Phương pháp điều chỉnh tần số trong hệ thống điện

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 
I. Đặt vấn đề 
Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp là một thể thống nhất. Chất 
lượng điện năng được đánh giá bởi hai thông số kỹ thuật là điện áp và tần số. Trong đó điện áp có 
tính chất cục bộ, tần số mang tính hệ thống hay nói cách khác là tần số có giá trị như nhau tại mỗi 
nút trong hệ thống điện. Độ lệch tần số ảnh hưởng đến hoạt động của tất cả các thiết bị trong hệ 
thống điện. 
Nước ta cũng như hầu hết các nước trên thế giới đều sử dụng dòng điện với tần số 50Hz, trừ 
Mỹ và một phần nước Nhật là sử dụng dòng điện tần số 60Hz. 
1. Lý do điều khiển tần số: 
a. Đối với hộ tiêu thụ: 
 Khi có sự thay đổi về tần số thì có thể gây ra một số hậu quả xấu vì: 
- Các thiết bị được thiết kế và tối ưu ở tần số định mức. Biến đổi tần số dẫn đến giảm năng suất 
làm việc của các thiết bị. 
- Làm giảm hiệu suất của thiết bị ví dụ như động cơ, thiết bị truyền động. 
- Ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình sản xuất. 
b. Đối với hệ thống điện: 
- Biến đổi tần số ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị tự dùng trong các nhà máy điện, có 
nghĩa là ảnh hưởng đến chính độ tin cậy cung cấp điện. Tần số suy giảm có thể dẫn đến ngừng 
một số bơm tuần hoàn trong nhà máy điện, tần số giảm nhiều có thể dẫn đến ngừng tổ máy. 
- Thiết bị được tối ưu hóa ở tần số 50 Hz, đặc biệt là các thiết bị có cuộn dây từ hóa như máy 
biến áp 
- Làm thay đổi trào lưu công suất trong hệ thống. Tần số giảm thường dẫn đến tăng tiêu thụ 
công suất phản kháng, đồng nghĩa với thay đổi trào lưu công suất tác dụng và tăng tổn thất trên 
các đường dây truyền tải. 
- Tính ổn định của khối tuabin máy phát. 
2. Nguyên nhân của sự thay đổi tần số 
- Ngày trong tuần 
- Giờ trong ngày 
- Ảnh hưởng của thời tiết (nhiệt độ, độ ẩm, mây mưa v.v...) 
- Chính sách về giá theo giờ trong ngày. 
- Những biến cố đặc biệt ví dụ chương trình TV, v.v... 
- Những yếu tố ngẫu nhiên 
II. Điều chỉnh tần số sơ cấp (Primary Frequency Control) 
1. Nguyên tắc điều khiển: 
1.1 Một số khái niệm cơ bản: 
Để tìm hiểu các khái niệm cơ bản ta xét trường hợp đơn giản nhất là một máy phát cấp cho 
một phụ tải độc lập theo hình vẽ dưới đây: 
Hinh 1. Máy phát cung cấp cho tải cô lập 
Trong đó: 
Pm: Công suất cơ 
Pe: Công suất điện 
PL: Công suất tải 
a. Đáp ứng của máy phát khi có sự thay đổi 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, độ lệch này 
được xác định từ phương trình cân bằng công suất máy phát. 
Hinh 2. Sơ đồ khối hàm truyền mô tả mối quan hệ giữa moment, độ lệch công suất và tốc độ 
b. Đáp ứng của phụ tải đối với độ lệch tần số: 
Phụ tải của hệ thống điện có thể coi là tập hợp các thiết bị điện. Trong đó có những phụ tải 
hầu như không thay đổi công suất theo tần số như chiếu sáng, phát nhiệt và có những phụ tải với 
công suất mang đặc tính phụ thuộc vào tần số như động cơ, quạt, máy bơm v.v... Khi có thay đổi 
phụ tải ta có thể biểu diễn theo biểu thức sau: 
rLe DPP  
Trong đó: 
LP = Thành phần tải thay đổi không phụ thuộc tần số 
rD  = Thành phần thay đổi của tải theo tần số 
D = Hằng số đặc tính tải theo tần số 
D là hệ số biểu diễn phần trăm tải thay đổi theo phần trăm tần số thay đổi. Thông thường giá 
trị của D là từ 12%. Nếu giá trị của D = 2 thì khi tần số thay đổi 1% tải thay đổi 2%. 
Tm   
Hs2
1
Hs2
1
 r r 
 Te Pe 
 Pm + + 
Pe 
Hơi hoặc 
nước 
Valve/cửa 
Bộ điều tốc 
Governor 
Tuabin G 
Tải PL 
 Hinh 3. Sơ đồ khối hàm truyền mô tả mối quan hệ giữ mô men và độ lệch tần số 
d. Vận hành máy phát song song 
Máy phát vận hành song song trong hệ thống điện với cùng 1 giá trị R: 
- Cùng tham gia điều chỉnh 
- Điều chỉnh theo khả năng của từng tổ máy. 
Hinh 4. Đặc tính độ dốc tần số 
1.2 Điều chỉnh công suất máy phát: 
- Mối quan hệ giữa tốc độ và phụ tải có thể điều chỉnh được nhờ đưa thêm điểm đặt phụ tải. 
- Tác động điều chỉnh cho ta một họ các đường đặc tính điều chỉnh song song nhau. 
- Việc điều chỉnh tần số được thực hiện bằng cách di chuyển lên hoặc xuống đặc tính điều 
chỉnh. 
Pe 
 Y 
Hơi hoặc 
nước 
Valve/cửa 
Tốc độ đặt 0 
Tích phân -K 
Tuabin 
R 

G 
∆r 
+ 
 
Điểm đặt tải 
Công suất ra Công suất ra 
f0 
f1 
 f 
 P2 
 P1 
f (Hz) 
Tổ máy 2 
Tổ máy 1 
  
Ms
1
DMs 
1 r r 
 PL 
 Pm + + Pm 
 PL 
D 
- 
- 
- 
 Hinh 5. Tác động của việc thay đổi đặc tính điều chỉnh 
2. Những yêu cầu về điều khiển sơ cấp: 
a. Điều khiển sơ cấp là bắt buộc: 
Qua các phân tích trên thì xét về góc độ lưới điều khiển sơ cấp là bắt buộc. Và bất cứ giải 
pháp điều khiển nào được xem là tốt nhất cũng không thể thực hiện được nếu như ngừng điều 
khiển sơ cấp. 
b. Điều khiển sơ cấp không thể hủy bỏ bởi giới hạn phụ tải: 
Giới hạn tải luôn ngăn cản việc điều chỉnh k*∆f, do đó thao tác điều chỉnh theo k*∆f có thể 
bị hủy bỏ bởi giới hạn tải. 
c. Điều chỉnh sơ cấp càng nhanh cành tốt : 
Xét từ góc độ vận hành lưới điện thì điều chỉnh sơ cấp càng nhanh, càng tốt. Trong trường 
hợp xuất hiện mất cân bằng giữa phát điện và tiêu thụ điện, thì thao tác điều chỉnh nhanh sẽ giảm 
được độ tụt tần số. 
d. Cần phải tránh dải chết và vùng lọc: 
Vùng chết và tính lọc phải loại bỏ trong điều chỉnh sơ cấp vì nó là nguồn gốc của tính trễ 
trong điều khiển sơ cấp. Phản ứng của các thiết bị này cũng là nguồn gốc của sự mất ổn định của 
hệ thống điện. 
e. Điều khiển sơ cấp phải thực hiện ở từng tổ máy: 
Yêu cầu chung là mỗi tổ máy phải tham gia vào điều khiển sơ cấp với độ trượt nằm trong 
khoảng 28%, với dự trữ sơ cấp là 2.5 %. Đặc biệt trong nhà máy điện chu trình hỗn hợp (CC) 
điều khiển sơ cấp phải thực hiện trong từng phần chu trình - tuabin và đuôi hơi (fired gasturbine 
and unfired steam). 
Chính những đặc điểm của điều chỉnh sơ cấp dẫn đến nhu cầu điều chỉnh tần số thứ cấp. 
f(Hz) f(Hz) 
100 % 50 % 100 % 50 % 
Thay đổi độ dốc Thay đổi điểm đặt 
50 
53 
50 
47 
III. Điều chỉnh tần số thứ cấp (Secondary Frequency Control) 
1. Điều khiển tần số thứ cấp trong hệ thống điện cô lập: 
Hinh 6. Khâu tích phân thêm vào cho tổ máy tham gia AGC 
- Trong HT điện cô lập hay HT điện liên kết không xét đến ràng buộc về trao đổi công suất 
giữa các khu vực thì nhiệm vụ chính của AGC là khôi phục tần số về giá trị danh định. 
- Đại lượng độ lệch tần số đặc trưng cho sự thay đổi công suất. 
- Thực hiện bằng cách thêm một tín hiệu đặt qua khâu tích phân vào bộ điều tốc của turbine 
tham gia vào AGC. 
- Điều chỉnh tần số thứ cấp phải chậm hơn sơ cấp để đảm bảo điều chỉnh sơ cấp đã được thực 
hiện đảm bảo ổn định tần số. 
- AGC điều chỉnh công suất ra của máy phát theo đáp ứng tần số của HT điện từ đó khôi phục 
lại giá trị đặt của các tổ máy không tham gia vào AGC. 
2. Điều khiển tần số thứ cấp trong hệ thống điện liên kết : 
a. Khái niệm lỗi điều khiển khu vực (Area Control Error - ACE): 
- Sự thay đổi công suất trong HT liên kết gây ra độ lệch tần số và độ lệch trào lưu công suất 
trao đổi giữa các khu vực. 
- Nhắc lại rằng mục đích chính của điều khiển tần số thứ cấp là khôi phục độ lệch tần số đến 
không và độ lệch trào lưu công suất trao đổi đến không. 
- Một cách có hiệu quả, người ta muốn rằng nếu như có sự thay đổi tải ở khu vực 1 thì không 
có thao tác điều chỉnh thứ cấp ở khu vực 2 mà chỉ có ở khu vực 1. 
- Khi có sự thay đổi tải ở khu vực 1 làm xuất hiện độ lệch công suất trên đường dây liên kết. 
K
s
1 
K
s
1 
K
s
1 
1
Ms D 
 Turbine Governor 
Turbine Governor  
  
