Mục đích thực hiện đề tài
Hệ thống kích từ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả của hệ thống điện, đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển Ban đầu, hệ thống này được điều khiển bằng tay để duy trì điện áp và công suất phản kháng của máy phát Với sự tiến bộ của công nghệ bán dẫn và mạch tích hợp tín hiệu, hệ thống kích từ hiện nay đã trở nên linh động hơn, hoạt động hoàn toàn tự động và đáp ứng nhanh chóng Điều này cho phép thực hiện các công nghệ điều khiển phức tạp và tương tác hiệu quả với các chức năng điều khiển và bảo vệ của các thiết bị khác trong hệ thống điện.
Đề tài “Các chế độ làm việc của hệ thống kích từ máy phát điện” nhằm ôn lại kiến thức về hệ thống kích từ, khảo sát hoạt động của hệ thống này thông qua phần mềm mô phỏng và so sánh với thực tế tại nhà máy Ô Môn I Việc áp dụng kinh nghiệm trong quản lý, vận hành, sửa chữa và bảo trì thiết bị đã dẫn đến sự phát triển và mở rộng các nguồn điện tại các nhà máy hiện đang hoạt động, nơi mà các hệ thống kích từ có công nghệ từ những năm 60 vẫn đang được sử dụng.
Nội dung và phạm vi đề tài
Nội dung đề tài
Khảo sát lý thuyết hệ thống kích từ cho máy phát điện;
Nguyên lý làm việc của các bộ phận thuộc hệ thống kích từ;
Mô phỏng bằng Simulink-Matlab và so sánh với thực tế các chế độ làm việc của hệ thống kích từ của máy phát điện trong nhà máy điện.
Phạm vi đề tài
Phần lý thuyết liên quan đến các tổ máy hiện có tại Công ty Nhiệt điện Cần Thơ
Các sơ đồ và thông số thực tế được thu thập từ tài liệu của nhà chế tạo, trong quá trình nghiệm thu sau lắp đặt, các đợt thử nghiệm sau sửa chữa, và trong thời gian vận hành bình thường.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KÍCH TỪ
Các yêu cầu cơ bản của hệ thống kích từ
Kích từ đóng vai trò quan trọng trong máy phát điện, vì độ ổn định và độ tin cậy của máy phát điện phụ thuộc lớn vào hiệu suất của hệ thống kích từ Do đó, hệ thống kích từ cần đáp ứng những yêu cầu nhất định để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Hệ thống kích từ phải đảm bảo cung cấp dòng kích từ cho máy phát trong mọi điều kiện, bao gồm cả khi xảy ra sự cố trong hệ thống.
Trong chế độ làm việc bình thường, hệ thống kích từ cần tự động điều chỉnh ổn định khi phụ tải của máy phát thay đổi từ mức không đến định mức, đảm bảo rằng điện áp đầu cực dao động trong giới hạn ± 5%.
Tác động nhanh là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng ổn định động của hệ thống Để đảm bảo hiệu suất, vận tốc kích từ không được thấp hơn 2Ufđm/s, có nghĩa là trong 0,5 giây, điện áp kích từ (Uf) cần phải tăng từ 0 đến điện áp kích từ định mức (Ufđm).
Hệ thống kích từ cần đạt điện áp kích từ lớn nhất trong thời gian quy định để phục hồi hoạt động bình thường sau sự cố Điện áp kích từ cưỡng bức giới hạn (Ugh) không được thấp hơn 2Ufđm và phụ thuộc vào quá điện áp cho phép của mạch kích từ Dòng điện kích từ lớn nhất khi kích từ cưỡng bức giới hạn phụ thuộc vào khả năng phát nóng của Rotor Thời gian duy trì dòng kích từ này, thường khoảng 20 đến 50 giây, rất quan trọng để đảm bảo sự ổn định của hệ thống sau khi xảy ra sự cố ngắn mạch.
Hệ thống kích từ có chức năng chính là cung cấp dòng một chiều cho cuộn dây tạo từ trường của máy điện đồng bộ Để đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng cho hệ thống, hệ thống này được điều khiển và bảo vệ thông qua việc điều chỉnh điện áp bằng cách kiểm soát dòng điện kích từ.
Chức năng các khối điều khiển bao gồm việc điều chỉnh điện áp, phân bố công suất và nâng cao tính ổn định của hệ thống
Chức năng của các khối bảo vệ là đảm bảo rằng máy điện đồng bộ, hệ thống kích từ và các thiết bị liên quan hoạt động trong giới hạn an toàn, không vượt quá khả năng cho phép.
Phân loại và nguyên lý hoạt động của hệ thống kích từ máy phát điện
Hệ thống kích từ được phân loại dựa trên nguồn của máy kích từ chính cấp cho cuộn rotor của máy phát điện, có 3 loại chính sau:
1.2.1 Hệ thống kích từ một chiều
Dòng điện kích từ cho rotor máy phát điện được điều chỉnh thông qua việc thay đổi điện áp ra của máy phát một chiều, dẫn vào cuộn dây rotor qua các vòng trượt, tạo thành nguồn kích từ chính Máy kích từ chính được gắn cùng trục với máy phát và nhận nguồn từ bộ kích từ nhỏ, thường là máy phát nam châm vĩnh cửu Hệ thống kích từ một chiều, mặc dù là hệ thống ra đời sớm nhất, hiện nay đã không còn được sử dụng phổ biến và đã được thay thế bằng hệ thống kích từ xoay chiều.
1.2.2 Hệ thống kích từ xoay chiều
Hệ thống kích từ xoay chiều sử dụng máy phát điện đồng bộ để cung cấp điện cho máy phát điện, với máy kích từ thường được lắp cùng trục với turbine Điện áp xoay chiều ở ngõ ra của bộ kích từ được chỉnh lưu để tạo ra dòng một chiều cần thiết cho từ trường của máy phát Thiết kế hiện nay bao gồm một máy phát điện đồng bộ với phần cảm là phần tĩnh và phần ứng là phần quay, kết hợp với bộ chỉnh lưu quay lắp trên trục Dòng điện kích từ sẽ đi trực tiếp từ phần ứng của máy kích từ phụ sang máy kích từ chính, từ đó kích từ cho máy phát điện qua vòng trượt, hoặc bộ chỉnh lưu quay ở kích từ chính cung cấp dòng kích từ trực tiếp cho cuộn dây rotor mà không cần vòng trượt, được gọi là hệ thống kích từ không chổi than.
