B iộ đ ều khiển đ ện áp i được kết nối nối tiếp v i t i ớ ả được b o v nh trong ả ệ ư hình 3.10. iĐ ện áp tại tải bằng với tổng đ ện áp lưới đ ện và đ ện áp cung cấp của hệi i i thống DVR.Bộ chuyển đổi đ ệi n năng tạo ra công suất phản kháng cần thiế đồng t, thời công suất tác dụng được t o ra t b d tr năng lượng.ạ ừ ộ ự ữ
Bộ ự ữ ă d tr n ng lượng có th khác nhau tùy thu c vào nhu c u bù i n áp c a ể ộ ầ đ ệ ủ bộ DVR.DVR thường có những hạn chế về độ sụt và th i gian c a sụ đ ệờ ủ t i n áp lưới những thành phần có thể được bù.
Hình 3.10. Cấu trúc c b n của hệ thống DVR ơ ả
Hình 3.11. Cấu trúc hoạt động của hệ thống DVR
Mạch bên trái c a DVR là mạủ ch tương đương theo định lu t Thevenin c a hệ ậ ủ thống. Trở kháng Zth của h th ng ph thu c vào m c độ lỗ ạ ảệ ố ụ ộ ứ i t i t i. Khi đ ệi n áp hệ thống Vth sụt xuống thì DVR sẽ cung cấp 1 đ ệi n áp VDVR thông qua các máy biến áp kết nối giúp cho đ ện áp tại tải Vi L có thể được duy trì và ổn định. i n áp cung cấp Đ ệ của DVR được tính theo công thức :
DVR L th L th
V = V + Z I − V Trong đó : - VL là giá trị đ ệ i n áp tại tải
- IL là dòng đ ệi n qua tải - Vth là đ ệi n áp hệ thống khi xảy ra sự ố c Dòng đ ệ ải n t i được tính theo: ( L L) L L P j Q I V + ∗ ⎛ ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⇒ VDVR∠α= VL∠0+Z Ith L∠ (β θ− )− Vth∠δ
Trong đó α β, and δ là góc của DVR, Zth và Vth, tương ứng với θ là hệ số công suất :θ= tan ( QL/PL−1 ).Công suất của DVR có thể tính theo:SDVR = VDVR LI
Vấn đề được đề cậ ở đp ây là khi i n áp cung c p Vđ ệ ấ DVR vuông góc với với IL, công suất tác dụng được cung cấp bởi DVR phải đúng vớ đ ệi i n áp. Hệ thống òi đ hỏi chỉ cung cấp công suất phản kháng và DVR có khả năng t o ra công su t phản ạ ấ kháng. Lưu ý rằng DVR có thể được giữ vuông góc với IL tăng t i m t giá trịớ ộ nh t ấ định củ đ ệa i n áp s t và xa h n m i quan h vuông góc không th được duy trì ụ ơ ố ệ ể để sửa đ ện áp sụt. Đối với trường hợp này, công suất tác dụng i được cung cấp vào h ệ thống là đ ềi u cần thiết.Công suất tác dụng phả được cung cấp bởi hệ thống lưu trữ i năng lượng DVR.
3.3.3. Ứng dụng đ ềi u khi n PWM vào b bù áp nhanh DVR ể ộ
Mụ đc ích c a phương pháp này là duy trì giá tr i n áp liên t c t i i m mà ủ ị đ ệ ụ ạ đ ể tải nhạy cảm được kết nối, theo sự cố hệ th ng. H th ng i u khi n ch là bi n ố ệ ố đ ề ể ỉ ệ pháp đ ệi n áp rms tại đ ểi m tải, tức là, không yêu cầu tính toán công suất phản kháng.Hệ thống chuyển đổi VSC được dựa trên công nghệ PWM hình sin, một hệ thống vừa cung cấp đơn giản lạ đáp ứng tốt.PWM cung cấp một tùy chọn linh hoại t hơn so với hệ thống biến đổi tần số cơ ả b n (FFS) m t phương pháp a chu ng trong ộ ư ộ các ứng dụng FACTS.Bên cạnh đó, biến đổi tần số cao có thể được sử dụng để cải thiện hiệu quả chuyển đổi mà không gánh chịu thi t h i áng k . ệ ạ đ ể
Các đầu vào bộ đ ề i u khiển là một tín hiệu báo lỗi thu được từ đ ệ i n áp tham chiếu và giá trị rms của đ ệi n áp ở cực c n o. S cốầ đ ự nh vậư y được x lý b ng b ử ằ ộ đ ềi u khi n PI mà đầu ra là các góc ể δ , cung cấp đến bộ phát tín hiệu PWM. Đ ềi u quan trọng cần lưu ý trong trường hợp này, gián tiế đ ềp i u khiển bộ biến đổi, có công suất phản kháng và công suất tác dụng trao đổi vớ ệ ối h th ng cùng lúc: tín hi u ệ báo lỗi được thu bằng cách so sánh đ ệi n áp tham chiếu vớ đ ệi i n áp rms đo tạ đ ểi i m tải. Quá trình đ ều khiển PI các sự cối tín hi u t o ra góc cầệ ạ n thi t ế để i u khi n s đ ề ể ự cố về không, tức là đ ện áp tải rms được đưa trở ạ đ ệi l i i n áp tham chiếu.
