- Giàn tụ được điều khiển bởi thyristo r Thyristor Controlled Capacitors (TSC)
5.2.4.1 Kết quả các trường hợp A
Bảng 5.6. Kết quả mô phỏng mất đối xứng dòng các trường hợp A1 trước khi bù
Ký
hiệu Rms (A) Góc (độ) Liên hợp phức k2i( %) A1.1 Itr 400 90 0 4.0000e+002i
Ip 400 0 400 ���� 10 Ia 104.973 0 104.9728 ������ � 1.0 Ib 104.973 120 52.4864 90.9091i ��� 10 Ic 104.973 120 52.4864 +90.9091i ����� � 1.0 I+ 104.973 0 1.0497e+002 +2.3685e015i 0 I- 0 0 4.7370e015
A1.2 Itr 400 115.842 1.7436e+002 3.6000e+002i
Ip 0 0 0 ���� 10 Ia 0 0 0 ������ � 0.9 Ib 90.9091 115.842 39.6264 81.8182i ��� 0 Ic 90.9091 64.1581 39.6264 +81.8182i ����� � 0 I+ 52.4864 25.8419 47.2377 22.8783i 100 I- 52.4864 154.158 47.2377 +22.8783i A1.3 Itr 0 0 0 Ip 400 25.8419 3.6000e+002 1.7436e+002i ���� 0 Ia 104.973 25.8419 94.4755 45.7566i
������ � 0 Ib 52.4864 154.158 47.2377 +22.8783i
��� 10 Ic 52.4864 154.158 47.2377 +22.8783i
����� � 0.9 I+ 52.4864 25.8419 47.2377 22.8783i 100
I- 52.4864 25.8419 47.2377 22.8783i
A1.4 Itr 560 115.842 2.4410e+002 5.0400e+002i
Ip 640 25.8419 5.7600e+002 2.7897e+002i ���� 14 Ia 167.956 25.8419 1.5116e+002 7.3211e+001i ������ � 0.9 Ib 152.482 149.26 1.3106e+002 7.7940e+001i ��� 16 Ic 152.482 97.576 2.0104e+001 +1.5115e+002i ����� � 0.9 I+ 157.459 25.8419 1.4171e+002 6.8635e+001i 6.6667 I- 10.4973 25.8419 9.4475 4.5757i
Bảng 5.7. Kết quả mô phỏng các trường hợp A1 trước và sau khi bù mất đối xứng dòng
CÁC TRƯỜNG HỢP A1
A1.1 A1.2 A1.3 A1.4
��� (MVA) 10 ������ � 1.0 10 ������ � 0.9 0.0 ������ � 0.0 14 ������ � 0.9 �� (MVA) 10 ����� � 1.0 0.0 ����� � 0.0 10 ����� � 0.9 16 ������ � 0.9 ��� (A) 400 400 0.0000 560 �� (A) 400 0.0000 400 640 �� (A) trước bù 104.973 52.4864 52.4864 157.459
�� (A) trước bù 4.73695e015 52.4864 52.4864 10.4973
��� 100% (trước bù) 0.0000 100.000 100.000 6.6667
�� (A) sau bù 104.973 60.6061 69.9819 157.64
�� (A) sau bù 4.73695e015 0.248615 0.153842 0.659098
��� 100% (sau bù) 0.0000 0.410216 0.219831 0.418103
S bù (MVA) 0.0000 8.7177 3.8000 18.2849
Như vậy, trong trường hợp A1.1, tải trên hai pha trái và pha phải khi dòng tải bằng nhau về cả độ lớn (mô –đun), ��� � �� � 400� và góc lệch pha bằng nhau ���� �� � 0� thì dòng ��, ��, �� bằng phía sơ cấp hoàn toàn cân bằng về cả mô – đun (104.973A) và pha (0�, �120�, 120�), chỉ tồn tại duy nhất dòng thứ tự thuận chính bằng dòng ba pha phía sơ cấp, hệ thống cân bằng, chỉ số mất đối xứng
k2i=0.00%. Do đó, công suất bù bằng không “0”, dạng sóng dòng phía sơ cấp trước và sau khi bù (có mô- đun và góc lệch pha là như nhau) được biểu diễn đồ thị 5.28. và 5.29.
