M c l cụ ụ1. ĐẶT VẤN ĐỀ :............................................................................................................2

1.1 Tại sao phải điều khiển tần số :.................................................................................2

1.2 Sự tự điều chỉnh của hệ thống :..................................................................................3

2. ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ SƠ CẤP :..................................................................................3

2.1 :Định nghĩa điều chỉnh tần số sơ cấp :.......................................................................3

2.2 :Một số khái niệm cơ bản :.........................................................................................4

2.2.1 Đặc tính tĩnh của máy phát :................................................................................4

2.2.2 Đặc tính công suất tĩnh phủ tải :..........................................................................5

2.3 :Điều chỉnh cấp 1........................................................................................................5

2.3.1 :Hệ thống điện cô lập...........................................................................................5

2.3.2 :Hệ thống điện liên kết.........................................................................................6

2.4 :Những yêu cầu về điều khiển sơ cấp.........................................................................7

2.4.1 Điều khiển sơ cấp là bắt buộc..............................................................................7

2.4.2 Điều chỉnh càng nhanh càng tốt...........................................................................7

2.4.3 Điều khiển sơ cấp không thể hủy bỏ bởi giới hạn phụ tải...................................7

3. ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ THỨ CẤP.................................................................................7

3.1 :Khái niệm..................................................................................................................7

3.2 :Các phương pháp điều chỉnh tần số cấp 2.................................................................8

3.2.1 Điều chỉnh á tĩnh tại một tổ máy..........................................................................8

3.2.2 Điều chỉnh tĩnh tại nhiều tổ máy..........................................................................8

4. ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ CẤP 3.......................................................................................9

5. KẾT LUẬN...................................................................................................................10

ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1. ĐẶT VẤN ĐỀ : 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 thong 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 mọi nút trong hệ thống điện Nước ta cũng như hầu hết các nước trên thế giới đều sử dụng dòng điện với tần số 50 Hz , ngoài ra có Mỹ và Nhật sử dụng dòng điện có tần số 60 Hz. Tiêu chuẩn tần số được đánh giá thong qua độ lệch tần số tức độ chênh lệch giữa f và fđm :

∆ f = f – fđm (Hz)với yêu cầu tần số được giữ trong phạm vi cho phép : fmin ≤ f ≤ fmax

với : fmin = fđm - |∆fcp| fmax = fđm + |∆fcp| ∆fcp : độ lệch tần số cho phép theo tiêu chuẩn. Được quy ước ∆fcp = ± 0.2 Hz

1.1 Tại sao phải điều khiển tần số : a. Đối với hộ tiêu thụ :Khi có sự thay đổi về tần số có thể gây ra một số hậu quả xấu vì :

Các thiết bị được thiết kế và tối ưu ở tần số định mức Làm giảm hiệu xuất của thiết bị ví dụ như động cơ và các thiết bị truyền động Ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình sản xuất

b. Đối với hệ thống điện

Sự không ổn định tần số sẽ dẫn đến mất đồng bộ giữa các tổ máy phát điện hay toàn hệ thống. Khi hệ thống mà mất đồng bộ có thể gây ra rung và phát nóng mạnh trong các máy phát điện và động cơ điện (chế độ làm việc không đồng bộ),nếu hệ thống làm mát tồi hay vật liệu yếu thì máy sẽ chóng hỏng.Nếu tần số quá thấp trường hợp tệ nhất là tan rã hệ thống.

Giảm tính ổn định của hệ thống

1.2 Sự tự điều chỉnh của hệ thống :Trước hết ta xét trường hợp đơn giản nhất : trong máy phát không có điều chỉnh :

- Moment phát động của Tuabin tỷ lệ với tần số.- Moment cản phụ thuộc vào phủ tại là một biến tỷ lệ nghịch.

Đường đặt tính của phủ tải và máy phát là ngược nhau.Một chế độ xác lập ban đầu được xác định như sau :

Khi ấy nếu không có thao tác điều chỉnh thì chỉ cần một bước tang phụ tải sẽ chuyển điểm làm việc của máy phát từ điểm làm việc M0 lên M1.Ta có độ dốc của đặc tính tĩnh là

= -Kf

Vấn đề đặt ra là khi trong trường hợp tự điều chỉnh là ∆f qúa lớn để có thể chấp nhận được do đó cần phải có điều chỉnh sơ cấp.

2. ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ SƠ CẤP :

2.1 :Định nghĩa điều chỉnh tần số sơ cấp : Là quá trình diễn ra tại mọi máy phát một cách tức thời,ngay khi mất cân bằng công suất do phụ tải thay đổi hay khi có sự cố.Điều chỉnh tần số sơ cấp được thực hiện bởi số

lượng lớn các tổ máy có bộ phận điều chỉnh công suất tuabin cho phép thay đổi lưu lượng nước hoặc hơi qua tổ máy tỉ lệ với sự thay đổi của tần số.Đáp ứng của việc điều chỉnh tần số biểu diễn ở MW/Hz được gọi là độ dốc đặc tính tĩnh Kf .Như vậy với sự thay đổi giới hạn của phụ tải có thể bù lại bằng tự động điều chỉnh tần số sơ cấp .

Mục đích của việc điều chỉnh sơ cấp :

Nhanh chóng kiềm chế sự mất cân bằng giữa công suất phát và phụ tải,nhưng vẫn còn sự tồn tại của một độ lệch tần số

Giữ cho tần số không bị dao động quá nhiều

2.2 :Một số khái niệm cơ bản :

2.2.1 Đặc tính tĩnh của máy phát :Đặc tính tĩnh của máy phát hay còn gọi là đặc tính thay đổi công suất phát của máy

phát theo tốc độ quay của tau bin.Nó biểu thị mối quan hệ giữa sự biến đổi công suất phát của máy phát và sự thay đổi của tần số

Hình 2 : Máy phát cung cấp cho tải cô lập

Khi tần số hệ thống thay đổi,bộ điều tốc sẽ điều chỉnh công suất phát của máy phát theo hướng phục hồi tần số ban đầu

Hình 3 : Độ dốc đặc tính tĩnh điều chỉnh

2.2.2 Đặc tính công suất tĩnh phủ tải :Đặc tính công suất tĩnh phụ tải biểu thị mối quan hệ giữa sự biến đổi công suất thực

dùng của phụ tải với sự biến đổi tần số của hệ thống

Hình 4 : Đặc tính tĩnh của phụ tải

2.3 :Điều chỉnh cấp 1

2.3.1 :Hệ thống điện cô lậpTa xét hệ thống điện cô lập , có một máy phát nối với phụ tải của hệ thống . Xem xét

phản ứng của của máy phát khi có sự thay đổi phụ tải với tác động của bộ điều tốc . Để xét ta đặc đặc tính của máy phát và đặc tính của phụ tải lên đồ thị :

∆Ppt = Kpt . Ppt .

Hình 5

Điểm 0 chính là đặc tính ban đầu của phát và đặc tính của phụ tải I ứng với công suất yêu cầu ban đầu Pf0 . Đó chính là điểm cân bằng công suất xác định chế độ xác lập của hệ thống ở tần số định mức.

Giải sử đóng thêm một phụ tải mới khi đó yêu cầu công suất của phụ tải tăng thêm ∆P . Ta có đường đặc tính mới của phụ tải là II ứng với Ppt + ∆P . Phụ tải tăng lên làm tần số giảm đi và bộ điều tốc bắt đầu hoạt động tăng công suất phát lên theo đặc tính điều chỉnh . Ở điểm 2 ta có điểm cân bằng công suất mới ứng với tần số f2 < fđm . Sở dĩ tần số giảm vì thiết bị điều tốc chỉ có thể tăng thêm một lượng công suất ∆Pf nhỏ hơn công suất yêu cầu thêm ∆P và do đó để đáp ứng công suất thực dùng của phụ tải phải giảm đi ∆Pft.

Giải sử máy phát không có bộ điều tốc hay Kf = 0 . Khi đó điểm cân bằng công suất mới của hệ thống sẽ là điểm 1 và có f1 < f2 < fđm .

