Nghiên cứu, đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Đồng Nai 3

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ NGUYÊN TRƯỞNG

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG
ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60 52 02 02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. Ngô Văn Dưỡng

Phản biện 1:
PGS.TS. Nguyễn Hữu Hiếu
Phản biện 2:
TS. Vũ Phan Huấn

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ kỹ thuật Điện họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 27
tháng 10 năm 2018.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường ĐH Bách khoa
- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
Ngày nay với xu thế phát triển mạnh của nền kinh tế đất nước,
kéo theo các nhu cầu – yêu cầu về chất lượng hệ thống điện Việt
Nam cũng tăng cao ; tuy nhiên, sự dao động lớn của tần số hệ thống
trong ngày gây ảnh hưởng đến hoạt động của tất cả các thiết bị trong
hệ thống điện. Hệ thống điều tốc trong nhày máy Thủy điện Đồng
Nai 3 đóng vai trò quyết định cho việc điều chỉnh tốc độ của tuabin
máy phát khi khởi động và ngừng máy; giám sát và điều chỉnh liên
tục giữ ổn định tốc độ của máy phát khi đang hòa lưới; điều khiển
tăng giảm công suất hữu công khi đang hòa lưới; điều chỉnh ổn định
tần số lưới khi tần số vượt ngoài ngưỡng ổn định.
Tuy nhiên, việc tiếp cận cũng như thay đổi nguyên lý hoạt
động hệ thống điều tốc là một vấn đề hết sức khó khăn vì trong suốt
quá trình thiết kế, lắp đặt đều phụ thuộc vào các chuyên gia nước
ngoài. Đặc biệt, sau nhiều năm vận hành thì hệ thống lại bộc lộ nhiều
vấn đề chưa tối ưu như : vấn đề điều chỉnh tốc độ tuabin khi máy
phát hòa đồng bộ còn chưa tốt ; vấn đề tự động điều chỉnh tần số hệ
thống điện khi tần số hệ thống mất ổn định còn nhiều khuyết điểm
.v.v…
1. Lý do chọn đề tài
Trên cơ sở các hạn chế đó, cho thấy sự cần thiết phải nghiên
cứu, đề xuất khắc phục hệ thống điều tốc để đưa hệ thống ngày một
vận hành hiệu quả hơn.

Đề tài đã đẩy nhanh quá trình hòa đồng bộ của tổ máy, giúp
quá trình phát điện lên hệ thống điện diễn ra kịp thời, đáp ứng nhu
cầu của phụ tải.
Đề tài cũng nghiên cứu sửa đổi và nâng cao khả năng tự động


2
điều chỉnh tần số lưới của tổ máy; từ đó góp phần làm ổn định tần số
lưới điện hơn nữa, nâng cao chất lượng điện năng của hệ thống.
2. Mục đích nghiên cứu
Khảo sát, đánh giá hiện trạng, để tìm giải pháp khả thi nhằm
nâng cao hiệu quả điều khiển tốc độ và tần số của hệ thống điều tốc
nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu:
Hệ thống điều tốc nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3.
Các nguyên lý điều khiển tốc độ máy phát khi khởi động và
hòa đồng bộ; điều chỉnh phát công suất tác dụng; tự động điều chỉnh
tần số khi tần số hệ thống điện có dao động.
3.2. Phạm vi nghiên cứu:
Hệ thống điều tốc nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
4. Phương pháp nghiên cứu
Khảo sát, đánh giá hiện trạng các chế độ làm việc của hệ thống
điều tốc nhà máy thủy điện Đồng Nai 3, trên cơ sở đó xác định các
hạn chế của hệ thống. Tìm hiều cơ sở lý thuyết điều khiển của các hệ
thống điều tốc thủy điện, các giải pháp đảm bảo độ tin cậy làm việc
của hệ thống, từ đó đề xuất giải pháp hợp lý để áp dụng nhằm nâng
cao hiệu quả vận hành của hệ thống điều tốc nhà máy Thủy điện
Đồng Nai 3.
5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Kết quả đạt được của đề tài sẽ cung cấp
giải pháp hiệu quả để nâng cao khả năng điều khiển tốc độ và tần số
lưới điện của các hệ thống điều tốc máy phát thủy điện.
- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả đề tài được áp dụng để nâng cao
hiệu quả điều khiển của hệ thống điều tốc nhà máy Thủy điện Đồng


