Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2012 Người thực hiện luận văn H U TE C Hà Văn Du -v- LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành cuốn luận văn này, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đối với TS. Nguyễn Hùng, người Thầy đã hết lòng, tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn và cung cấp cho tôi những tài liệu vô cùng quý giá trong quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn tập thể các Thầy Cô giáo đã giảng dạy, truyền đạt tri thức giúp tôi học tập và nghiên cứu trong quá trình học cao học tại trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM. Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng quản lý khoa học - Đào tạo sau đại học và khoa Điện – Điện tử Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM đã học tại trường. H giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và làm luận văn cao C Xin chân thành cảm ơn các anh, chị học viên cao học ngành “Thiết Bị, Mạng văn này. U TE & Nhà Máy Điện” khóa 01 đã đóng góp ý kiến cho tôi trong quá trình thực hiện luận H TP.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012 NGƯỜI THỰC HIỆN Hà Văn Du -vi- TÓM TẮT Luận văn “ Ứng dụng STATCOM để điều chỉnh điện áp và bù công suất phản kháng cho hệ thống điện” phân tích các giới hạn ổn định của hệ thống điện,trong đó đi sâu về phân tích giới hạn ổn định điện áp. Nghiên cứu các thiết bị FACTS trong đó đi sâu vào nghiên cứu về cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản, mô hình mạch động lực, mạch điều khiển, mô hình toán của STATCOM. Nghiên cứu xây dựng mô hình mạch động, mạch điều khiển, mô hình toán của bộ STATCOM 48 xung dùng VSC để điều khiển dòng và đi sâu nghiên cứu ảnh hưởng của bộ STATCOM điều khiển đa bậc 48 xung trong việc đáp ứng động vào hệ thống H điện. Luận văn đã sử dụng phần mềm Matlab để xây dựng mô hình mô phỏng ở chế C độ bình thường, chế độ sự cố khi ứng dụng bộ STATCOM 48 xung 100 MVAR vào hệ thống điện 500 kV Miền Nam gồm có 3 nút, quan sát và đánh giá khả năng ổn định U TE điện áp của hệ thống điện do thiết bị STATCOM mang lại. Luận văn cũng hy vọng sẽ cung cấp một công cụ mô phỏng hữu ích với phần mềm thông dụng Matlab/Smulink cho các nhà nghiên cứu, các kỹ sư, sinh viên…trong việc nghiên cứu ứng dụng thiết bị STATCOM để điều chỉnh điện áp và bù công suất phản kháng cho hệ thống điện ở chế độ làm việc bình thường và chế độ sự cố, từ đó có H thể đánh giá hiệu quả thiết thực trong việc nâng cao ổn định điện áp và bù công suất phản kháng cho hệ thống điện do thiết bị STATCOM mang lại. -vii- ABSTRACT Thesis “Application of STATCOM for voltage regulation and reactive power compensation for power systems” analysis the stability limited of the power system, which is studied deeply for analyze the voltage stability limit. The FACTS devices are researched about structure and basic principles operating, circuit model dynamics, control circuits, mathematical model of STATCOM. To study the modeling circuit, control circuit, the mathematical model of STATCOM 48 pulse VSC used to control current and studied in depth the impact of multi-level STATCOM controller 48 pulse in the system dynamic response electrical system. H Thesis used Matlab software to build simulation models in normal mode, fault mode when the application of 48 pulse 100 MVAR STATCOM at 500 kV power C system consists of three nodes Southern STATCOM observe and stability assessment of power system voltage devices bring. U TE Thesis hopes to provide a useful simulation tool for application software Matlab/ Simulink for researchers, engineers, students…In the study of the application device to adjust the voltage STATCOM and reactive power compensation for a real power system in normal mode and work mode problem, which can evaluate the practical effect in improving the voltage the voltage stability and reactive power H compensation actual power system. -viii- MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN ..................................................................... 