- Công nghệ điện tử công suất thế hệ mới là các bộ biến đổi nguồn điện áp đủ chín muồi để áp dụng vào thực tiễn. - Với đề tài nghiên cứu : “Ảnh hưởng của lõm điện áp đến hoạt động của bộ biến đổi Back To Back”. - Tuy nhiên, đến cuối những năm 90 của thế kỷ trước, nhờ các tiến bộ mới trong lĩnh vực điện tử công suất như IGBT, GTO và IGCT, người ta đã có thể thực hiện các bộ biến đổi nguồn điện áp (Voltage Source Converter - VSC, sau đây sẽ gọi tắt là VSC) cho hệ thống điện. - Cung cấp điện cho phụ tải nông thôn vùng xa và các phụ tải nhỏ ở các hải đảo - Bù công suất phản kháng và ổn định điện áp trong hệ thống phân phối. - Hệ thống STATCOM với thời gian phản ứng nhanh dưới 1ms nên nó cung cấp công suất phản kháng liên tục, trơn do vậy dễ dàng khắc phụ sự dao động điện áp, fliker giúp cải thiện chất lượng điện áp theo tiêu chuẩn. - Ngăn ngừa sụt áp hiệu quả: Hệ thống STATCOM là một công nghệ cao trong việc điều chỉnh điện áp nhờ vào việc phát ra dòng điện phản kháng nên không ảnh hưởng đến điện áp tại thanh cái. - Khi điện áp thấp, hệ thống cần phải được cung cấp công suất phản kháng. - Hệ thống Back-to-Back (BTB) là một bước tiến tiếp theo trong việc áp dụng các bộ biến đổi công suất lớn sử dụng thế hệ các van bán dẫn có khả năng tự chuyển mạch vào trong hệ thống truyền tải điện năng nhằm mục đích điều khiển dòng công suất, biến đổi tần số và điều chỉnh điện áp. - Cấu hình này cho phép UPFC có khả năng trao đổi cả công suất tác dụng và công suất phản kháng với lưới bằng cách bơm vào lưới một dòng điện ở phía nối shunt và một điện áp ở phần nối series. - 8 Hình 1.2 mô tả khả năng ứng dụng của các van bán dẫn ở các dải điện áp và dòng điện khác nhau [1]. - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ Hình 1.2.3: Dao động điện áp thanh cái 500kV Tân Định với 2 trường hợp bù công suất phản kháng bằng SVC và STATCOM. - UPFC là thiết bị có khả năng điều khiển dòng công suất trên đường dây linh hoạt nhất, nó cho phép điều khiển dòng công suất tác dụng, công suất phản kháng, điện áp và cả góc pha mà không cần thay đổi về thiết kế ban đầu của hệ thống truyền tải. - Chỉ số V.A của nguồn này được xác định bởi tích của điện áp lớn nhất và dòng điện lớn nhất tại thời điểm mà công suất vẫn được truyền theo giá trị đặt. - Bộ biến đổi thứ nhất hỗ trợ hoạt động cho bộ thứ hai bằng cách đưa vào liên kết một chiều lượng công suất tác dụng cần thiết cho quá trình thiết lập điện áp nối tiếp trên đường dây của bộ biến đổi thứ hai. - Theo đó, biên độ điện áp của phía xoay chiều bộ nghịch lưu thứ hai sẽ được điều khiển từ giá trị 0 đến giá trị lớn nhất phụ thuộc vào dòng công suất được truyền tải. - Ở chế độ UPFC, dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng được điểu khiển một cách độc lập với nhau, điện áp trên các bus được duy trì ở mức cho phép. - Điện áp một chiều sau khi qua bộ nghịch lưu thành điện áp xoay chiều đồng bộ với điện áp lưới. - Khối điều khiển sẽ tính toán sau đó điều chỉnh độ lớn và góc pha của điện áp ra để trao đổi công suất phản kháng với lưới và bù lại điện áp tổn thất trên các van bán dẫn. - Một bộ điều khiển công suất phản kháng và một bộ điều khiển điện áp. - Ở khối điều khiển của các bộ nghịch lưu mắc nối tiếp, sẽ điều chỉnh biên độ điện áp và góc pha được bơm vào lưới qua các máy biến áp mắc nối tiếp nhau. - Giữa hai bộ điều khiển điện áp và điều khiển dòng công suất có thể kêt nối với nhau để tăng thêm tác dụng của khối điều khiển. - Giữ điện áp trên đường dây ổn định, ngăn chặn sự suy giảm điện áp. - Tăng công suất truyền tải