Tự động điều chỉnh tần số và công suất tác dụng

-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

p.n
=
2 60
trong đó: p Số đôi cực của máy phát điện;
n Số vòng quay của máy phát điện.
Phụ tải điện của hệ thống tạo nên mômen cản trên trục tua bin. Công suất
của từng loại phụ tải điện khác nhau phụ thuộc vào tần số dòng điện theo những quan
hệ khác nhau. Chẳng hạn công suất tiêu thụ bởi các đèn sợi nung và các loại phụ tải
nhiệt hầu nh không phụ thuộc vào tần số; công suất tiêu thụ động cơ của máy móc gia
công kim loại phụ thuộc bậc nhất vào tần số; công suất của các loại bơm ,quạt tuỳ theo
kết cấu, độ nghiêng của cánh có thể phụ thuộc bậc hai, bậc ba vào tần số.
Nói chung đối với phụ tải tổng hợp của hệ thống tùy theo tơng quan giữa các
thành phần phụ tải mà quan hệ giữa công suất tác dụng và
tần số sẽ thay
đổi.


3
1
3
1
P
f
2
O
*
2
2
f P

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 =

M

77

M5

M2

M1

M3

M4

Hình 7.1: Đặc tính tĩnh của tuabin (1,2,3) và phụ tải(1, 2, 3)


Khi số lợng phụ tải trong hệ thống điện thay đổi, đặc tính tĩnh của phụ tải 1' sẽ
bị dịch chuyển. Chẳng hạn khi đấu thêm phụ tải, đặc tính này sẽ bị dịch chuyển sang
bên phải (2') và sẽ cắt đặc tính của tuabin (1) tại điểm O 3, tơng ứng với tần số f3. Khi
cắt bớt phụ tải, đặc tính 1' sẽ bị dịch chuyển sang bên trái (3') và sẽ cắt đặc tính 1 của
tua bin tại O2, tơng ứng với tần số f2. Nh vậy khi phụ tải thay đổi sẽ làm cho tần số thay
đổi.
f = f 3 f 2

Để đảm bảo chất lợng điện năng không cho phép tần số của hệ thống thay đổi
nhiều. Vì vậy khi phụ tải thay đổi, để giảm mức thay đổi của tần số, bắt buộc phải
thay đổi đặc tính tĩnh của tua bin. Chẳng hạn khi phụ tải tăng phải dịch chuyển đặc
tính tĩnh của tua bin sang bên phải (đờng cong 2 trên hình 7.1). Khi ấy điểm cắt nhau
giữa đặc tính của tua bin (2) và phụ tải (2') tại O 4 tơng ứng với tần số f4 > f 3. Khi phụ

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 bin mà độ lệch của tần số.
f ' = f 5 f 4< f = f 2 f 3

Tập hợp các điểm O5 , O1, O4 hình thành đặc tính điều chỉnh của tua bin f(M)
hoặc f (P).
Đặc tính điều chỉnh của tua bin đợc đặc trng bằng hệ số phụ thuộc tơng đối (còn
đợc gọi là hệ số tĩnh).
f
f
f
S* =
= dd
*

P
P
Pdd
*

Thông thờng hệ số phụ thuộc tơng đối S* của đặc tính điều chỉnh các tua bin
trong hệ thống điện nằm trong giới hạn S * = 0,02 ữ 0,06; trị số S* càng bé chứng tỏ hệ
thống càng khỏe, nghĩa là với một mức biến đổi công suất tơng đối nh nhau, mức biến
đổi của tần số trong hệ thống có S* bé hơn.
Chẳng hạn, khi t * = 0,01(1% tơng ứng với 0,5Hz trong hệ thống có f dd = 50Hz)
ta có.
f *
0,01
P = * =

= 0,05 ữ 0,167
S
0,02 ữ 0,06
*

Trong các hệ thống điện hiện đại giới hạn cho phép của độ lệch tần số rất bé
f % = 0,2 0,4%(50 (0,1 ữ 0,2) Hz ) đòi hỏi các thiết bị điều chỉnh tần số phải có độ
chính xác rất cao để đảm bảo đặc tính điều chỉnh của tua bin có độ phụ thuộc S * rất bé.
Điều chỉnh tần số hay số vòng quay của tua bin đợc thực hiện bằng cách thay
đổi năng lợng đa vào tua bin, nó liên quan trực tiếp đến tiêu hao năng lợng, nhiên liệu
và là một bài toán tối u phức tạp phụ thuộc nhiều yếu tố nh đặc tính tiêu hao nhiên liệu

