Phương pháp sa thải phụ tải dựa vào độ nhạy điện áp và thuật toán AHP

Một kế hoạch tương tự 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 49,5Hz và sự giảm tần số của gi

LÊ THANH PHONG

PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI DỰA VÀO

ĐỘ NHẠY ĐIỆN ÁP VÀ THUẬT TOÁN AHP

-

LÊ THANH PHONG

PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI DỰA VÀO

ĐỘ NHẠY ĐIỆN ÁP VÀ THUẬT TOÁN AHP

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày … tháng … năm …

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

TP HCM, ngày … tháng… năm 20 …

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: LÊ THANH PHONG Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 01/10/1982 Nơi sinh: Bến Tre

I- Tên đề tài:

PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI DỰA VÀO ĐỘ NHẠY ĐIỆN ÁP

VÀ THUẬT TOÁN AHP II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Nghiên cứu tổng quan các phương pháp sa thải phụ tải

 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về sa thải phụ

 Xây dựng chương trình sa thải phụ tải

 Tính toán thử nghiệm trên hệ thống

III- Ngày giao nhiệm vụ: 12- 06 - 2013

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 29 – 12 - 2014

V- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

Chương 1 GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu

Hiện nay các ngành công nghiệp đang phát triển đã tạo sức ép lên ngành công nghiệp năng lượng phải cung cấp đủ công suất điện 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 nhiễu loạn và mất điện gây thiệt hại nặng nề cho các quốc gia

Ví dụ, Mất điện tại Ấn Độ tháng 7 năm 2012 Một sự cố mất điện tại miền

Bắc Ấn Độ xảy ra vào ngày 30 tháng 7 năm 2012 ảnh hưởng 14 bang Sự cố này kéo dài trong hai ngày, ngày thứ hai khiến 20 trong tổng số 28 bang trong đó có cả thủ đô New Delhi khoảng hơn 600 triệu dân chịu ảnh hưởng Ít nhất 300 chuyến tàu lửa đã bị hoãn Hệ thống đèn điều khiển giao thông không hoạt động khiến tình trạng ùn tắc xảy ra vào giờ cao điểm Các nhà máy xử lý nước cũng phải ngừng hoạt động khiến người dân không có nước để sinh hoạt, 150 thợ mỏ bị kẹt dưới hầm khi đang làm việc ở công trường tại huyện Burdwan, bang Tây Bengal, vì bị cắt thang do mất điện Chính quyền đã huy động đội cứu hộ với nguồn điện dự phòng

để chạy thang máy giải cứu các thợ mỏ và 60% số công nhân đã được đưa lên mặt đất an toàn Các công ty điện lực Ấn Độ thông báo trên trang mạng của họ rằng hệ thống điện lưới bị quá tải

“Góc tối châu Âu”, tối thứ bảy ngày 4 tháng11 năm 2006, vầng hào quang

rực rỡ thường thấy của tháp Effel vụt tắt cùng với toàn bộ hệ thống chiếu sáng ở thủ

đô Paris Không phải chỉ có thành phố hoa lệ của nước Pháp bị mất điện mà còn một số vùng lân cận của 4 nước láng giềng khác thuộc châu Âu cũng chịu cảnh “tắt lửa tối đèn có nhau” Hàng triệu người lâm vào cảnh khó chịu vì bị “cúp điện” bất ngờ Hàng nghìn người mắc kẹt trong thang máy hay trong các toa tàu điện ngầm

chưa về đến ga Nguyên nhân mất điện hoá ra là do trời đột ngột trở lạnh ở nước Đức, các máy sưởi đột ngột đồng loạt được sử dụng Lưới điện bị mất cân đối và trên hai tuyến đường dây dẫn điện bị quá tải Tiếp đó là aptômat của hệ thống năng lượng châu Âu tự ngắt để bảo vệ an toàn cho các thiết bị truyền tải và thế là một góc châu Âu gặp sự cố hy hữu

Ở Indonesia, sáng ngày 17 tháng 8 năm 2005, sự cố kỹ thuật tại một loạt các

nhà máy điện trên đảo Java (Indonesia) đã gây cúp điện trên diện rộng tại ít nhất 2 tỉnh là Tây Java, Banten, một phần đảo du lịch Bali và thủ đô Jakarta, ảnh hưởng đến hơn 120 triệu người sinh sống tại các khu vực trên Các hộ gia đình cùng nhiều ngành kinh doanh đã phải chuyển sang dùng máy phát điện Tại Jakarta, điện bị mất hoàn toàn khiến giao thông trên đường phố bị tắc nghẽn nghiêm trọng trong khi các dịch vụ giao thông khác như xe lửa phải tạm ngưng và một số chuyến bay nội địa bị hủy Cháy nổ xảy ra trên khắp thủ đô Indonesia khi người dân quay sang dùng nến

để thắp sáng Chính quyền thủ đô đã phải triển khai hàng ngàn cảnh sát để đối phó với tình hình

Tại Mỹ, số người bị ảnh hưởng lên tới 50 triệu người ở New York,

Michigan, Ohio của Mỹ và Toronto, Ottawa của Canada Đợt mất điện lớn nhất trong lịch sử nước Mỹ ngày 24 tháng 8 năm 2003 đã gây thiệt hại ước tính khoảng 6

tỷ USD Đáng chú ý, sự cố này bắt nguồn khi một đường điện cao thế tại Northern Ohio chạm phải những cây mọc quá cao

Brazil sống trong bóng tối Sự cố mất điện hàng loạt ở hai thành phố lớn

nhất Brazil là Sao Paulo và Rio de Janeiro khiến hàng chục triệu người chìm trong đêm tối Điện bị cúp đột ngột vào khoảng 22h ngày 10 tháng11 năm 2009 (giờ địa phương) Nguyên nhân bước đầu được xác định sấm sét có thể đã đánh trúng một trong năm đường dây điện cao thế Đài phát thanh Bandnews ước tính 50 triệu người ở chín bang, tức hơn một phần tư dân số Brazil, đã phải sống trong bóng tối

Sự cố điện tồi tệ này đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến giao thông và thông tin liên lạc Brazil Ở Sao Paulo và Rio de Janeiro, đèn tín hiệu giao thông bị tắt gây tắc nghẽn giao thông, các hệ thống tàu điện ngầm cũng đã bị gián đoạn khiến hàng chục

triệu người dân mắc kẹt dưới lòng đất, trên đường phố, trong thang máy, nhà hàng, sân bay

