Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng statcom để bù công suất phản kháng cho lưới điện hạ thế
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.32 MB, 95 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------------------------LÊ VĂN THIỆN
LÊ VĂN THIỆN
KỸ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG STATCOM ĐỂ BÙ CÔNG
SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN HẠ THẾ
THUẬT
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KHOÁ K37_TĐH_KT
Đà Nẵng – Năm 2020
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------
LÊ VĂN THIỆN
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG STATCOM ĐỂ BÙ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN HẠ THẾ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 8520216
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. Tiến sĩ Giáp Quang Huy
Đà Nẵng – Năm 2020
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Người thực hiện
LÊ VĂN THIỆN
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 1
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
MỤC LỤC
TÓM TẮT.......................................................................................................................................................... 5
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT........................................................................................................ 6
DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................................................... 8
MỞ ĐẦU......................................................................................................................................................... 11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI.................................................................................................................................................. 15
1.2 Giới thiệu chung về vấn đề bù công suất trong phản kháng trong hệ thống điện15
1.2.1
Công suất phản kháng và sơ đồ lưới điện phân phối................................. 15
1.3 Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất Cos φ................................................ 17
1.3.1
Các biện pháp để cải thiện hệ số công suất Cos φ....................................... 18
1.3.2
Các phương pháp bù công suất phản kháng:................................................... 18
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ STATCOM VÀ NGUYÊN TẮC BÙ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN................................................................................................. 21
2.1 Tổng quan về STATCOM:.......................................................................................................... 21
2.1.1
Các thế hệ bù công suất phản kháng...................................................................... 22
2.1.2
Chức năng ứng dụng của STATCOM....................................................................... 23
2.2 Nguyên tắc bù công suất phản kháng............................................................................. 24
2.2.1
Giới thiệu chung...................................................................................................................... 24
2.2.2
Hiệu quả của việc bù công suất phản kháng..................................................... 25
2.3 Các phương pháp bù công suất phản kháng............................................................ 25
2.3.1
Các thiết bị bù công suất phản kháng..................................................................... 25
2.3.2
Một số thiết bị bù trong FACTS.................................................................................... 26
2.4 Nguyên lý bù trong hệ thống điện...................................................................................... 29
2.4.1
Bù song song............................................................................................................................ 31
2.4.2
Bù nối tiếp.................................................................................................................................... 32
2.5 Kết luận.................................................................................................................................................. 33
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 2
Luận Văn Tốt Nghiệp
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG STATCOM VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỂ BÙ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG .................................................................................................................
3.1
Đặt vấn đề ............................................................................................................
3.2
Cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản của STATCOM .....................................
3.2.1
Cấu trúc cơ bản của STATCOM .........................................
3.2.2
Nguyên lý hoạt động của STATCOM .................................
3.3
Bộ điều khiển điện tử công suất dựa trên các thiết bị bán dẫn .............................
3.3.1
Bộ Chuyển đổi nguồn điện áp (VSC) .................................
3.3.2
Điều khiển điều chế độ rộng xung (PWM) ........................
3.3.3
Nguyên tắc hoạt động của VSC ........................................
3.4
Hệ thống điều khiển của STATCOM ....................................................................
3.5
Các đặc tính của STATCOM .................................................................................
3.6
Mơ hình hóa STATCOM .......................................................................................
3.6.1
Mơ hình mạch ....................................................................
3.6.2
Mơ hình tốn STATCOM ...................................................
CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG MATLAB/SIMULINK ĐỂ MÔ PHỎNG BÙ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG BẰNG D-STATCOM ............................................................................
4.1
Tổng quan về Matlab ............................................................................................
4.1.1
Khái niệm về Matlab ..........................................................
4.1.2
Tổng quan về cấu trúc dữ liệu của Matlab và các ứng dụn
4.1.3
Khái niệm về Simulink ......................................................
4.2
Mơ hình ứng dụng D-STATCOM bù công suất phản kháng cho lưới điện hạ áp
4.2.1
Mơ hình mạch động lực [13] ..............................................
4.2.2
Thiết kế bộ điều khiển cho D-STATCOM .........................
5.3.1 Mô phỏng lưới điện ..................................................................................................
4.2.3
Kết luận ..............................................................................
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN........................
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 3
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
5.1 Kết luận.................................................................................................................................................. 72
5.2 Hướng nghiên cứu phát triển................................................................................................ 72
5.3 Kiến Nghị.............................................................................................................................................. 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................................... 74
PHỤ LỤC........................................................................................................................................................ 76
MỘT SỐ KHỐI SIMULINK ĐƯỢC SỬ DỤNG......................................................................... 76
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 4
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
TÓM TẮT
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG STATCOM ĐỂ BÙ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN HẠ THẾ
Học viên: Lê Văn Thiện Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 8520216 Khóa: K37_TĐH_KT Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt - Nghiên cứu các thiết bị FACTS trong đó đi sâu vào nghiên cứu về cấu trúc
và nguyên lý hoạt động cơ bản, mơ hình mạch động lực, mạch điều khiển, mơ hình
tốn của STATCOM. Nghiên cứu xây dựng mơ hình mạch động, mạch điều khiển, mơ
hình tốn của bộ STATCOM dùng VSC để điều khiển dòng nhằm đáp ứng bù công
suất phản kháng vào lưới điện phân phối hạ áp. Luận văn đã sử dụng phần mềm
Matlab để xây dựng mơ hình mơ phỏng ở chế độ bình thường và chế độ có STATCOM
vào hệ thống điện lưới điện hạ thế, quan sát và đánh giá khả năng bù công suất phản
kháng của hệ thống điện do thiết bị STATCOM mang lại, cung cấp một cơng cụ mơ
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 cơng suất phản kháng cho hệ thống điện, từ đó có 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.
