Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI ĐỂ GIỮ ỔN ĐỊNH HỆ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI ĐỂ GIỮ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2018

SKC 0 0 6 5 4 3

MÃ SỐ: T2018-55TĐ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM

Chủ nhiệm đề tài: GVC ThS Trần Tùng Giang

TP HCM, 12/2018

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI ĐỂ GIỮ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN

Mã số: T2018-55TĐ

Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

ii

DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

lĩnh vực chuyên môn

Nội dung nghiên cứu cụ

01 Lê Trọng Nghĩa Khoa Điện – Điện Tử

Nghiên cứu tổng quan và thử nghiệm kiểm tra trên

hệ thống điện chuẩn

Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

iii

MỤC LỤC

Trang

Mục lục iii

Danh sách các hình vii

Danh sách các bảng x

Danh sách các từ viết tắt xi

CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1

1.1Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 2

1.3 Mục tiêu – Cách tiếp cận – Phương pháp nghiên cứu 2

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3.2 Cách tiếp cận 3

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu 3

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 3

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 3

1.5 Nội dung nghiên cứu 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ CÁC GIẢI PHÁP ĐỂ GIỮ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 5

1.1 Ổn định hệ thống điện 5

1.1.1 Các chế độ làm việc hệ thống điện 5

1.1.2 Phân loại ổn định hệ thống 6

1.1.2.1 Cân bằng công suất 6

1.1.2.2 Ổn định tĩnh 8

1.1.2.3 Ổn định động 10

1.1.3 Mô hình toán học hệ thống điện nhiều máy phát 10

Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

iv

1.1.4 Mô hình máy phát 11

1.1.5 Các phương pháp nghiên cứu ổn định hệ thống điện 13

1.1.5.1 Phương pháp phân tích số 14

1.1.5.2 Phương pháp diện tích 14

1.1.5.3 Phương pháp trực tiếp 15

1.1.5.4 Phương pháp mô phỏng theo miền thời gian 15

1.1.6 Kết luận 15

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG TRONG SA THẢI PHỤ TẢI ĐỂ GIỮ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 17

2.1 Sa thải phụ tải truyền thống 17

2.1.1 Sơ đồ liên động máy cắt 17

2.1.2 Rơle dưới tần số truyền thống (ANSI 81) 18

2.1.3 Rơle dưới tần số sử dụng tốc độ thay đổi tần số (df/dt) 19

2.1.3.1 Đáp ứng tần số 19

2.1.3.2 UFLS sử dụng df/dt 21

2.2 Sa thải phụ tải thông minh (ILS - Intelligent Load Shedding) 23

2.2.1 Sự cần thiết của ILS 23

2.2.2 Các yêu cầu bổ sung cho hệ thống ILS 25

2.2.3 Sơ đồ khối chức năng của ILS 26

2.3 Lý thuyết mạng nơron 27

2.3.1 Mạng nơron sinh học 27

2.3.2 Nơron nhân tạo 28

2.3.2.1 Mô hình cấu trúc một nơron với đại lượng vô hướng 29

Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

v

2.3.2.2 Cấu trúc một nơron với vectơ nhập 29

2.3.2.3 Mạng có nhiều lớp nơron 30

2.3.3 Các dạng mạng nơron của một ANN 31

2.3.4 Hàm chuyển đổi của mạng nơron 31

2.3.5 Các qui tắc học trong ANN 32

2.3.5.1 Học giám sát 33

2.3.5.2 Học không giám sát 34

2.3.5.3 Học tăng cường 34

2.3.6 Mạng Perceptron 34

2.3.7 Mạng hàm truyền xuyên tâm 35

2.3.8 Mạng hồi quy tổng quát 36

2.3.9 Mạng nơron xác suất 37

2.4 Cơ sở lý thuyết về khoảng cách pha 38

2.4.1 Giới thiệu 38

2.4.2 Tính chất 38

2.4.3 Diễn giải vật lý 39

2.4.4 Ý nghĩa 41

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI ĐỂ GIỮ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 43

3.1 Xây dựng chương trình sa thải 43

3.2 Dùng phương pháp ANN nhận dạng sự cố 47

CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT THỬ NGHIỆM NHẰM KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT 54

Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

vi

4.1 Tính toán khoảng cách pha 57

4.2 Thử nghiệm sa thải tải trên sơ đồ chuẩn bằng Powerwold 60

4.3 Huấn luyện mạng nơ-ron nhân tạo bằng matlab 63

4.4 Tạo giao diện trên guide Matlab 68

4.5 So sánh phương pháp đề xuất với các phương pháp đã có 69

4.5.1 Giới thiệu thuật toán AHP và chiến lược sa thải đề xuất từ thuật toán 69

4.5.2 Giới thiệu hệ thống sa thải phụ tải theo tần số thấp 70

4.5.3 Mô phỏng và so sánh các trường hợp với nhau 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

5.1 Kết luận 75

5.2 Hướng nghiên cứu phát triển 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

PHỤ LỤC Bản sao Thuyết minh đề tài đã được phê duyệt

Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

vii

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Các chế độ làm việc của HTĐ 5

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống máy phát kết nối thanh cái vô hạn 11

Hình 1.3: Biểu diễn góc lệch  14

Hình 2.1: Sơ đồ sa thải phụ thải dưới tần số (81) 18

Hình 2.2: Mô hình đơn giản đáp ứng tần số 19

Hình 2.3: Sơ đồ khối sử dụng thông tin tốc độ thay đổi tần số để điều chỉnh ngưỡng tần số 23

Hình 2.4: Sơ đồ khối chức năng của một ILS 26

Hình 2.5: Mô hình nơron sinh học 27

Hình 2.6: Mô hình mạng nơron nhân tạo 28

Hình 2.7: Cấu trúc một nơron với ngõ vào vô hướng 29

Hình 2.8: Cấu trúc một nơron với với vectơ nhập 29

Hình 2.9: Một lớp có nhiều nơron 30

Hình 2.10: Mạng có nhiều lớp nơron 30

Hình 2.11: Các qui tắc học 32

Hình 2.12: Sơ đồ khối mô tả học giám sát 33

Hình 2.13: Sơ đồ khối mô tả học không giám sát 33

Hình 2.14: Sơ đồ khối mô tả học tăng cường 34

Hình 2.15: Cấu trúc một lớp của mạng perceptron 35

Hình 2.16: Mạng hàm truyền xuyên tâm 36

Hình 2.17: Mạng hồi quy tổng quát 37

Hình 2.18: Mạng nơron xác suất 38

Hình 2.19: Mô hình tương đương T và công suất tác dụng trung chuyển 39

Hình 2.20: Mô hình tương đương T và công suất tác dụng trung chuyển 40 Hình 2.21: Sơ đồ khối mối quan hệ giữa máy phát j với các tải về khoảng cách pha

Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

viii

42

Hình 3.1: Lưu đồ sa thải phụ tải online 44

Hình 3.2: Lưu đồ quá trình mô phỏng lấy mẫu và huấn luyện mạng neural 45

Hình 3.3: Quy trình xây dựng chiến lược sa thải 46

Hình 3.4: Các bước mô phỏng lấy mẫu ngõ vào, ngõ ra 47

Hình 3.5: Giao diện PowerWorld cài đặt các thông số mô hình hệ thống điện thử nghiệm 48

Hình 3.6: Lưu đồ cài đặt các thông số chuẩn của các mô hình trong hệ thống điện 49

Hình 3.7: Lưu đồ kích hoạt các mô hình, các hệ thống điều chỉnh tự động 50

Hình 3.8: Lưu đồ chạy phân bố tối ưu công suất 51

Hình 3.9: Giao diện thực hiện chạy mô phỏng sự cố 52

Hình 3.10: Lưu đồ mô phỏng sự cố, quá trình lấy mẫu ngõ vào nơ-ron 53

Hình 3.11: Lưu đồ quy trình mô phỏng sa thải, lấy mẫu ngõ ra 54

Hình 3.12: Mô hình huấn luyện mạng Neural với các ngõ vào ngõ ra 55

Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống chuẩn IEEE 39 bus, 10 máy phát 56

Hình 4.2: Ma trận Jacobian trong sơ đồ IEEE 39 bus, 10 máy phát 57

Hình 4.3: Mô phỏng chạy Transient S bility trong phần mềm Powerworld 61

Hình 4.4: Mô phỏng giả lập sự cố máy phát 34 ở mức tải 100% 61

Hình 4.5 Biểu đồ góc rotor máy phát và tần số của Bus ở sự cố máy phát 34 mức tải 100% 62

Hình 4.6: Mô phỏng giả lập sự cố máy phát 34 và sa thải Load 20 63

Hình 4.7: Biểu đồ góc rotor máy phát và tần số của Bus sau khi sa thải Load 20 63

