Bài giảng Điều khiển tần số trong hệ thống điện - Nguyễn Đức Huy

1ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Nội dung
 Mục đích điều khiển tần số
 Điều khiển tần số với các loại máy phát điện
 Sơ đồ khối hệ thống điều tốc
 Điều tần cấp I
 Sa thải phụ tải
 Điều tần cấp II – AGC
 Điều tần cấp III
1
2Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Mục đích điều khiển tần số
2
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Mục đích điều khiển tần số
 Trong hệ thống điện sử dụng máy phát điện đồng bộ, khi công suất phát 
điện cân bằng công suất tải, tần số của hệ thống là không đổi (tốc độ quay 
các máy phát ổn định)
 Tần số cần được duy trì ổn định trong một giới hạn cho phép
 Tần số lưới điện Châu Âu
 Tần số lưới điện Ấn Độ
 Khi hệ thống điện vận hành ổn định, tần số đo được tại mọi điểm trong hệ 
thống là bằng nhau 
3
3Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Mục đích điều khiển tần số
Dự án FNET: quan sát tần số trên toàn nước Mỹ:
4
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Mục đích điều khiển tần số
Diễn biến tần số khi hòa hai hệ thống điện
5
4Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Mục đích điều khiển tần số
Diễn biến tần số khi tách lưới
6
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Diễn biến tần số trong ngày (India)
49.85
49.90
49.95
50.00
50.05
50.10
50.15
0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00
Chú ý các biến động tần số xảy ra tại thời điểm chuyển giữa các giờ
7
5Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Khi tần số thay đổi 
Các tuabin máy phát
 Tần số sụt giảm làm tăng nguy cơ xuất hiện hiện tượng cộng hưởng 
(tuabin máy phát nhiệt điện)
 Khả năng làm việc ở tần số ngoài định mức được nhà sản xuất cung 
cấp với mỗi loại tuabin
8
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Khi tần số thay đổi 
Các động cơ
 Tần số sụt giảm làm giảm mô men điện của động cơ không đồng bộ.
 Ảnh hưởng gián tiếp đến tự dùng của các nhà máy điện (hệ thống làm 
mát, hệ thống bơm dầu áp lực, hệ thống nén khí)
Các máy biến áp
• Vận hành ở tần số thấp có thể dẫn đến hiện tượng quá kích thích (over-
excitation)
9
6Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Khi tần số thay đổi 
Đáp ứng của phụ tải điện theo tần số
10
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Hiện tượng sụp đổ tần số
11
7Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều khiển công suất/tốc độ máy phát đồng bộ
 Sự thay đổi tốc độ máy phát điện đồng bộ phụ thuộc vào cân bằng 
mô men điện và mô men cơ trên trục rotor:
 Với hệ thống điện sử dụng các máy phát đồng bộ, điều khiển tần số 
hệ thống có quan hệ trực tiếp đến điều khiển tốc độ các máy phát 
đồng bộ
12
emem PP
dt
d
JTT
dt
d
J  



0
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều khiển công suất- tổ máy nhiệt điện
• Chế độ boiler-follow: Van hơi phản ứng theo công suất/tần số. Lò hơi 
điều khiển ổn định lại áp suất 
• Chế độ turbine-follow: Lò hơi điều khiển công suất, các van hơi giữ áp 
suất cố định
13
8Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Mô hình mô phỏng tuabin hơi
14
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều khiển tần số - tổ máy thủy điện
15
9Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều khiển tần số - tổ máy phát tuabin khí
 Công suất cấp cho tuabin phụ thuộc vào áp lực khí trong buồng đốt
 Khi tốc độ tuabin giảm, áp lực khí nén giảm công suất máy phát 
giảm
16
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều khiển tần số - tổ máy tuabin khí
17
10
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều khiển tần số - máy phát điện gió
18
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Đáp ứng tần số của hệ thống điện
19
11
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Đáp ứng tần số của hệ thống điện
Các giai đoạn của đáp ứng tần số
 Đáp ứng do quán tính của các máy phát điện đồng bộ
 Đáp ứng do hệ thống điều tần sơ cấp (điều tần cấp I)
 Đáp ứng do hệ thống điều tần cấp II (AGC)
 Điều tần cấp III
20
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Đáp ứng quán tính của hệ thống điện
 Các máy phát điện đồng bộ tich trữ năng lượng dưới dạng động năng 
của rotor và tuabin
 Khi tần số hệ thống sụt giảm, tốc độ của các máy phát giảm năng 
lượng từ các máy phát được cung cấp cho hệ thống.