Như vậy quá trình điều chỉnh cấp 1 không thể đưa tần số về tần số định mức,nó chỉ làm cho tần số không bị dao động quá nhiều khỏi giới hạn cho phép. Khi đó công suất phát tăng thêm lượng ∆Pf và công suất thực dùng chỉ phải giảm đi :

∆Pft = ∆Pf - ∆P

2.3.2 :Hệ thống điện liên kết Xuất phát từ khái niệm điều khiển sơ cấp, ta thấy điều khiển sơ cấp trong hệ thống

điện liên kết không có sai khác đáng kế so với điều khiển sơ cấp trong hệ thống điện độc lập,vì việc điều chỉnh chủ yếu dựa vào đặc tính của các bộ điều tốc tuabin

Khi xảy ra sự thiếu hụt công suất tác dụng làm giảm thấp tần số trong hệ thống điện, nếu còn công suất tác dụng dự trữ thì hệ thống sẽ điều chỉnh tần số và công suất đã xét ở trên hoạt động duy trì được mức tần số định trước. Tuy nhiên, sau khi huy động toàn bộ công suất tác dụng dự trữ có thể có trong hệ thống điện nếu tần số vẫn không được khôi phục, thì biện pháp duy nhất có thể áp dụng lúc ấy là cắt bớt một số phụ tải ít quan trọng nhất. Thao tác đó được thực hiện nhờ một thiết bị tự động hóa có tên gọi là thiết bị tự động giảm tải theo tần số (TGT). Tuy nhiên tác động của TGT luôn luôn liên quan đến những thiệt hại về kinh tế.

2.4 :Những yêu cầu về điều khiển sơ cấp

2.4.1 Điều khiển sơ cấp là bắt buộcQua các phân tích trên thì ta nhận thấy điều khiển sơ cấp là bắt buộc.Và bất cứ giải

pháp điều khiển nào được xem là tốt nhất cũng không thể thực hiện được nếu như ngừng điều khiển sơ cấp

2.4.2 Điều chỉnh càng nhanh càng tốtXét từ góc độ vận hành và kinh tế thì điều chỉnh sơ cấp càng nhanh càng tốt. Trong

trường hợp xuất hiện mất cân bằng giữa phát và tiêu thụ,thì thao tác điều chỉnh nhanh sẽ giảm được độ tụt tần số

2.4.3 Điều khiển sơ cấp không thể hủy bỏ bởi giới hạn phụ tảiGiới hạn tải luôn ngăn cản việc điều chỉnh ,do đó thao tác điều chỉnh có thể hủy bỏ

bới giới hạn tải. Vì vậy cần tránh vận hành nhà máy với giới hạn tải gần điểm đặt,và giới hạn tải phải nằm phía trên,tùy thuộc vào từng loại nhà máy (càng cao,càng tốt)

Tuy nhiên giới hạn tải được sử dụng để bảo vệ tổ máy chống lại những mất cân bằng chính. Nếu như tần số quá lớn xuất hiện,thì tổ máy không có khả năng đáp ứng được,nếu như giới hạn tải không được điều chỉnh đúng

3. ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ THỨ CẤP

3.1 :Khái niệmLà quá trình tăng hoặc giảm công suất phát của máy phát điện điều tần lên để đưa tần

số trở về đinh mức. Qúa trình này diễn ra bằng tay hoặc tự động và chỉ diễn ra tại các máy phát điều tần và sau quá trình điều chỉnh sơ cấp. Khi tần số fđm được khôi phục, công suất phụ tải yêu cầu thêm ∆P được đáp ứng hoàn toàn bởi các máy phát nhiều tầng

Để có thể điều chỉnh tần số thì các tổ máy phải luôn có phạm vi điều chỉnh công suất ∆Pđc đủ lớn về cả 2 phía, hay thỏa mãn điều kiện sau

∆Pđc < PFmax - PF

∆Pđc < PF - PFmax

Trong đó : Pfmax giới hạn công suất max của tổ máy

Pfmin giới hạn công suất min của tổ máy

Phạm vi điều chỉnh phải đảm bảo duy trì tần số trong giới hạn cho phép đảm bảo công suất ∆P yêu cầu phụ tải và thường là 10% Ppt trong vòng 10’.

