dieu...

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

----------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

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

Học viên: Nguyễn Thế Vĩnh

Người HD Khoa học: T.S Nguyễn Thanh Liêm

THÁI NGUYÊN 2007

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản thuyết minh luận văn này do tôi thực hiện. Các số liệu sử

dụng trong thuyết minh, kết quả phân tích và tính toán được tìm hiểu qua các tài

liệu.


MUC LỤC

Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt ................................................................................... 6

Danh mục các báng biểu ................................................................................................ 7

Danh mục các hình vẽ, đồ thị .......................................................................................... 9

Lời nói đầu .................................................................................................................... 11

Chương 1: Thiết bị điều khiển công suất trong hệ thống điện ............................... 13

1.1. Hệ thống điện hợp nhất và những yêu cầu điều chỉnh nhanh công suất trong các

điều kiện làm việc bình thường và sự cố ...................................................................... 13

1.1.1. Đặc điểm ..................................................................................................... 13

1.1.2. Các biện pháp áp dụng trong công nghệ truyền tải điện của hệ thống điện

hợp nhất ......................................................................................................................... 14

1.1.3. Bù công suất phản kháng ............................................................................ 14

11.4. Bù dọc và bù ngang trong đường dây siêu cao áp ....................................... 16

1.1.4.1. Bù dọc .............................................................................................. 16

1.1.4.2. Bù ngang .......................................................................................... 18

1.1.4.3. Nhận xét ........................................................................................... 20

1.2. Một số thiết bị điều khiển công suất phản kháng trong hệ thống điện .................. 20

1.2.1. Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor

(SVC - Static Var Compensator) ................................................................ 20

1.2.2. Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor

(TCSC - Thyristor Controlled Series Capacitor) ....................................... 22

1.2.3. Thiết bị bù tĩnh (STATCOM - Static Synchronous Compensator) ............ 23

1.2.4. Thiết bị điều khiển dòng công suất

(UPFC - Unified Power Flow Controller).................................................. 24

1.2.5. Thiết bị điều khiển góc pha bằng thyristor


(TCPAR - Thyristor Controlled Phase Angle Regulator) .......................... 26

1.2.6. Nhận xét ...................................................................................................... 27

Kết luận ......................................................................................................................... 27

Chương 2: Ứng dụng của thiết bị bù SVC trong việc nâng cao ổn định

hệ thống điện ...................................................................................................... 29

2.1. Khả năng ứng dụng của SVC trong hệ thống điện ................................................ 29

2.1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................... 29

2.1.2. Một số ứng dụng của SVC .......................................................................... 30

2.1.2.1. Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất ......................................... 30

2.1.2.2. Giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự cố ................. 32

2.1.2.3. Ôn hòa dao động công suất hữu công .............................................. 33

2.1.2.4. Giảm cường độ dòng điện vô công .................................................. 33

2.1.2.5. Tăng khả năng tải của đường dây .................................................... 33

2.1.2.6. Cân bằng các phụ tải không đối xứng .............................................. 36

2.1.2.7. Cải thiện ổn định sau sự cố .............................................................. 36

2.2. Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC .................................................................... 37

2.2.1. Cấu tạo từng phần tử của SVC .................................................................... 37

2.2.1.1. Nguyên lý hoạt động của bộ thyristor mắc song song ngược .......... 37

2.2.1.2. Kháng điều chỉnh bằng thyristor TCR

(thyristor controlled reactor) ............................................................ 40

2.2.1.3. Tụ đóng mở bằng thyristor TSC ( thyristor switch capacitor) ......... 49

2.2.1.4. Kháng đóng mở bằng thyristor TSR ( thyristor switch reactor) ...... 49

2.2.1.5. Hệ thống điều khiển các van trong SVC .......................................... 50

2.2.2. Các đặc tính của SVC ......................................................................... 51

2.2.2.1. Đặc tính điều chỉnh của SVC .......................................................... 51


2.2.2.2. Đặc tính làm việc của SVC .............................................................. 52

2.3. Mô hình SVC trong tính toán chế độ xác lập của hệ thống điện ........................... 53

2.3.1. Mô hình hóa SVC như một điện kháng có trị số thay đổi .......................... 53

2.3.2. Mô hình SVC theo tổ hợp nguồn và phụ tải phản kháng ............................ 55

Kết luận ......................................................................................................................... 58

Chương 3: Bộ điều khiển bù công suất phản kháng SVC ....................................... 59

3.1. Sơ đồ SVC ứng dụng điều khiển bù công suất phản kháng ................................... 59

3.1.1. Chức năng hệ điều khiển ............................................................................. 60

3.1.2. Nguyên tắc điều khiển ................................................................................. 60

3.1.3. Các khâu trong hệ thống điều khiển các van của SVC .............................. 61

3.1.3.1. Khâu tạo xung đồng bộ cho bộ VĐK ............................................... 61

3.1.3.2. Khâu phản hồi .................................................................................. 62

3.1.3.3. Khâu khuếch đại xung ...................................................................... 63

3.1.3.4. Khâu điều khiển tạo xung sử dụng VĐK pic 16f877 ....................... 64

3.1.4. Thuật toán PID dùng cho bộ vi điều khiển PIC16f877 ............................... 69

3.1.4.1. Bộ điều khiển PID dưới dạng tương tự ............................................ 69

3.1.4.2. Bộ điều khiển PID dưới dạng số ...................................................... 70

3.1.4.3. Thuật toán điều khiển PID nâng cao ................................................ 70

3.1.5. Sơ đồ nguyên lý hệ điều khiển góc mở các van của SVC .......................... 71

3.2. Phần mềm ISIS mô phỏng hệ thống điều khiển SVC ............................................ 71

3.3. Mô phỏng hệ điều khiển van thyristor hoặc triắc của bộ TCR .............................. 72

3.3.1. Mô phỏng các phần tử của hệ điều khiển .................................................... 72

3.3.1.1. Bộ đo giá trị dòng điện và điện áp ................................................... 72

3.3.1.2. Khâu lấy tín hiệu phản hồi ............................................................... 72

3.3.1.3. Khâu tạo xung đồng bộ .................................................................... 73


3.3.1.4. Khâu khuếch đại xung ...................................................................... 74

3.3.1.5. Khâu điều khiển xung ...................................................................... 75

3.3.2. Các phần tử khác trong mô phỏng ............................................................... 76

3.3.2.1. Nguồn điện ....................................................................................... 76

3.3.2.2. Bộ kháng có điều khiển TCR ........................................................... 77

Kết luận ......................................................................................................................... 78

Chương 4: ứng dụng phần mềm ISIS mô phỏng thiết bị bù SVC có điều khiển .. 79

4.1. Sơ đồ mô phỏng thiết bị bù công suất phản kháng SVC có điều khiển ................. 79

4.2. Kết quả mô phỏng .................................................................................................. 79

4.2.1. Đồ thị điều khiển xung theo chế độ điện áp thay đổi ................................... 80

4.2.2. Đặc tính dòng qua thyristor điện khi điều khiển điện áp tại nút .................. 83

4.3. Đặc tính hệ thống điều khiển các van SVC .......................................................... 89

Kết luận ......................................................................................................................... 92

Kết luận chung và hướng phát triển .............................................................................. 93

Tài liệu tham khảo .............................................................................................................

Phụ lục 1 .........................................................................................................................

Phụ lục 2 .........................................................................................................................


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT Chữ viết

tắt Ý nghĩa Chú thích

1 HTĐ Hệ thống điện

2 SVC Static Var Compensator

3 TCSC Thyristor Controlled Series

Capacitor

4 STATCOM Static Synchronous Compensator

5 UPFC Unified Power Flow Controller

6 TCPAR Thyristor Controlled Phase Angle

Regulator

7 FACTS Flexible Alternating Current

Transmission Systems

8 ISIS Proteus 6 Professional

Phần mềm mô

phỏng mạch điện-

điện tử

9 PCB Printed Circuit Board

10 VĐK Bộ vi điều khiển

11 SS-TX Khâu so sánh và tạo xung


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1-1: So sánh chức năng của các thiết bị bù có điều khiển ................................... 27

Bảng 2-1: Giá trị của I3 khi thay đổi góc điều khiển ................................................. 47

Bảng 3-1: Các phần tử sử dụng trong bộ đo ................................................................. 72

Bảng 3-2: Các phần tử sử dụng trong bộ phản hồi ............................................. 73

Bảng 3-3: Các phần tử sử dụng trong bộ tạo xung đồng bộ ......................................... 74

Bảng 3-4: Các phần tử sử dụng trong bộ khuếch đại xung .................................... 75

Bảng 3-5: Các dạng nguồn được ISIS mô phỏng ......................................................... 77

Bảng 3-6: Các phần tử tạo thành bộ TCR ........................................................... 78

Bảng 4-1: Tổng hợp thời gian làm ổn định điện áp tại nút trường hợp 1 ..................... 90

Bảng 4-2: Tổng hợp thời gian làm ổn định điện áp tại nút trường hợp 2 ..................... 92


DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Hiệu quả của bù dọc trên đường dây siêu cao áp .......................................... 17

Hình 1.2: Cấu tạo vànguyên lý làm việc của SVC........................................................ 21

Hình 1.3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC .................................................. 22

Hình 1.4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của STATCOM ......................................... 23

Hình 1.5: Nguyên lý cấu tạo của UPFC ........................................................................ 24

Hình 1.6: Nguyên lý cấu tạo của TCPAR ..................................................................... 26

Hình 2.1: Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC................................................ 31

Hình 2.2: Sự thay đổi điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC ............... 32

Hình 2.3: Quan hệ thời gian và điện áp quá áp ............................................................. 32

Hình 2.4: Đặc tính công suất truyền tải của hệ thống khi có và không có SVC ........... 35

Hình 2.5: Đặc tính công suất khi có và không có SVC ................................................ 37

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý bộ thyristor ......................................................................... 38

Hình 2.7: Đồ thị dòng điện tải ....................................................................................... 38

Hình 2.8: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR .................................................... 40

Hình 2.9: Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR ........................................................... 41

Hình 2.10: Ảnh hưởng của góc cắt đến dòng điện qua TCR ........................................ 41

Hình 2.11: Dạng sóng của tín hiệu dòng điện qua TCR ............................................... 42

Hình 2.12: Đặc tính điều chỉnh dòng điện TCR theo góc cắt ....................................... 46

Hình 2.13: Các sóng hài bậc cao trong phần tử TCR ................................................... 46

Hình 2.14: Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của TSC ...................................................... 49

Hình 2.15: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TSR ................................................... 50

Hình 2.16: Hệ điều khiển các van của SVC ........................................................ 51

Hình 2.17: Đặc tính U-I của SVC ................................................................................. 51

Hình 2.18: Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp .................................. 52


Hình 2.19: Đặc tính làm việc của nguồn công suất phản .............................................. 55

Hình 2.20: Đặc tính của phụ tải công suất phản kháng qua máy biến áp điều áp

dưới tải ........................................................................................................ 55

Hình 2.21: Đặc tính làm việc của SVC ......................................................................... 56

Hình 2.22: Phối hợp đặc tính của một nguồn và hai phụ tải phản kháng ..................... 57

Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ điều khiển các van SVC .................................................. 59

Hình 3.2: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ..................................................... 61

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý của khâu tạo xung đồng bộ ................................................ 62

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của khâu phản hồi .............................................................. 63

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý của khâu khuếch đại xung.................................................. 64

Hình 3.6: Sơ đồ cấu trúc của PIC 16f877 ..................................................................... 66

Hình 3.7:Sơ đồ mô phỏng bộ phản hồi ......................................................................... 73

Hình 3.8: Đồ thị tín hiệu ra của bộ phản hồi ................................................................. 73

Hình 3.9: Sơ đồ mô phỏng bộ tạo xung đồng bộ .......................................................... 74

Hình 3.10: Đồ thị tín hiệu ra của bộ tạo xung đồng bộ ................................................. 74

Hình 3.11:Sơ đồ mô phỏng bộ khuếch đại xung ........................................................... 75

Hình 3.12: Đồ thị tín hiệu ra của bộ khuếch đại xung .................................................. 75

Hình 3.13: Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển xung .......................................................... 76

Hình 3.14: Đồ thị tín hiệu ra của bộ điều khiển xung ................................................... 76

Hình 3.15: Cửa sổ thay đổi dạng nguồn ........................................................................ 77

Hình 3.16: Sơ đồ mô phỏng bộ TCR ............................................................................ 78

Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng tổng thể hệ điều khiển các van của TCR ........................... 79

Hình 4.2: Xung điều khiển ra với góc mở 100

.............................................................. 80


.............................................................. 80


.............................................................. 81

Hình 4.5: Xung điều khiển ra vơi góc mở 900

.............................................................. 81


Hình 4.6: Xung điều khiển ra vơi góc mở 1800 ............................................................ 81

Hình 4.7: Dòng điện qua van với góc mở 00 ................................................................ 83

Hình 4.8: Dòng điện qua van với góc mở 600 ............................................................... 83

Hình 4.9: Dòng điện qua van với góc mở 950

.............................................................. 84

Hình 4.10: Dòng điện qua van với góc mở 1200 .......................................................... 84


Hình 4.12: Dòng điện qua van với góc mở 1450 ................................................ 85






Hình 4.18: Đồ thị các sóng hài bậc cao của bộ TCR .................................................... 88

Hình 4.19: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút tăng ........................ 89

Hình 4.20: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút giảm ....................... 90

Hình 4.21: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút tăng ........................ 91

Hình 4.22: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút giảm ....................... 91


LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là dạng năng lượng được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất trên

thế giới do nó có ưu điểm rất quan trọng là dễ dàng chuyển đổi sang dạng năng

lượng khác. Hơn nữa, điện năng còn là dạng năng lượng dễ dàng trong sản xuất, vận

chuyển và sử dụng. Hệ thống điện của mỗi quốc gia ngày càng phát triển để đáp

ứng sự phát triển lớn mạnh của nền kinh tế xã hội. Cùng với xu thế toàn cầu hoá

nền kinh tế, hệ thống điện cũng đã, đang và hình thành các mối liên kết giữa các

khu vực trong mỗi quốc gia, giữa các quốc gia trong khu vực hình thành nên hệ

thống điện hợp nhất có quy mô rất lớn về cả công suất lãnh thổ.

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghiệp

chế tạo các linh kiện công suất lớn và kỹ thuật đo lường điều khiển trong hệ thống

điện, nên các thiết bị bù dùng thyristor hay triắc sử dụng rất nhiều thông tin trong

toàn hệ thống được nghiên cứu và ứng dụng. ậ một số nước có trình độ cong nghệ

tiên tiến trên thế giới, các thiết bị bù dọc và bù ngang điều chỉnh nhanh bằng

thyristor hay triắc đã được ứng dụng và mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao

ổn định chất lượng điện áp của hệ thống điện. Các thiết bị thường dùng là: thiết bị

bù tĩnh có điều khiển thyristor hay triắc (SVC), thiết bị bù dọc có điều khiển

(TCSC). Các thiết bị này cho phép chúng ta vận hành hệ thống điện một cách linh

hoạt, hiệu quả cả trong chế độ bình thường hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh

nhanh công suất phản kháng và các thông số khác (trở kháng, góc pha) của chúng.

Việc nghiên cứu thiết bị bù ngang có khả năng điều chỉnh nhanh bằng

thyristor hay triắc đối với việc nâng cao ổn định và chất lượng điện áp của hệ thống

điện Việt Nam trong tương lai và nhiệm vụ rất cần thiết. Nhằm mở ra một hướng

mới trong việc áp dụng các phương pháp điều chỉnh, điều khiển hoạt động của hệ

thống điện. Bản luận văn sẽ đưa ra những đánh giá bước đầu hiệu quả của thiết bị

bù nhanh đối với công suất phản kháng trong chế độ vận hành hệ thống điện. Bản

luận văn trình bày ứng dụng phần mềm mô phỏng vào việc thiết kế, phân tích hệ

điều khiển bù công suất phản kháng SVC. Tuy nhiên, còn giới hạn về nhiều mặt nên

bản thuyết minh không tránh khỏi những thiếu sót, nên rất mong các Thầy, Cô chỉ

bảo để nội dung của đề tài được hoàn thiện hơn.


Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo T.S Nguyễn

Thanh Liêm cùng toàn thể các Thầy, Cô trong bộ môn. Kính chúc các Thầy, Cô mạnh

khoẻ và Hạnh phúc!