3
Nai 3, giúp khắc phục các hạn chế của hệ thống đang vận hành.
6. Tên đề tài
“ Nghiên cứu, đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả
vận hành hệ thống điều tốc nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3”.
7. Bố cục đề tài
MỞ ĐẦU:
CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG
NAI 3

CHƯƠNG 2:

HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
ĐỒNG NAI 3

CHƯƠNG 3:

VAI TRÒ VÀ CÁC HẠN CHẾ CỦA HỆ THỐNG
ĐIỀU TỐC TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH
TỔ MÁY

CHƯƠNG 4:

GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC CÁC HẠN CHẾ CỦA
HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC VÀ ỨNG NGHIỆM
THỰC TẾ


4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
1.1. Tổng quan về nhà máy
1.2. Chức năng nhiệm vụ nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
1.3. Hồ chứa nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
1.4. Đập chính nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
1.5. Cửa nhận nước nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
1.6. Đường hầm áp lực nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
1.7. Các thiết bị của nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
1.8. Các hệ thống chính trong nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
1.8.1.

Hệ thống SCADA điều khiển chung

1.8.2.

Hệ thống kích từ

1.8.3.

Hệ thống rơ le bảo vệ

1.8.4.

Hệ thống điều tốc

1.9. Các hệ thống phụ dịch nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
1.10. TÓM TẮT CHƯƠNG 1
Công trình Thủy điện Đồng Nai 3 nằm trên địa phận 2 tỉnh
Lâm Đồng và Đắc Nông ; có nhiều hạng mục chính.
Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 có nhiều các thiết bị chính,
các hệ thống chính và các hệ thống phụ trong nhà máy.
Hệ thống điều tốc của hãng VATECH, bao gồm 2 phần chính
là cơ cấu thủy lực chấp hành, và cơ cấu giám sát - điều khiển hệ
thống theo chu trình.
Chương này tạo cái nhìn tổng quan về nhà máy thủy điện cũng
như các thiết bị hệ thống trong nhà máy thủy điện ; giúp hiểu rõ hơn
về hệ thống điều tốc sẽ trình bày trong chương 2.


5

CHƯƠNG 2
HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG
NAI 3
2.1. Thông số kỹ thuật chính hệ thống điều tốc
2.2. Cơ cấu thủy lực chấp hành của hệ thống điều tốc
2.2.1.
-

Giới thiệu

Cơ cấu thủy lực chấp hành có 3 phần chính:
➢ Phần servor thủy lực và van cánh hướng.
➢ Phần cụm van solenoid và van tỉ lệ điều khiển.
➢ Phần hệ thống bơm tạo và duy trì áp suất dầu.

2.2.2.

Phần hệ thống bơm tạo và duy trì áp suất dầu

2.2.3.

Phần cụm van solenoid và van tỉ lệ điều khiển

2.2.4.

Phần servo thủy lực và van cánh hướng

2.3. Cơ cấu giám sát - điều khiển hệ thống theo chu trình của hệ
thống điều tốc
2.3.1.

Giới thiệu

2.3.2.

Phần CPU điều khiển:

2.3.3.

Phần tín hiệu giám sát và hồi tiếp:

2.4. Giới thiệu các chế độ vận hành của hệ thống điều tốc
2.4.1.

Vận hành Manual

2.4.2.

Vận hành Auto

2.5. Giới thiệu chương trình điều khiển của hệ thống điều tốc
PLC hệ thống điều tốc được lập trình các chương trình điều
khiển theo sườn logic như Hình 2.18.
2.5.1.

LOG “0.”

2.5.2.

FCA “7.”

2.5.3.

POC (Power controller) “6.”


6

Hình 2. 1. Sơ đồ logic điều khiển hệ thống điều tốc
2.5.4.

OPC ( Opening controller) “5.”

2.5.5.

SPC ( Speed controller) “4.”

