Nghiên cứu an ninh trong hệ thống điện

Vì điều kiện làm việc nguy hiểm nhất thường xuất hiện do sự cố hỏng hóc thiết bị, ngắn mạch… và vì một sự cố có thể xảy ra bất kỳ lúc trong hệ thống, do đó một chế độ làm việc để được co

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU AN NINH TRONG

HỆ THỐNG ĐIỆN

CHUYÊN NGÀNH : MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ NGÀNH : 2.06.07

GVHD: PGS.TS NGUYỄN BỘI KHUÊ HVTH: PHẠM NGUYÊN KHOA

TP HCM 12/2004

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Hoàng Việt

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ngày tháng năm 2004

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN BỘI KHUÊ

Người chấm nhận xét 1:

Người chấm nhận xét 2:

Luận văn cao học được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN CAO HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM ngày ………… tháng ……… năm ………

Có thể tìm hiểu luận văn này tại Thư viện trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-oOo -

-oOo -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC

I- Tên đề tài:

Nghiên cứu an ninh trong hệ thống điện

II- Nhiệm vụ và nội dung:

I- Nghiên cứu về ổn định trong hệ thống điện

II- Nghiên cứu về an ninh trong hệ thống điện

III- Các tính toán mô phỏng

IV- Kết luận – Giá trị thực tiễn

III- Ngày giao nhiệm vụ: ……… IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ……… V- Họ và tên cán bộ hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN BỘI KHUÊ

VI- Họ và tên cán bộ nhận xét 1: ……… VII- Họ và tên cán bộ nhận xét 2: ………

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1 CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2

PGS.TS Nguyễn Bội Khue â

Nội dung và đề cương Luận án Cao học đã được thông qua Hội Đồng Chuyên Ngành

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Thầy NGUYỄN BỘI KHUÊ đã tận tình hướng dẫn, động viên em trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án

Em Xin chân thành cảm ơn quí thầy cô trong Bộ môn Hệ Thống Điện đã nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn và tạo điều kiện cho em trong quá trình học tập tại trường

Sau cùng xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đối với gia đình và bạn bè và đồng nghiệp đã luôn là nguồn động viên trong thời gian qua

CHƯƠNG 1: Tổng quan về vấn đề an ninh trong hệ thống điện

I Giới thiệu: 1

II Các khái niệm cơ bản: 4

II.1 Phân loại các trạng thái hệ thống: 4

III An ninh: 8

III.1 Định nghĩa an ninh:: 8

III.2 Lựa chọn sự cố: 12

III.3 Phân tích an ninh: 13

III.4 Phân tích sự cố : 14

III.5 Nhận dạng trạng thái an toàn : 15

III.6 Các tiêu chuẩn an ninh: 15

IV An ninh trong vận hành hệ thống điện: 16

IV.1 Môi trường trực tuyến: 16

IV.2 Qui hoạch vận hành: 17

IV.3 Đánh giá an ninh trực tuyến: 17

IV.4 Phân tích an ninh trong vận hành: 18

IV.5 Điều khiển an ninh: 18

IV.6 Điều khiển phòng ngừa: 19

IV.7 Sự ảnh hưởng của thời gian để hoàn chỉnh thao tác sửa chữa: 21

IV.8 Các trạng thái sự cố: 22

V Những tiếp cận an ninh theo xác định 22

VI Đánh giá an ninh theo xác suất 23

VI.1 Giới thiệu 23

VI.2 Đánh giá an ninh theo xác suất so với theo xác định: 24

VI.3 Ứng dụng xác suất trong các hoàn cảnh khác nhau: 26

VI.4 Những thử thách của tiếp cận xác suất: 28

VII An ninh động trong hệ thống điện 29

VII.1 Đánh giá an ninh động 29

VII.2 Các tiêu chuẩn an ninh động 33

VII.3 Những thực tế hiện tại 35

VII.4 Những nhu cầu chung và các điều cần thiết 39

VII.5 Những thách thức về kỹ thuật trước mắt 42

VIII Vấn đề an ninh điện áp 46

VIII.1 Giám sát an ninh điện áp 46

VIII.2 Đánh giá an ninh điện áp bằng hệ chuyên gia 47

VIII.3 Đánh giá trực tuyến bằng các phương pháp hàm năng lượng 50

VIII.4 Đánh giá tác hại sự cố bằng kỹ thuật hồi qui 50

I Phương pháp hàm Ljapunov: 52

II Phương pháp BCU: 56

III Phương pháp TEF: 59

IV Đánh giá ổn định góc thông qua hàm năng lượng quá độ: 60

IV.1 Các khái niệm ổn định: 61

IV.2 Mô tả hệ thống: 61

IV.3 Ổn định của hệ thống một động cơ: 64

IV.4 Áp dụng cho hệ thống năng lượng thực tiễn : 65

IV.5 Đường biên của ổn định quá độ : 66

Chương 3: Phân tích và đánh giá an ninh I Giới thiệu: 69

II Các hệ số ảnh hưởng đến an ninh hệ thống 70

III Phân tích ngẫu nhiên: 71

III.1 Các phương pháp độ nhạy cho mạng: 76

III.2 Tính toán hệ số độ nhạy của mạng: 79

III.3 Phương pháp dòng tải AC: 81

IV Phân bố lại công suất phát: 82

IV.1 Hiệu chỉnh PBCS bằng phương pháp độ nhạy: 82

IV.2 Hệ số bù : 82

IV.3 Hiệu chỉnh PBCS sử dụng chương trình tuyến tính: 83

Chương 4 : Tính toán an ninh hệ hệ thống điện

trong các trường hợp cụ thể I Hệ thống một máy phát nối với thanh góp vô cùng lớn: 87

I.1 Aùp dụng phương pháp TEF: 92

I.2 Aùp dụng phương pháp hàm năng lượng giới hạn: 94

II Ứng dụng chương trình phân bố công suất PSS/E cho hệ thống điện khu vực đồng bằng Sông Cửa Long – năm 2005 96

II.1 Đặt vấn đề: 96

II.2 Dự báo các sự cố điển hình trên đường dây: 97

II.3 Dự báo các sự cố điển hình đối với máy phát: 99

II.4 Phân loại sự cố: 99

Tài liệu tham khảo: 101

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ AN NINH

TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

I GIỚI THIỆU :

Trong thời gian đầu phát triển hệ thống điện, các chức năng qui hoạch và vận hành hệ thống điện được xem xét hoàn toàn riêng biệt Các câu hỏi mà các nhà qui hoạch và những người vận hành phải trả lời là hoàn toàn khác nhau, và vì thế các công cụ được sử dụng để trả lời cho những câu hỏi này cũng khác nhau Tuy nhiên, những sự trùng lắp từ từ được phát triển ở nhiều lĩnh vực Một ví dụ thường thấy là lĩnh vực qui hoạch vận hành lấn chiếm vào lĩnh vực của các nhà qui hoạch hệ thống, và một lĩnh vực khác có nhiều khía cạnh về đánh giá và bảo đảm độ tin cậy hệ thống Các nhà qui hoạch và những người vận hành, làm việc trong những phạm vi huấn luyện khác nhau, đã phát triển những khái niệm và những tiếp cận khác nhau để sử dụng trong các đánh giá độ tin cậy, và sự hiểu biết khác nhau về vai trò của an ninh trong lĩnh vực độ tin cậy

Cho đến hiện nay chúng ta mới bắt đầu quan tâm đến vận hành kinh tế hệ thống điện Một yếu tố quan trọng trong vận hành hệ thống điện là cần phải duy trì

an ninh hệ thống An ninh hệ thống bao gồm những thực tiễn được thiết kế cần phải duy trì an ninh hệ thống vẫn vận hành khi các thành phần bị hỏng Ngoài việc kinh tế hóa chi phí nhiên liệu, hệ thống điện phải vận hành “an toàn” Vận hành “an toàn” là sự vận hành với xác xuất thiếu hụt hay hư hỏng thiết bị thấp Tất cả các khía cạnh này cần sự tối ưu hoá hệ thống điện có ràng buộc an ninh (SCO)

Điều kiện làm việc an ninh của hệ thống điện được đánh giá bởi việc tất cả các phụ tải được cung cấp điện và không có thiết bị nào bị đặt ra ngoài giới hạn làm việc cho phép Hai thông số chế độ thường được dùng làm tiêu chuẩn là dòng điện trên nhánh và điện áp nút Vì điều kiện làm việc nguy hiểm nhất thường xuất hiện

do sự cố (hỏng hóc thiết bị, ngắn mạch…) và vì một sự cố có thể xảy ra bất kỳ lúc trong hệ thống, do đó một chế độ làm việc để được coi là an ninh là phải có khả năng chống lại sự cố, tức là vẫn giữa được các thông số điện áp và dòng điện nói trên không vượt quá giới hạn cho phép ngay cả trong điều kiện sự cố nhưng phải có sự trợ giúp của các tác động điều chỉnh, điều kiện

Nói đến sự an ninh là nói đến các yếu tố nghệ thuật và khoa học trong việc

“Sống còn” của các hệ thống điện Để bảo đảm sự sống còn này người ta vận hành hệ thống điện ở trong những giới hạn cho phép nào đó, nói chung thường gọi là những giới hạn an ninh Các giới hạn này tuỳ thuộc vào các tiêu chuẩn khả thi và tương hợp của trạng thái xác lập Giới hạn an ninh có hai loại : giới hạn an ninh tĩnh và giới hạn an ninh động Khi các gới hạn phụ thuộc vào các tiêu chuẩn thực tiễn hay các tiêu chuẩn tương hợp của trạng thái xác lập gọi là trạng thái xác lập hay các giới hạn an ninh tĩnh, khi các giới hạn phụ thuộc vào các tiêu chuẩn quá độ hay các tiêu chuẩn ổn định lâu dài gọi là các giới hạn an ninh động

Có nhiều hệ thống điện trên thế giới bị áp lực là phải tăng khả năng tải đối với những hệ thống truyền tải có sẵn Yêu cầu này được đáp ứng một phần nhờ công nghệ Hệ thống Quản lý Năng lượng (EMS) giúp đánh giá sự an ninh trực tuyến đường dây nhưng chỉ chú trọng vào phân tích xác lập (Tức là trạng thái xác lập hay

an ninh tĩnh) Tuy nhiên trong sự tối ưu hóa các hệ thống ngày nay đòi hỏi phải kể đến đánh giá sự an ninh động Do những ràng buộc rất quan trọng trong việc xác định các giới hạn an ninh động trong khoảng thời gian tương thích với việc sử dụng trực tuyến trên đường dây của chúng, yêu cầu này trước kia là một trở lực rất lớn vì những giới hạn của phần cứng và phần mềm của máy tính Điều này đã giải thích tại sao việc phân tích sự an ninh động vẫn tồn tại trong thời gian dài áp dụng cho hoạt động ngoại tuyến, và được thực hiện cho một số ít các mạng hình tia, ngay cả những nhà qui hoạch vận hành có những hiểu biết sâu về bản chất sự tổ hợp của đánh giá sự an ninh động ngoại tuyến và hệ quả là không thể có các giới hạn an ninh tối ưu cho mỗi cấu hình hệ thống có thể có Các chức năng an ninh phải được thực thi trong những khoảng thời gian tương thích với tốc độ thay đổi của trạng thái hệ thống Sự tiếp cận tĩnh chỉ là tiếp cận thực tiễn ban đầu, vì việc phân tích và tối

ưu động bị xem là khó khăn hơn và tính toán mất nhiều thời gian hơn

Dĩ nhiên hầu hết những cơ hội trước kia có triển vọng trong việc đánh giá sự an ninh động nhanh trong môi trường trực tuyến, với lưu ý đến hệ quả là các giới hạn

an ninh của các hành lang truyền tải riêng biệt được xác định cho cấu hình hệ thống thực sự ở bất kỳ thời gian xác định nào So sánh với các phương pháp ngoại tuyến hiện tại đang được sử dụng ở nhiều hệ thống con, phương pháp này tự nó thể hiện được một hình thức tối ưu hóa Sự tồn tại của khả năng này tạo ra tiềm năng chuyển đổi vận hành hệ thống điện theo cách cơ bản : khả năng này cung cấp những bậc tự do mới, cho phép người vận hành hệ thống điều chỉnh phân bố công suất nhanh chóng và tự tin hơn nhiều trong việc đáp ứng với những thay đổi các điều kiện hệ thống Tuy nhiên, với những bậc tự do mới sẽ mang lại những nhiệm vụ mới : người ta phải xem xét trước các Quyết định về chiến lược có ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế và độ tin cậy các hệ thống điện sẽ được tạo ra trong những khoảng thời gian ước định ngắn hơn và các mức quản lý thấp hơn

Việc đánh giá an ninh có hai tiếp cận là đánh giá an ninh theo xác định và đánh giá an ninh theo xác suất Đánh giá an ninh theo xác định nhằm cung cấp sự duy trì

an ninh khu vực để bảo vệ hệ thống chống lại những sự cố xấu nhất Trong thực tế điều này có nghĩa là những nhà qui hoạch đưa ra những sự cố xấu nhất Trong thực tế điều này có nghĩa là những nhà qui hoạch đưa ra những hệ thống mạnh và những người vận hành thì vận hành với những biên an ninh lớn Với việc đầu tư và chi phí vận hành khá cao đã đưa đến kết quả là có độ tin cậy cao trong hầu hết các hệ thống điện Tuy nhiên, hiện tại có áp lực làm sao vận hành các hệ thống với các biên an ninh thấp hơn, một phần do bởi những bắt buộc kinh tế (căn nguyên của nói nằm trong sự tăng lên tính cạnh tranh và có xu hướng tiến tới các đường dây truyền tải mới (do những ràng buộc về môi trường) Để có thể vận hành hệ thống

điện gần hơn với các giới hạn an ninh truyền thống (xác định) – và có lẽ tiến xa hơn – khi mang lại độ tin cậy có thể so sánh được, người ta cần có thêm các phương pháp tinh vi hơn cho việc đánh giá an ninh trong hệ thống có kể đến bản chất của xác suất nhiều biến trong môi trường ra quyết định Các phương pháp xác suất cho phép kết hợp ảnh hưởng của các biến đổi như vậy sẽ được cân nhắc ở điều kiện không chắc chắn, mở cánh cửa cho việc đánh giá rủi ro được định lượng ở tất cả các khía cạnh của việc điều khiển một thế giới điện riêng biệt

