tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích ảnh hưởng của sóng hài trong trạm bù công suất phản kháng kiểu SVC và những giải pháp khắc phục

Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuật Công nghiệp Thái
Nguyên.
Cán bộ HDKH : 
Phản biện 1 : .
Phản biện 2 : 
Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao học
số 01, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Vào 14 giờ 00 phút ngày 24 tháng 01 năm 2013.
Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và
Thư viện trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
1

Với sự phát triển không ngừng của đất nước. Điện năng cung cấp cho phụ tải không
chỉ phải đảm bảo yêu cầu về số lượng mà chất lượng điện năng cũng phải được đảm bảo.
Trong hệ thống truyền tải có thành lập các trạm bù công suất phản kháng, tùy theo công nghệ
có nhiều loại trạm bù lại chính là nguồn phát sinh sóng điều hòa bậc cao (gọi tắt là sóng hài)
hài gây ô nhiễm lưới. Các sóng hài gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng như làm tăng tổn hao
phụ trên thiết bị, giảm hệ số công suất, ảnh hưởng tới tuổi thọ các thiết bị điện, làm giảm chất
lượng điện năng Do đó các sóng hài trên lưới phải đảm bảo một số tiêu chuẩn giới hạn theo
quy định (tiêu chuẩn). Hiện nay, ở nước ta cũng như trên thế giới chủ yếu căn cứ theo tiêu
chuẩn IEEE std 519, tiêu chuẩn IEC 1000-3-4. Để hạn chế sóng điều hòa bậc cao trên lưới có
nhiều giải pháp khác nhau, một trong số đó là sử dụng bộ lọc mà điển hình là bộ lọc tích cực.
Vì vậy sau hai năm học tập và nghiên cứu cùng với sự định hướng của thầy hướng dẫn TS.
Ngô Đức Minh tôi đã lựa chọn đề tài là “ Phân tích ảnh hưởng của sóng hài trong trạm bù
công suất phản kháng kiểu SVC và những giải pháp khắc phục”.
Hướng nghiên cứu của luận văn là phân tích sự phát sinh và ảnh hưởng của sóng hài
khi thực hiện bù công suất phản kháng trong hệ thống điện nói chung và xét tại trạm bù công
suất phản kháng SVC Thái Nguyên nói riêng, từ đó đề xuất những giải pháp khắc phục. Nội
dung luận văn được bố cục như sau:
Chương 1. Tổng quan về bù công suất phản kháng trong hệ thống điện
Chương 2. Phân tích hoạt động của trạm bù SVC

Chương 3. Nghiên cứu ứng dụng lọc tích cực trong trạm bù SVC
Chương 4. Mô phỏng bằng Matlab - Simulink
Kết luận.
Trong quá trình thực hiện luận văn, được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Ngô
Đức Minh cùng với sự cố gắng của bản thân, nay đã hoàn thành. Tuy nhiên bản luận văn
2
không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và
người đọc.
Tôi xin chân thành cảm ơn khoa Sau Đại học trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin bày tỏ sự biết ơn chân thành của mình tới thầy giáo 
đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện để tôi hoàn thành bản luận văn này.
3
 !"#$%&'()*+),
 )/)0/
112345678679:;778<=7>=
11175;>6
11?:;7@9AB78C>DE78679
11F%G:;7@9AB78C>DE78679
11HI7C7J:;7@9ABK4B7L7MN>=
11OPPMG:;7@9ABQ#=74R
Hình 1.1. Sơ đồ lưới điện.
Trong sơ đồ cấp điện nêu trên, hệ số công suất cosφ và bù công suất phản kháng
được đề cập đến ở từng cấp điện áp. Qua khảo sát thực tế ở một số điện lực, các giá trị
cosφ ở các cấp điện áp thể hiện khá rõ nét như sau:
- Tại các cấp điện áp 35 kV trở lên hệ số công suất cosφ có giá trị thường từ
0,85 trở lên. Trường hợp nguồn cấp là nhà máy điện, ví dụ như tại điện lực Thái
Nguyên thì cosφ có giá trị khoảng 0,85; còn trường hợp nguồn cấp là thanh cái trạm
110 kV, 220 kV thì cosφ có giá trị cao hơn, thậm chí tới 0,92 ÷ 0,95. Cũng chính vì
vậy mà cosφ có giá trị tại các đầu nhánh đường dây cấp 22 kV, 10 kV, 6 kV cũng cao,