 Đáp ứng quán tính góp phần làm ổn định tần số cho hệ thống
 Khi kết nối nhiều tổ máy trong hệ thống, mức độ ổn định của hệ thống 
do đáp ứng quán tính được cải thiện
21
12
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Ví dụ về đáp ứng quán tính
Tăng 300MW tải
22
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Đáp ứng quán tính - Lưới điện 4 máy phát
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
49.75
49.8
49.85
49.9
49.95
50
50.05
Time (sec)
F
re
q
 (
H
z)
20 21 22 23 24 25
49.84
49.86
49.88
49.9
49.92
49.94
49.96
49.98
50
Kết quả mô phỏng sự cố mất cân 
bằng công suất, với các giá trị khác 
nhau của quán tính máy phát
23
13
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Mô hình điều khiển công suất sơ cấp
24
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Bộ điều tốc ly tâm
25
14
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Bộ điều tốc điện tử
26
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Bộ điều tốc
Tham số R (droop) của bộ điều tốc quy 
định mức độ tham gia điều tần cấp I 
của tổ máy 
27
15
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Bộ điều tốc 
Xét riêng sơ đồ điều khiển của bộ điều tốc
Giá trị đặt của công suất phát
Công suất phát thực tế
28
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Khi quá trình điều tốc kết thúc
 P.R = - 
 P = -  / R
Hay:
 P = - f / R
• R = 0.04 0.09
29
16
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều tần cấp I
Các đại lượng được tính trong hệ đơn vị tương đối
Máy phát có công suất phát Pmax = 100MW
Công suất phát = 60MW.
R = 0.05
a) Khi tần số hệ thống sụt từ 50Hz 49.8Hz
 P = - ( (49.8-50) / 50 ) / 0.05 = 0.08 = 8MW
Công suất phát của máy sẽ là 68MW
b) Khi tần số hệ thống sụt từ 50Hz 48.5Hz
 P = - ( (48.5-50) / 50 ) / 0.05 = 0.6 = 60MW
Công suất phát của máy sẽ là 100MW (huy động hết dự trữ)
30
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
VD mô phỏng - Lưới điện 4 máy phát
Điều tốc, R = 0.05
Tăng tải
900 MW
900 MW 900 MW
900 MW
31
17
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
VD mô phỏng - Lưới điện 4 máy phát
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
49.9
49.92
49.94
49.96
49.98
50
50.02
Time (sec)
F
re
q
u
e
n
c
y
 (
H
z
)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
680
690
700
710
720
730
Time (sec)
M
a
ch
in
e
 1
 p
o
w
e
r
Tần số lưới
Công suất máy 1
32
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
VD mô phỏng - Lưới điện 4 máy phát
Điện áp và công suất truyền tải
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0.94
0.96
0.98
1
Time (sec)
V
o
lt
a
g
e
 (
p
e
r 
u
n
it
)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
440
460
480
500
520
Time (sec)
P
o
w
e
r 
tr
a
n
sf
e
r 
(M
W
)
33
18
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
VD mô phỏng - Lưới điện 4 máy phát
Đặc tính công suất - tần số của máy 1
685 690 695 700 705 710 715 720 725 730
49.9
49.92
49.94
49.96
49.98
50
50.02
Power (MW)
F
re
q
 (
H
z)
Actual response
Desired response
Giai đoạn 
quá độ
Giai đoạn ổn 
định, đặc tính 
f-P bám sát 
đặc tính điều 
tần
34
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Đáp ứng tần số của hệ thống 
Đáp ứng của một tổ máy, với i = R, f và P tính theo Hz và MW
Đáp ứng tổng hợp của hệ thống
(Sau khi quá trình điều tần cấp I kết thúc)
35
19
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Đáp ứng tần số của hệ thống 
Đáp ứng tổng hợp của hệ thống KT
(Sau khi quá trình điều tần cấp I kết thúc)
36
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Đáp ứng tần số của hệ thống 
