3.1.1. Giới thiệu phần mềm MATLAB
MATLAB (Matrix Laboratory) là một phần mềm khoa học đƣợc thiết kế để cung cấp việc tớnh toỏn số và hiển thị đồ họa bằng ngụn ngữ lập trình cấp cao. MATLAB cung cấp cỏc tớnh năng tƣơng tỏc tuyệt vời cho phộp ngƣời sử dụng thao tỏc dữ liệu linh hoạt dƣới dạng mảng ma trận để tớnh toỏn và quan sỏt. Cỏc dữ liệu vào của MATLAB cú thể đƣợc nhập từ "Command line" hoặc từ "mfiles", trong đú tập lệnh đƣợc cho trƣớc bởi MATLAB.
MATLAB cung cấp cho ngƣời dựng cỏc toolbox tiờu chuẩn tựy chọn. Ngƣời dựng cũng cú thể tạo ra cỏc hộp cụng cụ riờng của mình gồm cỏc "mfiles" đƣợc viết cho cỏc ứng dụng cụ thể.
Chỳng ta cú thể sử dụng cỏc tập tin trợ giỳp của MATLAB cho cỏc chức năng và cỏc lệnh liờn quan với cỏc toolbox cú sẵn (dựng lệnh help).
Màn hình tiờu chuẩn sau khi khởi động Matlab:
71
3.1.2. Simulink
Simulink là một cụng cụ trong Matlab dựng để mụ hình, mụ phỏng và phõn tớch cỏc hệ thống động với mụi trƣờng giao diện sử dụng bằng đồ họa. Việc xõy dựng mụ hình đƣợc đơn giản húa bằng cỏc hoạt động nhấp chuột và kộo thả. Simulink bao gồm một bộ thƣ viện khối với cỏc hộp cụng cụ toàn diện cho cả việc phõn tớch tuyến tớnh và phi tuyến. Simulink là một phần quan trọng của Matlab và cú thể dễ dàng chuyển đổi qua lại trong quỏ trình phõn tớch, và vì vậy ngƣời dựng cú thể tận dụng đƣợc ƣu thế của cả hai mụi trƣờng.
Cú thể mở Simulink bằng 2 cỏch:
- Click vào biểu tƣợng nhƣ hình dƣới (Simulink icon)
Hỡnh 0.2. Biểu tượng của Simulink trong Matlab
- Từ cửa sổ lệnh, đỏnh lệnh simulink và enter Cửa sổ thƣ viện Simulink sẽ hiển thị:
72
Tạo một mụ hỡnh mới bằng cỏch:
- Click vào icon New model hoặc gừ Ctrl-N
- Menu File New Model
Cửa sổ xõy dựng mụ hỡnh xuất hiện:
Hỡnh 0.4. Cửa sổ làm việc trong Simulink
Tạo cỏc khối: từ thƣ viện Simulink chọn khối cần dựng, nhấp chuột vào và kộo ra ra cửa sổ mụ hình
73
3.1.3. SimPowerSystems
a)Tổng quan về SimPowerSystems
SimPowerSystems là sản phẩm mụ hình vật lý làm việc cựng với Simulink để mụ phỏng điện, cơ và cỏc hệ thống điều khiển.
SimPowerSystems là cụng cụ thiết kế hiện đại cho phộp cỏc nhà khoa học và cỏc kỹ sƣ nhanh chúng và dễ dàng xõy dựng cỏc mụ hình mụ phỏng hệ thống điện. SimPowerSystems sử dụng mụi trƣờng Simulink, cho phộp bạn xõy dựng mụ hình dựng thủ tục đơn giản nhấp và kộo. Sim Power Systems cho phộp bạn xõy dựng và mụ phỏng cỏc mạch điện cú cỏc thành phần tuyến tớnh và phi tuyến.
Khụng chỉ cú thể vẽ mạch tụpụ nhanh chúng mà bạn phõn tớch mạch cú thể tƣơng tỏc với cơ khớ, nhiệt, điều khiển và cỏc mụn kỹ thuật khỏc. Điều này là cú thể vì tất cả cỏc phần điện mụ phỏng tỏc động qua lại với thƣ viện mụ hình Simulink mở rộng. Từ đõy Simulink sử dụng MATLAB nhƣ động cơ tớnh toỏn, ngƣời thiết kế cũng cú thể sử dụng cỏc cụng cụ MATLAB và cỏc khối Simulink. SimPowerSystems và SimMechanics chia sẻ khối mụ hình vật lý đặc biệt và kết nối giao diện.