không dưới 0,85. Do vậy các nhà quản lý điện lực cấp tỉnh tự cảm nhận là hệ số cosφ
dường như không có vấn đề gì.
4
35 kV
6 ÷ 22 kV
0,4 kV
110, 220 kV
- Tại cuối các nhánh đường dây cấp 22 kV, 10 kV, 6 kV giá trị cosφ không còn
cao nữa. Các máy biến áp hạ áp 22 kV, 10 kV, 6 kV xuống 0,4 kV giá trị cosφ khá thấp
do chính các phụ tải điện (đồ điện) như quạt, điều hòa nhiệt độ, đèn Neon, tủ lạnh… có
giá trị cosφ thấp, tiêu thụ nhiều công suất phản kháng. Từ cuối các nhánh đường dây
cấp 22 kV, 10 kV, 6 kV và toàn bộ phía hạ thế do điện lực của các chi nhánh quản lý,
họ chủ yếu quan tâm đến cung cấp điện liên tục và thu tiền điện, ít quan tâm đến chất
lượng điện áp.
11S#;>6MG:;7@9ABQRT7:U78C7L


U

Vấn đề bù công suất phản kháng là giải pháp giảm tổn thất điện năng rất
được coi trọng ở các nước tiên tiến. Giải pháp này được quan tâm ngay từ khâu
thiết kế, lựa chọn thiết bị và dây chuyền công nghệ sản xuất. Mạng điện ở hầu hết
các nước phương tây đều có trang bị tụ bù để nâng cao hệ số công suất. Việc đặt
thiết bị bù được thực hiện theo một số phương án cơ bản sau:
5

Hì
nh
1.2. Các phương án đặt thiết bị bù công suất phản
kháng.

1) Thiết bị bù lớn đặt trên thanh cái trạm biến áp hoặc tại các điểm nút của
mạng điện (hình a). Phương án này cho phép giám sát và vận hành dễ dàng thiết bị bù,
tuy nhiên tổn thất trên đoạn từ thanh cái 1 đến các thiết bị dùng điện không giảm vì ở
đoạn này vẫn có dòng công suất phản kháng của phụ tải chạy qua. Thêm vào đó, khi
phụ tải phản kháng nhỏ thì có thể xảy ra hiện tượng dư thừa công suất bù. Vì vậy đối
với phương án này người ta thường phải trang bị thêm hệ thống tự động điều chỉnh
dung lượng tụ bù.
2) Thiết bị bù tĩnh đặt trong tủ phân phối của nhóm thiết bị dùng điện (hình
b). Phương án này cho phép giảm tổn thất trên đoạn dây từ thanh cái trạm biến áp đến
tủ phân phối của các nhóm thiết bị dùng điện, tuy nhiên hệ số công suất phụ thuộc vào
số lượng thiết bị dùng điện. Trong trường hợp có ít động cơ trong nhóm thì vẫn có khả
năng dư thừa công suất phản kháng. Vì vậy đối với phương án này cũng cần phải trang
bị thêm hệ thống tự động điều chỉnh dung lượng tụ bù.
6
3) Thiết bị bù tĩnh đóng cắt ngay trên đầu vào của các thiết bị dùng điện (hình
c). Theo phương án này một công tắc tơ sẽ điều khiển cả động cơ và tụ bù. Khi động
cơ không làm việc thì tụ bù cũng sẽ được cắt khỏi mạng, do đó sẽ không cần đến các
thiết bị điều khiển.
1?V7W7X5YUAZ@J
1?1V7W7X
1??9@B@AZ@J
Xu hướng hiện nay, trước sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực điện tử công suất
và kỹ thuật điều khiển các Kỹ sư năng lượng đã thiết kế các trạm bù CSPK có điều
khiển đồng thời tích hợp chức năng lọc sóng hài đi kèm. Kết quả đạt được đáp ứng tốt
cho các yêu cầu của vận hành cũng như điều khiển hệ thống điện.
1F+L7[\ 1
Nội dung chương 1 đã khái quát lại bản chất vật lý của các quá trình năng lượng
trong các khâu từ sản xuất ra đến truyền tải và tiêu thụ. Trong hai đại lượng chủ yếu là
công suất tác dụng P (W) và công suất phản kháng Q (VAr) thì Q được xem như là
thước đo cho điện áp còn P là thước đo cho tần số: tại một nút lưới, nếu điện áp thấp là