1.2.3 Hệ thống kích thích tĩnh
Hệ thống kích thích tĩnh là loại sử dụng biến áp kích từ và bộ chỉnh lưu, với tất cả các phần tử trong hệ thống đều đứng yên Các bộ chỉnh lưu có thể được điều khiển hoặc không, cung cấp dòng kích từ trực tiếp cho từ trường máy phát chính qua các vòng trượt Năng lượng cho bộ chỉnh lưu được lấy từ máy phát chính qua máy biến áp giảm áp xuống cấp thích hợp Hệ thống kích thích thyristor, sử dụng Thyristor cho mạch chỉnh lưu, có hằng số thời gian rất nhỏ và điện áp ra cực đại phụ thuộc vào điện áp xoay chiều đầu vào Khi xảy ra sự cố, điện áp đầu cực máy phát giảm, dẫn đến điện áp đầu ra bộ kích từ cũng giảm theo Tuy nhiên, hạn chế này được bù đắp bằng đáp ứng gần như tức thời và khả năng thay đổi từ trường cưỡng bức cao, cùng với việc bảo trì dễ dàng và chi phí thấp.
Các thiết bị chính của hệ thống kích từ
1.3.1 Bộ tự động điều chỉnh điện áp (AVR)
Bộ điều chỉnh điện áp tự động có các nhiệm vụ sau:
1.3.1.1 Điều chỉnh điện áp đầu ra máy phát điện
Bộ điều chỉnh điện áp tự động liên tục giám sát điện áp đầu ra của máy phát điện và so sánh với điện áp tham chiếu Nó điều chỉnh dòng điện kích từ để giảm thiểu sai số giữa điện áp đo được và điện áp tham chiếu Để thay đổi điện áp của máy phát điện, chỉ cần điều chỉnh điện áp tham chiếu.
1.3.1.2 Điều khiển công suất vô công của máy phát điện
Khi máy phát chưa phát điện vào lưới, việc thay đổi dòng điện kích từ chỉ ảnh hưởng đến điện áp đầu cực máy phát, được thể hiện qua đặc tuyến không tải (đặc tuyến V-A) Tuy nhiên, khi máy phát được kết nối với lưới có công suất lớn, việc điều chỉnh dòng kích thích không làm thay đổi điện áp lưới Tại thời điểm này, bộ điều áp không còn kiểm soát điện áp máy phát mà chuyển sang điều chỉnh dòng công suất phản kháng Khi dòng kích thích tăng, công suất vô công cũng tăng và ngược lại Nếu dòng kích thích giảm đến mức nhất định, công suất vô công sẽ giảm xuống 0 và có thể tăng trở lại nếu dòng kích thích tiếp tục giảm Điều này có thể gây ra sự thay đổi lớn trong công suất vô công của máy phát khi điện áp lưới dao động, nếu hệ thống điều khiển điện áp quá nhạy Do đó, bộ điều khiển điện áp tự động cần theo dõi và điều chỉnh cả điện áp và dòng điện vô công, đảm bảo mối liên hệ hợp lý giữa điện áp máy phát, điện áp lưới và công suất vô công.
Khi khởi động tổ máy, tốc độ quay rotor thấp dẫn đến tần số phát ra cũng thấp, khiến bộ điều chỉnh điện áp tự động tăng dòng kích thích để đạt điện áp đầu ra cần thiết Tuy nhiên, điều này có thể dẫn đến quá kích thích, gây quá nhiệt cho cuộn dây rotor và các thiết bị kết nối như biến thế chính và máy biến áp tự dùng Do đó, bộ điều chỉnh điện áp tự động cần liên tục theo dõi và điều chỉnh dòng kích thích, ngay cả khi điện áp máy phát chưa đạt mức tham chiếu.
1.3.1.4 Bù trừ điện áp suy giảm trên đường dây
Khi máy phát điện hoạt động độc lập hoặc kết nối với lưới qua một trở kháng lớn, việc tăng tải sẽ dẫn đến sụt áp trên đường dây Sụt áp này làm giảm điện áp tại hộ tiêu thụ, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng điện năng.
Để giảm thiểu tác hại của hệ thống, bộ điều áp cần dự đoán khả năng sụt giảm điện áp trên đường dây và tạo ra điện áp bù trừ Tác động bù này giúp ổn định điện áp tại điểm giữa máy phát và hộ tiêu thụ theo tải Điện áp tại hộ tiêu thụ sẽ giảm nhẹ, trong khi điện áp tại đầu cực máy phát sẽ tăng nhẹ so với tải Để đạt được điều này, một tín hiệu dòng điện được đưa vào mạch đo lường, với dòng điện từ pha B của biến dòng chảy qua mạch điện R và L, tạo ra sụt áp tương ứng Điện áp này sau đó được cộng hoặc trừ với điện áp đầu cực máy phát đã đo Bộ điều áp tự động sẽ điều chỉnh dòng kích từ dựa trên điện áp tổng hợp để giữ cho điện áp này không đổi.
1.3.1.5 Cường hành kích từ khi có sự cố trên lưới
Hệ thống kích từ có khả năng thực hiện chức năng chính xác trong thời gian có nhiễu loạn, như ngắn mạch trên hệ thống điện cao áp, với thời gian giải trừ sự cố chỉ 0,125 giây Ngoài ra, hệ thống cũng sẵn sàng gia tăng kích từ khi cần thiết.
Khi máy phát điện bị ngắt khỏi lưới, cần nhanh chóng tự động loại bỏ từ trường cuộn kích từ, đặc biệt trong trường hợp xảy ra ngắn mạch trong khu vực bảo vệ Lúc này, máy cắt đầu cực phải được kích hoạt để ngắt kết nối, tuy nhiên chỉ mới loại trừ được thành phần dòng ngắn mạch do hệ thống và các máy phát hoạt động song song cung cấp.
Trong máy phát điện, thành phần dòng ngắn mạch vẫn tồn tại do máy phát đang được kích từ và quay theo quán tính, mặc dù nguồn cung cấp cho turbine đã bị cắt Để loại trừ dòng ngắn mạch này, cần nhanh chóng tự động giảm dòng kích từ, tức là diệt từ trường cuộn kích từ Thời gian diệt từ càng ngắn, càng hạn chế hư hỏng do tác dụng nhiệt, đặc biệt khi xảy ra ngắn mạch trong cuộn dây phần tĩnh Tuy nhiên, cuộn kích từ có số vòng lớn, dẫn đến điện cảm L f lớn; do đó, thời gian diệt từ nhanh sẽ làm tăng đạo hàm của dòng kích từ theo thời gian, gây ra điện áp tự cảm trên cuộn kích từ.