Kết hợp với đáp ứng của phụ tải
Đáp ứng tổng hợp của hệ thống
Lưu ý: KT >> KL
(Sau khi quá trình điều tần cấp I kết thúc)
37
20
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Đáp ứng tần số với nhiều máy phát
Điều tốc, R = 0.05
Tăng tải
Điều tốc, R = 0.05
38
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Đáp ứng tần số với nhiều máy phát
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
49.9
49.92
49.94
49.96
49.98
50
50.02
Time (sec)
F
re
q
u
e
n
cy
 (
H
z)
Tần số lưới, chỉ máy 1 điều tần
0 20 40 60 80 100
49.92
49.94
49.96
49.98
50
50.02
50.04
Time (sec)
F
re
q
u
e
n
cy
 (
H
z)
Tần số lưới, 2 máy điều tần
39
21
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Đáp ứng tần số với nhiều máy phát
Điện áp và cs truyền tải, 2 máy
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0.94
0.96
0.98
1
Time (sec)
V
o
lt
a
g
e
 (
p
e
r 
u
n
it
)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
440
460
480
500
520
Time (sec)
P
o
w
e
r 
tr
a
n
sf
e
r 
(M
W
)
Điện áp và cs truyền tải, 1 máy
0 20 40 60 80 100
0.94
0.96
0.98
1
Time (sec)
V
o
lt
a
g
e
 (
p
e
r 
u
n
it
)
0 20 40 60 80 100
440
460
480
500
520
Time (sec)
P
o
w
e
r 
tr
a
n
sf
e
r 
(M
W
)
40
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Đáp ứng tần số với nhiều máy phát
Đáp ứng tần số, 1 máy
690 700 710 720 730 740
49.93
49.94
49.95
49.96
49.97
49.98
49.99
50
50.01
Power (MW)
F
re
q
 (
H
z)
Actual response
Desired response
690 700 710 720 730 740
49.93
49.94
49.95
49.96
49.97
49.98
49.99
50
50.01
Power (MW)
F
re
q
 (
H
z)
Actual response
Desired response
685 690 695 700 705 710 715 720 725 730
49.9
49.92
49.94
49.96
49.98
50
50.02
Power (MW)
F
re
q
 (
H
z
)
Actual response
Desired response
Đáp ứng tần số, 2 máy
41
Đáp ứng f-P có gì thay đổi khi hai 
máy cùng tham gia điều tần?
22
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Tăng độ nhạy của cả hai máy 1 và 4
Điều tốc, R = 0.005
Tăng 100MW tải
Điều tốc, R = 0.005
42
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Tăng độ nhạy của cả hai máy 1 và 4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
690
700
710
720
730
740
750
Time (sec)
M
ac
h
in
e
 1
 p
o
w
e
r
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
680
690
700
710
720
730
740
Time (sec)
M
ac
h
in
e
 1
 p
o
w
e
r
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
49.96
49.98
50
50.02
50.04
Time (sec)
F
re
q
u
en
cy
 (
H
z)
Tần số HT
P máy 1
P máy 4
43
23
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Đặc tính điều chỉnh tần số cấp 1
• Chỉ sử dụng R = 0 đối với hệ thống vận hành cô lập
• Sử dụng R = 0,  0 với lưới điện nhiều máy phát sẽ có thể tạo ra 
dao động giữa các bộ điều tốc, gây mất ổn định
44
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Vùng chết (dead band) của đặc tính điều tần
45
Máy có vùng chết nhỏ 
điều tần khi f>50.01 và f<49.99
Máy có vùng chết lớn
điều tần khi f>50.2 và f<49.8
24
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều tần cấp I – tổng kết
• Sau khi điều tần cấp I kết thúc, WECC đã huy động thêm bao nhiêu 
công suất ( P = ?)
• P bao gồm cả công suất huy động thêm từ điều tần cấp I và đáp 
ứng của phụ tải
• f
46
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều tần cấp I
• P / f = Kf sau khi kết thúc điều tần cấp 1 được gọi là đáp ứng 
tần số của hệ thống (“frequency response” (Mỹ), hoặc “power-
frequency characteristic” (châu Âu)).
• Có thể xác định Kf dựa trên thay đổi trào lưu công suất trên 
đường dây liên lạc, khi sự cố xảy ra ở một khu vực lân cận.
