nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh tự động tần số máy phát điện

Với cách đặt vấn đề như vậy nên đề tài luận văn được chọn là :“Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh tự động tấn số máy phát điện” Nội dung luận văn được chia làm 4 chương: Chươn

NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU CHỈNH TẦN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ MÁY

- -

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Ngày giao đề tài: / /

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là, Vũ Thị Yến học viên lớp cao học khoá 12 - Tự Động Hoá Trường đại

học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

Hiện nay tôi đang công tác tại khoa Điện - Trường đại học Sao Đỏ

Xin cam đoan: Đề tài ”Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh tự động tần số máy phát điện” dưới sự hướng dẫn của PGS – TS Võ Quang Lạp là công

trình nghiên cứu riêng của tôi Tất cả các tài liệu tham khảo đều được ghi trong danh mục tham khảo, không sử dụng tài liệu nào khác mà không được ghi trong danh mục

Tôi xin cam đoan tất cả các nội dung trong luận văn đúng như trong đề cương

và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Người cam đoan

Vũ Thị Yến

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương được sự giúp đỡ, hướng dẫn

tận tình của thầy PGS – TS Võ Quang Lạp, luận văn với đề tài “Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh tự động tần số máy phát điện” đã được hoàn thành

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

Thầy giáo hướng dẫn PGS – TS Võ Quang Lạp đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ

tác giả hoàn thành luận văn này

Khoa sau đại học, các thầy giáo, cô giáo trong khoa Điện - Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn

Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình đã quan tâm động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập

Tác giả

Vũ Thị Yến

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG NƯỚC NGOÀI 8

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ TRONG 10

MÁY PHÁT ĐIỆN 10

1.1 Chất lượng điện năng của máy phát điện 10

1.2 Ổn định điện áp 10

1.3.1 Ổn định tần số thứ cấp 14

1.3.2 Ổn định tần số sơ cấp 16

CHƯƠNG 2: TỰ ĐỘNG ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN 20

2.1 Tổng quan về điều tốc 20

2.1.1 Các thông số đặc trưng của bộ điều tốc 20

2.1.2 Một số loại điều tốc 22

2.2 Một số hệ tự động ổn định tần số cho các loại máy phát điện 24

2.2.1.Tự động ổn định tần số cho nhà máy nhiệt điện 24

2.2.2 Tự động ổn định tần số máy phát gió 36

2.2.3 Tự động ổn định tần số máy phát thuỷ điện 43

2.2.4.Tự động ổn định tần số máy phát dầu 46

CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ỔN ĐỊNH TẦN SỐ CHO MÁY PHÁT 52

3.1 Sơ đồ khối hệ điều khiển bộ điều tốc thuỷ điện 52

3.1.1 Các hệ điều khiển 52

3.1.2 Sơ đồ khối hệ truyền động trong bộ điều tốc thuỷ điện 52

3.2 Tổng hợp hệ truyền động PWM –Đ cho điều tốc thuỷ điện 68

3.2.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc 68

3.2.2 Xây dựng hàm truyền của các khâu trong hệ thống điều khiển 69

3.2.3 Tổng hợp hệ thống 72

3.3 Mô phỏng hệ thống 78

3.3.1 Chọn và xác định các thông số 78

3.3.2 Tiến hành mô phỏng 81

3.3.3 Nhận xét: 83

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU TỐC MÁY PHÁT ĐIỆN 84

4.1 Tính phi tuyến của bộ điều khiển vị trí 84

4.2.Tổng hợp hệ thống sử dụng bộ điều khiển mờ thích nghi 85

4.2.1 Đặt vấn đề 94

4.2.2 Mô hình toán học của bộ điều khiển mờ 95

4.2.3 Xây dựng bộ điều khiển mờ thích nghi theo mô hình mẫu song song 99

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 113

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Hệ thống tự động ổn định điện áp AVR 13 Hình 1-2 Sơ đồ khối bộ điều tần thứ cấp 15 Hình 1-3 Sơ đồ cơ cấu đo tần số a, biều đồ vectơ điện áp b 15 Hình 1-4 Đường đặc tính tĩnh tuabin (1,2,3) và phụ tải (1’,2’,3’) 17

Hình 2-1 Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điều tốc cơ khí 23 Hình 2-2 Hệ thống điều khiển có máy phát tốc 23 Hình 2-3 Nguyên lý quá trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện 25 Hình 2-4 Sơ đồ mạch điều khiển áp suất hơi chính 27 Hình 2-5 Sơ đồ mạch đầu vào điều khiển lò hơi 28

Hình 2-7 Sơ đồ mạch điều khiển nhiên liệu 30

Hình 2-9 Sơ đồ mạch điều khiển gió cấp 2 32 Hình2-10 Sơ đồ mạch điều khiển Quạt khói 33 Hình 2-11 Sơ đồ mạch điều khiển mức nước bao hơi 34 Hình 2-12 Sơ đồ mạch điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt 35

Hình 2-14 Sơ đồ hệ thống phát điện sức gió 39 Hình 2-15 Phân tích động học cánh gió 41 Hình 2-16 Góc điều khiển của một cánh gió ở 10 vị trí khác nhau 43 Hình 2-17 Sơ đồ nguyên lý máy điều chỉnh tốc độ quay của tuabin kiểu

Hình 3-1 Hệ thống điều khiển số 52 Hình 3-2 Hệ thống điều khiển tương tự 52 Hình 3-3 Sơ đồ khối hệ truyền động trong bộ điều tốc thuỷ điện 53 Hình 3-4 Sai số tải được tạo ra ở chiết áp khi một điện trở tải được nối

giữa contact trượt và một đầu của dây điện trở

Hình 4-2 Cấu trúc phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp 86 Hình 4-3 Cấu trúc của phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp 87 Hình 4-7 Luật hợp thành tuyến tính 89 Hình 4-8 Quan hệ vào ra của luật hợp thành tuyến tính 98 Hình 4-9 Sự hình thành ô suy luận từ luật hợp 92 Hình 4-10 Các vùng trong ô suy luận 92 Hình 4-11 Bộ điều khiển mờ với hệ số khuếch đại đầu ra K 93 Hình 4-12 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu ra 94 Hình 4-13 MRAFC điều chỉnh hệ số khuyếch đại đầu ra và hệ số tích

phân sai lệch đầu vào

95

Hình 4-16 Quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ 97

Hình 4-18 Bộ điều khiển mờ với hệ số khuếch đại đầu ra K 100 Hình 4-19 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu ra 101 Hình 4-20 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu ra và hệ số tích phân sai

