7. Bố cục luận văn
2.1. Hệ thống kích từ máy phát điện đồng bộ
2.1.1. Giới thiệu chung về hệ thống kích từ
Hệ thống kích từ có nhiệm vụ tạo ra và điều khiển dòng điện một chiều đưa vào cuộn dây roto của máy phát điện. Có nhiều loại kích từ được sử dụng trong hệ thống điện như hệ thống kích từ dùng máy phát một chiều, hệ thống kích từ dùng máy phát xoay chiều tần số cao chỉnh lưu, hệ thống chỉnh lưu trực tiếp dòng điện xoay chiều cung cấp qua máy biến áp tự dùng…. Thơng số đặc trưng nhất của hệ thống kích từ là hằng số quán tính (thường ký hiệu là Te). Các hệ thống kích từ dùng máy phát 1 chiều và xoay chiều tần số cao chỉnh lưu thường có qn tính lớn (0,3-0,5s). Hiện nay người ta dùng nhiều nhất là loại hệ thống kích từ chỉnh lưu có điều khiển (bằng thyristor), nguồn cung cấp là dòng điện xoay chiều lấy qua máy biến áp tự dùng. Loại này có hằng số qn tính nhỏ (0,02- 0,04s) nhờ vào khả năng điều chỉnh trực tiếp dịng kích từ đi vào cuộn dây roto 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 ổn định.
Hình 2.1: Cấu trúc một HTKT điển hình
2.1.2. Phân loại hệ thống kích từ
Theo đặc tính làm việc, TĐK thường được chia làm hai loại: TĐK tác động tỷ lệ và TĐK tác động mạnh. Các TĐK tác động tỉ lệ chỉ gồm các kênh điều chỉnh theo độ lệch thơng 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). Các TĐK tác động mạnh có cấu tạo đặt biệt, thêm các kênh điều chỉnh theo đạo hàm thông số. Lý thuyết TĐK tác động mạnh hiện chưa thống nhất. Các nước thuộc Liên Xô cũ xây dựng lý thuyết TĐK tác động mạnh trên cơ sở ổn định hệ thống nói chung, nhằm tạo ra TĐK có 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). Trong khi đó các nước Tây Âu đặt thêm bộ phận điều chỉnh phụ ghép với TĐK nhằm giảm dao động công suất (gọi là bộ ổn định công suất – Power System Stabilyzer). Trên hình 2.5 a, b là sơ đồ cấu trúc chung của các TĐK tác động tỉ lệ và tác động mạnh .
Hình 2.2: Cấu trúc điển hình bộ tự động điều chỉnh kích từ TĐK
Thiết bị TĐK tác động tỉ lệ (hình 2.3a) thực hiện điều chỉnh 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 ĐL (máy biến điện áp), thiết bị biến đổi BĐ (chỉnh lưu và lọc) được đưa vào khâu so sánh SS. Đặc điểm của TĐK tác động tỷ lệ là E-U=ΔU, hiệu số độ lệch nhận được ΔU=U0-UF được khuếch đại bởi bộ khuếch đại KĐ rồi đưa đến cuộn dây kích từ C2 của máy phát kích thích. Khi ΔU=0 thì máy phát kích từ chỉ làm việc với dịng kích từ trong cuộn C1. Do ΔU=U0-UF nên thiết bị làm việc theo nguyên lý
SS BĐ ĐL KĐ CH PHM máy kích thích U0 Uf C1 C2 C3 đến cuộn dây roto a) SS BĐ ĐL BĐ CH VP TCL U0 ΔU U f đến cuộn dây roto b) ΔU U’ VP f’ Δf Δf chỉnh lưu thyristor
phản hồi âm. 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 PHM tác động theo tín hiệu đạo hàm cấp 1 của điện áp kích từ. Bộ phận kích thích cường hành CH sẽ đưa điện áp tối đa và cuộn C3 của máy phát kích thích khi điện áp đầu cực máy phát giảm tới 20% so với giá trị định mức. Tác động này làm tăng mômen điện từ của máy phát nhờ đó nâng cao tính ổn định hệ thống.
Về đặc điểm của TĐK tác động mạnh là E-U=ΔU=0, về cấu trúc, khác với TĐK tác động tỉ lệ, TĐK tác động mạnh có thêm một loạt kênh 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 khơng thay đổi. Các đạo hàm thông số chế độ mới này khơng tác động ở CĐXL (vì tín hiệu bằng 0). Tuy nhiên lại có hiệu quả cao đối với chất lượng điều chỉnh điện áp và ổn định tĩnh HTĐ. Vấn đề ở chỗ, nhờ có các kênh điều chỉnh 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 phương diện chất lượng điện áp và tính ổn định chung cho toàn hệ thống. Vấn đề là phải chọn được cấu trúc thích hợp và hiệu chỉnh đúng các hệ số đặt ứng với HTĐ cụ thể.