Tập bài giảng Hệ thống điện - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định

Điện ỏp cao hoặc thấp quỏ đều gõy ra phỏt núng phụ cho thiết bị dựng điện làm giảm tuổi thọ và năng suất cụng tỏc, làm hỏng sản phẩmnếu thấp quỏ thỡ nhiều thiết bị dựng điện khụng làm việc được. Độ lệch điện ỏp là tiờu chuẩn điện ỏp quan trọng nhất ảnh hưởng lớn đến giỏ thành hệ thống điện. b) Độ dao động điện ỏp Sự biến thiờn nhanh của điện ỏp được tớnh theo cụng thức: %100.minmax đmU UU U   (6.6) Tốc độ biến thiến từ Umin tới Umax khụng nhỏ hơn 1%/s. Dao động điện ỏp gõy ra dao động ỏnh sỏng, làm hại mắt người lao động, gõy nhiễu mỏy thu thanh, mỏy thu hỡnh và cỏc thiết bị điện tử... Độ dao động điện ỏp được hạn chế trong miền cho phộp. Vớ dụ, tiờu chuẩn Nga quy định dao động điện ỏp trờn cực cỏc thiết bị chiếu sỏng như sau: 10 1 6 1 t n V   (6.7) n - số dao động trong 1 giờ; t – thời gian trung bỡnh giữa 2 dao động (phỳt ). 223 Theo tiờu chuẩn này, nếu 1 giờ cú 1 dao động thỡ biờn độ được phộp là 7%. Đối với cỏc thiết bị cú sự biến đổi đột ngột cụng suất trong vận hành chỉ cho phộp U đến 1,5%. Cũn đối với cỏc phụ tải khỏc khụng được chuẩn húa, nhưng nếu U lớn hơn 15% sẽ dẫn đến hoạt động sai của khởi động từ và cỏc thiết bị điều khiển. Ở Phỏp người ta dựng đường cong quan hệ U và tần suất xuất hiện. Theo đú nếu 1 lần trong 1 giờ thỡ U cho phộp là 10%. c) Độ khụng đối xứng Phụ tải cỏc pha đối xứng dẫn tới điện ỏp cỏc pha khụng đối xứng, sự khụng đối xứng này được đặc trưng bởi thành phần thứ tự nghịch U2 của điện ỏp. Điện ỏp khụng đối xứng làm giảm hiệu quả cụng tỏc và tuổi thọ của thiết bị dựng điện, giảm khả năng tải của lưới điện và tăng tổn thất điện năng. Tiờu chuẩn Nga quy định, trờn lưới điện sinh hoạt U2 khụng được vượt quỏ giỏ trị làm cho điện ỏp thực trờn cực thiết bị dựng điện thấp hơn giỏ trị cho phộp. Trờn cực thiết bị dựng điện ba pha đối xứng, U2 khụng được vượt quỏ 2% Uđm; trờn cực cỏc động cơ khụng đồng bộ, U2 cho phộp được xỏc định riờng theo điều kiện phỏt núng và cú thể lớn hơn 2%. d) Độ khụng sin Cỏc thiết bị dựng điện cú đặc tớnh khụng tuyến như mỏy biến ỏp khụng tải, bộ chỉnh lưu, thyristor làm biến dạng đường đồ thị điện ỏp khiến nú khụng cũn là hỡnh sin nữa và xuất hiện cỏc súng hài bậc cao Uj và Ij .Cỏc súng hài bậc cao này gúp phần làm giảm điện ỏp trờn đốn điện và thiết bị sinh nhiệt, làm tăng thờm tổn thất sắt từ trờn động cơ, tổn thất điện mụi trong cỏch điện, tăng tổn thất trờn lưới điện và thiết bị dựng điện, giảm chỉ tiờu kinh tế - kỹ thuật cảu hệ thống cung cấp điện, gõy nhiễu mỏy thu thanh, mỏy thu hỡnh và cỏc thiết bị điện tử, cỏc thiết bị điều khiển khỏc. Theo tiờu chuẩn Nga quy định: ,%5 1 2 UUU jj  với j = 3, 5, 7 (6.8) U1 – trị hiệu dụng của súng hài bậc nhất của điện ỏp. Tần số được đảm bảo bằng cỏch điều khiển cõn bằng cụng suất tỏc dụng chung trong toàn hệ thống điện và được thực hiện trong cỏc nhà mỏy điện. Chất lượng điện ỏp được đảm bảo nhờ cỏc biện phỏp điều chỉnh điện ỏp trong lưới truyền tải và phõn phối. Cỏc điều chỉnh điều chỉnh điện ỏp và thiết bị để thực hiện được họn lựa trong quy hoạch và thiết kế lưới điện, và được hoàn thiện thường xuyờn 224 trong vận hành. Cỏc tỏc động điều khiển được thực hiện trong vận hành gồm cú cỏc tỏc động dưới tải và ngoài tải. 6.2 Điều chỉnh tần số trong hệ thống điện 6.2.1. Đặc tớnh điều chỉnh tốc độ của tuabin và đặc tớnh cụng suất tĩnh của phụ tải 6.2.1.1. Đặc tớnh điều chỉnh tốc độ của tuabin Theo (hỡnh 6.1) là sơ đồ điều chỉnh tốc độ của hệ thống, điều chỉnh tần số và điều chỉnh điện ỏp mỏy phỏt điện. Điều chỉnh tần số trong hệ thống điện chia làm 3 cấp:  Điều chỉnh sơ cấp (cấp 1) hay điều chinh tốc độ bộ phận I;  Điều chỉnh thứ cấp (cấp 2) hay điều chỉnh tần số bộ phận II;  Điều chỉnh cấp 3 hay phõn bố lại cụng suất. Trước hết ta xột hoạt động của bộ điều chỉnh tốc độ: Sơ đồ điều chỉnh tốc độ gồm cỏc bộ phận chớnh sau (hỡnh 6.1a):  Con quay ly tõm là phần tử đo và điều chỉnh tốc độ;  Bộ van phõn phối dầu ỏp lực cao vào servomotor;  Servomotor – động cơ dầu;  Bộ phận tăng giảm cụng suất phỏt - điều chỉnh cụng suất. Khi tần số bằng định mức (tức là tốc độ quay của mỏy phỏt bằng định mức), mỏy phỏt phỏt cụng suất chỉnh định PFO, xỏc định bởi vị trớ ban đầu A0 cảu vành A. Giả thiết rằng tần số bị giảm, hai quả tạ của con quay ly tõm hạ thấp xuống, vành A hạ xuống A’, tay đũn AB quay quanh điểm B. Điểm C cũng hạ từ Co xuống C’, Do xuống D’, Eo xuống E’, điểm G là cố định Pittoong của van 2 đi xuống dưới mở đường cho dầu ỏp lực cao đi vào phớa trờn, cửa hơi của tuabin được mở rộng, hơi vào nhiều hơn. Cụng suất phỏt tăng làm cho tần số tăng, con quay quay mạnh hơn, điểm A được đẩy lờn trờn. Điểm B, C, D, E đều chuyển động lờn phớa trờn, cho đến khi điểm C, D, E trở về vị trớ ban đầu thỡ van dầu đúng lại, quỏ trỡnh điều chỉnh tốc độ kết thỳc, điểm B dừng ở B cũn vành A dừng ở A . Cụng suất phỏt tăng thờm một lượng FP . Nếu tần số tăng lờn, quỏ trỡnh sẽ diễn biến ngược lại là khi tần số đạt giỏ trị mức thỡ cụng suất phỏt trở lại giỏ trị ban đầu. Quan hệ giữa cụng suất phỏt PF và tần số được thể hiện trờn (hỡnh 6.2a), cỏc đường thẳng này gọi là đặc tớnh điều chỉnh tốc độ của tuabin. Ta thấy cụng suất phỏt khi tần 225 số thay đổi sẽ thay đổi cụng suất chung quanh giỏ trụ chỉnh định PFo và tỉ lệ nghịch với tần số. Hỡnh 6.1 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ của hệ thống, điều chỉnh tần số và điều chỉnh điện ỏp mỏy phỏt điện. ĐCTS – điều chỉnh tần số; ĐCĐA- điều chỉnh điện ỏp; 4 – bộ thay đổi tốc độ tuabin – điều chỉnh cụng suất phỏt và tần số; 5 – hộp cõn bằng; 7 – đo tần số; 8 – đo điện ỏp; M – động cơ thực hiện; 2 và 3 – bộ khuếch đại tớn hiệu điều khiển và thực hiện điều chỉnh cụng suất phỏt; MP – mỏy phỏt điện; KT – mỏy kớch từ Bõy giờ xột vai trũ của bộ phận 4. Giả thiết rằng tay đũn AB đang ở vị trớ Ao, Bo, điều gỡ sẽ xảy ra khi ta nõng cao điểm G? Thoạt đầu điểm Go là cố định do điểm E hạ xuống, mở cửa hơi, cụng suất phỏt tăng lờn làm tần số tăng, điểm