CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN
2.2. TÌM HIỂU HỆ THỐNG KÍCH TỪ UNITROL_6800 ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN HÀM THUẬN
2.2.4. Chức năng điều khiển chính của hệ thống kích từ Nhà máy Thủy điện Hàm Thuận
2.2.4.3. Chức năng tự động điều khiển điện áp (AVR)
Bộ điều khiển gồm có các phần sau:
- Bộ thông số đặt AVR.
- Nút tổng.
- Bộ điều khiển PID.
- Logic Min/Max.
Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển AVR Bộ thông số đặt AVR:
Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý chức năng thông số đặt bộ AVR figure below.
Control commands Superimposed regulator (s)
Follow-up control Request external reference
External reference Bus Voltage Tracking Preset
(Cross current compensation is added)
AVR Setpoint
Ref Position indication
Sel. Input
1
Setpoint
Voltage Limitation 4
Softstart 3
V/Hz-Limiter 2
M I N
Additional ref value P-Static
Q-Static D A
D
Voltage Reference
Trong đó:
- Control commands: Lệnh điều khiển.
- Superimposed regulator (s): Bộ điều khiển bổ sung theo giá trị.
- Request external reference: Giá trị tham chiếu yêu cầu bên ngoài.
- External reference: Giá trị tham chiếu đặt trước từ bên ngoài.
Thành phần bù công suất P và Q (P, Q - Static):
Giá trị công suất P và Q tĩnh được cộng vào giá trị tham chiếu để bù lại lượng công suất P và Q tiêu thụ ở máy biến áp và đường dây truyền tải gây nên sụt áp.
Lượng công suất Q tĩnh này cũng cần cho việc ổn định trong quá trình vận hành của hai hay nhiều máy phát cùng nối chung đến một thanh cái. Trong trường hợp này tín hiệu công suất Q tĩnh giảm giá trị đặt AVR tương ứng với việc tăng công suất phản kháng Q. Thay đổi giá trị đặt làm cho công suất Q hoặc P thay đổi trong khoảng ± 20%.
Thành phần khởi động mềm (Softstart):
Thiết bị khởi động mềm cung cấp cho quá trình cường hành điện áp đầu cực khi khởi tạo kích từ (kích từ ban đầu). Quá trình khởi động của hệ thống kích từ càng sớm càng tốt, ngay sau khi lệnh khởi động kích từ ban đầu hoàn thành (khoảng 10% điện áp đồng bộ máy phát), tín hiệu khởi động mềm tăng điện áp đầu cực máy phát đến giá trị đặt mong muốn với một đặc tính có thể điều chỉnh được. Tín hiệu này sẽ duy trì cho đến khi giá trị điện áp vượt quá tín hiệu từ điểm đặt của máy phát.
Thành phần điểm đặt tổng:
Điểm đặt tổng tạo ra điểm đặt cho bộ tự động điều khiển điện áp máy phát (AVR). Để tránh hiện tượng bơm thêm vào giá trị quá lớn của bộ giới hạn, do đó điểm đặt được thay đổi 0,05 (p.u) trong trường hợp có một bộ giới hạn tác động.
Hình 2.12: Nguyên lý điểm đặt tổng Thành phần bộ điều khiển PID:
Bộ điều khiển PID (bộ lọc sớm – trễ pha) là bộ phận chính của AVR. Một hằng số thời gian được đặt tới 0, sự đáp ứng sớm - trễ pha được thông qua.
Tất cả các bộ lọc PID điển hình đều có cấu hình giống nhau. Chỉ khi xuất hiện
các vấn đề qua quá trình thí nghiệm thì các giá của bộ lọc PID có thể sẽ được thay đổi.
Hình 2.13: Nguyên lý hàm truyền bộ điều khiển PID Trong đó:
- TB1/2, TC1/2: Hằng số thời gian.
- KR: Hệ số tỷ lệ.
- GR: Hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu.
- Vrmax: Giới hạn max.
- Vrmin: Giới hạn min.
Hình 2.14: Đặc tính bộ điều khiển PID lead_ lag b. Các bộ giới hạn của AVR
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. Với mục đích 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 hoặc trong các trường hợp sự cố, 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:
+ Bộ giới hạn công suất P – Q.
+ Bộ giới hạn dòng kích từ cực tiểu.
+ Bộ giới hạn dòng điện Stator dưới điều kiện kém kích từ.
- Bộ giới hạn quá kích từ:
+ Bộ giới hạn dòng điện Stator dưới điều kiện quá kích từ.
+ Bộ giới hạn dòng kích từ cực đại.
Vo
1 T_...B1
Vp
1
1 T_...B2
1 1 TB2
Voo
T_...B1
1 TB1
1 TC1
1 1
T_...C1 T_...C2
1 TC2
T_...C1
Các yêu cầu chung đối với các bộ giới hạn:
Mỗi bộ giới hạn được cấu tạo với một bộ lọc PID độc lập của chính nó. Bộ giới hạn phải có chức năng điều chỉnh điểm đặt.
