1.7 CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN
1.7.3 Bộ bù phụ tải (bộ tạo đặc tuyến)
Bộ tự động điều chỉnh điện áp (AVR) bình thường điều khiển điện áp đầu cực stato máy phát không đổi. Trường hợp này đặc tuyến điều chỉnh điện áp máy phát là đường thẳng không phụ thuộc phụ tải máy phát, được gọi là đặc tuyến độc lập như Hình 21a. Đôi khi bộ bù phụ tải còn được thêm vào sử dụng để điều khiển điện áp không đổi tại một điểm bện trong hay bên ngoài máy phát. Trong trường hợp này đặc tuyến điều chỉnh điện áp máy phát là đường thẳng dốc lên hoặc dốc xuống, được gọi là đặc tuyến phụ thuộc dương hay âm như Hình 21b.
Hình 21. Đặc tính điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát a) Đặc tính độc lập
b) Đặc tính phụ thuộc
1) Đặc tính phụ thuộc âm; 2 – Đặc tính phụ thuộc dương
Hình 22. Sơ đồ khối của bộ bù phụ tải
Điều này thực hiện được bằng cách xây dựng thêm một mạch đưa vào bộ AVR như Hình 22. Bộ bù có thể điều chỉnh được điện trở (Rb), điện kháng cảm ứng (Xb) dựa theo trở kháng giữa cực máy phát và tại điểm mà điện áp cần điều khiển theo ý muốn. Sử dụng trở kháng này và dòng cảm ứng, điện áp rơi đã được tính toán và đã đựoc cộng hoặc trừ đi điện áp đầu cực.
Độ lớn điện áp được bù để cung cấp cho bộ AVR là:
Vb = /Ef + (Rb+jXb)I F/
Để tạo đặc tính phụ thuộc dương, với Rb và Xb được xác định trong công thức trên, điện áp rơi ngang bộ bù được cộng với điện áp đầu cực. Bộ bù điều chỉnh điện áp tại một điểm bên trong máy phát và vì vậy cung cấp điện rơi. Điều này được dùng để đảm bảo ổn định phân phối công suất phản kháng giữa thanh cái máy phát. Các sơ đồ loại này thường sử dụng cho các máy ghép song song. Nếu không có bộ phận bù này, một trong những máy phát sẽ có khuynh hướng cung cấp toàn bộ công suất phản kháng được yêu cầu trong khi những máy khác thu công suất phản kháng sẽ vi phạm cho phép của bộ giới hạn thiếu kích thích.
Để dễ hiểu việc phân bố công suất hợp lý giữa các máy phát làm việc song song, ta xét ví dụ: khi điện áp thanh U1, lúc đó dòng phản kháng của máy phát là IQ1 và IQ2 như Hình 23; khi điện áp giảm đến thanh U2, TĐA của mỗi máy phát cố gắng khôi phục điện áp trở về giá trị cũ bằng cách tăng dòng rôto. Nhưng do bộ phận đo lường TĐA chỉ phản ứng theo độ lệch điện áp và không phản ứng theo sự thay đổi của dòng stato nên sự phân bố công suất phản kháng giữa các máy phát làm việc song song một cách ngẫu nhiên bất kỳ. Do đó, nếu TĐA của máy thứ nhất có độ nhạy cao hơn và hệ thống kích thích của nó tác động tăng dòng để khôi phục lại điện áp cũ thì máy thứ nhất gần như gánh toàn bộ công suất phản kháng, có thể đưa đến quá tải và làm việc không ổn định của các máy phát song song. Vì vậy quá trình tự động điều
chỉnh điện áp và phân phối công suất kháng giữa các máy phát có thanh góp chung người ta sử dụng TĐA có đặc tính phụ thuộc (Hình 24).
Hình 23. Đặc tuyến điều Hình 24. Giản đồ biểu diễn quá trình chỉnh điện áp độc lập phân bố công suất kháng và điều chỉnh điện áp của các máy phát có đặc tính điều chỉnh điện áp của các máy phát có
đặc tính điều chỉnh phụ thuộc.
(1) - đặc tính điếu chỉnh điện áp máy 1; (2) - đặc tính điếu chỉnh điện áp 2.