Ao lờn cao, điểm Co cũng lờn cho đến khi van dầu đúng lại, tần số của mỏy phỏt dừng lại ở vị trớ cao hơn trước. Như vậy điều chỉnh tần số điểm G cú thể nõng cao hoặc hạ thấp tần số của mỏy phỏt làm việc độc lập. Cũn khi mỏy phỏt làm việc trong hệ thống thỡ bằng cỏch này cú thể tăng thờm hay giảm cụng suất mỏy phỏt. Điều chỉnh vị trớ điểm G tương đương với việc điều chỉnh song song đặc tớnh điều chỉnh tốc độ của tuabin theo trục cụng suất (đường 2, đường 6.2a). Cụng suất phỏt cú thể tăng giảm bằng tay hoặc tự đụng. Nếu tăng giảm cụng suất phỏt tự động thỡ tớn hiệu điều khiển lấy từ bộ điều chỉnh tần số II. Cụng suất phỏt được điều chỉnh cho đến khi tần số đạt giỏ trị cho phộp. 226 Đặc tớnh điều chỉnh tốc độ trờn (hỡnh 6.2a) là tuyến tớnh, gọi là đặc tớnh , với đặc tớnh này khi phụ tải tăng, tần số giảm, bộ điều tốc khụng thể khụi phục tần số ban đầu, nú chỉ cú thể làm cho tần số đỡ giảm so với khụng cú tự động điều chỉnh tốc độ. Muốn điều chỉnh tần số thỡ bộ điều tốc phải cú đặc tớnh ỏ tĩnh như trờn (hỡnh 6.2b). Bộ điều tốc ỏ tĩnh cú đặc tớnh như trờn (hỡnh 6.1b). Tay đũn của servomotor khụng tỏc động trực tiếp vào điểm B mà qua hộp cõn băng giữa hai phớa của pittụng qua đường dẫn rất nhỏ. Hộp cõn bằng và lũ xo làm cho quỏ trỡnh điều chỉnh tốc độ chỉ kết thỳc khi vành A trở về vị trớ ban đầu A0, tức là tần số về giỏ trị ban đầu. Đặc tớnh ỏ tĩnh chỉ cú thể dựng ở một tổ mỏy làm nhiệm vụ điều tần trong hệ thống điện. Nếu nhiều tổ mỏy cú đặc tớnh ỏ tĩnh thỡ quỏ trỡnh điều chỉnh tần số sẽ khụng ổn định. Bộ điều chỉnh tốc độ của tuabin hơi và tuabin nước cú khỏc nhau. Tuabin hơi chỉ cần 1 bộ khuếch đại thủy lực, cũn tuabin nước cần nhiều bộ nối tiếp vỡ để điều chỉnh cửa nước cần lực rất lớn, mặt khỏc bộ điều chỉnh tốc độ cũn cú cấu tạo đặc biệt để hạn chế cỏc xung nước trong đường dẫn. Bộ phận đo tốc độ cũn cú thể dựng quay ly tõm hay bơm thủy lực, cũng cú thể dựng bộ đo điện tử. Khả năng điều chỉnh cụng suất của tuabin khi tốc độ quay thay đổi được xỏc định bởi độ dốc của đặc tớnh điều chỉnh của bộ điều chỉnh tốc độ. Đặc tớnh này được trỡnh bày trờn (hỡnh 6.2). a) b) Hỡnh 6.2 Độ dốc của đặc tớnh điều chỉnh của bộ điều chỉnh tốc độ. Nguyờn tắc điều chỉnh tốc độ như sau: Khi tần số biến đổi, cụng suất tuabin sẽ biến đổi theo hướng phục hồi tần số ban đầu, sau khi tần số ban đầu được phục hồi do cỏc diều chỉnh cố định khỏc trong hệ thống, cụng suất phỏt của tuabin lại trở về giỏ trị ban đầu. Điều chỉnh cụng suất chỉ cú tớnh chất tạm thời nhằm khắc phục phần nào sự biến đổi tần số. Vớ dụ, khi tần số giảm từ fđm đến f1, cụng suất phỏt tăng từ Pfo dến PF1. Khi cụng suất đó tăng đến cụng suất định mức hoặc cụng suất hạn chế nào đú thỡ dự tần số cú tiếp tục giảm cụng suất cũng khụng tăng thờm được nữa. fo PFđm PF1 PF2 1 2 1 2 f 1 f đm f PF f đm 227 Độ dốc của đặc tớnh điều chỉnh được định nghĩa bằng biểu thức: đmFđđ F F f f P P K   : (6.9) đmFOFF fffPPP  ; Người ta cũn dựng khỏi niệm hệ số điều chỉnh tốc độ FP f R    và cũng gọi là độ dốc hay độ phụ thuộc. Từ (6.9) xỏc định được quan hệ giữa độ biến đổi cụng suất và độ biến đổi tần số khi chưa xột đến đặc tớnh của phụ tải. đm đmF đm FFđđF f f R P f f KPP     .. (6.10) Ta nhận thấy, ứng với cựng độ biến đổi tần số, nếu FK càng lớn thỡ độ biến đổi cụng suất càng lớn, do đú khả năng ổn định tần số càng cao. Khi , ta cú đặc tớnh điều chỉnh ỏ tĩnh cú khả năng giữ vững tần số cao nhất. Tuy nhiờn đặc tớnh này chỉ cú thể sử dụng tại một số tổ mỏy phỏt, khụng sử dụng được khi nhiều tổ mỏy phỏt tham gia điều chỉnh tần số, vỡ nú khụng đảm bảo sự phõn bố cụng suất ổn định giữa cỏc nhà mỏy điện, khụng đảm bảo độ chớnh xỏc điều tần. Độ dốc nhỏ quỏ tất nhiờn khụng tốt vỡ mỏy phỏt điện sẽ ớt nhạy cảm với sự biến đổi tần số. Trong thực tế KF vào khoảng 15 đến 25 đối với tuabin hơi và từ 25 đến 50 đối với tuabin thủy điện để độ dốc cú thể điều chỉnh được trong phạm vi đó thiết kế. Theo (6.9): )5015(. .       đm F đmđmF F f f K f f P P (6.11) Theo cụng thức trờn, nếu tần số biến đổi 1% thỡ cụng suất tổ mỏy biến đổi 50% 15%, sự biến đổi ngắn hạn và thường xuyờn như vậy kộo theo sự hao tổn nhiờn liệu khụng thể chấp nhận được đối với hệ thống điện. Chớnh vỡ thế nhiều hệ thống điện chỉ cho phộp tần số dao động khoảng 0,1 đến 0,2 Hz (tức 0,2 đến 0,4 % với fđm = 50 Hz), như vậy cụng suất phỏt chỉ dao động chung quanh cụng suất chỉ định PFO trong khoảng 3 đến 20% cụng suất định mức. Chỳ ý rằng độ dao động tần số ảnh hưởng nhiều đến chỉ tiờu kinh tế của hệ thống điện nhiều hơn đối với phụ tải. Đối với phụ tải độ lệch tần số 1 đến 2% là chấp nhận được. 228 Cụng suất chỉ định PFO cú thể thay đổi, điều đú ứng với tịnh tiến đặc tớnh điều chỉnh sang trỏi hoặc phải. Vớ dụ muốn tăng cụng suất chỉ định lờn PF1 ở tần số định mức, phải dịch chuyển đặc tớnh điều chỉnh trờn đến đường 2 trờn (hỡnh 6.2). Cụng việc này được thực hiện bằng tay hoặc bằng thiết bị điều chỉnh tần số tỏc động vào bộ phận 4 của hệ thống điều tốc. Trong thực tế, đặc tớnh điều chỉnh tốc độ của mỏy phỏt khụng phải là tuyến tớnh, đõy là đặc tớnh thay thế. 6.2.1.2. Đặc tớnh cụng suất theo tần số của phụ tải Khi tần số thiết bị dựng điện ở phụ tải khụng đổi thỡ cụng suất tỏc dụng do phụ tải tiờu thụ thực tế Hỡnh 6.3. Đặc tớnh tĩnh của phụ tải phụ thuộc vào tần số theo đặc tớnh cụng suất theo tần số của phụ tải, gọi tắt là đặc tớnh tĩnh của phụ tải (hỡnh 6.3). Gọi là đặc tớnh tĩnh vỡ nú chỉ đứng với sự biến đổi chậm của tần số. Khi tần số bằng tần số định mức fđm, cụng suất yờu cầu của phụ tải bằng cụng suất thực dựng oPP . khi tần số giảm từ fđm xuống f1 thỡ cụng suất thực dựng giảm từ oPP . xuống 1.PP Khi thay đổi số lượng thiết bị dựng điện, tức là thay đổi cụng suất yờu cầu của phụ tải ở tần số định mức thỡ đặc tớnh tĩnh dịch chuyển lờn xuống song song theo tung độ. Vớ dụ ở fđm, nếu tăng cụng suất của phụ tải lờn P thỡ sẽ cú đặc tớnh tĩnh số 2 trờn (hỡnh 6.3). Túm lại, cụng suất yờu cầu và cụng suất thực dựng của phụ tải khỏc nhau, cụng suất yờu cầu là cụng suỏt mà phụ tải sẽ thực sự sử dụng nếu tần số là định mức, cũn cụng suất thực dựng phụ thuộc tần số. Chỉ ở tần số định mức, hai cụng suất này mới bằng nhau. Cụng suất thực dựng biến đổi tỷ lệ thuận với tần số. Đặc tớnh của phụ tải được đặc trưng bởi độ dốc Kpt: Ppt Ppt0 Ppt1 Ppt P f f 1 f đm f 1 2 0 229 đmpt pt pt f f P P K   : (6.12) trong đú: Ppt – cụng suất yờu cầu của phụ tải ở tần số định mức. Từ đú ta cú: đm ptptpt f f KPP   . (6.13) Độ dốc Kpt được xỏc định bằng thực nghiệm trong hệ thống điện và cú giỏ trị trong khoảng 1 2,5. 