Nghiên cứu các phương pháp sa thải phụ tải

Nội dung text: Nghiên cứu các phương pháp sa thải phụ tải

1. NGHIÊN CỨU CÁC PHƢƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI PGS.TS. Quyền Huy Ánh, Lê Trọng Nghĩa – Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM 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. Bài báo này đề xuất phương pháp sa thải tải dựa trên 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. 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. Key words: Load shedding, voltage sensitivities, AHP, LP. Abstract. Voltage and frequency are the two important parameters affecting the maintenance of stability of the power system. This paper presents 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. 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. I. GIỚI THIỆU cứu các phƣơng pháp sa thải phụ tải” với mục Hai thông số quan trọng nhất phải theo dõi đích xây dựng giải thuật sa thải phụ tải tối ưu có xét trong hệ thống điện là điện áp và tần số hệ thống. đến tầm quan trọng của tải nhằm giải quyết những Điện áp tại tất cả các thanh góp và tần số, cả hai hạn chế của các công trình nghiên cứu trước đây. đều phải được duy trì trong giới hạn quy định được II. PHƢƠNG PHÁP TIẾP CẬN thiết lập. Tần số bị ảnh hưởng bởi sự chênh lệch II.1. Chƣơng trình sa thải phụ tải dựa trên tần giữa công suất phát và nhu cầu phụ tải. Nếu các số và độ nhạy điện áp máy phát điện khác trong hệ thống không thể cung Chương trình sa thải tải đề xuất kết hợp hai cấp đủ công suất cần thiết, thì tần số hệ thống bắt tham số: tần số và độ nhạy điện áp tại thanh góp, đầu giảm. Để phục hồi lại tần số trong giới hạn định cho quyết định tức thời, số lượng và vị trí của tải mức, một chương trình sa thải tải cần được áp dụng phải sa thải. cho hệ thống. Trường hợp sự cố lâu dài, hệ thống Bước đầu tiên của thuật toán là ước tính tổng điện không thể đáp ứng nhu cầu công suất trong chênh lệch giữa công suất máy phát và công suất thời gian dài, việc sa thải phụ tải tối ưu cần xét đến phụ tải bằng cách sử dụng các phương trình chuyển các chỉ tiêu kinh tế và tầm quan trọng của phụ tải. động của rotor. Khi tần số giảm đến điểm nhận đầu tiên chắc 2Heq dfn Pdiff Pmn Pen (2.1) chắn được xác định trước phần trăm của tổng phụ fo dt tải được sa thải. Nếu có một sự giảm tiếp trong tần Bước tiếp theo tính toán dV/dt để quyết định thứ số và nó đạt đến điểm nhận thứ hai, tỷ lệ phần của tự sa thải. Thanh góp với độ lớn dV/dt lớn nhất tải còn lại được sa thải. Quá trình này diễn ra tiếp được liệt kê ở đầu danh sách và sau đó xếp theo thứ tục cho đến khi tần số tăng trên giới hạn dưới của tự giảm dần. Các phương trình cho công suất phản nó. Để xem xét sự ổn định điện áp, độ nhạy điện áp kháng, công suất tác dụng, và độ nhạy điện áp là: từ các phân tích QV tại các thanh góp tải sẽ là thành n phần chính của giải thuật. Ngoài ra, việc sa thải phụ Pi ViV jYij cos(ij ij ) (2.2) tải có xét đến tầm quan trọng của tải, chi phí tải, sự j 1 thay đổi của tải theo giờ trong ngày và các điều n kiện ràng buộc về giảm bớt phụ tải cũng được trình Qi ViV jYij sin(ij ij ) (2.3) bày. j 1 Trên cơ sở những kết quả của các công trình nghiên cứu trước đây đã đạt được, đề tài “Nghiên 1