• Đơn vị: MW / 0.1 Hz hoặc MW / Hz
47
25
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Một vài ví dụ về Kf
• Ấn Độ ( tổng cs đặt ~150GW): -1800MW / Hz
• PJM RTO (tổng cs đặt ~180GW): -1579MW / 0.1 Hz
• UCTE (tổng cs đặt ~660GW): -1800MW/ 0.1Hz
• Nordic system: -800MW/0.1Hz
48
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Dự phòng nóng (spinning reserve)
• Máy phát cần vận hành ở mức công suất thấp hơn cực đại để có 
thể tham gia điều tần
49
26
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Dự phòng nóng
50
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Dự phòng nóng
• Hiện tượng sụp đổ tần số sẽ có thể xảy ra khi hệ thống hết công 
suất dự trữ
• Khi nào có thể nhận biết hệ thống đã hết dự phòng nóng? 51
27
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Dự phòng nóng
• Tập hợp các 
máy trong HT
• Tập hợp các máy còn
dự phòng nóng
• p 0 khi hệ thống hết dự phòng nóng
52
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Dự phòng nóng
• VD: Hệ thống điện 50Hz, tổng công suất tải PL = 10000MW. Tỉ lệ 
công suất các máy tham gia dự phòng nóng p = 60%, tỉ lệ dự 
phòng nóng trung bình r = 15%. Độ dốc đặc tính điều tần cấp I = 
7% (chung cho các máy phát). Giả sự hệ thống gặp sự cố, mất tổ 
máy 500MW.
• Hệ số KT cho cả hệ thống sẽ là: KT = 0.6(1+0.15)/0.07 = 9.687
• Độ thay đổi tần số: f = -1/(9.687+1) x (500/10000) x 50 0.23Hz.
53
28
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Chế độ xác lập sau sự cố xét đến điều tần cấp I
• Đáp ứng của điều tần cấp I và sự thay đổi trào lưu trên các đường 
dây có thể xác định gần đúng, dựa trên thông số bộ điều tốc, hằng 
số quán tính các máy phát.
• Các chương trình tính toán: chức năng governor power flow, hoặc 
inertial power flow
54
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều tần cấp II
• Khôi phục tần số về giá trị định mức
• Khôi phục dự phòng nóng
• Khôi phục trào lưu công suất trên các đường dây liên lạc
55
29
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều tần cấp II – hệ thống cô lập
• Điều tần cấp II có tác dụng như kênh điều khiển tích phân:
• = 0, P + Pe – Pref = 0
• Hoặc có thể hiểu: Pref = Pref - P (thay đổi giá trị của Pref).
56
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều tần cấp II – hệ thống cô lập
Chỉ cần đặt điều tần cấp II ở một số tổ máy trong hệ thống
57
 P
30
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều tần cấp II – hệ thống liên kết
• Trong hệ thống liên kết, khi có biến động tần số, các máy phát 
đồng bộ trong mỗi khu vực đều thực hiện điều tần cấp I, làm thay 
đổi trào lưu công suất trên các đường dây liên lạc
• Điều tần cấp II chỉ thực hiện tại khu vực xảy ra mất cân bằng công 
suất
• Khu vực xảy ra mất cân bằng công suất cần kích hoạt điều tần cấp 
II, đưa tần số về 50Hz và khôi phục trào lưu công suất trên các 
đường dây liên kết (quy ... liên kết
Vì đã biết vị trí xảy ra mất cân bằng công suất (khu vực 2), ta có thể 
xác định được: ACE1 = 0; ACE2 = -100MW
Khu vực 1: 0 = 53 - R1 (-0.16) R1 = -321.25 MW/Hz
Khu vực 2: -100 = -49 - R2 (-0.16) R2= -306 MW/Hz
Hãy tính thử giá trị Kf của hệ thống 1 và 2, dựa trên đặc tính điều tần 
cấp I của các tổ máy và so sánh với kết quả tìm được?
65
34
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Sử dụng ACE điều chỉnh công suất phát
• Tín hiệu ACE được đưa qua bộ điều khiển tích phân, từ đó xác định 
lượng thay đổi công suất đặt của các nhà máy tham gia điều tần cấp II
• Mức độ tham gia điều tần cấp II của mỗi nhà máy được xác định bởi hệ 
số i. 
