Luận văn Điều khiển thiết bị bù tĩnh (SVC) và ứng dụng trong việc nâng cao cho ổn định chất lượng điện năng của hệ thống điện

           0 0 00 sin. cos 1sin 12 1 1sin 12 12  kkkkkkak                            0 0 00 sin cos 1sin 12 1 1sin 12 12  kkkkkk           kk kkkkkka                       0 0 00 sin. cos2 1sin 1 1 1sin 1 12 Ta có:    n k mkTCR II 1 . Trong đó:          00 2sin 12 k Khi đó, thành phần cơ bản của dòng điện chạy qua TCR có dạng như sau:     tItI mTCR  cos.. 01 Hàm  01  thay đổi liên tục từ 1 đến 0 khi góc cắt 0 thay đổi từ 90 0 đến 1800. Đây cũng là quan hệ của biên độ thành phần cơ bản của dòng điện chạy qua TCR theo góc cắt 0. Đặc tính điều chỉnh dòng điện theo góc cắt được thể hiện như hình 2.12. 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 I(pu)  H×nh 2.12: §Æc tÝnh ®iÒu chØnh dßng ®iÖn TCR theo gãc c¾t Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 Bên cạnh thành phần cơ bản (k = 1), tín hiệu của dòng điện I chạy trong TCR bao gồm cả các thành phần bậc cao (sóng hài) như 3, 5, 7… các sóng này có dạng như hình 2.13. Firing angle (deg) 1 0.08 0.06 0.04 0.02 0.0 18017016015014013012011010090 0.01 0.03 0.05 0.07 a 7th 11th 5th Funda H×nh 2.13: C¸c sãng hµi bËc cao trong phÇn tö TCR  Trên thực tế, các sóng hài bậc cao có ảnh hưởng xấu đến hoạt động của hệ thống điện và chúng được loại bỏ nhờ các thiết bị lọc F mắc song song với thiết bị bù. Khi đó dòng điện trên hệ thống chỉ còn thành phần cơ bản.     1 min 11 .. K dm m X U II    1 min 1 K dm X U I  như vậy, ta có thể hiểu TCR như là một cuộn kháng có trị số XK thay đổi được:  1 minK K X X  Từ đó ta thấy XK thay đổi liên tục từ XKmin đến XKmax khi góc cắt  thay đổi liên tục từ 900 đến 1800. Do vậy công suất phản kháng Q được tính bằng công thức: K K X U Q 2  nên công suất phản kháng của TCR cũng thay đổi khi góc cắt  thay đổi. Do các tính chất trên mà TCR là một thành phần quan trọng, đóng vai trò chính trong thiết bị bù có điều khiển thyristor ứng dụng trong hệ thống điện. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 * Phân tích các hiệu ứng phụ: - Phân tích ảnh hưởng: Để nghiên cứu đặc tính của các thành phần bậc cao của dòng điện xuất hiện trong SVC ta căn cứ vào biểu thức  k Chẳng hạn khi k = 3 ta có: Dễ dàng ta xác định được biên độ của thành phần bậc 3 của dòng điện xuất hiện trên SVC.  303 .II  Cho thay đổi  từ 900 đến 1800 ta có sự biến thiên của I3() như hình vẽ 2.13 ở trên. Giá trị của I3 cho trong bảng 2-1 (trị số tương đối)  90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 I3 0 0,704 0,120 0,138 0,123 0,086 0,046 0,016 0,002 0 Bảng 2.1 Có thể nhận thấy rằng thành phần bậc 3 xuất hiện rất phụ thuộc vào  có những góc cắt I3 rất lớn, ngược lại có lúc làm cho I3= 0. Đặc điểm này rất quan trọng đối với công nghệ chế tạo và thực hiện điều chỉnh SVC. Tương tự ta có thể vẽ quan hệ  k với k = 5, 7, 9 ta có đường cong tương ứng như trên hình 2.13. - Các biện pháp khắc phục: Để loại bỏ thành