Làm chủcông nghệ, tính tự động hóa, chất lượng điều khiển, tính ổn định,
hiệu quảkinh tếlà các tiêu chí hàng đầu đặt ra cho việc nghiên cứu chếtạo
“Hệthống kích thích cho máy phát điện, ứng dụng trong các nhà máy nhiệt
điện và thủy điện có công suất trung bình và nhỏ, thay thếhàng nhập khẩu”.
Việc làm chủcông nghệvà chủ động cung cấp các hệthống điều khiển đồng
bộbằng nội lực hiện nay là một yêu cầu cấp bách, nhằm nâng cao tỷtrọng nội
địa hoá các sản phẩm sản xuất trong nước. Do chưa làm chủ được công nghệ
thiết kếchếtạo nên phần lớn các hệthống thiết bị đồng bộchúng ta vẫn phụ
thuộc vào các tập đoàn Quốc tế. Tỷtrọng phần giải pháp công nghệ, thiết kế
thông thường chiếm từ30% đến 60%, thậm chí trong một vài dựán cụthểnó
chiếm tới 80% tổng giá thành của hệthống thiết bị đồng bộ. Nhưvậy cho dù
các điều kiện công nghệsản xuất trong nước chưa cho phép ta sản xuất hết
được các thiết bị điều khiển đòi hỏi công nghệcao, chúng ta vẫn đạt được tỷ
lệsản xuất trong nước cao trong các hệthống thiết bị đồng bộbằng giá trị
công nghệ, thiết kếtrong hệthống. Bài viết này đềcập vềvấn đềnghiên cứu
làm chủcông nghệthiết kế, tích hợp, chếtạo hệthống điều khiển đồng bộvề
việc điều khiển kích từ(kích thích) máy phát cho các nhà máy thuỷ điện, nhiệt
điện công suất trung bình và nhỏ.
107 trang |
Chia sẻ: oanhnt | Lượt xem: 1877 | Lượt tải: 5
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Nghiên cứu chếtạo hệthống kích thích cho máy phát điện, ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện và thủy điện trung bình và nhỏ, thay thế hàng nhập khẩu, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY ĐIỆN TỬ VÀ TIN HỌC VIỆT MAM
CÔNG TY CỔ PHẦN VIETTRONICS ĐỐNG ĐA
BÁO CÁO
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
NĂM 2007
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG KÍCH THÍCH CHO MÁY PHÁT
ĐIỆN, ỨNG DỤNG TRONG CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VÀ THỦY
ĐIỆN TRUNG BÌNH VÀ NHỎ, THAY THẾ HÀNG NHẬP KHẨU.
Mã số:195-07RD/2007
Cơ quan chủ trì : Công ty Cổ phần Viettronics Đống Đa
Số 56 - Nguyễn Chí Thanh – q. Đống Đa – tp. Hà Nội.
Chủ nhiệm đề tài : Lưu Hoàng Long - Kỹ sư Điện - Giám đốc Cty.