do thiếu Q và điện áp cao là do thừa Q. Vì thế việc điều chỉnh điện áp nút được thực
hiện thông qua các trạm bù và các trạm bù Q là nguồn phát sinh sóng hài cần phải được
nghiên cứu để đưa ra những giải pháp khắc phục thích hợp.
Trong chương tiếp theo sẽ đi tìm hiểu về trạm bù kiểu SVC và đề xuất giải pháp
khắc phục các nhược điểm của SVC. Đây cũng là mục tiêu chính của đề tài.
7
)]^))._`a"-_%&#
?18XRMG#BC
Hin ti, trm SVC Thỏi Nguyờn kt ni trờn thanh cỏi 22 kV ca AT2 lm
nhng nhim v sau:
- Thu phỏt cụng sut phn khỏng gi vng in ỏp phớa 121kV ca thanh
cỏi AT2 theo giỏ tr t 115 kV.
- Lc súng hi. Cỏc súng hi ny cú ngun:
+ Do chớnh TCR ca trm thi ra.
+ Do cỏc ph ti trong cỏc nh mỏy thộp thi ra.
-2-1
DP
134-0
133-0
-15
-25
TUC32-2
TU C32-28
TU C32-24
TU C31-18
-15
-1
-2
-25-25-15
-15-15-15-15 -25-25-25-25

372
373
376
377
380
-
76
7
-75
-2
-1
-25
-
15
-2
-
1
-38
-38
KH407
KH405
KH403
KH407-2
CS4KH407
-28
KH405-2
-28
CS4KH405
KH403-2
CS4KH403

-28
76
402
-75
-7
-76
-7
-75
-
76
-7
-75
-76
172
E
6.8 171
E
6.8

171
A
60
CAO NGạN

175
E1.
19

sóc sơn
-9

-
7
-
75
-
76
-
9
-
3
-
35
-
38
-
7
-
75
-
76
-
96
-
9
-
9
-
7
-
75

-
76
-
96
-
95
-
15
-
25
-9
-
3
-
35
-
38
-
98
-9
-
7
-
75
-
76
-
96
CSC21
-

1
-
2
-
25
-
15
-
1
-
2
-
25
-
15
-
1
-
2
-
25
-
15
-
1
-
2
-
25
-

15
-
25
-
1
-
2
-
15
-
25
-
1
-
2
-
38
-
98
-9
-
3
-
35
-1
TU272B
TU273TU274TU275
271
232
275

231
274
273
TU C31-14
TU C44-24TU C43-14
TU C91-14
CS4SVC
941-1
941-18
412-2
-
24
PHú LƯƠNG
TU-C42
CS274
TU272A
Gang Thép

LàNG CẩM
381
-38
-3
334
-35-35
-38
TU-C19
TU-C12
CSTU-C12
TUC12-2
-

28
-
94
-
18
-
14
TUC11-1
TUC31-1
XI MĂNG TN
TU178TU177
TU171
TU172 TU173
TU174
-38
-38
CSC22
-
25
-
65
-64
-
35
-
38
-
3
-
15

-1
-
25
-
2
-3
-
38
-35
-
15
-75
-
76
TU176
TU175
CSTU-C11
TU-C11
TD91
C46
Lọc bậc 3
177
178
112
TUC22
-15
TBD202
hà
giang 1
BắC GIANG

hà
giang 2
tuyÊn quang
sóc sơn
CS272
TU271
-2
-
1
-6
272
-7
474
472
471
CS1AT1
CS4AT2

172
A
60
CAO NGạN
176
175
432
C42
CS4T4
434

132
433
172
131
931
412
312
333
c44
c43
Núi Voi
C91
CS3T4
TU-C91
-3
TU-C44
TU-C43
CS4T3
CSTU-C32
TU-C32
CSTU-C31
CS1T4
CS9AT1
c21
c22
c31

174 E1.19
sóc sơn
171 A40

Thác Bà
c32
T4
T3
TU-C31
Trại Cau
CS2AT1
CS1AT2
100
Cao Bằng
Bắc Cạn
174
173
134
171
133
c19
c11
c12
TD44
444
472-76 474-76
444-48
471-76
-24
-
06
-28
CS4KH401
KH401

Thyristor
KH401-2
TBN-40 3




TCR
T202
272-0
T
202-7
T
202-2
76
26
272-7
74
-24
at1at2
CS2AT2
TUC21
TBN-405
Lọc bậc 5
TBN-407
Lọc bậc 7
THàNH PHố
THàNH PHố
-
9

