1.2. Các phƣơng pháp sa thải phụ tải đang áp dụng
1.2.1.1. Sa thải phụ tải dƣới tần số (Under Frequency Load Shedding UFLS)
Tần số danh định của hệ thống điện Việt Nam là 50 Hz đối với tất cả các cấp điện áp. Ở các chế độ vận hành của HTĐ, tần số được phép dao động ở một phạm vi định trước như trong Bảng 1.1.
Trong vận hành bình thường, tần số được phép dao động trong phạm vi 50 Hz ± 0,2 Hz. Trong trường hợp HTĐ có sự cố đơn lẻ, tần số được phép dao động trong phạm vi 50 Hz ± 0,5 Hz.
Bảng 1.1. Phạm vi dao động tần số của HTĐ Việt Nam
Chế độ vận hành của HTĐ Dãy tần số cho phép
Vận hành bình thường 49,8 Hz ÷ 50,2 Hz
Sự cố đơn lẻ 49,5 Hz ÷ 50,5 Hz
Trong trường hợp HTĐ Quốc gia bị sự cố nhiều phần tử, sự cố nghiêm trọng hoặc trong trạng thái khẩn cấp, cho phép tần số hệ thống điện dao động trong khoảng từ 47 Hz đến 52 Hz. Dải tần số cho phép và số lần cho phép xuất hiện được xác định theo chu kỳ 01 năm hoặc 02 năm được quy định tại Bảng 1.2.
Bảng 1.2. Dải tần số cho phép và số lần cho phép trong trường hợp sự cố nhiều
phần tử, sự cố nghiêm trọng hoặc trạng thái khẩn cấp
Dải tần số cho phép (Hz) Số lần cho phép theo chu kỳ thời gian
52 ≥ f ≤ 51,25 07 lần trong 01 năm
51,25 > f > 50,5 50 lần trong 01 năm
49,5 > f > 48,75 60 lần trong 01 năm
48,75 ≥ f > 48 12 lần trong 01 năm
48 ≥ f ≤ 47 01 lần trong 02 năm
Sa thải phụ tải dưới tần số (UFLS) được áp dụng trong trường hợp có sự cố nghiêm trọng, làm giảm nhanh ở tần số do mất một số máy phát điện. Theo tiêu chuẩn IEEE, sa thải dưới tần số phải được thực hiện một cách nhanh chóng để ngăn ngừa tần số hệ thống điện giảm bằng cách giảm tải hệ thống điện để đáp ứng cân bằng công suất phát điện hiện có.
Với mục đích này, giá trị ngưỡng tần số được thiết lập để bắt đầu sa thải phụ tải dưới tần số. Giá trị tần số tối thiểu chấp nhận phụ thuộc vào thiết bị của hệ thống, chẳng hạn như các loại máy phát điện, thiết bị phụ trợ của nó, và tuabin. Các relay UFLS được khởi tạo để sa thải một lượng tải cố định trong các bước được xác định trước, khi tần số giảm xuống dưới một ngưỡng định trước nhằm ngăn ngừa sự cố rã lưới.
Các Nhà vận hành hệ thống truyền tải điện châu Âu (ENTSOE) đã đề xuất các bước sau đây để sa thải dưới tần số, ở tần số định mức 50 Hz:
số 49 Hz.
Tại tần số 49 Hz, ít nhất 5% tổng mức tải tiêu thụ nên được sa thải.
Một mức 50% tải định mức nên được cắt bằng cách sử dụng relay dưới tần
số trong dải tần số từ 49,0 - 48,0 Hz.
Trong mỗi bước, được khuyến cáo sa thải không quá 10% tải.
Thời gian trễ cắt tối đa nên là 350 ms bao gồm cả thời gian vận hành các
máy cắt.
