II. Vai trò của điều chỉnh tần số trong hệ thống điện
1. Điều chỉnh sơ cấp
Điều chỉnh sơ cấp là quá trình tăng lượng nước vào turbine khi tần số giảm. Kết thúc quá trình điều chỉnh sơ cấp, tần số máy phát vẫn nhỏ hơn tần số quy định, do lượng công suất phát lên không bù hoàn toàn được độ gia tăng công suất phụ tải. Theo đặc tính (H 2.3a) thì khi phụ tải tăng, công suất máy phát tăng lên P1 > P0 ,điểm làm việc di chuyển từ A→ A1 và tần số mới là f1 < fđm. Từ công thức trên ta thấy độ gia tăng công suất phát ứng với độ giảm tần số Δf là:
0 ax / . m f f P P Bp ∆ ∆ = 2 . Điều chỉnh thứ cấp
Đó là quá trình đặt lại công suất của tổ máy làm đường đặc tính di chuyển từ đường (1) sang đường (2). Điểm làm việc sau cùng là A’ với tần số là f0 và công suất
phát là P2.
Từ phương trình đặc tính của turbine, ta có: f = f0 + Bp(P0 - P)
Vì f0 luôn không đổi (f0 = 50Hz), do đó thấy rằng bản chất của việc điều chỉnh thứ cấp là đặt lại giá trị P0.
Như vậy, bằng việc điều chỉnh sơ cấp và thứ cấp, công suất phát của tổ máy tăng lên để đáp ứng phụ tải và vẫn giữ được tần số ban đầu.
Điều chỉnh sơ cấp được thực hiện ở tất cả các nhà máy điện, còn điều khiển thứ cấp chỉ có ở một số nhà máy. Điều khiển thứ cấp có thể thực hiện bằng tay hay tự động.
Trong thực tế quá trình điều chỉnh sơ cấp và thứ cấp xảy ra đồng thời. Khi phụ tải của hệ thống tăng lên tất cả các nhà máy có điều chỉnh tốc độ, tự động tăng công suất phát của mình lên để bù vào phụ tải. Sau đó các nhà máy điều tần sẽ tăng công suất phát để đảm bảo phần phụ tải tăng lên, các nhà máy còn lại vẫn giữ nguyên công suất ban đầu để hệ thống duy trì ở tần số định mức.
III.3 Các nguyên tắc điều chỉnh tần số
- Phương pháp 1: Bộ điều tốc điều chỉnh với đặc tính điều chỉnh không đổi (hình
2.3b).
Đặc điểm của phương pháp này là luôn giữ được tần số cố định ứng với mọi mức công suất phát, nên chỉ dùng cho các tổ máy làm việc trên lưới độc lập. Lưu ý, không làm việc được với hệ thống có từ 2 máy phát trở lên vì máy phát này sẽ quá tải nếu tổ máy này có công suất bé.
- Phương pháp 2: Bộ điều tốc điều chỉnh với đặc tính điều chỉnh có độ dốc:
Như ta đã biết phụ tải trong hệ thống có 2 thành phần, một phụ thuộc vào tần số gồm: Động cơ, quạt... và phần còn lại không phụ thuộc vào tần số gồm: các điện trở, lò nhiệt... do đó khi thay đổi tần số thì sẽ tồn tại một lượng ∆Pω, từ phần trăm giữa hai loại phụ tải trên Pt và Pω trong hệ thống kết hợp với công suất dự phòng quay trong hệ thống cũng như công suất đỉnh người ta đưa ra đặc tính máy phát có độ dốc ký hiệu là Bp được đặt cho tất cả các máy phát làm việc song song trên lưới. Bp có giá trị từ 0 ÷ 10%:
Việt Nam: Chọn Bp=4%
Nga, Phần Lan: Chọn Bp=6%... tùy vào sự phát triển nền công nghiệp của mỗi nước.
Hình 2.4: Đặc tính điều chỉnh độ dốc
SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 29 1.0 ∆P Hz (Pu) fđt fkt fđm ∆f P
Ý nghĩa của việc đặt các tổ máy cùng 1 giá trị Bp là để đảm bảo phân chia tỉ lệ công suất tương ứng cho từng máy phát khi chúng làm việc song song tránh quá tải cho máy phát bé khi có sự biến động về tần số .