Cỏc chức năng của SimPowerSystems:
Mụ phỏng và tớnh toỏn chế độ xỏc lập của hệ thống điện Mụ phỏng quỏ độ, làm giỏn đoạn mạch điện đơn giản Mụ phỏng điều khiển tốc độ động cơ
Phõn tớch đỏp ứng tĩnh và miền tần số Phõn tớch trạng thỏi ổn định
b) Xõy dựng mạch điện bằng thƣ viện powerlib
Giao diện đồ họa ngƣời sử dụng dựng cỏc chức năng của Simulink để nối liền cỏc phần điện khỏc nhau. Cỏc phần điện nhúm trong thƣ viện đặc biệt gọi là powerlib. Thƣ viện chớnh trong SimPowerSystems : powerlib. Một số thƣ viện trong Matlab đƣợc thể hiện trong hình 3.6; 3.7; 3.8.
74
Hỡnh 0.6. Thư viện chính trong SimPowerSystems
Library: powerlib/Electrical Sources
Hỡnh 0.7. Thư viện khối nguồn trong SimPowerSystems
75
Hỡnh 0.8. Cỏc thành phõ̀n trong SimPowerSystems
3.2. Tiến hành mụ phỏng
3.2.1. Mụ hỡnh húa thiết bị bộ bự tĩnh SVC
76
SVC đƣợc nối với hệ thống thụng qua một mỏy cắt, SVC gồm mỏy biến ỏp 333 MVA, 735 kV/16 kV, một tụ TCR 109 Mvar nhằm điều chỉnh lƣợng cụng suất bự cần thiết và 3 tụ TSC 94 Mvar (TSC1 TSC2 TSC3) nối bờn phớa thứ cấp mỏy biến ỏp.
Khúa TSC đúng mở cho phộp thay đổi giỏn đoạn cụng suất điện khỏng thứ cấp từ 0 đến 282 Mvar dung (ở 16 kV) bằng bƣớc 94 Mvar, trong khi điều chỉnh pha TCR cho phộp thay đổi liờn tục từ 0 đến 109 Mvar. Tớnh đến điện khỏng múc vòng mỏy biến ỏp (0.15 p.u.), thấy rằng điện nạp tƣơng đƣơng SVC từ phớa sơ cấp cú thể thay đổi liờn tục từ -1,04 pu/100 MVA (đầy cảm) to +3.23 pu/100 Mvar (đầy dung). Độ dốc của điều chỉnh điện ỏp là 0.01pu/100MVA cú nghĩa là khi SVC thay đổi từ đầy dung (300 Mvar) tới đầy dung (-100Mvar) giỏ trị điện ỏp SVC thay đổi từ 0.97 tới 1.01 pu
Thể hiện hệ thống cụng suất bằng đẳng trị điện cảm (mức ngắn mạch 6000 MVA), tải 200 MW đƣợc nối trực tiếp vào hệ thống và tải cảm 200 MVAR nối với hệ thống thụng qua một mỏy cắt. Điện ỏp trong hệ thống đẳng trị cú thể thay đổi bằng khối Three - Phase Programmable Voltage Source để quan sỏt đỏp ứng động SVC để thay đổi điện ỏp hệ thống.
77
Hỡnh 0.11. Cỏc thụng số cài đặt khối SVC controller
78
Hỡnh 0.13. Cỏc thụng số cài đặt khối TCR 109 Mvar
79
3.2.2. Khảo sỏt tỏc động của SVC khi điện ỏp nguồn thay đổi
Hỡnh 0.15. Cài đặt cỏc thụng số điện ỏp nguồn và thời gian
80
Hỡnh 0.17. Đỏp ứng của SVC khi điện ỏp nguồn thay đổi
Khi breaker 1 và breaker 2 mở, hệ thống chỉ cú tải 200 MW, quan sỏt biờn dạng điện ỏp tại điểm đặt SVC (hình 3.16) ta nhận thấy khi điện ỏp nguồn thay đổi và SVC chƣa tham gia vào hệ thống Qbự = 0 thì biờn dạng điện ỏp đo đƣợc gần nhƣ khụng thay đổi so với điện ỏp nguồn do đú ảnh hƣởng xấu tới chất lƣợng điện ỏp.
