CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TẦN SỐ TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN DIESEL 1. Ý nghĩa của việc ổn định tần số 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 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 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. Do đó để giải quyết điện áp và tần số chúng ta nghiên cứu các hệ thống tự động ổn định tần số 1.2 Các phương pháp ổn định tần số 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, xét đối với phát chạy thủy điện: PT Ppt (1-1) Trong đó: PT : Công suất của tuabin kéo máy phát. Ppt : Công suất của phụ tải điện. : Tổn thất công suất tác dụng.
Mô men kéo của tuabin. MT (1-2) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong đó: : Hằng số 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. 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 diesel.
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 I 1 và I2 bằng nhau.
Khi tần số giảm thấp hoặc tăng cao sẽ làm thay đổi X L 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 bộ điều tần thứ cấp U,f Udf BĐ/Cf TB F Uphf CCĐ Hình 1-1: Sơ đồ khối bộ điều tần thứ cấp BĐ/Cf: Bộ điều chỉnh tần số TB: diesel máy phát F : Máy phát LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CCĐ: Cơ cấu đo tần số * R3 * L I1 R1 UR UL U1 +Ecc U R2 * Uf U2 U1 U2 R -Ecc I2 a) b) Hình 1-2: Sơ đồ cơ cấu đo tần số (a); Biều đồ vectơ điện áp (b) Sơ đồ cơ cấu đo tần số được thể hiện trên hình 1-2. Các tham số L và R của bộ lọc tần BLT được chọn sao cho U 1 = 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 U L = jω.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 U r, dẫn đến bộ điều chỉnh sẽ tác động vào tuabin làm tần số trở về giá trị chuẩn.
Ổn định tần số sơ cấp Điều chỉnh sơ cấp: là quá trình điều chỉnh tốc độ quay diesel bằng thay đổi lượng dầu vào diesel… 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. Tần số f của dòng điện phụ thuộc vào tốc độ góc của máy phát điện theo quan hệ p.n f 2 60 (1-3) Trong đó: p - Số đôi cực của máy phát điện n - Số vòng quay của máy phát điện LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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. P P * P kf dd f * f f dd (1-4) Trong đó : f , P : Tương ứng là sự thay đổi của tần số và công suất tác dụng. f dd , Pdd :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 O1 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 M 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 1-3: 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 1 sẽ bị dịch chuyển. Chẳng hạn khi đấu thêm phụ tải, đặc tính này sẽ bị dịch chuyển sang bên phải ( 2 ) và sẽ cắt đặc tính tuabin tại điểm O3 , tương ứng với tần số f3. Khi cắt ' ' bớt phụ tải, đặc tính 1 sẽ bị dịch chuyển sang trái ( 3 ) và sẽ cắt đặc tính 1 của tuabin ' tại O2 , tương ứng với tần số f 2. Như vậy khi phụ tải thay đổi sẽ làm cho tần số thay đổi: f f 2 f 3 Để đảm chất lượng điện năng không cho phép tần số của hệ thống thay đổi nhiều.
Vì vậy khi phụ tải thay đổi, để giảm mức thay đổi tần số, bắt buộc phải thay đổi đặc tính tĩnh của tuabin. Chẳng hạn khi phụ tải tăng phải dịch chuyển đặc tính tĩnh của tuabin sang phải (đường 2). Khi ấy điểm cắt nhau giữa đặc tính tuabin (2) và phụ tải ( 2' ) tại O4 tương ứng với tần số f 4 > f 3. 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 3 tại O5 tương ứng ' với tần số f5 < f 2.
Nhờ sự dịch chuyển đặc tính tuabin mà độ lệch tần số f f 5 f 4 ' < f f 2 f 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tập hợp các điểm O5 , O1 , O4 hình thành đặc tính điều chỉnh của tuabin f(M) hoặc f(P). Đặc tính điều chỉnh của tuabin được đặc trưng bằng hệ số phụ thuộc tương đối (còn được gọi là hệ số tĩnh) f f * f S * * dd P P Pdd (1-5) * Thông thường S của đặc tính điều chỉnh tuabin trong hệ thống điện nằm trong * giới hạn S =0. 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. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.3 Hệ điều tốc ổn định tần số máy phát diezen 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: Độ sai lệch Độ sai lệch δ trong quá trình điều chỉnh vòng quay là tỷ số độ chênh lệch giữa vòng quay động cơ khi tăng từ không đến toàn tải với vòng quay trung bình: nkt −n H δ= n tb (1-6) Trong đó: 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 nkt + n H ntb = 2 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.