Tác giả

Nguyễn Thế Vĩnh


CHƯƠNG 1

THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1. HỆ THỐNG ĐIỆN HỢP NHẤT VÀ NHỮNG YÊU CẦU ĐIỀU CHỈNH NHANH

CÔNG SUẤT TRONG CÁC ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC BÌNH THƯỜNG VÀ SỰ CỐ.

1.1.1. ĐẶC ĐIỂM.

Hiện nay, xu hướng hợp nhất các HTĐ nhỏ thành HTĐ hợp nhất bằng các

đường dây siêu cao áp đang được phát triển tại nhiều quốc gia, khu vực trên khắp

thế giới. Đây là xu hướng phát triển tất yếu của các hệ thống điện hiện đại nhằm

nâng cao tính kinh tế - kỹ thuật trong sản xuất, vận hành các hệ thống điện thành

viên. Cụ thể:

+ Giảm lượng công suất dự trữ trong toàn hệ thống do hệ thống lớn nhờ khả

năng huy động công suất từ nhiều nguồn phát.

+ Giảm dự phòng chung của HTĐ liên kết, qua đó giảm được chi phí đầu tư

vào các công trình nguồn - một gánh nặng lớn trong việc phát triển HTĐ.

+ Tăng tính kinh tế chung của cả hệ thống lớn do tận dụng được các nguồn

phát có giá thành sản xuất điện năng thấp như thuỷ điện, các nguồn nhiệt điện có

giá thành rẻ như tuabin khí, điện nguyên tử...

+ Tăng hiệu quả vận hành HTĐ do có khả năng huy động sản xuất điện từ các

nguồn điện kinh tế và giảm công suất đỉnh chung của toàn HTĐ lớn.

+ HTĐ hợp nhất vận hành linh hoạt hơn so với phương án vận hành các hệ

thống riêng rẽ nhờ sự trao đổi, hỗ trợ điện năng giữa các hệ thống thành viên.

+ Giảm giá thành điện năng do tận dụng được công suất tại các giờ thấp điểm

của phụ tải hệ thống điện thành viên để cung cấp cho hệ thống khác nhờ chênh lệch

về múi giờ.

+ Giảm được chi phí vận hành, đồng thời nâng cao tính linh hoạt trong việc

sửa chữa, đại tu các thiết bị trong toàn hệ thống.

+ Nâng cao độ dự trữ ổn định tĩnh của hệ thống, qua đó nâng cao độ tin cậy

cung cấp điện do công suất dự trữ chung của cả HTĐ hợp nhất là rất lớn.


Ngoài các lợi ích đã nêu ở trên, việc hợp nhất các hệ thống điện còn cho

phép dễ dàng trao đổi năng lượng thương mại giữa các khu vực, quốc gia thành viên

góp phần thúc đẩy nền kinh tế phát triển. Việc hợp nhất hệ thống điện là cơ sở cho

việc hình thành các “thị trường điện” (Power pool), một xu hướng phát triển tất yếu

của các hệ thống điện hiện đại được hình thành từ những năm cuối thế kỷ 20 và sẽ

phát triển mạnh mẽ trong thế kỷ 21.

1.1.2. CÁC BIỆN PHÁP ÁP DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ĐIỆN.

Khi tính toán các chế độ vận hành của hệ thống điện hợp nhất có đường dây

siêu cao áp, do cấp điện áp cao nên lượng công suất phản kháng mà đường dây sinh

ra là rất lớn. Đặc biệt là khi đường dây không mang tải thì lượng công suất phản

kháng phát ra rất lớn gây nên hiện tượng quá áp ở cuối đường dây. Để hạn chế hiện

tượng nay, ta phải dùng các biện pháp kỹ thuật khác nhau như:

+ Tăng số lượng dây phân nhỏ trong một pha (phân pha) của đường dây để

giảm điện kháng và tổng trở sóng, tăng khả năng tải của đường dây.

+ Bù thông số đường dây bằng các thiết bị bù dọc và bù ngang (bù công suất

phản kháng) để giảm bớt cảm kháng và dung dẫn của đường dây làm cho chiều dài

tính toán rút ngắn lại.

+ Phân đoạn đường dây bằng các kháng điện bù ngang có điều khiển đặt ở

các trạm trung gian trên đường dây. Đối với đường dây siêu cao áp 500kV, khoảng

cách giữa các trạm đặt kháng bù ngang thường không quá 600km.

+ Đặt các thiết bị bù ngang hoặc bù dọc ở các trạm nút công suất trung gian

và trạm cuối để nâng cao ổn định điện áp tại các trạm này.

1.1.3. BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG.

Khác với các đường dây cao áp (điện áp nhỏ hơn 330kV), quá trình truyền

tải điện xoay chiều trên đường dây siêu cao áp liên quan đến quá trình truyền sóng

điện từ dọc theo đường dây. Điện trường của đường dây ít thay đổi trong quá trình

vận hành vì điện áp trên đường dây được khống chế trong giới hạn cho phép

(thường là 10%), song từ trường lại thay đổi trong dải khá rộng theo sự thay đổi

của dòng điện tải của đường dây.


+ Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lượng điện trường tính trên một đơn

vị chiều dài của một pha đường dây là:

WE = C.Uf2

+ Công suất điện trường của ba pha của đường dây có chiều dài l là:

QE = 3..C.Uf2.l

+ Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lượng từ trường tính trên một đơn vị

chiều dài của một pha đường dây khi dòng điện tải là I:

WM = L.I2

+ Công suất từ trường của ba pha của đường dây có chiều dài l là:

QM = 3.WM.l = 3.L.I2.l

+ Công suất phản kháng do đường dây sinh ra được xác định như là hiệu

giữa công suất điện trường và từ trường:

Q = QE - QM = 3..C.Uf2.l - 3.L.I

2.l

2

22

.

.1...3

f

fUC

ILUClQ

+ Khi công suất phản kháng của đường dây bằng 0, ta có:

0.

.1

2

2

fUC

IL

TN

C

f

f IZ

U

L

CUI

Trong đó:

C

LZC là tổng trở sóng của đường dây.

Khi đó, đường dây tải dòng điện tự nhiên ITN. Đối với đường dây dài hữu

hạn, hiện tượng này xảy ra khi điện trở phụ tải tác dụng bằng tổng trở sóng XC của

đường dây. Đây là chế độ tải công suất tự nhiên. Trong trường hợp này, đường dây

siêu cao áp không tiêu thụ hay phát thêm công suất phản kháng.

C

f

TNZ

UP

2.3


Việc bù thông số của đường dây siêu cao áp làm tăng khả năng tải của đường

dây và qua đó nâng cao tính ổn định. Các biện pháp thường được áp dụng và đem

lại hiệu quả cao là bù dọc và bù ngang trên các đường dây siêu cao áp.

1.1.4. BÙ DỌC VÀ BÙ NGANG TRONG ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP.

Các đường dây siêu cao áp có chiều dài lớn thường được bù thông số thông

qua các thiết bị bù dọc và bù ngang. Mục đích chủ yếu của việc đặt các thiết bị bù là

nâng cao khả năng tải của đường dây và san bằng điện áp phân bố dọc đường dây.

Hơn nữa, bù thông số còn nâng cao tính ổn định tĩnh, ổn định động, giảm sự dao

dộng công suất… làm cho việc vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt và hiệu

quả hơn. Đây là biện pháp rất cần thiết cho các đường dây siêu cao áp có chiều dài

lớn, đặc biệt là những đường dây có chiều dài gần 1/4 bước sóng như đường dây

500kV Bắc - Nam ở Việt Nam.

1.1.4.1. Bù dọc.

Trị số cảm kháng lớn của đường dây siêu cao áp làm ảnh hưởng xấu đến

hàng loạt chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật quan trọng của đường dây như: góc lệch pha

giữa đầu và cuối đường dây lớn, tổn thất công suất và điện năng trên đường dây

cao, tính ổn định điện áp tại các trạm giữa và cuối đường dây kém… Bù dọc là giải

pháp làm tăng điện dẫn liên kết (giảm điện cảm kháng X của đường dây) bằng dung

kháng XC của tụ điện. Giải pháp này được thực hiện bằng cách mắc nối tiếp tụ điện

vào đường dây. Qua đó giới hạn truyền tải của đường dây theo điều kiện ổn định

tĩnh được nâng lên. Hơn nữa, giới hạn ổn định động cũng tăng lên một cách gián

tiếp do nâng cao thêm đường cong công suất điện từ.

Khi mắc thêm tụ nối tiếp vào đường dây thì điện kháng tổng của mạch tải

điện sẽ giảm xuống còn (XL - XC). Giả sử góc lệch giữa dòng điện phụ tải I và

điện áp cuối đường dây U2 không đổi thì độ lệch điện áp U1 ở đầu đường dây và góc

lệch pha giữa vectơ điện áp giữa hai đầu đường dây giảm xuống khá nhiều. Qua

đó, ta thấy được hiệu quả của bù dọc:

* Ổn định điện áp:

+ Giảm lượng sụt áp với cùng một công suất truyền tải.


+ Điểm sụp đổ điện áp được dịch chuyển xa hơn.

* Ổn định về góc lệch :

+ Làm giảm góc lệch trong chế độ vận hành bình thường, qua đó nâng cao

độ ổn định tĩnh của hệ thống điện.

+ Làm tăng giới hạn công suất truyền tải của đường dây:

+ Trước khi bù dọc, công suất truyền tải trên đường dây là:

sin. 21

LX

UUP

Ta có giới hạn công suất truyền tải là:

L

ghX

UUP 21.

+ Sau khi bù dọc, công suất truyền tải trên đường dây là:

sin. 21'

CL XX

UUP

Ta có giới hạn công suất truyền tải là:

CL

ghXX

UUP

21.

Ta thấy sau khi bù, giới hạn truyền tải công suất của đường dây tăng lên:

k = (XL - XC)/XC


Hình 1.1: Hiệu quả của bù dọc trên đường dây siêu cao áp

* Giảm tổn thất công suất và điện năng:

+ Dòng điện chạy qua tụ điện C sẽ phát ra một lượng công suất phản kháng

bù lại phần tổn thất trên cảm kháng của đường dây.

+ Đặc trưng cho mức độ bù dọc của đường dây là hệ số bù dọc KC:

%100L

CC

X

XK

Thông thường, đối với các đường dây siêu cao áp thì hệ số bù dọc KC từ 40 -

75% tuỳ theo chiều dài của đường dây.

1.1.4.2. Bù ngang.

Bù ngang được thực hiện bằng cách lắp kháng điện có công suất cố định hay

các kháng điện có thể điều khiển tại các thanh cái của các trạm biến áp. Kháng bù

ngang này có thể đặt ở phía cao áp hay phía hạ áp của máy biến áp. Khi đặt ở phía

cao áp thì có thể nối trực tiếp song song với đường dây hoặc nối qua máy cắt được

điều khiển bằng khe hở phóng điện.

Dòng điện Il của kháng bù ngang sẽ khử dòng điện IC của điện dung đường

dây phát ra do chúng ngược chiều nhau. Nhờ đó mà công suất phản kháng do đường


dây phát ra sẽ bị tiêu hao một lượng đáng kể và qua đó có thể hạn chế được hiện

tượng quá áp ở cuối đường dây.

Việc lựa chọn dung lượng và vị trí đặt của kháng bù ngang có ý nghĩa rất

quan trọng đối với một số chế độ vận hành của đường dây siêu cao áp trong hệ

thống điện như chế độ vận hành non tải, không tải... của đường dây.

+ Trong chế độ không tải, phía nguồn khép mạch, phía tải hở mạch thì

các nguồn phát vẫn phải phát công suất tác dụng rất lớn để bù vào tổn thất

điện trở của đường dây và máy biến áp. Để khắc phục sự quá áp và quá tải

máy phát ta phải đặt kháng bù ngang tại một số điểm trên đường dây.

+ Trong chế độ non tải (PTải < PTN), thì công suất phản kháng trên

đường dây thừa và đi về hai phía của đường dây. Để đảm bảo được trị số

cos cho phép của máy phát, ta phải đặt kháng bù ngang ở đầu đường dây để

tiêu thụ công suất phản kháng.

+ Trong chế độ tải cực tiểu, công suất phản kháng do đường dây sinh

ra rất lớn (đối với đường dây siêu cao áp 500kV với Qo 1MVAR/km) nên ta

phải đặt các kháng bù ngang phân bố dọc theo đường dây để tiêu thụ lượng

công suất phản kháng này. Thông thường, khoảng cách giữa các kháng bù

ngang từ 200 - 500km.

+ Công suất phản kháng của đường dây phát ra trong chế độ không tải

được tính gần đúng như sau:

lbUQ oddC ..2

Trong đó:

Udd: Điện áp danh định của đường dây.

l: chiều dài của đường dây.

+ Đối với các đường dây siêu cao áp có điện áp 330 750kV thì ta có thể sử

dụng các quan hệ gần đúng như sau:

Xo.bo 1,15.10-6

o

oC

b

XZ


Nên ta có: C

oZ

b310.07,1

Như vậy công suất phản kháng của đường dây siêu cao áp 500kV phát ra là:

TN

C

ddC Pll

Z

UQ ..10.07,1.10.07,1 33

Đặc trưng cho mức độ bù ngang trên đường dây là hệ số KL:

%100%100C

L

C

LL

Q

Q

I

IK

Trong đó:

QL: Công suất phản kháng của kháng bù ngang

QC: Công suất phản kháng của điện dung đường dây phát ra.

Đối với các đường dây có cấp điện áp 500kV, tổng công suất của các kháng

bù ngang trên đường dây thường bằng 60 - 70% công suất phản kháng do điện dung

đường dây phát ra.

1.1.4.3. Nhận xét.

- Đường dây siêu cao áp có nhiều đặc điểm riêng về kỹ thuật cần quan tâm

khi thiết kế phát triển lưới điện, đặc biệt là về giới hạn ổn định và ổn định điện áp.

- Mô hình đường dây siêu cao áp khi tính toán phải theo sơ đồ thông số rải.

Để đưa về dạng thông số tập trung cần sử dụng sơ đồ tương đương: chia thành

những mắt xích nối tiếp.

- Đặc điểm chủ yếu của các đường dây siêu cao áp là có điện cảm và điện

dung lớn. Để đảm bảo khả năng mang tải và tránh gây ra hiện tượng quá điện áp khi

vận hành non tải hoặc không tải cần phải có biện pháp bù dọc và bù ngang.

- Trị số tối ưu của các thiết bị bù cần phải được tính toán trong từng chế độ

vận hành để đem lại hiệu quả về kinh tế - kỹ thuật.

1.2. MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ

THỐNG ĐIỆN.

1.2.1. THIẾT BỊ BÙ TĨNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG THYRISTOR (SVC - STATIC

VAR COMPENSATOR).


SVC là thiết bị bù ngang dùng để tiêu thụ công suất phản kháng có thể điều

chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của thyristor, được tổ hợp từ hai thành phần

cơ bản:

- Thành phần cảm kháng để tác động về mặt công suất phản kháng (có thể

phát hay tiêu thụ công suất phản kháng tuỳ theo chế độ vận hành).

- Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như thyristor hoặc triắc

có cực điều khiển, hệ thống điều khiển góc mở dùng các bộ vi điều khiển như

8051, PIC 16f877, VAR...

SVC được cấu tạo từ 3 phần tử chính bao gồm:

+ Kháng điều chỉnh bằng thyristor - TCR (Thyristor Controlled Reactor): có

chức năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng tiêu thụ.

+ Kháng đóng mở bằng thyristor - TSR (Thyristor Switched Reactor): có

chức năng tiêu thụ công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor.

+ Bộ tụ đóng mở bằng thyristor - TSC (Thyristor Switched Capacitor): có

chức năng phát công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC như trên hình 1.2

Sử dụng SVC cho phép nâng cao khả năng tải của đường dây một cách đáng

kể mà không cần dùng đến những phương tiện điều khiển đặc biệt và phức tạp trong

vận hành. Các chức năng chính của SVC bao gồm:


Hình 1.2: Cấu tạo vànguyên lý làm việc của SVC

- Điều khiển điện áp tại nút có đặt SVC có thể cố định giá trị điện áp.

- Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù.

- Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố (mất tải, ngắn

mạch...) trong hệ thống điện.

- Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện.

- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện như ngắn

mạch, mất tải đột ngột...

Ngoài ra, SVC còn có các chức năng phụ mang lại hiệu quả khá tốt cho quá

trình vận hành hệ thống điện như:

- Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh.

- Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây.

- Giảm góc làm việc làm tăng cường khả năng vận hành của đường dây.

- Giảm tổn thất công suất và điện năng.

1.2.2. THIẾT BỊ BÙ DỌC ĐIỀU KHIỂN BẰNG THYRISTOR (TCSC -

THYRISTOR CONTROLLED SERIES CAPACITOR).


