d) Các đặc tính điều khiển
14.9MÔ HÌNH HỆ THỐNG HVDC
Trong mục này sẽ khảo sát mô hình hóa hệ thống HVDC trong phân bố công suất và khảo sát ổn định. Biểu diễn hệ thống HVDC đòi hỏi các xem xét sau:
- Mô hình bộ biến đổi.
- Mô hình đường dây truyền tải DC và mạng điện. - Giao tiếp giữa hệ thống DC và AC.
- Mô hình hệ thống điều khiển DC.
Biểu diễn bộ biến đổi dựa vào các giả thiết sau: a) Dòng điện một chiều không gợn sóng.
b) Hệ thống AC ở phía chỉnh lưu và nghịch lưu hoàn toàn hình sin, tần số không đổi, nguồn điện áp cân bằng đặt sau tổng trở tương đương cân bằng trên 3 pha. Điều này giả thiết mọi họa tần của dòng điện và điện áp gây ra bởi hệ thống chuyển mạch không lan truyền vào hệ thống xoay chiều do có mạch lọc lý tưởng.
c) Máy biến áp biến đổi không bảo hòa.
Biểu diễn cho lời giải phân bố công suất
Từ các phân tích trên, các phương trình của bộ biến đổi được tóm tắt như sau: Vd0 = 3 2. . . AC
B T E
π
Hình 14.22: Trắc đồ điện áp của đường dây DC
Vd = Vd0cosα – 3 c d. X I B π hay: Vd = Vd0cosγ – 3 c d. X I B π (14.36) ϕ = arccos(Vd/Vd0) P = VdId = PAC Q = P.tgϕ trong đó:
EAC: điện áp dây hiệu dụng ở thanh cái cao áp T: tỷ số biến áp
B: số cầu mắc nối tiếp P: công suất tác dụng Q: công suất phản kháng
Xc = ωLc: điện kháng chuyển mạch mỗi cầu/pha Vd, Id: điện áp, dòng điện mỗi cực
Phương trình xác định hệ số công suất là gần đúng nhằm đơn giản trong tính toán và cho kết quả với độ chính xác chấp nhận được. Để minh họa, xét đường dây DC có hai đầu ký hiệu r và i để chỉ cho các đại lượng chỉnh lưu và nghịch lưu, phương trình đối với đường dây DC có điện trở RL được viết:
Vdr = Vdi + RLId
Giao tiếp AC/DC ở thanh cái cao áp (H.14.23):
Hình 14.23: Giao tiếp giữa hệ thống AC và DC
Khảo sát phân bố công suất yêu cầu lời giải của các phương trình hệ thống DC và AC. Một phương pháp là dùng phép lặp hai hệ phương trình với thanh cái cao áp của máy biến áp biến đổi (phía AC) tạo giao tiếp giữa các phương trình AC và DC.
Ở đây Eacr và Eaci được xem là các dữ liệu đầu vào đối với phép giải các phương trình của hệ thống DC có được từ lời giải của hệ thống xoay chiều của bước trước.
dùng làm dữ liệu đầu vào trong lần lặp kế tiếp để giải các phương trình của hệ thống AC. Các biến độc lập và phụ thuộc trong phép giải các phương trình DC phụ thuộc vào cách điều khiển chỉnh lưu và nghịch lưu. Có hai cách vận hành:
- Cách 1: Chỉnh lưu điều khiển CC, nghịch lưu điều khiển CEA - Cách 2: Chỉnh lưu điều khiển CIA, nghịch lưu điều khiển CC
Ngoài ra còn cách vận hành theo đặc tính có bổ chính hay dùng trong khảo sát ổn định, ở đây chỉ đề cập hai cách vận hành chủ yếu nói trên.
Cách 1: Chỉnh lưu CC, nghịch lưu CEA (H.14.24) Trong cách này:
- Góc kích ở nghịch lưu được điều chỉnh để có góc γ = γmin
- Góc kích ở chỉnh lưu được điều chỉnh để cho Id = Ior d (lệnh dòng điện)
- Đầu phân áp máy biến áp phía chỉnh lưu được điều chỉnh để có góc α ở trong khoảng mong muốn.
- Đầu phân áp máy biến áp phía nghịch lưu được điều chỉnh để có điện áp mong muốn.
Hình 14.24: Điều khiển theo cách 1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ phương trình (14.36) với Id = Iord, có thể viết các phương trình của nghịch lưu như sau: Vd0i =
π i i AC i
3 2 B T E
Vdi = Vdoi.cosγmin – 3X B Ici i ord
π (14.37)
ϕi = arccos(Vdi/Vdoi) Pi = VdiIor d
Qi = Pi.tgϕi
Vì γmin và Iord được biết và EACi có được từ lời giải xoay chiều trước đó nên có thể tính được Vdi, Pi, và Qi. Đầu phân áp có thể được điều chỉnh để cho Vdi trong khoảng mong muốn.
Các phương trình của chỉnh lưu: Vdr = Vdi + RLIord
Vdor = 3 2EAC r r rB T
α = arccos + dr cr ord d0r AC r r V X I V 2E T
Trong các phương trình trên, điện áp EACr được biết từ lời giải xoay chiều trước đó, tỷ số biến áp Tr được điều chỉnh để có được α trong khoảng mong muốn.