Từ khóa - STATCOM; Matlab; bù cơng suất phản kháng; lưới điện hạ thế;
ổn định điện áp.
RESEARCH ON APPLICATION OF STATCOM TO COMPENSATE
REACTIVE CAPACITY FOR LOW VOLTAGE GRID
Abstract - Research on FACTS devices in which research on structure and basic principles
of operation, dynamic circuit model, control circuit, and math model of STATCOM.
Research on building artery model, control circuit, and math model of STATCOM using
VSC to control the current to compensate for reactive power to the low voltage distribution
grid. The thesis used Matlab software to build a simulation model in normal and STATCOM
mode into the low-voltage grid, observing and evaluating reactive power compensation
capacity of the power system. provided by STATCOM equipment, providing a useful
simulation tool with popular Matlab/Smulink software for researchers, engineers,
students... in researching and applying STATCOM equipment to regulate electricity.
voltage and reactive power compensation for the power system, thereby assessing
practical effects in improving voltage stability and compensating reactive power for the
power system brought by STATCOM equipment.
Key words - STATCOM; Matlab; compensate for reactive power; the low
voltage distribution grid; voltage stability.
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 5
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾTTẮT
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 dịng chảy cơng suất.
PLL (Phase Locked Loop) : vịng khóa pha
VSC (Voltage Source Converter) : bộ chuyển đổi nguồn áp
AC (Alternating Current) : dòng điện xoay chiều
DC (Direct Current) : dòng điện một chiều
HVDC (High Voltage Direct Current) : dòng điện một chiều điện áp cao
HT: Hệ Thống
HTĐ : Hệ Thống Điện.
GTO : Gate-TurnOff Thyristor
IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor
PWM :( Pulse Width Modulation): Điều chế độ rộng xung
MBA : Máy Biến Áp
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
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 6
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
TCBR : Thyristor Controlled Braking Resistor
TCPST: Thyristor-Controlled Phase-Shifting Transformer
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 7
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Sơ đồ lưới điện.................................................................................................... 15
Hình 1. 2 Bộ điều khiển tụ bù 12 bước Mikro....................................................... 20
Hình 2. 1 Mạch điện tương đương một pha của STATCOM.......................21
Hình 2. 2 Mạch điện tương đương............................................................................... 22
Hình 2. 3 Chức năng ứng dụng của STATCOM của STATCOM................24
Hình 2. 4 Sơ đồ cấu trúc của SSSC............................................................................. 26
Hình 2. 5 Sơ đồ cấu trúc của TCSC............................................................................. 27
Hình 2. 6 Sơ đồ cấu trúc của UPFC............................................................................. 28
Hình 2. 7 Sơ đồ cấu trúc của UPFC............................................................................. 28
Hình 2. 8 Sơ đồ cấu trúc của STATCOM................................................................... 29
Hình 2. 9 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền tải điện: (a) Mơ hình đơn giản (b) Giản
đồ véc tơ (c) Đặc tính cơng suất - góc.................................................................................... 30
Hình 2. 10 Sơ đồ hệ thống truyền tải điện có bù song song: (a) Mơ hình đơn giản;
(b) Giản đồ véc tơ; (c) Đường cong Cơng suất – Góc pha....................................... 31
Hình 2. 11 Hình 3.10: Sơ đồ hệ thống truyền tải có bù nối tiếp: (a) Mơ hình đơn
giản; (b) Giản đồ véc tơ; (c) Đường cong cơng suất-góc......................................... 32
Hình 3. 1 Cấu trúc cơ bản của STATCOM................................................................ 35
Hình 3. 2 Nguyên lý hoạt động cơ bản STATCOM............................................. 35
Hình 3. 3 Sơ đồ nguyên lý trao đổi CSPK và CSTD giữa bộ bù và lưới.
................................................................................................................................................................ 36
Hình 3. 4 Trạng thái hấp thụ cơng suất phản kháng của bộ bù..............37
Hình 3. 5 Trạng thái phát cơng suất phản kháng của bộ bù......................37
Hình 3. 6 Thiết bị bán dẫn: (a) GTO và (b) IGBT.................................................. 38
Hình 3. 7 Cấu trúc liên kết của một VSC ba pha hai cấp sử dụng IGBT.
................................................................................................................................................................ 39
Hình 3. 8 Hoạt động của PWM: (a) so sánh của một tần số cơ bản hình sin với một
tín hiệu tam giác tần số cao; (b) kết quả của tín hiệu sóng vng; (c) quang phổ điện áp
sóng hài......................................................................................................................................................... 41
Hình 3. 9 Chuyển đổi nguồn điện áp (VSC) “một chân”............................... 43
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 8
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hình
3.
Hình
3.
Hình
3.
Hình 3. 13 Giản đồ vectơ nghịch lưu PWM: (a) Khi iL trùng với UL; (b) Khi iL
ngược với UL.
.. ... . ..
Hình 3. 14 Hoạt động của VSC: (a) VSC kết nối với một hệ thống thanh cái; (b)
hoạt động sớm pha và (c) hoạt động chậm pha. ................................................................
