- Hệ thống 220k V: Nhằm để đồng bộ với hệ thống nguồn điện, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện và đáp ứng được nhu cầu phụ tải giai đoạn đến nă m
2.1.2. Thiết bị bù ngang tĩnh có điều khiển – SVC
SVC là thiết bị có khả năng điều chỉnh nhanh công suất phản kháng bằng cách thay đổi giá trị điện kháng. Để hiệu chỉnh tổng trở phản kháng theo đặc tính đã định một cách thích hợp người ta dùng các thyristor.
SVC cung cấp hai giải pháp cho bài toán bù:
- Bù phụ tải tại những nơi có yêu cầu giảm bớt sự cung cấp công suất phản kháng từ hệ thống của các phụ tải lớn có tính giao động trong công nghiệp như lò hồ quang, máy cán ... và để cân bằng công suất phụ tải trên cả ba pha của đường dây cung cấp.
- Điều chỉnh điện áp của đường dây truyền tải nhằm đáp ứng của hai đầu phát và nhận. Việc điều chỉnh điện áp được thực hiện qua việc điều chỉnh nhanh công suất phản kháng của SVC và do đó điều khiển nhanh công suất phản kháng ởđầu ra của SVC.
Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học
SVC được xây dựng trên nhiều mô hình thiết kế khác nhau. Tuy nhiên cấu tạo chung của thiết bị bù ngang tĩnh SVC đều từ hai loại phần tử cơ bản sau:
- TCR: Thyristor controller reactor (cuộn kháng được điều khiển bằng Thyristor)
- TSC: Thyristor switched capacitor (tụđóng cắt bằng thyristor)
2.1.2.1. Cuộn cảm được điều khiển bằng Thyristor
Phần tử cơ bản của TCR là cuộn cảm nối tiếp với cặp thyristor mắc đối song song như hình 2.1. Cuộn kháng cốđịnh có lõi bằng không khí.
Thyristor dẫn luân phiên mỗi nửa chu kỳ của tần số nguồn tùy thuộc vào góc kích α. Khi α = π/2 thyristor dẫn hoàn toàn, lúc này dòng điện có được như khi nối tắt thyristor. Dòng điện i hình sin chậm pha hơn điện áp u là π/2, khi α = π/2 ÷ π thyristor dẫn một phần, góc kích α từ 0 ÷ π/2 không được phép vì sẽ tạo ra dòng điện không đối xứng với thành phần một chiều. Tăng góc α sẽ làm giảm biên độ thành phần cơ bản I1 của dòng điện, dẫn đến XL tăng. Đặc tính U – I được mô tả bởi phương trình: U = Uref + XL.I (2.1) U XL i U i Uref α=π Hình 2.1. Cấu tạo và đặc tính ra TCR Giới hạn dòng
Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học
Do dẫn điện trễ, TCR tạo ra dòng điện điều hòa bậc lẻ khi α = π/2 ÷π, trong đó thành phần 6n+1 là thành phần thứ tự thuận, thành phần 6n – 1 là thành phần thứ tự nghịch, thành phần 6n – 3 là thành phần thứ tự không. TCR hoạt động như nguồn dòng và không phải biên độ cực đại của tất cả các dòng điều hòa được xuất hiện cùng một góc kích.
Trong hệ thống ba pha cân bằng TCR được đấu ∆ (TCR 6 xung) và chỉ có sóng hài bậc 6n ±1. Cuộn cảm được tách ra thành hai phần mắc hai bên thyristor ở mỗi nhánh ∆để hạn chế dòng sự cố thyristor.
Có thể khử sóng hài bằng cách dùng TCR 6 xung mắc vào hai cuộn thứ cấp của máy biến áp giảm áp, một cuộn thứ cấp nối Y và một cuộn thứ cấp khác nối ∆ để tạo ra TCR 12 xung. Cả hai TCR được được điều khiển bởi cùng một góc kích. Vì điện áp lệch pha π/6 nên thành phần 6(2n -1) ± 1 của dòng điện sẽ bị khử trong MBA, thành phần 12n ± 1 của dòng điện sẽđi vào hệ thống điện. Các bọ tụ có thể mắc song song với TCR để vừa nới rộng đặc tính làm việc của nó, vừa có thể lọc các sóng hài không mong muốn. Khi đó vùng làm việc được xác định bởi công suất định mức của các phần tử và định mức quá tải của TCR.
Như đặc tính làm việc trên hình vẽ, để duy trì cân bằng giữa các cực của khóa thyristor, tránh các dòng điều hòa bậc cao và một chiều, các xung mở được hạn chế từα = π/2 ÷ π. Xung gửi đến khóa thyristor ở góc mở α làm cho điện kháng tương ứng dẫn điện cho đến điểm không kế tiếp của dòng điện, do đó việc cấp công suất bù phản kháng được xác định.
Như vậy dễ nhận thấy TCR có những đặc điểm sau:
- Đáp ứng động của TCR rất nhanh, nhưng trễ do mạch đo lường và điều khiển cũng như tổng trở hệ thống, cho nên có thể chỉnh định để cho thời gian đáp ứng chậm hơn khoảng từ 3 đên 10 chu kỳ vì lý do ổn đinh mạch điều khiển.
