TSC có chức năng phát công suất, có chức năng đóng cắt nhanh bằng thyristor.
Tụ đóng mở bằng thyristor TSC đƣợc cấu tạo từ 3 phần chính sau: - C: tụ điện chính trong mạch.
- LH: cuộn kháng hãm. Có chức năng giới hạn dòng đi qua thyristor và chống lại sự cộng hƣởng với hệ thống điện.
- Thyristor: có thể đóng, mở phụ thuộc vào tín hiệu xung điều khiển vào cực G của thyristor.
Qua đó, ta thấy TSC thực chất là bộ tụ điện đƣợc đóng mở bằng 2 thyristor song song nối ngƣợc chiều nhau. Việc tác động tín hiệu xung sẽ làm thay đổi giá trị điện dung C.
Do đó, TSC có đặc điểm sau:
- Điều chỉnh nhảy bậc đƣợc giá trị XC nhờ thay đổi góc mở α
HV: Hoàng Thị Mỹ 42 Lớp 13BKTĐ - TBĐ LH U UC Thyristor C
Hình 2.8.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TSC a) Cấu tạo của TSC
b) Nguyên lý hoạt động của TSC
a) b) X1 X2 t t IT1 U,Uc t t t I IT2 t
- Khả năng điều chỉnh rất nhanh, không có giai đoạn quá độ nhờ van thyristor.
- Không sinh ra các thành phần sóng hài bậc cao trong quá trình vận hành. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tụ đóng mở bằng thyristor đƣợc thể hiện trên hình 2.8.
2.1.4. KHÁNG ĐÓNG MỞ BẰNG THYRISTOR – TSR
TSR gồm một số cuộn kháng đấu song song, chúng đƣợc đóng vào lƣới hoặc cắt ra bnng cách kích dẫn hoàn toàn hoặc ngắt hoàn toàn thong qua các van thyristor. TSR cung cấp một tổng trở và nhƣ vậy khi nối vào hệ thống xoay chiều dòng điện phản kháng trong đó sẽ tỷ lệ với biên độ điện áp..
Kháng đóng mở bằng thyristor TSR đƣợc cấu tạo từ 3 phần chính sau: - L là điện kháng chính trong mạch.
- LH là cuộn kháng hãm. Có chức năng giới hạn dòng đi qua thyristor và chống lại sự cộng hƣởng với hệ thống điện.
HV: Hoàng Thị Mỹ 43 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
b)
Uđk
Hình 2.9. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TSR a) Cấu tạo của TSR
b) Nguyên lý hoạt động của TSR
a) LH U L Thyristor X1 X2 X2 T2 T1 T2 t t I U t I T1, IT2 t t
- Van thyristor là cửa đóng mở, nó có thể đóng, mở phụ thuộc vào tín hiệu xung điều khiển vào cực G của thyristor.
Qua đó, ta thấy TSR thực chất là bộ kháng điện đƣợc đóng mở bằng 2 thyristor song song nối ngƣợc chiều nhau. Việc tác động tín hiệu xung sẽ làm thay đổi giá trị điện kháng L.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TSR đƣợc thể hiện trên hình 2.9.
Tóm lại, bằng cách điều khiển TCR và đóng mở TSR hoặc TSC thích hợp cho phép điều khiển SVC bù một lƣợng công suất phản kháng cho hệ thống điện trong phạm vi Qmin ≤ Q ≤ Qmax.
- Khi Qmin ≤ Q< 0: SVC thực hiện bù công suất phản kháng dẫn đến điện áp tăng lên.
- Khi 0 < Q ≤ Qmax : SVC tiêu thụ công suất phản kháng dẫn đến điện áp trên đƣờng dây giảm xuống.
