2.2. Mô hình toán học của các phần tử trong hệ thống điện
2.2.5. Mô hình thiết bị SVC
2.2.5.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc:
Mặc dù các thiết bị FACTS [10] được giới thiệu vào năm 1986, các thiết bị SVC đã được sử dụng trước đó vào những năm 1960. Các thiết bị SVC đầu tiên được phát triển để bù cho các tải công nghiệp gây dao động lớn như các lò luyện hồ quang điện. Đến khoảng nửa sau những năm 1970, các thiết bị SVC được áp dụng vào hệ thống truyền tải nhằm mục đích điều khiển điện áp và điều khiển ổn định.
Một trong những SVC điều khiển bằng Thyristor (định mức 40MVAr) đầu tiên được lắp đặt tại trạm biến áp Shannon của hệ thống điện và chiếu sáng Minnesota
T Y
Y T
T
2
1 Y
T T1
S R
vào năm 1978. Từ đó các SVC đã được áp dụng rộng rãi trong hệ thống điện để bù song song. Thành phần chính và cấu trúc của một SVC tiêu biểu được cho trong hình 2.2.
Hình 2.2: Nguyên lý cấu tạo SVC (nguồn Internet)
Hầu như SVC luôn luôn được nối với lưới truyền tải thông qua một máy biến áp ghép nối (Coupling Transformer). Tổng quát, tại nút phía điện áp thấp của máy biến áp thường có 3 thành phần như sau: cuộn kháng điều khiển bởi Thyristor (Thyristor Controlled Reactor-TCR), dàn tụ điều khiển đóng mở bởi Thyristor (Thyristor Switched Capacitors-TSC) và các bộ lọc sóng hài (Harmonic Filters).
- Cuộn kháng điều khiển bởi Thyristor (TCR): mô hình của TCR một pha chứa một cặp Thyristor mắc đối song, nối tiếp với cuộn kháng tuyến tính. Việc đóng cắt có điều khiển của Thyristor kết hợp với đáp ứng tuyến tính của cuộn kháng cung cấp điện kháng tác động ở tần số cơ bản của TCR. Điện kháng này là hàm của góc trễ pha, có thể thay đổi liên tục từ giá trị điện kháng cụ thể (Thyristor dẫn hoàn toàn) đến giá trị không xác định (Thyristor khóa hoàn toàn). Điện kháng tác động của TCR được cho theo phương trình như sau:
Trong đó:
-Xtcr là điện kháng tác động của TCR ở tần số cơ bản.
-XL là điện kháng của cuộn kháng ở tần số cơ bản.
Mô hình TCR ba pha bao gồm ba mạch như sau:
- Dàn tụ điều khiển đóng mở bởi Thyristor (TSC): các Thyristor có chức năng đóng mở các tụ theo yêu cầu để kết hợp với TCR nhằm cung cấp một dải ngõ ra liên tục bao gồm từ ngõ ra tính cảm cho đến ngõ ra tính dung.
- Các bộ lọc sóng hài cố định: các bộ lọc này có tác dụng lọc sóng hài sinh ra từ việc vận hành TCR. Hơn nữa, các bộ lọc cũng giúp bù dung ở tần số cơ bản.
Bằng cách thay đổi góc trễ α, điện kháng tác động của TCR biến đổi, từ đó thay đổi điện kháng tác động của SVC. Bằng cách làm như vậy, SVC có thể cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng từ hệ thống truyền tải.
Từ quan điểm vận hành, SVC có thể được xét đến như là một điện kháng thay đổi được nối song song, có thể phát ra hoặc thu lại công suất phản kháng nhằm điều chỉnh biên độ điện áp từ điểm đấu nối vào lưới điện truyền tải.
2.2.5.2. Mô hình toán học:
Hình 2.3: Đặc tuyến V-I của SVC (nguồn Internet)
Đối với thiết bị SVC, phương trình ràng buộc công suất tác dụng và công suất phản kháng liên quan đến nút điện áp cao, trên thực tế là các nút tải, được bao gồm trong (2.1) và (2.2). Phần này tập trung vào hàm điều khiển điện áp và ràng buộc công suất tác dụng tại nút điện áp thấp của SVC [6].
Biên độ điện áp của nút điện áp cao của SVC được điều khiển phù hợp với đặc tuyến V-I như sau:
(2.10) Trong đó:
- và là biên độ điện áp tại nút điện áp cao của SVC và giá trị tham chiếu của SVC.
- asvc (s) là độ dốc điện kháng của SVC.
- Isvc (s) là vector dòng điện của SVC.
Hàm điều khiển đại diện bởi (2.10) chỉ có giá trị khi các giới hạn vận hành của SVC không vượt quá mức. Đối với SVC, giới hạn vận hành được xác định bởi điện dẫn như sau:
(2.11)
Trong đó:
- , và là điện dẫn tương đương, giới hạn điện dung và giới hạn điện cảm của điện dẫn SVC tương ứng.
Khi một trong các bất đẳng thức ràng buộc trong (2.11) của một SVC bị vi phạm, điều khiển điện áp theo quy định tại (2.10) được tách ra và mô hình SVC sau đó được biểu diễn như là một điện dẫn nối tiếp không đổi được đưa vào giá trị giới hạn.
Đối với SVC, khi tổn thất công suất tác dụng được giảm xuống, theo sau ràng buộc công suất tác dụng tại nút điện áp thấp được áp dụng:
P (nsl) = 0 (2.12)
Trong đó:
- P (nsl) là công suất tác dụng nút tại nút điện áp thấp của SVC.