MÔ PHÎNG HÆ THÐNG IÀU KHIÂN CÁC THI¾T BÊ BÙ TRONG HÆ THÐNG TRUYÀN T¢I IÆN XOAY CHIÀU

LINH HO T

SIMULATION OF THE CONTROL SYSTEM IN THE COMPENSATORS

OF THE FLEXIBLE AC TRANSMISSION SYSTEM

NGUYÄN HÒNG ANH - NGUYÄN BÊ

¡i hÍc à Nµng

TÓM T®T

Các linh kiÇn iÇn tí công su¥t lÛn °ãc éng dång rÙng rãi trong các thi¿t bË bù cça hÇ thÑng truyÁn t£i iÇn xoay chiÁu linh ho¡t (FACTS) ß các n°Ûc phát triÃn trên th¿ giÛi. Bài báo trình bày mÙt hÇ thÑng phát xung à kích mß cho các c·p Thyristor nÑi song song ng°ãc trong các thi¿t bË FACTS.

ABSTRACT

The power electronics applied in the compensators of FACTS are widely used in the developed countries. This article presents a system which springs up the pulse for opening two thyristors connected parallel - opposite in the FACTS.

1. ·t v¥n Á

Kù thu­t truyÁn t£i iÇn hiÇn ¡i ã sí dång các thi¿t bË bù, dËch pha °ãc iÁu khiÃn b±ng các linh kiÇn iÇn tí công su¥t à cung c¥p nguÓn nng l°ãng khi c§n thi¿t à b£o £m tính Õn Ënh cça hÇ thÑng iÇn. Các thi¿t bË này k¿t hãp vÛi các bÙ vi xí lý cho phép iÁu khiÃn nguÓn nng l°ãng mÙt cách linh ho¡t, kh£ nng tñ Ùng hoá cao £m b£o Ù tin c­y và Ù Õn Ënh cça hÇ thÑng, trong ó hÇ thÑng iÁu khiÃn óng mÙt vai trò r¥t quan trÍng. ViÇc thi¿t k¿ và tính toán chính xác hÇ thÑng iÁu khiÃn s½ b£o £m sñ làm viÇc tin c­y cça hÇ thÑng bù, góp ph§n nâng cao tính Õn Ënh cça hÇ thÑng iÇn.

2. iÁu khiÃn Thyristor

Thyristor chÉ mß cho dòng iÇn ch¡y qua khi có iÇn áp d°¡ng ·t lên anôt và xung iÇn áp d°¡ng ·t lên cñc iÁu khiÃn. Sau khi Thyristor ã mß thì xung iÁu khiÃn không còn tác dång, dòng iÇn ch£y qua Thyristor do thông sÑ cça m¡ch Ùng lñc quy¿t Ënh.

2.1. S¡ Ó c¥u trúc

S¡ Ó khÑi m¡ch iÁu khiÃn Thyristor nh° hình 1.

M¡ch iÁu khiÃn có các chéc nng sau:

- iÁu chÉnh °ãc vË trí xung iÁu khiÃn trong ph¡m vi nía chu kó d°¡ng cça iÇn áp trên anôt- catôt cça Thyristor.

- T¡o ra °ãc các xung có ç iÁu kiÇn mß °ãc Thyristor. Xung iÁu khiÃn th°Ýng có biên Ù të 2 ¿n 10V, Ù rÙng xung tx= 20-100¼s Ñi vÛi thi¿t bË chÉnh l°u ho·c c·p Thyristor ¥u song song ng°ãc.

Ù rÙng xung °ãc xác Ënh theo biÃu théc:

EMBED Equation.3

Trong ó:

Idt là dòng duy trì cça Thyristor;

di/dt là tÑc Ù tng tr°ßng cça dòng t£i.

C¥u trúc cça mÙt m¡ch iÁu khiÃn Thyristor gÓm 3 khâu chính sau ây:

- Khâu Óng bÙ (B): t¡o tín hiÇu Óng bÙ vÛi iÇn áp anôt-catôt cça Thyristor c§n mß. Tín hiÇu này là iÇn áp xoay chiÁu, th°Ýng l¥y të bi¿n áp có s¡ c¥p nÑi song song vÛi Thyristor c§n mß.

- Khâu so sánh-t¡o xung (SS-TX): làm nhiÇm vå so sánh giïa iÇn áp Óng bÙ th°Ýng ã °ãc bi¿n thà vÛi tín hiÇu iÁu khiÃn mÙt chiÁu à t¡o ra xung kích mß Thyristor.