HV: Hoàng Thị Mỹ 44 Lớp 13BKTĐ - TBĐ 2.2. ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH CỦA SVC
Nhƣ đã biết, phần tử đáng chú ý nhất của là TCR nên nguyên lý làm việc của SVC đƣợc đặc trƣng bởi nguyên lý làm việc của phần tử TCR, nhờ có phần tử này mà trị số của SVC thay đổi đƣợc liên tục. Theo sơ đồ nguyên lý của TCR, TSC, TSR ta thấy khi thay đổi góc mở của thyristor mà dòng điện (thành phần cơ bản) đƣợc thay đổi liên tục từ 0 đến giá trị cực đại, điều này tƣơng ứng với sự thay đổi liên tục công suất phản kháng phát ra hay thu vào trên SVC. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đặc tính điều chỉnh của SVC có thể xây dựng đƣợc dựa vào nguyên lý làm việc của thyristor.
Nếu coi thành phần cơ bản của dòng điện là thành phần làm việc, thì biên độ của thành phần này thay đổi theo góc mở của thyristor. Khi thyristor mở hoàn toàn (góc mở α = 900) biên độ của thành phần cơ bản sẽ lớn nhất (bằng dòng ban đầu), khi góc mở α = 1800
dòng qua mạch bằng 0. Còn khi thay đổi đột ngột góc mở α = 900 sang α = 1800 ta nhận đƣợc trạng thái đóng cắt của hai phần tử TSR hoặc TSC.
Do SVC kết hợp từ TCR, TSC, TSR mặc dù TSC, TSR điều chỉnh nhảy bậc nhƣng SVC vẫn điều chỉnh liên tục trong quá trình điều khiển. Các phần tử của SVC đƣợc nối vào mạng điện thông qua các van thyristor mà không dùng máy cắt. Nhờ vậy mà SVC có tốc độ điều chỉnh rất cao ( 40ms), gần nhƣ không có thời gian quá độ.
Khi SVC đƣợc vận hành trong chế độ điều chỉnh điện áp, có đặc tính Volt- Ampe V-I đƣợc thể hiện trên hình 2.10.
Đặc tính SVC đƣợc định nghĩa bởi độ dốc điện kháng XSL khi điện dẫn B (B= 1/X) nằm trong phạm vi điều chỉnh giá trị lớn nhất và nhỏ nhất BCmax, BLmax , điện áp đƣợc quy định tại gia trị tham chiếu Vref, tuy nhiên độ sụt của điện áp thƣờng cho phép thay đổi từ (1÷4)% công suất phản kháng cực đại ở đầu ra
Đặc tính V-I của SVC đƣợc miêu tả bởi ba phƣơng trình nhƣ sau: - Nếu SVC nằm trong phạm vi điều chỉnh (BCmax≤ BSVC ≤ BLmax)
HV: Hoàng Thị Mỹ 45 Lớp 13BKTĐ - TBĐ Hình 2.10. Đặc tính volt-ampe của SVC BCmax BLmax V Slope XSL Vmin Vref Vmax BCmax BLmax - Khi SVC sẽ tăng đến giá trị điện dung cực đại B= BCmax
max C SVC B I V
- Khi SVC sẽ tăng đến giá trị điện cảm cực đại B= BLmax
max L SVC B I V trong đó:
- V: điện áp đầu ra của SVC - I: dòng điện của SVC - XSL: độ dốc điện kháng
- BCmax: giá trị điện dẫn tối đa khi TCR bị cắt hoàn toàn - BLmax: giá trị điện dẫn tối đa khi TSC bị cắt hoàn toàn.
2.3. ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT CỦA SVC TRONG SƠ ĐỒ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP
Nhƣ đã nêu ở phần trên, dòng điện đi qua TCR không phải là dạng hình sin mà nó có dạng hàm chu kỳ với tần số bằng với tần số của nguồn điện áp là 50Hz.
HV: Hoàng Thị Mỹ 46 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
có hai phần tử TSR, TSC mà chúng có đặc tính điều chỉnh công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp khác nhau.