phần bậc cao trong dòng điện TCR người ta đặt các bộ lọc tần số cao F. Các bộ lọc này chính là các mạch LC cộng hưởng với tần số mà nó cần lọc. Khi có thành phần dòng điện bậc cao xuất hiện trong dòng điện TCR thì do các mạch lọc cộng hưởng với tần số 3f, 5f, … nên trở kháng của nó đối với các dòng điện tần số cao này chỉ còn là điện trở thuần của các thiết bị R mà các điện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 trở thuần này rất nhỏ nên dòng điện bậc cao đi qua bộ lọc xuống đất hết, dĩ nhiên phải lựa chọn trị số của L và C sao cho trở kháng của mạch lọc đối với tần số cơ bản rất lớn để tránh tổn hao. Như ta nhận thấy rằng cường độ dòng điện của thành phần bậc cao tỷ lệ với công suất của mạch TCR, thông thường trong SVC chỉ có một TCR còn các phần tử khác là TSR và TSC là những phần tử đóng mở nhảy bậc nên trong quả trình làm việc không sinh ra thành phần bậc cao, chỉ có TCR là phần tứ thay đổi liên tục của SVC mới sinh ra các thành phần dòng điện bậc cao trong quá trình làm việc. Bởi vậy để giảm cường độ dòng điện bậc cao người ta còn có biện pháp là chia nhỏ công suất của SVC ra nhiều phần tử TSR, TSC và TCR. Việc chia nhỏ công suất của SVC ra nhiều phần tử có lợi sau: - Giảm dòng điện thành phần bậc cao. - Khả năng điều chỉnh công suất phàn kháng phát ra mềm dẻo hơn. - Công suất của thyristor sẽ được chọn nhỏ đi tương ứng. Như vậy việc chia ra nhiều phần tử của SVC sẽ làm cho hệ điều khiển phức tạp nhưng ta có thể sử dụng các thiết bị vi điều khiển để giải quyết vấn đề này. Vấn đề lựa chọn công suất từng môdul bằng bao nhiêu là một bài toán cần xem xét. Tuy nhiên hiện nay công nghệ nước ta chưa sản xuất được SVC mà phải mua trọn bộ của nước ngoài thì bài toàn này chưa cần đề cập đến. 2.2.1.3. Tụ đóng mở bằng thyristor TSC ( thyristor switch capacitor). Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của tụ đóng mở bằng thyristor được thể hiện trên hình 2.14. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 U t t t t UC IC Ixung Thyristor LH CU c H×nh 2.14: S¬ ®å vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña TSC Tụ đóng mở bằng thyristor TSC được cấu tạo từ 3 phần chính sau: - Tụ điện C là tụ chính trong mạch. - LH là cuộn kháng hãm. Có chức năng giới hạn dòng đi qua thyristor và chống lại sự cộng hưởng với hệ thống điện. - Van thyristor là cửa đóng mở, nó có thể đóng, mở phụ thuộc vào tín hiệu xung điều khiển vào cực G của thyristor. Qua đó, ta thấy TSC thực chất là bộ tụ điện được đóng mở bằng 2 thyristor song song nối ngược chiều nhau. Việc tác động tín hiệu xung sẽ làm thay đổi giá trị điện dung C. 2.2.1.4. Kháng đóng mở bằng thyristor TSR ( thyristor switch reactor). Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của tụ đóng mở bằng thyristor được thể hiện trên hình 2.15. Kháng đóng mở bằng thyristor TSR được cấu tạo từ 3 phần chính sau: - L là điện kháng chính trong mạch. - LH là cuộn kháng hãm. Có chức năng giới hạn dòng đi qua thyristor và chống lại sự cộng hưởng với hệ thống điện. - Van thyristor là cửa đóng mở, nó có thể đóng, mở phụ thuộc vào tín hiệu xung điều khiển vào cực G của thyristor. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 H×nh 2.15: Nguyªn lý cÊu t¹o vµ ho¹t ®éng cña TSR Thyristor U LLH U t t t I U §K Qua đó, ta thấy TSR thực chất là bộ kháng điện được đóng mở bằng 2 thyristor song song nối ngược chiều nhau. Việc tác động tín hiệu xung sẽ làm thay đổi giá trị điện kháng L. 2.2.1.5. Hệ thống điều khiển các van trong SVC. Trong hệ điều khiển có các khối như hình vẽ 2.16: - Định dạng điện áp hệ thống có chức năng lấy tín hiệu điện áp thực tế từ lưới điện (tín hiệu dạng liên tục). - So sánh tín hiệu có chức năng so sánh tín hiệu đặt (tín hiệu ngưỡng) và tín hiệu định dạng. - Điều khiển trung tâm có chức năng điều khiển tín hiệu từ tượng tự ra tín hiệu số và số ra tượng tự phù hợp với điều kiện tăng hay giảm góc mở . Thiết bị điều khiển trung tâm ta sử dụng bộ vi điều khiển. - Đưa tín hiệu điều khiển góc mở  cho TCR, TSR, TSC có chức năng khuếch đại tín hiệu từ vi điều khiển đến các van của SVC. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 Vref V Kh©u ph¶n Kh©u ®ång bé Bé vi ®iÒu khiÓn Kh©u khuÕch ®¹i Vresp TÝn hiÖu xung ®iÒu khiÓn PIC 16f877 ®Õn cùc ®iÒu khiÓn c¸c van U I TCR TCR TCR håi  Hình 2.16: Hệ điều khiển các van của SVC 2.2.2. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA SVC. 2.2.2.1. Đặc tính điều chỉnh của SVC. Nguyên lý làm việc của SVC được đặc trưng bởi nguyên lý làm việc của phần tử TCR. Theo sơ đồ nguyên lý của TCR, TSC, TSR ta thấy khi thay đổi góc cắt  dẫn đến việc thay đổi công suất phản kháng phát ra hay thu vào của SVC. Do SVC kết hợp từ TCR, TSC, TSR mặc dù TSC, TSR điều chỉnh nhảy bậc nhưng SVC vẫn điều chỉnh liên tục trong quá trình điều khiển. Các phần tử của SVC được nối vào mạng điện thông qua các van thyristor mà không dùng máy cắt. Nhờ vậy mà SVC có tốc độ điều chỉnh rất cao ( 40ms), gần C I U ref U X SL L X /X C min max C X 0    H×nh 2.17: §Æc tÝnh U-I cña SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 như không có thời gian quá độ. Đặc tính hoạt động của SVC được thể hiện trên hình 2.17. 2.2.2.2. Đặc tính làm việc của SVC. Ở chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện, SVC làm nhiệm vụ tự động điều chỉnh để giữ nguyên điện áp nút. Tín hiệu điều khiển là độ lệch giữa điện áp nút đặt SVC đo được từ biến điện áp BU với điện áp đặt. Tín hiệu này điều khiển góc mở của các thyristor làm thay đổi trị số hiệu dụng thành phần cơ bản của dòng điện đi qua TCR nhờ đó điều chỉnh được dòng công suất phản kháng của SVC. Khi điện áp tăng, tác dụng của hệ thống điều chỉnh làm dòng điện qua SVC tăng, công suất phản kháng tiêu thụ tăng, điện áp nút được giảm xuống. Ngược lại khi điện áp bị giảm thấp, dòng điện qua SVC giảm, công suất phản kháng tiêu thụ giảm hoặc một lượng công suất phản kháng nhất định được phát lên hệ thống, điện áp nút được nâng cao. b) SVC có cả tính