Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích đánh giá an toàn hệ thống điện

Phân tích các chế độ xác lập được gọi là phân tích trạng thái tĩnh còn phân tích các chế độ quá độ được gọi là phân tích trạng thái động của hệ thống.[3] Nghiên cứu an toàn hệ thống điệ

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trang 3

ĐÁNH GIÁ AN TOÀN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

LỜI MỞ ĐẦU

Hệ thống điện Việt Nam phát triển không ngừng theo thời gian, mở rộng theo không gian và ngày càng trở nên phức tạp Các phụ tải ngày càng nhiều yêu cầu về chất lượng phục vụ ngày càng cao Để đáp ứng được những thay đổi đó việc phân tích hệ thống điện ngày càng trở nên quan trọng Chúng

ta cần phân tích rất nhiều vấn đề của hệ thống chẳng hạn như ổn định tĩnh, ổn định động, độ tin cậy, các phương pháp điều chỉnh và vận hành hệ thống… Một vấn đề quan trọng khác trong phân tích hệ thống điện đó là vấn đề an toàn hệ thống điện Phân tích an toàn hệ thống đưa lại cho người thiết kế và vận hành những khái niệm và chỉ số cụ thể để xem xét và đánh giá hệ thống, đồng thời từ việc phân tích an toàn cũng đưa lại độ tin cậy cung cấp điện cao hơn cho các phụ tải nhất là các phụ tải quan trọng trong hệ thống

Vì vậy trong luận văn của mình tôi đã nghiên cứu đề tài “Các chỉ tiêu

và phương pháp đánh giá an toàn Hệ thống điện” và ứng dụng tính toán an

toàn điện áp cho lưới truyền tải 220kV Việt Nam năm 2004

Tuy nhiên do nhiều hạn chế về thời gian, chuyên môn nên luận văn của tôi không tránh khỏi những sai sót Vì vậy tôi rất mong nhận được những chỉ dẫn góp ý của các thầy cô giáo cũng như các đồng nghiệp để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đến thầy giáo PGS-TS Trần Bách

bộ môn Hệ thống điện, khoa Điện, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn tôi hoàn thành bản luận văn này Tôi cũng xin giử lời cảm ơn đến các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và người thân đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 25/10/2005

Người thực hiện: Tạ Hữu Hùng

Trang 4

Trang 5

3.6.2.6 Kiểm tra điều kiện cân bằng của mỗi vùng cô lập 61

Trang 6

Chương 4: Tính toán an toàn ở chế độ xác lập, ứng dụng tính toán

Phụ lục

Trang 7

DANH MỤC VIẾT TẮT

CCDF Composite customer damage

function Thiệt hại của khách hàng cho tất cả các khu vực COC Customer outage costs Giá tiền đền bù khi phụ tải bị mất điện

DSA Dynamic Security Assessment Đánh giá an toàn động

LF Load factor Hệ số điền kín đồ thị phụ tải

PSS/E Power system simulator for

Thiệt hại của khách hàng cho từng khu vực

SMP System marginal price Giá cao nhất của hệ thống

SPS Special protection schemes Phối hợp bảo vệ đặc biệt

SSA Static Security Assessment Đánh giá an toàn tĩnh

Stress Hệ thống vận hành gần với giới hạn an toàn TSI Transient Stability Index Chỉ số ổn định động

VaSA Value of Security Assessor Chương trình tính toán giá trị an toàn

VOLL Value of Lost Load Giá trị mất tải

Trang 8

Hệ thống điện phát triển không ngừng theo thời gian, mở rộng theo không gian và ngày càng trở nên phức tạp Do tính chất phức tạp của hệ thống nên hệ thống có rất nhiều trạng thái xảy ra, mỗi trạng thái người ta gọi là một chế độ của hệ thống [1] Hệ thống điện là hệ thống phục hồi, các chế độ của

hệ thống điện được chia thành hai loại chính là chế độ xác lập và chế độ quá

độ Chế độ xác lập là chế độ mà các thông số không thay đổi hoặc trong một khoảng thời gian tương đối ngắn thì nó chỉ biến thiên với một lượng nhỏ Chế

độ xác lập là những chế độ làm việc bình thường, lâu dài của hệ thống hoặc những chế độ làm việc sau sự cố Ngoài các chế độ xác lập trong hệ thống còn diễn ra chế độ quá độ, đó là những chế độ làm việc trung gian khi chuyển từ chế độ xác lập này đến chế độ xác lập khác Phân tích các chế độ xác lập được gọi là phân tích trạng thái tĩnh còn phân tích các chế độ quá độ được gọi là phân tích trạng thái động của hệ thống.[3]

Nghiên cứu an toàn hệ thống điện là nghiên cứu các trạng thái vận hành

hệ thống và giới hạn của của các tham số để hệ thống vẫn đảm bảo an toàn trước những sự cố ngẫu nhiên mà không bị vi phạm các giới hạn của hệ thống hoặc không phải sa thải bất kỳ phụ tải nào Từ sự cạnh tranh trong cung cấp điện dẫn đến chi phí dự trữ an toàn ngày càng giảm Tổ chức OFGEM (Office

Trang 9

of Gas and Electricity Markets-Anh) đã đặt câu hỏi liệu các tiêu chuẩn thường dùng trong sản xuất và tiêu thụ điện có phù hợp với mức an toàn không? Như

ta đã biết nếu nguồn cung cấp không đủ công suất thì sẽ làm giảm tần số hệ thống hoặc phải sa thải phụ tải Giá trị của độ an toàn được tính thông qua những tổn thất mà khách hàng hứng chịu khi phụ tải của họ bị sa thải Những lợi ích của việc giữ an toàn hệ thống chỉ có thể được đánh giá thông qua xác suất, xác suất này được nghiên cứu nhằm mục đích bảo vệ hệ thống chống lại các trạng thái ngẫu nhiên xảy ra trên hệ thống mà không được cảnh báo trước

Các tiêu chuẩn về an toàn được đưa ra vào năm 1994 bởi NGT (National Grid Transco-Anh) là những tiêu chuẩn an toàn theo kinh nghiệm truyền thống, trong một vài trường hợp, kết quả tìm được có thể rất dư thừa

và lãng phí Trong nhiều trường hợp khác, những tiêu chuẩn này vẫn đủ chính xác để ngăn những sự cố nguy hiểm bất ngờ xảy ra với hệ thống

An toàn hệ thống điện là thuật ngữ thường được dùng để chỉ khả năng của hệ thống có thể chống lại được những sự cố không được dự báo trước nhưng không thể tránh được, chẳng hạn như việc cắt điện đột ngột của đường dây truyền tải do những sự cố bất ngờ trên đường dây truyền tải hoặc sự cố của một nhà máy điện quan trọng do một hỏng hóc về cơ khí Điện năng rất quan trọng trong đời sống hàng ngày và trong các hoạt động về sản xuất của nền kinh tế vì thế hệ thống điện phải được kiểm tra giám sát một cách chặt chẽ để hệ thống luôn nằm trong giới hạn an toàn

Tiêu chuẩn an toàn tiền định cổ điển được sử dụng để đánh giá mức an toàn của hệ thống Một hệ thống điện được gọi là “chắc chắn” nếu nó đáp ứng được tiêu chuẩn an toàn tiền định, tức là hệ thống vận hành mà không vi phạm giới hạn nào trong tất cả các trạng thái ngẫu nhiên của hệ thống Trạng thái ngẫu nhiên được định nghĩa như là sự cố của một phần tử trong hệ thống hoặc của hai phần tử liên kết với nhau An toàn hệ thống được kiểm tra và sử

