Luận văn Dò tìm điểm làm viêc cực đại trong hệ thống pin quang điện bằng phương pháp logic mở (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Dò tìm điểm làm viêc cực đại trong hệ thống pin quang điện bằng phương pháp logic mở (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN VĂN LƯU DÒ TÌM ĐIỂM LÀM VIÊC CỰC ĐẠI TRONG HỆ THỐNG PIN QUANG ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LOGIC MỞ S K C 0 0 3 97 57 97 NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 60 52 50 S KC 0 0 3 7 7 8 Tp. Hồ Chí Minh, 2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ TRỌNG NGHĨA NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 60 52 50 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. QUYỀN HUY ÁNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Lê Trọng Nghĩa Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 22/09/1987 Nơi sinh: Long An Quê quán: Tân An – Long An Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 120 Cách Mạng Tháng Tám, phường 1, Thành phố Tân An, tỉnh Long An. Điện thoại cơ quan: (08) 38960985 Điện thoại nhà riêng: (072) 3825112; (84) 01273310460 Fax: (08) 38968641 E-mail: nghiaspkt05@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo: từ 09/2005 đến 03/2010. Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh. Ngành học: Điện khí hóa và Cung cấp điện. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Biên soạn bài tập Cung cấp điện. Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 30/01/2012 tại khoa Điện-Điện Tử trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Người hướng dẫn: PGS.TS. Quyền Huy Ánh. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Bộ môn Điện công nghiệp, Từ - Giảng viên. khoa Điện Điện Tử trường đại 01/10/2012 - - Quản lý trung tâm đào tạo học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ đến nay GE-UTE. Chí Minh. Tp, Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 09 năm 2012 i
4. Lê Trọng Nghĩa ii
5. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 09 năm 2012 Lê Trọng Nghĩa HVTH: Lê Trọng Nghĩa ii
6. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh LỜI CẢM ƠN Kính gửi lời cảm ơn đến cha mẹ và tất cả người thân trong gia đình đã động viên, ủng hộ tạo điều kiện tốt nhất cho con hoàn thành tốt trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn:  Thầy PGS.TS. Quyền Huy Ánh, Trưởng khoa Điện - Điện Tử, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ tôi hoàn thành khoá luận tốt nghiệp cũng như trong suốt quá trình công tác, giảng dạy, nghiên cứu và học tập tại trường.  Cảm ơn tập thể quí thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, trường đại học Bách Khoa Tp.HCM đã hỗ trợ, tận tâm giảng dạy giúp đỡ tôi hoàn thành tốt chương trình học tập.  Cảm ơn những người bạn, những đồng nghiệp đã luôn sát cánh chia sẻ những khó khăn và động viên trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 09 năm 2012 Lê Trọng Nghĩa HVTH: Lê Trọng Nghĩa iii
7. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh TÓM TẮT Điện áp và tần số là hai thông số quan trọng ảnh hưởng đến việc duy trì ổn định của hệ thống điện. Điện áp và tần số tại tất cả các thanh góp, cả hai đều phải được duy trì trong giới hạn quy định được thiết lập. Tần số chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất tác dụng, trong khi điện áp chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất phản kháng. Khi có sự nhiễu loạn xảy ra làm cho sự chênh lệch giữa công suất phát và nhu cầu phụ tải, làm giảm khả năng phát điện của hệ thống. Ngoài ra, công suất phản kháng của phụ tải ảnh hưởng đến biên độ điện áp tại thanh góp. Khi hệ thống