tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu và THIẾT kế bộ điều KHIỂN CHO THIẾT bị ổn ĐỊNH hệ THỐNG NGUỒN CÔNG SUẤT − PSS

Trong các nhà máy điện thì máy phát điện đồng bộ là thiết bị quan trọng, mà hệ thống kích từ là một trong các hệ thống thiết bị quan trọng nhất quyết định đến sự làm việc an toàn của máy

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO THIẾT BỊ

ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG NGUỒN CÔNG SUẤT − PSS

NGUYỄN ĐỨC NINH

THÁI NGUYÊN - 2011

Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuật Công nghiệpThái Nguyên.

Cán bộ HDKH : TS Phạm Quang Đăng

Phản biện 1 : PGS.TS Nguyễn Doãn Phước

Phản biện 2 : TS Trần Xuân Minh

Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng caohọc số 01, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Vào 10 giờ 30 phút ngày 07 tháng 12 năm 2011

Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu − Đại học Thái Nguyên vàThư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

MỞ ĐẦU

Ở Việt Nam, sự khởi sắc của nền kinh tế sau đổi mới, làm nhu cầu về điện giatăng đột biến Để đáp ứng được sự gia tăng đó, chúng ta đang xây dựng rất nhiềucác nhà máy điện như: thủy điện Sơn La, nhiệt điện Vĩnh Tân 2, nhiệt điện VũngÁng… đồng thời mở rộng các nhà máy nhiệt điện đang có: Phả Lại 2, Uông Bí,Cẩm Phả, trung tâm nhiệt điện Phú Mỹ… Đặc biệt là việc phát triển các nhà máythủy điện nhỏ: thủy điện Nho Quế 3 hay thủy điện Nậm Ly…, phần lớn thiết bị củachúng là ngoại nhập

Trong các nhà máy điện thì máy phát điện đồng bộ là thiết bị quan trọng, mà

hệ thống kích từ là một trong các hệ thống thiết bị quan trọng nhất quyết định đến

sự làm việc an toàn của máy phát điện Nên khi vận hành cần quan tâm đến các vấnđề:

Một là khi hệ thống bị tác động bởi sự cố hoặc khi phụ tải thay đổi nhanh, dẫnđến công suất phát ra sẽ thay đổi xuất hiện sự mất đồng bộ của máy phát điện đồng

bộ, thời gian kéo dài có thể gây phá hủy máy

Hai là khi vận hành các tổ máy phát điện đồng bộ làm việc song song trongmột nhà máy hay quá trình hòa vào lưới điện, làm xuất hiện các dao động, ảnhhưởng đến chế độ làm việc của hệ thống điện, nếu thời gian kéo dài làm cho chấtlượng điện năng giảm

Để đảm bảo cho hệ thống làm việc tốt thì cần phải loại bỏ được hoặc làm suygiảm tới mức tối thiểu những nhiễu loạn trên hệ thống, thiết bị ổn định hệ thốngnguồn công suất (PSS) đã được sử dụng cho mục đích này [7, 8, 9]

Cho đến nay thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất (PSS) đã được rấtnhiều các tác giả nước ngoài quan tâm, tuy nhiên trong nước thì rất ít tác giả hay tàiliệu nói đến PSS Do đó trong quá trình xây dựng, cũng như để hòa lưới cho các nhàmáy gặp nhiều khó khăn như: thiết bị ngoại nhập có giá cao làm tăng chi phí đầu tưban đầu, tài liệu viết bằng tiếng anh…

Đề tài này, nhằm nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho thiết bị ổn định hệthống nguồn công suất (PSS), góp phần giải quyết được những khó khăn trên

Với những lý do nêu trên, tác giả mạnh dạn tìm hiểu nghiên cứu, thiết kế bộđiều khiển PSS với hy vọng sẽ được ứng dụng rộng rãi trong thực tế, làm giảm chiphí đầu tư, tăng tỷ lệ nội địa hóa cho các trạm phát điện mới và nâng cao hiệu quảhoạt động của các trạm phát điện hiện có

Nội dung của luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận, bao gồm 4 chương:

Chương 1: Nghiên cứu về hệ thống điện và máy phát điện trong điều kiện hòa lưới.

