7. Bố cục luận văn
2.3. Hệ thống kích từ và chức năng PSS của NMTĐ Sông Bung 4
2.3.2. Bộ ổn định công suất PSS Nhà máy thủy điện Sông Bung 4
a. Tổng quan chức năng PSS2B hệ thống kích từ NMTĐ Sơng Bung 4 [20]
Để đảm bảo ổn định vận hành, hệ thống kích từ EXC9000 NMTĐ Sơng Bung 4 được trang bị một chức năng PSS2B có cấu trúc hàm truyền như sau:
Hình 2.10: Mơ hình hàm truyền chức năng PSS2B NMTĐ Sơng Bung 4
Hình 2.11: Cấu trúc hàm truyền chức năng PSS2B kết hợp với HTKT EXC9100 b. Phân tích các thành phần trong chức năng PSS2B
* Tín hiệu tốc độ.
Tín hiệu đầu vào V1: Angular velocity – vận tốc góc ω được lấy từ tín hiệu điện áp bù đo được từ TU9H11 và TU9H12 sau đó được lọc qua hai khâu lọc đạo hàm (lọc
thông cao) và lấy thành phần ω.
Hình 2.12: Khâu lọc thơng cao * Tín hiệu cơng suất điện.
Hình 2.13: Khâu lọc thơng cao và tích phân
Tín hiệu đầu vào V2 là cơng suất điện: Pe được lấy từ TU-TI điện áp đầu cực máy phát là TU9H11, TU9H12 và TI9H1. Sau đó tín hiệu này được lọc qua hai khâu lọc đạo hàm rồi qua khâu tích phân sau đó được khuyếch đại bằng KS2 rồi chia cho hằng số quán tính máy phát 2H để tạo ra tín hiệu tích phân sai lệch cơng suất điện.
* Tín hiệu cơng suất cơ.
Như mô tả trên đây, sai lệch tốc độ (PSS_4) và tích phân sai lệch cơng suất điện (PSS_0) được kết hợp với nhau để tạo ra một tín hiệu tích phân sai lệch cơng suất cơ. Tín hiệu này sau đó được lọc bằng một bộ lọc Ram-tracking nhằm tạo ra một sai số tĩnh bằng không đối với những thay đổi bám tín hiệu tích phân cơng suất điện. Điều này hạn chế việc thay đổi đầu ra của PSS tới mức thấp nhất đối với tỷ lệ thay đổi công suất cơ, mà thường gặp phải trong quá trình vận hành của các máy phát.
Hình 2.14: Cấu hình khâu lọc ramp-tracking đối với cơng suất cơ * Bù pha và lựa chọn tín hiệu ổn định.
Tín hiệu sai lệch giữa cơng suất cơ PSS_5 và tín hiệu cơng suất điện PSS_0 sau khi được khuyếch đại bằng KS1 được lọc để tạo ra tín hiệu vượt pha ở các tần số cơ điện cần dùng, ví dụ 0,1 ÷ 2 Hz. u cầu vượt pha là để bù vào sự trễ pha tạo ra bởi bộ điều chỉnh điện áp vịng kín.
Hình 2.15: Khâu khuyếch đại và bù pha * Khâu giới hạn điện áp đầu cực máy phát.
Khi PSS đưa vào hoạt động thơng qua module kích từ, nó có thể làm mất tác dụng của bộ điều chỉnh điện áp. Bởi vậy đầu ra của PSS được giới hạn cài đặt trong
phạm vi:
-0,15pu ≤ UPSS ≤ 0,15pu c. Thông số cài đặt cho chức năng PSS2B.
Ta có bảng tổng hợp thông số cài đặt cho chức năng PSS hệ thống kích từ NMTĐ Sông Bung 4 được tác giả lấy từ thông số cài đặt từ bộ vi xử lý của hệ thống kích từ, thơng qua phần mềm chun dụng của Hãng KINTE tại Nhà máy, các thơng số được trình bày ở bảng sau:
Bảng 2.1. Thông số cài đặt chức năng PSS2B NMTĐ Sông Bung 4.