Hình
3.
Hình
3.
Hình
3.
Hình
3.1
Hình
4.1
Hình
4.
Hình
4.
Hình
4.
Hình
4.
Hình
4.
Hình
4.
Hình
4.
Hình 4. 9 Mối quan hệ giữa tọa độ tham chiếu tĩnh (trục αβ) và tọa độ quay (trục
dq) ......................................................................................................................................
Hình
4.
Hình
4.
Hình 4. 12 Sơ đồ mạch mơ phỏng hệ thống điện hạ áp có sử dụng bộ bù đồng bộ
STATCOM ........................................................................................................................
Hình 4. 13 Sơ đồ mạch mơ phỏng hệ thống điện hạ áp có sử dụng bộ bù đồng bộ
STATCOM bằng Matlab Simulink ...................................................................................
Hình
4.
Hình
4.
Hình
4.
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
Hình 4. 17 Hộp thoại thiết lập tham số cho đường dây phụ tải 2...........65
Hình 4. 18 Hộp thoại thiết lập tham số cho đường dây phụ tải 3...........65
Hình 4. 19 Hộp thoại thiết lập tham số cho đường dây phụ tải 4...........66
Hình 4. 20 Hộp thoại thiết lập tham số cho đường dây phụ tải 5...........66
Hình 4. 21 Hộp thoại thiết lập tham số cho phụ tải 01 pha 01..................67
Hình 4. 22 Hộp thoại thiết lập tham số cho phụ tải 03 pha 01..................67
Hình 4. 23 Hộp thoại thiết lập tham số cho phụ tải 03 pha 02..................68
Hình 4. 24 Hộp thoại thiết lập tham số cho phụ tải 03 pha 03..................68
Hình 4. 25 Hộp thoại thiết lập tham số cho phụ tải 03 pha 4.1.................68
Hình 4. 26 Hộp thoại thiết lập tham số cho phụ tải 03 pha 4.2.................69
Hình 4. 27 Hộp thoại thiết lập tham số cho phụ tải 03 pha 5..................... 69
Hình 4. 28 Hộp thoại thiết lập tham số cho MCCB đóng cắt STATCOM
................................................................................................................................................................ 69
Hình 4. 29 Kết quả mô phỏng hệ thống..................................................................... 70
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 10
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
MỞ ĐẦU
a.
Lý do chọn đề tài
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 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 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.
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 thơng tin trong tồn hệ thống được
nghiên cứu và ứng dụng. Ở một số nước có trình độ cơng nghệ phát triển tiên tiến trên
thế giới, các thiết bị bù công suất phản kháng điều chỉnh bằng thyristor đã 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 thơng số khác (trở kháng, góc pha) của chúng.
Để nâng cao chất lượng điện áp và ổn định điện áp cho lưới điện phân phối đã có
rất nhiều cơng 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 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 lưới điện hạ áp và việc tính tốn
bù cơng 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.
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 11
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
Lưới điện hạ áp trên địa bàn tỉnh Gia Lai hiện nay chưa có sử dụng thiết bị
STACOM chỉ sử dụng các bộ Tụ bù điều khiển theo relay công suất, realay thời gian hoặc
các bộ tụ bù cố định để điều chỉnh điện áp và bù cơng suất phản kháng cịn rất cứng
nhắc, thiếu linh hoạt. Do đó khi có ngắn mạch xảy ra thì khơng thể ổn định được điện áp.
Vì vậy, việc nghiên cứu thiết bị bù đồng bộ tĩnh (STATCOM) vào hệ thống điện để nâng
cao ổn định quá độ và chất lượng điện áp của lưới điện hạ áp trong tương lai là nhiệm
vụ rất cần 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:
“Nghiên cứu ứng dụng STATCOM để bù công suất phản kháng cho lưới điện hạ thế” là
hết sức cần thiết, áp dụng vào vận hành lưới điện hạ áp nhằm nâng cao ổn định điện áp
và nâng cao khả năng truyền tải cho lưới điện.
b.
Mục đích nghiên cứu
Để hệ thống điện hoạt động linh hoạt ở mọi chế độ, kể cả tình huống sự cố
nghiêm trọng nhất, thì phải có thiết bị để điều khiển các đại lượng trong hệ thống điện.
Một trong những đại lượng đó chính là đại lượng điện áp, theo nhận định thực tế, các sự
cố tan rã hệ thống điện gần đây đều có liên quan đến sự sụp đổ điện áp hoặc là mất ổn
định điện áp, mà nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự sụp đổ điện áp thường là do sự
không đáp ứng đủ nhu cầu công suất phản kháng cho hệ thống điện một cách kịp thời.