Trang 10

dụng bằng những công cụ phân tích các trạng thái ngẫu nhiên, những công cụ này mô phỏng các tác động của mỗi trạng thái ngẫu nhiên lên hệ thống bằng cách sử dụng các chương trình phân tính hệ thống Chương trình phân tích hệ thống tính toán dòng công suất, ổn định điện áp của các trạng thái

Ý tưởng của phương pháp tiền định là nghiên cứu an toàn để tránh những sự cố dây chuyền dẫn đến những sự cố lớn xảy ra bất ngờ Chẳng hạn, một đường dây bị sự cố cắt ra dẫn đến sự quá tải của một đường dây khác, đường dây này cũng có khả năng bị cắt theo, đây là lý do gây ra những sự cố tiếp theo và có thể gây ra mất nhiều tải hoặc gây sụp đổ hệ thống Tiêu chuẩn tiền định thực hiện đơn giản nhưng đây không phải là giải pháp tối ưu về kinh

tế Trong một số trường hợp thì chúng hiệu quả ở một mức an toàn và nó có thể ngăn ngừa được phải cắt điện của các phụ tải Trong trường hợp khác, chẳng hạn như trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt thì tiêu chuẩn tiền định lại không phản ánh đúng mức độ nguy hiểm của những sự cố chính

Ý tưởng của phân tích an toàn theo xác suất vượt ra khỏi quan niệm về những trạng thái ngẫu nhiên của hệ thống dẫn đến những sự kiện không mong muốn Nếu chúng ta không tự giới hạn các trạng thái ngẫu nhiên có thể xảy ra thì trạng thái của hệ thống không thể được xem là an toàn hay không an toàn bởi vì hầu hết những sự cố ngẫu nhiên kết hợp với nhau sẽ là lý do dẫn đến những vi phạm về giới hạn trong vận hành Những tác động để ngăn chặn những vi phạm cũng có thể là nguyên nhân dẫn đến những sự cố không mong muốn Để ngăn chặn hoàn toàn những sự cố trên là điều không thể bởi vì điều

đó sẽ dẫn đến giá thành cung cấp rất cao Nói một cách khác là không thể đảm bảo hệ thống sẽ chống lại tất cả những sự cố có thể xảy ra Một cách đo độ an toàn khác phải được chấp nhận nếu chúng ta muốn nghiên cứu rộng hơn về những trạng thái ngẫu nhiên của hệ thống điện

Trang 11

1.2 Những thành tựu và kết luận của các nghiên cứu trước

Công trình nghiên cứu “Một phương pháp tính toán giá trị an toàn trong vận hành hệ thống điện” đặt nền móng bởi Prof Daniel Kirschen vào năm

1997, công trình này cũng được xem như là “công trình đầu tiên” Sau đó Dr

K Bell đã phát triển phần mềm sử dụng cho phương pháp tính toán Tiếp theo

Dr M Rios đã phát triển thêm phần mềm này và ứng dụng nó vào mô hình của hệ thống điện NGT (National Grid Transco) ở Anh Sau đây là những thành tựu và kết quả của công trình này đạt được

• Đã có những phương pháp đánh giá thiệt hại của các sự cố trong hệ thống điện bằng những công cụ phần mềm Công cụ này được sử dụng để lập phương thức vận hành hệ thống, nó được thực hiện và phát triển dựa trên mô phỏng Monte Carlo Công cụ này được gọi là công cụ tính toán giá trị an toàn (VaSA-Value of Security Assessor) VaSA được thử nghiệm thành công trên

hệ thống NGT (Anh) Kết quả của cuộc thử nghiệm là mang tính tích cực

• Phát triển mô hình gồm năm “ trạng thái thời tiết” Một trong những trạng thái này là trạng thái “thời tiết bình thường” (ví dụ, thời tiết tốt) trong khi bốn trạng thái còn lại tương ứng với những trạng thái mà có số sự cố trung bình lớn hơn mức bình thường Những cuộc thử nghiệm đã chỉ ra rằng những trạng thái thời tiết xấu không ảnh hưởng lớn đến sự lựa chọn các phương thức vận hành

• Trong VaSA đã trình bày những công thức cơ bản về mô phỏng hệ thống và những tác động hiệu chỉnh trong vận hành Các phương pháp để mô

tả xác suất của các sự cố gây ra cắt dây chuyền hoặc gây ra sự cố cắt một hay nhiều thiết bị không cần thiết khi thiết bị lân cận bị sự cố

VaSA có khả năng tính toán giá trị an toàn không những cho một trạng thái tức thì hệ thống mà còn có khả năng tính toán phương thức vận hành trong cả ngày và tính toán được thời gian xử lý của người vận hành

Trang 12

1.3 Mục đích của nghiên cứu

Ta thấy vấn đề an toàn cho hệ thống điện ngày càng đặt ra bức thiết để giải quyết các vấn đề về kinh tế và kỹ thuật cho hệ thống Vì vậy trong đồ án này đã đi sâu nghiên cứu các vấn đề an toàn của hệ thống:

- Phần đầu của luận văn nghiên cứu những lý thuyết chung về an toàn

hệ thống Phần này giới thiệu các khái niệm cũng như sự phân loại về an toàn

và các yếu tố tác động đến an toàn hệ thống Ở phần này cũng đưa ra hai phương pháp phân tích sự cố hệ thống điện đó là phương pháp phân tích độ nhạy và phương pháp dòng tải AC

- Phần tiếp theo của luận văn đưa ra những phương pháp đánh giá an toàn trong hệ thống điện Sử dụng phương pháp tiền định và phương pháp xác suất để đánh giá an toàn tĩnh (chế độ xác lập), an toàn động (chế độ quá độ)

và đánh giá độ rủi ro xảy ra trong hệ thống điện Tiếp theo luận văn trình bày những đánh giá về kinh tế của an toàn hệ thống điện, các chi phí tính toán khi mất an toàn và các tiêu chuẩn đánh giá về kinh tế trong vận hành

- Phần cuối của luận văn đã áp dụng tính toán an toàn điện áp cho lưới điện truyền tải 220kV của Việt Nam năm 2004 ở các chế độ phụ tải cực đại, phụ tải cực tiểu và chế độ phụ tải cực đại buổi sáng Trong phần này cũng giới thiệu về chương trình tính toán phân tích lưới điện PSS/E 29

Trang 13

Chương 2

LÝ THUYẾT CHUNG VỀ AN TOÀN

2.1 Giới thiệu chung về an toàn hệ thống điện

Ngày nay mối quan tâm chính của chúng ta vẫn là vận hành tối ưu kinh

tế hệ thống điện Một yếu tố quan trọng trong vận hành hệ thống điện chính là

an toàn hệ thống An toàn hệ thống điện là việc giữ cho hệ thống vận hành bình thường khi bị sự cố một phần tử trong hệ thống Chẳng hạn như một máy phát có thể bị tách ra khỏi hệ thống do thiết bị phụ trợ bị hỏng, trong thời gian gián đoạn để thay thế máy phát dự phòng, thì hệ thống còn lại có thể bị suy giảm tần số hoặc phải sa thải phụ tải Tương tự, một đường dây truyền tải có thể bị bão phá hỏng và nó bị tách ra bởi các rơle tự động Nếu như máy phát vẫn tiếp tục phát công suất như cũ thì trong thời gian gián đoạn sữa chữa những đường dây còn lại có thể bị tăng tải và đạt đến hoặc vượt quá giới hạn cho phép

