Thyristor khóa lại khi dòng điện qua không, như hình 2.25. Điểm giao nhau tại không của dòng điện tụ xảy ra đồng thời với điện áp đỉnh của điện áp tụ. Nếu các thyristor bị gián đoạn thì tụ điện sẽ vẫn được sạc. Van vì vậy đóng vai trò khóa hai điện áp khác nhau đó là điện áp nguồn cấp và điện áp trên tụ, điện áp tụ điện sẽ cao hơn so với điện áp nguồn cấp tại phía sau đỉnh của điện áp nguồn.
Hình 2. 25: Điện áp sau khi khóa TSC: (a) sơ đồ mạch và (b)Dạng sóng điện áp-dòng điện.
Trong hình 2.25 điện áp nguồn cấp v(t), điện áp tụ điện vC(t) và điện áp khóa trên van vT(t) được biểu diễn trong trường hợp lý tưởng không có tụ xả năng lượng và một trường hợp có tụ xả năng lượng được giả định. Bước đầu tiên để chặn điện áp trên van sau khi
Học viên: Nguyễn Xuân Thắng Trang 66 có lệnh khóa van là nhờ điện cảm trong mạch. Có thể kết luận rằng điện áp chặn trên van là khá cao, thường là VT>2V. Trong sơ đồ kết hợp của các TSC và TCR trên cùng bus, thì số lượng thyristor trong bộ TSC thường là hai lần số lượng thyristor trong van TCR. TSC phải chịu điện áp một chiều trong thời gian dài sau khi ngắt mạch.
2.2.4.4. Cấu hình TSC
Một TSC đơn pha cơ bản bao gồm có một cặp thyristor mắc song song đóng vai trò là công tắc hai chiều nối tiếp với tụ điện và một cuộn kháng để giới hạn dòng, như thể hiện trong hình 2.26. Khóa thyristor cho phép dẫn một số nguyên nửa chu kỳ. Tụ điện không điều khiển pha như là TCR. Như đã đề cập trong phần trước của chương này, các van thyristor được mở ngay khi điện áp đạt giá trị nhỏ nhất trên van để giảm quá độ ở mức tối thiểu. Ngoại trừ các quá độ ban đầu, dòng TSC là hình sin và không có sóng hài nào, do đó có thể không cần bất kỳ bộ lọc nào.
Hình 2. 26: Sự khác nhau của các cấu hình TSC:
(a) Nhánh TSC đơn pha; (b) TSC 3 pha nối tam giác; (c)TSC 3 pha với thứ cấp biến áp nối sao và nối trung tính
Học viên: Nguyễn Xuân Thắng Trang 67 Các điện dẫn nhỏ nối tiếp được đặt vào để hạn chế dòng điện dao động trong điều kiện quá điện áp và quá trình đóng mở diễn ra, cũng như khi đóng cắt tại các thời điểm không chính xác hoặc tại các phân cực điện áp chưa phù hợp. Điện dẫn từ được lựa chọn để đưa tần số cộng hưởng của hệ thống rơi vào khoảng 4-5 lần so với tần số định mức của hệ thống, đảm bảo rằng các cảm kháng không tạo ra sóng điều hòa trùng với tần số cộng hưởng của lưới cũng như không cản trở hệ thống điều khiển TSC. Một chức năng khác của các điện dẫn nối tiếp là đóng vai trò kết nối với các tụ điện như một bộ lọc cho các sóng hài được phát ra bởi các kết nối TCR. Trong một vài trường hợp, mạch xả được thiết kế với tụ để nhanh chóng tiêu tan phần năng lượng còn sót lại trên các tụ sau khi mỗi lần đóng.
Một TSC 3 pha thì gồm 3 thành phần TSC đơn pha kết nối lại theo mạch tam giác, và chúng thường được cung cấp nguồn thông qua cuộn dây sơ cấp nối tam giác của máy biến áp hạ áp, như hình 2.26(b). Một cách kết nối khác là kết nối 3 pha, 4 dây kết nối trong cấu hình TSC như trong hình 2.26 (c).
Bộ bù TSC thực tế bao gồm có n bank TSC 3 pha nối lại với nhau. Tổng dung lượng nạp TSC tại một thời điểm tức thời bất kỳ nào đều là tổng dung lượng dẫn của TSC. Trong trường hợp như hình biểu diễn, n-1 tụ là có dung lượng nạp là B, và có một tụ có dung lượng nạp là B/2. Vì vậy tổng số bước nạp của TSC có thể mở rộng tới 2n. Thể hiện trên hình 2.27.
Học viên: Nguyễn Xuân Thắng Trang 68 TSC cung cấp đáp ứng nhanh - thường là từ nửa cho tới một chu kỳ. Tuy nhiên thời gian đáp ứng có thể kéo dài bởi vì sự trễ của các hệ thống điều khiển đo đếm. Các TSC cung cấp hoạt động đóng ngắt gần như không giới hạn, trái ngược với MSC.