Việc ứng dụng STATCOM để bù công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp cho
hệ thống điện là rất hiệu quả. Theo các kết quả mô phỏng ở trên ta nhận thấy rằng việc
đáp ứng hiệu quả của STATCOM trong mọi chế độ của hệ thống điện phụ thuộc vào tính
năng điều khiển của bộ điều khiển STATCOM. Tuy nhiên, việc đánh giá, lựa chọn bộ
STATCOM như thế nào là hợp lý, cũng như dung lượng bù tối ưu trong phân tích ở chế
độ xác lập, chế độ quá độ là mối quan tâm hàng đầu trong việc đáp ứng và nâng cao ổn
định cho hệ thống điện. Với những lý do đã phân tích như trên, trong luận văn này đã
đưa ra giải pháp đáp ứng công suất phản kháng cho lưới điện hạ áp bằng bộ DSTATCOM điều khiển đa bậc bù công suất phản kháng cho lưới điện hạ áp. Trong luận
văn này có sử dụng phần mềm Matlab để mơ phỏng và kết quả mơ phỏng được trình bày
để minh họa hiệu quả về đáp ứng của bộ STATCOM trong việc bù công suất phản kháng
và điều chỉnh điện áp cho lưới điện hạ áp.
c.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu nguyên lý làm việc và điều khiển thiết bị STATCOM, xây dựng mơ
hình mạch điện, mơ hình tốn của bộ STATCOM dùng VSC để điều khiển dịng. Mơ
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 12
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
phỏng mơ hình trên Matlab/Simulink để quan sát khả năng nâng cao hệ số công suất
khi ứng dụng thiết bị STATCOM trong lưới điện truyền tải hạ áp (D-STATCOM).
Đánh giá hiệu quả thiết thực trong việc nâng cao hiệu quả bù công suất phản
kháng cho hệ thống điện do thiết bị D-STATCOM mang lại, từ đó rút ra kết luận và
xem xét khả năng đưa thiết bị D-STATCOM vào lưới điện hạ áp của tỉnh Gia Lai.
Nghiên cứu phần mềm Matlab, ứng dụng phần mềm Matlab mơ
phỏng các mơ hình hệ thống điện.
Nghiên cứu cấu tạo và lý hoạt động của các thiết bị FACTS và bù
cơng suất phản kháng trong đó đi sâu về nghiên cứu nguyên lý làm việc và
điều khiển thiết bị STATCOM.
Xây dựng mơ hình mạch điện, mơ hình tốn của bộ D-STATCOM
dùng VSC để điều khiển dịng.
Nghiên cứu xây dựng mơ hình mơ phỏng bộ điều khiển D-STATCOM
cho lưới điện hạ áp trên Matlab/Simulink ở các chế độ khác nhau.
d.
Phương pháp nghiên cứu
Thu thập và đọc hiểu các tài liệu liên quan từ cán bộ hướng dẫn, sách, các bài
báo, phiên dịch các tài liệu viết bằng tiếng Anh trên phương tiện truyền thơng mạng
internet. Sau đó phân tích và tổng hơp các tài liệu dựa trên cơ sở của luận văn.
Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị FACTS
và bù công suất phản kháng trong đó đi sâu về nghiên cứu nguyên lý làm
việc và điều khiển thiết bị STATCOM.
Nghiên cứu phần mềm Matlab, xây dựng mơ hình mạch điện, mơ hình
tốn của bộ STATCOM dùng VSC để điều khiển dòng.
Xây dựng mơ hình mơ phỏng điều khiển bộ D-STATCOM cho lưới điện hạ áp.
e.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Xây dựng được mơ hình mạch điện, mơ hình tốn của D-STATCOM để điều
chỉnh điện áp và bù cơng suất phản kháng cho lưới điện hạ áp mà các luận văn
trước đây ở trong nước chưa nghiên cứu và xây dựng được mơ hình này.
Luận văn đã xây dựng được mơ hình mơ phỏng hệ thống điện bằng mơ hình trên
Matlab/Simulink và nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển D-STATCOM, mơ phỏng thành
cơng và chính xác, kết quả thu được của chương trình mơ phỏng sẽ được dùng để
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 13
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
đánh giá một mạng điện cần nghiên cứu để từ đó đưa ra các phương thức
bù công suất phản kháng thực tế phù hợp nhằm đảm bảo ổn định điện áp
cho hệ thống điện và nâng cao khả năng truyền tải công suất.
Luận văn là tài liệu tham khảo có giá trị cho những ai quan tâm tới việc
nghiên cứu lựa chọn, phối hợp và điều khiển các thiết bị bù công suất phản
kháng để nâng cao ổn định điện áp cho lưới điện hạ áp. Giải pháp kỹ thuật để bù
công suất phản kháng trên lưới điện hạ áp mà luận văn này đưa ra là áp dụng bộ
điều khiển D-STATCOM thuộc nhóm thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System). Với độ nhanh nhạy,
chính xác, điều khiển linh hoạt thì bộ điều khiển D-STATCOM sẽ cải thiện độ ổn
định điện áp và nâng cao khả năng bù công suất phản kháng trên lưới điện hạ áp.
f.
Cấu trúc của luận văn
Nội dung nghiên cứu trong luận văn này bao gồm có 5 chương sau đây: Chương
1: Tổng quan về bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối.
Chương 2: Tổng quan về STATCOM và nguyên tắc bù công suất phản
kháng trên lưới điện.
Chương 3: Ứng dụng STATCOM vào hệ thống điện để bù công suất phản kháng.
Chương 4: Sử dụng Matlab/Simulink để mô phỏng bù công suất phản kháng bằng
STATCOM.
Chương 5: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển.
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 14
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
1.2 Giới thiệu chung về vấn đề bù công suất trong phản kháng trong hệ thống điện
1.2.1 Công suất phản kháng và sơ đồ lưới điện phân phối
Chúng ta được biết trong lưới điện tồn tại 2 loại công suất:
Công suất tác dụng P(kW): công suất tác dụng P(kW) là sinh ra cơng có
ích, và có thể biến đổi thành các dạng năng lượng khác (cơ, nhiệt, hay hóa).