6.2.2. Quỏ trỡnh điều chỉnh tần số Quỏ trỡnh điều chỉnh tần số gồm 3 giai đoạn:  Điều chỉnh cấp 1 hay điều chỉnh tốc độ (điều chỉnh sơ cấp), do thiết bị tự động điều chỉnh tốc độ của mỏy phỏt tự động thực hiện, giữ tần số ở giỏ trị chấp nhận được.  Điều chỉnh cấp 2 hay điều chỉnh tần số, đo điều độ viờn thực hiờn hoặc tự động thực hiện nhờ thiết bị tự động điều chỉnh tần số. Đưa tần số về giỏ trị định mức hoặc trong miền độ lệch cho phộp tựy thuộc hệ thống điều tần sử dụng.  Điều chỉnh cấp 3 nhằm mục đớch phõn bố lại cụng suất giữa cỏc nhà mỏy điện theo điều kiện kinh tế. 6.2.2.1. Điều chỉnh cấp 1 a. Diễn biến quỏ trỡnh điều chỉnh Điều chỉnh cấp 1 là quỏ trỡnh biến đổi tức thời cụng suất phỏt khi cụng suất phụ tải thay đổi nhờ cỏc bộ điều chỉnh tốc độ của cỏc tuabin trong hệ thống. Hỡnh 6.4. Đặc tớnh của mỏy phỏt và đặc tớnh tĩnh của phụ tải. 230 Ta xột hệ thống tối giản gồm một mỏy phỏt và một phụ tải. Để xột ta đặt đặc tớnh của mỏy phỏt và đặc tớnh tĩnh của phụ tải lờn cựng một đồ thị (hỡnh 6.4). Giao điểm 0 giữa đặc tớnh ban đầu của mỏy phỏt 1 và đặc tớnh của phụ tải 1 ứng với cụng suất yờu cầu ban đầu Ppto . Đú là điểm cõn bằng cụng suất xỏc định chế độ của hệ thống điện ở tần số định mức. Bõy giờ giả thiết rằng cụng suất yờu cầu của phụ tải tăng thờm P (chẳng hạn đúng thờm một số thiết bị dựng điện cú cụng suất yờu cầu là P), ta cú đặc tớnh mới của phụ tải là II ứng với PPpt  Phụ tải tăng thờm làm cho tần số giảm đi và bộ điều tốc bắt đầu hoạt động tăng cụng suất phỏt lờn theo đặc tớnh điều chỉnh. Ở điểm 1 ta cú điểm cõn bằng cụng suất mới ứng với tần số f1 < fđm. Sở dĩ tần số bị giảm vỡ thiết bị điều tốc chỉ cú thể tăng lờn lượng cụng suất FP nhỏ hơn cụng suất yờu cầu tăng thờm P. Để thớch nghi, cụng suất thực dựng phải giảm đi ptP Như vậy quỏ trỡnh điều chỉnh cấp 1 khụng cho phộp phục hồi tần số ban đầu, nú chỉ làm cho tần số khụng giảm thấp hoặc khụng tăng quỏ giới hạn cho phộp. Nếu khụng cú điều chỉnh cấp 1 thỡ tần số sẽ giảm đến f2. Trong trường hợp này cụng suất thực dựng giảm đi một lượng đỳng bằng cụng suất yờu cầu tăng thờm P . Trong trường hợp cú điều chỉnh cấp 1, cụng suất phỏt tăng thờm FP do đú cụng suất thự dựng chỉ phải giảm đi: )( Fpt PPP  (6.14) P và FP luụn cựng dấu với nhau và ngược dấu với ptP b. Tớnh toỏn điều chỉnh tần số cấp 1. Tớnh toỏn điều chỉnh tần số bao gồm: xỏc định độ giảm, tăng tần số cú thể xảy ra khi phụ tải thay đổi và tỡm biện phỏp để tần số khụng ra khỏi phạm vi cho phộp. Đặc tớnh điều chỉnh tốc độ của hệ thống điện Để tớnh điều chỉnh tần số của hệ thống điện cần biết đặc tớnh điều chỉnh chung của toàn bộ hệ thống điện. Giả thiết rằng hệ thống điện cú n mỏy phỏt điện, mỗi mỏy phỏt cú đặc tớnh điều chỉnh KFi và cụng suất định mức Pđm.i (hoặc là cụng suất khả phỏt) Khi tần số giảm f , theo ta tớnh được độ tăng thờm cụng suất của tổ mỏy i: 231 đm FiiđmFFi f F KPP   .... (6.15) Tổng suất phỏt tăng thờm của hệ thống là : FiiđmF n i đm Fi n iF KP f f PP ..11 .     (6.16) Đặt: iđmF n iht PP ..1 Thờm vào về phải của biểu thức trờn Pht/Pht ta được: ht FiiđmF n i ht đm F P KP P f f P ..1.    (6.17) Đặt: ht FiiđmF n i Fht P KP K ..1   là độ dốc của đặc tớnh điều chỉnh chung của nguồn điện trong hệ thống. Cuối cựng ta cú đặc tớnh điều chỉnh tốc độ chung của nguồn điện là: đm FhthtF f F KPP   .. (6.18) Chỳ ý rằng trong biểu thức ,tổ mỏy nào khụng cú khả năng điều chỉnh tốc độ thỡ độ KF của nú bằng 0. Giỏ trị độ dốc của đặc tớnh điều chỉnh chung của nguồn điện tớnh theo chiều tăng và giảm tần số khỏc nhau, vỡ cú những tổ mỏy khụng thể tăng cụng suất và giảm cụng suất do đó làm việc ở cụng suất định mức hoặc ở cụng suất tối thiểu. Từ (6.18) ta rỳt ra: ptF PPP  Thay FP và ptP vào cụng thức trờn ta được: ).( . ptptFhtht đm đm pt đm Fhtht KPKP f F f F P f F KPP        (6.19) Nhõn vế phải cho Ppt/Ppt và đưa vào khỏi niệm độ dự trữ cụng suất Kdt: pt ht dt P P K  (6.20) Ta cú: đm Fhthtpt đm ptFhtdtpt f F KKP f F KKKPP     ..).( (6.21) 232 ptFhtdtht KKKK  . Là độ dốc của đặc tớnh điều chỉnh tốc độ của toàn hệ thống. Độ lệch tần số của hệ thống được xỏc định như sau : hthtptFhtdthtđm KP P KKKP P f F 1 . . 1 .       (6.22) Vớ dụ, nếu KFht = 18, Kpt = 2, Kdt = 1,05 và giả thiết rằng tất cả cỏc mỏy phỏt điện đều cú thể thay đổi cụng suất về hai phớa thỡ: Kht = Kdt.KFht + Kpt = 1,05 x 18 + 2 = 20,9 Thay vào cụng thức trờn ta thấy, nếu phụ tải biến đổi 10% thỡ tần số biến đổi 0,5%. Nếu chỉ cú thể tăng cụng suất ở cỏc tổ mỏy cú tổng cụng suất bằng 25% cụng suất nguồn thỡ: KFht = 0,25 x 18 = 4,5 và Kht = 1,05 x 4,5 + 2 = 6,725 Cú nghĩa là cụng suất phụ tải biến đổi 10% thỡ tần số biến đổi 1,5% Nếu tất cả cỏc mỏy phỏt đều khụng thể tăng cụng suất thỡ Kht = Kpt = 2, tức là khụng cú điều tốc thỡ khi phụ tải tăng 10%, tần số tăng 5%. Ta thấy điều chỉnh tốc độ chỉ cú thể hạn chế sự biến đổi tần số, mức độ hạn chế này nhiều hay ớt tựy thuộc vào độ dự trữ cụng suất, sự tăng hay giảm phụ tải, tỡnh trạng mang tải của mỏy phỏt. Khả năng này thay đổi theo thời gian phụ thuộc vào tỡnh trạng vận hành của hệ thống điện. Nếu khụng cú cỏc biện phỏp điều chỉnh tiếp theo thỡ điều chỉnh cấp 1 khụng thể giữ được chất lượng tần số. 6.2.2.2. Điều chỉnh cấp 2 Điều chỉnh cấp 2 là quỏ trỡnh tăng cụng suất của mỏy phỏt điện điều tần lờn để đưa tần số trở về định mức (hoặc là khi phụ tải giảm thỡ giảm cụng suất phỏt), thực hiện bằng tay hoặc từ động. Tăng cụng suất phỏt được thực hiện bằng cỏch tăng them hơi vào tuabin hoặc mở rộng them cửa nước