-Chơng VII -

Tự động điều chỉnh tần số và công suất tác dụng
trong hệ thống điện
7.1 Những vấn đề chung
Độ lệch tần số khác với độ lệch điện áp là chỉ tiêu chung về chất lợng điện năng
của toàn hệ thống, vì trong hệ thống điện hợp nhất ở chế độ làm việc bình thờng, tần số
ở mọi điểm đều giống nhau. Tần số sẽ thay đổi khi xảy ra mất cân bằng giữa tổng công
suât tác dụng của các động cơ sơ cấp (tua bin) kéo máy phát điện với phụ tải của hệ
thống điện.
Cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện ở chế độ bình thờng:
PT = Ppt + ,
Trong đó: PT công suất của tua bin kéo máy phát;
Ppt công suất của phụ tải điện;
- Tổn thất công suất tác dụng trong hệ thống điện.
Mômen kéo của tua bin:
.QH .
MI =
,


hệ:

trong đó: - hằng số;
Q lu lợng của chất mang năng lợng (khí đốt, hơi nớc, nớc);
H Chênh lệch áp suất ở đầu và cuối tua bin;
- Hiệu suất của tua bin,
Quan hệ giữa Mômen kéo của tua bin và tần số quay của tổ máy trong chế độ xác
lâp biểu diễn bằng đờng cong 1 trên hình 7.1
Tần số f của dòng điện phụ thuộc vào tốc độ góc của máy phát điện theo quan


Pdd
kf = 2
=
= VAR
f
f*
Đặc tính điều
O5
chỉnh của
f5
O1
f dd
tuabin
f
O
f1
trong đó: f , P - Tơng
ứng là độ thay đổi của tần số và công suất 4tác dụng; f dd
4
và Pdd tần số và công suất fdanh
định.
Thay đổi tần số (hay tốc độ quay) làm thay đổi mômen quay M = P. của
f3 bằng đờng cong 1' trên hình 7-1 đặc trng
O3 cho đặc tính
phụ tải. Quan hệ đợc biểu diễn
tĩnh của phụ tải. Tần số của hệ thống điện đợc xác định tại điểm cắt nhau, 01 của đặc
tính 1 (tua bin) và đặc tính 1' (phụ tải) ở đó mômen kéo của tua bin cân bằng với
mômen cản của phụ tải (M1).
f =


tải giảm, ngợc lại phải dịch chuyển đặc tính của tua bin sang bên trái (3) và điểm cắt
nhau giữa 3 và 3' tại O5 tơng ứng với tần số f 5
= 0,05 0,1
= i =1
S * = S i = 1
fdd n Pddi




i =1 Si
Nếu f là 0,5% thì mức độ dao động phụ tải của hệ thống( trong hệ đơn vị t-

ơng đối) bằng:
P% =

f %
0,5
=
= 10 5%
S *
0,05 0,1

Thực tế biến động phụ tải trong hệ thống có thể lớn hơn nhiều, nên độ lệch tần số f
có thể vợt quá giới hạn 0,5%.
Khi sử dụng phơng pháp này thờng phải can thiệp bằng tay vào hệ thống điều
khiển tuabin( theo lệnh của điều độ cấp trên) để duy trì tần số giữa các tổ máy theo phơng thức vận hành đã cho.
2. Điều chỉnh bằng một tổ máy với đặc tính điều chỉnh độc lập:

81



f = S .P = 0;
S
P
P1 = P =
= P
S1
1
1
1 + S1 + ... +
Sn
S2
S
Pi = P1 1 = 0
Si

Việc phân bố tối u công suất tác dụng giữa các tổ máy đợc thực hiện bằng tay.
3. Phơng pháp máy phát điện chủ đạo:
Phơng pháp này khác với phơng pháp điều chỉnh trớc ở chỗ ngoài một tổ máy
với đặc tính điều chỉnh độc lập đợc tách ra làm nhiệm vụ chủ đạo còn có một số tổ máy
khác của nhà máy đợc giao nhiệm vụ điều chỉnh tần số cũng đợc tham gia vào quá
trình điều chỉnh nhng với đặc tính phụ thuộc. Phụ tải của các tổ máy này sẽ đợc thay
đổi một cách cỡng bức tuỳ thuộc vào tổ máy chủ đạo, thờng theo quy luật:
Pj = k j PC

;

j = 1, n

P , P



82


n


∆f + Si  Pi − α i ∑ Pj  = 0 ;
j =1



i = 1, n

(*)