Khi L f di f tăng, mức độ quá điện áp cũng gia tăng Điều này dẫn đến việc thời gian tự động diệt từ càng nhỏ thì quá điện áp càng cao Do đó, thời gian diệt từ bị giới hạn bởi mức quá điện áp cho phép của mạch kích từ.
Bộ dập từ trường bao gồm một thyristor và điện trở diệt từ, được kết nối song song với cuộn kích từ của máy phát Cổng thyristor được điều khiển bằng chế độ quá điện áp, tạo ra dòng cảm ứng ban đầu không có lối thoát Thyristor dẫn dòng cảm ứng qua điện trở diệt từ, giúp kiểm soát hiệu quả quá trình dập từ.
Diệt từ bằng điện trở biến đổi là phương pháp sử dụng một điện trở không tuyến tính nối song song với cuộn kích từ của máy phát Khi điện áp cảm ứng cao, điện trở này sẽ nối tắt cuộn kích từ Ở điện áp bình thường, điện trở biến đổi có giá trị rất lớn, cho phép dòng điện qua nó gần như không đáng kể Tuy nhiên, khi điện áp tăng đến ngưỡng nhất định, điện trở sẽ giảm, dẫn đến dòng điện qua nó tăng nhanh chóng Do đó, điện trở biến đổi cung cấp một đường dẫn nhỏ cho dòng kích từ cảm ứng, đồng thời giới hạn điện áp giữa cuộn kích từ và máy kích từ.
Các chế độ làm việc của hệ thống kích từ
1.4.1 Chế độ làm việc bình thường, đặc tuyến khả năng P – Q của máy phát
1.4.1.1 Đồ thị vectơ máy phát điện đồng bộ
Chế độ làm việc bình thường của máy phát điện là trạng thái ổn định, trong đó vận tốc rotor và từ trường quay phần tĩnh đều đạt vận tốc đồng bộ Điều này đạt được nhờ sự cân bằng giữa mômen cơ và mômen điện Trong chế độ này, các thông số hoạt động của máy phát không được vượt quá giới hạn cho phép.
Khảo sát máy phát điện cực ẩn trong điều kiện hoạt động song song với hệ thống điện áp không đổi và không tính đến điện trở cuộn dây stator Đồ thị vectơ được xây dựng từ phương trình cân bằng điện áp của máy phát, như thể hiện trong hình 1.7.
Từ hình vẽ ta thấy: AB = ACcosφ = IX d cosφ= UIcosφ
= const nên P tỷ lệ với AB Nhận thấy khi I = 0 thì P = 0 điểm A và B trở về trùng với C nên C là gốc của trục công suất P, do P luôn dương nên trục
P chỉ ở phía trái của C và là trục CX
Mặt khác: AB = OAsinδ = Esinδ
Suy ra: IXd cosφ = Esinδ
Nhân thêm U cho hai vế ta có: IUcosφX d = EUsinδ
Tương tự ta có: CB = ACsinφ = IXd sinφ= UIsinφ
Khi I = 0, điểm A và B trùng với C, cho thấy C là góc của công suất Q với trục OY Nếu phụ tải có tính cảm kháng, điểm B nằm trên C, tức là máy phát điện phát công suất Q > 0 Ngược lại, khi phụ tải mang tính dung kháng, điểm B nằm dưới C, tức là máy phát điện tiêu thụ công suất Q < 0.
Mặt khác: CB = OB – OC = OAcosδ – OC
Suy ra: IX d sinφ = Ecosδ – U UIsinφX d = EUcosδ – U 2
1.4.1.2 Chế độ làm việc khi E = const, P thay đổi
Trong hệ thống vô cùng lớn, điện áp U được giữ cố định, do đó sức điện động E tỷ lệ thuận với dòng kích từ If Khi thay đổi dòng kích từ If, sức điện động E cũng sẽ thay đổi theo.
Khi E = const tức vectơ Ė chỉ thay đổi về phương và chiều Do
U = const nên điểm O và C trên đồ thị vectơ cố định vì vậy khi Ė thay đổi điểm đầu
A của nó sẽ chạy trên cung tròn O bán kính E = const, cung này bị chặn ở điểm A0 và Agh do góc 0 ≤ δ ≤ 90 0 để bảo đảm điều kiện ổn định như hình 1.8
Sự thay đổi của áp suất P theo biến thiên δ được thể hiện qua đoạn AB Khi P thay đổi, cần điều chỉnh năng lượng đầu vào của động cơ sơ cấp để duy trì sự cân bằng giữa momen cơ của turbine và momen điện của máy phát, đảm bảo máy phát hoạt động đồng bộ.
Sự thay đổi của công suất phản kháng được khảo sát theo góc δ như sau:
Khi δ = 0, điểm A và B trở về A0, dẫn đến Q tỉ lệ với đoạn CA0 Đây là công suất phản kháng lớn nhất mà máy phát có thể phát, với Q > 0 được xác định như sau: d d X.
Khi tăng δ > 0, chẳng hạn đến vị trí tương ứng với vị trí Ė tỉ lệ với
Khi OA tỉ lệ với CB < CA0, Q sẽ giảm xuống Khi điểm đầu của Ė đạt vị trí A1 tương ứng với góc δ1, điểm B sẽ trùng với điểm C, dẫn đến Q = 0 Khi tiếp tục tăng góc δ, Q bắt đầu đổi dấu, tương ứng với vị trí Ė tỉ lệ với OA2.
Q tỉ lệ với CB1 nhưng B1 ở phía dưới C nên Q < 0 tức máy phát tiêu thụ Q
Khi δ = 90 0 , thì Q tỉ lệ với CO và là công suất phản kháng lớn nhất mà máy phát có thể tiêu thụ và được xác định như sau: d d X
1.4.1.3 Chế độ làm việc khi E thay đổi, P = const
Để điều chỉnh công suất phản kháng của máy phát điện trong khi giữ công suất tác dụng P không đổi, cần điều chỉnh dòng kích từ Khi thay đổi dòng kích từ If, trị số sức điện động E sẽ thay đổi, dẫn đến sự thay đổi của trị số và góc lệnh pha dòng stator.
Khi công suất P = 3UIcosφ là hằng số và điện áp U của lưới không thay đổi, thì Icosφ cũng sẽ giữ nguyên giá trị Do đó, khi thay đổi If, vectơ I sẽ biến đổi nhưng đỉnh của nó sẽ di chuyển trên trục X Đồng thời, từ mối quan hệ IXd cosφ = Esinδ, ta có Esinδ cũng là hằng số, dẫn đến việc đỉnh Ė sẽ di chuyển trên trục Y.
Theo đồ thị vectơ, khi dòng kích từ tăng, sức điện động E cũng tăng Vectơ jXdI1 cần phải vuông góc với vectơ İ1, điều này giúp xác định vị trí của İ1 Ngoài ra, vectơ İ1 chậm pha so với U.
, máy phát có công suất phản kháng có tính chất điện cảm Khi giảm dòng kích từ Ė1 giảm đến vectơ Ė2 ở vị trí này dòng İ2 trùng pha với U
Khi cosφ = 1, máy phát sẽ có công suất phản kháng Q = 0 Nếu tiếp tục giảm dòng kích từ, sức điện động sẽ giảm xuống đến vectơ Ė3, dẫn đến dòng İ3 vượt trước điện áp U.
, công suất phản kháng của máy phát có tính dung kháng jX d İ 1 jX d İ 1
1.4.1.4 Đặc tuyến khả năng P – Q của máy phát
Máy phát đồng bộ có công suất biểu kiến tối đa và hệ số công suất thường là 0,85 hoặc 0,9 trễ pha, cho phép hoạt động liên tục mà không bị quá nhiệt Khả năng phát công suất phản kháng liên tục ở đầu ra bị giới hạn bởi ba yếu tố chính.
giới hạn dòng phần ứng;
giới hạn dòng kích từ;
giới hạn nhiệt vùng biên
Giới hạn dòng phần ứng:
Khi máy phát hoạt động, dòng điện trong phần ứng gây tổn hao công suất RI², làm tăng nhiệt độ trong dây dẫn stator và tỏa nhiệt ra môi trường Hạn chế chính của máy phát là dòng cực đại của phần ứng, nhằm tránh vượt quá giới hạn nhiệt và gây hư hỏng cách điện của stator Khi máy làm việc ở chế độ định mức, điều này tương ứng với điều kiện công suất biểu kiến định mức.
Phương trình S² = P² + Q² mô tả một đường tròn trên mặt phẳng P, Q, với bán kính S Điều này cho thấy rằng đường giới hạn dòng phần ứng là một vòng tròn có tâm tại gốc tọa độ và bán kính tương ứng với công suất biểu kiến định mức S.
Giới hạn dòng kích từ:
Tổn hao công suất trong cuộn kích từ do điện trở và dòng kích từ gây ra, dẫn đến phát nhiệt và trở thành yếu tố giới hạn hiệu suất hoạt động của máy phát.
Từ công thức (1.1) và (1.2) ở mục 1.4.1.1 ta có:
Một số mô hình kích từ mẫu theo tiêu chuẩn IEEE
1.5.1 Mô hình kích thích DC
Hình 1.17 Mô hình kích từ DC loại DC1A
Bộ kích từ một chiều loại DC1A theo IEEE có thể hoạt động ở chế độ kích thích độc lập hoặc tự kích Tín hiệu Vc vào được lấy từ điện áp đầu cực Vt, qua transducer biến đổi và bù pha, sau đó được đưa vào bộ cộng để so sánh với điện áp tham chiếu Vref Tín hiệu sai lệch sẽ được khuếch đại để điều khiển kích từ Trong chế độ ổn định, tín hiệu điện áp hồi tiếp và tín hiệu ổn định hệ thống bằng không Hệ số TA, KA là hằng số thời gian chính và hệ số khuếch đại điều chỉnh điện áp, trong khi hằng số thời gian TB, TC thường rất nhỏ và có thể bỏ qua Tín hiệu ra VR được sử dụng để điều khiển hệ thống kích từ, và đối với loại tự kích thích, giá trị của KE tương ứng với giá trị đặt của biến trở kích từ Tín hiệu ra Vx từ khối bão hòa với SE[EFD] có đặc tuyến phi tuyến được chọn từ các giá trị của EFD.
1.5.2 Mô hình kích thích AC
Mô hình kích từ AC có chỉnh lưu, theo tiêu chuẩn IEEE AC1A, bao gồm một kích thích chính là loại chỉnh lưu không điều khiển và hồi tiếp tín hiệu dòng IFD, phù hợp cho hệ thống kích từ không chổi than Đặc tuyến chỉnh lưu của diode ứng dụng có giới hạn thấp bằng không của điện áp ra hệ thống kích từ Hệ thống này không áp dụng cho loại tự kích từ, vì từ trường kích từ được cung cấp từ kích từ phụ, do đó không ảnh hưởng đến quá trình bên ngoài.
Hình 1.18 Mô hình hệ thống kích từ AC loại AC1A
1.5.3 Mô hình kích thích tĩnh
Mô hình kích thích tĩnh ST1A theo tiêu chuẩn IEEE, như hình 1.19, là một loại chỉnh lưu có điều khiển nguồn áp Nguồn kích thích được cung cấp từ máy biến áp kết nối với đầu cực máy phát, cho phép hoạt động linh hoạt nhờ các khối bù pha “lag-lead” hoặc hồi tiếp ổn định KF, TF Hệ số Kc của mô hình này phụ thuộc vào điều khiển chỉnh lưu và có khả năng đáp ứng dòng kích thích cao, đồng thời có thể sử dụng thêm chức năng giới hạn dòng ngõ ra thông qua các hệ số KLR.
Hình 1.19 Mô hình hệ thống kích thích tĩnh loại ST1A.
MỘT SỐ SƠ ĐỒ KÍCH TỪ THỰC TẾ
Sơ đồ hệ thống kích từ một chiều tổ máy S4 nhà máy điện Cần Thơ
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
MÁY PHÁT ĐIỆN KÍCH TỪ CHÍNH KÍCH TỪ PHỤ
HFG MÁY PHÁT CAO TẦN
Hình 2.1 sơ đồ hệ thống kích từ tổ máy S4 2.1.1 Thông số kỹ thuật
Công suất định mức: 40824 kVA;
Điện áp định mức:13,2 kV;
Tần số định mức: 50 Hz;
Tốc độ định mức: 3000 rpm
Tốc độ định mức: 3000 rpm;
Tốc độ định mức: 3000 rpm;
Sơ đồ nguyên lý làm việc cho thấy kích từ chính cung cấp dòng kích từ cho máy phát, với hai cuộn được kích từ độc lập từ kích từ phụ và từ khuếch đại quay (HTD) Khi bộ điều thế chưa hoạt động (công tắc 41R mở), tín hiệu ra của HTD không nối tới cuộn kích từ của máy phát, và điện áp được điều chỉnh qua biến trở 70ME Khi tín hiệu ra của HTD được kết nối qua công tắc 41R, máy phát tự động kiểm soát điện thế Điện áp ra của máy phát được cung cấp qua biến điện áp và chỉnh lưu thành điện áp một chiều Giá trị điện áp này được so sánh với giá trị chuẩn từ biến trở 90R, và độ lệch được phát hiện qua mạch so sánh tín hiệu điện áp máy phát và điện áp chuẩn của diode ổn áp Zener Tín hiệu độ lệch sau đó được khuếch đại để điều khiển từ trường kích từ máy phát, giúp duy trì điện áp ổn định.