của thủy điện. Đú chớnh là quỏ trỡnh dịch chuyển đặc tớnh cụng suất phỏt đến đường 2 (hỡnh 6.4 ), ở đõy tần số fđm được khụi phục, cụng suất phụ tải yờu cầu thờm P được đỏp ứng hoàn toàn. Điều chỉnh bằng tay được thực hiện bằng bộ phận 4 trờn (hỡnh 6.5) , thay đổi vị trớ điểm G; cũn điều chỉnh tự động thỡ dựng bộ tự động điều chỉnh tần số, sẽ được trỡnh bày dưới đõy. Quỏ trỡnh điều chỉnh cấp 2, tự động thực hiện trong khoảng 30 đến 40 giõy. Trong cỏc hệ thống điện nhỏ thường chỉ cú một hoặc một vài tổ mày làm nhiệm vụ điều tần, cũn cỏc mỏy phỏt khỏc cú đặt tự động điều chỉnh tốc độ thỡ chỉ tham gia điều 233 chỉnh tốc độ. Khi phụ tải tăng, cỏc nhà mỏy này tạm thời tăng thờm cụng suất nhờ điều chỉnh tốc độ. Sau khi quỏ trỡnh điều tần bắt đầu, tần số tăng lờn thỡ cỏc tổ mỏy này lại tự động giảm cụng suất phỏt. Khi quỏ trỡnh điều tần kết thỳc thỡ cỏc tổ mỏy này lại phỏt cụng suất như trước khi cú sự tăng yờu cầu của phụ tải. Toàn bộ cụng suất yờu cầu thờm sẽ do nhà mỏy cú điều tần đảm nhiệm. Khi yờu cầu của phụ tải giảm, quỏ trỡnh xảy ra cũng tương tự, cỏc tổ mỏy cú điều chỉnh tốc độ tạm thời giảm cụng suất phỏt để giữ tần số. Sau quỏ trỡnh điều chỉnh tần số chũng sẽ phỏt lại như cũ, chỉ tổ mỏy điều tần giảm cụng suất để đỏp ứng phụ tải. Nếu tất cả cỏc tổ mỏy đều cú bộ tự động điều chỉnh tần số thỡ trong cỏc điều kiện nhất định cú thể kết hợp điều tần và phõn bố tối ưu cụng suất.Nếu khụng diều chỉnh cấp 3 sẽ phải thực hiện bằng tay sau khi điều chỉnh cấp 2 hoàn thành. Tớnh toỏn điều chỉnh thứ cấp Để cú thể điều chỉnh tần số, tổ mỏy điều tần phải luụn cú phạm vi điều chỉnh cụng suất đcP đủ lớn về hai phớa, nghĩ là cụng suất PF phải thỏa món điều kiện: đcFF đcFF PPP PPP   min max (6.23) Trong đú PFmax và PFmin là giới hạn cụng suất cả tổ mỏy. Tốc độ điều chỉnh cụng suất của tổ mỏy phải đỏp ứng được tốc độ biến thiờn của phụ tải tổng của hệ thống điện. Hỡnh 6.5. Quỏ trỡnh điều chỉnh cấp 2 Phạm vi điều chỉnh được xỏc định theo điều kiện sau: Khi phụ tải tổng của hệ thống điện biến đỏi nhanh nhất, phạm vi điều chỉnh phải đảm bảo duy trỡ tần số trong giới hạn cho phộp, cho tới khi điều độ viờn kịp thời thi hành cỏc biện phỏp tăng cụng suất của nhà mỏy, khụi phục lại phạm vi điều chỉnh . Thời gian này ước chừng 10 phỳt. Pđc Pdc PFmax PF PFmin 234 Phạm vi điều chỉnh gồm hai phần: một phần sử dụng trong điều chỉnh sơ cấp, đú là cụng suất biến đổi điều chỉnh tốc độ đcP (vỡ tổ mỏy điều tần cũng tham gia vào quỏ trỡnh điều tốc ban đầu), phần thứ hai là phạm vi cần thiết cho điều chỉnh cấp 2: "đcP Ta cú: đm cp FđmFđc f f KPP   ... ' (6.24) Trong đú: PFđm và KF - cụng suất định mức và độ dốc của tổ mỏy điều tần (hoặc nhà mỏy điều tần); cpf - Trị tuyệt đối của độ lệch tần số cho phộp. Nếu thay: PFđm = m.Pht = m.Kdt.Ppt, ta được: đm cp Fdtptđc f f KKmPP   ...' (6.25) Độ dốc của tổ mỏy điều tần thường cao hơn tổ mỏy cũn lại để trong điều chỉnh sơ cấp tổ mỏy điều tần nhận nhiều phụ tải hơn cỏc tổ mỏy khỏc. Thành phần "đcP được xỏc định gàn đỳng theo biểu thức: đm cp ptFhtdtptptđc f f KKKnPnPP   )..).(1(" (6.26) Trong đú n là tốc độ biến thiờn tương đối lớn nhất của phụ tải trong thời gian 10 phỳt; thường lấy là 0,05; nghĩa là phụ tải tăng 5% trong 10 phỳt. Thành phần thứ nhất của về phải là cụng suất yờu cầu thờm trong 10 phỳt. Thành phần thứ hai của vế phải là phần cụng suất tăng thờm của hệ thống ở tần số cho phộp do điều tốc. Tổ mỏy điều tần phải đảm bảo phần cũn thiếu để giữ tần số trong phạm vi cho phộp. Sau đú ta cú: "' đcđcdc PPP  (6.27) 6.3. Điều chỉnh điện ỏp trờn lưới hệ thống 6.3.1. Khỏi niệm chung. 6.3.1.1. Ảnh hưởng của điện ỏp tới cụng tỏc của hệ thống điện. Điện ỏp trong hệ thống điện luụn biến đổi trong thời gian do: 235 Sự biến đổi khụng ngừng cảu phụ tải – trước hết là cụng suất phản khỏng, đõy là cỏc sự biến đổi tự nhiờn và chậm. Cỏc biến đổi nhanh do:  Sự thay đổi thường xuyờn hoặc ngẫu nhiờn của phụ tải;  Sự cố trong hệ thống điện gõy ra quỏ trỡnh quỏ độ điện từ và cú thể làm cho 1 hoặc một số phần tử ngừng hoạt động đột ngột;  Sự thay đổi cấu trỳc lưới,  Hoạt động của cỏc bảo vệ và tự động;  Khởi động hoặc ngừng cỏc tổ mỏy. Sự biến đổi điện ỏp dẫn đến hậu quả:  Chất lương điện năng ở cỏc thiết bị dựng điện khụng đạt yờu cầu.  Ảnh hưởng đến cụng tỏc của hệ thống điện:  Điện ỏp tăng quỏ cao gõy nguy hiểm cho thiết bị của hệ thống điện, vớ dụ điện ỏp trờn đường đõy daỡ trong chế độ khụng tải điện ỏp tăng rất cao gõy nguy hiểm cho thiết bị và quỏ tải mỏy phỏt điện;  Điện ỏp thấp làm giảm ổn định tĩnh của hệ thống tải điện, giảm khả năng ổn định động và ổn định tổng quỏt và nếu thấp quỏ cú thể gõy mất ổn định phụ tải. Mức điện ỏp trong hệ thống điện ảnh hưởng lớn đến tổn thất cụng suất và tổn thất điện năng trong hệ thống điện nhất là trờn lưới cao và lưới cao và lưới siờu cao ỏp. Vỡ thế cần phải thực hiện điều chỉnh điện ỏp (ĐCĐA) liờn tục trong quỏ trỡnh vận hành hệ thống điện. Hệ thống điện phải được trang bị cỏc thiết bị để thực hiện nhiệm vụ này. 6.3.1.2. Nhiệm vụ của điều chỉnh điện ỏp.  Đảm bảo chất lương điện năng cho thiết bị dựng điện.  Đảm bảo hoạt động của hệ thống trong chế độ bỡnh thường cũng như sự cố. Nếu điện ỏp cao quỏ giới hạn cho phộp sẽ làm thiết bị hỏng hoặc già húa nhanh. Nếu thấp quỏ sẽ gõy quỏ tải đường dõy và mỏy biến ỏp, ảnh hưởng đến tự dựng (nhất là với nhà mỏy điện nguyờn tử), đến ổn định của nhà mỏy điện và phụ tải.  Đạt hiệu quả kinh tế, giảm P và A . 