Nghiên cứu thiết bị FACTS STATCOM đặt trên đường dây truyền tải ảnh hưởng sự làm việc của bảo vệ khoảng cách

AC Alternating Current DC Direct Current FACTS Flexible AC Transmission Systems PSCAD Power Systems Computer Aided Design STATCOM Static Synchronous Compensator VSC Voltage Source Conver

Trang t a TRANG

LÝ L CH KHOA H C i

L I CAM ĐOAN ii

L I C M T iii

TÓM T T iv

ABSTRACT iv

M C L C v

THU T NG VI T T T vii

DANH SÁCH CÁC B NG ix

DANH SÁCH CÁC HÌNH x

CH NG 1 1

T NG QUAN 1

1.1 T ng quan v h ng nghiên c u 1

1.2 Tính c p thi t c a đ tài 2

1.3 M c đích nghiên c u, khách th vƠ đ i t ng nghiên c u 3

1.4 Nhi m v nghiên c u và gi i h n c a đ tài 3

1.4.1 Nhi m v nghiên c u .3

1.4.2 Gi i h n c a đ tài .3

1.5 Ph ng pháp nghiên c u 4

1.6 N i dung nghiên c u 4

CH NG 2 5

C S LÝ THUY T 5

2.1 Mô hình toán h c c a đ ng dây dài 5

2.2 Xác đ nh các thông s m ng b n c c 6

2.3 Công su t hai đ u đ ng dây theo m ng b n c c 7

2.4 Kh năng t i c a đ ng dây 8

2.5 Nâng cao kh năng t i đ ng dây 9

2.5.1 Bù các tham s đ ng dơy: đ c chia làm ba nhóm .9

2.5.2 Bù n i ti p .10

2.5.3 Bù song song .10

CH NG 3 12

B O V KHO NG CÁCH 12

3.1 Nguyên t c ho t đ ng và vùng b o v 13

3.2 Đặc tuy n kh i đ ng b o v kho ng cách 15

3.3 S đ n i r le t ng tr vào áp pha và dòng pha có bù thành ph n th t không - S đ bù dòng 19

3.4 Đánh giá b o v kho ng cách 21

CH NG 4 22

THI T B BỐ Đ NG B TƾNH STATCOM 22

4.1 Gi i thi u 22

4.2 Nguyên t c làm vi c c a STATCOM 22

4.3 Phân tích m ch đ n gi n m t STATCOM ba pha sáu xung 25

4.3.1 Bi u th c c a dòng đi n xoay chi u .27

4.3.2 Đi n áp vƠ dòng đi n m t chi u: 28

5.1 Gi i thi u 32

5.2 Mô hình mô ph ng h th ng đi n 500kV NHÀ BÈ ậ Ô MÔN 34

5.3 Mô t r le b o v kho ng cách 34

5.4 R le kho ng cách trong PSCAD 35

5.4.1 Ph n x lý tín hi u .36

5.4.2 Ph n s đ b o v 37

5.5 STATCOM trong PSCAD 39

5.5.1 Đi u khi n vòng lặp đi n áp .39

5.5.2 Đi u khi n PWM .41

5.6 Tr ng h p nghiên c u 45

5.6.1 S đ l i đi n 500kV đ ng dây Nhà Bè ậ Ô Môn lúc v n hƠnh bình th ng 46 5.6.2 S c m t pha ch m đ t .48

5.6.3 S c ng n m ch hai pha B-C .63

5.6.4 S c ng n m ch 3 pha ABC 78

CH NG 6 93

K T LU N VĨ H NG PHÁT TRI N C A Đ TÀI 93

6.1 K T LU N 93

6.2 Các v n đ còn t n t i 94

6.3 H ng phát tri n đ tài 94

TÀI LI U THAM KH O 95

AC Alternating Current

DC Direct Current

FACTS Flexible AC Transmission Systems

PSCAD Power Systems Computer Aided Design

STATCOM Static Synchronous Compensator

VSC Voltage Source Converter

PWM Pulse width modulation

EMTP The Electromagnetic Transient Program

SVC Static Var Compensator

Mho Circle Impedance Zone Element

FFT Fast Fourier Transform

V 1s, V2s, V0s The sequence phase voltages at the relay location

I1s , I2s, I0s sequence phase currents at the relay location

I1line , I2line , I0line sequence phase currents in transmission line

I1f , I2f, I0f sequence phase currents in the fault

I1sh , I2sh , I0sh the shunt sequence phase currents injected by STATCOM Z1, Z0 The sequence impedance of the transmission line

IR0 zero sequence phase current

Vsa Đi n áp nút t c th i pha A Ọ MỌN Vsb Đi n áp nút t c th i pha B Ọ MỌN Vsc Đi n áp nút t c th i pha C Ọ MỌN Isa Dòng đi n trên pha A Ọ MỌN - NHÀ BÈ Isb Dòng đi n trên pha B Ọ MỌN - NHÀ BÈ Isc Dòng đi n trên pha C Ọ MỌN - NHÀ BÈ Vsa Đi n áp nút t c th i pha A Ọ MÔN Vsb Đi n áp nút t c th i pha B Ọ MỌN Vrc Đi n áp nút t c th i pha C NHĨ BỆ Ira Dòng đi n trên pha A NHĨ BỆ - Ô MÔN Irb Dòng đi n trên pha B NHĨ BỆ - Ô MÔN Irc Dòng đi n trên pha C NHĨ BỆ - Ô MÔN

DANH SÁCH CÁC B NG

B NG TRANG

B ng 3.1: Ch n UR, IRđ a vƠo b ph n kho ng cách đ ph n ánh ch m đ t 1 pha 19

B ng 4.1:Trao đ i công su t gi a STATCOM vƠ l i đi n 23

B ng 5.1: Tính toán tr kháng s c trong các lo i s c khác nhau 37

DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG

Hình 2.1: S đ thay th c a m t ph n t chi u dƠi đ ng dơy 5

Hình 2.2: S đ thay th c a đ ng dơy truy n t i 6

Hình 3.1: Đặc tính th i gian nhi u c p c a b o v kho ng cách 14

Hình 3.2: Đ th vect áp vƠ dòng 15

Hình 3.3: S đ đ ng dơy khi x y ra ng n m ch 15

Hình 3.4: Bi u di n trong mặt phẳng ph c t ng tr 16

Hình 3.5: Đặc tính kh i đ ng c a t ng tr vô h ng 16

Hình 3.6def: Đặc tính kh i đ ng c a t ng tr có h ng 18

Hình 3.7: S đ n i r le t ng tr vƠo áp pha vƠ dòng pha có bù thƠnh ph n dòng đi n th t không 19

Hình 3.8: Ng n m ch trên đ ng dơy đ c b o v 19

Hình 4.1: Thi t b bù đ ng b tƿnh STATCOM 22

Hình 4.2: S đ t ng đ ng c a máy bù đ ng b vƠ STATCOM 23

Hình 4.3: S đ STATCOM m t pha 24

Hình 4.4: Đ th c a UPN 24

Hình 4.5: S đ m ch đi n STATCOM ba pha sáu sung 25

Hình 4.6: Đ th c a Ean và ua 26

Hình 4.7: HƠm chuy n m ch c a STATCOM sáu xung 29

Hình 4.8: S đ kh i c a STATCOM v i đi u khi n đi n áp đ r ng xung (PWM) 30

Hình 4.9: Mô hình n đ nh quá đ c a STATCOM v i b đi u khi n đi n áp PWM 31 Hình 5.1: Mô hình h th ng đ c mô ph ng bằng PSCAD 34