Khuếch đại từ hoạt động dựa trên nguyên tắc phi tuyến của đường cong từ hóa của cuộn dây lõi thép khi sử dụng dòng điện xoay chiều Bằng cách áp dụng một tín hiệu một chiều nhỏ, chúng ta có thể điều khiển hiệu quả tín hiệu phụ tải xoay chiều đầu ra.
Mạch chống dao động gồm hai biến thế giảm chấn DT1 và DT2 có nhiệm vụ làm ổn định hệ thống
Máy phát cao tần 400 Hz kết nối với trục HTD cung cấp nguồn AC cho khuếch đại từ Đường cong bão hòa của máy kích từ chính và mối liên hệ giữa từ trường kích từ với điện áp kích từ trong hệ thống có kích từ phụ rất quan trọng Từ trường AT1 từ kích từ phụ tạo ra V0, trong khi bộ điều áp cung cấp từ trường kiểm soát +AT2 hoặc -AT2, cho phép điều chỉnh từ trường tổng cộng của kích từ chính và điện áp ra theo cả hai hướng, thể hiện qua giá trị V1 và V2 như trong hình 2.2.
Hình 2.2 Đường cong bão hoà của máy kích từ, kích từ độc lập
Sơ đồ hệ thống kích từ AC sử dụng diode quay các tổ máy Gas Turbine nhà máy điện Cần Thơ
Hình 2.3 sơ đồ hệ thống kích từ máy phát GT
Công suất định mức: 46250 kVA;
Điện áp định mức: 11 kV;
Tần số định mức: 50 Hz;
Tốc độ định mức: 3000 rpm
Tốc độ định mức: 3000 rpm;
2.2.2.1 Điều chỉnh dòng kích từ:
Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy phát điện cho thấy nguồn kích từ được cung cấp từ máy kích từ có diode quay lắp đồng trục với máy phát Máy kích từ nhận nguồn từ máy biến áp kích từ, với cuộn dây sơ cấp lấy từ điện áp stator của máy phát Điện áp thứ cấp được chỉnh lưu qua cầu thyristor và đưa vào phần tĩnh của máy kích từ Nhờ cấu tạo đặc biệt, phần tĩnh của máy kích từ tạo ra từ trường, cảm ứng lên phần động, sinh ra sức điện động xoay chiều 5 pha với tần số 200 Hz Diode quay trên trục máy phát chuyển đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều, cung cấp cho rotor máy phát mà không cần chổi than và cổ góp.
Nguồn accu 125 VDC cung cấp điện cho máy kích từ trong giai đoạn khởi động tổ máy thông qua máy cắt Q03 Nguồn này sẽ được ngắt khi điện áp của máy phát đạt giá trị cài đặt.
Nguồn accu 125 VDC cung cấp điện cho máy kích từ trong chế độ cường kích khi điện áp giảm đến mức giới hạn Lúc này, máy cắt Q02 sẽ đóng lại để tăng cường kích từ, giúp duy trì điện áp của máy phát.
- Đặc tuyến làm việc của hệ thống kích từ như hình 2.4
Hình 2.4 Đặc tuyến làm việc của hệ thống kích từ 2.2.2.2 Tự động điều chỉnh điện áp
Bộ tự động điều chỉnh điện áp (AVR) sẽ nhận tín hiệu dòng và áp của stator máy phát điện để:
- Điều chỉnh điện áp máy phát trong phạm vi ± 10% Uđm;
Khi điện áp máy phát thấp hơn giới hạn cho phép, cần tăng cường kích từ Trong quá trình hoạt động, bộ điều chỉnh điện áp sẽ nhận tín hiệu dòng kích từ phản hồi để so sánh và điều chỉnh, giúp ổn định điện áp.
Bộ tự động điều chỉnh điện áp bao gồm nhiều card điện tử kết nối với nhau, mỗi card đảm nhận một chức năng riêng Hệ thống này ghi nhận tín hiệu điện thế và tín hiệu dòng kích từ, sau đó so sánh và điều chỉnh dòng kích từ để giữ điện thế ngõ ra của máy phát ổn định Các chức năng của từng card trong hệ thống đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất hoạt động của máy phát.
Card ALS2 cung cấp nguồn cho các card điện tử trong hệ thống điều khiển tự động, hỗ trợ cảm biến dòng điện -U10 và các rơle ngõ ra Nguồn cấp cho card này được đảm bảo từ nhiều nguồn khác nhau, giúp duy trì hoạt động ổn định của hệ thống.
Máy biến thế kích từ
Card ALS2 cung cấp nguồn cho các card điện tử của kênh điều khiển bằng tay, hỗ trợ cảm biến dòng điện -U11 và các rơle ngõ ra của kênh Thiết bị này hoạt động với nguồn điện 230 VAC.
- Card CMS1: Tự động phát ra điện thế tham chiếu (set point) một số chức năng chính của card này là:
Chế độ hoạt động (External) và (Internal) cho phép thực hiện từng lệnh điều khiển tự động và bằng tay một cách tuần tự, đưa đến từng ngõ vào tương ứng.
Trong chế độ điều khiển bằng tay (External), điện thế điều khiển giữa hai kênh tự động và bằng tay (UCA và UCM) sẽ được chuyển đến card RS1 để điều chỉnh điện thế UCA sao cho bằng với UCM.
Lệnh điều khiển tự động trong chế độ Internal cho phép điều chỉnh kích từ để kiểm soát giá trị điện áp tham chiếu, và các lệnh này được truyền đến card RS1.
Chức năng đặt sẵn (Preset) cho phép điện thế tham chiếu tự động được cài đặt khi máy cắt kích từ đóng hoặc khi máy cắt đầu cực máy phát mở, giúp máy khởi động với giá trị điện áp danh định đã được chọn trước.
Card RS1 là card điều chỉnh điện thế, phát ra điện thế cho kênh điều khiển tự động UCA Điện thế này kết hợp với tín hiệu từ các card CMS1, LSES và LUF2, được cộng lại và khuếch đại để tạo ra tín hiệu điều khiển Tín hiệu này xác định điểm đặt (set point) cho dòng kích từ, với giới hạn cố định và một giới hạn mức cao Giới hạn này có thể được điều chỉnh khi điện thế máy phát thay đổi nhanh hoặc xuống dưới mức giới hạn thấp Điện thế máy phát (UST) được chuyển đến card ASEX1, nơi cung cấp tín hiệu tăng cường kích thích khi điện thế máy phát giảm dưới mức giới hạn thấp Giới hạn dòng kích từ (110% giá trị định mức) được hiển thị bằng đèn Led trên card.
