sa thải phụ tải tối ưu với sự hỗ trợ của bộ điều khiển phát động trong hệ thống điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐÌNH CHÍNH SA THẢI PHỤ TẢI TỐI ƯU VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN PHÁT ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN NGÀNH: KỸ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐÌNH CHÍNH

SA THẢI PHỤ TẢI TỐI ƯU VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA

BỘ ĐIỀU KHIỂN PHÁT ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐÌNH CHÍNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐÌNH CHÍNH

SA THẢI PHỤ TẢI TỐI ƯU VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN PHÁT ĐỘNG

TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 605250

Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Lý lịch khoa học

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC

Họ & tên: Nguyễn Đình Chính Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 16/03/1989 Nơi sinh: Đồng Nai

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 270/3, Dốc Mơ 2, Gia Tân I, huyện Thống Nhất, tỉnh Đồng Nai

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

1 Đại học

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 01/2011 Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, TP Hồ Chí Minh

Ngành học: Kỹ thuật điện – điện tử

Tên đồ án tốt nghiệp: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN

Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 01/2011 tại Khoa Điện – Điện tử trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM

Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Trường Duy

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Lời cam đoan

Tôi cam đoan luận văn ―Sa thải phụ tải tối ƣu với sự hỗ trợ của bộ điều khiển phát động trong hệ thống điện‖ là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực, một số đƣợc tham khảo

và trích dẫn từ các công trình công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành có uy tín,

và trong các kỷ yếu hội nghị quốc tế

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 08 năm 2014

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Đình Chính

Lời cảm ơn

Luận văn được hoàn thành tốt đẹp người thực hiện xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy GS.TS Nguyễn Hoàng Việt đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ trong suốt thời gian làm luận văn

Nguời thực hiện đề tài xin gởi lời cảm ơn đến cha mẹ, những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian học tập

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, đặc biệt là thầy cô trong bộ môn Điện đã tận tình giúp

đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại trường

Dù đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót nên tôi rất mong nhận được sự đóng góp quý báu từ quý thầy cô

Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2014

Học viên

Nguyễn Đình Chính

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Điện áp và tần số là hai thông số quan trọng ảnh hưởng đến việc duy trì ổn định trong hệ thống điện Điện áp và tần số tại tất cả các thanh cái phải được duy trì trong giới hạn xác định Tần số chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất tác dụng, trong khi điện áp chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất phản kháng Khi có nhiễu loạn xảy ra làm mất cân bằng giữa công suất phát và nhu cầu phụ tải, ví dụ như sự cố đường dây truyền tải có thể gây

ra sụp đổ điện áp Luận văn này trình bày phương pháp sa thải tải tối ưu áp dụng mô hình điều khiển dự báo dùng phương pháp độ nhạy quỹ đạo Giải thuật sa thải thải tối ưu được xây dựng và mô phỏng trong phần mềm Matlab/Simulink

ABSTRACT

Voltage and frequency are the two important parameters affecting the maintenance

of stability of the power system The voltage at all the buses and the frequency, both of which must be maintained within prescribed limits Frequency is mainly affected by the active power, while the voltage is mainly affected by the reactive power When disturbances occur makes the difference between power generation and load demand, such as transmission lines faults can cause a voltage collapse This thesis presents methods loadsheddingoptimizationapplied modelpredictive control method using trajectory sensitivity Algorithm load sheddingoptimization is built and simulated in Matlab/Simulink software

MỤC LỤC

Lý lịch khoa học i

Lời cam đoan ii

Lời cảm tạ iii

Tóm tắt iv

Mục lục vi

Danh sách các từ viết tắt ix

Danh sách các hình x

Chương 1: TỔNG QUAN 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1

1.2 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 2

1.2.1 Kết quả nghiên cứu nước ngoài 2

1.2.2 Kết quả nghiên cứu trong nước 10

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 11

1.3 NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 11

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12

1.5 NỘI DUNG LUẬN VĂN 12

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13

2.1 SA THẢI PHỤ TẢI 13

2.1.1 Sa thải phụ tải dưới tần số 13

2.1.1.1 Sự phụ thuộc phụ tải vào tần số 13

2.1.1.2 Sự phụ thuộc tần số vào cân bằng công suất tác dụng 14

2.1.1.3 Vai trò của sa thải phụ tải theo tần số 16

2.1.1.4 Các cách thực hiện sa thải phụ tải theo tần số 16

2.1.2 Sa thải phụ tải dưới điện áp 19

2.2 GIỚI HẠN CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CỦA MÁY PHÁT 21

2.2.1 Máy Phát Đồng Bộ Ba Pha 21

2.2.3 Bộ Giới Hạn Quá Dòng Kích Từ 24

2.2.3.1 Hệ Thống Kích Từ 24

2.2.3.2 Bộ Giới Hạn Quá Kích Từ 26

2.2.4 Bộ Điều Tốc 28

2.3 ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO 29

2.3.1 Tổng quan về mô hình dự báo 29

2.3.2Mô hình hệ thống và mô hình phân bố nhiễu 35

2.3.2 Hàm mục tiêu 36

2.3.4 Điều kiện ràng buộc 38

2.3.5 Vấn đề tối ưu hóa 40

2.3.6 Mô hình trong điều khiển dự báo 42

2.3.6.1 Mô hình vào ra (Input Output models) 42

2.3.6.2 Mô hình đáp ứng bước và mô hình đáp ứng xung (Impulse and Step response models) 44

2.3.6.3 Mô hình đa thức 46

2.3.6.4 Mô hình mờ (Fuzzy Models) 46

Chương 3: SA THẢI PHỤ TẢI TỐI ƯU ÁP DỤNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO 49

3.1 SA THẢI PHỤ TẢI TỐI ƯU ÁP DỤNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO 49 3.1.1 Mô hình tải 49

3.1.2 Các giới hạn điện áp 51

3.1.3 Tối ưu hóa MPC 51

3.1.4 Độ nhạy quỹ đạo 53

3.2 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO ĐỂ SA THẢI PHỤ TẢI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 10 BUS 54

