SVC bao gồm bộ điện cảm và tụ điện (reactor hoặc capacitor) đúng mở hoặc điều khiển bằng thyristor. Điện khỏng đƣợc đúng mở hoặc điều khiển bằng thyristor dựng để tiờu thụ cụng suất phản khỏng và tụ điện đúng mở bằng thyristor để cung cấp cụng suất phản khỏng.
Trong trƣờng hợp chung, một SVC thƣờng đƣợc tạo nờn bởi cỏc phần tử chớnh bao gồm:
+ Khỏng điều chỉnh bằng thyristor - TCR (Thyristor Controlled Reactor): cú chức năng điều chỉnh liờn tục cụng suất phản khỏng tiờu thụ.
+ Khỏng đúng mở bằng thyristor - TSR (Thyristor Switched Reactor): cú chức năng tiờu thụ cụng suất phản khỏng, đúng cắt nhanh bằng thyristor.
+ Bộ tụ đúng mở bằng thyristor - TSC (Thyristor Switched Capacitor): cú chức năng phỏt cụng suất phản khỏng, đúng cắt nhanh bằng thyristor.
45
Hỡnh 0.4. Cấu tạo chung của SVC.
2.2.1. TCR, TSR (Thyristor Controlled Reactor, Thyristor Switched Reactor )
2.2.1.1. Cấu tạo:
Khỏng điều chỉnh nhanh bằng thyristor (TCR) đƣợc cấu tạo dựa trờn nguyờn lý hoạt động và khả năng điều khiển của cặp thyristor mắc song song và ngƣợc chiều nhau. Nhờ cú khả năng khống chế đƣợc trị số hiệu dụng của dòng điện đi qua thyristor liờn tục thụng qua việc thay đổi gúc mở bằng thời điểm phỏt xung điều khiển vào cực G mà TCR cú khả năng điều chỉnh cụng suất phản khỏng rất nhanh. Cấu tạo, dạng súng vận hành chỳng ta cú thể quan sỏt trong sơ đồ hình 2.5:
MBA bự
TCR
46
Hỡnh 0.5. a. Cấu tạo TCR, b. dạng sóng vận hành
- L: cuộn điện khỏng chớnh.
- Thyristor: cú chức năng điều chỉnh dòng điện đi qua TCR.
- Hệ thống điều khiển tớn hiệu xung đến cực điều khiển của thyristor, hệ thống này là một khõu quan trọng để điều chỉnh liờn tục giỏ trị XL hay thay đổi trị số cụng suất phản khỏng phỏt ra hay tiờu thụ.
2.2.1.1 Nguyờn lý hoạt động và đặc tớnh điều chỉnh:
TCR thực chất là cuộn khỏng đƣợc điều khiển bằng 2 thyristor mắc song ngƣợc. Gúc mở thay đổi thì TCR sẽ thay đổi liờn tục giỏ trị cụng suất phản khỏng nhờ cỏc tớn hiệu điều khiển. Để duy trì sự cõn bằng giữa cỏc cực thuận nghịch của Thyristor, trỏnh cỏc dòng điều hòa bậc chẵn và một chiều, cỏc xung mở đƣợc hạn chế trực tiếp trong khoảng 90o180o theo điện ỏp.
Điện ỏp và dòng điện trong điện khỏng cú thể biểu diễn nhƣ sau: Với v(t) = Vm sint t 1 v(t) iL( iL(1 (Vm/Lcos (b) TSR L iL ( T1 T2 V(t) (a)
47
Ở nửa chu kỳ dƣơng của điện ỏp, tại thời điểm 𝜔𝑡 = cho xung điều khiển mở T1, ta cú phƣơng trình:
𝐿𝑑𝑖
𝑑𝑡 = 𝑉𝑚𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 𝑖𝑡 = − 𝑉𝑚
𝜔𝐿𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 + 𝐴
Hằng số tớch phõn đƣợc xỏc định theo sơ kiện 𝜔𝑡 = thì dòng điện it = 0, cuối cựng ta nhận đƣợc biểu thức của dòng điện tải
𝑖𝑡1 =𝑉𝑚
𝜔𝐿(− 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 + 𝑐𝑜𝑠) (2.1) Dòng điện (hỡnh 2.5) bằng khụng tại thời điểm ωt = và tăng dần đạt giỏ trị cực đại sau đú giảm xuống và đạt giỏ trị khụng tại thời điểm ωt = 2π −
Ở nửa chu kỳ õm của điện ỏp, tại thời điểm 𝜔𝑡 = 𝜋 + cho xung điều khiển mở T2, ta cú biểu thức của dòng điện tải:
𝑖𝑡2 =𝑉𝑚
𝜔𝐿(− 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 − 𝑐𝑜𝑠) (2.2) Dòng điện tải là giỏn đoạn do it1vàit2 tạo nờn, Trong cụng thức (2.1), (2.2) thành phần (V/L)cos là thành phần khụng đổi, phụ thuộc vào giỏ trị , dòng điện hỡnh sin khi = /2, dạng súng của dòng điện chạy qua TCR theo gúc mở đƣợc biểu diễn nhƣ hình vẽ (2.5b). Từ dạng súng vận hành ta cú biểu thức của dòng điện:
𝑖 𝑡 = − 𝑐𝑜𝑠𝑡 + 𝑐𝑜𝑠𝛼 . 𝐼𝑚 𝑣ớ𝑖 0 ≤𝑡 ≤ 𝜋 − 𝛼 0 𝑣ớ𝑖 𝜋 − 𝛼 ≤ 𝑡 ≤ 𝛼 −𝑐𝑜𝑠𝑡 + 𝑐𝑜𝑠𝛼 . 𝐼𝑚 𝑣ớ𝑖 𝛼 ≤𝑡 ≤ 𝜋 (2.3) Trongđú: 𝐼𝑚 = 𝑉𝑚 𝜔𝐿
Rừ ràng khi thay đổi giỏ trị gúc mở thì dòng điện chạy trong TCR cũng thay đổi. Dạng súng của dòng điện và điện ỏp của cuộn cảm L khi thay đổi gúc mở đƣợc miờu tả trong hình (2.6)
48
Hỡnh 0.6. Dạng sóng dũng điện và điện ỏp cuộn cảm L a. với góc mở 1; b. với góc mở 2 >1
Dòng điện qua TCR gồm thành phần dòng điện cơ bản và cỏc thành phần súng hài bậc cao. Biờn độ của dòng điện cơ bản ILF() cú thể biểu thị là hàm của gúc nhƣ sau: [4]
𝐼𝐿𝐹() = 𝑉𝑚
𝜔𝐿(2− 2 + 𝑠𝑖𝑛2) (2.4) Trong đú V là biờn độ của điện ỏp nguồn, L là điện cảm của điện khỏng điều khiển bằng thyristor, là tần số gúc của điện ỏp nguồn.
