Đ ềi u khi n dòng ki u tr là m t k thuậ ủể ể ễ ộ ỹ t c a PWM, nó thực hiện rất đơn giản. Việc chuyển mạch được xác định bởi ba bộ đ ề i u khiển trễ cho mỗi pha. Phương pháp này cũng được gọi là phương pháp đ ềi u khiển kiểu bang - bang và được thực hi n riêng r trong m i pha. M i bộ đệ ẽ ỗ ỗ iều khiển xác định trạng thái chuyển mạch của m t nửộ a c u tương ng v i dòng được duy trì trong dải trễ Äi. ầ ứ ớ
Hình 3.8. Nguyên lý của bộ đ ề i u khiển dòng kiểu trễ
Để tăng dòng c a m t pha, i n áp pha so v i trung tính b ng n a i n áp ủ ộ đ ệ ớ ằ ử đ ệ của đường dẫn một chiều cho tới khi vượt quá giới hạn trên. Sau ó i n áp - Uđ đ ệ dc/2 cấp cho tới khi chạm giới hạn dưới.Đ ện áp trên i đ ện cảm cho biết tần sối chuyển mạch và tần số này có thể thay đổi bằng cách thay đổi độ rộng của d i tr . i n cảm ả ễ Đ ệ đầu vào càng nhỏ thì dòng i n sai khác càng l n, d n n tăng đ ệ ớ ẫ đế độ dốc c a r ng ủ ă cưa.
Ư đ ểu i m c a b iủ ộ đ ều khiển kiểu đ ều khiển dòng kiểu trễ là : i • Thực hi n đơn gi n. ệ ả
• Tốc độ dòng đáp ứng nhanh.
• Cho độ chính xác cao và không cầ đ ền i u ki n n định cho h th ng. ệ ổ ệ ố • Phù hợp v i phương pháp đ ềớ i u khi n dòng c a ngh ch l u. ể ủ ị ư
Những nhược đ ểi m chính :
• Không có tần s PWM xác định : nó t o ra sóng hài b c th p mộố ạ ậ ấ t cách ng u ẫ nhiên.
• Không giớ ại h n m t cách ch t ch dòng i n s c . ộ ặ ẽ đ ệ ự ố
• Không có sự tương tác giữa các pha : do ó không có cách để tạo ra phaso đ đ ệi n áp không.
• Tăng tần số chuyển mạch (tăng tổn thất).
• Làm chậm pha c a dòng i n c bủ đ ệ ơ ản (hi n tượng này t ng khi t n s t ng). ệ ă ầ ố ă • Có thể ph i thêm m ch gi i h n t n s chuy n m ch. ả ạ ớ ạ ầ ố ể ạ
Ứng d ng: thường dùng khi hoạụ t động v i t n s chuyểớ ầ ố n m ch cao (đ ềạ i u này bù cho chất lượng thấp củ đ ềa i u biến). Tổn thất chuyển mạch hạn chế ứ ng dụng của nó đối với mức công su t th p. ấ ấ
3.3. Xây dựng và thiết kế bộ bùáp nhanh (DVR)
3.3.1. Cấu trúc hệ thống DVR
DVR là thiết bị bù theo kiểu nối tiếp, nó tương tác với mạch thông qua một máy biến áp. DVR ổn định lưới i n bằng cách bắn vào lưới đ ệđ ệ i n áp bù VrDVR. Tuỳ vào yêu cầu của phụ tải hay ch t lượấ ng l i i n ta có th có các phương án khác ướ đ ệ ể nhau cho VrDVR.
DVR sử dụng m t ph n n ng lượng i n ộ ầ ă đ ệ để bù n ng lượă ng cho l i khi c n thi t. ướ ầ ế Vecto đ ệi n áp VrDVRcó thể bù biên độ hoặc bù cả pha và biên độ cho đ ệi n áp của lưới.