2.2.4.5. Đặc tính hoạt động
TSC có đường đặc tính hoạt động dòng-áp rời rạc, như trong hình 2.28. Hình dạng đặc tính hoạt động này là các đoạn đặc tính chức năng thành phần của TSC, do sự sắp xếp riêng của chúng và do trễ điện áp ΔV, được xây dựng để tránh việc chuyển mạch không mong muốn xảy ra thường xuyên trên tụ.
Hình 2. 28: Đặc tính hoạt động của một TSC.
Trong điều khiển điện áp vòng kín, TSC điều chỉnh điện áp trên thanh cái trong phạm vi Vref ± ΔV/2.
2.2.5. CẤU HÌNH SVC-TSC-TCR 2.2.5.1. Cấu hình
Bộ bù TSC-TCR như trong hình 2.29 thông thường bao gồm n bank TSC và một TCR đơn được nối song song với nhau. Dung lượng của TCR được lựa chọn bằng 1/n tổng dung lượng SVC. Các tụ có thể được đóng mở bằng các bước rời rạc, trong khi điều khiển công suất phản kháng liên lục trong mỗi bước thì được thực hiện thông qua TCR. Vì vậy dải điện kháng lớn nhất của SVC tương ứng với các mức của TCR là rất nhỏ.
Học viên: Nguyễn Xuân Thắng Trang 69 Kích cỡ TCR nhỏ nên sóng hài phát ra cũng được giảm đáng kể. Các nhánh TSC được điều chỉnh với các kháng nối tiếp cũng dẫn tới tần số sóng hài chiến ưu thế cũng khác nhau. Để tránh tình huống mà tất cả các TSC và các bộ lọc bị đóng lại (chỉ có TCR hoạt động), một bộ lọc tụ không chuyển mạch được thêm vào.
Các động lực chính để phát triển bộ TSC-TCR là tăng cường tính linh hoạt trong hoạt động của bộ bù trong điều kiện có các dao động lớn và để giảm tổn thất tại trạng thái ổn định. Một bộ tụ cố định-thyristor điều khiển kháng (FC-TCR) đóng vai trò như một mạch LC mắc song song và có xu hướng thiết lập một cộng hưởng với trở kháng hệ thống trong điều kiện có dao động lớn. Đặc biệt là những vấn đề gây dao động điện áp nghiêm trọng kéo theo sau đó là việc sa thải phụ tải. Trong trường hợp này, một TSC- TCR có thể nhanh chóng hoạt động có thể ngắt kết nối tất cả các tụ từ bộ bù, ngăn ngừa các dao động gây cộng hưởng. Tính năng ngắt tụ này nằm trong các nhu cầu cần thiết thì lại không có được ở bộ FC-TCR.
Hình 2. 29: Một TSC-TCR SVC phổ thông
2.2.5.2. Đặc tính hoạt động
Một ví dụ thực tế
Một sơ đồ TSC-TCR có thể được coi như một tụ cố định kết hợp với cấu hình TCR, trong đó tụ có thể có các giá trị khác nhau. Vì vậy, cách hiểu một TSC-TCR có thể áp
Học viên: Nguyễn Xuân Thắng Trang 70 dụng lý thuyết tương tự như là SVC FC-TCR đã phát triển ở phần trước với một ví dụ thực tế TSC-TCR.
Hình 2. 30: Một ví dụ thực tế một TCR-TSC 6 xung với 3 TSC.
Một cấu hình ví dụ được thể hiện trong hình 2.30. SVC bao gồm 3 TSC và một TCR trong sự sắp xếp 6 xung và có các mức tương tự như ví dụ cho cấu hình tụ Fixed trong hình 2.19. Và cho các nhánh TSC được chỉnh tới n=5, và thêm vào đó tất cả các nhánh TSC đều giống hệt nhau.
Tính toán dải giới hạn hoạt động:
Phương trình (2.30) và (2.31) có thể được sử dụng để xác định điện dẫn của SVC tại các giới hạn của dải hoạt động. Trong biểu thức (2.30), BC được thay thế bằng BC3 của sơ đồ TSC và để nhận được điện dẫn tại giới hạn phát. Hình 2.28 định nghĩa BC3 như là điện dẫn của cả 3 nhánh TSC mắc song song và xem xét ảnh hưởng của các kháng giảm xung. Biểu thức (2.31), BC được coi như bằng 0 với sơ đồ TSC tại giới hạn hấp thụ, tất cả tụ đã được ngắt. Với các dữ liệu đã cho, điện dẫn tại giới hạn phát là:
3 max 3 1 C SVC C B B B pu B B (2.51)
Học viên: Nguyễn Xuân Thắng Trang 71 3 min 3 0.3 C SVC C B B B pu B B (2.52)
Điều này cho thấy rằng các cấp của sơ đồ TSC đem ra bàn luận ở đây là tương tự như đối với sơ đồ FC-TCR thảo luận trong phần trước. (xem lại mục FC-TCR).