Gần đây nhất, tại miền Nam Việt Nam, lúc 14 giờ 15 ngày 22 tháng 5 năm

2013, đồng loạt nhiều tỉnh thành tại miền Nam bị mất điện Ngay sau khi xảy ra sự

cố đường dây 500 kV (điện siêu cao áp) tuyến Di Linh - Tân Định gây mất điện tại

các tỉnh phía Nam Đến 15 giờ 54, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã đưa vào

vận hành trở lại đường dây 500 kV Bắc - Nam Đến 22 giờ 40, Tập đoàn Điện lực

Việt Nam đã khôi phục lại toàn bộ hệ thống điện của miền Nam Đến đêm cùng

ngày, EVN đã khôi phục lại toàn bộ phụ tải hệ thống điện miền Nam Đến thời điểm

16 giờ 00 ngày 23 tháng 5, tổng công suất nguồn điện khu vực phía Nam chưa khôi phục được là 1,100 MW gồm: GT1 Nhà máy điện Phú Mỹ 1, toàn bộ Nhà máy điện

Phú Mỹ 3 Lúc 22 giờ 40 cùng ngày, Tập đoàn điện lực Việt Nam thông báo: toàn

bộ hệ thống điện miền Nam đã được khôi phục và hoạt động trở lại Nguyên nhân

của sự cố được cho là do một chiếc xe cẩu chở cây gỗ (dài 10m) vướng vào đường dây tải điện 500kV làm gây đoản mạch trên hệ thống Sự đoản mạch này đã kích hoạt hệ thống ngắt mạch tự động để bảo vệ các tổ máy nguồn phát điện, dẫn tới hệ

thống điện miền Nam mất toàn bộ (với tổng công suất khoảng 9.400 MW)

EVN cho biết, khi sự cố xảy ra vào chiều ngày 22, đã có 15 nhà máy điện với

43 tổ máy phát điện phải tách ra khỏi lưới điện Việc tái lập lại hệ thống này mất nhiều thao tác khiến tổng thời gian khôi phục lại mạng lưới kéo dài 8 tiếng Hậu quả của vụ việc được đánh giá là rất nghiêm trọng, gây tác động không nhỏ đến đời sống của người dân, doanh nghiệp lẫn thiệt hại về phía EVN do khắc phục sự cố Sự

cố cũng khiến hàng loạt nhà máy nước tại miền Nam ngưng hoạt động sản xuất và cung cấp nước nhiều giờ liền Thiệt hại chỉ đối với ngành điện ước tính ban đầu là

14 tỉ đồng Tính đến ngày 25 tháng 5, có tổng cộng 8 triệu khách hàng bị ảnh hưởng bởi sự cố, trong đó tại thành phố Hồ Chí Minh có 1,8 triệu hộ dân và khách hàng điện

Tại Campuchia, điện bị mất lúc 14 giờ 15 ngày 22 tháng 5 năm 2013 ở phần

lớn Phnôm Pênh, đến tối, trung tâm Phnôm Pênh mới có điện trở lại Campuchia chỉ

tự cung cấp được 30% lượng điện cho nước này, trong khi đó 40% nguồn điện khác của nước này được cung cấp từ Việt Nam

1.2 Các yếu tố gây nhiễu loạn hệ thống điện

Các nhiễu loạn của các hệ thống điện, thường là các sự cố 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 đễ nghiên cứu hệ thống và theo dõi nó để ngăn chặn hệ 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 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

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 có 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

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 các 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 phải sa thải tải

Sau sự nhiễu loạn, hệ thống phải trở về trạng thái ban đầu của nó, có nghĩa 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 xem 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 trở thành một đề tài quan trọng trong nghiên cứu

1.3 Mục tiêu của Luận văn

Nghiên cứu phương pháp sa thải phụ tải hợp lý, dựa trên cơ sở xem xét tốc

độ thay đổi tần số và độ nhạy điện áp tại các thanh góp tải của hệ thống trong lưới điện đồng thời xem xét đến tầm quan trọng của tải, chi phí tải, sự thay đổi của tải theo giờ trong ngày và các điều kiện ràng buộc về sa thải phụ tải

1.4 Cấu trúc của luận văn

 Chương 1: Giới thiệu

 Chương 2: Nghiên cứu sa thải phụ tải

 Chương 3: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

 Chương 4: Xây dựng chương trình sa thải phụ tải

 Chương 5: Tính toán thử nghiệm

 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương 2 NGHIÊN CỨU SA THẢI PHỤ TẢI 2.1 Tổng quan

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 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 thường kém chính xác

Việc sa thải 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 vấn 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 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 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 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 các tải phải sa thải được chia thành nhiều bước riêng biệt, nó được sa thải theo sự suy giảm của tần số

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, tỉ lệ phần trăm 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 số lượng 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 tải công suất phản kháng Do đó, khi tải tiêu thụ một lượng cao công suất phản kháng thì sẽ được cắt giảm đầu tiên, biên độ điện áp có thể được cải thiện

2.2 Tóm lược các chương trình sa thải tải đang áp dụng

Hội đồng điều phối độ tin cậy bang Florida (FRCC), 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 tự động Kế hoạch có 9 bước để sa thải phụ tải, tần số 59,7Hz cho bước đầu tiên và 59,1Hz cho bước cuối cùng Các bước tần số, thời gian và số lượng của tải sẽ bị sa thải được trình bày trong bảng 1.1 Các bước từ A đến F sa thải khi có sự suy giảm tần số, các bước L,M và N thì đặc biệt, sa thải 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 59,4Hz 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 2.1: Các bước sa thải tải của FRCC

Các bước

UFLS

Tần số sa thải tải (Hz) Thời gian trễ (s) Lượng tải sa thải (phần trăm tổng tải) % Tổng số lượng tải sa thải (%)

ra, tần số không được vượt quá 61,8Hz 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 các 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 điện được thiết lập để ngắt máy phát điện sau bước sa thải tải cuối cùng Kế hoạch này có 3 bước sa thải phụ tải cơ bản, được trình bày trong bảng1.2

Bảng 2.2: Các bước sa thải tải của MAAC

Số lượng phần trăm tổng tải sa thải Tần số cài đặt sa thải tải (Hz)