Những tiếp cận xác suất chậm chạp trong việc trở thành một phần của phương pháp luận được chấp nhận được sử dụng cho các nghiên cứu độ tin cậy hệ thống điện Có nhiều yếu tố được kể đến trong trường hợp này, từ tính phức tạp của các phương pháp đó tới sự thiếu tin cậy luôn luôn phát triển khi mô hình bị ngụy biện vẫn còn, thiếu tính cần thiết, những xấp xỉ Một yếu tố nữa dẫn đến sự chấp nhận chậm chạp là thiếu các tiêu chuẩn độ tin cậy trong xác suất trong nhiều lĩnh vực Các nhà qui hoạch hệ thống đã và đang sử dụng các phương pháp xác suất cho việc tạo ra những đánh giá khả năng dự trữ cho thời điểm nào đó, nhưng khó để sử dụng trong những tiếp cận xác suất có sẵn cho các đánh giá trong hệ thống điện lớn

vì những lý do trên Các phương pháp xác suất cho việc đánh giá an ninh trong hệ thống điện đã thu hút được một vài sự chú ý của những người vận hành hệ thống [Billinton & Kuruganty 1980, Anderson & Bose 1983, Wu, Tsai & Yu 1983] ; tuy nhiên, trong các đánh giá ổn định thực tế hiện tại hầu như được thực hiện bằng những phương pháp xác định, ngay cả nếu chúng được kết hợp với những công cụ qui hoạch xác suất Cuối cùng, thiếu sự liên kết thích hợp giữa sự tương xứng của xác suất và phương pháp luận sự an ninh, mặc dù các báo cáo nổ lực để cung cấp một khuông khổ bao quát nhưng cô đọng những nghiên cứu này đã được xuất bản [Dodu & Merlin 1986, Leite da Silva, Endrenyi & Wang 1993]

An ninh hệ thống có thể được chia thành ba chức năng chủ yếu được tiến hành ở một trung tâm điều khiển : (I) giám sát hệ thống, (ii) phân tích sự cố, và (iii) phân tích tác động điều chỉnh

Giám sát hệ thống cung cấp cho người vận hành hệ thống các thông tin cập nhật thường xuyên về các điều kiện hệ thống Các hệ thống đo lường từ xa thực hiện đo đạc và truyền dữ liệu về trung tâm và vì vậy điện áp, dòng điện, phân bố công suất và trạng thái của các máy cắt và các cầu dao trong từng trạm trong hệ thống truyền tải đều được giám sát Hơn nữa, các thông tin quan trọng khác như tần số, các đầu

ra máy phát và các vị trí đổi nấc của máy biến áp cũng có thể được đo lường từ xa Các máy tính số trong trung tâm điều khiển sau đó xử lý các dữ liệu đo lường từ xa và đặt chúng vào cơ sở dữ liệu và thông báo cho những người vận hành trong trường hợp quá tải hay vượt quá giới hạn điện áp Các dữ liệu quan trọng cũng được hiển thị trên các màn ảnh lớn và các báo động cũng được phát đi nếu cần Đánh giá trạng thái thông thường được sử dụng trong các hệ thống này để tổng hợp thông tin được đo đạc từ xa để cho việc đánh giá điều kiện hệ tống hiện tại hay

“trạng thái” Các hệ thống này thường làm việc với các hệ điều khiển giám sát

nhằm giúp cho người vận hành điều khiển máy cắt, vận hành các cầu dao và các nấc đổi điện áp của máy biến thế từ xa Tập hợp các hệ thống này lại được gọi là hệ thống SCADA

Chức năng an ninh quan trọng thứ hai là phân tích sự cố Các máy tính vận hành hiện đại đều có chứa các chương trình phân tích sự cố Các chương trình này nghiên cứu các sự kiện sự cố và báo động cho những người vận hành bất cứ những vi phạm nào Chẳng hạn, dạng đơn giản nhất của phân tích sự cố có thể được dùng chung với một chương trình phân bố công suất (LF) chuẩn cùng với các thủ tục để xây dựng dữ liệu phân bố tải cho mỗi sự cố sẽ được nghiên cứu bởi chương trình

LF Điều này cho phép những người vận hành hệ thống định vị các trạng thái vận hành phòng ngừa ở đó không có sự cố nào có thể dẫn đến các vi phạm quá tải hay quá điện áp

Chức năng an ninh quan trọng thứ ba, phân tích tác động, điều chỉnh, cho phép người vận hành thay đổi sự vận hành hệ thống điện nếu một chương trình phân tích sự cố dự đoán một vấn đề nghiêm trọng trong sự kiện xảy ra một sự cố nào đó Vì thế điều này cung cấp cho việc điều khiển phòng ngừa và sau sự cố Một ví dụ về tác động điều chỉnh là sự dịch chuyển từ nguồn phát này sang nguồn phát khác Điều này có thể dẫn đến kết quả thay đổi trong phân bố công suất và vì vậy có thể thay đổi tải trên các đường dây quá tải

Ba chức năng phức tạp này hợp lại bao gồm một tập các công cụ rất phức tạp có thể giúp vận hành an toàn hệ thống

II CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN :

II.1 Phân loại các trạng thái hệ thống :

KHÔNG AN TOÀN (Tạm thời)

Báo động không tương hợp tiềm tàng BÌNH THƯỜNG

ỔN ĐỊNH

Báo động : Không ổn định tiềm tàng

Báo động : Không tương hợp tiềm tàng

& không ổn định

Không tương hợp : Không ổn định tiềm tàng

XẢY RA LIÊN TIẾP SỰ CỐ NGUY

(sụp đổ hệ thống)

ỔN ĐỊNH (Không tương hợp)

∗ Theo các trạng thái vận hành :

Trong nhiều tài liệu mới sau này, độ tin cậy hệ thống điện được mô tả qua hai

thuộc tính, sự tương hợp và sự an ninh Trong nhiều tư liệu của IEEE và CIGRE, những thuật ngữ này được định nghĩa như sau [IEEE Working Group 1978, McGillis

et al 1987] :

Sự tương hợp : là khả năng của hệ thống để cung cấp tổng hợp các nhu cầu về

năng lượng và điện của những khách hàng trong phạm vi các công suất thành phần và các giới hạn điện áp, có kể đến những thiếu hụt về điện đã được qui hoạch và chưa được qui hoạch

Sự an ninh : Là khả năng của hệ thống để chịu đựng những nhiễn loại bất ngờ,

đặt biệt như là tổn thất không dự kiến trước của các thành phần hệ thống

Trong khi sự tương hợp và sự an ninh không phải là những đại lượng số, mỗi đại lượng có thể được đo đạc thông qua những chỉ số thích hợp (như là các tần số và các khoảng thời gian trung bình của các quá trình nhiễu và lượng năng lượng liên kết không được cung cấp)

Sự phân loại các trạng thái vận hành hệ thống được chỉ ra trong Hinh 2.1 một trạng thái là tương hợp nếu tất cả các tải được phục vụ, các thành phần hệ thống không bị cưỡng bức quá công suất của chúng và điện áp nút cũng như tần số hệ thống nằm trong độ sai lệch cho phép Một hệ thống là bình thường nếu không có sự cố nào xảy ra có thể dẫn đến sự không tương hợp hay các nối tiếp xếp chồng ban đầu Một trạng thái như vậy bao gồm cả tương hợp và an toàn, và trong trạng thái này, các điều kiện của hệ thống tương hợp là thỏa đáng Hầu hết các hệ thống điện hoạt động ở trạng thái bình thường trên 99% thời gian, và hầu hết những quá trình chuyển đổi ra khỏi trạng thái bình thường sẽ tạo lập một trạng thái bình thường khác

Định nghĩa sự cố có thể khác nhau cho mỗi hệ thống điện riêng biệt Căn cứ vào phần 191 – 21 của IEV, nó là một sự kiện “được nhận dạng một cách đúng đắn và đầy đủ cho hệ thống điện được thiết kế và vận hành để chịu đựng sự cố này”

Nếu sau khi xảy ra một vài sự cố, điều kiện bình thường không còn thỏa mãn nữa, hệ thống sẽ rơi vào trạng thái báo động (còn được gọi không an toàn theo cách sử dụng ở Châu Âu) Trong một trạng thái báo động, ít nhất có một sự cố có thể dẫn đến không tương hợp hay sụp đổ trạng thái ban đầu Các trạng thái báo động có thể có hai loại :

a) Trạng thái có thể là Không tương hợp tiềm tàn : tức là các sự cố có thể xảy ra làm chuyển hệ thống sang các trạng thái không tương hợp với các đường dây quá tải hoặc điện áp nút vượt ra ngoài giới hạn cho phép hoặc mất mát tải hoặc tổ hợp của chúng Trong khi vẫn còn ổn định, các trạng thái không tương hợp được con như là các trạng thái sự cố trong trường hợp đó tác động khẩn cấp của người vận hành là cần thiết để loại trừ các dấu hiệu không tương hợp

b) Trạng thái có thể là không ổn định tiềm tàng ; tức là các sự cố có thể xảy

ra gây nên một loạt các sự cố liên tiếp dẫn đến không ổn định trong trường hợp nào đó Trạng thái báo động này được gọi là trạng thái không an toàn theo các tư liệu Bắc Mỹ nơi đó thuật ngữ chỉ được áp dụng với trạng thái báo động loại này

Dĩ nhiên một trạng thái báo động có thể là cả không tương hợp và không ổn định tiềm tàng Tuy nhiên, cần phải nhận thức rằng trạng thái báo động tự nó là hoàn toàn tương hợp và ổn định Trạng thái báo động được xác định thông qua các sự kiện gây nên bất ổn định hay không tương hợp có thể xảy ra trong khi trạng thái vẫn chưa xảy ra

Khi sự bất ổn định và các chuỗi các sự kiện xảy ra liên tiếp các quan hệ gần hơn, không phải mỗi chuỗi sự kiện xảy ra đều dẫn đến chuỗi bất ổn định sau cùng : sụp đổ hệ thống Trong thực tế, sự ổn định có thể tái thiết lập sau khi có tác động liên tiếp, hoặc là qua một sự tắt dần vốn có trong quá trình, hay tác động bảo vệ hệ thống nhanh Tuy nhiên, nó dường như rằng việc dẫn đến trạng thái ổn định sẽ không tương hợp

Khi dùng thuật ngữ tương hợp điều cần quan tâm là nó đề cập đến trạng thái hệ thống hay là trạng thái vận hành Định nghĩa về trạng thái tương hợp đã được đưa ra trước đây Sự tương hợp hệ thống được xác định bởi những thí nghiệm tạm gọi là các thử nghiệm N-1 (hay tương tự như vậy) ở đó người ta chọn ra một tập các sự cố để kiểm tra và nếu các trạng thái sau khi trả qua các sự cố mà vẫn còn tương hợp, hệ thống được coi là tương hợp Những trạng thái sau sự cố này có thể là các trạng thái bình thường hay báo động

Sự vận hành hệ thống điện là một quá trình phức tạp với những thay đổi thường xuyên theo trạng thái vận hành của hệ thống Với mỗi sự cố thành phần, sửa chữa, những thiếu hụt về điện có qui hoạch hay chưa qui hoạch, hay sự thay đổi trong các điều kiện tải sẽ đưa ra trạng thái vận hành mới Giải thích cho quá trình này được trình bày theo sơ đồ Hình 2.2, trong đó lịch sử vận hành được mô tả với sự giúp đỡ của một vài trạng thái hệ thống chung Mỗi một trạng thái trong số những trạng thái này có thể tiêu biểu sự biến đổi các điều kiện rộng

Hình 2.2 Quá trình vận hành hệ thống điện

H2.2 Qúa trình vận hành hệ thống điện Theo sơ đồ bao gồm có năm trạng thái là bình thường, báo động, không an toàn, không an toàn rất nguy hiểm và phục hồi, hầu hết sự chuyển trạng thái là ra khỏi trạng thái vận hành bình thường tiến tới một trạng thái báo động là một trạng thái vận hành đầy đủ nhưng một vài sự cố sau này có thể gây nên không an toàn hệ

thống và có thể đưa hệ thống vào tình trạng không an toàn Thỉnh thoảng một điều kiện không an toàn tạm thời sẽ bắt đầu ở nơi mà tác động của người vận hành có thể làm giảm bớt ứng suất đường dây hay các điện áp nút không thể chấp nhận được và thường chuyển hệ thống sang trạng thái báo động ngay cả ở trạng thái bình thường Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp hoạt động sửa chữa như vậy chỉ có thể được nếu tải bị sa thải, chuyển hệ thống sang trạng thái không an toàn điều khiển được Vào những thời điểm khác, các sự cố trong trạng thái báo động có thể cưỡng bức hệ thống đi vào điều kiện không an toàn rất nguy hiểm (phân rã hệ thống, mất tải không thể điều khiển được), ở đó sự ổn định và tính nguyên vẹn ban đầu (tức là tiếp tục vận hành có liên kết) của hệ thống bị đe dọa Khi đang ở trạng thái báo động hay không an toàn người ta tránh để rời vào trạng thái không an toàn rất nguy hiểm bằng cách thực hiện một vài thao tác như điều độ tải không kể đến kinh tế hay cắt bớt tải điều khiển được

Mặc dù một trạng thái không an toàn thường bắt đầu từ trạng thái bình thường thông qua một trạng thái báo động, nó có thể đạt được trực tiếp nếu có những sự cố xấu nhất xảy ra Những sự kiện này, như các biến cố xảy ra chồng chất hay nối tiếp nhau, thường được qui cho các sự cố nghiêm trọng Những ảnh hưởng của chúng thường được nghiên cứu để xây dựng những tiêu chuẩn đánh giá chung có thể cung cấp một đường dây dự phòng thứ hai cho hệ thống điện trong việc giúp hệ thống để tránh sụp đổ hoàn toàn

Sơ đồ Hình 2.2 lần ngược thời gian về cuối những năm 1970 [Fink & Carlsen

1978, EPRI 1981] khi vấn đề chính có liên quan đến các nghiên cứu độ tin cậy hệ thống điện chính là sự đánh giá về những ảnh hưởng lâu dài của các sự cố thành phần ; vì thế những nhu cầu của những nhà qui hoạch hệ thống chính là mối quan tâm đầu tiên Điều này thỏa mãn cho các ứng dụng đầu tiên của các phương pháp đáng tin cậy trong hệ thống điện Trong 10 năm qua, người ta dần dần nhận ra rằng một sự đánh giá tin cậy hoàn chỉnh phải bao gồm cả hai ảnh hưởng dài hạn (tĩnh) và ngắn hạn (động) Nói cách khác, sự xem xét công bằng phải xem xét trạng thái nào mà hệ thống kết thúc sau tổn thất một thành phần và cách nào nó đạt được nếu nó có thể đạt được Điều này đòi hỏi một tư duy hoàn chỉnh về phương pháp luận độ tin cậy, một hoạt động luôn luôn tiến triển