78


(năng lợng) của tổ máy, chi phí vận hành của nhà máy điện, tổn thất công suất trên lới
khi thay đổi phơng thức huy động công suất của các nhà máy điện.
Nh vậy điều chỉnh tần số trong hệ thống điện liên quan hữu cơ với việc điều
chỉnh và phân bổ công suất tác dụng giữa các tổ máy và các nhà máy điện trong hệ
thống điện.
Hệ thống điện càng lớn, yêu cầu về độ chính xác của điều chỉnh tần số càng
cao, vì độ lệch tần số sẽ ảnh hởng đến trào lu công suất giữa nhiều nhà máy điện và
giữa các khu vực khác nhau của hệ thống. Hệ thống càng phát triển xác suất xuất hiện
những liên hệ yếu trong hệ thống càng tăng. Đối với những phần tử liên hệ yếu này cần
phải kiểm tra khả năng tải của chúng theo điều kiện ổn định trong quá trình điều chỉnh
tần số. Trung tâm điều độ hệ thống điện xuất phát từ điều kiện vận hành tối u hệ thống
thực hiện việc tính toán phơng thức huy động công suất của từng nhà máy điện cũng
nh trào lu công suất trong hệ thống, công suất trao đổi qua các đờng dây liên lạc cần đợc khống chế trong các tình huống vận hành khác nhau.
7.2 Bộ điêù chỉnh tốc độ quay Tuốc - Bin sơ cấp
Vào thời kỳ đầu phát triển hệ thống năng lựợng, nhiệm vụ duy trì tần số đợc

giao cho bộ điều chỉnh tốc độ quay kiểu ly tâm đặt tại tuốc bin của các nhà máy thuỷ
điện và nhà máy nhiệt điện. Bộ điều chỉnh này cũng đợc gọi là bộ điều chỉnh cấp. Sơ
đồ cấu trúc của một trong những loại bộ điều chỉnh sơ cấp nh trên hình 7.2.
Cơ cấu đo lờng là con lắc ly tâm quay cùng với tuốc bin. Khi tần số giảm, tốc
độ quay của tuốc bin giảm, quả cầu của con lắc hạ xuống và khớp nổi E chuyển đến vị
trí A chuyển đến A . Tay đòn AC xoay quanh C làn khớp nối B, chuyển đến vị trí B, tay
đòn GE quay quanh G làm khớp nối E chuyển đến vị trí E, và pittông bình 2 di chuyển
xuống dới, đầu áp suất cao đi vào phía dới pittông
Bình 3, pittông đợc nâng lên làm tăng lợng hơi (hoặc nớc) đi tuốc - bin, khớp nối B
chuyển đến vị trí B, và tốc độ quay tăng lên, khớp nối từ A chuyển đến vị trí A 2. đồng
thời tay đòn AC xoay quanh C, nâng khớp nối B và các điểm D, E về vị trí cũ làm kín
bình 3 chấm dứt quá trình điều chỉnh.
1
C1
C

B

A
A2
A1

D

B1

E

D1
5

E1

4

2

Hình 7.2. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và tác
động của bộ điều chỉnh tốc độ Tuốc bin

3

Vị trí mới của pittông 3 và của khớp trợt A, tơng ứng với tốc độ quay nhỏ hơn
của tuốc bin. Nh vậy tần số không trở về giá trị ban đầu điều chỉnh nh vậy gọi là bộ
điều chỉnh có đặc tính phụ thuộc.
Để khôi phục tốc độ quay định mức, cũng nh để điều khiển tuôc bin bằng tay
ngời ta dùng cơ cấu 4, nhờ nó thay đổi vị trí điểm G. chẳng hạn nh khi dịch chuyển