Tần số cắt giảm đầu tiên là 59,3Hz Tại mỗi bước, 10 % của tải trực tuyến tại

đó tức thời được sa thải Số lượng của các bước sa thải 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 và thời gian trễ là 0,1giây Các rơle này đòi hỏi duy trì ổn định tại điểm đặt tần số 0,2 Hz và trong thời gian trễ 0,1 giây Các kiểu và công nghệ chế tạo của các rơle này là yêu cầu phải đồng nhất để đạt được một cách xắp 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 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 của phụ tải ngẫu nhiên quan trọng được phát triển (ICLSS) Kế hoạch này sử dụng SCADA và các PLC

Hệ 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 58,7Hz 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 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 8 năm 1993, nó đã được sửa đổi với sáu bước chương trình sa thải Do đây là hệ thống 50Hz, bắt đầu sa thải từ 49,5Hz Các tần số liên tục cho năm bước tiếp theo là 49,3Hz; 49,1Hz; 49,0Hz; 48,8Hz và 48,5Hz Tỷ lệ tải lựa chọn để sa thải được lựa 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 tại ba trạm điện có người kiểm soát hoặc các trạm điện có 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 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 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 49,5Hz và sự giảm tần số của giai đoạn cuối cùng là 47,7Hz (trên một hệ thống 50Hz)

ERCOT, hội đồng điện tin cậy của Texas, có chương trình sa thải tải dưới tần số Nó được xem xét bởi các hướng dẫn điều hành Ercot mỗi 5 năm Tổng phụ tải nó sa thải đến 25% tải của hệ thống Chương trình có ba bước, cắt giảm tần số cho bước một là 59,3Hz được trình bày trong bảng 1.3

Bảng 2.3 Chương trình sa thải tải của ERCOT

59,3Hz 5% tải hệ thống (tổng 5%) 58,9Hz Cộng thêm 10% tải hệ thống (tổng 15%) 58,5Hz Cộng thêm 10% tải hệ thống (tổng 25%) Các chương trình trên chưa bao gồm 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 3,900MW của trường hợp của máy phát bị ngắt điện Nhưng nó 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 sử dụng các mạng trí tuệ nhân tạo để xác định chương trình bảo vệ sa thải tải thích hợp nhất Các đầu vào của 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, 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

số động học 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), 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 được giới thiệu bởi Shokooh và những cộng sự 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, xem xét một 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 xẩy 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

Tóm lại, hầu hết các chương trình sử dụng sa thải phụ tải là áp dụng hai phương pháp đó là: sa thải tải dưới tần số và sa thải tải dưới điện áp

2.3 Tóm lược một số bài báo nghiên cứu dựa trên sa thải tải dưới tần số

Sa thải phụ tải dưới tần số chủ yếu cài đặt các rơle để phát hiện những thay đổi tần số trong hệ thống điện Khi tần số giảm xuống dưới một giá trị nhất định một số lượng nhất định của phụ tải điện sẽ cắt giảm, nếu tần số giảm xuống hơn nữa, lại một số lượng tải bị cắt gảm 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

Terzia nói về sa thải phụ tải dưới tần số trong hai giai đoạn Trong giai đoạn đầu tiên, tần số và tốc độ thay đổi của tần số trong hệ thống được ước tính bằng thuật toán kiểu Newton không đệ quy Trong thuật toán thứ hai, độ lớn của sự xáo trộn được ước tính bằng cách sử dụng phương trình chuyển động của rotor máy phát điện đơn

Trong cách tiếp cận khác Thalassinakis và những cộng sự đã nhận được kết quả từ một hệ thống điện tự xử lý trên đảo Grete của Hy Lạp Phương pháp này sử dụng cách tiếp cận mô phỏng Monte Carlo cho các thiết lập của tải sa thải dưới tần

số của các rơle và lựa chọn độ dự trữ phục hồi thích hợp cho một hệ thống điện tự

xử lý

Các thiết lập của các rơle dưới tần số dựa trên bốn thông số, mức độ dưới tần

số, tốc độ thay đổi tần số, thời gian trễ và số lượng tải được sa thải Có ba thiết lập các chỉ số hệ thống được xác định Đây là những thiết lập nhầm mục đích so sánh giữa các chiến lược sa thải tải Một phương pháp được phát triển trong đó mô phỏng cách xử lý của một hệ thống điện Ba hướng của các hệ thống điện đã được phát triển trong mô phỏng là:

 Hoạt động của hệ thống điện khi thực hiện bởi trung tâm điều khiển,

 Điều chỉnh sơ cấp của các tổ máy phát điện sau sự cố của một tổ máy phát điện,

 Điều chỉnh thứ cấp và sử dụng các nguồn dự trữ để phục hồi

Ba trường hợp khác nhau của so sánh nguồn dự trữ với tải được xem xét Thứ nhất là khi nguồn dự trữ là đủ hoặc lớn hơn, tải có thể phục hồi ngay lập tức Thứ hai là khi nguồn dự trữ là hơi thiếu và các tổ máy phát điện nhanh, sẽ đòi hỏi một lượng thời gian nhất định để được bắt đầu, do đó sẽ có 10÷20 phút trước khi tải

có thể được hoàn toàn phục hồi Thứ ba là nguồn dự trữ không đủ và không có đủ các tổ máy nhanh như vậy, tải sẽ không được phục hồi trong một thời gian dài đáng

kể

Wee-Jen Lee thảo luận về sa thải thông minh khác dựa trên các máy tính Đặc tính duy nhất về rơle này là xây dựng trong việc thiết lập thời gian trì hoãn Tần

số cài đặt trong các bộ rơle kiểm tra tình trạng sụp đổ lại hệ thống Một ví dụ về sụp

đổ trở lại của hệ thống như sau: Xem xét sự cố một máy phát điện và kích hoạt một bước sa thải tải Điều này làm cho tần số của hệ thống được phục hồi Trong thời gian phục hồi nếu máy phát điện khác bị ngắt dẫn đến sụp đổ trở lại hệ thống Quy chuẩn các rơle tần số sẽ không ngắt cho đến khi tổn thất máy phát điện thứ hai đủ gây ra tình trạng suy giảm tần số Hệ thống ILS tự động điều chỉnh cài đặt sa thải tải được ngay lập tức không chậm trễ Các thiết lập thời gian trễ làm cho chương trình

sa thải tải dẫn đến các tình huống trong thời gian đầu khi một nhiễu loạn gây nên tần số giảm và giữ ở một giá trị thấp hơn so với định mức Số lượt các bước sa thải tải có thể tăng lên mà không có giới hạn Ưu điểm của nhiều bước sa thải tải là để ngăn chặn số lượng lớn các sự quá độ, đồng thời cũng ngăn chặn sa thải quá mức