Hình 5.2: S đò kh i m t thƠnh ph n kho ng cách nh mô hình mô ph ng 34

Hình 5.3: Mô hình r le kho ng cách trong PSCAD 36

Hình 5.4: Các thƠnh ph n c a ph n x lỦ tín hi u 37

Hình 5.5: S đ b o v 38

Hình 5.6: Vòng lặp đi u khi n đi n áp 39

Hình 5.7: B đi u khi n PI gián ti p 41

Hình 5.8: Ph n 1; đi u khi n PWM 42

Hình 5.9: Ph n 2; đi u khi n PWM 42

Hình 5.11: S đ l i đi n lúc v n hƠnh bình th ng 46

Hình 5.12: (1) Vs:Đi n áp nút Ọ Môn, (2) Is:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n Ọ Môn-Nhà

Bè, (3) Vr:Đi n áp nút NhƠ Bè, (4) Ir:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n NhƠ Bè-Ô Môn, (5)

Th i gian x y ra s c , (6)Tín hi u r le c t MC, (7) Dòng x y ra s c 47

Hình 5.13: Vùng b o v c a r le kho ng cách lúc ho t đ ng bình th ng 48

Hình 5.14: S đ l i đi n khi x y ra s c ng n m ch pha A ch m đ t 49

Hình 5.15: S c ch m đ t pha A nằm trong vùng b o v (1) Vs:Đi n áp nút Ọ Môn, (2) Is:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n Ọ Môn-NhƠ Bè, (3) Vr:Đi n áp nút NhƠ Bè, (4) Ir:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n NhƠ Bè-Ọ Môn, (5) Th i gian x y ra s c , (6)Tín

hi u r le c t MC, (7) Dòng x y ra s c 50

Hình 5.16: Đi n tr xu t hi n nằm trong vùng b o v c a r le kho ng cách khi ng n

m ch pha A ch m đ t 51

Hình 5.17 : S c ch m đ t pha A nằm ngoƠi vùng b o v (1) Vs:Đi n áp nút Ọ Môn,

(2) Is:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n Ọ Môn-NhƠ Bè, (3) Vr:Đi n áp nút NhƠ Bè, (4) Ir:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n NhƠ Bè-Ọ Môn, (5) Th i gian x y ra s c , (6)Tín

hi u r le c t MC, (7) Dòng x y ra s c 52

Hình 5.18: Đi n tr xu t hi n nằm ngoƠi vùng b o v c a r le kho ng cách 53

Hình 5.19: S đ l i đi n khi x y ra s c ng n m ch pha A ch m đ t khi có l p đặt thi t b STATCOM 54

Hình 5.20: S c ch m đ t pha A nằm trong vùng b o v khi có l p đặt thi t b

STATCOM t i gi a đ ng dơy (1)Vs:Đi n áp nút Ọ Môn, (2)Is:Dòng đi n đo đ u

xu t tuy n Ọ Môn-NhƠ Bè, (3) Vr:Đi n áp nút NhƠ Bè, (4) Ir:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n NhƠ Bè-Ọ Môn, (5) Th i gian x y ra s c , (6)Tín hi u r le c t MC, (7) Dòng

x y ra s c 55

Hình 5.21: Đi n tr xu t hi n nằm trong vùng b o v c a r le kho ng cách khi ng n

m ch pha A ch m đ t khi có l p đặt STATCOM t i gi a đ ng dơy 56

Hình 5.22: S đ l i đi n khi x y ra s c ng n m ch pha A ch m đ t khi có l p đặt thi t b STATCOM t i thanh cái Ọ MỌN 57

Hình 5.23: S c ng n m ch pha A nằm trong vùng b o v khi l p đặt thi t b

STATCOM t i thanh cái Ọ Môn (1) Vs: Đi n áp nút Ọ Môn, (2) Is:Dòng đi n đo đ u

x y ra s c 58

Hình 5.24: Đi n tr xu t hi n nằm trong vùng b o v c a r le kho ng cách khi ng n

m ch pha A ch m đ t khi có l p đặt STATCOM t i thanh cái Ọ MỌN 59

Hình 5.25: S đ l i đi n khi x y ra s c ng n m ch pha A ch m đ t khi l p đặt thi t b STATCOM t i thanh cái NhƠ Bè 60

Hình 5.26: S c ng n m ch pha A nằm trong vùng b o v khi l p đặt thi t b STATCOM t i thanh cái NhƠ Bè (1) Đi n áp t i thanh cái Ọ Môn, (2) Dòng đi n t i thanh cái Ọ Môn, (3) Đi n áp t i thanh cái NhƠ Bè, (4) Dòng đi n t i thanh cái NhƠ

Bè, (5) Th i gian x y ra s c , (6)Tín hi u r le c t MC, (7) Dòng x y ra s c 61

Hình 5.27: Đi n tr xu t hi n nằm trong vùng b o v c a r le kho ng cách khing n

m ch pha A ch m đ t khi có l p đặt STATCOM t i thanh cái NhƠ Bè 62

Hình 5.28: S đ l i đi n khi x y ra s c ng n m ch 2 pha BC 63

Hình 5.29 : S c ng n m ch 2 pha BC nằm trong vùng b o v (1) Vs: Đi n áp nút Ọ

Môn, (2) Is:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n Ọ Môn-NhƠ Bè, (3) Vr: Đi n áp nút NhƠ Bè, (4) Ir:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n NhƠ Bè -Ọ Môn, (5) Th i gian x y ra s c , (6)Tín

hi u relay c t MC, (7) Dòng x y ra s c 64

Hình 5.30: Đi n tr xu t hi n nằm trong vùng b o v c a r le kho ng cách khi ng n

m ch 2 pha BC t i v trí ng n m ch 74% chi u dƠi đ ng dơy 65

Hình 5.31: S đ l i đi n khi x y ra s c ng n m ch 2 pha BC cách r le b o v kho ng 91% chi u dƠi đ ng dơy 66

Hình 5.32: S c ch m đ t 2pha BC nằm ngoƠi vùng b o v (1) Vs:Đi n áp nút Ọ Môn, (2) Is:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n Ọ Môn-NhƠ Bè, (3) Vr:Đi n áp nút NhƠ Bè, (4) Ir:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n NhƠ Bè-Ọ Môn, (5) Th i gian x y ra s c , (6)Tín

hi u relay c t MC, (7) Dòng x y ra s c 67

Hình 5.33: Tr kháng xu t hi n nằm ngoƠi vùng b o v c a r le kho ng cách khi ng n

m ch 2 pha BC t i v trí ng n m ch 91% chi u dƠi đ ng dơy 68

Hình 5.34: S đ l i đi n khi x y ra s c ng n m ch 2 pha BC khi l p đặt STATCOM t i v trí gi a đ ng dơy 69

Hình 5.35: S c ng n m ch 2 pha BC nằm trong vùng b o v khi l p đặt thi t b

STATCOM gi a đ ng dơy (1) Vs:Đi n áp nút Ọ Môn, (2) Is:Dòng đi n đo đ u xu t

tuy n Ọ Môn-NhƠ Bè, (3) Vr:Đi n áp nút NhƠ Bè, (4) Ir:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n

s c 70

Hình 5.36: Đi n tr xu t hi n nằm trong vùng b o v c a r le kho ng cách khi ng n

m ch 2 pha BC khi có l p đặt thi t b STATCOM t i gi a đ ng dơy 71

Hình 5.37: S đ l i đi n khi x y ra s c ng n m ch 2 pha BC t i v trí 2/3 đ ng dơy, khi l p đặt thi t b STATCOM t i thanh cái Ọ MỌN 72

Hình 5.38: S c ng n m ch 2 pha BC nằm trong vùng b o v khi l p đặt thi t b

STATCOM t i thanh cái Ô MÔN (1) Vs:Đi n áp nút Ọ Môn, (2) Is:Dòng đi n đo đ u

xu t tuy n Ọ Môn-NhƠ Bè, (3) Vr:Đi n áp nút NhƠ Bè, (4) Ir:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n NhƠ Bè-Ọ Môn, (5) Th i gian x y ra s c , (6)Tín hi u relay c t MC, (7) Dòng

x y ra s c 73

Hình 5.39: Đi n tr xu t hi n nằm trong vùng b o v c a r le kho ng cách khi ng n

m ch 2 pha BC khi có l p đặt STATCOM t i thanh cái Ọ MỌN 74

Hình 5.40: S đ l i đi n khi x y ra s c ng n m ch 2 pha BC khi l p đặt thi t b STATCOM t i thanh cái NhƠ Bè 75