3.2.1 Sơ đồ hệ thống điện 10 bus 54

3.2.2 Xây Dựng Mô Hình Điều Khiển Dự Báo 55

3.2.2.1 Mô Hình Tải 55

3.2.2.2 Độ Nhạy Điện Áp Tại Các Bus 8 Và Bus 9 56

3.2.2.3 Phương trình tối ưu sa thải phụ tải 62

3.3 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG MÁY PHÁT 63

Chương 4: MÔ PHỎNG SA THẢI PHỤ TẢI TỐI ƯU DÙNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO BẰNG MATLAB 64

4.1 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KHI KHÔNG CÓ BỘ ĐIỀU KHIỂN MPC 64

4.1.1 Sơ đồ mô phỏng 64

4.1.2 Kết quả mô phỏng khi không có bộ điều khiển MPC 68

4.1.2.1 Trường hợp không có bộ giới hạn kích từ 68

4.1.2.2 Trường hợp có bộ giới hạn kích từ 70

4.2 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG TRƯỜNG HỢP CÓ BỘ ĐIỀU KHIỂN MPC 73

4.2.1 Sơ đồ mô phỏng 73

4.2.2 Kết quả mô phỏng khi có bộ điều khiển MPC 75

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 79

5.1 KẾT LUẬN 79

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

DSA Dynamic Security Assessment

PLL Phase Lock Loop

LS Load Shedding

UVLS Under Voltage Load Shedding

MPC Model Predictive Control

AVR Automatic Voltage Regulator

UXL Under eXcitation Limiter

OXL Over eXcitation Limiter

GOV Governor

HTKT Hệ thống kích từ

LP Linear programming

QP Quadratic programming

LTC Load Tap Changer

IO direct Input Output models

IIO Increment Input Output models

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Giản đồ pha vector điện áp PLL ba pha 3

Hình 1.2: Sơ đồ điều khiển bên trong của khối PLL ba pha 3

Hình 1.3: Các ngưỡng tần số để lựa chọn các hệ số sa thải phụ tải (LS) việc điều khiển sa thải phụ tải và khôi phục tải tự động được đề xuất 4

Hình 1.5: Sự lựa chọn các pháp tuyến bị cắt (F) từ các hệ số sa thải tải được chọn 4

Hình 1.6: Mạng điện đơn giản được dùng để kiểm tra kỹ thuật sa thải tải dưới tần số 5

Hình 1.7: Các kết quả mô phỏng 6

Hình 1.8:Sơ đồ hệ thống một đường dây 8

Hình 1.9:Đáp ứng điện áp 9

Hình 1.10:Kết quả mô phỏng sa thải tải 10

Hình 2.1: Phục hồi điện áp do sự cố hệ thống truyền tải 20

Hình 2.2: Đường cong khả năng phát của máy phát 23

Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống kích từ 24

Hình 2.4: Mô hình bộ giới hạn quá kích từ 26

Hình 2.5: Dòng điện kích từ được điều khiển bởi bộ giới hạn quá kích từ 27

Hình 2.6: Đồ thị P-Q của máy phát đưới sự điều chỉnh của OXL 28

Hình 2.7: 30

Hình 2.8: Thuật toán 33

Hình 2.9: Cấu trúc cơ bản của MPC 34

Hình 2.10: Mô hình tổng quát bộ điều khiển dự báo 35

Hình 2.11: Chiến lược điều khiển RHC 41

Hình 3.1: Đáp ứng MPC 49

Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống điện 10 bus 54

Hình 3.3: Sơ đồ tương đương hệ thống điện 10 bus 55

Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện không có bộ điều khiển MPC 64

Hình 4.2: Sơ đồ mạng điện khu vực 1 65

Hình 4.4: Sơ đồ kết nối máy phát với hệ thống điện 67

Hình 4.5: Sơ đồ khối giới hạn quá kích từ 67

Hình 4.6: Dòng điện kích từ tại máy phát 3 khi không có bộ giới hạn dòng kích từ 69

Hình 4.7: Công suất phản kháng tại máy phát 3 khi không có bộ giới hạn kích từ 69

Hình 4.8: Dạng sóng điện áp tại các bus khi không có giới hạn dòng điện kích từ 70

Hình 4.9: Dòng điện kích từ tại máy phát 3 khi có bộ giới hạn dòng kích từ 71

Hình 4.10: Công suất phản kháng tại máy phát 3 khi có bộ giới hạn kích từ 71

Hình 4.11: Dạng sóng điện áp tại các bus khi có giới hạn dòng điện kích từ 72

Hình 4.12: Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện với bộ điều khiển MPC 73

Hình 4.13: Sơ đồ mô phỏng khu vực 2 khi có bộ điều khiển MPC 74

Hình 4.14: Khối MPC 75

Hình 4.15: Dạng sóng điện áp tại các bus khi có bộ điều khiển MPC 76

Hình 4.16: Tín hiệu sa thải tải tại bus 8 và bus 9 76

Hình 4.17: Dòng điện kích từ khi có bộ điều khiển MPC 77

Hình 4.18: Tín hiệu sa thải phụ tải tại bus 8 và bus 9 khi thay đổi điểm đặt điện áp đầu cực máy phát 2 và 3 77

Hình 4.19: Dòng điện kích từ khi thay đổi điểm đặt điện áp đầu cực máy phát 2 và 3 78

Chương 1:

TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

Điện áp và tần số là hai thông số quan trọng ảnh hưởng đến việc duy trì ổn định trong hệ thống điện Điện áp và tần số tại tất cả các thanh cái phải được duy trì trong giới hạn xác định Tần số chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất tác dụng, trong khi điện áp chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất phản kháng Khi có nhiễu loạn xảy ra làm mất cân bằng giữa công suất phát và nhu cầu phụ tải, làm giảm khả năng phát của máy điện của hệ thống Ngoài ra, công suất phản kháng của phụ tải ảnh hưởng đến biên độ điện áp tại các thanh cái Khi hệ thống điện không thể đáp ứng nhu cầu công suất của phụ tải, điện áp và tần số trở nên mất ổn định Nếu nhu cầu công suất của phụ tải cao hơn công suất phát sẽ dẫn tới suy giảm tần số và điện áp

Sa thải phụ tải nhằm cân bằng công suất giữa công suất phát của máy phát với nhu cầu công suất phụ tải để khôi phục điện áp và tần số đảm bảo chất lượng điện năng Tùy theo từng hoàn cảnh cụ thể, sa thải phụ tải có thể để khôi phục tần số, hoặc điện áp, hoặc

cả tần số và điện áp Ngoài ra, sa thải phụ tải được còn được dùng để bảo vệ thiết bị như: quá tải đường dây, quá tải máy phát, quá tải máy biến áp…

Ngày nay, các giải pháp lưới điện thông minh được công nhận rộng rãi như là tương lai phát triện hệ thống điện của chúng ta Lưới điện phát triển theo hướng này có thể đáp ứng cả hai thách thức quan trong kinh tế và an ninh trong khi vẫn duy trì một cuộc sống bền vững Để đạt được mục tiêu như vậy, các chiến lược điều khiển tiên tiến cần được phát triển để giải quyết các rối loạn thông qua việc phòng ngừa, ngăn chặn và phục hồi được thực hiện tự động[5]

Sự sụp đổ và bất ổn định điện áp thường có thể kết hợp với mất điện hệ thống điện

thống điện Việc quan sát cho thấy rằng, sau một nhiễu loạn ban đầu, rất nhiều nhiễu loạn liên quan đến quá trình khôi phục tải chậm chạp và giới hạn công suất phản kháng máy phát Tốc độ tương đối chậm của quá trình này có khả năng cung cấp đủ thời gian để thực hiện các quyết định vận hành nhằm ngăn chặn sự sụp đổ

Mặc dù sự sụp đổ điện áp sắp xảy ra thường có thể được tránh khỏi bởi điều khiển các tải thích hợp, hình thức điều khiển tải truyền thống (sa thải phụ tải) thì không phổ biến do kết quả là làm gián đoạn khách hàng Mặt khác, giới hạn công suất phản kháng được thực thi khá bảo thủ trong vận hành hệ thống điện Sử dụng tốt hơn công suất phản kháng dự trữ sẽ cung cấp cách hiệu quả để ngăn cản sụp đổ điện áp

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp đã bắt đầu áp dụng công cụ đánh giá

an ninh động (DSA) trực tuyến, với việc sử dụng các mô hình động rõ ràng và mô phỏng trong miền thời gian Thế hệ mới của lưới điện thông minh sẽ sử dụng các cảm biến tiên tiến và các hệ thống truyền thông để đo và giám sát mạng điện với nhiều thông tin hơn trong thời gian thực Các công cụ và dữ liệu thời gian thực cung cấp nền móng tốt cho việc hội nhập các ứng dụng hội nhập tương lai Dựa vào mô hình này, điều khiển trực tuyến có thể được tìm thấy, được phối hợp và làm cho hợp lý từ nhiều nguồn và tác động lâu dài của chúng tới các hệ thống

Để nghiên cứu giải thuật sa thải tải, học viên sử dụng phần mềm Matlab và Simulink của hãng Mathwork, Inc, phần mềm này có rất nhiều thuận lợi riêng biệt Matlab cho phép sử dụng ngôn ngữ cấp cao như là C, C++ Matlab có hàng trăm hàm xây dựng sẵn và có thể sử dụng trong nhiều lĩnh vực: toán học, thống kê, việc xử lý và thu nhận ảnh, việc xử lý tín hiệu, mô phỏng Simulink là nền tảng mà có nhiều hàm giống nhau trong Matlab và có nhiều tập khối chuẩn cho phép người dùng thực hiện các nhiệm

vụ như: vào/ra, các phép tổng, hiển thị, đường tín hiệu,

1.2 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1.2.1 Kết quả nghiên cứu nước ngoài

Trong những năm gần đây đã có nhiều công trình nghiên cứu về sa thải phụ tải như:

1.2.1.1Nghiên cứu của Atputharajah Arulampalam và Tapan Kumar Saha về ―Fast and

Adaptive under Frequency LoadShedding and Restoration Technique using Rate of Change of Frequency to Prevent Blackouts‖ [4] Bài báo nêu nên các phương pháp sa thải phụ tải theo tần số và đề xuất việc sử dụng vòng khóa pha (PLL) để đo xác định tần số Hình 1.1 trình bày giản đồ pha của vector điện áp PLL 3 pha và hình 1.2 trình bày sơ đồ khối điều khiển bên trong của vòng khóa pha PLL

Hình 1.1: Giản đồ pha vector điện áp PLL ba pha

Hình 1.2: Sơ đồ điều khiển bên trong của khối PLL ba pha

Trong bài báo này, kỹ thuật được dùng để điều khiển sa thải tải và khôi phục điện áp được trình bày trong hình 1.3 và 1.4

Hệ số sa thải phụ tải được xác định như sau:

Hình 1.3: Các ngƣỡng tần số để lựa chọn các hệ số sa thải phụ tải (LS) việc điều khiển sa

thải phụ tải và khôi phục tải tự động đƣợc đề xuất

Hình 1.5: Sự lựa chọn các pháp tuyến bị cắt (F) từ các hệ số sa thải tải đƣợc chọn

Phương pháp sa thải được kiểm tra trên mạng điện hình 1.6 và mô phỏng bằng phần mềm EMTDC/PSCAD Kết quả được trình bày trong hình 1.7