Một phương pháp đã được thảo luận đó là sử dụng cây hồi quy của Chang và cộng sự Cây hồi quy được sử dụng để nội suy giữa các dữ liệu ghi lại để đưa ra một ước tính của sự suy giảm tần số sau khi một máy phát mất điện Nó là một phương pháp phi tham số, có thể lựa chọn các tham số hệ thống, và các mối liên quan của

nó là phù hợp với sự mất cân bằng tải do mất điện máy phát và sự suy giảm tần số Các trường hợp được xem xét ở đây là chỉ một máy phát điện mất điện, phương pháp này có thể được áp dụng cho các hình thức khác của các nhiễu loạn

Một kỹ thuật lọc cơ bản Kalman bởi A.A.Girgis và cộng sự ước tính tần số

và tốc độ của nó thay đổi có lợi cho sa thải tải Phép đo điện áp nhiễu được sử dụng

để ước tính tần số và tốc độ của nó thay đổi Một bộ lọc Kalman mở rộng ba trạng thái được nối tiếp với bộ lọc Kalman tuyến tính được sử dung trong một thuật toán

sa thải tải hai giai đoạn Ngõ ra của bộ lọc Kalman ba giai đoạn là đầu vào cho bộ lọc Kalman tuyến tính Đây là bộ lọc thứ hai để xác định thành phần tuyến tính của tần số và tốc độ thay đổi của nó Số lượng của tải sẽ sa thải được tính bằng cách sử dụng các thành phần tuyến tính của bộ lệch tần số ước tính

Một phương pháp sử dụng lọc Kalman để ước lượng tần số và tốc độ của nó thay đổi từ dạng sóng điện áp Các thanh góp được xếp hạng dựa trên tốc độ thay đổi các giá trị điện áp (dV/dt) của nó Mức độ nhiễu loạn được tính từ phương trình chuyển động của rotor Tốc độ thay đổi của tần số cần thiết cho phương trình này được tính bằng cách sử dụng bộ lọc Kalman Sau khi tổng số lượng của tải sẽ sa thải được ước tính, tải sẽ sa thải từ các thanh góp được xác định dựa trên những phân tích PV

Li zhang đề nghị một phương pháp được thiết kế các rơle dưới tần số, sử dụng tần số và tốc độ thay đổi của tần số (df/dt) để sa thải phụ tải, chương trình đã được thiết kế cho một hệ thống điện miền Đông Bắc Trung Quốc với tần số 50Hz Các chương trình truyền thống chỉ yêu cầu những thông tin suy giảm tần số Ở đây, tốc độ thay đổi của tần số được sử dụng như thông tin phụ trợ, các đồ thị cho tốc độ thay đổi của tần số được dao động trong trạng thái tự nhiên Do đó, một chương trình mới được đề xuất trong bài báo này, nó xem xét sự tích hợp của tốc độ thay đổi tần số (df/dt) để chỉ ra sự suy giảm tần số Bằng cách tích hợp một phép đo thực

tế vùng giữa hai tần số, fi-1 và fi Các chương trình được tạo thành từ năm bước sa thải cho một hệ thống 50Hz Các bước này là từ 50÷49,2Hz; 49,2÷49Hz; 49÷48,8Hz; 48,8÷48,6Hz; 48,6÷48,4Hz Số lượng tải bị sa thải trong mỗi bước được quyết định bằng cách tích hợp giá trị df/dt trong mỗi bước Các kết quả mô phỏng khi so sánh với các chương trình cũ với đúng tần số suy giảm cho thấy một cải tiến nhất định tần số trong hệ thống

Ý tưởng chính trong bài báo được đề nghị bởi Xiong và cộng sự là bao gồm các hệ số điều chỉnh tần số trên đường dây truyền tải Các tải với các hệ số điều

chỉnh tần số nhỏ hơn được sa thải đầu tiên, tiếp theo là các tải với các hệ số điều chỉnh tần số lớn hơn Mối quan hệ công suất tác dụng và tần số tải đươc thành lập dưới hình thức của phương trình sau đây

Các đơn vị theo mẫu của phương trình trên là sự khác biệt để có được sự thay đổi

trong công suất tải như những thay đổi của tần số (dP L

df ) đó là hệ số KL hoặc hệ số điều chỉnh Các số hạng cao hơn được bỏ qua

2

L L

Mạng Nơron được đề xuất để sử dụng cho một chương trình sa thải tải dưới tần số Các ý định này để thay thế các mô phỏng động các tác động chậm thông thường bằng các cơ cấu mạng Nơron nhanh chóng và hiệu quả Thủ tục nói chung

là xác định các yếu tố đầu vào cho các mạng Nơron Các biến được sử dụng như những tín hiệu đầu vào là công suất phát điện hiện tại, biến công suất thực, số lượng tải thực tế bị sa thải và tỉ lệ phần trăm của tải theo hàm số mũ được sa thải

Một chương trình dựa trên SCADA đã được đề xuất bởi Parniani và các cộng

sự Tốc độ thay đổi tần số là có lợi trong việc xác định tình trạng quá tải khi một nhiễu loạn xảy ra và do đó giúp để ước tính số lượng tải bị sa thải Chương trình dựa trên SCADA khắc phục những thiếu sót của chương trình UFLS thích ứng trước đó Có nghĩa là tần số hệ thống được xác định như sau:

Trong đó: f i là tần số của máy phát điện từ 1 ÷ n,

H là hằng số quán tính tương ứng của máy phát trong hệ thống

Thêm vào phương trình df

dt cho mỗi máy phát điện, phương trình vị trí nhiễu loạn nhận được đối với SCADA là:

1 1

1

( ( * ) / ( ))

602

n i i

P dt

Ở đây: PL là độ lớn nhiễu loạn trong đơn vị tương đối

Bây giờ một biến số khác Pthr được xác định Nếu một sự nhiễu loạn khác xảy ra tại máy phát điện yếu nhất là ít hơn giá trị này thì tần số tuyệt đối của máy phát điện