Tương tự như SVC, phần tử TCSC là thiết bị điều khiển trở kháng nhanh của

đường dây và hoạt động trong điều kiện ổn định của hệ thống điện. Nó được tổ hợp

từ một hay nhiều module TCSC, mỗi một module bao gồm hai thành phần cơ bản:

- Thành phần cảm kháng có thể thay đổi được điện dung nhờ bộ điều chỉnh

van thyistor.

- Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như van thyristor; các

cửa đóng mở GTO,...

Ngoài ra, TCSC còn có một số thiết bị phụ như bộ lọc f nhằm lọc bỏ các

sóng hài bậc cao, thiết bị đóng ngắt phục vụ các chế độ vận hành của TCSC trong

các chế độ khác nhau của hệ thống điện.

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCSC như hình 1.3 sau:

Hình 1.3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC

Các chức năng chính của TCSC bao gồm:

- Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh.

- Giảm sự thay đổi điện áp.

- Tăng cường khả năng truyền tải của đờng dây.


- Giảm góc làm việc làm tăng cường khả năng vận hành của đường dây.

- Hạn chế hiện tượng cộng hưởng tần số thấp trong hệ thống điện.

Tuy nhiên, TCSC còn có nhiều chức năng khác có thể tăng tính linh hoạt

trong vận hành các đường dây siêu cao áp nói riêng và HTĐ nói chung. Tuỳ theo


yêu cầu của từng đường dây siêu cao áp cụ thể và chức năng của chúng trong từng

HTĐ cụ thể mà ta có thể áp dụng các phương pháp, mạch điều khiển TCSC cho phù

hợp với các chế độ vận hành trong HTĐ.

1.2.3. THIẾT BỊ BÙ TĨNH (STATCOM - STATIC SYNCHRONOUS

COMPENSATOR).

STATCOM là sự hoàn thiện của SVC, bao gồm các bộ tụ điện được điều

chỉnh bằng các thiết bị điện tử như thyistor có cửa đóng mở GTO. So với SVC, nó

có ưu điểm là kết cấu gọn nhẹ hơn, không đòi hỏi diện tích lớn như SVC và đặc biệt

là nó điều khiển linh hoạt và hiệu quả hơn.

Cấu tạo của STATCOM và đặc tính hoạt động của nó như sau:

Hình 1.4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của STATCOM

Các tính năng của STATCOM cũng giống như của SVC nhưng khả năng

điều chỉnh, điều khiển các thông số của STATCOM ở mức cao hơn, bao gồm:

- Điều khiển điện áp tại nút có đặt STATCOM có thể cố định giá trị điện áp.

- Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù.

- Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố (mất tải, ngắn

mạch...) trong hệ thống điện.



- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện như ngắn

mạch, mất tải đột ngột...

Ngoài ra, STATCOM còn có đặc điểm nổi trội so với SVC như sau:

- Có khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi

loại trừ được sự cố.

- Có thể phát công suất phản kháng khi điện áp thanh cái nhỏ hơn điện

áp lưới và ngược lại, tiêu thụ công suất phản kháng khi điện áp thanh cái lớn

hơn điện áp lưới.

1.2.4. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN DÕNG CÔNG SUẤT (UPFC - UNIFIED POWER

FLOW CONTROLLER).

UPFC là một khái niệm mới ứng dụng các thiết bị bù đa chức năng để điều

khiển điện áp tại các thanh cái độc lập, dòng công suất tác dụng P và phản kháng Q

trên các đường dây truyền tải, đặc biệt là trên các đường dây siêu cao áp nối giữa

các HTĐ nhỏ. UPFC la thiết bị làm cho lưới điện vận hành rất linh hoạt và hiệu quả.

Về nguyên lý cấu tạo, UPFC được hiểu như sự kết hợp thiết bị bù dọc làm

thay đổi góc pha (Static Synchoronous Series Compensator) với thiết bị bù ngang

STATCOM. Nó được cấu tạo từ 2 bộ chuyển đổi (converter) điều khiển thyristor có

cửa đóng mở GTO. Mỗi một bộ chuyển đổi gồm có van đóng mở (GTO) và MBA

trung gian điện áp thấp (xem hình 1.5).

Hình 1.5: Nguyên lý cấu tạo của UPFC

Máy biến áp nối với bộ chuyển đổi qua thanh cái làm việc (Buswork) và máy

cắt được mô tả trên hình. Mỗi một bộ chuyển đổi có thể ngừng hoạt động vì bất cứ

nguyên nhân nào đó, converter còn lại có thể điều khiển vận hành độc lập.


Về nguyên lý, UPFC có 3 chế độ vận hành, bao gồm:

Chế độ 1: chế độ điều khiển trở kháng XC.

2.. IjXU ; sin2

CXX

X

X

UP

Chế độ 2: chế độ điều khiển điện áp trực giao U.

22... IIjUU C ;

2cossin.

2

U

U

X

UP C

Chế độ 3: chế độ điều khiển góc pha điện áp C.

2

.exp.

2sin..2

1

11

j

U

UUU ;

2.2

cos2sin.2

tgX

UP

Trong đó: - I2: vectơ dòng của UPFC.

- XC: điện kháng bù.

- UC: điện áp bù

- Ul: vectơ điện áp nhận.

- : góc lệch giữa U2 và Ul.

- X: Điện kháng của đường dây truyền tải.

- : Góc lệch pha giữa điện áp đầu và cuối của đường dây.

Trong 3 chế độ vận hành trên của UPFC thì chế độ 2 và chế độ 3 có ưu điểm

hơn chế độ 1 vì có thể điều khiển dòng công suất tác dụng P ngay cả khi góc pha

rất nhỏ. Trong chế độ 1, nếu dòng trong thành phần bù dọc (series compensator)

giảm thì khả năng điều khiển của UPFC cũng giảm theo. Hơn nữa, trong chế độ 1

và chế độ 2, công suất của thành phần bù ngang (shunt compensator) có thể giảm tối

thiểu vì dòng công suất đi qua liên kết 1 chiều (DC link) gần như bằng 0.

Ngoài ra, thành phần bù ngang có thể điều khiển đồng thời cả dòng công suất

phản kháng Q và công suất tác dụng P truyền tải trên đường dây.

1.2.5. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN GÓC PHA BẰNG THYRISTOR (TCPAR -

THYRISTOR CONTROLLED PHASE ANGLE REGULATOR).


Thiết bị TCPAR là một khái niệm mới ứng dụng thyristor để điều chỉnh góc

lệch pha của điện áp pha của đường dây. Nó có tác dụng điều khiển công suất

truyền tải trên đường dây.

Về mặt cấu tạo, nó như một máy biến áp 3 cuộn dây nối song song với

đường dây truyền tải và có thể điều chỉnh góc lệch của điện áp Uf truyền tải trên

đường dây.

Cấu tạo của TCPAR và đặc tính hoạt động của nó như sau:

Hình 1.6: Nguyên lý cấu tạo của TCPAR

Các tính năng của TCPAR cũng như của các thiết bị bù có điều khiển khác

nhưng chức năng của nó là điều chỉnh góc pha của điện áp trên đường dây. Khả

năng điều khiển trào lưu công suất rất cao.

Các tính năng của TCPAR bao gồm:

- Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút bù.

- Tăng cường tính ổn định tĩnh của hệ thống điện.

- Tăng cường tính ổn định động của hệ thống điện.

- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện

như ngắn mạch, mất tải đột ngột...


- Có khả năng vận hành trong chế độ sự cố và tiếp tục điều khiển khi

loại trừ được sự cố.

1.2.6. NHẬN XÉT

- Các thiết bị bù dọc và ngang trên đường dây tải điện xoay chiều đều có

những đặc điểm chung là khả năng nâng cao độ tin cậy trong vận hành hệ thống

điện. Tuy nhiên, giữa các thiết bị vẫn có sự khác biệt tuỳ theo yêu cầu trong từng hệ

thống điện cụ thể, chế độ vận hành cụ thể mà ta có thể lựa chọn các thiết bị hợp lý.

- Trong thực tế vận hành, tuỳ theo yêu cầu điều chỉnh điện áp, trào lưu công

suất, nâng cao ổn định hay giảm dao động công suất trên đường dây mà ta lựa chọn

các thiết bị hợp lý dựa trên khả năng của chúng.

Ta có (bảng 1-1) so sánh các chức năng của từng thiết bị bù có điều khiển

bằng thyristor như sau:

Tên thiết bị Điều

chỉnh trào

lưu công

suất

Điều

chỉnh điện

áp

Ổn định

tĩnh

Ổn định

động

Chống

dao động

công suất

SVC * *** * * **

TCSC ** * *** *** **

STATCOM * *** ** * **

UPFC *** *** ** ** **

TCPAR *** ** ** * **

Bảng 1.1

Ghi chú: *** Rất tốt; ** Tốt; * Bình thường

KẾT LUẬN

- Hợp nhất HTĐ bằng đường dây siêu cao áp đem lại nhiều hiệu quả tổng

hợp. Tuy nhiên, có nhiều vấn đề kỹ thuật cần giải quyết, trong đó, vấn đề bù công

suất phản kháng và điều khiển có ý nghĩa quyết định trong việc giữ ổn định điện áp

và nâng cao giới hạn truyền tải.


- Việc lắp đặt các thiết bị bù dọc và bù ngang điều khiển nhờ thyristor là xu

hướng rất được quan tâm trên thế giới vì nhờ chúng mà độ tin cậy và tính kinh tế

trong vận hành HTĐ được tăng lên rất nhiều.

- Các thiết bị bù dọc và bù ngang sử dụng thyristor có khả năng điều chỉnh

gần như tức thời thông số của chúng. Việc ứng dụng các thiết bị nói trên trong HTĐ

làm nâng cao khả năng giữ ổn định điện áp và giảm dao động công suất, đặc biệt là

đối với các HTĐ hợp nhất có truyền tải bằng các đường dây siêu cao áp.

- Các thiết bị bù có điều khiển thyristor chỉ đem lại hiệu quả rất cao khi thời

điểm tác động và giá trị dung lượng bù là hợp lý cho từng chế độ vận hành của hệ

thống điện (trước sự cố, sự cố và phục hồi). Đây là một việc rất quan trọng khi vận

hành HTĐ có các thiết bị bù dọc và ngang có điều khiển thyristor.

- Với điều kiện địa lý như ở Việt Nam, đường dây truyền tải 500 kV rất dài,

các nguồn phát ở xa trung tâm phụ tải thì khả năng ứng dụng thiết bị SVC sẽ mang

lại hiệu quả trong vận hành và tăng ổn định chất lượng điện năng của HTĐ Việt

Nam.


CHƯƠNG 2

ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ BÙ SVC TRONG VIỆC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH

HỆ THỐNG ĐIỆN

Những thiết bị bù ngang có điều khiển (SVC - Static Var Cojmpensator) đầu

tiên được cho ra đời vào khoảng giữa thập kỷ 70 nhờ ứng dụng các công nghệ mới

của ngành sản xuất chất bán dẫn. Sự xuất hiện của SVC đã mở ra một kỷ nguyên

mới cho việc phát triển các thiết bị thuộc Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh

hoạt (FACTS- Flexible Alternating Current Transmission Systems). Được sử dụng

từ hàng chục năm nay, SVC đã khẳng định được các ưu điểm của mình trong việc

vận hành lưới điện và khả năng mang lại những lợi ích kinh tế to lớn cho hệ thống.

Trong hệ thống truyền tải điện năng, SVC được sử dụng với các mục đích

chính sau:

- Ổn định điện áp trong các hệ thống yếu

- Tăng khả năng truyền tải của đường dây

- Giảm tổn thất điện năng truyền tải

- Tăng cường khả năng điều khiển điện áp

- Ôn hòa các dao động công suất

2.1. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN.

2.1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ.

Cũng nhý cụng suất tỏc dụng P, cụng suất phản khỏng Q trong hệ thống ðiện

cũng cần luụn luụn phải ðiều chỉnh ðể giữ trạng thỏi cõn bằng. Việc phõn bố dũng

cụng suất trong hệ thống ðiện là một nhiệm vụ rất quan trọng nhằm ðảm bảo chất

lýợng ðiện nóng cung cấp cho cỏc phụ tải và ðảm bảo ðiều kiện vận hành cỏc thiết

bị và ðýờng dõy an toàn, trỏnh hiện týợng quỏ ỏp và một số hiện týợng khỏc do

cụng suất phản khỏng gõy nờn. Hừn nữa, nú cũn làm tóng tớnh kinh tế - kỹ thuật

trong vận hành hệ thống ðiện. Khỏc với cụng suất tỏc dụng, cụng suất phản khỏng

cú tớnh chất phõn bố theo khu vực vỡ ðiện ỏp của cỏc nỳt trong hệ thống ðiện là

khỏc nhau nờn ngoài nguồn cung cấp ðiện cụng suất phản khỏng từ cỏc nhà mỏy


ðiện thỡ cần phải cú những nguồn phỏt cụng suất phản khỏng khỏc nhý: Mỏy bự

ðồng bộ, tụ bự, khỏng ðiện … Ngoài ra, việc ðặt cỏc thiết bị bự cụng suất phản

khỏng cũn cú tỏc dụng cải thiện ðỏng kể thụng số chế ðộ, ðặc biệt ðối với ðýờng

dõy siờu cao ỏp.

Trýớc ðõy, cỏc thiết bị bự cụng suất phản khỏng thýờng khụng cú tự ðộng

ðiều chỉnh hoặc cú ðiều chỉnh nhýng rất chậm, nhảy bậc. Ngày nay với sự ra ðời

của cỏc thiết bị Thyristor cụng suất lớn và cựng với nú là cỏc thiết bị FACTS (

Fleaxible AC Transmission line System), trong ðú cú SVC, ðó khắc phục ðýợc cỏc

nhýợc ðiểm nờu trờn và mang lại hiệu quả rất cao trong vận hành hệ thống ðiện. Do

tớnh ýu việt của SVC ( khả nóng ðiều chỉnh nhanh), biờn ðộ thay ðổi khỏ lớn nờn

nú ðó ðýợc sử dụng rộng rói trờn toàn thế giới ðể cải thiện chế ðộ vận hành và mở

rộng ứng dụng việc cải thiện thụng số chế ðộ ðýờng dõy và nõng cao ổn ðịnh của hệ

thống ðiện.

SVC ðýợc lắp ðặt trong hệ thống ðiện cú tỏc dụng tóng tớnh linh hoạt của hệ

thống trờn nhiều khớa cạnh nhý: ðiều chỉnh ðiện ỏp tại vị trớ SVC mắc vào lýới,

làm tóng ổn ðịnh hệ thống, tóng khả nóng truyền tải cụng suất, giảm tức thời quỏ

ðiện ỏp, hạn chế khả nóng cộng hýởng tần sú và giảm dao ðộng cụng suất …

Thiết bị bự ngang cú ðiều khiển SVC ðúng một vai trũ quan trọng trong việc

ðiều chỉnh ðiện ỏp trong hệ thống ðiện. Nú hoạt ðộng trong hệ thống nhý một phần

tử thụ ðộng nhýng lại phản ứng của ðối týợng tự thớch nghi với thụng số chế ðộ.

2.1.2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA SVC.

2.1.2.1. Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất.

Chức năng bình thường nhất của một SVC là điều chỉnh điện áp và trào lưu

công suất phản kháng tại điểm nó được nối vào mạng lưới. Điều này cũng dễ hiểu

vì công suất phản kháng có tác dụng rất lớn đối với cường độ điện áp, mà SVC là

một thiết bị có khả năng tạo hoặc thu hút công suất phản kháng ảnh hưởng bởi sự

biển đổi của công suất tải như việc đóng cắt các phần tử của hệ thống điện: các

đường dây, các nhóm tụ bù, kháng bù, các máy biến áp. Với công suất tải lớn thì

điện áp sẽ bị giảm đáng kể thậm chí bị sụt mạnh. Điều đó là nguyên nhân dẫn đến


sự tác động của Relay điện áp thấp. Quá điện áp là nguyên nhân gây lên hiện tượng

bão hòa mạch từ trong máy biến áp, mà cũng là nguyên nhân làm tăng vọt các thành

phần sóng hài trong các máy phát điện. Điều đó, dẫn đến hiện tượng cộng hưởng

các thành phần sóng hài và có thể là sự cộng hưởng trong các tụ bù, trên đường dây

truyền tải và trong các đường cáp. Điều này có thể dẫn đến sự tác động của chống

sét van và có thể là nguyên nhân phá hỏng các chống sét van này. Sự cộng hưởng về

nhiệt của các tụ điện và các động cơ có thể pháp hỏng các thiết bị điện của hộ tiêu

thụ.

