Nghiên Ứu Bù Ông Suất Phản Kháng Và Ổn Định Điện Áp Ho Hệ Thống Điện 500Kv Khu Vự Miền Bắ Việt Nam Giai Đoạn 2015-2020 Sử Dụng Statom.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÙI LỆ THỦY

NGHIÊN CỨU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ
ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO HỆ THỐNG ĐIỆN 500 kV KHU VỰC
MIỀN BẮC VIỆT NAM GIAI ĐOẠN 2015 - 2020
SỬ DỤNG STATCOM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện – Hệ thống điện

Hà Nội - Năm 2017

170833000903388fc0ec7-eef2-4846-ba27-8c689832801b
17083300090333010ade6-17cc-46e8-8174-891094c65d63
17083300090339ae9f171-b5ad-4993-8c09-4165837ec9b2


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

BÙI LỆ THỦY

NGHIÊN CỨU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ
ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO HỆ THỐNG ĐIỆN 500 kV KHU VỰC
MIỀN BẮC VIỆT NAM GIAI ĐOẠN 2015 – 2020
SỬ DỤNG STATCOM

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Trần Văn Thịnh

Hà Nội – Năm 2017


LỜI CAM ĐOAN
c vit trong lu
nghiên cu ca bn thân. Mi kt qu nghiên cng ca cá
khác, nc trích dn t ngun gc c th .
Luc bo v ti bt k m

luc cơng b trên bt k m
Tơi xin hồn toàn chu trách nhim v nh
Hà Nội, ngày 30 tháng 08 năm 2017
Tác gi lu

i


LỜI CẢM ƠN

 hoàn thành cun lu chân thành c

ng dy, truyt tri thc giúp tôi hc tp và nghiên cu trong

hc cao hc ti Hc Bách Khoa Hà Ni.

Xin chân thành cu, Phòng qun lý khoa hc - 

i hng i Hc Bách Khoa Hà Ni , tu kin thu
trong quá trình hc tp và làm luc tng.
c bic bày t lòng bit n th

Trần Văn Thịnh   u thi gian và công s ng dn tôi thc hi
hồn thành lu
Mc dù b có c gng, song vi kin thc cịn hn ch

gian có hn, luc chn khơng th tránh khi nhng thiu sót. Tơi rt mo

nhc s ch bo ca các thy, cơ, s góp ý ca bng nghip
sung hoàn thin lu
Xin trân trng c

ii


MỤC LỤC
L .............................................................................................................i
LI C ................................................................................................................. ii
MC LC ..................................................................................................................... iii
DANH MC HÌNH .......................................................................................................vi
DANH MC CÁC CH VIT TT VÀ KÝ HIU ..................................................... x
 .................................................................................................................1

PHU KHIN N ÁP H TH

1.1 n áp trong h thn ...............................................................

1.2. Các gii hn nh trong h thn ............................................................
1.2.1 Gii hn áp ...............................................................................................8
1.2.2 Gii hn nhit .................................................................................................. 9

1.2.3  ...........................................................................................

1.3.  kin thu khiên h thn ...............................
1.4. Kt lu ................................................................................................16
TNG QUAN V FACTS VÀ BÙ CÔNG SUT PHN KHÁNG .........17

 ......................................................
2.1.1.  .......................................................................................17

 .........................................................................

2.1.3.  ..................................

2.1.4.  ..................................................................
2.1.5. Mơ hình các b u khin FACTS ..............................................................24

2.2. ...................................................................................2
2.2.1. Các th h bù công sut phn kháng .............................................................26
2.2.2 .Chng dng ca STATCOM ..........................................................27
2.3. Tng quan v công sut phn kháng ................................................................... 27
2.3.1. Gii thiu chung ........................................................................................... 27
2.3.2. Hiu qu ca vic bù công sut phn kháng. ................................................28
t phn kháng................................
2.4.1. Các thit b bù công sut phn kháng ...........................................................29

2.5. Mt s thit b bù trong FACTS .........................................................................29
iii


2.5.1. B  ..........................................................................................30
2.5.2. B u khit hp nht (UPFC) .....................

2.5.3.  ..................................