đó là trong giới hạn cho phép Đối với tình huống mà ở đó độ lớn nhiễu loạn

PLPthr được yêu cầu không sa thải tải Độ lớn sa thải tải tối đa là bằng sự chênh lệch giữa độ lớn nhiễu loạn và Pthr : (PL - Pthr) Tải sẽ sa thải được phân bố tỉ lệ nghịch với hằng số quán tính máy phát điện để làm cho sa thải tải hiệu quả nhất và phương trình (1.4) trình bày phân bố này

k k i

L thr n

i i

Bảng 2.4: Công thức sa thải tải dựa trên SCADA

Tần số Số lượng tải sa thải Thời gian trễ (giây)

Đầu tiên là kiểm soát cô lập, nó được thực hiện bằng cách sử dụng phương pháp tỉ lệ hai lần Nó giải quyết với các đặc tính cấu trúc của các hệ thống điện và xác định các tương tác của các máy phát điện liên kết mạnh hay yếu Chương trình giảm động DYNRED 5.0 là phần mềm trong đó mô phỏng được chạy để thực hiện

kỹ thuật này Thông qua phần mềm này nhóm liên kết của các máy phát điện có thể nhận được trên hệ thống điện

Có hai kiểu cô lập được hình thành, cô lập nhiều sự phát điện và cô lập nhiều tải Cô lập nhiều tải có thể có một sự suy giảm hơn của tần số điều này có thể dẫn đến bộ bảo vệ máy phát điện sẽ ngắt các máy phát, như vậy sự suy giảm tần số hơn nữa của phần cô lập Do đó, một chiến lược sa thải tải hai lớp được sử dụng cho các vùng cô lập nhiều tải Lớp đầu tiên là dựa trên phương pháp suy giảm tần số, lớp thứ hai là xem xét tốc độ thay đổi tần số Do sự chậm trễ thời gian lâu hơn và ngưỡng tần số thấp hơn để tránh sa thải tải nhầm Khi hệ thống nhiễu loạn lớn và

vượt quá ngưỡng tín hiệu, lớp thứ hai đưa vào hoạt động Nó sẽ gửi một tín hiệu để chấm dứt các lớp đầu hoạt động và tiếp tục với sa thải tải dựa trên tốc độ thay đổi tần số Lớp này sẽ sa thải tải nhiều hơn tại những bước đầu tiên để ngăn chặn hiệu ứng phân tầng Độ lớn của nhiễu loạn là căn cứ dựa trên công thức:

P df

Ở đây: m0 được xác định như df

dt đó là giá trị trung bình của tốc độ suy giảm tần số sắp xếp lại phương trình trên, có được một phương trình mới liên quan đến PL và

Vì Hi là hằng số, độ lớn của m0 có thể tỉ lệ thuận với tốc độ suy giảm của tần số Do

đó tốc độ thay đổi của tần số (df

dt ) có thể là một thước đo của sự nhiễu loạn Một khi giá trị ngưỡng nhiễu loạn PL cho tần thứ hai của sa thải tải được quyết định, gia trị m0 được tính toán Giá trị mi tại mỗi thanh góp được tính toán và so sánh với m0 Nếu mi  m0 thì lớp thứ hai được kích hoạt, nếu không thì chương trình sa thải tải thông thường được sử dụng Chương trình sa thải tải mới này làm tăng sự ổn định của hệ thống bằng cách sa thải tải ít hơn so với các chương trình thông thường

2.4 Tóm lược một số bài báo nghiên cứu dựa trên sa thải tải dưới điện áp

Các rơle sa thải tải dưới điện áp được thiết lập để hoạt động trong trường hợp các điều kiện điện áp thấp trong hệ thống Nhiễu loạn ảnh hưởng hệ thống có thể duy trì ổn định hệ thống ở vị trí nhiễu loạn, nhưng vẫn có điện áp thấp tại các thanh

góp Sự thiếu hụt công suất phản kháng trong các trường hợp khác nhau có thể dẫn đến trường hợp điện áp không ổn định Trong một số trường hợp chắc chắn điện áp

có thể là quá gần với các giới hạn ổn định và sự sụp đổ có thể rất nhanh Những điều kiện điện áp thấp này có thể được sửa chữa bằng cách sa thải số lượng thích hợp của tải từ các thanh góp với sự giúp đỡ của chương trình sa thải tải dưới điện áp hiệu quả

Lopes và các cộng sự đề suất một phương pháp mà thực hiện sa thải tải trong trường hợp hai điều kiện Thứ nhất là nơi sa thải tải phải xảy ra do một vị trí nhiễu loạn điều kiện điện áp thấp, thứ hai là nơi mà dẫn đến sa thải do sự bất lực của hệ thống để đạt được một điều kiện vận hành ổn định vị trí nhiễu loạn Phương pháp này sử dụng lưu lượng tải để quyết định những thanh góp từ đó để sa thải tải Các thiết lập ban đầu của các hoạt động kiểm soát được thực hiện đầu tiên Đó là hành động chuyển mạch tụ bù, điều chỉnh đầu ra máy biến áp và kiểm soát điện áp thứ cấp

Jianfeng và các cộng sự đã phát triển một phương pháp với các chỉ số rủi ro

để quyết định các thanh góp phải được làm mục tiêu cho sa thải tải để duy trì sự ổn định điện áp Các thanh góp với một rủi ro cao của sự bất ổn định điện áp được xem xét đầu tiên Các chỉ số được ước tính từ xác suất xảy ra sụp đổ của điện áp

Ladhani và Rosehart đề xuất mô hình tải cho một chương trình sa thải tải dưới điện áp Đề nghị thông báo tới các khách hàng để không tiếp tục sử dụng công suất điện trong thời gian kiển soát tải Bằng cách này, một sự đột ngột sa thải phụ tải không bị phát sinh Ngoài ra, hệ thống kiểm soát tải sẽ dẫn đến sự ổn định của hệ thống ngay cả khi nó không phải đối mặt với một sự nhiễu loạn

Phương pháp khác để kiểm soát điện áp và thiết lập sa thải tải dưới tần số

Nó được đề xuất bởi Yorino và các cộng sự đề nghị một phương pháp lập kế hoạch mới, phân bổ VAR sử dụng các thiết bị FACTS Ở đây tổng chi phí kinh tế cho một

sự sụp đổ điện áp cùng với nó hiệu chỉnh kiểm soát và sa thải tải được đưa vào tính toán để đến với các chương trình quy hoạch tối ưu VAR Do đó, hàm mục tiêu là giảm thiểu chi phí trong khi vẫn giữ ổn định điện áp của hệ thống