Sự thay đổi điện áp tại nút phụ tải cuối cúng của hệ thống thiếu hụt công suất

là một hàm phụ thuộc vào công suất tải của toàn hệ thống và có thể minh họa bằng

ví dụ đơn giản như hình 2.1.

UE svc Load

p,q

jXe

HÖ thèng ®iÖn

H×nh 2.1: §iÒu chØnh ®iÖn ¸p t¹i nót phô t¶i b»ng SVC

Trong đó:

E: là điện áp của hệ thống.

Xe: là điện kháng của hệ thống điện tính đến thanh cái của phụ tải.

Điện áp tại thanh cái phụ tải của hệ thống sẽ có xu hướng giảm thieo chiều

tăng của công suất tải nếu không có phần tử bù công suất phản kháng và được thể

hiện trên đường đặc tính (a) của hình 2.2. Sự cung cấp công suất phản kháng của

thiết bị SVC với dải thông số định mức tại điểm đấu phụ tải sẽ giữ cho điện áp phụ

tải ít biến đổi hơn và thể hiện trên đường đặc tính (b) của hình 2.2.

Tuy nhiên, nêu thiết bị SVC không có giới hạn về công suất phát thì điện áp

trên thanh cái của phụ tải có thể được giữ giá trị không đổi và được thể hiện trên

đường đặc tính (c) của hình 2.2.


U

(a)(b)

(c)

P0

H×nh 2.2: Sù thay ®æi cña ®iÖn ¸p t¹i thanh c¸i phô t¶i khi cã vµ kh«ng cã SVC

2.1.2.2. Giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự cố.

Chức năng quan trọng nhất là giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy

ra sự cố bình thường khi mất tải đột ngột tại một điểm trên đường dây hoặc ngắn

mạch yếu. Vì SVC có thể phản ứng trong vòng 10ms, nên thời gian quá áp sẽ được

giảm xuống thấp hơn thời gian chỉnh định bảo vệ của hệ thống rơ le. Do đó cac rơ le

không cần tác động cắt sự cố và tính chất tải điện sẽ được nâng cao. Quan hệ quá áp

với thời gian được thể hiện ở hình 2.3.

100

10s

Voltage

0

H×nh 2.3: Quan hÖ thêi gian vµ ®iÖn ¸p qu¸ ¸p

Đặc điểm này rất quan trọng đối với đường dây siêu cao áp như đường dây

500kV Bắc- Nam của nước ta bởi vì nó có chiều dài rất lớn (1487km) nhiều tình

huống

cắt ngắn mạch một phía các đoạn đường dây có thể dẫn đến hiện tượng quá áp.

Trong hệ thống điện hợp nhất của nước ta, quá điện áp xảy ra trong những

trường hợp sau:

- Cắt đường dây Phú Lâm- Hóc Môn.

- Loại bỏ phụ tải chính của hệ thống điện Miền Nam.


- Loại bỏ phụ tải ở hệ thống điện Miền Nam khi bộ tụ bù tại Phú Lâm vẫn

tác động.

- Hòa đồng bộ.

- Sửa chữa định kì kháng bù ngang tại Đà Nẵng.

- Sửa chữa định kì kháng bù ngang tại Phú Lâm.

- Sửa chữa định kì tụ bù dọc.

- Khi tự đóng lại một pha.

- Đường dây 500kV bị cắt trọng mọi trường hợp.

- Các sự cố khác.

2.1.2.3. Ôn hòa dao động công suất hữu công.

Dao động công suất là một hiện tượng có thể xảy ra sau một quá trình quá

độ, ví dụ như mất tải hoặc thình lình giảm công suất phát tại nguồn hoặc tự động

đóng lại sau khi xảy sự cố v.v…. Hệ thống tải điện càng yếu thì hiện tượng này

càng rễ xảy ra. Và đây là một vấn đề lớn đối với đường dây siêu cao áp 500kV của

nước ta.

Trong hệ thống điện hợp nhất của nước ta, dao động công suất có thể xảy ra

trong các trường hợp sau:

- Loại bỏ phụ tải Phú Lâm.

- Loại bỏ phụ tải Đà Nẵng.

- Sự cố ngắn mạch 3 pha.

- Sự cố tại nhà máy thủy điện Hòa Bình.

- Sửa chữa định kì các máy phát điện Miền Bắc.

- Sửa chữa định kì các máy phát điện Miền Nam.

Khi có dao động công suất, SVC sẽ được điều khiển nhằm kìm hãm bằng

cách thay đổi góc mở của thyristor của SVC một cách gần như tức thời.

2.1.2.4. Giảm cường độ dòng điện vô công.

Giảm cường độ dòng điện vô công và như thế sẽ giảm bớt đi tổn thất gây ra

bởi dòng điện này trên đường dây mà các nhà máy phát điện phải cung cấp. Nói

chung là tiết kiệm năng lượng và tăng năng suất của hệ thống điện.


2.1.2.5. Tăng khả năng tải của đường dây.

Tăng khả năng tải của đường dây, và tăng độ dự trữ ổn định của đường dây.

Sử dụng thiết bị bù có điều khiển cho phép biển đổi các đặc tính của đường dây,

công suất tự nhiên của đường dây và có thể đạt được chế độ làm việc của đường

dây, trong đó công suất truyền tải luôn luôn bằng công suất tự nhiên của đường dây.

Khi có đặt SVC ở giữa đường dây với công suất đủ lớn thì việc kiểm tra khả năng

tải của đường dây không phải giữa các véc tơ điện áp ở đầu và cuối đường dây mà

chỉ giữa các điểm có khả năng giữ điện áp không đổi (điểm có đặt SVC).

Công suất truyền tải của hệ thống điện thường được giới hạn bởi cấp điện áp

vận hành và điện kháng trong các máy biến áp của hệ thống.

Công suất tác dụng truyền tải trên đường dây được cho bởi công thức sau:

sinmP

P,

X

EPm

2

Trong đó:

- E là suất điện động của máy phát điện và bằng điện áp có tại thanh

cái máy phát.

- X: là điện kháng toàn bộ hệ thống điện.

- P: công suất truyền tải trên đường dây.

- Pm: công suất lớn nhất mà đường dây có thể truyền tải được.

- : góc giữa điện áp đầu cực máy phát và điện áp tại điểm xét.

Công suất lớn nhất mà đường dây có thể truyền tải được hay chính là công

suất truyền tải lớn nhất của hệ thống mà vẫn đảm bảo được tính ổn định Pm đạt được

với góc

= 900 và có giá trị bằng:

X

EPm

2

Đây chính là giới hạn ổn định của công suất truyền tải của hệ thống.

Với việc sử dụng các thiết bị SVC tại các điểm trên đường dây truyền tải sẽ

có xu hướng làm tăng khả năng tải của đường dây truyền tải bởi vì điện áp được

cung cấp thêm bởi các SVC tại điểm đấu SVC. Và khi có thiết bị SVC có công suất


đủ lớn được nối tại một điểm của đường dây sao cho điện kháng của hệ thống điện

về 2 phía của SVC bằng nhau (hình vẽ 2.4) thì khả năng truyền tải công suất của hệ

thống điện sẽ bằng :

2sin2

mP

P và điện áp U = E

1.4

1

0.6

0.2

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

0.4

0.8

1.2

1.6

2

1.8

®E', X

X/2X/2

SVC

HÖ thèng ®iÖn~

cã SVC kh«ng giíi h¹n c«ng suÊt

cã SVC giíi h¹n c«ng suÊt

Qc= Qcmax = 4Pmax

kh«ng cã SVC

H×nh 2.4: §Æc tÝnh c«ng suÊt truyÒn t¶i cña hÖ thèng khi cã vµ kh«ng cã SVC

Điều đó có nghĩa là giới hạn của trạng thái ổn định bây giơ tại góc = 1800,

và giá trị công suất max của đường dây truyền tải tăng 2 lần.

Nếu đường dây truyền tải với lượng công suất nhỏ hơn giá trị công suất max

và để giữ trạng thái ổn định thì thiết bị SVC cần phải có lượng công suất max là

Qcmax= 4Pm. Trên thực tế công suất các thiết bị bù thường nhỏ hơn cũng được chấp

nhận vì lí do kinh tế. Nếu một thiết bị bù có công suất giới hạn được vận hành lớn

hơn công suất của nó thì nó sẽ hoạt động như một kháng bù ngang có công suất

không đổi. Điều đó có nghĩa rằng điện áp tại điểm giữa không đổi và bằng giá trị E.

Khi đó công suất tác dụng truyền tải giảm và được tính theo công thức sau:

sin

41

1

m

Cm

P

QP

P


Việc tăng khả năng truyền tải công suất của hệ thống điện có thể thực hiện

được trong hệ thống điện thực tế với các thiết bị SVC nối tại các vị trí chiến lược

mà có thể tìm ra bằng việc nghiên cứu dòng điện phụ tải.

2.1.2.6. Cân bằng các phụ tải không đối xứng.

Cân bằng các phụ tải không đối xứng do SVC có khả năng giữ điện áp ổn

định theo từng pha riêng rẽ nên nó làm cho độ không đối xứng của phụ tải giảm

xuống.

Sự không đối xứng và sự xuất hiện của các tải một pha đều có ảnh hưởng

đến chất lượng điện áp trong hệ thống điện. Nó là nguyên nhân của sự không đối

xứng điện áp và sự quá tải trong các phần tử hệ thống như máy phát… và có thể làm

hỏng các máy điện quay. Bằng việc bổ sung các kháng điện bù ngang có thể đạt

được sự cân bằng phụ tải, sự cân bằng điện áp và hiệu chỉnh được hệ số công suất.

Để cân bằng các phụ tải không đối xứng như các lò điện, xe lửa… thì giải

pháp được đề ra là mắc các phần tử kháng điện vào giữa các pha của hệ thống.

2.1.2.7. Cải thiện ổn định sau sự cố.

Để cho hệ thống điện giữ được trạng thái ổn định sau các nhiễu loạn lớn do

việc loại trừ các sự cố bằng tác động của các phần tử bảo vệ. Hệ thống phải giữ

công suất truyền tải trên đường dây nhỏ hơn giá trị công suất giới hạn ổn định. Mức

công suất lớn nhất hệ thống có thể truyền tải sau những sự cố mà vẫn đảm bảo trạng

thái ổn định của hệ thống (được giữ nhỏ hơn giá trị công suất truyền tải thực tế

trong điều kiện bình thường) được gọi là giới hạn ổn định quá độ. Xét hệ thống điện

đơn giản như hình 2.5. Công suất truyền tải trước sự cố là P1 và đường đặc tính (1).

Trong khoảng thời gian tồn tại sự cố, công suất truyền tải giảm đi so với lúc trước

sự cố và được minh họa bằng đường đặc tính (2).

Công suất máy phát giảm đột ngột nhưng do quán tính rotor máy phát sẽ gia

tốc cho tới khi sự cố được xóa bỏ tại góc c bằng việc ngắt đường dây sự cố và công

suất truyền tải tăng dần trên đường đặc tính (3). Năng lượng tích lũy được trong quá

trình gia tốc của rotor được đặc trưng bằng diện tích hình (A1). Lúc này rotor vẫn

tiếp tục quay và động năng tích lũy của rotor sẽ hãm chuyển động của nó. Công suất


truyền tải của hệ thống sẽ vượt quá giá trị P1. Giá trị lớn nhất của góc quay đạt được

khi năng lượng hãm tốc (được định nghĩa bằng diện tích hình A2) bằng năng lượng

tăng tốc (diện tích hình A1).

~ HÖ thèng ®iÖn

SVC

jX L

LjX

LjX

LjX

ejX

baRX

E', X®

(b) kh«ng cã SVC (a) cã dïng SVC

0 180d i cd d crmaxd

maxP

Pt

2Pmax

A1

2AA

(1)

(3)

(2)

(2)

(3)

(1)

AA2

1A

tP

Pmax

d max crd d cid 1800

max2P

(1): Lóc tríc sù cè

(20: Lóc sù cè

(3): Lóc sau sù cè

H×nh 2.5: §Æc tÝnh c«ng suÊt khi cã vµ kh«ng cã SVC

Nếu sau sự cố góc quay lớn nhất của rotor đạt được max nhỏ hơn góc giới

hạn của rotor cr thì hệ thống giữ được trạng thái ổn định. Nếu max< cr thì năng

lượng hãm tốc có tác dụng giữ cho rotor ở trạng thái ổn định. Điều này cho phép

định chế độ vận hành ổn định cho hệ thống điện sau các kích động lớn, nhỏ.

Khi thiết bị SVC được ứng dụng tại điểm giữa của đường dây làm tăng khả

năng tải của hệ thống và được minh họa như hình 2.5. Đối với cùng một hệ thống

truyền tải nhưng khi có ứng dụng thiết bị SVC thì diện tích hãm tốc của rotor lớn

hơn chính vì thế làm tăng khả năng tải của hệ thống sau các kích động lớn, nhỏ.

2.2. THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC.

Cấu tạo chung của SVC đã được trình bầy ở chương 1.

2.2.1. CẤU TẠO TỪNG PHẦN TỬ CỦA SVC.

2.2.1.1. Nguyên lý hoạt động của bộ thyristor mắc song song ngược.

Trên hình 2.6 mô tả nguyên lý làm việc của bộ thyristor trong mạch.


* Trường hợp tải thuần trở:

Khi T1 mở thì một phần nửa chu kì dương điện áp nguồn điện đặt lên

mạch tải, còn khi T2 mở thì một phần của nửa chu kì âm của điện áp nguồn

được đặt lên mạch tải.

T1

T2

ZTU

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý bộ thyristor

Góc mở được tính từ điểm đi qua trị zêzo của điện áp nguồn.

sin2

R

Uit

Trong đó:

2

Dòng điện tải không có dạng của một

hình sin. Ta phải khai triển Fuorier của nó gồm

thành phần sóng cơ bản và các sóng hài bậc

cao.

Thành phần sóng cơ bản của dòng điện

tải i(1) lệch chậm sau điện áp nguồn một góc

được thể hiện trên đồ thị hình 2.7.

Điều đó nói lên rằng, ngay cả trường hợp

tải thuần trở, lưới điện xoay chiều vẫn cung cấp một lượng công suất phản

kháng.

Trị hiệu dụng của điện áp trên tải:

U

i

0

0

i

ii

t

t

t (1)

t

H×nh 2.7: §å thÞ dßng ®iÖn t¶i


2

2sin22.)sin2(

1

0

2 UdUUt

Trị hiệu dụng của dòng điện tải:

2

2sin22 R

UIt

* Trường hợp tải thuần cảm:

Khi = xung cho điều khiển mở T1. Dòng điện tải tăng dần lên và đạt giá

trị cực đại, sau đó giảm xuống và đạt giá trị zêzo khi = .

Khi thyristor T1 mở, ta có phương trình:

tUdt

diL sin2

ot IL

Ui

cos

2

Hằng số tích phân Io được xác định theo sơ kiện: khi = thì it = 0. Cuối

cùng nhận được biểu thức của dòng điện tải:

coscos2

L

Uit

Góc được xác định bằng cách thay = và đặt it = 0:

= 2 -

Khi = + cho xung mở T2

Để cho sơ đồ làm việc được hoàn chỉnh khi tải thuần cảm, phải thỏa mãn

điều kiện + . Do đó góc buộc phải nằm trong các giới hạn:

2 ; Khi = 2

,

cos

2

L

Uit

Dòng điện tải là dòng gián đoạn, do i1 và i2 tạo nên. Khai triển Fourier của

nó bao gồm thành phần sóng cơ bản i(1) và các sóng hài bậc cao. Thành phần sóng

cơ bản lệch chậm sau điện áp nguồn một góc /2 độc lập với góc mở .


Trị hiệu dụng của dòng điện tải:

22

2

2 coscos121

dL

UdiIt

2sin32cos22 L

UIt

Công suất mạch tải tiêu thụ là công suất phản kháng.

Nếu ta thay đổi đột ngột giá trị góc điều khiển từ = 00 sang = 1800 thì

tương ứng với trạng thái đóng hoặc mở mạch.