Chương 2: Nghiên cứu về hệ thống kích từ của máy phát điện và thiết bị

ổn định hệ thống nguồn công suất.

Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển cho thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất.

Chương 4: Mô hình hóa và mô phỏng thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất.

Trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp TháiNguyên cũng như thời gian làm và hoàn thành luận văn này, tôi luôn nhận được sựchỉ bảo, quan tâm cùng với những lời góp ý chân thành từ các thầy, cô giáo, các anhchị, bạn bè và đồng nghiệp.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy TS Phạm Quang Đăng, người đã tận tìnhhướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hiền Trung, đã giúp đỡ tôi trong quátrình tìm tài liệu tham khảo cũng như trong thời gian làm luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo, Khoa Sau Đại Học cùng BanGiám Hiệu Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp đã tận tình truyền đạt kiến thức,hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học

Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ tôirất nhiều trong quá trình tìm kiếm số liệu để hoàn thành tốt luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 30 tháng 09 năm 2011

Tác giả luận văn

Nguyễn Đức Ninh

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ MÁY PHÁT

ĐIỆN TRONG ĐIỀU KIỆN HÒA LƯỚI1.1 Máy phát điện đồng bộ

1.1.1 Giới thiệu chung

Máy phát điện xoay chiều có tốc độ quay rôto n bằng tốc độ quay của từtrường phần ứng n1 gọi là máy phát điện đồng bộ Ở chế độ xác lập máy phát điệnđồng bộ có tốc độ quay rôto luôn không đổi khi tải thay đổi

1.1.2 Kết cấu máy phát điện đồng bộ 3 pha

Máy phát điện đồng bộ 3 pha bao gồm 2 bộ phận chính là Stato và Rôto.Rôto máy phát điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn kích từ Có thể phânrôto thành 2 loại chính: rôto cực ẩn và rôto cực lồi

Rôto cực ẩn: thường dùng cho các máy phát tuabin hơi có tốc độ quay cao.Rôto cực lồi: thường dùng cho các máy phát tuabin nước có tốc độ quay thấp.1.1.3 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ

Chúng ta biết rằng máy phát làm nhiệm vụ biến cơ năng thành điện năng theo

sơ đồ nguyên lý hình 1.1 sau đây:

Hình 1.1: Nguyên lý quá trình sản xuất điện năng

Trong đó các năng lượng cơ dạng sơ cấp, qua một số khâu trung gian đượcđưa vào tuabin nối với rôto của máy phát Khi rôto được quay bằng các năng lượng

sơ cấp trên và cho dòng kích từ vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường rôto Từtrường của rôto sẽ cắt qua dây quấn phần ứng stato và cảm ứng một sức điện độngxoay chiều hình sin có trị số hiệu dụng:

e

1.2 Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ

1.2.1 Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ

Khi máy phát đồng bộ làm việc ở chế độ tải là đối xứng, phương trình cânbằng điện áp của một pha có dạng tổng quát như sau:

Khi máy điện làm việc có tải, dòng điện trong dây quấn stato sẽ sinh ra từtrường của dây quấn stato và còn gọi là từ trường phần ứng Từ trường khe hở lúc

có tải là do từ trường cực từ F t và từ trường phần ứng F ö sinh ra, khi mạch từ của

máy không bão hòa có thể xem như các từ trường F t, F ö độc lập sinh ra trong dây

quấn các sức điện động E0 và E ö Ứng dụng nguyên lý xếp chồng ta có:

U,I,fF

Năng lượng

sơ cấp Turbine

Máy phát

Kích từ máy

U,I,fF

trục F öq Từ thông öd và öq tương ứng với các sức từ động F öd, F öq sẽ sinh ra

trong dây quấn phần ứng các sức điện động: E öq jI x q öq và E öd  jI x d öd

Kết quả là ở đây phương trình cân bằng sức điện động có dạng:

Hình 1.2: Đồ thị sức điện động của máy phát điện cực lồi

1.2.2 Đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ

Đặc tính không tải là quan hệ E U0  0f i t khi I 0 và f f ñm

Đặc tính tải là quan hệ giữa U f i  t khi I = const; f f ñm; cos = const

1.3 Điều chỉnh công suất trong máy phát

Tải của hộ dùng điện trong lưới điện thường thay đổi theo điều kiện sản xuất

và tiêu dùng Có trường hợp tải không thay đổi nhưng do điều kiện vận hành củalưới điện nên phải thay đổi chế độ làm việc của máy phát điện, cho nên trên thực tếphải điều chỉnh công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q của máy phát

Có hai trường hợp điều chỉnh: trường hợp thứ nhất là máy phát điện làm việctrong hệ thống điện lực có công suất vô cùng lớn với U, f const

Trường hợp thứ hai là trường hợp chỉ có hai hay vài máy phát điện công suấttương tự làm việc song song và sự thay đổi chế độ làm việc của một máy sẽ làmthay đổi điện áp U, tần số f chung của cả các máy phát điện đó.

1.3.1 Điều chỉnh công suất tác dụng P

1.3.2 Điều chỉnh công suất phản kháng Q

1.4 Mô hình toán máy phát điện đồng bộ

1.4.1 Phương trình máy phát điện đồng bộ trong hệ trục 3 pha

Để nghiên cứu quá trình quá độ trong máy điện đồng bộ thường sử dụngphương trình vi phân ở hệ trục tọa độ pha (hệ trục không chuyển động) của máy.Các phương trình viết dưới dạng ma trận như sau:

Phương trình cân bằng sức điện động mạch stato:

Phương trình cân bằng mô men:

m

M M dt

Có 3 hệ trục vuông góc:

− Hệ gắn vào stato máy điện (hệ trục không quay   0)

− Hệ gắn vào rôto máy điện, rôto quay vớir

− Hệ quay đồng bộ với từ trường quay hệ (dq0) được gọi là hệ Park

Trong phần này sẽ trình bày về hệ trục quay đồng bộ Park Trong đó biểu thứctoán học biến đổi hệ trục 3 pha sang hệ trục vuông góc có dạng tổng quát như sau(ma trận Park):

1 2

1 sin 120 sin 120sin

120 cos

120 cos

cos 3

0 0

1.4.3.1 Các đại lượng so sánh cơ bản

1.4.3.2 Phương trình máy điện đồng bộ trong hệ đơn vị tương đối

1.5 Máy điện đồng bộ trong hệ thống điện

Máy điện đồng bộ được sử dụng chủ yếu là máy phát điện trong hệ thốngtruyền động công suất vừa và nhỏ, mà không làm động cơ vì động cơ đồng bộkhông cạnh tranh được với động cơ không đồng bộ Tuy nhiên trong phạm vi côngsuất lớn động cơ đồng bộ lại được dùng nhiều, vì nó có hiệu suất cao và chi phí vậnhành rẻ Một dạng khác là động cơ phản kháng và động cơ có nam châm vĩnh cửuđược dùng nhiều trong hệ thống truyền động công suất nhỏ

Trong hệ thống điện, máy phát điện đồng bộ đóng một vai trò quan trọng, nơi

mà tính ổn định luôn được đòi hỏi cao Do đó, vấn đề truyền tải điện áp từ đầu ra

của máy phát tới hộ phụ tải tiêu thụ điện trên đường dây dài cần quan tâm đến điện

áp (u), tổn hao công suất hay sự dao động của điện áp trên đường dây… Để xét sựdao động của điện áp trên đường dây, sẽ dựa vào hệ phương trình cơ bản đường dâydài đều để xét đường dây làm việc với nguồn điều hòa