Ở chế độ làm việc bình thƣờng của hệ thống điện, SVC làm nhiệm vụ tự động điều chỉnh để giữ nguyên điện áp nút. Tín hiệu điều khiển là độ lệch giữa điện áp nút đặt SVC đo đƣợc từ biến điện áp BU với điện áp đặt. Tín hiệu này điều khiển góc mở của các thyristor làm thay đổi trị số hiệu dụng thành phần cơ bản của dòng điện đi qua TCR nhờ đó điều chỉnh đƣợc dòng công suất phản kháng của SVC. Khi điện áp tăng, tác dụng của hệ thống điều chỉnh làm dòng điện qua SVC tăng, công suất phản kháng tiêu thụ tăng, điện áp nút đƣợc giảm xuống. Ngƣợc lại khi điện áp bị giảm thấp, dòng điện qua SVC giảm, công suất phản kháng tiêu thụ giảm hoặc một lƣợng công suất phản kháng nhất định đƣợc phát lên hệ thống, điện áp nút đƣợc nâng cao.
Hoạt động của hệ thống điều khiển hoạt động của SVC trong hệ thống điện a)
Hình 2.11. Đặc tính điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng của SVC a) Khi SVC chỉ có cảm kháng
b) Khi SVC có cả cảm kháng và dung kháng
HV: Hoàng Thị Mỹ 47 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
Hoạt động của hệ thống điều khiển hoạt động của SVC trong hệ thống điện đƣợc mô tả nhƣ sau:
Công suất phản kháng của SVC đƣợc giới hạn bởi:
2 2 . . ref SVC L ref CU Q B U B (2.21) trong đó: - BL: là giá trị điện dẫn khi TSC bị cắt hoàn toàn
- BC: là giá trị điện dẫn khi TCR bị cắt hoàn toàn Dòng công suất phản kháng của SVC:
SL ref
SVC U U U X
Q ( ).
(2.22) Đặc tính làm việc của SVC là mối quan hệ giữa điện kháng hay công suất phản kháng của SVC với điện áp của nút đặt thiết bị này. Trong phạm vi điều chỉnh đƣợc công suất (phạm vi của TCR) tức Xmin XSVC Xmax hay Qmin QSVC Qmax , điện áp nút đƣợc giữ ở trị số đặt U0. Tuy nhiên trên thực tế, các SVC thƣờng đƣợc chế tạo với đặc tính làm việc mềm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong phạm vi điều chỉnh đƣợc của công suất, điện áp nút đƣợc phép dao động với độ lệch U. Nhờ độ nghiêng của đặc tính trong vùng điều chỉnh đƣợc công suất, có thể phân bố công suất cho các SVC làm việc song song hoặc làm việc cùng với các thiết bị điều chỉnh công suất phản kháng khác.
2.4. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BÙ SVC
Trong phần này sẽ xét thiết bị bù SVC hoạt động dựa trên sự đóng mở của các Thyristor trong các tổ hợp nhƣ TSC, TCR…
2.4.1. LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR [3]
Cơ sở lý thuyết: Thyristorchỉ cho dòng điện chạy qua khi có điện áp dƣơng đặt lên anot và xung điện áp dƣơng đặt lên cực điều khiển. Sau khi Thyristor đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng, dòng điện chảy qua Thyristor do thông số của mạch động lực quyết định.
Nguyên tắc cơ bản để điều khiển thông thyristor phải thỏa mãn 2 điều kiện: + UAK> 0
HV: Hoàng Thị Mỹ 48 Lớp 13BKTĐ - TBĐ α Л 2Л ωt Uc Uđb Uđk Uđk Uc Uđb
Hình 2.12. Nguyên tắc điều khiển thắng đứng “arccos”
- Từ đó trong khối điều khiển phải có khâu đồng pha (tạo điện áp trong khối điều khiển thông Thyristor UĐP đồng pha với UAK):
+ UĐP dạng tam giác → so sánh thẳng đứng + UĐP dạng sin → so sánh arcos
2.4.1.1. Nguyên tắc điều khiển thyristor
Sử dụng nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” (hình 2.12) để thực hiện điều chỉnh vị trí đặt xung trong nửa chu kỳ dƣơng của điện áp đặt trên Thyristor.