∗ Theo các mức an ninh :

Việc phân loại về hình thức các mức an ninh thế giới điện đầu tiên được Dy Liacco đưa ra đã lập nên nền tảng cho một trong những nhiệm vụ quan trọng và phức tạp nhất của Hệ Thống Quản Lý Năng Lương (EMS) trong các trung tâm điều khiển hiện nay và sau đó được Fink và Carsen làm sáng tỏ thêm để xác định các chức năng EMS thích hợp Scott [Scott et al, 1987] gần đây đã giới thiệu một sơ đồ mức an ninh tĩnh thực tiễn hơn (Hình vẽ 2.3) bằng cách kết hợp các mức an ninh

“an ninh do điều chỉnh” (mức 2) và “không an toàn có thể điều chỉnh” (mức 4) Trong hình vẽ, các đường mũi tên thể hiện chuyển đổi giữa các mức 1 và 5 do các sự cố Sự loại bỏ các vi phạm từ mức 4 thông thường đòi hỏi “tác động hiệu chỉnh”

hay “tác động sửa chữa” EMS trực tiếp, mang hệ thống trở về mức 3, từ đó nó có thể trở về mức 2 hay mức 1 bởi “tác động phòng ngừa” EMS trực tiếp tuỳ theo các mục tiêu an ninh vận hành cần thiết

Các mức 1 và 2 thể hiện trạng thái vận hành bình thường của hệ thống nhưng mức 1 có sự an ninh lý tưởng nhưng quá bảo thủ và đắt tiền trong khi mức 2 thì kinh tế mà không bị mất tải trong một chu kỳ thời gian xác định Các giới hạn vận hành sau sự cố có thể khác nhau so với các giá trị của chúng trước sự cố

III AN NINH :

III.1 Định nghĩa an ninh:

Hầu hết các tác giả đều công nhận là Dy Liacco là người đặt nền tảng lý thuyết về sự an ninh trong hệ thống điện qua một loạt các báo cáo và bài báo đã được xuất bản trong những năm cuối thập niên 60 và thập niên 70 [Dy Liacco 1967,

1968, 1974, 1978] Dy liacco ban đầu định nghĩa sự an ninh theo các điều kiện thoả mãn một tập các ràng buộc không bằng nhau trên một tập con của những nhiễu loạn có thể xảy ra được gọi là “tập sự cố kế tiếp” Ủy Ban Độ Tin Cậy Về Điện Bắc Mỹ (NERC) cung cấp những hướng dẫn về độ tin cậy và sự an ninh cho tất cả các hệ thống điện riêng biệt ở Bắc Mỹ định nghĩa sự an ninh như là “sự ngăn cản những thiếu hụt về điện liên tục khi nguồn cung cấp chính phải gánh chịu những nhiễu loại xấu nhất” [Balu et al 1992] ngược lại ở Châu Âu, một nhóm làm việc

của CIGRE gần đây đã đề nghị rằng “an ninh trong hệ thống điện là khả năng

của hệ thống có thể đối đầu với những biến cố bất ngờ mà không có người vận hành gây nên sự mất tải không thể điều khiển được” [Haubrich & Nick 1993] Tuy

nhiên những phát biểu khác chỉ đơn giản sự an ninh trong hệ thống điện là “nghệ thuật là khoa học bảo đảm sự sống còn của các hệ thống điện” [Marceau 1993]

Định nghĩa cuối cùng này cho một ý nghĩa tổng quát về những gì mà những nhà qui hoạch hệ thống và những người vận hành có thể hiểu một cách trực giác khi sử dụng thuật ngữ an ninh : Sự an ninh là bao gồm tất cả những gì nó nhận vào cho sự vận hành sống còn và tin cậy của hệ thống

Sự mở rộng của phân tích độ tin cậy được đưa ra để bao hàm khả năng không ổn định được gọi là phân tích an ninh, một thuật ngữ không đúng đã dẫn tới sự nhiều nhầm lẫn bởi vì nó được nhiều người sử dụng trong nhiều phạm vi khác nhau Mặc dù các phần trước đã đưa ra các định nghĩa một cách tổng quát được sử dụng trong qui hoạch và vận hành, thuật ngữ an ninh được sử dụng theo một số cách khác nhau ngay cả trong ngành điện Trong lĩnh vực bảo vệ hệ thống điện, chẳng hạn, các kỹ sư thường quan tâm tới sự an ninh như là khả năng của một thiết

bị bảo vệ không gây các tác động ngắt không chủ ý

Tuy nhiên, độ tin cậy hệ thống điện nghiêng về mối quan hệ của an ninh tới quá trình động xảy ra khi hệ thống chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác

Hãy xem xét một hệ thống điện chuyển từ một trạng thái sang một trạng thái khác như là kết quả của một sự cố trên mạch truyền tải dẫn đến việc cắt một đường dây ra Cả hai trạng thái này có thể tự nó là tương hợp nếu hệ thống có khả năng thoả mãn tất cả các yêu cầu và ràng buộc trong trạng thái xác lập Tuy nhiên, nếu hành vi động và quá độ của hệ thống cũng được kể đến, nó cho thấy rằng sự chuyển đổi không thể xảy ra mà không có vi phạm giới hạn ổn định Trong trường hợp này, trạng thái ban đầu sẽ được cho là tương hợp nhưng không an toàn (không ổn định tiềm tàng)

Việc xem xét tiếp theo ví dụ này sẽ giải thích sự khác nhau giữa những thuật ngữ Châu Âu và Bắc Mỹ Hình 2.1, nó có thể xảy ra rằng trạng thái mà từ đó sự chuyển đổi ở trên xảy ra có thể là không tương hợp nhưng an toàn nếu không có sự chuyển đổi nào có thể dẫn tới sự bất ổn định Điều này phản ánh cách sử dụng thuật ngữ của Bắc Mỹ mà các trạng thái không an toàn được định nghĩa như là tập con của các trạng thái báo động, từ đó các sự cố có thể dẫn tới bất ổn định Định nghĩa này cho phép sự sự hiện diện của sự an toàn trừ các trạng thái không tương hợp mà trong trường hợp đó khu vực an ninh có thể đạt được xa hơn biên tương hợp trong Hình 4.1 Cách sử dụng thuật ngữ của Châu Âu lại thiên về tất cả các trạng thái báo động là không an toàn, và bằng cách áp dụng trong tất cả các trạng thái không tương hợp Trong trường hợp này, khu vực an ninh lấp đầy bên trong khu vực tương hợp (Hình 4.1)

Hìn

H.3.1 Các khu vực khả thi, tương hợp và an ninh của một hệ thống điện giả thiết

có hai nguồn

An ninh hệ thống có thể được chia theo hai chức năng chủ yếu được tiến hành ở

một trung tâm vận hành : (I) đánh giá an ininh, và (ii) điều khiển an ninh Đánh giá

an ninh sẽ cho mức độ an ninh của trạng thái vận hành hệ thống Điều khiển an ninh xác định việc lập kế hoạch có ràng buộc an ninh thích hợp cần thiết để đạt được tối ưu mức an ninh đích

Chức năng an ninh trong một EMS có thể được thực hiện theo một trong các phương thức “thời gian thực” và “nghiên cứu” Phương thức thời gian thực sẽ dựa trên mô hình thời gian thực của hệ thống trong khi phương thức nghiên cứu khảo sát điều kiện làm việc dự báo được xác lập từ các chế độ có trước và các thông tin về hướng tiến triển hoặc các điều kiện giả thiết Các chứng năng ứng dụng thời gian thực có một sự cần thiết đặc biệt cho tốc độ và độ tin cậy tính toán

Mức an ninh tĩnh của một hệ thống được đặc trưng bởi sự hiện diện các điều kiện vận hành nguy hiểm (các vi phạm giới hạn) trong các trạng thái vận hành thực (trước sự cố) hay tiềm năng (Sau sự cố)

Đánh giá an ninh :

Đánh giá an ninh hệ thống là quá trình tìm kiểm ra bất kỳ sự vi phạm nào hay nói cách khác mục tiêu của đánh giá an ninh là xác định mức độ an ninh của chế độ làm việc của hệ thống làm cơ sở cho cho chức năng điều khiển an ninh tức là tính toán các tác động điều khiển cần thiết nhằm đưa hệ thống tới một mức an ninh mới

Đánh giá an ninh hệ thống bao gồm hai chức năng : (I) giám sát hệ thống, và (ii) phân tích sự cố

- Giám sát hệ thống cung cấp cho người vận hành hệ thống thông tin nhận

thường xuyên về các điều kiện vận hành hiện thời của hệ thống điện Dạng đơn giản nhất chỉ phát hiện những trạng thái vận hành thực sự hệ thống

- Phân tích sự cố thì đòi hỏi khắc khe hơn và thường được thực hiện ở ba trạng

thái riêng biệt, tức là xác định cố, lựa chọn và đánh giá sự cố

Điều khiển an ninh

Chức năng điều khiển an ninh cho phép người vận hành thay đổi vận hành hệ thống trong trường hợp chương trình phân tích sự cố dự đoán có một sự cố nghiêm trọng có thể xảy ra

III.2 Lựa chọn sự cố :

Có hai tiếp cận chính :

Các phương pháp trực tiếp : Các phương pháp này bao gồm việc gạn lọc và

xếp hạng các sự cố và giám sát các đại lượng sau sự cố thích hợp (công suất, điện áp)

Các phương pháp gián tiếp : Các phương pháp này cho các giá trị của các

chỉ số trong trường hợp sự cố để xếp hạng không cần tính toán các đại lượng sự cố được theo dõi trực tiếp

Mô phỏng sự cố đường dây thì phức tạp hơn sự cố máy phát, vì sự cố đường dây dẫn đến thay đổi cấu hình hệ thống Bài toàn nghiên cứu hàng trăm sự cố có thể xảy ra trở nên rất khó khăn để giải quyết nếu phải cần đến kết quả nhanh

chóng cho việc thực hiện các điều chỉnh Một trong những cách đơn giản nhất để đạt được tính toán nhanh các quá tải có thể xảy ra là sử dụng các hệ số độ nhạy mạng Các hệ số này chỉ ra sự thay đổi xấp xỉ các phân bố trên đường dây do những thay đổi nguồn trong cấu hình mạng và được dẫn ra từ phân phối DC Có hai loại như sau :

1 Các hệ số phân phối dịch chuyển nguồn phát

2 Các hệ sống phân phối sự cố đường dây

Trong trường hợp đặc biệt khi một sự cố gây nên tình trạng nguy hiểm thì tác động điều khiển để làm giảm nhẹ các vi phạm giới hạn sẽ luôn được thực hiện nếu có khả năng đó là hệ thống bảo vệ cho phép thời gian để làm việc đó

Chức năng điều khiển an ninh đối phó lại từng trường hợp sự cố không an toàn, thường người ta làm giảm mức tác động nguy hiểm bằng cách :

(i) Tác động đến trạng thái vận hành trước sự cố để làm giảm nhẹ tình trạng nguy hiểm do bởi sự cố

(ii) Phát triển một chiến lược điều khiển sau sự cố để loại bỏ tình trạng nguy hiểm (iii) Không thực hiện tác động nào cả, trên cơ sở tình trạng nguy hiểm sau sự cố là nhỏ và xác suất xảy ra rất thấp

Một chức năng điều khiển an ninh đặc biệt sau đó được thiết kế để :

(i) Vận hành trong thời gian thực hay chế độ nghiên cứu

(ii) Lập kế hoạch cho các điều khiển công suất thực hay kháng hoặc cả hai

(iii) Đạt được một mức an ninh xác định

(iV) Cực tiểu hóa một mục tiêu vận hành xác định

Chỉ một phần nhỏ công việc trong phân bố công suất tối ưu (OFF) được tính đến trong các ràng buộc an ninh Những ứng dụng thành công nhất là điều độ công suất thực có ràng buộc an ninh và bài toán con OFF

III.3 Phân tích an ninh :

Việc đánh giá an ninh truyền thống của hàn trăm sự cố trên quá tải nhánh và các vi phạm điện áp nút bao hàm trong việc thực hiện tuần tự phân bố tải AC đầy đủ cho mỗi sự cố, được tiếp sau bởi một sự kiểm tra các vi phạm giới hạn Tuy nhiên, đối với các hệ tống lớn thì tiếp cận này bộc lộ yếu điểm là tốn nhiều thời gian đặc biệt là trong thời gian thực Để vượt qua ràng buộc tính toán này, nhiều phương pháp xấp xỉ được phát triển dựa trên ý tưởng là phần lớn các sự cố không gây nên các vi phạm dịch chuyển lớn

Người ta phân biệt hai loại phương pháp : các Phương pháp loại một thường được gọi là các phương pháp xếp hạng Chúng định lượng mỗi sự cố bằng một chỉ số nguy hiểm (PI) vô hướng, đại lượng này sẽ đo các cưỡng bức trong hệ thống Các sự cố sau đó được xếp hạng theo trật tự tác động xấu giảm dần căn cứ theo giá trị PI Một tập các phương pháp này không hoàn toàn tin cậy do bởi sự xấp xỉ và không chính xác của việc xếp hạng Đặc biệt chúng thiên về sự phân loại và những sai số mặt nạ, ở đó một sự cố với một vài vi phạm có tác động xấu có thể được xếp đồng hạng với một sự cố có nhiều vi phạm không quan trọng hay tồi hơn là với một

sự cố mà không gây bất cứ vi phạm nào

Các phương pháp thuộc loại thứ hai đòi hỏi khả năng khả năng tính toán của máy tính lớn hơn nhưng nó cho phép tránh được các sai số mặt nạ và cho phép nhận dạng toàn bộ các vi phạm và độ dịch chuyển lớn so với trạng thái ban đầu Người ta dùng một xấp tổng quát hay lời giải hệ thống riêng phần để nhận dạng các trường hợp gây nên các vi phạm, và đạt được tốc độ tính toán hợp lý Hiệu quả của các phương pháp này tăng lên nhờ vào sự phát triển các kỹ thuật vector thưa

Do vậy, việc xếp hạng bằng các chỉ số nguy hiểm là không cần thiết Các phương pháp được cải tiến liên tục này càng ngày hướng tới lời giải cục bộ ở đó chỉ cần chọn và giải phần bị cưỡng bức của mạng thay vì giải toàn bộ mạng