Do đường dây tuyến tính nên ở chế độ xác lập đáp ứng điện áp ở mọi tọa độđường dây cũng là những hàm điều hòa cùng tần số với nguồn, xác định bởi giá trịhiệu dụng và góc pha tùy thuộc tọa độ x dạng:

x t U x  t  x 

u ,  2 sin   u ↔ U x ,u x  (1.73)Biểu diễn biểu thức (1.81) dưới dạng hàm điều hòa ta được:

Như vậy điện áp truyền từ đầu ra máy phát tới hộ phụ tải đã bị dao động, vớibiên độ bị giảm đồng thời góc pha cũng bị dịch đi, sự dao động này là không tốt choquá trình truyền tải điện trên đường dây dài Vì nó làm cho chất lượng điện áp sụtgiảm, tăng tổn thất truyền tải đồng thời có thể gây hại cho máy phát điện đồng bộ

Kế tiếp là nghiên cứu mô hình toán đối với máy phát đồng bộ, trong phần này

đã xây dựng được phương trình máy phát điện đồng bộ trong hệ trục 3 pha Sau đóchuyển sang hệ trục vuông góc dq0, để thuận tiện cho quá trình mô hình hóa

Phần cuối của chương này nghiên cứu máy điện đồng bộ trong hệ thống điện

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG KÍCH TỪ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ THIẾT BỊ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG NGUỒN CÔNG

SUẤT2.1 Hệ thống kích từ máy phát điện

2.1.3 Bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát

Để tự động điều chỉnh dòng kích từ của máy phát điện đồng bộ, người ta sửdụng hệ thống tự động điều chỉnh kích từ có bộ phận điều khiển chính là thiết bị tựđộng điều chỉnh điện áp AVR Thiết bị này có nhiệm vụ giữ cho điện áp đầu cựcmáy phát là không đổi (với độ chính xác nào đó) khi phụ tải thay đổi, nhằm nângcao giới hạn truyền tải công suất của máy phát vào hệ thống điện (HTĐ) Đặc biệtkhi máy phát được nối với hệ thống lưới qua đường dây dài, những yêu cầu chungvới hệ thống tự động điều chỉnh kích từ là:

− Hệ thống phải đảm bảo ổn định tĩnh và nâng cao tính ổn định động

− Hệ thống cần có chế độ kích thích cưỡng bức, khi máy làm việc ở chế độ sự

cố (như ngắn mạch trong lưới)…

2.1.5 Một số hệ thống kích từ cho máy phát điện đồng bộ

Trong thực tế có bốn loại hệ thống kích từ điển hình được sử dụng cho máyphát điện đồng bộ là:

2.1.5.1 Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều

2.1.5.2 Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều tần số cao

2.1.5.3 Hệ thống kích từ không chổi than

2.1.5.4 Hệ thống kích từ tĩnh (Static Exciter)

2.1.6 Thiết lập hệ phương trình của hệ thống điều chỉnh kích từ

2.1.6.1 Hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (Automatic Voltage Regulator)

2.1.6.2 Thiết lập hệ phương trình của hệ thống điều chỉnh kích từ

Trên hình 2.6 là sơ đồ khối cấu trúc và hàm truyền cụ thể của một hệ thốngkích từ dùng thyristor có TĐK tác động mạnh (không vẽ phần kích thích cườnghành)

Với sơ đồ trên hình 2.6 ta có thể viết phương trình của hệ thống điều chỉnhkích từ ở dạng hàm truyền tổng hợp:

Ổn định tĩnh là khả năng của máy phát sau những kích động nhỏ phục hồiđược chế độ ban đầu hoặc rất gần với chế độ ban đầu.

