Ứng dụng STATCOM để điều chỉnh điện áp và bù công suất phản kháng cho hệ thống điện

B
TR

NG

GIÁO D C VÀ ÀO T O

I H C K THU T CÔNG NGH TP. HCM

C
H

HÀ V N DU

NG D NG STATCOM

I U

H
U
TE

CH NH I N ÁP VÀ BÙ CÔNG SU T
PH N KHÁNG CHO H TH NG I N
LU N V N TH C S

Chuyên ngành: Thi t b , M ng & Nhà máy đi n
Mã s ngành : 60 52 50

H

NG D N KHOA H C: TS. Nguy n Hùng

TP.H CHÍ MINH, Tháng 06 N m 2012


-ii-

TR
Cán b h

CƠNG TRÌNH
C HỒN THÀNH T I
NG
I H C K THU T CÔNG NGH TP. HCM
ng d n khoa h c : TS. N guy n Hùng

Cán b ch m nh n xét 1 : PGS.TS. Quy n Huy Ánh

Lu n v n th c s đ

C
H

Cán b ch m nh n xét 2 : PGS. TS. inh Thành Vi t

c b o v t i Tr

ng

i h c K thu t Công ngh

H
U
TE

TP. HCM ngày 14 tháng 07 n m 2012

Thành ph n H i đ ng đánh giá lu n v n th c s g m:
1. TS. Ngô Cao C

ng

Ch T ch H i

2. PGS.TS. Quy n Huy Ánh

Ph n Bi n 1

3. PGS.TS. inh Thành Vi t

Ph n Bi n 2

ng

4. TS. Tr n Vinh T nh

y Viên

5. TS. Hu nh Châu Duy

y Viên, Th Ký

Xác nh n c a Ch t ch H i đ ng đánh giá LV và Khoa qu n lý chuyên ngành sau
khi lu n v n đã đ

c s a ch a.

Ch t ch h i đ ng đánh giá LV

Khoa qu n lý chuyên ngành


-iii-

TR

NG H K THU T CƠNG NGH TP. HCM
PHỊN G QLKH - TS H

C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM
c l p - T do - H nh phúc

TP. HCM, ngày 15 tháng 09 n m 2011

N HI M V LU N V N TH C S
H tên h c viên: Hà V n Du

Gi i tính: Nam

Ngày, tháng, n m sinh: 12/06/1970

N i sinh: T nh Bình

Chuyên ngành:Thi t B , M ng & Nhà Máy i n

MSHV: 1081031038

nh

TÀI:

I-TÊN

ng d ng STATCOM đ đi u ch nh đi n áp và bù công su t ph n kháng cho
II- N HI M V VÀ N

I DUNG:

C
H

h th ng đi n.

H
U
TE

- Phân tích các gi i h n n đ nh c a h th ng đi n,trong đó đi sâu v phân tích
gi i h n n đ nh đi n áp.
- Nghiên c u v các thi t b FACTS,trong đó đi sâu v nghiên c u thi t b

STATCOM và ng d ng c a STATCOM trong h th ng đi n.
- Xây d ng mơ hình m ch đ ng l c, mơ hình tốn c a b STATCOM 48 xung dùng
VSC đ đi u khi n dòng, thi t k b đi u khi n dòng cho b STATCOM 48 xung.
- Xây d ng mơ hình mơ ph ng trên Matlab/Smulink đ quan sát kh n ng n đ nh
đi n áp và đánh giá hi u qu c a thi t b STATCOM mang l i khi ng d ng b
STATCOM 48 xung 100 MVAR vào h th ng đi n 500 kV Mi n Nam g m có 3
nút.
III- N GÀY GIAO N HI M V : Ngày 15 Tháng 09 N m 2011
IV- N GÀY HOÀN THÀN H N HI M V : Ngày 15 Tháng 06 N m 2012
V- CÁN B
CÁN B

H

H

NG D N: TS. N guy n Hùng

NG D N

TS. N GUY N HÙN G

KHOA QU N LÝ CHUYÊN N GÀN H


-iv-

L I CAM OAN
Tôi xin cam đoan r ng lu n v n v i n i dung “ ng d ng STATCOM
đ đi u Ch nh đi n áp và bù công su t ph n kháng cho h th ng đi n” là

cơng trình nghiên c u c a riêng tôi, d

i s h

ng d n c a TS. Nguy n

Hùng.
Các s li u, k t qu mô ph ng nêu trong lu n v n là trung th c, có ngu n
trích d n và ch a đ

c cơng b trong các cơng trình nghiên c u khác.