2.5.4. B bù bng t mc ni tiu khin bng thyristor (TCSC) ....................32

2.5.5. B ng b  ................................................................
2.6. Nguyên lý bù trong h thn ....................................................................... 33
2.6.1. Bù ni tip .....................................................................................................34
2.6.2. Bù song song .................................................................................................35
2.7. Kt lun ..............................................................................................................37
NG DNG STATCOM VÀO H TH BÙ CÔNG SU
PHN KHÁNG VÀ NÂNG CAO N ÁP .............................................38
t v ...........................................................................................................38

3.2. Cu trúc và nguyên lý hon ca STATCOM ..................................3
3.2.1. Cha statcom .................................................................................38

3.2.2. Cn ca STATCOM ..................................................................3
3.2.3. Nguyên lý hong ca STATCOM ..........................................................40
3.2.4. c tính ca STATCOM ........................................................................43
3.2.huu khin STATCOM..............................................................................44
3.2.7. V phát sinh sóng hài và bin pháp khc phc ......................................46

 khi b u khin STATCOM ......................................................

3.3. H thu khin ca STATCOM .................................................................50
3.4. Các yu t quan trng trong nghiên cu thit k ................................................51
3.5. Kt lu ...............................................................................................52
S D MÔ PH
CA STATCOM VÀO H THN .................................................................53
4.1. Gii thiu phn mm mô phng ..........................................................................53
4.1.1. Gii thiu phn mm MATLAB .................................................................53
4.1.2. Simulink ........................................................................................................54

4.2. Thành phn mô phng các khi ch u khin STATCOM .............
4.2.1. Khi h thng (Measurement System) ..........................................59
4.2.2. Khi vịng khố pha (Phase Locked Loop-PLL) ..........................................60
iv


4.2.3. Khi hiu chn áp (Voltage Regulator) ...............................................62
4.2.4. Khi cân bn áp DC (DC Balance Regulator) ...................................62
4.2.5. Khi tính tốn dòng Iq gii hn và chn Iqref .............................................63
4.2.6. Khi hiu chnh dòng ( current Ragulator) ................................................... 64
u khin (Firing Pulses Generator) .................
4.3. Mô phng và kt qu   ng c   
Min Bc ba nút .........................................................................................................67

 n ca mơ hình nghiên cu ...........................................
4.3.2. Mơ hình mơ phng........................................................................................67

4.3.3. Mu khin ca b u khin STATCOM ..........................................6

c tính ...................................................
4.4.  ............................................................................................................89

KT LUN VÀ KIN NGH .......................................................................................90
TÀI LIU THAM KHO ............................................................................................. 92

v


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Phân loi nh trong h thn.............................................................

ng cong P-V khơng có bù, có bù song song ...................................
Hình 1.3a: H thn.................................................................................................9
Hình 1.3b : ng cong cơng sut-góc .........................................................................10

Hình 1.4: S i góc ca h thng  (a) và h thng mt 

 i ca HT ng bé (a), HT 
mt nh (c)...............................................................................................................12

Hình 1.6: Gii hn vn hành cng dây theo các mn áp ..............................1
n h thng hình tia hai thanh cái ............................

n tht ..................................................
Hình 2.2: Bù ni tip .....................................................................................................20
Hình 2.3 ng dng ca FACTS trong các t bù ni tip ..............................................21
Hình 2.4: ng dng ca FACTS trong các thit b bù song song.................................23
Hình 2.5: B u khing b STATCOM ..............
Hình 2.6: Ma statcom ..................................................
 cu trúc ca SVC...............................................................................
 cu trúc ca UPFC ............................................................................

Hình 2.9 cu trúc ca SSSC ...............................................................................31

 cu trúc ca TSCS ..........................................................................

 cn ca statcom .........................................
Hình 2.12: Mơ hình h thng truyn tn ................................................................33

Hình 2.13: Gi ng cơng sut- ng .........................

ng dây truyn ti có bù ni tip; b) Gi
cong cơng sut  góc pha...............................................................................................35
Hình 2.15: H thng truyn tn có bù song song ...................................................36

Hình 3.1: Cn ca mt STATCOM ............................................................

Hình 3.2: Nguyên lý hon STATCOM .....................................................40
Hình 3.3: Ngun lý bù ca b bù tích cc ...................................................................41
Hình 3.4: Trng thái hp th cơng sut phn kháng ca b bù .....................................42
Hình 3.5: Trng thái phát cơng sut phn kháng ca b bù ..........................................42
vi


c tính V-I ca STATCOM ........................................................................43

c tính V-Q ca STATCOM.......................................................................44
Hình 3.8: Hình 3.8: Dng sóng FFS minh ha ..............................................................45
Hình 3.9: Dng sóng FFS minh ha .............................................................................. 45
Hình 3.10: Dng sóng PWM minh ha .........................................................................46
 mt si ca STATCOM vi VSC 48 xung ..................................