Trong đó: α i - tỷ phần của tổ máy thứ i trong tổng công suất phát
n

∑α
i =1

i

n

∑P ;
j =1

j

vì tín hiệu tổng mới chỉ bằng không ở một máy nào đó, còn ở các máy khác vẫn còn
khác không và chúng vẫn tiếp tục quá trình điều chỉnh.
Điều chỉnh tần số của HTĐ bằng một nhà máy chủ đạo với công suất giữa các tổ máy
phân bố tỷ lệ trong nhiều trường hợp không phải là phương pháp điều chỉnh có lợi
nhất về mặt kinh tế. Phương pháp này thường được sử dụng cho các nhà máy thuỷ
điện với các tổ máy giống nhau và đặc tính tiêu hao nước tương đương nhau.
Phân bố tối ưu phụ tải giữa các nhà máy điện thường được thực hiện theo tín
hiệu điều khiển từ trung tâm điều độ hoặc từ các thiết bị tự động làm việc theo nguyên
lý độ lệch tích phân của tần số.
Phương pháp tỷ phần phụ thuộc về nguyên lý có thể áp dụng để điều chỉnh tần
số theo đặc tính độc lập bằng một số nhà máy trong HTĐ với sự phân bố công suất
n

giữa chúng theo tỷ lệ cho trước nếu như các đại lượng Pi và

∑P
j =1

j

trong quy luật điÒu

chỉnh đã nói trên đây được hiểu là công suất của các nhà máy điện thứ i và tổng công
suất của các nhà máy điện tham gia vào điều chỉnh tần số của hệ thống.
7.5. §iÒu chØnh tÇn sè vµ c«ng suÊt trao ®æi
gi÷a c¸c hÖ thèng ®iÖn

83



Phơng trình điều chỉnh có dạng:
F = f + k1 Pi + k 2 fdt

Trong đó; Pi - công suất của nhà máy điện đang xét; k1, k2 - các hằng số tỷ lệ.
Khi xảy ra dao động tần số, ban đầu số hạng nằm dới dấu tích phân hầu nh cha
kịp thay đổi. Độ lệch tần số đợc khắc phục theo 3 giai đoạn; thoạt đầu các máy điều
tốc tuabin phản ứng theo độ lệch f , sau đó là các máy điều chỉnh thứ cấp tác động
theo hớng giảm độ lệch và thực hiện tác động giảm hai số hạng đầu trong biểu thức
trên.
Tiếp theo, độ lệch tích phân của tần số ngày càng tăng, các máy điều chỉnh tác
động thay đổi công suất của các tổ máy cho đến khi f = 0 khi ấy phơng trình trên có
dạng:
Pi =

k2
fdt
k1

nghĩa là công suất của nhà máy điện trở nên tỷ lệ với độ lệch tích phân của tần số
đã ghi nhận đợc.
Điều khiển công suất tác dụng của nhà máy điện bằng hệ thống máy điều chỉnh
phản ứng theo độ lệch tích phân của tần số có một số đặc điểm. Các nhà máy điện
tham gia vào quá trình điều chỉnh có tốc độ phản ứng khác nhau đối với tín hiệu điều
khiển. Các nhà máy nhiệt điện có quán tính của quá trình cơ nhiệt lớn nên việc thay đổi
phụ tải chậm hơn. Các nhà máy thuỷ điện thờng phản ứng trớc tiên đối với tín hiệu
điều khiển, tiếp nhận phần lớn sự thay đổi của phụ tải hệ thống, sau đó khi các nhà
máy điện có tốc độ điều chỉnh, chậm hơn lần lợt tham gia vào quá trình thì phụ tải sẽ
đợc phân bố lại giữa các nhà máy làm nhiệm vụ điều chỉnh. Nh vậy quá trình phân bố
công suất sẽ diễn ra phức tạp hơn giữa các nhà máy với tốc độ điều chỉnh khác nhau.
Quá trình này có thể làm xấu chỉ tiêu kinh tế của hệ thống và tăng độ hao mòn của

F = k1 + k2 dt
trong đó: k1, k2 - các hệ số tỷ lệ.
Quá trình điều chỉnh kết thúc khi = 0, với hệ thống có n liên kết ta có:
(*)
Ptdi + i f = 0; i = 1, n
Cộng tất cả các phơng trình này lại ta có:
n

P
i =1

tdi

=0

nên

f = 0

Quá trình điều chỉnh luồng công suất trao đổi xảy ra chậm chạp. Khi tăng phụ tải
trong khu vực thoạt đầu tần số và công suất trao đổi suy giảm do phản ứng của các bộ
điều tốc tuabin ở các khu vực lân cận, các thành phần trong (*) cộng lại với nhau và
đảm bảo tốc độ cao của quá trình điều chỉnh. Sau một thời gian các nhà máy điện trong
khu vực tăng dần khả năng mang tải và phục hồi công suất trao đổi đến trị số trớc đó.
Khi tăng phụ tải ở khu vực bên cạnh, dấu của độ lệch tần số f không thay đổi
(<0) còn độ lệch của công suất trao đổi sẽ ngợc lai (>0) vì sự tham gia của các bộ điều
tốc tuabin ở khu vực đang xét, kết quả là các thành phần trong (*) trừ nhau làm cho tác
động điều chỉnh yếu đi, có nghĩa là việc điều chỉnh chủ yếu diễn ra đối với các nhà
máy điện trong khu vực có biến động phụ tải.