b. Với gúc kớch trễ (H.9.8)
9.7.4. Cỏc đặc tớnh điều khiển.
Đặc tớnh lý tưởng:
Để đảm bảo cỏc yờu cầu cơ bản núi trờn, nhiệm vụ của điều khiển điện ỏp và dũng điện đƣợc phõn biệt và phõn cấp cho hai đầu của hệ thống HVDC. Trong vận hành bỡnh thƣờng chỉnh lƣu duy trỡ dũng điện khụng đổi (CC) và nghịch lƣu duy trỡ gúc tắt khụng đổi (CEA) với vựng biờn an tồn cho chuyển mạch.Cơ sở của việc điều khiển đƣợc giải thớch rừ ràng dựa vào đặc tớnh xỏc lập V–I. Điện ỏp Vd và dũng điện Id cú thể đo đƣợc từ một điểm trờn đƣờng dõy. Trong H.9.19 điểm chọn là đầu ra bộ chỉnh lƣu. Đặc tớnh chỉnh lƣu và nghịch lƣu đƣợc đo ở đầu chỉnh lƣu, nhƣ vậy đặc tớnh của nghịch lƣu cú kể cả sụt ỏp trờn đƣờng dõy.
Hỡnh 9-19: Đặc tớnh xỏc lập V–I lý tƣởng
Chỉnh lƣu duy trỡ dũng điện khụng đổi (CC), đặc tớnh V–I là đƣờng AB dốc đứng (H.9.19). Điện ỏp đầu chỉnh lƣu tớnh theo phớa nghịch lƣu (theo H.9.13b):
Vd = Vd0icosγ + (RL – Rci) Id
Phƣơng trỡnh này cho đặc tớnh của nghịch lƣu với gúc γ cố định. Nếu điện trở chuyển mạch lớn hơn điện trở đƣờng dõy RL một chỳt thỡ đƣờng đặc tớnh CD của nghịch lƣu là đƣờng dốc xuống. Giao điểm của hai đặc tớnh là điểm hoạt động E. Đặc tớnh chỉnh lƣu cú thể dịch chuyển theo chiều ngang bằng cỏch điều khiển theo “lệnh dũng điện” (dũng chỉnh định). Nếu dũng điện đo đƣợc nhỏ hơn yờu cầu của “lệnh dũng điện” thỡ điều khiển cho kớch van sớm hơn bằng cỏch giảm gúc kớch α.
Đặc tớnh nghịch lƣu đƣợc nõng lờn hay hạ xuống bằng cỏch thay đổi đầu phõn ỏp của mỏy biến ỏp, bộ điều chỉnh CEA sẽ nhanh chúng khụi phục gúc γ mong muốn.
Kết quả là khi dũng điện một chiều thay đổi, dũng điện sẽ đƣợc phục hồi nhanh chúng bằng bộ điều chỉnh dũng điện của chỉnh lƣu, trong khi đú đầu phõn ỏp của
Trƣờng Đại học Thủ Dầu Một Trang 171 chỉnh lƣu tỏc động để đƣa gúc vào giới hạn mong muốn từ 100 đến 200 nhằm đảm bảo hệ số cụng suất cao và cũn đu phạm vi điều khiển.
Đặc tớnh thực tế (Hỡnh9.20)
Bộ chỉnh lƣu duy trỡ dũng điện khụng đổi bằng cỏch thay đổi gúc kớch . Tuy vậy khụng đƣợc nhỏ hơn một trị số cực tiểu αmin. Tại αmin, điện ỏp khụng thể tăng thờm và chỉnh lƣu hoạt động ở chế độ gúc kớch khụng đổi (CIA). Do đú đặc tớnh chỉnh lƣu gồm hai đoạn (AB và FA). Đoạn FA ứng với gúc kớch tối thiểu biểu diễn cho chế độ CIA, đoạn AB biểu diễn cho chế độ CC. Thực tế đặc tuyến dũng điện khụng đổi CC khụng hồn tồn thẳng đứng mà phụ thuộc vào đặc tớnh của bộ điều chỉnh dũng điện. Bộ điều khiển tỷ lệ cú độ dốc õm cao do độ lợi hữu hạn của bộ điều chỉnh dũng điện. Đối với bộ điều khiển vừa tỷ lệ và tớch phõn, đặc tớnh CC gần nhƣ thẳng đứng. Đặc tớnh đầy đủ của chỉnh lƣu ở điện ỏp bỡnh thƣờng đƣợc biểu diễn bởi FAB. Ở điện ỏp sụt giảm, đặc tớnh trở thành F’A’B.
Hỡnh 9-20: Đặc tớnh điều khiển xỏc lập thực tế của bộ biến đổi
Đặc tớnh CEA của nghịch lƣu cắt đặc tớnh CC của chỉnh lƣu tại điểm E ở chế độ điện ỏp bỡnh thƣờng. Tuy vậy đặc tớnh CEA sẽ khụng cắt đặc tớnh chỉnh lƣu khi điện ỏp giảm thấp biểu diễn bởi F’A’B. Do đú, khi cú sự sụt ỏp lớn trờn điện ỏp chỉnh lƣu thỡ dũng điện và điện ỏp sẽ giảm về khụng trong một thời gian ngắn phụ thuộc vào khỏng điện một chiều và hệ thống xem nhƣ bị rĩ lƣới.
Để trỏnh hiện tƣợng trờn, mạch nghịch lƣu đƣợc trang bị một bộ điều khiển dũng điện, đƣợc chỉnh định ở một trị số thấp hơn dũng chỉnh định của chỉnh lƣu. Đặc tuyến đầy đủ của nghịch lƣu biểu diễn bởi DGH bao gồm hai đoạn: một ở chế độ CEA và một ở chế độ dũng điện khụng đổi CC.
