- Cường độ dòng điện chạy qua cuộn kháng trên mỗi pha của TCR:
3 22.10 1273,04() 17,28 L L U I A X
- Giá trị dòng điện hiệu dụng chạy qua mỗi van là:
1273,04 636,52() 2 2 L I I A
- Vì dòng diện qua Thyristor là rất lớn nên chọn hệ số dự trữ dòng điện là
2 dt k , ta chọn van có dòng định mức là: . 2.636,521273,04() Tdmdt T I kI A
- Vì SVC được đấu vào lưới điện 22kV nên điện áp ngược lớn nhất mà các van phải chịu là:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu 3 max 2. 2.22.1031112,7() ng U U V - Chọn hệ số dự trữ về điện áp kdt=1,8 nên 1,8.31112,756( ) Tdm U kV
Vì điện áp ngược đặt lên Thyristor là rất lớn nên ta mắc nối tiếp 9 Thyristor của hãng DYNEX có thông số như sau:
Thyristor DCR1665Y65:
- Dòng điện định mức Idm= 1665A
- Điện áp ngược cực đại Unv = 6500V
- 1000 /
dU
V s dt - ddIt2000 /A s
- Điện áp điều khiển Udk3V
- Dòng điện điều khiển Idk0,3A
- Thời gian khoá toff 180s
3.2.5. Tính toán bảo vệ Thyristor
3.2.5.1. Bảo vệ quá điện áp cho van.
Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Thyristor được thực hiện bằng cách mắc R - C song song với Thyristor. Khi có sự chuyển mạch, các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dọng điện ngược trong một khoảng thời gian rất ngắn. Sự biến thiên dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm lảm cho quá điện áp giữa anot và catot của Thyristor. Mạch R - C mắc song song với Thyristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Thyristor không bị quá điện áp.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Hình 3.3 Sơ đồ bảo vệ quá điện áp
- Vì thời gian tắt Thyristor là toff = 180s nên ta chọn hằng số thời gian
của mạch RC là: /3 60 off t s hay R.C = 6.10-5
- Chọn dòng điện rò khi Thyristor khoá chạy qua mạch RC là Irò = 1A, ta có:
3 (/9)22.10 24444() 9.0,1 RC ro U Z I - Mặt khác 2 2 1 RC Z R C - Ta có: 460( ) 0,13( ) R C F
3.2.5.2. Tính toán điện trở phân áp
Khi yêu cầu điện áp ngược lớn, cần ghép nối tiếp nhiều linh kiện điện tử công suất để chúng chịu được điện áp này. Khi làm việc nối tiếp có cùng dòng điện ngược (dòng điện rò), sự phân bố điện áp ngược của các Thyristor sẽ khác nhau, và có thể phá hỏng một vài Thyristor nếu điện áp ngược của nó lớn hơn điện áp ngược cho phép. Mặt khác khi khoá các Thyristor, dòng điện ngược phải đủ thời gian tiêu tán các điện tích trên lớp chuyển tiếp. Khi các linh kiện ghép nói tiếp có thông số khác nhau, nếu một Thyristor đã ngừng dẫn, các linh kiện khác đang dẫn thì toàn bộ điện áp thuận sẽ đặt lên linh kiện đã ngừng dẫn làm cho nó bị đánh thủng. Do vậy ta mắc điện trở R có trị số lớn song song với các Thyristor làm cho điện áp trên chúng đồng đều.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Hình 3.4 Sơ đồ mắc điện trở phân áp
- Ta chọn dòng điện qua điện trở phân áp I = 0,1A nên giá trị điện trở R là:
3 22.10 24444() 9. 9.0,1 U R I
- Công suất điện trở
2 2
. 0,1.24444244()
p IR W
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
3.3. Thiết kế hệ thống điều khiển
Mục đích của bộ điều khiển là để tạo xung mở chính xác cho Thyristor của TCR, để nó có khả năng điều chỉnh công suất phản kháng ở đầu ra của SVC. Ta sẽ xây dựng sơ đồ điều khiển thực hiện nhiệm vụ này. Hiện nay, có rất nhiều mô hình điều khiển SVC đã được áp dụng. Dựa theo tài liệu [7], trong luận văn này, em xin trình bày sơ đồ cấu trúc điều khiển SVC điển hình.
