Tƣơng tự các bƣớc mô phỏng tổ hợp TCR, ta mô phỏng đƣợc tổ hợp TSC Thay đổi các thông số của khối RL
Resistance = 1.5e-3
Inductance = 1.13e-3
HV: Hoàng Thị Mỹ 75 Lớp 13BKTĐ - TBĐ 3.3. SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ BÙ SVC
Hệ thống truyền tải điện cao áp 735 kV, thiết bị bù SVC đƣợc nối với hệ thống thông qua một máy cắt, SVC có công suất 320 MVAr gồm 1 phần tử TCR 109 MVAr nhằm điều chỉnh lƣợng công suất bù cần thiết và 3 phần tử TSC 100 MVAr (TSC1 TSC2 TSC3) đƣợc lắp đặt nhƣ hình 3.15.
Hình 3.14.Sơ đồ mô phỏng TSC
HV: Hoàng Thị Mỹ 76 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
trong đó: Vabc_prim: Tín hiệu điện áp 3 pha đo đƣợc từ phía sơ cấp máy biến áp. Vabc_sec: Tín hiệu điện áp 3 pha đo đƣợc từ phía thứ cấp máy biến áp. Trong sơ đồ mô phỏng trên, các phần tử của SVC bao gồm:
Tổ hợp TCR 3 pha nối tam giác:
Hình 3.16. Cấu trúc bên trong của tổ hợp TCR
Tổ hợp TSC 3 pha nối tam giác:
Hình 3.17. Cấu trúc bên trong của một tổ hợp TSC
Khi mỗi tổ hợp TSC đƣợc đóng mở thì trào lƣu công suất phản kháng phía thứ cấp máy biến áp đƣợc thay đổi nhảy cấp, mỗi cấp ứng với 100 MVAr. Trong khi đó, tổ hợp TCR lại giúp tinh chỉnh trào lƣu công suất phản kháng liên tục từ 0 tới 109 Mvar.
HV: Hoàng Thị Mỹ 77 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
Hình 3.18. Cấu trúc khối điều khiển SVC
Giá trị điện kháng rò của máy biến áp bằng 0,15 pu, giá trị điện dẫn của SVC quy đổi về phía sơ cấp máy biến áp biến đổi liên tục từ -1,04 pu/106 MVA (chế độ cảm kháng cực đại) tới 3,23 pu/106 MẢr (chế độ dung kháng cực đại).
Hệ thống điều khiển SVC thu nhận tín hiệu điện áp phía sơ cấp gửi vào khâu đồng bộ để phát xung phù hợp tới 24 thyristor (6 thyristor/ 1 tổ hợp).
Trong các tổ hợp TCR và TSC của thiết bị SVC, các pha đều nối kiểu tam giác. Do vậy, ở chế độ hoạt động mà 3 pha đối xứng, thành phần sóng hài thứ tự không (bậc 3, 9…) bị “bẫy” trong các vòng tam giác.
3.4. SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG KHỐI ĐIỀU KHIỂN SVC
Từ phần trên ta thấy, sơ đồ phát xung điều khiển cho van Thyristor có cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, dễ thực hiện. Sơ đồ có thể thực hiện điều khiển đóng cắt cuộn kháng TCR, đóng cắt tụ điện TSC, đóng cắt tụ nối tiếp TSSC hoặc SSSC… Tuỳ theo số lƣợng các thiết bị cần điều chỉnh hoặc đóng cắt, ta thực hiện số lƣợng mạch điều khiển tƣơng ứng.
HV: Hoàng Thị Mỹ 78 Lớp 13BKTĐ - TBĐ 3.4.1. KHỐI ĐO LƢỜNG (Measurement System)
Khối đo lƣờng (hình 3.18) là khối đo thành phần điện áp cơ bản phía sơ cấp máy biến áp.
Khối này đƣợc thiết kế dựa trên phân tích chuỗi Fourier để xác định giá trị thành phần điện áp cơ bản trung bình trong một chu kỳ.