dung và tính cảm a) SVC chỉ có tính cảm X U MAX X MIN X U O Q MAX Q MIN Q O U U MIN Q O U Q MAX O U Q MIN X MAX X X U U 0 0 0 0 = Hình 2.18: Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 Đặc tính làm việc của SVC là mối quan hệ giữa điện kháng hay công suất phản kháng của SVC với điện áp của nút đặt thiết bị này. Trong phạm vi điều chỉnh được công suất (phạm vi của TCR) tức Xmin  XSVC  Xmax hay Qmin QSVC  Qmax , điện áp nút được giữ ở trị số đặt U0. Tuy nhiên trên thực tế, các SVC thường được chế tạo với đặc tính làm việc mềm. Khi đó trong phạm vi điều chỉnh được của công suất, điện áp nút được phép dao động với độ lệch U. Nhờ độ nghiêng của đặc tính trong vùng điều chỉnh được công suất, có thể phân bố công suất cho các SVC làm việc song song hoặc làm việc cùng với các thiết bị điều chỉnh công suất phản kháng khác. 2.3. MÔ HÌNH SVC TRONG TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN. Do các thiết bị bù ngang có điều khiển tác động gần như tức thời nên trong tính toán chế độ xác lập của hệ thống khi các quá trình diễn ra tương đối chậm có thể xét các SVC thông qua đặc tính làm việc hay đặc tính Vôn-Ampe của chúng. Đặc tính làm việc ở đây là quan hệ thay đổi của điện kháng (hay công suất phản kháng) của thiết bị bù ngang có điều khiển theo điện áp nút đặt thiết bị bù, còn đặc tính Vôn - Ampe là quan hệ thay đổi của dòng điện qua thiết bị bù ngang có điều khiển theo điện áp nút đặt SVC. Dưới đây là một số phương pháp mô phỏng thiết bị bù ngang có điều khiển thường dùng. 2.3.1. MÔ HÌNH HÓA SVC NHƯ MỘT ĐIỆN KHÁNG CÓ TRỊ SỐ THAY ĐỔI. Trước hết, xét luật điều khiển của SVC ở chế độ xác lập. Luật này có thể được biểu diễn bằng đặc tính Vôn - Ampe có dạng như sau: U = Uref + XSL.I Trong đó, U là điện áp tại nút đặt SVC, I là dòng điện qua SVC, Uref là điện áp đặt, XSL là điện kháng dốc của SVC. Điện kháng XSL được sử dụng để tránh vi phạm vào các giới hạn khi có các biến động điện áp nhỏ tại nút đặt SVC. XSL thường có giá trị từ 2 đến 5%. Độ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 lệch của điện áp được điều khiển thường nằm trong khoảng  5% của điện áp đặt Uref . Tại các giới hạn của góc mở thiristor, điện kháng của SVC sẽ được giữ ở một giá trị cố định. Khi thay đổi góc mở  của thiristor, điện dẫn Be = -1 / Xtđ thể hiện được sự thay đổi một cách rõ ràng hơn điện kháng tương đương Xtđ của SVC. Nói cách khác, đường biểu diễn Be() không dốc như đường Xtđ(). Do đó khi mô hình hóa các thiết bị bù có điều khiển, người ta thường dùng các công thức liên hệ thường sử dụng điện dẫn tương đương Be hơn là các công thức liên hệ sử dụng điện kháng Xtđ, nhờ vậy cũng tránh được các vấn đề về sai số khi xử lý các điểm làm việc ở gần điểm cộng hưởng. Phương pháp được đề cập đến ở mục này mô hình hóa SVC như một điện kháng có trị số thay đổi. Xét các phương trình mô tả hoạt động ở chế độ quá độ của SVC : ),,,( refc c UUxf x           (4.2) ),,,,,( 222sin..XX. . . 