Hình 3.6 Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển thiết bị bù tĩnh SVC
Trên sơ đồ , ta có cả phản hồi dòng điện và phản hồi điện áp. Trong đó có các khối cơ bản sau:
- Khối đo lường
- Khối điều chỉnh điện áp
- Khối tính toán góc mở Thyristor - Khối phát xung
Mô tả hoạt động sơ đồ trên: Tín hiệu phản hồi điện áp được đo về từ khối đo lường. Cùng với điện áp đặt và các tín hiệu phụ khác (như tần số, công
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
suất tác dụng… tuỳ theo yêu cầu) để tạo ra sai lệch điện áp Verr. Điện áp sai lệch được đưa vào khối điều chỉnh điện áp, khối này tính toán điện dẫn cần thiết cho SVC. Sau đó tính toán góc mở Thyristor thích hợp và cuối cùng là phát xung điều khiển TCR. Sau đây là chi tiết từng khối.
3.3.1. Khối đo lường
Hình 3.7. Khối đo lường
Điện áp trên đường dây là điện áp dạng hình sin và biến đổi theo thời gian với chu kỳ 0.02s. Điện áp đặt vào bộ so sánh là một giá trị không đổi theo thời gian (giá trị hiệu dụng). Bộ đo điện áp có tác dụng đo điện áp hiệu dụng 3 pha của mạch điện. Trong thực tế, người ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau.
- Chỉnh lưu xoay chiều 3 pha về một chiều ac - dc
- Chuyển đổi hệ từ xoay chiều 3 pha (a, b, c) về không gian 2 chiều (, )
() 2 1 1 () 1 () () 30 3 3 () a b c vt vt vt vt vt (3.7)
Tín hiệu từ bộ đo lượng sẽ qua một khâu lọc thông thấp có dạng một khâu quán tính bậc nhất: 1 1 mes m G sT (3.8) Trong đó: Tm là hằng số quán tính
Tín hiệu qua bộ lọc thông thấp sẽ được so sánh với điện áp đặt Vref để tạo
ra độ lệch điện áp Verr. Tín hiệu sai lệch này sẽ được đưa đến bộ điều khiển (có dạng một khâu PI).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
3.3.2. Khối điều khiển điện áp
Chức năng của khối điều chỉnh điện áp là tạo ra xung để điều chỉnh giá trị
điện dẫn của SVC (BSVC) ở đầu ra của SVC để điều chỉnh điện áp tại nút mà
SVC nối vào dựa theo đặc tính tĩnh của SVC:
. ref sl svc V V X I khi Vmin V Vmax (3.9) max svc I V B khi V Vmin (3.10) min svc I V B khi Vmax V (3.11)
Do biến động của hệ thống, điện áp V cũng thay đổi. Tạo sai số điện áp
. 0
error ref sl svc
V V X I V (3.12)
Khối điều khiển điện áp chức năng điều chỉnh Verror 0 để phương trình
(3.9) là đúng. Sử dụng bộ điều chỉnh PID để hiệu chỉnh sai số Verror đáp ứng
được đặc tính mong muốn của hệ thống. Trong thực tế, người ta thường sử dụng bộ điều chỉnh PI.
Phương trình (3.10) và (3.11) chỉ ra mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp tải tĩnh khi SVC bù lượng công suất lớn nhất và nhỏ nhất. Tương ứng với các trường hợp đó, BsvcBmax hoặc BsvcBmin. Ta sử dụng một bộ giới hạn tín hiệu đầu ra của bộ điều chỉnh PI trong khoảng Bmin và Bmax.
