Áp dụng mạng Neuron điều khiển công suất truyền tải trên đường dây AC với thiết bị SVC

Kỹ thuật truyền tải điện hiện đại đã sử dụng các thiết bị bù được điều khiển bằng các linh kiện điện tử công suất để cung cấp nguồn năng lượng khi cần thiết để bảo đảm tính ổn định của h

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS ĐINH HOÀNG BÁCH

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP HCM ngày 02 tháng 02 năm 2013

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

1 TS NGÔ CAO CƯỜNG

2 PGS.TS LÊ KIM HÙNG

3 TS HUỲNH CHÂU DUY

4 TS TRẦN VINH TỊNH

5 PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được

sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 03-02-1981 Nơi sinh: TP.HCM

I- TÊN ĐỀ TÀI:

ĐƯỜNG DÂY AC VỚI THIẾT BỊ SVC

II- NHI ỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21-06-2012 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHI ỆM VỤ: 25-12-2012 V- CÁN B Ộ HƯỚNG DẪN: TIẾN SĨ ĐINH HOÀNG BÁCH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Học viên thực hiện Luận văn

HỒ QUỐC VIỆT

L ỜI CÁM ƠN

Em xin bày tỏ lời cám ơn sâu sắc đến TS Đinh Hoàng Bách, thầy đã hướng dẫn, chỉ dạy tận tình để em hoàn thành luận văn này Em xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo khoa Điện- Điện tử trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TPHCM đã truyền thụ kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập vừa qua

Tôi cũng xin cám ơn cơ quan, bạn bè đồng nghiệp, gia đình và người thân đã cùng chia sẽ, giúp đỡ và động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho việc học tập và hoàn thành luận văn này

TPHCM, ngày tháng năm 2013

Hồ Quốc Việt

TÓM T ẮT

Đối với hệ thống điện lớn nói chung và hệ thống điện Việt Nam hiện nay nói riêng, trào lưu công suất thay đổi nhiều do chế độ vận hành và sự thay đổi tải liên tục Cho nên thông số chế độ biến thiên trong phạm vi rộng dễ rơi ra ngoài phạm vi cho phép Trong trường hợp này sử dụng các thiết bị bù cố định không thể điều chỉnh được

mà phải sử dụng các thiết bị bù điều khiển nhanh như SVC

Hiện nay, thiết bị bù tĩnh SVC vẫn được sử dụng khá phổ biến và có nhiều phương pháp điều khiển khác nhau Trong bài luận văn này trình bày cách điều khiển thiết bị bù tĩnh SVC, điều khiển lượng công suất kháng ổn định điện lưới trong giới hạn cho phép bằng phương pháp mạng neuron nhân tạo

In large power systems in general and and in the Vietnamese power system in particular, power flow always changes depending on operating models and load value changes continuously Thus, it is easy for the parameters with a wide range of changes

to go beyond a pemitted range In this case, we acn not use a fixed compensator to adjust them and it can be more reasonable to use a fast controlled compensator such as SVC

Currently, static var compensation devices SVC still used quite popular and there are many different control methods In this essay demonstrates how static compensation devices SVC control, control of power grid stability resistance within the limits allowed by the method of artificial neural network

M ỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

TÓM TẮT ii

ABSTRACT iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix

DANH MỤC CÁC BẢNG x

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH xi

MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 1

CHƯƠNG 1: THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 3 1.1 Những yêu cầu điều chỉnh nhanh công suất trong các điều kiện làm việc bình thường và sự cố 3

1.1.1 Đặc điểm 3

1.1.2 Các biện pháp áp dụng trong công nghệ truyền tải điện 4

1.1.3 Bù công suất phản kháng 4

1.1.4 Bù dọc và bù ngang trong đường dây siêu cao áp 6

1.1.4.1 Bù dọc 6

1.1.4.2 Bù ngang 7

1.1.4.3 Nhận xét 7

1.2 Một số thiết bị điều khiển CSPK trong hệ thống điện 8

1.2.1 Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor (SVC - static var compensator) 8

1.2.2 Thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor (TCSC - thyristor controlled series capacitor) 10

1.2.3 Thiết bị bù tĩnh Statcom (static synchronous compensator) 10

1.2.4 Thiết bị điều khiển dòng công suất (UPFC - unified power flow controller) 11

1.2.5 Thiết bị điều khiển góc pha bằng thyristor (TCPAR- thyristor controlled phase angle regulator) 12

1.2.6 Nhận xét 12

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN THIẾT BỊ BÙ SVC VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 15

