Giáo trình Điều khiển tần số và công suất

Giáo trình Điều khiển tần số và công suất thông tin đến các bạn những kiến thức điều chỉnh tần số sơ cấp; điều chỉnh tần số thứ cấp; điều chỉnh tần số có xét đến phân bố kinh tế; điều khiển tần số và công suất hệ thống điện Việt Nam.

Cơng ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ VÀ CÔNG SUẤT Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 MỤC LỤC I Đặt vấn đề Tại phải điều khiển tần số: a Đối với hộ tiêu thụ: b Đối với hệ thống điện: Nguyên nhân thay đổi tần số không cân sản xuất tiêu thụ: Tự động điều chỉnh tần số hệ thống điện: II Điều chỉnh tần số sơ cấp Nguyên tắc điều khiển: .5 1.1 Một số khái niệm bản: 1.2 Điều chỉnh công suất máy phát: 1.3 Xét hệ thống điện cô lập: 10 1.4 Xét hệ thống điện liên kết: .13 Định nghĩa điều chỉnh tần số sơ cấp .14 Dự trữ sơ cấp 15 Những yêu cầu điều khiển sơ cấp: .16 a Điều khiển sơ cấp bắt buộc: 16 b Điều khiển sơ cấp hủy bỏ giới hạn phụ tải: 16 c Điều chỉnh sơ cấp nhanh cành tốt : 16 d Cần phải tránh dải chết vùng lọc: 16 e Điều khiển sơ cấp phải thực tổ máy: 17 III Điều chỉnh tần số thứ cấp 17 Khái niệm tự động điều chỉnh máy phát AGC, điều khiển tần số LFC: 17 Điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện cô lập: 18 Điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện liên kết : 19 a Khái niệm lỗi điều khiển khu vực (Area Control Error - ACE): .19 b Điều khiển tần số theo độ dốc đặc tính tần số đường dây liên kết: 20 c Các phương pháp điều khiển khác: 21 AGC có nhiều khu vực: 21 IV Điều chỉnh tần số có xét đến phân bổ kinh tế (EDC) 22 V Điều khiển tần số công suất hệ thống điện Việt Nam 24 Quy định điều khiển tần số hệ thống điện Việt Nam 24 Tự động điều khiển phát điện (AGC) 26 a Nguyên tắc làm việc hệ thống AGC 26 b Các trạng thái vận hành AGC .27 c Các chế độ làm việc tổ máy AGC 28 VI Kết luận 31 Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 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 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 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 Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia Cơng ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 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 không cân sản xuất tiêu thụ: • 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… Tự động điều chỉnh tần số hệ thống điện: Trước hết ta xét trường hợp đơn giản nhất: máy phát khơng có điều chỉnh: • Moment phát động Turbine (Cm) tỷ lệ với tần số • Moment cản (Ca) phụ thuộc vào phụ tải biến tỷ lệ nghịch Đường đặc tính phụ tải máy phát ngược Một chế độ xác lập ban đầu xác định sau: Moment Đặc tính tải Đặc tính tuabin M 0- 0 Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia M Tốc độ Công ty nhiệt điện Na Dương Hinh Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Đặc tính điều chỉnh máy phát phụ tải Khi khơng có thao tác điều chỉnh bước tăng phụ tải chuyển điểm làm việc lên M1 Coi đường cong tuyến tính quanh M0 ta có: Ca F = − Ca Fo Trong đó:  hệ số tự điều chỉnh hệ thống Vấn đề đặt trường hợp tự điều chỉnh ∆F q lớn để khơng chấp nhận cần thiết phải có điều chỉnh sơ cấp 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 Bộ điều tốc Governor Hinh G Tải PL Máy phát cung cấp cho tải lập Trong đó: Pm: Công suất Pe: Công suất điện PL: Công suất tải a Đáp ứng máy phát có thay đổi phụ tải Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia Cơng ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 