6803
12/4/2008
HÀNỘI 12.2007
trang 2
KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
PSS (Power System Stabilizer) : Bộ ổn định hệ thống nguồn
AVR (Auto voltage regulator) : Bộ điều ổn áp tự động
FCR (Field control regulator) : Bộ điều chỉnh kích từ
THYRISTOR BRIDGE : CẦU THYRISTOR
DIODE BRIDGE : CẦU ĐIỐT
IGBT BRIDGE : CẦU IGBT
MUB : Card đo lường
COB : Card điều khiển
LCP : Panel điều khiển tại chỗ
RCP : Panel điều khiển từ xa
AC : Dòng điện xoay chiều
DC : Dòng điện một chiều
CROWBAR : Mạch diệt từ
trang 3
MỤC LỤC
Trang:
MỞ ĐẦU 6
1. Giới thiệu chung 6
2. Cơ sở pháp lý/xuất xứ của đề tài 7
3. Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài 7
4. Đối tượng/phạm vi và nội dung nghiên cứu 7
5. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước và Cơ sở lý
thuyết
7
5.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước 7
5.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước 8
5.3 Phương pháp tiến hành nghiên cứu 8
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KÍCH THÍCH 9
I.1. Phân loại kích thích 10
I.2. Xem xét điều khiển kích thích máy phát 14
I.3. Xem xét về mặt điều khiển 16
I.4. Chức năng bảo vệ hệ thống. 17
CHƯƠNG II. KHẢO SÁT LỰA CHỌN MẪU 19
II.1. Giới thiệu hệ thống kích thích UNITROL5000 của hãng ABB: 19
II.2. Đặc điểm kỹ thuật của UNITROL 5000 19
II.3. Cấu hình hệ thống UNITROL 5000 20
II.3.1. Khối chuyển đổi công suất 20
II.3.2. Khối mồi từ (Field Flashing) và diệt từ (Crowbar) 21
II.3.3. Khối điều chỉnh điện áp. 22
II.3.3.1. Chức năng điều chỉnh. 22
II.3.3.2. Chức năng giám sát và bảo vệ. 23
II.3.3.3. Chức năng ghi dữ liệu 23
II.3.3.4. Chức năng giám sát bộ xử lý. 23
II.3.3.5. Chức năng điều khiển ổn định hệ thống công suất (PSS). 23
II.3.3.6. Chức năng truyền thông với hệ thống. 24
trang 4
CHƯƠNG III. THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 26
Quy trình công nghệ chế tạo hệ thống điều khiển kích thích tĩnh 26
CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG, ĐIỀU KHIỂN
TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT SỐ
27
IV.1. Thiết kế mô hình hệ thống 27
IV.1.1. Mục tiêu chung khi thiết kế hệ thống 27
IV.1.2. Quan điểm thiết kế hệ thống 28
IV.1.3. Thông số yêu cầu đáp ứng của hệ thống 29
IV.1.4. Thiết kế mô hình cấu trúc hệ thống 30
IV.1.5. Nguyên lý điện của hệ thống điều khiển kích thích tĩnh 33
IV.2. Nghiên cứu xây dựng phần mềm hệ thống kích thích 34
IV.3. Thiết kế chế tạo phần cứng hệ thống kích thích 52
IV.3.1. Thiết kế chế tạo hệ thống tủ điều khển 52
IV.3.2. Chế tạo card (board) đo lường 57
IV.3.2.1. Đặc điểm của board đo lường: 57
IV.3.2.2. Mô tả: 57
IV.3.2.3. Sơ đồ cấu trúc chung của board đo lường: 58
IV.3.2.4. Mô tả chức năng của các khối: 59
IV.3.2.5. Mô tả DSP TMS320VC5510: 68
IV.3.3. Chế tạo/ tích hợp bộ điều khiển V1000SE (COB) 73
IV.3.2.1. Giới thiệu hệ thống môdul PC104 và các card I/O 74
IV.3.2.2. Mô tả Môdul PPM-GX500 - PC104 module 75
IV.3.2.3. Mô tả Môdul PC104 - PCM-A/D16 78
IV.3.2.4. Mô tả phần màn hình hiển thị LK204-25 của hãng MATRIX ORBITAL 85
IV.3.2.5. Thiết kế tổng thể phần cứng hộp bộ điều khiển 85
IV.3.2.6. Thuyết minh chức năng đáp ứng về giao diện và phím lệnh của bộ điều
khiển loại V1000SE (COB) 86
IV.3.4. Chế tạo panel hiển thị tại chỗ và từ xa 86
IV.3.4.1. Mô tả phần màn hình hiển thị của hãng MATRIX ORBITAL 90
IV.3.4.2. Mô tả cấu trúc, kích thước bộ điều khiển tại chỗ và từ xa 91
IV.3.4.3. Thuyết minh chức năng đáp ứng về giao diện và phím lệnh của bộ điều
khiển tại chỗ và từ xa loại V1000SE LCP và RCP 91
IV.3.5. Chế tạo/ tích hợp bộ điều khiển công suất 93
trang 5
IV.3.6. Chế tạo/ tích hợp bộ mồi từ 96
IV.3.7. Chế tạo/ tích hợp bộ diệt từ 96
CHƯƠNG V. THỰC NGHIỆM 98
V.1. Thiết bị, dụng cụ, nguyên vật liệu và hoá chất sử dụng cho nghiên
cứu
98
V.2. Lắp ráp chạy thử hệ thống 98
V.3. Hiệu chỉnh hoàn thiện hệ thống 101
V.4. Chạy thủ nghiệm tại nhà máy phát điện 5MW 101
V.5. Kết quả thực nghiệm (nêu rõ các điều kiện tiến hành thực nghiệm
và kết quả đạt được) và thảo luận
101
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106
1. Kết quả đạt được (kết luận) 106
2. Hướng nghiên cứu tiếp theo (kiến nghị) 106
TÀI LIỆU THAM KHẢO 107
PHỤ LỤC 108
trang 6
MỞ ĐẦU
1 Giới thiệu chung
Làm chủ công nghệ, tính tự động hóa, chất lượng điều khiển, tính ổn định,
hiệu quả kinh tế là các tiêu chí hàng đầu đặt ra cho việc nghiên cứu chế tạo
“Hệ thống kích thích cho máy phát điện, ứng dụng trong các nhà máy nhiệt
điện và thủy điện có công suất trung bình và nhỏ, thay thế hàng nhập khẩu”.
Việc làm chủ công nghệ và chủ động cung cấp các hệ thống điều khiển đồng
bộ bằng nội lực hiện nay là một yêu cầu cấp bách, nhằm nâng cao tỷ trọng nội
địa hoá các sản phẩm sản xuất trong nước. Do chưa làm chủ được công nghệ
thiết kế chế tạo nên phần lớn các hệ thống thiết bị đồng bộ chúng ta vẫn phụ
thuộc vào các tập đoàn Quốc tế. Tỷ trọng phần giải pháp công nghệ, thiết kế
thông thường chiếm từ 30% đến 60%, thậm chí trong một vài dự án cụ thể nó
chiếm tới 80% tổng giá thành của hệ thống thiết bị đồng bộ. Như vậy cho dù
các điều kiện công nghệ sản xuất trong nước chưa cho phép ta sản xuất hết
được các thiết bị điều khiển đòi hỏi công nghệ cao, chúng ta vẫn đạt được tỷ
lệ sản xuất trong nước cao trong các hệ thống thiết bị đồng bộ bằng giá trị
công nghệ, thiết kế trong hệ thống. Bài viết này đề cập về vấn đề nghiên cứu
làm chủ công nghệ thiết kế, tích hợp, chế tạo hệ thống điều khiển đồng bộ về
việc điều khiển kích từ (kích thích) máy phát cho các nhà máy thuỷ điện, nhiệt
điện công suất trung bình và nhỏ.
trang 7
2. Cơ sở pháp lý/xuất xứ của đề tài
Công ty Cổ phần Viettronics Đống Đa là đơn vị thực hiện đề tài khoa học năm 2007
Theo hợp đồng số 195-07RD /HĐ-KHCN, ký ngày 01 thánđg 03 năm 2007 về việc
“NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ”
với nội dung
“Nghiên cứu chế tạo Hệ thống kích thích cho máy phát điện, ứng dụng trong các nhà
máy nhiệt điện và thủy điện trung bình và nhỏ, thay thế hàng nhập khẩu”.
Giữa bên giao là Bộ Công nghiệp và bên nhận là Công ty Cổ phần Viettronics Đống
Đa.
3 .Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài
9 Thay thế hàng ngoại nhập với chất lượng tương đương.
9 Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển kích thích cho máy phát điện trung bình, nhỏ.
9 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo tiên tiến, đảm bảo tính khả thi.
4. Đối tượng/phạm vi và nội dung nghiên cứu
9 Nghiên cứu làm chủ công nghệ điều khiển kích thích máy phát điện.
9 Thiết kế chế tạo một hệ thống điều khiển công nghiệp trên cơ sở kết hợp thiết kế chế
tạo ra các khối đo lường kỹ thuật số, khối mạch công suất, bảo vệ … từ những linh
kiện rời (Chíp DSP xử lý tín hiệu số - DS1609; DSP TMS320VC5510;
DSP56303PV100, Dualport RAM - IDT 71342SA, EEPROM nhớ chương trình -
M29F040B-70K6 & AM29F040-120JC, RAM cho dữ liệu - K6R1008V1C-JC12,
Thạch anh 32MHz - SG-615PH C 32.0000M…) và ứng dụng các bộ điều khiển tiên
tiến chuyên dùng cho công nghệp thuộc dòng PC104.
9 Thử nghiệm và hoàn thiện thiết kế hệ thống.
9 Thử nghiệm thực tế hệ thống cho ngành điện nói chung, nhà máy điện công suất
5MW nói riêng.
5.Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước và Cơ
sở lý thuyết
5.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước
Hệ thống kích thích cho máy phát điện trung bình, nhỏ đã được nghiên cứu, chế tạo từ
rất lâu tại các nước phát triển. Một số hang chế tạo hệ thống điều khiển kích thích nổi
tiếng trên thế giới như: ABB, AREVA, BASLER, VATech…
trang 8
Cho đến nay các giải pháp về điều khiển kích thích cho nhà máy điện đã gần như hoàn
thiện, không những hoàn thiện về tính năng và chất lượng điều khiển mà còn đáp ứng
các tính năng liên quan khác như quản lý giám sát từ xa, thu thập và lưu giữ dữ liệu,
kiểm soát ghi lại các trạng thái sự cố, giao diện thân thiện hơn…
5.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước
Các hệ thống kích thích cho các nhà máy điện hiện nay chủ yếu vẫn là nhập khẩu với
giá thành cao, thời gian nhập khẩu kéo dài nhiều tháng, việc cài đặt hiệu chỉnh cũng
phải thuê chuyên gia, giá công cao tính theo giờ.
Trong khi đó nhu cầu về việc xây dựng các nhà máy phát điện ngày càng nhiều, theo
quy hoạch phát triển ngành điện đến năm 2010 nước ta cần phải xây dựng 50 nhà máy
điện các loại.
Hiện nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, cũng như việc hội nhập của Việt
Nam. Để chủ động về công nghệ cũng như kết hợp đội ngũ kỹ sư sẵn có chúng ta hoàn
toàn có thể nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển kích thích phục vụ cho
các nhà máy điện thay thế các thiết bị nhập ngoại, đảm bảo đáp ứng thời gian cung cấp,
bảo hành thiết bị kịp thời.
Làm chủ công nghệ để chủ động trong thiết kế, chế tạo các hệ thống thiết bị đồng bộ nói
chung và hệ thống điều khiển đồng bộ nhà máy thuỷ điện nói riêng là một đòi hỏi cấp
bách hiện nay, nó vừa là cơ hội và cũng là thử thách đối với các đơn vị chế tạo trong
nước. Việc chế tạo được tất cả các thiết bị công nghệ cao để nâng cao tỷ lệ sản xuất
trong nước và chủ động trong việc thiết kế chế tạo các hệ thống thiết bị đồng bộ là
mong muốn của toàn Đảng, toàn dân ta trong giai đoạn hiện nay. Trình độ công nghệ
chế tạo trong nước chưa cho phép chúng ta sản xuất hết được các thiết bị đòi hỏi công
nghệ, nghiên cứu cơ bản rất cao như các thiết bị PLC, PC thiết bị đo lường đặc biệt...
để đạt tiêu chuẩn quốc tế với giá thành cạnh tranh thì giải pháp thiết kế tích hợp và lập
trình điều khiển để chủ động cung cấp các hệ thống thiết bị đồng bộ là giải pháp tốt nhất
hiện nay. Nếu làm được như vậy thì tỷ lệ nội địa hoá các hệ thống thiết bị đồng bộ đã
đạt trên 50%, mặc dù chúng ta chưa chế tạo được các thiết bị công nghệ cao.
5.3 Phương pháp tiến hành nghiên cứu
9 Khảo sát mẫu nhập ngoại
9 Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển kích thích phù hợp với điều
kiện các nhà máy điện trong nước.
9 Thử nghiệm hệ thống tại nhà máy điện 5MW và kiểm định các thông số kỹ thuật.
trang 9
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KÍCH THÍCH
Máy phát điện muốn phát ra điện được, ngoài việc phải có động cơ sơ cấp kéo, còn
phải có dòng điện kích thích. Dòng điện kích thích là một dòng điện một chiều, được
đưa vào Rôto của máy phát để kích thích từ trường của Rôto máy phát.
Hệ thống thiết bị tạo ra dòng điện một chiều này gọi chung là hệ thống kích thích máy
phát Dòng điện kích thích máy phát, ngoài việc tạo từ trường cho Rôto, còn có thể dùng
để điều chỉnh điện áp máy phát theo giá trị danh định hoặc theo giá trị đặt để hòa lưới.
Ngoài ra, dòng điện này còn điều chỉnh công suất vô công của máy phát khi máy phát
đã hòa vào lưới.
Để có thể thay đổi trị số của dòng điện kích thích nhằm đáp ứng được các yêu cầu trên,
cần phải có một bộ phận điều khiển. Hệ thống mạch điện để điểu khiển dòng điện kích
thích gọi là hệ thống điều khiển điện áp, hay còn gọi tắt là bộ điều áp.
Hệ thống kích thích, với chức năng cung cấp dòng kích thích cho máy điện đồng bộ bao
gồm tất cả, công suất, sự điều chỉnh và bảo vệ để điều chỉnh ổn định điện áp đầu cực
máy phát, ra đời và phát triển cùng với máy điện đồng bộ với các tính năng ngày càng
hiện đại và đáp ứng yêu cầu cao về ổn định điện áp của hệ thống điện theo tiêu chuẩn
[IEEE std 421.4 - 2004].
Hình I.1: Sơ đồ khối hệ thống kích từ và điều khiển kích từ
Hệ thống điều khiển kich từ là một bộ điều khiển hồi tiếp bao gồm máy phát điện và hệ
thống điều khiển kích thích của nó. Thông qua điện áp cảm nhận được từ đầu cực máy
phát, hệ thống điều khiển kích thích sẽ cấp dòng kích thích phù hợp đến cuộn dây kích
thích máy phát để ổn định điện áp đầu cực máy phát theo giá trị mong muốn.
Khi máy phát điện hoạt động song song với các máy phát điện khác hoặc nối lưới, điện
áp đầu cực máy phát là do lưới quy định, trong trường hợp này chức năng chính của hệ
thống điều khiển kích thích là cung cấp dòng kích thích cho máy phát điện đồng bộ để
giữ công suất cảm kháng trên lưới, từ đó ổn định điện áp đầu cực máy phát.
trang 10
I.1. Phân loại kích thích
Căn cứ vào cách tạo ra dòng kích thích cung cấp cho dây quấn kích thích, nguời ta chia
hệ thống kich từ thành hai nhóm chính: Hệ thống kích thích quay xây dựng trên các bộ
kích thích quay một chiều DC (DC Exciter), bộ kích thích quay xoay chiều AC (AC
Exciter) và hệ thống kích thích tĩnh xây dựng trên các bộ kích thích tĩnh (Static Exciter).
Bộ kích thích AC và DC được xây dựng trên cơ sở sử dụng các máy phát điện một
chiều (DC Exciter) hoặc xoay chiều có chỉnh lưu (AC Exciter) gắn đồng trục của Rotor,
quay đồng bộ với Rotor để cấp dòng cho dây quấn kích thích.
Bộ kích thích tĩnh (Static Exciter) đặt độc lập với máy phát, cấp dòng kích thích cho dây
quấn kích thích qua cơ cấu chổi quét vòng góp điện. Dòng kích thích của bộ kích thích
tĩnh được lấy từ đầu cực máy phát thông qua khối cầu chỉnh luư Thyristor có điều khiển.
a) Hệ thống kích thích một chiều (DC)
Ngày nay, bộ kích thích DC vẫn còn được sử dụng ở nhiều máy phát đồng bộ
(Synchronous Generator-SG) có công suất thấp hơn 100MVA. Nó được cấu tạo gồm
hai máy phát điện một chiều kiểu vành góp điện DC (DC commutator electric generator)
đóng vai trò là: Bộ kích thích chính (Main Exciter- ME) và bộ kích thích bổ trợ (Auxiliary
Exciter- AE) gắn đồng trục và quay đồng bộ với Rotor máy phát.
Hinh I.2: Hệ thống kích thích một chiều
Khi Rotor quay, máy phát điện AE sẽ tạo ra dòng điện cấp cho máy phát điện ME. Tới
lượt mình, ME sẽ tạo ra dòng một chiều cấp cho dây quấn kích thích máy phát để tạo ra
sức điện động cảm ứng trên đầu cực máy phát. Bộ kích thích DC được điều khiển bởi
AVR thông qua điện áp điều khiển Vcon.
Hệ AE và ME đóng vai trò như một bộ khuyếch đại công suất với hệ số khuyếch đại lên
tới 600/1 (20.30), do vậy ta chỉ cần công suất thấp để cấp cho bộ kích thích. Tuy nhiên
lợi thế này bị trả giá bởi:
- Đáp ứng thời gian chậm, mà nguyên nhân là hằng số thời gian ở cuộn dây kích
thích ở ME và AE lớn.
- Vấn đề ăn mòn chổi quét ở ME và AE
trang 11
- Có thể gây ra hiện tượng xoán trục khi có tải, mà nguyên nhân là đáp ứng chậm
của nó.
- Không có khả năng dự phòng online, rất khó cho bảo vệ khi tất cả các thành
phần của hệ thống đều là cơ cấu quay.
Vì những nguyên nhân này mà hiện nay phần lớn hệ thống kích thích DC đã được thay
thế bằng hệ thống kích thích tĩnh
b) Bộ kích thích xoay chiều (AC)
Bộ kích thích AC vẫn được sử dụng trong công nghiệp ngay cả ở các máy đồng bộ mới.
Nó được thiết kế trên cơ sở sử dụng một máy phát điện đồng bộ (Excitation
Synchronous Generator-ESG) và một cầu chỉnh lưu diode gắn trên trục của nó. Bộ kích
thích AC gắn đồng trục với máy phát.
Hình I.3: Hệ thống kích thích xoay chiều
Khi hệ thống hoạt động, điện áp xoay chiều đầu cực ESG được chỉnh lưu bằng cầu
chỉnh lưu diode để tạo ra dòng DC cấp trực tiếp tới dây quấn kích thích của máy
phát.Điện áp đầu cực máy phát được điều khiển bởi bộ AVR thông qua điện áp Vcon.
Bộ kích thích AC có hệ số khuyếch đại khoảng 1/20(30) do chỉ sử dụng một máy phát
kích thích, do vậy chỉ cần công suất bé để cấp cho hệ thống.
Hệ thống kích thích AC có đặc điểm
- Đáp ứng thời gian của hệ thống vẫn còn lớn.
- Công suất điều khiển nhỏ
- Vẫn còn khả năng gây xoán trục khi có tải.
- Khả năng dự phòng thấp, chỉ có thể dự phòng hệ chỉnh lưu.
- Không có khả năng dự phòng online, rất khó cho bảo vệ khi tất cả các thành
phần của hệ thống đều là cơ cấu quay, không tĩnh.
c) Bộ kích thích tĩnh
Bộ kích thích tĩnh, thiết kế trên cơ sở cầu chỉnh lưu Thyristor có điều khiển, được sử
dụng rộng rãi từ những năm 1960. Trong bộ kích thích tĩnh, điện áp (có thể cả dòng
điện) ở đầu cực máy phát được chuyển đổi về một mức thích hợp, được chỉnh lưu có
trang 12
hoặc không có điều khiển và cấp trực tiếp tới dây quấn kích thích thông qua cơ cấu chổi
quét, vòng góp điện.
Hình I.4: - Vị trí của hệ thống kích thích tĩnh
Hình I.5: Hệ thống kích thích tĩnh
Sự ra đời IGBT công suất lớn mở ra hướng thay thế cầu chỉnh lưu Thyristor có điều
khiển bằng hệ Diode-IGBT điều khiển bằng phương pháp điều chế biên độ xung PWM
Hệ chỉnh lưu Diod-IGBT có ưu điểm về điều khiển và bảo vệ là huớng phát triển triển
vọng trong tương lai.
trang 13
V
_E
X
Hình I.6: Cầu chỉnh lưu công suất có điều khiển dùng Thyristor và IGBT
Hệ thống kích thích tĩnh có ưu điểm về tính ổn định cao, dễ dàng thiết kế, chế tạo, vận
hành và thuận lợi cho dự phòng thay thế. Hơn nữa, bộ kích thích tĩnh được thiết kế trên
cơ sở bộ chỉnh lưu Thyristor, có công suất kích thích được lấy từ đầu cực máy phát do
vậy hằng số thời gian của hệ thống là bé. Tuy nhiên, Hệ thống kích thích tĩnh gặp một
số hạn chế như:
- Nguồn kích thích được lấy trực tiếp từ đầu cực máy phát nên cần phải có một
nguồn công suất phụ độc lập để mồi từ cho hệ thống. Hơn nữa, dễ sinh ra tia lửa
điện ở cơ cấu vành trượt và chổi than.
- Điện áp đầu cực máy phát biến thiên liên tục trong một dải lớn, do vậy miền biến
thiên của điện áp kích thích là lớn, gây ra những ảnh hưởng xấu tới thiết bị nối
với máy cũng như dây quấn Rotor và Stator.
Những hạn chế này là nhỏ và được giải quyết bởi trình độ của khoa học kỹ thuật hiện
tại. Người ta có thể đưa ra các khái niệm về giới hạn kích thích và định ra giới hạn hoạt
động của hệ thống. Do vậy, hệ thống kích thích tĩnh được sử dụng rộng rãi, phổ biến
trong các nhà máy phát điện.
Bộ kích thích tĩnh có hai kiểu chính:
- Kiểu kích thích chỉnh lưu nguồn thế (Potential source-rectifier exciter)
- Kiểu kích thích chỉnh lưu nguồn hỗn hợp (Compound source-rectifier exciter)
d) Bộ kích thích chỉnh lưu nguồn thế
Bộ kích thích chỉnh lưu nguồn thế, được sử dụng phổ biến hiện nay có công suất kích
thích được cấp từ một máy biến thế (Potential Transformer - PT) nối với đâu cực máy
phát, và được chỉnh lưu bởi cầu chỉnh lưu Thyristor hoặc hệ Diode-IGBT có điều khiển.
e) Bộ kích thích chỉnh lưu nguồn hỗn hợp
Bộ kích thích kiểu nguồn hỗn hợp, được sử dụng trong một vài ứng dụng cụ thể, yêu
cầu duy trì dòng ngắn mạch 3 pha trên đầu cực máy phát.Dòng ngắn mạch này không
phải do lỗi gây ra mà là do dòng khởi động của một động cơ rất lớn gây nên sụt giảm
điện áp máy phát gây ra. Khi qua quá trình khởi động động cơ, điện áp sẽ được phục
trang 14
hồi một cách nhanh chóng. Trong trường hợp này hệ thống sẽ không thực hiện việc cắt
máy cắt vì không phải là lỗi
Trong bộ kích thích này, ngoài biến áp lực người ta còn sử dụng 2 hoặc 3 biến dòng
công suất lớn để cấp dòng kích thích trực tiếp tới cuộn Rotor khi ngắn mạch. Bởi vì
trong trường hợp đó ta không điều khiển được điện áp nữa do sự sụt giảm rất nhanh
của điện áp đầu cực khi ngắn mạch, hoặc sụt áp.
I.2 Xem xét điều khiển kích thích máy phát
Hầu hết các đối số điều chỉnh mà ảnh hưởng đến thao tác của hệ thống điều khiển kích
thích được chứa trong các phần tử của hệ thống kích thích bao gồm bộ xác định lỗi điều
chỉnh điện áp, các bộ bù, các giới hạn và bộ ổn định hệ thống kích thích.
Điều khiển điện áp đầu cực là chức năng đầu tiên của bộ điều khiển kích thích, trong
trường hợp máy phát điện đồng bộ nối lưới, chức năng điều khiển của hệ kích thích
được chuyển sang ổn định công suất phản kháng hoặc ổn định hệ số công suất.
f) Chức năng điều khiển bằng tay
Điều khiển bằng tay là một thành phần không thể thiếu của hệ thống kích thích, chức
năng điều khiển bằng tay thường được thiết kế để điều chỉnh