+ 
Điểm đặt tải 
- 
+ P'm 
 PL 
  
 P"m 
+ 
  
Tổ máy chỉ điều 
khiển sơ cấp 
Điều khiển thứ 
cấp cho tổ máy 
chọn 
- - 
+ 
  
b. Điều khiển tần số theo độ dốc đặc tính tần số đường dây liên kết: 
Trong thực tế để đạt được kết quả ΔP = 0 và Δf = 0, hầu như bất cứ sự kết hợp nào của lỗi 
điều khiển khu vực, lỗi này bao gồm thành phần sai lệch tần số và sai lệch đường dây liên kết, chắc 
chắn khôi phục được độ lệch tần số và độ lệch công suất đường dây liên kết đến không. 
c. Các phương pháp điều khiển khác: 
- Người ta có thể chọn các cặp giá trị khác nhau của B1, B2 từ đó có các luật điều chỉnh khác 
nhau. 
- Một phương thức điều khiển trong đó thỏa mãn mục tiêu trên là giao cho 1 khu vực điều 
khiển độ lệch công suất đường dây liên kết (gọi là flat tie - line control) và khu vực kia điều 
khiển tần số (gọi là Flat Frequency Control). Trong điều khiển như vậy, cho ta ACE1 = 
k1ΔPTL12 và ACE2 = B2Δf. 
IV. Kết luận 
Qua phân tích trên ta thấy trong HT điện hiện đại có thể chia ra làm 3 cấp điều chỉnh tần số 
khác nhau, trong đó cấp đầu tiên và nhanh nhất được thực hiện ngay tại từng tổ máy mà chủ yếu 
dựa trên đặc tính của các bộ điều tốc. Tuy nhiên cấp điều chỉnh này mang tính cục bộ không xét 
đến tổng thể hệ thống. Cấp thứ hai là tự động điều chỉnh máy phát (AGC) nhằm phân bổ lại công 
suất của các máy phát đáp ứng yêu cầu về điều khiển theo độ lệch tần số hoặc theo độ lệch công 
suất đường dây liên kết và ACE nhưng chưa xét đến tính kinh tế. Cấp thứ ba là tự động điều chỉnh 
máy phát có xét đến tính kinh tế và trào lưu công suất trên đường dây liên kết. Cùng với việc phát 
triển của kỹ thuật máy tính và công nghệ thông tin, người ta sử dụng máy tính riêng để tính toán 
phân bổ lại công suất phát của các tổ máy sao cho chi phí sản xuất là nhỏ nhất, trong khi đó có xét 
đến cả ảnh hưởng của tổn thất một cách gần đúng ngoài ra còn xét đến ràng buộc của lưới qua 
module tính tối ưu trào lưu công suất (ELD-Economic Load Dispatch).