Để đảm bảo sự vận hành chính xác của máy phát và hệ thống kích từ, kênh điều chỉnh bao gồm các bộ giới hạn khác nhau. Mục đích của chúng là để giữ máy phát làm việc trong khoảng giới hạn được định nghĩa bởi biểu đồ công suất và để tránh hệ thống kích thích chống lại sự quá tải. Dưới các điều kiện vận hành không bình thường, sự đưa vào làm việc của các bộ giới hạn tránh việc cắt không cần thiết của máy phát bởi các chức năng bảo vệ.
Hệ thống kích từ cung cấp các chức năng giới hạn sau đây:
Bộ giới hạn kém kích từ.
• Bộ giới hạn PQ
• Bộ giới hạn dòng kích từ cực tiểu Ifmin
• Bộ giới hạn dòng điện Stator dưới điều kiện kém kích từ Igcap
Bộ giới hạn quá kích từ
• Bộ giới hạn dòng điện Stator dưới điều kiện quá kích từ. Igind
• Bộ giới hạn dòng kích từ cực đại Ifmax
Vấn đề chung đối với tất cả các bộ giới hạn trên
Mỗi bộ giới hạn được cấu tạo với 1 bộ lọc PID độc lập của chính nó.
Bộ giới hạn phải có chức năng điều chỉnh điểm đặt, mặc dù nếu bộ lọc PID được đặt với hệ số rất thấp.
Biểu đồ công suất điển hình của một máy phát đồng bộ cực lồi
Hình trên thể hiện một đặc tính công suất điển hình với các giới hạn làm việc của máy phát đồng bộ cực lồi trong chế độ vận hành ổn định theo điện áp tại các đầu cực máy phát bằng 1 p.u.
Bộ giới hạn PQ
Bộ giới hạn PQ tránh cho máy phát vận hành vượt qua các giới hạn ổn định và tránh hiện tượng trượt cực đồng bộ.
Nếu bộ giới hạn PQ được làm việc máy phát được bảo vệ tránh việc vận hành vượt quá các giới hạn ổn định. Một giới hạn PQ có thể được định nghĩa với 6 giá trị công suất phản kháng tại P=0%, P=20%, P=40%, P=60%, P=80% và P=100%. Trải qua quá trình vận hành không bình thường điện áp máy phát giới hạn PQ được định nghĩa theo công thức sau:
Ảnh hưởng của điểm vận hành được tính toán như sau:
Q: Công suất phản kháng
P: Công suất tác dụng
U: điện áp máy phát
Xq: điện kháng ngang trục Giá trị cực tiểu là 0.1 p.u.
Hệ số “Korr” được đưa vào bộ lọc PID bộ điều chỉnh để điều chỉnh điểm đặt bộ giới hạn PQ. Điều này điều chỉnh tối ưu hóa sự điều khiển vi phân gây ra bởi hệ số khuếch đại bộ điều chỉnh thấp.
Bộ giới hạn PQ có chức năng khuếch đại để cho bộ giới hạn hòa hợp nhanh hơn. Thành phần I của PID bộ giới hạn PQ sẽ được xóa tới 0 nếu đầu ra của chức năng giới hạn PQ là giá trị dương.
Bộ giới hạn dòng kích từ cực tiểu:
Bộ chỉnh lưu duy trì dòng kích từ tại 1 mức cực tiểu đặt trước.
Bộ giới hạn dòng kích từ cực tiểu chỉ được tác động khi máy làm việc trên lưới. Hệ số “Korr” có thể được sử dụng để điều chỉnh điểm đặt bộ giới hạn tới hệ số điều khiển vi phân cực tiểu được gây ra bởi hệ số khuếch đại bộ điều chỉnh thấp.