Cơng suất phản kháng Q(kvar): ngược lại công suất phản kháng Q(kVar) khơng sinh ra
cơng (hay cịn gọi là cơng suất vơ cơng) gây ra do tính cảm ứng của các loại phụ tải như động cơ
điện, máy biến áp,… Công suất phản kháng Q truyền năng lượng ngược về phía nguồn cung cấp
năng lượng trong mỗi chu kì do sự tích lũy năng lượng trong các thành phần dung kháng và cảm
kháng trong mạch điện, đây là phần công suất không có lợi trong mạch điện, tuy nhiên nó là
thành phần khơng thể thiếu và khơng thể triệt tiêu.
Hình 1. 1 Sơ đồ lưới điện
Để đánh giá về ảnh hưởng của các công suất phản kháng với hệ thống, và để
thuận tiện cho việc phân tích và tính tốn, người ta thường dùng khái niệm hệ số
Cos φ , hệ số Cos φ càng lớn, mức độ tiêu thụ công suất phản kháng càng bé.
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 15
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
Sơ đồ lưới điện cơ bản: ta thấy, các sơ đồ lưới điện cơ bản ở các địa phương
thường có dạng như hình 1.1. Nguồn cấp là các thanh cái từ trạm 110kV, 220kV hay
thanh cái phía cao áp của nhà máy điện bằng đường dây tải điện theo cơ cấu mạch
vòng hay hình tia, dẫn điện đến khu vực phụ tải điện áp được hạ xuống 35kV, 22kV
hay 10kV, 6kV. Nếu là 35kV thì tồn tại các đường dây đi sâu tới phụ tải hơn và từ đó
hạ xuống 22kV, 10kV hay 6kV. Từ các thanh cái 22kV, 10kV 6kV hình thành các đường
dây phân phối hình tia, cũng có thể là mạch vòng, từ các đường dây này theo điểm
phụ tải đấu đến các máy biến áp hạ xuống điện áp hạ thế 400/220V để cấp điện cho
các phụ tải hạ thế. Sau đó sẽ hình đường dây hạ thế dẫn đến từng hộ tiêu thụ.
Trong sơ đồ cấp điện như trên, hệ số Cos φ đều khác nhau ở từng cấp điện áp:
Tại cấp điện áp 35kV trở lên, đối với trường hợp nguồn cấp là nhà máy điện
hệ số Cos thường có giá trị từ 0.8 trở lên, cịn đối với trường hợp nguồn cấp thanh
cái trạm 110kV, 220kV thì Cos φ có giá trị cao hơn nữa, thậm chí có thể đạt ngưỡng
0,92 – 0,95, vì vậy đây có thể là hệ số Cos lý tưởng cho hoạt động của hệ thống
Tại cuối các nhánh đường dây cấp 22kV, 10kV hay 6kV giá trị Cos φ
giảm dần, các máy biến áp hạ áp từ 22kV, 10kV, 6kV xuống 0.4kV trong nhiều
trường hợp vận hành non tải nên giá trị Cos φ tại các đầu đường dây điện hạ
thế bị tụt xuống và xa hơn nữa tại đầu vào của các hộ tiêu thụ phụ tải 0.4kV,
giá trị Cos φ thấp có thể do chính các phụ tải điện trong các hộ gia đình như
quạt điện, điều hịa nhiệt độ, đèn huỳnh quang, đèn neon, tủ lạnh…,
Nhìn chung là do giá trị Cos φ từ cuối các nhánh đường dây cấp 22kV, 10kV,
6kV và tồn bộ phía hạ thế thấp, dẫn đến phải tải công suất phản kháng để đáp ứng
cho nhu cầu phụ tải, điều đó làm cho tổn thất công suất trên các đường dây lớn, làm
giảm điện áp tại các hộ tiêu dùng, không đảm bảo chất lượng điện năng.
2.1.2. Sự tiêu thụ công suất phản kháng
Trên lưới điện, công suất phản kháng được tiêu thụ ở các phụ tải như: động cơ
không đồng bộ, máy biến áp, kháng điện trên đường dây tải điện và các phần tử , thiết
bị có liên quan đến từ trường, công suất phản kháng tuy gây nhiều tổn thất nhưng ta
chỉ có thể giảm tối thiểu chứ khơng thể triệt tiêu được vì cơng suất phản kháng tạo ra
từ trường, vốn là yếu tố trung gian cần thiết trong q trình chuyển hóa điện năng.
Động cơ khơng đồng bộ: theo số liệu thống kê, động cơ không đồng bộ chiếm
khoảng 60 - 65%, là thiết bị tiêu thụ chính công suất phản kháng trong lưới điện, công
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 16
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
suất phản kháng của động cơ không đồng bộ gồm 2 phần, một phần nhỏ
công suất phản kháng dùng để sinh ra từ trường tản trong mạch điện sơ
cấp, phần lớn chủ yếu dùng để sinh ra từ trường khe hở.