Mozino bàn về chương trình sa thải tải dưới điện áp hiện tại đang có Nó được chia thành hai loại: phân cấp và tập trung Phân cấp sa thải tải bao gồm sự điều chỉnh rơle tại các thanh góp với tải được sa thải và ngắt các rơle tương ứng chương trình này tập trung được nâng cao hơn Các rơle được lắp đặt tại các vị trí thanh góp khóa lại, và các thông tin liên quan mà các rơle ngắt được gửi đến các rơle này từ một trung tâm kiểm soát chính Do đó, tải quy định được sa thải từ các thanh góp phù hợp Nhiều chương trình này được mệnh danh là chương trình “bảo

vệ đặt biệt” hoặc “diện rộng”

Cả hai loại nêu trên sử dụng rộng rãi các rơle sa thải tải dưới điện áp Những rơle này yêu cầu logic và phải sử dụng có hiệu quả và chính xác Ngoài ra, những rơle này phải tránh những hoạt động sai Vì vậy để đáp ứng các yêu cầu trên, rơle

kỹ thuật số đang được sử dụng cho sa thải tải dưới điện áp Hai chương trình sử dụng rơle kỹ thuật số sẽ được thảo luận trong bài báo của Mozina

Biện pháp logic một pha, UVLS điện áp trên mỗi pha Chương trình này phân biệt giữa sự sụp đổ điện áp và lỗi gây ra điện áp thấp Sự sụp đổ điện áp là một hiện tượng cân bằng, do kết quả trong một sự giảm điện áp trên tất cả ba pha, điện

áp thứ tự thuận là bằng với điện áp ba pha Trong trường hợp của một tình trạng sự

cố, điện áp thứ tự nghịch được sử dụng cho rơle ngăn chặn

Căn cứ vào sự cố mất điện năm 2004, và hệ thống đánh giá điện áp cho sự bất ổn định điện áp vận hành hệ thống truyền tải Hy Lạp (HTSO) đã quyết định tự động hóa quá trình sa thải tải Trong bài báo sau đây hai chiến lược sa thải tải được

mô tả Đầu tiên là khu vực Athens và sau đó là khu vực bán đảo Peloponnese Đối với chương trình đầu tiên tại Athens, một chương trình bảo vệ đặc biệt (SPS) được thiết lập Chương trình này sử dụng chương trình bảo vệ hiện có để kiểm tra quá tải của các mối liên kết phía bắc Bảng 1.5 mô tả các thiết lập của chương trình này Các lệnh ngắt 2 và 3 là dành cho sự mất ổn định điện áp

Một sự ngắt kết nối đột ngột của một đường dây 400kV gây ra ngày 22 tháng

6 chương trình bảo vệ để kích hoạt tự động sa thải tải như thể hiện trong bảng 1.5 mặc dù chương trình này đã được thiết lập với 8 bước ngắt, sa thải tải thực sự ít hơn

giá trị ước tính Ngoài ra, các lệnh ngắt 7 và 8 đã không được sử dụng trong chương trình tự động Đối với điện áp vẫn ổn định, số lượng thực tế của tải sa thải ngày 22 tháng 6 đã mất đi một số lượng tải mà không phải giá trị ước tính

Bảng 2.5: Sa thải tải bởi điều hành hệ thống truyền tải Hy Lạp

Các lệnh ngắt Ước lượng tải sa thải

Một chương trình sa thải tải chống lại sự mất ổn định điện áp dài hạn được

đề xuất trong bài báo này với Van Cutsem và các cộng sự Nó sử dụng các bộ điều khiển phân phối được ủy quyền, một điện áp truyền tải và một nhóm tải được kiểm soát Mỗi bộ điều khiển hành động trong một vòng lặp kín, các tải sa thải thay đổi

về độ lớn dựa trên sự phát triển của điện áp giám sát Mỗi bộ điều khiển hành động trên một cài đặt đóng điện các tải và giám sát điện áp V của thanh góp truyền tải đóng trong khu vực đó Bộ điều khiển dựa trên nguyên tắc, ở đó nguyên tắc là câu lệnh đơn giản “nếu – thì” Ví dụ, nếu điện áp giảm dưới Vth

, thì tải sẽ sa thải bằng lượng Psh Thực tế chương trình được giải thích như sau Bộ điều khiển quyết định

sa thải tải dựa trên sự so sánh giữa điện áp V của khu vực đó với giá trị ngưỡng Vth

Giá trị ngưỡng này có thể được quyết định trước bởi nhân viên vận hành dựa trên kinh nghiệm hệ thống dữ liệu Nếu V là thấp so với giá trị ngưỡng, thì bộ kiểm soát

sa thải Psh của công suất tải sau một thời gian trì hoãn  Cả hai Psh và  phụ thuộc vào sự phát triển động của V Nếu t0 là thời gian khi V giảm dưới Vth, khối đầu tiên của tải sẽ sa thải là tại một thời gian t0+ sao cho:

là thời gian trễ Tương tự như vậy đối với một sụt giảm lớn trong điện áp từ giá trị ngưỡng, việc tích hợp mất ít thời gian hơn để đạt được C, do đó thời gian trễ cũng ít hơn Số lượng của tải sẽ sa thải bởi bộ điều khiển tại thời gian t0+ là:

– V(t) khác nhau, lớn hơn giá trị  av

V và như vậy khi lớn hơn thì sa thải tải

Kết luận: Các chương trình thông thường khác nhau, các chương trình sa thải tải dưới tần số và dưới điện áp đã được thảo luận trên cho thấy sự tiến bộ công nghệ đạt được trong lĩnh vực này