- Card LSES: Giới hạn mức kích từ thấp, ngăn ngừa máy phát mất kích từ Giới hạn mức thấp của của dòng kích từ được hiển thị bằng Led
Card LUF2 thiết lập giới hạn V/F, điều chỉnh tỷ số điện thế và tần số (V/F) bằng cách so sánh điện thế máy phát với điện thế tham chiếu đã được điều chỉnh Trong quá trình khởi động, rơle ngõ ra sẽ kích hoạt mồi từ (Flashing) và sẽ ngắt ngay khi giá trị V/F đạt mức đã định trước Giới hạn V/F được hiển thị qua đèn Led.
Card RIEX điều chỉnh dòng kích từ thông qua việc kiểm soát tín hiệu UCM ở ngõ ra, với tín hiệu này phụ thuộc vào điện thế tham chiếu từ card CMS1 và tín hiệu dòng kích từ của cảm biến dòng điện - U11 Chức năng quan trọng của Card RIEX là duy trì điện thế ngõ ra UCM cân bằng với điện thế ngõ vào UCA trong suốt quá trình điều chỉnh tự động, đảm bảo ổn định dòng kích từ khi chuyển từ chế độ AUTO sang Manual.
Card GIMS là thiết bị phát xung, cung cấp xung kích cho cầu chỉnh lưu thyristor, giúp điện thế được chỉnh lưu tương ứng với điện áp điều khiển UCA hoặc UCM Góc kích nằm trong khoảng từ 10 độ đến 150 độ, và xung kích sẽ thay đổi trong suốt quá trình khởi động đen.
Sơ đồ hệ thống kích từ AC sử dụng kích từ tĩnh tổ máy S1 nhà máy điện Ô Môn
Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống kích từ tổ máy S1 2.3.1 Thông số kỹ thuật
Thông số máy phát điện
Công suất định mức: 410 MVA;
Điện áp định mức: 16kV;
Tần số định mức: 50 Hz;
Tốc độ định mức: 3000 rpm
Hệ thống chỉnh lưu toàn cầu 3 pha có điều khiển
Điện áp sơ cấp: 16 kV
2.3.2.1 Điều chỉnh dòng kích từ
Tổ máy S1 sử dụng nguyên lý kích từ tĩnh để cung cấp nguồn DC cho cuộn dây rotor máy phát, bao gồm các thành phần như biến áp kích từ, cầu chỉnh lưu thyristor, bộ tự động điều chỉnh điện áp, máy cắt kích từ và điện trở diệt từ Nguồn kích từ được lấy từ đầu cực máy phát và giảm điện áp từ 16000 V xuống 890 V qua biến áp, sau đó được chuyển đổi từ AC sang DC bởi cầu thyristor Tín hiệu ra của bộ chỉnh lưu được điều khiển bởi bộ AVR nhằm duy trì điện áp đầu cực máy phát ổn định.
Trong suốt quá trình khởi động, máy phát được kích từ nhờ hệ thống accu
Khi điện áp đầu cực của máy phát đạt 60% điện áp định mức hệ thống, hệ thống kích từ tự động chuyển đổi từ accu sang bộ chỉnh lưu Quá trình này được điều khiển bởi tín hiệu ra của bộ tự động điều chỉnh điện áp.
Hình 2.7 Sơ đồ điều khiển dòng kích từ
2.3.2.2 Tự động điều chỉnh điện áp (AVR)
Chức năng của bộ tự động điều chỉnh điện áp: Bao gồm các chức năng cơ bản sau:
1 Điều khiển giá trị điện áp máy phát đạt giá trị đặt trước (điện áp tham chiếu);
2 Điều chỉnh công suất phản kháng khi các tổ máy vận hành song song;
3 Cải thiện điều kiện ổn định của hệ thống ở chế độ quá độ;
4 Hạn chế điện áp máy phát tăng cao khi máy phát mất tải đột ngột Để thực hiện được các chức năng trên, bộ AVR phải liên tục so sánh điện áp phát ra của máy phát điện với điện áp tham chiếu Khi điện áp máy phát lệch khỏi điện áp đặt trước thì tín hiệu ra của AVR sẽ thay đổi bằng cách tăng hoặc giảm dòng kích từ để giữ điện áp máy phát ổn định Bộ AVR nhận tín hiệu điện áp máy phát từ phía thứ cấp của biến điện áp để so sánh với giá trị điện áp đặt trước, tín hiệu ra ở dạng xung kích, cung cấp cho dòng kích cho các thyristor Xung kích sẽ điều khiển góc kích của thyristor để thay đổi dòng kích từ cho máy phát và như thế điện áp máy phát sẽ được điều chỉnh về vị trí mong muốn
Bộ AVR có hai chế độ hoạt động: tự động và điều chỉnh bằng tay Ở chế độ tự động, AVR duy trì điện áp máy phát ổn định trong phạm vi 10% đến 110% điện áp định mức khi không tải và 95% đến 105% khi đầy tải Trong khi đó, ở chế độ điều chỉnh bằng tay, dòng kích từ được giữ không đổi, khiến điện áp máy phát thay đổi tùy thuộc vào việc điều chỉnh kích từ, với phạm vi từ 0% đến 95% lúc khởi động Khi AVR hoạt động, tín hiệu điều khiển kích từ bằng tay liên tục theo dõi tín hiệu tự động, đảm bảo sự ổn định khi chuyển đổi giữa hai chế độ.
Bộ AVR hoạt động theo nguyên lý hệ thống kép với các thành phần chính gồm bộ xử lý trung tâm (CPU), card tín hiệu vào tương tự, card tín hiệu vào và ra kỹ thuật số, cùng với card xung kích Hệ thống vẫn duy trì hoạt động bình thường ngay cả khi một trong hai card tín hiệu tương tự đầu vào hoặc bộ xử lý trung tâm gặp sự cố, nhờ vào các card còn lại.
Khi cả hai CPU hoạt động bất thường, hệ thống vẫn có khả năng điều khiển điện áp máy phát bằng cách điều chỉnh tín hiệu kích từ theo hướng tăng hoặc giảm thông qua kết nối trực tiếp vào card xung kích.