Các phần tử của hệ thống điện được thiết kế để vận hành trong một giới hạn cho phép, hầu hết các bộ phận của các phần tử này đều được bảo vệ bởi các thiết bị tự động, do đó các phần tử này có thể bị cắt ra khỏi hệ thống nếu giới hạn của nó bị vi phạm Nếu sự cố xảy ra mà hệ thống vẫn tiếp tục làm việc bình thường thì sự cố đó được xem như là một sự cố thoáng qua Còn có những sự cố mà khi nó xảy ra thì sẽ dẫn đến một loạt sự cố khác trong hệ thống xảy ra theo, ví dụ về chuỗi sự cố này là một đường dây bị cắt ra do hư hỏng cách điện, các đường dây còn lại trong hệ thống vẫn tiếp tục vận hành nhưng trong đó sẽ có một số đường dây bị quá tải bởi vậy nó có thể bị cắt ra bởi các rơle tự động, điều đó có nghĩa là những đường dây còn lại sẽ ngày càng quá tải thêm Những quá trình này thường xảy ra liên tiếp và dẫn đến

Trang 14

giới hạn sụp đổ hệ thống, trường hợp đặc biệt này của hệ thống được gọi là sự

cố dây chuyền

Hầu hết các hệ thống điện lớn đều được lắp đặt thiết bị cho phép người vận hành có thể kiểm tra giám sát và vận hành hệ thống một cách dễ dàng để đạt được độ tin cậy

Hệ thống an toàn bao gồm 3 chức năng chính những chức năng này được tập trung tại trung tâm vận hành:

1 Chức năng kiểm tra giám sát

2 Chức năng phân tích dự báo sự cố

3 Phân tích các tác động hiệu chỉnh

Những chức năng này đưa lại cho người vận hành tại các trung tâm điều khiển những thông tin kịp thời chính xác để vận hành hệ thống một cách

an toàn tin, cậy nhất và kinh tế nhất

Chức năng kiểm tra giám sát là chức năng quan trọng nhất trong 3 chức năng trên Hệ thống này cung cấp cho người vận hành một cách trực quan về thông số vận hành của hệ thống Hệ thống này rất tiện lợi vì nó có thể kiểm tra được những vị trí rất xa trong hệ thống mà không phải trực tiếp đến đó Vận hành hệ thống được tốt phụ thuộc vào độ chính xác của các thiết bị đo và các giá trị của nó được truyền đến trung tâm điều khiển Hệ thống đo và truyền dữ liệu được gọi là hệ thống đo xa, hệ thống này có thể đo và kiểm tra điện áp, dòng điện, dòng công suất, trạng thái hỏng của mạch điện và các thông tin giới hạn như tần số, các thành phần đầu ra của máy phát và vị trí đầu phân áp của máy biến áp cũng có thể được đo từ xa Với một lượng thông tin lớn được đo cùng một lúc, người vận hành không thể kiểm tra và phân tích những những thông tin này trong một thời gian ngắn Vì lý do đó máy tính kỹ thuật đã được cài đặt phần mềm vận hành điều khiển trung tâm để thu thập và

xử lý các tín hiệu đo, các quá trình biến đổi và dữ liệu về vị trí của chúng

Trang 15

Người vận hành có thể nhìn thấy thông tin qua một màn hình lớn Điều quan trọng hơn, máy tính có thể kiểm tra các thông tin về giới hạn và cảnh báo cho người vận hành những sự cố như quá tải hoặc điện áp vượt mức cho phép Người ta đánh giá trạng thái hệ thống bằng cách sử dụng những số liệu từ hệ thống đo xa rồi so sánh với hệ thống mẫu để đưa ra những đánh giá tối ưu (trong khả năng thống kê được) cho những phương thức vận hành của hệ thống điện

Hệ thống giám sát luôn luôn được kết hợp với hệ thống điều khiển, hệ này cho phép người vận hành đóng, ngắt mạch, thay đổi đầu phân áp của máy biến áp… từ trung tâm điều độ Hệ thống điều khiển thường được sử dụng là

hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), hệ thống này thu thập và xử lý số liệu về hệ thống và điều khiển hệ thống Hệ thống SCADA cho phép một số người vận hành quan sát gián tiếp hệ thống (máy phát và hệ thống truyền tải điện…)

Chức năng chính thứ hai của hệ thống an toàn là phân tích những trạng thái ngẫu nhiên xảy ra Kết quả đạt được của việc phân tích này là dự báo trước cho người vận hành biết những trạng thái ngẫu nhiên trong hệ thống để người vận hành điều khiển hệ thống được an toàn Rất nhiều nhiễu loạn xuất hiện trong hệ thống điện, đó có thể là nguyên nhân dẫn đến hệ thống mất an toàn, bất ổn trong khoảng thời gian rất nhanh vì thế người vận hành không thể hành động kịp để ngăn chặn sự cố Vì vậy ta cần phải phân tích nhanh các sự kiện xảy ra trong hệ thống để phát hiện sớm sự cố Hiện nay với những hệ thống điện hiện đại cài đặt nhiều chương trình có khả năng phân tích và dự báo những sự cố trước khi chúng xảy ra

Chức năng thứ 3 của hệ thống an toàn là chức năng phân tích và hiệu chỉnh các tác động vận hành, cho phép cán bộ điều độ thay đổi phương thức vận hành của hệ thống điện trong các trường hợp quá tải Đây là một chương

Trang 16

trình phân tích những khả năng sự cố có thể xảy ra để tác động điều chỉnh lên

hệ thống trước khi sự cố xuất hiện Ví dụ chúng ta có thể điều chỉnh giảm dòng công suất trên đường dây có thể bị quá tải để đến khi sự cố xảy ra thì đường dây này vẫn nằm trong phạm vi an toàn cho phép

Tất cả các chức năng điều khiển giám sát, phân tích các trạng thái ngẫu nhiên và phân tích tác động hiệu chỉnh là các công cụ nhằm mục đích trợ giúp cho người vận hành hệ thống điện

2.2 An toàn hệ thống điện

2.2.1 Khái niệm

An toàn hệ thống điện được đánh giá bằng các tiêu chuẩn an toàn Có hai tiêu chuẩn thường được sử dụng để đánh giá an toàn hệ thống là tiêu chuẩn N-1 và tiêu chuẩn N-2

Tiêu chuẩn N-1 được phát biểu như sau: Hệ thống điện được gọi là an toàn theo tiêu chuẩn N-1 nếu hệ thống sau khi mất đi bất kỳ một phần tử (hoặc hai phần tử có liên kết với nhau) thì hệ thống vẫn vận hành bình thường tức là không có bất cứ một tham số nào của hệ thống vi phạm giới hạn và không phải sa thải bất kỳ phụ tải nào [11]

Trong một vài trường hợp người ta sử dụng tiêu chuẩn N-2 để đạt được

độ an toàn cao hơn cho hệ thống khi mất đi hai phần tử bất kỳ

Công suất trên hệ thống truyền tải trong trạng thái vận hành bình thường phải được giới hạn ở các mức, những mức này cho phép xảy ra bất cứ trạng thái ngẫu nhiên xảy ra mà vẫn đạt được chất lượng điện năng và các thông số hệ thống nằm trong giới hạn cho phép.[11]

Những trạng thái ngẫu nhiên có thể là những sự cố hỏng hóc các phần

tử của hệ thống do các hiện tượng khách quan (ví dụ như sự cố xảy ra do sét đánh làm máy cắt đóng) hoặc có thể bao gồm những sự mất ổn định tĩnh hoặc

Trang 17

sự mất ổn động (ví dụ như một thay đổi bất kỳ của phụ tải cũng có thể dẫn đến cắt đường dây hoặc máy phát) [8]