Để minh hoạ về ý nghĩa của đặc tính độ dốc của các tổ máy làm việc trong hệ thống, ta xem ví dụ sau:
Hình 2.5: Phân bố công suất khi máy phát làm việc song song
Xem hình 2.5 ta thấy với hai tổ máy làm việc song song với công suất định mức của mỗi tổ máy khác nhau M1 > M2 làm việc với đặc tính độ dốc Bp1 = Bp2 = Bp ⇒
khi ta đặt cùng độ dốc thì khi có biến động về tần số ∆f thì tổ máy 2 thay đổi ∆P2 <
∆P1, phần công suất gánh thêm của mỗi máy tỷ lệ với công suất của mỗi máy. - Bộ điều tốc làm việc với đặc tính điều chỉnh điểm đặt:
Việc điều chỉnh tần số thực hiện bằng cách di chuyển lên hoặc xuống đường đặc tính điều chỉnh, đây là phương pháp được áp dụng trong các máy phát làm việc trong hệ thống điện. Tác động của phương pháp điều chỉnh cho ta 1 họ các đường đặc tính song song nhau.
Hình 2.6: Đặc tính điều chỉnh thay đổi điểm đặt
Tổ máy 2 (bp2) ∆P 1 Hz Tổ máy 1 (bp1) Công suất ra Công suất ra ∆P 2 ∆f 100% f (Hz) 50% 47 50 53 Thay đổi điểm đặt P
III.4 Quá trình điều chỉnh tần số theo phụ tải
Để khảo sát được quá trình điều chỉnh tần số theo phụ tải ở các nhà máy điện, ta
đặt chung hai đường biểu diễn đặc tính tần số phụ tải (1) và đặc tính điều chỉnh của
turbine (2) trên cùng một hệ toạ độ (hình 2.7).
Hình 2.7: Quá trình điều chỉnh tần số theo phụ tải
Ban đầu điểm làm việc là A ứng với công suất phát Po và tần số f đm. Giả sử phụ tải tăng một lượng là ΔP do đóng thêm các thiết bị tiêu thụ điện, tương ứng với sự dịch chuyển đặc tính tần - phụ tải từ (2) → (3). Tại thời điểm ban đầu, do công suất phát không thể tăng lên đột ngột, do đó tần số giảm xuống thấp f2. Phụ tải tăng, tần số giảm và bộ điều tốc bắt đầu làm việc nhằm tăng công suất phát lên. Ở điểm B ta có sự cân bằng mới ứng với tần số f1 < f đm. Quá trình điều chỉnh sơ cấp dừng lại. Sở dĩ tần số giảm xuống f1 vì lượng công suất phát ΔPF < ΔP. Trong giai đoạn này thì tất cả các máy phát có điều chỉnh tốc độ đều tự động tăng công suất phát của mình lên. Khi phụ tải của hệ thống giảm thì quá trình diễn biến ngược lại và cuối cùng tần số cao hơn định mức.
Để đưa tần số về định mức các nhà máy điều tần trong hệ thống tăng công suất phát lên. Đó chính là dịch chuyển đặc tính điều chỉnh của turbine từ (1) sang (4). Lúc này, điểm làm việc là C, tần số đạt giá trị định mức vì công suất phát bù hoàn toàn công suất phụ tải tăng lên.
III.5 Quá trình thay đổi công suất đặt của tổ máy
Mỗi tổ máy của nhà máy thường có khả năng phát nhiều giá trị công suất khác nhau. Khi tổ máy đang làm việc, muốn thay đổi lượng công suất phát (chủ động) thì yêu cầu tần số trong quá trình thay đổi đó chỉ được dao động trong phạm vi cho phép. Xét quá trình thay đổi công suất từ P1 sang P2 như hình 2.8:
Hình 2. 8: Quá trình thay đổi công suất đặt của tổ máy
Ban đầu điểm làm việc là A ứng với lượng công suất phát ra là P1. Khi có yêu cầu tăng lượng công suất lên P2 thì điểm làm việc không di chuyển ngay sang đường (2). Vì công suất phát ra không thể thay đổi nhảy cấp (do các van không di chuyển tức thời) và tần số chỉ được dao động trong phạm vi cho phép, do đó điểm làm việc di chuyển sang điểm A’ trên đường đặc tính (1’). Công suất của một tổ máy nhỏ hơn nhiều công suất của hệ thống nên lượng gia tăng công suất này làm tần số ít biến đổi. Lượng công suất gia tăng khi chuyển sang đặc tính (1’) là ΔP’. Sau đó công suất đặt lại tiếp tục tăng lên, đặc tính turbine dời sang 1”, công suất gia tăn là ΔP”. v.v…Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi lượng công suất phát ra đạt được là P2 và đặc tính turbine đổi sang đường (2).
Như vậy quá trình thay đổi công suất phát thực chất là quá trình đặt lại liên tiếp nhiều giá trị công suất kế tiếp nhau. Đó là kết quả của quá trình điều chỉnh sơ cấp và thứ cấp của turbine.