Công việc đầu tiên của viễn cảnh này là sự mở rộng đồng tâm, tức là thực hiện một lời giải xấp xỉ cho phần rút gọn của mạng ban đầu Phần này thể hiện một vài xếp chồng các nút gần sự cố Lời giải được thực thi xếp chồng với giả thiết rằng điện áp ngoài khu vực được chọn vẫn giữ hằng số cho đến khi nào sự sai lệch điện áp giữa các nút trên biên vẫn còn nhỏ hơn một dung sai được xác định trước bằng cách sử dụng sơ đồ Gauss – Seidel Nguyên lý của ý tưởng này là phần hệ thống thành 2 hay 3 hệ thống con : hệ con thứ nhất bao gồm các nút xung quanh phần tử sự cố : Hệ con thứ hai bao gồm các nút trên biên được nối với hệ con thứ nhất và hệ con thứ ba bao gồm phần còn lại của hệ thống Các phương pháp này dựa trên các tiểu chuẩn biên được thành lập để xác định mạng sẽ được giải Các phương pháp này rất hữu hiệu trong phân tích tuyến tính (phân bố công suất nhánh)

Gần đây, các phương pháp mới được gọi là các phương pháp biên đã được phát triển bằng cách sử dụng các tiêu chuẩn nhận dạng các nhánh có thể quá tải và các nút mà lượng Q không phù hợp phải được tính toán cũng như các nút có thể xảy ra dịch chuyển điện áp đáng kể Điểm tới hạn của các phương pháp này là sự xác định của các tiêu chuẩn khác nhau cho phép lựa chọn tốt nhất các nút cho các các tính toán

III.4 Phân tích sự cố :

Phân tích sự cố sẽ mô phỏng mỗi chế độ tiềm tàng (có khả năng xảy ra) trên chế độ ban đầu và kiểm tra các vi phạm giới hạn làm việc Về nguyên tắc, tính toán phân bố công suất có thể được tiến hành cho mỗi trường hợp sự cố nhưng thực tế có ba vấn đề khó khăn cần phải giải quyết cho vấn đề phân tích sự cố trong thời gian thực :

1 Lập mô hình thích hợp cho hệ thống cần nghiên cứu

2 Xác định sự cố cần xem xét

3 Phát triển các phương pháp cho phép tính toán một số lớn sự cố trong thời gian ngắn

Tiếp cận chung cho bài toán phân tích sự cố bao gồm ba giai đoạn : Xác định sự cố chọn lọc sự cố và đánh giá sự cố Xác định sự cố để đưa ra một danh sách các sự cố có xác suất xảy ra cao sẽ được xử lý Danh sách này, thường rất lớn, thay đổi theo chế độ phụ tải và cấu hình của hệ thống và có thể bao gồm cả sự cố thứ cấp

(tức là sự cố được gây ra bởi một sự cố) Mỗi sự cố sẽ được mô tả bởi hỏng hóc trên nhánh hay nguồn phát trong mạng Chọn lọc sự cố cho phép giảm nhẹ nhiều công sức tính toán, mục đích là loại bỏ những sự cố có xác suất xảy ra thấp và không gây nguy hiểm Các sự cố này được xếp hạng theo thứ tự tác động nguy hiểm giảm dần nhờ sử dụng các thuật toán lựa chọn sự cố để rút ngắn danh sách Đánh giá sự cố sẽ dùng công cụ chính xác hơn của giải tích hệ thống để mô phỏng các sự cố theo thứ tự đã xếp Quá trình được tiếp tục cho đến khi nào sự cố không còn gây vi phạm giới hạn an ninh hoặc cho đến khi đã xem xét đủ một số lượng nào đó sự cố hay đã hết thời gian tính toán cho phép

III.5 Nhận dạng các trạng thái an toàn :

Để tách biệt các trạng thái an toàn và không an toàn, từ thực tế bình thường của một hệ thống điện riêng biệt người ta chọn ra một dãy các sự cố (được dựa trên quá trình vận hành và kinh nghiệm), thường người ta quan tâm đến như là các sự cố bình thường Những sự cố này được định nghĩa trong phần 2, trong thực tế chúng thường được xác định như là sự mất mát bất kỳ phần tử đơn nào trong hệ thống điện (như đường dây, máy biến áp, máy phát, đường dây đôi) hoặc là tự phát hay

do xảy ra trước bởi sự cố một pha hay ba pha [Galiana, McGills & Marin 1992] Điều này thường có liên quan đến tiêu chuẩn N-1 Công ty điện lực qui hoạch và vận hành hệ thống điệ với nếu bất kỳ một trong các sự cố sau đây xảy ra :

1 Nó sẽ nhanh chong phục hồi qua sử dụng các hệ tống bảo vệ chính và các thiết

bị điều khiển tự động, và tiếp tục cung cấp tất cả trong phạm vi công suất cho phép (Điện áp và tần số)

2 Đưa vào lại một trạng thái tương hợp bằng cách tận dụng các điều chỉnh hệ thống thứ yếu, bao gồm đóng cắt bằng tay

Khu vực mà các tiêu chuẩn này thoả mãn được chỉ ra trong phần gạch chéo trong Hình 4.1 và được gọi là khu vực “an ninh” Trong khu vực này, sự ổn định hệ thống (tức là hoặc là ổn định động, quá độ hoặc ổn định điện áp dài hạn) không được phụ thuộc vào các hệ thống bảo vệ đặc biệt (SPS), như là sa thải phụ tải hay loại bỏ nguồn, hay sự can thiệp trực tiếp của con người Như đã nói ở trên, sự an ninh đòi hỏi, một phần từ các điều kiện sự cố tạm thời (Hình 2.2), cả hai tiêu chuẩn thực thi sự tương hợp trạng thái xác lập và sự ổn định trạng thái xác lập phải được lưu ý đến Các giới hạn sự an ninh vì thế thiết lập hàng rào đầu tiên của một hệ thống điện trong chiến lược “thụ động” hay “quyền ưu tiên trược” chống lại nhiều sự kiện không dự kiến trước có thể gây xáo trộn hay đe dọa sự vận hành của nó

Như đã đề cập ở trên, những tiêu chuẩn thiết kế để làm giảm nhẹ ảnh hưởng của các sự cố nguy hiểm lập hàng rào thứ hai đối với hệ thống điện Các chiến lược vào loại này bao gồm sa thải phụ tải theo tần số hay loại bỏ nguồn cục bộ hay toàn cục

III.6 Các tiêu chuẩn an ninh :

Sự tiếp cận này để giải quyết sự an ninh trong hệ thống điện là hoàn toàn xác định Các tiêu chuẩn xác định được dựa trên qui tắc N-1 tiến tới cung cấp

những biên rộng lớn trong việc bảo vệ hệ thống chống lại các sự cố xâu nhất Trong thực tế, điều này có nghĩa rằng các nhà qui hoạch đề nghị các hệ thống mạnh và những người vận hành thao tác với các biên an ninh trong hầu hết các hệ thống điện

Sự lựa chọn các tiêu chuẩn xác định có thể có những hiệu quả có thể áp dụng rộng rãi có vào hình học (kích thước và hình hạng) của khu vực an ninh Ví dụ, với một hệ thống đã cho, nếu các giới hạn an ninh được xác định dựa trên một tiêu chuẩn như là sự cố đơn pha – đất cao hơn các giới hạn an ninh dùng trong các sự cố ba pha trong khoảng thời gian bằng nhau, điều này sẽ đưa đến kết quả trong một khu vực rộng lớn hơn Tuy nhiên, tiêu chuẩn trong sự cố pha – đất có thể đưa đến kết quả một chỉ số độ tin cậy mạng của 3 lần dừng hệ thống trong mười năm trong khi tiêu chuẩn trong sự cố ba pha có thể cung cấp một mạng tin cậy hơn bởi một hệ số của mười Nói cách khác, độ tin cậy hệ thống được tăng lên là hệ quả trực tiếp của việc thiết lập khả năng truyền tải trên cơ sở các tiêu chuẩn chính xác hơn : Mạng “có khả năng sao chép một dãy các sự cố rộng hơn nhiều” [McGillis et

al 1992] Được diễn tả theo nhiều thuật ngữ káhc nhau, độ lợi kinh tế ngắn hạn của việc vận hành ở các khả năng truyền tải cao hơn có thể được bù đắp bằng sự giảm dài hạn về độ tin cậy Như đã chỉ ra [Naggar 1986], các tiếp cận theo xác suất dựa trên các tiêu chuẩn tích hợp sẽ có ích trong tìm kiếm một biên tối ưu giữa các giới hạn vận hành và độ tin cậy hệ thống

IV AN NINH TRONG VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN :

IV.1 Môi trường trực tuyến :

Mục tiêu đầu tiên của các qui hoạch vận hành (và dĩ nhiên những người vận hành) là an ninh Các chỉ tiêu độ tin cậy có ý nghĩa định lượng sự thực thi của hệ thống điện riêng biệt (tức là bao gồm các tiêu chuẩn, các chiến lược, các lựa chọn đầu tư và quản lý nhân sự) với các nổ lực để được an toàn

Trong thực tế, những người vận hành hệ thống tối ưu hóa hệ thống như, khi vận hành trong vùng an ninh, cực tiểu hóa tổng chi phí Điều này thường bao hàm việc tạo ra sự điều độ các nhà máy phát điện kinh tế nhất trong phạm vi các ràng buộc vận hành bị bắt buộc không cần thiết tối ưu những yếu tố không bị ràng buộc Khi có sự cố xảy ra, sự ảnh hưởng có thể i) di chuyển điểm vận hành được chỉ ra trong HÌnh 4.1 và ii) thay đổi hình học của khu vực an ninh Tiếp theo đó, hệ thống nói chung sẽ được tối ưu lại bởi những người vận hành Nếu điểm vận hành bị di chuyển ra khỏi khu vực an ninh mới, thì những người vận hành sẽ tiến hành những bước để đưa điểm vận hành trở về bên trong miền an toàn này (tức là đóng cắt lại hay điều độ lại) ; nếu điểm vận hành vẫn còn nằm trong miền an toàn, thì sự điều độ lại cũng có thể thích hợp để tối ưu lại hệ thống, đặc biệt là từ quan điểm kinh tế

IV.2 Qui hoạch vận hành :

Hệ thống điện thường thay đổi cấu hình, như chúng ta đã thấy, điều này có thể tác động xấu đến khu vực an ninh, đặc biệt trong trường hợp tổn thất một số phần tử quan trọng, như là máy phát, đường dây truyền tải, máy biết thế hợp bộ với

máy phát… Những người vận hành vì thế phải theo dõi sự truyền công suất và điện áp để chắc rằng hệ thống vẫn còn nằm trong khu vực an ninh và nếu cần tiến hành những đo lường điều khiển thích hợp (tức là điều độ nguồn phát, đóng cắt công suất phản kháng) Các nhà qui hoạch vận hành xác định khu vực này, tùy thuộc vào cấu trúc hệ thống, hoặc là bởi i) tìm kiếm các giới hạn an ninh của mỗi hành lang truỵền tải riêng biệt hoặc là ii) tìm kiếm giới hạn điều độ an toàn của các nhà máy điện riêng biệt cho một tập các tiêu chuẩn xác định trước Các nghiên cứu này thường được thực hiện ngoại tuyến, đặc biệt nếu các giới hạn an ninh được dựa trên các tiêu chuẩn ổn định quá độ hay ổn định điện áp và cần thiết sử dụng phần mềm mô phỏng phức tạp tương ứng Với mỗi thay đổi trong cấu hình làm thay đổi một vài giới hạn của một hệ thống điện, vấn đề tìm kiếm các giới hạn theo cách này chủ yếu dựa vào bản chất của tổ hợp Các nhà qui hoạch vận hành cắt giảm bớt vấn đề xuống còn một tỷ lệ hợp lý bằng cách phân tích chỉ một tập những cấu hình được cọn (tức là các trạng thái), điều này sẽ dẫn tới duy trì được các giới hạn an ninh [Marceau 1993] Bởi vì việc thiếu hụt sử dụng của hệ thống vội vàng khi cần tăng khả năng tải

IV.3 Đánh giá an ninh trực tuyến :

Các quan sát này tạo thành cơ sở của các nỗ lực đáng kể hiện tại được dành cho việc đưa phân tích an ninh vào môi trường trực tuyến Logic đơn giản là : nếu các giới hạn an ninh xác định được xác định chính xác cho cấu hình hệ thống trong vận hành ở bất cứ thời gian nào đã được cho, điều này loại trừ sự cần thiết duy trì các giới hạn dựa trên số các lựa chọn và tiêu thụ, và thể hiện một hình thức tối ưu Thực trạng của công nghệ Hệ thống Quản lý Năng Lượng (EMS) thực sự thực hiện đánh giá an ninh thái xác lập trực tuyến, mặc dù điều này có ích chỉ đối với các hệ thống mà sự an ninh trạng thái xác lập là một vấn đề còn bàn cãi Trong các hệ thống phức tạp hơn, sự xác định giới hạn an ninh trực tuyến cần phải dùng phần mềm mô phỏng ổn định quá độ hay ổn định điện áp cực nhanh, hay là các hệ thống đánh giá giới hạn thông minh có thể xác định các giới hạn này trong một khoảng thời gian định sẵn tương thích với nhu cầu của người vận hành Tiêu điểm chính của nghiên cứu hiện tại trong đánh giá an ninh động là để phát triển các công nghệ phần cứng và phần mềm sẽ biến điều này thành sự thật [Meyer et al 1997]

IV.4 Phân tích an ninh trong qui hoạch vận hành :

Trong qui hoạch vận hành, phân tích an ninh động bao gồm nhiều vấn đề lớn như tìm trạng thái an ninh của mạng, giới hạn truyền công suất trong một hành lang truyền tải, sự cố xấu nhất xảy trong một vài khu vực, hay thực hiện một vài phân tích độ nhạy Trong thực tế, an ninh động thường được đo lường dưới dạng dưới dạng an ninh động, được xác định như là lượng công suất truyền cực đại của mạng không chỉ chịu được sự cố xấu nhất mà còn bảo đảm mức chất lượng phục vụ có thể chấp nhận được mà không phải mất tải

Việc phân tích an ninh được thực hiện bởi sử dụng phần mềm thuật toán cho đánh giá ngoại tuyến và điều khiển phân bố tải, ổn định quá độ, ổn định điện áp và

các đặc tính khác của mạng Nhưng ngay cả những mô phỏng được thực hiện nhanh, thì việc đánh giá và bảo đảm an ninh động co tất cả các loại cấu hình và các sự cố còn là một thử thách lớn (xem hình 7.1) Như đã thấy, với một số lớn các tổ hợp của các mạng Ndj và Ndij ngoài các sự cố Ck người ta không thể xem xét tất cả được Có ba lý do chính :

