e. Phƣơng trình tải trạm điện
2.4.2. Điều chỉnh công suất phản kháng Q
Khi điều chỉnh công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ làm việc trong lưới đện vô cùng lớn (u = const; f = const) khi công suất tác dụng của máy phát được giữ không đổi bỏ qua tổn hao trên dây quấn phần ứng (rư = 0). Trong trường hợp này, đồ thị vectơ suất điện động có dạng sau :
Hình 2-8. Đồ thị vectơ suất điện động.
Vì P = mUIcosφ ≡ 0A là không đổi, với điều kiện u = const, nên khi thay đổi Q thì mút của vecto I luôn nằm trên đường thẳng 1, thẳng góc với U. Với mỗi trị số của I sẽ có một trị số của cos và vẽ đồ thị suất điện động tương ứng sẽ xác định được độ lớn của vecto E0 và từ đó suy ra dòng điện kích thích i1 cần thiết để sinh ra E0, chú ý rằng : 0 1 sin d mUE P P const X (2.81)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trong đó U, xd không đổi nên P E0sin OB const và mút của vecto E0
luôn nằm trên đường thẳng 2, thẳng góc với OB.
Kết quả phân tích cho thấy, muốn điều chỉnh công suất phản kháng Q thì phải thay đổi dòng điện kích thích i1 của máy phát điện.
Với mỗi trị số của p = const, thay đổi Q và vẽ đồ thị vecto suất điện động như trên sẽ xác định được quan hệ I = f (i1), còn gọi là đặc tính hình V của máy phát điện đồng bộ.
Hình 2-9. Họ các đặc tính hình V của máy phát đồng bộ.
Trên hình hình 2-17 đường Am đi qua các điểm cực tiểu của họ đặc tính tương ứng khi có cos = 1.Khu vực bên phải đường Am ứng với tải có tính cảm (φ > 0) là chế độ làm việc quá kích thích của máy phát điện, còn bên trái ứng với tải có tính dung (φ <0) và máy phát điện làm việc ở chế độ thiếu kích thích. Đường Bn ứng với giới hạn làm việc ổn định với lưới khi máy phát điện làm việc ở chế độ thiếu kích thích.
Máy phát điện công suất bằng nhau làm việc song song, nếu tăng dòng điện kích thích it của một máy mà vẫn giữ nguyên dòng điện kích thích của máy kia thì do công suất phản kháng của máy 1 tăng sẽ làm tổng công suất phản kháng tăng làm thay đổi điện áp U của lưới điện vậy để duy trì trạng thái làm việc bình thường của lưới điện U = const, khi tăng dòng điện kích
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
thích của một máy thì phải giảm tương ứng dòng điện kích thích của máy kia và sẽ thực hiện được sự phân phối lại công suất phản kháng Q giữa 2 máy.
2.5. Kết luận chương II
Như vậy trong chương II đã trình bày mô hình toán học của máy phát thủy điện nhỏ từ mô hình toán của máy điện đồng bộ,mô hình toán mạch kích từ nguyên tắc chuyển đổi từ hệ pha sang hệ trục vuông góc để có thể giải quyết hệ phương trình, hệ số phụ thuộc thành hệ số hằng phục vụ cho quá trình tính toán. Nghiên cứu quá trình điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng đánh giá được sự thay đổi góc tải, phục vụ cho các chức năng khác. Trong chương này đã giải quyết được vấn đề chuyển từ mô hình thực SI sang mô hình tương đối pu để thuận tiện cho quá trình mô phỏng và phát triển hệ thống khi cần thay đổi tham số dễ dàng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Chương 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KÍCH TỪ 3.1. Mô hình hệ điều chỉnh máy phát đồng bộ
Thiết bị điều khiển điều tốc SGC, thiết bị ARV và PSS được thế kế vận hành theo những cách khác nhau theo bộ tỷ lệ (PI), bộ dẫn tỷ lệ PID đối với những cấu trúc khác nhau, logic mờ, mạng lưới nhân tạo ANNs, μ∞ và những thứ tương tự như thế. Cũng có rất nhiều những bộ hạn chế bên trong và các phương pháp bảo vệ khác nhau hình 3-1.
