Phương pháp điều chỉnh tần số trong hệ thống điện

Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp là một thể thống nhất. Chất lượng điện năng được đánh giá bởi hai thông số kỹ thuật là điện áp và tần số. Trong đó điện áp có tính chất cục bộ, tần số mang tính hệ thống hay nói cách khác là tần số có giá trị như nhau tại mỗi nút trong hệ thống điện. Độ lệch tần số ảnh hưởng đến hoạt động của tất cả các thiết bị trong hệ thống điện. Nước ta cũng như hầu hết các nước trên thế giới đều sử dụng dòng điện với tần số 50Hz, trừ Mỹ và một phần nước Nhật là sử dụng dòng điện tần số 60Hz.

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN I Đặt vấn đề Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp thể thống Chất lượng điện 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 nút hệ thống điện Độ lệch tần số ảnh hưởng đến hoạt động tất thiết bị hệ thống điện Nước ta hầu giới sử dụng dòng điện với tần số 50Hz, trừ Mỹ phần nước Nhật sử dụng dòng điện tần số 60Hz Lý điều khiển tần số: a Đối với hộ tiêu thụ: Khi có thay đổi tần số gây số hậu xấu vì: - Các thiết bị thiết kế tối ưu tần số định mức Biến đổi tần số dẫn đến giảm suất làm việc thiết bị - Làm giảm hiệu suất thiết bị ví dụ động cơ, thiết bị truyền động - Ảnh hưởng đến chất lượng trình sản xuất b Đối với hệ thống điện: - Biến đổi tần số ảnh hưởng đến hoạt động thiết bị tự dùng nhà máy điện, có nghĩa ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện Tần số suy giảm dẫn đến ngừng số bơm tuần hoàn nhà máy điện, tần số giảm nhiều dẫn đến ngừng tổ máy - Thiết bị tối ưu hóa tần số 50 Hz, đặc biệt thiết bị có cuộn dây từ hóa máy biến áp - Làm thay đổi trào lưu công suất hệ thống Tần số giảm thường dẫn đến tăng tiêu thụ công suất phản kháng, đồng nghĩa với thay đổi trào lưu công suất tác dụng tăng tổn thất đường dây truyền tải - Tính ổn định khối tuabin máy phát Nguyên nhân thay đổi tần số - Ngày tuần - Giờ ngày - Ảnh hưởng thời tiết (nhiệt độ, độ ẩm, mây mưa v.v ) - Chính sách giá theo ngày - Những biến cố đặc biệt ví dụ chương trình TV, v.v - Những yếu tố ngẫu nhiên… II Điều chỉnh tần số sơ cấp (Primary Frequency Control) Nguyên tắc điều khiển: 1.1 Một số khái niệm bản: Để tìm hiểu khái niệm ta xét trường hợp đơn giản máy phát cấp cho phụ tải độc lập theo hình vẽ đây: Valve/cửa Hơi nước Pe Tuabin G Tải PL Bộ điều tốc Governor Hinh Máy phát cung cấp cho tải lập Trong đó: Pm: Cơng suất Pe: Công suất điện PL: Công suất tải a Đáp ứng máy phát có thay đổi phụ tải Khi có thay đổi phụ tải, cơng suất điện máy phát thay đổi gây chênh lệch moment điện moment trục máy phát kết sai lệch tốc độ, độ lệch xác định từ phương trình cân công suất máy phát Tm +  Hs r Te Pm +  Hs r Pe Hinh 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: Phụ tải hệ thống điện coi tập hợp thiết bị điện Trong có phụ tải khơng thay đổi công suất theo tần số chiếu sáng, phát nhiệt có phụ tải với cơng suất mang đặc tính phụ thuộc vào tần số động cơ, quạt, máy bơm v.v Khi có thay đổi phụ tải ta biểu diễn theo biểu thức 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 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 thường giá trị D từ 12% Nếu giá trị D = tần số thay đổi 1% tải thay đổi 2% Pm +  Ms - - Pm + r - D PL Ms  D  r PL Hinh Sơ đồ khối hàm truyền mô tả mối quan hệ giữ mô men độ lệch tần số d Vận hành máy phát song song Máy phát vận hành song song hệ thống điện với giá trị R: - Cùng tham gia điều chỉnh - Điều chỉnh theo khả tổ máy f (Hz) f0 f f1 Tổ máy Tổ máy P1 P2 Cơng suất Cơng suất Hinh Đặc tính độ dốc tần số 1.2 Điều chỉnh công suất máy phát: - Mối quan hệ tốc độ phụ tải điều chỉnh nhờ đưa thêm điểm đặt phụ tải - Tác động điều chỉnh cho ta họ đường đặc tính điều chỉnh song song - Việc điều chỉnh tần số thực cách di chuyển lên xuống đặc tính điều chỉnh Valve/cửa Hơi nước Tuabin G Y Tích phân -K +   ∆r Điểm đặt tải  R Pe Tốc độ đặt 0 f(Hz) f(Hz) 53 50 50 47 50 % 100 % Thay đổi độ dốc 50 % 100 % Thay đổi điểm đặt Hinh Tác động việc thay đổi đặc tính điều chỉnh Những yêu cầu điều khiển sơ cấp: a Điều khiển sơ cấp bắt buộc: Qua phân tích xét góc độ lưới điều khiển sơ cấp