0 LC 2 ei C L e ei ei BQIUUg X X B BUQ BI                              (4.3) Trong đó, xc biểu diễn các biến và f biểu diễn các phương trình của hệ thống điều khiển. Mô hình hoạt động của SVC ở chế độ xác lập được suy ra từ các phương trình mô hình hóa chế độ quá độ bằng cách thay thế phương trình vi phân bằng phương trình đặc tính Vôn - Ampe ở chế đô xác lập của SVC. Các phương trình mô tả hoạt động của SVC ở chế độ xác lập: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56         ),,,,,( . 0 ei SLref BQIUUg IXUU  (4.4) Chương trình tính toán lúc này sử dụng phép lặp với thông số được rời rạc hoá, với một giả thiết ban đầu về mức điện kháng đẳng trị. Giá trị ban đầu này được chọn dựa trên suy đoán mặc định ban đầu của người sử dụng hoặc dựa trên giá trị ban đầu của các biến xoay chiều và đặc tính của điện dẫn Be(). Lúc này quá trình tính toán cho phép xác định được điện áp tại nút đặt SVC. Nếu điện áp cao hơn trị số đặt, phép lặp sẽ giảm trị số điện kháng tức tăng công suất tiêu thụ (hay giảm công suất phát) của SVC. Ngược lại, nếu điện áp thấp hơn trị số đặt thì phép lặp sẽ tăng trị số điện kháng tức giảm công suất tiêu thụ (hay tăng công suất phát) của SVC. Do lúc này các hệ số của ma trận tổng dẫn Y không còn là hằng số mà cần phải được xác định lại sau mỗi bước lặp nên nhược điểm của phương pháp này là có khả năng không hội tụ nếu có nhiều vị trí đặt SVC và không tận dụng được các chương trình tính toán chế độ xác lập cũ. 2.3.2. MÔ HÌNH SVC THEO TỔ HỢP NGUỒN VÀ PHỤ TẢI PHẢN KHÁNG. Phương pháp này dựa vào đặc tính làm việc của SVC, mô phỏng SVC theo một tổ hợp của nguồn công suất phản kháng và phụ tải công suất phản kháng cung cấp qua máy biến áp điều áp dưới tải. Khi đó có thể sử dụng thuật toán thông thường để giải bài toán và do vậy rất thuận tiện khi vẫn sử dụng các chương trình tính chế độ xác lập cũ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 Đặc tính làm việc của nguồn phát công suất phản kháng và của phụ tải công suất phản kháng cung cấp qua máy biến áp điều áp dưới tải có dạng như trên hình 2.19 và 2.20. Trong đó đối với đặc tính làm việc của nguồn, U0 là điện áp đặt của nguồn, Qmax và Qmin là các giới hạn điều chỉnh công suất phản kháng. Đối với đặc tính của phụ tải, U0 là điện áp đặt tương ứng với điện áp cần giữ ở phía hạ áp của máy biến áp điều áp dưới tải,  U là phạm vi điều chỉnh của các đầu phân áp của máy biến áp, Q0 là công suất phản kháng không đổi trong phạm vi điều chỉnh của các đầu phân áp. Đặc tính phụ tải phản kháng lúc này có dạng:     max0 max0max0 max0 2* max * 2 * max * 100 0 2* max * 2 * max * 100 )()( )()( )()( UUUkhi UUUUUkhi UUUkhi UUbUUbbQ Q UUbUUbbQ Q            min 0 max Q Q o U Q U svc Hình 2.21: Đặc tính làm việc của SVC Q Q 0 U min o max U Q N Q Uđm Q0 Uđm-U Uđm+U U U 0 U Hình 2.19: Đặc tính làm việc của nguồn công suất phản kháng Hình 2.20: Đặc tính của phụ tải công suất phản kháng qua máy biến áp điều áp dưới tải Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 