Nghiên cứu thiết kế bộ bù lấp lõm điện áp dùng cấu trúc hai bộ biến đổi

Một cấu trúc DVR truyền thống chủ yếu bao gồm các bộ biến đổi được nối liên tiếp với nhau thông qua một tụ điện dc, được sử dụng như một bộ lưu trữ năng lượng, hoặc có thể sử dụng một bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

TRẦN HÀ BÌNH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ BÙ LẤP LÕM ĐIỆN ÁP

DÙNG CẤU TRÚC HAI BỘ BIẾN ĐỔI

Chuyên ngành: Điều khiển và Tự động hóa

M ỤC LỤC

DANH M ỤC BẢNG SỐ LIỆU 1

DANH M ỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 2

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 3

L ỜI NÓI ĐẦU 6

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LÕM ĐIỆN ÁP VÀ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 8 1.1 Lõm điện áp 8

1.1.1 Định nghĩa lõm điện áp 8

1.1.2 Ảnh hưởng của lõm điện áp 9

1.1.3 Nguyên nhân của lõm điện áp 10

1.1.4 Đặc điểm của lõm điện áp 11

1.2 Các thi ết bị giảm lõm điện áp 15

1.2.1 Bộ máy phát - động cơ 15

1.2.2 Các thiết bị giảm thiểu dựa trên biến áp 16

1.2.3 Bộ chuyển mạch tĩnh (STS) 17

1.2.4 Nguồn cung cấp liên tục (UPS) 18

1.2.5 Bộ khôi phục điện áp động (DVR) 19

1.3 Phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp và kết luận 24

Chương 2 BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG 25

2.1 Các c ấu trúc cho hệ thống DVR 25

2.1.1 Cấu trúc DVR sử dụng bộ lưu trữ năng lượng .25

2.1.2 Cấu trúc DVR hai bộ biến đổi không sử dụng bộ lưu trữ năng lượng .27

2.1.3 So sánh các cấu trúc .30

2.2 B ộ biến đổi cho DVR 31

2.2.1 Bộ biến đổi chỉnh lưu AC/DC .31

2.2.2 Bộ biến đổi nghịch lưu DC/AC .32

2.2.3 So sánh các cấu trúc và kết luận .34

2.3 Phương pháp kết nối DVR với lưới điện 35

ấu trúc DVR có bộ biến đổi nối lưới thông qua máy biến áp .35

2.3.2 Cấu trúc DVR có bộ biến đổi nối lưới trực tiếp .36

2.4 H ệ thống bảo vệ cho DVR và một số thiết bị khác trong hệ thống DVR 37

2.4.1 Bảo vệ ngắn mạch 37

2.4.2 Bảo vệ hở mạch lưới 38

2.4.3 Bộ lọc tần số chuyển mạch .39

2.4.4 Các phương pháp tích trữ năng lượng .41

2.5 Tóm t ắt và kết luận 43

Ch ương 3 THIẾT KẾ PHẦN MẠCH LỰC CHO HỆ THỐNG DVR 44

3.1 Các thông s ố đầu vào ban đầu để tính toán DVR 44

3.2 C ấu trúc mạch lực của DVR và tính toán các tham số cần thiết 45

3.2.1 Thiết kế bộ biến đổi nguồn áp (VSC) sử dụng trong DVR .46

3.2.2 Thiết kế tụ điện DC-link .48

3.2.3 Thiết kế máy biến áp nối tiếp .50

3.2.4 Thiết kế bộ lọc LC .51

3.2.5 Tính toán công suất của DVR .53

3.3 T ổng hợp thông số mạch lực của hệ thống và DVR 54

Chương 4 ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG DVR 56

4.1 Quá trình kh ởi động, các chế độ hoạt động và hạn chế của DVR 56

4.1.1 Các chế độ hoạt động của DVR .56

4.1.2 Quá trình khởi động của DVR .57

4.1.3 Những hạn chế của DVR trong quá trình hoạt động .57

4.2 Phương pháp tạo điện áp chèn 58

4.2.1 Phương pháp tạo điện áp chèn với lõm điện áp cân bằng .58

4.2.2 Phương pháp tạo điện áp chèn với lõm điện áp không cân bằng .63

4.2.3 Phương pháp tạo điện áp chèn đối với các loại tải khác nhau .65

4.2.4 Tổng kết và nhận xét các phương pháp điều khiển .67

4.3 Thi ết kế cấu trúc điều khiển DVR 67

4.3.1 Xây dựng mô hình toán học của DVR 67

4.3.2 Cấu trúc điều khiển DVR .71

4.3.3 Thuật toán điều khiển DVR .74

4.3.4 Cấu trúc điều khiển cho hệ thống DVR .76

4.3.5 Xây dựng bộ điều khiển cho hệ thống DVR .77

4.4 Điều khiển phát hiện lõm điện áp 80

4.5 Điều khiển đồng bộ lưới 83

Chương 5 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG DVR 87

5.1 Xây d ựng mô hình mô phỏng 87

5.1.1 Tham số của hệ thống .87

5.1.2 Mô hình hệ thống DVR và lưới .89

5.1.3 Mô hình hệ thống điều khiển DVR 89

5.1.4 Tổng hợp sơ đồ mô phỏng trên Matlab – Simulink .90

5.2 K ết quả mô phỏng và nhận xét 92

5.2.1 Trường hợp sự cố lõm điện áp ba pha chạm đất .92

5.2.3 Trường hợp sự cố lõm điện áp hai pha chạm đất .93

5.2.4 Trường hợp sự cố lõm điện áp một pha chạm đất .95

5.3 Nh ận xét chung 96

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 99

Danh mục bảng số liệu

Bảng 3.1: Các thông số đầu vào nguồn và tải của hệ thống 44

Bảng 3.2: Bảng tham số của hệ thống DVR sau khi tính toán 54

Bảng 5.1: Bảng thông số mô phỏng 88

Danh mục các từ viết tắt

DVR Dynamic Voltage Restorer Bộ khôi phục điện áp động

UPS Uninterruptible Power Supply Nguồn cung cấp liên tục

RMS Root Mean Square Điện áp hiệu dụng

LV Low Voltage Cấp điện áp thấp

AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều

DC Direct Current Dòng điện một chiều

STS Static Transfer Switch Bộ chuyển đổi mạch tĩnh

VSC Voltage Source Converters Bộ chuyển đổi nguồn điện áp

IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor Transistor có cực điều khiển cách ly PWM Pulse-Width Modulation Phương pháp điều chế độ rộng xung PLL Phase-Locked Loop Vòng khóa pha

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Các sự cố điện áp định nghĩa theo IEEE Std 1159-1995; [27] 8

Hình 1.2 Lõm điện áp một pha 60% và xảy ra trong 4 chu kỳ [27] 9

Hình 1.3 Điện áp tại các điểm O1,O2 và O3 đối với ngắn mạch tại điểm SC và một nguồn tương đương 12

Hình 1.4 Bộ máy phát- động cơ 3 pha 15

Hình 1.5 Sơ đồ thiết bị giảm lõm điện áp sử dụng máy biến áp ferro - resonant 16

Hình 1.6 Sơ đồ thiết bị giảm lõm điện áp sử dụng máy biến áp với các khóa chuyển đổi bán dẫn 17

Hình 1.7 Sơ đồ bộ chuyển mạch tĩnh 18

Hình 1.8 Sơ đồ UPS ba pha 19

Hình 1.9 Bộ khôi phục điện áp động DVR 19

Hình 1.10: a) Sơ đồ miêu tả nguyên hoạt động của DVR; b) Sơ đồ đơn giản hóa hoạt động của DVR 20

Hình 1.11 Đồ thị vectơ thể hiện nguyên lý bù lõm, [14] 21

Hình 1.12: Cấu trúc chung của bộ khôi phục điện áp động 21

Hình 1.13: DVR được kết nối tại cấp trung áp trong hệ phân phối, [13] 23

Hình 1.14: DVR được kết nối tại cấp hạ áp trong hệ phân phối, [13] 23

Hình 2.1: Cấu trúc DVR có bộ lưu trữ năng lượng với điện áp DC biến đổi, [13] 26

Hình 2.2: Cấu trúc DVR có điện áp DC-link không đổi, [13] 27

Hình 2.3: Cấu trúc DVR có bộ biến đổi AC/DC mắc phía nguồn, [13] 28

Hình 2.4: Cấu trúc DVR có bộ biến đổi AC/DC mắc phía tải, [13] 29

Hình 2.5: Bộ biến đổi chỉnh lưu cầu ba pha sử dụng cho DVR 31

Hình 2.6: Bộ biến đổi nghịch lưu cầu ba pha kết nối với máy biến áp kiểu sao/sao hở 32

Hình 2.7: Bộ biến đổi nghịch lưu cầu ba pha kết nối với máy biến áp kiểu tam giác/sao hở, [13] 33

Hình 2.8 Bộ biến đổi dùng ba bộ biến đổi cầu một pha kết nối với máy biến áp kiểu sao/sao hở, [13] 33

Hình 2.9 Bộ biến đổi đa mức (diode kẹp điểm trung tính) nối máy biến áp kiểu tam giác/sao hở, [13] 34

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 2.10: Ví dụ về cấu trúc DVR có bộ biến đổi nối lưới thông qua máy biến áp, [13]