Hình 5.41: S c ng n m ch 2 pha BC nằm trong vùng b o v khi l p đặt thi t b

STATCOM t i thanh cái NhƠ Bè (1) Vs: Đi n áp nút Ọ Môn, (2) Is:Dòng đi n đo đ u

xu t tuy n Ọ Môn-NhƠ Bè, (3) Vr: Đi n áp nút NhƠ Bè, (4) Ir:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n NhƠ Bè -Ọ Môn, (5) Th i gian x y ra s c , (6)Tín hi u relay c t MC, (7) Dòng

x y ra s c 76

Hình 5.42: Đi n tr xu t hi n nằm trong vùng b o v c a r le kho ng cách khi ng n

m ch 2 pha BC khi có l p đặt STATCOM t i thanh cái NhƠ Bè 77

Hình 5.43: S đ l i đi n khi x y ra s c ng n m ch 3 pha ABC 78

Hình 5.44: S c ng n m ch 3 pha ABC nằm trong vùng b o v (1) Vs: Đi n áp nút Ọ

Môn, (2) Is:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n Ọ Môn-NhƠ Bè, (3) Vr: Đi n áp nút NhƠ Bè, (4) Ir:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n NhƠ Bè -Ọ Môn, (5) Th i gian x y ra s c , (6)Tín

Môn, (2) Is:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n Ọ Môn-Nhà Bè, (3) Vr: Đi n áp nút NhƠ Bè, (4) Ir:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n NhƠ Bè -Ọ Môn, (5) Th i gian x y ra s c , (6)Tín

hi u relay c t MC, (7) Dòng x y ra s c 82

Hình 5.48: Đi n tr xu t hi n nằm ngoƠi vùng b o v c a r le kho ng cách khi ng n

m ch 3 pha ABC t i v trí ng n m ch 91% chi u dƠi đ ng dơy 83

Hình 5.49: S đ l i đi n khi x y ra s c ng n m ch 3 pha ABC khi l p đặt STATCOM t i v trí gi a đ ng dơy 84

Hình 5.50: S c ng n m ch 3 pha ABC nằm trong vùng b o v khi l p đặt thi t b STATCOM gi a đ ng dơy (1) Vs: Đi n áp nút Ọ Môn, (2) Is:Dòng đi n đo đ u xu t

tuy n Ọ Môn-NhƠ Bè, (3) Vr: Đi n áp nút NhƠ Bè, (4) Ir:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n Nhà Bè -Ọ Môn, (5) Th i gian x y ra s c , (6)Tín hi u relay c t MC, (7) Dòng x y ra

s c 85

Hình 5.51: Đi n tr xu t hi n nằm trong vùng b o v c a r le kho ng cách khi ng n

m ch 3 pha ABC khi có l p đặt thi t b STATCOM t i gi a đ ng dơy 86

Hình 5.52: S đ l i đi n khi x y ra s c ng n m ch 3 pha ABC t i v trí 2/3 đ ng dơy, khi l p đặt thi t b STATCOM t i thanh cái Ọ MỌN 87

Hình 5.53: S c ng n m ch 3 pha ABC nằm trong vùng b o v khi l p đặt thi t b

STATCOM t i thanh cái Ọ MỌN (1) Vs: Đi n áp nút Ọ Môn, (2) Is:Dòng đi n đo đ u

xu t tuy n Ọ Môn-NhƠ Bè, (3) Vr: Đi n áp nút NhƠ Bè, (4) Ir:Dòng đi n đo đ u xu t tuy n NhƠ Bè -Ọ Môn, (5) Th i gian x y ra s c , (6)Tín hi u relay c t MC, (7) Dòng

x y ra s c 88

Hình 5.54: Đi n tr xu t hi n nằm trong vùng b o v c a r le kho ng cách khi ng n

m ch 3 pha ABC khi có l p đặt STATCOM t i thanh cái Ọ MỌN 89

Hình 5.55: S đ l i đi n khi x y ra s c ng n m ch 3 pha ABC khi l p đặt thi t b STATCOM t i thanh cái NhƠ Bè 90

Hình 5.56: S đ l i đi n khi x y ra s c ng n m ch 2 pha BC khi l p đặt thi t b STATCOM t i thanh cái NhƠ Bè 91

Hình 5.57: Đi n tr xu t hi n nằm trong vùng b o v c a r le kho ng cách khi ng n

m ch 3 pha ABC khi có l p đặt STATCOM t i thanh cái NhƠ Bè 92

CH NG 1

T NG QUAN 1.1 Tổng quan về h ng nghiên cứu

C p nh t thông s đ tính toán xây d ng m i đ ng dây truy n t i tr nên vô cùng khó khăn v v n đ kinh t vƠ môi tr ng Hi u qu cao trong đi u ki n c a vi c

s d ng t t h n các đ ng dây t i đi n hi n có, mà không nh h ng đ n ch t l ng

đi n năng vƠ đ tin c y cung c p đi n đòi h i ph i áp d ng các công ngh m i c n

ph i l p đặt thay th các đ ng dây hi n h u đ đ m b o ch t l ng đi n năng vƠ nâng cao kh năng truy n t i c n đ c quan tơm Trong lƿnh v c này, do s ti n b

g n đơy trong công ngh bán d n công su t cao, công ngh truy n t i đi n xoay chi u

AC linh ho t (FACTS) đƣ đ c đ xu t đ gi i quy t v n đ này Tuy nhiên, do s

ph c t p c a các thi t b FACTS v i h th ng truy n t i, quá đ x p ch ng d ng sóng

t n s , đi n áp vƠ dòng đi n (đặc bi t là khi có s c ) có th khác nhau đáng k so v i các h th ng khi không s d ng các thi t b FACTS và nó s cho k t qu thay đ i nhanh chóng trong các thông s trong h th ng nh các dòng tr kháng và góc pha

Nh v y đ nghiên c u nh h ng tác đ ng c a các thi t b FACTS STACOM trên

r le b o v kho ng cách nh tr kháng trên đ ng dây c n ph i đ c tính toán

STATCOM là m t trong nh ng thi t b FACTS s d ng r ng rãi nh t.Nó d a trên ngu n chuy n đ i đi n áp và có th b m vƠo dòng đi n g n nh hình sin v i biên

đ khác nhau và vuông góc v i đi n áp đ ng dơy đang đ c k t n i.Nó đ c s d ng

r ng rãi t i khu v c đ duy trì đi n áp bằng cách phát hoặc tiêu th công su t ph n kháng trên h th ng đi n.Vì s xu t hi n c a các thi t b STATCOM trong đ ng dây khi x y ra s c , hoặc các tín hi u đi n áp và t i đi m r le s b nh h ng c hai tr ng thái n đ nh vƠ quá đ Tác đ ng này s nh h ng đ n vi c th c hi n các ph ng pháp b o v , chẳng h n nh r le b o v kho ng cách.Đi u này s nh h ng đ n tác

đ ng th c hi n các ph ng pháp b o v : nh r le kho ng cách M t s nghiên c u,

đ c th c hi n hi u xu t làm vi c c a r le kho ng cách trên m t h th ng đ ng dây truy n t i v i các thi t b FACTS khác nhau

