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.
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
- 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;
- 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.
- 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 thu hoặc phát ra công suất phản kháng) giúp hệ thống ổn định hơn và có độ tin cậy cao hơn. Điều này là rất cần thiết cho sự phát triển của lƣới điện Việt Nam.
Với sự trợ giúp của phần mềm Matlab Simulink, việc nghiên cứu và thiết kế các modul của thiết bị SVC dễ dàng hơn.Nhờ các bài toán mô phỏng giúp cho ngƣời thiết kế có cái nhìn tổng quan, dự đoán trƣớc những tình huống xảy ra trong thực tế vận hành thiết bị.
HV: Hoàng Thị Mỹ 95 Lớp 13BKTĐ - TBĐ KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN
KẾT LUẬN CHUNG
Đối với hệ thống truyền tải điện xoay chiều bằng đƣờng dây cao áp thì việc bù thông số là hết sức quan trọng để năng cao khả năng truyền tải và tính ổn định của hệ thống, đặc biệt là đối với đƣờng dây cao áp có chiều dài 1/4 bƣớc sóng nhƣ ở Việt Nam. Cùng với sự tiến bộ vƣợt bậc về khoa học công nghệ, việc nghiên cứu sản xuất và ứng dụng các thiết bị để làm tăng tính linh hoạt hệ thống truyền tải điện năng xoay chiều mở ra xu hƣớng mới trong việc nâng cao hiệu quả và tự động hoá, hiện đại hoá hệ thống điện trên toàn thế giới.
Thiết bị bù có điều khiển SVC làm cho hệ thống điện hoạt động ổn định hơn, vận hành linh hoạt trong các chế độ bình thƣờng và sự cố, đồng thời làm tăng độ tin cậy và tính kinh tế trong vận hành của hệ thống điện rất nhiều.
Khi dùng SVC trong hệ thống điện, ta cầnchú ý đến hiện tƣợng cộng hƣởng sinh ra trong quá trình làm việc của thiết bị bù có điều khiển và hiện tƣợng quá áp, quá dòng khi phát xung bị lỗi.
Việc nghiên cứu ứng dụng thiết bị bù ngang SVC trong hệ thống điện Việt Nam sẽ cải thiện đƣợc việc ổn định điện áp tại nút có đặt SVC. Hi vọng trong tƣơng lai gần, chúng ta có thể chế tạo thành công các thiết bị điều khiển công suất phản kháng trong nƣớc để nâng cao chất lƣợng điện lƣới và giảm giá thành đầu tƣ thiết bị.
Để thuận tiện cho quá trình thiết kế và mô phỏng hoạt động và cũng nhƣ đáp ứng của thiết bị bù SVC trong hệ thống truyền tải cao áp, tác giả đã sử dụng phần mềm Matlab Simulink- đây là bộ phần mềm mạnh chiếm ƣu thếlớn về thiết kế và mô phỏng trong kĩ thuật điện.Vì vậy, việc sử dụng phần mềm này đã góp phần khẳng định tính đúng đắn của lý thuyết nghiên cứu, hiệu quả của thiết bị và giúp ích cho công tác thiết kế, giúp cho ngƣời thiết kế có cái nhìn tổng quan, dự đoán trƣớc những tình huống xảy ra trong thực tế vận hành thiết bị.
HV: Hoàng Thị Mỹ 96 Lớp 13BKTĐ - TBĐ
HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu sâu hơn nữa chƣơng trình mô phỏng Matlab Simulink cho thiết bị SVC có cấu trúc đầy đủ và sát với thông số thực tế của đƣờng dây hơn nữa, ngoài các tổ hợp TCR, TSC còn đƣa thêm các tổ hợp nhƣ MSR, MSC, TSR…
Ngoài ra, đề tài cũng có thể phát triển cao hơn nữa bằng việc nghiên cứu các thiết bị điều khiển công suất khác nhƣ TCSC, STATCOM, TCPAR…những thiết bị