2.2.1.2. Kháng điều chỉnh bằng thyristor TCR (thyristor controlled reactor).

* Sơ đồ nguyên lý hoạt động:

Kháng điều chỉnh nhanh bằng thyristor (TCR) được cấu tạo dựa trên nguyên

lý hoạt động và khả năng điều khiển của cặp thyristor mắc song song và ngược

chiều nhau. Nhờ có khả năng khống chế được trị số hiệu dụng của dòng điện đi

qua thyristor liên tục thông qua việc thay đổi góc mở bằng thời điểm phát xung

điều khiển vào cực G mà TCR có khả năng điều chỉnh phát hay tiêu thụ công suất

phản kháng rất nhanh.

§KU

I

t

t

t

U

HL LU

Thyristor

H×nh 2.8: Nguyªn lý cÊu t¹o vµ ho¹t ®éng cña TCR

Qua đó, ta thấy TCR thực chất là cuộn kháng được điều khiển bằng 2

thyristor nối ngược chiều nhau. Góc mở thay đổi liên tục từ 00 đến 1800 thì TCR

sẽ thay đổi liên tục giá trị điện kháng L nhờ các tín hiệu điều khiển. Khi góc mở

thay đổi từ 900 đến 1800 thì dòng điện hiệu dụng qua TCR sẽ thay đổi giảm


dần từ giá trị cực đại đến zêzo. Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của TCR được

thể hiện trên hình 2.8.

TCR được cấu tạo từ 4 phần tử chính sau:

- L: cuộn điện kháng chính

- LH: cuộn điện kháng hãm, có chức năng giới hạn dòng đi qua thyristor và

chống lại sự cộng hưởng với hệ thống điện

- Thyristor: có chức năng điều chỉnh dòng điện đi qua TCR

- Hệ thống điều khiển: Có chức năng điều khiển tín hiệu xung đến cực

điều khiển của thyristor hệ thống này là một khâu quan trọng để điều chỉnh liên

tục dòng điện hay giá trị XL hay thay đổi trị số công suất phản kháng phát ra hay

tiêu thụ.

TCR có nhiều ưu điểm khi tham gia vào các thiết bị bù trong hệ thống điện:

- Có khả năng làm cân bằng lại phụ tải, vì TCR có thể điều khiển độc lập

trên từng pha.

- Khả năng điều khiển, điều chỉnh các thông số rất nhanh, hầu như khồn có

giai đoạn quá độ nhờ bộ van thyristor. Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR thể

hiện trên hình 2.9

U

t

t

ITCR

H×nh 2.9: §Æc tÝnh ®iÒu chØnh liªn tôc cña TCR

* Đặc tính làm việc của TCR:

TCR có khả năng điều khiển, điều chỉnh các thông số rất nhanh nhờ việc

thay đổi góc cắt (góc mở) bằng các tín hiệu xung điều khiển tác động vào bộ


van thyristor. Việc thay đổi góc cắt này sẽ làm thay đổi giá trị dòng điện chạy qua

TCR được thể hiện trên hình 2.10 sau:

Dòng điện I chạy qua TCR thay đổi từ Idđ giảm đến 0 khi góc cắt thay đổi từ

900 đến 1800. Tin hiệu này không phải là tín hiệu hình sin mà là tín hiệu có dạng

hàm chu kỳ với tần số bằng tần số của tín hiệu đặt vào (f = 50Hz). Giá trị của

dòng điện chạy qua TCR là một hàm biến thiên phụ thuộc vào góc cắt được

biểu diễn như sau:

ITCR = I0.I()

Trong đó:

- min

0

K

dm

X

UI là dòng điện chạy qua TCR khi = 900

- XKmin là điện kháng của TCR khi = 900 (thyristor dẫn hoàn toàn)

Gọi góc cắt 0 xác định tại thời điểm t0 xuất hiện tín hiệu điều khiển xung

vào cực điều khiển của thyristor.

Ta có: 00 .2t

T

với chu kỳ T = 2.

Sóng của dạng tín hiệu dòng điện được thể hiện như hình 2.11.

Hình 2.10: Ảnh hưởng của giá trị góc cắt đến dòng điện của TCR

TCR I

t

t

U

1

3 t

I TCR

1 >


U

t

I( = 90 )

I( >90 )

36018090000

00

0

0

H×nh 2.11: D¹ng sãng cña tÝn hiÖu dßng ®iÖn cña TCR

Từ dạng tín hiệu của dòng điện chạy qua TCR, ta xây dựng hàm I() như

sau:

tvoiIt

tvoi

tvoiIt

I

m

m

00

00

00

).coscos(

0

0).cos(cos

Dựa vào công thức khai triển Fuorier, khai triển hàm f(x) có chu kỳ T như

sau:

n

k

kk tkbtkaa

xf1

0 sincos2

Trong đó:

T

2

dxT

xkxf

Ta

T

k

2cos

42

0

dxT

xkxf

Tb

T

k

2sin

42

0

Hơn nữa, ta có:

ak= 0; dxT

xkxf

Tb

T

k

2sin

42

0

nếu f(x) là hàm số lẻ: f(-x) = -f(x).

bk = 0: dxT

xkxf

Ta

T

k

2cos

42

0

nếu f(x) là hàm số chẵn: f(-x) = f(x).


Áp dụng khai triển cho hàm I() ta có:

Vì hàm I() là hàm số chẵn vì đồ thị của chúng đối xứng qua trục tung nên

theo tính chất của khai triển Fuorier ta có:

dttIa

0

02

4

dtkttIak .cos2

4

0

k = 1, 2, 3, …,n

bk= 0 k = 1, 2, 3, …,n

0

00

00

0

0 coscoscoscos2

2

4

dttdttdttIa

0

0.cossin.cossin

2000 tttt

000000 cossincossin2

0sinsin2

00

dtkttIak .cos2

4

0

0

00

00

0

.cos.coscos.cos.coscos2

.cos2

4

dtkttdtkttdtkttIak

- với k = 1 ta có:

0

00

00

0

1 .cos.coscos.cos.coscos2

.cos2

4

dtttdtttdtttIa

0

0

sin.cos2sin4

1

2

1sin.cos2sin

4

1

2

120

0

0 tttttt


sin.cos2sin

4

1

2sin.cos2sin

4

1

2

20

0000

0

101 2sin2

12

a

- khi k 1 ta có:

0

00

00

0

.cos.coscos.cos.coscos2

.cos2

4

dtkttdtkttdtkttIak

0

0 0

0

0

0

0

0 .cos.cos.cos.cos.cos.cos.cos.cos2

dtktdtkttdtktdtkttak

00

0

0

0

sin.1

cos1sin12

11sin

12

12

ktk

tkk

tkk

00

sin.1

cos1sin12

11sin

12

120 ktk

tkk

tkk

0000 sin.

1cos1sin

12

11sin

12

12

k

kk

kk

k

0000 sin.

1cos1sin

12

11sin

12

12

k

kk

kk

k

Ta thấy:

+ Với k chẵn (k = 2n; n = 1,2,…,) thì ta có:

0

00

0 sin.cos

sincos2

kk

kak

02

cos.2

sincos2 00000

kk

k

+ Với k lẻ (k = 2n+1; n = 1,2,…, ) thì ta có:

000 1sin.

12

11sin

12

11sin

12

12

k

kk

kk

kak

0

00

00 sin

cossin

cos1sin

12

12

k

kk

kk

k


Tiếp tục biến đổi, ta có:

0

000 sin.

cos1sin

12

11sin

12

12

k

kk

kk

kak

0

000 sincos

1sin12

11sin

12

12

k

kk

kk

k

kk k

kk

kk

ka

0

000 sin.

cos21sin

1

11sin

1

12

Ta có:

n

k

mkTCR II1

.

Trong đó:

00 2sin12

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 900 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 1800.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1I(pu)

H×nh 2.12: §Æc tÝnh ®iÒu chØnh dßng ®iÖn TCR theo gãc c¾t


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

0.018017016015014013012011010090

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

dmm

X

UII

1

min1

K

dm

X

UI

như vậy, ta có thể hiểu TCR như là một cuộn kháng có trị số XK thay đổi

được:

1

minKK

XX

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

KX

UQ

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.


* 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


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.


U

t

t

t

t

UC

IC

Ixung

Thyristor

LHCU

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.


H×nh 2.15: Nguyªn lý cÊu t¹o vµ ho¹t ®éng cña TSR

Thyristor

ULLH

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.


Vref V

Kh©u ph¶nKh©u ®ång bé

Bé vi ®iÒu khiÓnKh©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

refU

XSL

LX /X

C

min

max

CX

0

H×nh 2.17: §Æc tÝnh U-I cña SVC


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


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


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

cUUxf

x

(4.2)

),,,,,(

222sin..XX.

.

.

0

LC

2

ei

C

Le

ei

ei

BQIUUg

X

XB

BUQ

BUI

(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:


),,,,,(

.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.


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


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

max01X

SVC

SVC

UQQ

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


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

UQQ

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.


- 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn

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¶nKh©u ®ång bé

Bé vi ®iÒu khiÓnKh©u khuÕch ®¹i

VrespTÝn 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.


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:

dtdi

It dt

x

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


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.


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

11R

ui ;

2R

Ui 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

D1DIODE

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.


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).

D2DIODE

D1DIODE

D4DIODE

D3DIODE

R70.5k

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


64

của cuộn dây máy biến áp nên không cho ic đạt ngay giá trị bão hòa và của nó là

IC=Ucc/R1.Dòng ic chỉ có thể tăng từ từ theo quy luật hàm mũ.

t

ccLc e

R

Uii 1

1

, với =L/R1

Sau khoảng thời gian 5, ic IC=Ucc/R1. Bên thứ cấp của máy biến áp xung

xuất hiện một xung điện áp trên R2 để mở thysistor.

Khi ue bằng mức “0” thì T1 khóa lại và bên thứ cấp của máy biến áp xung

không có xung điện áp để mở thysistor. Trong trường hợp này nếu không có Dr thì

năng lượng 2.2

1CILW sẽ sinh ra quá điện áp trên các cực C, E của T1. Quá điện áp

này có thể đạt tới khoảng 100V, sẽ làm phá hủy transistor T1. Lúc này Dr loại trừ

điện áp nói trên, bởi vì vừa khi UCE=VC-VE= 0.8V thì Dr mở cho dòng chạy qua, nó

làm ngắn mạch hai điểm C và F, do đó UCE=Ucc+0.8V.

DRDIODE

D2

DIODE

BAX

T12N4400

R

R2

+Ucc

RG

10k

THTHYRISTOR

PIN_RCO

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý của khâu khuếch đại xung

3.1.3.4. Khâu điều khiển tạo xung sử dụng VĐK pic 16f877.

Ngày nay, các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các

lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệt là trong kỹ thuật tự động hoá và điều

khiển từ xa. Giờ đây với nhu cầu chuyên dụng hoá, tối ưu (thời gian, không gian,


65

giá thành), bảo mật, tính chủ động trong công việc... ngày càng đòi hỏi khắt khe.

Việc đưa ra công nghệ mới trong lĩnh vực chế tạo mạch điện tử để đáp ứng những

yêu cầu trên là hoàn toàn cấp thiết mang tính thực tế cao.

* Bộ Vi điều khiển 8 bit PIC16F877 (Đặc tính nổi bật của bộ vi xử lí).

+ Sử dụng công nghệ tích hợp cao RISC CPU.

+ Người sử dụng có thể lập trình với 35 câu lệnh đơn giản.

+ Tất cả các câu lệnh thực hiện trong một chu kì lệnh ngoại trừ một số câu lệnh

rẽ nhánh thực hiện trong 2 chu kì lệnh.

+ Tốc độ hoạt động là: - Xung đồng hồ vào là DC- 20MHz

- Chu kỳ lệnh thực hiện trong 200ns

+ Bộ nhớ chương trình Flash 8Kx14 words

+ Bộ nhớ Ram 368x8 bytes

+ Bộ nhớ EFPROM 256x 8 bytes

Khả năng của bộ vi xử lí này

+ Khả năng ngắt ( lên tới 14 nguồn ngắt trong và ngắt ngoài )

+ Ngăn nhớ Stack được phân chia làm 8 mức

+ Truy cập bộ nhớ bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.

+ Nguồn khởi động lại (POR)

+ Bộ tạo xung thời gian (PWRT) và bộ tạo dao động (OST)

+ Bộ đếm xuang thời gian (WDT) với nguồn dao động trên chíp (nguồn dao

động RC ) hoạt động đáng tin cậy.

+ Có bảng lựa chọn dao động.

+ Công nghệ CMOS FLASH /EEPROM nguồn mức thấp ,tốc độ cao.

+ Thiết kế hoàn toàn tĩnh .

+ Mạch chương trình nối tiếp có 2 chân.

+ Xử lý đọc /ghi tới bộ nhớ chương trình .

+ Dải điện thế hoạt động rộng : 2.0V đến 5.5V

+ Nguồn sử dụng hiện tại 25 mA

+ Dãy nhiệt độ công nghiệp và thuận lợi .


66

+ Công suất tiêu thụ thấp:

Hình 3.6: Sơ đồ cấu trúc của PIC 16f877

< 0.6mA với 5V, 4MHz

20 A với nguồn 3V, 32 kHz

< 1 A nguồn dự phòng.

Các đặc tính nổi bật của thiết bị ngoại vi trên chip

+ Timer0: 8 bít của bộ định thời, bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước

+ Timer1: 16 bít của bộ định thời, bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước, có khả năng

tăng trong khi ở chế độ Sleep qua xung đồng hồ được cung cấp bên ngoài.


67

+ Timer 2: 8 bít của bộ định thời, bộ đếm với 8 bít của hệ số tỷ lệ trước, hệ số tỷ

lệ sau

+ Có 2 chế độ bắt giữ, so sánh, điều chế độ rộng xung (PWM).

+ Chế độ bắt giữ với 16 bít, với tốc độ 12.5 ns, chế độ so sánh với 16 bít, tốc độ

giải quyết cực đại là 200 ns, chế độ điều chế độ rộng xung với 10 bít.

+ Bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự với 10 bít .

+ Cổng truyền thông nối tiếp SSP với SPI phương thức chủ và I2C(chủ/phụ)

+ Bộ truyền nhận thông tin đồng bộ, dị bộ(USART/SCL) có khả năng phát hiện

9 bít địa chỉ.

* Cổng vào ra.

Một số chân của các cổng vào/ra được tích hợp với một số hàm có thể thay đổi

để phù hợp với những thiết bị ngoại vi. Nhìn chung khi thiết bị ngoại vi hoạt động,

các chân có thể không sử dụng với mục đích làm chân vào ra.

- Cổng A và thanh ghi TRISA:

Cổng A là cổng hai chiều với độ rộng đường truyền là 6 bit. Để điều khiển

việc truy xuất dữ liệu người ta dùng thanh ghi TRISA . Nếu đặt bít TRISA = 1 thì

lúc này cổng A sẽ tương ứng có các chân là chân vào .Nếu xoá bít TRISA = 0 thì

lúc này cổng A sẽ tương ứng có các chân là chân ra. Việc đọc cổng A chính là đọc

trạng thái của các chân, trong khi đó việc viết phải qua việc viết các chốt của cổng.

Các chân của cổng A chủ yếu được sử dụng với mục đích chính là nhận tín hiệu

tương tự hoặc làm các chân vào ra. Riêng chân RA4 có thể đa hợp với chân vào bộ

Timer 0 và khi đó nó trở thành chân RA4/T0CKI. Chân này như một đầu vào của

Schmitt Trigger và nó mở đầu ra. Các chân khác của cổng A là chân vào với bộ

TTL. Việc điều khiển các chân này thông qua việc đặt hay xoá các bít của thanh ghi

ADCON1. Thang ghi TRISA điều khiển trực tiếp các chân của cổng A, khi sử dụng

các chân này để nhận tín hiệu tương tự vào ta phải chắc chắn rằng các bít của thanh

ghi TRISA đã được đặt rồi.

- Cổng B và thanh ghi TRISB:


68

Cổng B (RB3/PGM, RB6/PGC, RB7/PGD) là cổng hai chiều với độ rộng

đường truyền là 8 bit.Tương ứng với nó để điều khiển trực tiếp dữ liệu ta sử dụng

thanh ghi TRISB. Nếu đặt bít TRISB = 1 thì lúc này các chân của cổng B được định

nghĩa là chân vào. Nếu xoá bít TRISB = 0 thì lúc này các chân của cổng B được

định nghĩa là chân ra. Nội dung của chốt ra có thể chọn trên mỗi chân.

- Cổng C và thanh ghi TRISC:

Cổng C là cổng hai chiều với độ rộng đường truyền là 8 bit .Tương ứng với

việc điều khiển nó là thanh ghi TRISC. Nếu đặt bít TRISC = 1 thì tương ứng với

chân của cổng C là chân vào. Nếu ta xoá bít TRISC = 0 thì tương ứng với nó chân

của cổng C là chân ra . Đặt nội dung của chốt ra có thể đặt trên chân chọn. Cổng C

đa hợp với việc vận hành thiết bi ngoại vi. Chân của cổng C thông qua bộ đệm

Schmitt Trigger đầu vào.

