Hình 2.4 8: Dòng điện chuyển van trong chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu
2.9. NGUYÊN TẮC CHUNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CỦA HTKT
Điện áp như đã biết, là một trong những chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng điện năng. Trong quá trình vận hành bình thường mức điện áp ở từng nút của hệ thống điện phải được giữ trong giới hạn cho phép. Trị số thực tế ở mỗi nút của hệ thống điện luôn luôn thay đổi theo chế độ vận hành hệ thống điện và cân bằng công suất phản kháng ở từng nút của phụ tải.
Điện áp trên thanh cái của nhà máy điện và trong lưới cung cấp có thể được điều chỉnh bằng hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) của máy phát điện. Các máy phát điện đồng bộ có thể:
- Phát công suất phản kháng trong chế độ quá kích thích. - Tiêu thụ công suất phản kháng trong chế độ thiếu kích thích. - Thay đổi điện áp và công suất phản kháng một cách liên tục.
Dòng điện kích từ chạy trong các cuộn dây rotor của máy phát điện đồng bộ là dòng điện một chiều vì vậy cần phải có hệ thống nguồn cung cấp riêng: hệ thống kích từ. Điều chỉnh dòng kích từ trong quá trình làm việc là thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK). Đặc tính của hệ thống kích từ và cấu trúc TĐK có ý nghĩa quyết định không
những đối với chất lượng điều chỉnh điện áp mà còn đến tính ổn định của hệ thống. Ở đây ta chỉ chú tâm nghiên cứu loại hệ thống kích từ dùng nguồn xoay chiều chỉnh lưu có điều khiển, hệ thống này cho phép tạo ra hằng số quán tính rất nhỏ so với các hệ thống khác, nhờ khả năng điều chỉnh trực tiếp dòng kích từ (chạy qua các thyristor) đi vào cuộn dây rotor máy phát điện đồng bộ. Hằng số quán tính nhỏ là điều kiện quan trọng cho phép nâng cao chất lượng điều chỉnh điện áp và tính ổn định.
Thiết bị TĐK bao gồm một loạt các kênh liên hệ ngược điều khiển điện áp kích từ của máy phát thông qua điều khiển trực tiếp dòng kích từ. Lúc đầu TĐK được thiết kế chỉ với mục đích điều chỉnh điện áp (giữ điện áp đầu cực trong quá trình máy phát làm việc). Cấu tạo đơn giản bởi các kênh phản hồi âm theo độ lệch điện áp và phản hồi dương theo độ lệch dòng điện. Hiện nay TĐK có cấu trúc phức tạp hơn nhiều, thực hiện các nhiệm vụ ổn định hệ thống, giảm dao động công suất vv…
Các thành phần chính trong cấu trúc của TĐK bao gồm:
- Các kênh điều chỉnh theo độ lệch các tham số chế độ (điện áp đầu cực máy phát, dòng stator vv …), các kênh này có ảnh hưởng chung nhưng chủ yếu đến các đặc tính tĩnh và chế độ xác lập.
- Các kênh điều chỉnh theo tín hiệu đạo hàm của các tham số chế độ. Các kênh này chỉ ảnh hưởng đến các đặc trưng động của hệ thống như điều kiện ổn định (chủ yếu ổn định tĩnh), đến chất lượng của quá trình quá độ, nhưng không có tác dụng đối với đặc tính tĩnh.
- Bộ phận kích thích cường hành, tác động lênh quá trình quá độ khi có những kích động lớn, có ý nghĩa nâng cao tính ổn định động cho hệ thống.
Theo đặc tính làm việc người ta chia TĐK ra làm 2 loại chính: TĐK tác động tỉ lệ và TĐK tác động mạnh. Các TĐK tác động tỉ lệ chỉ gồm các kênh điều chỉnh theo độ lệch thông số, do đó tác động điều chỉnh tương đối chậm (tương thích với hệ thống kích từ bằng máy phát một chiều hoặc tần số cao). Do bị giới hạn hệ số khuếch đại chất lượng điều chỉnh điện áp cũng không cao. Hiện nay loại này chủ yếu sử dụng ở những nhà máy có yêu cầu điều chỉnh điện áp không cao, không có yêu cầu đặc biệt về ổn định hệ thống.
