Nghiên cứu các phương pháp sa thải phụ tải

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.. Khi hệ thống điện không thể đáp ứng nhu cầu công suất

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN VĂN LƯU

S 0 9

DÒ TÌM ĐIỂM LÀM VIÊC CỰC ĐẠI TRONG

HỆ THỐNG PIN QUANG ĐIỆN BẰNG

PHƯƠNG PHÁP LOGIC MỞ

S 0 7

S KC 0 0 3 7 7 8

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2012

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

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

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

Lê Trọng Nghĩa

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

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

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

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

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

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

DANH SÁCH CÁC BẢNG

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 M i của ma trận A-PI 62

Bảng 4.10: Giá trị M i của ma trận A-LD 63

Bảng 4.11: Giá trị M i * của ma trận A-PI 63

Bảng 4.12: Giá trị M i * của ma trận A-PI 64

Bảng 4.13: Các giá trị W j của ma trận A-PI 65

Bảng 4.14: Các giá trị W di 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 W ij 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

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

DANH SÁCH CÁC HÌNH

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

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 nhiễu loạn và mất điện

Các nhiễu 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

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