2.5.6.

SEL (Selection) “3.”

2.5.7.

Khối OPL (Opening Limitation) “2.”

2.5.8.

WPO (Wicket gate posision) “1.”

2.6. Giới thiệu về phần mềm SAT TOOLBOX II


7
2.6.1.

Data distribution center

2.6.2.

OPM

2.6.3.

HW – FW Configuration

2.6.4.

CAEx plus

2.6.5.

Load Parameter

2.7. TÓM TẮT CHƯƠNG 2
Phần cơ cấu thủy lực chấp hành của hệ thống điều tốc là các
servo thủy lực, các solenoid van, van tỉ lệ để điều khiển van cánh
hướng, qua đó điều khiển lưu lượng nước chạy qua bánh xe công tác.
Phần cơ cấu giám sát điều khiển hệ thống theo chu trình là hệ
thống CPU chứa logic chương trình, các module I/O cùng các sensor
giám sát hồi tiếp tín hiệu.
Hệ thống điều tốc nhà máy Đồng Nai 3 có ba chương trình
điều khiển chính là Speed controller, Power controller và Opening
controller:
-

Speed controller điều khiển trong quá trình khởi động tổ máy đến

hòa đồng bộ.
-

Power controller điều khiển trong quá trình tổ máy đã hòa đồng

bộ và đang phát công suất lên lưới.
-

Opening controller điều khiển trong quá trình quá độ giữa các

chế độ, khi xãy ra sự cố mất tín hiệu hồi tiếp công suất, hoặc do điều
hành viên chủ động chuyển sang.
Phần mềm SAT Toolbox II giúp giao tiếp và xây dựng logic
cho CPU điều khiển hệ thống điều tốc.
Qua chương này đã giới thiệu về cấu trúc hệ thống điều tốc, và
chức năng của các chế độ điều khiển trong hệ thống điều tốc. Qua đó
là nền tảng để đi sâu vào phân tích các khuyết điểm, hạn chế của hệ
thống điều tốc trong các chương sau.


8
CHƯƠNG 3
VAI TRÒ VÀ CÁC HẠN CHẾ CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC
TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH TỔ MÁY
3.1. Vai trò và hạn chế của hệ thống điều tốc trong quá trình
hòa đồng bộ

3.1.1. Giới thiệu chu trình khởi động tổ máy trong nhà máy thủy
điện Đồng Nai 3
Chi tiết toàn chu trình xem ở phụ lục 2.
Quá trình hòa đồng bộ là giai đoạn cuối trong chu trình “STOP
to GEN”; là bước chuyển giữa trạng thái “Noload” sang trạng thái
“GEN”; hệ thống SCADA điều khiển chung gửi lệnh start bộ hòa

đồng bộ “SYN 5201”; thiết bị này gửi lệnh điều khiển tăng giảm tốc
độ đến hệ thống điều tốc, hoặc tăng giảm điện áp đầu cực đến hệ
thống kích từ nhằm đưa tổ máy đạt điều kiện hòa đồng bộ với lưới
điện.

3.1.2. Bộ hòa đồng bộ “SYN 5201”
3.1.2.1. Giới thiệu
Bộ hòa đồng bộ có 3 chức năng chính: điều chỉnh cân bằng
điện áp, điều chỉnh cân bằng tần số và độ lệch góc pha giữa điện áp
đầu cực máy phát và lưới điện hệ thống.
Bảng 3. 1. Thông số cài đặt của bộ hòa đồng bộ
Chức năng hòa đồng bộ auto

Thông cài đặt

Độ lệch điện áp -  Umax [V]

-5%

Độ lệch điện áp +  Umax [V]

+5%

Độ lệch tần số -  F [Hz]

-0,1

Độ lệch tần số +  F [Hz]

+0,1

9
Độ lệch góc pha -  φ [º]

-10

Độ lệch góc pha +  φ [º]

+10

3.1.2.2. Thông tin thiết bị
3.1.2.3. Nguyên lý làm việc bộ hòa đồng bộ “SYN 5201”
-

Tính toán ΔU = U1 − U 2
Với:

U1 là điện áp phía lưới điện hệ thống.
U2 là điện áp phía đầu cực máy phát.