Chú ý: ACE < 0 thì khu vực cần tăng công suất
66
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều tần cấp II – hệ thống liên kết
Để tránh tương tác giữa hệ thống điều tần cấp II của các khu vực khi 
chúng cùng tham gia điều khiển trào lưu công suất trao đổi, giá trị đặt 
Ptrao-đổi được điều chỉnh tăng dần hoặc giảm dần (phase in)
67
35
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Sử dụng ACE điều chỉnh công suất phát
Ví dụ: Sơ đồ khối tính ACE – lưới điện 4 máy, 2 khu vực
68
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Sử dụng ACE điều chỉnh công suất phát
Ví dụ: Sơ đồ khối tính ACE – lưới điện 4 máy, 2 khu vực
69
36
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
40 50 60 70 80 90 100 110 120
49.6
49.8
50
Time (sec)
F
re
q
u
e
n
c
y
 (
H
z
)
40 50 60 70 80 90 100 110 120
700
750
800
850
Time (sec)
M
ac
hi
n
e
 1
 p
o
w
er
40 50 60 70 80 90 100 110 120
650
700
750
800
Time (sec)
M
a
c
h
in
e
 2
 p
o
w
e
r
40 50 60 70 80 90 100 110 120
700
720
740
760
Time (sec)
M
a
c
h
in
e
 3
 p
o
w
e
r
40 50 60 70 80 90 100 110 120
700
750
800
Time (sec)
M
ac
hi
n
e
 4
 p
o
w
er
40 50 60 70 80 90 100 110 120
-100
0
100
Time (sec)
A
C
E
1
40 50 60 70 80 90 100 110 120
-200
-100
0
100
Time (sec)
A
C
E
2
40 50 60 70 80 90 100 110 120
400
450
500
550
Time (sec)
P
ow
er
 t
ra
ns
fe
r 
(M
W
)
P1
P2
P3
P4
Tần số
P1-2
ACE1
ACE2
Khi chưa có điều tần cấp II
70
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
40 60 80 100 120 140 160 180 200
680
700
720
740
Time (sec)
M
a
c
h
in
e
 2
 p
o
w
e
r
40 60 80 100 120 140 160 180 200
700
720
740
760
Time (sec)
M
a
c
h
in
e
 3
 p
o
w
e
r
40 60 80 100 120 140 160 180 200
720
740
760
780
800
Time (sec)
M
ac
hi
ne
 1
 p
ow
er
40 60 80 100 120 140 160 180 200
700
750
800
850
Time (sec)
M
ac
hi
ne
 4
 p
ow
er
40 60 80 100 120 140 160 180 200
49.7
49.8
49.9
50
Time (sec)
F
re
qu
en
cy
 (
H
z)
40 60 80 100 120 140 160 180 200
-50
0
50
Time (sec)
A
C
E
1
40 60 80 100 120 140 160 180 200
-150
-100
-50
0
50
Time (sec)
A
C
E
2
40 60 80 100 120 140 160 180 200
400
450
500
550
Time (sec)
P
ow
er
 t
ra
ns
fe
r 
(M
W
)
Khi có điều tần cấp II
P1
P2
P3
P4
Tần số
P1-2
ACE1
ACE2
71
37
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều tần cấp II dựa trên ACE
• Khi hệ thống có đủ dự trữ công suất, điều tần cấp II có thể đạt được cả 
hai mục tiêu: f = 0, và Ptrao đổi = 0
• Khi hệ thống không đủ dự trữ công suất, tần số không thể trở về giá trị 
định mức (f 50 Hz)
(Ptrao đổi – Ptrao đổi, ref) - R(f - 50) = 0
 Ptrao đổi = R . f 
72
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều tần cấp II – HTĐ Việt Nam
73
38
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Câu hỏi ôn tập
1) Tần số hệ thống điện:
a) Đo lường sự mất cân bằng giữa nguồn và tải 
b) Thay đổi theo quan hệ với điện áp
c) Thay đổi từ khu vực này sang khu vực khác
d) Tất cả những câu trên
2) Hệ thống điện A được nối với hệ thống điện B qua đường dây liên lạc Một máy 
phát ở hệ thống điện Bbị cắt ra. Điều gì sẽ xảy ra?