bắt buộc Và giải pháp điều khiển xem tốt thực ngừng điều khiển sơ cấp b 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 c Điều chỉnh sơ cấp nhanh cành tốt : Xét từ góc độ vận hành lưới điện điều chỉnh sơ cấp nhanh, tốt Trong trường hợp xuất cân phát điện tiêu thụ điện, thao tác điều chỉnh nhanh giảm độ tụt tần số d 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 e Điều khiển sơ cấp phải thực tổ máy: Yêu cầu chung tổ máy phải tham gia vào điều khiển sơ cấp với độ trượt nằm khoảng 28%, với dự trữ sơ cấp 2.5 % Đặc biệt nhà máy điện chu trình hỗn hợp (CC) điều khiển sơ cấp phải thực phần chu trình - tuabin (fired gasturbine and unfired steam) Chính đặc điểm điều chỉnh sơ cấp dẫn đến nhu cầu điều chỉnh tần số thứ cấp III Điều chỉnh tần số thứ cấp (Secondary Frequency Control) Điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện cô lập:  Điều khiển thứ cấp cho tổ máy chọn  K1 s  K1 s PL - + Governor  - P'm Turbine + Ms  D   + Điểm đặt tải + Governor  Turbine P"m - K  s Tổ máy điều khiển sơ cấp  Hinh Khâu tích phân thêm vào cho tổ máy tham gia AGC - Trong HT điện cô lập hay HT điện liên kết không xét đến ràng buộc trao đổi cơng suất khu vực nhiệm vụ AGC khơi phục tần số giá trị danh định - Đại lượng độ lệch tần số đặc trưng 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 thực  đảm bảo ổn định tần số - AGC điều chỉnh công suất máy phát theo đáp ứng tần số HT điện từ khơi phục lại giá trị đặt tổ máy không tham gia vào AGC Điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện liên kết : a Khái niệm lỗi điều khiển khu vực (Area Control Error - ACE): - Sự thay đổi công suất HT liên kết gây độ lệch tần số độ lệch trào lưu công suất trao đổi khu vực - Nhắc lại mục đích điều khiển tần số thứ cấp khơi phục độ lệch tần số đến không độ lệch trào lưu công suất trao đổi đến không - Một cách có hiệu quả, người ta muốn có thay đổi tải khu vực khơng có thao tác điều chỉnh thứ cấp khu vực mà có khu vực - Khi có thay đổi tải khu vực làm xuất độ lệch công suất đường dây liên kết b Điều khiển tần số theo độ dốc đặc tính tần số đường dây liên kết: Trong thực tế để đạt kết ΔP = Δf = 0, kết hợp lỗi điều khiển khu vực, lỗi bao gồm thành phần sai lệch tần số sai lệch đường dây liên kết, chắn khôi phục độ lệch tần số độ lệch công suất đường dây liên kết đến không c Các phương pháp điều khiển khác: - Người ta chọn cặp giá trị khác B1, B2 từ có luật điều chỉnh khác - Một phương thức điều khiển thỏa mãn mục tiêu giao cho khu vực điều khiển độ lệch công suất đường dây liên kết (gọi flat tie - line control) khu vực điều khiển tần số (gọi Flat Frequency Control) Trong điều khiển vậy, cho ta ACE1 = k1ΔPTL12 ACE2 = B2Δf IV Kết luận Qua phân tích ta thấy HT điện đại chia làm cấp điều chỉnh tần số khác nhau, cấp nhanh thực tổ máy mà chủ yếu dựa đặc tính điều tốc Tuy nhiên cấp điều chỉnh mang tính cục khơng xét đến tổng thể hệ thống Cấp thứ hai tự động điều chỉnh máy phát (AGC) nhằm phân bổ lại công suất máy phát đáp ứng yêu cầu điều khiển theo độ lệch tần số theo độ lệch công suất đường dây liên kết ACE chưa xét đến tính kinh tế Cấp thứ ba tự động điều chỉnh máy phát có xét đến tính kinh tế trào lưu công suất đường dây liên kết Cùng với việc phát triển kỹ thuật máy tính cơng nghệ thơng tin, người ta sử dụng máy tính riêng để tính tốn phân bổ lại cơng suất phát tổ máy cho chi phí sản xuất nhỏ nhất, có xét đến ảnh hưởng tổn thất cách gần cịn xét đến ràng buộc lưới qua module tính tối ưu trào lưu công suất (ELD-Economic Load Dispatch)  ... dốc tần số 1.2 Điều chỉnh cơng suất máy phát: - Mối quan hệ tốc độ phụ tải điều chỉnh nhờ đưa thêm điểm đặt phụ tải - Tác động điều chỉnh cho ta họ đường đặc tính điều chỉnh song song - Việc điều. .. bảo điều chỉnh sơ cấp thực  đảm bảo ổn định tần số - AGC điều chỉnh công suất máy phát theo đáp ứng tần số HT điện từ khơi phục lại giá trị đặt tổ máy không tham gia vào AGC Điều khiển tần số. .. đến nhu cầu điều chỉnh tần số thứ cấp III Điều chỉnh tần số thứ cấp (Secondary Frequency Control) Điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện cô lập:  Điều khiển thứ cấp cho tổ máy chọn  K1 s