Thông thường, mô phỏng chuỗi trạng thái ngẫu nhiên được sử dụng để đánh giá tác động của nó lên hệ thống trong một trạng thái ổn định Tuy nhiên, các hiện tượng vật lý trong tự nhiên là phi tuyến, hệ thống điện trên thực tế ngày càng phức tạp làm cho việc đánh giá an toàn hệ thống trở nên rất khó khăn Chẳng hạn, hệ thống kiểm tra giám sát phải hoạt động liên tục và yêu cầu phải phân tích nhanh độ nhạy để xác định xu hướng thay đổi của các tham số, những kết quả phân tích trên cho ta biết phải vận hành hệ thống như thế nào để tăng mức an toàn [8]

Mặt khác, áp lực về các điều kiện kinh tế và môi trường làm cho việc tăng tính an toàn của hệ thống và lợi ích kinh tế trở nên mâu thuẫn nhau, thậm chí thay vì phải xây dựng những đường dây truyền tải mới và tăng thêm nguồn phát thì người vận hành lại phải vận hành hệ thống ở gần với mức giới hạn hơn, gây ra mất an toàn cho hệ thống [8]

Những thay đổi nhỏ của phụ tải gây ra các nhiễu loạn đó là nguyên nhân làm thay đổi các trạng thái của hệ thống Tuy nhiên, an toàn hệ thống được đánh giá bởi những thay đổi lớn đó là nguyên nhân chính dẫn đến thay đổi trạng thái của hệ thống Những sự thay đổi lớn này bắt nguồn từ những trạng thái ngẫu nhiên Những sự cố hay xảy ra nhất là rơle hoạt động không tin cậy, đây là những thiết bị được thiết kế để bảo vệ hệ thống trước những sự

cố hoặc là những trạng thái bất thường khác Các rơle tác động dẫn đến khả năng cắt các đường dây, máy biến áp, máy phát, hoặc những phụ tải lớn.[18]

Các phần tử biến đổi trong hệ thống điện phản ứng lại với những biến đổi xảy ra trong hệ thống để đạt được trạng thái cân bằng chấp nhận được.Các phân tích về những phản ứng của các phần tử và điều kiện cân bằng mới của

hệ thống này được gọi là phân tích an toàn [18]

Trang 18

2.2.2 Phân loại

An toàn hệ thống có thể được phân chia theo hình 2.1

Hình 2.1: Phân loại an toàn hệ thống điện [18]

Cơ cấu thời gian Người giải quyết Quyết định Cơ sở của quyết định Đánh giá trực tiếp

(vài phút đến giờ)

Người vận hành

Kiểm soát vận hành như thế nào cho kinh tế mà vẫn giữ hệ thống ở trạng thái bình thường

Nguyên tắc vận hành, Đánh giá trực tiếp và tính kinh tế

Kế hoạch vận

hành

(vài giờ đến tháng)

Người phân tích

Nên dùng tiêu chuẩn vận

hành nào?

Tiêu chuẩn vận hành tin cậy và tối ưu về kinh tế

Kế hoạch

(Vài tháng-năm)

Người phân tích

Làm thế nào để tăng cường và giữ được hệ thống truyền tải

Tiêu chuẩn tin cậy để thiết kế hệ thống

Bảng 2.1: Mối quan hệ của các quyết định về an toàn [18]

Nếu sự phân tích chỉ tập trung đánh giá vào trạng thái cân bằng của hệ thống (tại điểm vận hành ổn định) thì chúng được gọi là đánh giá an toàn tĩnh (Static Security Assessment- SSA) Trạng thái an toàn tĩnh (trạng thái an toàn ổn định) là trạng thái hệ thống cung cấp điện cho các phụ tải mà không vi phạm đến các điều kiện về vận hành và không phải cắt đi bất cứ phụ tải nào [9],[7]

Nếu phân tích tập trung đánh giá trạng thái của hệ thống trong khoảng thời gian quá độ ngay sau khi mất ổn định, thì chúng được gọi là đánh giá an

Quá tải máy

biến áp

Quá tải đường dây Điện áp thấp Điện áp mất ổn định Mất ổn định động Mất ổn định tĩnh

An toàn

quá tải

An toàn động

An toàn điện áp

An toàn hệ thống điện

Trang 19

toàn động (Dynamic Security Assessment-DSA) [29],[5],[12] Nghiên cứu an toàn động là nghiên cứu khả năng của hệ thống cung cấp chống lại được những vấn đề động như tác động sớm, mất ổn định động và mất ổn định tĩnh [9], [21]

An toàn điện áp là khả năng tất cả các nút của hệ thống giữ được điện

áp trong giới hạn cho phép ở trạng thái vận hành bình thường, mà còn giữ được trong bất cứ trạng thái ngẫu nhiên nào hoặc trước những biến đổi có hại cho hệ thống [9],[5] Phân tích an toàn điện áp được thực hiện để khảo sát xem liệu những trạng thái ngẫu nhiên nào gây ra sụp đổ điện áp [9]

Đánh giá an toàn tĩnh có thể được dùng để phát hiện nhanh hệ thống mất an toàn bằng cách xem xét những tác động tĩnh của mỗi trạng thái ngẫu nhiên Tuy nhiên, để biết hệ thống tuyện đối an toàn hay không thì phải được thực hiện đánh giá an toàn động

Một hệ thống điện luôn luôn ở một trong bốn trạng thái sau:

1 Trạng thái bình thường

2 Trạng thái cảnh báo

3 Trạng thái nguy cấp

4 Trạng thái phục hồi Trạng thái nguy cấp có thể là trạng thái rất nguy cấp hoặc trạng thái nguy cấp tạm thời hoặc trạng thái nguy cấp có thể điều khiển được [27] Điều quan trọng của bốn trạng thái an toàn này là cung cấp một khái niệm cơ sở về các mối liên hệ của các trạng thái an toàn trong hệ thống Các vấn đề cơ sở này dựa trên giả định rằng bất cứ trạng thái nào được xem là bình thường đều được chấp nhận, các trạng thái còn lại đều không được chấp nhận Hình 2.2 thể hiện các trạng thái và các hoạt động tương ứng

Trang 20

Hình2.2: Những trạng thái và hoạt động của hệ thống điện [18]

Theo kinh nghiệm, những quyết định liên quan đến an toàn trong cả vận hành và lập phương thức phải dựa trên tiêu chuẩn sao cho hệ thống được vận hành ở trạng thái bình thường trong mọi lúc [21] Hạn chế chủ yếu của phương pháp này là không phản ánh được sự khác nhau có thể tồn tại ở giữa hai trạng thái được cho là an toàn

Đánh giá độ an toàn được nghiên cứu trên ba vùng chính thể hiện trên hình 2.3, những đánh giá này phải được thực hiện trong một khung thời gian chuẩn Hình 2.3 thể hiện khung thời gian được sử dụng cho những tác động điều khiển tình trạng khẩn cấp [40]

Do hiện nay việc cạnh tranh về nguồn cung cấp (ở Việt Nam là do thiếu nguồn cung cấp nên chưa có cạnh tranh) và quá trình phát triển của mạng lưới truyền tải dẫn đến kết quả là trạng thái vận hành bị stress rất cao (tức là hệ thống được vận hành ở rất gần với giới hạn mất an toàn), mạng lưới dễ bị tổn thương hơn và điều này cho thấy cần phải tăng mức an toàn trong hệ thống

Bình thường

Tác động (chuyển mạch)

Giải quyết nhanh, không tính đến kinh tế

Giảm tải trên đường dây

Điều khiển sa thải phụ tải

Trang 21

Hình 2.3: Tỉ lệ thời gian trong hoạt động điều khiển khẩn cấp [40]

