Bài giảng vận hành và điều khiển hệ thống điện chương 4 (phần 1) võ ngọc điền

VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN Chương Phần Điều khiển tần số HTĐ * Khi công suất phụ tải biến đổi dẫn đến biến đổi thông số chế độ Sự biến đổi tần số chủ yếu biến đổi công suất tác dụng * Để tần số không vượt phạm vi cho phép, phải không ngừng điều chỉnh CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt * Để điều chỉnh tần số phải điều chỉnh công suất tác dụng nguồn điện Chú ý: tần số mang tính chất toàn hệ thống nên cần điều chỉnh công suất tác dụng phát vài nhà máy điều tần Sơ đồ điều khiển tần số điện áp máy phát CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt * Điều kiện cần để điều chỉnh tần số công suất nguồn điện phải lớn công suất yêu cầu phụ tải * Điều kiện đủ phải có thiết bị điều chỉnh công suất * Để điều chỉnh tần số dùng phương pháp thay đổi tốc độ quay tuabin * Hệ thống điều chỉnh tần số dựa sở đóng mở van điều tiết lượng khí đưa vào tuabin CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt * Ảnh hưởng thay đổi tần số: Nếu tần số xuống thấp khoảng 45-46 Hz có nguy xảy tượng suy tần Tần số tự động suy giảm nhà máy nhiệt điện khả phát công suất, dẫn đến ổn định hệ thống Hiện tượng nguy hiểm làm tan rã hệ thống Đặc tính điều chỉnh tốc độ tuabin Khả điều chỉnh công suất tuabin tốc độ quay thay đổi xác định bởi: - Độ dốc đặc tính điều chỉnh điều chỉnh tốc độ - Đặc tính trình bày hình 6.1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hình 6.1 Ví dụ: tần số giảm từ fđm đến f1, công suất phát tăng từ PF2 đến PF1, công suất tăng đến công suất định mức công suất hạn chế dù tần số có tiếp tục giảm công suất không tăng thêm Nguyên tắc điều chỉnh tốc độ * Khi tần số biến đổi, công suất tuabin biến đổi theo hướng phục hồi tần số ban đầu * Sau tần số phục hồi điều chỉnh cố định khác hệ thống, công suất phát tuabin lại trở giá trị ban đầu 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt * Điều chỉnh công suất có tính chất tạm thời nhằm khắc phục phần biến đổi tần số * Khả biến đổi công suất theo tần số hay khả ổn định tần số tuabin xác định độ dốc đặc tính điều chỉnh 11 Độ dốc đặc tính điều chỉnh định nghóa biểu thức: KF = − ∆PF ∆f ÷ PFdm f dm (6.1) Trong đó: ∆ PF = PF − PF ∆f = f − f dm Hệ số điều chỉnh tốc độ gọi độ dốc hay độ phụ thuộc 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Từ (6.1) ta suy mối quan hệ độ biến đổi công suất độ biến đổi tần soá: ∆PF = − PFdm K F P ∆f ∆f = − Fdm f dm R f dm (6.2) Trong thực tế: KF = 15 – 25 (đối với tuabin hơi) KF = 25 – 50 (đối với tuabin thủy điện) 13 Đặc tính công suất theo tần số phụ tải: Hình 6.2 Khi thay đổi số lượng thiết bị dùng điện, tức thay đổi công suất yêu cầu phụ tải Ví dụ: fđm tăng công tần số định mức suất yêu cầu phụ tải đặc tính dịch chuyển lên ∆P có đặc tính số hình 6.2 lên (xuống) song song theo tung độ 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt * Độ dốc đặc tính tónh phụ tải: (6.3) Trong đó: Ppt công suất yêu cầu phụ tải tần số định mức 15 Từ (6.3), ta suy mối quan hệ độ biến đổi công suất phụ tải độ biến đổi tần số: (6.4) Trong thực tế, Kpt = – 2,5 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Quá trình điều chỉnh tần số: Quá trình điều chỉnh tần số gồm ba giai đoạn: Điều chỉnh cấp hay điều chỉnh tốc độ (điều chỉnh sơ cấp), thiết bị tự động điều chỉnh tốc độ máy phát tự động thực hiện, giữ tần số giá trị chấp nhận 17 Điều chỉnh cấp hay điều chỉnh tần số, điều độ viên thực tự động thực nhờ thiết bị tự động điều chỉnh tần số Đưa tần số giá trị định mức miền độ lệch cho phép tùy thuộc hệ thống điều tần sử dụng 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Điều chỉnh cấp nhằm mục đích phân bố lại công suất nhà máy điện theo điều kiện kinh tế 19 a Điều chỉnh cấp 1: Xét hệ thống điện đơn giản bao gồm máy phát phụ tải Để xét, ta đặt đặc