Hình 3.12. Cấu trúc cơ ả đ ề b n i u khiển DVR Trong đó:
VS : đ ệi n áp ngu n ồ
Vabc : đ ệi n áp ba pha c a lưới trung th ủ ế Vref : giá trị đ ệ i n áp đặt (=1p.u)
δ : góc phục vụ bộ PWM * Vcontrolgồm 3 tín hiệu đ ều khiển hìnhsin được tính theo công thức : i
( ) = s 2 - 3 2 = s 3 R Y B V in t V sin t V in t ω δ π ω δ π ω δ ⎧ ⎪ + ⎪ ⎪ ⎛ ⎞ = + ⎨ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎪ ⎪ ⎛ ⎞ + + ⎪ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎩ (3.3) * C u trúc bấ ộ đ ề i u khiển PI : ( ) i p K PI s K s = +
* Cấu trúc bộ biến đổi:
2 2
V +Vα β
Hình 3.14.Đ ệi n áp trên đường dây truyền tải Ta có công thức chuyển đổi
1 12 12 0 √3 2 √3 2 (3.4) 3.3.4. Tính toán và lựa chọn cấu hình DVR
3.3.4.1. Giả thiết tham s hệ ốố th ng truy n t i ề ả
- Máy phát 13kV, 50Hz, công suất định mức100MVA, cung cấp cho 2 đường
dây truyền tải thông qua 1 máy biến áp 3 cuộn dây loại Y ∆ ∆/ / , 13kV/115kV/115kV. Đường dây truyền tải như vậy trên 200km là ngu n c p cho 2 ồ ấ mạng lưới phân phối thông qua 2 máy biến áp loại ∆/Y, 115kV/11kV.
- Để khảo sát kh năả ng làm vi c c a DVR s dụệ ủ ử ng để tránh s t i n áp trong ụ đ ệ thời gian ngắn m ch, m t l i s cốạ ộ ỗ ự ng n m ch chạắ ạ m đất được đặt t i v trí cách ạ ị nguồn phát 200km như hình 3.15 thông qua 1 i n tr 0,4đ ệ ở Ω, trong khoảng thời gian 200ms. Công suất biểu kiến của thiết bị ự d trữ là 650V.
3.3.4.2. Tính toán thông số máy biến áp [PL1] 3.3.4.3. Tính toánắc quy [PL2]
Chọn : - dung lượng tụ đ ệ i n của ắc qui : Cstore= 608,17.103(F) - đ ệi n trở trong của ắc qui :R =1 0,1Ω
- đ ệi n trở trong của ắc qui :R =2 10000Ω
Hình 3.16.Sơ đồ c quy ắ 3.3.4.4. Chọn van bán dẫn và cấu trúc driver [PL3]
Từ tính toán thông s máy bi n áp, ta chọố ế n van bán d n IGBT ẫ 1MBI3600U4D-170 (3600A/1700V). Thông số ủ c a IGBT theo Phụ ụ l c.
Chương 4: MÔ PHỎNG LƯỚI Đ ỆI N TRUNG ÁP VỚI DVR 4.1. Giới thiệu phần mềm Matlab/Simulink/Simpower
Matlab là phần mềm phục vụ thiết kế mô phỏng quen thu c ộ đối với kỹ sư đ ềi u khi n - t động hoá.Ph n m m cung c p môi trường c n thi t cho mô phỏể ự ầ ề ấ ầ ế ng h ệ thống bao gồm tập hợp các công cụ tính toán, đồ hoạ 2D, 3D.Đây cũng là phần mềm có thể lập trình được, đặc i m này làm cho môi trường Matlab ngày càng trở đ ể nên phong phú.
Simulink là phần mềm hoạt động trong môi trường Matlab, chuyên dùng cho việc mô hình hoá, mô phỏng và phân tích hệ thống.Có thể sử dụng công c này cho ụ việc mô phỏng tuyến tính, phi tuyến… trong miền liên tục hay gián đ ạo n.
Simpower là một toolbox làm việc tương thích với môi trường simulink trong matlab. Toolbox này cho cung cấp cho người sử dụng th vi n v i n t công su t ư ệ ề đ ệ ử ấ và hệ truyền động r t phong phú, dễ dàng mô hình vật lý đối tượng sau đó áp dụng ấ thuật toán đã được xây dựng để iđ ều khiển mô hình này. Đ ều này cho phép việc mô i hình hoá gần với thực tế.Bộđi u khi n c a h th ng DVR ề ể ủ ệ ố được mô ph ng bằng ỏ phần mềm matlab/Simulink/Simpower.
Các phần tử có sẵn trong thư viện của Matlab :
- Đ ệi n tr , t i n, cu n dây, MBA, các c p cu n dây, cáp, ở ụ đ ệ ộ ặ ộ đường truy n, ề nguồn dòng, áp, các thiết bị đ óng cắt, rơle, các thiết bị bảo v , diode, thyristor, ệ IGBT, các hàm đ ềi u khiển số, tương tự, máy đ ệi n 1 chiều, xoay chiều, các thiết bị đo, hi n th , các thi t b c a FACTS : HVDC, SVC ….. ể ị ế ị ủ
4.2. Cấu trúc mô phỏng
Với các thông số tính toán như ở phần thông số ụ thể ở chương trước, ta thực hiện c mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink cho hệ thống DVR trong trường hợp sự cố ngắn mạch chạm đất.
62
4.2.2. Khái quát các khối trong mô hình mô phỏng 4.2.2.1. Khối nguồn 4.2.2.1. Khối nguồn
Hình 4.2. Cấu trúc khâu nguồn
Mô hình của khối ngu n bao gồ ồm :
+ Máy phát đ ệi n đồng b có dung lộ ượng 100MVA, đ ệi n áp u cđầ ực là 13kV và tần số máy phát là 50Hz.
+ Do ở đ âykhông i sâu vào i u khi n máy phát i n nên ta không xét nhi u t i đ đ ề ể đ ệ ề ớ hệ thống đ ềi u tốc tuabin và hệ thống kích t .Do ó ta ch ừ đ ỉđặt các thông s cố ốđịnh cho máy phát hoặc coi thay đổi là tức th i mà không xét ờ đến h ng s th i gian cằ ố ờ ủa tuabin. Trong mô hình ta cũng không xét đến hệ thống n ổ định công su t i n áp PSS (Power ấ đ ệ system stabilizer) cho lưới đ ệi n.Giá trị ủ c a Pm và E được giữ ố c định i vđố ới máy phát. + Đ ệi n áp u cđầ ực của máy phát là 13KV được đưa tới một biến áp để nâng đ ệi n áp lên 115KV truyền tả đi i đến các hộ tiêu thụ đ iện. H tiêu th cách xa nhà máy là ộ ụ
200km .Cuối đường dây có một máy biến áp hạ đ ệ i n áp từ 115 KV xuống còn 11KV cung cấp cho các phụ ả t i nơi đây.
+ Máy biến áp tăng áp được mắc theo kiểuY ∆ ∆/ / , 13kV/115kV, công suất 250MVA.
+ Máy biến áp hạ áp được mắc theo kiểu ∆/Y, 115kV/11kV, công suất 250MVA.
4.2.2.2. Khối DVR
Hình 4.3. Cấu trúc khối DVR
Hình 4.3 là cấu trúc bên trong của khối DVR gồm mạch cầu ba pha IGBT/Diode. Phía một chiều là ắcquy .Ắcquy được nố ới v i tụ một chi u Cề 1 để ổn định đ ệi n áp.Xung i u khi n óng m các van IGBT đ ề ể đ ở được đưa vào u Pulse. đầ
4.2.2.3. Khố đ ềi i u khiển phát xung cho DVR
Hiện nay các phương pháp đ ềi u chếđộ rộng xung PWM đối v i b bi n ớ ộ ế đổi ba pha bao gồm cả đ ề i u khiển dòng và áp bên xoay chiều. Do đó phân ra làm hai cấu trúc đ ềi u khi n PWM là ki u i u khi n i n áp PWM vòng h và i u khi n dòng i n ể ể đ ề ể đ ệ ở đ ề ể đ ệ PWM vòng kín.Ở đ ây, ta dùng bộ đ ề i u khiển đ ệi n áp PWM vòng hở.