H
U
TE

C
H

Tp. H Chí Minh, ngày 15 tháng 06 n m 2012
Ng i th c hi n lu n v n

Hà V n Du


-v-

L I CÁM N
hoàn thành cu n lu n v n này, tôi xin đ
đ i v i TS. Nguy n Hùng, ng

c bày t lòng bi t n sâu s c nh t

i Th y đã h t lòng, t n tâm, nhi t tình h

ng d n và

cung c p cho tôi nh ng tài li u vô cùng quý giá trong quá trình th c hi n lu n v n.
Xin chân thành c m n t p th các Th y Cô giáo đã gi ng d y, truy n đ t tri
th c giúp tôi h c t p và nghiên c u trong quá trình h c cao h c t i tr

ng

iH cK

Thu t Công Ngh TP.HCM.
Xin chân thành c m n Ban giám hi u, Phòng qu n lý khoa h c - ào t o sau
đ i h c và khoa

i n–

i n t Tr

ng

i H c K Thu t Công Ngh TP.HCM đã

h c t i tr

ng.

C
H

giúp đ , t o đi u ki n thu n l i cho tơi trong q trình h c t p và làm lu n v n cao

Xin chân thành c m n các anh, ch h c viên cao h c ngành “Thi t B , M ng
& Nhà Máy i n” khóa 01 đã đóng góp ý ki n cho tơi trong quá trình th c hi n lu n

H
U
TE

v n này.

TP.H Chí Minh, tháng 06 n m 2012
NG

I TH C HI N

Hà V n Du


-vi-

TÓM T T
Lu n v n “

ng d ng STATCOM đ đi u ch nh đi n áp và bù công su t ph n

kháng cho h th ng đi n” phân tích các gi i h n n đ nh c a h th ng đi n,trong đó
đi sâu v phân tích gi i h n n đ nh đi n áp. Nghiên c u các thi t b FACTS trong
đó đi sâu vào nghiên c u v c u trúc và nguyên lý ho t đ ng c b n, mơ hình m ch
đ ng l c, m ch đi u khi n, mơ hình tốn c a STATCOM.
Nghiên c u xây d ng mơ hình m ch đ ng, m ch đi u khi n, mơ hình toán c a
b STATCOM 48 xung dùng VSC đ đi u khi n dòng và đi sâu nghiên c u nh h

ng

c a b STATCOM đi u khi n đa b c 48 xung trong vi c đáp ng đ ng vào h th ng

C
H

đi n.
Lu n v n đã s d ng ph n m m Matlab đ xây d ng mơ hình mơ ph ng
đ bình th

ch

ng, ch đ s c khi ng d ng b STATCOM 48 xung 100 MVAR vào h

th ng đi n 500 kV Mi n Nam g m có 3 nút, quan sát và đánh giá kh n ng n đ nh

H
U
TE

đi n áp c a h th ng đi n do thi t b STATCOM mang l i.

Lu n v n c ng hy v ng s cung c p m t cơng c mơ ph ng h u ích v i ph n

m m thông d ng Matlab/Smulink cho các nhà nghiên c u, các k s , sinh viên…trong
vi c nghiên c u ng d ng thi t b STATCOM đ đi u ch nh đi n áp và bù công su t
ph n kháng cho h th ng đi n

ch đ làm vi c bình th

ng và ch đ s c , t đó có

th đánh giá hi u qu thi t th c trong vi c nâng cao n đ nh đi n áp và bù công su t
ph n kháng cho h th ng đi n do thi t b STATCOM mang l i.


-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.

C
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
system consists of three nodes Southern STATCOM observe and stability
assessment of power system voltage devices bring.

H
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
compensation actual power system.


-viii-

M CL C
Ch

ng 1: GI I THI U LU N V N ..................................................................... 1

1.1 T ng quan ....................................................................................................... 1
1.2 Tóm t t m t s bài báo liên quan .................................................................... 2
1.3 Nh n xét chung và h

ng ti p c n .................................................................. 7

1.4 M c tiêu và nhi m v c a lu n v n ................................................................. 8
1.5 Ph m vi nghiên c u ........................................................................................ 8
1.6 Các b

c ti n hành ......................................................................................... 9

C
H

1.7 i m m i c a lu n v n ................................................................................... 9
1.8 Giá tr th c ti n c a lu n v n .......................................................................... 9
1.9 N i dung c a lu n v n ...................................................................................10
ng 2: PHÂN TÍCH VÀ I U KHI N N

H
U
TE

Ch

NH I N ÁP H TH NG

I N ......................................................................................................................11
2.1 n đ nh đi n áp trong h th ng đi n ..............................................................12
2.2 Các gi i h n n đ nh trong h th ng đi n .......................................................14
2.2.1 Gi i h n đi n áp ...............................................................................15

2.2.2 Gi i h n nhi t...................................................................................15

2.2.3 Gi i h n n đ nh ...............................................................................16

2.2.3.1 n đ nh quá đ ..............................................................................17
2.2.3.2 n đ nh dao đ ng bé .....................................................................18
2.3 C s ki n th c trong đi u khi n h th ng đi n..............................................20
Ch

ng 3: T NG QUAN V STATCOM VÀ BÙ CÔNG SU T PH N KHÁNG23

3.1 T ng quan v STATCOM ..............................................................................23
3.1.1 Các th h bù công su t ph n kháng .................................................25