Hình 4-25 Sơ đồ mô phỏng so sánh chất lượng bộ điều khiển PID và bộ

điều khiển mờ thích nghi

110

Hình 4-26 Các tín hiệu đầu ra tương ứng với các giá trị đặt khác nhau của

vị trí đặt đầu vào φđặt = 6V

112

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG NƯỚC NGOÀI

Paralled : Chế độ vận hành hoà lưới

TXPCX : Khối tạo xung và phân chia xung

MỞ ĐẦU

Tần số và điện áp là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng Vì thế việc ổn định 2 chỉ tiêu này luôn phải được quan tâm đúng mức Nhưng việc đảm bảo chất lượng điện áp và tần số là 2 vấn đề lớn và phức tạp Trong bản luận văn này chỉ giải quyết 1 vấn đề trong việc ổn định tần số Cụ thể luận văn sẽ đi sâu nghiên cứu các bộ điều tốc để ổn định tần số Với kết quả của luận văn này sẽ đóng góp 1 phần nhỏ vào việc nâng cao chất lượng của hệ điều chỉnh tần số Với

cách đặt vấn đề như vậy nên đề tài luận văn được chọn là :“Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh tự động tấn số máy phát điện”

Nội dung luận văn được chia làm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về điều chỉnh tần số trong máy phát điện

Chương 2: Tự động ổn định tần số máy phát điện

Chương 3: Tổng hợp hệ thống truyền động điện ổn định tần số cho máy phát Chương 4: Ứng dụng điều khiển mờ thích nghi để nâng cao chất lượng hệ truyền động điều tốc máy phát

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ TRONG

MÁY PHÁT ĐIỆN 1.1 Chất lượng điện năng của máy phát điện

Tần số và điện áp là các chỉ tiêu quan trọng quyết định chất lượng điện năng

- Điện áp: Trong quá trình vận hành điện áp bằng điện áp định mức cung cấp cho

phụ tải Trong quá trình làm việc điện áp thay đổi làm cho các thiết bị điện thay đổi chế độ làm việc Ví dụ khi điện áp giảm trong mạng điện chiếu sang sẽ làm giảm hiệu quả phát sáng của đèn chiếu sáng Động cơ điện xoay chiều cũng như động cơ điện một chiều khi điện áp giảm làm tốc độ động cơ giảm Khi điện áp giảm không đảm bảo điều kiện hòa vào lưới điện

- Tần số: Thể hiện công suất tác dụng của máy phát điện Khi tần số giảm công suất

cơ không đảm bảo Cụ thể khi tần số giảm không đủ điều kiện để hòa vào lưới điện Nếu phụ tải là động cơ điện xoay chiều khi tần số giảm thì tốc độ của động cơ cũng giảm

Từ những nhận xét trên ta thấy nếu tần số và điện áp không đảm bảo sẽ dẫn đến sự gia tăng chi phí vốn đầu tư, chi phí vận hành, giảm năng suất và hiệu quả làm việc của các thiết bị điện… Sự giảm tần số và điện áp không chỉ gây thiệt hại cho bản thân hệ thống điện mà cho tất cả các ngành kinh tế khác Vì vậy khi thiết kế vận hành cần xem xét tới các biện pháp đảm bảo và nâng cao chất lượng tần số và điện áp Do đó để giải quyết điện áp và tần số chúng ta nghiên cứu các hệ thống tự động ổn định

1.2 Ổn định điện áp

- Chỉ tiêu của chất lượng điện áp

+ Độ lệch điện áp (khi tốc độ biến đổi của điện áp nhỏ hơn 1% trong 1 giây)

so với giá trị định mức

   100

dm

dm U

U U

U % (1-1) + Độ dao động điện áp (khi tốc độ biến đổi của điện áp không nhỏ hơn 1% trong 1 giây)

dm U

U U

U  max min

 100% (1-2) + Độ không hình sin của dạng đường cong điện áp

1 sin

Khi KKsin < 5% thì dạng của đường cong điện áp được xem như là hình sin

Khi xác định độ không hình sin của điện áp thường chỉ cần tính đến song bậc 1,3 là

A

U

aU U

a U

U

U U U

3

/

.100% (1-5) Trong đó U0 điện áp thứ tự không

 Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp

Như chúng ta đã biết muốn điều chỉnh điện áp phát ra của máy phát người ta

thường điều chỉnh dòng kích từ nhờ hệ thống tự động điều chỉnh điện áp (hệ thống

tự động điều chỉnh kích từ) Trong chế độ làm việc bình thường điều chỉnh dòng

kích từ sẽ điều chỉnh được điện áp hai đầu cực của máy phát thay đổi được lượng

công suất phản kháng phát vào lưới Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp làm việc

nhằm giữa điện áp không đổi (với độ chính xác nào đó) khi phụ tải biến động

Ngoài ra thiết bị tự động điều chỉnh điện áp còn nhằm nâng cao giới hạn công suất

truyền tải từ máy phát điện vào hệ thống, đảm bảo sự cố định tĩnh nâng cao sự cố định động

Để cung cấp một cách tin cậy dòng điện một chiều cho cuộn kích từ của máy phát điện đồng bộ, cần phải có một hệ thống kích từ thích hợp với công suất định mức đủ lớn Thông thường đòi hỏi công suất định mức của hệ thống kích từ bằng (0.2 ÷0,6)% công suất định mức của máy phát

Dòng kích từ chạy trong cuộn dây roto của máy phát điện là dòng điện một chiều vì vậy cần có hệ thống nguồn cung cấp riêng Hệ thống kích từ, điều chỉnh dòng kích từ trong quá trình làm việc là thiết bị tự động điều chỉnh kích từ Đặc tính của hệ thống kích từ và cấu trúc thiết bị điều chỉnh kích từ có ý nghĩa quyết định không những đối với chất lượng điều chỉnh điện áp mà còn đến tính ổn định hệ thống

Trong thực tế người ta có 4 phương pháp để điều chỉnh dòng kích từ một cách

tự động đó là các phương pháp sau:

- Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều

- Hệ thống kích từ dùng các máy phát điện xoay chiều có vành góp

- Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều không vành góp

- Hệ thống kích từ xoay chiều dùng nguồn chỉnh lưu có điều khiển

Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp AVR

Bộ điều chỉnh điện áp tự động luôn luôn theo dõi điện áp đầu ra của máy phát điện và so sánh nó với một điện áp tham chiếu Nó phải đưa ra những mệnh lệnh để tăng giảm dòng điện kích thích sao cho sai số giữ điện áp đo được và điện áp tham chiếu là nhỏ nhất Muốn thay đổi điện áp của máy phát điện, người ta chỉ cần thay đổi điện áp tham chiếu này Điện áp tham chiếu thường được đặt tại giá trị định mức khi máy phát vận hành độc lâp (Isolated) hoặc là điện áp thanh cái, điện áp lưới tại chế độ vận hành hòa lưới (Paralled)