-
96
-
76
-
75
-
7
-
75
-
76
-
7
-9
-
35
-
38
-
3
-
9
-
76
-
75
-
7
-9

-
7
-
76
-
75
-9
-
25
-
15
-
1
-
2
-
25
-
1
-
2
-
25
-
1
-
2
-
25
-

1
-
2
-
25
-
1
-
2
-
25
-
1
-
2
-
25
-
1
-
2
-2
-25
-
15
-
1
-2
-25
-

15
-
1
-2
-25
-
15
-
1
-2
-25
-
15
-
1
-2
-
1
7
-
76
-75
7
-
76
-75
7
-
76
-75

7
-
76
-75
7
-
76
-75
212
-14
-1
-
15
-2
-
25
-
15
-1-2
-
25

PAUWELS

250/250/85MVA

APEX

250/250/63MVA

VSIP
63/63/63MVA
CS1T3

VSIP
63/63/63MVA
CS3T3
SVC
Hỡnh 2.1. S nht th trm 220kV Thỏi Nguyờn.
8
Hệ thống bù SVC của trạm 220 kV Thái Nguyên được thiết kế bao gồm TCR và
các FC. Trong đó 3 bộ TCR mắc theo kiểu tam giác và 3 bộ FC tương ứng với các bộ
lọc sóng hài bậc 3, bậc 5 và bậc 7.
Sơ đồ mạch lực của trạm SVC được thể hiện như trên hình 2.2
Hình 2.2. Sơ đồ mạch lực trạm SVC.
Khi TCR tiêu thụ 108 MVAr (ứng với
0
90
α
=
) thì hệ thống SVC tiêu thụ được
công suất phản kháng là 48 MVAr. Còn khi TCR không hoạt động (ứng với góc mở
0
180
α
=
) thì hệ thống SVC phát được công suất 60 MVAr.
Các thiết bị thuộc hệ thống SVC được tập trung trong một khu vực để tiện cho
giám sát hoạt động cũng như tạo sự thống nhất trong bố trí thiết bị, đường dây. Khu
vực thiết bị bù SVC được thể hiện trong sơ đồ nhất thứ, hình 2.3

9
??;7X<5YC[b<X7>TK47L7MNMG7c#
??1B@d7ef
Về cơ bản SVC cấu tạo từ các thành phần chính sau, hình 2.5: tụ điện có điện
dung cố định (FC), tụ điện đóng mở bằng Thyristor (TSC), kháng điện đóng mở bằng
Thyristor (TSR) và kháng điện điều khiển bằng Thyristor (TCR).
- Hình 2.5 a) SVC là sự kết hợp của TCR và các bộ lọc thụ động FC ( Fixed
Capacitor).
- Hình 2.5 b) SVC là sự kết hợp của TCR (Thyristor Controlled Reactor) và
TSC (Thyristor Switched Capacitor)
a) Cấu hình TCR/FC b) Cấu hình TCR/TSC
Hình 2.5. Các cấu hình SVC
Các thành phần chính của một trạm SVC:
??11TAB>6gMh8:7<8-i8:7<8<78<[[jE
-j47<8k
??1?BMT7J>NlilmjE4@47<8:k
??1FJ>=>nZ7Mh8:7<8i8:7<8o74@47<8k
???C[b<X7>T
Các thyristor và hệ thống điều khiển chúng đóng vai trò quyết định trong hoạt
động của SVC. Việc thay đổi góc mở từ α = 0
0
đến α = 180
0
hoặc ngược lại sẽ tương
10
TCR
Filters
TCR
Filter:
TSC

ứng với trạng thái đóng cắt mạch của TCR, TSC hoặc TSR. Khi tăng dần góc mở
thyristor từ 90 – 180, giá trị hiệu dụng dòng điện chạy qua TCR sẽ giảm dần từ giá trị
danh định về 0. Nhờ đó, dòng công suất phản kháng có thể được điều chỉnh liên tục.
Hoạt động đóng mở của Thyristor hầu như không có thời gian quá độ nên SVC
phản ứng rất nhanh và nhạy trước sự thay đổi của điện áp. Trên thực tế, độ nhạy về
điện áp có thể đạt tới mức nhỏ hơn 0.2% và SVC có thể thay đổi công suất từ 0 đến trị
số định mức trong thời gian chưa đầy 10 ms.
?F)=39MG
- Giảm được tổn thất công suất trên mạng điện do giảm được CSPK truyền tải
trên đường dây.
- Giảm được tổn hao điện áp trong mạng điện do giảm được thành phần ΔU do
CSPK gây ra.
- Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp. Khả năng truyền tải
của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát nóng tức phụ thuộc vào
dòng điện cho phép của chúng.
Hiệu quả của SVC với khả năng truyền tải của hệ thống được trình bày trong
hình 2.12.
11
Hình 2.12. Đặc tính công suất truyền tải của hệ thống khi có và không có
SVC.
Giả sử SVC bù giữa đường dây như hình sau:
Hình 2.13. Thiết bị bù tĩnh SVC đặt giữa đường dây
Bình thường khi chưa bù công suất trên đường dây là:
.
s r
L
E E
P Sin
X
δ