- Việc xác định giới hạn truyền công suất là một quá trình phức tạp đòi hỏi thực hiện nhiều mô phỏng ổn định và kiến thức chuyên môn đáng kể

- Mặc dù thời gian cho tính toán các mô phỏng ổn định quá độ giảm đáng kể trong những năm gần đây, quá trình vẫn còn cần nhiều thời gian do các công việc với kiến thức chuyên môn liên quan Sự thu thập dữ liệu, hợp lý dữ liệu đầu vào, hậu xử lý đầu ra và phân tích kết quả cần nhiều thời gian Sai số do con người, dữ liệu không chính xác, không đủ kiến thức và sự buồn tẻ công việc hàng ngày cũng đóng góp nhiều vào vấn đề này

- Do những điểm trước, kiến thức chuyên môn cần phải làm giảm qui mô bài toán theo cách mà giới hạn an ninh động của chỉ một tập các cấu hình “dù” cần được tìm ra rõ ràng Tập giảm nhỏ này làm cơ sở cho đánh giá các giới hạn an ninh động bao hàm tất cả các mạng Ndij Nhưng có cái gái phải trả : các tập mẫu nhỏ lại thiếu chính xác dẫn đến các giới hạn an ninh bảo thủ hơn và chi phí vận hành cao hơn

Nếu người ta muốn cải thiện hiệu quả và độ chính xác của phân tích an ninh động ngoại tuyến, phải bắt đầu từ đâu ? Cần thêm nhiều chuyên gia thì không thực tiễn : họ không đủ lực lượng để cung cấp, và việc đào tạo phải mất thời gian dài Một số người đưa ra giải pháp dùng các kỹ thuật trí tuệ nhân tạo, một số khác đề nghị dùng hệ chuyên gia (các ngôn ngữ thế hệ thứ ba) thường hay kết hợp với phương pháp năng lượng hay các công cụ thuật toán đơn giản Có một tiếp cận theo trật tự có hai lớp có cơ cấu như sau :

1 Quá trình có liên quan đến việc thực hiện các loại phân tích an ninh động khác nhau nhờ sử dụng phần mềm thuật toán Thương mại có sẵn

2 Các kỹ thuật heuristic cho việc lập ra các bảng giới hạn an ninh động hay giải các bài toán an ninh động bằng cách sử dụng tri thức được lưu trữ từ các mô phỏng trước

Việc nghiên cứu được tiến hành trên giao thức mức sản xuất chỉ ra rằng nó có thể cơ cấu hoá các thủ tục được tiến hành theo truyền thống của những chuyên gia Sự cơ cấu hóa này làm gia tăng đáng kể sự nhận thức các quá trình phực tạp

IV.5 Điều khiển an ninh :

Sự làm nhẹ quá tải mạng thường được thực hiện bằng cách phân luồng lại công suất thực Điều này thông thường bao gồm việc tác động lên nguồn phát và một số biện pháp khác như những thay đổi trong các góc dịch chuyển pha, thiết lập lại kế hoạch các đường dây HVDC tải, và đóng cắt đường dây Với sự hiện diện của việc quá tải trong thời gian thực, một thuật toán phải có khả năng cung cấp kế hoạch thao tác sửa chữa trong một thời gian hợp lý trong khi xem xét tất cả các ràng buộc

vận hành Các kỹ thuật qui hoạch tuyến tính (LP) đã được đưa ra cho việc hiệu chỉnh bài toán quá tải đường dây

Lời giải của bài toán LP điều khiển an ninh có thể được tiếp cận theo hai cách Tiếp cận thứ nhất bao gồm giá trị ban đầu của hàm mục tiêu f, độ dịch chuyển điều khiển tối thiểu với tất cả các phương trình ràng buộc được thoả mãn Giá trị ban đầu này của f sau đó được cải tiến bằng một quá trình trao đổi liên tục bình thường các ràng buộc trên các giới hạn với các ràng buộc không nằm trên các giới hạn trong khi vẫn duy trì tính khả thi Đây là sự tiếp cận nguyên thủy Mặt khác sự tiếp cận đối ngẫu bao gồm giá trị ban đầu của f thoả mãn tối ưu phần của các ràng buộc trên các giới hạn Bất kỳ các ràng buộc bị vi phạm nào còn lại sau đó được thoả mãn bằng một quá trình trao đổi giới hạn liên tục làm cực tiểu hóa sự gia tăng trong f nếu bài toán khả thi, tức là tất cả các ràng buộc có thể được thoả mãn, thì các lời giải thu được từ hai phương pháp là giống nhau

Các tiếp cận nguyên thủy và đối ngẫu cơ bản là khác nhau về mặt triết lý, tức là xử lý đồng thời các ràng buộc như được so sánh với một chiến lược cố định ràng buộc tích cực Tiếp cận đối ngẫu có ưu thế là lời giải khả thi ban đầu không cần thiết, và người ta thấy rằng tiếp cận LP đối ngẫu có hiệu quả trong bài toán điều khiển hiệu chỉnh vì nó cần chỉ một tập con các ràng buộc ở mỗi bước của quá trình Khi tác động phòng ngừa, xem xét một danh sách các trường hợp sự cố có thể xảy ra, được thực hiện thì một một số lượng lớn các điều khiển và các ràng buộc được cần đến, và dẫn đến kết quả là khối lượng tính toán rất lớn Để điều khiển độ dịch chuyển cực tiểu, bài toán thường bị suy biến đã được dẫn ra khi thực hiện những bài toán LP nào đó mà việc tính toán quá đắt đỏ để giải khi dùng phương pháp đơn hình, vì nó vì nó thiên về sử dụng trong một thời gian quá lâu ở một vài đỉnh

Đối với bài toán điều độ phòng ngừa mạng phải được mô phỏng dưới những điều kiện bị hỏng hóc các thành phần, trong thời gian đó trạng thái vận hành có thể lệch đáng kể so với các điều kiện trường hợp ban đầu Các phân bố công suất trên đường dây sau sự cố được tính toán nhờ sử dụng các hệ số phân bố hư hỏng đường dây, và các nhánh tương ứng sau đó được giám sát bằng cách gộp chúng vào tập ràng buộc Tuỳ thuộc vào số các sự cố bao hàm trong nghiên cứu, số các ràng buộc có thể tăng lên đáng kể

Những tiếp cận sau này xem xét làm giảm nhẹ quá tải trên mạng bằng các điều khiển công suất thực Các lựa chọn điều khiển có thể bao gồm dịch chuyển nguồn phát, điều khiển bộ dịch pha (phase – shifter), điều khiển đường dây liên kết HVDC, và sa thải phụ tải Tất cả các thao tác điều khiển này có thể thể hiện bằng giải thích như những thay đổi nguồn bơm vào nút

Các bài toán hệ thống điện được đặc trưng bởi kích thước lớn và rất thưa thớt Các kỹ thuật tuyến tính hoá thường được dùng cho bài toán của các hệ thống điện phi tuyến Thuật toán điểm trong (interior point) có thể giải các bài toán LP lớn nhanh hơn phương pháp đơn hình đã được sử dụng trên 30 năm

IV.6 Điều khiển phòng ngừa :

Sự cần thiết đánh giá an ninh động (DSA) theo thời gian tực đã được đánh giá cao, DSA liên quan đến việc xác định các sự cố có thể gây nên các vi phạm giới hạn hệ thống điện những sụt áp quá độ không thể chấp nhận được, bất ổn định hệ thống Sự phân tích này đòi hỏi phải đánh giá khả năng giữa các quỹ đạo hệ thống trong miền không gian trạng thái chấp nhận được dưới một tập các sự cố xấu nhất nhưng đáng tin cậy và cho các chỉ số các thao tác sửa chữa khi cần

Các thao tác sửa chữa trong DSA có một 1 ý nghĩa hoàn toàn khác so với đánh giá an ninh tĩnh (SSA) Trong SSA có sự phân biệt rõ ràng giữa các thao tác phòng ngừa và các thao tác hiệu chỉnh Trong DSA chỉ có cách là làm ổn định trường hợp không ổn định bằng các thao tác phòng ngừa, vì đã quá trễ khởi động bất cứ thao tác nào khi xảy ra sự cố Có hai loại thao tác sửa chữa chính ; một là trang bị các sơ đồ thao tác sửa chữa có thể sa thải phụ tải hay ngồn phát nếu có sự nhiễu loạn đặc biệt nào đó ; hai là qui hoạch lại nguồn Hai thao tác này nếu được hoạt động đồng thời thì phải được thoả hiệp trên cơ sở chính sách của Công ty điện lực được xác định trước

Khi xem xét đến thao tác phòng ngừa ổn định quá độ, không có sơ đồ nào đạt được tính thực tiễn đã được thự thi cho đến hiện nay dù là người ta thừa nhận tầm quan trọng của nó Điều này về cơ bản là do tực hiện tính toán một khối lượng rất lớn phân tích ổn định quá độ dựa trên điều khiển phòng ngừa Để giảm khối lượng tính toán, trong những năm gần đây người ta đã áp dụng thật toán xử lý song song Đã có một số phương pháp được áp dụng cho điều khiển phòng ngừa :

1 Người ta áp dụng các phương pháp trực tiếp như phương pháp hàm năng lượng để tạo ra một số đo về biên ổn định được sử dụng trong đánh giá các thao tác điều khiển phòng ngừa bằng phân tích độ nhạy Người ta đã đưa ra các sơ đồ khác nhau để cải tiến biểu diễn hệ thống và giảm thời gian tính toán Hơn nữa, người ta cũng đưa ra kỹ thuật điều khiển phòng ngừa cho ổn định động dựa trên phương pháp hàm năng lượng và kỹ thuật điều khiển phòng ngừa bằng cách xem xét nhiều sự cố cần thiết dựa trên phương pháp độ dốc nhất

2 Người ta còn áp dụng một phương pháp phân tích độ nhạy dựa trên tiêu chuẩn diện tích bằng nhau mở rộng trong đánh giá an ninh động quá độ trực tuyến và điều khiển phòng ngừa

• Các phương pháp nhận dạng cũng được áp dụng để xác định các thao tác điều khiển trong điều khiển phòng ngừa ổn định Phương pháp nhađiều khiển phòng ngừa

• Các phương pháp nhận dạng cũng được áp dụng để xác định các thao tác điều khiển trong điều khiển phòng ngừa ổn định Phương pháp nhận dạng để phân biệt trong thời gian vận hành trực tuyến ổn định quá độ bằng kỹ thuật học ngoại tuyến

• Một tiếp cận khác để xác định các số đo điều khiển phòng ngừa nhằm bảo đảm ổn định quá độ bằng các mạng neuron nhân tạo (ANN) Trong trường hợp này thì sự điều độ nguồn được dẫn ra bằng các hàm kinh tế và các độ nhạy của các biên

năng lượng có được từ các ANN được huấn luyện Các số đo điều khiển phòng ngừa còn được xác định qua phương pháp tối ưu hóa ANN lại để giải quyết vấn đề điều độ kinh tế với các ràng buộc ổn định quá độ Ngoài ra người ta còn ứng dụng ANN cho việc xác định các chiến lược điều khiển phòng ngừa của các hệ thống điện tự động với một nguồn lớn năng lượng tái sinh, như năng lượng gió chẳng hạn, đối với các hệ thống điện độc lập ở những nơi xa xôi, nếu phát hiện ra bất an inh nó sẽ đề nghị các điểm vận hành ổn định mới nhờ sử dụng tiếp cận tối ưu hóa ANN lai để kiểm tra các khả năng khả thi có thể dẫn đến thay đổi phát công suất nhờ vào các máy phát năng lượng gió hay diesel

• Người ta cũng đã phát triển phương pháp mới về tác động điều khiển nguồn để nâng cấp an ninh động hệ thống Phương pháp tìm kiếm nguồn mới sao cho mỗi máy phát được đặc trưng bằng mức độ thay đổi tốc độ giống nhau, tùy vào thời gian cắt sự cố

• Một phương pháp nữa là điều khiển phòng ngừa động trực tuyến dựa trên kỹ thuật qui hoạch phi tuyến để đánh giá các thao tác điều khiển nhằm bảo đảm an ninh động hệ thống Nó chỉ ra rằng sự tiếp cận khá tổng quát để cải thiện hành vi quá độ của hệ thống với việc xem xét các mục tiêu khác nhau Ý tưởng cơ bản của điều khiển phòng ngừa động (DPC) trực tuyến có thể được xem như là một bài toán tối ưu tĩnh trong đó một hàm chi phí được cực tiểu tùy thuộc vào các ràng buộc bằng nhau và không bằng nhau Các ràng buộc bằng nhau bao gồm việc rời rạc hóa

ở mỗi bước thời gian của hệ phương trình đại số vi phân mô tả hệ thống Các ràng buộc không bằng nhau xác định miền mà các quỹ đạo hệ thống nên bao hàm để thoả mãm các yêu cầu thực tiễn về tính khả thi của hệ thống (ổn định, các độ sút áp…)

IV.7 Sự ảnh hưởng của thời gian cần thiết để hoàn chỉnh thao tác sửa chữa:

Nếu một trạng thái hệ thống là không tương hợp, nó chỉ ra rằng có một hay nhiều ràng buộc của hệ thống bị vi phạm hay có lẽ nhu cầu của hệ thống được thỏa mãn Thao tác sửa chữa vì thế cần phải có Hành động này có thể mang hình thức của sự điều độ lại, sa thải phụ tải, hay các phương pháp lựa chọn điều khiển các thông số của hệ thống Tuy nhiên, tất cả các sửa chữa này cần phải có thời gian để hoàn thành Các tỷ lệ thời gian cần thiết co thao tác sửa chữa thay đổi tùy theo vấn đề điện áp (như quá điện áp hay sụp đổ điện áp), thì tỷ lệ thời gian mất nhiều giây đến vài phút Nếu là sự bất ổn định quá độ, tỷ lệ thời gian mất tối đa vài giây Nếu quá trình động của hệ thống điện gây nên sự tách rời khỏi trạng thái này trước khi thao tác sửa chữa có thể hoàn thành, thì hệ thống có thể chuyển tới một trạng thái với độ bất tương hợp cao hơn hay tới một trạng thái không ổn định Mặt khác, nếu hành động khắc phục có thể được hoàn thành trong một khoảng thời gian ngắn hơn so với thời gian cần cho quá trình động, hệ thống có thể trở về một trạng thái tương hợp hay trở nên không tương hợp riêng phần ở đó vài tải không được cung cấp công suất nhưng các ràng buộc về điện áp và đường dây không bị vi phạm Điều này dẫn tới kết luận rằng thời gian để thực hiện thao tác sửa chữa là

một thông số cơ bản trong việc xác định hoặc là một trạng thái tương hợp, tương hợp riêng phần, sự không tương hợp hay không an toàn