- Khâu khu¿ch ¡i xung (K): t¡o ra xung mß có ç iÁu kiÇn à mß Thyristor.

SHAPE \* MERGEFORMAT

Khi thay Õi giá trË iÇn áp mÙt chiÁu Uk thì góc mß ± s½ thay Õi.

2.2. Nguyên t¯c iÁu khiÃn

Sí dång nguyên t¯c iÁu khiÃn th³ng éng arccos nh° hình 2 Ã thñc hiÇn iÁu chÉnh vË trí ·t xung trong nía chu kó d°¡ng cça iÇn áp ·t trên Thyristor.

Theo nguyên t¯c này, ß khâu so sánh có hai iÇn áp ·t vào:

- iÇn áp Óng bÙ sin, sau khi ra khÏi khâu B °ãc t¡o thành tín hiÇu cos

- iÇn áp iÁu khiÃn là áp mÙt chiÁu có thà bi¿n Õi °ãc

iÇn áp ub= Um sinÉt thì: Uc = Um cosÉt

Giá trË ± °ãc tính theo ph°¡ng trình sau: Umcos± = Uk

Do ó: ± = arccos(Udk/Um)

- khi Udk = Um thì ± = 0

- khi Udk = 0 thì ± =/2

- khi Udk = -Um thì ± =

Nh° v­y, khi iÁu chÉnh Udk të trË -Um ¿n +Um, ta có thà iÁu chÉnh °ãc góc ± të 0 ¿n .

2.3. Khâu so sánh sí dång khu¿ch ¡i thu­t toán OA

S¡ Ó nÑi khu¿ch ¡i thu­t toán làm khâu so sánh °ãc mô t£ trên hình 3.

SHAPE \* MERGEFORMAT

3. Mô phÏng s¡ Ó phát xung iÁu khiÃn Thyristor

3.1. S¡ Ó nguyên lý

Trong ph§n này trình bày mÙt s¡ Ó iÁu khiÃn cho hai Thyristor nÑi song song ng°ãc nh° hình 4 ã °ãc thi¿t k¿ và l¯p ráp thñc t¿.

S¡ Ó làm viÇc theo nguyên t¯c iÁu khiÃn th³ng éng arccos , trong ó khâu t¡o hàm cos(t và khâu so sánh sí dång OA lo¡i (A741, so sánh theo kiÃu hai tín hiÇu cùng d¥u. Khâu khu¿ch ¡i xung sí dång mÙt Transistor và bi¿n áp xung. Khâu khu¿ch ¡i có thà tính chÍn khác nhau tuó thuÙc vào Thyristor °ãc chÍn.

S¡ Ó gÓm hai kênh kích mß cho hai Thyristor T1 và T2 nÑi song song ng°ãc. M×i kênh gÓm có 3 khâu: khâu t¡o hàm cos(t, khâu so sánh và khâu khu¿ch ¡i.

- Khâu t¡o hàm kích mß cho T1gÓm: OA1, R1, R2, R3, R4 và tå C1. Khâu t¡o hàm kích mß cho T2 gÓm: OA3, R11, R12, R13, R14 và tå C2.

- Khâu so sánh cho kênh kích mß T1 là OA2 và cho T2 là OA4. Tín hiÇu ra cça các khâu t¡o hàm s½ °a vào cÕng không £o cça các OA và cÕng £o °ãc c¥p b±ng nguÓn áp [-V1( +V1]. Thay Õi iÇn áp iÁu khiÃn b±ng cách thay Õi bi¿n trß BT.

- Khâu khu¿ch ¡i xung cho kênh T1 gÓm: Tr1, R5, R6, R7, R8, BAX1, D2, D3.

- Khâu khu¿ch ¡i xung cho kênh T2 gÓm: Tr2, R15, R16, R17, R18, BAX2, D12, D13.

3.2. S¡ Ó mô phÏng trên ch°¡ng trình Workbench

Dña vào s¡ Ó m¡ch °ãc thi¿t k¿, s¡ Ó mô phÏng o các d¡ng sóng t¡i các §u ra cça các khâu nh° các hình v½ 5, 7, 11. K¿t qu£ mô phÏng °ãc thñc hiÇn trên ch°¡ng trình Workbench nh° các hình v½ 6,8, 9, 10, 12, 13, 14.