1 1.1 Tổng quan ....................................................................................................... 1 1.2 Tóm tắt một số bài báo liên quan .................................................................... 2 1.3 Nhận xét chung và hướng tiếp cận .................................................................. 7 1.4 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn ................................................................. 8 1.5 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 8 1.6 Các bước tiến hành ......................................................................................... 9 H 1.7 Điểm mới của luận văn ................................................................................... 9 C 1.8 Giá trị thực tiễn của luận văn .......................................................................... 9 U TE 1.9 Nội dung của luận văn ...................................................................................10 Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG ĐIỆN ......................................................................................................................11 2.1 Ổn định điện áp trong hệ thống điện ..............................................................12 2.2 Các giới hạn ổn định trong hệ thống điện .......................................................14 H 2.2.1 Giới hạn điện áp ...............................................................................15 2.2.2 Giới hạn nhiệt...................................................................................15 2.2.3 Giới hạn ổn định ...............................................................................16 2.2.3.1 Ổn định quá độ ..............................................................................17 2.2.3.2 Ổn định dao động bé .....................................................................18 2.3 Cơ sở kiến thức trong điều khiển hệ thống điện..............................................20 Chương 3: TỔNG QUAN VỀ STATCOM VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG23 3.1 Tổng quan về STATCOM ..............................................................................23 3.1.1 Các thế hệ bù công suất phản kháng .................................................25 -ix3.1.1.1 Thế hệ đầu tiên là các thiết bị bù đóng ngắt bằng cơ học ...............25 3.1.1.2 Thế hệ thứ hai là các thiết bù đóng ngắt dựa trên Thyristor............25 3.1.1.3 Thế hệ thứ ba là các thiết bị bù dựa trên bộ chuyển đổi..................25 3.1.2 Chức năng ứng dụng của STATCOM ...............................................25 3.2 Tổng quan về công suất phản kháng...............................................................26 3.2.1 Giới thiệu chung ...............................................................................26 3.2.2. Hiệu quả của việc bù công suất phản kháng.....................................27 3.3 Các phương pháp bù công suất phản kháng....................................................27 H 3.3.1 Các thiết bị bù công suất phản kháng................................................27 3.3.1.1 Tụ điện tĩnh ...................................................................................27 C 3.3.1.2 Máy bù đồng bộ ............................................................................28 U TE 3.3.2 Một số thiết bị bù trong FACTS .......................................................28 3.3.2.1 Bộ bù đồng bộ tĩnh nối tiếp(SSSC) ................................................28 3.3.2.2 Bộ bù bằng tụ mắc nối tiếp điều khiển bằng Thyristor(TCSC) .......29 3.3.2.3 Bộ bù điều khiển trào lưu công suất hợp nhất(UPFC) ....................29 H 3.3.2.4 Bộ bù tĩnh(SVC) ...........................................................................30 3.3.2.5 Bộ bù đồng bộ tĩnh(STATCOM) ...................................................31 3.4 Nguyên lý bù trong hệ thống điện ..................................................................31 3.4.1 Bù