Máy biến áp tiêu thụ khoảng 20 – 25% nhu cầu công suất phản kháng trong lưới
điện, nhỏ hơn so với động cơ khơng đồng bộ do chỉ dùng để từ hóa lõi thép và vì khơng
có khe hở khơng khí, cơng suất phản kháng tiêu thụ bởi máy biến áp gồm hai thành
phần, một là dùng để từ hóa lõi thép, hai là công suất phản kháng tản từ máy biến áp
Đèn huỳnh quang: thông thường các đèn huỳnh quang vận hành có một chấn
lưu để hạn chế dịng điện, tùy theo điện cảm của chấn lưu mà hệ số công suất chưa
được hiệu chỉnh của chấn lưu nằm trong khoảng từ 0.3 đến 0.5, tuy nhiên các đèn
huỳnh quang hiện đại thường có bộ khởi động điện từ, hệ số Cosφ thường gần bằng 1.
Công suất phản kháng Q(kVar) tuy không sinh cơng nhưng vẫn có
thể gây tổn thất về mặt kỹ thuật và kinh tế như:
-
Về mặt tổn thất kỹ thuật: tổn thất kỹ thuật gây ra do tính chất vật lý của quá
trình truyền tải điện, tổn thất này phụ thuộc vào tính chất của dây dẫn, vật liệu cách
điện, dịng điện, điện áp,… cơng suất phản kháng có thể gây ra sụt áp trên đường dây
và tổn thất công suất trên đường truyền, tổn thất này không thể triệt tiêu mà chỉ có thể
giảm ở giới hạn cho phép. Tổn thất kỹ thuật có thể phụ thuộc vào dịng điện do sự nóng
lên trên điện trở của các máy phát điện, máy biến áp… hoặc có thể phụ thuộc vào điện
áp như tổn thất trong lõi thép của các máy biến áp, tổn thất do rò dây điện,…
Về mặt tổn thất kinh tế: là tổn thất do sai số của các thiết bị đo
lường, do hệ thống tính tốn khơng hồn chỉnh, chúng ta có thể phải trả
tiền cho lượng cơng suất phản kháng tiêu thụ
Vì vậy, cần phải cần có biện pháp để bù cơng suất phảng kháng để hạn chế
ảnh hưởng của nó, đồng nghĩa là chúng ta phải nâng cao hệ số công suất Cos φ.
1.3 Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất Cos φ
Tăng khả năng truyền tải điện 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 là phụ thuộc vào dịng điện cho phép của chúng, dòng điện
chạy trên dây dẫn và máy biến áp có cơng thức như sau:
=+ 2 / √3
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 17
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
Từ công thức trên, ta thấy nếu cùng với một tình trạng nóng nhất định của đường
dây và máy biến áp (tức I = const) chúng ta có thể tăng cơng suất tác dụng P bằng cách
giảm công suất phản kháng Q phải truyền tải. Vì thế khi giữ nguyên đường dây và máy
biến áp, nếu Q giảm tức Cos φ được nâng cao thì sẽ đem lại các lợi ích sau:
Giảm được tổn thất điện áp và tổn thất công suất trong mạng
điện.
-
Tăng giá thành điện năng, giảm tiết diện dây dẫn.
Do việc tổn hao công suất khi truyền tải và phân phối nên ta buộc phải giảm dịng
vơ cơng, suy ra sẽ làm giảm hệ số Cos φ, vì thế muốn nâng cao hệ số Cos φ, phải dùng
những cách tự nhiên hoặc nhân tạo như gắn hệ thống tụ bù cho mạng điện.
1.3.1 Các biện pháp để cải thiện hệ số công suất Cos φ
Nâng cao hệ số Cos φ tự nhiên: là tìm những giải pháp mà trong đó
có thể giảm bớt được lượng công suất phản kháng tiêu thụ như: áp dụng
các q trình cơng nghệ tiên tiến, sử dụng hợp lý các thiết bị điện,…
-
Thay đổi và cải tiến quy trình cơng nghệ: để các thiết bị điện làm việc ở chế
độ hợp lý nhất, sắp xếp các quy trình cơng nghệ 1 cách hợp lý, có thể cải thiện hiểu
quả tiết kiệm điện và làm giảm điện năng tiêu thụ trên một đơn vị sản phẩm.
Hạn chế đông cơ chạy không tải: các máy công cụ trong q trình
gia cơng thường nhiều lúc phải chạy khơng tải, nhiều thống kê cho thấy
việc chạy khơng tải có thể chiếm đến 35% -65% tổng quá trình các máy
làm việc, và khi đông cơ chạy công tải hệ số công suất Cos rất thấp
Nâng cao hệ số Cos φ bằng phương pháp bù công suất phản
kháng: bằng cách đặt các thiết bị bù công suất phản kháng ở các hộ tiêu
thụ điện hoặc các nhà máy xí nghiệp để giảm cơng suất phản kháng phải
truyền tải từ đó có thể nâng cao hệ số Cos φ, tuy nhiên phương pháp này
sẽ tốn kém về chi phí mua các thiết bị nhưng đem lại hiệu quả kinh tế cao.
1.3.2 Các phương pháp bù cơng suất phản kháng:
Tùy theo vị trí lắp đặt hoặc là cách đóng cắt tụ bù mà chúng ta có các
phương pháp khác nhau cho từng loại tụ bù thích hợp.
Phương pháp bù theo vị trí lắp đặt tụ bù: có 3 phương pháp để bù
cơng suất phản kháng là bù riêng, bù nhóm và bù tập trung.