2.1 Đặt vấn đề 15

2.2 Thiết bị bù ngang có điều khiển SVC 16

2.2.1 Cấu tao từng phần tử của SVC 16

2.2.1.1 Nguyên lý hoạt động của bộ thyristor mắc song song ngược 16

2.2.1.2 Kháng điều chỉnh bằng thyristor TCR (thyristor controlled reactor) 19

2.2.1.3 Tụ đóng mở bằng thyristor TSC ( thyristor switch capacitor) 23

2.2.1.4 Kháng đóng mở bằng thyristor TSR ( thyristor switch reactor) 23

2.2.1.5 Hệ thống điều khiển các van trong SVC 24

2.2.2 Các đặc tính của SVC 25

2.2.2.1 Đặc tính điều chỉnh của SVC 25

2.2.2.2 Đặc tính làm việc của SVC 25

2.3 Mô hình SVC trong tính toán chế độ xác lập của hệ thống điện 27

2.3.1 Mô hình hóa SVC như một điện kháng có trị số thay đổi 27

2.3.2 Mô hình SVC theo tổ hợp nguồn và phụ tải phản kháng 28

2.4 Một số ứng dụng của SVC 32

2.4.1 Điều chỉnh điện áp và trào lưu công suất 32

2.4.2 Giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự cố 34

2.4.3 Ôn hòa dao động công suất hữu công 35

2.4.4 Giảm cường độ dòng điện vô công 35

2.4.5 Tăng khả năng tải của đường dây 35

2.4.6 Cân bằng các phụ tải không đối xứng 37

2.4.7 Cải thiện ổn định sau sự cố 37

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NEURON NHÂN TẠO 40

3.1 Giới thiệu mạng neuron nhân tạo 40

3.2 Cấu trúc mạng neuron nhân tạo (artifical neural networks- ANN) 40

3.3 Phân loại mạng neuron nhân tạo 42

3.4 Các phương pháp huấn luyện mạng neuron 43

3.5 Mạng truyền thẳng một lớp (mạng Perceptron đơn giản) 45

3.5.1 Cấu trúc mạng perceptron 45

3.5.2 Cách xác định đường phân chia ranh giới 45

3.5.3 Luật học perceptron 46

3.6 Mạng truyền thẳng nhiều lớp (Multilayer Perceptron MLP) 47

3.6.1 Thuật toán lan truyền ngược (Back Propagation _BP) 47

3.6.2 Mạng hàm cơ sở xuyên tâm (Radial basis functions _ RBF) 48

3.7 Nhận dạng mô hình và điều khiển sử dụng mạng neuron 51

3.7.1 Nhận dạng thông số mô hình 51

3.7.2 Điều khiển sử dụng mạng neuron 51

3.8 Kết luận 53

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MẠNG NEURON NHÂN TẠO BÙ CÔNG SUẤT KHÁNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CHO MỘT NÚT TẢI 54

4.1 Xây dựng mô hình đường dây có sử dụng SVC 54

4.1.1 Giới thiệu sơ đồ ứng dụng 54

4.1.2 Sơ đồ thuật toán 56

4.1.3 Bộ điều khiển SVC 57

4.1.4 Mô tả cách hoạt động 61

4.2 Ứng dụng mạng neuron nhân tạo điều khiển SVC 64

4.2.1 Xây dựng tập mẫu cho mạng neuron 65

4.2.2 Huấn luyện mạng neuron và mô hình điều khiển 67

4.2.2.1 Huấn luyện mạng 67

4.2.2.2 Kiểm tra kết quả sau khi huấn luyện mạng neuron 71

4.3 Ứng dụng các phương pháp điều khiển mạng neuron 77

4.3.1 Phương pháp điều khiển 77

4.3.2 Kết quả ứng dụng mạng neuron 79

4.3.3 So sánh kết quả đạt được 83

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

5.1 Kết luận 85

5.2 Kiến nghị 85

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 So sánh chức năng các thiết bị bù 13 Bảng 4.1: Tổng hợp các tập mẫu 65

Bảng 4.2: So sánh kết quả giữa điều khiển thuật toán và mạng neuron 83

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của SVC 9

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý bộ Thyristor 17

Hình 2.2 Đồ thị dòng điện tải 17

Hình 2.3 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR 19

Hình 2.4 Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR 20

Hình 2.5 Ảnh hưởng của giá trị góc cắt đến dòng điện của TCR 21

Hình 2.6 Dạng sóng của tín hiệu dòng điện của TCR 22

Hình 2.7 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của TSC 23

Hình 2.8 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TSR 24

Hình 2.9 Đặc tính U-I của SVC 25

Hình 2.10 Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp 26

Hình 2.11 Đặc tính làm việc của nguồn công suất phản kháng 29

Hình 2.12 Đặc tính của phụ tải công suất phản kháng qua máy biến áp điều áp dưới tải 29

