Bài giảng chuyên đề tự động điều chỉnh U và phân phối Q

OVERCURRENT PROTECTION OVERVIEW

I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KÍCH TỪ (HTKT)
Điện áp sụt giảm có thể dẫn đến:
-
Giảm khả năng truyền tải điện của đường dây.
-
Giảm hiệu quả phát sáng của các đèn chiếu sáng.
-
Quá tải công suất phản kháng ở các nguồn điện.
-
Mất ổn định ở các MF làm việc song song.
Còn quá điện áp có thể gây già cỗi cách điện của các TBĐ, làm
tăng dòng rò và có thể làm hư hỏng thiết bị.
Duy trì U ổn định là biện pháp đảm bảo chất lượng điện năng
của HTĐ. U có thể được duy trì ổn định nhờ các phương pháp
vận hành hợp lý. Cũng có thể duy trì ổn định nhờ các thiết bị tự
động điều chỉnh kích từ của MF và máy bù đồng bộ, thiết bị tự
động điều chỉnh tỷ số BI, BU….

HTKT cơ bả là cung cấp I
DC
cho cuộn dây tạo từ trường của MĐ
đồng bộ.
HTKT được điều khiển và BV nhằm đáp ứng Q cho HT thông qua
điều khiển U bằng cách điều khiển kích từ I
kt
Chức năng điều khiển bao gồm: điều chỉnh U, phân bố công suất,
nâng cao ổn định HT.
Chức năng BV là bảo đảm sự đồng bộ, HTKT và các thiết bị khác

không vượt quá giới hạn.
Yêu cầu HTKT cung cấp và điều chỉnh I
kt
của MF đồng bộ để duy
trì U
ra
và giữ cho U
ra
biến thiên trong phạm vi cho phép
I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KÍCH TỪ (HTKT)

Bộ điều chỉnh
AVR
Bộ kích từ Máy phát
Bộ hạn chế &
bảo vệ
Bộ cảm biến
điện áp & Bù
tải tạo đặc
tuyến
Bộ ổn định
Tới hệ thống

Bộ kích từ: cung cấp I
DC
cho cuộn dây tạo từ trường của MĐ đồng
bộ, tạo nên công suất của HTKT.
Bộ điều chỉnh điện áp AVR: xử lý và khuếch đại tín hiệu điều
khiển đầu vào là U đầu cực MF tạo ra cách thức thích hợp điều
khiển bộ kích từ.

Bộ biến điện áp ra và bù tải: cảm nhận U đầu cực MF, chỉnh lưu
và lọc thành DC, so sánh với trị số đặt là U đầu ra mong muốn. Bộ
bù tải còn có thể được cung cấp nếu muốn U không đổi tại điểm xa
đầu cực MF.
Bộ ổn định hệ thống công suất: cung cấp thêm tín hiệu ở ngõ vào
để hạn chế dao động công suất của HT. Tín hiệu thường là độ lệch
tốc độ rotor, sự tăng công suất và độ lệch tần số.
Bộ hạn chế và bảo vệ: gồm một HT điều khiển và BV rộng nhằm
đảm bảo bộ kích từ và MF đồng bộ không vượt quá giới hạn.

1.1 Các loại HT kích từ
a. Hệ thống kích từ một chiều

1.1 Các loại HT kích từ
b. Hệ thống kích từ xoay chiều

1.1 Các loại HT kích từ
c. Hệ thống kích từ tĩnh

1.2 Đánh giá đáp ứng động của HTKT
Điều khiển
(bộ điều chỉnh)
Khuếch đại công
suất (máy kích từ)
Thiết bị (MF và
hệ thống điện)
Các phần tử
hồi tiếp
Σ
a. Đo lường đặc tính tín hiệu lớn

1.2 Đánh giá đáp ứng động của HTKT
b. Đo lường đặc tính tín hiệu nhỏ

II. NHỮNG CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ
2.1 Bộ điều chỉnh AC và DC
Bộ điều chỉnh AC:
Chủ yếu duy trì điện áp stator MF.
Ngoài ra còn BV và điều khiển phụ khác như: điều khiển U
kt
của
MF thông qua bộ điều chỉnh AC
Bộ điều chỉnh DC:
Giữ cho Ukt của MF không đổi và thường được điều khiển bằng
tay.
Kiểm tra và khởi động, dự phòng khi bộ điều chỉnh AC bị sự cố.