Hình 1-1:Hệ thống tự động ổn định điện áp AVR

Mỗi hệ thống kích từ của máy phát được trang bị một bộ tự động điều chỉnh điện áp (Automatic Voltage Regulator - AVR) Bộ AVR được đấu nối với các biến điện áp một pha ll0V riêng biệt nhau nằm trong tủ thiết bị đóng cắt máy phát Bộ AVR đáp ứng được thành phần pha thứ tự thuận của điện áp máy phát và không phụ thuộc vào tần số Bộ AVR là loại điện tử kỹ thuật số, nhận tín hiệu đầu vào là điện

áp 3 pha tại đầu cực máy phát, sử dụng nguyên lý điều chỉnh PID theo độ lệch điện

áp đầu cực máy phát, nó cũng có chức năng điều chỉnh hằng số hệ số công suất và hằng số dòng điện trường

Bộ AVR cơ bản gồm có một vòng lặp điều chỉnh áp bằng các tín hiệu tích phân tải để đạt được sự ổn định tạm thời và ổn định động Đo lường điện áp máy phát được thực hiện trên cả ba pha Độ chính xác của điện áp điều chỉnh nằm trong

trong khoảng 0.5% giá trị cài đặt, trong các chế độ vận hành từ không tải tới đầy tải Một tín hiệu điều khiển từ bên ngoài được tác động vào bộ AVR để thay đổi liên tục giá trị điều chỉnh mẫu mà không cần bất cứ một bộ phận quay nào Một mạch cản

có thể được sử dụng để hạn chế độ dốc của tín hiệu bên ngoài, nếu cần thiết

1.3 Ổn định tần số của máy phát điện

Như ta đã biết tần số là chỉ tiêu chung về chất lượng điện năng của toàn hệ thống, vì trong hệ thống điện hợp nhất ở chế độ làm việc bình thường, tần số ở mọi điểm đều giống nhau Tần số sẽ thay đổi khi xảy ra mất cân bằng giữa tổng công suất tác dụng của các động cơ sơ cấp (tuabin) kéo máy phát điện với phụ tải tác dụng của máy phát điện

Cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện ở chế độ bình thường:

P T P pt  

(1-6)

Trong đó: P T : Công suất của tuabin kéo máy phát

P pt : Công suất của phụ tải điện

Q: Lưu lượng nước vào tuabin

H: Độ chênh áp suất đầu và cuối tuabin

: Hiệu suất tuabin

Để ổn định tần số máy phát điện có hai phương pháp ổn định thứ cấp và ổn định sơ cấp sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu lần lượt từng phương pháp

1.3.1 Ổn định tần số thứ cấp

Điều chỉnh thứ cấp là quá trình tăng công suất máy phát điều tần để đưa tần số

về trị số định mức Tăng công suất máy phát bằng cách tăng tốc độ cho tuabin Nhờ

cơ cấu đo lường khá chính xác độ lệch tần số khỏi giá trị định mức và phát tín hiệu điều khiển

Sau đây chúng ta xét một cơ cấu đo lường đơn giản nhất phản ứng theo độ lệch tức thời của tần số Sơ đồ mạch bao gồm điện trở tác dụng và điện kháng hoặc điện dung nối song song Khi tần số hệ thống bằng định mức thì dòng I1 và I2 bằng nhau Khi tần số giảm thấp hoặc tăng cao sẽ làm thay đổi XL hoặc XC và dòng I1 và

I2 sẽ khác nhau Tùy thuộc vào giá trị và dấu của độ lệch tần số mà góc pha của dòng điện ở đầu ra của mạch sẽ bị thay đổi, nhờ bộ tự động điều chỉnh tần số thứ cấp có thể phản ứng để đưa ra tác động điều chỉnh phù hợp

Sơ đồ cơ cấu đo tần số được thể hiện trên hình 1.3 Các tham số L và C của bộ lọc tần BLT được chọn sao cho U1 = U2 và U1 +U2 = UR + UL, ở chế độ làm việc bình thường với tần số định mức U thì UR = UL Khi đó điện áp đầu ra hai bộ chỉnh lưu CL1 và CL2 bằng nhau do đó đầu ra khuếch đại thuật toán bằng 0 Giá trị đưa vào bộ điều chỉnh tần số bằng giá trị đặt Khi tần số lệch khỏi giá trị chuẩn thì khi

đó UL = jω.L.IL sẽ lớn hơn hoặc nhỏ hơn UR = R.IR tuỳ thuộc vào tần số tăng hay giảm, làm cho giá trị ra khuếch đại thuật toán Ur ≠ 0 Khi đó tín hiệu vào bộ điều chỉnh tần số không phải là gía trị đặt nữa mà bằng giá trị đặt cộng hoặc trừ đi 1 lượng Ur, dẫn đến bộ điều chỉnh sẽ tác động vào tuabin làm tần số trở về giá trị chuẩn

1.3.2 Ổn định tần số sơ cấp

Điều chỉnh sơ cấp: là quá trình điều chỉnh tốc độ quay tuabin bằng thay đổi lượng

nước vào bánh xe công tác đối với nhà máy thuỷ điện hoặc lượng hơi vào cánh bin đối với nhà máy nhiệt điện… Nhiệm vụ chính của bộ điều tốc là giữa cho tốc độ quay của rotor – máy phát là không đổi khi có sự thay đổi của phụ tải

tua-Tần số f của dòng điện phụ thuộc vào tốc độ góc  của máy phát điện theo quan hệ

Trong đó: p - Số đôi cực của máy phát điện

n - Số vòng quay của máy phát điện

Phụ tải điện của hệ thống tạo nên mômen cản trên trục tuabin Công suất của từng loại phụ tải điện khác nhau phụ thuộc vào tần số dòng điện theo những quan hệ khác nhau

Chẳng hạn công suất tiêu thụ bởi các đèn sợi nung và các loại phụ tải nhiệt hầu như không phụ thuộc vào tần số, công suất tiêu thụ bởi động cơ của máy móc gia công kim loại phụ thuộc bậc nhất tần số Công suất của các loại bơm, quạt tùy theo kết cấu, độ nghiêng của cánh có thể phụ thuộc bậc hai, ba vào tần số

Nói chung đối với phụ tải tổng hợp của hệ thống tùy theo tương quan giữa các thành phần phụ tải mà quan hệ giữa công suất tác dụng và tần số sẽ thay đổi

*

*

dd f

dd

P P P k

f f

Trong đó : f , P: Tương ứng là sự thay đổi của tần số và công suất tác dụng

f dd, P dd :Tần số và công suất danh định

Để thấy rõ sự thay đổi tương quan giữa công suất tác dụng và tần số ta khảo sát đường đặc tính tĩnh của tuabin và của phụ tải

Thay đổi tần số (hay tốc độ quay) sẽ làm thay đổi mô men quay    M P 

của phụ tải Quan hệ này được biểu diễn bằng đường cong '

1 trên hình vẽ đặc trưng cho đặc tính tĩnh của phụ tải Tần số của hệ thống điện được xác định tại điểm cắt 1

