Bộ bù tĩnh là một thiết bị chuyển đổi (VSC-Voltage Source Converter), được định nghĩa là thiết bị tự động chuyển đổi dòng điện được cung cấp bởi nguồn điện phù hợp và hoạt động để tạo ra bộ điều chỉnh điện áp nhiều pha. Điện áp xoay chiều Vc của bộ chuyển đổi nguồn được nối với hệ thống điện (biểu thị bằng điện áp hệ thống Vs và điện kháng hệ thống Xs), thông qua điện kháng đệm Xc. Bằng cách điều khiển điện áp Vc từ STATCOM, cùng pha với điện áp Vs của hệ thống, nhưng với biên độ, dòng điện và công suất phản kháng lớn hơn từ STATCOM đến hệ thống, để tăng điện áp.
TỔNG QUAN VỀ STATCOM VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN
- TỔNG QUAN VỀ STATCOM
- Các thế hệ bù công suất phản kháng
- Chức năng ứng dụng của STATCOM
- TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
- Giới thiệu chung
- Hiệu quả của việc bù công suất phản kháng
- CÁC PHƢƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
- Các thiết bị bù công suất phản kháng
- Một số thiết bị bù trong Flexible Alternating Current Transmission Syster
- NGUYÊN LÝ BÙ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
- Bù song song
- Bù nối tiếp
SSSC đưa điện áp Mỹ nối tiếp vào đường dây truyền tải tại điểm kết nối. Kiểm soát dòng điện CSPK trên lưới bằng cách điều chỉnh điện áp đầu ra từ bộ bù. Khi điện áp hệ thống thấp hơn điện áp SVC, SVC sẽ tạo ra CSPK.
STATCOM điều chỉnh điện áp tại các cực của nó bằng cách kiểm soát lượng CSPK được hệ thống phát ra hoặc hấp thụ. Khi điện áp hệ thống thấp hơn điện áp STATCOM, STATCOM sẽ tạo CSPK. Các lò phản ứng nối song song thường được sử dụng để giảm đột biến đường dây bằng cách hấp thụ công suất phản kháng.
Trong khi đó, tụ điện song song thường được sử dụng để duy trì mức điện áp bằng cách bù công suất phản kháng đến đường dây. Tụ điện điều khiển được mắc nối tiếp vào đường dây truyền tải có điện áp đầu vào Vinj.
ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG ĐIỆN
ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
Hệ thống điện được phân loại là ổn định dựa trên các tiêu chí như độ ổn định góc rotor, điện áp và tần số. Ổn định điện áp phụ thuộc vào khả năng duy trì và khôi phục sự cân bằng giữa nhu cầu phụ tải và khả năng cung cấp điện cho các phụ tải của hệ thống điện. Ổn định điện áp nhiễu loạn nhỏ: Khả năng hệ thống duy trì ổn định điện áp khi hệ thống gặp phải những biến động nhỏ như những thay đổi gia tăng trong tải hệ thống.
Một trong những nguyên nhân chính gây mất ổn định điện áp trong hệ thống điện là do thiếu công suất phản kháng để hỗ trợ hệ thống. Cải tiến việc điều khiển công suất phản kháng của hệ thống bằng thiết bị là biện pháp nhằm ngăn chặn sự mất ổn định điện áp và Thiết bị FAKTA có thể cung cấp công suất phản kháng khi cần thiết để tăng biên độ ổn định điện áp.
CÁC GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
- Giới hạn điện áp
- Giới hạn nhiệt
- Giới hạn ổn định
- Ổn định dao động bé
- Các ứng dụng của STATCOM vào hệ thống điện để bù công suất phản kháng
- Cấu trúc cơ bản của STATCOM
- Nguyên lý hoạt động của STATCOM
- Bộ Chuyển đổi nguồn điện áp (VSC: Voltage Source Converter)
- Điều khiển điều chế độ rộng xung (PWM: Pulse Width Modulation)
- Nguyên tắc hoạt động của VSC: Static Var Compensator
Cuối cùng là điểm giới hạn (mũi) tại đó giới hạn công suất phản kháng của hệ thống đã được sử dụng hết, tại thời điểm này, nếu truyền công suất làm việc tăng lên sẽ làm biên độ điện áp giảm rất lớn. Thiết bị điện của công ty và khách hàng được thiết kế để hoạt động ở công suất định mức hoặc điện áp định mức. Sụt áp là nguyên nhân chính gây ra tổn thất công suất phản kháng.
Các hệ thống thường yêu cầu hỗ trợ công suất phản kháng để giúp ngăn ngừa các sự cố điện áp thấp. Hệ thống có thể bị giới hạn ở mức truyền tải công suất tác dụng thấp hơn mức mong muốn vì hệ thống không đáp ứng yêu cầu dự trữ đủ công suất phản kháng để hỗ trợ điện áp. Ứng dụng STATCOM trong hệ thống điện để bù công suất phản kháng và nâng cao độ ổn định điện áp phản kháng và nâng cao độ ổn định điện áp.
Với khả năng điều khiển linh hoạt, chính xác và thích ứng, các thiết bị FACTS sẽ cải thiện độ ổn định điện áp và cải thiện khả năng truyền tải điện năng của hệ thống. STATCOM là thiết bị chuyển đổi nguồn điện áp, chuyển đổi nguồn điện áp DC thành điện áp xoay chiều để bù công suất phản kháng cho hệ thống điện. Nguyên lý làm việc của STATCOM được thể hiện trên Hình 2.8, cho thấy công suất tác dụng và công suất phản kháng được truyền giữa điện áp hệ thống điều khiển V1 và điện áp do VSC V2 tạo ra.