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 18
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
Bù riêng: bù riêng nên được xét đến khi công suất động cơ đáng kể hơn
so với công suất mạng điện. Bộ tụ bù được mắc trực tiếp vào đầu dây nối của
thiết bị dùng điện có tính cảm (chủ yếu là các động cơ) và công suất (kVar )của
bộ tụ bù phải được giới hạn phù hợp với công suất (kW) của động cơ
Ưu điểm của bù riêng lẽ: có thể làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ
công suất phản kháng, làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu, và làm giảm
kích thước, tổn hao dây dẫn đối với tấc cả các loại dây dẫn
Nhược điểm: tụ bù chỉ hoạt động khi động cơ được làm việc, có khó
khăn trong cách vận hành và gây hiện tược tự kích từ đối với động cơ
Bù nhóm: bù nhóm nên sử dụng khi mạng điện quá lớn, và khi chế độ tải
tiêu thụ theo thời gian của các phân đoạn thay đổi khác nhau. Bộ tụ được đấu
vào tủ phân phối, hiệu quả của bù nhóm mang lại cho các dây dẫn suất phát từ tủ
phân phối chính đến các tủ phân phối khu vực có đặt tụ được thể hiện rõ nhất
Ưu điểm bù nhóm: giảm tiền phạt do giảm được cơng suất phản kháng,
giảm dịng điện tới tủ động lực và tới các tủ phân phối, giảm tổn hao công
suất trên dây dẫn, kích thước trên dây cáp đến các tủ phân phối có thể giảm
đi cùng với đó có thể tăng thêm phụ tải cho các tủ phân phối khu vực
Nhược điểm: dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tấc cả dây dẫn
xuất phát từ tủ phân phối khu vực, do đó khi có sự thay đổi đáng kể của
tải,có thể xuất hiện nguy cơ bù dư và kèm theo hiện tượng quá điện áp
Bù tập trung: bù tập trung áp dụng khi tải ổn định và liên tục. Bộ tụ đấu và
thanh góp hạ áp của tủ phân phối chính và được đóng trong thời gian tải hoạt động.
Ưu điểm bù tập trung: có thể làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ
cong suất phản kháng, vận hành và lắp đặt đơn giản, làm nhẹ tải cho máy
biến ápvà có khả năng phát triển thêm các phụ tải mới khi cần thiết
Nhược điểm: dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tấc cả lộ ra của tủ
phân phối chính của mạng hạ thế, vì lý do trên, kích cỡ của dây dẫn và
cơng suất tổn hao trong dây không được cải thiện với chế độ bù tập trung
Phương pháp bù theo cách đóng cắt tụ bù: có hai phương pháp bù
cơng suất phản kháng bằng bù tĩnh và bù động.
Bù tĩnh (Tụ bù nền): bố trí bù bằng một hoặc nhiều tụ bù tạo nên lượng bù khơng
đổi, việc điều khiển có thể thực hiện bằng các cách như: thực hiện bằng tay (dùng CB
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 19
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
hoặc LBS (Load-Break Switch)), bán tự động (dùng contactor) hoặc mắc
trực tiếp vào tải đóng điện cho mạch bù đồng thời khi đóng tải
Ưu điểm: đơn giản và giá thành thấp
Nhược điểm: khi tải dao đổng có khả năng dẫn đến việc bù thừa,
việc này khá nguy hiểm đôi với hệ thống sử dụng máy phát, vì vậy phương
pháp này nên áp dụng đối với những tải ít thay đổi
Bù động (Bộ điều khiển tụ bù tự động): sử dụng các bộ tụ bù tự động hay còn gọi là tủ
điện tụ bù tự động, có khả năng thay đổi dung lượng tụ bù để đảm bảo hệ số công suất đạt được
giá trị mong muốn. Bộ tụ bù gồm nhiều phần và mỗi phần được điều khiển bằng contactor, việc
đóng một contactor sẽ đóng một số tụ song song với các tụ vận hành
,
vì vậy lược cơng suất bù có thể tăng hay giảm tùy theo việc đóng cắt
các contactor điều khiển tụ
Ưu điểm: không gây ra hiện tượng bù thừa và đảm bảo được hệ số công suất mong
muốn
Nhược điểm: chi phí cao hơn so với bù tĩnh, cho nên phương pháp này cần đặt
tại các vị trí mà cơng suất tác dụng và công suất phản kháng thay đổi theo phạm vi rộng.
Hình 1. 2 Bộ điều khiển tụ bù 12 bước Mikro
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 20
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
TỔNG QUAN VỀ STATCOM VÀ NGUYÊN TẮC BÙ CÔNG
SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN
2.1 Tổng quan về STATCOM:
STATCOM là thiết bị chuyển đổi của họ FACTS, được định nghĩa bởi IEEE
như là một bộ tự biến đổi công suất cung cấp từ một nguồn điện thích hợp và hoạt
động tạo ra một bộ điều chỉnh điện áp nhiều pha, có thể được kết hợp với một hệ
thống điện AC cho mục đích trao đổi điều khiển độc lập công suất tác dụng và phản
kháng. Điều khiển bù công suất phản kháng trong hệ thống điện thường đạt được
với cấu hình STATCOM biến thể. STATCOM đã được định nghĩa với ba thành phần
cấu trúc hoạt động. Thành phần đầu tiên là tĩnh: dựa trên các thiết bị chuyển đổi
trạng thái rắn với khơng có thành phần quay, thành phần thứ hai là đồng bộ: tương
tự như một máy đồng bộ lý tưởng với điện áp ba pha hình sin tại tần số cơ bản,
thành phần thứ ba là bù: cung cấp bù công suất phản kháng. [7], [8]
Cơ sở của công nghệ STATCOM là sử dụng các công tắc điện tử ở dạng một
bộ biến đổi điện tạo nguồn điện áp để tổng hợp điện áp đầu ra Vc từ nguồn điện áp
một chiều. Điện áp xoay chiều Vc của bộ biến đổi điện được đấu nối với hệ thống
điện (được thể hiện bằng điện áp hệ thống Vs và điện kháng hệ thống Xs), thơng
qua điện kháng đệm Xc. Trên hình 2.1 thể hiện mạch điện tương đương một pha của
STATCOM. Bằng cách khống chế điện áp Vc của STATCOM, cùng pha với điện áp hệ
thống Vs, nhưng có biên độ lớn hơn, dịng điện và cơng suất phản kháng chạy từ
STATCOM vào hệ thống, để nâng điện áp lên. Ngược lại, nếu điều khiển điện áp Vc
thấp hơn điện áp hệ thống Vs, thì dịng điện và dịng cơng suất chạy từ lưới vào
STATCOM, do vậy hạn chế quá điện áp trên lưới điện.