điện không thể đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng của các phụ tải, điện áp trở nên mất ổn định. Do đó cả hai thông số: tần số và điện áp cần phải được đưa vào để tính toán trong các chương trình sa thải phụ tải. Phần thứ nhất của nghiên cứu trong đề tài là xem xét cả hai thông số trong việc thiết kế một chương trình sa thải tải, để xác định số lượng tải bị sa thải và vị trí thích hợp của nó. Tiếp theo là nghiên cứu chương trình sa thải phụ tải có xét đến tầm quan trọng và vị trí của phụ tải, chi phí phụ tải, và các điều kiện ràng buộc. Phương pháp được sử dụng cho đề xuất thuật toán sa thải tải bao gồm tần số và điện áp là tín hiệu đầu vào. Mức độ nhiễu loạn được ước tính bằng cách sử dụng tốc độ thay đổi tần số, và xác định vị trí số lượng tải bị sa thải tại mỗi thanh góp đã được quyết định dựa trên độ nhạy điện áp tính toán tại mỗi vị trí tải ở chế độ xác lập. Phương pháp sử cho chương trình sa thải phụ tải có xét đến tầm quan trọng và vị trí của phụ tải, chi phí phụ tải, và các điều kiện ràng buộc dựa trên thuật toán phân tích hệ thống phân cấp AHP để xử lý khi hệ thống có nhiều loại phụ tải khác nhau: phụ tải có tính quyết định, phụ tải quan trọng và phụ tải không quan trọng, AHP trợ giúp việc ra các quyết định duy trì hay sa thải phụ tải và tính toán các hệ số quan trọng của mỗi phụ tải, có thể đại diện cho tầm quan trọng của các loại phụ tải khác nhau. Thuật toán được đưa ra một cách từng bước và đưa ra thông tin ngắn gọn về các hệ thống kiểm tra. Phần mềm PowerWorld được sử dụng để mô phỏng sự nhiễu loạn. Hệ thống thử nghiệm được sử dụng là hệ thống 37 bus 9 máy phát. HVTH: Lê Trọng Nghĩa iv
8. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh ABSTRACT Voltage and frequency are the two important parameters affecting the maintenance of stability of the power system. The voltage at all the buses and the frequency, both of which must be maintained within prescribed limits. Frequency is mainly affected by the active power, while the voltage is mainly affected by the reactive power. When disturbances occur makes the difference between power generation and load demand, reducing the power generation capacity of the system. In addition, the reactive power of the load affects the amplitude of the voltage at the buses. When the power system is unable to meet the reactive power demands of the loads, the voltages become unstable. Therefore both parameters: frequency and voltage needs to be taken into account in the load shedding program. The first part of the study of the subject is considered both in the design parameters of a load shedding, to determine the amount of load was shedded and its appropriate location. Followed by the research the load shedding program, taking into account the importance and position of the load, load costs, and the constraints conditions. The methodology used for the proposed load shedding algorithm includes frequency and voltage as the inputs. The disturbance magnitude is estimated using the rate of change of frequency and the location and the amount of load to be shed from each bus is decided using the voltage sensitivities which calculated at each load in the steady state. Methods for the load shedding program taking into account the importance and position of the load, load costs, and the constraint conditions based on Analytic Hierarchy Process (AHP) algorithm to process when the system there are many different types of load: the crucial load, important load unimportant load, AHP assists in decisions to maintain or shedding load and calculate the coefficients of importance of each load, may represent the importance of the different types of load. The algorithm is given a step-by-step and give brief information about the test system. Software PowerWorld be used to simulate disturbances. Test system is used 37 bus 9 generators system. HVTH: Lê Trọng Nghĩa v
9. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh MỤC LỤC Trang Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các bảng viii Danh sách các hình x Chương 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Giới thiệu 1 1.2 Tổng quan các kết quả nghiên cứu 2 1.2.1 Tóm lược các chương trình sa thải phụ tải đang áp dụng 4 1.2.2 Sa thải tải dưới tần số 8 1.2.3 Sa thải tải dưới điện áp 15 1.3 Tính cấp thiết của đề tài 20 1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 21 1.5 Mục tiêu – khách thể - đối tượng nghiên cứu 21 1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 21 1.5.2 Khách thể nghiên cứu 21 1.5.3 Đối tượng nghiên cứu 21 1.6 Phạm vi nghiên cứu 21 1.7 Phương pháp nghiên cứu 22 1.8 Nội dung luận văn 22 Chương 2. Cơ sở lý thuyết 24 2.1 Sa thải phụ tải 24 HVTH: Lê Trọng Nghĩa vi
10. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh 2.2 Sa thải phụ tải truyền thống 24 2.3 Sa thải phụ tải thông minh (ILS) 27 2.3.1 Mô tả việc sa thải phụ tải thông minh 27 2.3.2 Sơ đồ khối chức năng ILS 30 2.4 Tối ưu hóa sa thải phụ tải 31 2.4.1 Hàm mục tiêu – Tối đa hóa hàm lợi ích 31 2.4.2 Các điều kiện ràng buộc của sự giảm bớt phụ tải 32 2.5 Quá trình phân tích hệ thống phân cấp - Thuật toán AHP 33 2.5.1 Thuật toán AHP 33 Chương 3. Xây dựng chương trình sa thải tải 36 3.1 Chương trình sa thải phụ tải dựa trên tần số và điện áp không xét đến các chỉ tiêu kinh tế và các điều kiện ràng buộc về giảm bớt phụ tải 36 3.2 Chương trình sa thải phụ tải có xét đến tầm quan trọng của phụ tải, chi phí tải, sự thay đổi của tải theo giờ trong ngày và các điều kiện ràng buộc về giảm bớt phụ tải 42 Chương 4. Quan sát trên hệ thống thử nghiệm 45 4.1 Nghiên cứu trường hợp sự cố mất một máy phát điện trong hệ thống 37 bus, 9 máy phát sử dụng chương trình sa thải phụ tải theo tần số và độ nhạy điện áp. 45 4.2 Nghiên cứu trường hợp mất một máy phát điện trong hệ thống 37 bus 9 máy phát, sử dụng chương trình sa thải phụ tải theo AHP. 58 Chương 5. Kết luận 76 5.1. Kết luận 76 5.2. Hướng nghiên cứu phát triển 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC HVTH: Lê Trọng Nghĩa vii
11. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1.1: Các bước sa thải tải của FRCC 4 Bảng 1.2: Các bước sa thải tải của MAAC 5 Bảng 1.3: Chương trình sa thải tải của ERCOT 7 Bảng 1.4: Công thức sa thải tải dựa trên SCADA 13 Bảng 1.5: Sa thải tải bởi Điều hành hệ thống truyền tải Hy Lạp 18 Bảng 4.1: Thứ tự sắp xếp dV/dt tại các thanh góp tải. 48 Bảng 4.2: Giá trị dV/dQ tại các thanh góp tải 49 Bảng 4.3: Lượng tải sa thải tại mỗi thanh góp trong hệ thống .50 Bảng 4.4: Sa thải phụ tải theo các bước dựa trên sự thay đổi của tần số 54 Bảng 4.5: Kết quả so sánh giữa các phương pháp sa thải phụ tải trong trường hợp mất một máy phát 58 Bảng 4.6: Dữ liệu tải trong hệ thống 37 bus tại các khoảng thời gian 59 Bảng 4.7: Ma trận phán đoán A-PI 60 Bảng 4.8: Ma trận phán đoán A-LD 61 Bảng 4.9: Giá trị Mi của ma trận A-PI 62 Bảng 4.10: Giá trị Mi của ma trận A-LD 63 * Bảng 4.11: Giá trị Mi của ma trận A-PI 63 * Bảng 4.12: Giá trị Mi của ma trận A-PI 64 Bảng 4.13: Các giá trị Wj của ma trận A-PI 65 Bảng 4.14: Các giá trị Wdi của ma trận A-LD. 65 Bảng 4.15: Giá trị các hệ số quan trọng của tải được tính toán bởi AHP. 66 Bảng 4.16: Sắp xếp các đơn vị phụ tải theo giá trị hệ số quan trọng của phụ tải Wij giảm dần. 67 Bảng 4.17: Sơ đồ sa thải phụ tải tại các thời đoạn. 69 Bảng 4.18: Công suất tại các nút tải khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải. . 70 Bảng 4.19: Sắp xếp các phụ tải giảm dần theo công suất và chi phí phụ tải. 71 HVTH: Lê Trọng Nghĩa viii
12. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Bảng 4.20: Giá trị các phụ tải khi áp dụng sa thải phụ tải thông thường. 72 Bảng 4.21: So sánh giữa sa thải phụ tải theo AHP và LP . 73 Bảng 4.22: Tổng hợp kết quả giữa phương pháp sa thải phụ tải thông thường (LP) và phương pháp sa thải phụ tải theo AHP. 74 HVTH: Lê Trọng Nghĩa ix
13. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Mô hình đáp ứng tần số ở trạng thái vận hành ổn định. 25 Hình 2.2: Ảnh hưởng của hệ số cản dịu tải trên đường giảm tần số (đường cong ổn định hệ thống cho các quá tải khác nhau). 27 Hình 2.3: Cấu trúc tổng quát của chương trình ILS. 30 Hình 2.4: Mô hình mạng phân cấp của việc sắp xếp các đơn vị 33 Hình 3.1: Thuật toán sa thải tải theo tần số và điện áp. 42 Hình 3.2: Mô hình mạng phân cấp của việc sắp xếp các đơn vị. 43 Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống 37 bus 9 máy phát. 45 Hình 4.2: Tần số hệ thống trong trường hợp sự cố máy phát tại bus số 4. 46 Hình 4.3: Điện áp tại bus 11 khi xảy ra sự cố mất máy phát tại bus 4. 47 Hình 4.4: Tần số hệ thống sau khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải. 51 Hình 4.5: Điện áp tại bus 11 sau khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải. 52 Hình 4.6: Tần số hệ thống sau khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải không theo thứ tự dV/dt. 53 Hình 4.7: Điện áp tại bus 11 sau khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải không theo thứ tự dV/dt. 53 Hình 4.8: Tần số hệ thống sau khi sa thải 9% tổng công suất tải. 55 Hình 4.9: Tần số hệ thống sau khi sa thải 7% công suất tải. 56 Hình 4.10: Tần số hệ thống sau khi sa thải 5% công suất tải. 56 Hình 4.11: Tần số hệ thống sau khi sa thải 5% công suất tải. 57 Hình 4.12: Tổng công suất phát và nhu cầu tải ở các thời đoạn. 60 HVTH: Lê Trọng Nghĩa x
14. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Hiện nay các ngành công nghiệp đang phát triển tạo sức ép lên ngành công nghiệp năng lượng phải cung cấp đủ công suất đi ện. Khả năng phát điện sẽ tăng theo tỷ lệ gia tăng số lượng của tải. Việc truyền tải công suất lớn thông qua lưới điện dẫn đến điều kiện vận hành của các đường dây truyền tải gần với giới hạn của nó. Ngoài ra, nguồn dự trữ phát điện thường rất nhỏ và thường là công suất phản kháng, nhưng cũng không đủ để đáp ứng nhu cầu phụ tải. Vì những lý do này, các hệ thống điện trở nên dễ bị nhiêũ loạn và mất điện. Các nhiêũ loạn của các hệ thống điện, thường là các sự cố mất một máy phát điện, hoặc bất ngờ thay đổi tải. Những nhiễu loạn thay đổi về cường độ của nó, tại thời điểm này những nhiễu loạn có thể gây ra mất ổn định hệ thống. Ví dụ, khi một phụ tải công nghiệp lớn đột ngột được đóng, hệ thống có thể trở nên mất ổn định. Điều này dẫn đến cần thiết để nghiên cứu hệ thống và theo dõi nó để ngăn chặn hê ̣ thống trở nên mất ổn định. Hai thông số quan trọng nhất để theo dõi là điện áp và tần số hệ thống. Điện áp tại tất cả các thanh góp và tần số, cả hai đều phải được duy trì trong giới hạn quy định được thiết lập. Tần số chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất tác dụng, trong khi điện áp chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất phản kháng. Cụ thể, tần số bị ảnh hưởng bởi sự chênh lệch giữa công suất phát và nhu cầu phụ tải. Sự chênh lệch này được gây ra do nhiễu loạn, nó làm giảm khả năng phát điện của hệ thống. Ví dụ, do sự cố mất một máy phát điện, khả năng phát điện giảm trong khi nhu cầu phụ tải còn lại không đổi hoặc gia tăng. Nếu các máy phát điện khác trong hệ thống không thể cung cấp đủ công suất cần thiết, thì tần số hệ thống bắt đầu giảm. Để phục hồi lại tần số trong giới hạn định mức, một chương trình sa thải tải cần được áp dụng cho hệ thống. HVTH: Lê Trọng Nghĩa 1
15. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh Ngoài ra, nhu cầu công suất phản kháng của phụ tải ảnh hưởng đến biên độ điện áp tại thanh góp. Khi hệ thống điện không thể đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng của các phụ tải, điện áp trở nên mất ổn định. Trong tình huống như vậy, các bộ tụ bù được đóng vào lưới nhằm cung cấp công suất phản kháng cho các phụ tải. Tuy nhiên, khi các bộ tụ bù này không thể khôi phục lại các cấp điện áp trong giới hạn của nó, hệ thống sẽ phải sa thải tải. Sau sự nhiễu loạn, hệ thống phải trở về trạng thái ban đầu của nó, có nghĩa là phụ tải đã bị sa thải được phục hồi một cách có hệ thống mà không gây ra sự sụp đổ hệ thống. Trong trường hợp sự cố lâu dài, hệ thống điện không thể đáp ứng nhu cầu công suất trong thời gian dài, việc sa thải phụ tải tối ưu cần xét đến các chỉ tiêu kinh tế và tầm quan trọng của phụ tải. Điều này thì quan trọng trong việc duy trì ổn định hệ thống điện, sa thải tải đã trở thành một chủ đề quan trọng trong nghiên cứu. 1.2 Tổng quan các kết quả nghiên cứu Có nhiều phương pháp khác nhau để sa thải phụ tải và phục hồi hệ thống đã được phát triển bởi các nhà nghiên cứu và đã được sử dụng trong ngành công nghiệp năng lượng trên toàn thế giới. Hầu hết trong số này là dựa trên sự suy giảm tần số trong hệ thống. Bằng cách xem xét một yếu tố, đó là tần số, trong các trường hợp này kết quả thường kém chính xác. Việc sa thải tải quá mức đã không được ưa chuộng vì nó gây ra sự bất tiện cho khách hàng. Các cải tiến về các phương pháp truyền thống này đã dẫn đến sự phát triển của kỹ thuật sa thải phụ tải dựa trên tần số cũng như tốc độ thay đổi của tần số. Điều này dẫn đến dự đoán tốt hơn của phụ tải sẽ phải sa thải, và nâng cao độ chính xác. Gần đây, việc mất điện đã mang lại sự chú ý tới các v ấn đề của sự ổn định điện áp trong hệ thống. Giảm điện áp có thể là một kết quả của một sự nhiễu loạn. Đó là nguyên nhân chính, tuy nhiên, còn có thể do cung cấp không đủ công suất HVTH: Lê Trọng Nghĩa 2
16. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh phản kháng. Điều này dẫn đến các nhà nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật để duy trì sự ổn định điện áp. Mất điện của một máy phát điện gây ra mất cân bằng giữa công suất phát điện và nhu cầu phụ tải. Điều này ảnh hưởng đến tần số và điện áp. Kế hoạch sa thải tải phải xem xét cả hai thông số này khi sa thải phụ tải. Bằng cách sa thải đúng số lượng tải từ những thanh góp, biên độ điện áp tại một số thanh góp chắc chắn có thể được cải thiện. Sau khi xem xét các thông số cho sa thải tải, cần thiết phải có các thiết bị phù hợp cho việc thu thập dữ liệu hệ thống để các dữ liệu đưa vào cho chương trình sa thải được chính xác như các giá trị thực tế. Thông thường, các bộ phận đo lường pha được sử dụng để đo dữ liệu thời gian thực. Sa thải tải được dựa trên một chuẩn ưu tiên, có nghĩa là sa thải những phụ tải quan trọng là ít nhất, các tải công nghiệp đắt tiền vẫn còn được duy trì. Vì vậy, phương diện kinh tế đóng một phần quan trọng trong các kế hoạch sa thải tải. Thông thường, một phương pháp tiếp cận thông minh được sử dụng kết hợp. Tổng số lượng của tải phải sa thải được chia thành nhiều bước