35

Hình 2.11: Ví dụ về một cấu trúc DVR có bộ biến đổi nối lưới trực tiếp, [13] 36

Hình 2.12: Sơ đồ bảo vệ thụ động hệ thống ngắn mạch biến áp nối tiếp 37

Hình 2.13: Sơ đồ bảo vệ hệ thống biến đổi 37

Hình 2.14: Đường đi dòng điện trong trạng thái ngắn mạch: a) Trạng thái OFF khi ngắt mạch tất cả các chuyển mạch BBĐ, b) Trạng thái NULL các chuyển mạch ngắn mạch ở phía AC của BBĐ 38

Hình 2.15: Các tình trạng hỏng hóc với sự có mặt của hệ thống DVR: (a) hở mạch phía nguồn, (b) ngắn mạch phía nguồn, trong đó k là hệ số chia điện áp phụ thuộc vào trở kháng các tải 39

Hình 2.16: Bộ lọc LC ở phía bộ biến đổi 40

Hình 2.17: Bộ lọc LC phía nguồn 41

Hình 3.1: Sơ đồ mạch nguồn và tải 44

Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc mạch lực cho DVR sử dụng ba bộ biến đổi một pha, có bộ biến đổi AC/DC mắc phía tải 45

Hình 3.3 Cấu trúc 1 pha bộ biến đổi DC/AC của DVR 46

Hình 3.4: Sơ đồ tương đương một pha của hệ thống sử dụng bộ lọc LC 51

Hình 4.1 Đồ thị vector của phương pháp trước lõm 59

Hình 4.2 Đồ thị vector của phương pháp đồng pha 61

Hình 4.3 Đồ thị vector của phương pháp tối ưu hóa năng lượng 62

Hình 4.4: Sơ đồ vector mô tả a phương pháp tạo điện áp chèn vào trên lưới điện ba pha.a) Phương pháp “Trước lõm”; b) Phương pháp “Đồng pha; c)Phương pháp “Tối ưu năng lượng” 64

Hình 4.5: Sơ đồ đơn giản hóa bộ biến đổi VSC và bộ lọc LC 68

Hình 4.6 Mô hình tương đương của bộ biến đổi VSC và bộ lọc LC 68

Hình 4.7 Mô hình đơn giản bộ biến đổi VCS và bộ lọc LC 69

Hình 4.8: Sơ đồ cấu trúc mạch tương đương của bộ biến đổi VCS và bộ lọc LC 69

Hình 4.9: Mô hình DVR trên hệ trục tọa độ dq 70

Hình 4.10: Cấu trúc điều khiển truyền thẳng cho DVR 71

Hình 4.11: Điều khiển phản hồi cho DVR 72

Hình 4.12: Cấu trúc điều khiển hai mạch vòng cho DVR 73

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 4.13: Minh họa một cấu trúc điều khiển hệ thống DVR trên hệ tọa độ cực 75

Hình 4.14: Sơ đồ cấu trúc điều khiển của hệ thống DVR 76

Hình 4.15: Mạch vòng điều khiển dòng điện 78

Hình 4.16: Sơ đồ cấu trúc mô hình bộ điều khiển dòng điện 78

Hình 4.17: Mạch vòng điều khiển điện áp 79

Hình 4.18: Cấu trúc bộ điều khiển điện áp 80

Hình 4.19: Phát hiện một lõm điện áp không đối xứng: a) Điện áp nguồn ba pha với các lỗi nét liền) và không lỗi (nét chấm gạch); b) Phương pháp 1 Độ lớn của vector không gian; c) Phương pháp 2 ước tính các thành phần d và q; d) Phương pháp 3, độ lớn của sai lệch vector, [13] 82

Hình 4.20 Nguyên tắc hoạt động của mạch phát hiện có khả năng ngăn ngừa xung ngắn và tín hiệu rơle on và off, [13] 83

Hình 4.21: Sơ đồ cấu trúc vòng khóa pha PLL 84

Hình 4.22: Mô hình hóa cấu PLL để đồng bộ DVR vào lưới, [13] 84

Hình 5.1: Sơ đồ mô phỏng trên phần mềm Matlab – Simulink 91

Hình 5.2: Điện áp nguồn trong quá trình xảy ra lõm ba pha chạm đất 92

Hình 5.3: Điện áp ra mỗi nghịch lưu cầu H Va, Vb, Vc 92

Hình 5.4: Điện áp DVR bù vào lưới trong trường hợp xảy ra lõm ba pha chạm đất 93

Hình 5.5: Điện áp tải sau khi được khôi phục trong trường hợp xảy ra lõm ba pha chạm đất 93

Hình 5.6: Điện áp nguồn trong quá trình xảy ra lõm hai pha chạm đất 94

Hình 5.7 Điện áp ra mỗi nghịch lưu cầu H Va, Vb 94

Hình 5.8 Điện áp DVR chèn vào lướ trong trường hợp lõm hai pha chạm đất 94

Hình 5.9 Điện áp tải sau khi được bù lõm trong trường hợp xảy ra lõm hai pha chạm đất 95

Hình 5.10: Điện áp lõm một pha chạm đất 95

Hình 5.11: Điện áp ra mỗi nghịch lưu cầu H Va 96

Hình 5.12: Điện áp bù của DVR trong trường hợp xảy ra lõm một pha chạm đất 96

Hình 5.13: Điện áp tải sau khi được khôi phục trường hợp lõm một pha chạm đất 96

Lời nói đầu

L ỜI NÓI ĐẦU

Lõm điện áp là một hiện tượng suy giảm điện áp tức thời đột ngột trên hệ thống lưới điện, tuy chỉ xảy ra trong một khoảng thời gian rất ngắn những lõm điện áp là một trong những mối quan tâm hàng đầu trong vấn đề chất lượng điện năng Nó có thể là nguyên nhân gây ra vấn đề về điện áp cho một số phụ tải nhạy cảm hoặc cuộn dây của rơle Trong một số trường hợp các thiết bị này có thể đóng vai trò chủ chốt trong toàn

bộ dây chuyền hoạt động của nhà máy, hoặc trong hệ thống điều khiển hoặc xử lý số

liệu có thể dẫn tới gián đoạn hoặc mất thông tin, cũng dẫn đến những hậu quả nghiêm

trọng Một trong những giải pháp hiệu quả để khắc phục lõm điện áp đó là sử dụng bộ khôi phục điện áp động DVR, đây là một giải pháp tiết kiệm hoặc áp dụng đối với

những hệ thống không thể thực hiện được việc cải tạo

Một cấu trúc DVR truyền thống chủ yếu bao gồm các bộ biến đổi được nối liên

tiếp với nhau thông qua một tụ điện dc, được sử dụng như một bộ lưu trữ năng lượng,

hoặc có thể sử dụng một bộ lưu trữ năng lượng riêng như cuộn cảm siêu dẫn, acquy, tụ điện hai lớp… để cung cấp năng lượng cho hệ thống DVR Khi so sánh với các hệ

thống cấp nguồn liên tục UPS, DVR rất có ưu thế về hiệu suất cũng như giá thành, tuy

vậy kích thước vật lý của các bộ biến đổi, bộ lưu trữ năng lượng và máy biến áp nối

tiếp lại là một hạn chế để DVR có thể được ứng dụng rộng rãi Gần đây, sự tiến bộ đáng kể trong công nghệ bán dẫn đặc biệt là sự ra đời của các van IGBT thế hệ mới đã làm giảm đáng kể kích thước và giá thành của các bộ biến đổi tuy nhiên các yếu tố về

bộ lưu trữ năng lượng và biến áp nối tiếp vẫn chưa được khắc phục Do đó luận văn này sẽ trình bày về cấu trúc DVR sử dụng hai bộ biến đổi trong đó bộ biến đổi AC/DC được kết nối ở phía tải và bộ biến đổi DC/AC bù điện áp được kết nối phía nguồn Hai

bộ biến đổi này được kết nối thông qua một tụ điện dc rất nhỏ, tụ điện này không đóng

bất cứ vai trò nào trong việc cung cấp năng lượng cho hệ thống mà chỉ có tác dụng làm

mịn điện áp ra của bộ biến đổi nghịch lưu Mặt khác cấu trúc này không sử dụng bộ lưu trữ năng lượng mà lấy năng lượng trực tiếp từ nguồn để bù lõm điện áp do đó có

thể giảm đáng kể kích thước cũng như giá thành cho hệ thống

Đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu thiết kế bộ bù lấp lõm điện áp dùng cấu trúc hai b ộ biến đổi” tập trung nghiên cứu thiết kế một DVR không sử dụng kho tích trữ

Lời nói đầu

năng lượng có khả năng tự động bù lõm điện áp trong một khoảng thời gian tương đối dài, đảm bảo các hoạt động an toàn cho các tải nhạy cảm

Luận văn được trình bày gồm 5 chương với nội dung như sau:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về lõm điện áp, ảnh hưởng, nguyên nhân, đặc điểm và các biện pháp khắc phục lõm điện áp Chỉ ra ưu nhược điểm của từng biện pháp và đi sâu vào phân tích hệ thống khôi phục điện áp động DVR

Chương 2: Trình bày chi tiết các thành phần cấu tạo nên bộ khôi phục điện áp động DVR, phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp khác nhau Từ đó lựa

chọn cấu trúc DVR không sử dụng bộ tích trữ năng lượng xây dựng một hệ thống DVR làm nền tảng để tính toán trong chương tiếp theo