2. n II.2.2 Thuật toán AHP dQi 2ViiYii cos(ii ) V jYij sin(ij ij ) (2.4) Các bước của thuật toán AHP có thể được trình bày dVi j 1 j#i như sau: Độ nhạy điện áp của từng thanh góp so với tổng độ Bƣớc 1: Thiết lập mô hình hệ thống phân cấp nhạy điện áp: dVi dQ i (2.5) dV dV dV ( 1 2 n ) dQ1 dQ2 dQn Khi đó, lượng tải được sa thải từ mỗi thanh góp, sẽ dựa vào công thức sau: dV i dQ S i P (2.6) i n diff dVi Bƣớc 2: Xây dựng ma trận phán đoán A-PI và A-  LD thể hiện tầm quan trọng giữa các trung tâm tải dQi i 1 và giữa các tải với nhau trong mỗi trung tâm tải. Lưu đồ thuật toán sa thải được đề xuất trình bày Giá trị của các thành phần trong ma trận phán đoán ở Hình 2.1. phản ánh tri thức của người sử dụng về tầm quan Bắt đầu trọng mối liên hệ giữa các cặp hệ số. Đo điện áp thanh góp. Đo tần số và mức Ma trận phán đoán A-PI được viết như sau: độ thay đổi của tần số w K1/w K1 w K1/w K2 w K1/w Kn Kiểm tra tần số và điện áp. Nếu w /w w /w w /w Sai Không sa K2 K1 K2 K2 K2 Dn tần số <59.7Hz và(hoặc) nếu . . (2.8) thải tải A PI điện áp <0.97p.u. . . Đúng . . Tính toán giá trị trung bình df/dt w Kn /w K1 w Kn /w K2 w Kn /w Kn cho sự nhiễu loạn, tại điểm ở đó tần số giảm đúng dưới 59.7Hz Ở đây: wki là chưa biết; wki /wkj mô tả tương đối Bắt đầu chương trình sa thải tải quan trọng của tâm phụ tải thứ i được so sánh với Xếp loại các bus tải dựa trên giá trị dV/dt tâm phụ tải thứ j. của bus, bắt đâu với giá trị âm lớn nhất. Tải được sa thải theo thứ tự của danh sách Ma trận phán đoán A-LD được viết như sau: này (3.19) w /w w /w w /w Tải không cân bằng ban đầu P diff được tính D1 D1 D1 D2 D1 Dn toán bằng phương trình chuyển động quay w D2 /w D1 w D2 /w D2 w D2 /w Dn của rotor và giá trị df/dt. . . (2.9) 2H df A LD pdiff f dt . . o . . w /w w /w w /w Tính toán số lượng tải bị sa thải tại mỗi thanh Dn D1 Dn D2 Dn Dn góp tải trong danh sách ở trên, sử dụng công thức thực nghiệm dựa trên độ nhạy điện áp. Trong đó: wDi là chưa biết; wDi/wDj mô tả tương dV ( i ) dQ i đối tầm quan trọng phụ tải thứ i được so sánh với S i Pdiff n dV i  dQ i 1 i tải thứ j. Hình 2.1: Thuật toán sa thải tải theo tần số và Bƣớc 3: Tính toán trị riêng lớn nhất và vector riêng độ nhạy điện áp. tương ứng của ma trận phán đoán. II.2 Chƣơng trình sa thải phụ tải có xét đến tầm Bƣớc 4: Sắp xếp phân cấp và kiểm tra tính nhất quan trọng của phụ tải, chi phí tải, sự thay đổi quán của các kết quả. của tải theo giờ trong ngày và các điều kiện ràng III. TÍNH TOÁN, THỬ NGHIỆM, MÔ buộc về giảm bớt phụ tải PHỎNG TRÊN HỆ THỐNG II.2.1 Hàm mục tiêu III. 1 Nghiên cứu trƣờng hợp mất một máy phát ND(K ) điện, sử dụng chƣơng trình sa thải tải dựa trên Max Hi wijvij xij (2.7) tần số và độ nhạy điện áp j 1 Nghiên cứu trường hợp hệ thống 37 thanh góp 9 Ở đây: xijlà biến số quyết định (tính bằng 0 hoặc 1) máy phát, xem xét mất một máy phát điện tại thanh trên thanh dẫn tải j ở mức thời gian thứ i; ND(k) là góp số 4. tổng số lượng các vị trí tải ở trung tâm phụ tải k; wij Sử dụng phương trình chuyển động của rotor, xác là độ ưu tiên phụ tải chứng tỏ tính quan trọng của vị định là giảm khoảng 185MW. Kết quả đồ thị thay trí phụ tải thứ j ứng với mức thời gian thứ i; vij là đổi tần số khi không sa thải tải được thể hiện trong giá trị tải (hoặc chi phí) của phụ tải thứ j ở mức thời Hình 3.1. gian i ($/kW hoặc $/MW); H là hàm mục tiêu. 2