𝐼𝐿𝐹 thay đổi liờn tục giỏ trị từ 1 tới 0 khi gúc mở thay đổi từ 900 đến 1800. Đặc tớnh điều chỉnh biờn độ dòng điện cơ bản theo gúc cắt đƣợc thể hiện trong hỡnh 2.7 t 1 iL(1 L 1 t 21 iL(21 VL(21 (a) (b)
49
Hỡnh 0.7. Đặc tính điờ̀u chỉnh dũng điện TCR theo góc mở
TCR cú thể điều chỉnh dòng điện cơ bản liờn tục từ 0 đến giỏ trị lớn nhất nhƣ thể nú là 1 điện dẫn cảm khỏng cú thể thay đổi giỏ trị. Vì thế, điện dẫn cảm khỏng hiệu dụng của TCR đƣợc xỏc định từ cụng thức (2.5), đú là hàm của gúc nhƣ sau:
𝐵𝐿 = 1
𝜔𝐿 2− 2 + 𝑠𝑖𝑛2 (2.5) í nghĩa của (2.5) là với mỗi gúc mở , điện dẫn BL() đƣợc xỏc định bởi biờn độ của thành phần dòng điện cơ bản ILF() trong TCR ở 1 điện ỏp nguồn cho trƣớc. Trong ứng dụng thực tế, biờn độ lớn nhất của điện ỏp nguồn và dòng điện bị giới hạn bởi giỏ trị định mức của cụng suất mà cỏc thành phần (điện khỏng, van thyristor) đó sử dụng. Vì thế, TCR trong thực tế cú thể vận hành ở bất kỳ điểm nào trong vựng V- I xỏc định, đƣờng biờn của nú xỏc định bằng điện dẫn lớn nhất cú thể đạt đƣợc, điện ỏp và dòng điện định mức, nhƣ minh họa trờn hình 2.8. Giới hạn của TCR đƣợc thiết lập khi thiết kế từ yờu cầu vận hành thực tế.
Bờn cạnh thành phần cơ bản (k=1), tớn hiệu dòng điện I chạy trong TCR bao gồm cả cỏc thành phần súng hài bậc cao (3, 5, 7…). Trờn thực tế cỏc súng hài bậc
100 110 120 130 140 150 160 170 180 90 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 ILF() (pu) độ) 0
50
cao ảnh hƣởng xấu tới hoạt động của hệ thống điện và chỳng đƣợc loại bỏ nhờ cỏc thiết bị lọc mắc song song với thiết bị bự. Thụng thƣờng, cỏc bộ lọc này là cỏc nhỏnh LC và LCR nối tiếp với nhau và song song với TCR. Khi cú thành phần dòng điện bậc cao xuất hiện trong cỏc nhỏnh TCR thì do cỏc mạch lọc cụng hƣởng với tần số 3f, 5f…nờn trở khỏng của nú đối với cỏc dòng điện tần số cao này chỉ còn là điện trở thuần của cỏc thiết bị R mà cỏc điện trở thuần này rất nhỏ nờn dòng điện bậc cao đi qua bộ lọc xuống đất hết, dĩ nhiờn phải lựa chọn trị số của L và C sao cho trở khỏng của mạch lọc đối với tần số cơ bản rất lớn để trỏnh tổn hao. Khi đú dòng điện hệ thống chỉ còn thành phần cơ bản
Nếu mở van điều khiển TCR bị giới hạn ở gúc cố định, thƣờng =/2 thỡ nú sẽ trở thành TSR – Thyristor Switched Reactor. TSR tạo ra một điện dẫn cảm khỏng cố định và do đú, khi đƣợc nối với hệ thống AC, dòng điện xoay chiều chạy qua nú sẽ tỉ lệ nghịch với điện ỏp nguồn. Một vài TSR cú thể tạo ra điện dẫn điều chỉnh đƣợc giỏn đoạn theo bậc. Nếu TSR vận hành ở = /2, dòng điện xỏc lập cú dạng hỡnh sin. BLmax VT ILmax 0 (a) BL ILmax 0 (b) VLmax VT IL IL
VLmax = giới hạn điện ỏp ILmax = giới hạn dũng điện BLmax = tổng d n cực đại của TCR BL = tổng d n của cuộn cảm
Hỡnh 0.8. Đặc tính V-I của TCR và TSR