song song ....................................................................................33 3.4.2 Bù nối tiếp........................................................................................34 3.5 Kết luận .........................................................................................................35 Chương 4: ỨNG DỤNG STATCOM VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỂ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP .............................36 4.1 Đặt vấn đề......................................................................................................36 4.2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản của STATCOM ...............................36 -x4.2.1 Cấu trúc cơ bản của STATCOM.......................................................36 4.2.2 Nguyên lý hoạt động của STATCOM ..............................................37 4.3 Bộ điều khiển điện tử công suất dựa trên các thiết bị bán dẫn.........................39 4.3.1 Bộ Chuyển đổi nguồn điện áp (VSC) ...............................................41 4.3.2 Điều khiển điều chế độ rộng xung (PWM) .......................................43 4.3.3 Nguyên tắc hoạt động của VSC ........................................................47 4.4 Hệ thống điều khiển của STATCOM .............................................................48 4.5 Các đặc tính của STATCOM .........................................................................50 H 4.6 Mô hình hóa STATCOM ...............................................................................51 4.6.1 Mô hình mạch ..................................................................................51 C 4.6.2 Mô hình toán STATCOM.................................................................52 U TE Chương 5: SỬ DỤNG MATLAB/ SIMULINK ĐỂ MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG ĐỘNG CỦA STATCOM VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN ...............................................57 5.1 Tổng quan về Matlab .....................................................................................57 5.1.1 Khái niệm về Matlab ........................................................................57 H 5.1.2 Tổng quan về cấu trúc dữ liệu của Matlab và các ứng dụng ..............57 5.1.3 Khái niệm về Simulink .....................................................................57 5.2 Thiết kế bộ STATCOM cầu ba cấp 48 xung...................................................58 5.2.1 Mô hình mạch động lực.................................................................. 58 5.2.1.1 Cấu tạo bộ chuyển đổi nguồn áp VSC ......................................... 59 5.2.1.2 Máy Biến Áp ............................................................................... 63 5.2.1.3 Tụ điện ........................................................................................ 63 5.2.2 Mô hình toán của bộ STATCOM 48 xung ........................................64 5.2.3 Thiết kế bộ điều khiển cho STATCOM 48 xung:13 .......................66 5.2.3.1 Khối hệ thống đo lường(Measurement System) ........................... 68 -xi5.2.3.2 Khối vòng khóa pha( Phase Looked Loop-PLL) .......................... 73 5.2.3.3 Khối hiệu chỉnh điện áp(Voltage Regulator) ................................ 74 5.2.3.4 Khối cân bằng điện áp DC(DC Balance Regulator) .................... 75 5.2.3.5 Khối tính toán dòng Iq giới hạn và chọn Iqref ............................. 76 5.2.3.6 Khối hiệu chỉnh dòng(Current Regulator).................................... 76 5.2.3.7 Khối phát xung điều khiển(Firing Pulse Generator) ..................... 77 5.3 Mô phỏng và kết quả đáp ứng động của STATCOM trong lưới điện 500 kV Miền Nam ba nút ...........................................................................................79 H 5.3.1 Mô phỏng ở chế độ bình thường .......................................................79 5.3.1.1 Sơ đồ đơn tuyến của mô hình nghiên cứu .................................... 