Chương 3: Trình bày phương pháp phân tích cấu trúc phần lực của DVR và tính

chọn mạch lực

Chương 4: Giới thiệu về các vấn đề cần điều khiển trong hệ thống DVR: Điều khiển điện áp chèn, điều khiển đồng bộ lưới, điều khiển phát hiện lõm điện áp Từ đó xây dựng bộ điều khiển cho hệ thống DVR dựa trên cấu trúc mạch lực trong chương 3

và các chiến lược điều khiển điện áp được trình bày trong chương 4

Chương 5: Mô phỏng sử dụng phần mềm Matlab/Simulink, đưa ra các kết quả

mô phỏng phục vụ nghiên cứu thực nghiệm DVR trong thực tế

Để hoàn thành đề tài này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS Dương Minh Đức và thầy giáo TS Phạm Việt Phương người đã tạo điều kiện để em

tiếp xúc với luận văn này Trong quá trình thực hiện luận văn, thầy đã tận tình định hướng, hướng dẫn, cung cấp những kiến thức cần thiết Đặc biệt thầy luôn theo dõi sát sao tiến độ làm việc cũng như quá trình làm việc, kết quả hàng tuần để giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Hà N ội, ngày 22 tháng 11 năm 2016

H ọc viên thực hiện

Trần Hà Bình

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LÕM ĐIỆN ÁP VÀ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

Trong chương này sẽ trình bày tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc

phục lõm điện áp Trong đó ta sẽ so sánh ưu nhược điểm của các phương pháp trên và nêu bật được tính hiệu quả của bộ khôi phục điện áp (DVR) Và tập trung nghiên cứu

về bộ khôi phục điện áp động (DVR) dựa trên việc điều khiển các bộ biến đổi điện tử công suất Nội dung trong chương này được tham khảo từ các tài liệu [1], [3], [6], [7], [9], [10], [11], [12], [13], [14]

1.1 Lõm điện áp

1.1.1 Định nghĩa lõm điện áp

Theo IEEE Std 1159-1995, lõm điện áp là hiện tượng suy giảm điện áp tức

th ời đột ngột tại một thời điểm mà giá trị điện áp hiệu dụng (RMS) của nó giữa 10% đến 90% so với điện áp chuẩn, tiếp theo đó điện áp được phục hồi trong một thời gian r ất ngắn, từ một nửa chu kỳ của điện áp lưới (10ms) đến một phút

Hình 1.1 thể hiện sự phân loại giữa lõm điện áp và các sự cố khác theo IEEE Std 1159-1995 Trong hình trên thuật ngữ “Voltage dip” hay “Voltage sag” được sử dụng để chỉ lõm điện áp, tài liệu [27]

Hình 1.1 Các s ự cố điện áp định nghĩa theo IEEE Std 1159-1995; [27]

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

Ví dụ về một lõm điện áp một pha có độ suy giảm điện áp chỉ còn lại 60% so

với điện áp chuẩn và kéo dài trong 4 chu kỳ được thể hiện ở hình 1.2 dưới đây

Hình 1.2 Lõm điện áp một pha 60% và xảy ra trong 4 chu kỳ [27]

1.1.2 Ảnh hưởng của lõm điện áp

Các thiết bị như máy biến áp, động cơ cảm ứng, thiết bị chiếu sáng… và đặc

biệt là các thiết bị điện tử rất nhạy cảm với các biến động điện áp đặc biệt là lõm điện

áp, chúng đòi hỏi chất lượng điện áp cao hơn các loại tải khác Sự cố lõm điện áp có

thể gây ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị dưới đây, tài liệu [10], [13], [27]:

• Hệ truyền động điều khiển dòng xoay chiều, thường sử dụng các biến tần Sự

giảm điện áp tức thời do sự cố lõm điện áp có thể gây ra tác động của mạch bảo vệ

thấp áp của hệ thống từ đó dẫn đến ngừng động cơ Sự giảm điện áp cũng là nguyên nhân gây thay đổi vận tốc góc của động cơ, từ đó dẫn đến việc làm hỏng một số sản

phẩm trong quá trình sản xuất

• Hệ truyền động điều khiển dòng một chiều, sự giảm điện áp tức thời do lõm điện áp gây ra có thể dẫn đến sự giảm tức thời từ thông, tốc độ động cơ thay đổi đột

ngột, gây ra dòng lớn trong phần ứng động cơ Ngoài ra sự cố này có thể gây nhầm điểm chuyển mạch tự nhiên, dẫn đến hoạt động của bộ chuyển mạch không chính xác,

thậm chí có thể gây ra hỏng bộ biến đổi

• Các động cơ cảm ứng cấp nguồn trực tiếp từ lưới, khi xảy lõm điện áp có thể

dẫn đến sự thay đổi vận tốc góc, dòng điện lớn và thay đổi đột ngột momen quay

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

Ngoài ra việc mất cân bằng điện áp nguồn còn gây giảm momen có ích trên trục động

cơ, tỏa nhiệt tăng trong các cuộn dây và tăng tổn hao công suất do sinh ra các dòng điện cảm ứng trong cuộn dây phần tĩnh và phần động

• Ảnh hưởng đến các thiết bị đo lường điện tử, lõm điện áp xảy ra sẽ dễ gây nhiễu loạn, sai số trong các phép đo

• Ảnh hưởng đến các biến áp năng lượng, sự giảm điện áp nguồn trên cuộn sơ

cấp của biến áp dẫn đến việc hình thành từ thông một chiều dẫn đến tăng giá trị tức

thời từ thông trên giá trị tối đa đối với một đường đặc tính từ hóa, máy biến áp sẽ đi vào trạng thái bão hòa

• Ảnh hưởng đến thiết bị chiếu sáng và các thiết bị văn phòng: sự giảm điện áp

tức thời có thể gây nên tình trạng nhấp nháy đèn và tình trạng giảm cường độ sáng của đèn, có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị văn phòng

1.1.3 Nguyên nhân của lõm điện áp

Lõm điện áp có thể xảy ra do hậu quả của ngắn mạch, các lỗi chạm đất, máy

biến áp năng lượng hoặc các động cơ cảm ứng có công suất lớn kết nối vào lưới Ta có

thể đưa ra một số nguyên nhân gây lõm điện áp như sau, tài liệu [9], [10], [13]:

• Việc đóng hay ngắt của các máy cắt tại các trạm phân phối điện năng sẽ làm cho đường dây bị ngắt kết nối tức thời Tất cả các đường dây được cung cấp bởi các

trạm tương đương sẽ xuất hiện lõm điện áp Độ sâu của lõm điện áp tại các nơi sảy ra

phụ thuộc vào điện áp cung cấp và khoảng cách đến nơi xảy ra sự đóng cắt

• Sự quá tải hay lỗi của các thiết bị điện có công suất lớn cũng có thể gây ra lõm điện áp cho các đường dây khác thông qua hệ thống cung cấp

• Thời tiết xấu: sét đánh vào một đường dây điện và tiếp tục dẫn xuống đất, gió

mạnh có thể làm đổ cây vào đường dây hay tuyết rơi cũng có thể gây hiện tượng chạm đất cho đường dây, gây ra lõm điện áp cho các vị trí khác nhau trong hệ thống cung

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

• Một số hoạt động xây dựng cũng có thể gây lỗi cho đường dây điện ngầm dưới lòng đất

• Các hoạt động của một nhà máy công nghiệp cũng có thể gây ra lõm điện áp cho các khu vực địa phương như việc khởi động các động cơ lớn cùng lúc…

1.1.4 Đặc điểm của lõm điện áp

a Độ lớn lõm điện áp: là điện áp hiệu dụng theo phần trăm hoặc một đơn vị tương

đối (p.u) còn lại khi sự cố lõm điện áp xảy ra Điện áp hiệu dụng này được tính theo (1.1), tài liệu [14]

𝑉𝑟𝑚𝑠(𝑘) = �𝑁1∑𝑘 𝑣𝑖2

𝑖=𝑘−𝑁+1 (1.1) Trong đó: N là số lượng mẫu trên mỗi chu kỳ, vi là điện áp tức thời lấy mẫu và

k là thời điểm khi tính điện áp hiệu dụng Ở đây, điện áp hiệu dụng được tính toán với

N mẫu điện áp tức thời trước đó Ngoài ra nó có thể ước tính giá trị điện áp hiệu

dụng chỉ bằng một nửa chu kỳ của giá trị tức thời

𝑉𝑟𝑚𝑠(1/2)(𝑘) = �𝑁2∑𝑘 𝑣𝑖2

𝑖=𝑘−𝑁/2+1 (1.2)

Độ lớn của lõm điện áp là một giá trị ngẫu nhiên, phụ thuộc vào khoảng cách

của lõm tới vị trí xảy ra sự cố ngắn mạch và nguồn cung cấp

Xét trường hợp một lỗi ngắn mạch với trở kháng tại điểm ngắn mạch bằng không, hệ thống có thể được đại diện bởi một mạch tương đương một pha như trong hình 1.3

Điện áp tại các điểm xem xét O1, O2 hay O3 phụ thuộc vào trở kháng tương đương kết nối điểm đó đến vị trí ngắn mạch (SC) và nguồn Tùy thuộc vào độ lớn

tương đối của các trở kháng, độ sâu của các lõm điện áp có thể khác nhau trên phạm vi 0-100%

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

Hình 1.3 Điện áp tại các điểm O1,O2 và O3 đối với ngắn mạch tại điểm SC

và m ột nguồn tương đương

Điểm cần được xem xét gần vị trí ngắn mạch thì điện áp còn lại là thấp hơn

Mặt khác, gần các điểm được coi là nguồn cung cấp (thông thường, một nguồn năng

lượng, mà cũng có thể là một bảng các tụ điện, pin, máy quay, …), điện áp sụt giảm ít hơn trong thời gian xảy ra biến cố, tài liệu [14]

Ngắn mạch trên hệ thống truyền tải có thể dẫn đến một sự sụt giảm điện áp được quan sát thấy trên một khu vực rất rộng, khoảng cách có thể lên đến vài trăm kilometer Một ngắn mạch trong một mạch điện phân phối có ảnh hưởng trong phạm

vi nhỏ hơn nhiều

b Kho ảng thời gian lõm điện áp: Là khoảng thời gian giảm điện áp hiệu dụng

từ 10% đến 90% của lõm điện áp danh định, tài liệu [10], [14]

Thời gian lõm điện áp chủ yếu được xác định bởi thời gian hoạt động của thiết

bị bảo vệ để loại bỏ ngắn mạch từ hệ thống, chủ yếu là cầu chì, máy cắt và rơle bảo

vệ Các đặc tính thời gian của các thiết bị bảo vệ sẽ được được phân chia và phối hợp

với nhau, do đó, một lỗi được phát hiện bởi một số thiết bị bảo vệ sẽ được hủy bỏ tại điểm thích hợp nhất của hệ thống, thông thường, gần nhất với vị trí lỗi

Nhiều lỗi được hủy bỏ trong phạm vi thời gian khác nhau Với thời gian nhanh hơn có thể đạt được đối với ngắn mạch trên đường dây truyền tải (từ 60 đến 150 ms), trong khi lỗi hủy bỏ trên các mạch phân phối có thể chậm hơn đáng kể (với cấp MV

từ 0,5 đến 2s, cấp LV, tùy thuộc vào đặc điểm cầu chì)

Khi một biến cố khác với một ngắn mạch, thời gian được điều chỉnh bởi nguyên nhân gây ra biến cố đó

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

d Phân lo ại lõm điện áp ba pha

Do trong thực tế có thể xảy ra rất nhiều kiểu sự cố khác nhau cũng như kiểu kết

nối của máy biến áp năng lượng với đường dây nguồn do đó có thể xuất hiện rất nhiều

những kiểu lõm khác nhau Ta có thể phân loại chúng như sau, tài liệu [9], [11], [13], [14]:

• Lõm điện áp cân bằng: là lõm có cùng độ lớn, khoảng thời gian lõm và nhảy cùng một góc pha trên cả ba pha

• Lõm điện áp không cân bằng: là các lõm điện áp có độ lớn, khoảng thời gian

xảy ra lõm và nhảy góc pha khác nhau trên ba pha Khi một lõm không cân bằng xảy

ra ngoài thành phần thứ tự thuận còn xuất hiện cả thành phần thứ tự nghịch và thành

phần thứ tự không

Bốn kiểu của lõm điện áp kết quả từ các lỗi khác nhau trên lưới điện, trong đó trị

số nhảy góc pha giả định bằng 0:

• Lõm ki ểu A: Lỗi ba pha và lỗi ba pha chạm đất (Three-phase fault and

three-phase-to-ground fault)

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

• Lõm ki ểu B: Lỗi một pha chạm đất (Single-phase-to-ground fault)

• Lõm kiểu C: Lỗi pha chạm pha (Phase-to-phase fault)

• Lõm kiểu D: Lỗi hai pha chạm đất (Two-phase to ground fault)

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

1.2 Các thi ết bị giảm lõm điện áp

Có nhiều giải pháp khác nhau để giảm thiểu ảnh hưởng của lõm điện áp, có thể phân biệt ba giải pháp sau đây Cải tạo hệ thống điện: Là giải pháp giảm thiểu thông qua việc can thiệp vào hệ thống điện, xem xét cả những thay đổi trong các thành phần điện của hệ thống và trong cấu trúc của nó.Tăng khả năng "miễn dịch" của thiết bị:

Tăng khả năng chịu đựng của thiết bị điện trước những ảnh hưởng của lõm điện áp các nhiễu loạn điện áp Thiết bị giảm thiểu: Lắp đặt thiết bị có khả năng giảm thiểu lõm điện áp vào điểm kết nối của hệ thống điện, trước các phụ tải nhạy cảm để bảo vệ

tải, tài liệu [10], [12], [13], [23]

Trong số những giải pháp trên, khách hàng dùng điện chỉ có thể lựa chọn là giải pháp lắp đặt thiết bị giảm thiểu, vì họ có thể kiểm soát được tình hình Có thể phân chia các thiết bị giảm thiểu làm hai nhóm chính:

• Giảm thiểu bằng các thiết bị thụ động, dựa trên các thiết bị kỹ thuật cổ điển như máy biến thế hoặc máy điện quay

• Thiết bị giảm thiểu dựa trên bộ biến đổi điện tử công suất

Trong số các thiết bị của giải pháp giảm thiểu, DVR là thiết bị tiết kiệm và đưa

lại hiệu quả tốt nhất trong khôi phục điện áp tải để chống lại ảnh hưởng của lõm điện

áp Sau đây sẽ trình bày tóm tắt các phương pháp giảm thiểu trước khi đi sâu vào tìm

hiểu kỹ hơn về DVR

1.2.1 B ộ máy phát - động cơ

Bộ lưu trữ năng lượng của hệ máy phát – động cơ thông qua một bánh đà như

thể hiện trong hình 1.4, tài liệu [23]

Hình 1.4 B ộ máy phát- động cơ 3 pha

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

Hệ thống bao gồm một động cơ (có thể là động cơ cảm ứng hoặc một máy đồng bộ), một máy phát điện đồng bộ cung cấp cho tải nhạy cảm và một bánh đà,

tất cả được nối đồng trục với nhau Năng lượng tích trữ dưới dạng quán tính của bánh

đà được chuyển đổi sử dụng để thực hiện điều chỉnh điện áp ở trạng thái xác lập

hoặc bù điện áp trong quá trình rối loạn Trong trường hợp các lõm điện áp, hệ thống

có thể bị ngắt kết nối từ nguồn điện bằng cách mở contactor nằm ở phía trước nguồn động cơ nhưng tải nhạy cảm vẫn có thể được cung cấp điện thông qua máy phát điện

Khả năng giảm thiểu của thiết bị này phụ thuộc đến quán tính và tốc độ quay của bánh

đà Hệ thống này có hiệu quả cao, chi phí ban đầu thấp và cho phép đáp ứng trong khoảng thời gian vài giây nhưng chỉ có thể được sử dụng trong môi trường công nghiệp, do kích thước của nó, tiếng ồn và yêu cầu bảo trì

1.2.2 Các thi ết bị giảm thiểu dựa trên biến áp

Máy biến áp cộng hưởng sắt từ làm việc một cách tương tự như máy biến áp

với tỷ số 1:1 lần lượt được kích thích ở một điểm cao trên đường cong bão hòa của

nó, do đó sẽ cung cấp một điện áp đầu ra không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của điện áp đầu vào Trong thiết kế thực tế, như trong hình 1.5, một tụ điện, kết nối với các cuộn dây thứ cấp có tác dụng để thiết lập các điểm làm việc trên chỗ uốn của đường cong bão hòa Giải pháp này là thích hợp cho công suất thấp (ít hơn 5 kVA),

tải không đổi Với tải biến đổi có thể gây ra một số vấn đề, do sự hiện diện của mạch điều chỉnh ở đầu ra của hệ thống này Mặt khác do có bão hòa nên hình dáng điện áp

ra bị méo dạng, tài liệu [23]

Hình 1.5 Sơ đồ thiết bị giảm lõm điện áp sử dụng máy biến áp ferro - resonant

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

Hình 1.6 Sơ đồ thiết bị giảm lõm điện áp sử dụng máy biến áp với các khóa chuyển

đổi bán dẫn

Hình 1.6 là cấu trúc có bổ sung các phân nhánh điện tử được gắn trên một máy biến áp chuyên dụng cho tải nhạy cảm Để thay đổi tỷ lệ lần lượt theo những thay đổi trong điện áp đầu vào bằng việc tự động điều khiển đóng cắt các phân nhánh điện

tử của máy biến áp Các phân nhánh điện tử được kết nối nối tiếp trên các đầu ra phân

phối và được đặt giữa nguồn cung cấp và tải Một phần của cuộn dây thứ cấp cung cấp

tải được chia thành một số đoạn, được kết nối hoặc ngắt kết nối bằng các thiết bị chuyển mạch tĩnh nhanh, do đó cho phép điều chỉnh điện áp thứ cấp theo các bước Điều này sẽ cho phép điện áp đầu ra được đưa trở lại mức trên 90% giá trị danh định, ngay cả đối với các lõm điện áp nghiêm trọng

Nếu thiết bị chuyển mạch là các van bán dẫn thyristor được sử dụng, chúng chỉ

có thể được bật một lần trên mỗi chu kỳ và do đó bù sẽ được thực hiện với thời gian

trễ của nó ít nhất một nửa chu kỳ Một vấn đề nữa là dòng điện trong cuộn dây sơ cấp tăng khi điện áp thứ cấp được tăng lên để bù cho lõm trong điện áp lưới, vì vậy chỉ có các bước nhỏ ở phía bên thứ cấp của biến áp được phép điều chỉnh và phải đảm bảo dòng điện tải là liên tục

