CHƯƠNG 5: ĐIỀU CHỈNH BẰNG ĐIỀU KHIỂN PID ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KÍCH THÍCH SỐ
5.2ĐIỀU KHIỂN PID
Bộ điều chỉnh số ngày nay sử dụng một bộ điều khiển PID tiên tiến để điều chỉnh đáp ứng hệ thống. Đối với các hệ thống kích thích cấp cho mạch kích thích chính, hệ số vi phân khơng được sử dụng. Tác dụng của hệ số tỉ lệ là cung cấp hoạt động điều khiển tỉ lệ với tín hiệu sai số. Hệ số tỉ lệ ảnh hưởng tốc độ tăng sau khi đã được thay đổi so với ban đầu trong phương pháp điều khiển hồi tiếp. Tác dụng của hệ số tích phân là cung cấp một đầu ra mà nĩ phụ thuộc vào tích phân độ sai số. Đáp ứng tích phân của hệ thống điều khiển liên tục là một hệ thống mà nĩ thay đổi liên tục theo chiều hướng giảm sai số cho tới khi sai số trở về khơng. Tác dụng của hệ số vi phân là cung cấp một đầu ra mà nĩ phụ thuộc vào tốc độ thay đổi của sai số. Đối với các bộ kích thích quay, hệ số vi phân được sử dụng mà nĩ đo lường tốc độ thay đổi thơng số đo và tạo ra một đầu ra suy giảm theo hàm mũ theo xu hướng giảm sai số đến khơng. Hệ số vi phân được sử dụng với độ vọt lố điện áp theo kinh nghiệm sau khi đã cĩ một thay đổi điện áp bước hoặc một mất cân bằng. Sơ đồ khối cơ bản của một khối PID được sử dụng trong điều khiển bộ điều chỉnh điện áp tự động vịng hồi tiếp được thể hiện trong hình 1. Ngồi ra với khối PID, hệ số hồi tiếp hệ thống (KG) cung cấp hệ số điều chỉnh để so sánh với các thay đổi điện áp đầu vào hệ thống đưa tới cầu biến đổi lực. Khi thực hiện đo lường, thời gian điện áp lên được chú ý tại 10% và 90% mức thay đổi điện áp. Thời gian lên nhanh hơn, đáp ứng điện áp nhanh hơn.
Các lợi ích của bộ điều khiển kích thích nhanh cĩ thể cải thiện ổn định thống qua của máy phát khi nối tới hệ thống hoặc khi khởi động với các cách khác nhau, tối ưu hố momen đồng bộ để rotor trở về vị trí trạng thái ổn định sau sự cố. Một hệ thống kích thích đáp ứng nhanh cũng sẽ cải thiện việc phối hợp cắt của rơle bảo vệ bởi vì các hệ thống kích thích cĩ khả năng phục hồi điện áp đầu cực nhanh và cung cấp dịng điện sự cố lớn hơn để các rơle bảo vệ tạo thời gian cắt tối ưu.
V
REF điện áp máy phát chuẩn V
C điện áp cảm biến đo V
RLMT cường hành kích thích cực đại V
p điện áp đầu vào mạch lực V
R điện áp đầu ra bộ điều chỉnh
Hình 1: Sơ đồ khối được đơn giản hố của các bộ điều chỉnh điện áp tự động 5.3 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KÍCH THÍCH
Một hệ thống kích thích được điều chỉnh tối ưu thường cĩ lợi trong khi thực hiện tác động hồn tồn trải qua các trạng thái thống qua được gây ra bởi các sự cố hệ thống, mất cân bằng hoặc khởi động máy. Qua quá trình khởi động máy, một hệ thống kích thích nhanh sẽ giảm đến mức tối thiểu điện áp máy phát và giảm mất nhiệt I2R của động cơ. Sau một sự cố, một hệ thống kích thích số sẽ cải thiện ổn định thống qua bằng việc giữ ổn định sự làm việc hệ thống và cung cấp hệ số tắt dương đối với các dao động hệ thống.
Một hệ thống kích thích thường tạo ra nhiều thuận tiện để cải thiện việc phối hợp với rơle bảo vệ và ổn định thống qua tại chu kỳ dao động đầu tiên, tuy nhiên một hệ thống kích thích được điều chỉnh quá nhanh cĩ thể cĩ khả năng gây ra mất ổn định cơng suất nếu máy được nối tới hệ thống truyền tải điện áp thấp. Đối với các hệ thống đĩ một PSS cĩ thể được yêu cầu để bổ sung hệ số tắt.
Sự ước lượng hệ thống được bắt đầu bằng việc thực hiện đáp ứng điện áp bước để khảo sát cách hoạt động của hệ thống kích thích với máy phát. Nĩ được thực hiện khi máy cắt máy phát mở, từ chế độ khơng tải của máy phát sẽ đưa ra điều kiện ổn định tối thiểu, ví dụ với hệ số cao nhất và bão hồ ít nhất (xem hình 2). Hình 3 mơ tả biểu đồ bode của máy phát và mạch kích thích đối với một dải quét tần số từ 0-10Hz. Biểu đồ tần số biểu diễn tần số điện áp xoay chiều dao động sau khi mất cân bằng. Hằng số thời gian của từ trường máy phát và mạch kích thích được vẽ trên biểu đồ và được mơ tả để diễn đạt như tăng tần số, tăng gĩc pha để trở thành sớm pha hơn. Gĩc pha của từ trường máy phát bổ sung trực tiếp cho gĩc pha của mạch kích thích. Như khi các gĩc pha bổ sung đến 150 độ, hệ thống hầu hết trở nên khơng ổn định bởi vì hệ số tổ hợp của máy phát và hệ thống kích thích. Nếu khơng được so sánh chính xác thơng qua bộ điều khiển PID, máy đồng bộ cĩ thể trở nên dao động sau sự cố.
Bên cạnh kiểm tra đáp ứng bước điện áp khi khơng tải, các kiểm tra khác được thực hiện khi máy cắt máy phát đĩng. Khi kiểm tra đáp ứng điện áp bước được đưa ra phải tránh
các thay đổi lớn về cơng suất phản kháng máy phát. Do đĩ trong trường hợp này thay đổi 1- 2% điện áp bước là điển hình.
Hình 2: Đường cong bão hồ máy phát biểu diễn hệ số máy phát
Hình 3: Thay đổi gĩc pha của từ trường mạch kích thích, từ trường máy phát và tổng của cả hai