Hiệu số giữa “lệnh dũng điện” của chỉnh lƣu và “lệnh dũng điện” của nghịch lƣu gọi là “vựng biờn” dũng điện Im. Thƣờng Im đƣợc chỉnh định từ 10 đến 15% dũng định mức nhằm đảm bảo hai đặc tớnh dũng điện khụng đổi (CC) khụng trựng nhau hay cắt nhau do sai số trong phộp đo hay do cỏc nguyờn nhõn khỏc.
Trong vận hành bỡnh thƣờng (biểu diễn bởi giao điểm E), chỉnh lƣu điều khiển dũng điện cũn nghịch lƣu điều khiển điện ỏp một chiều.
Với điện ỏp chỉnh lƣu bị sụt giảm (do sự cố gần đú), tỡnh trạng vận hành đƣợc biểu diễn bởi điểm E’. Khi đú, nghịch lƣu điều khiển dũng điện trong khi chỉnh lƣu
Trƣờng Đại học Thủ Dầu Một Trang 172 hỡnh thành điện ỏp. Trong kiểu vận hành này vai trũ của chỉnh lƣu và nghịch lƣu trong việc điều khiển điện ỏp và dũng điện bị đảo ngƣợc gọi là sự đổi kiểu hoạt động.
Kết hợp đặc tớnh chỉnh lưu và nghịch lưu
Trong hầu hết cỏc hệ thống HVDC, một bộ biến đổi đƣợc yờu cầu hoạt động đƣợc ở hai chế độ chỉnh lƣu cũng nhƣ nghịch lƣu. Nhƣ vậy một bộ biến đổi cú đƣờng đặc tớnh kết hợp nhƣ trong H.9.21:
Hỡnh 9-21: Vận hành với mỗi bộ biến đổi cú kết hợp cỏc đặc tớnh
chỉnh lƣu và nghịch lƣu
Đƣờng đặc tớnh của một bộ biến đổi gồm ba đoạn: đoạn gúc kớch khụng đổi (CIA), đoạn dũng điện khụng đổi (CC) và đoạn gúc tắt khụng đổi (CEA).
Cụng suất truyền tải từ bộ biến đổi 1 đến bộ biến đổi 2 ứng với đƣờng đặc tớnh vẽ liền nột, tỡnh trạng hoạt động biểu diễn bởi điểm E1.
Cụng suất truyền tải theo chiều ngƣợc lại ứng với đƣờng đặc tớnh vẽ đứt nột. Điều này đạt đƣợc bằng cỏch đảo ngƣợc vựng biờn dũng điện. Khi đú “lệnh dũng điện của bộ biến đổi 2 đƣợc chỉnh định lớn hơn “lệnh dũng điện” của bộ biến đổi 1. Tỡnh trạng hoạt động này đƣợc biểu diễn bởi điểm E2. Dũng điện Id nhƣ trƣớc đõy nhƣng Vd cú cực tớnh bị đảo ngƣợc.
Túm tắt cỏc nguyờn tắc điều khiển cơ bản
Hệ thống HVDC về cơ bản đƣợc điều khiển theo dũng điện khụng đổi vỡ hai lý do quan trọng sau:
- Giới hạn quỏ dũng điện và giảm thiểu thiệt hai do sự cố.
- Trỏnh cho hệ thống ngừng hoạt động do dao động điện ỏp phớa xoay chiều.
Do điều khiển dũng điện khụng đổi tỏc động nhanh mà hệ thống HVDC hoạt động rất ổn định.
Túm tắt cỏc nột chớnh của hệ thống điều khiển cơ bản nhƣ sau:
a) Chỉnh lƣu đƣợc cung cấp điều khiển dũng điện và điều khiển gúc α giới hạn. Chuẩn tối thiểu của khoảng 50 sao cho cú đủ điện ỏp dƣơng đặt lờn cỏc van lỳc kớch
Trƣờng Đại học Thủ Dầu Một Trang 173 dẫn và để đảm bảo chuyển mạch thành cụng. Trong kiểu điều khiển dũng điện, bộ điều chỉnh điều khiển gúc kớch và do đú điều khiển điện ỏp DC nhằm duy trỡ dũng điện bằng với “lệnh dũng điện”. Trong khi đú, điều chỉnh đầu phõn ỏp của mỏy biến ỏp biến đổi nhằm giữ gúc α trong khoảng từ 100
đến 200. Một thời gian trễ đƣợc chỉnh định để trỏnh sự thay đổi khụng cần thiết của đầu phõn ỏp do sự vƣợt quỏ độ của gúc .
b) Nghịch lƣu đƣợc cung cấp điều khiển gúc tắt khụng đổi (CEA) và một điều khiển dũng điện. Trong kiểu điều khiển CEA, gúc γ đƣợc điều chỉnh ở trị số khoảng 150. Trị số này tƣợng trƣng cho sự phối hợp giữa mức tiờu thụ cụng suất khỏng chấp nhận đƣợc và thất bại trong chuyển mạch là ớt xảy ra. Điều khiển đầu phõn ỏp đƣợc dựng để giữ gúc γ trong phạm vi mong muốn từ 150 đến 200.
c) Trong điều khiển bỡnh thƣờng, chỉnh lƣu ở cỏch điều khiển dũng điện CC và nghịch lƣu ở cỏch điều khiển CEA. Nếu cú sự sụt giảm trong điện ỏp xoay chiều ở đầu chỉnh lƣu thỡ gúc kớch chỉnh lƣu giảm xuống đến giới hạn αmin và hoạt động theo cỏch điều khiển αmin CIA trong khi đú nghịch lƣu hoạt động theo điều khiển dũng điện CC.