=
Sau khi bù ở giữa đường dây công suất trên đuờng dây là:
.
2
2
s r
L
E E
P Sin
X
δ
=
Như vậy công suất max tăng gấp 2 lần bình thường, như vây khả năng truyền tải
và độ dự trữ ổn định tăng gấp đôi như được thể hiện trên hình:
12
Hình 2.14. So sánh khả năng truyền tải và độ dự trữ ổn định trên đường dây
khi có bù và không có bù
?H#;>6:nY5YMG:nYK478XR#
?H123456:nYp7Cqrrr:7EO1s
Sóng điều hòa hay sóng hài có thể coi là tổng của các dạng sóng sin mà tần số
của nó là bội số nguyên của tần số cơ bản.
Hình 2.15. Dạng sóng sin và dạng sóng điều hòa.
Phân tích chuỗi Furier với chu kỳ T(s), tần số cơ bản f=1/T(Hz) có thể biểu diễn
một sóng điều hòa với biểu thức sau:
) (2.6)
Trong đó:
13
: giá trị trung bình.
F
n

: biên độ của sóng điều hòa bậc n trong chuỗi Fourier
( )
11
sin
ψω
+tF
: thành phần sóng cơ bản.
( )
nn
tnF
ψω
+
sin
: thành phần sóng điều hòa bậc n.
n
ψ
: góc pha của sóng điều hòa bậc n.
THD là một tham số quan trọng để đánh giá sóng điều hòa và được gọi là hệ số
méo dạng (Total Harmonic Distortion).

Trong đó:
 X1: là biên độ thành phần cơ bản.
 Xn: là biên độ thành phần điều hòa bậc n.
Theo đó có thể đánh giá về độ méo dòng điện và điện áp qua hệ số méo dạng
dòng điện và hệ số méo dạng điện áp.
?H?BW@B7::nY78C[U
Các nguồn sinh sóng điều hòa được tạo ra bởi tất cả các tải phi tuyến. Dưới đây
là một số nguồn tạo sóng điều hòa phổ biến trong công nghiệp:
1) Máy điện
2) Thiết bị điện tử công suất

3) Các đèn huỳnh quang
4) Các thiết bị hồ quang
?HFBXK4:nY
Với máy điện:
14
+ Máy biến áp: Các sóng điều hòa bậc cao gây ra tổn thất đồng, tổn thất từ
thống tản và tổn thất sắt làm tăng nhiệt độ máy biến áp do đó làm tăng tổn thất điện
năng.
+ Động cơ điện:
- Tổn hao trên cuộn dây và lõi thép động cơ tăng, làm méo momen, giảm hiệu
suất máy, gây tiếng ồn, các sóng điều hòa bậc cao còn có thể sinh ra momen
xoắn trục động cơ hoặc gây ra dao động cộng hưởng cơ khí làm hỏng các bộ
phận cơ khí trong động cơ.
- Gây ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị bảo vệ (tác động sai): các
sóng điều hòa bậc cao có thể làm momen tác động của rơle biến dạng gây ra
hiện tượng nháy, tác động ngược, có thể làm méo dạng điện áp,dòng điện
dẫn đến thời điểm tác động của rơle sai lệch.
Với các thiết bị đo: ảnh hưởng đến sai số của các thiết bị đo, làm cho kết quả đo
bị sai lệch.
Với tụ điện: làm cho tụ bị quá nhiệt và nhiều trường hợp có thể dẫn tới phá hủy
chất điện môi.
- Các sóng điều hòa bậc cao còn làm các thiết bị sử dụng điện và đèn chiếu
sáng bị chập chờn.
- Gây ảnh hưởng tới các thiết bị viễn thông: các sóng điều hòa bậc cao có thể
gây sóng điện từ lan truyền trong không gian làm ảnh hưởng đến thiết bị thu
phát sóng.
?HHCq>BB:nY
Với những tác hại như vậy việc quy định một tiêu chuẩn thống nhất về các
thành phần sóng điều hòa bậc cao trên lưới cần được đưa ra để hạn chế ảnh hưởng của
chúng tới các thiết bị tiêu dùng điện khác và đảm bảo chất lượng điện năng. Ở nước ta,