Các nguyên tắc làm việc của bộ điều chỉnh điện áp
Điện áp đầu cực của MF:
F
F
F F
U E j I X
• • •
= −
F
U
•
F

E
•
F
I
•
Điện áp đầu cực MF
Sức điện động MF
Dòng điện MF
Điện kháng MF
F
X
giả sử E
F
= const.
Nếu I
F
thay đổi thì U
F
thay đổi. để U
F
=const thì phải thay đổi E
F

tức là thay đổi kích từ của MF

a. điều chỉnh theo modun dòng stator MF (|I
F
|)
Theo nguyên tắc này, dòng điện kích từ là hàm số của trị số dòng
stator máy phát: I

f
=f(|I
F
|)
F
F
F F
U E j I X
• • •
= −
Khi I
F
thay đổi tăng lên làm cho U
F
giảm. Đồng thời làm cho
dòng kích từ I
f
tăng lên theo biểu thức:
I
f
=f(|I
F
|)
Kết quả là E
F
tăng lên tỷ lệ với lượng tăng của I
F
do dòng kích từ
tăng bù lại. Do đó mà điện áp đầu cực MF U
F

luôn ổn định

a. điều chỉnh theo modun dòng stator MF (|I
F
|)
Đồ thị cho thấy tác dụng của bộ điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị
cosφ.
Với cùng một giá trị |I
F
| như nhau nhưng phụ tải nào có cosφ nhỏ
sẽ làm chu U
F
giảm nhiều hơn.
Do đó không thể duy trì điện áp như nhau đối với các phụ tải
khác nhau mặc dù có cùng giá trị |I
F
|

Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tác động nhanh
Nhược điểm: là tác động theo nhiễu, không có phản hồi để kiểm
tra và đánh giá kết quả điều chỉnh.
Không phản ứng theo sự thay đổi của điện áp và cosφ nên không
thể duy trì U
F
=const.
Do những nhược điểm mà phương pháp này hiện nay không còn
được sử dụng
b. điều chỉnh theo dòng stator MF I
f
=f(I

F
)
Khắc phục những nhược điểm của phương pháp trên, phương pháp
điều chỉnh theo dòng điện toàn pha của MF còn gọi là compound
pha.
Compound pha thực hiện việc điều chỉnh kích từ MF không chỉ
theo dòng điện mà còn theo điện áp và góc lệch pha giữa chúng.
Do đó đảm bảo hiệu quả điều chỉnh cao

b. điều chỉnh theo dòng stator MF I
f
=f(I
F
)
Phương pháp compound pha cũng tác động theo nhiễu nên không
thể giữ điện áp của MF không đổi, cần có hiệu chỉnh phụ.
Do đó phương pháp này cũng ít được sử dụng.

c. Điều chỉnh theo độ lệch điện áp (corrector điện áp)
Là thiết bị điều chỉnh kích từ tác động theo độ lệch điện áp (∆U
f
).
Thường kết hợp với compound kích từ để điều chỉnh U ở đầu cực
MF một cách hiệu quả.
Tuyến tính
Phi tuyến
I
tt
I
pt

U
F
Phần tử tuyến tính tạo nên I
tt

tỷ lệ với điện áp U
F
Phần tử phi tuyến tạo nên I
pt

phụ thuộc không tuyến tính
vào U
F
.
U
F
I
U
1
U
0
U
2

c. Điều chỉnh theo độ lệch điện áp (corrector điện áp)
U
F
I
U
1

U
0
U
2
Tín hiệu điều chỉnh tỷ lệ với độ lêch điện áp là hiệu số của hai
dòng điện
I
f
= f(∆U
f
) = f(I
tt
-I
pt
)
∆U
f
= I
tt
- I
pt
I
tt
I
pt
Phương pháp này đơn giản,
hiệu quả với các MF có U
thấp, I nhỏ. Thường dùng
trong các MF có công suất
khoảng vài MVA hay MF

không quan trọng trong việc
ổn định hệ thống.