6.3.1.3. Phõn cấp điều chỉnh điện ỏp trong hệ thống điện. Điều chỉnh điện ỏp trong hệ thống điện chia làm 2 cấp:  Điều chỉnh điện ỏp trong lưới hệ thống và lưới truyền tải. 236  Điều chỉnh điện ỏp trong lưới phõn phối. Điều chỉnh điện ỏp trong lưới hệ thống và lưới truyền tải nhằm mục đớch giữ điện ỏp ở đầu ra của cỏc trạm khu vực và trạm trung gian cấp điện cho lưới phõn phối - trung ỏp trong phạm vi cho phộp đồng thời phõn bố tối ưu cụng suất phản khỏng sao cho tổn thất cụng suất tỏc dung là nhỏ nhất. Điều chỉnh điện ỏp bằng cỏch điều chỉnh điện ỏp mỏy phỏt, cỏc nguồn cụng suất phản khỏng điều chỉnh được, cỏc mỏy biến ỏp tăng ỏp, mỏy biến ỏp khu vực cú điều ỏp dưới tải. Điều chỉnh điện ỏp trong lưới phõn phối nhằm mục đớch đảm bảo chất lượng điện ỏp ở cỏc hộ tiờu thụ điện. Điều chỉnh điện ỏp được thực hiện bằng cỏch điều chỉnh điện ỏp dưới tải ở cỏc trạm trung gian, ở cỏc mỏy biến ỏp bổ trợ, phối hợp với đặt đầu phõn ỏp cố định ở cỏc mỏy biến ỏp phõn phối và chọn đỳng tiết diện dõy dẫn. Trong cỏc trường hợp riờng, để đảm bảo chất lượng điện ỏp cần phải đặt thờm tụ bự cụng suất phản khỏng hoặc tụ bự dọc cú hoặc khụng cú điều chỉnh dưới tải. Cỏc thiết bị dựng điện đặc biệt nhạy cảm với điện ỏp cú thể dựng ổn ỏp tự động. 6.3.2. Điều chỉnh điện ỏp trờn lưới hệ thống. 6.3.2.1 Phương tiện để điều chỉnh điện ỏp a. Điều kiện cần và đủ để điều chỉnh điện ỏp  Điều kiện cần: đủ cụng suất phản khỏng để cấp cho của phụ tải và cú khả năng tiờu thụ cụng suất phản khỏng thừa ở bất cứ điểm nào trờn hệ thống điện.  Điều kiện đủ: cỏc nguồn cụng suất phản khỏng và cỏc thiết bị phận bố lại cụng suất phản khỏng cú thể điều chỉnh được. b. Cỏc phương tiện để điều chỉnh điện ỏp bao gồm:  Điều chỉnh kớch từ mỏy phỏt điện.  Điều chỉnh dưới tải hệ số biến ỏp (đầu phõn ỏp – ĐPA) ở mỏy biến ỏp tăng ỏp và ở mỏy biến ỏp giảm ỏp.  Điều chỉnh điện ỏp ở cỏc mỏy biến ỏp bổ trợ chuyờn dựng để điều chỉnh điện ỏp.  Điều chỉnh cụng suất phản khỏng của cỏc nguồn cụng suất phản khỏng đặt trờn lưới.  Điều chỉnh điện ỏp ở cỏc mỏy biến ỏp chỉ cú đầu phõn ỏp cố định, điều chỉnh theo mựa. c. Tự động điều chỉnh kớch từ (TĐK) mỏy phỏt và mỏy bự đồng bộ 237 Cỏc mỏy phỏt điện chỉ đỏp ứng một phần cụng suất phản khỏng của phụ tải, nhưng phần này rất quan trong vỡ nú cú thể điều chỉnh rất nhanh nhờ cỏc tđk, đỏp ứng tức thời cỏc biến đổi nhanh điện ỏp trong hệ thống điện. Cú hai loại TĐK: loại tỷ lệ và loại mạnh. TĐK loại tỷ lệ cú thể giữ được điện ỏp nào đú nhỏ hơn điến ỏp trờn cực mỏy phỏt là hằng số trong vận hành, thường là điện ỏp quỏ độ 'qE . Cũn TĐK loại mạnh cú thể giữ được điện ỏp trờn cực mỏy phỏt điện là hằng số trước mọi biến đổi của phụ tải. TĐK loại mạnh cú khả năng nõng cao ổn định của hệ thống điện hơn TĐK loại tỷ lệ nhiều nhưng cũng đắt hơn nhiều. Do đú ở cỏc nhà mỏy điện cú độ dự trữ ổn định cao chỉ dựng loại TĐK tỷ lệ, chỉ cỏc nhà mỏy phỏt điện nhiệt điện cú cụng suất đơn vị rất lớn, mỏy phỏt điện làm việc với đường dõy dài cú nguy cơ mất ổn định cao mới dựng TĐK mạnh. Mỏy bự đồng bộ cũng được trang bị cỏc loại TĐK như trờn. TĐK cú ý nghĩa rất quan trọng trong chế độ sau sự cố, làm tăng nhanh điện ỏp sau ngắn mạch làm cho quỏ trỡnh khởi động thành cụng, tăng cường ổn định động của hệ thống điện. d. Điện ỏp dưới tải của cỏc trạm biến ỏp (TBA)  Cú 3 loại mỏy biến ỏp trờn hệ thống và lưới truyền tải:  Mỏy biến ỏp tăng ỏp ở cỏc nhà mỏy điện (NMĐ);  Mỏy biến ỏp liờn lạc, núi lưới điện cấp điện ỏp khỏc nhau, vớ dụ: SCA/CA hoặc CA/CA;  Mỏy biến ỏp cung cấp điện cho lưới trung ỏp, cũn gọi là Mỏy biến ỏp nguồn của lưới trung ỏp. Cỏc Mỏy biến ỏp này đều cú thể trang bị điều ỏp dưới tải hoặc điều ỏp ngoài tải.  Cú 2 loại điều ỏp:  Điều chỉnh modul điện ỏp nhằm phõn bố lại cụng suất phản khỏng, giữ mức điện ỏp yờu cầu trờn lưới điện;  Điều chỉnh pha nhằm thay đổi dũng cụng suất tỏc dụng trờn đường dõy tải điện trong cỏc lưới điện theo ý muốn, như là giảm quỏ tải, giảm P . Thay cho mỏy biến ỏp này cú bộ điều chỉnh pha tiristor để điều chỉnh gúc pha của điện ỏp. Điều chỉnh dũng cụng suất tỏc dụng cũng cú thể thực hiện nhờ khỏng điện mắc nối tiếp, hoặc tụ điện cú điều khiển bằng cơ học hay tiristor mắc nối tiếp với đường dõy. 2 loại điều chỉnh cú thể thực hiện bằng 2 mỏy biến ỏp riờng cũng cú thể làm chung vào 1 mỏy biến ỏp. 238 Ngoài điện ỏp dữ trữ trong cỏc mỏy biến ỏp lực, cũn cú cỏc mỏy biến ỏp riờng chỉ để điều chỉnh điện ỏp, đú là mỏy biến ỏp điều chỉnh đường dõy và mỏy biến ỏp bổ trợ.  Điều kiện chung về kỹ thuật để đặt mỏy biến ỏp và điện ỏp dữ trữ như sau: Điện ỏp đầu ra của mỏy biến ỏp phải thỏa món điều kiện như sau trong mọi thời điểm t tRRttR UUU maxmin  (6.28) Giả thiết rằng điện ỏp vào là cố định UVt, quan hệ giữa UR và UV là : BBtVtRt kUUU )(  (6.29) kB là hệ số biến ỏp phụ thuộc đầu phõn ỏp được lựa chọn UPA. Thay vào (6.28) tRBBtVttR UkUUU maxmin )(  (6.30) Nếu thỏa món trong mọi t thỡ khụng cần điều ỏp dưới tải, chỉ cần đặt đầu phõn ỏp cố định. Nếu khụng thỏa món, thỡ cú thể xảy ra hai trường hợp:  Trong thời gian dài cả năm mới cú một vài lần khụng thỏa món thỡ vẫn cú thể đặt đầu phõn ỏp cố định, nhưng phải dừng mỏy thay đổi một số lần trong năm.  Khụng thỏa món theo chu kỳ ngày đờm, trong trường hợp này phải cú điều ỏp dưới tải kB được thay đổi theo thời gian t. Điện ỏp UV cũng được điều chỉnh ở đầu nguồn để thớch nghi với số đụng mỏy biến ỏp do nú cấp điện trong đú cú phụ tải ưu tiờn. Trong thực tế hệ thống điện chọn mỏy biến ỏp điều ỏp dưới tải hay khụng là một bài toỏn kinh tế kỹ thuật, về kỹ thuật mỏy biến ỏp điện ỏp dự trữ tạo điều kiện thuận lợi cho điều chỉnh điện ỏp trờn lưới hệ thống cũng như trờn lưới trung hạ ỏp, về kinh tế cho phộp giảm được tổn thất điện năng, tuy nhiờn vốn đầu tư rất cao. Đối với mỏy biến ỏp cung cấp, trong lưới điện phức tạp khả năng để dựng mỏy biến ỏp khụng điện ỏp dự trữ rất thấp (chỉ ở mỏy biến ỏp cấp điện cho phụ tải bằng phẳng, nhưng phải rất thận trọng khi quyết định khụng dựng điện ỏp dữ trữ), cũn đối với mỏy biến ỏp nhà mỏy điện và liờn lạc cú thể dựng cả mỏy biến ỏp điện ỏp dự trữ và khụng điện ỏp dự trữ tựy thuộc vào phương thức điều chỉnh điện ỏp của từng hệ thống điện. Vớ dụ: EDF chia lưới điện làm ba bậc điều chỉnh điện ỏp: bậc 1 gồm cỏc nhà mỏy điện lưới 400 kV và 225 kV (lưới siờu cao ỏp), giữa nhà mỏy điện, lưới 400 kV và 225 kV dựng mỏy biến ỏp điều ỏp ngoài tải cú 2 hoặc 3 đầu phõn ỏp cố định, bậc 2 là 63 kV (lưới cao ỏp), bậc 3 là lưới 22 kV. Mỏy biến ỏp nối giữa bậc 1 và bậc 2 dựng điện ỏp 239 dữ trữ cú 25 đầu phõn ỏp ( %15 ), giữa bậc 2 và bậc 3 dựng mỏy biến ỏp điện ỏp dự trữ cú 