1.2.3 B ộ chuyển mạch tĩnh (STS)

Bộ chuyển mạch tĩnh (STS) bao gồm các chuyển mạch tĩnh ba pha, cấu tạo lần lượt của mỗi pha với hai thyristors nối song song ngược với nhau, như thể hiện trong hình 1.7, tài liệu [23]

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

Hình 1.7 Sơ đồ bộ chuyển mạch tĩnh

Mục đích của thiết bị này là để chuyển tải từ một nguồn chính sang một nguồn

phụ tự động và nhanh chóng khi điện áp lõm xuất hiện từ phía nguồn chính và trong khi nguồn thứ hai có khả năng đáp ứng yêu cầu về công suất và chất lượng nhất định Trong quá trình hoạt động bình thường, nguồn chính cấp điện cho tải qua các bộ chuyển đổi thyristors 1, trong khi nguồn thứ hai được ngắt kết nối (bộ chuyển mạch 2

mở) Trong trường hợp xuất hiện các lõm điện áp hoặc bị gián đoạn trong nguồn chính, tải sẽ được chuyển từ nguồn chính đến nguồn dự phòng Phương pháp điều khiển để có được chuyển đổi tức thời của tải có thể được thông qua

Tuy nhiên, sự kết nối song song giữa hai nguồn trong lúc chuyển đổi phải được tránh.Vì lý do này, thời gian chuyển đổi có thể mất đến một nửa chu kỳ Điều này có

nghĩa là tải vẫn sẽ bị ảnh hưởng bởi lõm, nhưng thời gian của nó sẽ được giảm đến

thời gian cần thiết để chuyển đổi tải từ nguồn chính đến nguồn thứ hai Nhược điểm của STS là nó không thể giảm nhẹ nguồn phát các lõm điện áp do các lỗi trong

hệ thống truyền tải, trong khi các kiểu lõm thường ảnh hưởng đến cả nguồn chính và nguồn thứ hai Hơn nữa, nó liên tục dẫn dòng điện tải, dẫn đến tổn thất dẫn đáng kể

1.2.4 Ngu ồn cung cấp liên tục (UPS)

Nguồn cung cấp liên tục (UPS), bao gồm một chỉnh lưu diode theo sau là bộ biến

tần, như thể hiện trong hình 1.8 Bộ phận lưu trữ năng lượng thường là một acquy kết

nối để liên kết DC Trong quá trình hoạt động bình thường (online), nguồn điện đến

từ nguồn cung cấp AC đã được chỉnh lưu và sau đó qua bộ biến đổi nghịch lưu trở thành nguồn xoay chiều trở lại cung cấp cho tải Acquy vẫn còn ở chế độ chờ và chỉ

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

giữ điện áp DC - thanh cái không đổi Nếu một lõm điện áp hoặc gián đoạn xuất hiện,

năng lượng được cung cấp bằng acquy giữ điện áp tại thanh cái DC không đổi Tùy thuộc vào dung lượng lưu trữ của acquy, nó có thể cung cấp cho tải một vài phút hoặc

thậm chí vài giờ, tài liệu [23]

Hình 1.8 Sơ đồ UPS ba pha

Vận hành đơn giản, các UPS là giải pháp cho tải có công suất và điện áp thấp Đối với các tải công suất cao hơn các chi phí liên quan với tổn thất do hai bộ chuyển đổi và bảo trì của acquy trở nên quá cao Do đó, UPS ba pha công suất cao là không

khả thi về mặt kinh tế

1.2.5 B ộ khôi phục điện áp động (DVR)

a Nguyên t ắc hoạt động

Bộ khôi phục điện áp động (DVR) là một thiết bị được tạo ra với vai trò chủ

yếu để bù lõm điện áp bảo vệ cho các tải nhạy cảm, khi sự cố lõm điện áp xảy ra

sẽ tự động chèn vào một điện áp uinj(t) có biên độ, tần số và góc pha mong muốn

Ví dụ về một DVR bảo vệ tải nhạy cảm được thể hiện như trên hình 1.9, tài liệu [12], [13], [17] [23]:

Hình 1.9 B ộ khôi phục điện áp động DVR

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

Giả sử một lỗi ngắn mạch xảy ra tại điểm A, điện áp tại A bị giảm xuống 0V, điện áp tại điểm B cũng sẽ bị giảm xuống khoảng 64% Với điều kiện này chắc chắn

bất kỳ tải nhạy cảm nào cũng sẽ bị ảnh hưởng với lõm điện áp Để đảm bảo cho tải

nhạy cảm tiếp tục hoạt động, một DVR được lắp đặt tại điểm nối chung (PCC) Điện áp tại đường trục này sẽ được duy trì ở giá trị định mức do có sự hiện diện của DVR Điều này có nghĩa là khi một lõm điện áp xảy ra, một bộ khôi phục điện áp lõm

tự động phát hiện và bơm vào các thành phần điện áp để bù lại một phần hoặc toàn bộ lượng điện áp bị mất mát do lỗi để duy trì độ lớn cũng như góc pha của điện áp lưới, đảm bảo cho tải hoạt động bình thường

b)

Hình 1.10 : a) Sơ đồ miêu tả nguyên hoạt động của DVR; b) Sơ đồ đơn giản hóa hoạt

động của DVR

Trong hình 1.10 thể hiện DVR là một nguồn áp có độ lớn, góc pha và tần số

có thể điều chỉnh được, trong đó eg là điện áp lưới, einj là điện áp chèn vào và el là điện áp tải Khi xảy ra sự cố lõm điện áp, điện áp nguồn sẽ bị giảm độ lớn và nhảy góc pha, được thể hiện như vectơ Ug,sag như trên hình Để duy trì điện áp tải Ul và ngăn nhảy pha, bộ khôi phục điện áp động sẽ phải bù một điện áp Ug,sag đã được tính toán Ta có Ul = Ug,sag + Uinj, tài liệu [23] Để khôi phục được điện áp Ug,sag cả

độ lớn và góc pha, DVR phải bù cả công suất tác dụng và công suất phản kháng vào lưới

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

Hình 1.11 Đồ thị vectơ thể hiện nguyên lý bù lõm, [14]

Giả sử điện áp và dòng điện tải trong điều kiện hoạt động bình thường là 1pu, công suất được chèn vào của DVR được tính như sau:

b C ấu trúc chung và các thành phần cơ bản của DVR

Hình 1.12: C ấu trúc chung của bộ khôi phục điện áp động

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

Cấu trúc chung của DVR được cấu tạo từ các thành phần như trên hình 1.12, tài

liệu [12]:

• B ộ biến đổi: Bộ biến đổi phần lớn là bộ biến đổi nguồn áp (VSC) sử dụng

phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM), biến đổi điện áp một chiều từ link/nguồn lưu trữ thành điện áp xoay chiều để đưa vào hệ thống

DC-• Bộ lọc tần số chuyển mạch: Bộ lọc tần số chuyển mạch được thêm vào để

giảm sóng điều hòa chuyển mạch được sinh ra bởi bộ biến đổi nguồn áp

• Máy bi ến áp nối tiếp: Bộ khôi phục điện áp động được kết nối thêm máy biến

áp nối tiếp để đảm bảo cách ly về điện cho bộ biến đổi và lưới điện và làm đơn giản hóa cấu trúc bộ biến đổi cũng như thiết bị bảo vệ

• DC-link và bộ lưu trữ năng lượng: Có khả năng lưu trữ năng lượng và kết nối

với VSC để có thể tạo ra điện áp xoay chiều cần thiết bù cho một biến cố lõm điện áp khi nó xảy ra

• Thiết bị by-pass: Bảo vệ cho các lỗi quá tải của DVR, hoặc lỗi ngắn mạch phía

tải

• Thiết bị ngắt kết nối: Để đảm bảo ngắt kết nối DVR ra khỏi hệ thống khi cần

thiết hoặc khi có các trường hợp khẩn cấp cần phải ngắt mạch để đảm bảo an toàn cho

hệ thống DVR

c V ị trí của DVR trong lưới điện

• DVR được kết nối ở cấp trung áp:

Lắp đặt DVR ở cấp trung áp sẽ làm tăng trở kháng của nguồn, điều này là không đáng kể do đó việc chèn DVR vào điện áp trung áp có những lợi ích đáng kể

như sau, tài liệu [13]:

- Các trở kháng tăng lên do việc lắp đặt DVR ở cấp trung áp sẽ được xem như

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

Tuy vậy việc lắp đặt DVR ở cấp trung áp cũng có những hạn chế do việc lắp đặt DVR ở trung áp bảo vệ tải lớn do vậy công suất sẽ lớn và tổn hao cũng sẽ lớn theo,

mặt khác yêu cầu về kết nối cách ly ngắn mạch cũng yêu cầu đòi hỏi cao hơn

Hình 1.13 : DVR được kết nối tại cấp trung áp trong hệ phân phối, [13]

• DVR được kết nối ở cấp hạ áp:

Lắp đặt DVR tại cấp hạ áp hệ 400V 4 dây được thể hiện như trong hình 1.14

Hình 1.14 : DVR được kết nối tại cấp hạ áp trong hệ phân phối, [13]