O của đặc tính 1 (tuabin) và đặc tính '

1 (phụ tải) ở đó mô men kéo của tuabin cân bằng với mô men cản của phụ tải M1

Hình 1-4: Đường đặc tính tĩnh tuabin (1,2,3) và phụ tải (1 ’ ,2 ’ ,3)

Khi số lượng phụ tải trong hệ thống điện thay đổi, đặc tính tĩnh của phụ tải '

của tuabin tại O2, tương ứng với tần số f2 Như vậy khi phụ tải thay đổi sẽ làm cho tần số thay đổi:

và phụ tải ( '

2) tại O4 tương ứng với tần số f4 > f3 Tương tự khi phụ tải giảm ta phải dịch chuyển đặc tính tuabin sang trái (3) và điểm cắt nhau giữa đặc tính 3 và '

3tại O5 tương ứng với tần số f5< f2 Nhờ sự dịch chuyển đặc tính tuabin mà độ lệch tần số '

S

P P

S của đặc tính điều chỉnh tuabin trong hệ thống điện nằm trong giới hạn *

S =0.020.06 Trị số càng bé càng chứng tỏ hệ thống càng khỏe, nghĩa là với một mức biến đổi công suất như nhau, thì mức biến đổi của tần số trong hệ thống có *

S bé hơn sẽ ít biến đổi hơn

Điều chỉnh tần số (hay số vòng quay) của tuabin được thực hiện bằng cách thay đổi năng lượng vào tuabin Sau đây chúng ta xét một bộ điều tốc

Hình 1-5: Sơ đồ khối bộ điều tốc

Tín hiệu sai lệch ε sẽ quyết định hướng dịch chuyển độ mở của cánh hướng tuabin nước Khi hệ thống ổn định ε = 0 và công suất máy phát bằng công suất phụ tải

Chất lượng điện năng của máy phát điện được đánh giá bởi hai chỉ tiêu tần số

và điện áp Để các thiết bị điện làm việc tin cậy và cho hiệu suất cao thì hai chỉ tiêu này luôn được quan tâm đúng mức Trong chương này đã giới thiệu các phương pháp ổn định tần số và điện áp Để ổn định điện áp dùng hệ thống tự động điều chỉnh điện áp còn ổn định tần số có hai phương pháp ổn định trực tiếp và ổn định gián tiếp Tuy nhiên việc đảm bảo tần số và điện áp là hai vấn đề lớn và phức tạp

Do đó tác giả chỉ tập trung giải quyết vấn đề ổn định tần số sơ cấp Vấn đề này sẽ được tiếp tục nghiên cứu ở chương 2

CHƯƠNG 2: TỰ ĐỘNG ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN

2.1 Tổng quan về điều tốc

2.1.1 Các thông số đặc trưng của bộ điều tốc

Bộ điều tốc có tác dụng giữ cho vòng quay không thay đổi hay thay đổi do tác động của con người, không phụ thuộc vào tải Đặc tính của bộ điều tốc được đăc trưng bởi một số thông số chủ yếu sau:

nkt: vòng quay ứng với động cơ làm việc ở chế độ không tải, v/ph

nH: vòng quay ứn với động cơ làm việc ở chế độ định mức, v/ph

2

H kt tb

n n

vòng quay trung bình, v/ph

δ là mức độ sai số tĩnh của bộ điều tốc, nó đặc trưng cho khả năng duy trì vòng quay ban đầu, δ càng nhỏ chất lượng bộ điều tốc càng cao, tuy nhiên khi đó thời gian điều chỉnh tăng lên Trong trường hợp đường đặc tính điều tốc vuông góc với trục hoành (δ=0) gọi là đặc tính siêu tĩnh hay phi tĩnh Trong trường hợp đường đặc tính điều

tốc có độ dốc (δ > 0) gọi là đặc tính tĩnh

Độ rộng vùng không nhạy

Nếu có lực ma sát, khi vận tốc góc của động cơ thay đổi rất ít cũng làm dịch chuyển các cơ cấu bộ điều tốc Thực tế do ảnh hưởng lực ma sát trong các cơ cấu của bộ điều tốc và cơ cấu điều khiển thủy lực nên khi vận tốc góc thay đổi nhỏ, bộ điều tốc không có phản ứng gì Giới hạn thay đổi vận tốc góc tương ứng vùng không có phản ứng gọi là khu vực không nhạy Chiều rộng khu vực không nhạy thể hiện bằng độ nhạy của bộ điều tốc εkn:

cb cb

cơ

Độ không nhạy của bộ điều tốc tăng lên phụ thuộc vào thời gian khai thác động cơ và bảo dưỡng Với các động cơ làm việc song song mặc dù động cơ còn mới, bộ điều tốc giống nhau nhưng vùng không nhạy không hoàn toàn giống nhau nên khi hiệu chỉnh cần phải xem xét cẩn thận

Độ thay đổi vòng quay lớn nhất φ là tỉ số giữa biên độ dao động vòng quay lớn nhất hay vận tốc góc lớn nhất trong thời gian chuyển tiếp với vòng quay định mức:

H dd H

dd

n n

Giá trị độ thay đổi vòng quay tương đối lớn nhất φ phụ thuộc vào chất lượng

bộ điều tốc, trạng thái kỹ thuật và mức độ thay đổi tải theo quy định

Độ không ổn định vòng quay tương đối

Độ không ổn định vòng quay tương đối ψ là tỉ số giữa biên độ vòng quay khi động cơ làm việc ứng với chế độ ổn định với vòng quay ổn định tương đối (định mức, không tải …)

Trong đó:

Δωs: Biên độ dao động vận tốc góc ứng với chế độ ổn định

ωH, ωkt: Vận tốc góc ứng với chế độ ổn định (chế độ định mức và không tải)

Thời gian điều chỉnh

Thời gian điều chỉnh tct là thời gian tính từ lúc bắt đầu thay đổi tải tới lúc biên

độ dao động vòng quay nằm trong giới hạn không ổn định cho phép Thời gian tct

cũng phụ thuộc vào loại và chất lượng bộ điều tốc, trạng thái kỹ thuật và mức độ thay đổi tải theo quy định

bộ điện và điện tử như các bản mạch và hệ thống dây nối Phần điều chỉnh nhận tín hiệu đo tốc độ quay của tuabin và góc mở của cánh hướng…, dựa vào các tính hiệu

đo, nó phát ra tín hiệu điện tử tác động điều khiển chính xác và đưa tới phần dẫn động

Hình 2.1 minh họa sơ đồ khối của hệ thống điều khiển hoàn chỉnh cùng đối tượng chấp hành chịu tác động điều khiển từ máy điều tốc Có hai loại phản hồi, phản hồi cứng và phản hồi mềm Cơ cấu phản hồi mềm chủ yếu làm việc trong quá trình vận hành quá độ trước khi máy phát chuyển sang chế độ làm việc ổn định Cơ cấu phản hồi cứng có chức năng “ điều tốc làm việc lâu dài” khi máy phát vận hành