Dựa vào các lý thuyết trên, ta xây dựng mô hình của bộ điều chỉnh điện áp là một khâu PI với phản hồi điện dẫn như hình (3.8).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Hình 3.8 Sơ đồ khối mạch điều chỉnh điện áp
Trong sơ đồ này, ta sẽ không đo dòng điện của SVC mà sẽ tính toán nó bằng công thức IsvcB Vsvc. . Do đó, dòng điện có cùng dấu với điện dẫn của SVC và ngược hướng với dòng điện I của hệ thống. Trong trường hợp này, phương trình đặc tính tĩnh tương đương với phương trình sau:
.
ref sl svc
V V X I
3.3.3. Khối tính toán góc mở Thyristor
Giữa điện dẫn BTCR của SVC và góc điều khiển của bộ Thyristor mắc song song ngược có quan hệ phi tuyến. Quan hệ này được biểu hiện theo phương trình sau: 2( ) (22) TCR L Sin B X (3.13) Trong đó: XL : Trở kháng của TCR ở tần số cơ bản
BTCR(): Điện dẫn của TCR tại góc mở
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Hình 3.9 Quan hệ giữa điện dẫn và góc mở
3.3.4. Khối phát xung điều khiển
Mạch điều khiển (MĐK) cần thực hiện những nhiệm vụ chính sau: - Phát xung điều khiển (xung để mở van) đến các Thyristor ở TCR.
- Đảm bảo phạm vị điều chỉnh góc điều khiển 900 - 1800 tương ứng với phạm vi điều chỉnh dòng vào TCR.
- Có chế độ đối xứng xung điều khiển tốt, không vượt quá 10 - 30 điện, tức là góc điều khiển với mọi van không được lệch quá giá trị trên.
- Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới điện xoay chiều dao động cả về giá trị điện áp và tần số.
- Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt.
- Độ tác động của mạch điều khiển nhanh dưới 1ms.
- Thực hiện các yêu cầu về bảo vệ bộ Thyristor từ phía điều khiển nếu cần như là ngắt xung điều khiển khi sự cố, thông báo các hiện tượng không bình thường của lưới và bản thân bộ điều áp…
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
- Đảm bảo xung điều khiển phát tới các van lực phù hợp để mở chắc chắn van, có nghĩa là phải thoả mãn các yêu cầu:
+ Đủ công suất (về điện áp và dòng điện điều khiển Udk, Idk)
+ Có sườn xung dốc đứng để mở van chính xác vào thời điểm quy định, thường tốc độ tăng áp điều khiển phải đạt 10V/s, tốc độ tăng điều khiển 0,1A/s.
+ Độ rộng xung điều khiển đủ cho dòng qua van kịp vượt giá trị dòng duy trì Idt của nó, để khi ngắt xung van vẫn giữ được trạng thái dẫn của nó.
+ Có dạng phù hợp với sơ đồ điều áp và tính chất tải. Có 3 dạng xung điều khiển phổ biến: xung đơn, xung rộng và xung chùm.
3.3.5. Tín hiệu điều khiển bổ sung
Khi SVC được điều khiển bằng điện áp làm việc ở chế độ ổn định điện áp, SVC không có khả năng điều khiển hãm dao động điện cơ để nâng cao độ ổn định động. Do đó cần phải tác động thêm các tín hiệu điều khiển bổ sung như tín hiệu về nhu cầu công suất phản kháng của lưới điện.
Hình 3.10 Sơ đồ tín hiệu bổ sung
Kết luận: Trong chương 3, em đã trình bày về trường hợp mắc SVC trong lưới điện 220kV để ổn định điện áp tại nút phụ tải mà SVC mắc vào. Em đã tính toán các thông số của bộ SVC để có thể bù tối đa 100MVAr. Bên cạnh đó, em cũng đã tính toán cụ thể các Thyristor và các mạch bảo vệ Thyristor. Ta phải mắc nối tiếp nhiều Thyristor nên vấn đề về bảo vệ quá diện áp, san bằng phân bố điện áp giữa các Thyristor là cự kỳ quan trọng. Các thông số này nếu không được tính tốt, các Thyristor có thể bị đánh hỏng. Em
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
cũng trình bày về các khối cần thiết cho mạch điều khiển của SVC đó là: khối
đo lường, khối điều chỉnh điện áp, khối tính toán , khối phát xung… Mạch
điều khiển này đã đảm bảo yêu cầu phát xung chính xác cho các Thyristor của TCR và để đảm bảo nhu cầu công suất phản kháng cho hệ thống nhằm giữ điện áp tại nút phụ tải AVC mắc vào nằm trong giới hạn cho phép.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
CHƢƠNG 4
THỰC HIỆN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VỚI CÔNG CỤ MATLAB SIMULINK
4.1. Mô hình bài toán cần mô phỏng
Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống điện
Hình vẽ 4.1 thể hiện các phần tử chức năng trong hệ thống có sử dụng SVC để bù công suất phản kháng, điều khiển điện áp tại điểm phụ tải được kết nối với hệ thống (điểm B).