Theo nguyên tắc này, ở khâu so sánh có hai điện áp đặt vào:
- Điện áp đồng bộ sin, sau khi ra khỏi khâu đồng bộ đƣợc tạo thành tín hiệu cos
- Điện áp điều khiển là áp một chiều có thể biến đổi đƣợc:
Điện áp uđb= Um sinωt thì: Uc = Um cosωt
Giá trị α đƣợc tính theo phƣơng trình sau: Umcosα = Uđk Do đó: α = arccos(Udk/Um)
- khi Udk = Um thì α = 0 - khi Udk = 0 thì α = π/2 - khi Udk = -Um thì α = π
Nhƣ vậy, khi điều chỉnh Udk từ trị -Um đến +Um, ta có thể điều chỉnh đƣợc góc α từ 0 đến π.
HV: Hoàng Thị Mỹ 49 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
KĐ
ĐB SS
Uđk
Uđb
Hình 2.13.Sơ đồ khối của hệ điều khiển Thyristor
T
2.4.1.2. Sơ đồ khối mạch điều khiển thyristor
* Sơ đồ khối mạch điều khiển Thyristor nhƣ hình 2.13.
trong đó:
- ĐB- khối tạo điện áp đồng bộ: Tạo tín hiệu đồng bộ với điện áp anốt-catốt của Thyristor hoặc triắc cần mở. Tín hiệu này là điện áp xoay chiều, thƣờng lấy từ biến áp có sơ cấp nối song song với Thyristor hoặc triắc cần mở. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- SS- khối so sánh giữa Uđb với Uđk: Làm nhiệm vụ so sánh giữa điện áp đồng bộ với tín hiệu phản hồi, thƣờng đƣợc biến thể với tín hiệu điều khiển một chiều để tạo ra xung kích mở Thyristor.
- KĐ-khuếch đại xung: đảm bảo xung điều khiển vào cực G có đủ công suất và dạng xung theo yêu cầu
Khâu phản hồi sẽ tạo ra tín hiệu điện áp một chiều lấy từ điện áp nút trên lƣới hệ thống điện.
Khi thay đổi giá trị điện áp một chiều Uđk thì góc mở α sẽ thay đổi.
2.4.1.3. Chức năng của mạch điều khiển thyristor
- Điều chỉnh đƣợc vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dƣơng của điện áp trên anốt- catốt của Thyristor.
- Tạo ra đƣợc các xung có đủ điều kiện mở đƣợc Thyristor. Xung điều khiển thƣờng có biên độ từ 2 đến 10V, độ rộng xung tx= 20-100 µs đối với cặp Thyristor đấu song song ngƣợc hoặc Triắc.
Độ rộng xung đƣợc xác định theo biểu thức:
dt di
I t dt
HV: Hoàng Thị Mỹ 50 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
Vm
Vref
Hình 2.14. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển các van SVC
Hệ thống điều khiển TCR
Khối đo lƣờng Điện áp phía sơ cấp
Điện áp phía thứ cấp
Khối điều chỉnh đ.áp
Khối đồng bộ hóa & phát xung Xung mở TSC Khối phân phối n_TSC α trong đó:
- Idt là dòng duy trì của Thyristor; - di/dt là tốc độ biến thiên của dòng tải.
2.4.2. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SVC [7]
2.4.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển SVC
Sơ đồ khối điều khiển trong SVC đƣợc chỉ ra trên hình 2.14.
trong đó:
- Khối đo lường: Có chức năng đo lƣờng và phản hồi điện áp.