Hình 3-1. Sơ đồ hệ thống điều khiển máy phát đồng bộ
Trong đó:
• Bộ tự động điều khiển phát điện (AGC)
• Bộ tự động điều khiển công suất phản kháng (AQC)
• Biểu đồ tốc độ / công suất và và sụt giảm điện áp kháng hay điện năng • Bộ điều khiển tốc độ và hệ thống kích thích
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
• Động cơ chính/ tua-bin và SG
• Tốc độ, điện áp, và những cảm biến điện
• Máy biến thế, lưới điện (XT), và trường điện từ của hệ thống điện(emf), Es • PSS Bộ điều khiển điện áp phản hồi đầu vào
Sự tham chiếu công suất thuần P* được thực hiện qua AGC. Biểu đồ tốc độ (tần suất) (dòng thẳng) dẫn đến sự tham chiếu ωr*. sai số tốc độ ωr* – ωr khi đó đi vào hệ thống kiểm soát máy điều tốc với thiết bị đầu ra dẫn tới van và tương ứng những cổng ra của những loại khác nhau của động cơ phụ thiết bị điều tốc tua-bin.
AGC là một phần của thiết bị điều khiển tần số tải của hệ thống công suất mà có SG. Trong thiết bị được gọi là thiết bị bổ sung, AGC di chuyển các dòng ωr/P nhằm mong muốn chia sẻ sự truyền tải giữa các máy phát điện. Mặt khác, AQC có thể cung cấp sự tham chiếu dòng điện phản ứng của máy phát điện tương ứng Q*<> 0 .
Các dòng điện phản ứng/điện áp (dòng thẳng) sẽ dẫn đến sự tham chiếu điện áp VC*. Điện áp VG đo được được tăng thêm bởi sự ngăn cản sụt giảm điện áp IG(RC + jXC) nhằm giữ lại điện áp bù VC. Sai số điện áp VC* – VC đi vào thiết bị kiểm soát điện áp kích thích (AVR) để điều chỉnh sự kích thích điện áp Vf theo cách thức mà điện áp tham chiếu VC* được duy trì mạnh mẽ.
PSS thêm vào thiết bị đầu vào AVR tín hiệu có ý nghĩa cung cấp tác động suy giảm tích cực của AVR đối với tốc độ (dòng điện thuần) tấn số riêng tấn số thấp. Mục đích thiết kế SGC, ARV, PSS, tua-bin chính xác, thiết bị điều tốc và SG các mẫu được đơn giản hoá đã được đặt ra. Vì SG lớn hơn trong các hệ thống điện, thiết bị kiểm soát tốc độ và điện áp kích thích đặt trong dải thông chỉ với 0,3 Hz và các mẫu được đơn giản hoá là khả thi và tối ưu hoá.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.2.Xây dựng hệ điều khiển kích từ
Một trong các hệ thống thiết bị quan trọng nhất quyết định đến sự làm việc an toàn của máy phát điện, là hệ thống kích từ.
Hệ thống kích từ có nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều cho các cuộn dây kích thích của máy phát điện đồng bộ.
Dòng kích từ phải có khả năng điều chỉnh bằng tay hoặc tự động để đảm bảo chế độ làm việc luôn ổn định, kinh tế của máy phát điện với chất lượng điện năng cao trong mọi tình huống.
Trong chế độ làm việc bình thường,điều chỉnh dòng kích từ sẽ điều chỉnh được điện áp đầu cực máy phát, thay đổi lượng công suất phản kháng phát vào lưới. Một vấn đề đáng quan tâm khi máy phát điện làm việc ở chế độ quá độ. Chế độ quá độ có thể xảy ra trong quá trình khởi động máy hoặc khi nối máy phát điện làm việc với lưới.