Bên trong khối đo lƣờng điện áp có khối khóa pha PLL (3 phase PLL), PLL có chức năng khóa tần số và pha của tín hiệu ra theo tần số và pha của tín hiệu vào.
3.4.2. KHỐI ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP( Votl Regulator)
Khối này dùng bộ PI để điều chỉnh điện áp phía sơ cấp theo điện áp đặt (hình 3.19)
Hình 3.19. Khối điều chỉnh điện áp
HV: Hoàng Thị Mỹ 79 Lớp 13BKTĐ - TBĐ 3.4.3. KHỐI PHÂN PHỐI (Distribution Unit )
Nhiệm vụ của khối là nhận tín hiệu điện dẫn BSVC để tính toán góc mở của tổ hợp TCR và các trạng thái ( đóng /mở) các tổ hợp TSC, cụ thể nhƣ sau:
Điện dẫn BSVC quy đổi về thứ cấp đƣợc Bthu cap, giá trị này đƣợc đƣa qua các khâu TSC1, TSC1+TSC2, TSC1+TSC2+TSC3 có đặc tính tác động gần nhƣ đặc tính vào ra của rơ le:
Nếu Bthu cap ≤-0,1 pu/100MVA thì cắt tất cả các tổ hợp TSC. Nếu Bthu cap ≥ 0 pu/100MVA thì đóng tổ hợp TSC1. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nếu Bthu cap ≥ BTSC1 pu/100MVA thì đóng thêm tổ hợp TSC2. Nếu Bthu cap ≤ (-0,1+BTSC1) pu/100MVA thì cắt tổ hợp TSC2. Nếu Bthu cap ≥ 2*BTSC1 pu/100MVA thì đóng thêm tổ hợp TSC3. Nếu Bthu cap ≤ (-0,1+2*BTSC1) pu/100MVA thì cắt tổ hợp TSC3. BTCR điều khiển có giá trị: BTCR=Bthu cap - ∑BTSC
Công thức liên hệ giữa góc mở α với giá trị điện dẫn BTCR là: ) sin(2 ) ( 2 TCR B
HV: Hoàng Thị Mỹ 80 Lớp 13BKTĐ - TBĐ 3.4.4. KHỐI PHÁT XUNG
Khối phát xung gồm 3 khối con độc lập ứng với mỗi nhóm AB, BC và CA nhƣ hình 3.21.
Mỗi khối con đó bao gồm một vòng khóa pha PLL để đồng bộ hóa điện áp dây từ phía thứ cấp biến áp và một khâu phát xung điều khiển cho các nhánh TCR và TSC (hình 3.22).
Khâu phát xung sẽ điều khiển góc mở α và trạng thái của TSC trong khối phân phối để tạo ra các xung. Góc mở của TSC có thể đƣợc đồng bộ hóa (mỗi xung đƣợc gửi tại thyristor thuận và ngƣợc trong mỗi chu kì) hoặc là xung liên tục. Phƣơng pháp đồng bộ xung là phƣơng pháp thƣờng đƣợc ƣa thích hơn cả vì nó giảm sóng hài nhanh hơn.
HV: Hoàng Thị Mỹ 81 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
Hình 3.22. Cấu trúc một khối phát xung con(khối AB)
3.5. MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BÙ SVC TRÊN LƢỚI TRUYỀN TẢI
Mô hình Simulink mô phỏng hoạt động của Thyristor, các phần tử TCR và TSC ở trên cùng với lý thuyết về cấu trúc, hoạt động của hệ điều khiển SVC là cơ sở để xây dựng mô hình mô phỏng hoạt động của thiết bị bù SVC trên lƣới điện.
3.5.1. THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ VÀ CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG
Ta xét hệ thống truyền tải điện cao áp 735 kV nhƣ hình vẽ 3.14, thiết bị SVC đƣợc lắp đặt có công suất 300 Mvar.
