3.4.1 Mô hình hóa hệ thống HVDC
Để mô hình hóa quá trình hoạt động của hệ thống HVDC trong cả chế độ xác lập ổn định lẫn chếđộ quá độ thì cần phải mô tảđược các thành phần sau:
- Mô hình bộ biến đổi.
- Mô hình hệ thống hay đường dây DC. - Giao tiếp giữa hệ thống AC và DC. - Mô hình điều khiển hệ thống DC.
Một số giả thuyết được đặt ra sau đây để việc mô hình hóa đơn giản - Dòng điện một chiều trên dây là phẳng (do có cuộn kháng điện)
- Điện áp hệ thống AC tại đầu chỉnh lưu và nghịch lưu là những tín hiệu hình sine hoàn toàn, tần số không đổi, giá trị hiệu dụng và tổng trở nguồn ba pha cân bằng nhau. Có nghĩa là tất cả những họa tần dòng điện và điện áp do bộ biến đổi sinh ra sẽ
không truyền vào hệ thống AC (do đã được lọc bởi bộ lọc AC). - Máy biến áp cho bộ biến đổi không bị bão hòa từ. Các công thức cơ bản của bộ biến đổi được tóm tắt lại như sau: Vd0 3 2B.T.Eac π = Vd Vd0cos 3XcId.B π α− = Hay là Vd Vd0cos 3XcId.B π γ − = φ ≈cos−1(Vd /Vd0) Pd =VdId Q = P.tangφ Với
Eac – điện áp hiệu dụng dây phía hệ thống của máy biến áp biến đổi. T – Tỉ số cuộn dây máy biến áp.
76
P , Q – công suất tác dụng và phản kháng.
Xc = ωLc – điện kháng đảo mạch của mỗi cầu / pha Vd và Id dòng và áp một chiều trên mỗi cực
Xét một hệ thống HVDC đơn giản và mạch tương đương của nó như hình vẽ 3.24 như sau:
Hình 3.25 Sơđồ và mạch tương đương của hệ thống HVDC đơn giản
Theo phương trình (3-35), chúng ta xem xét đường dây DC gồm hai đầu thì quan hệ giữa điện áp đầu chỉnh lưu và nghịch lưu theo điện trờ đường dây RL được viết như sau:
VdR = VdI + RLId (3-58)
Trong bài toán tính trào lưu công suất AC/DC các phương trình của hệ thống AC và DC sẽđược tính toán lần lượt và độc lập nhau trong mỗi bước lặp. Như vậy các chương trình tính toán trào lưu công suất đã có, không cần thêm bất kỳ sự thay đổi hay bổ sung gì đặc biệt vẫn dùng để tính toán được cho hệ thống AC/DC.
Giải thuật tính toán trào lưu công suất cho hệ thống AC/DC có những đặc trưng như sau:
- Trong mỗi bước lặp của bài toán, mỗi một bộ biến đổi sẽ được mô hình như
một nguồn công suất (P,Q) bơm vào nút liên kết của hệ thống (nút nối với máy biến áp biến đổi).
77
- Từ những giá trị P,Q của các nút này, tính toán bài toán trào lưu công suất AC như các phương pháp truyền thống để tìm các giá trịđiện áp nút. Giá trịđiện áp tại các nút liên kết thu được từ phép tính lặp của bài toán AC lại được dùng vào để giải tiếp các phương trình DC.
- Từ các phương trình DC lại tìm ra được các giá trị P và Q mới bơm vào nút liên kết và cứ như thế bài toán tiếp tục cho đến khi hội tụ.
Sự liên kết giữa các phương trình AC và DC được mô tả như hình vẽ 3.25. Các giá trị điện áp Eacr và Eaci được xem như đầu vào của các phương trình DC, chúng
được xác định từ bước lặp trước bài toán AC.
Các biến trạng thái Pr, Qr, Pi, Qi được xem như là đầu ra của các phương trình DC, chúng được dùng cho bước lặp kế tiếp để giải các phương trình AC.
Các biến điều khiển α, γ, Iord do các chếđộ vận hành và điều khiển quyết định. Nói chung là tất cả các biến độc lập vả phụ thuộc trong các phương trình DC
đều phụ thuộc vào chế độ điều khiển của trạm chỉnh lưu và nghịch lưu. Trong các trạng thái vận hành xác lập ổn định, ba chếđộ vận hành có thể áp dụng là: Hình 3.26 Quan hệ giữa các thông số của AC và DC - Chếđộ vận hành 1: Bộ chỉnh lưu hoạt động với đặc tính điều khiển dòng hằng số còn nghịch lưu hoạt động với góc tắt hằng số. - Chế độ vận hành 2: Bộ nghịch lưu hoạt động với điều khiển dòng hằng số và chỉnh lưu hoạt động với góc kích bé nhất hằng số.
78 - Chế độ vận hành 3: Chỉnh lưu hoạt động ở chế độ góc kích bé nhất hằng số,