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 xác định từ phương trình cân cơng suất máy phát Tm + - Hs  r Pm + - Hs r Pe Te 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 cơng 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 +  PL - Ms D r Pm +  - Ms + D r PL Hinh Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 c Đặc tính điều tốc: Có thể chia hai điều tốc điển hình • Bộ điều tốc có đặc tính điều chỉnh khơng đổi: Valve/ cửa nước Pe Hơi nước Tuabin Y + Tích phân Hinh G r -K r  - Tốc độ đặt 0 Sơ đồ điều tốc đẳng tốc f n (Pu) P1 Hinh • P2 Cơng suất vị trí Valve/cửa nước (pu) Đặc tính điều chỉnh điều tốc có tốc độ cố định - Luôn giữ tần số cố định với mức cơng suất phát - Khơng dùng có máy phát trở lên Bộ điều tốc với đặc tính điều chỉnh có độ dốc: - Có thể sử dụng có hai tổ máy phát điện trở lên - Điều chỉnh tốc độ (tần số) có độ lệch Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia Công ty nhiệt điện Na Dương Hơi nước Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Valve/cửa nước Tuabin Y Tích phân Pe G +   G ∆r G -K Tốc độ đặt 0 R Sơ đồ điều tốc turbine có đặc tính điều chỉnh dốc Hinh − Dr 1 + sTG R TG = Y KR Sơ đồ khối rút gọn điều tốc tuabin Hinh f n (Pu) NL 0=f0 f= FL P 1.0 Hinh Công suất vị trí Valve/cửa nước (pu) Đặc tính điều chỉnh tĩnh điều tốc hoạt động với độ dốc Trong R: Được xác định tỷ số độ lệch tần số độ lệch cơng suất phát ra, đặc trưng cho việc điều chỉnh tốc độ có độ trượt R xác định theo biểu thức sau: R(%) = Phantram_ thay _ doi _ tan so _ hay _ tocdo  100 Phantram_ thay _ doi _ congsuat_ Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia Công ty nhiệt điện Na Dương R= Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009  NL −  FL 100 0 NL: Tốc độ xác lập không tải FL: Tốc độ xác lập đầy tải 0: Tốc độ định mức • Ý nghĩa giá trị R: - Thường lấy khoảng  % theo kinh nghiệm - Hệ thống điện Phần Lan lấy 6% - Việc xác định giá trị R xuất phát từ dự phịng quay, cơng suất đỉnh - Giá trị thay đổi theo hàng năm 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 P2 Công suất Tổ máy P1 Cơng suất Hinh 10 Đặc tính độ 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 Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 • 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 Hơi nước Valve/cửa Tuabin Y Tích phân Điểm đặt tải Pe G -K   G ∆ G r + Tốc độ đặt 0 R  f(Hz) f(Hz) 53 50 50 47 50 % 100 % Thay đổi độ dốc 50 % 100 % Thay đổi điểm đặt Hinh 11 Tác động việc thay đổi đặc tính điều chỉnh 1.3 Xét hệ thống điện cô lập: Chúng ta xem xét phản ứng hệ thống điện độc lập có thay đổi phụ tải với tác động điều tốc tuabin Hình 12 biểu diễn 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 hệ thống điện điều chỉnh tốc độ, công suất sơ cấp tuabin Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 10 Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 f(Hz) 51 Pgen3 50 Pgen2 49 Pgen1 50 % 100 % Thay đổi điểm đặt Điều chỉnh tần số thứ cấp thay đổi công suất tuabin theo biến đổi tần số hệ thống Điều chỉnh tần số thứ cấp tự động điều chỉnh tần số thực trực ban vận hành thực Điều khiển tần số thứ cấp hệ thống điện cô lập:  Điều khiển thứ cấp cho tổ máy chọn K − s − + K1 s PL  - P'm Governor Turbine + Ms + D   + Điểm đặt tải +  Governor Turbine P"m Tổ máy điều khiển sơ cấp K − s  Hinh 16 Khâu tích phân thêm vào cho tổ máy tham gia AGC Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 18 Cơng ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 • Trong HT điện cô lập hay