tính máy phát đặc tính tónh phụ tải lên đồ thị hình 6.3 F Phụ tải ~ 20 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 7: Một nhà máy điện gồm nhóm máy phát với tổ máy có thông số sau: Máy phát I PF (MW) 200 Số lượng KF 19 II 150 17,5 III 100 17 45 - Tổng phụ tải: 850 MW Kpt = 1,5 - Phụ tải đột ngột tăng thêm 90 MW Hãy xác định độ lệch tần số hệ thống khi: a Không có điều tốc b Có điều chỉnh tần số với tham gia tất máy phát c Chỉ có nhóm I nhóm II tham gia điều tần 46 23 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt b Điều chỉnh cấp 2: Xét hệ thống đơn giản gồm máy phát phụ tải Để xét ta đặt đặc tính máy phát đặc tính tónh phụ tải lên đồ thị hình 6.4 Hình 6.4 47 Điều chỉnh cấp trình tăng công suất máy phát điện điều tần lên để đưa tần số trở định mức (hoặc phụ tải giảm giảm công suất phát), thực tay tự động 48 24 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tăng công suất phát thực cách tăng thêm vào tuabin mở rộng thêm cửa nước thủy điện Đó trình dịch chuyển đặc tính công suất phát đến đường (hình 6.4), tần số fđm khôi phục, công suất phụ tải yêu cầu thêm ∆P đáp ứng hoàn toàn 49 Trong hệ thống điện nhỏ thường có một vài tổ máy làm nhiệm vụ điều tần, máy phát khác có đặt tự động điều chỉnh tốc độ tham gia điều chỉnh tốc độ Khi phụ tải tăng, nhà máy tạm thời tăng thêm công suất nhờ điều chỉnh tốc độ 50 25 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Sau trình điều tần bắt đầu, tần số tăng lên tổ máy lại tự động giảm công suất phát Khi trình điều tần kết thúc tổ máy lại phát công suất trước có tăng yêu cầu phụ tải 51 Toàn công suất yêu cầu thêm nhà máy có điều tần đảm nhiệm Khi yêu cầu phụ tải giảm, trình xảy tương tự, tổ máy có điều chỉnh tốc độ tạm thời giảm công suất phát để giữ tần số Sau trình điều chỉnh tần số chúng phát lại cũ, tổ máy điều tần giảm công suất để đáp ứng phụ tải 52 26 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nếu tất tổ máy có tự dộng điều chỉnh tần số điều kiện định kết hợp điều tần phân bố tối ưu công suất Nếu không điều chỉnh cấp phải thực tay sau điều chỉnh cấp hoàn thành 53 * Tính toán điều chỉnh tần số cấp 2: Để điều chỉnh tần số, tổ máy điều tần phải có phạm vi điều chỉnh công suất ∆P đủ lớn hai phía, nghóa công suất phát PF phải thỏa mãn điều kiện: 54 27 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Trong PFmax PFmin giới hạn công suất tổ máy, hình 6.5 Hình 6.5 Tốc độ điều chỉnh công suất tổ máy phải đáp ứng tốc độ biến thiên phụ tải tổng hệ thống điện 55 Phạm vi điều chỉnh xác định theo điều kiện sau: Khi phụ tải tổng hệ thống điện biến đổi nhanh nhất, phạm vi điều chỉnh phải đảm bảo trì tần số giới hạn cho phép, điều độ viên kịp thi hành biện pháp tăng công suất nhà máy, khôi phục lại phạm vi điều chỉnh Thời gian ước chừng 10 phút 56 28 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phạm vi điều chỉnh gồm hai phần: * Một phần sử dụng điều chỉnh sơ cấp công suất biến đổi điều chỉnh tốc độ ∆P’đc (vì tổ máy điều tần tham gia vào trình điều tốc ban đầu) 57 * Phần thứ hai phạm vi cần thiết cho điều chỉnh cấp ∆P”đc Với Trong đó: PFđm KF công suất định mức độ dốc tổ máy điều tần (hoặc nhà máy điều tần) ∆fcp trị tuyệt đối độ lệch tần số cho phép 58 29 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt •Nếu thay: •Ta có: Độ dốc tổ máy điều tần thường cao tổ máy lại để điều chỉnh sơ cấp tổ máy điều tần nhận nhiều phụ tải tổ máy khác 59 Thành phần ∆P”đc xác định gần theo biểu thức: Trong đó: n tốc độ biến thiên tương đối lớn phụ tải thời gian 10 phút; n thường lấy 0,05; nghóa phụ tải tăng 5% 10 phút 60 30 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt * Thành phần thứ vế phải công suất yêu cầu thêm 10 phút * Thành phần thứ hai vế phải phần công suất tăng thêm hệ thống tần số cho phép điều tốc 61 Tổ máy điều tần phải đảm bảo phần thiếu để giữ tần số phạm vi cho phép Sau