Đặc tính lý tưởng:
Để đảm bảo các yêu cầu cơ bản nói trên, nhiệm vụ của điều khiển điện áp và dòng điện được phân biệt và phân cấp cho hai đầu của hệ thống HVDC. Trong vận hành bình thường chỉnh lưu duy trì dòng điện không đổi (CC) và nghịch lưu duy trì góc tắt không đổi (CEA) với vùng biên an toàn cho chuyển mạch.Cơ sở của việc điều khiển được giải thích rõ ràng dựa vào đặc tính xác lập V–I. Điện áp Vd và dòng điện Id có thể đo được từ một điểm trên đường dây. Trong H.14.19 điểm chọn là
đầu ra bộ chỉnh lưu. Đặc tính chỉnh lưu và nghịch lưu được đo ở đầu chỉnh lưu, như vậy đặc tính của nghịch lưu có kể cả sụt áp trên đường dây.
Hình 2.2.2: Đặc tính xác lập V–I lý tưởng
Chỉnh lưu duy trì dòng điện không đổi (CC), đặc tính V–I là đường AB dốc đứng. Điện áp đầu chỉnh lưu tính theo phía nghịch lưu (theo H.2.15b):
Vd = Vdoicos + (RL – Rci) Id
Phương trình này cho đặc tính của nghịch lưu với góc cố định. Nếu điện trở chuyển mạch lớn hơn điện trở đường dây RL một chút thì đường đặc tính CD của nghịch lưu là đường dốc xuống. Giao điểm của hai đặc tính là điểm hoạt động E.
Đặc tính chỉnh lưu có thể dịch chuyển theo chiều ngang bằng cách điều khiển theo “lệnh dòng điện” (dòng chỉnh định). Nếu dòng điện đo được nhỏ hơn yêu cầu của “lệnh dòng điện” thì điều khiển cho kích van sớm hơn bằng cách giảm góc kích .Đặc tính nghịch lưu được nâng lên hay hạ xuống bằng cách thay đổi đầu phân áp của máy biến áp, bộ điều chỉnh CEA sẽ nhanh chóng khôi phục góc mong muốn.
Kết quả là khi dòng điện một chiều thay đổi, dòng điện sẽ được phục hồi nhanh chóng bằng bộ điều chỉnh dòng điện của chỉnh lưu, trong khi đó đầu phân áp của chỉnh lưu tác động để đưa góc vào giới hạn mong muốn từ 100 đến 200 nhằm đảm bảo hệ số công suất cao và còn đủ phạm vi điều khiển
Đặc tính thực tế
Bộ chỉnh lưu duy trì dòng điện không đổi bằng cách thay đổi góc kích . Tuy vậy không được nhỏ hơn một trị số cực tiểu min. Tại min, điện áp không thể tăng thêm và chỉnh lưu hoạt động ở chế độ góc kích không đổi (CIA). Do đó đặc tính chỉnh lưu gồm hai đoạn (AB và FA). Đoạn FA ứng với góc kích tối thiểu biểu diễn cho chế độ CIA, đoạn AB biểu diễn cho chế độ CC. Thực tế đặc tuyến dòng điện không đổi CC không hoàn toàn thẳng đứng mà phụ thuộc vào đặc tính của bộ điều chỉnh dòng điện. Bộ điều khiển tỷ lệ có độ dốc âm cao do độ lợi hữu hạn của bộ điều chỉnh dòng điện. Đối với bộ điều khiển vừa tỷ lệ và tích phân, đặc tính CC gần như thẳng đứng. Đặc tính đầy đủ của chỉnh lưu ở điện áp bình thường được biểu diễn bởi FAB. Ở điện áp sụt giảm, đặc tính trở thành F’A’B.
Hình 2.2.3: Đặc tính điều khiển xác lập thực tế của bộ biến đổi
Đặc tính CEA của nghịch lưu cắt đặc tính CC của chỉnh lưu tại điểm E ở chế độ điện áp bình thường. Tuy vậy đặc tính CEA sẽ không cắt đặc tính chỉnh lưu khi điện áp giảm thấp biểu diễn bởi F’A’B. Do đó, khi có sự sụt áp lớn trên điện áp chỉnh lưu thì dòng điện và điện áp sẽ giảm về không trong một thời gian ngắn phụ thuộc vào kháng điện một chiều và hệ thống xem như bị rã lưới.
dòng điện, được chỉnh định ở một trị số thấp hơn dòng chỉnh định của chỉnh lưu. Đặc tuyến đầy đủ của nghịch lưu biểu diễn bởi DGH bao gồm hai đoạn: một ở chế độ CEA và một ở chế độ dòng điện không đổi CC.