hơn 100 MW và nâng cao chất lượng điện áp khu vực. - STATCOM không tiêu thụ hoặc phát công suất tác dụng mà điều chỉnh công suất truyền tải bằng cách điều chỉnh điện áp. - Thảnh phần công suất phản kháng của bộ bù sẽ được thay đổi để điều chỉnh điện áp tại mỗi điểm đấu nối với lưới và ở cuối đường dây truyền tải nhờ đó giữ dòng công suất không vượt quá giá trị dự phòng ngay cả khi hệ thống bị sự cố. - Nó duy trì điện áp yêu cầu tại điểm đấu nối cũng như ở cuối đường dây đến tải làm tăng khả năng điều chỉnh dòng công suất và ngăn sự mất ổn định điện áp. - Trong quá trình truyền tải, lưới điện thường gặp phải những sự cố, như sự suy giảm điện áp pha, làm mất cân bằng hệ thống truyền tải. - Hệ thống Bac- to-Back Cũng giống như STATCOM và UPFC, hệ thống Back To Back (BTB) được cấu tạo từ các bộ biến đổi công suất lớn sử dụng các van bán dẫn có khả năng tự chuyển mạch, van chịu được dòng điện và điện áp rất lớn. - Hệ thống BTB được lắp đặt trong lưới điện nhằm mục đích điều khiển dòng công suất, chuyển đổi tần số của lưới, điều chỉnh điện áp hoặc sự kết hợp của các thành phần trên. - Hệ thống BTB được sử dụng rộng rãi nhờ vào những ưu điểm sau Quá trình chuyển mạch không bị lỗi ngay cả khi điện áp sụt giảm hoặc gặp sự cố ở hệ thống lưới điện. - Không cần lọc sóng hài vì nó tạo ra điện áp gần như hình sin ở phía xoay chiều. - Hệ thống BTB có thể điều khiển dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng từ lưới điện vào hệ thống BTB hoặc điều chỉnh biên độ và góc pha tại đầu ra của điện áp xoay chiều ở mỗi bên của hệ thống BTB. - Sự tương tác giữa các thành phần tác dụng và phản kháng có thể được triệt tiêu bằng cách chuyển đổi các giá trị tức thời của điện áp ba pha và dòng điện sang hệ tọa độ d-q [17]. - Chương 2 : Vấn đề suy giảm điện áp trên lưới truyền tải Chương 3: Hệ thống BTB 50 MVA : Đề cập đến mô hình của hệ thống BTB trên lý thuyết, thiết kế các khối điều khiển , bộ điều chỉnh dòng điện, điện áp, khâu phát xung và kết quả mô phỏng của hoạt động của hệ thống trong trường hơp bình thường và khi có sự cố. - Chương 4: Ảnh hưởng của suy giảm điện áp đến hoạt động của hệ thống BTB : Gồm có ảnh hưởng của hệ số lõm điện áp, của thông số bộ điều chỉnh dòng, điều chỉnh điện áp đến hoạt động của hệ thống thông qua các biểu thức tính toán và thể hiện bằng kết quả mô phỏng. - Mặc dù thời gian diễn ra tương đối ngắn nhưng ảnh hưởng của suy giảm điện áp đến hệ thống, các thiết bị vận hành và tải là rất nghiêm trọng. - Suy giảm điện áp do khởi động động cơ [23] Khi động cơ khởi động, dòng khởi động cần phải đạt giá trị rất lớn lúc đóng động cơ vào lưới. - Ở hình 2.1 Điện áp ba pha của lưới sẽ đột ngột giảm xuống và dần dần phục hồi sau đó cân bằng trở lại khi tải của động cơ cân bằng. - Các loại sự cố suy giảm điện áp thường gặp phải gồm có 7 loại được thể hiện qua mô hình vector của điện áp 3 pha như hình sau [24]: Hình 2.4. - Các dạng mất cân bằng điện áp của từng khu vực Gọi hệ số suy giảm điện áp là h, điện áp 3 pha ban đầu là 2π343.sin.sin( ).sin( )abcVVVVVV. - Trong khuôn khổ nội dung luận văn này sẽ trình bày về dạng điện áp suy giảm type B là dạng cơ bản nhất đối với các thiết bị FACT 25 Chƣơng 3 HỆ THỐNG BTB (BACK-TO BACK) CÔNG SUẤT 50 MW 3.1. - Hệ thống BTB 50 MVA Hình 3.1 mô tả sơ đồ cấu trúc của hệ thống BTB công suất 50MV được lắp đặt giữa 2 lưới điện có cùng tần số và biên độ điện áp. - Trong đó năng lượng được truyền tải tử lưới 1 sang lưới 2 qua đường dây truyền tải 33kV, tần số 50Hz và liên kết một chiều (dc link) có điện áp 3.5 kV. - Phía