HT điện liên kết không xét đến ràng buộc trao đổi công 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 cơng 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 cơng suất trao đổi khu vực • Nhắc lại mục đích điều khiển tần số thứ cấp khôi phục độ lệch tần số đến không độ lệch trào lưu công suất trao đổi đến khơng • 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: PTL12   − PL1  + D2   R2  = − PL1 = 1    1 +   + D1  +  + D2   R1   R2  Và độ lệch tần số: Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 19 Công ty nhiệt điện Na Dương f = − Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 PL1 PL1 =− 1 +  1     + D1  +  + D2   R1   R2  Nếu nhìn từ khu vực 2, thay đổi tải khu vực làm sai lệch trào lưu công suất đường dây liên kết mgược với độ lệch nhìn từ khu vực 1, tức là:   PL1  + D2  P   R2  PTL 21 = = L1 1    1 +   + D1  +  + D2   R1   R2  khu vực nhận độ lệch tần số khu vực   + D2   R2  Từ mối quan hệ này, người ta thấy sử dụng trọng số  =  cho độ lệch tần số khu vực (xem hệ số độ dốc đặc tính tần số), tín hiệu điều khiển thứ cấp xem lỗi điều khiển khu vực (ACE) thêm độ lệch công suất đường dây liên kết theo hệ số đặc tính tần số Như vậy, khu vực 2, ACE là: ACE2 = ΔPTL21+B2Δf đó:   B2 =  =  + D2   R2  Với khu vực ta có ACE1 = ΔPTL12 + B1Δf với 1  B1 = 1 =  + D1   R1  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 Từ thực tế cho thấy khâu tích phân chắn giảm ACE đến khơng Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 20 Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Ta viết: ACE1 = k1ΔPTL12 + B1Δf = ACE2 = k2ΔPTL21 + B2Δf = Do đó, cÁc giá trị k1, k2, B1, B2  0, phương trình nhận ΔPTL=0, Δf = độc lập với giá trị k1, k2, B1, B2 * Lựa chọn độ dốc cho hệ số độ dốc điều khiển tần số: + B1 = 1,B2 = 2 ta có: ACE1 = ΔPTL12 + B1Δf = − PL1 (  +  ) = - ΔPL1 1 +  ACE2 = ΔPTL21 + B2Δf = − PL1 (−  +  ) = 1 +  * Tín hiệu điều khiển tỷ lệ với ACE tích phân ACE 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 AGC có nhiều khu vực: • Khi có nhiều hai khu vực luật điều khiển khơng thay đổi • Tín hiệu điều khiển (ACE) gồm độ lệch tần số tổng độ lệch công suất đường dây liên kết • Trong điều kiện vận hành khơng bình thường có khu vực khơng đáp ứng yêu cầu điều khiển tần số dự phòng máy phát không đủ, trào lưu công suất trao đổi đường dây liên kết bị sai lệch Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 21 Cơng ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 IV Điều chỉnh tần số có xét đến phân bổ kinh tế (EDC) • Cùng với nhiệm vụ điều khiển tần số thực kế hoạch trao đổi công suất khu vực, nhiệm vụ quan trọng điều khiển thứ cấp phân bổ lại lượng công suất phát cần thiết số nguồn phát có để nhằm tối thiểu giá thành vận hành bao gồm ảnh hưởng tổn thất • Cơ sở lý thuyết tốn vận hành kinh tế cân đặc tính gia tăng chi phí sản xuất Giả thiết có hai máy phát điện cung cấp công suất P1 P2 cho phụ tải P: P1 + P2 = P Và tổng chi phí sản xuất điện F biểu diễn hàm số phụ tải máy phát: F = F1(P1) + F2(P2) Đối với tổng phụ tải cố định P, biến động tải máy phát phải ngược dấu với biến đổi tải máy 2: P1 = -P2 Như để tối thiểu hóa chi phí sản xuất điện, 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 dP1 = -dP2 Từ phương trình ta có: dF1 dF2 = =  xem tiêu chuẩn dP1 dP2 để phân bổ phụ tải máy phát nhằm tối thiểu chi phí sản xuất Nó gọi “Phương 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 Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 22 Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009  