Nếu:

ΔU > 0 hiệu chỉnh điện áp đầu cực máy phát tăng

lên.
ΔU < 0 hiệu chỉnh điện áp đầu cực máy phát giảm
xuống.
-

Tính toán ΔF = s=
Với

F1 − F2
100%
F1

F1 là tần số lưới điện hệ thống.
F2 là tần số đầu cực máy phát.

Nếu

s > 0 hiệu chỉnh tần số đầu cực máy phát tăng lên.
s < 0 hiệu chỉnh tần số đầu cực máy phát giảm

xuống.
-

Tính toán Δφ = φ1 – φ2
Với

φ1 là góc pha lưới điện hệ thống.
φ2 là góc pha đầu cực máy phát.

Nếu

Δφ > 0 hiệu chỉnh tần số đầu cực tiến lên.
Δφ < 0 hiệu chỉnh tần số đầu cực lui lại.

-

Công thức thời gian: ds / dt = 2 

x =56

 s % / s 
x =1

x

Mỗi 0,5 s; một giá trị trung bình được tính chuẩn từ 56 lần đo
lường, thời gian lấy mẫu 9ms.


10

3.1.2.4. Đo lường điện áp trong bộ hòa đồng bộ
3.1.3. Chế độ điều khiển “Speed controller” của PLC hệ thống
điều tốc

Hình 3. 1. Sơ đồ hàm truyền của Speed controller

3.1.3.1. Khối chương trình Setpoint
3.1.3.2. Khối PID
❖

Nguyên lý làm việc:
Hàm truyền:

G ( s) = K p +

K p 1 T1  K v  s
 +
TN s 1 + T  s1

3.1.4. Hiện trạng và khuyết điểm hệ thống điều tốc Đồng Nai 3
trong quá trình hòa đồng bộ

3.1.4.1. Hiện trạng
Trong chu trình khởi động tổ máy, giá trị tốc độ được cài đặt
trong biến “SPC;SSP PRE VAL” là 100 (100% định mức). Từ giai
đoạn start điều tốc đến giai đoạn start bộ hòa đồng bộ, tốc độ tuabin
đạt 100% tốc độ định mức.
Trong quá trình hòa đồng bộ, bộ hòa “SYN 5201” gửi các lệnh
“UP” hoặc “DN” đến khối setpoint, để tăng hoặc giảm giá trị tốc độ
cài đặt, nhằm thay đổi tần số và độ lệch góc pha phía đầu cực máy
phát đạt yêu cầu hòa đồng bộ.

3.1.4.2. Khuyết điểm
Trong trường hợp tần số hệ thống điện dao động lớn so với tần
số định mức (± 0,2 Hz đến ± 0,3 Hz, thỉnh thoảng lớn hơn) , việc
điều chỉnh đồng bộ giữa ΔF và Δφ trở nên khó khăn.


11
Nếu thời gian hòa đồng bộ vượt quá 2 phút quá trình sẽ ngừng
và báo lỗi.
Bên dưới là hình ảnh thực nghiệm của quá trình hòa đồng bộ
với thời gian hòa kéo dài. Nét đỏ là tần số, nét xanh là công suất phát,
nét tím là độ mở van cánh hướng

Hình 3. 2. Thời điểm 11h45’ tần số dao động lớn thời gian hòa kéo
dài 1phút 58 giây

Hình 3. 3. Thời điểm 13h tần số dao động lớn thời gian hòa kéo dài
1phút 53 giây


12
3.2. Vai trò và hạn chế hệ thống điều tốc Đồng Nai 3 trong quá
trình điều tần

3.2.1. Cơ sở lý thuyết chức năng điều tần
3.2.1.1. Nguyên nhân dao động tần số hệ thống

Hình 3. 4. Ví dụ cơ bản về một nhà máy phát điện cung cấp độc lập
cho một phụ tải
3.2.1.2. Ảnh hưởng của việc dao động tần số hệ thống
-

Đối với máy phát:

-

Đối với phụ tải:
Khi có thay đổi phụ tải ta có thể biểu diễn theo biểu thức sau:

Pe = PL + D r

Hình 3. 5. Sơ đồ khối mô tả mối quan hệ giữa moment, độ lệch công

suất và tốc độ

3.2.1.3. Mục đích chức năng điều tần
Giả sử trong máy phát không có điều tần:
-

Moment phát động của Turbine (Pm) tỷ lệ với tần số.