Bất kỳ trạng thái nào có thể được xác định hoặc là không tương hợp hoặc là không an toàn có thể được coi như là một trạng thái sự cố hệ thống và, vì thế, đóng góp vào sự không tin cậy hệ thống Các kỹ thuật đánh giá độ tin cậy dùng để nhận dạng các trạng thái sự cố và chỉ những trạng thái này mà sự không tương hợp đã được xác định vì thế bỏ qua các trạng thái tương hợp trong đó có cả sự mất an ninh Tuy nhiên, những điều này có thể dẫn đến sự sụp đổ hay bất ổn định và vì thế dẫn tới các sự cố hệ thống không được nhận dạng trong các nghiên cứu tương hợp

IV.8 Các trạng thái sự cố :

Bây giờ chúng ta có thể thấy rằng có ba trường hợp có thể dẫn tới, theo nguyên lý, mất nguồn cung cấp Đó là :

1 Các trường hợp mà một tổ hợp của nhu cầu và nguồn phát sao cho không thể vận hành trong khu vực an toàn (tương ứng với các tiêu chuẩn ổn định và N-1) Trong trường hợp này, cần thiết hoặc là ngắt phía nhu cầu ra trước sự cố, hay (có khả năng hơn) vận hành trong phạm vi không an toàn tiềm tàng trạng thái báo động

2 Các trường hợp mà không thể vận hành trạng thái tương hợp hay ngay cả trạng thái không tương hợp tiềm tàng Ví dụ chung nhất của trạng thái này là sự không thỏa mãn toàn cục của nguồn phát Trong trường hợp này, phải sa thải phụ tải

3 Nơi mà hệ thống điện đang được vận hành trong khu vực an toàn, nhưng có một sự cố hay tổ hợp các sự cố, hay hai sự cố cảy ra rất nhanh mang điểm vận hành ra khỏi khu vực tương hợp Điều này được thể hiện trong hình 4.1 và tương ứng với trường hợp của sự cố rất nguy hiểm ngược lại cái tạm gọi là khu vực an ninh thì không miễn dịch

Tính logic ở trên chứng tỏ rằng nếu khái niệm sự an ninh bị bỏ quan, một vài trạng thái không an toàn được cho là tương hợp và không giải thích đúng đắn các trạng thái đóng góp và sự bất tin cậy hệ thống Tuy nhiên, sự đánh giá sự tương hợp theo xác suất được ghép với các giới hạn an ninh xác định (và vì thế còn chưa sắc sảo) là hướng mở cho lựa chọn thực tế cho các nhà qui hoặc bởi sự thách thức lớn về kỹ thuật của việc mở rộng các phương pháp xác suất và lĩnh vực an ninh

IV.9 Sự bất ổn định

Có một vài tranh cãi xung quanh việc xem xét vị trí của sự bất ổn định trong phân tích độ tin cậy Một vài tác giả coi trạng thái không ổn định tương đương với trạng thái không an toàn, Nhưng thực tế không giống theo tư liệu này Ở đây, một trạng thái không an toàn được xác định như là trạng thái không ổn định tiềm tàng (xem phần 2.2) Sự bất ổn định có thể dẫn tới sự sụp đổ hệ thống hay, nếu thao tác sửa chữa hoàn toàn trong khoảng thời gian cho phép nào đó, dẫn tới trạng thái ổn định giống như bao gồm cả hai trạng thái không tương hợp và không an toàn (không ổn định tiềm tàng) Điều này được giải thích trong hình 2.2

V NHỮNG TIẾP CẬN AN NINH THEO XÁC ĐỊNH

Trong các tư liệu xác định truyền thống, cả sự tương hợp và sự an ninh được

thử nghiệm bởi hàng loạt các thí nghiệm có hệ thống Trong trường hợp tương hợp, tạm gọi là thí nghiệm N –1 được áp dụng : các thành phần chính được loại ra từ cái một và hệ thống phải được thiết kế sao cho không có các vi phạm sự tương hợp (tức là các yêu cầu về tải, điện áp, công suất kháng…) xảy ra trong các cấu hình hệ thống kết quả Tải đường dây và điện áp nút được tính toán thông qua phân tích phân bố tải, và giá trị cho phép tối đa của chúng được xác định riêng biệt bởi các giới hạn nhiệt của các đường dây và các tiêu chuẩn vận hành được chấp nhận của hệ thống điện riêng biệt

Hình 4.1 Sự chuyển đổi từ trạng thái an toàn sang trạng thái không tương hợp

Đối với sự an ninh, các nghiên cứu về ổn định được tiến hành cho các sự cố đã được chọn lựa trước và các giới hạn ổn định (dựa trên cơ sở quá độ, các tiêu chuẩn ổn định dài hạn ổn định động) được thiết lập cho các tải đường dây nói chung nói bị ràng buộc chặt chẽ hơn là giới hạn nhiệt Các giới hạn an ninh được xác định theo hệ thống như vậy là ổn định, không tổn thất không tải do bởi những sự cố như vậy và các đại lượng hệ thống vẫn còn duy trì trong các giá trị vận hành sự cố mà không cần xem xét đến cấu trúc của hệ thống

Điểm yếu của tiếp cận xác định chủ yếu là tuỳ thuộc vào tính ngẫu nhiên của việc lựa chọn các sự cố cho các thí nghiệm N-1 và của việc chọn lựa các trường hợp cho các nghiên cứu ổn định (nó ẩn dưới bản chất của nhiều biến xác suất) Sự tiếp cận xác định cũng có thể dẫn tới bỏ qua các trường hợp quan trọng và kể cả những trường hợp không chắc xảy ra, có thể do trong thiết kế không có chỉ ra rằng các rủi ro được giảm tới mức chấp nhận được Các tiếp cận theo xác suất làm giảm bớt những yếu điểm này, nhưng tính hữu ích của chúng được thỏa hiệp ở hai lĩnh vực mà ở đó phương pháp luận chưa đúng đắn hoàn toàn Đó là độ chính xác của các mô hình xác suất được sử dụng và độ chính xác của các phương pháp giải Các vấn đề này cũng thể hiện trong tiếp cận xác định, nhưng do bởi sự đơn giản và tính xuyên suốt của phương pháp này mà những sự đơn giản và xấp xỉ của phương pháp này được áp dụng thường được cho là đúng đắn Theo trình tự, sự tiếp cận theo xác

định có thể có được có độ tin cậy cao Khía cạnh khác là tính không sẵn sàng của (hầu hết) các tiêu chuẩn cho những gì tạo thành rủi ro có thể chấp nhận được

VI ĐÁNH GIÁ AN NINH THEO XÁC SUẤT

6.1 Giới thiệu

Bản chất xác suất của an ninh hệ thống điện (cả trạng thái động và trạng thái tĩnh) đã được nhận dạng tốt từ những ngày đầu vận hành và điều khiển hệ thống điện hiện đại (Dyliacco 1967, Fink & Carlsen 1978, Schweppe 1978] Tuy nhiên, sự đánh giá an ninh theo xác suất vẫn chưa được phát triển nhiều Ngay cả nếu một vài phương pháp thực tiễn trở nên tinh vi, không phương pháp nào cơ thể gánh vác một mình và, như chúng ta cũng đã thấy, trong thực tiễn ngày nay thì vấn đề vẫn còn được tiếp cận chủ yếu theo cách xác định

Từ khi tiếp cận theo xác xuất nhằm mục đích tạo ra cách sử dụng tốt hơn thông tin có sẵn cho việc ra quyết định, theo nguyên lý thì sẽ dẫn tới những quyết định tốt hơn, những quyết định này sẽ giải thích mối quan tâm thực sự trong cách tiếp cận này ở nhiều hệ thống điện riêng biệt Bởi vì hiện tại các điều kiện bắt buộc các hệ thống vận hành gần hơn các giới hạn của chúng, nhu cầu cho các quyết định khách quan được dựa trên việc đánh giá định lượng của những rủi ro ban đầu đúch kết lại chính xác hơn

6.2 Đánh giá an ninh theo xác suất so với đánh giá an ninh xác định

6.2.1 Một cái nhình bao quát về đánh giá an ninh theo xác suất:

Như đã nhấn mạnh trong phần trước, đánh giá an ninh nhằm vào việc tạo ra các quyết định sao cho đạt được một sự thỏa hiệp thích hợp giữa cácchi phí vận hành (và đầu tư) và tính thiết thực về các nhiễu loạn có thể xảy ra

Mục đích của tiếp cận xác suất chủ yếu để tạo ra cách sử dụng có hệ thống thông tin có sẵn trong bất kỳ hoàn cảnh ra quyết định nào Thật sự, nhiều thông tin có sẵn cho người ra quyết định là một loại xác suất, như là những mâu tải trong tương lai, những nhiễu loạn kế tiếp, các trạng thái của hệ thống lân cận, những hoàn cảnh kinh tế và xã hội dài hạn để định giá những hoàn cảnh nào ít phức tạp nhất Hơn nữa, trong số những khía cạnh thường được coi như là xác định, mà hầu hết phải chịu đựng từ những nguồn không chắc chắn khác nhau, dẫn đến kết quả từ những giới hạn trong việc thiết lập mô hình và các hệ thống đo lường, và vì thế thiết lập mô hình bằng các phân phối xác suất tốt hơn là các giá trị mặt định xác định (theo chủ quan)

Sự tiếp cận xác suất có thể được mô tả như một tuần tự các bước dẫn tới sự đánh giá các quyết định được thay thế theo sự ảnh hưởng của chúng lên các chi phí vận hành (và đầu tư) và tổn thất kinh tế phát sinh bởi những nhiễu loạn Lưu ý rằng sự đánh đổi giữa các chi phí vận hành (và đầu tư) bình thường và sự an ninh sẽ là một hệ quả của lựa chọn hàm đặc tính mà nó sẽ được bàn luận đến sau

Một hệ quả quan trọng của sự hình thành công thức này là sự ảnh hưởng của nhiễu loạn lên việc ra quyết định bây giờ được cân nhắc bởi xác suất xảy ra của nó và sự ảnh hưởng của nó trong các hiệu quả kinh tế, được đo đặc bởi hàm đặc tính

Xác suất xảy ra có thể thay đổi theo loại thiết bị, vị trí và cấu hình cũng như các điều kiện thời tiết Những hậu quả kinh tế có thể nhỏ (chẳng hạn tổn thất của một nhà máy điện nhỏ không có những biến đổi quan trọng về điện áp và tần số) hay lớn (chẳng hạn như mất định từng phần)

Hình 6.1 mô tả một khái quát lý thuyết cho đánh giá an ninh theo xác suất Các kích bản an ninh khác nhau được định nghĩa bằng sự liên kết ba thành phần : một trạng thái cân bằng trước sự cố (được ký hiệu bằng “state”), một giả thiết mô hình (được ký hiệu bằng “model”) xác định cấu trúc và các thông số của các mô hình tĩnh và động, và một loại các nhiễu loạn bên ngoài (được ký hiệu bằng

“sisturbances”) các nhiễu loạn này được đưa ra để khởi động các quá trình động

Vì trong tất cả các môi trường ra quyết định ít nhất có một vài trong ba thành phần là không xác định, các quyết định nên dựa vào đặc tính kỳ vọng (tức là độ rủi ro) bằng cách kể đến (ít nhất cũng theo lý thuyết) tất cả những kịch bản có thể có và đặc trọng số cho đặc tính của chúng bằng xác xuất xảy ra của chúng

Lưu ý rằng các phân phối xác xuất của các trạng thái của hệ thống điện, các mô hình và các nhiễu loạn tùy thuộc vào hai điều kiện, mà chúng ta đã phân biệt theo mục đích : hoàn cảnh, để phân biệt giữa các môi trường qui hoạch, vận hành hay quản lý ; và thông tin (info) để tính toán sự phụ thuộc của những quyết định vào chất lượng của kiến thức trước kia vào các mô hình, các dự báo và các nhiều loạn Vì thế, đặc tính tự nó cũng phụ thuộc vào hoàn cảnh ra quyết định và thông tin có sẵn Nhằm mục đích đơn giản, điều này cho đến bây giờ đã được giả thuyết là một đại lượng xác định Tuy nhiên, trong các tình huống thực tế, các chi phí do sự cố sẽ tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố không xác định, chẳng hạn như thời gian cần thiết cho việc phục hồi tải cũng như các yếu tố không liên quan có ảnh hưởng đến sự nhận thức của khách hàng về những gián đoạn dịch vụ Các phân phối xác suất và các hàm đặc tính, vì thế cả độ rủi ro, tuỳ thuộc vào tiền trình lựa chọn quyết định đã được xem xét

Do sự tiếp cận xác suất cho phép – thực chất là những bắt buộc – những người sử dụng lập mô hình mức độ không hiểu biết của người vận hành theo nhiều khía cạnh khác nhau Đặc biệt, không chỉ sự phân phối của các trạng thái hệ thống và các mô hình động của hệ thống điện theo nguyên lý cũng có thể kể đến, mà còn cả mức chính xác của kiến thức về các trạng thái và hành vi của môi trường tổng thể (các hệ thống điện riêng biệt lân cận, các khách hàng…) cuối cùng, một đặc tính rất hấp dẫn của tiếp cận xác suất là nó hoàn toàn tổng quát và theo nguyên lý có thể được sử dụng trong một kiểu cách hợp nhất ở những bước khác nhau của quá trình ra quyết định Tuỳ quy hoạch hệ thống dài hạn cho đến ra quyết định theo thời gian thực, có thể sử dụng phương pháp luận giống nhau : chỉ hình dạng của những phân phối xác suất và tính khả thi của định nghĩa về các hàm đặc tính cần được thay đổi

1 Giả sử một phân phối xác suất có trước của các mô hình tĩnh và động của hệ thống điện và các trạng thái trước khi có sự cố có thể có của nó, tuỳ thuộc vào

hoàn cảnh ra quyết định (ctxt) và thông tin có sẵn (info) vì thế :

p(model, state, ctxt, info)