a) Tần số tăng vượt quá 50Hz 
b) Tăng trào lưu công suất phát trên đường dây liên lạc
c) Công suất phát trong hệ thống A giảm
d) Tất cả những câu trên
74
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Câu hỏi ôn tập
Giả thiết hệ số điều chỉnh tần số R = −50 MW/0.1 Hz. ACE ban đầu bằng 0
và tần số là 50.00 Hz. Một sự cố trong hệ thống bên cạnh làm tần số sụt xuống
49.96 Hz. Đáp ứng tần số Kf của hệ thống là −35 MW/0.1 Hz:
3) Sự thay đổi trào lưu công suất trên đường dây liên lạc sẽ như thế nào khi
tần số ở giá trị 49.96 Hz?
a) Nhận thêm công suất
b) Không thay đổi (0)
c) Phát thêm công suất sang hệ thống bên cạnh
Không câu trả lời nào đúng
4) Giá trị của ACE ở tần số 49.96 Hz?
a) > 0
b) = 0
c) < 0
d) Không câu trả lời nào đúng
75
39
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Câu hỏi ôn tập
5) Hệ số đặc tính điều tần cấp 1, R = 5% nghĩa là ?
a) Máy phát thay đổi 5% công suất đặt với biến thiên tần số 0.1 Hz 
Máy phát sẽ đảm nhận 5% sự thay đổi công suất của hệ thống khi tần số 
thay đổi 0.1 Hz
c) Công suất phát của máy phát thay đổi 100% khi tần số thay đổi 5%
6) Nếu một sự cố làm cho tần số hệ thống sụt xuống 0.04Hz và hệ số điều 
chỉnh R = −100 MW/0.1 Hz, hệ thống sẽ đóng góp bao nhiêu MW công 
suất để duy trì ổn định tần số?
a) 400 MW 
b) 0.4 MW 
c) 4.0 MW 
d) 40 MW 
76
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Câu hỏi ôn tập
7) Hệ thống A đang đảm bảo được cân bằng công suất phát và tải. Một máy 
phát của hệ thống bên cạnh (B) bị cắt ra và tần số sụt xuống 49.9 Hz. Hệ số 
điều chỉnh công suất của hệ thống A là R =−50 MW/0.1 Hz. Nếu hệ thống A 
đảm bảo giá trị R được xác định một cách chính xác, ACE của A sẽ là:
a) + 50 MW 
b) 0 MW 
c) −50 MW 
Không câu trả lời nào đúng
8) 1% thay đổi tần số thường dẫn đến bao nhiêu % thay đổi công suất tải? 
a) Không thay đổi
b) 0.1% 
c) 1% 
d) 2%
77
40
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Câu hỏi ôn tập
9) Hệ số đặc tính điều tần cấp I (R) được chỉnh định sao cho máy phát sẽ thay 
đổi 25MW công suất với thay đổi 0.1Hz tần số. Công suất đặt của máy phát 
là 500MW. Giá trị của R sẽ là bao nhiêu?
a) 1% 
b) 1.2% 
c) 4% 
d) 5% 
10) Một hệ thống điện có các máy phát được trang bị bộ điều tốc. Các máy 
phát có công suất đặt và đặc tính điều tần cấp I (R) khác nhau. Đáp ứng điều 
tần cấp I (tính bằng MW) sẽ lớn nhất ở tổ máy:
a) Công suất lớn, R lớn
b) Công suất lớn, R nhỏ
c) Công suất nhỏ, R lớn
d) Công suất nhỏ, R nhỏ
78
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Tiêu chuẩn về điều khiển tần số
Được xây dựng dựa trên một sự cố mất cân bằng công suất (reference 
incidence). Tiêu chuẩn quy định độ lệch tần số, thời gian tối đa để đưa tần số 
trở về giá trị bình thường 
79
41
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Sa thải phụ tải
• Mất cân bằng giữa công suất phát và tải dẫn đến biến động lớn về tần số
• Khi sự mất cân bằng công suất quá lớn, hệ thống điều chỉnh công suất (điều tần 
cấp I) có thể không đáp ứng được. Cần có biện pháp sa thải phụ tải để tránh sự 
cố lan rộng, hoặc rã lưới
80
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Sa thải phụ tải
• Khi hệ thống đã huy động hết công suất dự phòng nóng, nhưng không bù 
đắp được lượng công suất thiếu hụt, có thể cần sa thải phụ tải.