TW1 TW2 TW3 TW4 T7 T8 T9 M N
8 8 8 0 8 0,6 0,12 5 1
T1 T2 T3 T4 T5(T10) T6(T11) KS1 KS2 KS3 0,14 0,02 0,3 0,03 1 1 0,75 0,62 1
d. Nguyên lý làm việc của PSS2B NMTĐ Sơng Bung 4:
Tín hiệu đầu vào V1: Angular velocity – vận tốc góc ω được lấy từ tín hiệu điện áp bù đo được từ TU9H11 và TU9H12 sau đó lọc lấy thành phần ω. Tín hiệu này được chuyển sang mức tỷ lệ với tốc độ (tần số). Hai khâu lọc thông cao được đưa vào để loại bỏ mức tốc độ trung bình, tạo ra một tín hiệu sai lệch tốc độ (PSS_4), điều này đảm bảo rằng PSS chỉ tác động với những thay đổi về tốc độ và hồn tồn khơng tác động khi điện áp đặt đầu cực máy phát H1-H2 thay đổi. Tương tự tín hiệu đầu vào V2 là công suất điện: Pe được lấy từ TU-TI điện áp đầu cực máy phát là TU9H11, TU9H12 và TI9H1. Với thuật tốn đã lập trình sẵn, từ hai đại lượng U và I sẽ cho ra giá trị công suất điện tương ứng, sau đó tín hiệu này được lọc qua hai khâu lọc cao tần (lọc thông cao) đặc trưng bởi hằng số thời gian Tw1 ÷ Tw4 (hằng số qn tính của khâu lọc đạo hàm) sau đó qua khâu tích phân với hằng số thời gian tương ứng là T7 và hệ số khuyếch đại KS2. Sau đó giá trị cơng suất điện này được tích phân và chia cho hằng số quán tính máy phát 2H để tạo ra tín hiệu tích phân sai lệch cơng suất điện (PSS_0). Tín hiệu PSS_0 sau khi được khuếch đại bằng KS3 cộng với tín hiệu PSS_4 để tạo ra một tín hiệu cơng suất cơ. Tín hiệu cơng suất cơ này sau đó qua bộ lọc Ramp-tracking để lọc các thành phần xoắn hoặc nhiễu và tạo ra một sai số tĩnh bằng không đối với những thay đổi bám tín hiệu tích phân cơng suất điện (PSS_5). Điều này hạn chế việc thay đổi đầu ra của PSS tới mức thấp nhất đối với tỷ lệ thay đổi công suất cơ, mà thường gặp phải trong quá trình vận hành của các máy phát, mức điều chỉnh hằng số thời gian bộ lọc này là T8 và T9 (PSS_5). Tín hiệu PSS_5 sau đó được so sánh với tín hiệu cơng suất điện PSS_0 để tìm ra giá trị sai lệch, tín hiệu sai lệch này sau khi được khuyếch đại bằng KS1 và bù pha bằng hai khâu lead – lag mục đích là bù vào sự trễ pha
do bộ điều chỉnh điện áp vịng kín với hằng số thời gian là T1 ÷ T4 (PSS_3). qua một khâu đảo, một khâu ON/OFF và giới hạn đầu ra. Tín hiệu đầu ra của chức năng PSS là điện áp PSS_UK được cộng vào điện áp điều khiển của module AVR hệ thống kích từ.
Khi hệ thống bị tác động bởi sự cố, hoặc phụ tải thay đổi nhanh, công suất điện phát ra từ máy phát sẽ thay đổi. Cơng suất điện từ đầu ra có thể thay đổi nhanh chóng, nhưng cơng suất cơ thay đổi tương đối chậm do mơ men qn tính của các thiết bị thủy lực ở cơ cấu chấp hành của hệ thống điều tốc lớn. Vì tốc độ đáp ứng khác nhau, nên tồn tại sự khác biệt tạm thời về cân bằng công suất. Sự mất cân bằng công suất này làm cho rôto của máy phát đồng bộ quay nhanh hơn hoặc chậm đi, tùy thuộc vào xu hướng của sự mất cân bằng. Giả sử khi xảy ra sự cố ngắn mạch 3 pha một đường dây, sự cố được loại trừ bằng cách cắt đường dây bị sự cố.
Sau khi đường dây bị cắt công suất tua bin PT phát động lớn hơn công suất điện từ (hãm) II
m
P . Roto máy phát được gia tốc quay nhanh lên làm tăng góc lệch roto δ, lúc này điện áp đầu cực máy phát giảm xuống, bộ tự động điều chỉnh điện áp AVR của hệ thống kích từ máy phát tác động nhanh điều khiển tăng điện áp bù lại lượng sụt áp trên đầu cực máy phát để hãm các dao động điện áp quá độ của hệ thống điện đảm bảo tránh mất ổn định tạm thời, nếu hệ thống điều tốc và hệ thống kích từ làm việc tốt tức mơ men hãm đủ lớn và kịp thời thì quá trình đồng bộ sẽ xảy ra nhanh hơn và máy phát sẽ nhanh chóng xác lập ở trạng thái làm việc ổn định mới. Tuy nhiên, trên thực tế, hệ thống kích từ có chức năng AVR tác động nhanh lại có thể làm giảm khả năng triệt tiêu các dao động bởi vì nó làm giảm đi các moment hãm. Nếu moment hãm khơng đủ, có thể làm cho các dao động góc rotor máy phát thay đổi với biên độ lớn hơn, dẫn tới nguy cơ làm mất ổn định máy phát. Bởi vì AVR tác động nhanh tạo ra véc tơ mô men lớn, và hệ số của mơ men đồng bộ KS có thể lớn theo chiều dương nhưng hệ số của mô men dư (damping) KD của AVR lại tăng theo chiều âm, làm cho hoạt động của máy phát có thể khơng ổn định. Khi mô men dư (damping) tổng âm tùy theo sự cân bằng giữa các giá trị ΔTS, ΔTS(AVR), ΔTD, ΔTD(AVR). Khi đưa chức năng PSS vào làm việc, chức năng PSS được trang bị để bù mô men dư (damping) do AVR sinh ra. Như vậy:
- AVR tác động nhanh tăng khả năng ổn định trong QTQĐ của máy phát khi xuất hiện sự cố trong hệ thống.
- PSS tăng ổn định tĩnh của máy phát chống lại sự dao động của hệ thống sau khi khắc phục sự cố.
Hình 2.16: Sơ đồ véc tơ mơ men khi có AVR và khi có AVR+PSS
Điều này được tác giả thể hiện rõ khi phân tích QTQĐ với các kịch bản sự cố ở chương 3.