Các TĐK tác động nhanh có cấu tạo đặc biệt, thêm các kênh điều chỉnh theo đạo hàm thông số. Lý thuyết TĐK tác động nhanh hiện chưa thống nhất, có những nơi người ta xây dựng TĐK tác động nhanh trên cơ sở ổn định hệ thống nói chung, nhằm tạo ra các TĐK chất lượng điều chỉnh điện áp rất cao trong khi vẫn đảm bảo được ổn định cho bản thân thiết bị điều chỉnh (và do đó nâng cao đáng kể tính ổn định của hệ thống nói chung), nhưng có nơi người ta đặt thêm bộ phận điều chỉnh phụ ghép với TĐK nhằm giảm dao động công suất (gọi là bộ phận ổn định công suất – Power System Stabilyzer).
Hệ thống kích từ tác động tỉ lệ thực hiện điều chỉnh kích từ theo độ lệch điện áp đầu cực máy phát. Tín hiệu điện áp UF
nhận được từ đầu cực máy phát thông qua các phần tử đo lường (máy biến điện áp), thiết bị biến đổi (chỉnh lưu và lọc) được đưa vào
bộ phận so sánh. Hiệu số độ lệch nhận được ∆U = U0 – UF được kết hợp với các tín hiệu khác và được khuếch đại bởi bộ phận khuếch đại rồi đưa đến bộ phận chỉnh lưu thyristor, ở đây tín hiệu điều khiển một chiều này được so sánh với tín hiệu điện áp đồng bộ để tạo ra xung, xung này được đưa đến cực điều khiển G của thyristor để mở thyristor với một góc thích hợp mục đích là để tăng hoặc giảm dòng kích từ đưa vào cuộn dây rotor của máy phát. Trị số điện áp U0 đầu cực máy phát được lấy sao cho khi điện áp đầu cực máy phát bằng trị số đặt (cần giữ) thì ∆U = 0. Khi đó máy kích thích chỉ làm việc với dòng kích từ trong cuộn C1. ∆U = U0 – UF nên thiết bị làm việc theo nguyên lý phản hồi âm áp. Để đảm bảo tính ổn định của bộ điều chỉnh trong chế độ quá độ, TĐK tác động tỉ lệ có thêm kênh phản hồi tác động theo đạo hàm cấp 1 của điện áp kích từ.
Bộ phận kích thích cường hành thực chất là một rơle điện áp thấp nối với khâu khuếch đại. Khi điện áp đầu cực máy phát giảm tới 20% so với trị số định mức rơle tác động đưa điện áp tối đa vào tham gia trực tiếp vào quá trình điều chỉnh. Tác động này làm tăng mômen điện từ máy phát nhờ đó nâng cao tính ổn định.
Về cấu trúc khác với TĐK tác động tỉ lệ, TĐK tác động nhanh có thêm một loạt là kênh tín hiệu là đạo hàm thông số chế độ, cùng đưa vào bộ khuếch đại. Phần tác động điều chỉnh điện áp theo độ lệch và kích thích cường hành không thay đổi. Các kênh mới này rõ ràng không có tác dụng nào ở CĐXL (vì tín hiệu bằng 0). Tuy nhiên lại có tác dụng cao đối với chất lượng điều chỉnh điện áp và ổn định tĩnh hệ thống điện. Vấn đề là ở chỗ, nhờ có các kênh này có thể nâng cao hệ số khuếch đại tín hiệu
độ lệch điện áp (âm) lên rất lớn cho kênh điều chỉnh, trong khi vẫn giữ được ổn định cho bộ điều chỉnh. Khi đó một cách gián tiếp đem lại hiệu quả cao về chất lượng điều chỉnh điện áp và ổn định chung của hệ thống.
Chúng ta cần phải chọn được cấu trúc thích hợp và hiệu chỉnh đúng các trị số đặt ứng với HTĐ cụ thể.
CHƯƠNG III