Các thông số của hệ thống là:
- Nguồn điện có công suất S = 400MVA, điện áp định mức 220kV. - Đường dây truyền tải điện:
+ Độ dài l = 100km
+ Loại dây AC - 400 (mm2
) + Tổng trở 7,9 + j39,6 ()
- Phụ tải 1 có công suất P = 160MW Q = 110MVAr - Phụ tải 2 có công suất P = 50MW Q = 30MVAr - Phụ tải 3 có công suất P = 40MW Q = 30 MVAr
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Ta khảo sát hệ với 3 trường hợp làm việc sau:
Trƣờng hợp 1: Phụ tải 3 được cắt ra khỏi lưới tại thời điểm t = 0,7s. Lúc đó, điện áp tại B tăng so với khi chưa cắt tải. Bộ điều khiển đo tín hiệu từ điện áp lưới so sánh với tín hiệu đặt điều chỉnh tăng dòng qua TCR nhằm giảm điện áp tại B về lân cận giá trị điện áp ban đầu. Phân tích kết quả.
Trƣờng hợp 2: Ban đầu phụ tải 1 và phụ tải 2 được đưa vào hệ thống ngay lúc đầu t = 0s, điện áp tại B là định mức. Tại thời điểm t = 0,7s đóng phụ tải 3 vào. Lúc đó, điện áp tại điểm B giảm so với khi chưa đóng tải. Bộ điều khiển điều chỉnh giảm dòng qua TCR để tăng điện áp tại B về giá trị định mức. Phân tích kết quả.
Trƣờng hợp 3: Trong trường hợp này, ban đầu các phụ tải 1, phụ tải 2 và phụ tải 3 đều được đóng vào lưới, điện áp tại điểm B là định mức. Cho điện áp nguồn thay đổi, phân tích khả năng giữ ổn định điện áp của SVC. Phân tích kết quả.
4.2. Sơ đồ mô phỏng trong simulink
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Trên sơ đồ hệ thống được cung cấp bởi nguồn điện áp tại điểm A có thể thay đổi được, sau đó đi qua tải RL mắc nối tiếp và qua đoạn đường dây dài 100km tới điểm B. Tại đây có kết nối với tải và SVC.
Tên khối Tham số
Khối nguồn điện áp 3 pha thay đổi được
Biên độ điện áp (pu): [1.01.030.987 1.0]
Thời gian chuyển đổi điện áp: [00.7 1.2 1.72]
RL nối tiếp 3 pha R = 12.1
L = 0.128H
Phần tử đường dây dài Đường dây dài 100km, thông số trên
mỗi km đường dây là: R1 = 0.01273
L1 = 0.1537mH, C1 - 11.74nF
Phụ tải tĩnh Phụ tải 1: P = 160MW, Q =
110MVAr
Phụ tải 2: P = 50MW, Q = 30MVAr Phụ tải 3: P = 40MW, Q = 30MVAr
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Hình 4.3 Sơ đồ mô phỏng khối TCR
Các khối sử dụng trong sơ đồ:
Tên khối Thông số
Thyristor - Ron0,1(),L Hon0(),V Vf15()
- Giá trị ban đầu dòng điện: Ic 0( )A
- [RsnubsCnub] 5002509e0
RLC một pha mắc nối tiếp - L = 23,3 (mH)
- R = 0,15 () - C = 0(F) Các cổng tín hiệu
Đầu vào tín hiệu điều khiển Kết nối hệ thống
Gửi tín hiệu đến cổng [ab] Nhận tín hiệu từ cổng [ab]