- Phát sinh sóng hài của sơ đồ tùy thuộc loại TCR, cấu trúc bộ lọc và tình trạng vận hành của hệ thống điện. Điện áp không cân bằng, dung sai ở góc kích và phần tử chính của TCR có thể tạo ra nhiều sóng hài bậc 2, 3, 9 ... Những sóng hài
Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học
này thường dưới 2% định mức của TCR. Bộ lọc ở mạch đo lường và điều khiển có thể làm giảm những sóng điều hòa này.
- Tổn hao của TCR tùy thuộc và kết cấu và điểm làm việc. Tổn hao của TCR với tụ cốđịnh từ 0,5 ÷ 0,7% công suất định mức.
- Khả năng quá tải của TCR được xác định bởi thyristor. Vì những đặc điểm này mà TCR có thểđược ứng dụng:
- Ổn định điện áp và giảm quá điện áp tạm thời trong hệ thống điện - Cải thiện ổn định trong hệ thống điện
- Giảm dao động công suất
- Cân bằng tải trong hệ thống điện
- Bù cho tuyến truyền tải điện cao áp một chiều (HVDC)
2.1.2.2. Bộ tụ đóng ngắt bằng thyristor (TSC)
i
U
C
Hình 2.2. Tụ đóng ngắt bằng thyrristor
Phần tử cơ bản của TSC là các tụ điện mắc song song, mỗi tụ được mắc nối tiếp với một cặp thyristor mắc song song ngược chiều nhau như hình 2.2.
Bộ tụ được chia thành nhiều nấc nhỏ, đóng cắt các nấc này bằng thyristor. TSC cung cấp điều khiển on/off chứ không phải là điều khiển pha. Nhu cầu công suất phản kháng được đáp ứng bằng cách đóng hay mở một lượng xấp xỉ các tụ điện. Ở trạng thái cắt của tụ điện có một điện áp nạp trước bằng với đỉnh âm hay
Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học
dương của điện áp xoay chiều được duy trì từ thời điểm không của dòng điện khi nó đã bị cắt lần sau cùng. Để làm cực tiểu dòng quá độ của tụ điện, tụ được đóng chỉ khi điện áp xoay chiều bằng với điện áp nạp trước. Điều này chỉ xảy ra một lần trong mỗi chu kỳ, do vậy, mạch điều khiển luôn có ít nhất một chu kỳ đầy đủ mà trong khoảng đó để quyết định cắt hay không cắt một tụ nào đó. Do đó điều khiển tạo xung kích cho thyristor sẽ quyết định quá độđóng ngắt như sau:
- Quá độ nhỏ về dòng điện i sẽ diễn ra nếu thyristor được kích lúc điện áp trên tụ uc bằng điện áp của hệ thống.
- Quá độ lớn về dòng điện sẽ xảy ra nếu thyristor được kích lúc điện áp trên tụ uc và điện áp hệ thống ngược nhau.
Ngoài ra có thể mắc một cuộn cảm nhỏ nối tiếp tụ sao cho biến thiên di/dt vẫn nằm trong giới hạn cho phép khi tình trạng đóng cắt quá độ xấu nhất xảy ra.
Như vậy có thể nhận thấy một sốđặc điểm sau của TSC:
- Chọn cấp điện áp để mắc TSC có thểảnh hưởng đáng kểđến giá thành toàn bộ TSC. Nó cũng quyết định đến mức chịu điện áp và dòng điện của thyristor.
- Đặc tính U – I của TSC gián đoạn và được xác định bởi công suất và số phần tử mắc song song. Đáp ứng động của TSC nhanh (khoảng 0,5 – 1 chu kỳ), nhưng do trễ của mạch điều khiển và đo lường cho nên có thể chỉnh định để đáp ứng chậm hơn vì lý do ổn định điều khiển.
- TSC không phát sinh sóng hài nhưng nguy hiểm do cộng hưởng nối tiếp với hệ thống điện và tổng trở của cuộn cảm nối tiếp.
- Khả năng quá tải của TSC được quyết định bởi thyristor và tụ. Do những đặc điểm trên mà TSC có thểđược dùng:
- Duy trì điện áp khi có tác dụng của nhiễu lớn. - Giảm giao động công suất
- Điều chỉnh điện áp - Cân bằng tải.
Luận Văn Thạc Sỹ Khoa Học
Hiện nay người ta rất quan tâm đến sự kết hợp giữa bộ TCR và TSC để tạo ra các bộ bù tĩnh có công suất ngõ ra biến thiên liên tục (SVC). Các bộ SVC hoạt động với đáp ứng nhanh và người ta có thểđạt được các chức năng của bộ tụ bù tĩnh như: điều khiển điện áp, giảm tổn thất công suất và điện năng trong lưới điện, nâng cao giới hạn truyền tải công suất cho các đường dây theo điều kiện ổn định tĩnh, điều khiển quá trình quá độ nâng cao tính ổn định động cho hệ thống. Các ứng dụng này có thể đạt được là do hệ điều khiển đi cùng của SVC. Tuy nhiên để SVC đáp ứng được tất cả các chức năng trên thì hệđiều khiển phải được xây dựng hết sức phức tạp, do vậy trong phạm vi luận văn chỉ đề cập đến việc xây dựng hệđiều khiển bộ SVC để dùng mục đích điều khiển điện áp khi phụ tải thay đổi liên tục.