Sa thải phụ tải dưới tần số được nhiều nhà vận hành hệ thống điện áp dụng: Hội đồng Điều phối độ tin cậy bang Florida (Florida Reliability Coordinating Council - FRCC) [5], Kiểm soát khu vực giữa Đại Tây Dương MAAC, Hội đồng
điện tin cậy của Texas (Electric Reliability Council of Texas - ERCOT) [6], Hệ thống điện Việt Nam,…
Đối với FRCC, việc sa thải theo tần số gồm 9 bước được trình bày như trong Bảng 1.3. Với mỗi bước, tương ứng với một mức tần số sẽ có một lượng phụ tải nhất định bị sa thải và có thời gian trì hỗn giữa các bước. Các tải này được xếp chung một nhóm và có cùng thứ tự ưu tiên.
Hệ thống đang vận hành bình thường với tần số định mức 60 Hz, khi tần số suy giảm đến giá trị 59,7 Hz, lúc này rơ le tần số sẽ ghi nhận và sau thời gian trễ 0,28s mà hệ thống chưa khơi phục thì sẽ sa thải 9% tải của hệ thống. Tương tự như vậy đối với các bước từ 2-9.
Trong quá trình cắt tải đến bước thứ 8, tần số được khôi phục đến giá trị 59,7 Hz, sau thời gian trì hỗn lũy kế 23,68s, thêm 5% tải bị cắt giảm và tổng tải lũy kế cắt giảm sẽ là 51%. Khi thực hiện đến bước thứ 9 mà tần số của hệ thống chưa đạt được giá trị vận hành an tồn thì phải chấp nhận trường hợp xấu nhất là tan rã hệ thống. Tần số sa thải thấp nhất ở ngưỡng giá trị 58,2 Hz.
Bảng 1.3. Các bước sa thải phụ tải của FRCC, tần số 60 Hz Bƣớc Các bƣớc UFLS Tần số sa thải phụ tải (Hz) Thời gian trễ (s) Lƣợng phụ tải sa thải (%) Lũy kê thời gian trễ (s) Lũy kế số phụ tải sa thải (%) 1 A 59,7 0,28 9 0,28 9 2 B 59,4 0,28 7 0,56 16 3 C 59,1 0,28 7 0,84 23 4 D 58,8 0,28 6 1,12 29 5 E 58,5 0,28 5 1,4 34 6 F 58,2 0,28 7 1,68 41 7 L 59,4 10 5 11,68 46 8 M 59,7 12 5 23,68 51 9 N 60,1 8 5 31,68 56
Đối với MAAC, việc sa thải phụ tải được thực hiện theo 3 giá trị tần số từ 59,3 đến 58,5 Hz như trong Bảng 1.4. Tổng số lượng tải bị sa thải lớn nhất là 30%, tần số thấp nhất là 58,5 Hz.
Bảng 1.4. Các bước sa thải phụ tải của MAAC, tần số 60 Hz
Phần trăm tổng phụ tải sa thải Tần số cài đặt sa thải phụ tải (Hz)
10% 59,3
10% 58,9
10% 58,5
Còn đối với ERCOT, việc sa thải phụ tải được thực hiện theo 3 giá trị tần số từ 59,3 đến 58,5 Hz như trong Bảng 1.5. Nhưng tổng số lượng tải bị sa thải lớn nhất là 25%, tần số thấp nhất là 58,5 Hz.
Bảng 1.5. Chương trình sa thải phụ tải của ERCOT, tần số 60 Hz
Tần số sa thải Phụ tải sa thải, % Tổng phụ tải sa thải, %
59,3 Hz 5% Phụ tải hệ thống 5%
58,9 Hz Cộng thêm 10% phụ tải hệ thống 15%
58,5 Hz Cộng thêm 10% phụ tải hệ thống 25%
ngắn đã gây nguy hiểm cho các thiết bị đang vận hành. Mặc khác, Nhà sản xuất cũng đưa ra khuyến cáo về tần số và thời gian làm việc cho máy phát như sau:
+ Tại tần số 49,5 Hz: Không giới hạn thời gian vận hành. + Tại tần số 49,0 Hz: Thời gian 90 phút.