Chương 3 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Tổng quan

Sa thải phụ tải có thể được xác định như là lượng phụ tải phải cắt ra từ một

hệ thống điện để giữ duy trì một phần còn lại của hệ thống hoạt động Sa thải phụ là một hoạt động điều khiển khẩn cấp Việc giảm phụ tải này nhằm đáp ứng lại một sự nhiễu loạn của một hệ thống Các kết quả đó là do thiếu hụt khả năng phát điện hoặc

là tình huống quá tải của lưới Các nhiễu loạn nói chung có thể gây nên các điều kiện này bao gồm: Sự cố máy biến áp hay là sự cố đường dây truyền tải, mất tổ máy phát, lỗi thiết bị đóng ngắt, đóng cắt lượng tải lớn đột ngột Khi một hệ thống điện

bị nhiễu loạn, đáp ứng quá độ và đáp ứng động học của nó được điều khiển chính thông qua hai mạch vòng động học chính Mạch thứ nhất là mạch kích từ (bao gồm AVR ) sẽ điều khiển điện áp hệ thống và công suất phản kháng máy phát Mạch thứ hai là mạch động lực sơ cấp (bộ điều tốc), mạch sẽ khiển công suất tác dụng của

máy phát và tần số hệ thống

3.2 Sa thải phụ tải truyền thống

Sa thải phụ tải bằng rơle tần số là phương pháp chung nhất cho việc điều khiển tần số của lưới điện và duy trì tính ổn định của lưới trong các điều kiện cần thiết Trong các phương pháp sa thải phụ tải thông thường, khi tần số giảm xuống dưới điểm làm việc, các rơle tần số của hệ thống phát tín hiệu cắt từng mức phụ tải,

do đó ngăn cản sự giảm tần số và các ảnh hưởng của nó

Tần số là chỉ số của tính an toàn và chất lượng hệ thống cho phép:

 Một sự biến động chung của lưới điện liên kết có cùng giá trị

 Là sự biểu thị sự cân bằng giữa nguồn cung cấp có cùng giá trị

 Yếu tố quan trọng hàng đầu cho sự vận hành suông sẽ của khách hàng, các ngành sản xuất đặc biệt và công nghiệp

Một trong những vấn đề chính của lưới điện liên kết là rã lưới toàn bộ bởi vì

sự giảm tần số như là kết quả của một vài sự cố nhà máy điện hoặc là sự cố đường truyền Hiện nay, trong các hệ thống điện và truyền tải điện trên thế giới, cách phù hợp nhất để ngăn sự mất điện một phần hay là toàn bộ do sự sụt giảm tần số là sa thải phụ tải tự động và nhanh

Để nghiên cứu các tình huống mất cân bằng giữa năng lượng cung cấp và tiêu thụ, kết quả giao động tần số dưới các tình huống xấu và sự nhiễu loạn lớn, một

mô hình đơn giản của trạng thái ổn định là thành phần chính của đơn vị nhiệt được

sử dụng, được trình bày ở Hình 3.1 và mô hình được biểu diễn ở phương trình sau:

2

1

D t

Km là độ khuếch đại mạch điều khiển tần số

FH là một phần năng lượng của tuabin tái hâm lại áp suất cao

 là sự thay đổi tốc độ (pu)

Phương trình (3.1) mô tả hệ thống ở các điều kiện ban đầu của sự nhiễu loạn lớn khi ảnh hưởng của bộ điều chỉnh tăng lên suốt các giây đầu tiên của nhiễu loạn dẫn đến đáp ứng của bộ điều khiển chậm trễ và hằng số thời gian vận hành của nó

Nó không thể tác dụng trong việc ngăn ngừa sự suy giảm tần số

Theo phương trình (3.1), các thông số và yếu tố chính điều khiển trạng thái của tần số và sự quá tải là lượng quá tải và các thông số H và D Ảnh hưởng của 2 thông số này sẽ được tính toán kỹ trong bất kỳ sự kết hợp sa thải phụ tải nào

Hệ thống cản dịu phụ tải (D) là một thông số thực biểu diễn mối quan hệ giữa tải và tần số Nó không bị bỏ qua trong kế hoạch kết hợp sa thải phụ tải Trong

kế hoạch sa thải phụ tải, hệ số cản dịu phụ tải thường được diễn đạt qua đơn vị như được chỉ ra trong phương trình sau:

đã chỉ ra D=3,3 cho trường hợp mạng lưới điện

Ảnh hưởng của D đối với tốc độ suy giảm tần số là khá rõ ràng như là một sự gia tăng, trong trường hợp D là một sự giảm trong tốc độ giảm tần số Trong bất kỳ

sự quá tải xác định nào, hệ thống với một giá trị cao hơn của D sẽ có một sự ổn định cao hơn và tần số hệ thống sẽ được ổn định ở một cấp độ cao hơn Hình 3.2 chỉ ra ảnh hưởng của D đối với đường giảm tần số

Trong các phương pháp được sử dụng chung, kế hoặc sa thải phụ tải có mối quan hệ không đáng kể tới mức độ quá tải Bất kỳ sự quá tải nào đều có cùng chiến lược sa thải phụ tải, vì mức độ quá tải không xác định số lượng hoặc chất lượng của việc sa thải phụ tải

0 10 20 30 40 50 60 70 80 40

41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Hình 3.2 : 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 )

Khi một trong những bước sa thải phụ tải đã được xác định, nếu ở bất kỳ bước nào mà tần số tiếp tục giảm (với sự quan tâm tới thời gian rơle đã xác định), bước tiếp theo sẽ khởi động tự động sa thải phụ tải cho đến khi tần số ngừng giảm Trong nhiều chiến lược, bước đầu tiên của sa thải phụ tải là được điều chỉnh theo một phương pháp mà với bất cứ sự giảm tần số nào dưới điểm làm việc, bước này

là khởi động hoạt động trong sự chậm trễ với thời gian riêng của nó Khoảng thời gian cho tần số giảm từ thông thường cho tới dưới điểm làm việc là không được đưa vào xem xét, mặc dù thực tế tốc độ giảm tần số là tỷ lệ trực tiếp với lượng quá tải và sự dao động của lưới Bởi vậy, nó có thể trở thành cơ sở để quyết định chỉ một bước thực hiện thì có đủ hay không

3.3 Sa thải phụ tải thông minh (ILS)

3.3.1 Mô tả

Hệ thống sa thải phụ tải thông thường chỉ tin cậy trên hệ thống đo lường tần

số không thể được lập trình với lợi ích sự hiểu biết của người thiết kế hệ thống điện

Kỹ sư hệ thống phải thi hành nhiều nghiên cứu hệ thống bao gồm tất cả các hệ và các điều kiện vận hành hệ thống có thể hiểu được để thiết kế đúng hệ thống điện Sự

hiểu biết về hệ thống của kỹ sư đạt được thông qua các nghiên cứu là không được

tận dụng hết Ngoài ra, hầu hết dữ liệu và các kết quả nghiên cứu đã bị mất hoàn toàn Sự không khả dụng của thông tin cho sự cải tiến và các thay đổi tương lai của

hệ thống sẽ làm giảm dần tầm quan trọng cho sự bảo vệ đặc tính hệ thống

Hệ thống sa thải phụ tải hiện đại sử dụng thu thập dữ liệu rộng lớn, cập nhật liên tục mô hình hệ thống thời gian thực bằng máy tính Giải pháp tối ưu này cho

sự duy trì hệ thống bằng cách sa thải chỉ với lượng phụ tải cần thiết và được gọi là

sa thải phụ tải thông minh (ILS)

