Các nguyên lý điều tốc

CÁC NGUYÊN LÝ ĐIỀU TỐC 1.Bộ điều tốc ly tâm: Một ứng dụng kinh điển của lực ty tâm trong cơ khí là bộ điều tốc ly tâm. Khi tốc độ quay của động cơ tăng, các quả nặng (miêu tả trong hình vẽ) chịu lực ly tâm lớn hơn, văng xa ra hơn và khép lại đường ống nhiên liệu của động cơ (hoặc, một cách tổng quát, giảm nguồn năng lượng cho động cơ); điều này dẫn đến tốc độ động cơ giảm lại. Khi tốc độ động cơ xuống thấp, lực ly tâm lên các quả nặng giảm, các quả nặng bị trọng lực kéo xuống và mở rộng đường ống nhiên liệu; điều này làm tốc độ động cơ tăng trở lại. Đây là một ví dụ của hoàn ngược âm, giúp điều tiết và giữ tốc độ quay của động cơ ổn định. Lực ly tâm cũng được dùng trong bộ ly hợp tự động của một số xe máy hay ô tô. Khi tốc độ quay của động cơ đạt đến ngưỡng thích hợp, lực ly tâm lên các quả nặng trong bộ ly hợp sẽ đủ lớn đến khép chặt các tiếp xúc và chuyển bộ ly hợp sang trạng thái truyền lực khiến xe chuyển bánh. Khi tốc độ động cơ dưới ngưỡng, lực ly tâm không đủ lớn và bộ ly hợp ngắt lực truyền, giúp xe đứng tại chỗ nhưng động cơ vẫn nổ máy. Page 1 of 14 2.Sơ đồ khối và chức năng các bộ phận của bộ điều tốc cơ khí hoạt động theo nguyên tắc độ lệch (hữu sai và vô sai) - sơ đồ nguyên lý. - nguyên tắc tự động ổn định. - các điều chỉnh để đảm bảo chất lượng. Bộ điều tốc cơ khí thường là bộ điều tốc con quay ly tâm có đặc tính n = f(Mc) hữu sai khi các tổ máy phát hoạt động song song và bộ điều tốc con quay ly tâm có đặc tính vô sai khi tổ máy phát chỉ hoạt động độc lập, không hoạt động song song. a)Bộ điều tốc ly tâm có đặc tính hữu sai: Sơ đồ nguyên lý bộ điều tốc ly tâm có đặc tính hữu sai. Để đo tốc độ của động cơ diezel người ta dùng con quay ly tâm với quả văng A. Tốc độ quay càng lớn quả văng càng văng xa. Để tạo tốc độ quay cho trước n0, đặt 1 lò xo tì lên con chạy 1 và tạo 1 lực E cân bằng với lực Ar của con chạy do lực ly tâm quả văng tạo nên. Để điều chỉnh lực nén ban đầu của lò xo E ta điều chỉnh bằng lực từ ngoài tỳ lên lò xo (bằng cơ, bằng lực khí, thủy lực …). Khi điều chỉnh như vậy ta điều chỉnh giá trị tốc độ cho trước n0. Khi tốc độ quay của động cơ càng lớn lực Ar > E, con chạy 1 dịch chuyển 1 đoạn z cho đến lúc nào Ar = E. Đồng thời van trược 3 của khuyếch đại thủy lực chuyển dịch lên phía trên 1 khoảng l, thông dầu có áp lực lớn tỳ lên piston của động cơ trợ động và dịch chuyển 1 khoảng L để giảm nhiên liệu làm giảm tốc độ. Nhờ cánh tay đòn BC nối với piston của động cơ trợ động (làm nhiệm vụ phản hồi cứng âm) van trượt của khuyếch đại thủy lực lại chuyển dịch xuống phía dưới đóng cửa van không cho dầu có áp lực cao vào động cơ trợ động thêm, piston của động cơ trợ động dừng lại. Page 2 of 14 Trường hợp tốc độ động cơ giảm hiện tượng xảy ra ngược lại. Đặc tính n = f(Mc) được biểu diễn như sau: Đường 1 tương ứng khi động cơ hoạt động không có bộ điều tốc, đường 2 tương ứng khi động cơ hoạt động có bộ điều tốc hữu sai. Sai số càng lớn khi tải càng lớn. Có thể thay đổi độ dốc bằng cách thay đổi tỷ số cánh tay đòn a/b (thay đổi hệ số phản hồi cứng âm). b)Bộ điều tốc ly tâm có đặc tính vô sai: Cấu tạo của bộ điều tốc ly tâm có đặc tính vô sai được mô tả như hình sau: Ở bộ điều tốc này piston của động cơ trợ động được nối với piston của bộ giảm chấn. Bộ giảm chấn là phản hồi âm mềm, chỉ hoạt động ở chế độ động, không hoạt động ở chế độ tĩnh. Giả sử tốc độ động cơ tăng con chạy dưới tác dụng của lực ly tâm của quả văng dịch chuyển lên một khoảng z, kéo theo dịch chuyển van trượt khuyếch đại thủy lực một khoảng l để thông dầu có áp lực cao tác động lên piston của động cơ trơ động đẩy lùi xuống dưới để giảm nhiên liệu, giảm tốc độ. Nhờ piston của động cơ trợ động được nối với piston của bộ giảm chấn nên lúc ban đầu khi piston của động cơ trợ động chuyển động xuống phía dưới Page 3 of 14 kéo theo toàn bộ giảm chấn cùng chuyển động xuống, hệ thống van trượt cũng chuyển dịch xuống. Nhưng tác dụng của lực căng lò xo 3 dầu được thoát qua van kim 5, vỏ của bộ giảm chấn chuyển dịch trở về trạng thái ban đầu và khi tốc độ của động cơ trở về giá trị cũ cánh tay đòn ACB trở về trạng thái ban đầu cửa van khuyếch đại thủy lực đóng, piston động cơ trợ động dừng. Qua phân tích trên ta thấy bộ điều tốc ly tâm có bộ giảm chấn vừa có tính chất vô sai vừa có tinh chất hữu sai. Do đó ở chế độ tĩnh hệ thống không có sai số, ở chế độ động hệ thống rất ổn định. Đặc tính n = f(Mc) được mô tả như sau: Page 4 of 14 3.Bộ điều tốc Turbin thuỷ lực Trong tự nhiên có nhiều nguồn năng lượng phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt, chiếm tỷ trọng lớn nhất trong các nguồn năng lượng đó phải kể đến thuỷ điện. Điều khiển nhà máy thuỷ điện nhằm đạt được công suất tối ưu là vấn đề hết sức quan trọng. Hệ thống Tuabin thuỷ lực: Nước từ hồ chứa thượng lưu được dẫn vào hệ thống đường ống áp lực và buồng xoắn, tại đây nước được gia tốc tới vận tốc rất lớn. Qua hệ thống cánh hướng, nước được dẫn vào tuabin thuỷ lực làm quay tuabin đồng thời làm quay máy phát điện (thông thường trục của tuabin được nối thẳng với trục máy phát). Từ đầu cực máy phát, dòng điện được tăng áp qua máy biến áp lực và dẫn lên trạm phân phối hoà vào lưới điện quốc gia. Tuabin thuỷ lực là một bộ phận quan trọng nhất trong nhà máy thuỷ điện, bằng sự thay đổi tốc độ nó quyết định công suất phát của tổ máy. Là một thiết bị có cơ cấu phức tạp, trọng lượng và kích cỡ lớn, tuabin đòi hỏi phải có độ bền cao, vận hành ổn định trong thời gian dài (tuổi thọ vận hành 40 năm, thời gian đại tu 6 năm, trung bình vận hành 3000 giờ/năm ). Tuabin thuỷ lực phổ biến ( loại Kaplan trục đứng như: Hoà Bình, Trị An, Yaly, Thác Bà . . . ) bao gồm 2 phần chính : Roto tuabin (gồm bánh xe công Page 5 of 14 tác-BXCT được nối với trục tuabin thông qua khớp nối truyền động momen xoắn, trục, ổ hướng và ổ chèn trục) và Stato tuabin (gồm vành đáy tuabin để đỡ trục dưới cánh hướng, các vành làm kín, vành stato tuabin, bộ cánh hướng dòng ) và bộ ống xả, buồng xoắn. Tuỳ theo mực nước thượng lưu và khi tải trên lưới điện thay đổi đòi hỏi lượng điện phát ra của nhà máy phải thay đổi phù hợp. Vấn đề đặt ra là phải điều chỉnh đồng bộ giữa độ mở hệ thống cánh hướng nước nhằm điều chỉnh lưu lượng nước vào tuabin và điều chỉnh góc nghiêng của BXCT, tạo cho tuabin tốc độ ổn định. Để điều chỉnh độ mở cánh hướng người ta sử dụng các servomotor (thông thường 2 servomotor) và hệ thống xilanh thuỷ lực. Truyền động của servomotor sẽ qua hệ thống xilanh gắn với vòng điều chỉnh, giữa cánh hướng và vòng điều chỉnh có các khớp truyền động. Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật số, bộ điều tốc tuabin được tự động hoá hoàn toàn có khả năng thu thập các thông số quá trình một cách liên tục, tự động điều chỉnh ổn định quá trình vận hành. Bộ điều tốc tuabin bao gồm phần điều tốc kỹ thuật số và phần điều tốc thuỷ lực. a)Phần điều tốc kỹ thuật số: Sơ đồ khối hệ thống điều tốc tuabin Mỗi tuabin được cung cấp một hệ thống điều tốc tự động riêng biệt có khả năng điều khiển tốc độ, công suất phát, lưu lượng nước vào tuabin cho phép Page 6 of 14 tổ máy vận hành ổn định, hoàn hảo ở chế độ vận hành song song với nhau và với hệ thống điện. Bộ điều tốc kỹ thuật số được lắp trong các tủ điều khiển tại tổ máy, các thông số được giám sát qua hệ thống SCADA ở phòng điều khiển trung tâm. Bộ điều tốc có cấu hình dự phòng kép cả về phần cứng và phần mềm, một hệ giao tiếp tốc độ cao được thiết lập giữa hai card xử lý đảm bảo quá trình chuyển mạch không trễ trong mọi chế độ vận hành. Nguyên lý điều chỉnh là thuật toán PID có nhánh hồi tiếp. Điều khiển vị trí: sử dụng thuật toán điều chỉnh PID, tín hiệu vào là vị trí thực của cánh hướng và vòng trượt của các servomotor. Khi vận hành ở chế độ quá tải, sự giới hạn tốc độ của cánh hướng và BXCT được đặt lên hàng đầu nhằm tránh tuabin lệch khỏi vị trí tối ưu. Điểm đặt vị trí của BXCT được tính toán dựa theo điểm đặt vị trí cánh hướng và giá trị cột nước. Điều khiển giới hạn độ mở: độ mở giới hạn có thể được điều chỉnh trong khoảng -5 đến 105%. Điều khiển vận tốc: sử dụng thuật toán điều chỉnh PID có phản hồi, giá trị đặt của bộ điều khiển vận tốc có thể được điều chỉnh trong khoảng 90 đến 110%. Dải tần số chết có tác dụng trong suốt quá trình vận hành song song và có thể điều chỉnh được. Bộ điều chỉnh PID sẽ xác định điểm đặt cho servomotor điều khiển cánh hướng bằng cách tính toán sự sai lệch giữa giá trị đặt và tốc độ thực tế. Hàm truyền của bộ điều khiển khi bỏ qua hiện tượng trễ vi sai: Kp: Hệ số tỷ lệ Tn : Thời gian tích phân. Td : Thời gian vi phân. bp: độ dốc của đặc tính tốc độ Khi bp » 0: Page 7 of 14 Điều khiển độ mở cánh hướng: giá trị đặt có thể được điều chỉnh trong khoảng -5 đến 105%, chế độ vận hành của bộ điều khiển này chỉ có thể được lựa chọn khi tổ máy vận hành ở chế độ song song, trong các chế độ khác điểm đặt của độ mở sẽ là độ mở thực của cánh hướng. Điều khiển lưu lượng: giá trị đặt có thể được điều chỉnh trong khoảng -5 đến 105%. Lưu lượng thực tế được tính toán từ cột nước, vận tốc tuabin, vị trí của cánh hướng và BXCT. Bộ điều khiển sử dụng thuật toán PI, xác định giá trị đặt cho vị trí của servomotor cánh hướng bằng cách tính toán sự khác nhau giữa giá trị đặt và lưu lượng thực tế. Hàm truyền của bộ điều khiển có dạng: Điều khiển mực nước: giá trị điểm đặt đã được xác định trước, nó chỉ có thể được xác định lại thông qua các thiết bị đầu cuối, bảng vận hành hay giao diện thông tin. Bộ điều khiển sử dụng thuật toán PI. Một số thông số của phần điều tốc kỹ thuật số: - Chuẩn giao diện: RS232, RS485, Ethernet. - Dải tốc độ chết : £ 0.02% - Dải tần số đo được ứng với tốc độ : 1.2 ¸10000Hz. - Thời gian chết : £ 0.2s - Độ ổn định tốc độ : £ 0.3% - Độ ổn định công suất : £ 0.4% - Hệ số tỷ lệ Kp: 0 ¸500. -Thời gian tích phân Tn : 0.05 ¸5000s. - Thời gian vi phân Td : 0 ¸10s. - Độ dốc của đặc tính tốc độ bp: 0 ¸10%. Page 8 of 14 - Thời gian mở cánh hướng có thể điều chỉnh : 10 ¸1000s. Các tính năng tự động hoá của phần điều tốc kỹ thuật số: - Điều chỉnh vị trí các cánh hướng đồng bộ với điều chỉnh độ nghiêng của BXCT. - Giám sát và kiểm tra tốc độ, lưu lượng. - Điều chỉnh việc chọn nhanh mức tải. - Vận hành đa nhiệm theo thời gian thực. - Giao diện Ethernet chuẩn với hệ thống SCADA. - Giao diện HMI tại phòng điều khiển và tủ điều khiển tại chỗ. - Ghi và thông báo các sự kiện trong quá trình vận hành. - Bảo vệ điện một chiều các Module I/O, kiểm tra cao tần hệ thống. b)Phần điều tốc thuỷ lực: Phần điều tốc thuỷ lực bao gồm: bể chứa dầu, van trượt điều khiển chính, máy bơm trục vít, bộ lọc, các sensor đo mức và nhiệt độ. Bộ tác động điện thuỷ lực biến đổi các tín hiệu từ bộ điều khiển kỹ thuật số thành các đại lượng cơ tương ứng. Bộ khuếch đại thuỷ lực gồm có van động và van phân phối chính nối hệ thống ống dầu áp lực với servomotor của cánh hướng và hệ thống cấp dầu áp lực. Hệ thống dầu có áp lực 4.0 - 6.3 Mpa ( 40 – 63 bar ). Hệ thống khí nén cung cấp cho bình tích áp, cân bằng áp lực hệ thống. Với hệ thống van, thời gian tác động được giới hạn tương ứng với đòi hỏi của sự thay đổi tốc độ. Ngoài ra còn có một van trượt điện từ độc lập để dừng khẩn cấp tuabin bằng cách tác động để servomotor đóng khẩn cấp các cánh hướng mà bỏ qua các tín hiệu từ bộ điều khiển. Các thiết bị đo: - Đầu đo lưu lượng theo phương pháp Witer-Kennedy. - Đo áp suất vi sai tại buồng xoắn Page 9 of 14 - Công tắc giới hạn và cảnh báo sự đồng bộ giữa các cánh hướng. - Đo vị trí vành điều chỉnh hay độ mở cánh hướng. - Đo áp suất xilanh và nhiệt độ dầu áp lực. - Đo độ lệch trục của Tuabin. Ngoài ra còn có các hệ thống đo khác đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn, ổn định như: độ rung, độ ẩm, nhiệt độ môi trường . . . Page 10 of 14 4.Thiết kế, tích hợp hệ thống điều khiển đồng bộ - Khái quát về hệ thống điều khiển các nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ: Hệ thống điều khiển nhà máy thuỷ điện thông thường có thể tách ra thành 04 phần cơ bản, một là các trạm điều khiển tổ máy phát (LCU), hai là hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu (SCADA), ba là hệ thống điều khiển thiết bị trạm (SYU) và bốn là hệ thống điều khiển các thiết bị cơ khí thuỷ công, các thiết bị phụ trợ (SIAO). a)Hệ thống điều khiển tổ máy (LCU-Local Control Unit) Mỗi hệ thống LCU trong các nhà máy thuỷ điện phụ trách toàn bộ phần điều khiển và giám sát mọi sự hoạt động của tổ máy trong phạm vi của nó, như điều khiển và giám sát điều tốc, điều khiển kích từ, điều khiển và đo lường các thiết bị thuộc tổ máy… Sơ đồ ví dụ thể hiện cấu trúc của một bộ LCU Tuỳ thuộc vào quy mô và yêu cầu cụ thể của từng dự án thuỷ điện mà ta có thể chọn các cấu hình thiết bị điều khiển khác nhau, có thể bớt đi hoặc thêm vào một vài cấu trúc phần cứng nào đó. Cũng như có thể thay đổi các thiết bị phần cứng như PLC, thay đổi kiểu giao thức truyền thông cho phù hợp...Tuy nhiên chức các chức năng giám sát và điều khiển cơ bản vẫn phải đảm bảo. Như vậy ta thấy rằng để đáp ứng được các chức năng điều khiển của bộ LCU có nhiều giải pháp, nhiều loại thiết bị điều khiển đáp ứng được. Đối với những tổ máy rất lớn, yêu cầu chất lượng điều khiển rất cao ta có thể dùng các họ PLC mạnh như S7-400 của Siemens, PU325H trở lên của TOSHIBA, hay các dòng Q25H của MITSUBISHI, .... Đối với các hệ thống nhỏ ta có thể sử dụng các thiết bị điều khiển có cấu hình nhỏ hơn, thậm chí chỉ cần dùng một PLC cỡ nhỏ như dòng S7-200 của Siemens cũng có thể đáp ứng được yêu cầu. Ngày nay cùng với sự phát triển của công nghệ vi xử lý, các thiết bị điều khiển cũng hết sức đa dạng, như sự xuất hiện của các thế hệ điều khiển PC của hãng NI hay các thiết bị tích hợp cho phép kết nối, thiết lập cấu hình và khả năng đáp ứng nhanh theo thời gian thực như DSP (Digital Signal Processing), các vi mạch tích hợp FPGA (Field Programmable Gate Array), CPLD (Combination of Programmable Logic Design) ... Đã làm giàu thêm những lựa chọn và giải pháp cho xây dựng thành công các hệ LCU. b)Hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu (SCADA- Supervisory Control and Data Acquisition) Tuỳ vào công suất và quy mô của mỗi nhà máy thuỷ điện mà có nhà máy sử dụng hệ thống SCADA, có nhà máy không sử dụng. Bằng sự thống kê, khảo sát hệ thống điều khiển của các nhà máy thuỷ điện Page 11 of 14 trong nước hiện nay thì hầu hết những nhà máy thuỷ điện có công suất tổ máy từ 1,5 MW trở lên xây dựng sau năm 2000 có sử dụng hệ thống SCADA cho quản lý giám sát và điều khiển. Một cấu trúc của hệ SCADA đơn giản cho điều khiển nhà máy thuỷ điện có công suất tổ máy đến 20 MW, các LCU được nối truyền thông với nhau qua đường bus công nghiệp, qua bộ chuyển đổi RS232 nối với máy tính để quản lý, giám sát và điều khiển. Máy tính điều khiển đóng vai trò vừa là một máy server, vừa thực hiện chức năng giao diện (HIM), vừa đảm bảo chức năng truyền thông. Đối với những hệ thống lớn hơn ta có thể tách các chức năng riêng này cho từng máy với quy mô chuyên dụng hơn và ta cũng có thể sử dụng nhiều máy hoặc nhiều màn hình giao diện (OP) cho nhiều trạm vận hành. Ta có nhận xét rằng hệ thống SCADA cho giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu trong nhà máy thuỷ điện về cơ bản cũng như các hệ SCADA áp dụng cho các nhà máy công nghiệp khác. Trừ một vài môđun phần cứng, phần mềm mang tính đặc thù cho điều khiển thuỷ điện ra, các phần còn lại của hệ thống ta có thể tích hợp thiết bị của nhiều hãng sản xuất khác nhau. Đối với các hệ thống nhỏ ta có thể dùng các máy PC công nghiệp trang bị phần mềm WinCC của Siemens hay Pro DMS 600 của hãng ABB, Labview của hãng NI ... đều có thể đảm đương được. Các hệ thống lớn ta có thể dùng CS7, PCS7 của Siemens, MX2000 của Mitsubishi, SAT 250 SCALA của VATech,... Trên cơ sở các phần cứng và phần mềm lập trình cơ sở của các nhà cung cấp, nghiên cứu các đặc trưng kỹ thuật thiết bị và thuật toán điều khiển nhà máy thuỷ điện, chúng ta hoàn toàn chủ động được việc cung cấp hệ thống giám sát, điều khiển SCADA cho các nhà máy thuỷ điện. c)Hệ thống điều khiển thiết bị trạm (SYU-Switch Yard Unit ) Hệ thống điều khiển thiết bị trạm cho nhà máy thuỷ điện bao gồm việc điều khiển, giám sát hệ thống các máy cắt, cầu dao trung áp, cao áp, tình trạng máy biến áp và bảo vệ liên động hệ thống. Về nguyên tắc nó không có sự khác biệt với những hệ thống điều các thiết bị trạm trong các nhà máy công nghiệp nói chung. Các thuật toán điều khiển và thiết bị điều khiển không có gì đặc biệt, do đó về cấu trúc nó cũng tương tự như một bộ LCU, nhưng nó không có các môđun điều khiển đặc trưng như điều khiển turbin, điều khiển kích từ, điều khiển và bảo vệ máy phát. Việc thực hiện thiết kế, chế tạo hệ thống SYU cũng có nhiều phương án, nhiều giải pháp. Đối với những nhà máy có công suất tổ máy nhỏ (≤ 6 MW) trong một số nhà máy người ta tích hợp luôn hệ thống này vào cùng với hệ thống LCU cho điều khiển riêng mỗi tổ máy và trao đổi các tín hiệu liên động giữa các hệ LCU, nhằm mục tiêu giảm suất đầu tư cho hệ thống. Với mục tiêu phân định chức năng rõ ràng và dễ dàng quản lý, trao đổi tín hiệu liên động thì việc thiết kế riêng hệ thống SYU là hợp lý, đặc biệt là đối với Page 12 of 14 những nhà máy thuỷ điện có nhiều tổ máy. Như vậy việc đảm bảo làm chủ công nghệ thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển thiết bị trạm cho các nhà máy thuỷ điện là hoàn toàn thực hiện được nếu như các hệ thống tại ta đã nghiên cứu làm chủ được. d)Hệ thống điều khiển các thiết bị cơ khí thuỷ công, các thiết bị phụ trợ (SIAO-Spillway_Intake_Gate And Others) Hệ thống thiết bị cơ khí thuỷ công (CKTC) trong các nhà máy thuỷ điện là một hệ thống quan trọng, nó luôn bao gồm các cửa nhận nước, các cửa xả tràn, ngoài ra có thể bao gồm các cửa xả sâu hay các cửa van điều hoà trong một vài dự án cụ thể. Hệ thống nâng hạ các cửa van ngày nay đều sử dụng là hệ xilanh thuỷ lực. Việc làm chủ thiết kế, chế tạo cung cấp hệ thống thiết bị đồng bộ cho hệ thống CKTC và các hệ thống thiết bị phụ trợ đã được thực hiện thành công tại nhiều dự án thuỷ điện như Buôn-Kuốp, A-Vương, Sêsan4, Plêi-Krông,... bởi Liên danh nhà thầu MIE-NARIME-VINAINCON. Xét về quy mô hệ thống giám sát, điều khiển SCADA cho hệ thống CKTC trong các dự án thuỷ điện lớn như nêu trên cũng tương đương, thậm chí còn lớn hơn hệ thống điều khiển nhà máy thuỷ điện có công suất tổ máy đến 20 MW. - Cơ sở KHCN cho thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển nhà máy thuỷ điện Qua phần khái quát nêu trên ta thấy rằng những cơ sở về thiết bị và công nghệ chế tạo hệ thống điều khiển nói chung và hệ thống giám sát điều khiển nhà máy thuỷ điện nói riêng đã được khẳng định. Từ sự phong phú, đa dạng về các chủng loại thiết bị điều khiển, phần mềm điều khiển đến những thành công trong chế tạo hệ thống điều khiển CKTC của các Đơn vị trong nước đã là những cơ sở vững chắc đảm bảo về mặt thiết bị công nghệ để chúng ta tiến tới những thành công cho các hệ thống điều khiển thiết bị đồng bộ. Cơ sở cho việc tính toán, thiết kế hệ thống điều khiển cho nhà máy thuỷ điện có những điểm đáng quan tâm, mang tính đặc thù công nghệ đó là phần tính toán thiết kế phần cứng cũng như phần mềm cho turbin thuỷ lực, mà đối tượng chính là bộ điều tốc; thiết bị điều khiển kích từ máy phát đồng bộ và thiết bị hoà đồng bộ. Bộ điều tốc: Bộ điều tốc cho các turbin thuỷ lực ngày nay đa phần là dùng loại điều tốc điện-thuỷ lực, theo tài liệu của GÖran andersson thì mô hình điều khiển bộ điều tốc điện- thuỷ lực. Các tổ máy phát điện có ba chế độ hoạt động cơ bản, một là khi máy phát nối với lưới điện có công suất vô cùng lớn, hai là khi máy phát làm việc độc lập và ba là khi máy phát làm việc trong chế độ song song. Trong mỗi chế Page 13 of 14 độ làm việc theo yêu cầu của người vận hành bộ điều tốc sẽ lựa chọn một chương trình làm việc tương ứng với chế độ vận hành đó. Trong chế độ làm việc thứ nhất bộ điều chỉnh sẽ chỉ điều chỉnh công suất mà không cần điều chỉnh tần số. Chế độ vận hành thứ hai bộ điều chỉnh chỉ điều chỉnh tần số mà không cần điều chỉnh công suất. Trong chế độ làm việc thứ ba thì bộ điều chỉnh cần phải tính toán các giá trị sai lệch ∆P1, ∆P2 và ∆f từ công suất điều chỉnh tổng g0 = g1+g2 để điều chỉnh tần số và công suất của các máy phát cho phù hợp. Thiết bị kích từ máy phát đồng bộ: Hệ thống kích từ máy phát đồng bộ được sử dụng ngày nay có thể chia ra làm 03 kiểu là kích từ DC, kích từ AC và kích từ tĩnh Cấu trúc bộ điều khiển kích từ AC theo tiêu chuẩn IEEE, trong đó có thêm hằng số KC đặc trưng cho bộ chỉnh lưu và FEX đặc trưng cho dòng tải. Ngày nay người ta thường sử dụng hệ thống kích thích tĩnh cho các nhà máy thuỷ điện do những tính năng mềm dẻo, đơn giản trong điều khiển, cho phép điều chỉnh dòng kích thích lớn và có thể dùng nguồn độc lập. Thiết bị hoà đồng bộ: Thiết bị hoà đồng bộ làm việc trên nguyên tắc đo lường điện áp song song với tần số lấy mẫu cỡ 10 Kz, từ đó tính toán ra sự sai lệch về điện áp, tần số của nguồn hoà và đưa ra tín hiệu điều khiển điện áp (AVR), điều khiển tốc độ turbin (GV). Sơ đồ khối chức năng và sự hoạt động của thiết bị hoà, trong đó hệ thống chia làm ba khối chức năng cơ bản. Khối đo lường (Measuring), xác định được độ sai lệch điện áp , độ trượt tần số s, góc lệch và tốc độ trượt tần số . Khối xác định các điều kiện đồng bộ (Monitoring of paralleling conditions), kiểm tra các điều kiện sai lệch cho phép về điện áp, tần số. Khối phát lệnh điều khiển (Command generation), sẽ điều khiển máy cắt hoà khi các điều kiện đồng bộ được thoả mãn. Page 14 of 14