Nghiên cứu các phương pháp điều khiển và phân bố điện áp, công suất phản kháng trong mạng lưới cung cấp điện thành phố Thái Bình

Đặc tính điều chỉnh

Đặc tính điều chỉnh là quan hệ của dòng kích từ với dòng điện tải để luôn giữ cho điện áp không thay đổi. Nó cho biết hướng điều chỉnh dòng điện it của máy phát đồng bộ để giữ cho điện áp ra U ở đầu máy phát không đổi.

Đặc tính tải

Theo bản chất vật lý chỉ có hai phương pháp điều chỉnh điện áp, hoặc tăng thêm nguồn công suất phản kháng (phương pháp 1 và 4) hoặc phân bố lại công suất phản kháng trong mạng điện (các phương pháp còn lại), phương pháp sau chỉ có hiệu quả khi hệ thống điện có đủ công suất phản kháng. Để có thể điều chỉnh tốt điện áp, quá trình điều chỉnh được chia theo thời gian thành ba giai đoạn, mà hệ thống điều chỉnh điện áp của Điện lực Pháp thực hiện có hiệu quả là: điều chỉnh sơ cấp, điều chỉnh thứ cấp và điều chỉnh cấp ba.

Các thiết bị điều chỉnh điện áp

Máy bù đồng bộ là nguồn công suất phản kháng rất linh động vì công suất phản kháng của nó có thể thay đổi liên tục về độ lớn và về chiều từ công suất phản kháng sang công suất dung hầu nhưng rất đơn giản bằng cách thay đổi từ trường kích thích. Công suất phản kháng cung cấp bởi máy bù đồng bộ có khuynh hướng tăng khi điện áp thanh cái giảm, kết quả là máy bù đồng bộ vận hành tốt hơn tình trạng hệ thống có sự cố và giảm được nhấp nháy về ánh sáng.

Các loại điều chỉnh Điện áp

Cân bằng công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện Vì lý do kinh tế công suất nhà máy chỉ có thể đảm đương một phần yêu cầu công suất phản kháng của phụ tải nhưng phần quan trọng có thể đáp ứng tức thời các biến đổi nhanh công suất phản kháng của phụ tải trong chế độ làm việc bình thường cũng như sự cố phần còn lại phải dùng các thiết bị bù để cung cấp cho phụ tải. Lượng công suất truyền tải của đương dây( giả sử không tổn hao), trước khi bù:. Nếu VS và VR không đổi thì công suất truyền tải P phụ thuộc vào:. Kháng trở XL của hệ thống giữa VS và VR. Góc lệch Sau khi bù:. Tụ bù được đưa vào để bù trở kháng của hệ thống:. Tụ bù dọc làm giảm độ sụt áp bằng cách bù một phần kháng trở đường dây. Bù dọc không có tác dụng đến hệ số công suất đầu nhận và ảnh hưởng ít đến tổn thất đường dây, nó chỉ làm giảm công suất phản kháng yêu cầu ở đầu phát bằng cách bù một phần tổn thất công suất phản kháng của đường dây. Một trở ngại đối với tụ bù dọc là cần có thiết bị bảo vệ cho tụ điện và nối tắt dòng điện lớn không cho qua tụ khi có ngắn mạch xảy ra. Ngoài ra, việc đưa vào tụ bù nối tiếp tạo ra mạch cộng hưởng có thể dao động ở tần số thấp hơn. tần số dao động bình thường khi bị kích thích bởi các biến động. Hiện tượng này gọi là hiện tượng dao động dưới đồng hồ. Để điều chỉnh điện áp có thể đặt thiết bị bù dọc bằng cách mắc nối tiếp trên đường dây như hình bên dưới. UB1 khi có đặt tụ bù dọc. UB2 khi không có đặt tụ bù dọc. Bộ tụ có tác dụng làm giảm điện kháng của đường dây, do đó cho tổn thất điện áp giảm đi. Trước khi đặt tụ bù dọc ta có tổn thất điện áp:. Sau khi đặt thiết bị bù dọc ta có tổn thất điện áp:. Rừ ràng tổn thất điện ỏp trờn đường dõy giảm xuống khi đặt tụ bự dọc. Qua hình trên ta thấy nơi đặt tụ có ảnh hưởng đến phân bố điện áp trên đường dây. Nếu mạng chỉ có một phụ tải thường đặt tụ ở ngay trạm biến áp phân phối. Khi mạng có nhiều phụ tải phân bố dọc đường dây thì cần phải cân nhắc lựa chọn điểm đặt tụ cho phù hợp. Nói chung điểm đặt càng gần về phía nguồn càng cần ít tụ điện và mức điện áp càng ổn định. Ta khảo sát đường dây như sau:. 1) Tính phần % sụt áp đến cuối đường dây.