thơng qua đặc tính gia tăng chi phí tổ máy Trong thực tế sơ đồ điều khiển máy tính tương tự tích phân số đảm nhận Trong điều khiển tần số có xét đến phân bổ kinh tế ngồi tín hiệu tỷ lệ tích phân lỗi điều khiển khu vực (ACE) thông qua phần điều chỉnh sơ cấp nhằm đưa ACE không, người ta cịn đưa thêm tín hiệu đặt biểu diễn cho hệ số  nhằm phân bổ lại công suất tổ máy theo đặc tính gia tăng chi phí máy phát Tuy nhiên phương thức điều khiển người ta dùng kênh  cho nhà máy Và với sơ đồ điều khiển có số điểm bất lợi có lỗi đường truyền tín hiệu Cùng với phát triển kỹ thuật máy tính số đại tiến việc truyền liệu thiết bị thơng tin ngày hồn thiện việc tự động điều chỉnh máy phát phân bổ kinh tế máy phát thực Trung tâm Điều độ Cùng với lỗi điều khiển khu vực, tải MW tổ máy đo chuyển Trung tâm Điều độ, máy tính tính tốn phân bổ kinh tế cho tổ máy từ đưa u cầu cơng 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 tức thời, đảm bảo công suất phát với giá trị yêu cầu Bộ phận phân bổ kinh tế đảm bảo tổng công suất yêu cầu phân phối cách liên tục tức thời cho tổ máy tương ứng với yêu cầu kinh tế hệ số tham gia điểm đặt Trong thơng tin hệ số tham gia điểm đặt tạo thơng qua việc giải phương trình phối hợp nêu trên, có xét đến ảnh hưởng tổn thất cách gần Ngày người ta thường sử dụng máy tính số để thực nhiệm vụ này, với việc thực tương đối đặn thực theo chu kỳ 24s Xuất phát từ ý tưởng người ta phát triển nên sơ đồ điều khiển khác có sử dụng máy tính đại có cài đặt chương trình nhằm tính tốn thơng số cho phân bổ kinh tế (hệ số tham gia, điểm đặt) gọi chương trình điều độ kinh tế (Economic Dispatch Program) Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 23 Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 V Điều khiển tần số công suất hệ thống điện Việt Nam Quy định điều khiển tần số hệ thống điện Việt Nam "Quy trình Xử lý cố hệ thống điện quốc gia" quy định điều chỉnh tần số sau: Tần số HTĐ Quốc gia phải luôn trì mức 50 Hz với dao động 0,2 Hz Trường hợp HTĐ chưa ổn định cho phép làm việc với độ lệch tần số 0,5 Hz Tất tổ máy hệ thống điện Việt Nam có đặc tính điều chỉnh đặt với độ dốc 4% Việc đặt độ dốc phân tích nhằm phân bố cơng suất phụ tải cho tổ máy theo khả phát tổ máy "Quy trình Xử lý cố hệ thống điện quốc gia" quy định điều chỉnh tần số sơ cấp thứ cấp sau: Điều chỉnh tần số sơ cấp trình điều chỉnh tức thời thực số lượng lớn tổ máy có phận điều chỉnh cơng suất tua bin theo biến đổi tần số Điều chỉnh tần số thứ cấp trình điều chỉnh tự động điều chỉnh tần số sơ cấp thực số tổ máy phát quy định cụ thể nhằm đưa tần số trở lại giá trị danh định Điều chỉnh tần số HT điện quốc gia chia thành ba cấp: Điều chỉnh tần số cấp I điều chỉnh điều chỉnh công suất tổ máy phát điện quy định trước nhằm trì tần số HTĐ mức 500,2Hz; Điều chỉnh tần số cấp II điều chỉnh điều chỉnh công suất tổ máy phát điện quy định trước nhằm đưa tần số HTĐ giới hạn 500,5 Hz; Điều chỉnh tần số cấp III điều chỉnh can thiệp KSĐH HTĐ để đưa tần số HTĐ vận hành ổn định theo quy định hành đảm bảo phân bổ kinh tế công suất phát NMĐ Theo 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 khơng có nhiệm vụ điều chỉnh tần số phát theo mức tải với vùng điều chỉnh điều chỉnh tần số 500.5 Hz Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 24 Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 PHỤ LỤC 1: SƠ ĐỒ PHÂN CẤP ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ HỆ THỐNG ĐIỆN 48.5 49 49.5 49.8 50 50.2 Vùng điều