Việc lắp đặt DVR tại đây sẽ làm tăng đang kể cảm kháng của tải được bảo vệ lõm điện áp tuy vậy lắp đặt DVR tại vị trí này cũng có những ưu điểm nhất định Các

tải nhạy cảm sẽ được DVR đáp ứng đúng mục tiêu, mặt khác mức độ ngắn mạch cho các biến áp phân phối cũng được giảm đáng kể và DVR sẽ dễ dàng cho việc bảo vệ hơn Tuy vậy việc tăng đáng kể trở kháng của tải được bảo vệ sẽ làm tăng biến dạng điện áp và sẽ xuất hiện thành phần điện áp thứ tự không dẫn đến thay đổi cấu trúc của DVR và phương pháp điều khiển sẽ khó khăn và phức tạp hơn, tài liệu [13]

Chương 1: Tổng quan về lõm điện áp và các biện pháp khắc phục

1.3 Phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp và kết luận

Thiết bị UPS tuy có thể bù cho mọi sự cố nhưng có giá thành rất cao trên môt

kW và tổn hao rất lớn Thiết bị SSTS có tổn hao trong thời gian chờ ít, giá thành thấp

nếu có sẵn nguồn thứ cấp, có thể bù cho mọi sự cố kể cả lõm điện áp và có hiệu suất trên chi phí đầu tư rất cao tuy vậy không phải lúc nào cũng sẵn có nguồn thứ cấp để thay thế, thời gian phản ứng đối với các sự cố tương đối chậm so với các thiết bị khác

và rất khó để thay thế nguồn cấp đã có sẵn

Qua những so sánh ở trên, DVR là thiết bị có khả năng khôi phục điện áp trên tải nhạy cảm trước những ảnh hưởng của lõm điện áp có hiệu quả nhất vì

những lý do:

- Cấu trúc liên kết nối tiếp với hệ thống có hiệu quả chống lại lõm điện áp

- Phản ứng bù có thể hỗ trợ trên tất cả các pha và có thể bù trong điều kiện lõm điện áp mất cân bằng và méo dạng

- Công suất tác dụng được tích lũy từ bộ lưu trữ năng lượng hoặc từ các pha không bị lỗi Năng lượng được tích lũy khi điện áp đầy đủ để cung cấp khi lõm điện áp

- Áp dụng linh hoạt trong hệ thống phân phối đối với các kiểu phụ tải nhạy cảm

và quan trọng khác nhau

- Giá thành hợp lý thường $200 - 250/kVA, thấp hơn so với UPS hoặc Statcom

Với những ưu điểm kể trên, luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu và phân tích

bộ bù lõm điện áp sử dụng bộ khôi phục điện áp động dựa trên những tài liệu sẵn có trong và ngoài nước

Chương 2: Bộ khôi phục điện áp động

Chương 2

BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG

Trong chương này sẽ trình bày chức năng nhiệm vụ của các thành phần trong

hệ thống, các kiểu kết nối, phương pháp bảo vệ cho DVR và cuối cùng là lựa chọn một

cấu trúc phần cứng điển hình của DVR đủ để tiếp tục nghiên cứu phát triển thuật toán điều khiển của hệ thống., các cấu trúc này có liên qua chặt chẽ đến khả năng khôi phục điện áp của DVR và chiến lược điều khiển trong việc bù lõm điện áp và các biến động điện áp trên lưới điện Các tài liệu tham khảo được sử dụng trong chương này [1], [3] [12],[13], [15], [16], [18]

2.1 Các c ấu trúc cho hệ thống DVR

Trong quá trình xảy ra lõm điện áp, hệ thống DVR sẽ đưa một điện áp chèn vào lưới và công suất tác dụng để cung cấp cho tải Để làm được điều này thì cần có một nguồn năng lượng cung cấp cho DVR Có hai phương pháp sử dụng để cấp năng lượng cho hệ thống DVR, phương pháp thứ nhất là hệ thống DVR có nguồn năng lượng được lưu trữ trong các hệ thống lưu trữ năng lượng khác nhau như: pin, acquy, siêu tụ điện, hệ thống lưu trữ kiểu bánh đà hay các cuộn cảm siêu dẫn (SMES) Phương pháp thứ hai là hệ thống DVR không có nguồn lưu trữ năng lượng: Nguồn năng lượng sẽ được lấy ra trực tiếp từ lưới thông qua hệ thống DVR và đưa ngược trở

lại vào lưới

2.1.1 C ấu trúc DVR sử dụng bộ lưu trữ năng lượng

Trong cấu trúc này, năng lượng được lưu trữ sẵn tại bộ lưu trữ trước khi xảy ra

sự cố lõm điện áp và chỉ cần một bộ biến đổi có công suất nhỏ để nạp năng lượng cho

bộ lưu trữ Có hai phương pháp được đưa ra trong cấu trúc này Phương pháp thứ nhất

là sử dụng hệ thống DVR hoạt động với điện áp DC-link không đổi, phương pháp thứ hai là sử dụng hệ thống DVR hoạt động với điện áp DC biến đổi, tài liệu [13], [16], [18]

a C ấu trúc DVR có điện áp DC-link biến đổi

Cấu trúc DVR có điện áp DC-link biến đổi được thể hiện trong hình 2.1 dưới đây, tài liệu [13]:

Chương 2: Bộ khôi phục điện áp động

Hình 2.1: C ấu trúc DVR có bộ lưu trữ năng lượng với điện áp DC biến đổi, [13]

Năng lượng được lưu trữ trong tụ DC như trên hình là một giải pháp rất phù

hợp cho DVR, đây là một cấu trúc rất đơn giản, hoạt động với điện áp DC biến đổi Năng lượng được lưu trữ Estorage tỉ lệ với bình phương điện áp định mức UDC,rated:

𝐸𝑠𝑡𝑜𝑟𝑎𝑔𝑒 =12𝐶𝐷𝐶𝑢𝐷𝐶,𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑2 (2.1)

Ở đây, uDC,rated: là điện áp DC định mức cho bộ biến đổi của DVR

Điện áp giảm theo cấp số nhân trong quá trình bù điện áp trong quá trình xảy ra

sự cố lõm điện áp, khi xảy ra sự cố lõm điện áp nghiêm trọng, khả năng bù điện áp của

cấu trúc này cũng bị sụt giảm nghiêm trọng Do đó, sử dụng bù điện áp bằng cấu trúc này chỉ có thể bù lõm điện áp ở một mức nhất định:

∆𝐸 =12𝐶𝐷𝐶(𝑢𝐷𝐶,𝑏𝑒𝑔𝑖𝑛2 − 𝑢𝐷𝐶,𝑒𝑛𝑑2 ) (2.2)

Ở đây, uDC,beginlà điện áp DC trước khi xảy ra sự cố lõm điện áp, uDC,endlà điện

áp tối thiểu được cho phép trong DVR Công suất định mức của bộ biến đổi được tính theo công thức sau đây:

𝑠𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒𝑠 = �1 − 𝑎𝑠𝑙𝑜𝑎𝑑� (2.3)

Cấu trúc điện áp DC biến đổi này có cấu cấu trúc bộ biến đổi tương đối đơn

giản, năng lượng DC được lưu trữ có thể được nạp lại bởi bộ biến đổi nối tiếp hoặc bộ

biến đổi sạc phụ trợ định mức thấp khi mà lưới điện hoạt động bình thường Tuy nhiên, việc lưu trữ năng lượng rất khó để sử dụng hiệu quả và trong một vài sự cố lõm điện áp nghiêm trọng, phần lớn của bộ lưu trữ năng lượng có thể không được sử dụng như là bộ biến đổi công suất để đưa vào điện áp qua điều chế cao như yêu cầu

Chương 2: Bộ khôi phục điện áp động

b C ấu trúc DVR có điện áp DC-link không đổi

Năng lượng được lưu trữ trược tiếp vào các thiết bị như pin, ăcquy, siêu tụ điện,

cuộn cảm siêu dẫn SMES, hệ thống DVR phải thêm vào một bộ biến đổi có công suất định mức cao Cấu trúc DVR có điện áp DC-link không đổi được thể hiện trên hình 2.2, tài liệu [13]:

Hình 2.2: C ấu trúc DVR có điện áp DC-link không đổi, [13]

Năng lượng được chuyển từ bộ lưu trữ năng lượng lớn qua một tụ DC-link lưu

trữ năng lượng nhỏ hơn để sử dụng cho bộ biến đổi DVR trong quá trình xảy ra lõm điện áp Vì thế, điện áp DC được giữ cố định Công suất của bộ biến đổi có thể được tính:

𝑆𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑦 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡 = 𝑆𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒𝑠 = ��1 − 𝑢𝑑𝑖𝑝�� cos ∅𝑙𝑜𝑎𝑑 (2.4)