Dễ dàng nhận thấy rằng khi phối hợp đặc tính của một nguồn công suất phản kháng và hai phụ tải công suất phản kháng thích hợp sẽ có được đặc tính làm việc của SVC. Các thông số của nguồn và phụ tải công suất phản kháng được chọn như sau:  Nguồn công suất phản kháng: Chọn điện áp giữ của nguồn bằng điện áp giữ của SVC: U0 = U0 SVC Giới hạn điều chỉnh công suất phản kháng: QmaxN = - Qmin SVC QminN = - Qmax SVC  Phụ tải công suất phản kháng: + Phụ tải thứ nhất: Công suất phản kháng không đổi bằng công suất phản kháng lớn nhất mà SVC có thể phát được : SVCmin 2 0 max01 X SVC SVC U QQ  Phạm vi điều chỉnh điện áp: U1 max = U0 SVC – U01 01 U 0 U U 02 01 Q Q 02 Q maxN minN Q Q U min Q max Q SVC U 0 U Hình 2.22: Phối hợp đặc tính của một nguồn và hai phụ tải phản kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 Các thông số của đặc tính tĩnh phụ tải: b0 = b1= 0 ; b2=1 + Phụ tải thứ hai: Công suất phản kháng không đổi bằng công suất phản kháng nhỏ nhất mà SVC có thể phát (hay công suất phản kháng lớn nhất mà SVC có thể tiêu thụ): · X SVCmax 2 0 min02 SVC SVC U QQ  Phạm vi điều chỉnh điện áp: U2 max = U0 SVC – U02 Các thông số của đặc tính tĩnh phụ tải: b0 = b1= 0 ; b2=1 Các trị số U01, U02 được chọn tùy ý với khoảng cách đủ xa so với U0SVC sao cho đặc tính thu được phù hợp với hoạt động thực tế của SVC trong vùng làm việc. KẾT LUẬN Thiết bị TCR có ứng dụng rất rộng rãi và là phần tử chính trong các thiết bị bù dọc, bù ngang và các thiết bị khác nhằm tăng cường tính linh hoạt của đường dây truyền tải trong hệ thống điện. - Khi dòng điện đi qua thyristor, ngoài thành phần cơ bản nó sẽ sinh ra các thành phần sóng hài bậc cao. Các thành phần này sẽ ảnh hưởng không tốt đến các chế độ vận hành của hệ thống điện và khi sử dụng các thiết bị bù điều khiển bằng thyristor hoặc triắc, để khức phục hiệu ứng phụ này, ta phải đặt kèm theo chúng bộ lọc các sóng hài bậc cao. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 - Dựa vào nguyên lý hoạt động của SVC bằng cách khai triển Fourier có thể xây dựng được đặc tính Z(U) hoặc Q(U) của nó. Các đặc tính Z(U) hoặc Q(U) nói chung có dạng phi tuyển, gián đoạn. - Việc chọn tỷ lệ giữa giá trị XL và XC trong thiết bị bù là rất quan trọng bởi nó quyết định đến góc làm việc giới hạn của thiết bị. Đối với từng hệ thống điện cụ thể, ta phải có những tính toán, phân tích kỹ hơn để đưa ra giá trị tối ưu của chúng. Ngoài ra, cần phải có phương thức vận hành, điều khiển các thiết bị bù trong trường hợp khi góc mở đạt giá trị tới hạn mà các thông số bù chưa đạt giá trị tối ưu. - SVC được lắp đặt trong hệ thống điện có tác dụng tăng tính linh hoạt của hệ thống trên nhiều khía cạnh như: điều chỉnh điện áp tại chỗ SVC mắc vào lưới, làm tăng ổn định hệ thống, tăng khả năng truyền tải công suất, giảm tức thời quá điện áp, hạn chế khả năng cộng hưởng tần số và giảm dao động công suất… - Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện. Nó hoạt động trong hệ thống như một phần