chỉnh nhà máy điều tần cấp 50.5 51 Vùng điều chỉnh nhà máy điều tần cấp Vùng điều chỉnh nhà máy điều tần cấp Vùng điều chỉnh nhà máy điều tần cấp Vùng tần số dao động cho phép Tự khởi động theo tần số Tự động cắt tổ máy Tự động sa thải phụ tải theo tần số Tác động Kỹ sư điều hành HTĐ QG 48.5 49 49.5 Tác động Kỹ sư điều hành HTĐ QG 49.8 50 50.2 50.5 51 Trong hệ thống có nhà máy thuỷ điện Hồ Bình có trang bị điều khiển cơng suất theo nhóm, nhằm phân bố cơng suất cho tổ máy vận hành điều chỉnh tần số hệ thống Tuy nhiên vùng chết dải điều chỉnh tần số tổ máy mà đặc tính tần số hệ thống luôn nằm phạm vi 500.2Hz Khi tần số giảm xuống 49.5 Hz mà hết khả điều chỉnh nhà máy điện điều tần cấp I II, KSĐH HTĐ QG phải lệnh khởi động thêm tổ máy trạng thái dự phòng kể khách hàng Việc lựa chọn tổ máy huy động phải xét đến khả đáp ứng nhanh tổ máy tính tối ưu khai thác nguồn HT điện Trong trường hợp tần số tiếp tục giảm, đe dọa đến dộ hoạt động ổn định HT điện quốc gia phải tiến hành sa thải phụ tải theo quy định Khi tần số giảm xuống 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 đưa tần số hệ thống trở 50Hz  Ngược lại, trường hợp tần số hệ thống lớn 50,5 Hz ĐĐQG có quyền lệnh ngừng dự phòng số tổ máy, sau xét đến an tồn hệ thống, tính kinh tế, điều kiện kỹ thuật khả huy động lại Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 25 Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 Tự động điều khiển phát điện (AGC) Theo thiết kế dự án SCADA/EMS Trung tâm Điều độ HT điện quốc gia giai đoạn 2, nhà máy thuỷ điện Hồ Bình, Trị An, Ialy Tuy nhiên nhà máy Ialy chưa đấu nối thiết bị đầu cuối (RTU) nên có tổ máy nhà máy thủy điện Hồ Bình Trị An chức AGC điều khiển Khu vực điều khiển khác Khu vực điều khiển khác Đường dây liên kết Đường dây liên kết Tổ máy AGC không điều khiển  KHU VỰC ĐIỀU KHIỂN Kế hoạch phát điện cho tất tổ máy Tính tốn điểm làm việc bản, hệ số tham gia điều khiển cho nhà máy AGC ED Phát xung tăng giảm Độ lệch thời gian Độ lệch tần số Trào lưu liên kết LFC Tính tốn ACE SACE Trường hợp khẩn cấp? (SACE vượt giới hạn) No Cập nhật phút lần Tổ máy AGC điều khiển Tính tốn MW đặt Yes + or  − giây lần Hinh 17 Sơ đồ hệ thống AGC cho HT điện Việt Nam a Nguyên tắc làm việc hệ thống AGC Tín hiệu vào hệ thống AGC bao gồm: Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 26 Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 • Trào lưu cơng suất mạch liên kết • Độ lệch tần số hệ thống • Độ lệch thời gian Từ tín hiệu đầu vào chức AGC tính tốn 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 tương ứng Khi lỗi điều khiển khu vực ACE khơng đổi dấu AGC phát xung điều khiển tổ máy trở điểm làm việc chức vận hành kinh tế đưa Chức tính tốn vận hành kinh tế thực thời gian thực với chu kỳ thường phút/lần b Các trạng thái vận hành AGC ON = AGC hoạt động bình thường TOUT = AGC bị time out ngun nhân sau: • ACE tính theo phương pháp cố định công suất trao đổi khu vực tie line bias, tất nguồn đo xa MW tối thiểu đường dây liên kết bị phát đo xa bị lỗi dừng khơng qt liệu • ACE tính tốn theo phương pháp giữ tần số khơng đổi (CF), giữ tần số khơng đổi có hiệu chỉnh thời gian Tie line bias, độ lệch tần số đo bị phát đo xa bị lỗi dừng không quét liệu, nhập vào tay vượt ngưỡng cảnh báo AGC • ACE tính tốn theo phương pháp Tie line Bias giữ tần số không đổi với phương pháp hiệu chỉnh thời gian thời gian đo bị lỗi dừng không quét liệu, nhập vào tay • Khơng có tổ máy điều khiển, có nghĩa khơng có tổ máy vận hành BASELOAD, RAMP, BASELOAD