ổn định và điều chỉnh công suất phát của tuabin để khôi phục tần số của hệ thống

Hỡnh 2-1: Nguyờn lý làm việc cơ bản của mỏy điều tốc cơ khớ

Hỡnh 2-1, minh họa nguyờn lý làm việc cơ bản của bộ điều tốc cơ khí Khi tốc

độ quay của bộ điều tốc tăng tỷ lệ với tốc độ quay của tuabin, quả cầu văng ra làm cho khớp nối đi lờn đẩy van phõn phối xuống Khi servomotor đúng lại, điểm tựa phản hồi của đũn nối đƣợc văng lờn theo cơ cấu cam, đũn nối chuyển động từ vị trí đƣợc vẽ bằng nột chấm gạch tới vị trí đƣợc vẽ bằng nột đứt Tốc độ quay sau đú giảm xuống và đũn nối trở lại vị trí đƣợc vẽ bằng nột liền

Thiết bị giới hạn tải 77

(Phần làm việc) Servo motor

(Nhiễu) Tải hệ thống

(Đối tuợng điều khiển) Tuabin và máy phát thuỷ lục

Cơ cấu phản hồi

(Bộ phận đo)

Bộ phận đo tốc độ

Đối tuợng điều khiển Thiết bị điều khiển

2.1.2.2 Điều tốc điện

Đã được giới thiệu ở mục 1.3.1

2.2 Một số hệ tự động ổn định tần số cho các loại máy phát điện

2.2.1.Tự động ổn định tần số cho nhà máy nhiệt điện

2.2.1.1 Giới thiệu về công nghệ sản xuất điện năng trong nhà máy nhiệt điện

Nhà máy nhiệt điện là một hệ thống biến đổi năng lượng Từ nhiên liệu than hoặc dầu được đốt và biến đổi thành nhiệt năng cấp cho lò hơi tạo thành hơi nước bắn vào tuabin Tuabin sẽ giải phóng năng lượng bằng cách tạo ra cơ năng quay máy phát để phát ra điện năng Từ kho nhiên liệu (than, dầu FO), qua hệ thống cung cấp nhiên liệu (băng tải, máy cấp, máy nghiền, bơm dầu…) 2 được đưa vào lò 3 Nhiên liệu được sấy khô bằng không khí nóng từ quạt gió 10, qua bộ sấy không khí

12 Nước thô được lấy từ hệ thống nước tuần hoàn qua xử lý hóa, lý học thành nước tinh khiết, qua hệ thống nước cấp đưa vào bao hơi của lò Trong lò nhiên liệu kết hợp với không khí xảy ra phản ứng cháy tạo ra nhiệt năng Khói thoát có nhiệt độ cao được qua các dàn quá nhiệt, qua bộ hâm và bộ sấy không khí để tận dụng nhiệt sau đó qua hệ thống lọc bụi và xử lý lưu huỳnh (FGD) thoát ra ngoài ống khói nhờ quạt khói 11 Xỉ than dưới đáy lò được đưa ra ngoài bằng hệ thống thải xỉ

Nước trong bao hơi được đưa xuống các ống sinh nhiệt xung quanh tường lò trao đổi nhiệt với lò biến thành hơi quay trở lại bao hơi qua hệ thống quá nhiệt để tăng chất lượng và có thông số cao (áp suất 169kg/cm2

,nhiệt độ 5420c) được dẫn đến tuabin 4 Tại đây hơi giãn nở sinh công làm quay tuabin Hơi này sinh công có thông số thấp (áp suất 0,03kg/cm2, nhiệt độ 400c) thoát về bình ngưng Trong bình ngưng hơi nước đọng thành nước nhờ hệ thống nước làm mát tuần hoàn lấy từ sống

Từ bình ngưng 5, nước ngưng được đưa qua các bình gia nhiệt hạ 14 sau đó được đưa đến bình khử 15 bơm ngưng 7 Nước sau khi được khử khí sẽ được bơm cấp 8 bơm qua các bình gia nhiệt cao, qua bộ hâm sau đó đưa vào bao hơi khép kín một chu trình nhiệt Người ta dùng hơi trích từ tuabin để cung cấp cho các bình gia nhiệt cao, gia nhiệt hạ và bình khử khí

Máy phát điện đồng bộ được nối đồng trục với tuabin, khi tuabin quay sẽ kéo máy phát quay, dòng kích từ DC được đưa vào cuộn kích từ của máy phát khi đó máy phát sẽ phát ra điện năng cung cấp cho hệ thống điện thông qua các máy biến

áp tăng áp

Hình 2-3: sơ đồ nguyên lý quá trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện

2.2.1.2 Nguyên lý làm việc của tuabin hơi

a Quá trình giãn nở của hơi trong ống phun

Hơi vào tuabin để làm việc là hơi quá nhiệt có áp suất P0 và nhiệt độ t0 Ứng với trạng thái hơi P0 và t0 hơi có nhiệt năng biểu thị bằng entanpi i0 (nhiệt hàm) (Kcalo/ kg) tính với 1kg hơi Qua ống phun áp suất hơi P0 giảm đến P1 (giãn nở), t0

giảm đến t1 tương đương entanpi giảm từ i0 đến i1 Hiệu i0 - i1 = h0t gọi là giáng tanpi (nhiệt giáng) trên ống phun Khi hơi giãn nở trong ống phun, đồng thời tốc độ tăng từ C0 đến C1 Như vậy qua ống phun nhiệt năng được biến thành động năng, được biểu thị bằng phương trình sau:

(i i )

2

C

1 0

2 t

b Quá trình của hơi làm việc trong cánh động

Hơi sau khi ra khỏi ống phun có động năng

2

C12t hướng vào cánh động Qua

bề mặt uốn cong của cánh động dòng hơi đổi hướng chuyển động, từ chuyển động thẳng sang chuyển động cong sinh ra lực ly tâm tác động vào mặt cong của cánh động đẩy rôto quay Qua cánh động áp suất của hơi coi như không đổi còn tốc độ thì bị giảm từ C1t đến C2t Như vậy động năng của hơi giảm để biến thành cơ năng,

cơ năng này tương đương với một công được tính bằng:

g

C g

C L

2 t 2 2 t

1 

 (m.s2/kg) (2-4)

2.2.1.3 Các bộ điều khiển chính của chu trình nhiệt

Để ổn định tần số phát ra của máy phát thì ta phải ổn định lượng hơi phun vào tuabin Như ta đã biết để sinh ra hơi từ nhiên liệu than dầu, nước đưa vào tuabin bao gồm rất nhiều các bộ điều khiển liên quan đến nhau Do đó để điều chỉnh lượng hơi phun vào tuabin ta phải đảm bảo điều chỉnh phối hợp các bộ điều khiển đó Tuy nhiên trong đó có một số bộ điều khiển chính ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ điều khiển của máy phát, có ý nghĩa quyết định đến quá trình tạo hơi trong tuabin đó là:

- Bộ điều khiển áp suất hơi chính (Boiler Master)

- Bộ điều khiển công suất Tuabin – Máy phát (Tuabine Master)

- Bộ điều khiển khói gió (Air Control System)

- Bộ điều khiển lưu lượng nước cấp (Feed Water Flowrate Control)

- Bộ điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt (Super Heater Tem Perature Control)

a Bộ điều khiển áp suất hơi chính (Boiler Master)

- Giá trị đặt áp suất hơi chính (MSP setting)

Có hai chế độ để đặt giá trị cho áp suất hơi chính, đó là chế độ đặt tự động và chế độ đặt bằng tay Trong chế độ MANU (chế độ bằng tay) áp suất hơi chính sẽ được lựa chọn từ người vận hành theo đường đặc tính của lò, còn chế độ AUTO (chế độ tự động) áp suất hơi chính sẽ được Boiler Master tính toán thay đổi trong dải từ (Pmax÷Pmin)kg/cm2

Điểm đặt giá trị áp suất hơi chính sẽ được chấp nhận để ở chế độ tự động khi

bộ điều khiển nhiên liệu hoặc bộ điều khiển tuabin đang ở chế độ tự động, ngoài điều khiển đó ra áp suất hơi chính sẽ được đặt bằng tay nhưng phải bám theo áp suất thực tế của hơi chính

- Tốc độ thay đổi của áp suất hơi chính

Giá trị định mức cho tốc độ thay đổi của áp suất hơi chính có thể được lựa chọn từ giao diện vận hành hệ thống qua người vận hành khi chế độ điều khiển đang

ở MANU Trong chế độ điều khiển tự động thay đổi trình tự theo dải công suất thay đổi đã được định trước Khi đó quá trình điều chỉnh áp suất hơi tăng hay điều chỉnh

áp suất hơi giảm sẽ thực hiện để đạt được giá trị áp suất hơi mong muốn

Giá trị đặt của áp suất hơi chính và sau đó là giá trị của bộ hạn chế tốc độ thay đổi áp suất được so sánh với giá trị đo được của áp suất hơi chính kết quả cho đầu ra sẽ là độ chênh lệch của áp suất hơi chính

Hình 2-4: Sơ đồ mạch điều khiển áp suất hơi chính

Tốc

độ giảm

-Đại lượng đầu vào điều khiển lò hơi (Boiler Input Command)

Lệnh đầu vào điều khiển lò hơi chính là tín hiệu đi phục vụ việc điều khiển lượng nhiên liệu và lưu lượng gió cấp vào lò Chúng được lựa chọn từ hai tín hiệu

“Generated power command + Pressure control” và “Setting in boiler input mode” Chế độ điều khiển theo điểm đặt đầu vào lò hơi “Setting in boiler input mode” được lựa chọn tùy thuộc theo các điều kiện như đã trình bày ở phần trước Trong chế độ điều khiển bình thường (chế độ điều khiển phối hợp) tín hiệu “Generated power command + Pressure control” sẽ được lựa chọn làm tín hiệu điều khiển với yêu cầu

về tải của máy phát là cơ sở, còn độ chênh áp suất hơi chính được nhận từ giá trị đầu ra của bộ điều khiển áp suất (là khâu tỉ lệ tích phân PI) được dùng làm tín hiệu phản hồi độ sau lệch

Hình 2-5: Sơ đồ mạch đầu vào điều khiển lò hơi

Trong chế độ vận hành ổn định, điểm đặt về công suất của máy phát sẽ được giữ ổn định tỷ lệ thuận với lượng nhiên liệu đưa vào lò, nhưng khi trạng thái cân bằng bị phá vỡ ví dụ trong trường hợp thay đổi tải máy phát nó sẽ tác động tới lò bằng sự thay đổi của áp suất hơi chính khi boiler input command sẽ điều khiển tải lò

không những đáp ứng theo sự thay đổi của tải máy phát mà còn điều khiển để giữ

ổn định áp suất hơi chính

Trong chế độ lò khởi động và bộ điều khiển nhiên liệu đang ở chế độ MANU (lò ở chế độ MANU) khi đó đại lượng đầu vào điều khiển lò hơi sẽ được giữa theo lưu lượng nhiên liệu thực tế vào lò để chuẩn bị sẵn sàng cho việc chuyển sang chế

độ khác sau đó

b Tuabine Master

Lệnh thay đổi tải (MWD) được thiết lập từ Unit Master sẽ làm cơ sở cho việc đặt giá trị đầu vào điều khiển lò, đồng thời nó được gửi tới tuabin Master để phục

vụ cho việc điều khiển công suất ra của máy phát

Hình 2-6: Sơ đồ tuabin master

Đây chính là chế độ điều khiển phối hợp, đó là yêu cầu về thay đổi tải của máy phát được gửi tới đồng thời để điều khiển cả tuabin và lò hơi

Trong chế độ điều khiển phối hợp, turbin Master sẽ được thực hiện quá trình điều khiển theo công suất đầu ra của máy phát Nhưng khi xuất hiện bất kỳ sự không cân bằng giữa đầu vào lò hơi và đầu ra lò hơi ví dụ như sự thay đổi tải đột ngột Khi đó áp suất của hơi chính sẽ thay đổi rất lớn điều đó là rất nguy hiểm ví nó gây ra sự dao động giữa lò và tuabin Để ngăn ngừa điều này, khi độ lệch của áp

Main steam pressure deviation

suất hơi chính vượt quá giá trị cho phép Turbin Master sẽ gián đoạn việc điều chỉnh theo công suất đầu vào tuabin để kéo máy phát và nó sẽ thực hiện điều khiển theo

áp suất đầu vào tuabin để kéo áp suất quay trở lại giá trị ổn định, trường hợp này được gọi là chế độ điều khiển áp suất tới hạn của tuabin

Khi chế độ điều khiển phối hợp bị cắt do một yếu tố nào đó như là lỗi tín hiệu đầu ra của máy phát, chế độ vận hành sẽ được chuyển về chế độ “Boiler input con-trol” ở chế độ này Turbine Master sẽ thực hiện điều khiển áp suất hơi chính

c Bộ điều khiển nhiên liệu (Fuel Control System)

Hệ thống điều khiển nhiên liệu thực hiện quá trình điều khiển lượng nhiên liệu cấp vào lò đáp ứng theo yêu cầu từ bộ điều khiển lò Boiler Master