ϕr = arccos (Vdr/Vdor) Pr = Vdr.Ior d
Qr = Prtgϕr
Do đó, Pi, Pr, Qi, Qr là số liệu đầu ra của hệ thống DC được dùng làm số liệu đầu vào để tìm lời giải của hệ thống AC trong bước lặp tiếp theo.
Cách 2: Chỉnh lưu CIA, nghịch lưu CC (H.14.25.)
Hình 14.25: Điều khiển theo cách 2
Trong cách 2 có các điều kiện sau: - Góc kích chỉnh lưu ở α = αmin
- Góc kích nghịch lưu được điều chỉnh để có Id = Iord – Im
- Đầu phân áp máy biến áp chỉnh lưu được điều chỉnh để có điện áp DC lớn nhất
- Đầu phân áp máy biến áp nghịch lưu được điều chỉnh sao cho góc γ = γmin và tiêu thụ công suất kháng ít nhất.
Các phương trình phía chỉnh lưu:
Vd0r = 3 2B T Er r AC r π Vdr = Vd0rcosαmin – 3 π Xcr(Ior d – Im)Br ϕr = arccos(Vdr/Vd0r) Pr = Vdr(Ior d – Im) Qr = Prtgϕr
Trong các biểu thức trên, EACr được biết từ lời giải xoay chiều trước đó và Id được giữ ở trị số Ior d – Im bởi nghịch lưu. Tỷ số biến áp được điều chỉnh để có được Vdr lớn nhất.
Với EACi được biết từ lời giải xoay chiều trước đó, các phương trình nghịch lưu được giải như sau:
Vdoi = 3 2EAC i i iB T π Vdi = Vdr – RLId = Vdr – RL(Ior d – Im) γ = arccos di ci ord( m) d0i AC i i V X I I V 2E T − + ϕi = arccos(Vdi /Vd0i) Pi = Vd.Id = Vdi (Ior d – Im) Qi = Pi.tgϕi
Tỷ số biến áp Ti có thể được điều chỉnh để đảm bảo góc γ > γmin và có được mức tiêu thụ công suất kháng thấp nhất. Pi, Pr, Qi, Qr là số liệu đầu ra của hệ thống DC được dùng làm số liệu đầu vào để tìm lời giải của hệ thống AC trong bước lặp tiếp theo.
Ví dụï 14.2
Một đường dây DC lưỡng cực công suất 1000 MW, ± 250 kV, điện trở đường dây 10 Ω/dây. Mạch đổi điện là cầu 12 xung với Rc = 3Xc
π =12 Ω (6 Ω cho mỗi cầu chỉnh lưu 6 xung) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vận hành của đường dây lưỡng cực (H.14.26) được phân tích bằng cách xem như đường dây đơn cực +500 kV. Góc kích trễ tối thiểu của bộ chỉnh lưu αmin = 50. Bỏ qua tổn hao và sụt áp thuận trên các van.
Đường dây DC vận hành với mạch chỉnh lưu điều khiển ở CC với α0 = 18,1670 và nghịch lưu điều khiển ở CEA với γ0 = 18,1670. Biên dòng điện Im được điều chỉnh bằng 15% dòng định mức và tỷ số biến áp của máy biến áp biến đổi là 0,50. Ở đầu nghịch lưu, công suất một chiều là 1000 MW và điện áp một chiều là 500 kV (tương đương với đường dây đơn cực). Trong ví dụ này qui ước gọi thanh cái cao áp của máy biến áp là phía nối với điện xoay chiều.
a) Với điều kiện vận hành nói trên, tính:
i) Hệ số công suất và công suất kháng phía cao áp của bộ nghịch lưu ii) Góc chồng chập chuyển mạch µ của nghịch lưu.
iii) Trị số hiệu dụng của điện áp đường dây xoay chiều, thành phần cơ bản của dòng điện đường dây và công suất phản kháng ở thanh cái cao áp bộ chỉnh lưu.
b) Nếu sụt áp ở thanh cái cao áp phía chỉnh lưu là 20%, tính: i) Điện áp một chiều ở đầu chỉnh lưu và nghịch lưu ii) Góc α phía chỉnh lưu, góc γ và µ phía nghịch lưu
iii) Công suất tác dụng và phản kháng ở thanh cái cao áp của chỉnh lưu và nghịch lưu Giả thiết đầu phân áp của máy biến áp không thay đổi và điện áp xoay chiều phía nghịch lưu được giữ không đổi.
c) Nếu sụt áp ở thanh cái cao áp xoay chiều phía nghịch lưu là 15% và điện áp xoay chiều phía chỉnh lưu được giữ ở trị số ban đầu, hãy xác định sau khi điều chỉnh đầu phân áp:
i) Điện áp DC ở đầu chỉnh lưu và nghịch lưu ii) Góc α phía chỉnh lưu và góc γ phía nghịch lưu
Tác dụng của điều chỉnh đầu phân áp phía chỉnh lưu nhằm giữ cho góc α trong khoảng từ 150 đến 200 và điều chỉnh đầu phân áp phía nghịch lưu nhằm giữ cho điện áp DC phía nghịch lưu trong khoảng từ 500 đến 510 kV. Giả thiết vị trí cao nhất và thấp nhất của đầu phân áp ứng với 1,2 và 0,8 đvtđ và mỗi nấc phân áp thay đổi 0,01 đvtđ.
Hình 14.26: Sơ đồ hệ thống HVDC Ví dụï 14.2
Giải
Mạch tương đương của hệ thống được trình bày trong H.14.27.