Ổn định động là khả năng của máy phát sau những kích động lớn phục hồiđược trạng thái ban đầu hoặc gần với trạng thái ban đầu

2.2.2 Trạng thái ổn định tức thời

Công suất phát ra của máy phát điện đồng bộ có thể chuyển sang dạng mômenđiện từ M nhân với vận tốc góc  Sự thay đổi của mômen điện có thể biến đổithành 2 thành phần:

cơ, rôto quay nhanh dẫn đến góc phụ tải tăng làm cho máy phát mất đồng bộ Việcmất đồng bộ có thể tránh được nếu có một hệ thống kích từ ban đầu tác động nhanh,

hệ thống này có khả năng cưỡng bức rất tốt và đáp ứng nhanh ngăn cản việc tănghay giảm tốc độ của rôto Để chống lại việc tăng hay giảm tốc của rôto, bộ kích từphải có khả năng cưỡng bức điện áp Ví dụ như khi rôto tăng tốc độ đối với từ thôngstato, góc phụ tải tăng dẫn đến công suất điện giảm, có nghĩa là mômen điện nhỏ

hơn mômen cơ Hệ thống kích từ phải tăng kích từ lên, bằng cách tăng điện áp kích

từ đến định mức nhanh nhất để có thể thay đổi điện áp đầu cực máy phát càngnhanh càng tốt

Hình 2.7: Trạng thái ổn định tức thời

2.2.3 Tác động của hệ thống kích từ đối với sự ổn định

Để duy trì ổn định HTĐ chủ yếu phụ thuộc vào hai yếu tố đó là tốc độ đáp ứng

và khả năng cưỡng bức của hệ thống kích từ Tăng thời gian cưỡng bức và giảmthời gian đáp ứng sẽ làm tăng độ ổn định, như trên hình 2.8 minh họa cho sự tăngthời gian cưỡng bức của hệ thống kích từ để hệ ổn định

2.2.4 Ổn định các kích động nhỏ

Ổn định kích động nhỏ được định nghĩa như khả năng của HTĐ duy trì ổnđịnh khi có sự xuất hiện của các kích động nhỏ, những kích động nhỏ này có thểlàm thay đổi rất ít về phụ tải hay máy phát trong hệ thống Nếu mômen hãm không

đủ, kết quả có thể là làm cho các dao động góc phụ tải thay đổi với biên độ lớn hơn

Sự thay đổi các mômen điện từ M, mômen gia tốc hay mômen cản dịu cũng cóthể làm cho máy phát dao động

Trong hệ thống điện, các máy phát khi làm việc với lưới điện có thể xảy ra cácloại dao động sau:

2.2.4.1 Dao động máy phát khi làm việc song song với lưới điện

Khi làm việc song song với lưới điện công suất lớn, máy phát điện đồng bộ cóthể dao động tự do hoặc dao động cưỡng bức

Dao động tự do của máy phát điện đồng bộ

Dao động cưỡng bức của máy phát điện đồng bộ.

2.2.4.2 Dao động cưỡng bức của máy phát điện đồng bộ khi làm việc ở chế độ ốcđảo (dao động nội tại của máy phát điện)

Khi làm việc ở chế độ ốc đảo (đơn độc) trong lưới điện thì tần số và điện ápcủa máy phát điện đồng bộ có thể thay đổi, sự dao động của rôto không phụ thuộcvào góc  vì E o và U cùng dao động

2.2.4.3 Dao động liên khu vực

Những dao động này thường liên quan đến việc kết hợp rất nhiều máy phát tạimột phần của HTĐ, đối với các máy tại các phần khác của HTĐ

Kết luận:

Trong máy phát điện đồng bộ người ta thường bố trí các vòng dây ngắn mạchtrên rôto, để tiêu tán năng lượng dao động và làm cho các dao động của máy pháttắt nhanh hơn Tuy nhiên việc làm này không triệt tiêu hết các dao động, nên ngàynay các hệ thống kích từ được cài đặt để hỗ trợ việc nâng cao ổn định tức thời chomột trong các loại dao động kể trên Những hệ thống này, phát hiện ra thay đổi vềđiện áp do thay đổi tải đến 10 lần nhanh hơn so với các hệ thống trước đây Do vậy,với các dao động nhỏ của máy phát thì hệ thống kích từ có thể khắc phục ngay lậptức Tuy nhiên do độ tự cảm cao của các máy phát điện, tốc độ bị hạn chế Điều nàyđược coi như hiện tượng trễ trong chức năng điều khiển, trong quá trình này tìnhtrạng của hệ thống dao động sẽ thay đổi, tạo nên một điều chỉnh kích từ mới Kếtquả là hệ thống kích từ có xu hướng chậm sau nhu cầu về sự thay đổi