Ta thiết lập các thông số cho hệ thống truyền tải điện cao áp đang xét nhƣ sau:
HV: Hoàng Thị Mỹ 82 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
Nguồn cấp có điện áp 735kV , tần số 60Hz đƣợc thiết lập nhƣ sau:
HV: Hoàng Thị Mỹ 83 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
Thiết lập thông số cho máy biến áp điện lực
Máy biến áp có dung lƣợng333 MVA, điện áp735 kV/16 kV
Thiết lập thông số cho hệ thống điều khiển SVC (trong chế độ điều chỉnh điện áp)
HV: Hoàng Thị Mỹ 84 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
Thiết lập thông số cho phần tử TCR
Tổ hợp kháng điều khiển bằng Thyristor TCR có công suất 109 MVAr
Thiết lập thông số cho phần tử TSC
3 tổ hợp tụ đóng cắt bằng Thyristor TSC, mỗi tổ hợp có công suất 100 MVAr (TSC1, TSC2, TSC3) đƣợc kết nối với phía thứ cấp máy biến áp
HV: Hoàng Thị Mỹ 85 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
Thiết lập tham số cho phụ tải
Công suất tiêu thụ của tải là 200MW, có các thông số n
3.5.2. ĐIỀU KHIỂN SVC ĐỂ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN
Ta tiến hành khảo sát khả năng ổn định điện áp và công suất phản kháng của hệ thống truyền tải điện cao áp 735kV bằng cách điều khiển SVC nhƣ hình 3.15 khi điện áp nguồn thay đổi, với các giả thiết nhƣ sau:
Ban đầu, điện áp nguồn của hệ thống đƣợc đặt ở 1,004 p. Tại các thời điểm : - t = 0,1s, điện áp nguồn đột ngột tăng từ 1,004pu lên đến 1,025 pu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- t = 0,4s điện áp nguồn lại đột ngột giảm thấp từ 1,01 xuống còn 0,91pu. - t = 0,7s điện áp nguồn trả về trạng thái ban đầu ứng với giá trị 1,0 pu.
Ta khảo sát hệ thống với 2 trƣờng hợp: trƣờng hợp thứ nhất, hệ thống làm việc mà không có thiết bị bù SVC và trƣờng hợp thứ 2, hệ thống có SVC.
a) Trƣờng hợp hệ thống không có thiết bị bù SVC, máy cắt ba pha mở, tải có công suất 200 MW
HV: Hoàng Thị Mỹ 86 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
Khi đó hệ thống hình 3.15có dạng nhƣ hình 3.23.
HV: Hoàng Thị Mỹ 87 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
Kết quả mô phỏng
Sau khi đã thiết lập các thông số ta tiến hành khảo sát sự hoạt động của SVC, ta thu đƣợc kết quả mô phỏng thể hiện trênhình 3.24.
trong đó:
- Biểu đồ hình 3.24.a)thể hiện tín hiệu điện thứ cấp Va(pu) màu vàng và dòng điện thứ cấp Ia (pu) dạng sóng màu tím;
a)
b)
c)
HV: Hoàng Thị Mỹ 88 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
- Biểu đồ hình 3.24.b) thể hiện đáp ứng công suất phản kháng Q (Mvar) có dạng sóng màu vàng khi điện áp trên hệ thống thay đổi;
- Biểu đồ hình 3.24.c) tín hiệu điện áp tham chiếu Vref (pu) có dạng sóng màu tím, còn điện áp đo lƣờng thứ tự dƣơng Vmeas(pu) có dạng sóng màu vàng.
Đánh giá kết quả mô phỏng
Từ kết quả thu đƣợc ở hình 3.24, ta thấy nhƣ sau:
Khi máy cắt ba pha mở, hệ thống chƣa có thiết bị bù SVC,quan sát biểu đồ điện áp (hình 3.24) ta nhận thấy khi điện áp nguồn thay đổi và SVC chƣa tham gia vào hệ thống thì Qbù = 0 (hình 3.24b) thì dạng điện áp đo đƣợc sau khoảng thời gian quá độ từ (0,1÷0,4)s giữ ở mức caolà 1,025pu không thay đổi so với điện áp nguồn (hình 3.24c). Khi điện áp nguồn giảm xuống còn 0,925pu và giữ nguyên không đổi và do không có Q bù nên không ổn định lƣới đƣợc, do đó ảnh hƣởng xấu tới chất lƣợng điện áp.