2 Giả sử có một phân phối xác suất có điều kiện của tất cả những nhiễu loạn căn cứ theo hoàn cảnh và thông tin trong tay (giả thuyết này có thể mô hình các sự cố cũng như những biến đổi tải ngẫu nhiên):

p(disturbancesl, model, state, ctxt, info)

1 Định nghĩa một hàm đặc tính, mà nó đánh giá đặc tính những trường hợp chủ yếu khác nhau (tức là model, state và disturbances) theo các hệ quả của chúng (chẳng hạn các hệ thống quả kinh tế kỳ vọng có kể đến những chi phí khác nhau về sa thải phủ tải, giảm chất lượng điện áp và tần số…)

Severity (ctxt, info, model, state,disturbances)

2 Sự đánh giá tổng thể rủi ro như là kỳ vọng của đặc tính :

ctxt s disturbnce xp

es disturbanc sate

el o

ctxt severity

mod

,

),mod,inf,/(

),

,mod,inf,(

xp (model, state / ctxt, info)

3 Đánh giá một quyết định bằng cách tổng kết các chi phí (và cả đầu tư) vận hành tương ứng, và cả rủi ro tổng thể, mặt khác chú ý rằng trong thực tế các chi phí này cũng là trạng thái tự nhiên xác suất và những giá trị được sử dụng và những giá trị kỳ vọng thực sự

Hình 6.1 Các bước chính của thứ tự đánh giá an ninh theo xác suất

6.2.2 những hoàn cảnh ra quyết định :

Những hoàn cảnh ra quyết định khác nhau là : sự vận hành (bao gồm qui hoạch vận hành) qui hoạch hệ thống, và quản lý Như chúng ta đã thấy ở phần trước, sự an ninh là tiêu điểm đầu tiên của hoàn cảnh vận hành Tuy nhiên, các chiến lược phản hồi để phân bố giữa các hoàn cảnh khác nhau, các giao thức thông tin đồng nhất và các phương pháp phân tích phải hiện hữu cho các hoàn cảnh khác nhau Khi hoàn cảnh chuyển từ qui hoạch sang vận hành, tiếp cận “thời gian thực”, các phân bố xác xuất theo nguyên lý sẽ chọn hơn vì thông tin thêm vào có thể sử dụng được và dãy các điều kiện và các nhiễu loạn sẽ bị ảnh hưởng bởi các quyết định trở nên hẹp hơn Tuy nhiên, kiến thức hoàn chỉnh thì không bao giờ có sẵn : ngay cả trong trạng thái sự cố, khi mà sự cố xảy ra, vẫn còn tồn tại (thường có ý nghĩa) sự không chắc chắn về quỹ đạo xảy ra sau của hệ thống Vì thế, sự rủi ro gắn liền với những biến đổi của hệ thống căn cứ theo hoàn cảnh cụ thể :

• Khi hệ thống đang vận hành, độ rủi ro được xem xét tùy thuộc vào trạng thái hệ thống trong khoản thời gian vài giây đến hàng giờ Đó là độ rủi ro “tức thời”

• Khi một hệ thống đang được thiết kế, độ rủi ro tuỳ thuộc vào tất cả các sự kiện có thể màchúng có thể ảnh hưởng lên hệ thống trong nhiều năm Đó là độ rủi ro ngẫu nhiên

• Khi đánh giá sự thực thi của hệ thống, độ rủi ro được tính toán được gộp vào các độ rủi ro tức thời khác nhau trong chu kỳ đang được xem xét Đó là độ rủi ro bắt

buộc phải chịu

6.3 Ứng dụng của phương pháp xác suất trong các hoàn cảnh khác nhau

6.3.1 Những ứng dụng trong vận hành

Trong hoàn cảnh vận hành, phương pháp xác suất sẽ bao gồm :

• Đánh giá, theo thời gian thực, rủi ro tức thời gắn liền với trạng thái hệ thống

• So sánh rủi ro này với một ngưỡng báo động

• Nhận ra các tác động có thể có nhằm làm giảm rủi ro tức thời

• Đánh giá chi phí gắn với mỗi vận hành có thể có và độ lợi kỳ vọng trên mức rủi

ro

Độ lợi thực là độ lợi trừ đi chi phí

• Chọn sự vận hành với độ lợi thực lớn nhất Nếu độ lợi không dương, không thay đổi trạng thại của hệ thống

Việc sử dụng phương pháp xác suất tạo ra các quyết định được chứng minh một cách kinh tế trên cs đánh giá sự ảnh hưởng của những lựa chọn này lên độ rủi

ro bất an ninh của hệ thống Một lợi ích hiển nhiên của tiếp cận này chính là nó có khả năng để chứng minh những vận hành mà nó sẽ, một sự ưu tiên trước, dường như rất đắt (tức là đối với khách hàng) nếu như lợi ích của họ được xác nhận bởi một sự đánh giá định lượng rủi ro Nó cũng có thể tránh các vận hành mà các giới hạn chuyển đổi sẽ là bắt buộc nếu sự phân tích rủi ro xác định rằng chúng không có lợi cho hệ thống điện riêng biệt trong các điều kiện về kinh tế Hơn thế nữa, các xác suất nhiễu loạn thay đổi theo thời gian có thể cũng được kể đến, chẳng hạn căn cứ vào các dự báo thời tiết và các cơn bão sét biết trước Cuối cùng, tiếp cận xác suất cho phép người ta cân nhắc một cách khách quan giữa điều khiển phòng ngừa và các tác động khẩn cấp sau nhiễu loạn Tất cả những khả năng có thể xảy ra này dẫn đến kết quả trong một sự tối ưu hóa của khả năng truyền và một hệ thống kinh tế hơn

6.3.2 Những ứng dụng trong qui hoạch :

Trong hoàn cảnh qui hoạch hệ thống, phương pháp xác suất sẽ bao gồm trong :

• Đánh giá rủi ro có thể xảy ra gắn liền với mỗi kịch bản thiết kế hệ thống được phân tích

• So sánh rủi ro này với một vài giá trị ngưỡng của rủi ro có thể xảy ra tối đa có thể chấp nhận được

• Loại bỏ các kịch bản không mong muốn của ngưỡng này

• Chọn ra, từ các kịch bản còn lại, một kịch bản tối ưu bằng cách thực hiện phân tích kinh tế và kỹ thuật gộp vào tất cả những khía cạnh của vấn đề Sự phân tích này có thể bao gồm sự đánh giá kinh tế của rủi ro có thể xảy ra

Việc sử dụng phương pháp xác suất tạo ra nhiều quyết định kinh tế về chính xác hơn dựa trên sự đánh giá sự ảnh hưởng của các lựa chọn lên độ rủi ro bất an ninh đối với hệ thống Một lợi ích hiển nhiên là nó chỉ ra giá trị của việc giảm rủi

ro qua những tác động có ảnh hưởng lên tần suất các sự kiện, khi phương pháp xác

định chỉ áp dụng vào việc giảm các hậu quả của chúng

6.3.3 Những ứng dụng trong quản lý :

Trong hoàn cảnh quản lý, phương pháp xác suất bao gồm việc theo dõi rủi ro phải gánh chịu gắn liền với mỗi khách hàng trong một khoảng thời gian nào đó và

so sánh rủi ro này với những thống kê cung cấp độ tin cậy đối với mỗi khách hàng Trong hoàn cảnh không bị gò bó của các công ty điện và sự giới thiệu các mối quan hệ khách hàng – mà cung cấp giữa nguồn phát, truyền tải và phân phối, tính sẵn sàng của những thiết bị chỉ báo theo đặc tính xác suất đánh giá độ rủi ro phải gánh chịu cho mỗi khách hàng trong một khoảng thời gian xác định làm cho nó có thể xác định được mối quan hệ giao kèo rõ ràng Bằng cách so sánh rủi ro phải gánh chịu với đặc tính tin cậy thực sự của hệ thống, nhà cung cấp có trong tay thông tin chiến lược cho phép họ biện bộ giá cả của họ đưa ra và hay để điều chỉnh đặc tính của họ tương ứng với các nhu cầu của khách hàng của họ Ngoài ra, tiếp theo rủi ro không tránh khỏi theo những chỉ số tin cậy thích hợp làm cho nó có thể để đo đạc sự ảnh hưởng của các chiến lược an ninh của hệ thống và dễ dàng minh chứng hơn các dự án nhắm vào sự đe dọa hệ thống

6.4 Những thử thách của tiếp cận theo xác suất :

Trong suốt hai mươi năm qua, đã có nhiều tiến bộ lý thuyết, chẳng hạn như trong việc khai thác lý thuyết xác suất cho quá trình ra quyết định trong các hệ thống thông tin Trong thời kỳ nghiên cứu, một vài công việc khai phá được thực hiện vào những năm tám mươi bởi (billinton & kuruganty 1980, anderson & bose

1983, Wu, Tsai & Yu 1988], Tiếp theo gần đây là của ‘Alvarado et al,.1991, Leite

da Sillavea, Endrenyi & Wang 1993, Vieira Fiho et a 1994, Wehenkel 1996, Jacquemart et al 1995, McCalley et al.1995 Irizarry et al.1995] Các phương pháp xác suất cũng đã được áp dụng thành công vào bài toán phân phối công suất Tuy nhiên, những thử thách chủ yếu trong việc thực hiện tiếp cận xác suất vào đánh giá

an ninh thệ thống điện là những vấn đề thực tiễn

Thử thách đầu tiên liên quan đến vấn đề thu thập dữ liệu, nói cách khác, làm cách nào để phát triển các mô hình xác suất đủ tốt của các hệ thống điện ? Câu hỏi này đòi hỏi thu thập cà xử lý thông tin thống kê về các trạng thái hệ thống điện, các mô hình và các nhiễu loạn, và mặc khác, việc sử dụng sự điều chỉnh kỹ thuật để lắp vào thông tin thiếu Về phương diện này, những tin tức tốt là các hệ thống điệng riêng biệt đagnthu thập một số lượng lớn về dữ liệu thời gian thực theo cáchc ó hệ thống, Có thể dễ dàng lưu trữ nhờ vào chi phí thấp của các thiết bị lưu trữ hiện đại Hơn thế nữa, các kỹ thuật học tự động đang tiến bộ và dẽ đầy triển vọng cho phép người ta tách ra các mô hình xác xuất cần thiết từ các cơ sở dữ liệu rất lớn như vậy

Thử thách thứ hai nằm trong định nghĩa của hàm đặc tính, nó yêu cầu đánh giá kinh tế của (ngắn hạn và dài hạn) các hậu quả nhiễu loạn, đặc biệt nhận thức của khách hàng về những gián đoạn phục vụ, và những thay đổi chất lượng Điều này chắc chắn không phải là vấn đề bình thường Hơn thế nữa, để đánh giá đúng

các rủi ro của các nhiễu loạn rất lớn nào đó, nó có thể trở thành cần thiết để phát triển các mô hình phỏng động chi tiết hơn và toàn cục hơn những mô hình đã được sử dụng ngày nay trong đánh giá an ninh (wehenkel et al 1997}

Vấn đề thứ ba có liên quan đến các khía cạnh tính toán, nói cách khác, làm cách nào để đánh giá rủi ro kỳ vọng với độ chính xác thỏa đáng? Với bất cứ sự xác định chính xác nào của nó, độ rủi ro chủ yếu vẫn là một chức năng của các mô hình, các trạng thái và các nhiễu loạn có tính phi tuyến và độ phức tạp cao, và sự tính toán của nó thông qua sự ép b uộc thô bạo sẽ bao hàm một lượng lớn các phép thử Monte-carlo, mỗi một phép thử có một hay nhiều các mô phỏng bằng số chi tiết Để làm điều này, sự thách thừc chính là để phát triển các bộ khung phần mềm hợp nhất bằng cách phối hợp các công cụ quan sát và các mô phỏng chi tiết sẽ tiến

xa hơn sự xác định đơn giản các giới hạn truyền riêng biệt dd mô tả ban đầu trong {Marceau 1993} Một lần nữa, tin tức tốt đến từ phía phần cứng : các mô phỏng Monte-Carlo rất dễ dàng để song hóa và, kế hoạch được so sánh với những lợi ích kinh tế có thể có, việc tính toán công suất cực kỳ rẻ

Một bài báo khác có liên quan đến sự trích dẫn các chiến lược ra quyết định từ các mô phỏng Monte – Carlo, nói cách khác, làm thế nào để nhận ra các quyết định dẫn tới một sự đánh đổi kinh tế tốt hơn giữa độ rủi ro và các chi phí vận hành? Một lần nữa trong trường hợp này, các kỹ thuật học tự động và sự tối ưu hóa ngẫu nhiên có thể là các công cụ có giá trị để tách ra và khai thác thông tin hữu ích từ các mô phỏng Mônte – Carlo

VII AN NINH ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

VII 1 Đánh giá an ninh động :

Khi nói đến các giới hạn khả năng truyền tải có liên quan đến các tiêu chuẩn quá trình nhiệt sau sự cố, tính khả thi của phân bố công suất theo điện áp hay các tiêu chuẩn tươnghợp, những giới hạn này được gọilà các giới hạn an ninh xác lập Khi nói đến các giới hạn có liên quan đến các tiêu chuẩn quá độ hay ổn định điệnáp dài hạn, các giới hạn này được gọi là các giới hạn an ninh động Cách gọi các vấn đề và các phương pháp luận tuỳ thuộc vào việc sử dụng phần mềm quá độ hay ổn định dài hạn cho việc xác định hoặc là i) ổn định hệ thống ii) các giới hạn ổn định hay biên an ninh, hoặc iii) thực hiện các nghiên cứu khác nhau sẽ tối

ưu hóa các giới hạn sự an ninh theo các thông số mạng khác nhau được gọi là đánh giá sự an ninh động (DSA)

Sự an ninh động của hệ thống được đặc trưng bởi tính mạnh mẽ của điều kiện vận hành của nó theo các biên an ninh đối với các ràng buộc vận hành xác định Sự an ninh động phải được đảm bảo nhằm duy trì độ tin cậy và chất lượng phục vụ cung cấp cho khách hàng, chủ yếu là sự liên tục và sự bất biến về điện áp và tần số Các sự kiện nguy hiểm, như sự cố, mất thiết bị truyền tại, mất nguồn phát và thay đổi tải bất ngờ, gây ra sự bất cân bằng giữa công suất cơ đầu và công suất điện đầu ra của máy phát, với các quá trình quá độ cơ điện liên tiếp và các quá trình động lâu dài của hệ thống Trong một hệ thống an toàn động, các quá

trình quá độ do bởi các hiện tượng như vậy là do biên độ nhỏ và bị tắt dần tốt với một ít ảnh hưởng đến chất lượng phục vụ Trong một hệ thốntg không an toàn, trong suốt thời gian đánhgiá quá độ hệ thống, những chênh lệch điện lớn về áp hay tần số hay cả hai có thể xảy ra sự ngắt đường dây liên tiếp, mất tải hay mất các máy phát hay mất cả hai có thể dẫn tới những sự cố lớn hơn