Hình 2.13 Đặc tính làm việc của SVC 30

Hình 2.14 Phối hợp đặc tính của một nguồn và hai phụ tải phản kháng 31

Hình 2.15 Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC 33

Hình 2.16 Sự thay đổi của điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC 34

Hình 2.17 Quan hệ thời gian và điện áp quá áp 34

Hình 2.18 Đặc tính công suất truyền tải khi có và không có SVC 36

Hình 2.19 Đặc tính công suất khi có và không có SVC 38

Hình 3.1 Cấu trúc một neuron sinh học 41

Hình 3.2 Mô hình thuật toán mạng neuron nhân tạo 41

Hình 3.3 Mạng truyền thẳng một lớp 43

Hình 3.4 Mạng truyền thẳng nhiều lớp 43

Hình 3.5 Mô hình luật học có giám sát 44

Hình 3.6 Mô hình luật học củng cố 44

Hình 3.7 Mô hình luật học không giám sát 45

Hình 3.8 Cấu trúc mạng Perceptron 45

Hình 3.9 Cấu trúc mạng RBF 49

Hình 3.10 Thuật toán nhận dạng thông số mô hình 51

Hình 3.11 Điều khiển sử dụng mạng neuron 52

Hình 3.12 Điều khiển theo vòng kín 52

Hình 3.13 Điều khiển với mô hình tham chiếu 52

Hình 3.14 Điều khiển theo thời gian vượt quá 52

Hình 3.15 Điều khiển quyết định 53

Hình 4.1 Thông số đường dây mô hình SVC 55

Hình 4.2 Mô hình đường dây điều khiển SVC 55

Hình 4.3 Thuật toán điều khiển SVC 56

Hình 4.4 Mô hình hệ điều khiển SVC bằng thuật toán 57

Hình 4.5 Biểu tượng và thông số khối Measurement System 58

Hình 4.6 Biểu tượng và thông số khối Distribution Unit 59

Hình 4.7 Biểu tượng và thông số khối Firing Unit 60

Hình 4.8 Kết quả điều khiển thuật toán khi U=1.0pu 62

Hình 4.9 Kết quả điều khiển thuật toán khi U=1.05pu 63

Hình 4.10 Kết quả điều khiển thuật toán khi U=0.95pu 64

Hình 4.11 Mô hình huấn luyện mang neuron cho TCR 68

Hình 4.12 Quá trình huấn luyện mang neuron cho TCR 69

Hình 4.13 Đặt tính sau khi huấn luyện 69

Hình 4.14 Các trạng thái huấn luyện 70

Hình 4.15 Mô hình huấn luyện mang neuron cho TSC 70

Hình 4.16 Quá trình huấn luyện mang neuron cho TSC 71

Hình 4.17 Mô hình đường dây với điều khiển SVC bằng mạng neuron 71

Hình 4.18 Mô hình bộ điều khiển SVC bằng mạng neuron 72

Hình 4.19 Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron khi U=1.0pu 73

Hình 4.20 Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron khi U=1.05 pu 74

Hình 4.21 Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron khi U=0.95pu 75

Hình 4.22 Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron khi U=0.97pu 76

Hình 4.23 Điều khiển theo vòng kín 77

Hình 4.24 Thuật toán điều khiển TSC 78

Hình 4.25 Mô hình điều khiển theo vòng kín 79

Hình 4.26 Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron vòng kín khi U=1.0pu 80

Hình 4.27 Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron vòng kín khi U=1.05pu 81

Hình 4.28 Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron vòng kín khi U=0.95pu 82

Hình 4.29 Kết quả điều khiển SVC bằng mạng neuron vòng kín khi U=0.97pu 83

MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

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

Kỹ thuật truyền tải điện hiện đại đã sử dụng các thiết bị bù được điều khiển

bằng các linh kiện điện tử công suất để cung cấp nguồn năng lượng khi cần thiết để bảo đảm tính ổn định của hệ thống điện Các thiết bị này kết hợp với các bộ vi xử lý cho phép điều khiển nguồn năng lượng một cách linh hoạt, khả năng tự động hoá cao đảm bảo độ tin cậy và độ ổn định của hệ thống, trong đó hệ thống điều khiển đóng một vai trò rất quan trọng Việc thiết kế và tính toán chính xác hệ thống điều khiển sẽ bảo đảm

sự làm việc tin cậy của hệ thống bù, góp phần nâng cao tính ổn định của hệ thống điện