15
các đánh giá chủ yếu dựa trên hai bộ tiểu chuẩn chính là của IEEE và IEC, đối với tiêu
chuẩn sóng hài dựa theo tiêu chuẩn (std) 519 do IEEE đề xuất và tiêu chuẩn 1000-4-3
do IEC đề xuất. Ví dụ như bảng 2.1, 2.2, 2.3
Bảng 2.1. IEEE std 519
Điện áp tại điểm nối
chung (Point Common
Couping PCC)
Nhiễu điện áp từng
loại sóng điều hòa
(%)
Nhiễu điện áp tổng cộng
các loại sóng điều hòa
THD (%)
69 kV và thấp hơn 3.0 5,0
Trên 69 kV tới 161 kV 1,5 2,5
Trên 161 kV 1,0 1,5
Bảng 2.2. Tiêu chuẩn IEEE std 519 IEC 1000-3-4 cho thiết bị trên 75A ở
dòng đầu vào mỗi pha.
Tỷ số ngắn
mạch
(SCR=I
sc
/I
tải
)
h<11 11<=h<17 17<=h<23 23<=h<35 35<=h THD
<20 4,0 2,0 1,5 0,6 0,3 5,0
20 tới 50 7,0 3,5 2,5 1,0 0,5 8,0
50 tới 100 10,0 4,5 4,0 1,5 0,7 12,0

100 tới 1000 12,0 5,5 5,0 2,0 1,0 15,0
Trên 1000 15,0 7,0 6,0 2,5 1,4 20,0
* Hài bậc chẵn được giới hạn tới 25% của giới hạn bậc lẻ ở trên
* h: bậc của sóng điều hòa
Bảng 2.3. IEC 1000-3-4
Bậc sóng điều
hòa (n)
Dòng điều hòa có thể
chấp nhận được
Bậc sóng điều
hòa (n)
Dòng điều hòa có thể
chấp nhận được
16
(%) (%)
3 19 19 1,1
5 9,5 21 <=0,6
7 6,5 23 0,9
9 3,8 25 0,8
11 3,1 27 <=0,6
13 2,0 29 0,7
15 0,7 31 0,7
?O+L7[\ ?
Trạm bù công suất phản kháng kiểu SVC đã ứng dung những tiến bộ mới của
lĩnh vực điện tử công suất và kỹ thuật điều khiển phát huy được hai tác dụng chính của
trạm đó là bù công suất phản kháng đồng thời lọc sóng hài tại một nút mạng nào đó
trên lưới nói chung hay cụ thể là xét cho trạm SVC tại Thái Nguyên. Ưu điểm nổi bật
là có thể điều chỉnh vô cấp lượng CSPK bù đảm bảo giữ vững điện áp nút theo giá trị
yêu cầu đặt ra. Tuy nhiên, trong khi bù CSPK thiết bị TCR lại là nguồn phát sinh sóng
hài dẫn đến bộ phận FC phải thiết kế không những chỉ lọc sóng hài do các tải phi tuyến

(trong các khu công nghiệp luyện thép) gây ra mà phải kể thêm cả sóng hài do TCR
phát sinh. Trong khi đó FC không thể lọc được triệt để các thành phần sóng hài trên
lưới vì FC được thiết kế gồm 03 bộ lọc thụ động tương ứng với sóng hài bậc 3, bậc 5
và bậc 7.
Từ đó những giải pháp khắc phục một số nhược điểm kể trên của trạm SVC sẽ
được đề xuất trong chương 3 tiếp theo
17
 . )tuuvwx^)y
 -_%&#
F175;>6
F?;7X<5YC[b<X7>TMT[z7fI
F?1;7X<MT[z7fI
Sơ đồ khi lọc tích cực kết nối với lưới có thể được mô tả đơn giản như hình 3.2
Hình 3.2. lọc tích cực kết nối với hệ thống điện
Về cấu tạo, thiết bị lọc tích cực gồm 2 bộ phận: mạch chỉnh lưu/nghịch lưu xoay
chiều ba pha và hệ thống tụ một chiều.
- Hệ thống tụ một chiều: cung cấp điện áp cho quá trình nghịch lưu của mạch
IGBT nhằm tạo ra dòng sóng hài bậc cao có cùng biên độ nhưng ngược pha với sóng
hài có trên lưới trong tác vụ loại bỏ các thành phần sóng hài bậc cao.
- Mạch chỉnh lưu/nghịch lưu xoay chiều ba pha: được tạo thành từ các van bán
dẫn IGBT, diode,…với nhiệm vụ đóng mở van để chọn chế độ làm việc của mạch cũng
như điều chỉnh dòng bù phát lên lưới.
F??C[b<X7>TK4MT[z7fI
Biểu đồ vecto điện áp và dòng điện ứng với các trạng thái hoạt động của
CLPWM được thể hiện như hình 3.4
18
Tải phi
tuyến
Lọc tích cực
Hình 3.4. CLPWM làm việc ở chế độ chỉnh lưu bình thường.