79 C 5.3.1.2 Mô hình mô phỏng ...................................................................... 80 U TE 5.3.1.3 Mạch điều khiển của bộ điều khiển STATCOM .......................... 81 5.3.1.4 Thiết lập tham số cho các phần tử trong mô hình mô phỏng ........ 81 5.3.1.5 Kết quả mô phỏng đáp ứng động của STATCOM ...................... 88 5.3.2 Mô phỏng ở chế độ ngắn mạch .........................................................92 5.3.2.1 Sơ đồ đơn tuyến mô hình nghiên cứu có ngắn mạch .................... 92 H 5.3.2.2 Mô hình mô phỏng có xảy ra ngắn mạch ..................................... 93 5.3.2.3 Mạch điều khiển của bộ điều khiển STATCOM .......................... 94 5.3.2.4 Thiết lập tham số cho các phần tử trong mô hình mô phỏng ........ 94 5.3.2.5 Kết quả mô phỏng đáp ứng động của STATCOM GTO 48 xung khi xảy ngắn mạch ............................................................................... 94 5.3.2.5.1 Kết quả mô phỏng ngắn mạch pha A chạm đất ......................... 94 5.3.2.5.2 Kết quả mô phỏng ngắn mạch 2 pha ......................................... 99 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN .................. 105 6.1 Kết luận .......................................................................................................105 -xii6.2 Hướng nghiên cứu phát triển ........................................................................ 106 6.3 Kiến Nghị ....................................................................................................106 Tài liệu tham khảo ................................................................................................ 108 Phụ lục A…………………………………………………………………….........110 Phụ lục B………………………………………………………………………….123 Phụ lục C.................................................................................................................123 Phụ lục D.................................................................................................................123 H Phụ lục E.................................................................................................................123 Phụ lục F.................................................................................................................124 H U TE C Phụ lục G.................................................................................................................124 -xiii- DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STATCOM (Static Synchronous Compensator) : bộ bù đồng bộ tĩnh SSSC (Static Synchronous Series Compensator) : dãy bù đồng bộ tĩnh FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System): hệ thống truyền tải điện xoay chiều. SVC (Static Var Compensator) : bộ bù công suất phản kháng TCSC : Thyristor Controlled Series Capacitor UPFC (Unified Power Flow Controller): bộ điều khiển dòng chảy công suất. PLL (Phase Locked Loop) : vòng khóa pha VSC (Voltage Source Converter) : bộ chuyển đổi nguồn áp H AC (Alternating Current) : dòng điện xoay chiều DC (Direct Current) : dòng điện một chiều HT : Hệ Thống U TE HTĐ : Hệ Thống Điện. C HVDC (High Voltage Direct Current) : dòng điện một chiều điện áp cao GTO : Gate-TurnOff Thyristor IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor PWM :( Pulse Width Modulation): Điều chế độ rộng xung MBA : Máy Biến Áp H TCR : Thyristor-Controlled Reactor TSC : Thyristor-Switched Capacitor CSTD : Công Suất Tác Dụng CSPK : Công Suất Phản Kháng TSSR : Total System Support Responsibility TCSR : Temperature-Compensated Self-Refresh TCBR : Thyristor Controlled Braking Resistor TCPST: Thyristor-Controlled Phase-Shifting Transformer -xivDANH MỤC CÁC BẢNG STT 5.1 Tên bảng Xung kích tương ứng với số nhánh hoạt động Trang 63 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Tên các biểu đồ, đồ thị, sơ đồ, hình ảnh Sự cố chạm đất pha với PLL thông thường Sự cố chạm đất pha với PLL mạnh Dòng qua bộ VSC của STATCOM với tụ điện có điện dung C = 3000µF trong điều kiện hệ thống chạm đất pha A 1.4 Dòng qua bộ VSC của STATCOM với tụ điện có điện dung C = 925µF trong điều kiện hệ thống chạm đất pha A 1.5 Đáp ứng hiệu quả của STATCOM để thay đổi công suất phản kháng tham chiếu 1.6 Mô tả sóng hài chứa trong VSC 2.1 Phân loại ổn định trong hệ thống điện 2.2 Các đường cong P-V không có bù, có bù song song 2.3a Hệ thống điện 2.3b Đường cong công suất-góc 2.4a Sự thay đổi góc của hệ thống ổn định quá độ 2.4b Sự thay đổi góc của hệ thống mất ổn định 2.5a Độ thay đổi góc của hệ thống ổn định dao động bé 2.5b Độ thay đổi góc của hệ thống ổn định dao động 2.5c Độ thay đổi góc của hệ thống mất ổn định 2.6 Giới hạn vận hành của đường dây theo các mức điện áp 2.7 Mô hình đơn giản hệ thống hình tia hai thanh cái 3.1 Mạch điện tương đương của STATCOM 3.2 Chức năng ứng dụng của STATCOM 3.3 Sơ đồ cấu trúc của SSSC 3.4 Sơ đồ cấu trúc của TCSC 3.5 Sơ đồ cấu trúc của UPFC 3.6 Sơ đồ cấu trúc của VSC 3.7 Sơ đồ cấu trúc của STATCOM 3.8 Hệ thống truyền tải điện mô hình đơn giản 3.9 Hệ thống truyền tải điện có bù song song 3.10 Hệ thống truyền tải điện có bù nối tiếp 4.1 Cấu trúc cơ bản của STATCOM 4.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản của STACOM 4.3 Nguyên lý bù của bộ bù tích cực 4.4 Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù 4.5 Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù 4.6 Thiết bị bán dẫn 4.7 Cấu trúc liên kết của một VSC ba pha hai cấp sử dụng IGBT 4.8a So sánh của một tần số cơ bản hình sin với một tín hiệu tam giác tần số cao 4.8b Kết quả tín hiệu sóng vuông 4.8c Quang phổ điện áp sóng hài 4.9 Chuyển đổi nguồn điện áp VSC một chân 4.10 Sơ đồ mạch lực nghịch lưu PWM 4.11 Sơ đồ thay thế một pha nghịch lưu PWM 4.12 Giản đồ vecto nghịch lưu PWM 4.13a Giản đồ vecto nghịch lưu PWM khi UL trùng với IL 4.13b Giản đồ vecto nghịch lưu PWM khi UL ngược với IL 4.14 Hoạt động của VSC 4.15 Hệ thống điều khiển STATCOM H U TE C H STT 1.1 1.2 1.3 Trang 3 4 5 5 6 7 12 14 16 17 18 18 19 19 19 20 21 24 26 28 29 30 31 31 32 34 35 37 37 38 39 39 40 42 43 43 43 45 45 46 46 47 47 47 49 -xv- U TE C H Đặc tính V-I của STATCOM Đặc tính V-Q của STATCOM Mạch tương đương mô hình hoá của STATCOM Sơ đồ nguyên lý của STATCOM Sơ đồ mạch động lực STATCOM Cầu nghịch lưu 6 bước Cấu trúc bên trong của cầu nghịch lưu 6 bước Sơ đờ tương đương và nguyên lý hoạt động của GTO Đặc tính làm việc của GTO Sơ đồ nối MBA Dạng sóng điện áp 48-xung được tạo ra Sơ đồ mạch điều khiển của STATCOM 48-xung Sơ đồ khối của hệ thống đo lường Sơ đồ khối biển đổi gián đoạn 3 pha dựa trên thứ tự dương cơ bản Bộ đo lường dòng phản kháng Bộ tính toán PQ Bộ lọc gián đoạn 2 cấp và tính giá trị trung bình Khối vòng khóa pha (PLL) Khối hiệu chỉnh điện áp Khối hiệu chỉnh cân bằng điện áp DC Khối tính toán Iq giới hạn và chọn Iqref Khối hiệu chỉnh dòng Khối phát xung điều khiển Bốn cầu Bridge 1Y, Bridge 1D, Bridge 2Y, Bridge 2D Mạch logic phát xung điều khiển Sơ đồ đơn tuyến kết nối STATCOM với HTĐ 500kV miền Nam 3 nút Mô hình mô phỏng ở chế độ bình thường Hộp thoại thiết lập tham số cho bộ điều khiển STATCOM Hộp thoại thiết lập tham số cho nguồn điện Phú Mỹ Hộp thoại thiết lập tham số cho nguồn điện Phú Mỹ Hộp thoại thiết lập tham số cho nguồn điện Ô Môn Hộp thoại thiết lập tham số cho nguồn điện từ miền Trung Hộp thoại thiết lập tham số cho đường dây L1 Hộp thoại thiết lập tham số cho đường dây L2 Hộp thoại thiết lập tham số cho đường dây L3 Hộp thoại thiết lập tham số cho đường dây L4 Hộp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối với trạm Nhà Bè Hộp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối với trạm Phú Lâm Hộp thoại thiết lập tham số cho phụ tải nối với trạm Ô Môn Mô hình tín hiệu ngõ vào và ngõ ra của STATCOM Kết quả đáp ứng tín hiệu ngõ ra của STATCOM ở chế độ bình thường Kết quả đáp ứng của Vmes và Vref Kết quả đáp ứng điện áp VaSec, Va và IaPrim Kết quả đáp ứng công suất phản kháng Q(MVAR) Kết quả biến đổi của điện áp DC Kết quả biến đổi của dòng điện Iq-Iqref Kết quả của biến đổi góc lệch pha Alpha Kết quả biến đổi của công suất PQ trên hệ thống Kết quả biến đổi của dòng