Điều chỉnh điện áp ở nhà máy điện .1. Điều chỉnh điện áp ở máy phát điện

Yêu cầu và nhiệm vụ của ổn định điện áp và điều chỉnh công suất phản kháng

Đây là ưu điểm rất quan trọng đối với máy đồng bộ công suất lớn cần dòng kích từ lớn (khoảng 3000A cho máy phát 600MW). Tuy nhiên giải pháp này kéo theo những khó khăn về chế tạo phần ứng quay so với việc chế tạo phần cảm quay. Máy kích từ xoay chiều cần phải được nối trục với máy phát đồng bộ. Dòng điện phần ứng của máy kích từ điều chỉnh trực tiếp dòng kích từ IT. Dùng tiristor sẽ làm quá trình điều khiển được đáp ứng nhanh hơn, nhưng đối với phương án b khó khăn gặp phải là vấn đề truyền tín hiệu điều khiển vào tiristor quay. Phần quay Phần tĩnh Phần quay Phần tĩnh Hinh 2.2. Hệ kích từ máy phát xoay chiều. Sơ đồ sự kích thích hỗn hợp. Điện áp và dòng điện kích từ tỷ lệ với tổng véctơ các điện áp UT và ITcủa các máy biến áp TU và máy biến dòng TI.  Yêu cầu đối với hệ kích từ. Hệ kích từ máy biến đồng bộ phải đảm bảo:. 1) Điều chỉnh dòng kích từ It = để duy trì điện áp máy U trong điều kiện làm việc bình thường( bằng cách điều chỉnh điện áp kích thích Ut). 2) Cưỡng bức kích thích để giữ đồng bộ máy phát với lưới khi điện áp lưới hạ thấp do xảy ra ngắn mạch ở xa. Muốn vậy hệ kích. từ phải có khả năng tăng nhanh gấp đôi dòng kích từ trong khoảng 0,5 giây hay:. Cưỡng bức kích thích máy đồng bộ. 3) Triệt tiêu từ trường kích thích, nghĩa là giảm nhanh dòng It. + Điện trở trong mạch kích từ ( điện trở giới hạn Rgh. phụ thuộc vào đặc tính đường cong từ hóa). - Các trường hợp có thể gây ra mất kích từ + Do tiếp xúc cực và chổi than kém + Ngược cực do quá trình tháo lắp + Mất từ: Cưỡng bức từ, kích từ ngoài. Để đảm bảo độ tin cậy kích từ ban đầu dùng cộng hưởng từ hoặc dùng bộ tụ mắc ở đầu cực máy phát. r để duy trì điện áp trên các cực của máy phát không thay đổi. Tự động ổn định điện áp của NMĐ là nhiệm vụ cơ bản nhất của một hệ thống TĐĐC điện áp. Nhiệm vụ này được thực hiện bằng cách thay đổi kích từ MF điện theo sự thay đổi của phụ tải và các điều kiện khác. 2) Cưỡng bức kích từ để giữ đồng bộ máy phát với lưới khi điện áp lưới hạ thấp do xảy ra ngắn mạch ở xa. 3) Có khả năng triệt từ trường kích thích giảm nhanh dòng điện kích thích it đến O mà điện áp không vượt quá giá trị cho phép. 4) Phân phối tỷ lệ công suất phản kháng giữa các tổ máy làm việc song song.