Trong trường hợp này, dòng i
L
và áp u
L
lệch pha nhau một góc φ. Ở chế độ
chỉnh lưu bình thường, mạch hoạt động như một thiết bị hút công suất phản kháng từ
lưới và bằng việc điều chỉnh linh hoạt giá trị cosφ có thể điều khiển được quá trình hút
này sao cho phù hợp với lượng công suất dư thừa trên lưới, đảm bảo điện áp đường dây
luôn ổn định xung quanh giá trị cho phép.
Hình 3.5. CLPWM làm việc ở chê độ chỉnh lưu tích cực, cosφ = 1.
Lúc này, dòng và áp cùng pha, cosφ = 1, lượng công suất phản kháng
hút xuống đạt giá trị tối đa cho phép của PWM.
19
d
90
0
q
u
s
u
L
jωLi
L
Ri
L
i
L
q
u
s

d
u
L
jωLi
L
Ri
L
i
L
ɛ
Hình 3.6. CLPWM làm việc ở chế độ nghịch lưu với cosφ = -1
Ở chế độ này, CLPWM cho kết quả dòng và áp ngược pha, công suất phản
kháng không được hấp thu về mà CLPWM phát công suất phản kháng lên lưới khi trên
lưới thiếu thành phần công suất phản kháng.
Chức năng xác định và bù các thành phần sóng hài được thực hiện dựa trên
thuyết công suất tức thời hay còn được biết tới với tên gọi thuyết p-q – Akagi,1983. Nó
dựa trên các giá trị tức thời trong hệ thống điện 3 pha có hoặc không có dây trung tính
và phù hợp với trạng thái ổn định hoặc tác động nhất thời.Mặt khác, do thuyết p –q
dựa trên các giá trị tức thời nên có khả năng đáp ứng nhanh một cách hoàn hảo. Một
tính chất quan trọng khác của lý thuyết này là tính đơn giản trong việc tính toán do chỉ
liên quan tới các phép toán đại số. Theo thuyết p – q, ta sẽ sử dụng phép biến đổi đại số
( phép biến đổi Clarke) đối với dòng và áp ba pha trong tọa độ a-b-c để chuyển sang hệ
tọa độ α-β-0, từ đó có được các thành phần tức thời công suất tác dụng cũng như công
suất phản kháng trên lưới.
20
ε
i
L
q
u

s
d
u
L
jωLi
L
Ri
L
Hình 3.7. Các thành phần công suất theo thuyết p – q trong hệ tọa độ abc.
Các bước xác định dòng bù cần thiết được xác định như sau:
Trước hết tính toán dòng điện và điện áp trong hệ tọa độ α-β-0 từ hệ tọa độ abc
theo công thức:
(3.1)
Tương tự ta có:
(3.2)
Với hệ thống 3 pha không dây trung tính thì thành phần i+ không tồn tại do đó
có thể viết:

và (3.3)
21
Từ đó ta tính được công suất tải :
(3.4)
FF;78{>6A|K4MT[z7fI
Trong thực tế, tùy từng mục đích cũng như phạm vi cần bù sóng hài mà ta linh
hoạt sử dụng một trong các cấu hình lọc đã trình bày trong phần trên. ví dụ trên hình
3.9.
Hình 3.9. Mô hình các khối của bộ lọc tích cực.
Dựa trên thuyết công suất tức thời, ta lần lượt lấy mẫu điên áp pha và dòng tải
(ở hệ abc), tính toán chuyển sang hệ αβ0. Từ đó tính được các thành phần công suất và
cuối cùng tính được dòng bù cần thiết. Giá trị dòng bù này sẽ được dung làm giá trị đặt

cho các bộ điều khiển dòng hysteresis curent control.
22
Tải
ĐK áp
1 chiều
Lọc
Tạo tín
hiệu ĐK
Nhận giá
trị đặt
VSI
Điều khiển
tách sóng
Hình 3.10. Thuật toán điều khiển dựa trên thuyết p-q
23
νa
νb
νc
ia
ib
ic
V
d
c
V
ref
V
d
c
-