riêng biệt, nó được sa thải theo sự suy giảm của tần số. Ví dụ, khi tần số giảm đến điểm nhận đầu tiên chắc chắn được xác định trước phần trăm của tổng phụ tải được sa thải. Nếu có một sự giảm tiếp trong tần số và nó đạt đến điểm nhận thứ hai, tỷ lệ phần của tải còn lại được sa thải. Quá trình này diễn ra tiếp tục cho đến khi tần số tăng trên giới hạn dưới của nó. Số lượng tải bị sa thải trong mỗi bước là một yếu tố quan trọng về hiệu quả của chương trình. Bằng cách giảm tải trong mỗi bước thì khả năng sa thải tải quá mức sẽ được giảm. Trong khi xem xét số lượng tải được sa thải và lượng tải sa thải mỗi bước, cần tính đến yêu cầu công suất phản kháng của mỗi tải. Thông thường, những nhiễu loạn như mất một máy phát điện gây ra điện áp giảm. Một cách hiệu quả để khôi phục lại điện áp là giảm phụ tải công suất phản kháng. Do đó, khi tải tiêu thụ một HVTH: Lê Trọng Nghĩa 3
17. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh lượng cao công suất phản kháng thì sẽ được cắt giảm đầu tiên; biên độ điện áp có thể được cải thiện. 1.2.1 Tóm lược các chương trình sa thải phụ tải đang áp dụng Hội đồng Điều phối độ tin cậy bang Florida (FRCC) [5], có xây dựng kế hoạch sa thải phụ tải. Các bộ phận cung cấp tải của FRCC phải cài đặt các rơle dưới tần số, để ngắt xung quanh 56% tổng số tải trong một kế hoạch sa thải tải tự động. Nó có 9 bước để sa thải phụ tải, tần số là 59,7 Hz cho bước đầu tiên và 59,1 Hz cho bước cuối cùng. Các bước tần số, thời gian và số lượng của tải sẽ bị sa thải trình bày trong Bảng 1.1. Các bước từ A đến F sa thải tải khi có sự suy giảm tần số. Các bước L, M và N thì đặc biệt, sa thải phụ tải khi tần số gia tăng. Mục đích của việc này là để tránh sự trì trệ của tần số tại một giá trị thấp hơn so với danh định. Vì vậy, nếu tần số tăng lên đến 59,4 Hz và tiếp tục duy trì trong vùng lân cận hơn 10 giây, thì 5% phụ tải còn lại được sa thải để tăng tần số và đạt đến giá trị danh định yêu cầu. Bảng 1.1: Các bước sa thải tải của FRCC. Các bước Tần số sa Thời gian Lượng tải sa thải Tổng số lượng UFLS thải tải (Hz) trễ (s) (phần trăm tổng tải) (%) tải sa thải (%) A 59.7 0.28 9 9 B 59.4 0.28 7 16 C 59.1 0.28 7 23 D 58.8 0.28 6 29 E 58.5 0.28 5 34 F 58.2 0.28 7 41 L 59.4 10 5 46 M 59.7 12 5 51 N 59.1 8 5 56 Hiệu quả của kế hoạch này được kiểm tra mỗi năm bởi nhóm công tác ổn định FRCC (SWG). Căn cứ vào kế hoạch này chắc chắn chỉ tiêu tần số phải được thành lập. Tần số phải duy trì trên 57 Hz và nên phục hồi trên 58 Hz trong 12 giây. Ngoài ra, tần số không được vượt quá 61,8 Hz vì sa thải phụ tải quá mức. Kiểm soát khu vực giữa Đại Tây Dương MAAC thực hiện một quy trình sa thải tải từng bước. Bảo vệ máy phát điện cũng được xem xét khi thiết lập các điểm cài đặt tần số, và số lượng tải sẽ bị sa thải tại mỗi bước. Các rơle bảo vệ máy phát HVTH: Lê Trọng Nghĩa 4
18. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh điện được thiết lập để ngắt máy phát điện sau bước sa thải tải cuối cùng. Kế hoạch này có ba bước sa thải phụ tải cơ bản, được trình bày trong Bảng 1.2. Bảng 1.2: Các bước sa thải tải của MAAC. Số lượng phần trăm tổng tải sa thải Tần số cài đặt sa thải tải (Hz) 10% 59.3 10% 58.9 10% 58.5 Tần số cắt giảm đầu tiên là 59,3 Hz. Tại mỗi bước, 10% của tải trực tuyến tại đó tức thời được sa thải. Số lượng của các bước sa thải tải có thể tăng được hơn ba lần cung cấp trên lịch trình được duy trì. Kế hoạch này là một kế hoạch phân phối khi nó sa thải tải từ các vị trí phân phối mà trái ngược với kế hoạch tập trung. Các tải bị ngắt bởi kế hoạch này được phục hồi bằng tay. Cài đặt thời gian trễ được áp dụng cho rơle dưới tần số