tử thụ động nhưng lại phản ứng của đối tượng tự thích nghi với thông số chế độ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 CHƯƠNG 3 BỘ ĐIỀU KHIỂN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG SVC 3.1. SƠ ĐỒ SVC ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG. Các linh kiện ðiện tử công suất lớn ðýợc ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị bù của hệ thống truyền tải ðiện xoay chiều linh hoạt (SVC) ở các nýớc phát triển trên thế giới. Kỹ thuật truyền tải ðiện hiện ðại ðó sử dụng các thiết bị bù, dịch pha ðýợc ðiều khiển bằng các linh kiện ðiện tử công suất ðể cung cấp nguồn nóng lýợng khi cần thiết ðể bảo ðảm tính ổn ðịnh của hệ thống ðiện. Các thiết bị này kết hợp với các bộ vi điều khiển cho phép ðiều khiển nguồn nóng lýợng một cách linh hoạt, khả nóng tự ðộng hóa cao ðảm bảo ðộ tin cậy và ðộ ổn ðịnh của hệ thống, trong ðó hệ thống ðiều khiển ðóng một vai trò rất quan trọng. Sơ đồ khối điều khiển các van của SVC được chỉ ra trên hình 3.1. Kh©u ph¶n Kh©u ®ång bé Bé vi ®iÒu khiÓn Kh©u khuÕch ®¹i Vresp TÝn hiÖu xung ®iÒu khiÓn PIC 16f877 ®Õn cùc ®iÒu khiÓn c¸c van U I TCR TCR TCR håi  Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ điều khiển các van SVC 3.1.1. CHỨC NĂNG HỆ ĐIỀU KHIỂN. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 - éiều chỉnh ðýợc vị trí xung ðiều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dýừng của ðiện áp trên anốt- catốt của Thyristor. - Tạo ra ðýợc các xung có ðủ ðiều kiện mở ðýợc Thyristor. Xung ðiều khiển thýờng có biên ðộ từ 2 ðến 10V, ðộ rộng xung tx= 20-100ỡs ðối với cặp Thyristor ðấu song song ngýợc hoặc . éộ rộng xung ðýợc xác ðịnh theo biểu thức: dt di I t dtx  Trong ðó: Idt là dòng duy trì của Thyristor; di/dt là tốc ðộ tóng trýởng của dòng tải. Cấu trúc của một mạch ðiều khiển Thyristor gồm 3 khâu chính sau ðây: - Khâu tạo xung ðồng bộ (éB): tạo tín hiệu ðồng bộ với ðiện áp anốt-catốt của Thyristor hoặc trắc cần mở. Tín hiệu này là ðiện áp xoay chiều, thýờng lấy từ biến áp có sừ cấp nối song song với Thyristor hoặc triắc cần mở. - Khâu điều khiển tạo xung (SS-TX): làm nhiệm vụ so sánh giữa ðiện áp ðồng bộ với tín hiệu phản hồi thýờng ðó ðýợc biến thể với tín hiệu ðiều khiển một chiều ðể tạo ra xung kích mở Thyristor. - Khâu khuếch ðại xung (Ké): tạo ra xung mở có ðủ ðiều kiện ðể mở Thyristor hoặc triắc. - Khâu phản hồi (Uđk): tạo ra tín hiệu điện áp một chiều lây từ điện áp nút trên lưới hệ thống điện. Khi thay ðổi giá trị ðiện áp một chiều Uðk thì góc mở ỏ sẽ thay ðổi. 3.1.2. NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN. Sử dụng nguyên tắc ðiều khiển thẳng ðứng “arccos” nhý hình 3.2 ðể thực hiện ðiều chỉnh vị trí ðặt xung trong nửa chu kỳ dýừng của ðiện áp ðặt trên Thyristor. ỏ ậ 2ậ ựt Uc Udb Udk Udk Uc Udb Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 Theo nguyên tắc này, ở khâu so sánh có hai ðiện áp ðặt vào: - éiện áp ðồng bộ sin, sau khi ra khỏi khâu éB ðýợc tạo thành tín hiệu cos - éiện