Hình 3.12: Du ra vi STATCOM 4
sut phn kháng. ............................................................................................................48

 khng ca h thu khin ST
Hình 3.14: H thu khin ca STATCOM ..........................................................51
Hình 4.1: Màn hình khng ca Matlab ................................................................... 53
Hình 4.2: Bing ca Simulink trong Matlab .........................................................54
Hình 4.3: Ca s hin th n Simulink .................................................................54
Hình 4.4: Ca s làm vic trong Simulink .................................................................... 55

Hình 4.5: Các khn ca Simulink .......................................................

n chính trong SimPowerSystems ....................................................
n khi ngun trong SimPowerSystems ........................................
Hình 4.8: Các thành phn trong SimPowerSystems......................................................58

 khi mu khin STATCOM 48 xung ............................
 khi ca khi h thng ......................................
Hình 4.10: Khi vịng khóa pha (PLL) .........................................................................61
Hình 4.11: Khi hiu chn áp...............................................................................62
Hình 4.12: Khi hiu chnh cân bn áp DC.........................................................62
Hình 4.13: Khi tính tốn dịng Iq gii hn và chnqref
I ...............................................63
Hình 4.14: Khi hiu chnh dịng ( Current Ragulator) ................................................64

Hình 4.15: Khu khin .......................................................
Hình 4.16: Bn cu Bridge 1Y,Bridge 1D,Bridge 2Y, Bridge 2D................................65
Hình 4.17: Mu khin ..................................................

 n kt ni STATCOM v

Hình 4.9. Mơ hình mơ phng ........................................................................................68

vii


Hình 4.10a: Thơng s  t ngun h th ng hp mơ ph n
git ngt .................................................................................................................70

Hình 4.10b: Thơng s  t ngun h th ng hp mô ph n
t ngt .................................................................................................................. 70

Hình 4.11: Hp thoi thit lp tham s cho ngu ................................
Hình 4.12: Hp thoi thit lp tham s cho ngun Qung Ninh ...........................71
Hình 4.13: Hp thoi thit lp tham s cho ngun Hịa Bình ...............................72
Hình 4.14: Hp thoi thit lp tham s ng dây L1 ...........................................72
Hình 4.15: Hp thoi thit lp tham s ng dây L2 ...........................................73
Hình 4.16: Hp thoi thit lp tham s ng dây L3 .........................................73
Hình 4.17: Hp thoi thit lp tham s ng dây L4 .........................................74

Hình 4.18: Hp thoi thit lp tham s cho ph ti ni vào tr .....................7
Hình 4.20: Hp thoi thit lp tham s cho ph ti ni vào trm Qung Ninh .............75

i thơng s t b u khin STATCOM .............

Hình 4.22: Kt qu ng tín hiu ngõ ra cn
ngt STATCOM ra khi ........................................................................................77

Hình 4.23: Kt qu n áp VaSec, Va và IaPrim ...........................................77
Hình 4.24: Kt qu ng cơng sut phn kháng Q(MVAR) ....................................77

Hình 4.25: Kt qu n áp Vmes và Vref ......................................................77

Hình 4.25: Kt qu bii cn áp DC.................................................................78

Hình 4.26: Kt qu ng tín hiu ngõ ra ca STATCOM khi gin áp ngun v
ngt STATCOM ra khi ........................................................................................78

Hình 4.27: Kt qu n áp VaSec, Va và IaPrim ...........................................79
Hình 4.28: Kt qu ng cơng sut phn kháng Q(MVAR) ....................................79

Hình 4.29: Kt qu n áp Vmes và Vref ......................................................79

Hình 4.30: Kt qu bii cn áp DC.................................................................79

i thơng s t b u khin STATCOM .............

Hình 4.32: Kt qu ng tín hiu ngõ ra cn
STATCOM hong. ..................................................................................................81
Hình 4.34: Kt qu ng cơng sut phn kháng Q(MVAR) ....................................81

Hình 4.35: Kt qu n áp Vmes và Vref ......................................................81
viii


Hình 4.36: Kt qu bii cn áp DC.................................................................82

Hình 4.37: Kt qu ng tín hiu ngõ ra ca STATCOM khi gin áp ngun v
STATCOM hong. ..................................................................................................82

Hình 4.38: Kt qu n áp VaSec, Va và IaPrim ...........................................83

Hình 4.39: Kt qu ng cơng sut phn kháng Q(MVAR) ....................................83

Hình 4.40: Kt qu n áp Vmes và Vref ......................................................83

Hình 4.41: Kt qu bii cn áp DC.................................................................83

i thơng s t b u khin STATCOM .............
Hình 4.43: Kt qu ng tín hiu ngõ ra ca STATCOM .......................................85

Hình 4.44: Kt qu n áp VaSec, Va và IaPrim ...........................................85
Hình 4.45: Kt qu ng cơng sut phn kháng Q(MVAR) ....................................85

