Mô phỏng hệ thống trên đây được chạy trong các chế độ sau:
a. Chế độ khởi động tự nhiên động cơ không đồng bộ: Đầu tiên, mô phỏng
chạy với trường hợp không dùng DVR. Khối DVR activate sẽ điều khiển để đóng cầu dao đấu tắt mạch sơ cấp của MBA ghép nối DVR. Khi đó động cơ khởi động, điện áp và các thông số của động cơ được ghi lại như Hình 3.5. Trên mô phỏng, động cơ khởi động tại thời điểm 0,5s. Trong quá trình khởi động, động cơ hấp thụ một lượng công suất phản kháng lớn, do đó, dòng hiện khởi động (Im) tăng cao (khoảng 10 lần dòng điện xác lập). Mô men điện từ (Te) tăng theo tốc độ động cơ (nm) với giá trị lớn nhất trong thời gian rất ngắn (khoảng 5 chu kỳ). Kết quả là, điện áp tại PCC (Vpcc) có SANH không phải là hình chữ nhật với biên độ thấp nhất chỉ còn 0,7Uđm.
Học viên: Nguyễn Mỹ Dung – Lớp: 11BKTĐHTĐ
52
Hình 3.5. Hệ thống kiểm tra các thông số khi động cơ bắt đầu mà không có DVR
b. Chế độ khởi động động cơ có bù điện áp dùng DVR với nguồn 1 chiều sử
dụng ắc qui: Khối lựa chọn nguồn 1 chiều chuyển qua vị trí ắc qui (Battery). Trước khi chạy mô phỏng, khối DVR activate sẽ điều khiển để đóng cầu dao đấu tắt mạch sơ cấp của MBA ghép nối DVR. Khi động cơ bắt đầu khởi động (cũng ở 0,5s), SANH được phát hiện trên đầu cực động cơ Vm. Nếu Vm giảm xuống dưới 0,8pu thì khối DVR activate sẽ điều khiển mở dao cách ly DVR và DVR bắt đầu thực hiện tác dụng bù điện áp. Vào cuối giai đoạn khởi động, Vm được phục hồi trên 0,8pu và khối DVR activate sẽ điều khiển đóng dao cách ly DVR để đấu tắt DVR. Quá trình bù điện áp kết thúc. Các kết quả mô phỏng đưa ra trong hình 3.6 và hình 3.7. Vpcc (p. urms) Time (s) Vpcc (p.u) Im (A) Im (Arms) nm (rpm) Te (N. m)
Học viên: Nguyễn Mỹ Dung – Lớp: 11BKTĐHTĐ
53
Hình 3.6. Kết quả mô phỏng khi động cơ khởi động có bù DVR sử dụng cấp nguồn một chiều bằng ắc qui
Vpcc (p.urms) Vpcc (p.u) Im (A) Im (Arms) Time (s) nm (rpm) Te (N. m) DVR bị đấu tắt
Học viên: Nguyễn Mỹ Dung – Lớp: 11BKTĐHTĐ
54
Hình 3.7. Trị số điện áp tại các phía của DVR cung cấp bằng ắc qui
Kết quả cho thấy SANH tại PCC gần như được bù hoàn toàn. Bên cạnh đó, dòng điện khởi động được giảm đáng kể (chỉ 2,5 lần trị số xác lập) và Te cũng thấp hơn nhiều. Thời gian bắt đầu kéo dài lâu hơn (khoảng 0,5s). Từ kết quả mô phỏng rút ra một số điểm quan trọng như sau.
-Việc điều khiển bù sẽ cho phép đưa ra trị số điện áp bù là sự sai khác giữa điện áp lưới (Vpcc) và điện áp mẫu (Vref). Điện áp bù phía đầu ra cuả DVR sẽ bù hoàn toàn SANH tại đầu cực động cơ trong quá trình khởi động và do đó các thiết bị đầu cuối động cơ điện áp trong thời gian bắt đầu chuyển đổi đầu ra của DVR. Hình 3.7 biểu diễn các trị số điện áp liên quan trên pha (PCC, đầu ra DVR và đầu cực động cơ) để minh họa tác dụng bù điện áp. Do đó chiến lược điều khiển được đề xuất cho DVR rất phù hợp để bù điện áp trong trường hợp bù SANH do khởi động của động cơ không đồng bộ so với các nghiên cứu trước đây sử dụng D-STATCOM [13], [14].