-

Moment cản (Pe) phụ thuộc vào phụ tải là một biến tỷ lệ

nghịch.


13
Đường đặc tính của phụ tải và máy phát là ngược nhau. Một
chế độ xác lập ban đầu được xác định như sau:

Hình 3. 6. Đặc tính điều chỉnh của máy phát và phụ tải
Khi ấy nếu không có thao tác điều chỉnh thì một bước tăng của
phụ tải sẽ chuyển điểm làm việc lên M1.

Pe
F
= −
Pe
Fo
Trong đó:  là hệ số tự điều chỉnh của hệ thống.
Mục tiêu hướng đến là kéo điểm cân bằng về M0’, tức tạo nên

sự cân bằng giữa Pm và Pe.
Vấn đề đặt ra trong trường hợp tự điều chỉnh là ∆Pe quá lớn để
mỗi máy phát có thể đáp ứng, do đó cần thiết phải có nhiều máy phát
cùng thực hiện.

3.2.2. Chương trình điều tần nhà máy Đồng Nai 3
3.2.2.1. Phương trình đặc tuyến P-F
Công thức tính toán ΔP khi tần số hệ thống dao động ΔF được
xây dựng như sau :


14

F F
F
S % = 0 = 50  ∆P = 25∆F (MW) (ứng với S = 4)
P P
P0
90
Trung tâm điều độ cho phép tần số hệ thống dao động trong
một vùng an toàn gọi là vùng deadband (Db). Khi tần số hệ thống
dao động nằm trong vùng này, được coi là ổn định và máy phát
không phải điều tần.
Vậy công thức tính ΔF là :
ΔF = (Ft ± Db) – F0
Nếu Ft ≥ (F0 + Db) thì ΔF = (Ft - Db) – 50 (F0 = 50Hz)
Nếu Ft ≤ (F0 - Db) thì ΔF = (Ft + Db) – 50 (F0 = 50Hz)
Nếu (F0 - Db) ≤ Ft ≤ (F0 + Db) thì ΔF = 0.
Giá trị S (độ trượt PF) được quy định là 4 %, và Db là 0,1Hz
(tính đến năm 2017 theo trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia).

Hình 3. 7. Đặc tuyến PF của máy phát

3.2.2.2. Khối tính toán ΔF (Deadband) trong chương trình hệ
thống điều tốc

3.2.3. Chế độ điều khiển “Power controller” của PLC hệ thống


15
điều tốc
Như đã nói ở trên, quá trình điều tần diễn ra khi và chỉ khi
PLC hệ thống điều tốc làm việc ở chương trình “Power controller”.

Hình 3. 8. Sơ đồ hàm truyền của Power controller

3.2.3.1. Khối tính toán bù công suất điều tần
3.2.3.2. Khối CON-PUI
3.2.4. Hiện trạng và khuyết điểm của hệ thống điều tốc Đồng Nai
3 trong quá trình điều tần

3.2.4.1. Hiện trạng
Hệ thống điều tốc nhà máy Đồng Nai 3 đang lập trình giá trị
“Db” là ±0,5Hz (tương đương 1% tần số định mức), trong khi đó yêu
cầu của trung tâm điều độ tính đến năm 2017 là ±0,1Hz.
Ngoài ra, trong quá trình điều tần, hệ thống điều tốc điều chỉnh
công suất phát của máy phát nằm ngoài ngưỡng làm việc ổn định
(Nhỏ hơn 50MW).