-ix3.1.1.1 Th h đ u tiên là các thi t b bù đóng ng t b ng c h c ...............25
3.1.1.2 Th h th hai là các thi t bù đóng ng t d a trên Thyristor............25
3.1.1.3 Th h th ba là các thi t b bù d a trên b chuy n đ i..................25
3.1.2 Ch c n ng ng d ng c a STATCOM ...............................................25
3.2 T ng quan v công su t ph n kháng...............................................................26
3.2.1 Gi i thi u chung ...............................................................................26
3.2.2. Hi u qu c a vi c bù công su t ph n kháng.....................................27
3.3 Các ph

ng pháp bù công su t ph n kháng....................................................27

C
H

3.3.1 Các thi t b bù công su t ph n kháng................................................27
3.3.1.1 T đi n t nh ...................................................................................27
3.3.1.2 Máy bù đ ng b ............................................................................28

H
U
TE

3.3.2 M t s thi t b bù trong FACTS .......................................................28
3.3.2.1 B bù đ ng b t nh n i ti p(SSSC) ................................................28

3.3.2.2 B bù b ng t m c n i ti p đi u khi n b ng Thyristor(TCSC) .......29
3.3.2.3 B bù đi u khi n trào l u công su t h p nh t(UPFC) ....................29

3.3.2.4 B bù t nh(SVC) ...........................................................................30

3.3.2.5 B bù đ ng b t nh(STATCOM) ...................................................31

3.4 Nguyên lý bù trong h th ng đi n ..................................................................31
3.4.1 Bù song song ....................................................................................33
3.4.2 Bù n i ti p........................................................................................34
3.5 K t lu n .........................................................................................................35
Ch

ng 4:

NG D NG STATCOM VÀO H TH NG I N

SU T PH N KHÁNG VÀ NÂNG CAO N
4.1

BÙ CÔNG

NH I N ÁP .............................36

t v n đ ......................................................................................................36

4.2 C u trúc và nguyên lý ho t đ ng c b n c a STATCOM ...............................36


-x4.2.1 C u trúc c b n c a STATCOM.......................................................36
4.2.2 Nguyên lý ho t đ ng c a STATCOM ..............................................37
4.3 B đi u khi n đi n t công su t d a trên các thi t b bán d n.........................39
4.3.1 B Chuy n đ i ngu n đi n áp (VSC) ...............................................41
4.3.2 i u khi n đi u ch đ r ng xung (PWM) .......................................43
4.3.3 Nguyên t c ho t đ ng c a VSC ........................................................47
4.4 H th ng đi u khi n c a STATCOM .............................................................48
4.5 Các đ c tính c a STATCOM .........................................................................50

C
H

4.6 Mơ hình hóa STATCOM ...............................................................................51
4.6.1 Mơ hình m ch ..................................................................................51
4.6.2 Mơ hình tốn STATCOM.................................................................52
ng 5: S

D NG MATLAB/ SIMULINK

H
U
TE

Ch

MÔ PH NG ÁP

NG

NG C A STATCOM VÀO H TH NG I N ...............................................57
5.1 T ng quan v Matlab .....................................................................................57
5.1.1 Khái ni m v Matlab ........................................................................57

5.1.2 T ng quan v c u trúc d li u c a Matlab và các ng d ng ..............57

5.1.3 Khái ni m v Simulink .....................................................................57

5.2 Thi t k b STATCOM c u ba c p 48 xung...................................................58
5.2.1 Mơ hình m ch đ ng l c.................................................................. 58
5.2.1.1 C u t o b chuy n đ i ngu n áp VSC ......................................... 59
5.2.1.2 Máy Bi n Áp ............................................................................... 63
5.2.1.3 T đi n ........................................................................................ 63
5.2.2 Mơ hình tốn c a b STATCOM 48 xung ........................................64
5.2.3 Thi t k b đi u khi n cho STATCOM 48 xung:13 .......................66
5.2.3.1 Kh i h th ng đo l

ng(Measurement System) ........................... 68


-xi5.2.3.2 Kh i vịng khóa pha( Phase Looked Loop-PLL) .......................... 73
5.2.3.3 Kh i hi u ch nh đi n áp(Voltage Regulator) ................................ 74
5.2.3.4 Kh i cân b ng đi n áp DC(DC Balance Regulator) .................... 75
5.2.3.5 Kh i tính tốn dòng Iq gi i h n và ch n Iqref ............................. 76
5.2.3.6 Kh i hi u ch nh dòng(Current Regulator).................................... 76

5.2.3.7 Kh i phát xung đi u khi n(Firing Pulse Generator) ..................... 77
5.3 Mô ph ng và k t qu đáp ng đ ng c a STATCOM trong l

i đi n 500 kV

Mi n Nam ba nút ...........................................................................................79
ch đ bình th

ng .......................................................79

C
H

5.3.1 Mô ph ng

5.3.1.1 S đ đ n tuy n c a mơ hình nghiên c u .................................... 79
5.3.1.2 Mơ hình mơ ph ng ...................................................................... 80

H
U
TE

5.3.1.3 M ch đi u khi n c a b đi u khi n STATCOM .......................... 81
5.3.1.4 Thi t l p tham s cho các ph n t trong mơ hình mơ ph ng ........ 81