Đó là phương pháp kích hoạt những rơle dưới tần số dựa trên một chương trình sa thải tải thông minh thay đổi động Các thành phần chính của chương trình này là: các cơ sở tri thức, danh sách nhiễu loạn và các công cụ tính toán ILS

Hệ thống này phải có các khả năng sau:

 Khả năng bản đồ một hệ thống năng lượng phi tuyến phức tạp với một số lượng giới hạn các điểm tập hợp dữ liệu tới một khoảng không gian xác định

 Cấu hình hệ thống nhớ tự động, các điều kiện vận hành như là tải được thêm vào hay loại ra, và đáp ứng hệ thống tới các nhiễu loạn với tất cả các cấu hình hệ thống

 Nhận dạng các mẫu hệ thống khác để dự đoán đáp ứng hệ thống cho các nhiễu loạn khác

 Tận dụng vào sự hiểu biết ban đầu có thể cải thiện được các trường hợp đã xác định được khách hàng

 Khả năng thích nghi huấn luyện tự động và hệ tự học của cơ sở kiến thức hệ thống dẫn đến các thay đổi hệ thống

 Ra các quyết định nhanh, đúng và tin cậy trong việc ưu tiên sa thải phụ tải dựa vào tình trạng tải thực tế của mỗi máy cắt

 Sa thải lượng phụ tải nhỏ nhất để duy trì sự ổn định của hệ thống và tần số thông thường

 Sự kết hợp tối ưu để sa thải các máy cắt với sự hiểu biết đầy đủ vào các ràng buộc của hệ thống

Trong việc bổ sung thêm danh sách các khả năng, hệ thống sa thải phụ tải thông minh phải có một cơ sở trí thức Để cơ sở trí thức trở nên hiệu quả, nó phải có thể nắm được các thông số hệ thống then chốt, thông số mà có tác động trực tiếp vào đáp ứng tần số hệ thống các nhiễu loạn

Các thông số này bao gồm:

 Năng lượng đã thay đổi giữa hệ thống và lưới điện kể cả trước và sau nhiễu loạn

 Khả năng phát điện trước và sau nhiễu loạn

 Động học của máy phát điện tại chỗ

 Tải thực tế và các tình trạng được cập nhật của mỗi phụ tải có thể sa thải

 Đặc điểm động học các phụ tải của hệ thống Đặc điểm này bao gồm các máy điện quay, các tải trở kháng không đổi, các tải dòng điện không đổi, các

tải năng lượng không đổi, các tải phụ thuộc tần số hoặc là các dạng khác của tải

 Một vài yêu cầu bổ sung phải được trao đổi trong suốt quá trình thiết kế và hoạt động của kế hoạch sa thải phụ tải thông minh

 Kiến thức cơ sở đã được cấu hình và được lựa chọn cẩn thận

 Khả năng để đảm bảo sự hiểu biết cơ bản hệ thống một cách đầy đủ, đúng, và

đã được trải nghiệm

 Khả năng để thêm tính logic xác định khách hàng

 Một hệ thống giám sát trực tuyến có thể có được sự liên kết với dữ liệu hệ thống thực

 Khả năng để thực hiện một phương pháp dự báo và ngăn ngừa để có thể đưa

ra một kiểu sa thải phụ tải động tương ứng với các thay đổi cấu hình hệ thống và các nhiễu loạn đã được xác định trước đó

 Một hệ thống điều khiển tại chỗ phân phối cho hệ thống năng lượng trung tâm giám sát hệ thống sa thải phụ tải thông minh

3.3.2 Sơ đồ khối chức năng ILS

Danh sách

nhiễu loạn

Giám sát cấp cao

Cơ sở tri thức

Mô hình mạng lưới

Công cụ tính toán

Kiểm soát phân loại

Kiểm soát phân loại

Kiểm soát

Nhiễu loạn hệ thống hoặc mất điện

Sa thải tải

Sa thải tải

Hình 3.3: Cấu trúc tổng quát của chương trình ILS

Trong sơ đồ Hình 3.3, các cơ sở trí thức là các khối quan trọng nhất Cơ sở

trí thức được kết nối với công cụ tính toán, gửi các tín hiệu ngắt đến các rơle Các

mô hình mạng có thể được truy cập bởi các cơ sở trí thức trong khi giám sát hệ thống

Cơ sở trí thức được huấn luyện và đầu ra của nó bao gồm các diễn biến động của hệ thống và các đáp ứng tần số trong khi nhiễu loạn Cơ sở trí thức được huấn luyện này cũng giám sát hệ thống liên tục cho tất cả các điều kiện vận hành

Danh sách nhiễu loạn bao gồm các nhiễu loạn hệ thống đã xác định trước đó Căn cứ vào các yếu tố đầu vào cho hệ thống và cập nhật hệ thống liên tục, các cơ sở trí thức thông báo và gửi định kỳ các yêu cầu tới bộ phận tính toán sa thải phụ tải thông minh ILS để cập nhật các kiểu sa thải phụ tải Vì vậy, nó đảm bảo rằng sa thải tải luôn luôn là nhỏ nhất và tối ưu khi một nhiễu loạn xuất hiện Các kiểu sa thải phụ tải được truyền xuống các bộ điều khiển phân phối đã được định vị kết nối tới mỗi phụ tải có thể sa thải Khi một nhiễu loạn xảy ra, hành động sa thải phụ tải nhanh có thể được thực hiện

3.4 Tối ưu hóa sa thải phụ tải

3.4.1 Hàm mục tiêu - Tối đa hóa hàm lợi ích

Trong điều kiện cấp phát nguồn dữ liệu có so sánh, các hệ thống trợ giúp quyết định mua/bán là cần thiết tìm ra hướng kinh tế để phục vụ các phụ tải quan trọng với các nguồn có hạn dưới các trạng thái không chắc chắn Một phương pháp

sa thải phụ tải được dự kiến cho mục đích này Mô hình toán học của sa thải phụ tải được trình bày như sau:



hoặc Min (-H i ) (3.3) Trong đó :

ij

x là biến số quyết định (tính bằng 0 hoặc1) trên thanh dẫn tải j ở mức thời gian thứ i