ta có: 62 31 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài tập (tiếp theo) Bài 8: Xác định phạm vi điều chỉnh cần thiết tổ máy điều tần với điều kiện: ∆fcp = - 0,1Hz, KF = KFht = 10; Kpt = 1; Kdt = 1,05; n = 0,05; m = 0,1 63 Hướng dẫn giải tập Áp dụng công thức sau: Phần sử dụng điều chỉnh sơ cấp: Phần sử dụng điều chỉnh cấp 2: Cuối cùng, để điều chỉnh tần số tổ máy điều tần phải có phạm vi điều chỉnh công suất là: 64 32 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 9: Hệ thống điện gồm tổ máy, đó: tổ máy có PFđm = 100 MW KF = 15 Các tổ máy lại có PFđm = 200 MW, KF = 15 Phụ tải có công suất Ppt = 700 MW Kpt = 1,5 Thực điều chỉnh cấp phụ tải tăng thêm 70 MW, cho tần số không vượt 0,2Hz so với tần số định mức Biết m=0,1; n =0,05 65 Điều chỉnh cấp 3: Mục đích điều chỉnh cấp phân bố lại công suất theo điều kiện tối ưu Khi xảy dao động công suất phụ tải, hệ thống điện phải làm hai nhiệm vụ: thay đổi công suất phát nhà máy điện để trì tần số mức bình thường, đồng thời giữ phân bố công suất tổ máy theo điều kiện tối ưu, cho chi phí sản xuất nhỏ 66 33 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Thoạt trông, dường hai nhiệm vụ thực đồng thời trình điều chỉnh cấp 2, tức thực điều chỉnh tần số tổ máy phát điện mà phụ tải chúng cần biến đổi theo điều kiện kinh tế Tuy nhiên thực tế không cho phép làm 67 Trong thực tế có hai trình biến đổi phụ tải xếp chồng lên nhau, là: * Quá trình biến đổi chậm tổng phụ tải * Quá trình dao động không ngẫu nhiên phụ tải 68 34 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Kinh nghiệm vận hành cho thấy có hai loại dao động phụ tải: •* Dao động nhanh có biên độ 0,1 đến 0,5% thời gian đến 10s •* Dao động chậm có biên độ 0,5 đến 1,5% số phút 69 Thiết bị điều chỉnh cấp không kịp tác động với dao động nhanh đến 10s phụ tải (điều chỉnh cấp tác động chậm khoảng 30 đến 40s để đảm bảo ổn định điều chỉnh cấp cấp 2) Điều chỉnh cấp tác động với dao động chậm đến 10 phút 70 35 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Trong hệ thống điện lớn công suất tổ máy đến 5% công suất phụ tải hệ thống, dao động 1% tương ứng với 50 đến 20% công suất tổ máy Biến đổi nhanh 20 đến 50% công suất hai phía không hợp lý kinh tế, tổ máy công suất không lớn làm bảo đảm chất lượng điều chỉnh tốt 71 Vì lý đó, đại phận trường hợp, hợp lý tách phân bố tối ưu công suất tổ máy khỏi trình điều chỉnh cấp gọi trình điều chỉnh cấp Quá trình phân bố tối ưu công suất thực chậm hơn, ví dụ: người ta kiểm tra lại phân bố công suất sau 15 đến 20 phút sau tổng công suất biến đổi đến 4% 72 36 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Sẽ có nhiều nhà máy điện tham gia điều chỉnh cấp điều chỉnh có chất lượng cao, đồng thời độ lệch công suất tổ máy khỏi giá trị tối ưu không lớn Trong điều chỉnh tần số, cho công suất chỉnh định PCi công suất tối ưu công suất tổ máy điều tần dao động gần quanh giá trị tối ưu 73 Nếu kiểm tra lại phân bố công suất sau 15 đến 20 phút lần lúc thay đổi công suất chỉnh định PCi điều chỉnh cấp thực tay Còn kiểm tra theo độ biến đổi công suất từ công suất tính độ lệch tần số thời gian điện tương ứng tiến hành kiếm tra theo độ lệch tần số thời gian điện 74 37 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... https://fb.com/tailieudientucntt Để tính điều chỉnh tần số hệ thống điện cần biết đặc tính điều chỉnh chung toàn hệ thống điện Giả thiết hệ thống điện có n máy phát điện, máy phát có đặc tính điều chỉnh KFi công... khi: a Không có điều tốc b Có điều chỉnh tần số với KF = 18 c Có điều chỉnh tần số với 70% công suất tham gia điều tốc Biết công suất dự trữ nóng hệ thống 350 MW 43 Bài 6: Hệ thống điện có tổ máy...* Để điều chỉnh tần số phải điều chỉnh công suất tác dụng nguồn điện Chú ý: tần số mang tính chất toàn hệ thống nên cần điều chỉnh công suất tác dụng phát vài nhà máy điều tần Sơ đồ điều khiển