Hệ thống có đủ dự phòng nóng Hệ thống thiếu hụt dự phòng nóng
81
42
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Sa thải phụ tải
82
0 5 10 15 20 25 30
48
48.5
49
49.5
50
50.5
51
51.5
Time (sec)
F
re
q
u
e
n
c
y
 (
H
z)
Sự cố rã lưới Ấn Độ (31.07.2012)
Sự cố tách lưới châu Âu, 4/11/2006
Sa thải phụ tải hiệu 
quả cho phép ngăn 
chặn sụt giảm tần số
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Sa thải phụ tải
Mức độ biến thiên tần số tại thời điểm đầu khi xảy ra sự cố tỉ lệ với 
mức độ mất cân bằng công suất
 P = J . d/dt
40 50 60 70 80 90 100 110 120
49.7
49.75
49.8
49.85
49.9
49.95
50
50.05
Time (sec)
Fr
eq
ue
nc
y 
(H
z)
83
43
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Sa thải phụ tải và sa thải máy phát
 Tất cả các máy phát điện đều được trang bị rơ le tần số thấp
 Ngưỡng chỉnh định của rơ le tần số các máy phát điện được dựa trên đặc tính 
làm việc của tuabin
 Ngưỡng chỉnh định của rơ le sa thải phụ tải cần được phối hợp với chỉnh định 
của rơ le tần số ở các máy phát điện
84
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Các yếu tố cần quan tâm
 Đặc tính làm việc của tuabin máy phát (khả năng làm việc ở tần số thấp 
và cao so với định mức)
 Quán tính của hệ thống tuabin và máy phát, cũng như quán tính chung 
của toàn hệ thống
 Các kịch bản làm việc khác nhau của hệ thống điện (phân bố của các 
nguồn phát và phụ tải theo khu vực)
 Mức độ công suất phản kháng yêu cầu đối với các máy phát trong mỗi 
chế độ làm việc (!?)
85
44
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Sự bất định của nguồn và phụ tải
 Phụ tải không cố định theo thời gian, đặc tính phụ tải thay đổi theo 
ngày, theo mùa, và phụ thuộc từng khu vực (dân cư, công nghiệp)
 Phân bố giữa nguồn và tải trong các khu vực cũng biến động theo thời 
gian, phụ thuộc vào nguồn năng lượng, giá thị trường 
86
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Chỉnh định rơ le sa thải phụ tải
Chỉnh định của rơ le sa thải phụ tải thường được phân bố đều cho các khu vực
Có nhiều ngưỡng sa thải khác nhau, với mức độ sa thải và thời gian trễ khác nhau
(Chỉnh định rơ le tần số - lưới điện Ireland)87
45
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Sa thải phụ tải tại các trạm biến áp
Sơ đồ tập trung 
 Sử dụng một rơ le đo lường có độ chính xác cao, tiết kiệm chi phí
 Chỉnh định linh hoạt mức độ ưu tiên giữa các xuất tuyến khi cần sa thải 
phụ tải
 Dễ dàng hơn khi tiến hành phục hồi tải
Sơ đồ phân phối
 Sử dụng chức năng bảo vệ tần số tích hợp sẵn trong các rơ le đa chức 
năng
 Thiết kế đơn giản
 Mức độ tin cậy cao do có nhiều phần tử tác động
 (-) Tính toán, thay đổi chỉnh định phức tạp hơn
 (-) Thời gian phục hồi phụ tải lâu hơn (do mất thời gian thu thập số liệu)
88
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Phương pháp đo tần số
Rơ le điện cơ
• Thời gian đo tần số khoảng 6 chu kỳ dòng điện
• Thời gian tác động của rơ le phụ thuộc tốc độ biến thiên tần số
Rơ le số
• Thời gian đo lường từ 2-3 chu kỳ dòng điện
• Thời gian tác động không phụ thuộc vào độ biến thiên tần số
•120ms window filter •20ms window filter
89
46
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Rơ le tần số dựa trên df/dt
Ưu điểm
• df/dt tỉ lệ với mức độ mất cân bằng công suất. 