Biểu đồ công suất điển hình của một máy phát đồng bộ cực lồi
Hình (2.15) 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).
Hình 2.15: Nguyên lý đặc tính công suất và giới hạn AVR Nguyên lý làm việc của các bộ giới hạn:
Bộ giới hạn công suất P – Q:
Bộ giới hạn P - Q tránh cho máy phát vận hành vượt qúa các giới hạn ổn định và tránh hiện tượng mất đồng bộ.
Một giới hạn P - Q 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%. Trong qua trường hợp vận hành không bình thường điện áp máy phát thay đổi
Bộ giới hạn dòng điện kích từ cực tiểu:
Bộ giới hạn dòng kích từ cực tiểu duy trì dòng kích từ tại một mức cực tiểu. Bộ giới hạn dòng kích từ cực tiểu chỉ được tác động khi máy làm việc trên lưới.
Nếu bộ giới hạn dòng kích từ cực tiểu được tác động thì sự sai lệch giữa dòng kích từ thực tế 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, vì máy phát thủy điện có thể vận hành dưới các mức kém kích thích trên đặc tính công suất.
voltage at the generator terminals of 1 p.u.
Figure 2-17 Power Chart, AVR Limiters
Hình 2.16: Nguyên lý bộ giới hạn dòng điện kích từ cực tiểu
Bộ giới hạn dòng điện Stator:
Bộ giới hạn dòng điện Stator có chức năng giới hạn dòng điện dung và tránh quá tải nhiệt cảm ứng.
Hình 2.17: Nguyên lý bộ giới hạn dòng điện Stator
Nguyên lý làm việc dựa trên cơ sở giống như bộ giới hạn dòng điện kích từ thấp và kích từ cực đại. Chỉ có khác là bộ giới hạn dòng điện Stator quá kích từ không có một giới hạn cực đại .
- 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 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 ∆i2 (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.
Bộ điều chỉnh kích từ không ảnh hưởng đến thành phần 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
Release minimum field current limiter
Actual field current Output Minimum field current
- Σ
+
bảo vệ máy phát.
Hình 2.18: Nguyên lý bộ điều khiển công suất Q = 0
Bộ giới hạn dòng điện kích từ cực đại:
Bộ giới hạn dòng điện kích từ cực đại có hai điểm đặt giống nhau: Điểm đặt thứ nhất là giới hạn dòng điện cường hành thoáng qua (dòng cường hành kích từ) và điểm đặt thứ hai là chống lại sự quá nhiệt (vận hành liên tục ở chế độ cực đại).
Hình 2.19: Nguyên lý bộ giới hạn dòng điện kích từ cực đại c. Bộ điều chỉnh bổ sung:
Phần mềm của kênh bao gồm một bộ điều chỉnh bổ sung để điều khiển tự động công suất phản kháng của máy phát, hệ số công suất hoặc chức năng xả công suất Q.
Bộ điều chỉnh bổ sung đưa ra các xung tăng hoặc giảm để thay đổi điểm đặt AVR.
Bộ điều chỉnh bổ sung chỉ có thể được cho phép làm việc nếu đủ các điều kiện dưới đây:
- Máy phát hòa lưới.
- Một kênh đang hoạt động và chế độ bộ điều chỉnh ở AUTO.
- Bộ điều chỉnh được hoạt động bởi các tín hiệu nhị phân từ xa.
- Bộ điều chỉnh bổ sung được chia thành các dạng sau:
+ Điểm đặt công suất Q, xả công suất Q (điểm đặt Q = 0).
+ Điểm đặt hệ số công suất cosφ (power factor).
Bộ giới hạn V/Hz:
Bộ giới hạn V/Hz được cung cấp để tránh quá từ thông cho máy biến áp. Nếu điểm đặt của bộ AVR quá cao cho một tần số nhất định. Điểm đặt sẽ được điều chỉnh giảm đều theo đường đặc tính V/Hz. Bộ giới hạn V/Hz được kích hoạt sau một thời gian cài đặt trễ nhất định.
d. Bộ ổn định hệ thống điện PSS:
Hệ thống kích từ Unitrol_6800 sử dụng hai bộ ổn định PSS2B và PSS4B (theo tiêu chuẩn IEEE421.5 – 2005), với sự chọn lựa tùy chỉnh.
Mục đích của bộ ổn định hệ thống điện (PSS) trong hệ thống kích từ của máy phát điện là nhằm cải thiện độ dao động công suất. Nó cũng cải thiện ổn định máy phát và hệ thống điện tốt hơn. Chức năng PSS ảnh hưởng đến điểm đặt của bộ điều chỉnh điện áp máy phát.
Logic điều khiển để ngắt bộ ổn định hệ thống điện (PSS) nếu điện áp máy phát quá lớn hoặc quá nhỏ. Nó sẽ làm giảm đầu ra đến giá trị cực tiểu nếu điểm vận hành gưới các giới hạn của bộ giới hạn P – Q và tăng giá trị đầu ra đến giá trị cực đại nếu điện áp máy phát vượt quá một mức chấp nhận được.