Hình 1.6: Mạng điện đơn giản được dùng để kiểm tra kỹ thuật sa thải tải dưới tần số

b) Tần số, điện áp, công suất nguồn và tải với sa thải phụ tải trong suốt quá trình nhiễu

loạn gây ra bởi việc cắt lưới điện chính

c) Các hệ số sa thải tải, tín hiệu máy cắt pháp tuyến và các tín hiệu bộ tụ PFC với hoạt động sa thải tải trong suốt quá trình nhiễu loạn gây ra bởi việc cắt lưới điện chính

Hình 1.7: Các kết quả mô phỏng

1.2.1.2 Bài viết của Luiz Augusto Pereira Fernandes, Alexandre Rocco, Heraldo Silveira

Barbuy và Geraldo Caixeta Guimarães, ―Electric Power System Under-Voltage Load Shedding Protection Can Become a Trap‖

Khi nhu cầu tải tăng, các thiết bị đặc biệt được lắp đặt để cung cấp công suất phản kháng yêu cầu để giữ điện bus trong giới hạn cho phép

Công suất phản kháng này có thể được cung cấp bởi các bộ tụ mắc song song, bộ bù VAr tĩnh (SVC), bộ bù tĩnh (STATCOM) và các thiết bị truyền tải điện AC linh hoạt khác (FATCS)

Khi nhu cầu của mỗi nguồn công suất phản kháng tăng quá khả năng cực đại của nó (bão hòa), hiệu ứng này có thể đại diện bởi một bộ tụ mắc song song có trở kháng không đổi

Trong sự bão hòa như vậy sụp đổ điện áp có thể xuất hiện trong khoảng thời gian ngắn, vì vậy thiết bị sa thải tải dưới điện áp có khả năng tránh các sự giảm điện áp nhanh Hiện tượng này có thể là một cái bẫy cho người vận hành nếu anh ta không tin tưởng vào

sự bảo vệ của thiết bị sa thải tải dưới điện áp Để làm rõ vấn đề này, sa thải tải tại một bus được phân tích thông qua phần mềm Matlab/SimPowerSystem sử dụng ví dụ với 3 trường hợp:

 Khi không có sự hỗ trợ công suất như trong hình 1.8a

 Với 25 MVAr công suất phản kháng thêm vào, nó tương đương với bộ tụ bù song song không đổi và một máy phát đồng bộ được kết nối tới bus tải thông qua biến

hơn 1s để điện áp giảm từ 0.92 xuống 0.9 pu, sụp đổ điện áp xuất hiện do UVLS không tác động

a)Sơ đồ hệ thống một đường dây không có hỗ trợ công suất phản kháng

b) Sơ đồ hệ thống một đường dây có hỗ trợ công suất phản kháng

Hình 1.8:Sơ đồ hệ thống một đường dây

a)Đáp ứng điện áp khi không có hỗ trợ công suất phản kháng

b)Đáp ứng điện áp với tụ bù song song 25 MVAr và ổn định của máy phát

c)Đáp ứng điện áp với tụ bù song song 60 MVAr và ổn định của máy phát

Hình 1.9:Đáp ứng điện áp

1.2.1.3 Bài viết ―MPC-Based Load Shedding for Voltage Stability Enhancement‖ của

I.A Hiskens và B Gong Bài viết trình bày giải thuật sa thải tải để cải thiện ổn định điện

áp dựa trên mô hình điều khiển dự báo Mạng điện nhƣ hình 3.2 đƣợc dùng để xem xét giải thuật Kết quả mô phỏng đƣợc trình bày trên hình 1.11

a) Đáp ứng điện áp khi thực hiện mô hình MPC

b) Tín hiệu sa thải tải

Hình 1.10:Kết quả mô phỏng sa thải tải

1.2.2 Kết quả nghiên cứu trong nước

Luận văn thạc sĩ của Trần Hồ Nguyên về ―Nghiên cứu cải tiến hệ thống tự động sa thải và khôi phục phụ tải hệ thống điện hầm đường bộ Hải Vân‖ trường đại học Đà Nẵng

Áp dụng điều khiển mờ để cải tiến sa thải và khôi phục phụ tải tự động

Luận văn thạc sĩ của Lê Trọng Nghĩa ―Nghiên cứu các phương pháp sa thải phụ tải‖ trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

 Nghiên cứu, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến giới hạn phát công suât phản kháng của máy phát trong hệ thống điện

 Nghiên cứu, xây dựng giải thuật sa thải phụ tải tối ưu sử dụng mô hình điều khiển

dự báo để khôi phục điện áp trong hệ thống điện

 Mô phỏng giải thuật sa thải phụ tải tối ưu dùng mô hình điều khiển dự báo sử dụng phần mềm Matlab/Simulink

1.3 NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Đề tài ―Sa Thải Phụ Tải Tối Ưu Với Sự Hỗ Trợ Của Bộ Điều Khiển Phát Động Trong Hệ Thống Điện‖ nghiên cứu giải thuật sa thải phụ tải tối ưu để khôi phục điện áp tại các bus

Nhiệm vụ và giới hạn đề tài nghiên cứu:

 Tìm hiểu các mô hình toán, các giải thuật được các nhà nghiên cứu công bố và

đã thực thi để vận dụng vào đề tài

 Tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến giới hạn công suất phản kháng của máy phát

 Tìm hiểu phương pháp điều khiển dự báo dùng độ nhạy quỹ đạo

 Nghiên cứu, xây dựng giải thuật sa thải phụ tải tối ưu dùng mô hình điều khiển

dự báo để khôi phục điện áp

 Xây dựng chương trình mô phỏng trong Matlab/Simulink

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Nghiên cứu tài liệu

 Mô phỏng trên phần mềm

1.5 NỘI DUNG LUẬN VĂN

Chương 1: TỔNG QUAN

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 3: SA THẢI PHỤ TẢI TỐI ƯU ÁP DỤNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIÊN DỰ BÁO Chương 4: MÔ PHỎNG SA THẢI PHỤ TẢI TỐI ƯU DÙNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN

DỰ BÁO BẰNG MATLAB

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Chương 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 SA THẢI PHỤ TẢI

2.1.1 Sa thải phụ tải dưới tần số

2.1.1.1 Sự phụ thuộc phụ tải vào tần số

Đặc tính tần số của phụ tải P (MW) có thể được mô tả như sau:

𝑃𝑜 là phụ tải nhiệt (thực tế không phụ thuộc nhiệt độ)

𝑃1 là phụ tải các máy cắt gọt công nghiệp, máy nén khí khi f = fnom

𝑃2 là tổn thất hữu công trên lưới khi f = fnom

𝑃3 là phụ tải máy bơm, quạt gió khi f = fnom

𝑃4 là phụ tải tự dùng của các nhà máy nhiệt điện khi f = fnom

Chia cả 2 vế biểu thức (2.1) cho công suất cơ bản của hệ thống Pbase (MW) ta có được đặc tính tần số phụ tải hữu công tính theo đơn vị tương đối (pu) thể hiện bằng chữ

in nghiêng

𝑃 = 𝑃𝑜 + 𝑃1𝑓 + 𝑃2𝑓2 + 𝑃3𝑓3 + 𝑃4𝑓4 (2.2)

Trong đó: 𝑓 = f fnompu

Sự phụ thuộc của phụ tải vào tần số được mô tả bằng hệ số k

P0 là phụ tải nhiệt (không phụ thuộc tần số)

Pf là phụ tải quay (phụ thuộc tần số) khi f = fnom

Theo kết quả thực nghiệm thì giá trị k dao động trong khoảng từ 1.5 đến 2.5 (hoặc giá trị này là từ 1 đến 2) Ví dụ k = 1.5 thể hiện là khi tần số thay đổi 1% phụ tải sẽ thay đổi 1.5% Trên thực tế với phạm vi tần số khảo sát không lớn (chẳng hạn trong khoảng 50

- 45 Hz) thì có thể coi 𝑘𝑃/𝑓 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡

2.1.1.2 Sự phụ thuộc tần số vào cân bằng công suất tác dụng

Giả sử đến thời điểm t = 0- công suất phát của các nguồn điện Pphát (MW) bằng tổng công suất tác dung phụ tải và tổn thất (gọi chung là phụ tải P, MW)

Pph át = P (2.5) Tần số hệ thống sẽ bằng giá trị danh định fnom(Hz) và tổng động năng của tất cả các phần tử quay sẽ là giá trị động năng hệ thống W0 (MWs)

Tại thời điểm t = 0+ sự thay đổi phụ tải P không được bù đắp bằng 𝑃𝑝𝑕á𝑡tương ứng

Pph át + Pph át ≠ P + P

Sự chênh lệch này sẽ dẫn đến thay đổi động năng W, tần số f và phần thay đổi phụ tải theo tần số Pf như sau

f nom biểu thức (2.9) viết thành

Pph át = P + (2W0/fnom)df/dt + k Pbasef/fnom (2.10)

Chuyển biểu thức (10) sang hệ đơn vị tương đối ta có phương trình quay của hệ thống

(2H/fnom)df/dt = Pphát - P - kf/fnom (2.11) Trong đó: H = W0/Pbaselà hằng số quán tính của hệ thống (MWs/MW hay s) bao gồm máy phát và phụ tải quay

Mức thay đổi tần số (Hz) được xác định từ biểu thức (2.11) là

Trong đó:

T = 2H/k là hằng số thời gian thay đổi tần số (s)

P0 = Pph át −P là mức chênh lệch công suất tác dụng ở thời điểm t = 0+ (pu)

Khả năng thay đổi tần số nhiều hay ít có thể được đánh giá qua tốc độ thay đổi tần

số ban đầu (Hz/s) khi t = 0+

Để thuận tiện cho việc tính toán có thể chọn tổng phụ tải hữu công Ptải (MW) ở

fnomlàm công suất cơ bản của hệ thống Pbase (MW)

Khi đó biểu thức (2.14) viết thành

df/dt = fnomP0/(2HPtải) (2.16) Trong đó P0 là thiếu hụt công suất ban đầu tính bằng MW

2.1.1.3 Vai trò của sa thải phụ tải theo tần số

Từ biểu thức (2.14) có thể thấy khi phụ tải tăng cao (chẳng hạn vào giờ cao điểm)

hay mất công suất phát do sự cố thì P0 < 0 nên df/dt < 0 tức là tần số giảm

Về bản chất vật lý tại thời điểm xuất hiện P0 < 0, một phần sự thiếu hụt công suất này được bù đắp từ động năng tích trữ của hệ thống dẫn đến vận tốc quay của các phần tử (máy phát và phụ tải) giảm đi Việc giảm tốc độ quay của các máy phát dẫn đến phản ứng của bộ điều tốc (mở cửa nhận nước máy phát thuỷ điện hay mở van nhiên liệu máy phát nhiệt điện) để huy động thêm công suất dự phòng của tổ máy Nếu công suất dự phòng không bù đắp được lượng công suất thiếu hoặc bộ điều tốc phản ứng chậm thì tần số tiếp tục giảm và các máy phát có thể sẽ tách lưới do tần số thấp, gây mất điện toàn hệ thống Trong tình huống như vậy cần phải sa thải bớt các phụ tải lập lại cân bằng công suất trước khi các tổ máy phải tách lưới (khái niệm ―tách lưới‖ trong các phần dưới đây được hiểu là do tần số thấp)

2.1.1.4 Các cách thực hiện sa thải phụ tải theo tần số

Theo các biểu thức (2.13) và (2.14) hiện tượng sụt tần số có thể được nhận biết theo mức tần số f hoặc theo tốc độ giảm tần số df/dt