- Cổng D và thanh ghi TRISD

Cổng D có 8 bít có bộ đệm đầu vào Schmitt Trigger. Mỗi chân được sắp xếp

riêng lẻ như đầu vào hoặc đầu ra. Cổng D cũng có thể được sắp xếp như là một

cổng vi xử lý 8 bit (cổng phụ song song) bằng việc đặt bít điều khiển

PSPMODE(TRISE<4>) và trong chế độ này vùng đệm đầu vào là TTL.

- Cổng E và thanh ghi TRISE:

Cổng E có 3 chân là RE0/RD/AN5, RE1/WR/AN6, RE2/CS/AN7. Các chân

này có thể sắp xếp riêng lẻ là các đầu vào hoặc các đầu ra, và các chân có vùng đệm

đầu vào là các mạch Schmitt Trigger.

Cổng vào/ra E trở thành đầu vào điều khiển cho cổng vi xử lý khi bit

PSPMODE(TRISE<4>) được đặt. Và trong chế độ này phải chắc chắn rằng các bit

TRISE<2:0> được đặt (các chân được định dạng là các đầu vào số), thanh ghi

ADCON1 phải được định dạng cho việc số vào/ra và vùng đệm đầu vào là TTL.

Các chân cổng E cũng được tích hợp với các đầu vào tương tự và trong trường

hợp này các chân sẽ đọc là „0‟.


69

Thanh ghi TRISE điều khiển trực tiếp các chân RE, ngay cả khi chúng được

dùng là các đầu vào tương tự.

3.1.4. THUẬT TOÁN PID DÙNG CHO BỘ VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877.

3.1.4.1. Bộ điều khiển PID dưới dạng tương tự.

Bộ ðiều khiển PID ðýợc ðịnh nghĩa bởi mối quan hệ sau ðây giữa bộ ðiều

khiển ðýợc nhập vào e(t) và ðầu ra bộ ðiều khiển u(t).

t

d

i

cdt

deTedt

TeKtu

0

1 (3-1)

Trong ðó: e = SP- PV: sai số ðiều khiển và là ðầu vào bộ ðiều khiển PID.

SP: tín hiệu mong muốn.

PV: tín hiệu ra của hệ thống.

Ti : thời gian tích phân (tính bằng phút).

Td: thời gian vi phân (tính bằng phút).

Kc: hệ số khuyếch ðại của bộ ðiều khiển.

éầu ra bộ ðiều khiển PID bao gồm 3 thành phần: tỉ lệ, tích phân, vi phân.

Thành phần tỉ lệ:

eKtu cp .

Thành phần tích phân:

t

i

cI edt

T

Ktu

0

.

Thành phần vi phân:

dt

deTKtu dcD .

Việc lấy phép biến ðổi Laplace của phýừng trình (3-1) ðýa ra hàm truyền K(p):

pK

p

KK

pE

pUpK d

ip .

Hàm truyền này rõ ràng minh họa thành phần của tỷ lệ, thời gian tích phân, và

thời gian vi của PID. Lựa chọn những ðịnh nghĩa mới cho những thuật ngữ phù hợp

với ngôn ngữ của chương trình khi viết cho bộ vi điều khiển:


70

cp KK ; i

ci

T

KK ; dcd TKK .

3.1.4.2. Bộ điều khiển PID dưới dạng số.

Xử lí sai số

fPVSPke

Trong đó:

e(k): tín hiệu số sai số

SP: tín hiệu số mong muốn .

PVf: tín hiệu ra dạng số của hệ thống.

* Thành phần tỉ lệ:

keKku c

* Thành phần tớch phõn:

tieie

T

Kku

k

ii

c

I

1 2

1

Thành phần tớch phõn ðýợc tớnh theo phýừng phỏp hỡnh thang ðể trỏnh tỏc

ðộng của những thay ðổi ðột ngột của PV hoặc SP.

* Thành phần vi phõn:

Bởi vỡ cú thể cú thay ðổi ðột ngột của SP nờn ðể trỏnh ðột biến của thành

phần vi phõn, khụng lấy vi phõn sai số mà chỉ lấy vi phõn của PV.

1

kPVkPVt

TKku ff

d

cD

* éầu ra bộ ðiều khiển PID thực tế:

tf

d

i

cdt

dPVTdtPVSP

TPVSPKtu

0

1

* Hạn chế ðầu ra:

Nếu maxuku thỡ maxuku

Nếu minuku thỡ minuku

3.1.4.3. Thuật toán điều khiển PID nâng cao.

*Tớnh toỏn sai số:


71

éể tóng hệ số khuyếch ðại khi biờn ðộ sai số lớn thỡ sai số ðýợc xỏc ðịnh nhý

sau:

range

f

fSP

PVSPLLPVSPke 1

L là hệ số tuyến tớnh L = 0 1.

Riờng ðối với thành phần tỉ lệ thỡ:

range

f

fSP

PVSPLLPVSPkebke

1

kebKku cP

* éiều chỉnh thành phần tớch phõn:

2

21 10

1

1

2

1

range

k

ii

cI

SP

iet

ieie

T

Kku

* éiều chỉnh thành phần vi phân:

2

210

11range

dcD

SP

ieieie

t

TKku

3.1.5. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU KHIỂN GÓC MỞ CÁC VAN CỦA SVC.

Hệ điều khiển được chỉ ra trên hình cho ở phụ lục 1.

Trong hệ thống điều khiển ta có thể sử dụng 8 bộ thysistor mắc song song

ngược chiều nhau với các đầu ra điều khiển của bộ vi điều khiển Pic 16f877 từ các

chân (PIN) C0C5 và D0D1. Trong chương trình viết cho vi điều khiển ta chỉ điều

khiển các bộ van thysistor hay triắc cùng một pha.

3.2. PHẦN MỀM ISIS MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN SVC.

Phần mềm ISIS đã ra đời, phát triển trên 12 năm nay bởi Labcenter

Electronics- một công ty sản xuất phần mềm CAD của Anh- và được hàng nghìn

người sử dụng trên khắp thế giới. Với ISIS chúng ta có thể mô phỏng hầu hết các

dạng mạch điện tử, và lần đầu tiên ở các chương trình CAD, ISIS cho phép thiết kế

hoàn chỉnh một hệ thống Vi điều khiển như PIC, 8051, AVR, Motorola, bao gồm


72

toàn bộ mạch phần cứng giao diện bên ngoài, sau đó mô phỏng sự tương tác giữa

chúng. ISIS còn đặt quan tâm đến việc thiết kế mạch in (Printed Circuit Board-

PCB) với sự hỗ trợ kết xuất mạch điện sang môi trường mạch in (ARES) hoặc một

chương trình CAD Layout khác để vẽ mạch in.

3.3. MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN VAN THYRISTOR HOẶC TRIẮC CỦA BỘ

TCR.

3.3.1. MÔ PHỎNG CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN.

3.3.1.1. Bộ đo giá trị dòng điện và điện áp .

Để phát hiện được những biến đổi của hệ thống điều khiển, bộ đo tín hiệu

điện áp và có tác dụng lấy tín hiệu điện áp trên các điểm trong hệ điều khiển.

Bộ đo tín đo cả tín hiệu liên tục và tín hiệu số. Điện áp trên dây là điện áp

hình sin và biến đổi theo thời gian với chu kì 0,02sec. Điện áp lấy phản hồi đưa vào

bộ vi điều khiển PIC 16f877 (bộ điều khiển xung) là một tín hiệu điện áp một chiều.

Tín hiệu đồng bộ là dạng điện áp xung chữ nhật cung chu kì với điện áp trên dây.

tín hiệu đầu ra các chân (PIN) của bộ vi điều khiển là dạng xung chữ nhật.

Các phần tử sử dụng trong bộ đo được cho ở bảng 3-1.

Đối tượng Máy đo hiện

sóng

Máy đo tín hiệu

đấu cuối

Cực đo dòng

điện tức thời

Cực đo điện

áp tức thời

Biểu tượng

Bảng 3-1

3.3.1.2. Khâu lấy tín hiệu phản hồi.

Để có tín hiệu trung thực với điện áp trên dây tại một điểm, ta sử dụng khâu

phản hồi có tác dụng lấy tín hiệu điện áp hiệu dụng so sánh với tín hiệu đồng bộ

được đưa về chân RB0/INT và chân RA0/AN0 của bộ vi điều khiển 16f877.

Khâu lấy tín hiệu phản hồi có tín hiệu điện áp lấy ra là 3V từ đó ta có thể tính

toán giá trị điện áp thực trên dây tại một điểm nào đó (có hệ số máy biến áp, hệ số

bộ chỉnh lưu cầu một pha).

Các phần tử sử dụng cho khâu phản hồi được cho ở bảng 3-2


73

Đối tượng Nguồn xoay

chiều lấy từ

MBA

Bộ chỉnh lưu

cầu

Tụ lọc

Biểu tượng

Bảng 3.2

Khâu lấy tín hiệu phản hồi có sơ đồ như hình 3.7

Hình 3.7:Sơ đồ mô phỏng bộ phản hồi

Tín hiệu ra của khâu phản hồi như hình 3.8

Hình 3.8: Đồ thị tín hiệu ra của bộ phản hồi

3.3.1.3. Khâu tạo xung đồng bộ.

Nhiệm vụ của khâu tạo xung đồng bộ là lấy tín hiệu đồng bộ phù hợp với tín

hiệu vào đồng bộ của bộ vi điều khiển và tần số của lưới điện, bộ tạo xung đồng bộ

như được mô phỏng hình 3.9.

Các phần tử sử dụng cho khâu tạo xung đồng bộ được cho ở bảng 3-3


74

Đối tượng Điện trở Điốt Photo-transistor

Biểu tượng

Bảng 3.3

Hình 3.9: Sơ đồ mô phỏng bộ tạo xung đồng bộ

Tín hiệu ra của khâu tạo xung đồng bộ như hình 3.9

Hình 3.10: Đồ thị tín hiệu ra của bộ tạo xung đồng bộ

3.3.1.4. Khâu khuếch đại xung.

Chức năng của khâu khuếch đại xung, là lấy tín hiệu xung từ các xung ra của

bộ vi điều khiển chưa đủ giá trị về điện áp và dòng điện để mở các van của bộ TCR.

đo đó cần phải khuếch đại tín hiệu xung sao cho đảm bảo các giá trị thông số để mở

các van.

Ngoài ra khâu khuếch đại có chức năng cách ly giữa mạch điều khiển với

mạch động lực bằng máy biến áp xung.


75

Các phần tử sử dụng cho bộ khuếch đại xung được cho ở bảng 3-4

Đối tượng Biến áp xung Transistor Điốt Điện trở

Biểu tượng

Bảng 3.4

Khâu khuếch đại xung có cấu trúc như hình 3.11.

Hình 3.11:Sơ đồ mô phỏng bộ khuếch đại xung

Tín hiệu ra của khâu khuếch đại xung như hình 3.12.

Hình 3.12: Đồ thị tín hiệu ra của bộ khuếch đại xung

3.3.1.5. Khâu điều khiển xung.

Nhiệm vụ của khâu điều khiển xung là thay đổi giá trị góc điều khiển (góc

mở của các van của TCR). Bộ điều khiển xung ta sử dụng bộ vi điều khiển

PIC16f877, nó có khả năng so sánh giữa các tín hiêu phản hồi và đồng bộ, từ đó nó

thực hiện theo luật điều khiển PID được viết chương trình cho PIC để đưa ra các tín

hiệu xung điều khiển. Sơ đồ mô phỏng được chỉ ra trên hình 3.13.


76

Hình 3.13: Sơ đồ mô phỏng khâu điều khiển xung

Tín hiệu ra xung điều khiển như hình 3.14. Trong chương trình ta viết cho

tám (08) bộ kháng điều khiển TCR.

Hình 3.14: Đồ thị tín hiệu ra của khâu điều khiển xung

3.3.2. CÁC PHẦN TỬ KHÁC TRONG MÔ PHỎNG.

3.3.2.1. Nguồn điện.

Chương trình mô phỏng ISIS có thể mô phỏng được các dạng nguồn như

dạng nguồn hình sin, dạng xung, dạng không sin…được chỉ ra trên bảng 3-5.

Đối tượng Biểu tượng Ghi chú


77

Nguồn áp xung chữ nhật

Nguồn áp xung đồng hồ

Nguồn áp xung dizắc

Nguồn áp xung dao động

Nguồn áp hàm mũ

Nguồn áp hình sin

Nguồn áp

Nguồn sin

Có thể thay đổi dạng

nguồn

Bảng 3.5

Hình 3.15: Cửa sổ thay đổi dạng nguồn

Trong tất cả các nguồn được chương trình mô phỏng là các nguồn điện tĩnh

và nó có thể thay đổi thông số và dạng nguồn như hình 3.15trên.

3.3.2.2. Bộ kháng có điều khiển TCR.

Về mặt cấu tạo như đã đề cập ở chương 2, bộ TCR gồm hai thyristor ghép

song song ngược chiều nhau hoặc triắc nối tiếp với một điện kháng. Thời gian dẫn

dòng của các van phụ thuộc vào góc mở có được từ hệ điều khiển.

Các phần tử tạo thành bộ TCR được cho trong bảng 3-6 sau:


78

Đối tượng Điện kháng Thyristor Triắc

Biểu tượng

Bảng 3.6

Ta có bộ TCR một pha được mô phỏng như hình 3.16.

Hình 3.16:Sơ đồ mô phỏng bộ TCR

KẾT LUẬN

Chương trình mô phỏng ISIS là một dụng cụ phân tích bộ điều khiển rất linh

hoạt và hiệu quả. Nó có thể mô phỏng được gần như tất cả các phần tử trong bộ

điều khiển bù công suất phản kháng. Đặc biệt nó cho phép nạp chương trình cho bộ

vi điều khiển (khâu điều khiển xung). Do đó chương trình mô phỏng ISIS là một

chương trình mô phỏng rất quan trọng trong công tác phân tích thiết kế bộ điều

khiển cho các thiết bị bù co điều khiển.


79

CHƯƠNG 4

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ISIS MÔ PHỎNG

THIẾT BỊ BÙ SVC CÓ ĐIỀU KHIỂN

4.1. SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG SVC CÓ

ĐIỀU KHIỂN.

Từ việc phân tích cấu tạo nguyên lý làm việc của các khâu ta có sơ đồ mô

phỏng tổng quát mô hình hệ điều khiển bộ TCR đã nói ở chương 3. Như vậy toàn

bộ mạch mô phỏng bộ điều khiển van TCR của SVC dùng bộ vi điều khiển

PIC16f87, ta muôn chạy mạch thì phải thực hiện các thao tác sau, để cho bộ vi điều

khiển PIC 16f877 làm việc thì PIC cần có một chương trình viết trên ngôn ngữ lập

trình CCSC đúng với công nghệ điều khiển, vì bộ viều khiển PIC16f877 cho phép

lập trình được và ISIS cho phép mô phỏng nạp chương trình file.hex.

File.hex của chương trình điều khiển góc mở của bộ thyristor mắc song song

ngược chiều nhau hay triắc được cho ở phụ lục 3.

Sơ đồ mô phỏng tổng thể bằng ISIS như hình 4.1sau:

Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng tổng thể hệ điều khiển các van của TCR

4.2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.


80

4.2.1. ĐỒ THỊ ĐIỀU KHIỂN XUNG THEO CHẾ ĐỘ ĐIỆN ÁP THAY ĐỔI.

Các đồ thị điều khiển xung theo độ biến thiên điện áp của của điểm nút tại

một pha được thể hiện trên hình 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6.

Đây chính là điện áp điều khiển tạo xung mở van lấy từ bộ vi điều PIC

16f877 trên các chân đầu ra với chương trình điều khiển nạp cho PIC theo thuật

điều khiển PID như đã trình bầy ở mục 3.1.4. Chương trình điều khiển viết cho bộ

vi điều khiển có thể điều khiển được 08 bộ thyristor mắc song song ngược hay triắc

trong cùng một pha và được cho ở phụ lục 2.




81



Hình 4.6: Xung điều khiển ra vơi góc mở 1800


82

Nhận xét:

Thông qua kết quả nhận được ta có nhận xét sau:

- Các đồ thị xung điều khiển biến thiên tỷ lệ thuận với độ tăng của điện áp

của nút khi ta tiến hành thay đổi điện áp.