Trên Th Gi i, đƣ có m t s nghiên c u k t qu phân tích d a trên mô hình n

đ nh c a STATCOM, vƠ đƣ đ c nghiên c u tác đ ng c a STATCOM trên r le

kho ng cách các m c ph t i khác nhau Các k t qu nghiên c u ngoƠi n c đƣ công

b

K El-Arroudi, G Joos, D.T McGillis, ắOperation of impedance protection relays with the STATCOM,”Power Delivery, IEEE Transactions on ,Volume: 17 , Issue: 2 , April 2002Pages:381 - 387

P.K Dash., , A.K Pradhan, , G Panda, , A.C Liew, ắAdaptive r le setting for flexibleAC transmission systems (FACTS) ,” Power Delivery, IEEE Transactions on,Volume: 15 Issue: 1 , Jan 2000 Page(s): 38 -43115

W G Wang; X.G Yin; J Yu ; X.ZH Duan; D.SH Chen ắThe impact of TCSC ondistance protection relay,” Power System Technology, 1998

M, Khederzadeh ắThe impact of FACTS device on digital multifunctional protective relays,” Transmission and Distribution Conference and Exhibition 2002 Mojtaba Khederzadeh, "The Impact of FACTS Devices on digital Multifunctional Protective relays", Transmission and Distribution Conference and Exhibition 2002

1.2 Tính cấp thi t của đề tài

M ng l i đi n luôn là m t ph n quan tr ng trong c u trúc h th ng năng

l ng.Chúng ta có trách nhi m qu n lý, c i ti n và phát tri n chúng đ đáp ng nhu

c u khách hàng.Quá trình phát tri n m ng l i ph i h ng đ n t m nhìn dài h n phù

h p v i s mong đ i c a khách hàng hi n t i vƠ t ng lai

V n đ chính mƠ ngƠnh đi n n c ta, trong đó có đ ng dây 500kV B c ậ Nam đang ph i đ i mặt hi n nay là nhu c u s d ng đi n tăng nhanh Trong khi đó, ngu n cung b h n ch b i ngu n tài nguyên khan hi m, v n đ môi tr ng và các v n đ liên quan khác Vì th , h u h t các s c m t đi n n c ta ch y u là do thi u ngu n cung và do s a ch a

Do đó, nhu c u đi n năng c a toƠn đ t n c là r t l n cũng nh ch t l ng đi n năng ph i cao Nh ng th c t là tỷ l m t đi n do thi u h t ngu n công su t trong

nh ng năm qua v n còn cao c v th i gian và s l n Đi u này cho th y đ tin c y còn

th p, d n đ n chi phí m t đi n cao, n u không s m kh c ph c s làm h n ch s phát tri n c a đ t n c

Chính vì th , đ tài nghiên c u thi t b Facts STATCOM đặt trên đ ng dây truy n t i nh h ng s làm vi c c a b o v kho ng cách.T k t qu nghiên c u, giúp

ta tìm ra ph ng án v n hành t t h n lúc ch m đ t m t pha, hai pha hoặc ba pha trên

h th ng truy n t i khi l p đặt STATCOM đƣ đ c nghiên c u, k t qu mô ph ng cho

th y rõ tác đ ng c a các thi t b STATCOM nh h ng đ n hi u su t làm vi c c a

r le kho ng cách Qua đó, nơng cao đ tin c y cho h th ng đi n, góp ph n mang l i các l i ích kinh t xã h i

1.3 Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối t ợng nghiên cứu

M c đích nghiên c u s nh h ng c a thi t b Facts STATCOM đặt trên đ ng dây500kV Nhà Bè ậ Ọ MỌN đ n s làm vi c c a r leb o v kho ng cách khi có ng n

m ch x y ra trong các tr ng h p tr c khi l p và sau khi l p STATCOM.T đó, tìm

ra ph ng ánl p đặt và v n hành thích h p

Khách th nghiên c u đ ng dây truy n t i 500kV Nhà Bè ậ Ô MÔN

Đ i t ng nghiên c u khi l p thi t b Facts STATCOM đặt trên đ ng dây500kV Nhà Bè ậ Ô MÔN nh h ng đ n s làm vi c c a b o v r le kho ng cách

1.4 Nhi m vụ nghiên cứu và gi i h n của đề tài

1.4.1 Nhi m v nghiên c u

Nghiên c u các c s lý thuy t v ch đ làm vi c c a đ ng dây truy n t i Nghiên c u các lý thuy t nguyên t c ho t đ ng và vùng b o v c a r le b o v kho ng cách

Tìm hi u thi t b bù đ ng b tƿnh STATCOM khi l p đặt trên đ ng dây truy n

t i

ng d ng ph n m m PSCAD đ mô ph ng l i đi n trên đo n đ ng dây 500kV NHÀ BÈ-Ô MÔN có ng n m ch x y ra khi không có và có l p đặt thi t b STATCOM cho nh ng v trí đ u đ ng dây Ô MÔN, gi a đ ng dây và cu i đ ng dây NHÀ-BÈ

1.4.2 Gi i h n c a đ tƠi

Do gi i h n v th i gian vƠ đi u ki n nghiên c u nên đ tài này ch d ng l i

m cnghiên c u trên ph m v hẹp, trên mô hình th c t đ i v i đ ng dây truy n t i 500kV NHÀ BÈậÔ MÔN khi có ng n m ch x y ra, khi có vƠ ch a có l p đặt thi t b

ph ng án cƠi đặt vùng b o v c a r le kho ng cách thích h p khi có và không có l p đặt thi t b STATCOM trên đ ng dây truy n t i đ xây d ng ch ng trình v n hành trên ph n m m PSCAD cho vi c h tr cho công tác v n hành và b o v khi có s c trên đ ng dây truy n t i

1.5 Ph ơng pháp nghiên cứu

Ph ng pháp nghiên c u lý thuy t đ c s d ng trong nghiên c u này

- Thu th p các tƠi li u, s li u vƠ s đ có liên quan đ ph c v cho nghiên c u

- D a vƠo các c s lỦ thuy t đƣ có, bám sát m c tiêu, nhi m v c a đ tƠi đ ti n hành nghiên c u

- Tách riêng h th ng đ ng dơy 500kV NHĨ BỆ ậ Ọ MỌN ra kh i h th ng

đi n Mi n Nam đ nghiên c ukhi l p đặt thi t b STATCOM nh h ng đ n r le b o

v kho ng cách

- Đặt ra các gi thuy t, đi u ki n rƠng bu c đ gi i h n ph m vi nghiên c u

1.6 N i dung nghiên cứu

N i dung nghiên c u trong lu n văn nƠy bao g m các n i dung sau đơy:

Ch ng 1 gi i thi u t ng quan v h ng nghiên c u

Ch ng 2 các ch đ làm vi c c a đ ng dây truy n t i đi n dƠi nh : Mô hình toán h c, xác đ nh các thông s m ng b n c c, công su t hai đ u đ ng dây theo

m ng b n c c, kh năng t i và nâng cao kh năng t i c a đ ng dây

Ch ng 3 trình bƠy nguyên t c ho t đ ng, Đặc tuy n kh i đ ng b o v kho ng cách, s đ n i r le t ng tr vào áp pha và dòng pha có bù thành ph n th t không

Ch ng 4 xơy d ng mô hình STATCOM

Ch ng 5 t mô hình m u đ a ra gi i thu t tính toán tr kháng đ ki m tra đặc tính c a r le b o v kho ng cách khi x y ra s c

Ch ng 6 t ng k t l i nh ng n i dung, k t qu đƣ đ t đ c, nêu lên nh ng ki n ngh , h n ch vƠ h ng phát tri n c a đ tài

CH NG 2

C S Lụ THUY T 2.1 Mô hình toán học của đ ờng dây dài

Đ i v i đ ng dây siêu cao áp có chi u dài l n h n 250 km, c n ph i xét đ n tính ch t sóng c a quá trình truy n t i năng l ng trên đ ng dơy đ ng th i khi tính

ch đ làm vi c thì đ ng dơy nh là m ch đi n có các thông s r, x, g và b phân b

đ u d c theo chi u dƠi đ ng dây

S t n t i dòng đi n ch y qua t ng d n Y c a đ ng dây d n đ n s thay đ i c a dòng đi n trên đ ng dơy, đó lƠ nguyên nhơn gơy ra s thay đ i c a đi n áp d c theo chi u dài đ ng dây Vì v y, đi n áp vƠ dòng đi n d c theo chi u dƠi đ ng dây thay