Như vậy việc sa thải phụ tải có thể thực hiện bằng các relay tần số tác động theo mức tần số hoặc theo độ dốc (tốc độ tăng giảm) tần số

a Sa thải phụ tải theo mức tần số

Các relay tần số khởi động khi tần số giảm thấp hơn mức tần số chỉnh định fcđ và tác động cắt tải sau thời gian chỉnh định tcđ Tần số fcđ nằm trong dải tần số ftrên và fdưới (Hz), trong đó:

 ftrên phải thấp hơnfnom để tránh việc cắt tải khi mức sụt tần số nằm trong phạm vi

mà các tổ máy có thể tự khôi phục về fnom nhờ các bộ điều tốc

 fdướiphải cao hơn giá trị lớn nhất trong các mức tần số tách lưới giữ tự dùng của các tổ máy trong hệ thống

Các cấp tần số fcđ có thể được phân bố đều trong phạm vi ftrên đến fdưới với số cấp là

Trong đó Ptổng (pu) là tổng phụ tải cần sa thải ở tất cả các cấp fcđ để ngăn chặn tần

số không giảm thấp hơn fdưới

Giá trị Ptổng trong biểu thức trên chỉ có ý nghĩa xác định lượng tải tối đa có thể bị

sa thải Trong từng trường hợp mất công suất cụ thể, lượng phụ tải sa thải tương ứng với mức sụt tần số, còn mức sụt tần số lại tương ứng với lượng công suất thiếu hụt và trạng

Đây là đặc tính tự điều chỉnh của bảo vệ sa thải phụ tải Với cùng giá trị Ptổng nếu số cấp cắt tải n càng lớn thì Pcđcàng nhỏ và tổng lượng tải bị sa thải theo các cấp tần số càng sát với lượng công suất thiếu, tức là càng hạn chế việc cắt thừa tải ở các cấp

Việc sa thải theo mức tần số có ưu điểm là không đòi hỏi chính xác cao trong tính toán trạng thái quá độ, có thể áp dụng ngay cả khi thông tin về máy phát và điều tốc không đầy đủ

Nhược điểm của phương pháp sa thải này là phụ tải chỉ bắt đầu được cắt sau khi tần

số xuống dưới ftrên, nên nếu độ dốc tần số ban đầu rất lớn thì tần số có thể giảm xuống thấp hơn fdưới trước khi phụ tải kịp sa thải ở các cấp fcđ do thời gian mở các máy cắt khá lớn (nhất là các máy cắt thuộc lưới điện phân phối điện áp thấp)

b Sa thải phụ tải theo độ dốc tần số

Từ biểu thức (2.14) có thể xác định được lượng công suất thiếu hụt P0 ứng với từng độ dốc df/dt Các rơ-le tần số tác động theo độ dốc được chỉnh định theo các tốc độ (df/dt)cđ và thời gian trễ tcđ tại cùng một mức tần số fcđ Lượng tải cắt ở từng cấp độ dốc

Pcđ (pu) có thể được phân bố đều như đã nêu ở trên

Về lý thuyết có thể đặt fcđ = fnom nếu phân biệt được độ dốc tần số trong tình huống sụt tần số mà bộ điều tốc khắc phục được (nghĩa là không cần cắt tải) với tình huống nằm ngoài khả năng của bộ điều tốc (bắt buộc phải cắt tải) Điều này cho phép thực hiện cắt tải ngay khi xuất hiện sự thiếu hụt công suất do vậy nâng cao khả năng phục hồi tần số Đây là ưu điểm cơ bản so với phương pháp sa thải phụ tải theo mức tần số Tuy nhiên việc cắt tải theo độ dốc đòi hỏi sự chính xác cao khi tính toán trạng thái quá độ của hệ

thống để xác định được độ dốc tần số theo các giá trị P0 và H khác nhau trong quá trình vận hành

c Sa thải phụ tải hỗ trợ phục hồi tần số

Việc sa thải phụ tải theo mức tần số hay độ dốc tần số nói trên nhằm ngăn chặn khả năng tần số hệ thống giảm thấp hơn fdưới gây tách lưới các tổ máy Quá trình phục hồi tần

số về giá trị fnom sau đó nhanh hay chậm tuỳ thuộc vào trị số H và sự chênh lệch giữa lượng tải sa thải so với lượng công suất thiếu hụt Trong trường hợp sự phục hồi tần số quá chậm cần phải sử dụng cắt tải hỗ trợ

Việc cắt tải này được thực hiện bằng relay tác động theo mức tần số với mức chỉnh định fcđ nằm trong khoảng ftrên  fcđ <fnom Thời gian chỉnh định cho các rơ-le này phải lớn hơn tcđ của các relay sử dụng để chống tách lưới Tổng lượng tải có thể bị sa thải theo các cấp cắt hỗ trợ này là 10% hoặc cao hơn

2.1.2 Sa thải phụ tải dưới điện áp

Hệ thống điện hiện nay ngày càng dễ bị sụp đổ điện áp hơn so với 35 năm trước khi chúng ta ngày càng phụ thuộc vào nguồn phát được đặt từ xa trung tâm phụ tải Máy phát điện ở miền đông Canada và trung tây Hoa Kỳ cung cấp một lượng lớn năng lượng cho trung tâm phụ tải bờ biển phía đông thành phố New York Máy phát điện tại Washington, Oregon và miền tây Canada cung cấp năng lượng đáng kể cho miền nam California Hai yếu tố thúc đẩy máy phát mà đặt từ xa từ trung tâm phụ tải:

 Chi phí chi trả cho năng lượng từ các nguồn phát từ xa thấp hơn so với các nguồn phát trong khu vực

 Sự cưỡng ép của công chúng hoặc từ chối cho phép xây dựng các nhà máy phát điện mới bên trong các đô thị tải cao, là nguyên nhân xây dựng các nhà máy ở xa các trung tâm tải