}
4
K
p
reg
Calculation
να νβ
ν0
Calculation
iα iβ
i0
Calculation
p
q
p
0

Calculation
ica*
icb*

icc*
icn*
l[7j8
p
q
p
0
l[7j8
i

0
4:j
#<[74j:
<4E
88j7:
Calculation
icα*
icβ*
Hình 3.11. Cấu trúc điều khiển bộ lọc tích cực.
FH+L7[\ F
Nội dung chương 3 đã nhắc lại khá đầy đủ kiến thức về mô hình cấu trúc và hệ
điều khiển của bộ lọc tích cực, những ưu điểm của bộ lọc tích cực và tính khả thi cho
việc áp dụng bộ lọc tích cực trong trạm bù công suất phản kháng. Chương 4 ta tiếp tục
xây dựng mô phỏng bằng phần mềm Matlab-Simulink để minh họa cho các nghiên cứu
của luận văn về trạm SVC và ứng dụng bộ lọc tích cực làm nhiệm vụ lọc tích cực và bù
CSPK cho trạm bù CSPK trong hệ thống điện
 #
')~%•""%€+
H1@•<X7>TK478XR#
H11;78{R@•78XR#
Trạm SVC đặt tại cuối đường dây 220 kV-6000MVA Hà Giang-Thái Nguyên
và mô hình cấu trúc mô phỏng xây dựng như hình 4.1.
24
Hình 4.1. Cấu trúc mô phỏng trạm SVC
Các thiết bị chính thực hiện chức năng bù gồm:
- Máy biến áp 220kV/22kV 250MVA .
- 01 bộ TCR 108MVAr hấp thu CSPK của lưới khi cần giảm điện áp.
- 03 bộ FC với dung lượng bù lần lượt là 26 MVAr , 19 MVAr , 15 MVAr nối
với bus 22kV của máy biến áp làm nhiệm vụ phát CSPK vào lưới khi cần tăng điện áp.
- Bộ điều khiển và các thiết bị hiển thị

H111+-
H11?+
H11F;78{RX>6A|
H1?+L739R@•78XR#
4k@•AAn#
Nhìn vào hình vẽ đáp ứng mô phỏng dưới đây ta thấy rằng, khi không có SVC,
điện áp lưới không đạt yêu cầu. Tại thời điểm t=0.4s điện áp tại nút bị sụt xuống giá trị
0.94pu và không có khả năng điều chỉnh trở lại mức điện áp cho phép là từ 0.95pu đến
1.05pu. Công suất phản kháng đưa vào lưới điện là Q = 0.
25
SVC
+60 Mvar/-48 Mvar Static Var Compensator (SVC) ; 1 TCR - 3 FCs
The 'PreLoadFcn' automatically sets
sample time Ts=50e-6 s
(see 'Model Properties')
FC1
26 Mvar
TCR
108 Mvar
FC2
19 Mvar
FC3
15 MVar
Q
<
Discrete,
Ts = 5e-005 s.
Terminator
P
A

B
C
P
A
B
C
P
A
B
C
P
A
B
C
Va_Ia
Q(Mvar)
Vmeas Vref
alpha TCR (deg)
nTSC
Ia
Signals &
Scopes
A
B
C
a
b
c
Secondary
(Thu cap_22 kV)

Scope
Vabc_prim
Vabc_sec
TCR
TSC1
TSC2
TSC3
SVC Controller
SVC
N
A
B
C
Programmable
Voltage Source
A
B
C
a
b
c
Primary
(So cap_
220 kV)
Vabc_Prim
Vabc_Sec
In
Mag
Phase
Discrete

Fourier
A
B
C
a
b
c
220/22 kV
250 MVA
A
B
C
A
B
C
220 kV
6000MVA

A
B
C
200 MW
Va (pu) Ia (pu/100MVA)
Vmeas Vref (pu)
Number of TSCs
Q (Mvar)
alpha TCR (deg)
Ia