Để xác định mức an toàn trong một trạng thái vận hành, trước đây người ta thường sử dụng phương pháp tiền định, một trạng thái vận hành được xác định là an toàn hoặc không an toàn dựa vào những trạng thái ngẫu nhiên trong tập hợp những trạng thái ngẫu nhiên đã từng xảy có thỏa mãn các tiêu chuẩn an toàn của mạng điện hay không Nếu các trạng thái ngẫu nhiên vi phạm giới hạn thì người vận hành phải thao tác để đưa mức an toàn của hệ thống vào vùng an toàn Nếu không trạng thái ngẫu nhiên nào vi phạm thì người vận hành không phải thao tác gì thêm hoặc chỉ thao tác để nâng cao tính kinh tế của việc phân phối điện cho các phụ tải [23]

Có 2 phương pháp đánh giá an toàn đó là phương pháp tiền định và phương pháp xác suất Phương pháp tiền định đưa ra những quy tắc rất đơn giản để sử dụng trong các lệnh vận hành Tuy nhiên, sự cạnh tranh về kinh tế trong công nghiệp và sự tăng trưởng nhanh của phụ tải nối thêm vào hệ thống dẫn đến hệ thống dễ bị tổn thương Các nghiên cứu đã tìm ra nhiều cách khác nhau để nhận biết được hệ thống có an toàn hay không? Có tối ưu về kinh tế hay không? [28]

1 miligiây

vài phút vài giây

Tác động ngăn chặn cắt quá tải Tác động ngăn chặn

mất ổn định động

Trang 22

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn hệ thống điện.[6]

Đối với một hệ thống điện hiện đại cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Hệ thống phải vận hành như thế nào để công suất truyền tải đáng tin cậy

- Hệ thống phải được vận hành trong giới hạn tin cậy nhưng cũng phải được vận hành tối ưu về kinh tế

Nhưng yếu tố nào ảnh hưởng đến vận hành đứng trên quan điểm về độ tin cậy? Chúng ta cho rằng các kỹ sư đã thiết kế ra hệ thống truyền tải điện và

hệ thống nguồn phát đã làm việc với tất cả khả năng của họ Điều đó có nghĩa

là phải có nguồn phát đủ để cung cấp cho tất cả phụ tải, nó cũng đồng nghĩa với việc phải có một hệ thống truyền tải đủ để dẫn công suất từ nguồn phát đến phụ tải Nếu hệ thống vận hành không gặp phải những trạng thái sự cố xảy ra đột xuất hoặc những trạng thái vận hành hệ thống mà chưa từng gặp trước đây thì chúng ta có thể không gặp phải các vấn đề về độ tin cậy Tuy nhiên, bất cứ phần tử nào trong hệ thống đều có khả năng xảy ra sự cố do nguyên nhân chủ quan hoặc khách quan như sét đánh hoặc một vật lạ làm ngắn mạch đường dây truyền tải, hoặc lỗi do người vận hành thao tác rơle sai Thật là rất lãng phí nếu ta xây dựng một hệ thống điện đủ dư thừa (dư thừa về

hệ thống truyền tải và công suất dự trữ) để có thể chống lại tất cả những sự cố

mà không làm gián đoạn phụ tải Bởi vậy hệ thống được thiết kế để xác suất mất tải là một lượng nhỏ có thể chấp nhận được Hệ thống chỉ được thiết kế với độ dư thừa đủ để hệ thống có thể chống lại những những sự cố chính, điều này không đảm bảo rằng hệ thống sẽ vận hành với độ tin cậy 100%

Vận hành hệ thống trong giới hạn thiết kế và kinh tế là công việc của người vận hành, họ cố gắng để giữ tối đa độ tin cậy của hệ thống trong bất cứ thời điểm nào Hệ thống vận hành không bao giờ đạt được 100% thiết bị bởi

vì có những phần tử bị sự cố hoặc có những phần tử đang thời kỳ bảo dưỡng, bởi vậy cần thiết phải có những thiết bị dự phòng để thay thế

Trang 23

Sự cố đường dây truyền tải là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi dòng điện và điện áp trên các thiết bị truyền tải còn lại của hệ thống Bởi vậy, cần phân tích sự cố trên đường dây truyền tải để dự báo dòng điện và điện áp xem chúng có nằm trong giới hạn cho phép hay không Sự cố máy phát cũng dẫn đến sự thay đổi dòng điện và điện áp trên hệ thống truyền tải, thêm vào đó là các vấn đề về động học của hệ thống như là tần số hệ thống, công suất đầu ra của máy phát

Có những vấn đề quan trọng cần được giải đáp như: Cấu hình của hệ thống còn lại và nó được vận hành như thế nào sau sự cố, hệ thống được vận hành ra sao để đạt được mục đích là sự cố không ảnh hưởng đến hệ thống?

2.4 Các phương pháp phân tích sự cố hệ thống điện [6]

Nếu các hệ thống điện được kết nối với nhau thành liên hệ thống thì khi xảy ra sự cố mất công suất phát của một hệ thống các nguồn phát của các hệ thống khác sẽ tăng công suất phát để bù vào sự thiếu hụt của hệ thống này Tuy nhiên nếu hệ thống không được kết nối với các hệ thống khác thì khi có

sự cố mất nguồn thì các máy phát còn lại trong hệ thống sẽ phải tăng công suất để bù lại lượng công suất thiếu hụt tại nút đó

Người vận hành phải biết đường dây và máy phát nào bị sự cố sẽ dẫn đến dòng điện và điện áp vượt ra ngoài giới hạn Để dự báo được tác động của

sự cố thì phải sử dụng phương pháp phân tính các trạng thái ngẫu nhiên Phương pháp này mô phỏng các sự cố đơn (chẳng hạn như sự cố một đường dây hoặc sự cố một máy phát) sau đó nghiên cứu và đưa ra những “sự cố tin cậy” (những sự cố không ảnh hưởng đến hệ thống) Trong mỗi trường hợp sự

cố thì phương pháp phân tích trạng thái ngẫu nhiên sẽ kiểm tra tất cả các đường dây và các nút xem có dòng điện hoặc điện áp nào vượt ra ngoài giới hạn cho phép hay không Dạng đơn giản của phân tích trạng thái ngẫu nhiên được thể hiện trong hình 2.4

Trang 24

Hình 2.4 Sơ đồ thuật toán phân tích sự cố ngẫu nhiên [6]

Có dòng công suất nào vượt giới hạn?

Có điện áp nút nào vượt

giới hạn?

i = i+1

Sai

Đúng Sai

Đúng

Cảnh báo Sai

Đúng

Trạng thái sự cố đường dây 

Có dòng công suất nào vượt giới hạn?