Hiệu số giữa “lệnh dòng điện” của chỉnh lưu và “lệnh dòng điện” của nghịch lưu gọi là “vùng biên” dòng điện Im. Thường Im được chỉnh định từ 10 đến 15% dòng định mức nhằm đảm bảo hai đặc tính dòng điện không đổi (CC) không trùng nhau hay cắt nhau do sai số trong phép đo hay do các nguyên nhân khác.
Trong vận hành bình thường (biểu diễn bởi giao điểm E), chỉnh lưu điều khiển dòng điện còn nghịch lưu điều khiển điện áp một chiều.
Với điện áp chỉnh lưu bị sụt giảm (do sự cố gần đó), tình trạng vận hành được biểu diễn bởi điểm E’. Khi đó, nghịch lưu điều khiển dòng điện trong khi chỉnh lưu hình thành điện áp. Trong kiểu vận hành này vai trò của chỉnh lưu và nghịch lưu trong việc điều khiển điện áp và dòng điện bị đảo ngược gọi là sự đổi kiểu hoạt động.
Kết hợp đặc tính chỉnh lưu và nghịch lưu
Trong hầu hết các hệ thống HVDC, một bộ biến đổi được yêu cầu hoạt động được ở hai chế độ chỉnh lưu cũng như nghịch lưu. Như vậy một bộ biến đổi có đường đặc tính kết hợp như hình sau:
Hình 2.2.4: Vận hành với mỗi bộ biến đổi có kết hợp các đặc tính chỉnh lưu và nghịch lưu
Đường đặc tính của một bộ biến đổi gồm ba đoạn: đoạn góc kích không đổi (CIA),đoạn dòng điện không đổi (CC) và đoạn góc tắt không đổi (CEA).
Công suất truyền tải từ bộ biến đổi 1 đến bộ biến đổi 2 ứng với đường đặc tính vẽ liền nét, tình trạng hoạt động biểu diễn bởi điểm E1.
Công suất truyền tải theo chiều ngược lại ứng với đường đặc tính vẽ đứt nét. Điều này đạt được bằng cách đảo ngược vùng biên dòng điện. Khi đó “lệnh dòng điện của bộ biến đổi 2 được chỉnh định lớn hơn “lệnh dòng điện” của bộ biến đổi 1. Tình trạng hoạt động này được biểu diễn bởi điểm E2. Dòng điện Id như trước đây nhưng Vd có cực tính bị đảo ngược.
Tóm tắt các nguyên tắc điều khiển cơ bản
Hệ thống HVDC về cơ bản được điều khiển theo dòng điện không đổi vì hai lý do quan trọng sau:
- Giới hạn quá dòng điện và giảm thiểu thiệt hại do sự cố.
- Tránh cho hệ thống ngừng hoạt động do dao động điện áp phía xoay chiều.
Do điều khiển dòng điện không đổi tác động nhanh mà hệ thống HVDC hoạt động rất ổn định.
Tóm tắt các nét chính của hệ thống điều khiển cơ bản như sau:
a) Chỉnh lưu được cung cấp điều khiển dòng điện và điều khiển góc giới hạn. Chuẩn tối thiểu của khoảng 50 sao cho có đủ điện áp dương đặt lên các van lúc kích dẫn và để đảm bảo chuyển mạch thành công. Trong kiểu điều khiển dòng điện, bộ điều chỉnh điều khiển góc kích và do đó điều khiển điện áp DC nhằm duy trì dòng điện bằng với “lệnh dòng điện”. Trong khi đó điều chỉnh đầu phân áp của máy biến áp biến đổi nhằm giữ góc trong khoảng từ 100 đến 200. Một thời gian trễ được chỉnh định để tránh sự thay đổi không cần thiết của đầu phân áp do sự vượt quá độ của góc . b) Nghịch lưu được cung cấp điều khiển góc tắt không đổi (CEA) và một điều khiển dòng điện. Trong kiểu điều khiển CEA, góc được điều chỉnh ở trị số khoảng 150. Trị số này tượng trưng cho sự phối hợp giữa mức tiêu thụ công suất kháng chấp nhận được và thất bại trong chuyển mạch là ít xảy ra. Điều khiển đầu phân áp được dùng để giữ góc trong phạm vi mong muốn từ 150 đến 200.
c) Trong điều khiển bình thường, chỉnh lưu ở cách điều khiển dòng điện CC và nghịch lưu ở cách điều khiển CEA. Nếu có sự sụt giảm trong điện áp xoay chiều ở đầu chỉnh lưu thì góc kích chỉnh lưu giảm xuống đến giới hạn min và hoạt động theo cách điều khiển min CIA trong khi đó nghịch lưu hoạt động theo điều khiển dòng CC.
Chương 3