Khi vận hành ở trạng thái ổn định, điện áp do STATCOM V2 tạo ra cùng pha với V1 (δ = 0), do đó chỉ có công suất phản kháng được truyền đi. Nếu điện áp V2 do VSC tạo ra và điện áp hệ thống V1 bằng nhau thì không có sự trao đổi công suất phản kháng. Một tụ điện được nối vào phía DC của VSC hoạt động như một nguồn điện áp DC.
Bốn bộ biến tần 3 pha được sử dụng để tạo ra dạng sóng điện áp 48 bước. Dòng công suất phản kháng chủ yếu được xác định bởi biên độ của điện áp nguồn Vs và điện áp do VSC, VvR tạo ra. Điện áp tụ DC là VDC, được điều khiển bằng cách điều chỉnh dòng công suất tác dụng trong VSC.
STATCOM
Điện áp do VSC, VvR tạo ra, trễ hơn nguồn điện áp xoay chiều, Vs, một góc δvR, và dòng điện đầu vào trễ hơn điện áp rơi trên cuộn kháng Vx một góc /2. Dòng công suất tác dụng giữa nguồn AC và VSC được điều khiển bởi góc pha δvR. Đối với VvR > Vs, VSC cung cấp công suất phản kháng và tiêu thụ công suất phản kháng khi VvR < Vs.
Trong quá trình hoạt động bình thường, một lượng nhỏ công suất tác dụng phải truyền vào VSC để bù cho tổn thất điện năng trong VSC và góc δvR lớn hơn 0o một chút. Quy định hiện tại kiểm soát cường độ và pha của điện áp được tạo ra bởi bộ chuyển đổiPWM (V2d V2q) từ dòng điện tham chiếu Idref và Iqref được tạo ra bởi bộ điều chỉnh điện áp DC và bộ điều chỉnh điện áp AC tương ứng (ở chế độ điều khiển điện áp). Quy định hiện tại được hỗ trợ bởi một loại bộ điều chỉnh cấp nguồn trực tiếp dự đoán điện áp đầu ra V2 (V2d V2q) từ V1 (V1d V1q) đo được và điện kháng rò rỉ của máy biến áp.
Các đặc tính của STATCOM
Ở chế độ điều khiển var (công suất phản kháng STATCOM được giữ không đổi). Miễn là dòng điện phản kháng nằm trong phạm vi giá trị hiện tại (-Imax, Imax) do giá trị chuyển mạch áp đặt, điện áp được điều chỉnh về điện áp tham chiếu Vref.
Mô hình hóa STATCOM
- Mô hình mạch
- Mô hình toán STATCOM
- Energy Storage Systems (ESS) hệ thống lƣu trữ năng lƣợng
- Điều khiển năng lƣợng lƣu trữ Energy Storage Drivers (ESD)
- Ắc quy lƣu trữ năng lƣợng thành phần Battery Energy Storage
Từ mô hình có thể thấy trạng thái vòng lặp động của STATCOM như id, iq và Vdc có thể coi là một tham số không đổi của hệ thống. Để hệ thống điện hoạt động linh hoạt ở mọi chế độ, kể cả những tình huống sự cố nặng nề nhất thì phải có các thiết bị kiểm soát đại lượng trong hệ thống điện. Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học, chúng tôi đã chỉ ra rằng, khả năng đáp ứng hiệu quả của STATCOM ở mọi chế độ của hệ thống điện phụ thuộc vào đặc tính làm việc của bộ điều khiển STATCOM.
Trong quá trình truyền tải và cung cấp năng lượng điện, một trong những yêu cầu cần thiết là phải giữ cho đại lượng và các thông số của hệ thống ổn định. Vì vậy, để có năng lượng ổn định trong hệ thống thì con người phải có các thiết bị lưu trữ năng lượng. Lưu trữ năng lượng sẽ giúp người vận hành hệ thống có thể chủ động trong nhiều tình huống và là bước rất cần thiết trong kỹ thuật.
ESS có thể là máy phát điện khi lưới điện thiếu hụt và ESS có thể là bộ đệm “khi lưới điện xảy ra đột biến năng lượng”. Trạm này có tác dụng tái cấp điện khi hệ thống mất điện từ mạng 220 kV. Tại tất cả các vị trí, hệ thống ESS được lắp đặt trên thanh cái đặt ngay cạnh trạm biến áp nhằm mục đích bù công suất phản kháng cho toàn bộ hệ thống mà trạm biến áp này cung cấp.
Ở đây việc điều khiển phải có hệ thống, bởi vì trên thực tế, bất kể mạng nào, đại lượng quan trọng nhất là: điện áp và tần số phải ổn định. Mức tiêu thụ năng lượng của hệ thống phụ thuộc vào tải và mỗi lần cần có mức năng lượng khác nhau. Các hệ thống ESS dựa trên lưới thường được thiết kế hoàn toàn độc lập nhưng cũng phải được liên kết đầy đủ với hệ thống chung.
Vấn đề điều khiển không hề đơn giản chút nào; mỗi trạm đều có những đặc điểm và yêu cầu riêng nên việc thiết kế hệ thống điều khiển là cần thiết. Khi sử dụng năng lượng sạch, năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời cũng góp phần mang lại sự ổn định cho hệ thống do lo ngại về năng lượng. Hệ thống có thể điều khiển để sử dụng năng lượng gió tích lũy trong ESS làm năng lượng dự trữ cho hệ thống.