Tiếp theo khi đúng bộ bự SVC vào hệ thống, bằng cỏch đúng breaker 1 trờn hỡnh 3.9, xem xột tỏc dụng của nú trong việc ổn định điện ỏp tại điểm đặt. Hỡnh 3.17 mụ tả đỏp ứng của SVC khi điện ỏp nguồn thay đổi:
Ban đầu nguồn ỏp đặt là 1.004 pu, kết quả điện ỏp tham chiếu 1.0 p.u, ở cỏc đầu cuối SVC khi SVC khụng làm việc. Nhƣ điện ỏp tham chiếu Vref đặt là 1.0 pu, ban đầu hệ thống SVC chƣa cú sự tăng hoặc giảm điện ỏp trờn lƣới ở thời điểm (t = 0 s). Điểm làm việc này cú đƣợc với TSC1 làm việc và TCR hầu nhƣ đầy cảm (α = 960).
81
Ở thời điểm t = 0,1s điện ỏp hệ thống đột ngột tăng lờn 1.025 pu. SVC phản ứng lại bằng cỏch hấp thụ cụng suất phản khỏng (Q = -95 Mvar) để đƣa điện ỏp về lại 1.01 pu. Thời gian đặt 95% là xấp xỉ 135 ms. Ở điểm này tất cả TSC là khụng làm việc và TCR hầu nhƣ dẫn hoàn toàn ( α = 960).
Ở t = 0.4 s điện ỏp nguồn đột ngột giảm thấp xuống 0,93 pu. SVC phản ứng lại bằng cỏch phỏt 256 Mvar cụng suất phản khỏng, bởi vậy điện ỏp tăng đến 0.974 pu. Ở điểm này 3 TSC là làm việc và TCR hấp thụ xấp xỉ 40% cụng suất phản khỏng định mức của nú (α =1200
).
Quan sỏt đƣờng cuối cựng trờn scope cỏc TSC thứ tự đúng và mở. Mỗi lần TSC mở gúc α TCR thay đổi từ 1800 (khụng cảm) đến 960 (đầy cảm). Cuối cựng ở t = 0,7 s điện ỏp tăng lờn đến 1.0 p.u. và cụng suất phản khỏng SVC giảm xuống 0.
Chỳng ta cú thể mở hệ thống con Signal & Scopes để quan sỏt dạng súng. Hiển thị ỏp và dòng TCR nhỏnh AB cũng nhƣ xung thyristor trờn scope TCR AB.
Từ hình 3.18 ta nhận thấy thời gian trƣớc 0,4s TCR hoạt động ở gúc mở α khoảng 960, TCR hoạt động gần nhƣ đầy cảm, dạng súng của dòng điện TCR cú dạng gần hình sin. Từ 0,4s điện ỏp nguồn thay đổi, gúc mở α cũng thay đổi để đỏp ứng sự thay đổi của điện ỏp, với mỗi giỏ trị α thay đổi thì dạng súng của dòng điện TCR cũng thay đổi theo. Với mỗi gúc mở α trong khoảng từ 900 tới 1800 độ, gúc mở càng lớn thì dòng điện chạy trong TCR càng nhỏ. Do quỏ độ chuyển mạch cỏc TSC xảy ra quỏ nhanh nờn dòng điện TCR cú thể khụng đối xỳng rừ rệt (hình 3.18a)
82
3.2.3. Khảo sỏt tỏc động của SVC đối với tải cảm đưa vào lưới khi điện ỏp nguồn ổn định nguồn ổn định
Hỡnh 0.19. Cài đặt cỏc thụng số điện ỏp nguồn và thời gian
Trƣờng hợp 1: Breaker 2 đúng, breaker 1 mở, tải cảm 200 MVAR đƣợc nối vào hệ thống thụng qua mỏy cắt tại thời điểm t = 0.5s qua đú ta thấy ảnh hƣởng của tải lờn chất lƣợng điện ỏp. Khi khụng cú SVC điện ỏp đo cố định tại 1 pu, tại thời điểm t=0.5s tải cảm 200MVAR đƣợc đúng vào hệ thống, điện ỏp đo giảm xuống còn khoảng 0.96 pu nhƣ hình 3.20
83
Hỡnh 0.21. Đỏp ứng của SVC khi tải thay đổi