- Trong chế độ xác lập các van thyristor hay triắc làm việc ở một góc mở

không đổi.

- Khi tiến hành thay đổi giá trị điện áp cũng tương tự như ta thay đổi giá rị tải

tại điểm nút đó thì xung điều khiển cũng thay đổi theo tương ứng. Nếu điện áp tại

điểm nút đó tăng lên tương ứng tiến hành cắt tải thì lúc này xung điều khiển sẽ

giảm dần về góc pha đầu (hay góc điều khiển giảm). Phản ứng này làm cho dòng

của các van tăng dần lên so với giá trị điện áp tại thời điểm ban đầu, tương ứng sẽ

tiêu thụ một lượng công suất phản kháng ứng với độ tăng do điện áp.

- Khi điện áp tại điểm nút đó giảm tương ứng ta tiến hành đóng tải, thì lúc đó

xung điều khiển sẽ tăng dần góc pha đầu (hay góc điều khiển tăng). Phản ứng này

làm cho dòng qua các van giảm so với giá trị điện áp tại thời điểm ban đầu, tương

ứng sẽ giảm lượng tiêu thụ công suất phản kháng.

- Xung điều khiển các van của các pha sẽ lệch nhau 1200, đúng như thứ tự

pha của hệ thống điện 3 pha. Trong chương trình luận văn chỉ dùng điều khiển một

pha nhưng có mở rộng được 3 pha.

- Khi giá trị điện áp càng lớn thì kháng càng điều chỉnh gần giới hạn, ta thấy

xung điều khiển mở van càng gần với xung qua điểm gốc. Đến thời điểm trùng với

xung tại điểm gốc thì lúc đó các van mở hoàn toàn, dòng điện qua van cực đại,

kháng tiêu thụ công suất phản kháng lớn nhất.

- Khi giá trị điện áp giảm quá ngưỡng cho phép thì góc điều khiển sẽ tiến đến

góc 1800, hay lúc này hệ thống điều khiển không phát xung điều khiển đến các van

của bộ TCR, dẫn đến các van khoá lại.

Do số liệu điện áp nút chưa được ổnn định, chưa thể hiện đúng so với thực tế

nên dẫn đến đặc tính điều khiển xung ra có sai số nên khả năng ổn định của các

xung điều khiển ra chưa cao.


83

4.2.2. ĐẶC TÍNH DÕNG QUA THYRISTOR ĐIỆN KHI ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP

TẠI NÖT.

Dạng dòng điện qua thyristor hoặc triắc của một pha ở trường hợp khi điện

áp tại nút đặt bộ TCR của thiết bị bù có điều khiển SVC được thể hiện trên hình 4.7,

4.8, 4.9.



84



Khi điện áp tại nút giảm dần thì giá trị góc điều khiển thyristor hoặc triắc

tăng dần lên làm giá trị dòng điện qua các van giảm được thể hiện trên hình 4.10,

4.11, 4.12.


85




Khi điện áp tại nút giảm đến giá trị cho phép, lúc này hệ thống điều khiển sẽ

dần không đưa xung điều khiển đến cực điều khiển của thyristor hoặc triắc (hay góc


86

điều khiển tăng dần đến góc 1800). Dòng điện qua các van được thể hiện trên hình

4.13, 4.14, 4.15.



87



Khi giá trị điện áp đạt giá trị ổn định cho phép thì hệ thống điều khiển các

van không phát xung điều khiển (hay góc điều khiển đạt tới góc 1800). Dòng qua


88

các van của TCR gần như băng không hay các van khoá lại, được chỉ ra trên hình

4.16, 4.17.



Từ các đặc tính dòng điện qua thyristor hoặc triắc một pha ta có một số nhận

xét sau:

- Khi có điều khiển góc mở vào các van của bộ TCR vào điểm nút góp

phần cải thiện độ biến thiên dòng điện dẫn đến biến thiên công suất phản kháng tại

điểm nút. Giá trị điện áp được giữ trong một phạm vi nhất định mà không bị vượt ra

khỏi giá trị cho phép.


89

- Tuy một phần nào đã phản ánh được tác dụng khi có điều khiển của thiết bị

bù. Nhưng do trong mạch tồn tại các sóng hài bậc cao, điều này làm cho các dạng

sóng dòng điện cũng như điện áp bị méo đi. Đây là nguyên nhân làm cho quá trình

mô phỏng có sai số.

Các sóng hài tồn tại trong sóng dòng điện có giá trị như hình 4.18.

Hình 4.18: Đồ thị các sóng hài bậc cao của bộ TCR

4.3. ĐẶC TÍNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC VAN SVC.

Trong chương trình viết cho bộ vi điều khiển PIC16f877 ta có thể thay đổi

được các tham số của luật điều khiển PID. Do đó hệ thống điều khiển góc mở các

van của TCR được thí nghiệm với các tam số khác nhau, ứng với mỗi hệ thống

điện cần bù khác nhau ta có thể thay đổi tham số của luật điều khiển PID và hệ

thống điều khiển khác nhau. Phần mô phỏng này ta thực hiện hai trường hợp với

các thông số Kp, Ki, Kd của luật điều khiển.

Trường hợp 1:

* Khi điện áp tăng với các giá trị khác nhau lớn hơn so với điện áp ngưỡng

đặt vào hệ điều khiển, thì tốc độ để điều khiển góc mở đến các van của TCR sẽ

thay đổi khác nhau, ứng với các tham số của luật điều khiển PID (Kp=1; Ki=0.5;

Kd= 0.5) thì ta có đặc tính hình 4.19.


90

t

U(V)

3.3

3.4

3.2

3

0.040ms3020100

2.9

3.1

Hình 4.19: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút tăng

* Khi điện áp giảm với các giá trị khác nhau nhỏ hơn so với điện áp ngưỡng


thay đổi khác nhau như đặc tính hình 4.20.


91

U(V)

t

3.1

2.9

2.7

0 10 20 30 40ms0.0

2.6

2.8

3

Hình 4.20: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút giảm

Từ sơ đồ điều khiển các van của TCR ta đưa ra bảng số liệu với các thời gian

làm ổn định điện áp tại nút như bảng 4-1.

U(V) 3,4 3,3 3,2 3.1 3 2,9 2,8 2,7 2,6

t(ms) 25 10 7 2 0 2 7 10 25

Bảng 4.1

Nhận xét qua các trường hợp như sau:

Khi giá trị điện áp trên nút lơn hoặc nhỏ hơn nhiều so với điện áp ngưỡng là

3(V), thì thời gian làm ổn định điện áp về giá trị ngưỡng càng lớn.

Trường hợp 2:

* Khi điện áp tăng với các giá trị khác nhau lớn hơn so với điện áp ngưỡng


thay đổi khác nhau, ứng với các tham số của luật điều khiển PID (Kp=1; Ki= 0.5;

Kd= 0.9) thì như đặc tính hình 4.21.


92

3.1

2.9

0 10 20 30 40ms0.0

3

3.2

3.4

3.3

U(V)

t

Hình 4.21: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút tăng

* Khi điện áp giảm với các giá trị khác nhau nhỏ hơn so với điện áp ngưỡng


thay đổi khác nhau như đặc tính hình 4.22.

3

2.8

2.6

0.040ms3020100

2.7

2.9

3.1

t

U(V)

Hình 4.22: Đặc tính điều khiển các van TCR khi điện áp tại nút giảm


93

Từ sơ đồ điều khiển các van của TCR ta đưa ra bảng số liệu với các thời gian

làm ổn định điện áp tại nút như bảng 4-2.

U(V) 3,4 3,3 3,2 3.1 3 2,9 2,8 2,7 2,6

t(ms) 32 18 9 3 0 3 9 18 32

Bảng 4.2

Nhận xét qua các trường hợp như sau:

Khi giá trị điện áp trên nút lơn hoặc nhỏ hơn nhiều so với điện áp ngưỡng là

3(V), thì thời gian làm ổn định điện áp về giá trị ngưỡng càng lớn.

KẾT LUẬN

- Sừ ðồ điều khiển dùng bộ vi điều khiển phát xung ðiều khiển cho các cặp

Thyristor nối song song ngýợc hay triắc có cấu trúc ðừn giản, làm việc tin cậy, dễ

thực hiện. Sừ ðồ có thể thực hiện ðiều khiển ðóng cắt cuộn kháng TCR, ðóng cắt tụ

ðiện TSC, ðóng cắt cuộn kháng TSR… Tuỳ theo số lýợng các thiết bị cần ðiều

chỉnh hoặc ðóng cắt, ta thực hiện số lýợng chân ra của bộ vi điều khiển để ðiều

khiển týừng ứng.

- Các kết quả cho thấy hiệu ứng tác động nhanh của kháng bù ngang có điều

khiển thyristor hay triắc (TCR) trong việc điều chỉnh điện áp nâng cao ổn định của

hệ thống.

- Mô hình mô phỏng thiết bị kháng có thể được ghép với mô hình đường dây

cao áp hoặc siêu cao áp để nghiên cứu khả năng, mức độ nâng cao ổn định của

kháng bù ngang TCR với luật điều khiển PID dùng bộ vi điều khiển PIC 16f877.

- Hiện tại số liệu vào được xử lý trên cơ sở tính toán. Để hoàn thiện mô hình

mô phỏng kháng bù ngang TCR cần phải tìm hiểu kỹ khâu xử lý số liệu vào trên

thực tế để mô hình mô phỏng mang tính hiện thực.


94

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Kết luận:

Sau khi tìm hiểu nguyên lý làm việc, tính năng của thiết bị bù có điều khiển

thyristor hay triắc và khả năng ứng dụng trong hệ thống điện, ta rút ra một số kết

luận sau:

- Đối với hệ thống truyền tải bằng đường dây siêu cao áp thì việc bù thông số

là hết sức quan trọng để năng cao khả năng truyền tải và tính ổn định của chúng,

đặc biệt là đối với đường dây siêu cao áp có chiều dài 1/4 bước sóng như ở Việt

Nam. Cùng với sự tiến bộ vượt bậc về khoa học công nghệ, việc nghiên cứu sản

xuất và ứng dụng các thiết bị làm linh hoạt hệ thống truyền tải điện năng xoay chiều

mở ra xu hướng mới trong việc nâng cao hiệu quả và tự động hoá, hiện đại hoá hệ

thống điện trên toàn thế giới.

- Thiết bị bù có điều khiển SVC làm cho hệ thống điện vận hành linh hoạt

trong các chế độ bình thường và sự cố đồng thời làm tăng độ tin cậy và tính kinh tế

trong vận hành của hệ thống điện lên rất nhiều. Hơn nữa, việc sử dụng SVC trong

hệ thống điện còn làm tăng chất lượng điện năng, đặc biệt tại các nút có phụ tải

quan trọng cần yêu cầu cao về độ ổn định điện áp.

- Khi dùng SVC trong hệ thống điện, ta cần chú ý đến nhược điểm của

chúng, đó là hiện tượng cộng hưởng sinh ra trong quá trình làm việc của thiết bị bù

có điều khiển. Để tránh hiện tượng cộng hưởng trong chúng, thì việc giới hạn góc

mở của van là rất quan trọng, nếu không khắc phục được nhược điểm này thì các

thiết bị bù không những không cải thiện được hệ thống điện mà còn làm xấu đi chế

độ làm việc của hệ thống.

- Việc nghiên cứu ứng dụng thiết bị bù ngang SVC trong hệ thống điện Việt

Nam sẽ cải thiện được việc ổn định điện áp tại nút có đặt SVC. Đặc biệt là hệ thống

điều khiển góc mở của các van của SVC dùng bộ vi điều khiển PIC 16f877.

- Một vấn đề quan trọng nữa cũng được đề cập đến trong bản luận văn, là bộ

vi điều khiển PIC16f877 thực hiện nhiệm vụ điều khiển trung tâm có chương trình


95

cài đặt theo luật điều khiển PID, điều khiển các van của SVC đã được nghiên cứu

và có những ứng dụng ban đầu.

Hướng phát triển của đề tài.

Nghiên cứu sâu chương trình mô phỏng ISIS áp dụng vào các bài toán mô

phỏng thiết bị trong hệ điều khiển của các thiết bị bù trong hệ thống điện.

1

Môc lôc 1: S¬ ®å nguyªn lý cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn c¸c van cña SVC

RA0/AN02

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-4

RA4/T0CKI6

RA5/AN4/SS7

RE0/AN5/RD8

RE1/AN6/WR9

RE2/AN7/CS10

OSC1/CLKIN13

OSC2/CLKOUT14

RC1/T1OSI/CCP216

RC2/CCP117

RC3/SCK/SCL18

RD0/PSP019

RD1/PSP120

RB7/PGD40

RB6/PGC39

RB538

RB437

RB3/PGM36

RB235

RB134

RB0/INT33

RD7/PSP730

RD6/PSP629

RD5/PSP528

RD4/PSP427

RD3/PSP322

RD2/PSP221

RC7/RX/DT26

RC6/TX/CK25

RC5/SDO24

RC4/SDI/SDA23

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI15

MCLR/Vpp/THV1

U1

PIC16F877

A

B

OS0

RXD

RTS

TXD

CTS

A

B

OS1

A

B

OS2

A

B

OS3

A

B

OS4

6

5

4

1

2

U2

D0 va T0

DDIODE

R50.1k

Udb

nguon

U2(A)

A

B

UDB

R43k

+12v

Uph(RA0/AN0)

A

B

D7DIODE

D8

DIODE

BAX

Q12N4400

R9

2k

R11

+15v

D2DIODE

D1DIODE

D3DIODE

D4DIODE

R70.5k

A

B

R7(1)

R8(2)

R8

1k

U1(RC1/T1OSI/CCP2)

U522kv

R12

10k

L1100H

SW1

SW-SPST

(+)

L1(2)

U1(RC2/CCP1)

U1(RC3/SCK/SCL)

U1(RC4/SDI/SDA)

U1(RD0/PSP0)

U1(RD1/PSP1)

U1(RC0/T1OSO/T1CKI)

U1(RC5/SDO)

i5(MT2)

L2100H

R6

900k

U1(RB0/INT)

L2(1)

L2(2)

C11000u

U3THYRISTOR

U4

THYRISTOR

L3B82498F1682J000

L4B82498F1682J000

L5B82498F1682J000

1

Phụ lục 2

Chương trình điều khiển nạp cho bộ vi điều khiển PIC 16f877

#include <16F877.h>

#fuses HS,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP

#use delay(clock=16000000)

#use rs232(baud=9600, xmit=PIN_C6, rcv=PIN_C7) // Jumpers: 8 to 11, 7 to

12

#define bothyristort1ortriac PIN_C0






#define bothyristort7ortriac PIN_D0

#define bothyristort8ortriac PIN_D1

float const Kp=10;// cac he so kp, ki, kd

float const Ki=0.4;

float const Kd=0.1;

int tgian, tgianmo, tgianmo1;

#int_RTCC

RTCC_isr()

{

set_timer0(231);//131

if(tgianmo!=100)// 100 la ms

{

if(tgian==tgianmo)

{

output_high(PIN_C0);



output_low(PIN_C0);

}

if(tgian==tgianmo+100)

{




output_low(PIN_C0);

}

if(tgian==tgianmo)

{


2



output_low(PIN_C1);

}


{




output_low(PIN_C1);

}

if(tgian==tgianmo)

{




output_low(PIN_C2);

}


{




output_low(PIN_C2);

}

if(tgian==tgianmo)

{




output_low(PIN_C3);

}


{




output_low(PIN_C3);

}

if(tgian==tgianmo)

{



3


output_low(PIN_C4);

}


{




output_low(PIN_C4);

}

if(tgian==tgianmo)

{




output_low(PIN_C5);

}


{




output_low(PIN_C5);

}

if(tgian==tgianmo)

{

output_high(PIN_D0);



output_low(PIN_D0);

}


{




output_low(PIN_D0);

}

if(tgian==tgianmo)

{




4

output_low(PIN_D1);

}


{




output_low(PIN_D1);

}

}

tgian++;

}

#int_EXT

EXT_isr()

{

set_timer0(255);

tgian=0;

}

void main()

{

int i, value, min, max;

float de,e0,e,luue0; //do lech ap; luue0 la gia tri luu cua e0 a

float v0;//dien ap dat 0-5v

float v; //dien ap do duoc

float sum;//

float Vp,Vi,Vd;

float dt;

setup_adc_ports(AN0);

setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL);

setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_16);

setup_timer_1(T1_DISABLED);

setup_timer_2(T2_DISABLED,0,1);

enable_interrupts(INT_RTCC);

enable_interrupts(INT_EXT);

ext_int_edge( H_TO_L);

enable_interrupts(GLOBAL);

set_timer0(231);

sum=0;e0=0;

v0=3;

tgianmo=2;

do {

//thuat toan PID

5

value = Read_ADC();

v=(float)(value)/255;

v=v*5;

e=v0-v;

lap:

sum=sum+e;

de=e0-e;

luue0=e0;

e0=e;