Nếu bộ giới hạn dòng kích từ cực tiểu được tác động thì sự sai lệch giữa dòng kích từ hoạt động và dòng kích từ cực tiểu được tính toán và có thể được sử dụng để bảo vệ máy phát từ dòng kích từ quá thấp. Chức năng này thường được áp dụng cho các máy phát thủy điện, mà nó có thể vận hành sâu dưới các mức kém kích từ của biểu đồ công suất ví dụ như dòng điện điều chỉnh tới 0. Trong mức này bộ giới hạn dòng điện kích từ cực tiểu giữ cho dòng điện kích từ ở 1 giá trị cực tiểu mà nó cần thiết cho mục đích chuyển mạch dòng điện. Mặt khác, nó có thể được sử dụng để bảo vệ khe hở cực Rotor khỏi quá nhiệt.
Bộ giới hạn dòng điện Stator:
Bộ giới hạn dòng điện Stator giới hạn dòng điện dung và tránh quá tải nhiệt cảm ứng.
và kích từ cực đại. Chỉ có khác là bộ giới hạn dòng điện Stator quá kích từ không có 1 giới hạn cực đại (Igmax=∞). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Giá trị hoạt động của cả 2 bộ giới hạn là giá trị trung bình của dòng điện Stator. Bộ giới hạn dòng điện Stator kém kích từ được khóa khi máy phát bị quá kích từ và ngược lại bộ giới hạn dòng điện Stator quá kích từ được khóa khi máy phát bị kém kích từ. Một mạch logic đảm bảo sự vận hành chính xác của 2 bộ giới hạn dòng điện Stator sẽ được đưa ra tính toán theo hệ số công suất là chủ yếu.
Nếu công suất đầu ra tuabine là rất cao, dòng điện Stator có thể vượt giới hạn cho phép mặc dù tải cảm của máy phát thấp. Trong tình huống này không có điểm hoạt động của bộ giới hạn dòng điện Stator bởi vì nó không thể giảm dòng điện tác dụng của Stator, kết quả là từ công suất tuabine lớn.
Chức năng kém kích từ:
Trong trường hợp kém kích từ xảy ra bộ giới hạn dòng điện Stator đáp ứng tức thời và giảm dòng điện Stator tới giới hạn nhiệt cho phép Igth bằng việc tăng dòng điện kích từ.
Chức năng quá kích từ:
Trong trường hợp quá kích từ xảy ra, bộ giới hạn dòng điện Stator khởi động bộ tích phân với giá trị ∆I (ở đây ∆I= Ig-Igth) giá trị cực đại mà bộ tích phân có thể đạt được là tỷ lệ với dung lượng nhiệt của Stator. Sớm tạo ra tại đầu ra của bộ tích phân khi vượt quá khả năng nhiệt của Stator, điểm đặt của bộ giới hạn dòng điện Stator sẽ được điều chỉnh giảm trơn đến dòng điện nhiệt Stator cho phép. Phụ thuộc vào thời gian đẳng trị của bộ tích phân sẽ đưa ra bởi chức năng thời gian trễ.
Nếu dòng Stator sai với giá trị định mức của nó (ví dụ: nhỏ hơn Igtherm) đầu ra bộ tích phân bắt đầu giảm hằng số thời gian làm mát Stator tức là thời gian tdown.
Giá trị Igtherm có thể được giảm cho tới khi việc làm mát Stator hoàn thành bởi tham số “CoolingFactor”. Nếu lựa chọn này không được chấp nhận thì giá trị đó có thể có biên (left) tại 1 p.u vì thế Igtherm luôn luôn là 1 giá trị như nhau, không phụ thuộc vào trạng thái làm mát.
Bộ điều chỉnh kích từ không ảnh hưởng đến thành phân công suất tác dụng của dòng điện máy phát. Vì thế bộ điều chỉnh Q=0 dịch công suất phản kháng Q tới 0 để bảo vệ máy phát.
Bộ giới hạn dòng điện kích từ cực đại:
Bộ giới hạn dòng điện kích từ cực đại có 2 điểm đặt giống nhau: 1 là giới hạn dòng điện cường hành thoáng qua (dòng cường hành kích từ) và điểm đặt thứ 2 là chống lại sự quá nhiệt (vận hành liên tục ở chế độ cực đại).