Có điện áp nút nào vượt

Trang 25

Vấn đề khó khăn của các phương pháp phân tích hệ thống là giải quyết các vấn đề về tốc độ tính toán Vấn đề khó khăn nhất là việc chọn ra “các sự

cố đáng tin” Nếu mỗi trường hợp sự cố phân tích trong 1 phút thì với hàng trăm sự cố phải mất hàng giờ mới đưa ra sự kết luận Nó sẽ được sử dụng nếu trạng thái hệ thống không thay đổi trong một chu kỳ thời gian Tuy nhiên hệ thống là luôn luôn biến đổi và người vận hành hệ thống phải biết được rằng trạng thái vận hành hệ thống có đáng tin cậy hay không mà không phải chờ đợi phân tích quá lâu để nhận được câu trả lời Vào năm 1983 với phương pháp phân tích và máy tính lúc đó thời gian phân tích các trạng thái ngẫu nhiên của hệ thống có thể mất vài phút đến nửa giờ cho vài trăm trường hợp

sự cố

Một giải pháp để tăng tốc độ của phân tích trạng thái ngẫu nhiên là sử dụng các phương pháp xấp xỉ của hệ thống điện Đối với nhiều hệ thống thì việc sử dụng phương pháp dòng tải DC không đạt được yêu cầu bởi vì phương pháp DC không quan tâm đến điện áp, cho nên sử dụng phương pháp dòng tải AC sẽ cung cấp một phương pháp tính toán chính xác cho dòng công suất và phân tích điện áp hệ thống cũng rất được quan tâm

2.4.1 Phương pháp hệ số độ nhạy [6]

Có rất nhiều khả năng xảy ra sự cố trong các thiết bị điện, bởi vậy ta cần nghiên cứu những sự cố này để cảnh báo cho người vận hành tránh những

sự cố nguy hiểm gây ra trên các thiết bị

Vấn đề nghiên cứu hàng trăm khả năng xảy ra sự cố là rất khó khăn để giải quyết được vấn đề đưa ra một kết quả nhanh chóng và chính xác để người vận hành có những tác động lên hệ thống Một trong những những cách giải quyết vấn đề này là sử dụng phương pháp tính toán nhanh khả năng quá tải đó

là phương pháp “hệ số độ nhạy mạng điện” Những hệ số đó thể hiện những

Trang 26

thay đổi dòng điện trên các đường dây, những thay đổi về dòng công suất phát trên cấu hình mạng điện

1 Hệ số thay đổi công suất phát

2 Hệ số phân bố sự cố đường dây

bằng công thức 2.1:

i

l li

P

p a

ali : là hệ số độ nhạy của dòng công suất trên đường đây l đối với sự thay đổi công suất trên nút i

ngừng cung cấp thì:

Lúc đó dòng công suất mới trên mỗi đường dây của mạng điện sẽ được

Trong đó:

L : số đường dây nối vào nút i

Trang 27

Dòng điện sau sự cố trên các đường dây nào vượt quá giới hạn cho phép thì sẽ được cảnh báo Người vận hành sẽ được biết những đường dây

Hệ số độ nhạy thay đổi công suất phát được đánh giá tuyến tính giữa sự biến đổi dòng công suất trên mỗi đường dây và sự biến đổi công suất tại nút Công suất phát tại một nút biến đổi thì các máy phát còn lại trong hệ thống sẽ biến đổi công suất phát để bù vào sự thiếu hụt công suất tại nút i

Hệ số điều chỉnh của máy phát j khi máy phát i bị sự cố là:





=

i k k

j ij

Bởi vậy dòng công suất trên đường dây l khi tất cả các máy phát còn lại phát thêm để bù vào công suất đã mất tại nút i là:



+

=

i j

i j lj l

l p a P

Chú ý rằng những máy phát đang phát công suất cực đại thì không thể đóng góp phục hồi công suất tại nút i nên không được đưa vào để tính toán trong công thức (2.5)

Hệ số phân bố sự cố trên đường dây được sử dụng để kiểm tra sự quá tải trên đường dây khi một mạch điện bị cắt Hệ số phân bố sự cố trên đường dây được tính toán theo công thức

0 ,

k

l k l

p

d = 

(2.6) Trong đó:

Trang 28

Nếu biết dòng công suất trên đường dây l và dây k trước sự cố thì dòng công suất trên đường dây l sau khi đường dây k bị cắt có thể được tính thông

Trong đó:

Các hệ số phân bố sự cố đường dây được tính toán trước vì vậy phương pháp này tính toán rất nhanh được sử dụng để tính quá tải của sự cố trên các đường dây Hơn nữa phương pháp này có thể lưu lại được các sự cố trong các báo cáo về quá tải thể hiện qua các cảnh báo

Lưu đồ phân tích sự cố đường dây và máy phát được phát triển thành phần mềm sử dụng trong máy tính kỹ thuật số để thực hiện phân tích trạng thái ngẫu nhiên trong hệ thống điện Lưu đồ này được trình bày trong hình 2.5 Chú ý rằng dòng công suất có thể là dương hoặc âm tùy theo chiều công suất mặc định trước Trong sơ đồ thuật toán ta thấy có mấy vấn đề cần quan tâm, đầu tiên công suất phát của các máy phát và dòng công suất trên mỗi đường dây phải được xác định, thứ hai lưu đồ này chỉ ra rằng sử dụng các hệ

số độ nhạy sẽ có kết quả chính xác trong trường hợp hệ thống không phải chịu bất cứ một thao tác đóng cắt vận hành nào vì những thao tác này sẽ làm thay đổi cấu trúc hệ thống Điều đó đồng nghĩa với việc phải cập nhật lại các hệ số

độ nhạy

Trang 29

Hình 2.5: Thuật toán phân tích trạng thái ngẫu nhiên bằng hệ số nhạy[6]

Bắt đầu

Kiểm tra quá tải trên tất cả các đường dây sau sự cố máy phát

Kiểm tra quá tải trên tất cả các đường dây sau sự cố đường dây

Trạng thái hiện tại của của hệ thống

Sai -fmax < f < fmax

Trang 30

2.4.2 Phương pháp dòng tải AC [6]

Phương pháp dùng hệ số độ nhạy tính toán nhanh hơn sử dụng phương pháp dòng tải AC và nó được sử dụng rộng rãi trong vận hành hệ thống Tuy nhiên có một vài hệ thống độ lớn điện áp là tham số để đánh giá các trạng thái ngẫu nhiên, hoặc những hệ thống có nhiều nhánh dòng công suất phản kháng trội hơn chẳng hạn như nhánh cáp ngầm, vì vậy khi chúng ta chỉ phân tích dòng công suất tác dụng thì nó không thể hiện đúng sự quá tải của nhưng mạch điện này Trong những trường hợp này thì chúng ta sẽ lựa chọn sử dụng phương pháp phân tích dòng tải AC

Khi phương pháp dòng tải AC được sử dụng để nghiên cứu trạng thái ngẫu nhiên thì tốc độ giải quyết và số lượng sự cố sẽ bị giới hạn, tức là có thể xảy ra trường hợp khi hệ thống cảnh báo phát tín hiệu thì đã quá muộn để người vận hành thao tác Hầu hết các trung tâm điều khiển có sử dụng chương trình dòng tải AC cho phân tích sự cố hoặc là sử dụng phương pháp Newton- Raphson hoặc sử dụng phương pháp tách biến (decouled load flow) Những thuật giải này được sử dụng bởi vì tốc độ tính toán nhanh và độ tin cậy thích hợp khi giải quyết những trường hợp khó

Một cách khác là sử dụng thêm một số phương pháp để hạn chế số lượng trạng thái ngẫu nhiên dùng trong phân tích Những trạng thái ngẫu nhiên được lựa chọn để đánh giá được sắp xếp theo chỉ số nguy hiểm của chúng, sau khi tính toán những trạng thái nào không gây ra sự cố nguy hiểm cho hệ thống thì chúng ta sẽ không tiếp tục nghiên cứu những trạng thái có độ nguy hiểm thấp hơn vì nó sẽ không gây ra sự cố nguy hiểm Vì thế ta có thể giới hạn được số lượng trạng thái ngẫu nhiên phải được tính toán

Ta có thể sắp xếp các trạng thái ngẫu nhiên theo chỉ số nguy hiểm như sau: [2]