Hình 5. S¡ Ó mô phÏng (o d¡ng sóng khâu t¡o hàm)

D¡ng sóng o t¡i iÃm A là tín hiÇu cça iÇn áp l°Ûi.

D¡ng sóng o t¡i iÃm B là tín hiÇu ra cça khâu t¡o hàm. (hình 6)

Hình 6. D¡ng sóng vào-ra cça khâu t¡o hàm

Hình 7. S¡ Ó mô phÏng (o d¡ng sóng trên khâu so sánh-t¡o xung)

Hình 8. D¡ng xung o t¡i C khi Udk= 0

Hình 9. D¡ng xung o t¡i C khi Udk>0

Hình 10. D¡ng xung o t¡i C khi Udk <0

Hình 11. S¡ Ó mô phÏng (o d¡ng sóng t¡i D)

Hình 12. D¡ng sóng o t¡i D khi Udk= 0

Hình 13. D¡ng sóng o t¡i D khi Udk<0

Hình 14. D¡ng sóng o t¡i D khi Udk>0

Të k¿t qu£ mô phÏng ta có các nh­n xét sau: N¿u l¥y iÃm 0 cça iÇn áp l°Ûi làm gÑc, thì:

- Khi iÇn áp Udk = 0, ta nh­n °ãc góc mß ( = 900

- Khi iÇn áp Udk< 0, ta nh­n °ãc góc mß ( > 900

- Khi iÇn áp Udk> 0, ta nh­n °ãc góc mß ( < 900

- Tín hiÇu xung cça khâu khu¿ch ¡i có giá trË tng áng kà nh°ng góc mß ( không thay Õi. Tuó theo thông sÑ cça các Thyristor, ta thi¿t k¿ t§ng khu¿ch ¡i xung phù hãp ç à mß Thyristor.

- T§ng khu¿ch ¡i sí dång BAX Ã cách ly giïa m¡ch Ùng lñc vÛi m¡ch iÁu khiÃn, Óng thÝi tránh viÇc ng¯n m¡ch c·p Thyristor nÑi song song ng°ãc.

4. K¿t lu­n

S¡ Ó phát xung iÁu khiÃn cho mÙt c·p Thyristor nÑi song song ng°ãc có c¥u trúc ¡n gi£n, làm viÇc tin c­y, dÅ thñc hiÇn. S¡ Ó có thà thñc hiÇn iÁu khiÃn óng c¯t cuÙn kháng TCR, óng c¯t tå iÇn TSC, óng c¯t tå nÑi ti¿p TSSC ho·c SSSC& Tuó theo sÑ l°ãng các thi¿t bË c§n iÁu chÉnh ho·c óng c¯t, ta thñc hiÇn sÑ l°ãng m¡ch iÁu khiÃn t°¡ng éng.

TÀI LIÆU THAM KH¢O

NguyÅn Bính, iÇn tí công su¥t, Nhà xu¥t b£n Khoa hÍc Kù thu­t, 2000.

John G.Kassakian, Martin F. Schkecht, George C. Verghese, Principles of Power Electronic, Addison-Wesley- United States of America, 1999.

T.J.E.Miller & Charkes Concordia, Reactive Power Control in Electric System, Addison- Wesley- United States of America, 1992.

Laszlo Gyugyi & Narain G.Hurgorani, Understanding FACTS, IEEE, London, 1999.

Yong Hua Song & Allan T. John, Flexible AC Transmission System (FACTS) IEEE, London, 1999.

NguyÅn HÓng Anh, NguyÅn Bê, èng dång iÇn tí công su¥t trong hÇ thÑng truyÁn t£i iÇn xoay chiÁu linh ho¡t, T¡p chí Khoa hÍc và Công nghÇ sÑ 40+41/2003.

uD

uA

B

SS-TX

K

Uk

Ub

Hình 1. S¡ Ó khÑi m¡ch iÁu khiÃn Thyristor

Hình 2. Nguyên t¯c iÁu khiÃn th³ng éng arccos

Udb

Uc

Udk

Uc

Udb

Udk

Ét

2

±

+

-

M

U+

U-

Vp-

Vp+

+

-

M

U+

U-

S

S

V1-

V1+

Ud

Ud

V2

Vsat ª%

ª% -Vsat

Hình 3. Khâu so sánh tín hiÇu

V2

Hình 4. S¡ Ó hÇ thÑng iÁu khiÃn c·p Thyristor nÑi song song ng°ãc

uB

uA

uC

uA

uA

uC

uC

uA

uD

uA

uA

uD

uD

uA