Hình 4.46: Kt qu n áp Vmes và Vref ......................................................86

Hình 4.47: Kt qu bii cn áp DC.................................................................86
Hình 4.48: Kt qu bii cn
I
86
q - Iqref ......................................................
Hình 4.49: Kt qu bii ca góc kích alpha ...........................................................86
Hình 4.50: Kt qu bii ca cơng sut PQ trên h thng .......................................87
Hình 4.51: Mơ hình mơ phng ......................................................................................88
Hình 4.52: Kt qu ng tín hiu ngõ ra ca STATCOM ........................................88

ix


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
PCC:


Point of Common Coupling
H thn

IGBT:

Insulated Gate Bipolar Transistor

GTO:

Gate Turn Off

CSPK:

Công sut phn kháng

CSTD:

Công sut tác dng

MBA:

Máy bin áp

FACTS:

Flexible Alternating Current Tranmission Systems

FFS:

Fundamental Frequency Switching

PWM:

Pulse Width Modulation

SSSC:

Static Synchronous Series Compensator

DFC:

Dynamic Flow Controller

TCR:

Thyristor Controlled Reactor

VSC:

Vottage Source Convert

SVC:

Static Var Compensator

TCSC:

Thyristor Controlled Series Compensator

TCR:

Thyristor Controlled Reactor

TSR:

Thyristor Switched Reactor

TSC:

Thyristor Switched Capacitor

TSSR:

Total System Support Responsibility

TCSR:

Temperature-Compensated Self-Refresh

TCBR:

Thyristor Controlled Braking Resistor

PLL (Phase Locked Loop) : vịng khóa pha
TCPST:

Thyristor-Controlled Phase-Shifting Transformer

UPFC (Unified Power Flow Controller): 

POLE CNTRL: Cu khin
UPFC/IPFC: Unified / Interline Power Flow Controller
STATCOM: Static Synchronous Compensator

x


LỜI MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài

         
   











         
          

6600MVA. 













 nâng cao chn áp và n áp cho h th
nhiu nghiên cu v vic ng dng các thit b bù công sut phn kháng. Tuy nhiên

không phi các thit b  nhng yêu cu v phn n

khi h thng có s t ngt v nhu cu công sut phn kháng. Các thit b
nhóm h thng truyn t n xoay chiu linh hot (FACTS - Flexible Alternating

C    c yêu cu v
ng bù t thn trong mi ch 
Vì v y, vic nghiên cu các thit b bù dc và bù ngang thuc nhóm thit b

FACTS này nhu chnh linh hoi vi vic nâng cao n

th n là nhim v rt cn thi      
1


“Nghiên cứu bù công suất phản kháng và ổn định điện áp cho hệ thống điện 500kV
khu vực Miền Bắc Việt Nam giai đoạn 2015 – 2020 sử dụng STATCOM”.

Lịch sử nghiên cứu
Có rt nhiu cơng trình nghiên cu ng dng thit b c bit là

dng các thit b phát ngun công sut phn kháng cho h thn Vit Nam nh

     nh qu

Ngoài các nghiên cc xut bn thành sác
mt s bài báo khoa h
1. “Current Control of Angle Controlled STATCOM”: Zhengping Xi, Student
Member, IEEE, and Subhashish Bhattacharya, Member, IEEE.

 cn v b VSC d
u chn áp trong h thng truyn ti và phân phi.
2.“Three-Level 24-Pulse STATCOM with Pulse Width Control at Fundamental
Frequency Switching”: Kadagala Venkata Srinivas, Student Member, IEEE and
Bhim Singh, Fellow, IEEE.




DC là

-

- -







        
Hz

3.“Lựa chọn thiết bị bù công suất phản kháng tối ưu cho lưới điện 500kV Việt
Nam” ca các tác gi Nguyn Hi hng) và Lê Cao Quyn

ty C phn xây dp chí khoa hc và công ngh
Nng, s 3(26).2008

2


Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

 ng nghiên cu chính: Thit b  ng b  Static Sync
Compensator STATCOM) thuc nhóm thit b FACTS.
Bn lu  i pháp k thu khc phc s mt 

bng cách áp dng thit b bù STATCOM. V nhanh nh

linh hot, các thit b FACTS s bù công sut phn kháng, ci thi 
và nâng cao kh i trên h thng.