b) Trƣờng hợp hệ thống có thiết bị bù SVC, máy cắt ba pha đóng
Thiết lập các thông số máy cắt ba pha nhƣ sau:
HV: Hoàng Thị Mỹ 89 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
Kết quả mô phỏng
Hình 3.25 thể hiện kết quả mô phỏng khi có điều khiển SVC để ổn định lƣới
trong đó: a) b) c) d) e)
HV: Hoàng Thị Mỹ 90 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
- Biểu đồ hình 3.25.a) thể hiện tín hiệu điện thứ cấp Va (pu) màu vàng và dòng điện thứ cấp Ia (pu) dạng sóng màu tím;
- Biểu đồ hình 3.25.b) thể hiện đáp ứng công suất phản kháng Q (Mvar) có dạng sóng màu vàng khi điện áp trên hệ thống thay đổi;
- Biểu đồ hình 3.25.c) thể hiện tín hiệu điện áp tham chiếu Vref (pu) có dạng sóng màu tím, còn điện áp đo lƣờng thứ tự dƣơng Vmeas(pu) có dạng sóng màu vàng;
- Biểu đồ hình 3.25.d) thể hiện diễn biến của góc mở α trên phần tử TCRcó dạng sóng màu vàng khi điện áp trên hệ thống thay đổi; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Biểu đồ hình 3.25.e) thể hiện tín hiệu phản ứng của các phần tử TSC có dạng sóng màu vàng khi phần tử TCR thay đổi góc mở α.
Đánh giá kết quả mô phỏng
Từ kết quả thu đƣợc ở hình 3.25, có thể thấy nhƣ sau:
- Ban đầu, điện áp nguồn đƣợc đặt ở 1,004 pu, SVC chƣa hoạt động, khi đó điện áp trên thanh cái của SVC sẽ là 1,0 pu(hình 3.25.a). Khi điện áp tham chiếu Vref= 1pu, SVC bắt đầu tác động ở thời điểmt = 0s, (khi đó SVC chƣa có sự tăng hoặc giảm điện áp trên lƣới, dòng SVC bằng 0). Điểm tác động tại thời điểm này ứng với việc tổ hợp TSC1 đƣợc đóng vào (hình 3.24.e) còn góc mở (α = 960
) của TCR ứng với chế độ gần nhƣ dẫn hoàn toàn (hình 3.25.d).
- Tại thời điểm t= 0,1s, điện áp nguồn đột ngột tăng lên thành 1,025 pu (hình 3.25.c), SVC lập tức phản ứng lại bằng việc tiêu thụ lƣợng công suất phản kháng Q=-95 Mvar(hình 3.25.b) để ổn định điện áp về 1,01 pu (hình 3.25.c) tại thời điểm t = 0,2s÷0,4s. 95% thời gian quá trình ổn định trên khoảng 135 ms. Tại điểm tác động này, tất cả các tổ hợp TSC đều bị cắt ra (hình 3.25.e), tổ hợp TCR gần nhƣ dẫn hoàn toàn (α = 940) (hình 3.25.d).
- Tại thời điểm t = 0,4s, điện áp nguồn giảm thấp xuống còn 0,91 pu, SVC phản ứng lại bằng việc phát ra lƣợng công suất phản kháng Q=256 Mvar (hình 3.25.b), kéo điện áp tăng lên đến 0,974 pu (hình 3.25.c). Tại điểm tác động đó, cả 3
HV: Hoàng Thị Mỹ 91 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
tổ hợp TSC1, TSC2, TSC3 đều đƣợc đóng vào (hình 3.25.e), tổ hợp TCR hấp thụ xấp xỉ 40% lƣợng công suất phản kháng định mức của nó (α= 1200
), (hình 3.25.d). - Quan sát đƣờng cuối cùng củađặc tính dạng sóng của TCR và diễn biến thứ tự đóng mở các bộ tụ TSC ta nhận thấy tại mỗi thời điểm mà một tổ hợp TSC nào đó đƣợc đóng vào thì góc mở α của tổ hợp TCR thay đổi từ α = 1800
(không dẫn) sang α = 960(dẫn hoàn toàn).