điện áp một chiều cấp cho bộ nghịch lưu được lấy từ liên kết một chiều giữa 2 BTB converter, có điện áp 3.5 kV, đầu ra của bộ nghịch lưu nối với phia hạ áp của các máy biến áp. - Ở đây, V2uv2 là điện áp dây phía hạ áp của máy biến áp và I2u2 là dòng điện phía hạ áp của máy biến áp. - Các máy biến áp được sử dụng để thay đổi giá trị điện áp ra của bộ biến đổi và lọc các thành phần sóng hài của điện áp, dòng điện sau bộ biến đổi. - Trong đó v2uv là điện áp dây của BTB converter 2, v2uv1 là điện áp dây phía cao áp của mỗi bộ biến đổi, và i2u1 là dòng điện pha u phía cao áp của máy biến áp. - Nếu đặt điện áp ra của bộ nghịch lưu là v2 và của lưới là v2s, ta có thể dùng một sơ đồ tương đương mô tả quá trình trao đổi công suất giữa bộ BTB với lưới như hình vẽ 3.4 dưới đây. - 28 Hình 3.4 Sơ đồ mạch tương đương của lưới 2 Để có thể điều khiển độc lập một cách đồng thời cả công suất tác dụng lẫn công suất phản kháng trong khi điện áp của liên kết một chiều là không đổi thì mỗi BTB converter đều phải điều khiển được cả biên độ lẫn góc pha của điện áp xoay chiều v1,v2. - Hình 3.5 Đồ thị vector điện áp của hệ thống BTB Hình 3.5 mô tả đồ thị vector điện áp xoay chiều của hệ thống BTB, theo đó, v là vector điện áp của bộ biến đổi, svlà vector điện áp ở phía lưới vàlà góc lệch pha giữa vvà sv. - Bộ biến đổi BTB trao đổi công suất tác dụng p thông qua việc điều chỉnh thành phần điện áp trên trục q còn công suất phản kháng q được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh thành phần điện áp trên trục d. - Trong mô hình hệ thống ta sử dụng bộ điều chỉnh điện áp của liên kết một chiều (dc –capacitor voltage regulator), bộ điều chỉnh dòng điện (Decoupling current control) và khối điều khiển phát xung SPWM. - Các giá trị được đặt ban đầu là điện áp trên tụ vC. - Ở bộ điều chỉnh dòng điện, từ các giá trị vào là điện áp của lưới và dòng điện ba pha sau máy biến áp, tổng hợp lại điện áp của từng pha đưa vào bộ điều chế xung sin PWM, phát xung để đóng, mở các van IGBT trong mỗi bộ biến đổi nhỏ. - Sơ đồ khối bộ điều chỉnh điện áp Hình 3.8 mô tả sơ đồ khối của bộ điều chỉnh điện áp của liên kết một chiều, trong đó, p* là giá trị đặt của công suất trao đổi giữa hai lưới, vì giả thiết năng lượng truyền từ lưới 1 sang 2 nên dòng công suất p* có chiều dương nếu được gửi từ 1 sang 2, ngược lại là chiều âm . - bộ điều khiển điện áp có thời gian đáp ứng giống như của bộ điều khiển dòng. - Phát xung SPWM cho IGBT 37 3.3 Tính toán số liệu mô phỏng Các số liệu ban đầu của hệ thống là : Công suất truyền tải : P=50 MW Điện áp dây của lưới: Ud=33 kV Điện áp một chiều : Vc=3.5 kV * Tính giá trị điện trở trên đường dây 50= 16.67 W33phaPP ( M. - 40 * Tính tham số Kv của bộ điều chỉnh điện áp Từ công thức (3.22), đặt giá trị 12 ta có: ..1. - Thay các giá trị vào tính được 8.84 (A/V)VK 3.4 Kết quả mô phỏng Với những giá trị tính toán ở trên, thực hiện mô phỏng hoạt động của hệ thống BTB 50 MW ở 2 chế độ là bình thường và khi gặp sự cố suy giảm điện áp 1 pha. - Kết quả mô phỏng được thể hiện ở hình khi hệ thống hoạt động bình thường và trên hình khi có suy giảm điện áp trên pha U. - Kết quả mô phỏng Điện áp trên các pha và bộ biến đổi Hình 3.15 Đồ thị điện áp của hệ thống khi hoạt động bình thường 42 Hình 3.16 Các giá trị dòng điện của hệ thống khi hoạt động bình thường 43 Công suất truyền tải của hệ thống Hình 3.17 Công suất trao đổi của hệ thống Theo giả thiết ban đầu, hệ thống BTB truyền tải công suất tác dụng giữa hai lưới và không truyền tải công suất phản kháng, nên đồ thị truyền tải