điện thực Id trên hệ thống Sơ đồ đơn tuyến kết nối STATCOM với HTĐ 500 kV miền Nam Mô hình mô phỏng hệ thống khi có xảy ra ngắn mạch Hộp thoái thiết lập tham số cho sự cố ngắn mạch pha A chạm đất Mô hình tín hiệu ngõ vào và ngõ ra của STATCOM Kết quả đáp ứng tín hiệu ngõ ra của STATCOM khi ngắn mạch pha A H 4.16 4.17 4.18 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 5.17 5.18 5.19 5.20 5.21 5.22 5.23 5.24 5.25 5.26a 5.26b 5.27 5.28 5.29 5.30 5.31 5.32 5.33 5.34 5.35 5.36 5.37 5.38 5.39 5.40 5.41 5.42 5.43 5.44 5.45 5.46 5.47 5.48 5.49 5.50 50 51 52 58 60 60 61 62 62 63 64 68 69 70 71 72 73 74 75 75 76 77 77 78 79 80 81 82 82 83 83 84 84 85 85 86 86 87 87 88 88 89 89 89 90 90 90 91 91 93 93 94 95 95 -xvi- H Kết quả đáp ứng của Vmes và Vref Kết quả đáp ứng điện áp VaSec, Va và IaPrim Kết quả đáp ứng công suất phản kháng Q(MVAR) Kết quả biến đổi của điện áp DC Kết quả biến đổi của dòng điện Iq-Iqref Kết quả của biến đổi góc lệch pha Alpha Kết quả biến đổi của công suất PQ trên hệ thống Kết quả biến đổi của dòng điện thực Id trên hệ thống Hộp thoái thiết lập tham số cho sự cố ngắn mạch 2 pha Mô hình tín hiệu ngõ vào và ngõ ra của STATCOM Kết quả đáp ứng tín hiệu ngõ ra của STATCOM khi ngắn 2 pha Kết quả đáp ứng của Vmes và Vref Kết quả đáp ứng điện áp VaSec, Va và IaPrim Kết quả đáp ứng công suất phản kháng Q(MVAR) Kết quả biến đổi của điện áp DC Kết quả biến đổi của dòng điện Iq-Iqref Kết quả của biến đổi góc lệch pha Alpha Kết quả biến đổi của công suất PQ trên hệ thống Kết quả biến đổi của dòng điện thực Id trên hệ thống H U TE C 5.51 5.52 5.53 5.54 5.55 5.56 5.57 5.58 5.59 5.60 5.61 5.62 5.63 5.64 5.65 5.66 5.67 5.68 5.69 96 96 96 97 97 97 98 98 99 100 100 101 101 101 102 102 102 103 103 -1- Chương 1 GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1.1 Tổng quan Phân tích và điều khiển ổn định điện áp trở nên rất cần thiết khi hệ thống điện phải vận hành gần tới các giới hạn ổn định của chúng kể cả giới hạn ổn định điện áp. Hệ thống điện phải làm việc ở trạng thái gần điểm giới hạn điện áp là do thiếu đầu tư thiết bị FACTS cho mạng điện và công suất truyền tải giữa các vùng là quá lớn. Điện áp không ổn định đang trở thành mối quan tâm hàng đầu trong vận hành H hệ thống điện. Có những sự cố mất điện đã xảy ra liên quan đến sự mất ổn định điện áp của hệ thống. Do đó việc phân tích và điều khiển ổn định điện áp nhằm nâng cao C độ dự trữ ổn định của hệ thống điện là rất cần thiết, tránh mất ổn định điện áp xảy ra khi có biến động ngẫu nhiên của một trạng thái xác lập là hết sức cần thiết. U TE Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghiệp chế tạo các linh kiện công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống điện, nên các thiết bị bù dùng thyristor sử dụng rất nhiều thông tin trong toàn hệ thống được nghiên cứu và ứng dụng. Ở một số nước có trình độ công nghệ phát triển tiên tiến trên thế giới, các thiết bị bù công suất phản kháng điều chỉnh bằng thyristor đã H được ứng dụng và mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao ổn định chất lượng điện áp của hệ thống điện. Các thiết bị bù thường dùng là: thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC), thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC,UPFC), thiết bị bù đồng bộ tĩnh (STATCOM)… Các thiết bị này cho phép chúng ta vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt, hiệu quả cả trong chế độ bình thường hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh nhanh công suất phản kháng và các thông số khác (trở kháng, góc pha) của chúng. Để nâng cao chất lượng điện áp và ổn định điện áp cho hệ thống điện Việt Nam đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng các thiết bị bù công suất phản kháng. Tuy nhiên các thiết bị bù đó chưa đáp ứng đủ những yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy khi hệ thống có sự thay đổi đột ngột về nhu cầu công suất phản -2- kháng. Các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS như: STATCOM hay SVC… đã đáp ứng được yêu cầu về độ phản ứng nhanh