Các thiết bị TĐĐC điện áp điển hình

Hệ thống kích từ của máy phát điện 1 chiều

- Điều chỉnh điện áp theo nguyên lý hốn hợp (theo độ lệch của đại lượng được điều chỉnh và theo tác động nhiễu). Hình 2.5 Thay đổi kích từ máy phát nhờ thay đổi Rkt. b) Thay đổi kích từ máy phát nhờ dòng kích từ phụ IKTT tỷ lệ với ∆U và IF. Với hệ này, để cường hóa kích từ, người ta sử dụng rơle, cường hóa kích từ, khi điện áp máy phát giảm đột ngột 20% Uđm thì rơle cường hóa tác dụng ngắn mạch điện trở trong mạch kích từ làm tăng nhanh dòng kích từ, phục hồi nhanh điện áp MF.

Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp tác động theo nguyên lý bù nhiễu

Như vậy dòng tổng (IKT + IK) trong cuộn kích từ WKT của máy kích thích phụ thuộc vào dòng IF của máy phát. - Biến áp BTG để cách ly kích từ của máy kích thích với mạch thứ BI có điểm nối đất. - Biến trở đặt RĐ để thay đổi một cách đều đặn dòng IK khi đưa hệ thống vào làm việc, cũng như khi tách nó ra. - Ưu điểm: có khả năng tác động nhanh đơn giản. + Tác động theo nhiễu, không có phản hồi để kiểm tra và đánh giá kết quả điều chỉnh. + Hệ thống không phản ứng theo sự thay đổi của điện áp và cos φ, do vậy không thể duy trì 1 điện áp không đổi trên thanh góp điện áp máy phát. Trên hình 2.12 là đặc tính thay đổi điện áp UF theo IF. Ta thấy với cùng một giá trị IF, hệ thống sẽ TĐĐC điện áp UF đến những giá trị khác nhau ứng với các trường hợp cos φ khác nhau. φf <φφđm. Uđm φf =φđm. Đặc tính thay đổi điện áp UF của máy phát ứng với cosφ khác nhau. b) Sơ đồ cấu trúc hệ thống TĐĐC theo góc φ giữa dòng điện và điện áp của MF. - Như vậy hệ thống trên thực hiện việc điều chỉnh kích từ máy phát không chỉ theo dòng điện, mà còn theo điện áp và góc lệch pha giữa chúng.

Hệ thống TĐĐC điện áp theo nguyên lý hỗn hợp

Trong hệ thống này, phần tử đặt là lò xo xoắn LX ( có thể điều chỉnh lực đàn hồi). 2) Cơ cấu so sánh, so sánh giá trị tỷ lệ của điện áp của máy phát điện do bộ phận đo lường là cuộn dây WO cảm nhận, sau khi biến đổi về lực điện từ với tín hiệu chuẩn (đại lượng đặt). Máy biến áp BU còn gọi là biến áp phân cách nhằm tạo nên điện áp thích hợp và ngăn cách mạch xoay chiều với mạch điện một chiều ( mạch kích từ). Điện trở R1 là điện trở tải của biến dòng BI, nhằm thiết lập chế độ làm việc định mức của máy biến dòng đo lường. Biến trở R2 trong mạch kích từ có vai trò của một biến trở đặt, nhằm xác định giá trị trung bình của máy phát. Hệ thống tự TĐÔĐĐA kiểu hỗn hợp dòng điện có kết cấu đơn giản, độ tin cậy làm việc cao, không phải bảo dưỡng. Nhược điểm lớn nhất của nó là có độ chính xác thấp, đạt khoảng ±10%. Đặc tính ngoài phụ thuộc nhiều vào hệ số công suất của phụ tải và sai lệch điện áp so với giá trị định mức thay đổi dấu gây khó khăn cho việc phân phối đều công suất phản kháng giữa các TMP làm việc song song. Hệ thống TĐÔĐĐA kiểu hỗn hợp dòng điện thường chỉ được sử dụng trong các TMP chuyên dùng với một loại phụ tải, phụ tải ít thay đổi hệ số công suất, không làm việc song song, yêu cầu độ chính xác thấp hoặc sử dụng như là một kênh tác động trong hệ thống TĐÔĐĐA phức tạp hơn. Với các TMP đòi hỏi độ chính xác ổn định điện áp cao hơn, phải sử dụng hệ thống TĐÔĐĐA kiểu hỗn hợp pha. c) Thiết bị TĐĐC điện áp kiểu tĩnh Tiristor.