Lệnh đầu vào điều khiển lò được thiết lập từ hệ thống điều khiển tổ máy (Unit Master Control System), lệnh này được dùng để làm cơ sở để tính toán ra giá trị cho bộ điều khiển nhiên liệu rồi từ đó nó đưa ra lệnh điều khiển lưu lượng nhiên liệu đưa vào lò và theo các mức giới hạn điều khiển lưu lượng gió cấp

Lệnh điều khiển lưu lượng nhiên liệu, sẽ được đưa tới điều khiển tổng lượng nhiên liệu thực đưa vào lò, đó là bộ điều khiển máy cấp của máy nghiền và bộ điều chỉnh lưu lượng gió cấp 1

Hình 2-7: Sơ đồ mạch điều khiển nhiên liệu

Bộ điều khiển máy nghiền (Mill Master) thực hiện quá trình điều khiển tỉ lệ tích phân (PI) với giá trị đặt đầu vào SV nhận từ Boiler Demand lệnh đầu ra đi điều

Boiler Demand

khiển riêng rẽ từng máy cấp than (Coal Feeder) để điều chỉnh lượng than cấp vào máy nghiền khi đó máy cấp sẽ điều chỉnh tốc độ của băng tải và độ mở của van đầu vào máy cấp Cùng với quá trình thay đổi lượng than đưa vào máy nghiền thì lưu lượng gió cấp 1 cũng được thay đổi đáp ứng phù hợp theo lượng than bằng cách thay đổi độ mở của cánh hướng đẩy quạt gió cấp 1

d Bộ điều khiển khói gió

Quá trình điều khiển khói – gió là quá trình điều khiển lưu lượng gió chính (cấp 2) cung cấp O2 cho quá trình cháy trong lò và điều chỉnh lưu lượng khói thoát (ID Fan) để duy trì áp suất buồng đốt (độ chân không buồng đốt) Nó bao gồm các

bộ điều khiển tỉ lệ gió cấp theo lượng nhiên liệu, bộ điều khiển quạt gió chính, bộ điều khiển quạt khói và mạch giới hạn định mức lưu lượng gió

Hình 2-8 Sơ đồ điều khiển khói gió

-Bộ điều khiển tỉ lệ gió – nhiên liệu:

Sẽ điều khiển tỉ lệ gió và nhiên liệu đưa vào lò sao cho quá trình cháy được thực hiện hoàn toàn để hiệu suất nhiệt đạt được là tối ưu nhất nó được tính toán căn cứ theo tín hiệu % O2 đo được ở khói thoát đầu ra

Giá trị đặt cho bộ điều khiển tiết kiệm % O2 trong khói thoát ra dựa trên cơ sở yêu cầu tải, bởi vì có thể có sự tăng độ lệch của % O2 khi hệ số tỷ lệ gió – nhiên liệu thay đổi tới giá trị ổn định mới khi tải bắt đầu tăng từ giá trị tải thấp hơn Sự thay đổi giá trị điểm đặt O2 sẽ chậm hơn do thời gian trễ của bộ phận tích O2 đầu ra khói thoát

Ống khói BUS

O2Pressure

Lò

ESP

PC

Khi độ lệch giữa giá trị đặt O2 đầu ra khói thoát và giá trị O2 thực tế đo được vượt quá giá trị cho phép, sẽ có một tín hiệu cảnh báo được đưa tới hệ thống báo động

Quá trình điều khiển tỷ lệ nhiên liệu – gió là một khâu điều khiển tích phân theo độ lệch giữa giá trị đặt O2 và lượng O2 mà bộ phận tích đo đựơc

Bộ điều khiển cánh hướng quạt gió chính: Lưu lượng gió được điều khiển bằng việc điều chỉnh độ nghiêng của cánh roto gắn tới đầu vào quạt gió chính FD Fan với bộ điều khiển dẫn động và bộ điều khiển tỷ lệ tích phân được thực hiên theo

độ lệch giữa yêu cầu về lưu lượng gió cấp và lưu lượng gió thực tế đo được

Hình 2-9: Sơ đồ mạch điều khiển gió cấp 2

- Bộ điều khiển tốc độ quạt khói

Áp suất buồng lửa được điều khiển để duy trì ở một áp suất âm định mức bằng cách thay đổi lưu lượng hút của hai quạt khói:

Sai lệch giữa giá trị đặt và áp suất đo được trong buồng lửa sẽ được gửi tới để điều khiển lưu lượng hai quạt khói bằng cách thay đổi tốc độ động cơ Dây chuyền

2 nhà máy điện phả lại sử dụng hai quạt khói có bộ điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần với ưu điểm dải điều chỉnh tốc độ rộng và mịn Áp suất buồng lửa thay đổi

do tải lò thay đổi theo yêu cầu tăng giảm công suất tức là thay đổi lượng than và gió

cấp vào lò, khi đó tín hiệu về độ sai lệch áp suất sẽ được gửi tới bộ điều khiển biến tần quạt khói để thay đổi tốc độ của quạt sao cho áp suất buồng lửa quay về giá trị đặt

Quá trình điều khiển lưu lượng của quạt khói phải tương quan với quá trình điều khiển lưu lượng gió cấp của quạt gió chính FD Fan

Hình 2-10: Sơ đồ mạch điều khiển Quạt khói

e Bộ điều khiển nước cấp

Hệ thống điều khiển nước cấp có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng nước cấp vào

lò đảm bảo theo yêu cầu của tải đầu ra máy phát và duy trì mức nước bao hơi vận hành ở giá trị ổn định, an toàn

Mức nước bao hơi được quy ra giá trị thực từ tín hiệu được gửi về từ bộ đo chênh áp phía trên và phía dưới của bao hơi căn cứ theo áp lực đo được bên trong bao hơi

Ta có biểu thức tính mức bao hơi như sau:

P1=H.γ (2-5)

P2=h.γ w + (H-h).γ.s (2-6) Khi đó:

Tín hiệu mức nước bao hơi sử dụng cho điều khiện sẽ được bộ lựa chọn mức bao hơi (Drum, lever selector) lựa chọn từ 3 tín hiệu “AVERGE”, “RIGHT” hoặc

“LEFT” Dùng tín hiệu “AVERGE” có nghĩa là quá trình điều khiển thực hiện theo giá trị trung bình của mức nước bao hơi đo được ở hai đầu bên phải và bên trái của bao hơi

Nói chung ở chế độ bình thường hệ thống nước cấp sẽ được điều khiển theo giá trị trung bình này, nhưng khi có một bộ chuyển đổi mức hay chuyển đổi áp suất

bị lỗi thì hệ thống điều khiển nước cấp sẽ được tạm thời chuyển về chế độ điều khiển bằng tay (MANU) Sau đó người vận hành sẽ phải xem xét khi tín hiệu trở về bình thường thì phải chuyển bộ điều khiển nước cấp về chế độ tự động

