Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO TRờng đại học bách khoa hà nội Yathotu va Nghiên cứu khảo sát thiết kế hệ thống điều khiển kích từ cho máy phát nhà máy thủy điện Chuyên ngành : hệ thống điện Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngời hớng dẫn khoa học: gs.ts nguyễn trọng Hà nội - 2008 LƠI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết nên luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả YATHOTOU VA Lời cảm ơn Từ Thời gian bắt đầu nghiên cứu đến luận văn đà hoàn thành Trong trình làm đề tải tôI đà nhận giúp đỡ thầy, cô giáo đặc biệt lướng dÃn tận tình chu đấo thầy gs.ts nguyễn Tôi xin thành cảm ơn xin bày biết ơn chân thành đến gs.ts nguyễn , Các thầy, Cô giáo mô tự ®éng hãa.xncn ( DEP Of IN DUSTRIAL AUTOMATION ), Trung tâm đào sau đại học mô Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đại Học kỹ Thuật Lào đà tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình tham gia khoa học Các bạn bè sinh viên Lào học lấp cán kỹ thuật điện Lào đà giúp đỡ hoàn thành luận văn Do hạn chế thời gian, trình nên luận văn tránh khỏi sai sót Tác giả mong nhận dẫn, góp ý thầy giáo, co giáo đồng nghiệp để luận văn hoàn thành Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành cảm ơn!! Mục lục Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục chữ viết tắt Mở đầu Chương 1: GớI THIệU CHUNG Về CÔNG NGHệ SảN XUấT ĐIệN NĂNG 1.1.Giớ thiệu chung hệ thống1 1.1.1.Nguồn lượng sơ cấp.3 1.1.2.Tua bìn (Turbine).4 1.1.3 Máy phát.4 1.1.4.Bộ phận truyền tải điện4 1.1.4.a.Các loại nhà máy điện 1.1.4.a.1 Nhà máy nhiệt điện 1.1.4.a.2 Nhà máy điện ngyuyeen tử6 1.1.4.a.3 Nhà máy thủy điện7 1.2 Máy phát điện động .7 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Cấu tạo nguyên lý 1.3 Kết cấu đặc ®iĨm……………………………………………………….11 1.3.1.M¸y ph¸t ®iƯn cùc Èn…………………………………………………….11 1.3.2 M¸y ph¸t ®iƯn cực lồi13 1.4 Phương trình máy phát điện động bộ.14 1.4.1 Phương trình máy phát điện động cực ẩn 14 1.4.2 Phương trình điện áp máy phát điện động cực lồi15 1.5 Các đặc tính máy phát điện đồng bộ.15 1.5.1.Đặc tính không tải 16 1.5.2 Đặc tính ngắn mạch tỷ số ngắn mạch K.17 1.5.3.Đặc tính độ thay đổi điện áp U dm máy phát diện động bộ.19 1.5.4 Đặc tính điều chỉnh 20 1.5.5.Đặc tính tải.21 Chương 2: vấn ®Ị tõ ®éng hãa vµ ®iỊu chØnh hƯ thèng ®iƯn 2.1 NhiƯm vơ chung vỊ tõ ®éng hãa hƯ thống điện23 2.1.1 Đặc điểm việc điều khiển hệ thèng ®iƯn………………………….23 2.1.2 NhiƯm vơ ®iỊu khiĨn hƯ thèng ®iƯn…………………………………… 24 2.1.3 Yêu cầu trình điều chỉnh hệ thống điện26 2.2 Vấn để ổn định hệ thống điện 35 2.2.1 Khái niệm chung 35 2.2.1.1 Các chế độ làm việc hệ thống điện- định nghĩa ổn định.35 2.2.1.1.1 Hệ thống điện 35 2.2.1.1.2 Chế đọ hệ thống điện35 2.2.1.1.3 Yêu cầu chế độ hệ thống điện36 2.2.1.1.4 Điều kiện tồn chế độ xác lập định nghĩa ổn định hệ thống điện 37 2.2.2 Định nghĩa ổn định hệ thống điện 39 2.2 2.1 Định nghĩa ổn định tĩnh39 2.2.2.2 Định nghĩa ổn định động40 2.2.2.3 Định nghĩa ổn định tổng quát 41 2.2.3 Phương pháp khảo sát ổn định hệ thống điện 43 2.2.3.1 Phương pháp khảo sát ổn định tĩnh46 2.2.3.2 Phương pháp khảo sát ổn định động 46 Chương 3: vấn để ổn định điện áp máy phát hệ thống điều kiển kích