Hiệu suất của cấu trúc hệ thống này được cải thiện hơn so với cấu trúc trên, nhưng chi phí cho thiết bị lưu trữ năng lượng lớn hơn rất nhiều, và cần thêm một bộ

biến đổi năng lượng riêng biệt cho nguồn lưu trữ

2.1.2 C ấu trúc DVR hai bộ biến đổi không sử dụng bộ lưu trữ năng lượng

Trên thực tế khi sự cố lõm điện áp xảy ra, vẫn con một phần điện áp trong lưới điện và nguồn cung cấp năng lượng này có thể được sử dụng để tăng năng lượng, duy trì công suất đầy tải theo yêu cầu với điện áp định mức Tuy nhiên, phương pháp này

có nhược điểm là làm tăng cường độ dòng điện trong đường dây, điều này có thể làm

sự cố lõm điện áp xảy ra nghiêm trọng hơn Mặt khác, cấu trúc này lại có thể tiết kiệm được chi phí cho phần bộ lưu trữ năng lượng, và có thể bù cho các lõm xảy ra trong

thời gian dài Đặc biệt ở những nơi có nguồn lưới khỏe, có đủ công suất cần thiết để

Chương 2: Bộ khôi phục điện áp động

tăng dòng điện cung cấp hiện tại đến bộ biến đổi AC/DC và bù lại điện áp lõm bằng bộ

biến đổi DC/AC, tài liệu [13], [16], [18]

a C ấu trúc DVR có hai bộ biến đổi điểm lấy nguồn ở phía lưới

Cấu trúc DVR có bộ biến đổi AC/DC mắc phía nguồn được thể hiện như trên hình 2.3:

Hình 2.3: C ấu trúc DVR có bộ biến đổi AC/DC mắc phía nguồn, [13]

Cấu trúc này không điều khiển được điện áp DC-link, bộ biến đổi AC/DC sẽ

nạp điện cho tụ DC-link một cách thụ động Điện áp DC-link sẽ đạt tới xấp xỉ điện áp pha của nguồn cấp, do đó trong thời gian xảy ra lõm điện áp, điện áp DC-link giảm tương ứng với điện áp lõm Công suất của hai bộ biến đổi:

ra bởi điện áp AC/DC bị tăng đáng kể trong thời gian xảy ra lõm điện áp nghiêm trọng

xảy ra trong thời gian dài Ví dụ, xảy ra lõm điện áp điện áp nguồn cấp còn 0.3pu, tại công suất định mức, dòng qua bộ biến đổi DC/AC vẫn giữ nguyên là 1pu nhưng dòng qua bộ biến đổi AC/DC lại là 2.33pu Do đó, khả năng bù lõm điện áp sâu sẽ bị giới

hạn bởi điện áp DC-link ở trong cấu trúc , điện áp nguồn bị giảm sâu dẫn đến đến áp

cấp cho bộ biến đổi AC/DC cũng bị giới hạn

Chương 2: Bộ khôi phục điện áp động

b C ấu trúc DVR có hai bộ biến đổi điểm lấy nguồn ở phía tải

Hình 2.4: C ấu trúc DVR có bộ biến đổi AC/DC mắc phía tải, [13]

Cấu trúc DVR có bộ biến đổi AC/DC mắc phía tải được thể hiện trên hình 2.4, điện áp đầu vào của bộ biến đổi AC/DC có thể diều khiển được (trong giới hạn của bộ

biến đổi DC/AC), và điện áp DC có thể giữ gần như không đổi nhờ vào hiệu quả của điện áp chèn vào từ DVR, tài liệu [13]

𝑢𝐷𝐶 = √2|𝑢𝑙𝑜𝑎𝑑| = √2�𝑢𝑠𝑎𝑔+ 𝑢𝐷𝑉𝑅� (2.7) Điện áp định mức của bộ biến đổi phụ thuộc và khả năng chèn điện áp vào và

cấp khôi phục của tải

𝑢𝐷𝐶/𝐴𝐶 = 1 − 𝑢𝐷𝐶/𝐴𝐶 (2.9) Nhưng dòng điện định mức tối đa của bộ biến đổi DC/AC tăng bởi vì nó vẫn

phải cung cấp dòng vào bộ biến đổi AC/DC như đối với tải

Chương 2: Bộ khôi phục điện áp động

Nhược điểm của cấu trúc này, đó là bộ biến đổi DC/AC phải sử lý dòng điện

lớn, ví dụ nếu điện áp nguồn cấp giảm xuống 0.3pu, với tải định mức dòng qua bộ biến đổi DC/AC sẽ là 3.33pu và dòng qua bộ biến đổi AC/DC sẽ là 2.33pu Thêm vào đó,

tải có thể bị nhiễu loạn bởi dòng điện phi tuyến bị rút ra từ bộ biến đổi AC/DC Tuy nhiên giải pháp này có hiệu quả cao do việc giữ ổn định được điện áp DC-link, việc thiết kế bộ biến đổi AC/DC sẽ đơn giản hơn

2.1.3 So sánh các c ấu trúc

Trong phần này ta sẽ thực hiện một so sánh nhỏ đối với bốn cấu trúc kể trên,

mặc dù không thể đưa ra chính xác cấu trúc nào là tối nhất nhưng có thể nhìn thấy một

số điểm khác nhau chính giữa bốn cấu trúc Mỗi cấu trúc lại có những ưu điểm riêng đối với những trường hợp sự cố lõm điện áp khác nhau

Hệ thống DVR sử dụng bộ lưu trữ năng lượng có điện áp DC-link không đổi thích hợp trong các trường hợp xảy ra lõm điện áp sâu, điện áp nguồn cung cấp sụt

giảm vượt quá 40 – 50% Tuy vậy cấu trúc này lại có những điểm hạn chế đó là tổng

thể giá thành cao cần bộ lưu trữ năng lượng lớn, cấu trúc phức tạp, hiệu suất sử dụng

bộ biến đổi thấp Hệ thống DVR sử dụng bộ lưu trữ năng lượng có điện áp DC biến đổi hoặt động kém đối với các trường hợp lõm điện áp ngắt quãng hoặc lõm điện áp kéo dài, khó điều khiển điện áp DC-link Những hạn chế này có thể chấp nhận được do

cấu trúc hệ thống đơn giản và hiệu suất sử dụng bộ biến đổi cao Mặt khác cả hai cấu trúc trên đều hoạt động rất hiệu quả đối với lõm điện áp không đối xứng

Cả hai cấu trúc DVR không sử dụng bộ lưu trữ năng lượng đều có ưu điểm là

cấu trúc hệ thống đơn giản, khả năng điều khiển dễ dàng, ngoài ra không sử dụng bộ lưu trữ năng lượng nên có ưu thế về giá thành so với hai cấu trúc kể trên Các cấu trúc này sử dụng năng lượng lấy ra từ lưới để bù lại lõm điện áp nên thích hợp với các lõm điện áp xảy ra trong thời gian dài nhưng lại không phù hợp với các lõm điên áp sâu Ngoài ra việc lấy năng lượng từ lưới cũng có những tác động nhất định trở lại với nguồn cung cấp, việc này có thể làm cho sự cố lõm điện áp xảy ra nghiêm trọng hơn

Mặt khác hai cấu trúc DVR không sử dụng bộ lưu trữ năng lượng cũng có những sự khác biệt nhất định, cấu trúc DVR có bộ biến đổi AC/DC mắc phía nguồn không điều khiển được điện áp DC-link Điện áp này sẽ tỷ lệ thuận với điện áp lõm, nếu sự cố lõm

Chương 2: Bộ khôi phục điện áp động

điện áp là không đối xứng điều này sẽ có xu hướng tạo ra các dòng không đối xứng ta

có thể cải thiện nhược điểm này bằng cách thay thế bộ biến đổi AC/DC thụ động thành

bộ biến đổi AC/DC điều khiển được

2.2 B ộ biến đổi cho DVR

Bộ biến đổi là một trong những thành phần chính để tạo nên hệ thống DVR,

việc chọn một cấu trúc bộ biến đổi phù hợp rất cần thiết để nâng cao hiệu suất cho hệ

thống Do DVR được kết nối nối tiếp dẫn đến việc trở kháng tăng lên gây xuất hiện điện áp bị sụt giảm và tổn hao không mong muốn Các cấu trúc bộ biến đổi cơ bản phù

hợp với DVR được đưa ra trong phần này, tài liệu [13], [16], [18]

2.2.1 B ộ biến đổi chỉnh lưu AC/DC

Như đã trình bày ở mục 2.1, cấu trúc bộ khôi phục điện áp động mà ta sử dụng trong luận văn này là cấu trúc DVR hai bộ biến đổi không sử dụng kho tích trữ năng lượng có điểm lấy nguồn ở phía tải Trong đó bộ biến đổi chỉnh lưu AC/DC có nhiệm

vụ lấy năng lượng từ lưới để cung cấp cho hệ thống DVR sử dụng để bù điện áp trong quá trình xảy ra lõm Hình 2.5 thể hiện bộ biến đổi chỉnh lưu cầu pha pha sử dụng cho

hệ thống DVR

Cdc

BBĐ AC/DC

Hình 2.5: B ộ biến đổi chỉnh lưu cầu ba pha sử dụng cho DVR

Trong thực tế, bộ biến đổi chỉnh lưu thường được chọn là bộ chỉnh lưu cầu ba pha do có cấu trúc đơn giản Bộ biến đổi này cho phép đấu thẳng vào lưới điện ba pha,

độ đập mạch rất nhỏ (khoảng 5%) Mặt khác điểm lấy nguồn ở phía tải nên điện áp đã được bù qua bộ khôi phục điện áp động nên được giữ ổn định, do đó bộ biến đổi chỉnh lưu không cần quá phức tạp