Ngoài ra, nh ng ti m   mi trong vic áp d 

u chu khin hong ca h thn, bn lu

n, công sut phn kháng ca thit b bù nha

vn hành h thn. Bn lu trình bày ng dng phn mm

ng ca thit b bù công sut phn kháng n
Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới

-      









- 


STATCOM.
- 



- 






ph   

Min Bc có 3 nút trên Matlab/Sim

3


Hướng phát triển của đề tài:

- 

- 

Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cu lý thuyt: Tìm hiu, nghiên cu các tài liu sách k thut và trên
mng internet v các v có liên quan t tài.

ng: ng dng phn mm Matlab - Simulink nhm c
lý thuyn c tài.
Cấu trúc Luận văn đã hoàn thành bao gồm:
- u khin nh h th
- ng quan v FACTS và bù công sut phn kháng.

- II      


- 


4


Chương 1
PHẢN TÍCH VÀ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG ĐIỆN

n áp là mt v quan trng trong quy hoch, thit k và v

h th u kin nhu cu ph t

n ti ngày càng có quy mơ ln vi kt cu phc ti m

ch  vy ti và gn gii hn nh dn gim m

 d tr n áp thp. Hing mt n á
xy ra s c ngn mn ti, s c mt mt vài

Nhng s c n hình xy ra tt Nam vào các ngày 17/5/2005, 25/7/200

có nguyên nhân do mt n áp dn s n áp gây m
rng.

Vic nghiên c

nh n áp trc tuyt cn thi 
vn hành n áp.

      n các v 

soát h thn và kh n vi
gii hn nh.
1.1. Ổn định điện áp trong hệ thống điện

H th  c phân loi  nh da trên các ch  

n áp và tn s. Quá trình phân loi nh trong h th
 sau:

Hình 1.1: Phân loại ổn định trong hệ thống điện
5


n áp là kh a h th 

tt c các thanh cái trong h thn sau khi chng ca nhiu lon

kin vn áp ph thuc vào kh 
trng thái cân bng gia nhu cu ph ti và kh n cho ph ti t h

n. c phân thành hai dng da theo thi gian mơ p

ng. Phân tích n 

n vic gii s và vì th 
ng.
S mt nh xut hii dng th

xung ca mt s các thanh cái. Hu qu ca vic mt n áp là h th

v relay s ng cn mt s ph ti trong khu vc, hoc cng

tn hoc các phn t u này có th dn mt 

mt s n trong h thng. Trong lutác gi quan tâm

n áp ca h thn và mô phng n áp ca h th
các thit b u khin FACTS(STATCOM) bng phn mm Matlab/Simulink.

c phân thành bn dng: n áp nh
n áp nhiu lon bé, n áp trong ngn hn và 
dài hn. Tóm tt ngn gn các loi 

   n áp nhiu lon ln: Kh  a h th 

n áp ngay sau khi các nhiu lon ln x c h th

n, hoc ngn mch. Kh nh bc

ph ti, và nh ng ca c h thu khin và bo v. Nghiên cu 
quan tâm trong khong thi gian t mn 10 phút.

 n áp trong ngn hn

ph t-m ng, ph ti có u khin
và các b chuyi HVDC. Nghiên cu quá trình trong khong vài giây.
 n áp nhiu lon bé: Kh a h th duy trì

áp khi h thng x
ph t ng nh b ng bc tính ca ph

liên tu khin  thi gian tc th

6


 n áp trong dài hn các thit b ho

n áu nc, các ph tu khin theo nhi 

b hn dịng. Th có th c m rng m

Mt trong nhng nguyên nhân chính dn mt n áp ca h

n là thiu công sut ph  h tr cho h thng. Vic ci thin k
u khin công sut phn kháng ca h thng bng thit b FACTS (Flexible

Alternating Current Transmission System) là mt bi n mt 
a là s n áp.

c tính P-V cho thn áp  u cui t l nghch v
truyn tc minh h

Hình 1.2: Các đường cong P-V khơng có bù, có bù song song
Khi cơng sut truyn t   n áp  u nhn cui gim.

m gii hn (nose), tm gii hn công sut phn kháng ca h th

 dng hn ti công su

gi n áp rm gii h
cho tn tht công sut phn kháng tr nên trm trng. Ch bng cách bo v h thng

khi b s n áp là gim công sut phn kháng ca ph ti hoc h tr công

phc khi h thm s n áp. Các thit

cung cp công sut phn kháng theo yêu c  
1.2. Các giới hạn ổn định trong hệ thống điện

 tin cy, h thn có th vn hành có các gii hn truyn ti cơng su
Các gii hn này s ràng buc vic phát và truyn ti công sut tác dng và phn
7


kháng trong h thng. Các gii hc chia thành 3 dng: gii hn nhit, gi
hn áp và gii hn nh
1.2.1. Giới hạn điện áp











          









       






8