a) Khâu chuyển hệ ọ t a độ abc→α β và tính toán độ lớn
Hình 4.5. Cấu trúc khâu tính toán độ lớn đ ệi n áp
Xuất phát từ công thức: 1 12 12 0 √3 2 √3 2 (4.1) ta có:
Hình 4.6. Khâu chuyển hệ ọ t a độ abc b) Khâu đồng pha
* Vcontrolgồm 3 tín hiệu đ ềi u khiển hìnhsin được tính theo công thức :
( ) = s 2 - 3 2 = s 3 R Y B V in t V sin t V in t ω δ π ω δ ω δ ⎧ ⎪ + ⎪ ⎪ ⎛ ⎞ = + ⎨ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎪ ⎪ ⎛ ⎞ + + ⎪ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎩ (4.2)
c) Khố đ ềi i u khiển PI
Hình 4.8. Khố đ ềi i u khiển PI
B iộ đ ều khiển PI ở đây là bộ đ ề i u khiển số
1 1 (z) = 1 P I R K K z G z − − + + (4.3)
d) Khối tạo xung
Hình 4.9. Khối tạo xung cho mạch cầu IGBT
e) Khâu dò s cự ố trên đường dây truyền tải
Hình 4.10. Khối phát hiện sự ố c trên đường dây truyề ải n t
f) Khâu xác định biên độ iđ ện áp từng pha
4.2.2.4. Khối máy biến áp
Hình 4.12. Khối máy biến áp 4.2.2.5. Khối tải
4.3. Kết quả mô phỏng với sự ố ụ đ ệ c s t i n áp cả 3 pha
4.3.1. Khi lướ đ ệi i n trung áp chưa có hệ thống DVR
Bước 1: Lập các giá trị ban u và khai báo tham sđầ ố ệ h thống bằng cách gọi: >>Parasys
Bước 2: Khởi động mô phỏng mô hình: DVR_Sag_Model Bước 3: Xem các đáp ng bứ ằng cách gọi:
>> Plot
Xét sự ố c ngắn mạch 3 pha thông qua 1 đ ệi n trở là 0,4ohm trong khoảng thời gian từ 400-600 (ms), từ kết quả mô phỏng ta thấy, giá trị đ ệ i n áp tại tải sụt 35 - 40% so với điện áp nguồn cung cấp như trong hình dưới. Tổng thời gian mô phỏng là1s.
Đ ệi n áp s t 35-40% x y ra t i th i i m 400ms và kéo dài ụ ả ạ ờ đ ể đến 600ms, t ng th i ổ ờ gian xảy ra sụt áp là 0,2s. Hiện t ng sượ ụt áp xảy ra trên cả 3 pha.
Hình 4.16. Đồ thị đ ệ i n áp, dòng đ ệi n c a nguủ ồn và tải trong sự ố ụ c s t áp ba pha
Khi hiện t ng ng n mượ ắ ạch 3 pha xảy ra sẽ ảnh hưởng tớ đ ệi i n áp và dòng đ ệi n trên cả lưới i n đ ệ
4.3.2.Khi lướ đ ệi i n trung áp có hệ thống DVR
Hình 4.17. Đồ thị đ ệ i n áp, dòng đ ệi n c a nguủ ồn và tải khi có hệ ố th ng DVRtrong s c ự ố sụt áp ba pha
Nhận xét:
+ Khi xảy ra sự cố ng n m ch, nh hắ ạ ờ ệ ố th ng DVR, hi n tệ ượng s t i n áp gi m ụ đ ệ ả gần như hoàn toàn và đ ệi n áp t i xoay chiả ều duy trì ở 98% như trong hình 4.18. Tuy nhiên tại thờ đ ểi i m 400ms vẫn x y hiả ện tượng quá độ trong khoảng thời gian là 4,5ms do trong quá trình đ ềi u khiển của hệ thống DVR.Khoảng thời gian này là khá nhỏđảm bảo khả năng bù áp nhanh cho lưới đ ệi n trung áp.
+ Tuy nhiên, trong thời gian xảy ra sự cố đ ệ, i n áp ngu n v n b sồ ẫ ị ụt áp 35-40% như trong trường hợp chưa có hệ thống DVR.
Nhận xét: Nhờ ộ đ ề b i u khi n PI trong h th ng DVR, bi n ể ệ ố ệ độ i n áp t i bám sát theo đ ệ ả giá trịđặt. Từ đ ó giúp hệ thống DVR đảm bảo việc cung cấp 1 đ ệi n áp bù phđể ần đ ệi n áp sụ đt i cho lưới đ ệi n, giúp nâng cao chất lượng đ ệi n năng, đảm bảo bù áp nhanh cho lưới đ ệi n.
4.3.3. Vấn đề sóng hài
Dùng công cụ phân tích sóng hài FFT trong khối powergui ta phân tích được sóng hài củ đ ệa i n áp phía nguồn.
Tổng độ bi n d ng sóng hài (THD) là t l cế ạ ỷ ệ ủa giá trị đ ệ i n áp hiệu dụng của sóng hài với giá trị hi u d ng cệ ụ ủ đ ệa i n áp cơ bản, bi u di n b ng ể ễ ằ đơn v ph n tr m (%), theo ị ầ ă công thức sau: 2 2 1 100% i V THD V = ∑ × (4.4) Trong đó: THD : Tổng độ bi n dế ạng sóng hài củ đ ệa i n áp Vi: : Thành phầ đ ện i n áp tại sóng hài bậc i