17 đầu phõn ỏp ( %12 ). Việc đặt mỏy biến ỏp như vậy làm cho điều chỉnh điện ỏp và cụng suất phản khỏng ở cỏc cấp độc lập tương đối với nhau. Luật điều chỉnh điện ỏp ở cỏc mỏy biến ỏp điện ỏp dự trữ. Mỏy biến ỏp điện ỏp dự trữ được điều chỉnh theo một trong cỏc luật sau:  Theo độ lệch điện ỏp so với giỏ trị chỉnh định  Theo độ lệch cụng suất phản khỏng  Theo đồ thị thời gian cho trước  Theo dũng điện. Loại này gọi là điều chỉnh ngược, dựng cho cỏc mỏy biến ỏp trung gian cấp điện cho lưới phõn phối điện ỏp dự trữ chỉ hoạt động được nếu trong hệ thống điện cú đủ cụng suất phản khỏng. Nếu hệ thống điện khụng đủ cụng suất phản khỏng mà tăng điện ỏp ở mỏy biến ỏp thỡ sẽ làm cho sự thiếu hụt cụng suất phản khỏng trầm trọng thờm, rất nguy hiểm cho hệ thống điện. Mỏy biến ỏp khụng cú điện ỏp dự trữ được thay đổi theo điện phõn ỏp theo mựa, khi đồ thị phụ tải thay đổi nhiều. e. Điều chỉnh cỏc nguồn cụng suất phản khỏng khỏc Nhu cầu cụng suất phản khỏng của phụ tải biến đổi theo thời gian theo chu kỳ ngày đờm. Nhu cầu này được đỏp ứng bởi cỏc nhà mỏy điện. Lưới điện, bản thõn chỳng là nguồn cụng suất phản khỏng do điện dung của chỳng (đặc biệt là đường dõy siờu cao ỏp và cỏp). Trong chế độ cụng suất phụ tải cao, cụng suất phản khỏng của cỏc nguồn trờn cao khụng đủ đỏp ứng, vỡ lý do kinh tế kỹ thuật người ta khụng làm cỏc nhà mỏy điện cú thể phỏt ra nhiều cụng suất phản khỏng (giỏ thành sản xuất cao mà phải tải đi rất xa), do đú trong chế độ phụ tải thấp, nếu cứ để nguyờn cỏc nguồn cụng suất phản khỏng như trong chế độ phụ tải cao, thỡ sẽ thừa cụng suất phản khỏng, do đú cỏc nguồn cụng suất phản khỏng phải điều chỉnh được, để giảm cụng suất trong chế độ non tải. Thậm chớ khi đó giảm hết cụng suất phản khỏng của nguồn, cụng suất phản khỏng tại một số điểm nào đú trờn hệ thống điện vẫn thừa do cụng suất phản khỏng do đường dõy sinh ra quỏ lớn, làm cho điện ỏp tăng đến mức nguy hiểm, khi đú phải cú cỏc thiết bị tiờu thụ cụng suất phản khỏng thừa này. Trong thực tế ngoài mỏy phỏt và mỏy bự đồng bộ (mỏy bự đồng bộ được thay thế bằng cỏc nguồn bự tĩnh) người ta thường dựng cỏc nguồn cụng suất phản khỏng như sau:  Nguồn phỏt: tụ điện, tụ điện điều khiển bằng tiristor. 240  Tiờu thụ: khỏng điện tuyến tớnh, khỏng điện bóo hũa, khỏng điện dựng dũng một chiều điều khiển bóo hũa (khỏng điện bóo hũa cú khả năng ổn ỏp cao, thớch hợp với chế độ điện ỏp dao động nhanh). Khỏng điện điều khiển bằng tiristor, mỏy biến ỏp điện khỏng lớn điều khiển bằng tiristor.  Phỏt và tiờu thụ (mỏy bự tĩnh): tổ hợp tụ điện và khỏng điện bằng tiristor. Cỏc nguồn này đặt tại cỏc địa điểm trờn lưới điện gần nhất nơi cú yờu cầu để trỏnh phải truyền tải cụng suất phản khỏng trờn lưới. Cụng suất của cỏc nguồn cụng suất phản khỏng được điều khiển từ xa hoặc tự động, theo cấp độ hoặc vụ cấp bằng SVC (static var compensation) là thiết bị gồm tụ và khỏng kết hợp với điều khiển vụ cấp bằng tiristor dựng để ổn ỏp trong chế độ xỏc lập và quỏ độ, được đặt ở những nơi cần thiết, cú nguy cơ dao động điện ỏp cao, độ dự trữ ổn định thấp, trờn (hỡnh 6.6) là sơ đồ tổng quỏt của SVC, một SVC thực tế cú thể chỉ cú: tụ điều khiển, khỏng cố định và khỏng điều khiển tụ cố định. Cỏc nguồn cụng suất phản khỏng cũng được điều chỉnh theo luật nhất định: theo thời gian hoặc bằng tay. g. Phương phỏp điều chỉnh điện ỏp. Để cú thể điều chỉnh tốt điện ỏp, quỏ trỡnh điều chỉnh được chia theo thời gian thành ba giai đoạn (hệ thống điều chỉnh điện ỏp của EDF).  Điều chỉnh sơ cấp: là quỏ trỡnh đỏp ứng nhanh và tức thời cỏc biến đổi nhanh và ngẫu nhiờn điện ỏp của thiết bị điều chỉnh điện ỏp mỏy phỏt và cỏc mỏy bự tĩnh. Điều chỉnh sơ cấp thực hiện tự động trong thời gian vài chục phần trăm giõy. Điều chỉnh sơ cấp nhằm mục đớch giữ điện ỏp lưới điện ở mức an toàn, trỏnh nguy cơ sụt ỏp trong chế độ bỡnh thường và nhất là khi sự cố.  Điều chỉnh thứ cấp: để đối phú với cỏc biến đổi chậm của điện ỏp. Điều chỉnh thứ cấp hiệu chỉnh lại cỏc giỏ trị điện ỏp chỉnh định của cỏc thiết bị điều chỉnh sơ cấp trong miền nú phụ trỏch và điều chỉnh cỏc tụ bự, khỏng điện và cỏc mỏy biến ỏp điều ỏp dưới tải trong từng miền. Quỏ trỡnh này kết thỳc trong vũng 3 phỳt. Hệ thống điện được chia thành từng miền tương đối độc lập về phương diện biến đổi điện ỏp, cỏc miền cú khả năng tự thỏa món yờu cầu cụng suất phản khỏng. Mức Hỡnh 6.6. sơ đồ tổng quỏt của SVC 241 điện ỏp trong mỗi miền được điều chỉnh bằng một hệ thống điều chỉnh thứ cấp riờng. Hệ thống này tỏc động nhanh và cú phối hợp với cỏc nguồn cụng suất phản khỏng trong miền. Hoạt động của hệ thống dựa trờn sự theo dừi và điều chỉnh điện ỏp tại một điểm đặc biệt trong miền, gọi là điểm hoa tiờu (điểm quan sỏt). Thiết bị điều chỉnh đặt ở điều dộ miền nhận giỏ trị điện ỏp đo tại điểm hoa tiờu (10s 1 lần) và so sỏnh với giỏ trị chỉnh định cho điểm này (là giỏ trị điện ỏp cần được giữ vững tại điểm hoa tiờu được tớnh trước), nếu cú sai khỏc thỡ đưa ra lệnh điều khiển đến cỏc nguồn cụng suất phản khỏng và mỏy biến ỏp điều ỏp dưới tải trong miền. Lệnh này cú thể là tăng thờm cụng suất phản khỏng phỏt ra, cũng cú thể là tiờu thụ cụng suất phản khỏng thừa. Sự phõn chia thành miền làm cho quỏ trỡnh điều chỉnh nhanh và đỏp ứng được cỏc yờu cầu địa phương một cỏch ưu tiờn. Tuy nhiờn, chia hệ thống điện thành cỏc miền độc lập tương đối khụng phải dễ, cỏc miền vẫn cú ảnh hưởng lẫn nhau, cho nờn hệ thống điều khiển phối hợp đó được phỏt triển để giải quyết vẫn đề này. Điều chỉnh cấp 2 thực hiện tự động. Trong hệ thống điện khụng cú hệ thống điều chỉnh tự động chớnh, cú thể điều chỉnh điện ỏp bằng tay, tại chỗ hoặc từ xa theo cỏc trỡnh tự tớnh trước cho từng tỡnh huống vận hành, cỏc bộ tụ bự cú thể điều chỉnh tự động theo giờ, gần đõy cỏc microprocessor được sử dụng trong điều chỉnh cỏc bộ tụ bự theo quan sỏt yờu cầu của phụ tải. Điều chỉnh cấp 3: Điều hũa mức điện ỏp giữa cỏc miền điều chỉnh cấp 2, tối ưu húa mức điện ỏp của hệ thống điện theo tiờu chuẩn kinh tế và an toàn. Quỏ trỡnh này cú thể thực hiện bằng