Đặc tính làm việc của SVC thể hiện mối quan hệ giữa các thông số ứng với một cấu trúc điều khiển xác định của SVC nằm trong hệ thống, thường gặp nhất là SVC có điều khiển giữ điện áp nút.
Các đặc tính được quan tâm nhiều là quan hệ dòng áp trên SVC và quan hệ dung dẫn. Đặc tính này được tạo nên nhờ điều khiển phối hợp các thiết bị thành phần TCR, TSR và TSC. Theo yêu cầu sử dụng, trong đó có yêu cầu về công suất và phạm vi điều chỉnh, số lượng các thành phần nêu trên được lựa chọn khác nhau và có thể chứa các cuộn kháng và tụ điện cố định (FR và FC).
Đặc tính này được miêu tả trên hình 2.14. Hình 2.14a miêu tả đặc tính mối quan hệ giữa điện áp đầu cực và dòng điện của SVC. Hình 2.14b miêu tả mối quan hệ giữa điện áp đầu cực với dòng công suất phản kháng của SVC.
a) Đặc tính động của SVC
Điện áp đặt Vref là điện áp ở đầu cực của SVC trong suốt trạng thái động, đó là khi SVC hoặc là tiêu thụ hoặc là phát công suất phản kháng. Điện áp đặt có thể thay đổi giữa giá trị cực đại Vrefmax và giá trị cực tiểu Vrefmin bởi hệ thống điểu khiển trong SVC. Giá trị của Vrefmax và Vrefmin thường là 1.05pu và 0.95pu tương ứng. Đường đặc tính gồm các dải
- Dải tuyến tính: Đó là dải điều khiển mà điện áp đầu cực của SVC thay đổi tuyến
tính với dòng điện SVC hoặc công suất phản kháng của SVC.
Độ dốc của đường đặc tính V-I được xác định bởi tỉ số giữa sự biến thiên của độ lớn điện áp với sự biến thiên của độ lớn dòng điện trên dải tuyến tính của thiết bị bù độ dốc được xác định bởi công thức.
SL V X I (2.17)
Trong đó V: Sự biến thiên độ lớn điện áp (V)
I : Sự biến thiên độ lớn dòng điện (A)
Giá trị độ dốc theo đơn vị tương đối được biểu diễn bằng công thức
/ / r SL r V V X I I (2.18)
Khi I Ir thì ta có 100% SL r V X V (2.19)
Độ dốc có thể thay đổi bằng hệ thống điểu khiển trong thiết bị bù có điều khiển bằng thyristor. Ngược lại trong trường hợp thiết bị bù là cuộn cảm bão hoà độ dốc được điều chỉnh bởi các tụ điện đấu nối tiếp. Độ dốc thường được giữ trong khoảng 1-10%, với giá trị điển hình là 3-5%. Mặc dù thiết bị SVC được sử dụng để điều chỉnh điện áp tức là giữ đường đặc tính V-I nằm ngang tức là độ dốc bằng 0. Thực tế đường đặc tính V-I phải có độ dốc nhất định vì lý do sau.
+Thứ nhất là giảm đáng kể công suất phản kháng định mức của thiết bị SVC mà vẫn đạt được gần mục tiêu của việc điều khiển.Hình 2.16 miêu tả hai đặc tính động của SVC. Đường đặc tính OA’B’C’ có độ dốc nhất định. Trong khi đó đường OABC
bằng phẳng. Giả sử đường đặc tính của hệ thống thay đổi giữa L1 và L2. Công suất phản kháng cần thiết để cung cấp cho điều chỉnh điện áp là từ QCm (công suất phản kháng mang tính dung kháng) đến QLm (công suất phản kháng mang tính cảm kháng) như được xác định từ đường đặc tính OABC. Tuy nhiên nếu điện áp đầu cực SVC cho phép dao động trong một khoảng cho phép nào đấy ( với đặc tính như được miêu tả theo đường OA’B’C’). Công suất cực đại cần để thực hiện điều chỉnh điện áp tương ứng với cùng sự thay đổi trong hệ thống là từ Q’Cm tới Q’Lm. Ta thấy rằng Q’Cm<QCm
và Q’Lm<QLm. Vì vậy công suất phản kháng định mức của thiết bị SVC mà đặc tính
động có độ dốc nhỏ hơn công suất định mức của thiết bị SVC có đặc tính động không có độ dốc (với cùng một khả năng điều chỉnh điện áp). Bởi vậy có lợi về chi phí vốn đầu tư.
+ Thứ hai là tránh cho thiết bị SVC thường xuyên hoạt động tại giới hạn công suất phản kháng. Hình 2.15 cũng chỉ ra rằng nếu đặc tính động không có độ dốc, thì khi có một sự thay đổi nhỏ đặc tính của hệ thống (giả sử khoảng thay đổi nhỏ từ E2
của dải điều chỉnh để giữ điện áp không thay đổi. Giới hạn công suất phản kháng của thiết bị SVC thường xuyên được đạt tới nếu hệ thống điện xoay chiều là lớn. Bởi vậy tác dụng của SVC là thiết bị điều chỉnh điện áp trở lên hạn chế. Với đặc tính động có độ dốc nhất định. Thiết bị SVC tiếp tục hoạt động trong vùng tuyến tính có thể điều khiển được đối với sự thay đổi lớn trong đặc tính của hệ thống.
Hình 2.15 Đặc tính không có độ dốc và có độ dốc của SVC
+ Thứ ba là phân phối chia sẻ công suất phản kháng giữa các thiết bị bù vận hành song song với nhau.