Trƣờng hợp 2: Cả breaker 1 và 2 đều đúng, SVC hoạt động trong chế độ đúng. Thời điểm từ 0 tới 0.5s gúc α khoảng 960 (TCR gần nhƣ dẫn hoàn toàn) và 1 TSC làm việc, cụng suất phản khỏng của bộ bự SVC gần nhƣ bằng khụng, khụng cú sự trao đổi cụng suất phản khỏng giữa SVC và lƣới. Ở t=0.5s SVC bắt đầu thay đổi gúc mở α cũng nhƣ số lƣợng TSC hoạt động để phỏt cụng suất phản khỏng vào lƣới. SVC hoạt động ổn định tại gúc mở α khoảng 1060 và với 2 TSC làm việc tƣơng ứng với việc phỏt khoảng 120 MVAR vào lƣới, điện ỏp đo ổn định ở khoảng 0.99 pu nhƣ hình 3.21
Nhận xột:
Qua quỏ trình khảo sỏt 2 chế độ làm việc của hệ thống SVC trờn phần mềm Matlab tỏc giả cú rỳt ra nhận xột:
Khi thay đổi cỏc điện ỏp trờn lƣới bằng việc thay đổi điện ỏp đầu nguồn cũng nhƣ việc thay đổi phụ tải làm cho giỏ trị điện ỏp tải điểm đặt SVC thay đổi ở cỏc giỏ
84
trị lớn hơn và nhỏ hơn giỏ trị điện ỏp tham chiếu trong cỏc khoảng thời gian khỏc nhau thì bộ điều khiển SVC tự động sẽ tớnh toỏn đƣa ra cỏc chế độ điều khiển mở TCR và cỏc TSC để bơm cụng suất phản khỏng lờn lƣới hoặc hấp thu cụng suất phản khỏng nhằm đảm bảo điện ỏp trờn lƣới đạt trị số ổn định dao động quanh giỏ trị 1 p.u.
Khi thay đổi cỏc thụng số đú trờn lƣới thì đồng nghĩa với chế độ làm việc của cỏc TCR và TSC phải thay đổi để giữ cõn bằng tại cỏc nỳt thì cỏc gúc mở phải thay đổi ở chế độ khi tải đầy cảm và tải khụng cảm.
Đặc tớnh điện ỏp
Thụng qua kết quả nhận đƣợc ta cú nhận xột sau:
Cỏc đồ thị xung điều khiển biến thiờn tỷ lệ thuận với độ tăng của điện ỏp của nỳt khi ta tiến hành thay đổi điện ỏp.
Trong chế độ xỏc lập cỏc van thyristor làm việc ở một gúc mở khụng đổi. Khi tiến hành thay đổi giỏ trị điện ỏp cũng tƣơng tự nhƣ ta thay đổi giỏ rị tải tại điểm nỳt đú thì xung điều khiển cũng thay đổi theo tƣơng ứng. Nếu điện ỏp tại điểm nỳt đú tăng lờn tƣơng ứng tiến hành cắt tải thì lỳc này xung điều khiển sẽ giảm dần về gúc pha đầu (hay gúc điều khiển giảm). Phản ứng này làm cho dòng của cỏc van tăng dần lờn so với giỏ trị điện ỏp tại thời điểm ban đầu, tƣơng ứng sẽ tiờu thụ một lƣợng cụng suất phản khỏng ứng với độ tăng do điện ỏp.
Khi điện ỏp tại điểm nỳt đú giảm tƣơng ứng ta tiến hành đúng tải, thì lỳc đú xung điều khiển sẽ tăng dần gúc pha đầu (hay gúc điều khiển tăng). Phản ứng này làm cho dòng qua cỏc van giảm so với giỏ trị điện ỏp tại thời điểm ban đầu, tƣơng ứng sẽ giảm lƣợng tiờu thụ cụng suất phản khỏng.
Khi giỏ trị điện ỏp càng lớn thì khỏng càng điều chỉnh gần giới hạn, ta thấy xung điều khiển mở van càng gần với xung qua điểm gốc. Đến thời điểm trựng với xung tại điểm gốc thì lỳc đú cỏc van mở hoàn toàn, dòng điện qua van cực đại, khỏng tiờu thụ cụng suất phản khỏng lớn nhất.