Hình 5.28: Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp trước bù trường hợp A1.1
Hình 5.29: Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp sau khi bù trường hợp A1.1 Trong trường hợp A1.2 pha trái có tải ��� � 400�, pha phải không tải, dòng �� � 0, dòng pha A sơ cấp phù thuộc vào dòng pha phải �� � 0, do đó �� � 0, dòng ��� � �� �39.6264 + 81.8182i, kết quả là dòng thứ tự thuận bằng dòng thứ tự nghịch về độ lớn và đối xứng nhau, hệ số mất đối xứng k2i=100%.. Trong trường hợp này, chương trình xử lý thiết lập dòng cân bằng ba pha mới bởi bộ bù đồng bộ dựa trên nguyên tắc nghịch lưu nguồn áp, thông qua sơ đồ kết nối tích cực Steinmetz. Ứng dụng công thức các thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch có được qua bộ chuyển đổi và điều khiển dòng nghịch lưu dựa trên dòng tham chiếu.
Công suất ngắn mạch hệ thống trong trường hợp này là Scc = 0.22727GVA hệ số điều khiển �� � 0.042 (cuộn cảm), hệ số �� � 0.0037 (tụ dung) và chọn hệ số chu kỳ ����� � 0.95. Như vậy giá trị sau khi bù giá trị dòng thứ tự nghịch gần về zero “0”, lý tưởng là “0”, dòng ba pha phía sơ cấp ��, �� �à �� bằng với giá trị dòng thứ tự thuận, góc pha về lý tưởng là 0�, �120�, 120�. Kết quả có được là mô – đun dòng thứ tự thuận là �� � 60.6061 A, �� � 0.0430 A, hệ số mất đối xứng sau khi bù là �2� � 0.4102% < 2%. Công suất phải bù là S = 8.7177MVA. Dạng sóng dòng ba pha trước và sau khi bù thể hiện như hình 5.30 và 5.31.
Hình 5.30: Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp trước khi bù trường hợp A1.2
Đối với trường hợp A1.3, pha trái không tải, dòng ��� � 0, dòng �� � 94.4755 � 45.7566i (khác không) do dòng �� phù thuộc vào dòng �� khi sử dụng sơ đồ kết nối MBA Scott, dòng ��, �� bằng nhau về cả mô-đun và góc lệch pha (��, �� �-47.2377 +22.8783i) nên trùng pha nha, ��, ��, �� mất đối xứng, k2i=100%, biểu diễn trên đồ thị 5.24. Công suất ngắn mạch hệ thống trong trường hợp này là
Scc = 0.22727GVA hệ số điều khiển �� � 0.0289 (cuộn cảm), hệ số �� � 0.0122 (tụ dung) và chọn hệ số chu kỳ ����� � 0.95. Kết quả sau khi bù là �2� � 0.2198%, công suất bù là S = 3.80MVA nhỏ hơn trường hợp A1.2, dạng sóng dòng điện sau khi bù như hình 5.32 và 5.33 cho trường hợp A1.3.
Hình 5.32: Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp trước khi bù trường hợp A1.3
Đối với A1.4, tải ở pha phải lớn hơn pha trái, �� � 640�, �� � �25.8419�, ���� 560�, ��� � �115.842�, do đó phía sơ cấp dòng �� � 167.956�, dòng ��, �� � 152.482�, bằng nhau mô – đun độ lệch góc thứ tự pha tương đối nhỏ, nên chỉ số mất đối xứng tương đối thấp k2i=6.6667%. Kết quả sau khi bù có được chỉ số mất đối xứng dòng k2i=0.06564%, dòng ��, ��, �� � 157.64�, công suất bù là
S=18.2849MVA. Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp và thứ cấp trước và sau khi bù như hình 5.34 và 5.35.
