CHƢƠNG 4 : THIẾT BỊ SVC
4.1. Các thành phần của SVC:
4.1.1. Thyristor switch capacitor:
Thyristor switch capacitor (TSC), lần đầu tiên đƣợc giới thiệu vào năm 1971, là tụ bù đƣợc mắc song song vào lƣới điện đƣợc điều khiển bằng các khóa thyristor. Hình cho ta thấy sơ đồ nguyên lý của TSC. Thành phần cuộn dây mắc nối tiếp với tụ đƣợc dùng giới hạn dòng điện khi các thyristor đóng cắt trong trạng thái không lý tƣởng.
Hình 4.1: Cấu trúc các thành phần phổ biến của SVC
Giả sử TSC bao gồm tụ điện, cuộn dây và đƣợc đặt dƣới điện áp:
Trong đó là tốc độ đồng bộ của hệ thống điện, ví dụ: trong mạng điện 50 Hz
thì
Dòng điện trong TSC theo thời gian:
(
)
Trong đó là góc kích của thyristor, là tần số cộng hƣởng của TSC, là điện áp đặt vào tụ tải thời điểm . Biên độ dòng điện đƣợc tính nhứ sau:
Trong đó là điện nạp của tụ và là điện nạp của cuộn dây và n đƣợc tính nhƣ sau:
√ √
Với và là điện kháng của cuồn dây và tụ điện. Tần số cộng hƣởng của TSC đƣợc tính nhƣ sau:
39
√
Biên độ dòng điện trong TSC có thể đƣợc tính:
Bây giờ ta hãy xét ở trạng thái xác lập khi không có cuộn dây mắc nối tiếp với tụ, biên độ dòng điện đƣợc tính nhƣ sau:
So sánh với, ta thấy khi thêm vào cuộn dây biên độ dòng điện I tỉ lệ với . Vì phụ thuộc vào và nên mạch LC cần đƣợc thiết kế cẩn thận để tránh sự cộng hƣởng. Và để tránh sự cộng hƣởng thì thông thƣờng điện kháng cuộn dây đƣợc giữ ở
mức
Việc thiết kế cận thận sẽ tránh đƣợc sự cộng hƣởng của TSC với lƣới điện. Tuy nhiên các thành phần dao động của dòng điện cần đƣợc cân nhắc. Các mục sau sẽ cung cấp cái nhìn chi tiết về việc hạn chế những thành phần này.
4.1.1.1. Nguyên lý vận hành của TSC:
Để tránh dạng sóng quá độ nhƣ , cần thỏa mãn đồng thời 2 điều kiện:
Thỏa mãn đồng nghĩa với các khóa thyristor cần đƣợc đóng tại thời điểm điện áp của lƣới điện ở giá trị lớn nhất (dv/dt = 0). Điều kiện thứ 2 thỏa mãn khi tụ đƣợc nạp tới một giá trị đã định trƣớc khi đóng cắt.
Trên thực tế rất khó để đóng cắt mà không tạo ra dạng sóng quá độ mà thay vào đó ta chỉ có thể hạn chế dòng quá độ này. Điều này đƣợc thực hiện bằng cách đóng cắt bộ TSC khi điện áp đặt vào tự bằng điện áp của lƣới điện, nếu < , hoặc tại thời điểm điện áp đạt giá trị max, nếu . Lƣu ý là biên độ điện áp của lƣới điện.
Các khóa thyristor chỉ nên đƣợc mở ra khi dòng điện bằng 0, dẫn đến điện áp đặt lên tụ bằng giá trị đỉnh:
40
4.1.1.2. Cấu hình TSC:
Hình 4.2: Cấu trúc cơ bản của TSC
Để điều khiển lƣợng công suất phản kháng đƣợc mƣợt hơn, bộ TSC thƣờng phân ra nhiều đơn vị vận hành riêng biệt. Ví dụ nhƣ hình 4.2. Thậm chí để điều khiển đƣợc mƣợt hơn, cấu hình có thể bao gồm tụ có điện nạp và 1 tụ có điện nạp
. Bằng cách sử dụng cấu hình này, tổng số nấc của TSC có thể tăng lên đến .
Hình 4.3: Đƣờng đặc tính V – I của TSC với 3 dải bù
Đƣờng đặc tính đƣợc minh họa nhƣ hình 4.3. Cấu hình TSC nhƣ hình sử dụng 3 tụ để điều khiển điện áp trong khoảng .