đ i Cho nên ph i xét đ n s phân b đi n áp vƠ dòng đi n trên m i ph n t c a chi u dƠi đ ng dây

Trong lu n văn nƠy ch xét các đ ng dây có chi u dài nh h n 250 km, chúng ta

th ng không xét đ n tính ch t sóng c a quá trình truy n t i năng l ng và s phân b

đ u các thông s r, x, g và b d c theo chi u dƠi đ ng dây Ch đ c a đ ng dây

đ c tính trên c s các s đ thay th các thông s t p trung

N u nh đi n áp vƠ dòng đi n đ u này c a ph n t dxcó giá tr là U x và I x, thì

đ u kia c a ph n t đó đi n áp vƠ dòng đi n có các giá tr là UxdUx và IxdIx S khác nhau c a đi n áp vƠ dòng đi n 2 đ u ph n t dx lƠ do có đi n áp giáng trên dZ

và s phân tán c a dòng đi n qua t ng dẩn dY, nghƿa lƠ:

x

x

dU

zI dx dI yU dx

H ph ng trình (2.2) là ph ng trình c b n đ ng dây truy n t i dƠi Đó chính

là mô hình toán h c c a đ ng dây truy n t i

2.2 Xác định các thông số m ng bốn cực

Hình 2.2: S đ thay th c a đ ng dơy truy n t i

a- m ng 4 c c; b- s đ hình 

Xét đ ng dây dài nh lƠ m ng 4 c c (hình 2.2a), chúng ta có th vi t các quan

Các thông s A B C D, , ,   đ c xác đ nh theo công th c:

2.3 Công suất ở hai đầu đ ờng dây theo m ng bốn cực

Gi thuy t các thông s m ng b n c c là A B C D, , ,   vƠ đi n áp 2 đ u c a m ng

4 c c là U1 và U2

U U D

U U A

2.4 Kh năng t i của đ ờng dây

Kh năng t i công su t tác d ng c a đ ng dây có th l n h n hay nh h n công

su t t nhiên c a đ ng dây

S h n ch kh năng t i c a đ ng dây xu t hi n lƠ do các đặc đi m c a quá trình truy n t i đi n năng bằng dòng đi n xoay chi u, cũng nh s c n thi t đ m b o

n đ nh tƿnh vƠ n đ nh đ ng c a h th ng trong các ch đ làm vi c bình th ng và sau s c

Giá tr công su t gi i h n c a đ ng dây truy n t i đ c xác đ nh theo công

th c:

1 2sin

gh

C

U U P

T ph ng trình (2.10) nh n th y rằng công su t gi i h n ph thu c vào chi u dƠi đ ng dây truy n t i, tr kháng c a đ ng dây, t ng tr h th ng nh n đi n, các thi t b n i vƠo 2 đ u đ ng dơy nh máy phát đi n, máy bi n áp M i m t đ ng dây

có m t giá tr công su t truy n t i gi i h n nh t đ nh

2.5 Nâng cao kh năng t i đ ờng dây

Chi phí đ xây d ng đ ng dây truy n t i dài là r t l n, vì v y c n ph i khai thác tri t đ kh năng t i c a đ ng dơy Đ nâng cao kh năng t i c a đ ng dây dài có

th s d ng các bi n pháp: tăng đi n áp đ ng dây; thay đ i c u trúc đ ng dây; bù

đ ng dây bằng t đi n tƿnh, các kháng đi n, các máy bù đ ng b , các thi t b bù tƿnh

có đi u khi n; đi u ch nh đ ng dây v đ ng dây có chi u dài là n a b c sóng hay

đ ng dây có chi u dài bằng 0

2.5.1 Bù các tham s đ ng dơy: đ c chia lƠm ba nhóm

2.5.1.1 Bù tất c các tham số của đường dây đến đường dây có chiều dài bằng 0

Trong tr ng h p này c n đặt các thi t b bù đ lo i tr hoƠn toƠn đi n kháng và

đi n dung c a đ ng dơy, khi đó trong s đ thay th ch còn đi n tr tác d ng

2.5.1.2 Bù tổng trở sóng

Ch n các thi t b bù trên đ ng dơy đ gi m giá tr c a t ng tr sóng bằng cách

gi m đi n kháng trên m t đ n v chi u dƠi đ ng dây xu ng n l n vƠ tăng đi n d n

ph n khángtrên m t đ n v chi u dƠi đ ng dây lên n l n Khi đó công su t gi i h n

c a đ ng dây s tăng còn chi u dƠi sóng đ ng dơy không thay đ i

2.5.1.3 Bù chiều dài sóng của đường dây

Bù chi u dƠi sóng đ ng dơy đ t đ c khi đi n c m vƠ đi n dung c a đ ng dây cùng gi m xu ng n l n Trong tr ng h p này t ng tr sóng c a đ ng dây không thay đ i còn chi u dƠi sóng đ ng dây gi m đi n l n do đó công su t gi i h n c a

đ ng dây s tăng lên

M c đích c a bù các tham s đ ng dây là nâng cao các ch tiêu ch đ mà quan

L

X k

X

Trong đó: X C là dung kháng c a t bù n i ti p; X L là c m kháng c a đ ng dây

H s bù kC càng l n thì càng nâng cao kh năng t i c a đ ng dây Hi u qu bù các thông s đ ng dây ph thu c vào v trí các b t trên đ ng dây S l ng, công

su t và v trí đặt các t bù n i ti p đ c l a ch n trên c s tính toán kinh t - kỹ thu t Khi h s bù n i ti p kC nh h n 50% v trí c a t bù n i ti p là gi a đ ng dây Khi h s bù n i ti p kC l n h n 50% v trí c a t bù n i ti p là g n thanh cái c a tr m

đ ng dơy Tùy theo quan đi m l a ch n h s d tr n đ nh và góc l ch pha  cho phép gi a các véct đi n áp 2 đ u đ ng dây mà ch n m c bù n i ti p khác nhau

2.5.3 Bù song song

Đ nâng cao kh năng t i c a đ ng dây, có th đặt bù song song (bù ngang)

bằng các kháng đi n có công su t c đ nh hay có đi u khi n, các máy bù đ ng b , các

t đi n tƿnh vƠ thi t b bù đi u khi n tƿnh

Các kháng đi n song song không đi u khi n có th n i tr c ti p v i đ ng dây qua máy c t hoặc đặt phía đi n áp th p c a máy bi n áp h áp Các kháng bù ngang có

đi u khi n đặt phía áp th p c a các máy bi n áp

Công su t c a kháng không đi u khi n vƠ kháng đi u khi n đ c xác đ nh theo

đi u ki n làm vi c c a đ ng dây trong ch đ xác l p không t i và trong ch đ truy n công su t khác nhau c a đ ng dây

T ng công su t kháng bù ngang trên đ ng dơy xác đ nh theo công th c:

21

Trong đó: S là công su t truy n t i đ ng dây; Q Clà công su t ph n kháng do

đ ng dây phát ra trong ch đ không t i; P Clà công su t t nhi n c a đ ng dây Ngoài thi t b bù ngang có đi u khi n còn có thi t b bù tƿnh đi u khi n bằng thyristor cho phép thay đ i đặc tính c a đ ng dây, công su t t nhiên c a đ ng dây

và có th đ t đ c ch đ làm vi c c a đ ng dơy, trong đó công su t t i luôn bằng công su t t nhiên c a đ ng dơy Đ ng th i n đ nh đi n áp d c chi u dƠi đ ng dây

vƠ tăng kh năng t i c a đ ng dây

Ph i h p bù đi n dung n i ti p và kháng bù song song cho phép gi m chi u dài sóng c a đ ng dơy, tăng công su t truy n t i gi i h n và công su t t nhiên c a