3.2 :Các phương pháp điều chỉnh tần số cấp 2

3.2.1 Điều chỉnh á tĩnh tại một tổ máyKhi có biến đổi tần số,tổ máy có trang bị điều chỉnh á tĩnh sẽ nhận hết biến đổi

công suất,các tổ máy khác chỉ tham gia vào giai đoạn đầu.Tiêu chuẩn của điều chỉnh á tĩnh là

∆f = 0

Quá trình này sẽ kết thúc khi ∆f = 0 hay f = fđm .Điều chỉnh tịnh tiến đặc tính công suất cho đến khi công suất phát cân bằng với phụ tải. Qúa trình điều chỉnh phụ thuộc vào một tổ máy và khi điều chỉnh tại nhiều tổ máy sẽ không ổn định

Thực tế tiêu chuẩn này vẫn được sử dụng nếu một tổ máy chủ đạo theo dõi tiêu chuẩn ∆f = 0 còn các tổ máy còn lại phát với tỉ lệ công suất cố định theo tỉ lệ Ki với tổ máy chủ đạo

3.2.2 Điều chỉnh tĩnh tại nhiều tổ máyKhi phải điều chỉnh tần số đồng thời tại nhiều tổ máy thì có thể điều chỉnh tĩnh,có

nghĩa là các bộ tự động điều chỉnh tần số được xây dựng với đặc tính tĩnh,công suất phát biến thiên tuyến tính và tỉ lệ nghịch với tần số

Hình 6

Tại máy phát điều tầng i ta có : +

Kđti càng lớn thì máy phát càng thay đổi nhiều công suất khi tần số biến đổi. Điều chỉnh giá trị của Kđti có thể điều chỉnh sự tham gia của từng tổ máy vào quá trình điều tần.Vì giá trị của Kđti khá lớn nên có thể ổn định tần số trong hệ thống điện.Điều chỉnh tĩnh không giữ vững được tần số nhưng hạn chế được sự giao động

4. ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ CẤP 3Cùng với mục đích điều khiển tần số và trao đổi công suất giữa các khu vực,một

nhiệm vụ rất quan trọng của điều khiển thứ cấp là phân bố lại lượng công suất phát cần thiết trong số các nguồn phát để nhằm giảm tối thiểu chi phí sản xuất điện năng và cả ảnh hưởng của tổn thất. Đó chính là mục đích cảu điều chỉnh tần số cấp 3.

Một cách đơn giản ta sử dụng phương pháp Lagrange với điểm chủ yếu là cân bằng gia tăng tải nhằm tối thiểu hóa chi phí vận hành có thể chấp nhận được. Với giả thiết tổng phụ tải P được cung cấp bởi hai máy phát. Và nếu mỗi máy phát mang một lượng tải lần lượt là P1 và P2 : P1 + P2 = P

Nếu tổng chi phí sản xuất F được biểu diễn theo hàm của từng phụ tải máy phát

Hay : F= F1 ( P1) + F2 ( P2)

Đối với tổng phụ tải cố định P thì khi có sự biến động của máy phát 1 phải bằng và ngược dấu với sự biến đổi tải của máy 2 hay ∆P1 = - ∆P2 .

Theo Lagrange thì để giảm tối thiểu chi phí sản xuất,thì đạo hàm của hàm chi phí theo biến P1 phải triệt tiêu,tức là :

Do ∆P1 = - ∆P2 .Từ phương trình trên ta có = = và coi nó như một

tiêu chuẩn để phân bố phụ tải máy phát nhằm giảm thiểu chi phí sản xuất.

Khi hệ thống điện có sự cố,thì tần số có thể giảm thấp ra ngoài khả năng điều chỉnh của thiết bị và nặng nề nhất là sự tụt giảm tần số dây chuyền.Để giữ tần số trong trường hợp này cần phải thực hiện biện pháp sa thải phụ tải.Sách lược xa thải phụ tải phụ thuộc vào từng quốc gia có thể sa thải theo tần số và thời gian và được chia làm từng nhóm

Sau khi sự cố được xử lý thì phụ tải lần lượt đóng lại theo rơ le tần số

5. KẾT LUẬNQua những tìm hiểu trên ta nhận thấy trong hệ thống điện hiện đại có thể chia ra

làm 2 cấp điều chỉnh tần số khác nhau,trong đó cấp đầu tiên và nhanh nhất được thực

hiện ở ngay từng tổ máy mà chủ yếu dựa vào đặc tính tĩnh của máy phát. Tuy nhiên cấp điều chỉnh này mang tính cục bộ không xét đến tổng thể hệ thống,không đưa được tần số về 50 Hz và không điều khiển được luồng công suất trao đổi giữa các khu vực.Cấp thứ 2 được điều chỉnh chủ yếu bởi các nhà máy lớn có khả năng điều tần,nhằm phân bố lại công suất của các nhà máy đáp ứng yêu cầu về độ lệch tần số