3.2.4.2. Khuyết điểm

Với giá trị Db là ±0,5Hz này hệ thống gần như rất ít khi thực
hiện điều tần (tần số hệ thống thường chỉ dao động 0,2 Hz đến 0,3 Hz
trong ngày) trừ các trường hợp sự cố.
Điều này làm hạn chế khả năng làm việc của hệ thống điều
tốc, hạn chế phần nào khả năng điều tần của toàn hệ thống.
Trường hợp khi tần số hệ thống dao động quá lớn hệ thống
thực hiện điều tần kéo công suất tổ máy xuống quá thấp gây rung
động lớn cho máy phát.


16
3.3. TÓM TẮT CHƯƠNG 3
Quá trình hòa đồng bộ là giai đoạn cuối trong chu trình “STOP
to GEN”; là bước chuyển giữa trạng thái “Noload” sang trạng thái
“GEN”; hệ thống SCADA điều khiển chung gửi lệnh start bộ hòa
đồng bộ “SYN 5201”. Bộ hòa sẽ gửi lệnh đến hệ thống điều tốc hoặc
kích từ để điều chỉnh các thông số ΔU, ΔF, Δφ đạt yêu cầu hòa lưới.
Hệ thống điều tốc trong quá trình hòa làm việc ở chương trình
“Speed controller” chỉ có nhiệm vụ giữ ổn định tần số đầu cực máy
phát ở 50Hz. Vào các thời điểm tần số hệ thống dao động biên độ
lớn, quá trình hòa đồng bộ khó khăn hoặc không thực hiện được.
Nguyên nhân chính của sự dao động tần số hệ thống là sự mất
cân bằng giữa công suất phát điện và công suất tiêu thụ (hoặc là sự
mất cân bằng giữa công suất cơ Pm của nhà máy phát điện và công
suất điện Pe của phụ tải) . Khi có sự thay đổi phụ tải, công suất điện
máy phát thay đổi gây ra sự chênh lệch giữa moment điện và moment
cơ trên trục máy phát và kết quả là sự sai lệch về tốc độ (tần số).
Nguyên nhân này có thể vì sự thay đổi phụ tải trong ngày, có thể vì
sự cố gây mất điện nguồn phát hoặc phụ tải...
Chức năng điều tần của hệ thống điều tốc nhà máy Đồng Nai 3

đang lập trình giá trị “Db” là ±0,5Hz (tương đương 1% tần số định
mức). Ngoài ra, trong quá trình điều tần, hệ thống điều tốc điều chỉnh
công suất của máy phát vượt ngưỡng làm việc ổn định (Nhỏ hơn
50MW, thậm chí xuống dưới 4 MW) gây rung động lớn cho máy
phát.
Trước những thực trạng và khuyết điểm đáng lưu ý của hệ
thống điều tốc Đồng Nai 3 ; cho thấy cần thiết phải có phương án,
giải pháp để khắc phục các khuyết điểm trên, đem lại hiệu quả vận
hành hơn nữa cho hệ thống điều tốc.


17
CHƯƠNG 4
GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC CÁC HẠN CHẾ CỦA HỆ THỐNG
ĐIỀU TỐC VÀ ỨNG NGHIỆM THỰC TẾ
4.1. Giải pháp khắc phụ khuyết điểm trong vấn đề hòa đồng bộ
hệ thống và ứng nghiệm thực tế
4.1.1.

Cải tạo nguyên lý chương trình setpoint tốc độ trong

“speed controller”
Trong quá trình hòa đồng bộ (bộ hòa SYN 2501 đang làm
việc) ; giá trị tốc độ setpoint thay vì 100% tốc độ định mức, ta thay
đổi thành chính tốc độ tức thời của hệ thống điện (tần số tức thời của
hệ thống điện).

Hình 4. 1. Thay đổi logic setpoint tốc độ
Bộ PID trong chế độ Speed control sẽ luôn giám sát tần số hệ
thống điện và điều chỉnh tốc độ (tần số) đầu cực máy phát tiệm cận

với tần số hệ thống điện.
Do đó trong quá trình hòa đồng bộ, dù ngay tại các thời điểm
tần số hệ thống dao động biên độ lớn, tần số đầu cực máy phát luôn
gần sát tần số hệ thống; bộ hòa đồng bộ chỉ cần điều chỉnh ΔU và Δφ,
quá trình hòa diễn ra dễ dàng, nhanh hơn.
4.1.2.

