Bộ điều khiển ngoài xác định chế độ làm việc của TCSC. Khi làm việc trong HTĐ, TCSC có 2 chế độ hoạt động. Trong chế độ làm việc bình thường TCSC hoạt động với trị số đặt X0 . Điểm đặt có thể thay đổi được theo thống số CĐXL thông qua kênh điều khiển riêng (Power Flow Control Loop). Trong CĐQĐ, TCSC hoạt động theo kênh điều khiển ổn định (Stability Control Loop). Đặt trương động của TCSC phụ thuộc hàm truyền của kênh này. Trên hình 2.2 thể hiện cấu trúc chung phần điều khiển ngoài của TCSC.
Trong đó Xm là giá trị điện kháng điều khiển ổn định, Xeo biểu thị điện kháng của TCSC trạng thái xác lập. Tổng 2 giá trị này, là giá trị điện kháng tổng hợp của khối trễ thể hiện quán tính của thiết bị.
36
Mô hình điều khiển TCSC này phù hợp cho các úng dụng ổn định góc, điện áp và tính toán dòng công suất. Xe là hàm của góc mở α, dựa trên giả thiết dòng điện qua bộ điều khiển ở trạng thái xác lập có dạng hình sin. Và ta có Xemin ≤ Xe ≤ Xemax với Xemin = XC (XC là điện kháng của tụ trong TCSC) và Xemax = Xe(αmin) (giả sử là toàn bộ điều khiển vận hành trong vùng dung kháng, vì vùng cảm kháng thường sinh ra sóng hài bậc cao, khó để mô hình trong nghiên cứu ổn định).
Cấu trúc bộ điều khiển trên hình 2.3 Gồm có khối trễ, khối lọc, khối bù pha, khối khuếch đại và có thể mô hình bằng một số khâu tuyến tính:
Hình 2-4 Cấu trúc vòng lặp điều khiển ổn định của TCSC
Trong đó T1 là thời gian trễ của khâu đo lường và chuyển đổi (0 ≤ T1 < 5); T2 và T3 là hằng số của khâu bù pha ( 0 ≤ T2 < 5; 0 < T3 < 20); Tw (washuot) (0≤ T1<2); K là hệ số khuếch đại.
Hàm truyền của mô hình:
G s (2.2)
Tín hiệu đầu vào của kênh ổn định hiện nay thường được chế tạo mặc định các lựa chọn đại lượng đo trên chính mạch có đặt TCSC, tương ứng làm giảm dao động dòng (Constant Current Control), giảm dao động góc pha (Constant Angle Control) hoặc giảm dao động công suất (Constant Power Control) của đường dây truyền tải. Thực chất của tuật toán trên là tạo ra tín hiệu thay đổi dung dẫn TCSC tác động ngược chiều với đạo hàm các đại lượng đo. Thật vậy, nếu bỏ qua các đại lượng quán tính (các khâu khuếch đại, dịch pha) ta có hàm truyền đẳng trị:
37
Hay ∆XC = ∆q (2.3) Trong đó, q – ký hiệu chung của các tín hiệu đo đầu vào. Khi bỏ qua quán tính thay đổi điện kháng (thường nhỏ), ta có:
∆XC = kc ∆q hay ∆XC (t) = kc ∆τ (2.4)
Với TCSC, cấu trúc điều khiển cơ bản hình 2.2, như đã phân tích, có thể coi gần đúng như một khâu đạo hàm, phản ứng tác động của nó chỉ xẩy ra khi có biến thiên thông số hệ thống. Trong CĐXL thiết bị TCSC làm việc như một tụ bù dọc cố định thông thường. Vì chức năng thông dụng của TCSC là ổn định dao động công suất, tính hiệu điều khiển được mắc định là công suất tác dụng P chạy trên đường dây có đặt TCSC. Khi đó điện dẫn TCSC thay đổi tỉ lệ với tốc độ biến thiên công suất nhánh và ngược dấu. Có thể chứng minh tác động điều khiển như vậy chỉ có hiệu quả với dao động bé (tương ứng với dao động góc lệch giữa 2 đầu đường dây không vượt quá 900). Để có tác động hiệu quả hơn với các sự cố nặng nề cần sử dụng tín hiệu điều khiển khác hoặc phối hợp nhiều tín hiệu đo, thông qua khâu biến đổi thích hợp (đặt vào vị trí trước khối đạo hàm).