Một giải pháp để nâng cao chất lượng của hệ thống này và các hệ thống lớnhơn đó là phải thêm các đường truyền song song, để giảm điện kháng giữa các máyphát và trung tâm phụ tải Giải pháp này tốt, nhưng thường không thể chấp nhận vìchi phí quá cao khi xây dựng thêm các đường dây truyền tải Một phương án thaythế tối ưu đó là thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất PSS hoạt động thông quacác bộ điều chỉnh điện áp Đầu ra kích từ được điều chỉnh để cung cấp mômen hãmcho hệ thống

2.2.5 Thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất (PSS)

PSS là một thiết bị tăng mômen hãm các dao động điện cơ trong máy phát, cácthiết bị này được dùng cho các máy phát lớn trong vài thập kỷ qua, cho phép sửdụng để cải tiến các hạn chế vận hành cưỡng bức ổn định.

Khi bị tác động bởi một sự thay đổi đột ngột trong điều kiện vận hành, tốc độ

và công suất của máy phát sẽ thay đổi xung quanh điểm vận hành trạng thái ổnđịnh Mối quan hệ giữa những đại lượng này có thể được diễn tả bởi công thức đơngiản sau:

Một máy phát sẽ được duy trì sự ổn định, nếu PSS tác động lên hệ thống kích

từ làm cho các mômen đồng bộ và mômen hãm, đủ để dập các dao động rôto củamáy phát làm việc trong trường hợp không bình thường

2.2.6 Triệt tiêu các dao động cơ điện

2.3 Phân loại các thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất

Hầu hết các hãng sản xuất nổi tiếng đều đưa ra các giải pháp của riêng mình,tuy nhiên chúng chia làm 2 loại mô hình: Thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất(thiết bị ổn định) dựa vào tín hiệu tốc độ và thiết bị ổn định đầu vào kép (tín hiệutốc độ và công suất)

Trong các tài liệu IEEE [8], [9] và [10], có thể chia ra như sau:

– Thiết bị ổn định dựa trên tín hiệu tốc độ có PSS1A

– Thiết bị ổn định đầu vào kép có PSS2A, PSS2B, PSS3B, PSS4B

2.3.1 Các thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất dựa trên tín hiệu tốc độ

2.3.2 Thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất đầu vào kép

Cho dù các thiết bị ổn định dựa trên tốc độ đã chứng minh hiệu quả rất tốt,nhưng thường thì vẫn khó khăn để tạo ra tín hiệu tốc độ không có nhiễu như cácthành phần dao động xoắn của trục Sự có mặt của các thành phần này trong đầuvào của 1 thiết bị ổn định dựa theo tốc độ có thể gây ra kích từ máy phát quá mức.Những biến đổi mômen điện dẫn tới nghiên cứu về các thiết kế thiết bị ổn định dựatrên công suất đo được [11]:

d

2 1

phương trình (2.26) được biến đổi lại nhằm đạt được tín hiệu công suất cơ trọn vẹn,xuất phát từ công suất điện và tốc độ:

2.3.2.2 Thiết bị ổn định công suất đầu vào kép PSS2B

2.3.2.3 Thiết bị ổn định công suất đầu vào kép PSS3B

2.3.2.4 Thiết bị ổn định công suất đầu vào kép PSS4B

2.3.3 Lựa chọn thiết bị ổn định công suất

Trong mô hình PSS1A bao gồm các khối sau:

2.3.3.1 Tín hiệu tốc độ

Tốc độ trục có thể được đo trực tiếp, hoặc thu được từ tần số của một tín hiệuđiện áp bù xuất phát từ cực máy phát Sơ đồ khối như sau:

Hình 2.15: Khâu lọc thông cao

Khoảng điều chỉnh hằng số thời gian là: 120s

2.3.3.2 Bộ lọc xoắn

Sơ đồ khối như sau:

Hình 2.16: Bộ lọc các thành phần xoắn

2.3.3.3 Bù pha và lựa chọn tín hiệu ổn định

Sơ đồ khối như sau:

Hình 2.17: Khâu khuếch đại và bù pha

Hằng số thời gian trễ và vượt pha được điều chỉnh trong khoảng:

Tạo tín hiệu

V đặt

Chế độ tự động AVR

Giới hạn V/Hz

+ +

HV gate

Giới hạn UEL

LV gate

Giới hạn OEL

+ +

SW1

V

PSS

AVR SW2

V ĐK

Giới hạn cưỡng bức

Bộ điều khiển PI

+

∑

MV R

Chế độ bằng tay Tạo tín hiệu

I đặt

Hình 2.18: Sơ đồ khối hệ thống tự động điều chỉnh điện áp và ổn định công suất

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO THIẾT BỊ ỔN ĐỊNH

HỆ THỐNG NGUỒN CÔNG SUẤT

Để thiết kế được bộ điều khiển cho PSS, trước tiên chúng ta phải nghiên cứucác phương pháp thiết kế sau:

3.1 Phương pháp thiết kế PSS

Thiết kế PSS được dựa trên các khái niệm mômen đồng bộ hóa và sự dao độngtắt dần của các máy phát, tại những thời điểm cụ thể Phương pháp thiết kế baogồm:

3.1.1 Phương pháp tiếp cận mômen tắt dần

Nội dung phương pháp này là phải tìm các hằng số (K) của các khâu, cũngnhư sự ảnh hưởng của các máy phát khác nhau tác động lên một máy cụ thể, để tínhtoán bổ xung mômen làm giảm sự dao động được gọi là mômen tắt dần

3.1.2 Phương pháp tiếp cận đáp ứng tần số

Nội dung của phương pháp là lặp đi lặp lại các điều kiện hoạt động khác nhau

và hệ số khuếch đại được chọn từ khoảng trên Mục đích chính là xem xét đặc tínhpha của một PSS, mô hình hóa sự trễ pha của hàm truyền GPSS(s), phản hồi một cáchchính xác các pha trễ trong hàm truyền của hệ thống kích từ Với hệ thống nhiềumáy phát, các thông số của khối trễ pha và hệ số khuếch đại cho mômen tắt dần cóđược bằng cách thiết lập các phương trình phi tuyến Để tính được các thông số đó

ta phải thiết lập đủ ba phương trình phi tuyến, được giải bằng phương pháp Newton.3.1.3 Phương pháp tiếp cận giá trị riêng và biến trạng thái

Phân tích giá trị riêng là phần chính của các nghiên cứu liên quan đến ổn địnhtín hiệu

Việc phân tích, tính toán ổn định tín hiệu nhỏ hay thiết kế bộ điều khiển với hệ

số khuếch đại và định lượng tương thích giữa các PSS là rất quan trọng

Để có bộ PSS, ta sẽ tạo ra một cấu trúc điều khiển cố định G PSSij s k H s ij ij 

mà sẽ liên kết đầu ra thứ j với đầu vào thứ i của hệ thống G s ij  Giả thiết rằng, nhà

máy có chế độ điện tới hạn h là rất quan trọng tới hệ số tắt dần của mômen Độnhạy của giá trị riêng nghĩa là khi thay đổi giá trị riêng h cho ta một thay đổi nhỏcủa hệ số khuếch đại k ij, được thể hiện như công thức sau:

 

ij h

h ij h ij

R H k

Khi ta giải phương trình (3.3) sẽ cho cấu trúc điều khiển phân cấp, nghĩa là khi

ma trận điều khiển là ma trận đường chéo Hoạt động của sự thay đổi hệ số khuếchđại k ii thể hiện như sau: ij n ji  