Để đảm bảo độ tin cậy, dự phòng, và cũng như giảm sóng hài phát ra từ thiết bị SVC, đồng thời đảm bảo dải điều chỉnh theo yêu cầu người ta thường dùng nhiều thiết bị bù có cùng giá trị định mức. Khi có nhiều hơn một thiết bị bù cùng mắc vào một điểm của hệ thống thì phải được phối hợp hoạt động với nhau. Ta xem xét hai thiết bị SVC là SVC1 và SVC2 được đấu nối chung với thanh góp hệ thống như trên hình 2.16a. Hai thiết bị SVC này có giá trị định mức bằng nhau nhưng có điện áp đặt Vref
của hai đặc tính điều khiển khác nhau một giá trị rất nhỏ . Hai trường hợp được cân nhắc đến đó là: Trường hợp 1 là cả hai SVC có độ dốc đặc tính động là 0 như trên hình 2.16b; Trường hơp 2 là cả hai SVC đều có độ dốc của đường đặc tính động như miêu
tả trên hình 2.16c. Tổng đặc tính của SVC có được bằng cách cộng hai đường đặc tính của từng SVC. Biểu diễn bằng đường đậm trên hình 2.16. Trong trường hợp độ dốc đặc tính bằng 0, đặc tính tổng có đoạn gấp khúc quanh điểm A . Khi đường đặc tính hệ thống giao với đường đặc tính tổng V-I tại điểm A ta được điểm làm việc là A tương ứng với toàn bộ công suất phản kháng phát ra trên SVC1 (điểm B) và toàn bộ công suất phản kháng được tiêu thụ trên SVC2 (điểm C). Do mỗi SVC bù một phần công suất đầu ra của thiết bị SVC kia, bởi vậy là không kinh tế, bởi vì tổn thất là lớn. Phần phía bên trái của điểm A, SVC2 điều chỉnh điện áp trong khi đó SVC1 phát toàn bộ công suất phản kháng. Tuy nhiên phần bên phải của điểm A thì SVC1 điều chỉnh điện áp trong khi SVC2 phát toàn bộ công suất phản kháng. Điều này thể hiện rằng hai thiết bị SVC không phối hợp hoạt động tốt với nhau. Độ dốc của đường đặc tính đảm bảo đặc tính điều chỉnh tổng của hai SVC là liên tục mặc dầu điện áp đặt của hai SVC khác nhau. Nếu hai SVC và hệ thống đạt được trạng thái làm việc ổn định tại A, thì SVC1 hoạt động tại điểm B và SVC2 hoạt động tại điểm C. Chia sẻ tải phản kháng giữa hai thiết bị bù làm giảm tổn thất. Vùng mà tại đó chỉ có một thiết bị SVC hoạt động điều chỉnh điện áp trong khi thiết bị kia đã đạt tới giới hạn đã thu nhỏ lại tại hai đầu của dải điều chỉnh tổng. Trong thực tế giá trị là rất nhỏ và độ chính xác có thể đạt được khi chia sẻ tải thường có trị số tốt mà không cần điều khiển thêm.
- Dải quá tải: Khi thiết bị SVC có đặc tính đi qua ngoài dải có thể điều khiển
tuyến tính bên phần cảm kháng, thì SVC đi vào vùng quá tải, tại đó nó đóng vai trò như một kháng điện có điện kháng không đổi.
- Dải giới hạn quá dòng: Để tránh cho các van thyristor khỏi bị quá tải nhiệt,
dòng điện cảm kháng cực đại trong dải quá tải được giữ không đổi bằng một quá trình điểu khiển thêm từ hệ thống điều khiển thiết bị bù.
Hình 2.16 Phối hợp hoạt động giữa hai SVC
b) Đặc tính làm việc của SVC trong chế độ xác lập
Đặc tính làm việc V-I của SVC trong chế độ xác lập cũng tương tự giống đặc tính động của SVC ngoại trừ nó có dải điện áp chết (deadband) được vẽ trong hình 2.15a và 2.15b. Nếu đặc tính làm việc của SVC chế độ xác lập không có dải điện áp chết sẽ làm cho nó có xu hướng di chuyển về phía giới hạn dải làm việc để điều chỉnh điện áp, điều này làm thu hẹp phạm vi điều chỉnh công suất phản kháng của SVC khi xảy ra sự cố. Thực tế không mong muốn để SVC với dải điều chỉnh công suất phản kháng nhỏ vì ảnh hưởng đến việc điều chỉnh và ổn định điện áp sau này khi hệ
thống xảy ra sự cố. Để tránh sự kéo giới hạn này một vùng chết ở trên điện áp Vref giữ cho dòng điện Isvc bằng hoặc gần giá trị 0, phụ thuộc vào vị trí của dải điện áp chết này. Bởi vì công suất phản kháng được giữ không đổi tại điểm đặt, cụ thể là bằng công suất đầu ra định mức của bộ lọc. Công suất đầu ra định mức của bộ lọc khá nhỏ, bởi vậy tổng tổn thất khi hoạt động là rất nhỏ. Một bộ điều chỉnh dung dẫn phản ứng chậm được lắp đặt ở hệ thống điều khiển dùng để thêm dải điện áp chết vào đặc tính có hệ số thời gian khoảng vài phút. Bởi vậy bộ điều chỉnh dung dẫn này không có ảnh hưởng gì trong quá trình quá độ xảy với thời gian rất ngắn, và nó cũng không ảnh hưởng gì đến hoạt động của bộ điều khiển.