đ ng dây

CH NG 3

B O V KHO NG CÁCH

Vào nh ng năm đ u th kỷ 20, b o v kho ng cách đ c xem nh lo i b o v hoàn h o nh t đ b o v các đ ng dây t i đi n Tr i qua g n m t th kỷ các r le kho ng cách đ c nghiên c u r t r ng rãi và không ng ng đ c c i ti n qua các th h

r le đi n c , r le tƿnh đ n các r le s ngƠy nay Tính năng c a r le kho ng cách nh t

là nh ng h p b b o v kho ng cách s d ng kỹ thu t s hi n đ i đƣ đ c m r ng và

đa d ng h n r t nhi u so v i các r le tr c đơy NgƠy nay các r le kho ng cách s nh P441, P442, P444 (Alstom); 7SA511, 7SA513 (Siemens); SEL321 (SEL) ngoài ch c năng b o v kho ng cách nó còn đ c tích h p nhi u ch c năng khác n a nh các

ch c năng: quá dòng c t nhanh, quá dòng có th i gian (50/51), ch ng ch m đ t (50/51N), đi n áp gi m (27), quá đi n áp (59), t đ ng đóng tr l i TĐL (79), ki m tra

đ ng b (25) và các ch c năng truy n thông khác B o v kho ng cách là ch c năng chính c a r le Nó g m m t h th ng dò tìm s c , m t h th ng đo kho ng cách và

m t h th ng xác đ nh h ng công su t (dòng đi n) s c Tuỳ vào m i lo i r le c a

t ng hãng ch t o mƠ các r le kho ng cách có các ph ng pháp dò tìm phát hi n s c

vƠ đ a ra nh ng ph ng th c x lỦ khác nhau nh ng nhìn chung đ u d a trên nguyên

lỦ c b n là d a vào giá tr dòng đi n vƠ đi n áp đo đ c t đó tính toán giá tr t ng

tr đo r i so sánh v i giá tr đặt vùng cùng v i h ng công su t trên đ ng dơy đ

t ng h p đ a ra quy t đ nh thao tác

Đ đ m b o tác đ ng ch n l c trong m ng ph c t p, ng i ta dùng b o v kho ng cách có h ng, ch tác đ ng khi h ng công su t ng n m ch đi t thanh góp vƠo đ ng dơy R le kho ng cách dùng b o v đ ng dây t i đi n th ng có nhi u vùng tác đ ng t ng ng v i các c p th i gian tác đ ng khác nhau Hi n nay t n t i nhi u ph ng th c tính toán giá tr đặt cho b o v kho ng cách, ph m vi ng d ng c a

m i ph ng th c tuỳ thu c vào t ng ng d ng c th Ngoài ra b o v kho ng cách có

th đ c s d ng k t h p v i TĐL, các s đ c t liên đ ng dùng kênh truy n tin đ

gi m th i gian c t s c Sau đơy chúng ta s đi phơn tích cách tính toán các vùng c a

r le kho ng cách

3.1 Nguyên tắc ho t đ ng và vùng b o v

B o v kho ng cách (BVKC) là lo i b o v có b ph n đo kho ng cách, làm nhi m v xác đ nh t ng tr t ch b o v đ n đi m ng n m ch Th i gian làm vi c ph thu c vào quan h gi a đi n áp UR vƠ dòng đi n IRđ a vƠo ph n đo l ng và góc R

gi a chúng

),

U B A U

c a b o v

Khi bình th ng đi n áp r le bằng đi n áp đ nh m c, dòng đi n qua r le lƠ dòng

t i, nên t ng tr r le đo có các giá tr l n vƠ r le không tác đ ng Khi ng n m ch đi n

áp gi m còn dòng đi n tăng lên t ng tr r le đo đ c nh nên r le tác đ ng

Đ đ m b o tính ch n l c trong m ng ph c t p, ta dùng BVKC có h ng, ch tác

đ ng khi h ng công su t ng n m ch đi t thanh cái đ n đ ng dây Th i gian tác

đ ng c a b o v theo cùng m t h ng đ c ph i h p v i nhau sao cho Khi ng n

m ch ngoài ph m vi đ ng dây b o v , th i gian tác đ ng l n h n 1 c p so v i b o v

đo n b ng n m ch

Hình 3.1: Đặc tính th i gian nhi u c p c a b o v kho ng cách

Vùng I = 80% t ng tr đ ng dơy đ c b o v

Vùng II = đ ng dơy đ c b o v + 50% đ ng dơy th hai ng n nh t

Vùng III T = 1.2*(đ ng dơy đ c b o v + đ ng dơy th hai dƠi nh t)

Vùng III N = 20% h ng ng c c a đ ng dơy đ c b o v

B o v vùng 1: Th i gian tác đ ng t c th i và b o v kho ng 80% chi u dài

đ ng dây tính t đi m ng n m ch Trong đó 20% d tr sai s trong tính toán và các thi t b đo l ng TU, TI Trong đi u ki n tính toán chính xác và các thi t b đo l ng

đ t yêu c u sai s thì có th tăng m c b o v lên 90%

B o v vùng 2: Th i gian tác đ ng l n h n c p 1 và t m ch nh đ nh 100% đ ng dây tính t đi m ng n m ch c ng thêm 50% đ ng dây k c n có chi u dài ng n nh t

B o v vùng 3: Th i gian tác đ ng l n h n c p 2, dùng đ b o v d tr t xa cho t t c các đ ng dây k c n T m ch nh đ nh bằng 100% đ ng dây tính t đi m

ng n m ch c ng thêm 100% đ ng dây th 2 dài nh t nhân 1.2 (b o v c p 3 thu n) Ngoài ra b o v d tr còn có vùng b o v ng c chi m 20% đ ng dây tính t

v trí máy c t ng c chi u vùng b o v c p 3 thu n

3.2 Đặc tuy n khởi đ ng b o v kho ng cách

T ng tr trên c c c a r le:

R

R R

r

x

Đặc tuy n b o v đ xác đ nh đi u ki n tác đ ng c a r le

Xét đ ng dây khi x y ra ng n m ch nh sau:

Hình 3.3: S đ đ ng dơy khi x y ra ng n m ch

ZN= ZAN ; N = h

T ng tr đ n v trí ng n m ch đ c bi u di n bằng vect AN’

Khi 1 ngu n cung c p AN’= ZN + rhq

Khi 2 ngu n cung c p NN’= ZN + k.rhq

Các b ph n b o v kho ng cách luôn luôn dùng các r le th c p mà áp và dòng

đ a đ n thông qua các máy bi n đ i đo l ng Liên h gi a t ng tr s vƠ th c p

RS U I

U N

N Z

Hình 3.5: Đặc tính kh i đ ng c a t ng tr vô h ng

R le t ng tr vô h ng:

Đặc tính c a r le lƠ vòng tròn có tơm g c t a đ (hình 3.5a) Tr s t ng tr

kh i đ ng c a r le nƠy không ph thu c góc R gi a UR và IR

Đặc tính c a r le lƠ vòng tròn đi qua g c t a đ (hình 3.5b) R le s có đ nh y

l n nh t đặc tr ng bằng ZKĐmax = k khi α = -R Th ng ch n α = -1 Do v y khi x y

do lƠ đ r le t ng tr làm vi c đúng vƠ đ nh n đ c ZR tỷ l v i kho ng cách đ n ch

ng n m ch, ng i ta đ a vƠo r le dòng các pha s c vƠ áp d c a các nhánh s c ,

n u ng n m ch tr c ti p g n ch đặt b o v thì áp đ a vƠo r le có th ti n đ n 0

R le h n h p (tác d ng - ph n kháng):