5.3.1.5 K t qu mô ph ng đáp ng đ ng c a STATCOM ...................... 88

5.3.2 Mô ph ng

ch đ ng n m ch .........................................................92

5.3.2.1 S đ đ n tuy n mơ hình nghiên c u có ng n m ch .................... 92

5.3.2.2 Mơ hình mơ ph ng có x y ra ng n m ch ..................................... 93

5.3.2.3 M ch đi u khi n c a b đi u khi n STATCOM .......................... 94

5.3.2.4 Thi t l p tham s cho các ph n t trong mơ hình mơ ph ng ........ 94
5.3.2.5 K t qu mô ph ng đáp ng đ ng c a STATCOM GTO 48 xung khi
x y ng n m ch ............................................................................... 94
5.3.2.5.1 K t qu mô ph ng ng n m ch pha A ch m đ t ......................... 94
5.3.2.5.2 K t qu mô ph ng ng n m ch 2 pha ......................................... 99
Ch

ng 6: K T LU N VÀ H

NG NGHIÊN C U PHÁT TRI N .................. 105

6.1 K t lu n .......................................................................................................105


-xii6.2 H

ng nghiên c u phát tri n ........................................................................ 106

6.3 Ki n Ngh ....................................................................................................106
Tài li u tham kh o ................................................................................................ 108
Ph l c A…………………………………………………………………….........110
Ph l c B………………………………………………………………………….123
Ph l c C.................................................................................................................123

Ph l c D.................................................................................................................123
Ph l c E.................................................................................................................123

C
H

Ph l c F.................................................................................................................124

H
U
TE

Ph l c G.................................................................................................................124


-xiii-

DAN H M C CÁC T

VI T T T

STATCOM (Static Synchronous Compensator) : b bù đ ng b t nh
SSSC (Static Synchronous Series Compensator) : dãy bù đ ng b t nh
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System): h th ng truy n t i
đi n xoay chi u.
SVC (Static Var Compensator) : b bù công su t ph n kháng
TCSC : Thyristor Controlled Series Capacitor
UPFC (Unified Power Flow Controller): b đi u khi n dịng ch y cơng su t.
PLL (Phase Locked Loop) : vịng khóa pha
VSC (Voltage Source Converter) : b chuy n đ i ngu n áp

C
H

AC (Alternating Current) : dòng đi n xoay chi u
DC (Direct Current) : dòng đi n m t chi u

HVDC (High Voltage Direct Current) : dòng đi n m t chi u đi n áp cao
: H Th ng

HT

: H Th ng i n.

H
U
TE

HT

GTO : Gate-TurnOff Thyristor

IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor

PWM :( Pulse Width Modulation): i u ch đ r ng xung
MBA : Máy Bi n Áp

TCR : Thyristor-Controlled Reactor
TSC

: Thyristor-Switched Capacitor

CSTD : Công Su t Tác D ng

CSPK : Công Su t Ph n Kháng

TSSR : Total System Support Responsibility
TCSR : Temperature-Compensated Self-Refresh
TCBR : Thyristor Controlled Braking Resistor
TCPST: Thyristor-Controlled Phase-Shifting Transformer


-xivDAN H M C CÁC B NG
STT
5.1

Xung kích t

Tên b ng
ng ng v i s nhánh ho t đ ng

DAN H M C CÁC BI U

,

TH , S

, HÌN H NH

Tên các bi u đ , đ th , s đ , hình nh

S c ch m đ t pha v i PLL thông th ng
S c ch m đ t pha v i PLL m nh
Dòng qua b VSC c a STATCOM v i t đi n có đi n dung C = 3000µF
trong đi u ki n h th ng ch m đ t pha A
1.4
Dòng qua b VSC c a STATCOM v i t đi n có đi n dung C = 925µF trong
đi u ki n h th ng ch m đ t pha A
1.5
áp ng hi u qu c a STATCOM đ thay đ i cơng su t ph n kháng tham
chi u
1.6
Mơ t sóng hài ch a trong VSC
2.1
Phân lo i n đ nh trong h th ng đi n
2.2
Các đ ng cong P-V khơng có bù, có bù song song
2.3a
H th ng đi n
2.3b
ng cong cơng su t-góc
2.4a
S thay đ i góc c a h th ng n đ nh quá đ
2.4b S thay đ i góc c a h th ng m t n đ nh
2.5a
thay đ i góc c a h th ng n đ nh dao đ ng bé
2.5b
thay đ i góc c a h th ng n đ nh dao đ ng
2.5c
thay đ i góc c a h th ng m t n đ nh
2.6

Gi i h n v n hành c a đ ng dây theo các m c đi n áp
2.7
Mơ hình đ n gi n h th ng hình tia hai thanh cái
3.1
M ch đi n t ng đ ng c a STATCOM
3.2
Ch c n ng ng d ng c a STATCOM
3.3
S đ c u trúc c a SSSC
3.4
S đ c u trúc c a TCSC
3.5
S đ c u trúc c a UPFC
3.6
S đ c u trúc c a VSC
3.7
S đ c u trúc c a STATCOM
3.8
H th ng truy n t i đi n mô hình đ n gi n
3.9
H th ng truy n t i đi n có bù song song
3.10 H th ng truy n t i đi n có bù n i ti p
4.1
C u trúc c b n c a STATCOM
4.2
Nguyên lý ho t đ ng c b n c a STACOM
4.3
Nguyên lý bù c a b bù tích c c
4.4
Tr ng thái h p th công su t ph n kháng c a b bù