IQ1 - dòng công suất kháng cung cấp cho máy phát 1 lúc đầu.
IQ2 - dòng công suất kháng cung cấp cho máy phát 2 lúc đầu.
a - điểm làm việc máy phát 1 lúc đầu ; b điểm làm việc mày phát 2 lúc đầu.
(1’) - đặc tuyến máy 1 sau khi tăng công suất kháng.
(2’)- đặc tuyến máy 2 sau khi tăng công suất kháng.
đặc tuyến (1’),(2’) là đường song song của (1),(2) có được bằng cách thay đổi trị số đặt điện áp chuẩn.
a” - điểm làm việc mới của máy phát 1, b”- điểm làm việc mới của máy phát 2.
a’, b’điểm làm việc trung gian của máy phát 1 và máy phát 2 trong quá trình điều chỉnh.
I’Q1,I’Q2 - lượng công suất kháng cung cấp bởi máy 1 và máy 2 sau quá trình điều chỉnh điện áp trở lại Uđm.
Với Rb và Xb âm (tạo đặc tuyến phụ thuộc âm), bộ bù điều chỉnh điện áp tại điểm xa đầu cực của máy. Hình thức này của bộ bù được dùng để bù cho điện áp rơi trên máy biến áp tăng, khi có hai hoặc nhiều máy phát đựơc nối với từng máy biến áp riêng lẻ. Tiêu biểu là (50/80)% trở kháng của máy biến áp được bù nhằm đảm bảo điện áp rơi những điểm nối song
song để cho các máy phát hoạt động song song tốt. Thiết bị này thường thấy như bộ bù sụt áp, mặc dù thực tế thường được sử dụng để bù cho tổn hao của máy biến áp. Thuật ngữ này ra đời xuất phát từ một bộ bù tương tự dùng để điều chỉnh điến áp phân phối cho hệ thống.
Trong hầu hết các trường hợp, điện trở của trở kháng đựơc bù thường bỏ qua và Rb có thể cho bằng zero.
Bộ tạo đặc tuyến có nhiệm vụ là tạo độ dốc cần thiết của đặc tuyến điếu chỉnh Uf = f(If). Đại lượng đưa vào bộ đo lường không chỉ là điện áp máy phát mà còn cộng (véc tơ) với đại lượng tỉ lệ với dòng điện máy phát. Nói cách khác, bộ bù phụ tải là bộ phận thay đổi độ dốc đặc tuyến làm việc của máy phát điện.
Khi máy phát làm việc riêng biệt thì đặc tuyến cần điều chỉnh là độc lập.
Khi máy phát làm việc song song với nhau thì các máy phát làm việc với đặc tuyến phụ thuộc dương.
Hình 25. Bộ tạo đặc tuyến
Khi máy phát nối bộ với máy biến áp tăng thì đặc tuyến điều chỉnh phụ thuộc âm. Theo Hình 25 điện áp vào bộ đo lường là tổng vecto hai điện áp UĐ là điện áp đặt của máy biến áp tự ngẫu (tỉ lệ với điện áp đầu cực máy phát) và điện áp thứ cấp U1 cùa máy biến áp trung gian (điện tỉ lệ với dòng tải):
Uvào = UĐ– ΔUI
Trong đó:
ΔUI = R
nBInBGIF ; UĐ = KUUF
Góc a giữa vectơ UĐ và U1 có thể thay đổi bằng cách chuyển cách nối của máy biến áp BU(Xb). Ta đã biết AVR luôn luôn tác động theo chiều hướng giữ không đổi già trị điện áp đưa vào bộ AVR, Uvào = const. Do đó, nếu góc a giữa véctơ UĐ và ΔU lớn hơn 90o, do tác dụng tăng thêm của ΔU, điện áp UĐ dưới tác dụng của bộ điều áp sẽ giảm xuống (đặc tuyến phụ thuộc dương). Nếu góc a nhỏ hơn 90o thì ngựoc lại cho đặc tuyến dốc lên (đặc tuyến phụ thuộc âm).
Hình 26. Cách làm việc của bộ tạo đặc tuyến