V AC Điều khiển và khuếch đại xung
Khuếch đại và bù pha
Giá trị đặt điều khiển tự động (90R)
Giá trị đặt điều khiển bằng tay (70E)
Hình 2.8 Điều khiển kích từ tự động hoặc bằng tay
Chức năng hạn chế, bảo vệ được bổ sung thêm vào bộ AVR gồm:
1 Chức năng giới hạn thiếu kích từ (UEL)
Giới hạn thiếu kích từ được sử dụng để ngăn chặn sự giảm kích từ của máy phát, đảm bảo hoạt động ổn định và không vượt quá giới hạn nhiệt của lõi stator Khi bộ giới hạn này khởi động, nó sẽ làm tăng điện áp rotor và giảm công suất phản kháng nhận được Chức năng UEL thường nhận tín hiệu đầu vào kết hợp giữa điện áp và dòng điện hoặc giữa công suất thực và công suất ảo, sau đó gửi tín hiệu ra đến bộ điều áp để điều chỉnh điện áp hoặc vào cổng giới hạn cao của tín hiệu điều khiển Bộ giới hạn thiếu kích từ được phân loại theo đặc tuyến làm việc, chủ yếu là đặc tuyến đường cong và đặc tuyến đường thẳng, với hình 2.9 minh họa chức năng UEL dạng đặc tuyến đường thẳng.
Hình 2.9 Chức năng giới hạn thiếu kích từ
2 Chức năng giới hạn quá kích từ (OEL)
Bộ giới hạn quá kích từ có chức năng bảo vệ máy phát khỏi hiện tượng quá nhiệt do công suất phản kháng cao và dòng rotor lớn Dòng kích từ được chuyển đổi thành tín hiệu tương tự và gửi vào card input của khối giới hạn quá kích từ (OEL) để ngăn ngừa tình trạng kích từ vượt quá giới hạn cho phép Khi dòng kích từ vượt quá giá trị thiết lập, hệ thống AVR sẽ tự động điều chỉnh về giá trị ban đầu như mô tả trong hình 2.10.
3 Chức năng ổn định hệ thống (PSS)
Bộ PSS có chức năng chính là bổ sung cản cho dao động rotor của máy phát, sử dụng tín hiệu phụ để điều khiển kích từ qua bộ AVR, nhằm đảm bảo tính ổn định trong hệ thống khi có dao động Các tín hiệu đầu vào thường được sử dụng để điều khiển bao gồm tốc độ rotor, tần số hoặc công suất của máy phát.
4 Chức năng giới hạn V/f (VFL)
Bộ V/f được thiết kế nhằm bảo vệ máy phát và máy biến áp khỏi hư hỏng do dòng từ hóa vượt quá khi tần số thấp và điện áp cao Nó đảm bảo rằng tỷ lệ điện áp và tần số của máy phát không vượt quá 1,05, như được thể hiện trong hình 2.11.
Hình 2.10 Chức năng giới hạn quá kích từ
Hình 2.11 chức năng bảo vệ V/f
Mạch diệt từ sử dụng thyristor và điện trở phóng điện, với thyristor được điều khiển bởi xung kích từ AVR Trong chế độ làm việc bình thường, máy cắt kích từ đóng, và AVR sẽ gửi tín hiệu để kích hoạt các thyristor trong mạch kích từ, cung cấp dòng kích từ cho máy phát Khi có lệnh ngắt kích từ, AVR sẽ ngừng kích mạch kích từ và gửi tín hiệu đến thyristor trong mạch diệt từ, khiến từ trường máy phát được tiêu thụ qua thyristor và điện trở phóng điện Cuối cùng, máy cắt kích từ được mở, theo nguyên lý hoạt động như hình 2.12.
Hình 2.12 Nguyên lý hoạt động mạch diệt từ
MÔ PHỎNG BỘ TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÀ HỆ THỐNG KÍCH TỪ THEO CÁC SỐ LIỆU THỰC TẾ BẰNG MATLAB SIMULINK
Bộ tự động điều chỉnh điện áp
3.1.1 Mô phỏng chức năng giới hạn thiếu kích từ
3.1.1.1 Sơ đồ nguyên lý thiết kế
90R: Giá trị đặt điện áp;
52: Máy cắt đầu cực máy phát;
UEL USE: chọn chế độ sử dụng UEL;
VAMIN: Giá trị cổng giới hạn cao;
Vt: Điện áp đầu cực máy phát;
QL: Công suất vô công tham chiếu tương ứng với tín hiệu công suất hữu công đầu vào;
Q: Công suất vô công đang phát
Khi máy phát hoạt động ở chế độ thiếu kích thích, nó sẽ nhận công suất vô công từ hệ thống, dẫn đến dòng phần ứng tăng cao Mức độ công suất vô công nhận vào có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt hoặc làm mất ổn định cho máy phát Chức năng UEL sẽ theo dõi công suất hữu công P và công suất vô công Q của máy phát; nếu các giá trị này vượt quá giới hạn ổn định đã được thiết lập, bộ giới hạn sẽ điều chỉnh tín hiệu ra để đảm bảo các thông số luôn nằm trong giới hạn an toàn.
Chức năng UEL được mô phỏng với tín hiệu đầu vào là công suất, trong đó đặc tuyến làm việc được hình thành bởi hai đoạn thẳng, có tọa độ thể hiện trên đồ thị công suất như bảng dưới đây.
STT Công suất hữu công P (pu) Công suất vô công Q (pu)
3.1.1.2 Sơ đồ mô phỏng thực tế
Đặc tuyến cài đặt chức năng UEL như bảng sau:
Công suất Pt của máy phát được sử dụng trong khối Lookup Table để nội suy giá trị QL tương ứng Giá trị QL sau đó sẽ được so sánh với công suất Qt hiện tại đang phát.
Công suất Qt hiện tại thấp hơn công suất QL được nội suy từ giá trị Pt, với giá trị cổng giới hạn cao VAMIN là -10 Điều này cho thấy công suất vô công mà Qt đang nhận vẫn nằm trong giới hạn cho phép.
Công suất Qt hiện tại lớn hơn công suất QL được nội suy từ giá trị Pt, dẫn đến việc giá trị cổng giới hạn cao VAMIN chuyển sang giá trị dương tùy thuộc vào mức độ nhận Qt Khi đó, giá trị công suất vô công sẽ vượt quá giới hạn cho phép, và VAMIN sẽ đóng vai trò giới hạn giá trị nhận công suất vô công của tổ máy.