d. tự động điều chỉnh kích từ nhanh
Phương pháp này phản ứng theo điện áp thanh góp MF và những
thông số khác đặc trưng cho chế độ không bình thường.
Phản ứng theo độ lệch trị số tuyệt đối của các thông số và vận tốc,
gia tốc thay đổi chúng.
Thường sử dụng các thông số sau để đặc trưng cho chế độ không
bình thường: độ lệch điện áp và tần số, tốc độ thay đổi địên áp và
tần số, tốc độ thay đổi dòng rotor:
I
f
= k
∆U
∆U + k
U’
U’+ k
∆f
∆f + k
f’
f’ + k
I’r
I’
r
K là hệ số khuếch đại các phần tử theo quy luật điều chỉnh
Phương pháp này tối ưu, thường dùng trong các MF công suất lớn,
các MF làm việc song song của các nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện
liên lạc với HT bằng đường dây truyền tải dài

II. NHỮNG CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ
2.2 Mạch ổn định hệ thống kích từ.
HTKT bao gồm các phần tử trễ thường có đặc tính động kém,
điều khiển kích từ thông qua mạch hồi tiếp độ lệch stator MF
không ổn định khi MF hở mạch.
Để HT điều khiển kích từ ổn định cần có bộ bù nối tiếp hoặc là
dùng bộ bù hồi tiếp để cải thiện đặc tính động của HT điều khiển.
Thường dùng bộ bù vòng hồit tiếp vi phân để cực tiểu hoá sự dời
pha do thời gian trễ trên một vùng tần số được chọn, tạo ra độ ổn
định hiệu suất của MF hoạt động độc lập.
Thông thường tín hiệu ngõ vào của bộ ổn định HTĐ là tốc độ của
trục, tần số và công suất ở đầu cực.
Bộ kích từ và
AVR
Σ

II. NHỮNG CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ
2.3 Bộ bù phụ tải. (bộ tạo đặc tuyến)
AVR bình thường điều chỉnh U đầu cực MF không đổi. Đặc
tuyến điều chỉnh UMF là đường thẳng không phụ thuộc vào phụ
tải MF gọi là đặc tuyến độc lập
Đôi khi bộ bù phụ tải được thêm vào để điều khiển điện áp không
đổi tại một điểm bên trong hay bên ngoài MF. Khi đó đặc tuyến
điều chỉnh UMF là đường dốc lên hoặc xuống được gọi là đặc
tuyến phụ thuộc dương hoặc âm
U
F
I
F

II. NHỮNG CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ
2.3 Bộ bù phụ tải. (bộ tạo đặc tuyến)
Bộ bù có thể thay đổi Rb, Xb dựa theo trở kháng giữa cực MF và
tại điểm mà U cần điều chỉnh theo ý muốn. độ lớn điện áp được
bù để cung cấp cho bộ AVR là:
( )
F F
b b b
V E R jX I
• •
= + +
Tạo đặc tuyến phụ thuộc dương

II. NHỮNG CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ
2.3 Bộ bù phụ tải. (bộ tạo đặc tuyến)
Tạo đặc tuyến phụ thuộc âm, bộ bù điều chỉnh U tại điểm xa đầu
cực MF dùng để bù cho U rơi trên MBA tăng khi có 2 hoặc nhiều
MF nối với từng MBA riêng lẻ.
Thông thường trong các trường hợp điện trở Rb được bù rất nhỏ
nên có thể bỏ qua.
bộ tạo đặc tuyến có nhiệm vụ tạo độ dốc cần thiết của đặc tuyến
điều chỉnh U
F
=f(I
F
). Nói cách khác, bộ phụ tải là bộ phận làm thay
đổi độ dốc đặc tuyến làm việc của MF điện.
-Khi MF làm việc riêng biệt thì đặc tuyến cần điều chỉnh là độc
lập.
-Khi MF làm việc song song thì các MF làm việc với đặc tuyến

phụ thuộc dương.
-Khi MF nối bộ với MBA tăng thì đặc tuyến điều chỉnh là phụ
thuộc âm.

III. CÁC BỘ HẠN CHẾ VÀ BẢO VỆ
3.1 Giới hạn khả năng phát công suất kháng
1. đường cong khả năng phát công suất phản kháng
MF đồng bộ thường có công suất biểu kiến phát ra cực đại và hệ
số công suất (0,85 đến 0,9) mà chúng có thể hoạt động liên tục
không bị quá nhiệt
Công suất tác dụng ở ngõ ra được giới hạn bởi khả năng của ĐC
sơ cấp với trị số công suất biểu kiến định mức.
Khả năng phát ra công suât phản kháng liên tục ở ngõ ra được
giới hạn bởi 3 yếu tố: giới hạn dòng phần ứng, giới hạn dòng
kích từ và giới hạn nhiệt vùng biên