3. Bảng 3.2: Công suất sa thải tại mỗi thanh góp khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải đề xuất. Hình 3.1 Tần số hệ thống trong trường hợp sự cố máy phát tại bus số 4. Khi không có sa thải tải, tần số giảm xuống giá trị 59.6 Hz thấp hơn so với giới hạn chuẩn yêu cầu. Do đó, cần có biện pháp để khôi phục tần số hệ thống trở về giá trị giới hạn cho phép. Các giá trị dV/dt tại các thanh góp tải được tính toán và sắp xếp theo thứ tự bắt đầu với giá trị âm lớn nhất. Tải sẽ lần lượt được sa thải theo thứ tự của danh sách này. Bảng 3.1: Thứ tự sắp xếp theo dV/dt tại các thanh góp Đồ thị tần số sau khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải trình bày ở Hình 3.2 Trường hợp sa thải phụ tải không theo thứ tự giá trị sắp xếp dV/dt, tổng lượng tải sa thải là 185MW chiếm khoảng 23,28% so với công suất toàn bộ phụ tải 794,62MW. Tải được sa thải theo thứ tự: tải có giá trị nhỏ nhất được sa thải trước và theo thứ tự tăng dần. Đồ thị tần số sau khi áp sa thải phụ tải trình bày ở Hình 3.3 Giá trị công suất sa thải tại các thanh góp sẽ dựa trên các độ nhạy điện áp của nó. Công suất sa thải Hình 3.3: Tần số hệ thống sau khi áp dụng chương trình tại mỗi thanh góp được trình bày ở Bảng 3.2. sa thải phụ tải không theo thứ tự dV/dt. Trường hợp sa thải phụ tải theo các bước dựa trên sự suy giảm của tần số. Các bước tần số, thời gian và số lượng của tải bị sa thải trình bày ở Bảng 3.3. Bảng 3.3: Sa thải phụ tải theo các bước dựa trên sự suy giảm của tần số. Hình 3.2: Tần số hệ thống sau khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải dựa trên tần số và độ nhạy điện áp. 3
4. Tần số hệ thống khi áp dụng chương trình sa thải Bảng 3.5: Sắp xếp các đơn vị phụ tải theo giá trị hệ số theo các bước được trình bày ở Hình 3.4. quan trọng của phụ tải Wij giảm dần. Hình 3.4: Tần số hệ thống sau khi sa thải phụ tải theo các bước dựa trên sự thay đổi của tần số. Kết quả tổng hợp các trường hợp sa thải phụ tải trình bày ở Bảng 3.4. Bảng 3.4: Kết quả so sánh giữa các phương pháp sa thải phụ tải trong trường hợp mất một máy phát. Phương pháp AHP được sử dụng để quyết định việc sắp xếp các đơn vị phụ tải theo thứ tự ưu tiên tại các thời đoạn và hệ thống cơ sở tri thức quyết định việc duy trì tải hoặc ngắt tải ra. Dãy thứ tự ưu tiên trên Kết luận: Chương trình sa thải phụ tải theo tần số chưa bao gồm những ràng buộc về công suất khi và độ nhạy điện áp có thời gian hồi phục nhanh tăng tải hoặc giảm tải. Vì vậy, kết quả cuối cùng hơn, tổng công suất sa thải ít hơn so với các phương của việc duy trì tải hoặc ngắt tải ra có được thông pháp sa thải truyền thống. qua việc phối hợp giữa sắp xếp theo AHP và kiểm III.2 Nghiên cứu trƣờng hợp mất một máy phát tra các điều kiện ràng buộc. Kết quả tính toán được điện, sử dụng chƣơng trình sa thải tải dựa trên trình bày ở Bảng 3.6. thuật toán AHP Trong Bảng 3.6, biến quyết định xij = 1 có nghĩa là Nghiên cứu trường hợp hệ thống 37 bus 9 máy tải được duy trì tại thời đoạn t, và x = 0 có nghĩa là phát. Tổng công suất phát của nguồn và nhu cầu tải được sa thải (ngắt) tại thời đoạn t. của tải ở các khoảng thời gian được trình bày ở Bảng 3.6: Sa thải phụ tải tại các thời đoạn. Hình 3.5. Đầu tiên, thành lập các ma trận phán đoán A-PI và A-LD. Sau khi tính toán các giá trị hệ số quan trọng tổng hợp của mỗi đơn vị phụ tải tại mỗi thời đoạn có được từ tính toán AHP, tiến hành sắp xếp các đơn vị phụ tải theo thứ tự ưu tiên giảm dần được trình bày ở Bảng 3.5. Phụ tải quan trọng hơn thì có hệ số Wij lớn hơn. Hình 3.5: Tổng công suất phát và nhu cầu tải ở các thời đoạn. 4