từ máy phát 3.1 Yêu cầu chung điều chỉnh điện áp máy phát.48 3.1.1 Điều chỉnh công suất tắc dụng 48 3.1.2 Điều chỉnh công suất phản kháng Q.50 3.1.3 Một số sơ đồ điều khiển kích từ điển hình50 3.1.3.1.Khái niệm50 3.1.3.1.1 Hệ thống kích thích dùng m¸y ph¸t mét chiỊu…………………… 52 3.1.3.1.2 HƯ thèng kÝch thÝch dïng m¸y ph¸t xoay chiỊu…………………… 53 3.1.3.1.3 HƯ thèng kÝch thÝch dïng ngn chØnh lu cã ®iỊu khiĨn………… 54 3.2 Cấu trúc hệ điều khiển điện áp máy phát TĐK 55 3.2.1 Nguyên lý chung 55 3.2.2 Nguyên lý bé ®iỊu khiĨn kÝch tõ ……………………………………… 58 3.3 HƯ thống kích từ mát phát của nhà điện hòa bình64 3.3.1 Nguyên lý mạch lực cho kích từ chính.64 1.Khái niêm.64 Các nguyên tắc điều khiển hệ đồng .67 2.1 Nguyên tắc điều khiển ngang 67 2.2 Nguyên tắc điều khiển dọc.68 3.Mạch điều khiển kênh nhiều kênh69 3.3.3.3.1 Mạch điều khiển nhiều kênh 69 3.3.3.3.2 Mạch điều khiển kênh 70 3.3.4 Các khâu mạch điều khiển 71 3.3.4.1 Khâu tạo điện áp đồng 71 3.3.4.2 Khâu tạo điện áp cứa 72 3.3.4.3 Khâu so sánh 73 3.3.4.4 Biến áp xung 75 Chương 4: ứng dụng matlab simulink mô hình hóa hệ điều khiển kích từ thủy điện hòa bình 4.1 Khái niệm mô hình hóa hệ thống78 4.1.1 Khái niệm chung 78 4.1.2 Đặc điểm mô hình hóa hệ thống.79 4.1.3 Phân loại mô hình hóa hệ thống81 4.1.3.1 Tính động 83 4.1.3.2 Tính thực dụng 83 4.1.4 Một số ngiên tắc xây dựng mô hình83 4.1.4.1 Nghiên tắc xây dựng sơ đồ khối.83 4.1.4.2 Nghiên tắc thích hợp 84 4.1.4.3 Nghiên tắc độ xác84 4.1.4.4 Nghiên tắc tổ hợp 84 4.2 Khái niệm chung Matlab simulink 84 4.2.1 Giíi thiƯu vỊ óng dơng Matlab m« pháng ®iỊu khiĨn tõ ®éng……86 4.2.1.1 øng dơng cđa Matlab ®Ĩ phân tích khảo sát hệ thống điều khiển từ ®éng……………………………………………………………………………86 4.2.1.1.a MiỊn thêi gian……………………………………………………….86 4.2.1.1.b.MiỊn tÇn sè………………………………………………………… 88 4.2.1.1.c Phân tích mô hình không gian trạng tháI Matlab.93 4.2.2 ứng dụng Simulink để mô hệ thống động học.96 4.2.3 ứng dụng Matlab-Simulink mô khảo sát hệ số điện 101 4.3 ứng dụng Matlab Simulink đẻ mô hệ điều khiển điện áp máy phát nhà máy thủy điện.101 4.3.1.Sơ đồ tham số 101 4.3.1.1 Khối TĐK cho kích từ máy phát hòa bình.101 4.4.Xây dựng sơ đồ Simulink kết mô 105 Kết luận Sau gần tháng làm luận văn, đà làm thành luận văn ứng dụng Chương 1: Giới thiệu chung công nghệ sản xuất điện Chương 2: Vấn để từ động hóa điều chỉnh hệ thống điện Chương 3: Vấn để ổn định điện áp máy phát hệ thống điều khiển kích từ máy phát Chương 4: ứng dụng Matlab Simulink mô hình hóa hệ điều khiển kích từ thủy điện hòa bình Dừa vào tài liệu tham khảo, nhờ hương dẫn gs.ts nguyễn trọng nồ lực thân đà hàm thành đủ nhiệm vụ yêu cầu Phần mô hệ điều khiển kích từ cho máy pháy thủy điện hòa bình phần mới, nội dùng phức tạp khó, kết đặt tốt, dùng để tham khảo kỉnh định vận hành thực tế Với thời gian ngắn, kiến thức hạn hẹp, đo kết bước đầu tránh khổi sai sót, kính mang thầy thông càm Xin chân thành cảm ơn Hình 14 Sơ đồ khối TĐK thủy điện hòa bình Trong đó: - Ku, T5, T6, T7, Ta, Tb, Tc hệ số khuếch đại vµ h»ng sè thêi gian cđa khèi xư lý tÝn hiệu điện áp (2) bao gồm khâu khuếch đại, bù pha khâu dao động bậc hai - K'u, T13, T14, T15 hệ số khuếch đại sè thêi gian kh©u vi ph©n (3) lÊy tÝn hiƯu đạo