công suất có dạng như hình vẽ 3.13. - 47 Chƣơng 4 ẢNH HƢỞNG CỦA SUY GIẢM ĐIỆN ÁP TỚI HỆ THỐNG BTB 4.1. - Tính toán điện áp trên dc – link trong điều kiện suy giảm điện áp Giả sử rằng lưới điện 2 gặp sự cố lỗi một pha ở pha U, khi đó điện áp pha U suy giảm với hệ số A. - Lúc này điện áp trên mỗi pha được mô tả như sau: 222. - Khi đó, điện áp dây của lưới sẽ là: 2 2 2 22π32. - Giữa độ biến thiên điện áp trên tụ và công suất của tụ có quan hệ: 11..CCCCpv i dt dtC C V. - CCCdvp CVdt (4.17) Thành phần điện áp trên trục d của lưới 1 không bị ảnh hưởng bởi sự cố suy giảm điện áp nên giá trị của nó là : 1 SSdVV (4.18) Thay các công thức và (4.18) vào công thức (4.16) ta được . - Trong đó, DCCvvà ACCvlần lượt là thành phần một chiều và thành phần xoay chiều của biến thiên điện áp trên dc – link. - Như vậy, biến thiên điện áp trên dc – link là một hàm số phụ thuộc vào A và tham số của bộ điều chỉnh điện áp VK. - 4.1.1 Ảnh hƣởng của hệ số suy giảm điện áp tới dc – link Trong công thức (4.29), giữ VK = 8,84 không đổi, thực hiện mô phỏng với giá trị A = 0 , A= 0.3 và A = 0.7 ta được những kết quả sau: Hình 4.2. - Biến thiên điện áp trên dc – link ) 0. - Dựa vào kết quả mô phỏng ở hình 4.2 và công thức 4.29 ta thấy rằng biến thiên điện áp trên dc-link khi thay đổi giá trị của hệ số suy giảm điện áp A giữ nguyên giá trị tham số bộ điều chỉnh VK gồm 2 thành phần. - Kết quả mô phỏng như sau: Hình 4.3 Ảnh hưởng của VK đến điện áp trên dc – link . - Dựa vào kết quả mô phỏng ở hình 4.3 và công thức 4.29 ta thấy rằng biến thiên điện áp trên dc-link khi thay đổi giá trị của tham số bộ điều chỉnh VK và giữ giá trị của hệ số suy giảm điện áp A=0 gồm 2 thành phần. - Hình 4.4 Dòng điện của BTB converter khi A = 0 a) Dòng điện phía BTB converter 1, b) Dòng điện phía BTB converter 2 4.3 Tính công suất trao đổi của hệ thống trong điều kiện suy giảm điện áp Từ phương trình (3.5) với điều kiện **1 1 2 10q q q qi i i i. - Từ đó thành phần 1 chiều của dao động điện áp là 1221..5. - 18 Chƣơng 2: VẤN ĐỀ SUY GIẢM ĐIỆN ÁP TRÊN LƢỚI. - 20 2.1 Những nguyên nhân gây ra suy giảm điện áp trên lưới. - 20 2.2 Các dạng suy giảm điện áp thường gặp. - 30 3.2.2 Bộ điều chỉnh điện áp. - 43 Chƣơng 4: ẢNH HƢỞNG CỦA SUY GIẢM ĐIỆN ÁP TỚI HỆ THỐNG BTB. - Tính toán điện áp trên dc – link trong điều kiện suy giảm điện áp. - 47 4.1.1 Ảnh hưởng của hệ số suy giảm điện áp tới dc – link. - 50 4.1.2 Ảnh hưởng của tham số bộ điều chỉnh điện áp tới dc – link. - 51 4.2 Tính toán dòng điện của BTB converter trong điều kiện suy giảm điện áp. - Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu : “Ảnh hưởng của lõm điện áp đến hoạt động của bộ biến đổi Back To Back” do TS. - 9 Hình 1.2.3: Dao động điện áp thanh cái 500kV Tân Định với 2 trường hợp bù công suất phản kháng bằng SVC và STATCOM. - Suy giảm điện áp do khởi động động cơ. - Suy giảm điện áp do đóng máy biến áp. - Suy giảm điện áp do lỗi một pha. - Một số dạng mất cân bằng điện áp hay gặp. - Các dạng mất cân bằng điện áp của từng khu vực. - 28 Hình 3.5 Đồ thị vector điện áp của hệ thống BTB. - Sơ đồ khối bộ điều chỉnh điện áp. - 39 Hình 3.15 Đồ thị điện áp của hệ thống khi hoạt động bình thường. - 43 Hình 3.18 Các giá trị điện áp của hệ thống khi có suy giảm điện áp. - 44 Hình 3.19 Các giá trị dòng điện của hệ thống khi có suy giảm điện áp. - 45 Hình 3.20 Công suất trao đổi của hệ thống khi có suy giảm điện áp. - Biến thiên điện áp trên dc – link. - 50 Hình 4.3 Ảnh hưởng của VK đến điện áp trên dc – link
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt