Điều khiển tần số, công suất trong hệ thống điện liên kết

Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết Mục lục Đặt vấn đề 1.1 Tại phải điều khiển tần số 1.2 Nguyên nhân thay đổi tần số không phù hợp sản xuất tiªu thơ 1.3 Sù tù ®iỊu chØnh cđa hƯ thèng ®iƯn Điều chỉnh tần số sơ cấp 2.1 Định nghĩa điều chỉnh tần số sơ cÊp .2 2.2 Nguyên tắc điều khiển 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 Một số khái niệm §iỊu chØnh công suất máy phát Xét hệ thống điện cô lập Xét hệ thống điện liên kết 2.3 Dự trữ sơ cÊp .10 2.4 Những yêu cầu điều khiển sơ cấp 11 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 Điều khiển sơ cấp bắt buộc 11 Điều khiển sơ cấp hủy bỏ giới hạn phụ tải 11 Điều chỉnh sơ cấp nhanh cành tốt 11 Cần phải tránh dải chết vùng lọc .11 Điều khiển sơ cấp phải thực hiƯn ë tõng tỉ m¸y 12 Điều chỉnh tần số thứ cấp 12 3.1 Khái niệm tự động điều khiển phát điện (AGC), điều khiĨn tÇn sè (LFC) .12 3.2 Điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện cô lập .12 3.3 Điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện liên kết 13 3.3.1 Khái niệm lỗi điều khiÓn khu vùc (Area Control Error-ACE) 13 3.3.2 Điều khiển tần số theo độ dốc đặc tính tần số đờng dây liên kết .14 3.3.3 Các phơng pháp điều khiển khác .15 3.4 AGC cã nhiÒu khu vùc 15 3.5 Điều chỉnh tần số có xét đến phân bè kinh tÕ (EDC) .15 3.6 Một số đặc điểm vận hành khác AGC 17 §iỊu khiĨn tần số, công suất hệ thống điện Việt nam 17 4.1 Qui định điều khiển tần số HTĐ Việt Nam 17 4.2 Tự động điều khiển phát điện (AGC) 18 4.2.1 Nguyên tắc làm việc hệ thống AGC 19 4.2.2 Các trạng thái vËn hµnh cđa AGC 19 4.2.3 Các chế độ làm việc tỉ m¸y AGC 20 KÕt luËn 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com §iỊu khiển tần số, công suất HTĐ liên kết IU KHIỂN TẦN SỐ, CÔNG SUẤT TRONG HTĐ LIÊN KẾT Đặt vấn đề Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, đờng dây, trạm biến áp thể thống Chất lợng điện đợc đánh giá hai thông số kỹ thuật điện áp tần số Trong điện áp có tính chất cục bộ, tần số mang tính hệ thống hay nói cách khác tần số có giá trị nh nút HTĐ Nớc ta nh hầu hết nớc giới sử dụng dòng điện với tần số 50 Hz, trừ Mỹ phần nớc Nhật sử dụng dòng điện tần số 60 Hz 1.1 Tại phải điều khiển tần số a Đối với hộ tiêu thụ Khi có thay đổi tần số gây số hậu xấu vì: - Các thiết bị đợc thiết kế tối u tần số định mức - Làm giảm hiệu xuất thiết bị ví dụ nh động cơ, thiết bị truyền động - ảnh hởng đến chất lợng trình sản xuất b Đối với hệ thống điện - Thiết bị đợc tối u hóa tần số 50 Hz, đặc biệt thiết bị có cuộn dây từ hóa nh MBA - Làm thay đổi trào lu công suất hệ thống - Tính ổn định khối turbine máy phát 1.2 Nguyên nhân thay đổi tần số không phù hợp sản xuất tiêu thụ - Ngày tuần - Giờ ngày - ảnh hởng thời tiết (nhiệt độ, độ ẩm, mây ma v.v ) - Chính sách giá theo ngày - Những biến cố đặc biệt ví dụ chơng trình bóng đá ti vi v.v - Những yếu tố ngẫu nhiên 1.3 Sù tù ®iỊu chØnh cđa hƯ thèng ®iƯn Tr−íc hết ta xét trờng hợp đơn giản nhất: máy phát điều chỉnh: - Moment phát động Turbine (Cm) tỷ lệ với tần số - Moment cản (Ca) phụ thuộc vào phụ tải biến tỷ lệ nghịch Đờng đặc tính phụ tải máy phát ngợc Một chế độ xác lập ban đầu đợc xác định nh sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết Moment c tớnh turbine c tính tải M1 M0 ϖ0-∆ϖ ϖ0 tốc độ H×nh 1: Đặc tính điều chỉnh máy phát tải Khi thao tác điều chỉnh bớc tăng phụ tải chuyển điểm làm việc lên M1 Coi đờng cong nh tuyến tính quanh M0 ta cã: ∆Ca ∆F = -α Ca Fo α lµ hƯ sè tù ®iỊu chØnh cđa hƯ thèng VÊn ®Ị đặt trờng hợp tự điều chỉnh F lớn để chấp nhận đợc cần thiết phải có điều chỉnh sơ cấp Điều chỉnh tần số sơ cấp (Primary frequency control) 2.1 Định nghĩa điều chỉnh tần số sơ cấp Điều chỉnh tần số sơ cấp đợc thực số lợng lớn tổ máy có phận điều chỉnh công suất turbine cho phép thay đổi lu lợng nớc qua tổ máy tỷ lệ với biến đổi tần số Đáp ứng việc điều chỉnh tần số biểu diễn MW/Hz gọi hệ số độ dốc đặc tính tần số (R) Nh với thay đổi giới hạn phụ tải bù lại tự động điều chỉnh tần số sơ cấp Mục đích việc điều chỉnh sơ cấp: - Nhanh chóng kiềm chế cân công suất phát phụ tải, nhng tồn độ lệch tần số - Làm thay đổi trào l−u c«ng st hƯ thèng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết 2.2 Nguyên tắc điều khiển 2.2.1 Một số khái niệm Để tìm hiểu khái niệm ta xét trờng hợp đơn giản máy phát cấp cho phụ tải độc lập theo hình vẽ dới đây: Máy phát Pm Turbine Hơi nớc G Pe Tải PL Governo Tốc độ Pm : Công suất Pe : Công suất điện PL: Công suất tải Hình 2: Máy phát cung cấp cho tải cô lập a Đáp ứng máy phát có thay đổi phụ tải Khi có thay đổi phụ tải, công suất điện máy phát thay đổi gây chênh lệch moment điện moment trục máy phát kết sai lệch tốc độ, độ lệch đợc xác định từ phơng trình cân công suất máy phát Tm + T - H s T ∆ωr ∆P + ∑ - H s r Pe Hình Sơ đồ khối hàm truyền mô tả mối quan hệ moment, độ lệch công suất tốc độ b Đáp ứng phụ tải độ lệch tần số Nhìn chung phụ tải hệ thống điện tập hợp thiết bị điện Trong có phụ tải hầu nh không thay đổi theo tần số nh chiếu sáng, phát nhiệt phụ tải có đặc tính tải phụ thuộc vào tần số nh động cơ, quạt, máy bơm v.v Khi có thay đổi phụ tải ta biĨu diƠn theo biĨu thøc sau: ∆Pe = ∆PL + D r Trong đó: PL = Thành phần tải thay đổi không phụ thuộc tần số D r = Thành phần thay đổi tải theo tần số LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết D = Hằng số đặc tính tải theo tần số D hệ số biểu diễn phần trăm tải thay đổi theo phần trăm tần số thay đổi Thông thờng giá trị D từ 1ữ 2% Nếu giá trị D = tần số thay đổi 1% tải thay ®æi 2% ∆P + ∑ - ∆ωr M s - + ∆P Ms + D ∑ - ∆ωr D PL PL c Đặc tính điều tốc Có thể chia hai điều tốc điển hình - Bộ điều tốc có đặc tính điều chỉnh không đổi: + Luôn giữ đợc tần số cố định với mức công suất phát + Không dùng đợc có máy phát trở lên Valve/ca nhn nc Hi hoc nước Pm Turbine ωr ∆Y G + Tích phân -K r - Pe Tc t Hình 6: Sơ ®å cđa bé ®iỊu tèc ®¼ng tèc f n (Pu) P1 P2 Cơng suất vị trí Valve/ca nc(pu) Hình 7: Đặc tính điều chỉnh điều tốc có tốc độ cố định - Bộ điều tốc với đặc tính điều chỉnh có độ dốc: + Đợc dùng có hai tổ máy phát trở lên + Điều chỉnh tốc độ (tần số) có độ lệch LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com §iỊu khiĨn tần số, công suất HTĐ liên kết Valve/ca Hi nước Pm Turbine ∆ Tích phân -K Pe G ωr + ∑ ∑ ∆ωr - Tốc độ đặt ω0 R Hình 8: Sơ đồ điều tốc turbine có ®Ỉc tÝnh ®iỊu chØnh dèc − ∆ωr TG = R 1 + s TG ∆ KR H×nh 9: Sơ đồ khối rút gọn điều tốc turbine f n (Pu) ωNL ∆f=∆ω ω0=f ωFL ∆P 1.0 Cơng suất vị trí Valve/cửa nước (pu) Hình 10: Đặc tính điều chỉnh tĩnh điều tốc điều chỉnh với độ dốc R: Đợc xác định tỷ số độ lệch tần số độ lệch công suất phát ra, đặc trng cho việc điều chỉnh tốc độ có độ trợt R đợc xác định theo biểu thức sau: R(%) = R= Phần trăm thay đổi tần số hay tốc độ Phần trăm thay đổi công suất ì 100 NL FL × 100 ω0 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết NL: Tốc độ xác lập không tải FL: Tốc độ xác lập đầy tải 0: Tốc độ định mức - ý nghĩa giá trị R: + Thờng đợc lấy khoảng ữ % theo kinh nghiệm + HTĐ Phần lan lấy 6% + Việc xác định giá trị R xuất phát từ dự phòng quay, công suất đỉnh + Giá trị đợc thay đổi theo hàng năm d Vận hành máy phát song song - Máy phát vận hành song song HTĐ đợc thực với giá trị R: + Cùng tham gia điều chỉnh + Điều chỉnh theo khả tổ máy f (Hz) Tổ máy Tổ máy f f0 f1 P P Công suất Công suất Hình 11: Phân bố công suất máy phát vận hành song song 2.2.2 Điều chỉnh công suất máy phát - Mối quan hệ tốc độ phụ tải điều chỉnh đợc nhờ đa thêm điểm đặt phụ tải - Tác động điều chỉnh cho ta họ đờng đặc tính điều chỉnh song song - Việc điều chỉnh tần số đợc thực cách di chuyển lên xuống ®Ỉc tÝnh ®iỊu chØnh Valve/cửa Hơi nước Turbine ∆ Tích phân Điểm đặt tải ∑ -K Pm ωr + ∑ ∑ ∆ωr - G Pe Tốc độ đặt ω0 R LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết f(Hz) f(Hz) Thay đổi điểm đặt 53 Thay đổi độ dốc 50 50 47 100 % 50 % 50 % 100 % Hình 12: Tác động việc thay đổi đặc tính điều chỉnh 2.2.3 Xét hệ thống điện cô lập Chúng ta xem xét phản ứng HTĐ độc lập có thay đổi phụ tải với tác ®éng cđa bé ®iỊu tèc turbine H×nh 13 biĨu diƠn sơ đồ khối đơn giản hóa biểu diễn hàm truyền phản ánh mối quan hệ thay đổi phụ tải tần số có xem xét đến đặc tính tần số HTĐ điều chỉnh tốc độ, công suất sơ cấp turbine 1/R L + ∆L - H ∑ G ∆f - ∑ - H ∆f H/R ∆L −G GH 1+ R ∆f H×nh 13: Sơ đồ khối hàm truyền quan hệ thay đổi tải víi tÇn sè LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết G: Hàm truyền mô tả phản ứng HTĐ Ms + D H: Hàm truyền mô tả điều tốc điều khiển công suất Mục đích việc mô HT dới dạng hàm truyền nhằm tính toán đáp ứng theo thời gian ®é lƯch tÇn sè cã b−íc thay ®ỉi phơ tải L máy tính số máy tính tơng tự Từ mô tả ta có độ lệch tần số chế độ xác giá trị hàm truyền đợc xác định với s = 0: −G s=0 GH 1+ R − ∆L ∆f = +D R f = L Trong trờng hợp HTĐ có nhiều tổ máy với điều tốc độc lập ta có độ lệch tần số xác lập có thay đổi phụ tải L : f = hoặc: f = − ∆L 1 + + + D R1 R2 Rn − ∆L +D Req Req : hệ số điều chỉnh điều tốc qui đổi cho HTĐ khu vực Req = 1 1 + + + R1 R2 Rn Đại lợng = ( + D) đợc gọi đặc tính đáp ứng tần số tổng hợp HTĐ Req bao gồm đặc tính điều chỉnh công suất turbine phụ tải PL f0 PG PD ∆PG = − ∆f R ∆L G ∆PL = D∆f ∆PG =− ∆f R ∆PD =D ∆f H×nh 14 Đáp ứng tần số tổng hợp hệ thống LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com §iỊu khiển tần số, công suất HTĐ liên kết 2.2.4 Xét hệ thống điện liên kết Xuất phát từ khái niệm điều khiển sơ cấp, ta thấy điều khiển sơ cấp HTĐ liên kết sai khác đáng kể so với điều khiển sơ cấp HTĐ độc lập, việc điều khiển chủ yếu dựa đặc tính điều tốc turbine Xét hai hệ thống điện kết nối với hệ thống có thiết bị điều khiển công suất turbine Giả thiết công suất tải hệ thống điện tăng lên lợng PL1, độ lệch tần số chế độ xác lập có giá trị nh hai HTĐ theo công thức sau: f = − ∆PL1 1 + + D1 + D2 R1 R2 Chøng minh: Xem xÐt cã sù thay đổi phụ tải L HTĐ ta có quan hÖ sau: ∆f1=∆f2=∆f − ∆f − ∆PTL12 − ∆PL1 = ∆f D1 = ∆fD1 R1 − ∆f − ∆PTL12 = ∆f D2 = ∆fD2 R2 Tõ c¸c phơng trình ta rút đợc: PTL12 ∆PL1 = ∆f ( + ∆PTL12 = ∆f ( + D1 ) R1 + D2 ) R2 Gi¶i hai phơng trình ta có: PL1 1 ( + D1 ) + ( + D2 ) R1 R2 − ∆PL1 ( + D2 ) R2 ∆PTL12 = 1 ( + D1 ) + ( + D2 ) R1 R2 + ∆PL1 ( + D2 ) R2 ∆PTL 21 = 1 ( + D1 ) + ( + D2 ) R1 R2 ∆F = Tõ phơng trình ta thấy độ lệch tần số chế độ xác lập tơng tự có thay đổi phụ tải khu vực Độ lệch công suất đờng dây liên kết phản ánh phân bổ điều tốc điều chỉnh công suất từ khu vực sang khu vực khác LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết Chú ý dấu độ lệch công suất đờng dây liên kết phụ thuộc vào độ lệch tần số mà xuất thay đổi công suất phu tải (hệ thống hc hƯ thèng 2) ∆Pm1 = − ∆f R1 G1 ∆PD1 = D1 ∆f ∆Pm = − ∆PTL1 ∆f R2 G2 ∆PTL2 ∆PD2 = D2 ∆PL Hình15: Tác động thay đổi tải HTĐ 2.3 Dự trữ sơ cấp Pgii hn P D tr s cp f0 Tn s Hình 16 Dự trữ công suất sơ cấp tổ máy F = - P Kj Nếu tổ máy i không tham gia vào điều chỉnh tần số (Ki = Pi = P0i) K j nhỏ F lớn Kết luận: Từ kết ta thấy cần thiết số tổ máy tham gia vào điều chØnh tÇn sè nhiỊu nhÊt 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết 2.4 Những yêu cầu điều khiển sơ cấp 2.4.1 Điều khiển sơ cấp bắt buộc Qua phân tích xét góc độ lới điều khiển sơ cấp bắt buộc Và giải pháp điều khiển đợc xem tốt thực đợc nh ngừng điều khiển sơ cấp 2.4.2 Điều khiển sơ cấp hủy bỏ giới hạn phụ tải Giới hạn tải ngăn cản việc điều chỉnh k*f, thao tác điều chỉnh theo k*f bị hủy bỏ giới hạn tải Ví dụ: Giả thiết ta có tổ máy với công suất danh định 200 MW hệ số trợt s = 4% ∆f ∆f f0 = 50 ⇒ ∆P = 100∆f S= P P 200 P0 Bây giả thiết tổ máy vận hành 100 MW giới hạn công suất 100 MW Nếu xuất tụt tần số (vÝ dơ 0.1 Hz), vỊ lý thut c«ng st míi sÏ lµ 100 + 100*∆f = 110 MW, nh−ng ràng buộc giới hạn tải nên thao tác điều chỉnh sơ cấp không thực đợc Cần ý tránh vận hành nhà máy với giới hạn tải gần với điểm đặt Nh giới hạn tải phải nằm phía trên, tùy thuộc vào loại nhà máy (càng cao, tốt) Tất nhiên giới hạn tải đợc sử dụng để bảo vệ tổ máy chống lại cân chính: Nếu nh tần số lớn xuất hiện, tổ máy khả đáp ứng đợc, nh giới hạn tải không đợc điều chỉnh 2.4.3 Điều chỉnh sơ cấp nhanh cành tốt Xét từ góc độ lới điều chỉnh sơ cấp nhanh, tốt Trong trờng hợp xuất cân phát tiêu thụ, thao tác điều chỉnh nhanh giảm đợc độ tụt tần số 2.4.4 Cần phải tránh dải chết vùng lọc Vùng chết tính lọc phải loại bỏ điều chỉnh sơ cấp nguồn gốc tính trễ điều khiển sơ cấp Phản ứng thiết bị nguồn gốc ổn định hệ thống điện 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết 2.4.5 Điều khiển sơ cấp phải thực tổ máy Yêu cầu chung tổ máy phải tham gia vào điều khiển sơ cấp với độ trợt nằm khoảng ữ 8%, với dự trữ sơ cấp 2.5 % Đặc biệt nhà máy chu trình hỗn hợp (CCPP) điều khiển sơ cấp phải thực phần (turbine gas turbine hơi) Điều chỉnh tần số thứ cấp 3.1 Khái niệm tự động điều khiển phát ®iƯn (AGC), ®iỊu khiĨn tÇn sè (LFC) NÕu cã biến động phụ tải mà ta dừng lại thao tác điều chỉnh sơ cấp tồn độ lệch tần số HTĐ theo đặc tính turbine đà trình bày Mục đích tự động điều khiển phát điện (Automatic Generation Control AGC) 1- Đa tần số trở lại giá trị định mức 2- Điều chỉnh luồng công suất trao đổi khu vực theo kế hoạch xác định Bằng cách điều chỉnh công suất máy phát lựa chọn, hai chức đợc xem nh điều khiển tải tần số load-frequency control (LFC) 3- Phân bổ lại lợng công suất thay đổi sè c¸c m¸y ph¸t nh»m tèi thiĨu hãa chi phí vận hành (Economic Dispatch Control - EDC) 3.2 Điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện cô lập Điều khiển thứ cấp cho tổ máy chọn K s Điểm đặt tải + K1 s ∆PL ∑ Governo Turbine ∆P’m + ∑ + + ∑ Governo Turbine Ms + D ∆ω ∆P’’m Tæ máy điều khiển sơ cấp K1 s 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com §iỊu khiển tần số, công suất HTĐ liên kết Hình 17: Khâu tích phân thêm vào cho tổ máy tham gia AGC - Trong HTĐ cô lập hay HTĐ liên kết không xét đến ràng buộc trao đổi công suất khu vực nhiệm vụ AGC khôi phục tần số giá trị danh định - Đại lợng độ lệch tần số đặc trng cho thay đổi công suất - Thực cách thêm tín hiệu đặt qua khâu tích phân vào điều tốc turbine tham gia vào AGC - Điều chỉnh tần số thứ cấp phải chậm sơ cấp để đảm bảo điều chỉnh sơ cấp đà đợc thực đảm bảo ổn định tần số - AGC điều chỉnh công suất máy phát theo đáp ứng tần số HTĐ từ khôi phục lại giá trị đặt tổ máy không tham gia vào AGC 3.3 Điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện liên kết 3.3.1 Khái niệm lỗi điều khiển khu vực (Area Control Error-ACE) - Sự thay đổi công suất HTĐ liên kết gây độ lệch tần số độ lệch luồng công suất trao đổi khu vực - Nhắc lại mục đích điều khiển tần số thứ cấp khôi phục độ lệch tần số đến không ®é lƯch lng c«ng st trao ®ỉi ®Õn kh«ng - Một cách có hiệu quả, ngời ta muốn nh có thay đổi tải khu vực thao tác điều chỉnh thứ cấp khu vùc mµ chØ cã ë khu vùc Khi có thay đổi tải khu vực làm xuất độ lệch công suất đờng dây liªn kÕt: + D2 ) − ∆PL1β R2 = = 1 β1 + β ( + D1 ) + ( + D2 ) R1 R2 − PL1 ( PTL12 Và độ lệch tần số: PL1 ∆f = − ( 1 + D1 ) + ( + D2 ) R1 R2 =− ∆PL1 β1 + β NÕu nh×n tõ khu vùc 2, sù thay đổi tải khu vực làm sai lệch luồng công suất đờng dây liên kết nhng ngợc với độ lệch nhìn từ khu vực 1, tức lµ: + D2 ) R2 ∆PL1β = = 1 β1 + β ( + D1 ) + ( + D2 ) R1 R2 ∆PL1 ( ∆PTL 21 khu vực nhận độ lƯch tÇn sè nh− khu vùc 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết Từ mối quan hệ nµy, ng−êi ta thÊy r»ng sư dơng träng sè β = ( + D2 ) cho R2 ®é lƯch tÇn sè cđa khu vùc (xem nh− hƯ số độ dốc đặc tính tần số), tín hiệu điều khiển thứ cấp đợc xem nh lỗi điều khiển khu vực (ACE) thêm độ lệch công suất đờng dây liên kết theo hệ số đặc tính tần số Nh vậy, khu vực 2, ACE là: ACE2 = PTL21+B2f đó: B2 = β = ( + D2 ) R2 Víi khu vùc ta cã ACE1 = ∆PTL12+B1∆f víi B = β1 = ( + D1 ) R1 3.3.2 Điều khiển tần số theo độ dốc đặc tính tần số đờng dây liên kết Trong thực tế để đạt đợc kết P = f = 0, hầu nh kết hợp lỗi điều khiển khu vực, lỗi bao gồm thành phần sai lệch tần số sai lệch đờng dây liên kết, chắn khôi phụ đợc độ lệch tần số độ lệch công suất đờng dây liên kết đến không Từ thực tế cho thấy khâu tích phân chắn giảm ACE đến không Ta cã thÓ viÕt: ACE1 = k1∆PTL12 + B1∆f = ACE2 = k2∆PTL21 + B2∆f = Do ®ã, ®èi với giá trị k1, k2, B1, B2 0, phơng trình nhận đợc PTL=0, f = độc lập với giá trị k1, k2, B1, B2 - Lùa chän ®é dèc cho hƯ sè ®é dốc điều khiển tần số: + B1 = 1,B2 = β2 ta cã: ACE1 = ∆PTL12 + B1∆f = − ∆PL1 (β + β ) β1 + β2 = - ∆PL1 ACE2 = ∆PTL21 + B2∆f = − ∆PL1 (− β + β ) β1 + β =0 - TÝn hiƯu ®iỊu khiĨn tû lƯ với ACE tích phân ACE 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết 3.3.3 Các phơng pháp ®iỊu khiĨn kh¸c - Ng−êi ta cã thĨ chän c¸c cặp giá trị khác B1, B2 từ có luật điều chỉnh khác - Một phơng thức điều khiển thỏa mÃn mục tiêu giao cho khu vực điều khiển độ lệch công suất đờng dây liên kết (gọi flat tie-line control) khu vực điều khiển tần số (gọi Flat Frequency Control) Trong điều khiển nh vậy, cho ta ACE1=k1∆PTL12 vµ ACE2=B2∆f 3.4 AGC cã nhiỊu khu vực - Khi có nhiều hai khu vực luật điều khiển không thay đổi - Tín hiệu điều khiển (ACE) gồm độ lệch tần số tổng độ lệch công suất đờng dây liên kết - Trong điều kiện vận hành không bình thờng có khu vực không đáp ứng đợc yêu cầu điều khiển tần số dự phòng máy phát không đủ, luồng công suất trao đổi đờng dây liên kết bị sai lệch 3.5 Điều chỉnh tần số có xét đến phân bố kinh tế (EDC) - Cùng với nhiệm vụ điều khiển tần số thực kế hoạch trao đổi công suất c¸c khu vùc, mét nhiƯm vơ rÊt quan träng cđa điều khiển thứ cấp phân bố lại lợng công suất phát cần thiết số nguồn phát có để nhằm tối thiểu giá thành vận hành bao gồm ảnh hởng tổn thất - Cơ sở lý thuyết toán vận hành kinh tế cân đặc tính gia tăng chi phí sản xuất Sự phối hợp đặc tính gia tăng chi phí Từ đặc tính vào chi phí nhiên liệu công suất phát, ta xây dựng đợc đặc tính gia tăng chi phí nh hình vẽ Vo dF/dP $/h $/MWhr Ra MW Ra MW Hình 18: Đặc tính chi phí suất tăng chi phí 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết Một cách đơn giản không dùng đến phép tính nhiều biến, sử dụng phơng pháp Lagrange với điểm chủ yếu cân gia tăng tải nhằm tối thiểu hóa chi phí vận hành chấp nhận đợc theo phân tích dới Giả thiết tổng phụ tải P đợc cung cấp hai máy phát Và máy phát mang lợng tải lần lợt P1và P2: P1 + P2 = P NÕu tỉng chi phÝ s¶n xt F đợc biểu diễn hàm phụ tải máy phát: F = F1(P1) + F2(P2) Đối với tổng phụ tải cố định P, có biến động tải máy phát phải ngợc dấu với biến đổi tải máy 2: P1 = - P2 Nh để tối thiểu hóa chi phí sản xuất , đạo hàm hàm chi phí theo biến P1 phải triệt tiêu tức là: dF ( P ) dF ( P ) dF =− 1 + 2 =0 dP1 dP1 dP1 dF1 ( P1 ) dF ( P ) dF ( P ) =− 2 = 2 dP1 dP1 dP2 bëi v× dP1 = -dP2 Từ phơng trình ta có: dF1 dF2 = = đợc xem nh tiêu chuẩn để dP1 dP2 phân bố phụ tải máy phát nhằm tối thiểu chi phí sản xuất Nó đợc gọi "Phơng trình phối hợp" Để thực mục tiêu thiết bị điều khiển thay đổi chi phí sản xuất đến giá trị đảm bảo tổng công suất máy phát riêng rẽ phát tổng công suất mong muốn Khi tổ máy độc lập liên hệ với hệ số thông qua đặc tính gia tăng chi phí tổ máy Trong thực tế sơ đồ điều khiển đảm nhận máy tính tơng tự dạng tích phân số tơng đơng Trong điều khiển tần số có xét đến phân bố kinh tế tín hiệu tỷ lệ tích phân lỗi điều khiển khu vực (ACE) thông qua phần điều chỉnh sơ cấp nhằm đa ACE không, ngời ta đa thêm tín hiệu đặt biểu diễn cho hệ số nhằm phân bố lại công suất tổ máy theo đặc tính gia tăng chi phí máy phát Tuy nhiên phơng thức điều khiển ngời ta dùng kênh cho nhà máy Và với sơ đồ điều khiển có số điểm bất lợi có lỗi đờng truyền tín hiƯu Cïng víi sù ph¸t triĨn cđa kü tht m¸y tính số đại tiến việc truyền liệu nh thiết bị thông tin đà ngµy cµng hoµn thiƯn 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết việc tự động điều khiển phát điện nh phân bố kinh tế máy phát đợc thực Trung tâm Điều độ Cùng với lỗi điều khiển khu vực, tải MW tổ máy đợc đo chuyển Trung tâm Điều độ, máy tính tính toán phân bố kinh tế cho tổ máy từ đa yêu cầu công suất phát cho tổ máy Với khâu tích phân có hệ số khuếch đại lớn nhằm đạt yêu cầu công suất máy phát cân với ACE cách liên tục gần nh tức thời, đảm bảo công suất phát với giá trị yêu cầu Bộ phận phân bố kinh tế đảm bảo tổng công suất yêu cầu đợc phân phối cách liên tục tức thời cho tổ máy tơng ứng với yêu cầu kinh tế hệ số tham gia điểm đặt Trong thông tin hệ số tham gia điểm đặt đợc tạo thông qua việc giải phơng trình phối hợp đà nêu trên, có xét đến ảnh hởng tổn thất cách gần Ngày ngời ta thờng sử dụng máy tính số ®Ĩ thùc hiƯn nhiƯm vơ nµy, víi viƯc thùc hiƯn tơng đối đặn thực theo chu kỳ ữ s Xuất phát từ ý tởng ngời ta phát triển sơ đồ điều khiển khác có sử dụng máy tính đại có cài đặt chơng trình nhằm tính toán thông sè cho ph©n bè kinh tÕ (hƯ sè tham gia, điểm đặt) gọi chơng trình vận hành kinh tế (Economic Dispatch Program) 3.6 Một số đặc điểm vận hành khác AGC - Tính lọc AGC - Giá trị giới hạn - Lựa chọn đáp ứng tần số - Tránh thao tác điều chỉnh không cần thiết - Vận hành tình trạng khẩn cấp Điều khiển tần số, công suất hệ thống điện Việt nam 4.1 Qui định điều khiển tần số HTĐ Việt Nam Tất tổ máy hệ thống điện Việt Nam có đặc tính điều chỉnh đợc đặt với độ dốc 4% Việc đặt độ dốc nh đà phân tích nhằm phân bố công suất phụ tải cho tổ máy theo khả phát tổ máy Theo dự thảo qui định điều chỉnh tần số tổ máy làm nhiệm vụ điều tần cấp I phải điều chỉnh công suất phát để giữ tần số nằm phạm vi 50 0.2 Hz Các tổ máy nhiệm vụ điều chỉnh tần số đợc phát theo mức tải với vùng chết điều chỉnh tần sè lµ 50 ± 0.5 Hz Trong hƯ thèng chØ có nhà máy thuỷ điện Hoà Bình có trang bị điều khiển công suất theo nhóm, nhằm phân bố công suất cho tổ máy vận hành điều chỉnh tần số hệ thống Tuy nhiên vùng chết dải điều 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết chỉnh tần số tổ máy mà đặc tính tần số hệ thống luôn nằm phạm vi 50 0.2 Hz Khi tần số giảm xuống dới 49.5 Hz nhng lớn 49 Hz, sau đà huy động hết công suất dự phòng mà tần số không 50Hz phải tiến hành sa thải phụ tải theo lịch cắt tải đà đợc định trớc Khi tần số giảm xuống dới 49 Hz (truờng hợp cố) hệ thống tự động chống cố, hệ thống sa thải phụ tải (F81) tiến hành đợt cắt tuỳ theo độ tụt tốc độ tụt tần số nhằm đa tần số hệ thống trở 50Hz 4.2 Tự động điều khiển phát điện (AGC) Theo thiết kế dự án SCADA/EMS Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia giai đoạn 2, nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, Trị An, Ialy Tuy nhiên nhà máy Ialy cha có thiết bị đầu cuối (RTU) nên có tổ máy nhà máy thuỷ điện Hoà Bình Trị An chức AGC điều khiển Khu vực ĐK khác Đờng dây liên kết Đờng dây liên kết Khu vực ĐK khác Tổ máy AGC điều khiển Tổ máy không AGC điều khiển Khu vực Điều khiển Tính toán điểm làm việc bản, hệ số tham gia đk cho nhà máy AGC Tính toán ACE SACE LFC Trờng hợp khẩn cấp? (SACE vợt giới hạn) No Cập nhật ED Độ lệch thời gian Trào lu mạch liên kết Kế hoạch phát điện cho tất tổ máy Độ lệch tần số Phát xung Tăng/giảm phút lần Tính toán MW đặt Yes + _ or giây lần Hình 19: Sơ đồ hƯ thèng AGC cho HT§ ViƯt Nam 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết 4.2.1 Nguyên tắc làm viƯc cđa hƯ thèng AGC TÝn hiƯu vµo cđa hƯ thống AGC bao gồm: - Trào lu công suất mạch liên kết - Độ lệch tần số hệ thống - Độ lệch thời gian Từ tín hiệu đầu vào chức AGC tính toán xác định lỗi điều khiển khu vực ACE, sau vào hệ số tham gia điều khiển tổ máy AGC để phát xung tăng/giảm đến tổ máy tơng ứng Khi lỗi điều khiển khu vực ACE không đổi dấu AGC phát xung điều khiển tổ máy trở điểm làm việc chức vận hành kinh tế đa Chức tính toán vận hành kinh tế đợc thực thời gian thực với chu kỳ thờng phút/lần 4.2.2 Các trạng thái vận hành AGC ON = AGC hoạt động bình thờng TOUT = AGC bị time out nguyên nhân sau: - ACE đợc tính theo phơng pháp cố định công suất trao đổi khu vực tie line bias, tất nguồn đo xa MW tối thiểu đờng dây liên kết bị phát đo xa bị lỗi dừng không quét liệu - ACE đợc tính toán theo phơng pháp giữ tần số không đổi (CF), giữ tần số không đổi có hiệu chỉnh thời gian Tie line bias, độ lệch tần số đo đợc bị phát đo xa bị lỗi dừng không quét liệu, nhập vào tay vợt ngỡng cảnh báo AGC - ACE đợc tính toán theo phơng pháp Tie line Bias giữ tần số không đổi với phơng pháp hiệu chỉnh thời gian thời gian đo đợc bị lỗi dừng không quét liệu, nhập vào tay - Không có tổ máy đợc điều khiển, có nghĩa tổ máy nµo vËn hµnh BASELOAD, RAMP, BASELOAD vµ REGULATING, SCHEDULE, ECONOMIC AUTOMATIC - Có tổ máy vận hành phơng thức BASELOAD REGULATING, nhng tổ máy vận hành phơng thức AUTOMATIC - ACE phơng thức điều khiển Pool liệu bị phát đo xa dừng không quét liÖu 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết SUSP = AGC bÞ dõng, nh−ng vÉn thùc hiƯn chøc giám sát điều khiển nguồn Phơng pháp tính toán lỗi điều khiển khu vực (ACE) - Phơng pháp tính toán ACE xác định cách tính toán lỗi điều khiển khu vực (ACE) Có phơng pháp tính toán lỗi điều khiển khu vực: - Giữ tần số không đổi (CF) = AGC điều khiển máy phát để giữ tần số không đổi giá trị mong muốn - Giữ công suất trao đổi không đổi (CNI) = AGC điều khiển phát điện để giữ công suất trao đổi khu vực giá trị định trớc - Tie line Bias (TLB) = Phơng pháp kết hợp hai phơng pháp Đối với phơng pháp này, AGC điều khiển phát điện để trì công suất trao đổi khu vực tần số hệ thống giá trị định trớc - Tie line Tie bias (TLTB) = phơng pháp kết hợp phơng pháp Tie line Bias hiệu chỉnh thời gian AGC điều khiển để trì công suất trao đổi, tần số hệ thống thời gian hệ thống giá trị định trớc - Giữ tần số không đổi víi hiƯu chØnh thêi gian (CFT) = AGC ®iỊu khiĨn phát điện để giữ tần số giá trị định trớc thời gian giá trị định trớc - Sản xuất điện không đổi (CPP) = AGC điều khiển phát điện để giữ giá sản xuất điện khu vực giá trị định trớc 4.2.3 Các chế độ làm việc tổ máy AGC Các phơng thức vận hành dới trạng thái điều khiển tổ máy phát điều khiển: UNAV (UNAVAILABLE) - phơng thức này, tổ máy dừng vận hành đợc Tổ máy điều khiển AGC đợc Chỉ có nhân viên vận hành tổ máy chuyển tổ máy từ phơng thức sang phơng thức AVAL có nhân viên vận hành chuyển tổ máy tõ ph−¬ng thøc UNAV sang ph−¬ng thøc AVAL AVAL (AVAILBLE) - phơng thức này, tổ máy off-line, có nghĩa máy cắt nối máy phát vào lới điện mở, công suất phát tổ máy thấp ngỡng tối thiểu thay đổi ngời lập trình/kỹ s nhng cần có thĨ chän on-line MANL (MANUAL) - ë ph−¬ng thøc này, tổ máy phát on-line nhng không AGC điều khiển Tổ máy phát AGC tự động chuyển vào phơng thức vận hành điều kiÖn sau: 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết - Khi tổ máy phơng thức AVAL phát công suất vợt qua ngỡng sai lệch tối thiểu - Khi phát ta tổ máy không đáp ứng theo lệnh điều khiển, có nghĩa tổ máy không bám theo điều khiển - Khi AGC trạng thái dừng hoạt động lâu thời gian thay đổi ngời lập trình/kỹ s sau lại đa vài trạng thái vận hành ON - Khi AGC điều khiển tổ máy phát đo đợc trạng thái đo xa lỗi, ngừng quét liệu nhập giá trị tay - Khi trạng thái điều khiển tổ máy thay đổi từ REMOTE sang LOCAL MAND (MANUAL-DISPATCH) - phơng thức này, tổ máy phát on-line, nhng không AGC điều khiển, điểm vận hành sở chức vận hành kinh tế (ED) đa AUTO (AUTOMATIC) - phơng thức này, tổ máy AGC điều khiển với mức tải dựa điểm sở vận hành kinh tế vµ hƯ sè tham gia vËn hµnh kinh tÕ chức vận hành kinh tế đa ra, tham gia vào việc điều chỉnh lỗi điều khiển khu vực theo hƯ sè ®iỊu khiĨn BASE (BASELOAD) - ë phơng thức này, tổ máy đợc điều khiển điểm vận hành ngời vận hành nhập chuyển đến điểm sở với tốc độ lớn Tổ máy lúc AGC điều khiển nhng không tham gia vào điều khiển lỗi điều khiển khu vực BREG (BASELOAD AND REGULATING) - phơng thức này, Tổ máy vận hành giống nh phơng thức vận hành BASE tham gia vào việc điều chỉnh lỗi ®iỊu khiĨn khu vùc theo hƯ sè tham gia giới hạn phạm vi điều chỉnh ngời vận hành nhập vào Khi ACE đợc giảm không, AGC chuyển tổ máy trở điểm vận hành RAMP (RAMP) - phơng thức này, Tổ máy AGC điều khiển chuyển đến điểm vận hành ngời vận hành nhập dựa sở thời gian bắt đầu thay đổi, tốc độ thay đổi, chế độ phát đích Khi đồng hồ thời gian với thời gian bắt đầu thay đổi công suất định trớc, AGC thay đổi chế độ phát đến møc mong mn ë tèc ®é thay ®ỉi ng−êi vận hành xác định Khi máy phát cần điều chỉnh đạt đến mức yêu cầu, AGC tự động chuyển tổ máy sang phơng thức BASE PUMP (PUMP) - Phơng thức điều khiển áp dụng cho tổ máy thuỷ điện Khi tổ máy phát phơng thức điều khiển khác (ngoại trừ UNAV) tự động chuyển sang phơng thức PUMP công suất phát thực tế nhỏ ngỡng âm Phơng thức điều khiển tổ máy tự động chuyển từ phơng thức PUMP sang MANL công suất phát thực tế vợt ngỡng tèi thiÓu 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết on-line Tổ máy phơng thức điều khiển nhận công suất từ hệ thống không AGC điều khiển ECON (ECONOMIC) - phơng thức này, AGC điều khiển công suất phát tổ máy điểm vận hành kinh tế sở Điểm vận hành kinh tế sở chức vận hành kinh tế tính đợc dùng tổ máy phơng thức vận hành Local, điểm sở nhận đợc từ trung tâm điều khiển khác AGC phơng thức Pool AGC giới hạn công suất tổ máy dải giới hạn điều chØnh Ng−êi vËn hµnh hƯ thèng cã thĨ chun tỉ máy On-line sang phơng thức vận hành xác định vận hành mức SCHEDULE (SCHD) - phơng thức này, AGC điều khiển công suất tổ máy đến điểm vận hành sở định trớc nh cung cấp kế hoạch vận hành SCHEDULE AND REGULATING (SREG) - phơng thức này, tổ máy phát vận hành mức với phơng thức SCHD trừ phân bố điều chỉnh lỗi điều khiển khu vực theo hệ số điều chỉnh AGC điều khiển công suất tổ máy đến điểm định trớc nh cung cấp kế hoạch vận hành thời TEST (TEST) - phơng thức vận hành này, ngời vận hành định nghĩa lệnh thử điều khiển khoảng thử Đối với tổ máy điều khiển theo kiểu setpoint, lệnh thử điều khiển MW setpoint Đối với tổ máy điều khiển xung, lệnh thư sÏ lµ chiỊu dµi xung cã dÊu, cã nghÜa là, dơng để tăng công suất âm để giảm công suất Khoảng thử nghiệm số chu kỳ AGC mà trình thử nghiệm lệnh điều khiển thử nghiệm đợc gửi đến phận điều khiển tổ máy Nếu phần điều khiển tách khỏi tổ máy, ngời vận hành thử thông mạch điều khiển cho tổ máy cách dùng phơng thức TEST Kết luận Qua phân tích ta thấy HTĐ đại chia làm cấp điều chỉnh tần số khác nhau, cấp nhanh đợc thực tổ máy mà chủ yếu dựa đặc tính điều tốc Tuy nhiên cấp điều chỉnh mang tính cục không xét đến tổng thể hệ thống Cấp điều khiển đợc thực mức nhà máy, nhiên cấp mang tính cục bộ, thao tác điều khiển thờng không đa đợc tần số 50Hz không điều khiển đợc luồng công suất trao đổi khu vực Cấp thứ hai tự động điều khiển phát điện (AGC) nhằm phân bố lại công suất máy phát đáp ứng yêu cầu điều khiển theo độ lệch tần số theo độ lệch công suất đờng dây liên kết ACE nhng cha xét đến tính kinh tế Cùng với việc phát triển kỹ thuật máy tính công nghệ thông tin, ngời ta sử dụng máy tính riêng để tính toán phân bố lại công suất phát tổ máy cho chi phí sản xuất nhỏ nhất, có xét đến ảnh hởng tổn thất cách gần 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết xét đến ràng buộc lới qua module tính tối u trào lu công suất (ED-Economic Dispatch) Nh cấp điều khiển thờng thực nhà máy, cấp thứ hai thực khu vực Trung tâm điều độ nhng thờng đợc thực Trung tâm Điều độ Quèc gia 23 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết Tài liệu tham khảo L văn út Phõn tích điều khiển chế độ hệ thống điện hợp nhất(Bài giảng chuyên đề nâng cao cho lớp kỹ sư vận hành đường dây 500 kV), Hà nội 1993 P KUNDUR Power System stability and control, McGraw-Hill, Inc EDF Load Frequency control lecture Paul De Mello Power and Frequecy Control lecture In Australia, Power Technology Inc., USA Egil Eriksson Frequency Control and Reserves, IVO Energy, Finland 24 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com .. .Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ, CÔNG SUẤT TRONG HTĐ LIÊN KẾT Đặt vấn đề Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, đờng dây, trạm biến áp thể thống Chất lợng điện đợc... luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết on-line Tổ máy phơng thức điều khiển nhận công suất từ hệ thống không AGC điều khiển ECON (ECONOMIC) - phơng thức này, AGC điều khiển công suất. .. ứng tần số tổng hợp hệ thèng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Điều khiển tần số, công suất HTĐ liên kết 2.2.4 Xét hệ thống điện liên kết Xuất phát từ khái niệm điều khiển