Quá trình quá độ xảy ra có thể làm chất lượng điện năng giảm (khi máy phát nối vào lưới) nếu không khống chế kịp thời gây nên phá huỷ máy. Thông thường thời gian quá độ của máy phát điện nói chung đòi hỏi phải tắt rất nhanh biên độ dao động của các quá trình quá độ trong máy phải nằm trong phạm vi cho phép. Do đó, vấn đề tự động điều chỉnh dòng kích từ có vai trò hết sức quan trọng. Để tự động điều chỉnh dòng kích từ của máy phát điện đồng bộ, người ta sử dụng Bộ hiệu chỉnh tự động điện áp (AVR.Automatic Voltage Regulater).
Thiết bị này có nhiệm vụ giữ cho điện áp đầu cực máy phát là không đổi (với độ chính xác nhất định) khi phụ tải thay đổi và nâng cao giới hạn công suất truyền tải của máy phát vào hệ thống lưới điện. Đặc biệt khi máy phát được nối với hệ thống qua đường dây dài.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Điều chỉnh ổn định điện áp máy phát điện
- Điều chỉnh điện áp theo công suất kháng,để giảm sụt áp trên đường dây hoặc giảm sụt áp qua tổng trở máy biến áp khi máy vận hành độc lập. Phân phối công suất kháng giữa các máy với nhau trong hệ thống khi máy vận hành nối lưới. - Đảm bảo ổn định cho hệ thống khi nối lưới trong trường hợp thiếu kích thích. - Bộ AVR còn có chế độ kích thích cưỡng bức, khi máy phát làm việc ở chế độ sự cố (ngắn mạch trong lưới) thì chỉ có bộ phận kích thích cưỡng bức làm việc là chủ yếu, nó cho phép duy trì điện áp của lưới và giữ ổn định cho hệ thống.
Hiệu quả thực hiện các nhiệm vụ trên phụ thuộc vào đặc trưng và thông số của hệ thống kích từ cũng như kết cấu của bộ AVR.
Để cung cấp một cách tin cậy dòng điện một chiều cho cuộn dây kích từ của máy phát điện đồng bộ, cần phải có hệ thống kích từ thích hợp với công suất kích từ đủ lớn. Thông thường đòi hỏi công suất kích từ (0,2 – 0,6)% công suất định mức của máy phát điện. Việc tạo ra các hệ thống kích từ có công suất lớn như vậy thường gặp rất nhiều khó khăn. Đó là vì công suất chế tạo các máy phát điện một chiều bị hạn chế bởi điều kiện làm việc của bộ phận đổi chiều, khi máy phát điện một chiều có công suất lớn bộ phận này làm việc kém tin cậy và mau hỏng do tia lửa điện phát sinh. Với các máy phát điện có công suất lớn người ta phải dùng hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều và chỉnh lưu. Ngày nay, người ta đang áp dụng hệ thống kích từ tĩnh, dùng bộ chỉnh lưu có điều khiển.
Ngoài công suất định mức và điện áp định mức, hệ thống kích từ còn được đặc trưng bởi hai thông số quan trọng khác là điện áp kích từ giới hạn (Ufgh) và hằng số thời gian (Te).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Điện áp kích từ là điện áp lớn nhất có thể tạo ra được các hệ thống kích từ. Giá trị điện áp này càng lớn thì phạm vi điều chỉnh dòng kích từ càng rộng và càng có khả năng điều chỉnh nhanh. Đối với máy phát điện tuabin hơi thường có Ufgh 2Ufđm. Trong nhiều trường hợp để đáp ứng yêu cầu đảm bảo ổn định hệ thống người ta chế tạo Ufgh= (3- 4)Ufđm. Tuy nhiên Ufgh càng cao đòi hỏi hệ thống kích từ phải có khả năng cách điện cao.
Hằng số thời gian Te đặc trưng cho tốc độ thay đổi dòng kích từ. Te được xác định bởi quán tính điện từ của các cuộn dây điện cảm.Te có trị số càng nhỏ thì tốc độ điều chỉnh dòng kích từ càng nhanh. Đặc trưng cho tính tác động nhanh của hệ thống kích từ bằng tốc độ điện áp kích từ khi có kích thước cưỡng bức.