Hình 2. 1 Mạch điện tương đương một pha của STATCOM
Điện áp xoay chiều được tạo ra từ nguồn điện áp một chiều nhờ các tiếp điểm
điện tử tác động nhanh. Từ nhiều năm nay, thyristor trong SVC (thiết bị bù tĩnh cơng
suất phản kháng) có thể được sử dụng để đóng mạch nhưng khơng thể cắt mạch dịng
điện. Đặc điểm khác biệt của STATCOM là nó sử dụng các cơng tắc hai chế độ, ví dụ
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 21
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
như các thyristor cắt (GTO) hoặc transistor lưỡng cực cửa cách điện (IGBT) có khả
năng đóng cũng như cắt mạch. Sản phẩm đầu ra đơn giản nhất từ bộ biến đổi điện
nguồn điện áp là điện áp có dạng sóng vng. Tuy nhiên dạng song mong muốn lại là
hình sin, STATCOM thực hiện được dạng sóng với chất lượng yêu cầu bằng cách tổng
hợp dạng sóng hình sin theo một chuỗi các bậc, với việc sử dụng kỹ thuật nhân xung
được áp dụng từ nhiều năm nay để giảm sóng hài trong điện áp xoay chiều của các bộ
chỉnh lưu và biến đổi điện. Bằng cách tăng số bậc, có thể giảm thành phần sóng hài và
nhờ đó điện áp tạo ra gần đúng hơn với sóng hình sin tần số cơ bản.
Chức năng của STATCOM thì tương tự như của một tụ bù đồng bộ nhưng thời
gian phản ứng cực kỳ nhanh chóng và hiệu quả. Nói chung, nó cung cấp bù công suất
phản kháng để giải quyết một loạt các hệ thống điện và điện áp hệ thống công nghiệp
biến động và điều kiện ổn định. Một hệ thống STATCOM hoàn thiện cơ bản bao gồm một
nguồn điện áp DC, bộ biến đổi nguồn điện áp (VSC), và một máy biến áp ghép.
Hình 2. 2 Mạch điện tương đương
2.1.1 Các thế hệ bù công suất phản kháng
2.1.1.1 Thế hệ đầu tiên là các thiết bị bù đóng ngắt bằng cơ học
-
Kháng bù ngang cố định (FR).
-
Tụ bù ngang cố định (FC).
-
Kháng bù ngang đóng ngắt bằng cơ học (MSR).
-
Tụ bù ngang đóng ngắt bằng cơ học (MSC).
2.1.1.2 Thế hệ thứ hai là các thiết bị bù đóng ngắt dựa trên Thyristor
-
Kháng điều khiển bằng thyristor (TCR).
-
Tụ đóng mở bằng thyristor (TSC).
-
Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC).
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 22
Luận Văn Tốt Nghiệp
GVHD: TS Giáp Quang Huy
-
Tụ (kháng) bù dọc chuyển đổi bằng thyristor (TSSC/ TSSR).
-
Tụ (kháng) bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC/TCSR).
-
Điện trở hãm điều khiển bằng thyristor (TCBR).
-
Máy biến áp chuyển pha điều khiển bằng thyristor (TCPST).
-
Thiết bị bù chuyển đổi mạch đường dây (LCC).
2.1.1.3 Thế hệ thứ ba là các thiết bị bù dựa trên bộ chuyển đổi
-
-
Thiết bị bù đồng bộ tĩnh (STATCOM).
-
Thiết bị bù dọc đồng bộ tĩnh (SSSC).
Thiết bị điều khiển dòng công suất hợp nhất
(UPFC). 2.1.2 Chức năng ứng dụng của STATCOM
STATCOM có các chức năng ứng dụng sau đây trong điều khiển linh
hoạt hệ thống điện:
-
Tăng khả năng truyền tải công suất.
-
Giảm thiểu tổn thất đường dây.
-
Bù công suất phản kháng.
-
Ngăn chặn chập chờn.
-
Điều chỉnh điện áp.
-
Cân bằng điện áp ba pha.
-
Nâng cao ổn định quá độ.
-
Nâng cao sự ổn định trạng thái ổn định.
-
Giảm dao động công suất. [6],[9],[12].
SVTH: Lê Văn Thiện – Lớp: TĐH.K37
Trang 23