với thời gian trễ là 0,1(s). Các rơle này đòi hỏi duy trì ổn định tại điểm đặt tần số là ±0,2(Hz) và trong thời gian trễ ±0,1(s). Các kiểu và công nghệ chế tạo của các rơle này là yêu cầu phải đồng nhất để đạt được một cách xấp xỉ giống nhau về tốc độ đáp ứng. Một cơ sở dữ liệu sa thải tải dưới tần số được duy trì bởi nhân viên lưu trữ thông tin MAAC đối với việc sa thải tải tại mỗi bước, tổng số các bước và ghi lại mỗi trường hợp sa thải tải. Công ty Dịch vụ công cộng New Mexico (PNM) đã phát triển một kế hoạch sa thải tải dưới điện áp, để bảo vệ hệ thống của họ chống lại mất ổn định điện áp. Kế hoạch này đã được thiết kế cho hai trường hợp mất ổn định điện áp. Thứ nhất là được kết hợp với sự mất ổn định tức thời của các động cơ không đồng bộ trong vòng 0-20 giây đầu tiên. Thứ hai là đến vài phút. Sụp đổ này có thể gây ra vì đang cố gắng điều chỉnh phân phối để khôi phục lại điện áp tại trạm biến áp phụ tải. Theo cấu trúc liên kết của hệ thống PNM, chương trình sa thải phụ tải ngẫu nhiên quan trọng được phát triển (ICLSS). Kế hoạch này sử dụng SCADA và các PLC. Hệ HVTH: Lê Trọng Nghĩa 5
19. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh thống vùng đã được sử dụng để thử nghiệm phương pháp này. Mười ba bước sa thải tải được thực hiện để chính xác độ chênh lệch tần số. Hồ chứa thủy điện Tây Nam SPP có ba bước cơ bản của kế hoạch sa thải tải dựa trên các rơle dưới tần số. Trong trường hợp suy giảm tần số có thể không được hạn chế trong ba bước, thêm vào đó các bước sa thải khác được tiến hành. Các sự tác động khác có thể bao gồm việc mở các đường dây, tăng vùng mất điện. Những hành động này được thực hiện khi tần số giảm xuống dưới 58,7 Hz. Kế hoạch này thì tự động, trong trường hợp nó không đạt được phục hồi tần số thành công, sa thải tải bằng tay được kết hợp. Các bộ phận được yêu cầu phải sa thải tải trong ba bước. Trong bước đầu tiên, lên đến 10% của tải, nhưng không quá 15% là cần thiết để sa thải. Trong bước thứ hai lên đến 20% của tải, nhưng không quá 25% là cần thiết để sa thải. Bước thứ ba yêu cầu lên đến 30% nhưng không quá 45% của các phụ tải hiện có để được sa thải. Hệ thống TNB của Malaysia đã được sử dụng một chương trình sa thải phụ tải. Chương trình này được dựa trên sự suy giảm của tần số và tải sa thải khi tần số giảm dưới giá trị danh định của nó. Đó là bốn bước đầu tiên của chương trình sa thải tải. Nhưng sau sự sụp đổ hệ thống vào tháng 08 năm 1993, nó đã được sửa đổi với sáu bước chương trình sa thải. Do đây là hệ thống 50 Hz, bắt đầu sa thải từ 49,5 Hz. Các tần số liên tục cho năm bước tiếp theo là 49,3 Hz, 49,1 Hz, 49,0 Hz, 48,8 Hz và 48,5 Hz. Tỷ lệ tải lựa chọn để sa thải được dựa trên mức trung bình ba tháng của các dữ liệu tải được cập nhật hàng năm. Ba bước đầu tiên của sa thải tải được thiết lập taị ba traṃ điêṇ có người kiểm soát hoặc các trạm điêṇ với điều khiển giám sát từ xa. Số lượng của tải có thể là ít hơn khi tải được sa thải là phân bố đều trên hệ thống. Một chương trình tự động sa thải tải dưới tần số được sử dụng bởi các ngành công nghiệp năng lượng Guam [6]. Chương trình này cố gắng để giảm thiểu tải bị sa thải dựa trên mức độ của tải mất cân bằng và khả năng huy động các nguồn dự trữ. Nó được dựa trên tần số giảm trung bình của hệ thống. Một kế hoạch tương tự HVTH: Lê Trọng Nghĩa 6
20. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh được kết hợp giữa Cote d'Ivoire-Ghana-Togo-Benin thành lập một chương trình sa thải tải năm giai đoạn với sự giảm tần số đầu tiên là 49,5 Hz (trên một hệ thống 50 Hz) và sự giảm tần số của giai đoạn cuối cùng là 47,7 Hz. ERCOT, Hội đồng điện tin cậy của Texas, có chương trìn h sa thải t ải dưới tần số [7]. Nó được xem xét bởi các hướng dẫn điều hành ERCOT mỗi 5 năm. Tổng phụ tải nó sa thải lên đ ến 25% tải của hệ thống. Chương trình có ba bước, cắt giảm tần số cho bước một là 59,3 Hz được trình bày trong Bảng 1.3. Bảng 1.3: Chương trình sa thải tải của ERCOT. Tần số sa thải Tải sa thải 59.3 Hz 5% Tải hệ thống (Tổng 5%) 58.9 Hz Cộng thêm 10% tải hệ thống (Tổng 15%) 58.5 Hz Cộng thêm 10% tải hệ thống (Tổng 25%) Các chương trình trên chưa bao g ồm bất kỳ kế hoạch cô lập điện. Chỉ ngẫu nhiên được xem xét sự ngắt điện của máy phát điện. Trong một sự kiện của tháng 03 năm 2003, chương trình UFLS đã đưa vào thử nghiệm. Nó hoạt động tốt bởi ngắt tải đồng nhất, lên đến 3.900 MW của trường hợp máy phát điện bị ngắt điện. Nhưng nó đã được quan sát thấy rằng một số trong các bộ phận này bị ngắt điện sau sự kiện ban đầu và sa thải tải của UFLS. Các bộ phận này được phát hiện có rơle bảo vệ hoặc kiểm soát cài đặt bị sai. Một chương trình khác [8] sử dụng các mạng trí tuệ nhân tạo để xác định chương trình bảo vệ sa thải tải thích hợp nhất. Các đầu vào cho hệ thống được đòi hỏi xác suất tiêu chuẩn liên quan đến hệ thống bảo vệ hoặc số lượng của khách hàng bị ngắt tải. Chương trình này là một phiên bản được mở rộng của một cách tiếp cận mô phỏng Monte Carlo liên tiếp hiện có. Chương trình sa thải tải dưới tần số hợp nhất bởi hệ thống điện Đài Loan [9], xem xét các mô hình tải khác nhau, ví dụ, một mô hình động một động cơ, một mô hình động hai động cơ và một mô hình động tổng hợp. Đề án này tính toán các hệ HVTH: Lê Trọng Nghĩa 7
21. Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh số động lực D, đó là các hệ số của các mô hình tải khác nhau tùy thuộc vào tần số và điện áp của tải. Chương trình sa thải tải dựa trên thuật toán di truyền, gọi là Iterative Deepening Genetic Algorithm (IDGA) [10], sa thải tải phù hợp tại mỗi phạm vi lấy mẫu và giảm thiểu tổng các thiệt hại của hệ thống do không cần thiết sa thải tải. Một chương trình sa thải tải thông minh [11] được giới thiệu bởi Shokooh và những côṇ g sư.̣ Chương trình này đã được lắp đặt tại PT Newmont Batu Hijau, một nhà máy khai thác mỏ ở Indonesia. Chương trình này được máy tính hóa với một máy chủ liên kết với PLC phân phối trên toàn hệ thống. Những PLC thông báo cho máy chủ ILS trong trường hợp rối loạn bất cứ nơi nào trong hệ thống. Một phương pháp khác được áp dụng cho các hệ thống Bắc Chile cho mục đích thử nghiệm [12], xem xét việc tối ưu hóa các vấn đề điều phối kinh tế, nhanh chóng phục hồi nguồn dự trữ và sa thải tải khi mất một máy phát điện xảy ra trong hệ thống. Chương trình này sử dụng thuật toán lập của Bender. Nó cũng sẽ xem xét phân tích chi phí của hệ thống, xem xét chi phí sa thải tải và chi phí nguồn dự trữ. Hầu hết các chương trình sử dụng cho sa thải tải là sử dụng hai phương pháp đó là: Sa thải tải dưới tần số và sa thải tải dưới điện áp. 1.2.2 Sa thải phụ tải dưới tần số Sa thải tải dưới t ần số chủ yếu cài đăṭ các relay đ ể phát hiện những thay đổi tần số trong hệ thống. Ngay khi tần số giảm xuống dưới một giá trị nhất định một số lượng nhất định của tải sẽ cắt giảm, nếu tần số giảm xuống hơn nữa, lại một số lượng nhất định tải bị cắt giảm. Điều này dẫn đến cho một liên kết của các bước. Số lượng tải sẽ sa thải và vị trí của tải sẽ sa thải được xác định trước. Sau đây là tóm lược các bài báo nghiên cứu dựa trên sa thải tải dưới tần số. Terzia nói về sa thải tải dưới tần số trong hai giai đoạn. Trong giai đoạn đầu tiên, tần số và tốc độ thay đổi tần số của hệ thống được ước tính bằng thuật toán HVTH: Lê Trọng Nghĩa 8