Hình 2.21 Cấu tạo của TCSC
Cấu tạo nguyên lý của TCSC bao gồm một tụ nối tiếp, C mắc song song với kháng điện có điều khiển bằng thyristor LS như trên hình 2.21a. Tuy nhiên cấu tạo thực tế của thiết bị TCSC có thêm các thiết bị bảo vệ thường được lắp đặt tụ bù như
Biến trở oxit kim loại MOV (metal-oxide varistor), là một điện trở phi tuyến được mắc song song với tụ điện C để bảo vệ quá áp cho tụ điện. MOV không chỉ giới hạn điện áp trên tụ điện C mà còn cho phép tụ điện luôn luôn được nối vào hệ thống ngay cả khi có ngắn mạch xảy ra do đó giúp tăng ổn định động của hệ thống.
Cũng mắc song song với tụ điện là máy cắt CB để điều khiển đóng cắt tụ điện không cho tham gia vào hệ thống. Máy cắt CB sẽ nối tắt tụ điện trong trường hợp xảy ra ngắn mạch trầm trọng hoặc trong trường hợp thiết bị cấu tạo TCSC bị hỏng. Một cuộn kháng giới hạn dòng điện Ld cũng được lắp đặt vào thiết bị TCSC giới hạn độ lớn cũng như tần số của dòng điện trên tụ điện trong suốt quá trình tụ điện hoạt động trong chế độ nối tắt (capacitor- bypass operation).
Khi TCSC hoạt động cần van thyristor ở chế độ dẫn hoàn toàn trong thời gian dài thì để giảm tổn thất qua van thyristor thì gắn song song một công tắc tốc độ siêu nhanh , UHSC (ultra-high speed contact) để nối tắt van thyristor. UHSC được đóng sau khi van thyristor mở hoàn toàn, và được mở trước khi van thyristor đóng hoàn toàn. Khi xảy ra trường hợp van thyristor bị quá tải hoặc khi có ngắn mạch xảy ra thì UHSC được đóng để giảm dòng điện chạy trên van thyristor.
Một hệ thống TCSC trên thực tế thường bao gồm sự kết hợp nối tầng của rất nhiều mô đun TCSC kết hợp với tụ điện cố định CF.
Hình 2.22 Hệ thống TCSC thực tế
Tụ cố định CF để giảm giá thành thiết bị. Các tụ điện C1, C2,… Cn trong các mô đun TCSC khác nhau có thể có giá trị khác nhau để tăng dải điều chỉnh điện kháng của hệ thống TCSC. Cuộn kháng nối tiếp với hai van thyristor mắc song song ngược được chia làm hai nửa để bảo vệ cho van thyristor trong trường hợp cuộn
kháng bị ngắn mạch.
Hình 2.23 Các chế độ hoạt động của TCSC a. Bypassed-Thyristor Mode
b. Blocked-Thyristor Mode c. Capacitive-Vernier Mode d. Inductive Vernier Mode
TCSC có 3 chế độ hoạt động
a) Bypassed – thyristor Mode: Đây là chế độ mà van thyristor mở hoàn toàn với góc điều khiển là α=900. Xung điều khiển được nhận ngay khi điện áp trên van
như một mạch LC gồm tụ điện mắc song song với cuộn kháng. Tuy nhiên dòng điện không đổi chạy qua thiết bị TCSC lúc này là dòng điện mang tính điện cảm, bởi vì tổng trở của cuộn kháng được chọn lớn hơn tụ điện.
b) Blocked – thyristor Mode: Trong chế độ này cũng được gọi là chế độ chờ. Xung điều khiển van thyristor bị khóa. Nếu van thyristor đang dẫn mà nhận được lệnh khóa thì van sẽ khóa ngay khi dòng điện đi qua chúng đạt giá trị 0. TCSC khi đó sẽ trở thành thiết bị chỉ có tụ điện C và điện kháng của TCSC chính là điện kháng của tụ điện.
c) Vernier- Mode: Chế độ này cho phép TCSC đóng vai trò là thiết bị có điện kháng có thể điều chỉnh được cả về phía mang tính dung kháng và cảm kháng. Điều này có được bằng cách điều chỉnh góc điều khiển α của van thyristor. Tuy nhiên việc điều chỉnh trơn từ vùng mang tính dung kháng sang vùng mang tính cảm kháng là không thể bởi vì có vùng cổng hưởng giữa hai vùng này. Trong chế độ này có hai khả năng xảy ra đó là: Capacitive- vernier Mode và Inductive-vernier Mode
Capacitive –vernier mode: là chế độ van thyristor được điều khiển mở khi điện áp và dòng điện trên tụ điện ngược chiều nhau. Trong trường hợp này dòng điện trên TCR có chiều ngược với chiều dòng điện trên tụ điện, dẫn đến có dòng điện chạy vòng trong TCSC. Dòng điện vòng này làm tăng điện áp trên tụ điện FC, làm tăng mức bù với cùng mức dòng điện chạy qua TCSC. Dòng điện vòng tăng khi góc điều khiển giảm từ 180o đến αmin. Điện kháng lớn nhất cho phép với α =αmin thông thường từ 2.5 đến 3 lần điện kháng của tụ điện tại tần số cơ bản.
Inductive – Vernier mode là chế độ mà TCSC hoạt động với mức dẫn của van thyristor là cao. Trong trường hợp này dòng điện vòng là ngược lại so với trường hợp capacitor- vernier mode và TCSC đóng vai trò như cuộn kháng có giá trị điện kháng cố định.