hàm điện áp - KIq, K20, T18, T17 hệ số khuếch đại số thời gian khâu bù chậm pha tín hiệu dòng phản kháng - K'IE, K21, K22, T22 - T26 hệ số khuếch đại số thời gian khâu lọc, bù pha khâu vi phân (6) lấy tín hiệu đạo hàm dòng điện roto - Khối ổn định (5) lấy tín hiệu tần số lấy tín hiệu đạo hàm tần số K103, K109, Kf, K'f, T103 - T109 hệ số khuếch đại số thời gian khâu lọc, bù pha, vi phân khối ổn định Tín hiệu điều khiển khối ổn định lựa chọn: ã Độ lệch góc lệch roto ã Tần số ã Công suất điện máy phát 104 Các hệ số số thời gian hệ thống TĐK nhà máy thủy điện Hòa Bình thiết lập sử dụng tính toán Ku Ku’ Kiq KIE’ K1 K20 K21 K22 50 5 40 0.336 -18.66 0.013 K23 K24 K25 K26 K27 K28 K29 K30 0.0247 0.0247 0.0923 0.00488 0.144 1.58 1.58 7.581 K31 K32 K33 K34 K35 KF KF’ K2 1 -99 0 9.2 50 T5 T6 T7 Ta Tb Tc T13 T14 0.062 0.162 0.00663 0.000275 0.0221 0.0245 0.0245 T15 T16 T17 T18 T19 T103 T104 T105 0.038 0.0098 0.0454 0.038 0.012 4.025 T106 T107 T108 T109 T110 T111 T112 2.28 2.28 0.0099 19.6 0.0205 0.0205 0.249 4.4 Xây dựng sơ đồ Simulink kết mô 105 Hình 1: Hệ điều chỉnh điện áp máy phát dùng phản hồi âm điện áp 106 Tín hiệu đặt Tín hiệu sai lệch 107 Tính hiệu đạo hàm Tín hiệu 108 Hình 2: Sơ đồ điều chỉnh điện áp máy phát dùng phản hồi âm điện áp dương dòng điện 109 Tín hiệu đặt Tín hiệu sai lệch 110 Đạo hàm sai lệch Tín hiệu 111 Hình 3;Sơ đồ mô hệ điều chỉnh điện áp máy phát thủy điện hòa bình dùng phần hồi điện áp bù biến thiên dòng điện tải 112 tín hiệu đạt tÝn hiÖu sai lÖch 114 TÝn hiÖu TÝn hiÖu bù biến thiên dòng điện 115 116 Hình 4: Sơ đồ mô hệ điều chỉnh điện áp máy phát thủy điện hòa bình dùng phản hồi âm áp, dương dòng bù đạo hàm Tín hiệu đặt Tín hiệu sai lệch 117 Đạo hàm sai lệch Tín hiệu 118 4.NhËm xÕt hÖ thèng: - hÖ thèng tháng dùng khâu phản hồi điện áp máy phát cấu trúc T Đ K có chứa khâu đạo hàm sai lệch sai lệch hệ thống điện = 10% Thời gian độ dài t qd = 1,2s ,tần điều chỉnh max =80% - hệ thống dùng khâu phản hồi điện áp có thêm khâu phản hồi dùng điện máy phát sai lệch trình có giửa lại ∆ = 8% , t qd = 1,4s, σ max =70% - Khi hệ thống dùng đủ phản hồi : điện áp , đương dây điện máy phát dùng điện kích từ sai lệch trình đà giản h¾m, h¾m nh sai lƯch tÝnh b»ng ; nghÜa lµ ∆ ≈ ; t qd = 0,9s , σ max =60% ChÊt lỵng hƯ thèng tèt Nh vËy, với hệ thống điều khiển kích từ để ổn định điện áp máy phát với cấu trúc TĐK đà xét, mặc dâu chưa mô đến ảnh hưởng tần số, chất lượng tính hiệu ( điện ¸p m¸y ph¸t ) ®· cã sai lƯch tÝnh chØ 2%, thời gian độ 0,9s đọ điều chỉnh khoảng 60% than số tài liệu tham khảo để kỉnh định vận hành hÖ thèng thùc tÕ 119 ... Vấn để từ động hóa điều chỉnh hệ thống điện Chương 3: Vấn để ổn định điện áp máy phát hệ thống điều khiển kích từ máy phát Chương 4: ứng dụng Matlab Simulink mô hình hóa hệ điều khiển kích từ thủy... hợp (hệ thống) thiết bị điều khiển sau đây: - Hệ thống điều khiển nhà máy điện (Plant Control System - PCS) - Hệ thống điều khiển trạm (Substation Control System - SCS) - Hệ thống điều khiển. .. xuất điện, có nhiệm vụ biến từ turbine thành điện đầu cực máy phát Hiện máy ophát dùng nhà máy điện máy phát đồng bộ, nghĩa sức điện động máy phát phát phụ thuộc vào hai yếu tố, tốc độ quay máy phát