VApcc (p.urms) VAdvr (p. urms) VAm (p.urms) VApcc (p.u) VAdvr (p.u) VAm (p.u) Time (s)
Học viên: Nguyễn Mỹ Dung – Lớp: 11BKTĐHTĐ
55 -Ngưỡng phát hiện SANH được đặt khá thấp (0,8Uđm) để có thể điều khiến đóng mở mạch bù của DVR khi điện áp đầu cực động cơ phục hồi vào cuối giai đoạn khởi động. Trong thực tế, SANH có dạng hình tam giác và vào cuối giai đoạn khởi động sẽ xuất hiện một mạch phân áp ổn định giữa điện áp đầu ra DVR (Vdvr) và điện áp đầu cực động cơ (Vm). Mạch phân áp này làm cho giá trị Vm không thể đạt được ngưỡng điện áp để ngắt DVR. Hình 3.8 cho thấy Vm được thiết lập cỡ thấp hơn 0,9Uđm. Vì vậy, bằng cách giảm ngưỡng kích hoạt đóng cắt dao đấu tắt DVR xuống 0,8Uđm, điện áp động cơ được phục hồi vào cuối của thời kỳ động cơ khởi động có thể cao hơn ngưỡng này và cầu dao đấu tắt mới có thể được kích hoạt để đấu tắt DVR. Tuy nhiên, ngưỡng phát hiện SANH thấp sẽ là tăng một chút dòng điện mở máy và mô men điện từ Te (hình 3.6). Tuy nhiên, nó thấp hơn nhiều so với giá trị tương ứng khi hệ thống là không có DVR.
Hình 3.8. Điện áp đầu ra của DVR và điện áp động cơ khi ngưỡng phát hiện SANH được thiết lập đến 0,9Uđm
-Hình 3.9 mô tả nguồn một chiều cung cấp để chuyển đổi DVR. Điện áp một chiều được giả định là ổn định ở mức 300V, nguồn một chiều được cung cấp là một bộ ắc qui. Nguồn một chiều gợn sóng trong quá trình hoạt động DVR. Những giá trị này theo dõi được so sánh với những trường hợp nguồn một chiều cung cấp có bộ chỉnh lưu như trong Hình 3.11.
Time (s) Vdvr
(p.u)
Vm
Học viên: Nguyễn Mỹ Dung – Lớp: 11BKTĐHTĐ
56
Hình 3.9. Nguồn một chiều điện áp và dòng điện được ghi hình cung cấp bởi pin
- Hình 3.10 biểu diễn trao lưu công suất trong hệ thống có bù DVR
DVR IM S P P P (8) DVR IM S Q Q Q (9) Trong đó:
Ps, Qs : Công suất tác dụng cung cấp và công suất phản kháng cung cấp từ lưới điện.
PIM, QIM: Công suất tác dụng và công suất phản kháng của động cơ điện khởi động.
PDVR, QDVR: Công suất tác dụng và phản kháng ở đầu ra của DVR.
Time (s) Idc
(A)
Vdc (V)
Học viên: Nguyễn Mỹ Dung – Lớp: 11BKTĐHTĐ
57
Hình 3.10. Trào lưu công suất tác dụng và công suất phản kháng của nguồn, DVR và động cơ khởi động
Do có sử dụng DVR, công suất của động cơ lúc khởi động không tăng nhanh. Nhờ đó tránh được việc tăng cao của dòng điện khởi động và mô men điện từ.
c. Chế độ khởi động động cơ có bù điện áp dùng DVR với nguồn 1 chiều sử
dụng nguồn chỉnh lưu: Khối lựa chọn nguồn 1 chiều chuyển qua vị trí chỉnh
lưu (Rectifier). Phần còn lại của hệ thống thử nghiệm giữ nguyên so với trường hợp làm việc với nguồn một chiều dùng ắc qui. Các biến đổi đáng kể kết quả của hệ thống kiểm tra được báo cáo ở Hình 3.11.
QS (VAr) PS (W) Time (s) QDVR (VAr) PDVR (W) QM (VAr) PM (W)
Học viên: Nguyễn Mỹ Dung – Lớp: 11BKTĐHTĐ
58
Hình 3.11. Kết quả mô phỏng khi động cơ khởi động có bù DVR sử dụng cấp nguồn một chiều bằng nguồn chỉnh lưu
Trong trường hợp này, SANH cũng được bù hoàn toàn. Hiệu quả giảm dòng khởi động và mô men điện từ tương tự như trường hợp sử dụng nguồn một chiều ắc qui. Vấn đề duy nhất là điện áp một chiều thay đổi chủ yếu trong thời gian bù, dòng một chiều cũng có những gợn sóng cao hơn. Điện áp một chiều tăng trong thời gian bù vì tụ điện phóng. Nếu điện dung là nhỏ, quá trình phóng điện là nhanh hơn và Vdc tăng cao nhanh hơn trước khi SANH kết thúc. Để giảm bớt tăng điện áp, điện dung nên có kích thước lớn hơn. Hình 3.12 cho thấy tăng điện áp khác nhau với điện dung khác nhau(2,5 và 10mF). Vpcc (p. urms) Im (Arms) nm (rpm) Te (N. m) Idc (A) Vdc (V) Time(s)
Học viên: Nguyễn Mỹ Dung – Lớp: 11BKTĐHTĐ
59
Time (s) Vdc (V)
Hình 3.12. Điện áp một chiều khi sử dụng tụ điện có điện dung khác nhau
Trường hợp sử dụng chỉnh lưu là thực tế hơn vì không cần thiết bị lưu trữ năng lượng. DVR có thể được kết hợp với DSTATCOM thành hợp bộ unified Conditioner chất lượng Power (UPQC) cho các trường hợp bù khác trong các mạng điện.