• Cho phép nhận biết và cắt tải phù hợp với mức độ thiếu hụt công suất 
trong hệ thống
Nhược điểm
• Phép đo df/dt dễ mắc sai số, do các dao động cục bộ của các máy phát
90
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Rơ le tần số dựa trên df/dt
Giá trị df/dt phụ thuộc vào vị trí điểm đo tần số
Có thể khắc phục nhược điểm của phép đo df/dt bằng cách đo giá trị trung 
bình
91
47
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Kết hợp với kiểm tra dòng điện và điện áp
•Kiểm tra điện áp
•Kiểm tra dòng điện
92
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều tần cấp III
•Thay đổi giá trị công suất đặt của các máy phát tham gia điều tần cấp II
• Đảm bảo khôi phục đủ dự trữ điều tần cấp II
• Phân bố lại dự trữ công suất cho điều tần cấp II một cách tối ưu
Các tác động của điều tần cấp III bao gồm
• Đóng điện các máy phát điện
• Ngừng hoạt động các nhà máy thủy điện tích năng
• Phân bố lại công suất các máy phát tham gia điều tần cấp II
93
48
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Điều tần cấp III
Thời gian tác động của các quá trình điều tần
94
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Phân bố tối ưu công suất
Trong chế độ vận hành ổn định, phân bố công suất và lịch phát của các 
tổ máy được dựa trên tối ưu hóa chi phí sản xuất
95
49
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Phân bố tối ưu công suất
Hàm mục tiêu: Tối ưu hóa chi phí nhiên liệu cho các tổ máy trong 
HT
Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của các tổ máy
96
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Phân bố tối ưu công suất
Các ràng buộc:
 Cân bằng công suất tác dụng
 Đảm bảo dự phòng nóng
 Ràng buộc về nguồn năng lượng sơ cấp (khí, than của các nhà 
máy nhiệt điện, dung lượng nước của các nhà máy thủy điện)
 Giới hạn truyền tải công suất trên một số nhánh
 Giới hạn công suất phát (công suất tối đa, công suất tối thiểu)
 Tốc độ tăng giảm công suất tổ máy
 Thời gian khởi động, thời gian dừng tổ máy
97
50
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Phân bố tối ưu công suất
Phương pháp giải
 Phương pháp nhân tử Lagrange
 Phương pháp quy hoạch động
 Phương pháp quy hoạch tuyến tính nguyên thực hỗn hợp (cần 
tuyến tính hóa hàm chi phí)
98
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Biến động tần số khi tổ máy khởi động/ngừng 
hoạt động
Diễn biến tần số trong ngày – HTĐ Ấn Độ
49.85
49.90
49.95
50.00
50.05
50.10
50.15
0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00
99
51
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Biến động tần số khi tổ máy khởi động/ngừng 
hoạt động
Diễn biến tần số trong ngày – HTĐ Châu Âu
100
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Biến động tần số khi tổ máy khởi động/ngừng 
hoạt động
•Nguyên nhân: Sự tăng giảm công suất các tổ máy thực hiện theo lịch phát điện, 
theo giờ. Sự tăng/giảm các tổ máy không thực sự khớp với biến động của phụ 
tải.
•Hiện tượng đặc biệt rõ nét khi hệ thống vận hành theo thị trường điện
101
52
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Biến động tần số khi tổ máy khởi động/ngừng 
hoạt động
Hậu quả:
 Huy động một cách không cần thiết dự phòng nóng của hệ thống (điều tần 
cấp I và cấp II)
 Giảm dự phòng nóng của hệ thống, tăng nguy cơ mất ổn định khi có sự 
cố xảy ra
 Tăng chi phí chung
 Tăng hao mòn thiết bị
102
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Biến động tần số khi tổ máy khởi động/ngừng 
hoạt động
Một số giải pháp (tạm thời)
 Tăng yêu cầu dự phòng nóng của hệ thống
 Tăng độ phân giải của bài toán huy động tối ưu tổ máy (sử dụng 
block thời gian 15 phút)
 Dịch thời điểm tăng giảm công suất của các tổ máy ( 10 phút)
 Áp đặt tốc độ tăng/giảm tối đa cho một số tổ máy có khả năng điều 
chỉnh công suất nhanh (thủy điện)
103
53
Tháng 12/2014 TS. Nguyễn Đức Huy – Bộ môn Hệ thống điện, ĐHBKHN
Đọc thêm
 Trần Bách, “Lưới điện và hệ thống điện”, tập 2, NXB KHKT
 Trần Đình Long, “Tự động hóa trong hệ thống điện”, ĐHBK Hà Nội
energy.org/PageFiles/What_We_Do/activities/CEB_Power_Systems_Simulation_Training,_Colo
mbo,_Sri_Lanka/Course_ppts/Lecture_44_45_AGC_1_and_2.pdf
104