Hình 5.34: Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp trước khi bù trường hợp A1.4
5.2.4.2 Kết quả các trường hợp A2
Bảng 5.8. Kết quả mô phỏng mất đối xứng dòng các trường hợp A2 trước khi bù
Ký
hiệu rms(A) Góc, độ Liên hợp phức
k2i (%)
A2.1 Itr 400 115.842 1.7436e+002 3.6000e+002i
Ip 400 25.8419 3.6000e+002 +1.7436e+002i ���� 10 Ia 104.973 25.8419 94.4755 +45.7566i ������ � 0.9 Ib 136.039 129.682 8.6864e+001 1.0470e+002i ��� 10 Ic 59.4293 97.3584 7.6114 +58.9399i 48.4322 ����� � �0.9 I+ 94.4755 0 94.4755 + 0.0000i I 45.7566 90 0.0000 +45.7566i
A2.2 Itr 560 115.842 2.4410e+002 5.0400e+002i
Ip 800 25.8419 7.2000e+002 3.4871e+002i ���� 14 Ia 209.946 25.8419 1.8895e+002 9.1513e+001i ������ � 0.9 Ib 164.978 155.357 1.4995e+002 6.8789e+001i ��� 20 Ic 164.978 103.673 3.8999e+001 +1.6030e+002i ����� � 0.9 I+ 178.454 25.8419 1.6061e+002 7.7786e+001i 17.6471 I 31.4918 25.8419 28.3426 13.7270i
A2.3 Itr 640 115.842 2.7897e+002 5.7600e+002i
Ip 200 0 200 ���� 16 Ia 52.4864 0 52.4864 ������ � 0.9 Ib 158.662 124.403 8.9645e+001 1.3091e+002i ��� 5 Ic 136.081 74.1532 3.7159e+001 +1.3091e+002i ����� � 1 I+ 108.203 19.7733 1.0182e+002 3.6605e+001i 56.7761 I 61.4337 143.427 49.3372 +36.6053i
A2.4 Itr 400 126.87 2.4000e+002 3.2000e+002i
Ip 800 41.4096 6.0000e+002 5.2915e+002i ���� 10 Ia 209.946 41.4096 1.5746e+002 1.3887e+002i ������ � 0.8 Ib 133.316 178.584 1.3328e+002 3.2943e+000i ��� 20 Ic 144.203 99.6547 2.4184e+001 +1.4216e+002i ����� � 0.75 I+ 157.349 39.8967 1.2072e+002 1.0092e+002i 33.5653 I 52.8147 45.9211 52.4864 77.2484i
Bảng 5.9. Kết quả mô phỏng các trường hợp A2 trước và sau khi bù mất đối xứng dòng
CÁC TRƯỜNG HỢP A2
A2.1 A2.2 A2.3 A2.4
��� (MVA) 10 ������ � 0.9 14 ������ � 0.9 16 ������ � 0.9 10 ������ � 0.8 �� (MVA) 10 ����� � �0.9 20 ����� � 0.9 5 ����� � 1.0 20 ������ � 0.75 ��� (A) 400 560 640 400 �� (A) 400 800 200 800 �� (A) trước bù 94.4755 178.454 108.203 157.349 �� (A) trước bù 45.7566 31.4918 61.4337 52.8147 ��� 100% (trước bù) 48.432210 17.647059 56.776134 33.565244 �� (A) sau bù 100.1471 179.967 115.7429 162.488 �� (A) sau bù 0.433755 0.726294 0.534466 0.327489 ��� 100% (sau bù) 0.433117 0.40357 0.461770 0.201547 S bù (MVA) 12.517798 19.804917 13.948477 29.500000
Trong trường hợp A2.1, tải tại hai pha là bằng nhau song tải pha trái trể pha góc ��� � 25.84� và tải pha phải sớm pha góc �� � 25.84�, tức dòng có mô –đun bằng nhau ��� � �� � 400� nhưng khác pha nhau. Tuy nhiên, phía sơ cấp xảy ra mất đối xứng về cả mô- dun lẫn góc pha, chỉ số mất đối xứng là k2i=48.43%. Công suất ngắn mạch Scc=0.19813GVA, hệ số điều khiển b1=0.0814, b2=0.0182, kết quả sau khi bù có được là: chỉ số mất đối xứng k2i=0.43317% <2% và công suất bù là
S=12.5177MVA. Dạng sóng dòng phía sơ cấp trước và sau khi bù như hình 5.36 và 5.37
Trong trường hợp A2.2 có chỉ số mất đối xứng nhỏ nhất k2i = 17.6471%
trong bốn trường hợp của A2, vì sự mất cân bằng về tải tương đối thấp và hệ số công suất của hai pha bằng nhau, trong trường hợp này dòng Ia = 209.946A lớn nhất (Ib,Ic =164.978A), vì Ia phù thuộc vào dòng phụ tải pha phải phía thứ cấp (tải pha phải lớn, dòng �� � 800�). Công suất ngắn mạch trong trường hợp này là
Scc=0.13636GVA, hệ số điều khiển b1=0.1946, b2=0.0493. Kết quả có được sau khi bù là �� � 179.967� và �� � 0.72629� chỉ số mất đối xứng sau bù là k2i =
0.4036% <2% thỏa, công suất bù S=19.8049MVA. Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp trước và sau khi bù được thể hiện như hình 5.38 và 5.38.