Hai thay đổi cơ bản trong hoạt động của mạng lưới điện hiện nay dẫn đến việc truyền tải điện năng trên một khoảng cách dài Điều này làm cho lưới điện rất phụ thuộc vào hệ thống truyền tải để cung cấp điện cho trung tâm phụ tải Nó cũng dẫn đến tăng tổn thất công suất phản kháng khi cắt đường dây truyền tải

Một yếu tố quan trọng khác mà gây ra sụp đổ điện áp hệ thống nhanh chóng là bản chất của tải đang được phục vụ bởi các tiện ích Nhiều tải hiện nay là các động cơ điều hòa không khí nhỏ một pha Đây không phải là trường hợp 35 năm trước, khi điều hòa không khí là không phải là phổ biến Những động cơ nhỏ dễ bị chững lại khi bị sụt điện

áp gây ra bởi ngắn mạch hệ thống truyền tải Trong thời tiết nóng, những động cơ này bao gồm một tỷ lệ cao của phụ các tải tiện ích Các ngắt chậm của động cơ bị đình trệ và khả năng tăng tốc lại tương đối chậm của động cơ mạnh mẽ hơn dẫn đến hệ thống điện áp thấp sau khi một lỗi hệ thống truyền tải được loại bỏ Trũng điện áp và ảnh hưởng của những động cơ được làm trầm trọng hơn nếu các sự cố hệ thống truyền tải được loại bỏ thông qua một relay trì hoãn thời gian hoặc là một sự cố nhiều pha Các sự cố như vậy dẫn đến sự sụp đổ điện áp có thể gây mất điện

Hình 2.1 cho thấy một ví dụ về phục hồi điện áp cho sự cố hệ thống truyền tải

Hình 2.1: Phục hồi điện áp do sự cố hệ thống truyền tải

Việc thực hiện sa thải phụ tải dưới điện áp thường được thực hiển với các relay sa thải tải dưới điện áp có trì hoãn thời gian

2.2 GIỚI HẠN CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CỦA MÁY PHÁT

2.2.1 Máy Phát Đồng Bộ Ba Pha

Máy phát điện đồng bộ hay máy phát điện xoay chiều là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng Máy phát điện xoay chiều được chế tạo theo loại một pha hay ba pha, là thành phần chủ yếu trong hệ thống truyền tải và cung cấp điện năng

Ngày nay các máy phát điện công suất lớn có công suất vài trăm MVA với nguồn cơ năng dùng thủy lực hình thành các nhà máy thủy điện cung cấp cho khu vực hay quốc gia Các máy phát điện có công suất nhỏ từ 10KVA đến 1MVA , với nguồn cơ năng là động cơ nổ Diessel, hình thành các nhà máy nhiệt điện nhỏ hay các tổ động cơ máy phát

dự phòng cho các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp

Máy phát điện còn có khả năng đấu vận hành song song (hòa đồng bộ) để nâng công suất cấp đến tải, hay dùng làm máy bù dùng nâng cao hệ số công suất Với khả năng và phạm vi sử dụng rộng rãi của máy phát, các chuyên-viên kỹ-thuật cần nắm vững các nguyên lý cơ bản; để thuận lợi trong công tác vận hành và bảo quản

Máy phát điện đồng bộ gồm hai thành phần chính:

Rotor: còn được gọi là phần cảm dùng tạo ra từ trường kích thích dạng một chiều (không biến thiên biên độ theo thời gian)

 Rotor cực từ lồi: dây quấn trên các cực từ được quấn tập trung

 Rotor cực từ ẩn: dây quấn trên rotor thực hiện theo dạng dây quấn phân bố không tập trung

Stator: còn được gọi là phần ứng, kết cấu của stator động cơ cảm ứng Trên stator chúng ta bố trí một hay nhiều pha dây quấn để có thể hình thành máy phát một pha hay nhiều pha Với máy phát điện đồng bộ xoay chiều 3 pha, trên stator chúng ta bố trí ba bộ dây quấn lệch vị trí không gian 120o

2.2.2 Đặc Tuyến Công Suất Máy Phát

Các máy phát là nguồn cung cấp chính công suất thực và công suất phản kháng trong hệ thống điện Công suất phản kháng rất quan trọng trong hệ thống điện vì nó cung cấp sự hỗ trợ điện áp Các máy phát đồng bộ tiêu biểu có thể tạo ra công suất phản kháng tại ngõ ra của nó từ 31% công suất định mức MVA (đối với các máy phát có hệ số công suất 0.95) đến 60% công suất định mức MVA (đối với máy phát có hệ số công suất 0.8) [10] Trong các điều kiện bình thường, công suất phản kháng ngõ ra của máy phát được điều chỉnh một cách liên tục bởi bộ tự động điều chỉnh điện áp (AVR) Tuy nhiên dọc theo quá trình bất ổn định điện áp, khả năng phát công suất phản kháng của máy phát có thể bị giới hạn bởi các các yếu tố khác

Các máy phát điện đồng bộ trong hệ thống điện thường được bảo vệ hay được điều khiển bởi nhiều thiết bị khác nhau như là AVR (Bộ tự động điều chỉnh điện áp), PSS (Thiết bị ổn định hệ thống điện), GOV (Bộ điều tốc), OXL (Bộ giới hạn quá kích từ), UXL (Bộ giới hạn thiếu kích từ) Mỗi một thiết bị sử dụng một vài vòng điều khiển hồi tiếp để đảm bảo máy phát hoạt động trong giới hạn nhiệt được xác định trước [11] Trong các hoạt động hệ thống điện, các hiệu ứng tích lũy đựa trên công suất ngõ ra P, Q của máy phát được trình bày trong hình 2.2, nó thường được gọi là đường đặc tính khả năng phát của máy phát Đường 1 và 2 thể hiện giới hạn dòng điện từ trường và dòng điện phần ứng