Vp=Kp*e;

Vi=Ki*sum;

Vd=Kd*de;

dt=Vp+Vi+Vd;

if(dt>5)

{

dt=5;

if(sum>50)sum=50;

}else

if(dt<-5)

{

dt=-5;

if(sum<-50)sum=-50;

}

dt=dt*10;

tgianmo=50+(int)dt;

delay_ms(20);

printf("\n\rDien ap: %f, %i",v,tgianmo);

} while (TRUE);

}

1

Phụ lục 3

File.hex chương trình điều khiển nạp cho bộ vi điều khiển PIC 16f877

3008008A2800000000FF0E03018300A1080A00A0018A080400A2087700A3087800A4087

900A5087A00A6087B00A7138312831E8B281D190B28341E0B2821188B28370822008408

2300F7082400F8082500F9082600FA082700FB0820008A0E2100830EFF0E7F0009118A12

0A2850118A120A2A03100A108A110A0782340A340D344434693465346E3420346134703

43A342034253466342C342034253469340030E7008108293C64190329FE082902281D0328

72102B082B1683008712831407102B082B1683008712831407102B082B168300871283140

7102B082B16830087128310073064072902281D03288F102B082B1683008712831407102B

082B1683008712831407102B082B1683008712831407102B082B168300871283100708290

2281D0328AB10AB082B168300871283148710AB082B168300871283148710AB082B1683

00871283148710AB082B16830087128310873064072902281D0328C810AB082B16830087

1283148710AB082B168300871283148710AB082B168300871283148710AB082B16830087

12831087082902281D0328E4112B082B1683008712831507112B082B16830087128315071

12B082B1683008712831507112B082B16830087128311073064072902281D032901112B08

2B1683008712831507112B082B1683008712831507112B082B1683008712831507112B082

B1683008712831107082902281D03291D11AB082B168300871283158711AB082B1683008

71283158711AB082B168300871283158711AB082B16830087128311873064072902281D0

3293A11AB082B168300871283158711AB082B168300871283158711AB082B1683008712

83158711AB082B1683008712831187082902281D032956122B082B1683008712831607122

B082B1683008712831607122B082B1683008712831607122B082B16830087128312073064

072902281D032973122B082B1683008712831607122B082B1683008712831607122B082B1

683008712831607122B082B1683008712831207082902281D03298F12AB082B1683008712

83168712AB082B168300871283168712AB082B168300871283168712AB082B1683008712

8312873064072902281D0329AC12AB082B168300871283168712AB082B16830087128316

8712AB082B168300871283168712AB082B1683008712831287082902281D0329C0168310

08128314081683100812831408168310081283140816831008128310083064072902281D032

9D5168310081283140816831008128314081683100812831408168310081283100808290228

1D0329E9168310881283148816831088128314881683108812831488168310881283108830

64072902281D0329FE16831088128314881683108812831488168310881283148816831088

128310880AA8110B118A120A282130FF008101A8108B118A120A2821308E00F7085D00

F8085C00F901FA08F81D032A1E087900F801F9300802F708F81D032A1E01F72A2610031

BF82A250DF90DF803F72A1E13F80000158A120A284E086019032AEF00EC086419032A

EF02EC1C032A39307F07EC18032AEF2A3F308102EC1C032AEF19032AEF086C00F701

F801F901FA01EB086100EA17EA086200E9086300E8301900EC086702E818032A6230010

2E918032A6202EA18032A6202EB18032A620AEB0AEA0AE9086707E82A94086602E918

032A7D300102EA18032A7D02EB18032A7D0AEB0AEA086607E9086707E81C032A940

AE91D032A940AEA1D032A940AEB2A940865388002EA18032A93300102EB18032A930

AEB0865388007EA086607E91C032A710AEA1D032A710AEB2A71147A0BEC2A972AA

210030DE80DE90DEA0DEB10030DFA0DF90DF80DED2A4E1C6D2AAA10030CF80CF9

0CFA0CED2AAD03F719032AEF1BED2AD610030DE80DE90DEA0DEB086702E818032

AC2300102E918032AC202EA18032AC202EB1C032AE5086602E918032ACD300102EA1

8032ACD02EB1C032AE50865388002EA18032AD6300102EB1C032AE50AFA1D032AE5

0AF91D032AE50AF81D032AE50AF719032AEF0CF80CF90CFA086100EC086506EC1FE

C2AED17F82AF313F82AF301F701F801F901FA0000158A120A2866085C19032B6700E40

86019032B6707E418032B08307F02E41C032B6719032B672B0C308107E418032B6708640

0F701F801F901FA085D00E817E8085E00E7085F00E6301800E401E51C662B35086307FA

1C032B270AF91D032B270AF8190317E5086207F91C032B2E0AF8190317E5086100DE17

DE085E07F8180317E50DE50CF80CF90CFA0CE80CE70CE610030BE42B1A300107F718

2

032B671BF82B4C0DE80DFA0DF90DF803F719032B671FE82B5D0AFA1D032B5D0AF91

D032B5D0AF81D032B5D0CF80CF90CFA0AF719032B67085D00E5086106E51FE52B651

7F82B6B13F82B6B01F701F801F901FA000034003080188306E501EA01EB086100E90865

06E9086019032C5A00E800F7086419032C6302E819032C001C032BBF086500EE17EE086

600ED086700EC01EB10030CEE0CED0CEC0CEB0BE82B8A1FE92B97146A2C77106A10

68166A306300842C8C126A1BE92BA91C682BB40CEE0CED0CEC0CEB0AF719032C722

BB41BEE2BB710030DEB0DEC0DED0DEE03F719032C722BA9176A2C1F136A086100E

91FE12BBD17EE2C6B13EE2C6B086400E800F7086002E8086100EE17EE086200ED0863

00EC01EB10030CEE0CED0CEC0CEB0BE82BCB1FE92BD814EA2C7710EA106816EA3

06700842C8C12EA1BE92BEA1C682BF50CEE0CED0CEC0CEB0AF719032C722BF51BE

E2BF810030DEB0DEC0DED0DEE03F719032C722BEA17EA2C1F13EA086500E91FE52

BFE17EE2C6B13EE2C6B086500EE17EE086600ED086700EC1FE92C0D13EE156A2C771

16A01EB1068306300842C8C1BE92C35086100E91C682C1F0CEE0CED0CEC0CEB0AF7

19032C721FEB2C300AEC1D032C300AED1D032C300AEE1D032C300CEE0CED0CEC0

AF719032C721B6A2BB61BEA2BF72C54308006EE1FEE2C3D2C77086500E92C4A08610

0E908EE1D032C4A08ED1D032C4A08EC1D032C4A01F72C6B1BEE2C5410030DEB0DE

C0DED0DEE0BF72C4A2C721FE92C5817EE2C6B13EE2C6B086400F7086500EE086600E

D086700EC2C6B086000F7086100EE086200ED086300EC086E00F8086D00F9086C00FA2

CAA01F701F801F901FA2CAA01EB09EC09ED09EE09EB0AEB1D032C850AEC1D032C

850AED19030AEE186A2B9618EA2BD7196A2C0C2C3A080007EC1C032C960AED1D03

2C960AEE190314680384080007ED1C032C9E0AEE19031468038408001F803A8007EE18

0314681A6A2B9C1AEA2BDD2C1200003400085D00E4086106E41FE42CB7110310031B

DD14032CEA085D00E4086000E5085C02E519032CC51FE42CEA08033A0100832CEA08

6100E5085D02E519032CD11FE42CEA08033A0100832CEA086200E5085E02E519032CD

D1FE42CEA08033A0100832CEA086300E5085F02E519032CE91FE42CEA08033A010083

2CEA10033400308E00F7085C02F7085D00F9085E00F817F908F719032D02100308F91D0

32CFE08F819032D020CF90CF80BF72CF71FDD2D0909F809F90AF819030AF90000158A

120A29FB305C0084080019032D21300500F801F70BF72D150BF82D14302E00F70BF72D

1B000000000B802D12158A120A2A03086100EA086200EB01EC1FDE2D2D176A03EB17

DE085D19032DD0307F025D1C032D8C00DD01ED300400EE10030DE00DDF0DDE0DEC

0BEE2D393004025D18032D4C3003025D1D032DC6300A026C1C032DC6300302DD0AE

D267E10030DE00DDF0DDE0DEC2667300200EE10030CEC0CDE0CDF0CE00BEE2D582

67E300400EE10030CE10CE20CE30CE40BEE2D622667267E086300E4086200E3086100E

201E12667267E086200E4086100E301E101E2266719EC2D4008DD1D032D850AE00ADF

0ADE0AEC2DC610030DE00DDF0DDE0DEC03DD2D4009DD0ADD307F07DD01ED300

400EE10030DE00DDF0DDE0DEC0BEE2D93300407DD3005025D1C032DD2267E10030

DE00DDF0DDE0DEC10030DE00DDF0DDE0DEC266710030DE00DDF0DDE0DEC0AED

300300EE10030CEC0CDE0CDF0CE00BEE2DB4300302DD1E6C2D9C10030CEC0CDE0

CDF0CE003DD2D9C09DD0ADD300307DD0A6D02EB1C0301EB30012DD330022DD330

0000E61BEA2DE11BEB2DE108EB19032DE130201E0C2DDC00990BEB2DDB1F6A2DE

7302D1E0C2DE400991FEA2DF41BEB2DF408EB19032DF430301E0C2DEF00990BEB2D

EB13EA136A1C662DFF086D00E6086D00E80A6A07E82E291CE62E030A6A00ED08EA1

9032E65302E1E0C2E070099086D00E903E9086A02691C032E13086A00E908E919032E1C

30301E0C2E1700990BE92E16086D00EE0A6A02EE18032E8703DD0A6A00E8086D02E8

086800E6086C00E5085D19032E3300E710030CE50BE72E2F086819032E65303007651E0

C2E38009908661D032E4508EA19032E65302E1E0C2E42009903E603E819032E65085D19

032E5100E710030DE50BE72E4D086502EC267E10030DE00DDF0DDE0DEC10030DE00

DDF0DDE0DEC266710030DE00DDF0DDE0DEC2E2900002E87086407E01C032E700FD

F2E700FDE2E700AEC086307DF1C032E770FDE2E770AEC086207DE18030AEC086107E

C3400086C00E1085E00E2085F00E3086000E434000000158A120A2A23086401F80263180

32E93086300F72E9F01F7300800E50DE30DF708640277180300F70DF80BE52E96340030

201E5E303000DF085D00F71FDD2EAF09F70AF7087700DD302D00DF17DE085D00E330

3

6400E4268B087700DD3030077800E0085D00E3300A00E4268B3030077700E23030077800

E1085F00F71DDE2ECA1FDE115E1A5E2ED71FDE2EF2195E2EF2087700E018DE2EF20

87700E12EF2303002601D032EF2087700E0302000DF1DDE2EE5115E14DE1FDE10DE30

3002611D032EF2087700E1302000E01DDE2EE510DE1FDE105E1D5E2EF8085F1E0C2EF

500991CDE2EFE08601E0C2EFB00991C5E2F0408611E0C2F01009908621E0C2F0500991

58A120A2A323FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3F

FF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FF

F3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF

3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3

FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3F










F3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF3FFF0184301F05831683141F149F151F119F301900993022009

830901283009830FF00AB1683101F149F151F159F1283171F179F1683139F1283141F1683

080139C03803008112830190300000F800923000168300921283168B160B1683130130C012

83048B30E7008101CB01CA01C901C801B701B601B501B401C301C2302000C1308000C0

300200A9151F191F2845081E00AD01DD082D00DC118A2A0A158A087700DC087800DD

087900DE087A00DF00E3085E00E2085D00E1085C00E001E701E6307F00E5308600E4118

A2A2A158A087A00C7087900C6087800C5087700C4084700DF084600DE084500DD0844

00DC01E301E2302000E1308100E0118A22F7158A087A00C7087900C6087800C5087700C

41483084300E3084200E2084100E1084000E0084700E7084600E6084500E5084400E4118A

236D158A087A00BB087900BA087800B9087700B81083084B00E3084A00E2084900E108

4800E0083B00E7083A00E6083900E5083800E4118A236D158A087A00CB087900CA0878

00C9087700C81483083700E3083600E2083500E1083400E0083B00E7083A00E6083900E5

083800E4118A236D158A087A00B3087900B2087800B1087700B0083700BF083600BE083

500BD083400BC083B00B7083A00B6083900B5083800B401DF01DE302000DD308200DC

083B00E3083A00E2083900E1083800E0118A22F7158A087A00CF087900CE087800CD08

7700CC30CD00DF30CC00DE304C00DD307D00DC084B00E3084A00E2084900E1084800

E0118A22F7158A087A00D3087900D2087800D1087700D030CD00DF30CC00DE304C00

DD307B00DC083300E3083200E2083100E1083000E0118A22F7158A087A00D7087900D6

087800D5087700D41083084F00E3084E00E2084D00E1084C00E0085300E7085200E60851

00E5085000E4118A236D158A087700DC087800DD087900DE087A00DF1083085F00E308

5E00E2085D00E1085C00E0085700E7085600E6085500E5085400E4118A236D158A087A0

0DB087900DA087800D9087700D801DF01DE302000DD308100DC085B00E3085A00E20

85900E1085800E0118A24AC158A1C0329A601DB01DA302000D9308100D801DF01DE3

04800DD308400DC084B00E3084A00E2084900E1084800E0118A24AC158A1C0329A501

CB01CA304800C9308400C829D8085B00DF085A00DE085900DD085800DC01E301E230

A000E1308100E0118A24AC158A1C0329D801DB01DA30A000D9308100D8084B00DF08

4A00DE084900DD084800DC01E301E230C800E1308400E0118A24AC158A1C0329D801

CB01CA30C800C9308400C8085B00DF085A00DE085900DD085800DC01E301E2302000

E1308200E0118A22F7158A087A00DB087900DA087800D9087700D8085B00DF085A00D

E085900DD085800DC118A2CEB158A3032077800A9301400DC118A2D0D158A01DC085

C118A203A158A0ADC00F708771E0C2A0C0099300B025C1D032A05084700E0084600D

F084500DE084400DD01E401E3300100E2300600E1118A2D24158A302C1E0C2A2500993

0201E0C2A290099082900DD301F00DE118A2EA0158A284400633FFF3FFF3FFF3FFF3F

4





















































5





















































6





















































7





















































8





















































9





















































10












FFF3FFF3FFF

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Hồng Anh, Nguyễn Bê, “Ứng dụng điện tử công suất trong hệ

thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ

số 40+41/2003.

[2] TrÇn B¸ch, Líi ®iÖn & hÖ thèng ®iÖn, tËp 2, tËp 3, NXB Khoa häc kü

thuËt, 2004.

[3] Nguyễn Bính, Điện tử công suất, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật,

2000.

[4] NguyÔn BÝnh, Kü thuËt biÕn ®æi ®iÖn n¨ng, §¹i häc B¸ch khoa Hµ néi,

1982.

[5] Phan §¨ng Kh¶i, Huúnh B¸ Minh, Bï c«ng suÊt ph¶n kh¸ng líi cung

cÊp vµ líi ph©n phèi, NXB khoa häc kü thuËt, 2001.

[6] L· V¨n ót, Ph©n tÝch vµ ®iÒu khiÓn æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn, NXB Khoa

häc kü thuËt, 2001.

[7] H. Bulher. Electronique de puissance, Dunod, 1981.

[8] Charles Concordia. Reactive Power Compensators, Florida, 10-1992.

[9] I.A Erinmez, Static Var Compensators, International Conference on

Large Hight Voltage Electric System, 1986.

[10] John G.Kassakian, Martin F. Schkecht, George C. Verghese, Principles

of Power Electronic, Addison-Wesley- United States of America, 1999.

[11] Laszlo Gyugyi & Narain G.Hurgorani, Understanding FACTS, IEEE,

London, 1999.

[12] T.J.E.Miller & Charkes Concordia, Reactive Power Control in Electric

System, Addison- Wesley- United States of America, 1992.

[13] Nigel Gardner, PICmicro MCU C® An introduction to programming

The Microchip PIC in CCS C, Bluebird Electronics, 2002.

dieu...

Engineering