DVR hoạt động c lập vđộ ới các lỗi và sự ện x ki ảy ra trong hệ thống trong đ ềi u kiện là toàn bộ hệ ố th ng v n k t n i v i lưới i n cung c p, các b ng t dòng không tác ẫ ế ố ớ đ ệ ấ ộ ắ động.Đối với ph n lớầ n các trường h p th c t , m t thi t b kinh t hơợ ự ế ộ ế ị ế n có th đạt ể được bởi bù tích c c hay tiêu c c c a các thành phầự ự ủ n nhi u i n áp c a chu i được ễ đ ệ ủ ỗ thấy tại đầu vào của DVR.Tùy chọn là hợp lý bởi cấu trúc mạng phân phố đ ểi i n hình, thành phần nhiễu không qua được máy biến áp giảm áp bởi trong trường hợp này đ ệi n trở kháng rất lớn.
Hai tính năng cụ thể giải quyết vấn đề s t áp đụ ã được th c hi n trong thi t k , ó là ự ệ ế ế đ một máy biến áp với một trở kháng thấp, và các thiết bị bán dẫn được sử dụng để chuyển mạch.
• Khố ự ữ ăi d tr n ng lượng :
Năng lượng cần để bù lại cho đ ệi n áp của tải trong suốtquá trình s t đ ệụ i n áp có thể được lấy từ nguồn hiện có nh Pin hoặc từ dòng bù nối tiếp thông qua một bộ ư chỉnh lưu và một tụ đ ệ i n
• Mạch biến đổi đ ệi n :
Từ khi ảnh hưởng của sự sụ đ ệt i n áp càng ngày càng lớn (hầu hế ởt trên một pha riêng biệt), VSC được sử dụng để bảo v và ho t động v i m t công tác không ệ ạ ớ ộ đối xứng t c là nó s bù lên m i pha m t cách riêng biệt. Hơn nữa,khi có sự sụt ứ ẽ ỗ ộ đ ệi n áp m t pha thì sẽ kéo theo sự ụ đ ệở ộ s t i n áp ở các pha khác thế nên VSC ph i có ả
khả năng vừa khắc phục được sự sụt đ ệi n áp lẫn sự tăng quá biên độ. Và DVR là bộ bi n ế đổi có khả năng đó
• Khố ọi l c :
Đặc tính phi tuyến c a các thi t bị bán dẫ đủ ế n ó là làm méo sóng cùng với sự xuất hiện của cácthành phầ đ ền i u hoà bậc cao ở đầu ra của bộ biến đổi.Để khắc phục các vấn đề này và cung cấp một nguồn đ ện chất lượng,một khối biếi n đổi i u hoà sẽ đ ề được sử dụng. Nó có th kh c ph c được hi n tượng r i i n áp và s chuy n pha ể ắ ụ ệ ơ đ ệ ự ể trong thành phần đầu ra của bộ biến đổi, và nó có thể tính toán được để phục hồi tổn th t ấ đ ệi n áp.
• Hệ ố th ng máy bi n áp: ế
Biến áp 3 pha đưa vào được sử dụng để đưa ph n i n áp thi u h t vào lưới ầ đ ệ ế ụ đ ệi n để bù l i t n th t t i đường truy n t i. Để tích h p úng vào DVR, iện áp và ạ ổ ấ ạ ề ả ợ đ đ dòng đ ệi n định mức ở cuộn sơ cấp ph i t lệả ỉ ngh ch v i các giá trị trở kháng ngắn ị ớ mạch của máy biến áp yêu cầu.Sự tồ ạ ủn t i c a bi n áp cho phép ta thi t k DVR ế ế ế ở đ ệi n áp th p, tu thu c vào h s ta ch n. ấ ỳ ộ ệ ố ọ
• Đ ềi u khi n và m ch ph thêm : ể ạ ụ
Khoá chuyển mạch, cầu dao, rơle bảo vệ hay các thiết bị đ o là các phần phụ thêm trong khối DVR, đượ đưc a vào để nhằ đ ềm i u khiển cho DVR.
3.3.2. Hệ thống đ ềi u khiển đ ệi n áp của DVR
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