áp ðiều khiển là áp một chiều có thể biến ðổi ðýợc éiện áp udb= Um sinựt thì: Uc = Um cosựt Giá trị ỏ ðýợc tính theo phýừng trình sau: Umcosỏ = Udk Do ðó: ỏ = arccos(Udk/Um) - khi Udk = Um thì ỏ = 0 - khi Udk = 0 thì ỏ =ậ/2 - khi Udk = -Um thì ỏ = ậ Nhý vậy, khi ðiều chỉnh Udk từ trị -Um ðến +Um, ta có thể ðiều chỉnh ðýợc gúc ỏ từ 0 ðến ậ. 3.1.3. CÁC KHÂU TRONG BỘ ĐIỀU KHIỂN CÁC VAN CỦA SVC. 3.1.3.1. Khâu tạo xung đồng bộ cho bộ VĐK. Sơ đồ tạo xung đồng bộ với nửa chu kỳ điện áp nguồn được trình bày như hình 3.3. Trong đó: u1: là điện áp nguồn điện xoay chiều. uđb: xung đồng bộ PT: transistor quang (phototransistor). D: điôt bảo vệ quá dòng cho D0. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 Trong nửa chu kỳ dương của điện áp nguồn ta có D0 được đặt điện áp thuận và phát quang dẫn đến T0 mở dẫn đến điện áp trên cực góp của T0 giảm ngay về mức thấp hay là mức “0”, đây chính là tín hiệu đồng bộ lấy ra. Từ sơ đồ ta có điện áp đồng bộ là 1 1 1 R u i  ; 2R U i ccc  ; uđb=0 Trong nửa chu kỳ âm thì mạch làm việc ngược lại D0 khóa dẫn đến T0 khóa điện thế lấy trên cực góp của T0 bằng nguồn cung cấp (Ucc), hay tín hiệu xung ra ở mức cao hay là mức “1”. Tín hiệu đồng bộ được đưa vào đầu vào của vi điều khiển Pic 16f877 (chân RB0/INT). 6 5 4 1 2 PT Do va To R1 D1 DIODE R2 R3 Ucc R4(1) tin hieu dua vao chan RB0/INT Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý của khâu tạo xung đồng bộ 3.1.3.2. Khâu phản hồi. Sơ đồ khâu phản hồi được trình bày trên hình 3.4. Trong đó: - BU: máy biến áp đo lường có tác dụng lấy điện áp phù hợp với mạch điều khiển. - D1, D2, D3, D4: bộ chỉnh lưu cầu một pha dùng điôt có tác dụng chỉnh lưu dòng xoay chiều về một chiều. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 - R7: là điện trở ảnh hưởng đến biên độ điện áp một chiều ra. Tín hiệu vào lấy từ điện áp lưới thông qua tỷ số của BU là một tín hiệu liên tục. Khi qua bộ chỉnh lưu ta được điện áp một chiều thay đổi theo điện áp trên lưới điện tín hiệu một chiều này được đưa vào đầu vào liên tục của vi điều khiển Pic 16f877 (chân RA0/AN0). D2 DIODE D1 DIODE D4 DIODE D3 DIODE R7 0.5k A B OSPH Uph tin hieu dua vao RA0/AN0 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của khâu phản hồi 3.1.3.3. Khâu khuếch đại xung. Sơ đồ khuếch đại xung được trình bày trên hình 3.5. Trong đó: - T1: transistor ngược có tác dụng khuếch đại tín hiệu. - Dr: điôt có tác dụng bảo vệ quá áp trên các cực góp và cực phát của T1. - BAX: máy biến áp xung có tác dụng cách ly giữa mạch điều khiển với mạch lực. - Rg: điện trở hạn chế dòng vào cực điều khiển của thysistor. - D2: điốt có tác dụng ngăn xung áp âm có thể có khi T1 bị khóa. - R2: là điện trở ảnh hưởng đến biên độ và sườn xung ra. Tín hiệu vào lấy từ tín hiệu điều khiển của vi điều khiển Pic 16f877 là một tín hiệu số. Khi ue bằng mức “1” thì transistor T1 mở bão hòa nhưng do có điện cảm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 của cuộn dây máy biến áp nên không