Khối điều khiển

- Điện áp điều khiển, ký hiệu là ucm, (điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ), thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh. Như vậy, khi điều chỉnh ucm từ trị ucm = +Um, ta có thể điều chỉnh được góc α từ 0 đến π.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao.

Tính chọn thiết bị cho mạch động lực

Sơ đồ mạch động lực

Mạch động lực dùng chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng , bao gồm 6 van bán dẫn: 3 van Diod và 3 van Thyristor. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liên tục khi góc mở các van dẫn nhỏ hơn 600.

Tính chọn các thông số của mạch động lực Chọn van động lực

Giản đồ các đường cong điện áp tải, dòng điện tải, dòng điện các van. Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng điện hiệu dụng:. Để van làm việc, từ các thông số trên Unv và Idmv ta chọn được 3 thyristor giống nhau có các thông số loại ST280CH04C0 có các thông số sau:. Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu 1. Điện áp chỉnh lưu khi có tải. ∆Uv tổn thất điện áp trên các van bán dẫn. ∆Uba : sụt áp trong máy biến áp khi có tải. Công suất tối đa của tải. Công suất biến áp nguồn cấp. Điện áp pha thứ cấp máy biến áp.  Tính toán mạch từ MBA. Chọn mạch từ 3 trụ tiết diện, mỗi trụ được tính theo công thức:. SBA: Công suất biểu kiến MBA. Thay số vào ta có:. a) Tính toán chiều cao sơ bộ l của trụ:. dựa vào công thức kinh nghiệm:. : Là hệ số quan hệ giữa chiều cao và chiều rộng của MBA. b) Tính trọng lượng Gt của trụ.

Số lá tôn

Thiết kế mạch đo lường, điều khiển .1 Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển

Lúc này nhiệm vụ của mạch ổn định điện áp là giảm dòng kích từ (IKT) tức là giảm UKT hoặc giảm Udk để điện áp máy phát giảm về mức ổn định cho phép. Với sơ đồ mạch điều khiển được thiết kế có phản hồi âm điện áp, dương dòng điện thì khi Ump tăng dần đến Uph.U tăng và Uph.I giảm ta có Urc. Mà Uph.U tăng lên dẫn đến Udk giảm kéo theo UKT giảm và Ump giảm về mức ổn định. Ngược lại, khi phụ tải máy phát tăng lên làm cho Ump giảm và Imp tăng thì mạch điều khiển cần phải tự động tăng Udk để tăng Ukt dẫn đến tăng Ump đến mức ổn định điện áp. Như vậy nguyên lý ổn định điện áp ở đây là điện áp máy phát giảm dẫn đến Uph.U giảm, đồng thời Uph.I tăng. Cho ta Udk tăng và làm cho điện áp máy phát tăng đến điện áp ổn định. 3.3.3 Tính chọn các khối của mạch điều khiển. Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về mở xung thyristor. Các thông số cơ bản để tính mạch điều khiển:. Tính chọn biến áp xung. - Cách ly mạch lực và mạch điều khiển. - Phối hợp trở kháng giữa tầng khuếch đại xung và cực điều khiển van. - Tạo ra xung có độ lớn phù hợp yêu cầu. Với biến ỏp xung làm việc tần số cao f = 10kHz, nờn lừi dẫn từ trường hay dựng nhất hiện nay là lừi Ferit dạng xuyến hỡnh trụ cú tiết diện kiểu chữ E. Vì khả năng tải công suất lớn hơn nhiều khi ở tần số cao nên kớch thước lừi nhỏ gọn. Do tổn thất trong mỏy biến ỏp tăng mạnh theo tần số nên cường độ từ cảm cũng phải giảm. Điện kháng tản của biến áp xung ảnh hưởng tới tốc độ sườn xung, trị số của nó càng lớn thì càng làm giảm độ dốc. Vì vậy để giảm từ thông tản cần cuốn các cuộn dây đồng trục và rải đều theo chiều cao của cửa sổ….Độ dốc thật tốt là phải để cuộn thứ cấp nằm giữa hai nửa cuộn sơ cấp để giảm được điện cảm tản hai lần. Điện cảm tạo từ thông làm việc ảnh hưởng đến độ sụt điện áp xung trị số càng nhỏ thì sụt áp giảm càng nhanh. Điện trở dây cuốn cũng ảnh hưởng đến độ sụt áp xung nhưng ngược với điện cảm, R càng nhỏ thì độ sụt áp càng ít đi. Ta tiến hành tính toán:. Dòng điện qua cuộn dây của biến áp không liên tục mà có dạng xung nên trị số hiệu dụng của dòng điện là nhỏ => tiết diện dây cuốn nhỏ chọn là 0,3 mm. + Độ từ thẩm tương đối trung bỡnh của lừi sắt:. Cả hai bóng Tr1 và Tr2 đều chọn theo điều kiện điện áp như nhau là chịu được trị số nguồn công suất Ecs bóng Tr1 chọn theo dòng điện I1 qua cuộn sơ cấp của biến áp xung, với:. Ig là dòng điều khiển mở van. Dòng qua Colecto của Tr2 chính là dòng qua Bazo của Tr1 như vậy bóng Tr2 luôn nhỏ hơn Tr1, điện trở R6 chọn từ điều kiện mở bão hòa tốt cho Tr1 và Tr2 đồng thời không gây quá tải cho tầng trước khuếch đại xung:. D – nhằm chống quá tải gây hỏng các bóng. Điện trở R7 làm nhiệm vụ hạn chế dòng khi máy biến áp xung bị bão hòa. Chọn biến áp xung có tỷ số các cuộn dây bằng các thông số điện áp dòng sơ cấp. Nguồn công suất chọn là 12V. Ta thấy với loại thyristor đã chọn có công suất khá bé Udk = 3V và Iđk. Nguồn nuôi cấp cho biến áp xung E. Ta mắc thêm điện trở R7 nối tiếp với cực Emito của Tr2 có giá trị là:. Tất cả các Diod trong mạch điều khiển nên dùng loại 1N4009 có thông số:. Điện trở R6 phải thỏa mãn điều kiện:. Tụ C2 được chọn phụ thuộc vào độ rộng xung điều khiển. Nó được tính:. Mỗi kênh điều khiển phải dùng hai khuếch đại thuật toán, ta chọn loại TL084 của hãng TexasInstrument chế tạo. Mỗi IC này có bốn khuếch đại thuật toán. Thông số như sau:. Vì tín hiệu ở tầng so sánh đưa sang tối đa là 3mA nên chọn dòng vào Iv = 1mA. Điện áp tụ được hình thành do sự nạp của tụ C. e) Khâu phản hồi dòng và phản hồi áp. Sau hơn ba tháng thực hiện đồ án, cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo, TS Ngô Duy Hưng và các bạn đồng nghiệp, tới ngày hôm nay em đã hoàn thành xong đồ án của mình: NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP VÀ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG MẠNG CUNG CẤP ĐIỆN, ỨNG DỤNG CHO MẠNG CUNG CẤP ĐIỆN CỦA THÀNH PHỐ THÁI BÌNH.