Hình 5.37: Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp sau khi bù trường hợp A2.1 Hình 5.36: Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp trước bù trường hợp A2.1
Hình 5.38: Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp trước khi bù trường hợp A2.2
Hình 5.39: Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp sau khi bù trường hợp A2.2
Trong trường hợp A2.3, công suất trên phân đoạn pha trái lớn 1/3 lần pha phải, do đó dòng cũng lớn hơn 3.2 lần, ��� � 16���, ��� � 640�, �� � 5���, �� � 200�, phía sơ cấp dòng Ia =52.4864A khá nhỏ so với Ib =158.662A, Ic=108.203A, vì Ia phù thuộc vào dòng ��. Do đó chỉ số mất đối xứng dòng trong trường hợp này là rất cao k2i=56.7761%, (dòng thứ tự thuận �� � 108.203�, �� � 61.4337�). Công suất ngắn mạch trong trường hợp này là Scc=0.26611GVA,
được sau khi bù là �� � 115.473�, �� � 0.534466�, Công suất bù là
S=13.94847MVA, hệ số mất đối xứng sau khi bù là k2i=0.46177%. Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp trước và sau khi bù như hình 5.40 và 5.41.
Hình 5.40: Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp trước khi bù trường hợp A2.3
Hình 5.41: Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp sau khi bù trường hợp A2.3 Trong trường hợp A2.4, ���� 10���, ���� 400�, �� � 20���, �� � 800�tải tại pha phải gấp 2 lần tải pha trái, phía sơ cấp dòng Ia =209.946A lớn hơn so với Ib =133.316A, Ic=144.203A, vì Ia phù thuộc vào dòng ��, chỉ số mất đối xứng trước khi bù là k2i=33.5653%. Công suất ngắn mạch trong trường hợp này là
0.95. Kết quả đạt được là dòng thứ tự thuận sau khi bù là �� � 162.448, dòng thứ tự nghịch �� � 0.3275�, công suất bù S= 29.5MVA, chỉ số mất đối xứng sau khi bù là k2i=0.2015%< 2% thỏa, dòng ��, ��, �� � 162.44887�. Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp trước và sau khi bù thể hiện như đồ thị 5.42 và 5.43.
Hình 5.42: Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp trước khi bù trường hợp A2.4
Hình 5.43: Dạng sóng dòng ba pha phía sơ cấp sau khi bù trường hợp A2.4
5.2.5. Nhận xét
Tóm lại, trong phần này đã giải quyết được các vấn đề chính về chất lượng điện năng trên đường sắt chạy điện, ảnh hưởng của nó đến hệ thống điện (đường dây ba pha 110kV như đã mô phỏng) và khả năng linh hoạt khi sử dụng bộ bù đồng bộ (STATCOM) dựa trên bộ biến đổi nguồn áp, thông qua sơ đồ kết nối tích cực
Steinmetz. Giá trị giới hạn bù dựa trên công nghệ hiện đại có kết quả khả quan và linh hoạt hơn, nghiên cứu nhấn mạnh được khả năng linh hoạt của bộ bù đồng bộ trong từng trường hợp cụ thể từ A1.1 đến A2.4 mỗi giá trị bù là khác nhau và các giá trị hệ số nhận được là khác nhau và tối ưu hơn, đáp ứng được yêu cầu đề ra cho tất cả các giới hạn ràng buộc: về điện áp, hệ số sụt áp (kmax <2%), chỉ số mất đối xứng điện áp ba pha (k2u<2%), và dòng ba pha (k2i<2%). Vì vậy thành tự của nó giúp cho việc giảm tổn thất công suất trong hoạt động của giao thông đường sắt chạy điện AC 25kV tần số công nghiệp, với phạm vi rộng lớn dưới tiêu đề dựa trên bộ biến đổi nghịch lưu nguồn áp là hướng giải quyết tích cực.