Qua quá trình vận hành bình thường (các bộ giới hạn không làm việc), dòng điện cường hành Ifmax được sử dụng như điểm đặt cho bộ giới hạn dòng điện kích từ cực đại và ngưỡng giá trị cường hành có thể đạt được bất kể lúc nào cần thiết.
Nói chung, hệ thống công suất giữ được trạng thái ổn định dưới điều kiện dòng điện cường hành thoáng qua cho tới khi sự cố được xóa. Bộ điều chỉnh điện áp máy phát hoạt động theo trình tự và tăng giá trị điều khiển có thể của nó vì thế giá trị tác động của dòng điện kích từ vượt quá giá trị định mức của nó hoặc cao hơn. Dòng điện
kích từ sẽ sớm vượt quá điểm đặt nhiệt Iftherm, khởi động bộ xác định quá dòng điện, và phụ thuộc chế độ vận hành, một bộ thời gian tổng hợp (A) hoặc là bộ thời gian dòng điện phụ thuộc (B) được sử dụng để tạo ra thời gian cường hành kích từ.
Điều này cần thiết bởi vì hệ thống kích từ phải đủ khả năng cung cấp quá dòng vì thế khả năng quá tải thoáng qua của máy phát có thể được dùng hỗ trợ điện áp hệ thống công suất qua quá tải thoáng qua.
Với tín hiệu “chức năng xung dU/dt” đặt tới “True”, bất kỳ sự tụt áp máy phát (dU/dt > pick-ups) cho phép bộ giới hạn thực hiện quá trình quá dòng thoáng qua khác (thời gian cường hành kích từ được khởi động lại), ngược lại một sự giảm điện áp máy phát không cho phép bộ giới hạn làm việc và sẽ không có quá dòng thoáng qua, nếu bộ giới hạn không sẵn sàng tác động và thời gian cường hành kích từ bị cô lập.
Tạo ra tín hiệu bên ngoài “Temp influence” để sửa đổi điểm đặt nhiệt Iftherm để bù các hệ số khác. Tín hiệu bên ngoài này hình thành điểm đặt bên trong.
Trong chế độ vận hành này, bộ giới hạn dòng điện kích từ cực đại sẽ sử dụng tốt nhất khả năng quá tải máy phát, như là 1 quá dòng nhỏ có thể tác động trong 1 chu kỳ dài, ngược lại 1 quá dòng cao có thể chỉ tác động trong khoảng thời gian ngắn (phụ thược vào đặc tính nhiệt của máy phát).
Bộ dò quá dòng điện sớm được khởi động để tích phân giá trị ∆I (ở đây ∆I= If - Iftherm), giá trị cực đại đó bộ tích phân có thể đạt được tỉ lệ với khả năng nhiệt của máy phát (∆Emax) khi bộ dò quá dòng điện vượt quá ∆Emax điểm đặt của bộ giới hạn dòng điện kích từ cực đại được giảm từ Ifmax tới Iftherm bởi 1 hàm dốc. Nếu dòng kích từ sai với giá trị định mức (ví dụ như nhỏ hơn Iftherm) thì bộ dò quá dòng giảm giá trị tính toán ∆E phụ thuộc vào giá trị đặt bổ sung của hằng số thời gian làm mát, “Thời gian tích phân phản hồi”.
Có thể 1 vài sự kiện khác trên hệ thống điện cưỡng bức hệ thống kích từ tăng dòng kích từ lên trên giá trị Iftherm trước khi thời gian làm mát là vượt quá, thời gian cho phép có thể đối với Iftherm sẽ ngắn hơn ∆Emax của chu kỳ hình sin đầu tiên sẽ đạt được dễ dàng hơn.
Giá trị Iftherm có thể được giảm cho tới khi việc làm mát hoàn thành bởi tham số “CoolingFactor”. Nếu lựa chọn này không được chấp nhận thì giá trị này có thể hoạt động tại biên 1p.u vì thế Iftherm luôn luôn hoạt động tại cùng 1 giá trị không phụ thuộc vào trạng thái làm mát.