4.5
Tr ng thái phát công su t ph n kháng c a b bù
4.6
Thi t b bán d n
4.7
C u trúc liên k t c a m t VSC ba pha hai c p s d ng IGBT
4.8a
So sánh c a m t t n s c b n hình sin v i m t tín hi u tam giác t n s cao
4.8b K t qu tín hi u sóng vng
4.8c
Quang ph đi n áp sóng hài
4.9
Chuy n đ i ngu n đi n áp VSC m t chân
4.10 S đ m ch l c ngh ch l u PWM
4.11 S đ thay th m t pha ngh ch l u PWM
4.12 Gi n đ vecto ngh ch l u PWM
4.13a Gi n đ vecto ngh ch l u PWM khi UL trùng v i IL
4.13b Gi n đ vecto ngh ch l u PWM khi UL ng c v i IL
4.14 Ho t đ ng c a VSC
4.15 H th ng đi u khi n STATCOM

H
U
TE

C
H

STT
1.1

1.2
1.3

Trang
63
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-

C
H

c tính V-I c a STATCOM
c tính V-Q c a STATCOM

M ch t ng đ ng mơ hình hố c a STATCOM
S đ nguyên lý c a STATCOM
S đ m ch đ ng l c STATCOM
C u ngh ch l u 6 b c
C u trúc bên trong c a c u ngh ch l u 6 b c
S đ t ng đ ng và nguyên lý ho t đ ng c a GTO
c tính làm vi c c a GTO
S đ n i MBA
D ng sóng đi n áp 48-xung đ c t o ra
S đ m ch đi u khi n c a STATCOM 48-xung
S đ kh i c a h th ng đo l ng
S đ kh i bi n đ i gián đo n 3 pha d a trên th t d ng c b n
B đo l ng dịng ph n kháng
B tính tốn PQ
B l c gián đo n 2 c p và tính giá tr trung bình
Kh i vịng khóa pha (PLL)
Kh i hi u ch nh đi n áp
Kh i hi u ch nh cân b ng đi n áp DC
Kh i tính tốn Iq gi i h n và ch n Iqref
Kh i hi u ch nh dòng
Kh i phát xung đi u khi n
B n c u Bridge 1Y, Bridge 1D, Bridge 2Y, Bridge 2D
M ch logic phát xung đi u khi n
S đ đ n tuy n k t n i STATCOM v i HT 500kV mi n Nam 3 nút
Mơ hình mơ ph ng ch đ bình th ng
H p tho i thi t l p tham s cho b đi u khi n STATCOM
H p tho i thi t l p tham s cho ngu n đi n Phú M
H p tho i thi t l p tham s cho ngu n đi n Phú M
H p tho i thi t l p tham s cho ngu n đi n Ơ Mơn
H p tho i thi t l p tham s cho ngu n đi n t mi n Trung

H p tho i thi t l p tham s cho đ ng dây L1
H p tho i thi t l p tham s cho đ ng dây L2
H p tho i thi t l p tham s cho đ ng dây L3
H p tho i thi t l p tham s cho đ ng dây L4
H p tho i thi t l p tham s cho ph t i n i v i tr m Nhà Bè
H p tho i thi t l p tham s cho ph t i n i v i tr m Phú Lâm
H p tho i thi t l p tham s cho ph t i n i v i tr m Ơ Mơn
Mơ hình tín hi u ngõ vào và ngõ ra c a STATCOM
K t qu đáp ng tín hi u ngõ ra c a STATCOM ch đ bình th ng
K t qu đáp ng c a Vmes và Vref
K t qu đáp ng đi n áp VaSec, Va và IaPrim
K t qu đáp ng công su t ph n kháng Q(MVAR)
K t qu bi n đ i c a đi n áp DC
K t qu bi n đ i c a dòng đi n Iq-Iqref
K t qu c a bi n đ i góc l ch pha Alpha
K t qu bi n đ i c a công su t PQ trên h th ng
K t qu bi n đ i c a dòng đi n th c Id trên h th ng
S đ đ n tuy n k t n i STATCOM v i HT 500 kV mi n Nam
Mơ hình mơ ph ng h th ng khi có x y ra ng n m ch
H p thoái thi t l p tham s cho s c ng n m ch pha A ch m đ t
Mơ hình tín hi u ngõ vào và ngõ ra c a STATCOM
K t qu đáp ng tín hi u ngõ ra c a STATCOM khi ng n m ch pha A