Mức nước bao hơi thông thường được đặt ở giá trị ±1mm nhưng nó cũng có thể được lựa chọn giá trị khác bằng điểm đặt mức nước trên giao diện vận hành Mục đích của quá trình điều khiển nước cấp là giữ cho mức nước bao hơi duy trì ở một giá trị xác định theo điểm đặt

Bộ điều khiển nước cấp có hai chế độ điều khiển, đó là:

- Chế độ điểu khiển một phần tử (SINGLE- ELEMENT) là chế độ điều khiển chỉ theo tín hiệu của mức nước bao hơi

- chế độ điều khiển 3 phần tử (THREE - ELEMENT) là chế độ điều khiển kết hợp theo ba điều kiện đó là:

+ Mức nước bao hơi

+ Lưu lượng của hơi chính

+ Lưu lượng của nước cấp

Hình 2-11: Sơ đồ mạch điều khiển

mức nước bao hơi

FWCV

BFP

BFP

BFP +

Quá trình điều khiển sẽ được thực hiện bằng cách thay đổi qua lại giữa hai chế độ này

Điều khiển ba phần tử thực hiện việc điều khiển lưu lượng nước cấp lên lò đạt được giá trị cân bằng với lưu lượng của hơi chính, bởi vì có mối liên quan giữa lưu lượng hơi chính cân bằng với lưu lượng nước cấp theo đặc tính của lò hơi Mức nước bao hơi sẽ được dùng để điều chỉnh sự sai lệch giữa hai thông số trên

Trong khu vực tải thấp, sẽ có sai số rất lớn trong giá trị đo của lượng hơi chính

và sự cân bằng với lưu lượng nước cấp là khó có thể đạt được hoặc khi có sự đột biến về tải dẫn đến lưu lượng hơi thay đổi đột ngột khi đó chế độ điều khiển một phần tử sẽ được lựa chọn

Lệnh điều khiển lưu lượng nước cấp sẽ được gửi tới để điều khiển hai van điều chỉnh nước cấp FWCV và điều chỉnh tốc độ của hai bơm cấp BFP

f Bộ điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt

Hệ thống điều khiển này thực hiện quá trình điều khiển dạng Cascade với nhiệt độ hơi chính đầu ra của lò hơi được thiết kế như là phần tử sơ cấp và nhiệt độ tại đầu ra của bộ giảm hơi quá nhiệt được coi như là phần tử thứ cấp

Hình 2.12: Sơ đồ mạch điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt

Về cơ bản tín hiệu điều khiển + tín hiệu phản hồi sẽ thực hiện quá trình điều khiển độ mở của van phun nước để duy trì nhiệt độ đầu ra của hơi quá nhiệt đạt yêu cầu theo điểm đặt SV

Điểm đặt nhiệt độ cho hơi quá nhiệt có thể được tự động lựa chọn theo các giá trị đặt được lập trình theo sự thay đổi của tải đầu ra máy phát hoặc được lựa chọn từ người vận hành

Đối với nhà máy nhiệt điện thì hệ thống điều chỉnh tự động ổn định nhiệt đóng một vai trò then chốt trong quá trình ổn định tần số máy phát Điều chỉnh tự động nhiệt nhằm nâng cao chất lượng điện năng cũng như hiệu suất của nhà máy bằng cách lựa chọn thông số của bộ điều chỉnh sao cho phù hợp, chế độ làm việc tối

ưu của thiết bị theo thông số đã quy định Trong nhà máy nhiệt điện thì quá trình nhiệt đóng một vai trò chủ yếu Các quá trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và luôn thay đổi do ảnh hưởng của nhiên liệu, của lượng nước, chế độ của không khí, đặc biệt là chế độ làm việc không ổn định của các thiết

bị chịu nhiệt do vận hành lâu dài Do đó các thông số của công nghệ sẽ thay đổi trong một dải rộng, làm tần số máy phát thay đổi dẫn đến làm suy giảm hiệu suất của các thiết bị trong nhà máy so với thiết kế ban đầu Gây ra sự cố dẫn đến hỏng hóc và phá huỷ thiết bị, làm cho chu trình nhiệt không thể thực hiện được ở chế độ bình thường Do đó để ổn định tần số máy phát cần đảm bảo ổn định các bộ điều khiển của chu trình nhiệt

2.2.2 Tự động ổn định tần số máy phát gió

1.2.2.1 Khái niệm về năng lượng gió:

Gió là một dạng của năng lượng mặt trời Gió được sinh ra là do nguyên nhân mặt trời đốt nóng khí quyển, do trái đất xoay quanh mặt trời và do sự không đồng đều trên bề mặt trái đất Luồng gió thay đổi tuỳ thuộc vào địa hình trái đất, luồng nước, cây cối, con người sử dụng luồng gió hoặc sự chuyển động năng lượng cho nhiều mục đích như: đi thuyền, thả diều và phát điện

Năng lượng gió được mô tả như một quá trình, nó được sử dụng để phát ra năng lượng cơ hoặc điện Tuabin gió sẽ chuyển đổi từ động lực của gió thành năng

lượng cơ Năng lượng cơ này có thể sử dụng cho những công việc cụ thể như là bơm nước hoặc các máy nghiền lương thực hoặc cho một máy phát có thể chuyển đổi từ năng lượng cơ thành năng lượng điện

2.2.2.2.Cấu tạo của hệ điều khiển tuabin gió:

Bao gồm các phần chính sau đây

- Anemometer: Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ

điều khiển

- Blades: Cánh quạt Gió thổi qua các cánh quạt và là nguyên nhân làm cho

các cánh quạt chuyển động và quay

- Brake: Bộ hãm (phanh) Dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp bằng

điện, bằng sức nước hoặc bằng động cơ

- Controller: Bộ điều khiển Bộ điều khiển sẽ khởi động động cơ ở tốc độ gió

khoảng 8 đến 14 dặm/giờ tương ứng với 12 km/h đến 22 km/h và tắt động cơ khoảng 65 dặm/giờ tương đương với 104 km/h bởi vì các máy phát này có thể phát nóng

tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ 30 đến 60 vòng/ phút lên (1200÷1500) vòng/ phút, tốc độ quay là yêu cầu của hầu hết các máy phát điện sản xuất ra điện Bộ bánh răng này rất đắt tiền nó là một phần của bộ động cơ và tuabin gió

- Generator: Máy phát Phát ra điện

- High - speed shaft: Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao

- Low - speed shaft: Trục quay tốc độ thấp

- Nacelle: Vỏ Bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, toàn bộ được đặt trên đỉnh trụ

và bao gồm các phần: gear box, low and high - speed shafts, generator, controller, and brake Vỏ bọc ngoài dùng bảo vệ các thành phần bên trong vỏ Một số vỏ phải

đủ rộng để một kỹ thuật viên có thể đứng bên trong, trong khi làm việc

quay trong gió không quá cao hay quá thấp để tạo ra điện

- Rotor: Bao gồm các cánh quạt và trục