nhạy cũng như dung lượng bù tối ưu cho hệ thống điện trong mọi chế độ làm việc. Luận văn này nghiên cứu về những vấn đề trên nhằm đưa ra việc ứng dụng lắp đặt thiết bị STATCOM thích hợp cho hệ thống điện và việc tính toán bù công suất phản kháng tập trung chủ yếu vào các khu vực có mật độ tải dày đặc và có thể gia tăng đột biến trong các chế độ làm việc khác nhau. Hệ thống truyền tải điện Việt Nam chúng ta hiện nay chưa có sử dụng thiết bị STACOM chỉ sử dụng các bộ Tụ bù tĩnh, các Cuộn kháng cố định để điều chỉnh H điện áp và bù công suất phản kháng còn rất cứng nhắc, thiếu linh hoạt. Do đó khi có ngắn mạch xảy ra thì không thể ổn định được điện áp.Vì vậy việc nghiên cứu thiết C bị bù đồng bộ tĩnh (STATCOM) vào hệ thống điện để nâng cao ổn định quá độ và chất lượng điện áp của hệ thống điện Việt Nam trong tương lai là nhiệm vụ rất cần U TE thiết, nhằm mở ra một hướng mới trong việc áp dụng các phương pháp điều chỉnh điện áp và bù công suất phản kháng của hệ thống điện.Vì vậy việc thực hiện đề tài: “ Ứng dụng STACOM để điều chỉnh điện áp và bù công suất phản kháng cho hệ thống điện” là hết sức cần thiết, áp dụng vào vận hành hệ thống truyền tải điện Việt Nam nhằm nâng cao ổn định điện áp và nâng cao khả năng truyền tải cho hệ thống H điện. 1.2 Tóm tắt một số bài báo liên quan  “STATCOM control with Robust Synchronizing Phase Locked Loop under Three Phase Power System Faults” : Prof. A.K.Panda, Yellasiri.Suresh, Mikkili.Suresh. IEEE International Conference on Industrial Electronics, Control and Robotics.1 Bài báo này trình bày về vấn đề STATCOM ( bộ bù đồng bộ tĩnh ) hoạt động dựa trên bộ chuyển đổi nguồn áp VSC có khuếch đại độ rộng xung được sự quan tâm vì những chức năng nổi bất của nó và được sử dụng trong hệ thống truyền tải và phân phối. Nó có thể đáp ứng công suất phản kháng VAR với tình trạng hệ thống sự cố. Việc STATCOM hoạt động trong quá trình hệ thống sự cố có thể tác động -3- bất lợi tới bộ VSC là quá dòng và tác động ngắt VSC trong khi yêu cầu nâng cao điện áp là đòi hỏi cấp thiết nhất. Bộ PLL thông thường chỉ có thể nhận biết thông tin về giá trị điện áp thứ tự thuận nhưng không thể nhận biết được thông tin về điện áp thứ tự nghịch tại thanh cái khi hệ thống sự cố. Trong bài báo này đã xây dựng được STATCOM với một PLL mạnh . Bộ PLL này có thể nhận biết chính xác giá trị điện áp thứ tự thuận và thứ tự nghịch tại thanh cái trong quá trình hệ thống sự cố. Với bộ PLL mạnh, STATCOM có thể tránh được quá dòng và tác động ngừng hoạt động trong và sau quá trình sự cố, đảm bảo STATCOM luôn hoạt động sẵn sàng cung cấp công suất phản kháng khi yêu cầu bù công suất phản kháng là thực H sự cấp thiết. Kết quả mô phỏng được trình bày trên bộ STATCOM VSC 48-xung H U TE C 100 MVAR kết nối 2 thanh cái hệ thống điện. Hình 1.1: Sự cố chạm đất pha với PLL thông thường C H -4- U TE Hình 1.2: Sự cố chạm đất pha với PLL mạnh  “Current Control of Angle Controlled STATCOM”: Zhengping Xi, Student Member, IEEE, and Subhashish Bhattacharya, Member, IEEE.2 Bài báo này đề cập đến vấn đề bộ VSC dựa trên STATCOM được sử dụng để điều chỉnh điện áp trong hệ thống truyền tải và phân phối. Quá dòng và tác động ngắt STATCOM trong và sau quá trình sự cố hệ thống hoặc các sóng hài biến dạng H có thể xuất hiện trong STATCOM không có bộ điều khiển PWM (điều khiển độ rộng xung). Chọn lựa tụ DC thích hợp có thể giữ cho giá trị dòng điện thứ tự nghịch và sóng hài biến dạng thấp, kết quả đạt được là có thể loại bỏ được quá dòng bên trong STATCOM. Tuy nhiên, giá trị tụ phụ thuộc vào kiểu sóng hài biến dạng. Trong bài báo này đã đề xuất và phát triển chiến lược dựa trên sự điều khiển góc điều khiển để loại trừ quá dòng (và tác động ngắt ) VSC trong, sau quá trình hệ thống sự cố và các sóng hài biến dạng, đảm bảo là với 1 STATCOM có tụ điện dung nhỏ cũng có thể cung cấp được công suất phản kháng theo yêu cầu. Các kết quả mô phỏng được trình bày dựa trên bộ STATCOM VSC 48-xung 100 MVAR kết nối với 2 thanh cái hệ thống. Các kết quả chứng tỏ được hiệu quả của chiến lược