Trang 31

Chỉ số nguy hiểm là một phương tiện cho phép lượng tử hóa độ nguy hiểm, mất an toàn của một sự cố Nó biểu diễn chế độ sau sự cố của lưới điện

về mặt an toàn cung cấp điện bởi một con số, từ đó cho phép xếp hạng các sự

cố theo chỉ số nguy hiểm

Phương pháp chính trong xác định chỉ số nguy hiểm là sử dụng trực tiếp các thông số chế độ bị ràng buộc theo điều kiện an toàn là dòng nhánh và điện áp nút, được gọi là phương pháp trực tiếp

Chỉ số nguy hiểm có dạng:

m k

k

k X x

sẽ cải thiện được tình trạng này Tổng trong (2.8) cũng có thể chỉ lấy tương đối với phạm vi nhỏ mà thôi

Một công thức đưa vào các yếu tố này được viết như sau đối với dòng công suất:

công suất giới hạn

J: là tập chọn lọc các đường dây thỏa mãn:

Trang 32

2

i i

Qi k

k k

U =  w dU +  w dQ

Trong đó độ lệch điện áp chuẩn hóa nút k:

min max

min max ) (

2

k k

U U

U U d

min max ) (

2

i i

Q Q

Q dQ

Trang 33

I Xây dựng một trạng thái trào lưu công suất cơ sở của hệ thống tương ứng với từng chu kỳ thời gian (theo năm, theo mùa) và trạng thái của phụ tải tương ứng (phụ tải đỉnh, phụ tải đỉnh khu vực, phụ tải ngoài đỉnh) Thông thường người ta sử dụng phương pháp sơ đồ topologies cho tất cả các mạng điện đang vận hành Đôi khi phương pháp phân tích độ nhạy cũng được thực hiện trong một vài trường hợp mà phương pháp topologies bị hạn chế Thêm vào đó, nghiên cứu trạng thái vận hành ngắn hạn được thực hiện để tìm ra những giới hạn của topologies trong dự báo ngắn hạn

II Lựa chọn tập hợp những trạng thái ngẫu nhiên Thông thường các trạng thái này bao gồm tất cả các sự kiện ‘N-1’ (mất đi một phần tử) và trong một vài trường hợp đặc biệt thì nó có thể bao gồm cả sự kiện ‘N-2’ (mất 2 phần tử trong hệ thống) chẳng hạn như hai mạch điện đi trên cùng một cột Tập hợp này có thể được rút gọn chỉ bao gồm những sự kiện mà kết quả của

nó tác động lên trạng thái vận hành Theo truyền thống thì tập hợp này được lựa chọn thông qua kinh nghiệm và sự hiểu biết về hệ thống

III Xác định các tham số nghiên cứu là những tham số được tăng cực đại trong phạm vi nghiên cứu của các trạng thái vận hành Những tham số cần nghiên cứu là các mức phát công suất của các loại máy phát và trào lưu công

Trang 34

suất truyền trên đường dây truyền tải của hệ thống, giá trị điện áp tại các nút…

IV Xác định những trường hợp gây ra những vi phạm đầu tiên trong các tiêu chuẩn đánh giá cũng như độ stress vận hành bị tăng lên trong phạm vi nghiên cứu Những trường hợp này được xem như những trạng thái ngẫu nhiên tới hạn Nếu trong phạm vi nghiên cứu các tham số không bị bất cứ một

vi phạm nào thì phạm vi này không bị hạn chế về an toàn, và việc nghiên cứu hoàn thành

V Xác định tập hợp các trạng thái vận hành trong phạm vi nghiên cứu, phạm vi này được giới hạn bởi những trạng thái ngẫu nhiên có các tham số nghiên cứu bị vi phạm đầu tiên trong khi đánh giá bằng các tiêu chuẩn an toàn Tập hợp các trạng thái vận hành sẽ có quỹ đạo là một đường nếu phạm

vi nghiên cứu chỉ có 2 tham số, thành một mặt nếu nếu phạm vi nghiên cứu chỉ có 3 tham số, thành một mặt hyper nếu phạm vi nghiên cứu có nhiều hơn

3 tham số

VI Những giới hạn an toàn được tập hợp lại thành các đồ thị hoặc thành bảng để người vận hành dễ hiểu và sử dụng Để thể hiện biên giới an toàn người ta thường vẽ các sơ đồ

3.1.2 Phương pháp xác suất

Những hệ thống điện ngày nay đã chuyển đổi từ một hệ thống điều hòa (regulated) sang hệ thống có môi trường cạnh tranh Điều này dẫn đến người vận hành phải đối mặt với nhiều áp lực, để có chỗ đứng trong thị trường điện thì phải vận hành hệ thống với mức an toàn thấp hơn Hệ thống điện vận hành gần với giới hạn an toàn tiền định, hoặc thậm chí còn vượt ra giới hạn đó, nhiều phương pháp đánh giá an toàn hệ thống điện tính toán xác suất tự nhiên hoặc những biến đổi bất thường trong môi trường.[21]

Trang 35

Một vài nghiên cứu sử dụng phương pháp giải tích (phương pháp này đôi khi được gọi là phương pháp thống kê các sự kiện) để giải quyết những vấn đề về xác suất, trong trường hợp khác sử dụng mô phỏng Monte Carlo cũng cho được kết quả tương tự Phương pháp giải tích dựa trên cơ sở những trạng thái có thể xảy ra, nhưng việc tính toán sẽ tăng lên rất lớn khi ứng dụng

nó vào hệ thống nhiều phần tử [7] Nhưng mô phỏng Monte Carlo lại rất phù hợp cho việc tính toán hệ thống phức tạp

Trong việc đánh giá an toàn bằng phương pháp xác suất, bước I đến bước III và bước VI vẫn như trong phần 3.1.1 Tuy nhiên, bước IV và V được thay đổi theo như [23], [17]:

IV Đánh giá chỉ số xác suất trong phạm vi nghiên cứu Quyết định dựa trên mức vượt ngưỡng mà trong vận hành không được cho phép

V Xác định tập hợp các trạng thái vận hành trong phạm vi nghiên cứu

có một chỉ số đánh giá bằng mức ngưỡng Tập hợp các trạng thái vận hành này tạo thành đường (chỉ nghiên cứu 2 tham số), một mặt (3 tham số) và một mặt hyper (hơn 3 tham số) những tập hợp này được chia thành các phạm vi nghiên cứu riêng Đường, mặt hay mặt hyper mô tả giới hạn an toàn; nó xác định phạm vi cho phép để vận hành an toàn

3.1.3 So sánh phương pháp xác suất và phương pháp tiền định

Như ta đã biết phương pháp xác suất tạo nên những công cụ mạnh để

Trang 36

Các mặt hạn chế của phương pháp tiền định: [22], [23]

• Nó bỏ qua sự biến đổi của số liệu đầu vào

• Sự chọn lọc các trạng thái ngẫu nhiên tin được không bao gồm những

sự kiện như cắt sự cố dây chuyền và cắt một hoặc nhiều thiết bị không cần thiết khi thiết bị lân cận bị sự cố Hiển nhiên là các trạng thái vận hành tương ứng như thế có thể cũng không được đánh giá

• Cho rằng độ rủi ro vận hành trong các kế hoạch vận hành dựa trên các tiêu chuẩn an toàn truyền thống là sai lầm vì trên thực tế phương pháp này không cung cấp quan điểm nào về việc phải lập kế hoạch vận hành trên thực

tế như thế nào cho an toàn

• Nó không đưa ra cảnh báo về tính nguy hiểm khi độ rủi ro vượt ra khỏi giới hạn của an toàn tiền định

• Nó bỏ qua những tác động của những tình trạng chưa xác định trong vận hành

Sử dụng phương pháp xác suất có thể khắc phục những hạn chế trên bởi vì [23]:

• Phương pháp xác suất nghiên cứu xác suất những sự cố có thể xảy ra

• Phương pháp xác suất giữ cho độ rủi ro không tăng thêm bởi nhiều hạn chế như sự kết hợp tổng của các rủi to với tất cả các trạng thái ngẫu nhiên

Trang 37

3.2 Đánh giá an toàn động

Đánh giá an toàn động là mối quan tâm chính trong hệ thống, chúng bị hạn chế bởi những giới hạn về ổn định hệ thống Như vậy đánh giá được thực hiện trên 3 giai đoạn: giai đoạn thời gian thực, giai đoạn lập kế hoạch vận hành ngắn hạn và giai đoạn lập kế hoạch vận hành dài hạn [5]

Đánh giá an toàn động ở thời gian thực: [12]

• Cung cấp thông tin cho người vận hành những trạng thái an toàn của

hệ thống

• Xác định những thông số liên quan đến giới hạn vận hành (giới hạn của dòng điện và giới hạn công suất phát) để đảm bảo an toàn động của hệ thống trong trường hợp sự cố xảy ra

• Xác định trạng thái ngẫu nhiên và tính toán chỉ số ổn định hoặc không

ổn định cho mỗi trường hợp

Có nhiều tiêu chuẩn đã được phân loại thông qua việc đánh giá an toàn động.[12]: Chúng là:

• Ổn định quá độ lúc ban đầu (siêu quá độ)

• Độ lệch điện áp (cao hơn hoặc thấp hơn) nằm ngoài ngưỡng cho phép

và thời gian tồn tại của nó

• Tiêu chuẩn giới hạn của rơle

Chức năng an toàn trong đánh giá an toàn động là tính toán giới hạn dòng điện quá độ, dòng điện này có đảm bảo cho an toàn động của hệ thống trong các trạng thái ngẫu nhiên hay không? Dòng điện này được tính toán thông qua một loạt dòng công suất và nó được mô phỏng trên miền thời gian

Các bước cơ bản để tính dòng điện quá độ là [12]:

I Lựa chọn một dòng điện quá độ cơ sở theo thiết kế

Trang 38

II Thay đổi công suất phát và tải khu vực để đạt được dòng điện trên

Sử dụng việc thay đổi công suất phát của máy phát điện để giải quyết nhu cầu của phụ tải như là một cách đạt hiệu quả kinh tế nhất

III Sử dụng phân tích trên miền thời gian (các phương pháp số, phương pháp hình thang để rời rạc các phép tính vi phân và phương pháp lặp để giải quyết các phép tính về máy móc và các phép tính về mạng điện), mô phỏng những trạng thái ngẫu nhiên và tính toán chỉ số ổn định quá độ (Transient Stability Index-TSI) Nếu TSI ở trong ngưỡng quy định (trong vùng ổn định) thì giới hạn dòng điện quá độ sẽ tìm được Nếu không ta sẽ tiếp tục bước IV

IV Giảm dòng điện nếu không ổn định (TSI âm), hoặc tăng dòng điện

nếu nó ổn định (TSI là dương) Quay lại bước II và bước III.

Điều kiện an toàn bắt buộc giữ cho dòng điện sao cho TSI là rất nhỏ và nằm trong vùng chấp nhận được Nguyên tắc vận hành được xác lập chủ yếu dựa trên cơ sở là giới hạn của dòng điện này [12] Nếu bất kỳ một trạng thái ngẫu nhiên nào làm mất ổn định thì người vận hành được cảnh báo ngay lập

an toàn vượt ra khỏi giới hạn tiền định Để làm giảm hạn chế này [21], người

ta đưa ra chỉ số an toàn rủi ro cơ sở, chỉ số này giữ được mức an toàn và đưa

ra khả năng tác động đến kinh tế của những trạng thái không mong muốn Chỉ

số này được đưa ra trong [21], xem xét những sự cố trong hệ thống như sự gián đoạn cung cấp điện của tải, hư hỏng thiết bị, tổn thất do thiết bị điện

hỏng hóc

Trang 39

Để tính toán độ rủi ro ta thường sử dụng công thức (3.1) [21]

, Im ( )

, Pr(

X E

t i t i t

t

i X X Risk E X dE dX

Trong đó:

Đánh giá an toàn rủi ro cơ sở được đưa ra trong [21] nghiên cứu tác

phần tử nào (i=0)

Sự biến đổi của các phần tử phụ thuộc vào đặc tính tự nhiên của các tác động Trong đường dây quá tải, những sự biến đổi như là nhiệt độ môi trường, tốc độ gió, bảo từ mặt trời [14] Trong quá tải máy biến áp, đó là nhiệt độ môi trường và chu kỳ tải của máy biến áp [42] Trong an toàn điện áp đó là sự gián đoạn điện áp của tải ở mỗi nút [15] Trong an toàn động, đó là những loại

sự cố và sự cố cục bộ của những mạch điện tương ứng với các trạng thái ngẫu

Theo như [21] lợi ích đạt được có thể sử dụng để đánh giá an toàn rủi

ro cơ sở khi áp dụng vấn đề an toàn vào hệ thống điện:

• Đánh giá an toàn rủi ro cơ sở được thực hiện thông qua kỳ vọng chi phí do những vấn đề mất an toàn gây nên Đánh giá này đưa ra những tín hiệu cảnh báo về mất an toàn, về kinh tế trong trạng thái vận hành Những thông

Trang 40

tin như thế là rất quan trọng trong vấn đề về an toàn và kinh tế cũng như rất quan trọng để người vận hành có thể lựa chọn tối ưu giữa an toàn với kinh tế

• Chỉ số rủi ro mang lại thông tin có liên quan đến khoảng thời gian tiếp theo (phút tiếp theo, giờ tiếp theo, tuần tiếp theo, hoặc năm tiếp theo), thông tin này có thể được sử dụng để ngăn chặn và chống lại những trạng thái vận hành không tốt trong tương lai

• Độ rủi ro được sử dụng để tính toán và xem xét các vấn đề gây ra bởi mỗi trạng thái ngẫu nhiên và mỗi phần tử, độ rủi ro cung cấp những thông tin quan trọng để nhận dạng những phần tử có khả năng sự cố hoặc là trạng thái vận hành có khả năng nguy hiểm

• Đánh giá an toàn rủi ro cơ sở có thể được sử dụng để tính toán chỉ số rủi ro quá tải, vấn đề về an toàn điện áp Nó có thể phản ánh mức an toàn tổng trong một khu vực

• Độ rủi ro cũng được tính toán trong các chu kỳ thời gian bằng tổng tất

cả thời gian xảy ra trong mỗi trạng thái vận hành Nhưng thông tin thu thập được về độ rủi ro có thể được sử dụng để phản ánh mức an toàn của hệ thống

và lập phương thức vận hành tối ưu

3.4 Phương pháp đánh giá trong an toàn hệ thống điện

3.4.1 Độ rủi ro quá tải đường dây truyền tải

Công suất truyền tải trên dây dẫn bị hạn chế bởi nhiệt phát nóng của nó, nhiệt độ thiết kế cũng dùng để xác định độ võng và ứng suất của dây dẫn (ứng suất chỉ mức độ tôi luyện và kết tinh của kim loại) Các tác động của quá tải được tính toán có xét đến độ võng và làm giảm ứng suất của dây dẫn và tác động của độ võng và ứng suất của dây dẫn được tính toán bằng công thức (3.2) và (3.3) [14]

Định dạng
Số trang	176
Dung lượng	1,26 MB