REGULATING, SCHEDULE, ECONOMIC AUTOMATIC • Có tổ máy vận hành phương thức BASELOAD REGULATING, khơng có tổ máy vận hành phương thức AUTOMATIC Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 27 Công ty nhiệt điện Na Dương • Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 ACE phương thức điều khiển Pool liệu bị phát đo xa dừng không quét liệu SUSP = AGC bị dừng, thực chức giám sát điều khiển nguồn Phương pháp tính tốn lỗi điều khiển khu vực (ACE) Phương pháp tính tốn ACE xác định cách tính tốn lỗi điều khiển khu vực (ACE) Có phương pháp tính tốn lỗi điều khiển khu vực: • Giữ tần số khơng đổi (CF) = AGC điều khiển máy phát để giữ tần số khơng 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 trước • Tie line Bias (TLB) = Phương pháp kết hợp hai phương pháp Đối với phương pháp này, AGC điều khiển phát điện để trì công suất trao đổi khu vực tần số hệ thống giá trị định trước • Tie line Tie bias (TLTB) = phương pháp kết hợp phương pháp Tie line Bias hiệu chỉnh thời gian AGC điều khiển để trì cơng suất trao đổi, tần số hệ thống thời gian hệ thống giá trị định trước • Giữ tần số khơng đổi với hiệu chỉnh thời gian (CFT) = AGC điều khiển phát điện để giữ tần số giá trị định trước thời gian giá trị định trước • Sản xuất điện không đổi (CPP) = AGC điều khiển phát điện để giữ giá sản xuất điện khu vực giá trị định trước c Các chế độ làm việc tổ máy AGC Các phương thức vận hành trạng thái điều khiển tổ máy phát điều khiển: • UNAV (UNAVAILABLE) - phương thức này, tổ máy dừng vận hành Tổ máy điều khiển AGC Chỉ có nhân viên vận hành tổ máy chuyển tổ máy từ Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 28 Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 phương thức sang phương thức AVAL có nhân viên vận hành chuyển tổ máy từ phương thức UNAV sang phương thức AVAL • AVAL (AVAILBLE) - phương thức này, tổ máy off -line, có nghĩa máy cắt nối máy phát vào lưới điện mở, công suất phát tổ máy thấp ngưỡng tối thiểu thay đổi người lập trình /kỹ sư cần chọn on -line • MANL (MANUAL) - phương thức này, tổ máy phát on -line không AGC điều khiển Tổ máy phát AGC tự động chuyển vào phương thức vận hành điều kiện sau: - Khi tổ máy phương thức AVAL phát công suất vượt qua ngưỡng sai lệch tối thiểu - Khi phát ta tổ máy không đáp ứng theo lệnh điều khiển, có nghĩa tổ máy khơng bám theo điều khiển - Khi AGC trạng thái dừng hoạt động lâu thời gian thay đổi người lập trình/kỹ sư sau lại đưa vài trạng thái vận hành ON - Khi AGC điều khiển tổ máy phát đo 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) - phương thức này, tổ máy phát on -line, không AGC điều khiển, điểm vận hành sở chức vận hành kinh tế (ED) đưa • AUTO (AUTOMATIC) - phương thức này, tổ máy AGC điều khiển với mức tải dựa điểm sở vận hành kinh tế hệ số tham gia vận hành kinh tế chức vận hành kinh tế đưa ra, tham gia vào việc điều chỉnh lỗi điều khiển khu vực theo hệ số điều khiển • BASE (BASELOAD) - phương thức này, tổ máy điều khiển điểm vận hành người vận hành nhập chuyển đến điểm sở Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 29 Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 với tốc độ lớn Tổ máy lúc AGC điều khiển không tham gia vào điều khiển lỗi điều khiển khu vực • BREG (BASELOAD AND REGULATING) - phương thức này, Tổ máy vận hành giống phương thức vận hành BASE cịn tham gia vào việc điều chỉnh lỗi điều khiển khu vực theo hệ số tham gia giới hạn phạm vi điều chỉnh người vận hành nhập vào Khi ACE giảm không, AGC chuyển tổ máy trở điểm vận hành • RAMP (RAMP) - phương thức này, Tổ máy AGC điều khiển chuyển đến điểm vận hành người 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 trước, AGC thay đổi chế độ phát đến mức mong muốn tốc độ thay đổi người vận hành xác định Khi máy phát cần điều chỉnh đạt đến mức yêu cầu, AGC tự động chuyển tổ máy sang phương thức BASE • PUMP (PUMP) - Phương thức điều khiển áp dụng cho tổ máy thuỷ điện Khi tổ máy phát phương thức điều khiển khác (ngoại trừ UNAV) tự động chuyển sang phương thức PUMP công suất phát thực tế nhỏ ngưỡng âm Phương thức điều khiển tổ máy tự động chuyển từ phương thức PUMP sang MANL công suất phát thực tế vượt ngưỡng tối thiểu on -line Tổ máy phương thức điều khiển nhận công suất từ hệ thống không AGC điều khiển • ECON (ECONOMIC) - phương 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 dùng tổ máy phương thức vận hành Local, điểm sở nhận từ trung tâm điều khiển khác AGC phương thức Pool AGC giới hạn công suất tổ máy dải giới hạn điều chỉnh Người vận hành hệ thống chuyển tổ máy On -line sang phương thức vận hành xác định vận hành mức Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 30 Công ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 • SCHEDULE (SCHD) - phương thức này, AGC điều khiển công suất tổ máy đến điểm vận hành sở định trước cung cấp kế hoạch vận hành • SCHEDULE AND REGULATING (SREG) - phương thức này, tổ máy phát vận hành mức với phương 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 trước cung cấp kế hoạch vận hành thời • TEST (TEST) - phương thức vận hành này, người 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 thử chiều dài xung có dấu, có nghĩa là, dương để tăng cơng suất âm để giảm công suất Khoảng thử nghiệm số chu kỳ AGC mà trình thử nghiệm lệnh điều khiển thử nghiệm gửi đến phận điều khiển tổ máy Nếu phần điều khiển tách khỏi tổ máy, người vận hành thử thơng mạch điều khiển cho tổ máy cách dùng phương thức TEST VI 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 cơng 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 công suất phát tổ máy cho chi phí sản xuất nhỏ nhất, có xét đến ảnh hưởng tổn thất cách gần ngồi cịn xét đến ràng buộc lưới qua module tính tối ưu trào lưu cơng suất (ELD-Economic Load Dispatch) Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 31 + Đặc tuabin PL + Đặc tuabin tính Cơng ty nhiệt điện Na Dương Khóa đào tạo nhân viên vận hành 2009 tính TÀI LIỆU THAM KHẢO GS - TS Lã Văn Út Phân tích điều khiển chế độ hệ thống điện hợp (Bài giảng chuyên đề nâng cao cho kỹ sư vận hành đường dây 500 kV), Ha Noi 1993 P KUNDUR Power System stability and control, McGraw-Hill, Inc EDF Load Frequency control lecture Paul De Mello Power & Frequency Control lecture in Australia, Power Technology Inc., USA Egil Eriksson Frequency Control and Reserves, IVO Energy, Finland Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia 32 ... đặt Điều chỉnh tần số thứ cấp thay đổi công suất tuabin theo biến đổi tần số hệ thống Điều chỉnh tần số thứ cấp tự động điều chỉnh tần số thực trực ban vận hành thực Điều khiển tần số thứ cấp hệ... định điều chỉnh tần số sơ cấp thứ cấp sau: Điều chỉnh tần số sơ cấp trình điều chỉnh tức thời thực số lượng lớn tổ máy có phận điều chỉnh cơng suất tua bin theo biến đổi tần số Điều chỉnh tần số. .. cấp: Điều chỉnh tần số cấp I điều chỉnh điều chỉnh công suất tổ máy phát điện quy định trước nhằm trì tần số HTĐ mức 500,2Hz; Điều chỉnh tần số cấp II điều chỉnh điều chỉnh công suất tổ máy phát