H
U
TE

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-

C
H

K t qu đáp ng c a Vmes và Vref
K t qu đáp ng đi n áp VaSec, Va và IaPrim
K t qu đáp ng công su t ph n kháng Q(MVAR)
K t qu bi n đ i c a đi n áp DC
K t qu bi n đ i c a dòng đi n Iq-Iqref
K t qu c a bi n đ i góc l ch pha Alpha
K t qu bi n đ i c a công su t PQ trên h th ng

K t qu bi n đ i c a dòng đi n th c Id trên h th ng
H p thoái thi t l p tham s cho s c ng n m ch 2 pha
Mô hình tín hi u ngõ vào và ngõ ra c a STATCOM
K t qu đáp ng tín hi u ngõ ra c a STATCOM khi ng n 2 pha
K t qu đáp ng c a Vmes và Vref
K t qu đáp ng đi n áp VaSec, Va và IaPrim
K t qu đáp ng công su t ph n kháng Q(MVAR)
K t qu bi n đ i c a đi n áp DC
K t qu bi n đ i c a dòng đi n Iq-Iqref
K t qu c a bi n đ i góc l ch pha Alpha
K t qu bi n đ i c a công su t PQ trên h th ng
K t qu bi n đ i c a dòng đi n th c Id trên h th ng

H
U
TE

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
NG D NG STATCOM

I U CH NH I N ÁP VÀ BÙ CÔN G SU T PH N
KHÁN G CHO H TH NG I N
STATCOM APPLICATION FOR VOLTAGE REGULATION AN D REACTIVE
POWER COMPEN SATION FOR POWER SYSTEMS
HÀ V N DU, NGUY N HÙNG *
Công Ty C Ph n Xây D ng Th ng M i D ch V K Thu t Á ông, Vi t Nam
* Tr ng i h c K Thu t Cơng Ngh Thành Ph H Chí Minh (HUTECH)

C
H

TÓM T T
Bài báo này đ xu t m t ph ng pháp đi u ch nh đi n áp và bù công su t ph n kháng cho h
th ng đi n 500 kV Mi n Nam g m có ba nút. Ph ng pháp này s d ng m t b bù STATCOM 48
xung xây d ng d a vào b chuy n đ i ngu n áp VSC 6-xung, các b bi n đ i ngu n áp VSC 6-xung
liên k t v i b n máy bi n áp d ch pha đ kh đ c sóng hài ngõ ra đ n m c th p nh t. Trình t các
b c thi t k c a b đi u khi n STATCOM đ c trình bày cùng v i các mơ ph ng ng d ng c a nó
vào h th ng đi n. K t qu mơ ph ng các ch đ bình th ng và s c cho th y s đáp ng hi u qu
c a nó đ i v i ph ng pháp đã đ xu t.

H
U
TE

ABSTRACT
This paper proposes a method to adjust the voltage and reactive power compensation for the 500kV
southern of Viet Nam power system which consists of three bus. This method uses a 48-pulse
STATCOM made based on power converter 6-pulses VSC, topology of 6-pulses VSCs is connected to
four phase-shifting transformer to reduced to the level of harmonics lowest. Order of the design of
STATCOM controller is presented along with its simulation when applying to power systems. The

simulation results in the normal state and fault state that showed the effectiveness of its response to the
proposed method.
1. GI I THI U:
h th ng đi n ho t đ ng linh ho t m i
ch đ , k c tình hu ng s c nghiêm tr ng
nh t thì ph i có thi t b đ đi u khi n các đ i
l ng trong h th ng đi n. M t trong nh ng
đ i l ng đó chính là đ i l ng đi n áp, theo
nh n đ nh th c t , các s c tan rã h th ng
đi n g n đây đ u có liên quan đ n s s p đ
đi n áp ho c là m t n đ nh đi n áp, mà
nguyên nhân ch y u d n đ n s s p đ đi n
áp th ng là do s không đáp ng đ nhu c u
công su t ph n kháng cho h th ng đi n m t
cách k p th i.
Theo các k t qu mô ph ng t [1], [2], [3]
và [4] ta nh n th y r ng vi c đáp ng hi u qu
c a STATCOM trong m i ch đ c a h th ng
đi n ph thu c vào tính n ng làm vi c c a b
đi u khi n STATCOM. Tuy nhiên, vi c đánh
giá, l a ch n b STATCOM nh th nào là
h p lý, c ng nh dung l ng bù t i u trong
phân tích ch đ xác l p, ch đ quá đ là
m i quan tâm hàng đ u trong vi c đáp ng nhu

c u v công su t ph n kháng và nâng cao n
đ nh đi n áp cho h th ng đi n. Trong bài báo
này tác gi đã đ a ra gi i pháp đáp ng công
su t ph n kháng cho h th ng đi n b ng b
STATCOM đi u khi n đa b c v i 48 xung đ