Một trong những giải pháp nhằm nâng cao tính ổn định của hệ thống và mở

rộng khả năng truyền tải là sử dụng hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt, việc nghiên cứu SVC (Static Var Compensator) thuộc hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt là rất cần thiết và góp phần vận hành ổn định hệ thống điện

1.2 TÍNH C ẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:

Trước đây, việc điều chỉnh CSPK của các thiết bị bù thường được thực hiện đơn giản: Thay đổi từng nấc (nhờ đóng cắt bằng máy cắt c ơ khí) hoặc thay đổi kích từ (trong máy bù đồng bộ) Chúng chỉ cho phép điều chỉnh thô hoặc theo tốc độ chậm Kỹ thuật thyristor công suất lớn đó mở ra những khả năng mới, trong đó việc ra đời và ứng dụng các thiết bị bù tĩnh điều chỉnh nhanh công suất lớn đó giải quyết được những yêu

cầu mà các thiết bị bù cổ điển chưa đáp ứng được, như tự động điều chỉnh điện áp các nút, giảm dao động công suất nâng cao ổn định hệ thống

Các tiến bộ trong việc áp dụng kỹ thuật thyristor vào trong hệ thống điện đã dẫn đến sự phát triển của thiết bị bù tĩnh (Static Var Compensator - SVC) Thiết bị này gồm các phần tử cuộn kháng và tụ điện được điều khiển bằng thyristor

Điều chỉnh điện áp của đường dây truyền tải nhằm đáp ứng các biến động ở cả hai đầu phát và nhận Việc điều chỉnh điện áp được thực hiện qua việc điều khiển nhanh trở kháng của SVC và do đó dẫn đến điều khiển nhanh công suất kháng ở đầu ra

của SVC

Mục đích chính của bù SVC là làm tăng giới hạn ổn định của hệ thống điện xoay chiều, làm giảm dao động điện áp khi có biến động phụ tải cũng như giới hạn được mức quá điện áp khi có biến động lớn SVC về cơ bản là thiết bị có công suất kháng điều khiển bằng thyristor

Việc nghiên cứu ứng dụng thiết bị bù tĩnh có điều khiển thyristor (SVC) với khả

năng điều chỉnh nhanh SVC bằng mạng Neuron nhân tạo trong việc điều chỉnh nhanh công suất phản kháng và các thông số khác của hệ thống điện Việt Nam trong tương lai

là 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 thiết bị bù SVC trong hệ thống điện

Vì vậy việc áp dụng mạng neuron nhân tạo sẽ có ý nghĩa rất lớn trong việc ứng

dụng vào điều khiển SVC trên lưới điện:

 Tăng tốc xử lý khi SVC cần làm việc

 Đơn giản và giúp SVC thông minh hơn trong quá trình ph ản ứng khi lưới điện thay đổi

Chính vì những mục đích như vậy mà đề tài luận văn “Áp dụng mạng Neuron nhân tạo điều khiển công suất truyền tải trên đường dây AC với thiết bị SVC” sẽ được

thưc hiện

CHƯƠNG 1 THI ẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 NH ỮNG 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

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 [3] 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

W E = CU f 2 (1.1) + Công suất điện trường của ba pha của đường dây có chiều dài l là:

Q E = 3ω CU f 2 l (1.2)

+ 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:

W M = LI 2 (1.3) + Công suất từ trường của ba pha của đường dây có chiều dài l là:

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

P TN = (1.7)

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 [6] 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 d ọc

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 φ 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 δ

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 δ:

Làm giảm góc lệch δ 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

* 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

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

1.1.4.3 Nh ận 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 M ỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG

H Ệ 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 [8], 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 1.1

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 1.1 Cấu tạo và nguyên 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 δ 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,

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

- Tăng cường tính ổn định của hệ thống điện

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

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

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

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

- 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, 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 Thi ế t bị điều khiển dòng công su Ất (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 là 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 đượ c cấu tạo từ 2 bộ chuyển đổi (converter) điều khiển thyristor có

cửa đóng mở GTO

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

Chế độ 1: chế độ điều khiển trở kháng XC

Chế độ 2: chế độ điều khiển điện áp trực giao UΔ

Chế độ 3: chế độ điều khiển góc pha điện áp φC

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 δ 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 độ1và 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

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 từn g thiết bị bù có điều khiển bằng thyristor như sau:

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

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 như 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

với điện áp của các nút trong hệ thống điện là khác nhau nên ngoài nguồn cung cấp điện công suất phản kháng từ các nhà máy điện thì cần phải có những nguồn phát công

suất phản kháng khác như: Máy bù đồng bộ, tụ bù, kháng điện… Ngoài ra, việc đặt các thiết bị bù công suất phản kháng cũng có tác dụng cải thiện đáng kể thông số chế độ, đặc biệt đối với đường dây siêu cao áp

Trước đây, các thiết bị bù công suất phản kháng thường không có tự động điều

chỉnh hoặc có điều chỉnh nhưng rất chậm, nhảy bậc Ngày nay với sự ra đời của các thiết bị Thyristor công suất lớn và ứng với nó là các thiết bị FACTS (Fleaxible AC Transmission line System), trong đó có SVC, đã khắc phục được các nhược điểm nêu trên và mang lại hiệu quả rất cao trong vận hành hệ thống điện Do tính ưu việt của SVC (khả năng điều chỉnh nhanh), biên độ thay đổi khá lớn nên nó đã được sử dụng

rộng rãi trên toàn thế giới để cải thiện chế độ vận hành và mở rộng ứng dụng việc cải thiện thông số chế độ đường dây và nâng cao ổn định của hệ thống điện

SVC được lắp đặt trong hệ thống điện có tác dụng tính toán linh hoạt của hệ

thống trên nhiều khía cạnh như: điều chỉnh điện áp tại vị trí SVC mắc vào lưới, làm tăng ổn định hệ thống, tính 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

2.2 THIẾT BỊ BÙ NGANG CÓ ĐIỀU KHIỂN SVC

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 2.1 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

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý bộ Thyristor Góc mở α được tính từ điểm đi qua trị zêzo của điện áp nguồn

it = U.sinθ (2.1) Trong đó:

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 φ được thể hiện trên đồ thị hình 2.2

Hình 2.2 Đồ thị dòng điện tải 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:

Trị hiệu dụng của dòng điện tải:

It= (2.3)

* Trường hợp tải thuần cảm:

Khi θ = α 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 θ = β

Khi thyristor T1 mở, ta có phương trình:

β = 2π - α

Khi θ = π + α cho xung mở T2

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

kiện β ≤ π + α Do đó góc α buộc phải nằm trong các giới hạn:

π/2 ≤ α ≤ π ; khi α = , it = - cosθ 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 π/2 độc lập với góc mở α

Trị hiệu dụng của dòng điện tải:

It = = (2.7)

It =

Công suất mạch tải tiêu thụ là công suất phản kháng

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

thì tương ứng với trạng thái đóng hoặc mở mạch

2 2.1.2 Kháng điều chỉnh bằng thyristor TCR (thyristor controlled reactor)

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 α 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

* Sơ đồ nguyên lý hoạt động:

Hình 2.3 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR Qua đó, ta thấy TCR thực chất là cuộn kháng đ ược 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 α 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 2.3

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 không có giai đoạn quá độ nhờ bộ van thyristor Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR thể hiện trên hình 2.4

Hình 2.4 Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR

* Đặc tính làm việc của TCR:

TCR có khả năng điều khiển, điều chỉn h các thông số rất nhanh nhờ việc thay đổi góc cắt (góc mở) α 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 2.5 sau:

Hình 2.5 Ảnh hưởng của giá trị góc cắt đến dòng điện của TCR

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 α được biểu diễn như sau:

ITCR = I0.Iα (2.8) Trong đó:

I0 = là dòng điện chạy qua TCR khi α = 900

XKmin là điện kháng của TCR khi α = 900 (thyristor dẫn hoàn toàn) Gọi góc cắt α0 xác định tại thời điểm t0 xuất hiện tín hiệu điều khiển xung vào cực điều khiển của thyristor

Ta có: α0 = t0 với chu kỳ T = 2π

Sóng của dạng tín hiệu dòng điện được thể hiện như hình 2.6

Hình 2.6 Dạng sóng của tín hiệu dòng điện của TCR Như vậy, ta có thể hiểu TCR như là một cuộn kháng có trị số XK thay đổi được:

(2.9)

Từ đó ta thấy XKthay đổi liên tục từ XKminđến XKmax khi góc cắt α thay đổi liên tục từ 900 đến 1800 Do vậy công suất phản kháng Q được tính bằng công thức:

QK = (2.10) nên công suất phản kháng của TCR cũng thay đổi khi góc cắt α 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

Như ta nhận thấy rằng cường đ ộ 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 phầ n tứ thay đổi liên tục của SVC

mới sinh ra các thành phần dòng điện bậc cao trong quá trình làm việc 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