Nguyên lý điều chỉnh

Điều chỉnh tần số trong các hệ thống điện lực hiện đại là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của điều khiển hệ thống. Trong hệ thống cần phải giao nhiệm vụ điều chỉnh tần số cho một số nhà máy điện nhất định (làm việc ở phần đỉnh phụ tải).

nguyên lý điều chỉnh tần số

nguyên lý điều chỉnh tần số

Trên hình 1 vẽ sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tần số máy phát điện, trên hình 2 vẽ các đường đặc tính tần số của thiết bị tự động điều chỉnh tốc độ của turbin (PF0) và đặc tính tần số của phụ tải tổng của hệ thống có xét đến tổn thất công suất trong mạng (Ppt0). Giao điểm của hai đường đặc tính này xác định tần số làm việc của hệ thống f0 .

Giả sử phụ tải tổng trong hệ thống tăng lên và ta có đường đặc tính Ppt. Nếu không có thiết bị tự động điều chỉnh tốc độ, tức công suất của máy phát điện không đổi (bằng P0) thì hệ thống sẽ chuyển sang làm việc tại điểm a và tần số sẽ giảm xuống trị số f1. Khi có điều chỉnh tốc độ, tức có điều chỉnh sơ cấp thì hệ thống sẽ làm việc tại điểm b và tần số sẽ giảm xuống trị số f0 > f2 > f1. Khi có thiết bị tự động điều chỉnh tần số, tức có điều chỉnh thứ cấp thì đường đặc tần số của máy phát sẽ dịch chuyển lên thành đường (PF) và hệ thống sẽ làm việc tại điểm c, ứng với nó ta có tần số  f0’ =  f0 .

Có thể chia quá trình điều chỉnh tần số thành ba giai đoạn như sau:

  • Lúc đầu khi phụ tải tăng đột ngột, tần số chưa kịp biến đổi nên thiết bị tự động điều chỉnh tốc độ và tần số chưa tác động. Công suất tăng sẽ do mỗi tổ máy phát gánh một phần, nhiều ít tùy theo sức điện động và góc pha của chúng và các điện kháng trong mạng. Trong lúc đó công suất của turbin vẫn chưa tăng do các máy phát bị hãm và tần số trong hệ thống giảm xuống.
  • Khi độ lệch của tần số vượt quá vùng không nhạy của thiết bị tự động điều chỉnh tốc độ của turbin (khoảng 0,05% fđm đối với turbin hơi và 0,02% fđm đối với turbin nước) thì các bộ điều chỉnh tốc độ bắt đầu làm việc. Nhưng vì nó có quán tính nên tác động chậm trễ khoảng (1÷2 sec), sau khi tác động lượng hơi nước vào turbin tăng và tần số bắt đầu tăng (đoạn ab trên đặc tính Ppt).
  • Khi độ lệch của tần số vượt quá vùng không nhạy của thiết bị tự động điều chỉnh tần số (khoảng 0,02%) thì nó bắt đầu tác động và làm dịch chuyển đường đặc tính điều chỉnh tốc độ của turbin. Tốc độ dịch chuyển tương đối chậm, quá trình điều chỉnh chiếm khoảng (30÷40 sec) mới phục hồi được tần số định mức.

Biểu thức tính toán

Khi có thiết bị tự động điều chỉnh tốc độ, đường đặc tính tần số của điều chỉnh tốc độ PF(f) và đường đặc tính tĩnh của phụ tải Ppt(f) có tốc độ được xác định như sau:

Ta rút ra được: biểu thức rút ra

Dấu trừ ở công thức (1) chỉ ra rằng khi tần số giảm (∆f < 0) thì công suất các máy phát điện tăng lên (∆PF > 0). Ngược lại ở công thức (2), khi tần số tăng (∆f > 0) thì công suất của phụ tải cũng tăng.

Ta gọi ρ là hệ số dự trữ:  hệ số dự trữ

Khi trong hệ thống có biến đổi về cân bằng công suất một lượng:
biến đổi công suất

sẽ làm cho tần số biến đổi một lượng là ∆f, xác định bởi phương trình sau:biến đổi tần sốSuy ra:suy ra

Từ công thức suy ra ở trên, ta thấy rằng khi độ dốc KF càng lớn nghĩa là đường đặc tính PF(f) càng dốc thì tần số càng ổn định. Độ dốc đặc tính của máy phát tương đối lớn  KF = (15÷20) đối với máy phát turbin hơi và KF = (25÷50) đối với máy phát turbin nước. Khi công suất tổ máy không đổi tức không có thiết bị tự động điều chỉnh tốc độ, độ dốc của đặc tính bằng 0.

Khi có nhiều tổ máy trong hệ thống thì cần phải xác định độ dốc trung bình KFtb cho tất cả các tổ máy.

độ dốc trung bình

Hãy chia sẻ, nếu bạn cảm thấy bài viết có ích cho bạn bè !