85
Khi giỏ trị điện ỏp giảm quỏ ngƣỡng cho phộp thì gúc điều khiển sẽ tiến đến gúc 1800, hay lỳc này hệ thống điều khiển khụng phỏt xung điều khiển đến cỏc van của bộ TCR, dẫn đến cỏc van khoỏ lại.
Đặc tớnh dũng điện qua thyristor
Khi cú điều khiển gúc mở α vào cỏc van của bộ TCR vào điểm nỳt gúp phần cải thiện độ biến thiờn dòng điện dẫn đến biến thiờn cụng suất phản khỏng tại điểm nỳt. Giỏ trị điện ỏp đƣợc giữ trong một phạm vi nhất định mà khụng bị vƣợt ra khỏi giỏ trị cho phộp. Tuy nhiờn một phần nào đó phản ỏnh đƣợc tỏc dụng khi cú điều khiển của thiết bị bự. Nhƣng do dòng điện chạy qua thyristor là dòng giỏn đoạn nờn trong mạch tồn tại cỏc súng hài bậc cao, điều này làm cho cỏc dạng súng dòng điện cũng nhƣ điện ỏp bị mộo đi.
3.3. KẾT LUẬN
Cỏc kết quả cho thấy hiệu ứng tỏc động nhanh của khỏng bự ngang cú điều khiển thyristor (TCR) trong việc điều chỉnh điện ỏp nõng cao ổn định của hệ thống.
Mụ hình mụ phỏng thiết bị khỏng cú thể đƣợc ghộp với mụ hình đƣờng dõy cao ỏp hoặc siờu cao ỏp để nghiờn cứu khả năng, mức độ nõng cao ổn định của khỏng bự ngang TCR.
Hiện tại số liệu vào đƣợc xử lý trờn cơ sở tớnh toỏn. Để hoàn thiện mụ hình mụ phỏng khỏng bự ngang TCR cần phải tìm hiểu kỹ khõu xử lý số liệu vào trờn thực tế để mụ hình mụ phỏng mang tớnh hiện thực.
86
KẾT LUẬN CHUNG
Thiết bị bự ngang cú điều khiển SVC thực chất là bộ nguồn cụng suất phản khỏng cú khả năng điều chỉnh nhanh, liờn tục trong phạm vi rộng. Khả năng điều chỉnh cụng suất phản khỏng của SVC cú đƣợc nhờ khả năng điều chỉnh điện khỏng của bộ bự SVC thụng qua phần từ TCR, chỉ cú TCR cú thể điều chỉnh thay đổi cụng suất phản khỏng phỏt hay tiờu thụ trờn lƣới nờn đõy đƣợc coi là thành phần chớnh và quan trọng của SVC
Ở chế độ làm việc bình thƣờng của hệ thống điện, SVC làm nhiệm vụ tự động điều chỉnh để giữ nguyờn điện ỏp nỳt. Khi điện ỏp thay đổi, dòng điện và cụng suất phản khỏng của bộ bự SVC cũng tự động thay đổi, điện ỏp điểm đặt SVC đƣợc giữ ổn định. Khi điện ỏp tăng SVC tiờu thụ cụng suất phản khỏng, điện ỏp tại thanh cỏi SVC giảm và ngƣợc lại khi điện ỏp giảm SVC phỏt cụng suất phản khỏng, điện ỏp tại thanh cỏi SVC tăng.
SVC cú khả năng giữ ổn định điện ỏp, nõng cao ổn định điện ỏp tại điểm đặt, việc sử dụng SVC trong việc giữ ổn định điện ỏp nỳt hệ thống là rất hiệu quả
Hƣớng phỏt triển của đề tài :
- Nghiờn cứu những hiệu ứng phụ của bộ bự SVC ảnh hƣớng xấu tới hệ thống điện và cỏc biện phỏp khắc phục
87
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Bỏch (2002), Lưới điện & Hệ thống điện tập 2, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật
2. Nguyễn Bớnh (2000), Điện tử cụng suất, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật 3. Nguyễn Phựng Khoang (2000), Matlab &simulik, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