tay hoặc tự động. 6.4. Điều chỉnh điện ỏp trong lưới phõn phối 6.4.1. Đỏnh giỏ chất lượng điện ỏp trong lưới hạ ỏp. Lưới phõn phối hạ ỏp cấp điện cho đại bộ phận thiết bị dựng điện. Trong lưới phõn phối hạ ỏp chỗ nào cũng cú thể đấu thiết bị dựng điện, do đú trong toàn lưới điện phõn phối hạ ỏp và trong mọi thời gian điện ỏp phải thỏa món tiờu chuẩn:  UUU xt  (6.31) x- đại điểm, t-thời gian Tuy nhiờn ta biết rằng cú 2 vị trớ và 2 thời điểm mà ở đú chất lượng điện ỏp được đảm bảo thỡ cũng sẽ được đảm bảo trong mọi địa điểm và thời gian cũn lại. Đú là điểm đầu (điểm B) và điểm cuối lưới hạ ỏp (điểm A, là điểm cú điện ỏp thấp nhất) trong hai 242 chế độ phụ tải max và min. Phối hợp cỏc điểm trờn ta viết được 4 tiờu chuẩn, trong đú quy ước 1 chỉ chế độ max, số 2 chỉ chế độ min:  UUU A  1 (6.32)  UUU A  2  UUU B  1  UUU B  2 Thờ hiện trờn đồ thị ta thấy độ lệch điện ỏp phải luụn nằm trờn vựng gạch chộo trờn hỡnh gọi là miền chất lượng. Nếu sử dụng tiờu chuẩn thỡ phải đo điện ỏp ở cả hai điểm A và B trong cả hai chế độ max và min. Trong đố điểm A rất khú xỏc định, mặt khỏc nhiều khi chỉ cần đỏnh giỏ kỹ thuật lưới phõn phối trung ỏp. Do đú ta cú thể quy đổi về đỏnh giỏ chất lượng điện ỏp chỉ ở điểm B là điểm đầu của lưới hạ ỏp cũng là thanh cỏi hạ ỏp của trạm phõn phối. Trạm phõn phối Lưới hạ ỏp 1 2 3 Pmin Pmax Miền CLĐA UH2 UH1 a) b) Hỡnh 6.7. đồ thị biểu diễn tiờu chuẩn, chế độ max ứng cới cụng suất max Pmax cũn chế độ min tương ứng với cụng suất min Pmin của phụ tải. Ta biết: 111 HBA UUU   (6.33) 222 HBA UUU   HU là tổ thất điện ỏp trờn lưới hạ ỏp. Thay vào (6.32) :  UUUU HB  11 (6.34)  UUUU HB  22 B UH UB UA U+ U- U+ U+ U+ Miền CLĐA 243  UUU B  1  UUU B  2 Chuyển 1HU và 2HU sang hai vế: 111 HBH UUUUU    222 HBH UUUUU     UUU B  1  UUU B  2 Ta nhận thấy nếu hai bất phương trỡnh trờn thỏa món vế trỏi thỡ 2 phương trỡnh sau cũng thỏa món, cũn nếu hai phương trỡnh sau thỏa món vế phải thỡ 2 phương trỡnh trờn cũng thỏa món do đú tiờu chuẩn chất lượng điện ỏp chỉ cũn là:  UUUU BH  11  UUUU BH  22 Trờn hỡnh là đồ thị biểu diễn tiờu chuẩn, chế độ max ứng cới cụng suất max Pmax cũn chế độ min tương ứng với cụng suất min Pmin của phụ tải. Tiờu chuẩn này được ỏp dụng như sau: Cho biết 1H , vớ dụ = 5% theo tiờu chuẩn tổn thất điện ỏp trong lưới phõn phối hạ ỏp. Biết Pmax , Pmin ta tớnh được 2H = (Pmin/ Pmax) 1H , sau đú lập đồ thị đỏnh giỏ chất lượng điện ỏp như trờn hỡnh . Sau đú điện ỏp trờn thanh cỏi trạm phõn phối trong chế độ max và min tớnh UB1 và UB2 . Đặt hai điểm này vào đồ thị rồi nối chỳng bằng 1 đường thẳng, đú là đường điện ỏp thực tế. Nếu đường này nằm gọn trong miền chất lượng thỡ chất lượng điện ỏp của lưới phõn phối là tốt (đường 1). Nếu cú phần nằm ngoài miền chất lượng điện ỏp như (hỡnh 6.7b) và 3 thỡ chất lượng điện ỏp là khụng đạt yờu cầu. Tựy theo vị trớ của đường điện ỏp mà cú thể rỳt ra cỏch thức điều chỉnh. Vớ dụ: đường 2 khụng đạt yờu cầu nhưng cú thể cải thiện bằng cỏch thay đổi đầu phõn ỏp cố định của mỏy biến ỏp phõn phối, cụ thể là dựng đầu phõn ỏp cao hơn, đường điện ỏp sẽ tịnh tiến lờn phớa trờn và đi vào miền chất lượng điện ỏp. Trong trường hợp đường 3 thỡ khụng thể thay đổi đầu phõn ỏp cố định mà cải thiển được, vỡ nếu chế độ max được cải thiện thỡ chế độ min sẽ bị hỏng. Trong trường hợp này chỉ cú thể dựng biện phỏp xoay ngang đường điện ỏp bằng cỏch điều ỏp dưới tải ở trạm trung gian, hoặc dựng tụ bự cú điều chỉnh. 244 6.4.2. Phương thức điều chỉnh điện ỏp trong lưới phõn phối Trong cỏc cụng thức ta nhận thấy chỉ cú tổn thất điện ỏp trong mỏy biến ỏp phõn phối là khụng thể thay đổi được, cũn tất cả cỏc thành phần khỏc đều cú thể thay đổi để điều chỉnh chất lượng điện ỏp. Cỏc biện phỏp điều chỉnh điện ỏp là:  Điều chỉnh điện ỏp đầu nguồn E1 và E2 bằng cỏch điều ỏp dưới tải tự động hoặc bằng tay ở MBA trung gian. Trong một số trường hợp cũng cú thể đặt đầu phõn ỏp cố định ở cỏc trạm này nhưng núi chung là phải dựng mỏy biến ỏp cú điều ỏp dưới tải.  Đặt đỳng đầu phõn ỏp cố định của mỏy biến ỏp phõn phối để đạt được độ tăng thờm điện ỏp EP.  Lựa chọn đỳng dõy dẫn để điều chỉnh tổn thất điện ỏp trờn lưới phõn phối trung và hạ ỏp. U trờn lưới trung ỏp và hạ ỏp phải nhỏ hơn tổn thất điện ỏp cho phộp tương ứng TACPU , HACPU .  Bự cụng suất phản khỏng ở phụ tải.  Bự dọc trờn đường dõy trung ỏp.  Dựng cỏc MBA bổ trợ chuyờn dựng cho điều chỉnh điện ỏp. Bộ 4 đại lượng E, EP, TACPU , HACPU , quyết định chất lượng điện ỏp, chỳng được xỏc định đồng bộ với nhau. Ở mỗi hệ thống điện theo điều kiện riờng cỏc đại lượng này cú giỏ trị khỏc nhau. Vớ dụ: *) Theo hệ thống điện Phỏp:  Lưới trờn khụng: E1 = 7%, E2 = 0%, TACPU = 7,5%, HACPU = 11%  Lưới cỏp: E1 = E2 = 0,5%, HACPU = 5%, TACPU khụng cần quan tõm  MBA phõn phối cú 3 đầu phõn ỏp EP = 2,5-5-7,5 *) Theo hệ thống điện Ba Lan:  E2 = 0-3%, E1 theo mựa: thu đụng 4-8%, cũn lại 3-6%  TACPU = 8%, HACPU = 3-5%  MBA phõn phối cú 5 đầu phõn ỏp EP = 0- 2,5- 5- 7,5- 10% *) Theo Liờn Xụ cũ: 245  E1 = 5-6%, E2 = 0-2%, thực hiện theo loại phụ tải : nếu phụ tải sinh hoạt là 70- 90% E1 thực hiện từ 16-22h; - Nếu phụ tải cụng nghiệp là 70-90% thỡ E1 thực hiện từ 10-16h; - Nếu phụ tải cụng nghiệp và sinh hoạt bằng nhau thỡ E1 thực hiện từ 8-22h.  TACPU = 6%, HACPU = 4-5% cho phần ngoài trời, phần trong nhà cho phộp 1-4%.  