Trong vận hành hệ thống điện truyền thống, khả năng phát công suất phản kháng của máy phát thường được xấp xỉ bằng hằng số Nó giả định rằng đường 1 là đường thẳng Mặc dù đem lại sự thuận tiện lớn để nghiên cứu hệ thống, sự đơn giản hóa này có thể giới hạn một cách bảo thủ công suất phản kháng dự trữ có thể đưa vào phân phối Ví

dụ, trong suốt quá trình sụp đổ điện áp, điện áp tụt có thể yêu cầu công suất phản kháng vượt quá lượng đang được phát ra Các máy phát có nhiều khả năng hoạt động theo đường 1 Việc giảm công suất thực phát ra có thể cung cấp thêm công suất phản kháng hỗ trợ cho lưới điện

Hình 2.2: Đường cong khả năng phát của máy phát

Các đường cong khả năng tĩnh là các thuộc tính máy phát đưới giả định điện áp định mức Tuy nhiên trong suốt quá trình sụp đổ điện áp, việc vi phạm các giả định có thể làm mất hiệu lực của việc sử dụng các đường cong Điều này có thể được giải thích bằng định nghĩa toán học của đường cong 1

đường tròn có tâm tại 0, −𝑣𝑡2

𝑥 𝑞 Tuy nhiên, trong quá trình sụp đổ điện áp, điện áp đầu cực máy phát có thể được điều khiển bởi OXL thay vì AVR Tại thời điểm này, điện áp đầu cực máy phát sẽ không còn được giữ là hằng số Đường cong 1 sẽ trở thành phụ thuộc vào 𝑣𝑡

BỘ CẢM BIẾN ĐIỆN ÁP & BỘ

BÙ TẢI TẠO ĐẶC TUYẾN

ĐIỆN ÁP

BỘ HẠN CHẾ

& BẢO VỆ

Các yêu cầu cơ bản là hệ thống kích từ cung cấp và tự động điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát đồng bộ để duy trì điện áp ở đầu ra cũng như giữ cho điện áp ở đầu

ra biến thiên trong phạm vi ―cho phép liên tục‖ của máy phát

Sơ đồ khối của hệ thống kích từ được trình bày trong hình 2.3

Hệ thống này gồm có các bộ phận chính sau:

Bộ kích từ: cung cấp dòng một chiều cho cuộn dây tạo từ trường của máy phát điện

đồng bộ, tạo nên công suất của hệ thống kích từ

Bộ điều chỉnh điện áp: xử lý và khuếch đại tín hiệu điều khiển đầu vào là điện áp

đầu cực máy phát để tạo ta cách thức thích hợp để điều khiển hệ thống kích từ Nó bao gồm cả việc điều chỉnh và chức năng ổn định hệ thống kích từ

Bộ cảm biến điện áp ra và bù tải: cảm nhận điện áp đầu cực máy phát, chỉnh lưu

và lọc nó thành điện một chiều, so sánh nó với giá trị chuẩn là điện áp đầu ra máy phát mong muốn Ngoài ra, bộ phận bù tải có thể được cung cấp (do sụt áp trên đường dây hoặc do công suất phản kháng) nếu muốn giữ điện áp không đổi tại các điểm xa đầu cực máy phát Bộ này còn được gọi là bộ tạo đặc tuyến điều chỉnh

Bộ ổn định hệ thống công suất: cung cấp thêm một tín hiệu ở ngõ vào để hạn chế

dao động công suất của hệ thống Những tín hiều ở ngõ vào thường dùng là độ lệch tốc

độ rotor, sự tăng công suất và độ lệch tần số

Bộ hạn chế và bảo vệ: phần này bao gồm một hệ thống điều khiển và bảo vệ rộng

nhằm đảm bảo khả năng của bộ kích từ và máy phát đồng bộ không vượt quá giới hạn cho phép Thường sử dụng bộ hạn dòng kích từ, bộ hạn chế kích từ cực đại, bộ hạn áp đầu cực, bộ điều chỉnh và bảo vệ V/Hz và bộ hạn chế thiếu kích từ Những mạch này thường riêng biệt, các tín hiệu ở ngõ ra của chúng có thể đưa vào hệ thống kích từ bằng một ngõ nhập tổng hay là cổng nhập

Qua nhiều năm phát triển hệ thống kích từ có nhiều dạng, chúng có thể được chia thành 3 loại cơ bản dựa trên nguồn năng lượng mà bộ kích từ sử dụng:

 Hệ thống kích từ một chiều

 Hệ thống kích từ xoay chiều

 Hệ thống kích từ tĩnh

2.2.3.2 Bộ Giới Hạn Quá Kích Từ

Hình 2.4: Mô hình bộ giới hạn quá kích từ

Mô hình bộ giới hạn quá kích từ theo kiểu AC4A được sử dụng Hình 2.4 trình bày

sơ đồ khối của mô hình này Bằng cách thay đổi các điểm đặt của điện áp kích từ, mục tiêu chính của vòng lặp điều khiển quá kích từ là điều chỉnh dòng kích từ để tránh quá nhiệt trên cuộn dây kích từ Khi máy phát hoạt động, bộ giới hạn quá kích từ của nó hoạt động ở một trong 3 trạng thái sau đây:

 Nếu dòng điện từ trường ở dưới giới hạn nhiệt dài hạn 𝐼𝑓𝑑𝑚𝑎𝑥 1, ngõ ra của bộ giới hạn quá kích từ bằng 0 Nó không tác động đến các ngõ ra của máy phát

 Nếu dòng điện kích từ vượt quá giới hạn nhiệt dài hạn 𝐼𝑓𝑑𝑚𝑎𝑥 1, nhưng dưới giới hạn nhiệt ngắn hạn 𝐼𝑓𝑑𝑚𝑎𝑥 2, bộ giới hạn quá kích từ không làm gì nhưng chờ đến khi sự tích lũy ảnh hưởng nhiệt đạt tới một lượng nhất định Khi đó nó gửi tín hiệu tới bộ tự động điều chỉnh điện áp để giảm dòng điện kích từ xuống tới dải

an toàn