Trong đánh giá sự an ninh động nhằm thiết lập hệ thống điện có khả năng duy trì một tình trạng an ninh trong trường hợp bắt đầu các sự cố được xác định trước Sự phân tích này bao hàm tất cả các hiện tượng với mục đích là xác nhận rằng quá trình quá độ từ trạng thái ban đầu đến trạng thái cuối không gây nên khủng hoảng hệ thống

• Việc xếp hạng sự cố thông qua các chỉ số nguy hiểm:

Các yêu cầu tính toán DSA (trong hầu hết các tài liệu, DSA nghiên về ổn định động ngắn hạn hay ổn định quá độ hơn là trong toàn bộ khoản thời gian) bằng các phương pháp tính toán qui ước có hay hay ba bậc cao hơn các bậc của đánh giá

an ninh tĩnh (SSA) Ngoài ra, việc thiếu kinh nghiệm trong các phương pháp sàng lọc sự cố trong DSA làm cho nó trở nên khó khăn để xử lý một số lượnglớn các sự cố, một phương thức chung hiện nay trong SSA

Tương tự với SSA, DSA yêu cầu một sự đánh giá nhanh và tin cậy trong số hàng trăm các sự cố có thể xảy ra mà một số lượng lớn các sự cố không có ảnh hưởng đến tính nguyên vẹn của hệ thống điện Do đó, việc sử dụng việc sàn lọc sự cố , thông qua sự xếp hạng và sự lựa chọn các sự cố xấu nhất tiềm tàng, được cầnđến nếu một sự bổ trợ trực tuyến trở thành khả thi Tuy nhiên, các thuật toán và các tiếp cận chọn lọc thích hợp cho DSA vẫn chưa được nghiên cứu mở rộng Đồng thời, hành vi động của các hệ thống điện thì phức tạp hơn hành vi tĩnh làm cho sự phân loại khó khăn hơn Vấn đề đặc biệt rõ ràng trong lĩnhvực xác định các số đo cho việc xếp hạn

Một vài nhà nghiên cứu chủ trương sử dụng một chỉ số chỉ duy nhất dựa trên hàm năng lượng quá độ (TEF) Các xấp xỉ khác nhau cho hàm này có thể được tính toán và được sử dụng để xếp hạn các sự cố Một sự tiếp cận như thế là khả thi từ quan điểm tính toán và tính hợp lý của các xấp xỉ này đang được giới thiệu rộng rãi TEF dựa trên các chỉ số có ích torng việc lưu trữ các khía cạnh nào đó của an ninh hệ thống, nhưng những khía cạnhkhác được giới thiệu ở đây như là một bội của các chỉ số được mong muốn có hiệu quả hơn

Người ta cũng đề nghị một vài chỉ số thay thế, tức là thay vì nghiên cứu các chỉ số đơn thuần tuý thì người ta kết hợp các chỉ số khác nhau mà mỗi một chỉ số đặc trưng cho một khía cạnh nào đó của hệ thống Như vậy, tiếp cận dưới dạng chỉ số hỗn hợp sẽ phản ánh đầy đủ hơn và tin cậy hơn chỉ số đơn

Các chỉ số sự cố của SSA được đưa ra chỉ để lưu giữ tác động xấu của các vi phạm giới hạn Những chỉ số nguy hiểm bội lưu giữ các thay đổi trong các biến trạng thái khác nhau (không chỉ các vi phạm giới hạn) do bởi một sự cố xảy ra tiếp theo Yù tưởng chính là xác định các thông số hệ thống mà mỗi thông số mô tả một

khía cạnh đặc biệt của an ninh hệ thống điện Số các chỉ số này tùy thuộv ào kích thước của mô hình hệ thống điện Một thông số đặc tính hỗn hợp có thể sau đó được dẫn ra dựa trên các thôngsố đặc tính riêng biệt

Nhiều chỉ số đã được phát triển để lưu giữ sự thay đổi theo các khía cạnh khác nhau của trạng thái hệ thống Các chỉ số này mô tả sự thay đổi theo các điều kiện của hệ thống điện giữa trạng thái xáclập tiền sự cố và trạng thái sau sự cố, từc là sự dẫn ra từ trạng thái xác lập tiền sự cố Một vài kiểu giải thích các chỉ số được liệt kê như dưới đây :

Sự thay đổi trong các rotor máy phát đối với tâm quán tính

Sự thay đổi ở điện áp nút

Sự thay đổi tốc độ rotor máy phát

Sự thay đổi theo năng lượng quá độ của máy phát

Sự tăng tốc máy phát

Các chỉ số có được bằng cách gộp các thay đổi cho mỗi thành phần riêng biệt Để làm giảm xuống các ảnh hưởng “mặt nạ”, một số mũ tương thích cao được sử dụng trong tính toán các số hạng riêng biệt

Các kiểu thông số khác lưu giữ duy nhất sự thay đổi tối đa cũng có thể được tính toán Hầu hết sự thành công của chúng là :

• Sự sai lệch tốiđa giữa các gốc rotor (DR)

• Sự sai lệch tốiđa của các tốc đô rotor(DW)

• Sự sai lệch tối đa của tỷ lệ thay đổi trong năng lượng quá độ trong mày phát (DV)

Từ quan điểm hàm năng lượng, tổ hợp của DW và Dr là số đo của năng lượng quá độ như dãy rộng của gốc rotor có liên quan đến thế năng trong khi sai lệch tốc độ có liên quan đến động năng Đối với bất kỳ một hệ thống điện nào, động năng tăng lên trong suốt thời gian sự cố Tiếp sau khi cắt sự cố, động năng được chuyển thành thế năng Vì thế, một chỉ số hỗn hợp với các thừa số trọng số khác nhau được cần đến

Việc sàn lọc sự cố bao gồm sự xếp hạn và sự lựa chọn các sự cố Các chỉ số đặc tính có thể được sử dụng cho sự xếp hạn sự cố Mục đích của sự xếp hạn là để xác định một cách tin cậy bậc đặc tính tương đối của các sự cố Mục đích của quá trình chọn lựa là để phân loại các sự cố thành hai nhóm riêng biệt

• Sự vô hải hữu hạn, tức là sự cố này không cần thiết để đánh giá thêm nữa

• Có khả năng tác hại, tức là những sự cố này cần phải có sự đánh giá thêm nữa

Nhưng trong DSA, việc xem xét chủ yếu là sự ổn định của hệ thống sau một sự cố, và tất cả các sự cố có thể tạo ra sự bất ổn định phải được xếp loại có khả năng gây tác hại

Trong giải thích an ninh tĩnh, các chỉ số nguy hiểm được tính bình thường từ các kết quả của một vòng lặp đơn trong phânsố công suất, tức là từ phép giải mạng riêng phần Do bởi mô phỏng động có tính phức tạp cao hơn, khái niệm về phép giải riêng phần phải được cập nhật theo các yêu cầu của DSA Người ta nhận ra

rằng phép giải riêng phần chỉ có thể áp dụng vào cấu hình hệ thống từ việc đóng cắt xác định của người sử dụng cuối cùng, ví dụ như tiếp sau khi xóa sự cố

Theo trực quan cũng rõ ràng sự lang truyền của những ảnh hưởng đóng cắt qua hệ thống điện không phải là tức thời và việc giải thích cho thời gian lang truyền này có tầm quan trọng cực kỳ lớn cho độ tin cậy và tính bất biết của các chỉ số

• Sự ứng dụng mạng neuron :

Trong những năm gần đây các kỹ thuật mang neuron nhân tạo (ANN) được đưa ra như là một phương pháp thay thế để gq những vấnđề khó khăn, trong hệ thống điện mà ở đó những kỹ thuật truyền thống chưa đạt được tốc độ chính xác, hay hiệu quả cần thiết Một ANN được huấn luyện bằng các ví dụ trong khi đó hệ chuyên gia được huấn luyện bằng các qui tắc Phương pháp luận ANN cho phép các mối quan hệ phức tạp giữa trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng được xác định bằng thuật toán học lặp thay vì bằng các chuyên gia

Một trong những ứng dụng thành công của công nghệ mạng neuron chính là trong lĩnh vực nhận dạng Trong tài liệu về DSA, sự nhận dạng này có nghĩa là nhận những mẫu nào rỉ ra hoặc ổnđịnh hoặc không ổn định của các trườnghợp khác nhau Khi sắp xếp hạn ơ trên được bổ trợ bởi sự phân loại này, độ chính xác của kết quả của việc giám sát sự cố sẽ cao hơn

Đối với hệ thống có độ ổn định giới hạn, việc xác định an ninh cần phân tích hành vi động hệ thống do các sự cố Kết quả của phân tích động hệ thống sẽ tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố :loại, vị trí và tác hại của sự cố, và tuỳ thuộc vào “sự khỏe mạnh” của mạng sau khi có nhiễu loạn Nói cách khác, sự phân tích ổn định bao gồm việc phân tích các mẫu phức tạp của hànhvi hệ thống Đây chính là động lực thúc đẩy ứng dụng kỹ thuật mạng neuro nhân tạo vào đánh giá an ninh động vào hệ thống có độ ổn định hữu hạn

Kỹ thuật ANN được sử dụng để nhận dạng và phân loại nhanh trạng thái an ninh động hệ thống qua khái niệm yếu điểm hệ thống bằng cách thiết lập các ngưỡng cho các mức có thể chấp nhận được của chỉ thị an ninh là biên năng lượng quá độ (∆V) và xu hướng của hó theo thay đổi thông số hệ thông P đặc trưng bởi (∂∆V/ ∂∆p), và quan hệ giữa các ngưỡng này với các biên độ ổn định của một thông số hệ thống tới hạn; biên này có thể là các giới hạn nguồn phát Yếu điểm hệ thống đưa ra một khuông khổ đánh giá an ninh động hệ thống căn cứ theo cả hai mức ∆V và (∂∆V/∂∆p)

Chìa khóa đưa ra là sự chọn lựa một tập các thông số thích hợp sẽ được sử dụng như là đầu vào của ANN và sự lựa chọn cấu trúc cho nó Thay vì sử dụng tất cả các biến làm đầu vào, trước hết xác định một tập lớn các chỉ số và sau đó một sự lựa chọn theo đặc trưng phân lớp để lựa chọn ra một tập các chỉ số rút gọn Sau đó người ta lựa chọn một cấu trúc đơn giản của mạng Neuron và thực hiện thử nghiệm toàn diện trên mạng này

Ứng dụng của một số chỉ số nguy hiểm cố định như là đầu vào một mạng

neuron sẽ loại bỏ hầu hết các hạn chế trong việc sử dụng các mạng neuron trong DSA bằng cách cố định kích thước và cấu trúc mạng neuron Sự cầnthiết cho một số lớn các trường hợp huấn luyện có thể được loại bớt qua một sự quan sát đơn giản, mạng neuron phải nhận ra một sự thay đổi trong mẫu các biến đầu vào gần với biên độ ổnđịnh Điều này chỉ ra rằng các trường hợp huấnluyện nên được tập trung xung quanh biên ổn định và chỉ cần đến một vài trường hợp rất ổnđịnh hay bất ổnđịnh Số các trường hợp huấn luyện vì vậy được giảm xuống mà không ảnh hưởng đến độ chính xác sự phân loại bằng mạng neuron

• Sự ứng dụng của phương pháp hàm năng lượng quá độ

Với sự gia tăng của sự cưỡng bức truyền tải trong các hệ thống điện, các công ty điện lực ngày nay phải đối mặt với các vấn đề ổn định quá độ hay ổn định động dưới các điều kiện vận hành Do đó cần phải có những công cụ hiệu quả để đánh giá an ninh động (DSA) trực tuyến Phân tích an ninh động đòi hỏi đánh giá khả năng hệ thống chịu đựng một tập các sự cố xấu nhất nhưng đáng tin cậy và phải vượt qua quá trình quá độ để đạt được một trạng thái xác lập có thể chấp nhận được

Hiện nay có nhiều phương pháp nghiên cứu phân tích an ninh động trực tuyến như các phương pháp mô phỏng trong miền thời gian, các phương pháp phân tích ổn định trực tiếp, các kỹ thuật nhận dạng, các hệ chuyên gia, và các mạng neuron Trong số đó thì phương pháp mô phỏng theo thời gian từ bước vẫn là phương pháp tin cậy nhất cho việc phân tích ổn định hiện nay Tuy vậy chúng thường áp dụng vào ổn định hệ thống đối với sự dao động thứ nhất sau khi có nhiễu loạn hệ thống

Cơ sở của việc áp dụng của hàm năng lượng quá độ và hệ thống điện tương tự như hòn bị lăn bên trong một cái bát trong không gian nhiều chiều các góc máy phát và điểm cân bằng ổn định nằm ở đáy bát, còn các điểm cân bằng bất định nằm ở đáy bát, còn các điểm cân bằng bất ổn định xung điểm Cân bằng ổn định nằm ở rìa bát được gọi là mặt biên thế năng Ban đầu hệ thống vận hành ở điểm cân bằng ổn định (SEP), nếu một sự cố xảy ra thì sự cân bằng hệ thống sẽ bị nhiễu và các máy phát sẽ tăng tốc Hệ thống nhận động năng và thế năng trong thời gian sự cố và hệ thống sẽ di chuyển ra khỏi điểm cân bằng Do đó, để tránh mất ổn định hệ thống phải có khả năng hấp thu năng lượng tại thời điểm khi các tác động của các máy phát mang hệ thống tới điểm cân bằng Điều này cũng tuỳ thuộc vào khả năng hấp thụ thế năng của hệ thống sau khi nhiễu Với một hệ thống đã cho thì sẽ có một lượng tối đa (hay tới hạn) nănglượng quá độ mà hệ thống có thể hấp thụ được

Phương pháp TEP phân tích ổn định quá dựa trên các công thức phân tích để xác định động năng và thế năng quá độ cho hệ thống sau sự cố Phương pháp bao gồm một số thừa nhận mô hình đơn giản và xấp xỉ toán học Trong sự thiết lập công thức đơn giản nhất của TEF người ta sử dụng một mô hình hệ thống AC cổ điển