đi u ch nh đi n áp và bù công su t ph n kháng
cho h th ng đi n. B STATCOM đi u khi n
đa b c 48 xung g m có các b chuy n đ i
VSC 6 b c k t n i b n máy bi n áp d ch pha
đ gi m đ c sóng hài đ n m c th p nh t phía
AC, có th đ c ng d ng trong l nh v c công
su t cao mà không c n b l c AC. B
STATCOM đi u khi n đa b c 48 xung có u
đi m là đi u khi n dòng đ ng n ng a q
dịng trên VSC nên nó v n duy trì và cung c p
công su t ph n kháng khi h th ng s c ho c
có sóng hài bi n d ng. Vì v y nó đã đáp ng
đ c yêu c u v đ ph n ng nhanh, nh y
c ng nh dung l ng bù t i u cho h th ng
đi n trong m i ch đ làm vi c. Trong bài báo
này có s d ng ph n m m Matlab/Simulink đ
mô ph ng đáp ng đ ng c a b STATCOM


2
cho h th ng đi n 500 kV Mi n Nam g m có
ba nút và k t qu mơ ph ng đ c trình bày đ
minh h a hi u qu v đáp ng c a b
STATCOM 48 xung trong vi c bù công su t
ph n kháng và đi u ch nh đi n áp m i ch đ
cho h th ng đi n.
2. N I DUNG:
2.1. Thi t k b bù STATCOM 48 xung
2.1.1. Mơ hình m ch đ ng l c [5]

C
H

 B chuy n đ i ngu n áp VSC
G m b n c u 6 b c đ c c p 48 xung đi u
khi n t b đi u khi n STATCOM đ kích
thi t b GTO ho t đ ng.

và cu n th c p s đ c liên k t v i b chuy n
đ i ngu n áp VSC. Trong c u trúc liên k t v i
b chuy n đ i ngu n áp VSC, cu n th c p
MBA đ c s d ng đ kh các sóng hài b c
cao không mong mu n khi truy n t i.
 T đi n
c s d ng nh m t đi n áp m t chi u
l ng c c cung c p ngu n cho kh i c u 6
b c ho t đ ng. Chính vì v y mà STATCOM
có th t o ra đi n áp 48 b c t ng đ ng v i
m t d ng sóng hình sin nh hình 3.

H
U
TE

Hình 3: D ng sóng đi n áp 48 xung
2.1.2. Mơ hình tốn [4]
Mơ hình tốn STATCOM đ c phát tri n t
[4] và đ c cho b i công th c sau:
d
(1)

ean (t )  van (t )  L ia (t )  Ria (t )

Hình 1: M ch đ ng l c STATCOM 48 xung
C u 6 b c là các GTO đ c n i đ i song v i
Diod nh hình 2. Các GTO t o thành b
ngh ch l u bi n đ i đi n áp m t chi u thành
xoay chi u.

dt
d
ebn (t )  vbn (t )  L ib (t )  Rib (t )
dt
d
ecn (t )  vcn (t )  L ic (t )  Ric (t )
dt

(2)
(3)

Trong đó: van(t), vbn(t), vcn(t) - là đi n áp đ u ra
c a b chuy n đ i đ c xác đ nh b i tín hi u
c ng “g “ và đi n áp m t chi u DC.
Tr ng thái mô hình tốn STATCOM t i t n
s c b n đ c cho b i công th c:
x* (t )  AS x (t )  BS u (t )

(4)

trong đó:
0

x (t )  ia0 (t ), ib0 (t ), ic0 (t ), vDC
(t ) 

T

u (t )   ean (t ), ebn (t ), ecn (t ) 

T

 R
 L

 0
AS  

 0




Hình 2: C u trúc c a c u ngh ch l u 6 b c
Trong hình 2 các cơng t c đi n t : Q1a,
Q2a, Q3a, Q4a, Q1b, Q2b, Q3b, Q4b, Q1c,
Q2c, Q3c, Q4c là t ng tr ng cho GTO.
 Máy Bi n Áp
Trong c u trúc m ch đ ng l c STATCOM,
MBA có cu n s c p s đ c n i v i h th ng





R
0 

0
 k1 sin(t    120 )

L

R
0

k1 sin( t    2400 ) 

L
 k2 sin(t   ) k2 sin( t    120 0 )  k2 sin(t    240 0 ) 

1
L 0

1
BS   0

L

0 0

16
k1 
; k2 

L

0


0

0

1 
L 
16
L

0

k1 sin( t   )


3

(5)