+ Tại tần số 48,5 Hz: Thời gian 10 - 15 phút. + Tại tần số 48,0 Hz: Thời gian 1 phút.
+ Tại tần số 45,0 Hz: Có tổ máy khơng làm việc được.
Đối với các máy phát điện trong hệ thống, hoạt động điều tần được thực hiện như sau, ở mức tần số 50 Hz:
Tại 49,8 Hz, chế độ khởi động nhanh nhà máy phải được thực hiện và kết
nối với lưới điện.
Đối với một hệ thống điện hoạt động ở tần số 50 Hz (hoặc 60 Hz), tần số
hoạt động cho phép tối thiểu thường được khuyến cáo theo Nhà sản xuất cho tuabin là 47,5 Hz (57,5 Hz) [7-9]. Điều này là cần thiết để bảo vệ máy phát điện và các thiết bị phụ trợ của nó bởi vì các dịch vụ phụ trợ nhà máy điện bắt đầu trục trặc ở một tần số 47,5 Hz; tình hình sẽ trở nên nghiêm trọng vào khoảng 44-46 Hz.
Hơn nữa, hoạt động phát điện tại 47,5 Hz hoặc thấp có thể làm hỏng cánh
turbine và làm giảm tuổi thọ của nó. Do đó, sa thải phụ tải trong hệ thống điện sẽ giúp ngăn chặn sự mất mát của máy phát điện, hư hỏng thiết bị, và mất điện.
Điều kiện xét ổn định các máy phát trong hệ thống:
i/ Điều kiện thứ nhất: Góc lệc rotor giữa hai máy phát bất kỳ không được vượt q 1800
Hình 1.2. Biểu diễn cơng suất điện và cơ
ii/ Điều kiện thứ hai: Tần số hệ thống nằm trong giới hạn vận hành, đối với hệ thống điện 60 Hz, giới hạn an toàn vận hành từ 59,7 Hz đến 60 Hz.
Đối với hệ thống điện Việt Nam, việc điều chỉnh tần số HTĐ Quốc gia được chia làm 3 cấp điều khiển như sau:
+ Điều chỉnh tần số cấp I: Điều chỉnh của bộ tự động điều chỉnh công suất của các tổ máy phát điện đã được quy định trước nhằm duy trì tần số hệ thống điện ở mức 50 Hz 0,2 Hz.
+ Điều chỉnh tần số cấp II: Điều chỉnh của bộ điều chỉnh công suất của các tổ máy phát điện đã được quy định trước nhằm đưa tần số hệ thống điện về giới hạn 50 Hz ± 0,5 Hz.
+ Điều chỉnh tần số cấp III: Điều chỉnh bằng sự can thiệp của kỹ sư điều hành hệ thống điện để đưa tần số hệ thống điện vận hành ổn định theo quy định hiện hành và đảm bảo phân bổ kinh tế công suất phát các nhà máy điện. Trong hệ thống điện Quốc gia, lưới điện được chia làm 7 khu vực điều khiển như sau:
i/ Khu vực 1: Lưới điện Tây Bắc Bắc Bộ. ii/ Khu vực 2: Lưới điện Tây Nam Bộ.
3i/ Khu vực 3: Lưới điện Đồng Nai – Bà Rịa Vũng Tàu. 4i/ Khu vực 4: Lưới điện Nam Trung Bộ.
5i/ Khu vực 5: Lưới điện Miền Bắc trừ khu vực 1. 6i/ Khu vực 6: Lưới điện Miền Nam trừ khu vực 2,3,4.
7i/ Khu vực 7: Lưới điện Miền Trung trừ khu vực 4.
Hình 1.3. Sơ đồ phân cấp điều chỉnh tần số trong HTĐ Việt Nam