79


điểm G lên trên, GE quay quanh Đ hạ pittông 2 xuống, lúc này bình tăng lợng hơi (nớc
)vào tuốc - bin và tần số tăng lên.
7.3. Đặc tính điều chỉnh tần số của các máy phát điện.
Khi các máy phát điện làm việc song song trong hệ thống chúng có tần số giống
nhau và giữa các máy phát có một sự phân bố về công suất tác dụng tơng ứng với đặc
tính điều chỉnh của tổ máy. Bộ điều chỉnh tốc độ quay sơ cấp, cũng nh thiết bị điều
chỉnh tần số thứ cấp có thể có 2 dạng đặc tính điều chỉnh: Độc lập và phụ thuộc.
Bộ điều chỉnh có đặc tính độc lập duy trì tốc độ quay hay tần số f của hệ thống
không đổi khi phụ tải của máy phát thay đổi từ. Nhợc điểm của dạng điều chỉnh này là

không thể cho một số máy phát làm việc song song vì sự phân phối chúng không xác
định nghĩa là không thể thiết lập đợc sự phân bố công suất giữa các tổ máy : Nếu 2
máy phát có đặc tính điều chỉnh độc lập làm việc song song với nhau, thì ở tần số định
mức mỗi máy sẽ có một phụ tải nhất định nào đó, còn khi tần số giảm xuống cả hai bộ
số. Trong trờng hợp này, các máy phát đợc tăng tải, hoặc chỉ bắt đầu tăng tải khi nào
phụ tải của máy phát thứ nhất đạt giá trị cực đại mà tần số vẫn không đợc khôi phục.
Việc áp dụng bộ điều chỉnh tốc độ quay đặc tính phụ thuộc cho các máy phát
làm việc song song sẽ đảm bảo sự làm việc ổn định của chúng và sự phân bố phụ tải
theo một tỷ lệ định trớc.
Hệ số phụ thuộc đặc trng cho độ dốc của đặc tính điều chỉnh (hình 7.3)

f
S =
=
tg

P

biểu diễn hệ số phụ thuộc trong dơn vị tơng đối (đối với tần số định fdm và công suất
định mức pdm của máy phát), ta có
f
f
f Pdm
S = dm =
.
P
f dm P
Pdm

S% =

Hay:

f Pdm
.
.100
f dm P

Nếu các máy phát làm việc song song có đặc tính điều chỉnh phụ thuộc thì độ
thay đổi công suất tác động tổng sẽ đợc phân phối giữa chúng tỷ lệ nghịch với hệ số
phụ thuộc của mỗi máy (hình 7.3)
f
fđm
1

2
f
Hình 7.3.
Sự phân phối công suất tác dụng giữa
các máy phát làm việc song song

f

P2

P1

P
P1 P
Thay đổi độ dốc của đặc tính cóP

thể
2 đảm2 bảo phần đóng góp cần
thiết
1
của máy
phát trong việc điều chỉnh phụ tải của nhà máy điện. Nhợc điểm của dạng điều chỉnh
theo đặc tính phụ thuộc là không thể duy trì không đổi tần số cuả hệ thống.Dới đây là
một số phơng pháp điều chỉnh tần số và phân bố công suất tác dụng giữa các máy phát
điện làm việc song song.

80


7.4. các phơng pháp điều chỉnh tần số và phân bố công suất tác
dụng giữa các máy phát làm việc song song.
1. Điều chỉnh với độ phụ thuộc dơng.
Phơng pháp điều chỉnh tần số và phân bố công suất tác dụng giữa các tổ máy
trong HTĐ là sử dụng máy điều tốc có đặc tính phụ thuộc dơng đặt ở tất cả các tổ máy.
Khi có n tổ máy làm việc song song trong HTĐ chúng có độ lệch tần số f nh nhau,
phơng trình của mỗi tổ máy thứ i có dạng.
t '+ Si Pi = 0; i = 1, n

Giải hệ n phơng trình với ràng buộc

P = P ,
i =1

ta nhận đợc:
f + S P = 0;

n

S =

1
n

1

i =1 Si

;

i

Pi Sk
=
Pk Si

Trong đó:
Si , S k , S - hệ số phụ thuộc của đặc tính điều chỉnh tổ máy thứ i, thứ k và của hệ
thống. Nghĩa là tần số trong hệ thống đợc điều chỉnh phụ thuộc vào tổng công suất tác
dụng, còn phụ tải giữa các tổ máy phân bố tỷ lệ nghịch với hệ số phụ thuộc của máy
điều tốc.
Thông thờng hệ số phụ thuộc đẳng trị của hệ thống tính trong hệ đơn vị tơng
đối bằng:

n
n
Pddi Pddi

= 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

Phơng pháp này có thể sử dụng để điều chỉnh tần số với đặc tính độc lập trong
một hệ thống điện nhỏ làm việc độc lập. Để điều chỉnh tần số ngời ta tách ra một tổ
máy có đặc tính điều chỉnh đợc đặt ở chế độ độc lập. Tổ máy này sẽ tiếp nhận mọi biến
động phụ tải của hệ thống trong giới hạn công suất có thể điều chỉnh đợc của nó. Phụ
tải của tất cả các tổ máy còn lại ở cuối quá trình điều chỉnh sẽ trở về lại trị số trớc khi
xảy ra biến động( không thay đổi). Thật vậy, nếu nh S1 = 0 , còn các Si 0(i = 2, n) thì ta
có:
S =

1
1
1
+
S1 i = 2 Si
n

= 0;

S =

(

1

;
1

i =1 Si )
n

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

Trong đó: j C - thay đổi phụ tải của tổ máy j tham gia vào quá trình điều chỉnh tần
số và của tổ máy chủ đạo;
k j - h s t l;
m- s lng t mỏy tham gia vo iu chnh tn s( tr mỏy ch o).
Mỏy ch o trong trng hp ny ch tip nhn mt phn ph ti bin ng,
nh vy m phm vi iu chnh c m rng.
m

PC + PC k j = P
j =1

t ú:
PC =

P
m


1 + k j


j =1



4. Phng phỏp t phn ph thuc:
Phng phỏp ny c s dng iu chnh tn s ca h thng bng mt nh
mỏy in vi cỏc t mỏy tham gia iu chnh tn s cú phõn b cụng sut theo mt t
l no ú.
Quy lut iu chnh ca mi t mỏy theo phng phỏp ny cú dng:

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

= 1; Si - hệ số tỷ phần phụ thuộc.

Chia mỗi phương trình trong( *) cho hệ số tỷ phần phụ thuộc Si tương ứng và cộng tất
cả các phương trình ta nhận được điều kiện để kết thúc quá trình điều chỉnh:
∆f = 0;

n

Pi = α i ∑ Pj
j =1

Nghĩa là trong bất cứ chế độ xác lập nào, phụ tải của mỗi tổ máy sẽ chiếm một tỷ lệ
xác định trong tổng phụ tải của các tổ máy tham gia vào quá trình điều chỉnh tần số.
Quá trình điều chỉnh được tiến hành theo đặc tính phụ thuộc sẽ kết thúc khi độ lệch
giữa công suất phát của tổ máy với công suất cho trước không còn nữa:
n

∆Pi = Pi − α i ∑ Pj = 0
j =1

Vì vậy phương pháp này còn được gọi là phương pháp phụ thuộc ảo.
Vế trái của phương trình ( *) phản ánh quy luật điều chỉnh của mỗi tổ máy có
thể xem như tín hiệu đầu vào của máy điều tốc. Quá trình điều chỉnh về nguyên lý xảy
ra như sau: Khi xảy ra mất cân bằng công suất tác dụng trong HTĐ, tần số lệch khỏi
giá trị cho trước và tất cả các máy điều tốc đều phản ứng theo độ lệch ∆f . Chúng thay
đổi công suất của tổ máy sao cho có thể phục hồi đến trị số trước đó.
Công suất tác dụng phân bố giữa các tổ máy dưới tác động của tín hiệu độ lệch
công suất ∆Pi cho đến khi phụ tải của tổ máy đang xét chưa bằng được với phụ tải cho
trước và tín hiệu ∆Pi chưa biến mất. Chế độ xáclập chua thể hình thành khi ∆f ≠ 0 , bởi