*
xdq
0  Adq 0 xdq 0  Bdq 0udq 0

trong đó:
xdq 0   id , iq , i0 , vDC 
u dq 0   ed , eq , e0 , 0 

Bdq 0

T

 R


L

R
 

L


0
0

3
3
 k2 cos   k2 cos 
2
2

1
L

0



0


0


0

0

1
L

0

0

1
L

0

0


k sin  

0 k1 cos  



R
0 

L

0
0 

0


0

0


0

1

C

H
U
TE

Adq0

T

cùng pha v i đi n áp trên h th ng nên
STATCOM làm vi c ch đ dung s phát
công su t ph n kháng lên h th ng. Ng c l i,
khi đi n áp trên h th ng Vmeas cao h n so v i
đi n áp tham chi u Vref STATCOM chuy n t
làm vi c ch đ dung sang làm vi c ch đ
c m, b i v y gi m đi n áp DC và do đó b
chuy n đ i phát ra đi n áp AC th p h n so v i
đi n áp trên h th ng, do v y STATCOM h p
th công su t ph n kháng t c là công su t ph n
kháng ch y t h th ng vào STATCOM. Khi
đi n áp trên h th ng đúng b ng đi n áp đ nh
m c thì STATCOM khơng phát cơng su t
ph n kháng vào h th ng và c ng không h p
th công su t ph n kháng t h th ng.
2.2.Thi t k mơ hình mơ ph ng STATCOM
48-xung trong l i đi n 500kV Mi n Nam 3
nút
2.2.1. S đ đ n tuy n h th ng đi n
L i đi n bao g m ba ngu n 500 kV t ng
ng nhà máy đi n Phú M 6500 MVA, ngu n
đi n t Mi n Trung 3200 MVA và nhà máy
đi n Ơ Mơn 2400 MVA n i v i nhau b ng các
đ ng dây truy n t i:
ng dây 500kV L1:
Phú M -Nhà Bè dài 40 km, L2: Nhà Bè-Phú
Lâm dài 20 km, L3: Ơ Mơn-Phú Lâm dài 153
km, L4: Ơ Mơn-Nhà Bè dài 154 km và b bù
đ ng b t nh STATCOM 48-xung đ c s

d ng đ đi u ch nh đi n áp h th ng, có cơng
su t đ nh m c 100 MVVAR đ c đ t t i thanh
cái c a tr m 500kV Nhà Bè nh hình 5.

C
H

Mơ hình STATCOM chuy n đ i các giá tr
đo l ng t h th ng abc thành các giá tr dq0
t h tham chi u : [4]

2.1.3. Mơ hình m ch đi u khi n[5]

Hình 4 : S đ kh i m ch đi u khi n
STSTCOM 48 xung
Nguyên t c đi u ch nh, khi đi n áp h th ng
Vmeas th p h n so v i đi n áp tham chi u
Vref. B đi u ch nh đi n áp s đi u ch nh đ u
ra dòng đi n Iq t ng, b đi u ch nh dịng s
t ng ch m góc kích alpha () đi n áp b
chuy n đ i đ i v i đi n áp h th ng, b i v y
t ng đi n áp DC và do đó b chuy n đ i phát
ra đi n áp AC cao h n đi n áp trên h th ng và

Hình 5: S đ k t n i đ n tuy n STATCOM
48-xung trong l i đi n 500kV Mi n Nam 3
nút
2.2.2. Mơ hình mơ ph ng

4

Hình 10: K t qu bi n đ i c a đi n áp DC
Bi u đ hình 11 hi n th tín hi u dịng đi n
ph n kháng tham chi u Iqref (pu)( nét màu tím)
cùng v i dịng đi n ph n kháng Iq (pu)( nét
màu vàng).

H
U
TE

Hình 6: Mơ hình mơ ph ng trong
Matlab/Simulink
3. K T QU MƠ PH NG:
3.1. K t qu mơ ph ng đáp ng đ ng c a
STATCOM trong tr ng h p h th ng đi n
làm vi c bình th ng
Ti n hành ch y mơ ph ng và nhìn vào c a s
tín hi u đáp ng ngõ ra đ c th hi n nh sau:
Bi u đ hình 7 hi n th tín hi u đi n áp tham
chi u Vref (pu)( nét màu tím) cùng v i đi n áp
đo l ng th t d ng Vmeas (pu) t i thanh cái
STATCOM (nét màu vàng).

C
H

Hình 9: K t qu đáp ng công su t ph n
kháng Q(MVAR)

Bi u đ hình 10 th hi n s di n bi n c a
đi n áp DC (nét màu vàng) khi đi n áp trên h
th ng thay đ i Vmeas (pu).

Hình7: K t qu đáp ng đi n áp Vmes và Vref
Bi u đ hình 8 hi n th tín hi u đi n áp th
c p đ c t o ra b i b chuy n đ i VaSec(pu)
(nét màu vàng) cùng v i đi n áp s c p
Va(pu)( nét màu tím) và dịng đi n s c p IaPrim
(nét màu xanh).

Hình 8: K t qu đáp ng đi n áp VaSec,Va và
IaPrim
Bi u đ hình 9 th hi n s đáp ng c a công
su t ph n kháng Q(MVAR)( nét màu vàng) khi
đi n áp trên h th ng Vmes thay đ i.

Hình 11: K t qu bi n đ i c a dòng đi n IqIqref
Bi u đ hình 12 th hi n s di n bi n c a
góc kích alpha (nét màu vàng).

Hình 12: K t qu bi n đ i c a góc kích alpha
Ti n hành phân tích di n bi n v s đáp ng
c a STATCOM 48-xung đ i v i ch đ làm
vi c bình th ng c a h th ng nh sau:
Ta nh n th y ban đ u khi h th ng n đ nh,
đi n áp DC là 19,3 kV (hình 10). T i th i đi m
t = 0,02s đi n áp h th ng đ t ng t t ng lên
Vmeas = 1,01 pu (hình 7), STATCOM ph n ng
b ng cách hút v m t l ng công su t ph n