5. So sánh với việc sử dụng chương trình sa thải phụ trong việc khôi phục lại các tần số trong giới hạn tải thông thường mà không xét đến các hệ số ưu của nó được xác định trước. tiên tải Wij được xác định bởi AHP, áp dụng phụ tải Chương trình sa thải phụ tải đề xuất sử dụng thuật có công suất nhỏ hơn và chi phí thấp thì được xét toán AHP còn xem xét bài toán sa thải phụ tải có đến sa thải tải trước tiên. tính đến tầm quan trọng của phụ tải, chi phí tải, vị Bảng 3.7: So sánh giữa sa thải phụ tải theo AHP và LP. trí tải, sự thay đổi của tải theo giờ trong ngày và các điều kiện ràng buộc. Chương trình đề xuất cơ bản đơn giản và không liên quan đến tính toán phức tạp. Tài liệu tham khảo [1] PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt, Bảo Vệ Rơle & Tự Động Hóa Trong Hệ Thống Điện, Nhà xuất bản ĐHQG Tp,HCM. [2] PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt, PGS.TS Phan Thị Thanh Bình, Ngắn Mạch & Ổn Định Trong Hệ Thống Điện, Nhà xuất bản ĐHQG Tp,HCM. [3] Jizhong Zhu, Optimization of Power System Operation, IEEE Press 2009. [4] Prof.P.S.R.Murthy, Power Systems Analysis, Berlin 2007. [5] Florida Reliability Coordinating Council, (2001) FRCC standards handbook. [6] Hamish H. Wong, Joaquin Flores, Ying Fang, Rogelio P. Baldevia,Jr, (2000) Guam Power Authority Under Frequency Load Shedding Study. [7] ERCOT, Underfrequency Load Shedding 2006 Bảng 3.8: Tổng hợp kết quả giữa phương pháp sa thải Assessment and Review. phụ tải thông thường (LP) và phương pháp sa thải phụ tải [8] Emmanuel J. Thalassinakis, Evangelos N. theo AHP. Dialynas, Demosthenes Agoris, (2006) Method Combining ANNs and Monte Carlo Simulation for the Selection of the Load Shedding Protection Strategies in Autonomous Power Systems, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 21, No. 4. [9] Ying Lu, Wen-Shiow Kao, Associate Member, IEEE, Yung-Tien Chen, (2005) Study of Applying Load Shedding Scheme With Dynamic D-Factor Values of Various Kết luận: Phương pháp sa thải phụ tải thông thường Dynamic Load Models to Taiwan Power không đề cập đến tầm quan trọng các phụ tải cũng System, IEEE TRANSACTIONS ON như mối liên hệ của các vị trí tải với nhau. Kết quả POWER SYSTEMS, VOL. 20, NO. 4. so sánh chỉ ra rằng phương pháp sa thải phụ tải theo [10] Leehter Yao, Senior Member, IEEE, Wen- AHP thì tối ưu hơn. Nó không chỉ tối đa lợi ích của Chi Chang, and Rong-Liang Yen, (2005) An tải mà còn quan tâm đến tầm quan trọng và vị trí Iterative Deepening Genetic Algorithm for của tải. Ví dụ như tại vị trí nút tải 14, và 37 thì luôn Scheduling of Direct Load Control, IEEE luôn bị sa thải theo phương pháp thông thường khi TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, nguồn phát của hệ thống bị giới hạn, nhưng tại nút VOL. 20, NO. 3. tải 14, và 37 không bị sa thải khi sử dụng phương pháp AHP tại các thời đoạn t3 (nút tải 14) và t3, t4, t6 (nút tải 37) mặc dù nó có chi phí thấp (220$/kWh) và công suất nhỏ (12,43 MW và 14 MW). IV. KẾT LUẬN Bài báo này giới thiệu chương trình sa thải tải không chỉ dựa trên tần số và tốc độ thay đổi tần số các mà còn dựa trên độ nhạy điện áp tại các thanh góp tải. Nó đã được chứng minh là thành công 5
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.