Mỏy biến ỏp phõn phối cú 5 đầu phõn ỏp EP = 0- 2,5- 5- 7,5-10% 6.4.3.Cỏc biện phỏp giảm dao động điện ỏp, khụng đối xứng và khụng sin 6.4.3.1 Giảm dao động điện ỏp Nguyờn nhõn dao động điện ỏp là:  Khởi động cỏc động cơ;  Sự thay đổi đột ngột cụng suất của động cơ cụng suất lớn. Theo tiờu chuẩn Liờn Xụ cũ dao động trờn đốn sợi đốt từ 1,5% đến 4% khụng được lớn hơn 10 lần trong 1 giờ. Nếu dao động lớn hơn 4% thỡ chỉ được phộp 1 lần trong 1 giờ. Đối với cỏc thiết bị cú phụ tải thay đổi mạnh, cho phộp dao động điện ỏp lờn tới 1,5% khụng hạn chế số lượng. Nếu điện ỏp giảm ngắn hạn đến 1,5% thỡ khởi động từ cú thể khụng giữ được, gõy cắt điện. Dũng khởi động ngắn hạn khụng đồng bộ (cú thành phần cảm khỏng là chủ yếu) cú thể gõy ra trờn lưới điện cú điện khỏng cao (thanh dẫn, đường dõy trờn khụng) và khỏng điện độ giảm ỏp lớn làm ảnh hưởng đến làm việc bỡnh thường của cỏc động cơ đang làm việc hoặc đang khởi động. Nếu điện ỏp giảm thấp quỏ thỡ bản thõn động cơ cú thể khởi động khụng thành cụng. Cỏc mỏy bơm nước phục vụ tưới tiờu dễ gặp hiện tượng này. Sự dao động điện ỏp sẽ ảnh hưởng đến chiếu sỏng nếu nú đấu cựng mạng với động cơ, đú là ỏnh sỏng chiếu cục bộ của mỏy cụng cụ. Dao động điện ỏp trờn một nhỏnh lưới điện sẽ ảnh hưởng tới điện ỏp nguồn và gõy dao động điện ỏp trờn cỏc nhỏnh khỏc. Để hạn chế dao động cú thể ỏp dụng cỏc biện phỏp sau:  Chọn cụng suất mỏy biến ỏp phự hợp với động cơ và mỏy cụng cụ cú phụ tải biến đổi nhanh. Vớ dụ nếu động cơ cú cụng suất 28 kW khởi động 12 lần/giờ thỡ mỏy biến ỏp phải cú cụng suất tối thiểu 630 kVA.  Giảm điện khỏng đường dõy và khỏng điện.  Cung cấp điện cho phụ tải cú cụng suất biến đổi mạnh bằng đường dõy riờng.  Hạn chế dũng khởi động và tự khởi động cơ. 246  Dựng tự động điều chỉnh điện ỏp cho động cơ.  Cho đường dõy và mỏy biến ỏp vận hành song song.  Cú thể cấp điện cho chiếu sỏng bằng đường dõy riờng hoặc mỏy biến ỏp riờng.  Nếu đường dõy cú cảm khỏng lớn và phụ tải biến đổi mạnh thỡ cú thể dựng tụ bự dọc. Bảng 6.1 cho khả năng gõy dao động điện ỏp V % khi động cơ hạ ỏp khởi động: Bảng 6.1 Dao động điện ỏp khi khởi động động cơ hạ ỏp, V % CS MBA 25 40 63 100 160 250 400 630 1000 TA/0,4kV kVA _ _ _ _ _ _ _ _ CS động cơ 4,5kW 7 17 8,9 3,7 1,9 1,1 10 13,6 5,6 2,9 1,7 0,9 14 15,5 6,4 3,3 1,9 1,1 20 9,9 5,1 3,0 1,7 0,9 28 12,8 6,7 3,8 2,2 1,2 40 10,2 5,9 3,3 1,9 1,4 55 15,6 9,1 5,1 2,9 2,2 1,6 75 12,3 6,9 4,0 3,0 2,2 100 15,3 7,7 5,0 3,7 2,8 10,4 5,9 4,5 3,4 6.4.3.2 Giảm khụng đối xứng Độ khụng đối xứng do phụ tải 1 pha gõy ra và ảnh hưởng đến cỏc phụ tải 3 pha như động cơ và đến lưới điện. Khi xảy ra khụng đối xứng lớn hơn cho phộp thỡ phải dựng cỏc thiết bị đối xứng húa trung ỏp cú sơ đồ như trờn (hỡnh 6.7). Thụng tin về đối xứng húa xem. Nếu cụng suất của phụ tải 1 pha lớn hơn 2% cụng suất ngắn mạch tại điểm đấu thỡ nờn đặt thiết bị đối xứng húa. Hỡnh 6.7. Cỏc thiết bị đối xứng húa trung ỏp 247 6.4.3.3 Giảm khụng sin Nguồn gốc của độ khụng sin là cỏc bộ chỉnh lưu, cỏc hồ quang điện, làm việc của tiristor. Để hạn chế người ta dựng cỏc bộ lọc cộng hưởng gồm tụ và khỏng được chỉnh định cho từng súng hài (hỡnh 6.8 a). Để hạn chế khụng sin, người ta làm cỏc bộ chỉnh lưu cú từ 12 pha trở lờn và đấu chỉnh lưu qua mỏy biến ỏp riờng hoặc khỏng điện (hỡnh 6.8 b). Bài tập Bài tập1: Hệ thống điện gồm 6 tổ mỏy, trong đú cú 3 tổ mỏy cú PFđm = 100 MW và KF = 15,3 tổ mỏy cũn lại cú PFđm = 200 MW và KF = 15. Phụ tải cú cụng suất Ppt = 700MW và KF = 1,5.Tớnh điều chỉnh sơ cấp khi phụ tải tăng lờn thờm 700 MW, sao cho tần số khụng vượt quỏ  0,2Hz so với tần số định mức. Giải: Trước tiờn ta tớnh độ dự trữ cụng suất: 286,1 700 )200.3100.3(    pt ht dt P P K Tớnh 15 900 )15.200.315.100.3(   FhtK Khi phụ tải tăng them 70 MW thỡ tần số giảm dần một lượng: htpt mđ ptFhtdtpt mđ KP fP KKKP fP f .. . ).( 1..      2405,0 700)15286,1.15( 50.70   f Hz Giỏ trị này của f thấp hơn giỏ trị cho phộp, do đú cần cú biện phỏp khắc phục. chẳng hạn cú thể tăng độ dốc của cỏc tổ mỏy 200 MW lờn 20, khi đú: Hỡnh 6.8. a) cỏc bộ lọc cộng hưởng gồm tụ và khỏng được chỉnh định cho từng súng hài; b) cỏc bộ chỉnh lưu cú từ 12 pha trở lờn và đấu chỉnh lưu qua mỏy biến ỏp riờng hoặc khỏng điện 248 33,18 900 )20.200.315.100.3(   FhtK Và: 1994,0 700)15286,1.33,18( 50.70   f (đạt yờu cầu) Sau điều chỉnh sơ cấp, mỗi tổ mỏy 200MW sẽ phỏt thờm một lượng: 952,15 50 ]20)1994,0(200[    FP MW Tổ mỏy 100 MW phỏt thờm: 982,5 50 ]15)1994,0(100[    FP MW Đõy là cụng suất phỏt thờm tạm thời do tần số giảm. Khi tần số tăng lờn định mức do điều chỉnh tần số ở cỏc tổ mỏy khỏc thỡ cỏc tổ mỏy này lại phỏt cụng suất như cũ. Muốn tăng cụng suất của cỏc tổ mỏy này lờn cố định như đó tớnh ở trờn thỡ phải tăng nhờ điều chỉnh tần số. Bài tập 2: Hệ thống điện cú phụ tải 1260MW, Kpt = 1,5, phụ tải giảm đột nhiờn 60MW. Tớnh độ lệch tần số khi khụng cú dự trữ quay 240 MW, cú điều tốc với KFht = 20 (nếu tất cả cỏc tổ mỏy đều cú thể điều tốc). Cho rằng chỉ cú 80% cụng suất phỏt tham gia điều tốc. Giải:  Khi khụng cú điều tốc thỡ: 587,1 1260.5,1 50.60 f Hz  Khi cú điều tốc, tổng cụng suất đặt của hệ thống là: 1260 + 240 = 1500 MW 19,1 1260 1500 dtK 16 100 20.80 FhtK 116,0 )5,116.19,1(1260 50.60   f Hz 249 Bài tập 3: Xỏc định phạm vi điều chỉnh cần thiết của tổ mỏy điều tần với cỏc điều kiện cpf = 0,1 Hz; KF = KFht = 10; Kpt = 1; Kdt = 1,05; n = 0,05; m = 0,1. Giải: ptptđc PPP 002.0 50 1.0 .10.005,1.1,0.'  ptptptđc PPPP 026,0 50 1,0 )105,1.10)(05,01(.05,0  Nghĩa là cần cú phạm vi điều chỉnh 2,8% phụ tải của hệ thống điện. Nếu một tổ mỏy khụng đủ khả năng đảm bảo phạm vi điều chỉnh thỡ phải dựng hai hoặc nhiều tổ mỏy điều tần. CÂU HỎI ễN TẬP CHƯƠNG 6 1) Khỏi quỏt chung về chất lượng điện năng? Cho biết cỏc chỉ tiờu về chất lượng điện ỏp ? 2) Cho biết quỏ trỡnh điều chỉnh tần số trong hệ thống điện ? 3) Cho biết cỏc phương tiện điều chỉnh điện ỏp trờn lưới hệ thống ? 4) Cho biết 3 biện phỏp chớnh được sử dụng để điều chỉnh điện ỏp trong lưới phõn phối ? 5) Nờu cỏc biện phỏp giảm dao động điện ỏp, khụng đối xứng ? 250 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Bỏch Lưới điện và hệ thống điện I,II – Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật năm 2007 2. Trần Quang Khỏnh Hệ thống cung cấp điện tập I, II- Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật năm 2006. 3. Đào Quang Thạch Phần điện trong nhà mỏy điện và trạm biến ỏp-Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật năm 2007 4. Nguyễn Xuõn Phỳ-Nguyễn Cụng Hiền-Nguyễn Bội Khuờ Cung cấp điện – Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 1998 5. Trần Quang Khỏnh Bảo vệ rơ le và tự động húa hệ thống điện – Nhà xuất bản giỏo dục năm 2007. 6. www.webdien.com 7. hiendaihoa.com 8.