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

Phụ tải thực tế của HTĐ thờng lệch với trị số dự báo khoảng 2-5% do nhiều
nguyên nhân khác nhau: thời tiết (nóng - lạnh, sáng - tối), điều kiện sản xuất, sinh
hoạt...những nguyên nhân này thờng mang tính ngẫu nhiên, bất định.
Những dao động ngẫu nhiên của phụ tải có thể chia ra thành những dao động
nhanh (tắt nhanh) với chu kỳ cỡ hàng chục giây và dao động chậm với chu kỳ hàng
chục phút. Dao động nhanh của phụ tải thờng do chu kỳ làm việc của các hộ tiêu thụ
điện lớn (nh máy cán kim loại, truyền động điện, lò điện....) gây nên. Dao động chậm
thờng do hệ quả biến động phụ tải của tập hợp nhiều hộ tiêu thụ trong khu vực.
Dao động phụ tải thờng kéo theo dao động tần số và làm thay đổi công suất trao
đổi giữa các phần của hệ thống hoặc giữa các hệ thống với nhau. Dao động tần số phụ
thuộc vào tơng quan giữa dao động phụ tải với công suất của hệ thống hợp nhất.
Sự thay đổi công suất trao đổi phụ thuộc vào tơng quan giữa dao động phụ tải với
công suất vận hành của từng phần hệ thống.
Dới tác động của các máy điều tốc tuabin, dao động phụ tải sẽ ảnh hởng đến phân
bố công suất giữa các tổ máy làm việc song song với đặc tính điều chỉnh có độ phụ
thuộc cho trớc. Vì vậy khi dao động công suất, sẽ xảy ra dao động hầu nh đơn điệu của
tần số trung bình phụ thuộc vào tính chất dao động của phụ tải. Độ lệch tần số trong
HTĐ lớn trong khoảng 0,01 - 0,05Hz với chu kỳ khoảng 15-30 và 200-250s.
Tuỳ theo kết cấu và nguyên lý làm việc của các máy điều tốc mà phản ứng của
chúng lên sự thay đổi tần số sẽ khác nhau. Các máy điều tốc của tuabin hơi phản ứng
nhanh, có thể cảm nhận các độ lệch tức thời của tốc độ quay. Máy điều tốc của tuabin
thuỷ điện tác động chậm hơn, chỉ có thể phản ứng với những biến động chậm của phụ
tải.
Trên thực tế hệ thống điều chỉnh tần số chỉ phản ứng với những dao động chậm
của tần số với chu kỳ 10-15 phút, tơng ứng với sự thay đổi của biểu đồ phụ tải ngày của
hệ thống.
Để đảm bảo phạm vi điều chỉnh cần thiết đối với các hệ thống lớn cần huy động
nhiều nhà máy điện tham gia vào quá trình điều chỉnh, mỗi nhà máy có một tỷ phần
nhất định trong công suất điều chỉnh. Tỷ phần này đợc xác định trên cơ sở phân tích
chỉ tiêu kinh tế, tính linh hoạt trong điều chỉnh...

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

thiết bị.
Đối với các hệ thống lớn việc điều khiển tập trung đồng thời toàn bộ hoạt động
của tất cả hệ thống có thể gặp khó khăn về phơng diện kích cỡ của bài toán điều khiển

84


cũng nh những hạn chế về khả năng tải của các đờng day liên kết hệ thống. Trên thực
tế ngời ta thờng chia các hệ thống lớn thành những hệ thống con cố gắng giải quyết bài
toán tự cân bằng khu vực kết hợp với việc tối u hoá luồng công suất trao đổi giữa các
khu vực.
Dao động luồng công suất trao đổi giữa các khu vực đợc xác định theo tơng quan
giữa dao động phụ tải tổng của toàn hệ thống với công suất khả dụng của chúng. Đối
với các hệ thống hợp nhất có công suất 10.000 -20.000MW tơng quan này khoảng 0,25
- 0,15%.
Phơng trình cân bằng công suất có dạng
PF- Ppt = Ptd
trong đó, PF - công suất phát của khu vực.
Ppt - công suất tiêu thụ trong khu vực
Ptd - công suất trao đổi với các khu vực khác.
Thông thờng công suất trao đổi với các khu vực khác chiếm một tỷ phần không
lớn lắm so với công suất của khu vực để đảm bảo cân bằng và giữ cho tần số không
thay đổi. Khi tần số thay đổi, lợng công suất trao đổi cũng thay đổi theo. Nh vậy hệ
thống điều chỉnh sẽ phản ứng theo thông số hỗn hợp.
= Ptd + f
trong đó: Ptd - độ lệch của luồng công suất trao đổi so với trị số đã đợc giao;
- hệ số tỷ lệ.
f - độ lệch tần số.
Quá trình điều chỉnh đợc tiến hành theo độ lệch tích phân và độ lệch tức thời của
thông số :

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.

85