- Khối điều chỉnh điện áp: Có chức năng xử lý sai lệch điện áp giữa điện áp phản hồi với điện áp đặt, từ đó xác định giá trị điện dẫn B (nghịch đảo giá trị điện kháng) của SVC để có thể giữ điện áp lƣới ổn định.
- Khối phân phối: Có chức năng xác định số lƣợng tổ hợp TSC ( có thể cả TSR) phải đóng hoặc cắt khỏi hệ thống, đồng thời tính toán góc mở α của tổ hợp TCR.
- Khối đồng bộ hóa và phát xung:Có chức năng đồng bộ hóa điện áp phía thứ cấp biến áp và phát xung điều khiển đóng mở các tổ hợp trên.
2.4.2.2. Các khối trong hệ thống điều khiển SVC
HV: Hoàng Thị Mỹ 51 Lớp 13BKTĐ - TBĐ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.15. Sơ đồ khối đo lường trong hệ thống điều khiển
Giá trị trung bình Bộ lọc Giá trị trung bình Giá trị trung bình Giá trị tuyệt đối Giá trị tuyệt đối Chỉnh lƣu ba pha Biến áp đo lƣờng, PTs Biến dòng đo lƣờng, CTs A B C N Khuyếch đại so lệch điện áp Khuyếch đại cách ly dòng điện A B C A B C Tín hiệu định thời Vtrung bình V IA IB IC VA VB VC QA QB QC Qtrung bình Itrung bình
Khối đo lƣờng(trong hình 2.14) có chức năng cung cấp những tín hiệu đầu vào cần thiết cho hệ thống điều khiển SVC để thiết bị bù có thể hoạt động tốt. Các tín hiệu khác nhau sẽ đƣợc gửi đến từ khối đo lƣờng tùy theo yêu cầu về chức năng điều khiển của SVC.
Khối đo điện áp:Chức năng của khối đo điện áp là đƣa ra đƣợc tín hiệu điện áp một chiều tỉ lệ với giá trị hiệu dụng của điện áp 3 pha ở tần số cơ bản, điện áp trên thanh cái sẽ qua máy biến áp đo lƣờng PTs trƣớc khi đi vào khối đo lƣờng. Hình 2.15 chỉ ra nguyên lý hoạt động của khối:
Từ hình 2.15 ta thấy rằng điện áp sau khi đƣa qua biến áp PTs sẽ đƣợc gửi vào bộ khuếch đại so lệch điện áp, qua bộ lấy giá trị tuyệt đối và qua bộ chỉnh lƣu.
Bộ chỉnh lƣu có thể là chỉnh lƣu cầu 3 pha xoay chiều sử dụng 6 xung hoặc 12 xung. Trong bộ chỉnh lƣu 12 xung, điện áp xoay chiều lần lƣợt cấp cho hai nhóm van 6 xung lệch pha 300, khi đó ta có nhóm van chỉnh lƣu 12 xung lệch pha nhau 300. Do đó, sẽ triệt tiêu các dòng điện thứ tự 5 và thứ tự 7 phía xoay chiều, thứ tự 6
HV: Hoàng Thị Mỹ 52 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
phía 1 chiều, làm giảm chi phí cho bộ lọc sóng hài so với bộ chỉnh lƣu 6 xung. Một vấn đề rất quan trọng mà ta cần nhắc đến, đó là: hệ thống điều khiển SVC làm việc dựa trên giá trị thành phần điện áp, dòng điện cơ bản.
Từ các tín hiệu điện áp đo đƣợc trên lƣới, có 2 phƣơng pháp để tìm ra giá trị thành phần điện áp cơ bản Vrms là phƣơng pháp chuyển sang hệ quy chiếu α-β hoặc phƣơng pháp phân tích Fourier.
- Phương pháp đổi hệ quy chiếu:
Quy tắc chuyển đổi nhƣ sau:
( ) 2 1 1 ( ) 1 ( ) ( ) 3 0 3 3 ( ) a