1. Tổng quan về nhu cầu bù công suất phản kháng trong công nghiệp nặng

Các tải công nghiệp nặng như lò hồ quang điện (EAF, LF), máy nghiền bi, hệ thống cán thép, và máy nâng khai khoáng thường gây ra biến động công suất phản kháng lớn, dẫn đến dao động điện áp, sóng hài, flicker và giảm hệ số công suất (cosφ).

Trong hệ thống điện truyền thống, các thiết bị bù tĩnh (SVC, tụ bù, cuộn kháng) chỉ đáp ứng được một phần nhỏ, do khả năng phản ứng chậm và phụ thuộc vào điện áp tức thời.
Khi tải biến đổi nhanh (đặc biệt trong lò hồ quang), độ trễ này khiến điện áp dao động liên tục, gây sụt áp, gián đoạn thiết bị và ảnh hưởng đến toàn bộ lưới nội bộ.

Vì vậy, giải pháp bù mềm công suất phản kháng – STATCOM (Static Synchronous Compensator) là giải pháp tối ưu cho các nhà máy công nghiệp nặng và các phụ tải nêu trên.

2. Nguyên lý hoạt động của STATCOM

STATCOM là thiết bị bù công suất phản kháng sử dụng bộ chuyển đổi nguồn điện áp (VSC – Voltage Source Converter).
Khác với các giải pháp sử dụng tụ bù truyền thống, STATCOM có khả năng phát hoặc hấp thụ công suất phản kháng (Q) một cách liên tục và tức thời bằng cách điều chỉnh biên độ và pha điện áp đầu ra của thiết bị.

a) Cấu trúc cơ bản của STATCOM

• Bộ chuyển đổi công suất (VSC): sử dụng IGBT hoặc IGBT + NPC, chuyển đổi điện một chiều (DC link) thành điện xoay chiều có thể điều khiển tần số và pha.
• Tụ DC (DC link capacitor): lưu trữ năng lượng và giữ ổn định điện áp DC.
• Máy biến áp ghép nối (Coupling Transformer): Kết nối giữa STATCOM và lưới điện trung áp.
• Bộ lọc sóng hài (Filter Capacitor Bank): Giảm méo dạng sóng đầu ra.
• Hệ thống điều khiển và bảo vệ (C&P): Giám sát, điều khiển công suất và bảo vệ hệ thống.

b) Cơ chế bù công suất phản kháng

• Khi Vout > Vgrid, STATCOM phát công suất phản kháng (Q > 0) – bù dung kháng, tăng điện áp lưới.
• Khi Vout < Vgrid, STATCOM hấp thụ công suất phản kháng (Q < 0) – bù cảm kháng, giảm điện áp lưới.
• Quá trình này được điều khiển hoàn toàn bằng kỹ thuật số, phản ứng trong thời gian < 1 ms.

3. Cấu trúc hệ thống Merus® STATION

Hệ thống Merus® STATCOM gồm 3 thành phần chính:

3.1. Hệ thống điều khiển và bảo vệ (Control & Protection – C&P)

• Do Merus Power/Phần Lan phát triển.
• Sử dụng phần mềm điều khiển độc quyền kết hợp phần cứng điều khiển hiệu suất cao.
• Giao tiếp giữa các thiết bị sử dụng cáp quang đảm bảo tốc độ truyền và chống nhiễu EMC.
• Tích hợp SCADA và giao thức Modbus/IEC104 để kết nối với hệ thống giám sát trung tâm.
• Hỗ trợ MERUSCOPE™ IoT cho phép theo dõi, cảnh báo và chẩn đoán từ xa.

3.2. Mô-đun STATCOM

• Hai loại mô-đun chính:
  • M2000 – công suất 2 MVAr, điện áp 2000 VAC, lắp trong nhà.
  • PCM – công suất 1 MVAr, điện áp 800 VAC, dùng ngoài trời.
• Mỗi mô-đun có hệ thống điều khiển, làm mát bằng chất lỏng và bảo vệ riêng biệt, đảm bảo hoạt động độc lập.
• Cấu trúc modular scalable, cho phép ghép song song nhiều mô-đun để đạt công suất tới >100 MVAr.

3.3. Tụ lọc và biến áp ghép nối

• Tụ lọc trung áp (Filter Capacitor Bank): tùy chỉnh theo tần số và tải, giúp giảm sóng hài đầu ra.
• Máy biến áp ghép nối (Coupling Transformer): kết nối giữa mô-đun STATCOM và thanh cái trung áp (MV Bus).

4. Đặc tính kỹ thuật của Merus® STATCOM

5. So sánh STATCOM với SVC và các giải pháp bù khác

Như vậy, STATCOM vượt trội hơn SVC nhờ khả năng điều khiển nhanh, hiệu suất cao, và đáp ứng tốt trong môi trường biến động tải liên tục

6. Ứng dụng thực tế trong công nghiệp

a) Nhà máy luyện thép:
Giảm flicker, tăng năng suất 7–10%, giảm tiêu thụ điện cực, ổn định điện áp đầu vào lò.

b) Nhà máy cán thép:
Duy trì mô-men động cơ ổn định, giảm sụt áp và tránh dừng máy do dao động điện.

c) Ngành khai khoáng:
Ổn định điện áp tại các khu vực xa nguồn, giảm nhu cầu máy phát dự phòng, tiết kiệm nhiên liệu.

d) Hệ thống bơm và cơ giới nặng:
Giảm sóng hài và mất cân bằng pha, cải thiện độ tin cậy vận hành.

7. Kết luận kỹ thuật

Giải pháp Merus® STATCOM mang lại hiệu suất điện năng vượt trội, độ tin cậy cao và khả năng điều khiển linh hoạt cho các ứng dụng công nghiệp nặng.
Nhờ thời gian đáp ứng cực nhanh (<1 ms), thiết kế mô-đun mở rộng linh hoạt, và tích hợp SCADA – IoT, Merus® STATCOM là lựa chọn tối ưu để đảm bảo ổn định điện áp, giảm tổn thất năng lượng, và đáp ứng tiêu chuẩn lưới điện quốc tế.

MES-Engineering Việt Nam – với đội ngũ kỹ sư chuyên sâu và hợp tác trực tiếp với Merus Power – cam kết mang đến giải pháp STATCOM tiên tiến, đồng hành cùng doanh nghiệp Việt Nam trong hành trình tăng hiệu quả, giảm phát thải và phát triển bền vững.