Kết quả một số giá trị mô phỏng như bảng sau:
Bảng 3.1 Kết quả mô phỏng chức năng UEL
Kết quả dạng đồ thị với thời gian chạy mô phỏng 1 giây
TIN HIEU CONG SUAT Qt THUC PHAT
TIN HIEU CHO PHEP CONG SUAT Qt THUC PHAT VA DAC TUYEN CHO PHEP
TIN HIEU GIOI HAN KICH TU t (sec)
3.1.2 Mô phỏng chức năng giới hạn quá kích từ
Chức năng giới hạn quá kích từ có hai ngưỡng tác động: ngưỡng tác động tức thời khi dòng kích từ vượt quá 1,05 lần dòng định mức và ngưỡng thấp với đặc tuyến tác động phụ thuộc vào thời gian, khi dòng kích từ lớn hơn định mức.
IFLM1 = 1,05 x dòng kích từ định mức;
IFLM2 = dòng kích từ định mức;
Khi giá trị dòng kích từ Ifd vượt ngưỡng IFLM1, tín hiệu VF1 từ vòng 1 sẽ điều chỉnh dòng kích từ về mức định mức bằng cách so sánh với điện áp tham chiếu Nếu Ifd giảm xuống dưới IFLM1, tín hiệu điều khiển sẽ chuyển sang vòng 2, với chức năng giới hạn và thời gian tác động phụ thuộc vào tín hiệu VF2 và giá trị K2 Khi Ifd tiếp tục giảm xuống dưới IFLM2, tín hiệu VF3 từ vòng 3 sẽ giải phóng tín hiệu ra của khối tích phân về không, cho phép vòng 1 và tín hiệu VF1 tiếp tục kiểm soát chức năng OEL.
Kết quả mô phỏng khi tín hiệu vào Ifd thay đổi từ 0,99 đến 1,06 như bảng sau:
Bảng 3.2 Kết quả mô phỏng chức năng OEL Tín hiệu I fd
3.1.3 Mô phỏng chức năng giới hạn V/f
3.1.3.1 Sơ đồ nguyên lý thiết kế
90R: Giá trị đặt điện áp;
Vt: Điện áp đầu cực máy phát;
VFL USE: chọn chế độ sử dụng VFL
3.1.3.2 Sơ đồ mô phỏng thực tế
Giới hạn V/f của máy phát được thiết lập để so sánh tín hiệu tỷ số điện áp và tần số với giá trị đặt là 1,05 Khi tỷ số V/f vượt quá mức này, chức năng giới hạn sẽ kích hoạt tín hiệu đến bộ AVR, nhằm giảm điện áp máy phát về mức an toàn.
Khi điện áp máy phát vượt quá giá trị đặt từ 1,05 đến 1,06, tín hiệu điều khiển ra của bộ V/f có giá trị như bảng sau:
Bảng 3.3 Kết quả mô phỏng chức năng V/f
Tỷ số V/f Tín hiệu ra V/f Tín hiệu ra AVR
Kết quả dạng đồ thị với thời gian chạy mô phỏng 2 giây
TIN HIEU DEN BO AVR t (sec)
3.1.4 Mô phỏng chức năng ổn định hệ thống
3.1.4.1 Sơ đồ nguyên lý thiết kế
90R: Giá trị đặt điện áp;
Vt: Điện áp đầu cực máy phát;
Tlead, Tlag: hằng số thời gian bù sớm, trễ pha
TR: Hằng số thời gian bộ lọc tín hiệu
Chức năng PSS được mô phỏng là loại nhận tín hiệu đầu vào là công suất
P hoạt động khi công suất phát vượt quá 30% công suất định mức của máy phát Hệ thống bao gồm các khối cơ bản như khối lọc tín hiệu và các khối bù pha bậc nhất, nhằm cung cấp đặc tính pha phù hợp để bù đắp sự trễ pha giữa bộ kích từ và mômen điện từ.
3.1.4.2 Sơ đồ mô phỏng thực tế
Kết quả dạng đồ thị với thời gian chạy mô phỏng 30 giây
(pu) t (sec)TIN HIEU ON DINH HE THONG DEN AVR
3.1.5 Mô phỏng chức năng bù phụ tải
3.1.5.1 Sơ đồ nguyên lý thiết kế
90R: Giá trị đặt điện áp;
Vt: Điện áp đầu cực máy phát;
Máy biến áp chính có trở kháng quan trọng trong hệ thống phát điện, vì máy phát được kết nối với hệ thống thông qua máy biến áp tăng áp Khi hoạt động ở chế độ phát công suất phản kháng, máy biến áp sẽ xảy ra sụt áp, giá trị này phụ thuộc vào trở kháng của máy biến áp và thành phần dòng điện phản kháng Iq Sự thay đổi công suất phản kháng sẽ dẫn đến sự thay đổi của dòng Iq.
Thành phần IqXLDC được bổ sung vào giá trị điện áp nhằm tăng cường điện áp đầu cực của máy phát, bù đắp cho lượng điện áp rơi trên máy biến áp chính.
3.1.5.2 Sơ đồ mô phỏng thực tế
Kết quả mô phỏng khi công suất phản kháng phát từ -0,2 đến 0,5 như bảng sau:
Bảng 3.4 Kết quả mô phỏng chức năng bù phụ tải
Q t X LDC Tín hiệu đến AVR
3.1.6 Mô phỏng chức năng kích từ
Mô phỏng tương tự hệ thống kích thích tĩnh loại ST1A theo IEEE Std 421.5 TM -2005 như hình 1.17 ở chương 1, với các thông số được chọn như sau:
3.1.6.1 Sơ đồ nguyên lý thiết kế
3.1.6.2 Sơ đồ mô phỏng thực tế chức năng kích thích
Sơ đồ sử dụng mô hình kích từ chỉnh lưu có điều khiển, với nguồn áp lấy từ đầu cực máy phát qua máy biến áp Hệ số TR là hằng số thời gian của Transducer, biến đổi tín hiệu đầu cực máy phát Các hệ số KA và TA đại diện cho hệ số khuếch đại và hằng số thời gian của hệ thống kích từ, trong khi TB và TC là hằng số thời gian bù pha cho tín hiệu vào.
Kết quả mô phỏng khi thay đổi tín hiệu điện áp đầu cực máy phát từ 0,95 đến 1,05 như bảng sau:
Bảng 3.5 Kết quả mô phỏng chức năng kích từ Điện áp đầu cực V t Điện áp đặt V ref Tín hiệu ra E fd
3.1.6.3 Sơ đồ kết hợp các chức năng kích từ, hạn chế và bảo vệ
1 1 l ead/l ag comp1 s+1 10s+1 l ead/l ag comp
Kết quả dạng đồ thị với thời gian chạy mô phỏng 10 giây
TIN HIEU DIEN AP DAU CUC MAY PHAT
TIN HIEU SAI LECH GIUA DIEN AP DAU CUC VA DIEN AP DAT
(p u) t (sec)TIN HIEU RA BO AVR