Đặc tính c a r le lƠ các đ ng thẳng cách g c t a đ m t kho ng bằng k (đ ng

1 và 2 - hình 3.5d ) Đ ng 1 ng v i giá tr α nằm trong kho ng (-π , -π/2), đ ng 2

nằm trong kho ng (0 , π/2) Góc đ nh y bé nh t c a r le lƠ R = - α Đặc tính c a r le

Hình 3.6def: Đặc tính kh i đ ng c a t ng tr có h ng

R le lo i nƠy th ng không s d ng đ c l p đ làm b ph n đo kho ng cách Có

th dùng cho b o v đ ng dây dài t i nặng đ c t b t m t ph n vùng kh i đ ng Đặc tính c a r le (Hình 3.6e) lƠ đặc tuy n vòng tròn đi qua g c t a đ 0 ( t ng

d n MHO) Đi n tr kh i đ ng c a b o v ph thu c vào góc R T ng tr kh i đ ng

có đ nh y c c đ i khi R =Rn hay bằng 1.B o v kh i đ ng đ i v i ZR nằm trong

ph n t th 3 c a mặt phẳng t o nên đ c g i là b o v t ng tr có h ng Đặc tuy n

th c t không đi qua g c t a đ tâm 0 do b n thân b ph n so sánh không đ nh y Vì

th ng n m ch đ u đ ng dây g n ch đặt b o v có th b o v không làm vi c, đo n này g i là vùng ch t c a b o v

Đặc tính c a r le (hình 3.6f) kh i đ ng lƠ đ ng thẳng song song v i tr c R:đặc tuy n kh i đ ng đ c bi u di n bằng ph ng trình xR = K = hằng s , g i lƠ đặc tuy n

đi n kháng B o v có đặc tuy n này làm vi c không ph thu c vƠo đi n tr ng n

m ch trung gian

Ch đ làm vi c c a đ ng dơy đ c b o v có th đặc tr ng bằng t ng tr ph c Z

R trên đ u c c r le t ng tr S ph c ZR nƠy đ c bi u di n m t v trí xác đ nh trên

mặt phẳng ph c t ng tr Vì v y phân tích s làm vi c c a r le t ng tr n i vào m t

áp và m t dòng có th th c hi n bằng ph ng pháp đ th khi so sánh vùng có ch a ZR

v i vùng kh i đ ng c a b o v

3.3 Sơ đồ nối rơle tổng trở vào áp pha và dòng pha có bù thành phần thứ tự không - Sơ đồ bù dòng

Hình 3.7: S đ n i r le t ng tr vƠo áp pha vƠ dòng pha có bù thƠnh ph n dòng đi n

Hình 3.8: Ng n m ch trên đ ng dơy đ c b o v

0 2

1 U U U

Áp c a m t th t b t kỳ đ c xác đ nh bằng t ng c a áp đi m ng n m ch N

vƠ áp r i trên chi u dài h

h Z I U

0 1 2 1

1Z h I Z h I Z h I Z h I Z h I

0 1 2 1

1Z h I Z h I Z h I Z h I Z h I

3Z

Z Z

thì t ng tr trên các c c c a r le 1RZ s là

h Z h Z I

k I

I Z

Z Z I

I k I

U Z

c a a

c a

a

3

3

1 1

0

0 1

1 0

0

) 1 ( 1

3Z

Z Z

3

1

1

1 0

I k I

U h

Z

aR aR

(3.19)

S đ có th tác đ ng đúng không nh ng khi ng n m ch m t pha mà c khi ng n

m ch hai pha ch m đ t và khi ch m đ t kép các ph n t có I0 ≠ 0 trong m ng có dòng ch m đ t bé

Nh v y s đ bù dòng đi n, t ng tr hai đ u r le tỷ l v i kho ng cách t ch đặt b o v đ n đi m ch m đ t, không ph thu c vào d ng ch m đ t t ng tr trên các

c c c a r le ZR> Zhvì v y b o v s không tác đ ng nh m

T ng tr ZR ph thu c không nh ng vào kho ng cách h mà còn ph thu c vào tỷ

s I0/Ip Tỷ s này có th thay đ i trong ph m vi r ng khi thay đ i ch đ làm vi c c a

h th ng Chính đi u đó lƠm cho h n ch kh năng ng d ng c a s đ

Có đ nh y cao khi ng n m ch

Hi n nay b o v kho ng cách đ c dùng thông d ng nh t đ b o v chính hay d

tr cho đ ng dây cao áp và trung áp

Nh c đi m c a b o v kho ng cách

S đ b o v ph c t p B o v kho ng cách dùng lo i r le đi n c thì có nhi u

r le vƠ nhi u ti p đi m

Các b o v kho ng cách dùng bán d n, vi m ch thì ph c t p v s đ logic, có nhi u ph n t ch c năng

CH NG 4

THI T BỊ BÙ Đ NG B TĨNH STATCOM

4.1 Gi i thi u

STATCOM (Static Synchronous Compensator) là m t thi t b chuy n đ i ngu n

áp (VSC ậ Voltage Source Converter) Nó chuy n đ i ngu n đi n áp m t chi u thành

đi n áp xoay chi u đ bù công su t tác d ng hoặc công su t ph n kháng cho h th ng STATCOM là m t thi t b bù ngang, đi u khi n đi n áp t i v trí l p đặt đ n giá tr cài đặt (Uref) thông qua vi c đi u ch nh đi n áp và góc pha t STATCOM xem hình4.1

Hình 4.1: Thi t b bù đ ng b tƿnh STATCOM

4.2 Nguyên tắc làm vi c của STATCOM

STATCOM đ c so sánh v i máy bù đ ng b - Synchronous Compensator (SC)

có th cung c p công su t ph n kháng và n đ nh đi n áp t i v trí l p đặt S đ t ng

đ ng c a SC đ c bi u di n trênHình 4.2, bao g m m t ngu n đi n xoay chi u E v i

đ l n đ c đi u ch nh bằng dòng đi n B qua t n hao công su t, góc l ch pha δ gi a

đi n áp đ c t o ra E vƠ đi n áp t i v trí l p đặt STATCOM (đi n áp làm vi c V) có

th xem nh bằng không Bằng cách thay đ i đ l n c a E ta có th thay đ i giá tr dòng đi n ph n kháng sinh ra b i máy bù đ ng b Khi E = V, dòng đi n ph n kháng không đ c sinh ra Khi E>V, SC ho t đ ng nh m t t đi n, trái l i khi E<V, SC

ho t đ ng nh m t cu n kháng Khi δ =0, dòng đi n ph n kháng Irđ c xác đ nh b i:

'

X

E V

I r  

(4.1)

Máy bi n áp cấp nguồn

B chuyển đổi nguồn đi n áp

Nguồn dự trử DC

V cấp nguồn

Hình 4.2: S đ t ng đ ng c a máy bù đ ng b vƠ STATCOM

T Hình 4.2, công su t tác d ng và ph n kháng do STATCOM sinh ra có th tính theo công th c sau:

sin

'

X

V E

P

(4.2)

cos

' ' 2

X

V E X

E

(4.3) Quá trình trao đ i công su t gi a STATCOM vƠ l i đi n đ c th hi n b ng 4.1

B ng 4.1:Trao đ i công su t gi a STATCOM vƠ l i đi n

Quan h đi n áp Trao đ i công su t

Hình 4.3: S đ STATCOM m t pha

N u có m t ngu n đi n trên m ch đi n phía m t chi u thì đi n áp Udc có th

đ c gi không đ i Khóa t chuy n m ch T1 và T2 đ c m vƠ đóng m t l n trong

m t chu kỳ Chu kỳ d n c a m i khóa là 1800 vƠ l u Ủ lƠ các khóa T1 và T2 ho t đ ng theo nguyên t c n u T1 đóng thì T2 đ c m vƠ ng c l i Các đi t D1 và D2 cho phép

d n đi n theo h ng ng c chi u nhau Đ th sóng c a đi n áp gi a hai đi m PN

đ c trình bày hình 4.4 Đi n áp UPN =

2

dc U

khi khóa T1 đóng (T2 m ) và UPN = 2

dc

U

 khi khóa T2đóng (T1 m )