Chương 2: Bộ khôi phục điện áp động

2.2.2 B ộ biến đổi nghịch lưu DC/AC

a C ấu trúc DVR có bộ biến đổi nghịch lưu cầu ba pha kết nối với máy biến áp

ki ểu sao/sao hở (Cấu trúc I)

Bộ biến đổi nghịch lưu cầu ba pha kết nối với máy biến áp kiểu sao/sao hở được thể hiện trên hình 2.6, tài liệu [13]

Hình 2.6: B ộ biến đổi nghịch lưu cầu ba pha kết nối với máy biến áp kiểu sao/sao hở

Chỉ sử dụng sáu van chuyển mạch, tạo ra ba mức điện áp chèn – UDC/2 , 0, +

UDC/2, luôn có ba van chuyển mạch trong đường dẫn dòng điện Cấu trúc này có khả năng tạo ra các thành phần điện áp thứ tự thuận, thứ tự nghịch Để có thể tạo ra thành

phần thứ tự không, tụ điện phía DC-link được phân tách và điểm giữa được nối tới dây trung tính của máy biến áp nối tiếp

b C ấu trúc DVR có bộ biến đổi nghịch lưu cầu ba pha kết nối với máy biến áp

ki ểu tam giác/sao hở (Cấu trúc II)

Bộ biến đổi nghịch lưu cầu ba pha kết nối với máy biến áp kiểu tam giác/sao hở được thể hiện trên hình 2.7, bộ biến đổi này có 6 van chuyển mạch chỉ tạo ra hai mức điện áp chèn –UDC, +UDC Phía DC-link chỉ một tụ điện có điện áp dễ dàng khống chế

vì không phải điều khiển để đảm bảo cân bằng điện áp như sơ đồ thứ nhất Sơ đồ này

có khả năng tạo ra các thành phần điện áp thứ tự thuận và thứ tự nghịch trong trường

hợp cần bù các biến cố điện áp mất cân bằng với ảnh hưởng của dòng thứ tự không không đáng kể hoặc cấu trúc liên kết được đặt ở vị trí lưới trung áp ba pha ba dây khi

đó các dòng điện thứ tự không trong lưới sẽ được lưu thông trong các cuộn dây tam giác của máy biến áp, tài liệu [13]

Chương 2: Bộ khôi phục điện áp động

Hình 2.7: B ộ biến đổi nghịch lưu cầu ba pha kết nối với máy biến áp kiểu tam giác/sao

h ở, [13]

c C ấu trúc DVR có bộ biến đổi nghịch lưu ba pha dùng ba bộ biến đổi cầu một pha k ết nối với máy biến áp kiểu sao/sao hở (Cấu trúc III)

Bộ biến đổi này sử dụng 12 van chuyển mạch và luôn luôn có 2 chuyển mạch

mỗi pha trong đường dẫn dòng điện Với một sơ đồ chuyển mạch đơn cực, bộ biến đổi

có thể tạo ra 3 mức điện áp chèn –UDC/2, 0, +UDC/2 và cho kết quả là tần số chuyển

mạch gấp đôi tần số chuyển mạch thực tế Điều này tạo ra ít biến dạng điện áp, dẫn đến kích cỡ của các bộ lọc line-filter có thể được giảm xuống

Hình 2.8 B ộ biến đổi dùng ba bộ biến đổi cầu một pha kết nối với máy biến áp kiểu

sao/sao h ở, [13]

Sử dụng ba bộ biến đổi cầu một pha kết nối với ba máy biến áp một pha có thể bơm vào thành phần điện áp thứ tự không mà không cần tách DC-link như cấu trúc liên kết cầu 3 pha Trong cấu trúc này luôn có sáu van trong đường dẫn dòng điện,

Chương 2: Bộ khôi phục điện áp động

điều khiển DC-link đơn giản, nhưng không được sử dụng tốt như cấu trúc liên kết 2,

bởi vì các thành phần thứ tự không và hài bậc ba sẽ bị chuyển vào lưới điện

d C ấu trúc DVR có bộ biến đổi đa mức nối máy biến áp kiểu tam giác/sao hở (C ấu trúc IV)

Hình 2.9 B ộ biến đổi đa mức (diode kẹp điểm trung tính) nối máy biến áp kiểu tam

mức và do biến áp kiểu tam giác điện áp ở bên sơ cấp được tổng hợp với năm mức điện áp Bộ biến đổi không thể bù thành phần điện áp thứ tự không khi kết nối với máy

biến áp Bộ biến đổi ba mức có 6 diode kẹp điểm trung tính, 12 IGBT và 12 diode ở

mỗi nhánh

2.2.3 So sánh các c ấu trúc và kết luận

Có 4 cấu trúc bộ biến đổi chính được đưa ra so sánh ở đây, bộ biến đổi số I và

số III có thể đảm bảo bù được thành phần điện áp thứ tự không, điều này sẽ gây khó khăn trong việc điều khiển tụ DC-link Cấu trúc số III và số IV phức tạp hơn hai cấu trúc còn lại, việc có nhiều thành phần trong cấu trúc làm tăng thêm tổn hao Mặt khác điều này còn hạn chế sự cân bằng bằng khả năng xử lý công suất cao và hiệu suất tần

Chương 2: Bộ khôi phục điện áp động

số chuyển mạch tăng gấp đôi Tuy vậy bộ lọc line-filter có thể được giảm đi, điều này

có tác động tích cực đến kích thước của bộ lọc thụ động dẫn đến giảm tổn hao khi lọc

và chi phí

2.3 Phương pháp kết nối DVR với lưới điện

Khi xảy ra một sự cố lõm điện áp, DVR sẽ đưa một điện áp chèn vào lưới để bù

lại lõm điện áp, điều này yêu cầu việc cách ly điện giữa lưới với bộ biến đổi nguồn áp (VCS) của DVR Hai phương pháp được đưa ra ở đây đó là, kết nối bộ biến đổi nguồn

áp gián tiếp thông qua máy biến áp hoặc kết nối trực tiếp thông qua máy biến áp, tài

liệu [13], [16], [18]

2.3.1 C ấu trúc DVR có bộ biến đổi nối lưới thông qua máy biến áp

Sử dụng máy biến áp tần số thấp (50/60Hz) để chuyển tiếp điện áp chèn từ bộ

biến đổi nguồn áp là phương pháp rất phổ biến, được thể hiện trên hình 2.10 Phương pháp này có những lợi thế sau đây:

• Tỷ lệ máy biến áp có thể được chọn thay vì tùy ý, qua đó bộ biến đổi có thể sử

dụng điện áp nhỏ hơn so với lưới

• Máy biến áp đảm bảo cấp cách điện cơ bản (BIL) cho DVR

• Máy biến áp có thể được sử dụng như là một phần quan trọng của bộ lọc đầu ra,

hoặc điện cảm thứ nhất gần bộ biến đổi hoặc một cuộn cảm gần với tải trong cấu trúc

bộ lọc LCL

• Cấu trúc bộ biến đổi liên kết rất đơn giản chỉ với sáu van chuyển mạch hoạt động được sử dụng để chèn điện áp vào lưới, dẫn đến việc điều khiển sẽ đơn giản hơn

• Chỉ cẩn một tụ DC-link cho mạch nạp và mạch điều khiển điện áp DC-link

Hình 2.10: Ví d ụ về cấu trúc DVR có bộ biến đổi nối lưới thông qua máy biến áp, [13]

Chương 2: Bộ khôi phục điện áp động

Tuy vậy việc sử dụng máy biến áp cũng có những bất lợi nhất định như việc chế

tạo máy biến áp nối tiếp được đặt kín cố định trong vỏ do có thiết kế khác biệt với các

biến áp song song và điện áp định mức cũng khác nhau đối với từng yêu cầu của điện

áp chèn vào Do vậy những biến áp tần số thấp này có kích thước lớn và giá thành cao Bên cạnh đó, việc nối lưới gián tiếp thông qua máy biến áp có thể làm băng thông của

hệ thống DVR bị hạn chế do biến áp nối tiếp có dạng phi tuyến và tổn thất năng lượng

lớn

2.3.2 C ấu trúc DVR có bộ biến đổi nối lưới trực tiếp

Về mặt kỹ thuật, việc kết nối trực tiếp là phương pháp phù hợp nhất đối với các thiết bị nối tiếp, những thiết bị mà chỉ trao đổi công suất phản kháng với lưới điện, bởi

vì việc trao đổi công suất yêu cầu phải nạp vào ba tụ DC-link riêng biệt Hình 2.11 sẽ đưa ra ví dụ về một cấu trúc DVR có bộ biến đổi nối lưới trực tiếp, tài liệu [13], [16], [18]:

Hình 2.11: Ví d ụ về một cấu trúc DVR có bộ biến đổi nối lưới trực tiếp, [13]

Việc sử dụng cấu trúc nối lưới trực tiếp sẽ giảm được máy biến áp, dẫn đến thu

gọn lại được cấu trúc DVR, giá thành chế tạo sẽ thấp đi và khối lượng gọn nhẹ Mặt khác, việc sử dụng cấu trúc này sẽ làm đặc tính động học được cải thiện bởi băng thông không bị giảm do máy biến áp và các ảnh hưởng của tổn thất điện áp và thành

phần phi tuyến được loại bỏ Tuy vậy sẽ làm cho việc bảo vệ các bộ biến đổi trở nên

phức tạp hơn, yêu cầu mức cách ly cơ bản và cách ly với đất phải được đảm bảo tốt hơn