Thử nghiệm thực tế giải pháp khắc phục


18
Sau khi thay đổi logic, download chương trình lên PLC điều
tốc, thực hiện chạy thử nghiệm hệ thống điều tốc và tổ máy ngày
25/04/2018.
Nét đỏ là tần số, nét xanh là công suất phát, nét tím là độ mở
van cánh hướng

Hình 4. 2. Thời điểm 8h15 tần số dao động lớn, thời gian hòa kéo
dài 1phút 01 giây
Thời gian hòa rút ngắn xuống hơn 1 phút ngay cả khi vào thời
điểm tần số hệ thống dao động lớn, đạt được yêu cầu của điều độ lên
xuống máy nhanh để đáp ứng nhu cầu phụ tải.
4.2. Giải pháp khắc phụ khuyết điểm trong vấn đề điều tần hệ
thống và ứng nghiệm thực tế
4.2.1.

Khắc phục vấn đề giá trị deadband không đúng yêu cầu

❖ Cải tạo nguyên lý của phần chương trình tính toán ΔF
Giá trị Db trước kia có giá trị là 1% (tương đương 0,5 Hz).

Nay được phân cấp thành 2 giá trị lựa chọn:


19
-

Giá trị 1% (± 0,5 Hz) nếu muốn giữ nguyên.

-

Giá trị 0,2% (± 0,1 Hz) theo đúng yêu cầu của trung tâm điều

độ.
Biến “LOG ; IF ON” được dùng để lựa chọn sử dụng một
trong hai giá trị Db.

Hình 4. 3. Logic lập trình giá trị “Db” mới
Biến “LOG; IF ON” được kích hoạt bởi điều hành viên. Khi
biến được tác động, giá trị Db được nhận là 0,2% (± 0,1 Hz) theo
đúng yêu cầu của trung tâm điều độ.
Biến “CON;IF Active” lên mức 1 khi ΔF <> 0, nói cách khác
là khi hệ thống điều tốc thực hiện điều tần. Biến này phục vụ cho
mục đích chặn giới hạn công suất.
4.2.2.

Khắc phục vấn đề chặn giới hạn công suất điều tần

❖ Cải tạo nguyên lý của phần chương trình tính toán bù công
suất điều tần
Xây dựng thêm logic chặn giới hạn công suất cao nhất và

20
thấp nhất trong quá trình điều tần.
Xác định vùng làm việc ổn định của máy phát
Bảng 4. 1. Thông số tương quan Công suất – Độ mở cánh hướng
STT

Độ mở ( %)

Công suất ( MW)

Độ rung OHT/OHD (μms)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

20,51
29,27
37,40
44,47
51,39

56,92
64,10
71,89
79,26
93,59

0,45
10,00
20,03
30,09
40,04
50,00
60,05
70,08
80,24
90,29

62 / 58 (cao)
57 / 52 (cao)
52 / 49 (cao)
51 / 47 (cao)
48 / 45 (cao)
30 / 29 (tốt)
23 / 26 (tốt)
23 / 27 (tốt)
24 / 26 (tốt)
22 / 26 (tốt)

Vì vậy ta quyết định chọn giới hạn vùng phát công suât ổn
định của máy phát là 50 MW < Pt < 92MW.

Tiến hành lập trình các ngưỡng chặn giới hạn; trước tiên xây
dựng biến “POC;PSP”.

Hình 4. 4. Sơ đồ lập trình giá trị công suất setpoint + bù ΔP điều tần
thêm biến mới


21
Công suất setpoint và cộng bù ΔP trước khi đến khối tích
phân tích hợp để đi làm việc, được giới hạn bởi một logic mới.

Hình 4. 5. Logic chặn giới hạn công suất khi điều tần
4.2.3.