Tổng thể đặc tính hoạt động của sơ đồ TSC-TCR có thể tập hợp lại bằng cách áp dụng các phương trình của sơ đồ FC-TCR, giả định rằng có một, hai, ba hoặc không có tụ nào được kết nối. Ở đây, toàn bộ dải hoạt động bao gồm có bốn dải phụ. Phương trình (2.27), (2.30) và phương trình (2.31) được sử dụng để xác định các đường đặc tính.
Dải phụ với 3 TSC được bật
Tổng dòng bù là: 3 3 ( C TCR) SVC C TCR B B B I V B B B (2.53)
Dấu âm cho thấy chiều của dòng điện. Dòng điện tại hai giới hạn đó là: 3 3 1 C SVC dung C B B I V pu B B (2.54) Và 3 3 ( ) 0.595 C L SVC khang C L B B B I V pu B B B (2.55)
Dòng điện tại giới hạn kháng của dải phụ với 3 TSC vẫn còn điện dung.
Các dải phụ khác:
Các dải phụ với một, hai hoặc không có TSC nào được xác định một cách tương tự như các dải phụ với 3 TSC. Hình 2.31 cho thấy kết quả, có thể thấy rằng các dải phụ chồng chéo lên nhau, nó là yêu cầu tất yếu để có sự liên tục, điều khiển ổn định. Hình vẽ cũng cho thấy điện áp thứ cấp máy biến áp được tính toán với phương trình (2.35) và điện áp tụ điện tính toán trong phương trình (2.44).
Học viên: Nguyễn Xuân Thắng Trang 72
2.2.5.3. Đặc tính dòng điện
Ta sẽ nghiên cứu xem thành phần dòng điện của TSC và TCR đóng góp vào tổng dòng điện SVC như thế nào. Điều đó rất khó quan sát được từ đặc tính hoạt động ở phần trên. Nói chung , dòng điện của TSC và TCR cung cấp cho dòng điện tổng được thể hiện như sau:
SVC C L
I I I (2.56)
Trong đó:
IC = - V2nBCn , IL = - V2nBTCR (2.57)
Chỉ số n cho thấy số nhánh TSC bật và có thể nhận các giá trị 0, 1, 2, …, nmax, trong đó nmax là tổng số TSC có, trong trường hợp này là 3.
Hình 2. 31: Đặc tính Volt-Ampe của một cấu hình TSC-TCR SVC
Trong hai phương trình trên, V2n có thể thay thế từ biểu thức (2.35) để cho ra :
Cn C Cn TCR B B I V B B B (2.58) TCR L Cn TCR B B I V B B B (2.59)
Học viên: Nguyễn Xuân Thắng Trang 73 Trong đó n = 1, 2, 3, … là số lượng mạch TSC hoạt động và BCn là tổng số điện dẫn của n nhánh TSC. Thay thế BTCR = 0 và BTCR = BL vào phương trình nói trên, tướng ứng kết quả nhận được dòng điện tại giới hạn hấp thụ và giới hạn phát của mỗi dải phụ cho số lượng TSC khác nhau. Kết quả với việc phân tích sơ đồ này được biểu diễn trên hình 2.32. Phải nhấn mạnh rằng điện áp thứ cấp máy biến áp ảnh hưởng đến những đặc tính này.Trạng thái ổn định dòng lớn nhất trong TCR là kết nối 3 TSC, bởi vì điện áp thứ cấp máy biến áp cao khi 3 TSC kết nối với nhau (giả thiết rằng điện áp hệ thống không thay đổi trên toàn dải).
Hình 2. 32: Đặc tính dòng điện trong ví dụ một TSC-TCR SVC
2.2.5.4. Đặc tính điện dẫn
Phương trình (2.29) có thể sử dụng tính toán điện dẫn SVC trong sơ đồ TSC-TCR như sau: ( Cn TCR) SVC Cn TCR B B B B B B B (2.60)
Trong đó n = 1, 2, … là số nhánh TSC hoạt động và BCn là tổn điện dẫn của n nhánh TSC. Với xấp xỉ tuyến tính, phương trình (2.60) nhận được như sau :
2 1 Cn 1 Cn L SVC Cn TCR B B B B B B B B (2.61)
Học viên: Nguyễn Xuân Thắng Trang 74 Hình 2.33 cho thấy tổng điện dẫn BSVC đóng vai trò như một điện dẫn chức năng của kháng điều khiển BTCR cho dữ liệu ví dụ. Các đặc tính này là rất quan trọng cho việc thiết kế điều khiển, cho điều khiển biến thiên giá trị BTCR và ảnh hưởng lên hệ thống là bởi BSVC.
Hình 2. 33: Đặc điểm điện dẫn trong ví dụ một TSC-TCR SVC