Hình 4.4: Đ th c a UPN Các khóa T1 và T2 lƠ đ ng b v i đi n áp cung c p U v i gi thuy t U là hình sin

v i t n s ω Giá tr hi u d ng c a thành ph n c b n đ c xác đ nh b i:

dc dc

U d

U E

T i th i đi m khi đóng khóa T1 và dòng Ir lƠ dòng đi n c m thì dòng đi n ch y qua m ch Ir s lƠ dòng đi n âm ( b i vì nó lƠ dòng đi n tr ) và ch y qua khóa T1 ( b i

vì dòng đi n iT1 lƠ dòng đi n âm c a Ir) Đ n 900, dòng đi n qua khóa T1 tr nên bằng không và do dòng Ir tăng, v t qua đi m không và tr thƠnh dòng đi n d ng, đi t D1

d n đi n Quá trình t ng t x y ra khi đóng vƠ ng t khóa T2 Vì v y, c hai khóa T1

và khóa T2đi u d n đi n tr c khi m ra Mặt khác, khi dòng IrlƠ dòng đi n dung thì Ir

s lƠ dòng đi n d ng t i th i đi m đóng khóa T1 và Ir ch y qua đi t D1 Đ n 900, dòng đi n s đ o d u và ch y qua T1 T i th i đi m m khóa T1 dòng đi n ch y qua nó

đ t giá tr c c đ i Vì v y c n ph i có thi t b t chuy n m ch nh GTO khi STATCOM sinh ra dòng đi n dung Ng c l i, dòng đi n qua T1 và T2 s c c đ i t i

th i đi m đóng khi dòng IrlƠ dòng đi n c m

L u Ủ rằng đi t D1 và D2 s t đ ng khóa khi hai khóa T1 và T2 n i song song

ng t Mặt khác, t đi n có th đ c n p đi n t ngu n thông qua các đi t

4.3 Phân tích m ch đơn gi n m t STATCOM ba pha sáu xung

Hình 4.5: S đ m ch đi n STATCOM ba pha sáu xung

Xét m t m ch đi n STATCOM ba pha sáu xung Hình 4.5 m ch đi n bao g m 6

b chuy n m ch, đ c c u t o t 6 thyristor GTO (Gate turn off) m c song song

ng c chi u v i 6 đi t nh m t c u 6 xung Đ phân tích m ch đi n ta gi s rằng m i

góc d n là 1800 B chuy n m ch (hay van) đ c đánh s theo th t chuy n m ch c a chúng Ngoài ra hai b chuy n m ch m c n i ti p trong m i nhánh ho t đ ng theo

ki u h tr ng c chi u nhau T i b t kỳ th i đi m nào ch cho phép duy nh t m t b chuy n m ch đ c ho t đ ng nhằm ngăn ng a ng n m ch c a t đi n Vì v y tr c khi b chuy n m ch s 4 đ c b t, b chuy n m ch s 1 ph i đ c ng t vƠ ng c l i

Đ đ n gi n hóa quá trình phân tích nhằm thu đ c ph ng trình mô t tr ng thái

EaN và EcNlƠ t ng t nhau ngo i tr vi c l ch pha nhau m t góc 1200 (EbN ch m pha

so v i EaN m t góc 1200 và EcN ch m pha so v i EbN m t góc 1200).Các đi n áp EaN,

EbN, và EcN ( đ c đo so v i đi m trung tính c a ngu n) có th đ c xác đ nh t các

ph ng trình sau:

Ean = EaN + UNn

Ecn = EcN + UNn

E E E

3 3 3

2 aN bN cN

an

E E E

3 3 3

2 bN cN aN

bn

E E E

3 3 3

2 cN aN bN

cn

E E E

Đ th Ean đ c trình bày xemHình 4.6 (trong đó ch mô t đi n áp ua) Thành

ph n t n s c b n (giá tr hi u d ng) c a Ean nh n đ c là:

dc dc

E

ah

45 , 0

45 , 0



4.3.1 Bi u th c c a dòng đi n xoay chi u

Dòng đi n xoay chi u trong pha A (iA) đ c xác đ nh t bi u th c:

) ( ) ( ) u t E t u

dt

di

Vì giá tr c a Ean(t) ph thu c vào kho ng trong đó ωt thay đ i, do đó chúng ta

nh n đ c nh ng bi u th c khác nhau c a iA (t) trong các kho n khác nhau Tuy nhiên trong t t c các kho ng, bi u th c cho ngu n đi n là không đ i u a(t) 2Usint

Kho ng 1: 0 ≤ωt ≤ 600



U

U t L

U t

2)

U

U t L

U t

4.3.2 Đi n áp vƠ dòng đi n m t chi u:

Dòng đi n m t chi u ch y trong m ch idc ph thu c vƠo dòng đi n chuy n m ch Xét trong kho ng 0 ≤ωt ≤ 600

, chúng ta có b chuy n m ch 5, 5 vƠ 1 đang d n đi n (đóng) Nói chung, công th c sau có th áp d ng cho b t kỳ s k t h p chuy n m ch nào:

Udcidc = EaniA + Ebnib +Ecnic (4.19) Công th c (4.19) có th áp d ng trong t t c các kho n th i gian B i vì Ean, Ebn,

Ecn là ph thu c tuy n tính vào Udc, ta có th bi u di n nh sau:

Ean(t) = SA(t)Udc + SB(t)Udc + Sc(t)Udc (4.20) Trong đó: SA(t), SB(t), Sc(t) là các hàm chuy n m ch v i giá tr ph thu c vào kho n th i gian xem xét Các hàm chuy n m ch đ c bi u di n nh trong Hình 4.7

Hình 4.7: HƠm chuy n m ch c a STATCOM sáu xung

Đ i v i kho n 0 ≤ωt ≤ 600, giá tr c a hàm chuy n m ch là:

B A

3

1 3

1 3

2 3

1 )

30sin(

2)

60(

)()

2

t U

U t

t

U t

i t i t

A B

1 3

1 3

2 )

T ng t đ i v i kho n 1200 ≤ωt ≤ 1800, ta có:

C C C B A C

B A

3

1 3

2 3

1 3

1 )

Trong đó: U0 là giá tr c a udc(t) t i t=0

Thay ph ng trình (4.25) vƠo (4.28) ta đ c ( đ i v i kho n 0 ≤ωt ≤ 600):

K t U t U t

U U

Trong đó: K-Hằng s tích phơn đ c xác đ nh theo ph ng trình sau:

t U LC

t U LC

t U

U t

2 2

0 0

2

66

29

)30cos(

2)

4.4 Mô hình điều khiển của STATCOM

Hình 4.8: S đ kh i c a STATCOM v i đi u khi n đi n áp đ r ng xung (PWM)

C u trúc c b n c a STATCOM v i đi u khi n đi n áp d a trên đ r ng xung PWM đ c mô t xemHình 4.8 Lo i b các vòng lặp đi u khi n đi n áp dc trong hình này s mang l i s đ kh i c b n c a b đi u khi n góc pha đi n hình

Các mô hình STATCOM đ xu t đơy đ c d a trên ph ng trình cơn bằng công su t,

V c b n đi u khi n s cân bằng gi a công su t AC và công su t m t chi u Pdc

ho t đ ng d i s cân bằng t n s c b n (đơy lƠ nh ng gi đ nh c b n mà các nghiên c u tr ng thái n đ nh và thoáng qua d a trên công su t c a h th ng) Cho các