- Cuối cùng, tại thời điểm t=0,7s, điện áp nguồn trả về 1,0 pu thì dòng công suất phản kháng qua SVC giảm về bằng0 (hình 3.25.a).
3.5.3. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ DÕNG ĐIỆN TRÊN PHẦN TỬ TCR
Ta có thể mở khối hiển thị màu xanh, để khảo sát tín hiệu điện áp, dòng điện cũng nhƣ xung điều khiển của nhóm van TCR giữa pha A và pha B.
Ở hình 3.26. khảo sát quá trình đáp ứng của nhóm van TCR AB trong 3 chu kỳ ứng với góc mở α=1200
.
Hình 3.26.: Đáp ứng của nhóm van TCR AB
a)
HV: Hoàng Thị Mỹ 92 Lớp 13BKTĐ - TBĐ 3.5.4. KHẢO SÁT HIỆN TƢỢNG XUNG LỖI TRÊN CÁC TỔ HỢP TSC
Tại mỗi thời điểm tổ hợp TSC cắt ra, điện áp dƣ sẽ đƣợc nạp vào các tụ điện. Để khảo sát hiện tƣợng xảy ra khi phát xung lỗi ta mở khối hiển thị màu xanh và thu đƣợc những đồ thị nhƣ hình 3.27.
a)
b)
c)
d)
HV: Hoàng Thị Mỹ 93 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
trong đó:
- Biểu đồ 3.27.a) mô tả điện áp trên thanh cái SVC Vab và trên tụ của tổ hợp TSC1.
- Biểu đồ 3.27.b) mô tả điện áp trên nhóm van TSC1 _ab + - Biểu đồ 3.27.c) mô tả dòng điện chạy qua nhóm van TSC1 - Biểu đồ 3.27.d) mô tả xung mở các van TSC1 _ab +
Chú ý :
- Các van trong nhóm TSC1 _ab +(nhóm van thứ tự thuận) đƣợc phát xung mở khi mà nhóm van TSC1 _ab - (nhóm van thứ tự nghịch) đang ở giá trị điện áp cực đại vì khi đó điện áp đặt trên nhóm van thuận là nhỏ nhất. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Một bộ định thời Timer đƣợc dùng để lập trình thời gian gửi xung lỗi tại thời điểm t=0,121 s, phục vụ cho việc khảo sát hiện tƣợng.
Nhận xét:
- Nếu xung mở không đƣợc gửi đến đúng thời điểm, trên các van TSC sẽ xuất hiện hiện tƣợng quá dòng khá lớn.
- Khi xung lỗi đƣợc gửi tới tại thời điểm điện áp trên van cực đại ngay sau khi tổ hợp van TSC bị cắt, hiện tƣợng quá dòng thu đƣợc dòng cực đại trên van là 18 kA tức là gấp 6,5 lần so với giá trị dòng đỉnh ở chế độ định mức. Ngay sau khi các van TSC không dẫn, điện áp đặt vào thyristor lớn hơn nhiều lần so với điện áp ở chế độ định mức. Để tránh tác hại do hiện tƣợng quá áp và quá dòng gây ra, bộ hạn chế bằng oxit kim loại đƣợc sử dụng, bộ này có cấu tạo tƣơng tự nhƣ chống sét van (không đƣợc mô phỏng ở đây).
HV: Hoàng Thị Mỹ 94 Lớp 13BKTĐ - TBĐ KẾT LUẬN CHƢƠNG 3
Qua những kết quả phân tích ở trên và mô hình mô phỏng cũng nhƣ hìnhảnh đặc tính dạng sóng của các tín hiệu đầu ra của hệ thống điện khi có sử dụng thiết bị bù SVC cho ta thấy đƣợc lợi ích khi sử dụng SVC trong ổn định hệ thống điện: luôn đáp ứng khá nhanh nhạy trên hệ thống về yêu cầu bù công suất phản kháng ( hấp