Thử nghiệm thực tế vấn đề điều tần sau khi khắc phục

4.2.3.1. Thay đổi giá trị deadband từ 0,5Hz xuống 0,2Hz
❖ Tại thời điểm 10h11’03’’ đến 10h17’55’’ xãy ra sự kiện điều tần.
4.2.3.2. Thay đổi giá trị deadband từ 0,2Hz xuống 0,1Hz.
❖ Tại thời điểm 12h34’12’’ đến 12h35’16’’ xãy ra điều tần lần 1.
❖ Tại thời điểm 12h39’59’’ đến 12h48’59’’ xãy ra điều tần lần 2.
❖ Tại thời điểm 12h52’37’’ đến 12h55’50’’ xãy ra điều tần lần 3.
❖ Tại thời điểm 13h05’03’’ đến 13h12’46’’ xãy ra điều tần lần 4.
❖ Tại thời điểm 13h15’02’’ đến 13h15’53’’ xãy ra điều tần lần 5.
❖ Tại thời điểm 13h50’57’’ đến 13h53’18’’ xãy ra điều tần lần 6.
4.2.3.3. Kết luận
-

Biên độ dao động công suất lớn nhất vào khoảng 11,5 MW.

-

Biên độ dao động tần số lớn nhất vào khoảng 0,45 Hz.

-

Sai số công suất lớn nhất so với tính toán là 0,4 MW ở lần điều

tần thứ 4; và 0,5 MW ở lần điều tần thứ 6, đạt yêu cầu.


22
Hệ thống điều tốc và tổ máy 1 nhà máy Đồng Nai 3 đủ khả năng
thực hiện điều tần ở giá trị deadband 0,1 Hz.
4.3. TÓM TẮT CHƯƠNG 4
Đưa ra các giải pháp khắc phục các vấn đề hạn chế phân tích ở
chương 3 như:
-

Giải pháp khắc phục khiếm khuyết trong quá trình hòa đồng bộ

tổ máy.
-

Giải pháp khắc phục khiếm khuyết giá trị Deadband không

đúng theo yêu cầu điều độ.
-

Giải pháp khắc phục khiếm khuyết công suất phát khi điều tần

vượt dải làm việc ổn định của máy phát.
Xây dựng logic mới cho các giải pháp khắc phục, cài đặt logic
mới cho PLC hệ thống điều tốc.
Tiến hành thử nghiệm thực tế theo yêu cầu của trung tâm điều
độ, kết quả cho thấy hệ thống hoạt động tốt, đủ khả năng đáp ứng yêu
cầu.


23
KẾT LUẬN
Những năm gần đây trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia
đang đẩy mạnh việc kiểm tra, đôn đốc các nhà máy phát điện đưa các
chức năng giúp ổn định hệ thống điện của hệ thống điều tốc vào làm
việc. Điều này là phù hợp với nhu cầu điện năng ngày một cao hiện
nay của đất nước.
Nắm bắt được yêu cầu đó, kèm theo sự tìm tòi nghiên cứu từ
những khuyết điểm của hệ thống điều tốc nhà máy Thủy điện Đồng
Nai 3 sau nhiều năm vận hành đến nay; đề tài xây dựng và đề xuất
các giải pháp nhằm cải thiện và nâng cao khả năng vận hành của hệ
thống điều tốc trong nhà máy mình, đồng thời để đáp ứng được yêu
cầu của hệ thống điện.
Đề tài đã khắc phục được 4 điểm hạn chế là:
-

Quá trình hòa đồng bộ diễn ra khó khăn tại các thời điểm tần số

hệ thống dao động lớn.
-

Cơ chế điều tần với dải Deadband quá rộng, không đóng góp

nhiều cho nhiệm vụ ổn định tần số hệ thống điện.
-

Quá trình điều tần chưa giới hạn trong vùng phát công suất ổn

định của máy phát.
-

Không làm chủ được công nghệ, không kiểm soát được logic

hoạt động của hệ thống điều tốc, bị động trong việc thay đổi nguyên
lý làm việc theo hướng mong muốn.
Sau khi đề xuất khắc phục khuyết điểm, kết hợp với trung tâm
điều độ, chúng tôi đã thực hiện thử nghiệm các nội dung cải tiến trên.
Kết quả đem lại đạt yêu cầu mong muốn, tổ máy vận hành hoàn thiện
hơn, đóng góp nhiều hơn cho nhiệm vụ nâng cao chất lượng điện
năng hệ thống điện.