Hình 4.8: Hình tạo mẫu đầu vào, đầu ra 65

Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

ix

Hình 4.9: Hình giao diện công cụ nntool 66

Hình 4.10: Quá trình khai báo dữ liệu 66

Hình 4.11: Bảng công cụ nntool sau khi khai báo dữ liệu 67

Hình 4.12: Tạo bảng xậy dựng neural 67

Hình 4.13: Sơ đồ mạng neural tạo ra 68

Hình 4.14: Giao diện hệ thống huấn luyện neural dự báo sa thải tải khi có sự cố máy phát 69

Hình 4.15: Biểu đồ góc rotor máy phát và tần số bus sau sự cố máy phát 34 72

Hình 4.16: Biểu đồ góc rotor máy phát và tần số bus ổn định sau sự cố máy phát 34 theo phương pháp đề xuất 72

Hình 4.17: Biểu đồ góc rotor máy phát và tần số bus ổn định sau sự cố máy phát 34 theo phương pháp AHP 73

Hình 4.18: Biểu đồ góc rotor máy phát và tần số bus ổn định sau sự cố máy phát 34 theo phương pháp tần số thấp 73

Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

x

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Bảng rút gọn quan hệ giữa các bus máy phát và bus tải trong hệ thống về

khoảng cách pha 59

Bảng 4.2: Bảng chiến lược sa thải đề xuất 60

Bảng 4.3: Đánh giá huấn luyện nơron 68

Bảng 4.4: Thứ tự sa thải phụ tải ưu tiên theo thuật toán AHP 70

Bảng 4.5: Chương trình sa thải tải của ERCOT 71

Bảng 4.6: Bảng nhận xét các thông số của 3 phương pháp 73

Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

xi

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

ANSI 81: Rơle dưới tần số 81

GA: Genetic Algorithm

MLPNN: : Multilayer Perceptron Neural Network

Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

xiii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Tp HCM, ngày 15 tháng 12 năm 2018

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống

điện

- Mã số: T2018-55TĐ

- Chủ nhiệm: ThS Trần Tùng Giang

- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

- Thời gian thực hiện: 02/2018-03/2019

sự cố nhất sẽ ưu tiên sa thải trước, sau đó đến tải tiếp theo cho đến khi hệ thống trở lại ổn định

Hiệu quả của phương pháp đề xuất được thực hiện mô phỏng offline trên hệ thống chuẩn IEEE 39 bus - 10 máy phát tương ứng với từng trường hợp sự cố máy phát ở các mức tải từ 60% đến 100% Trong quá trình mô phỏng offline này, các thông số PG, PL, PBus,

UBus, FBus sẽ được thu thập để làm bộ cơ sở dữ liệu đầu vào Ngõ ra của mạng neural hồi quy sẽ cho biết máy phát nào bị sự cố và số lượng cũng như tên phụ tải cần sa thải

4 Kết quả nghiên cứu:

- Báo cáo phân tích việc sa thải phụ tải trên lưới điện 39 nút, 10 máy phát

Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

xiv

5 Sản phẩm:

- Tài liệu báo cáo kết quả nghiên cứu

- Bài báo đăng trên tạp chí quốc tế

- Chương trình máy tính hỗ trợ tính toán

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

- Kết quả nghiên cứu được đăng ở các tạp chí chuyên ngành nước ngoài phục vụ cho nghiên cứu sa thải phụ tải và ổn định hệ thống điện ở mức sâu hơn

- Kết quả nghiên cứu được dùng làm tài liệu tham khảo cho các công ty điện lực, học viên cao học

Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

Improve the method of load shedding to keep the power system stability

3 Creativeness and innovativeness:

This project researched and proposed the method load shedding on the basis of the combination of Generalized Regression Neural Network and Phase Electrical Distance theories to maintain a stable electrical system in the event loss a generator occurring in the electric system The phase electrical distance calculation is intended to calculate the distance between the fault generator and the load to align the load buses in ascending The phase electrical distance sequence as compared to the fault generator From there, the load closest

to the breaker will pre-fire, then the next load until the system returns to stable

The effect of the proposed method is to perform offline simulations on the IEEE 10 Generator 39 Bus New England test system, corresponding to the case of the fault generator

at load levels from 60% to 100% During this offline simulation, the parameters PG, PL,

PBus, UBus, FBus will be collected to make the input data set The output of the Generalized Regression Neural Network will indicate which generator is experiencing the problem and the number and name of the payload to be shed

Nghiên cứu cải tiến phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

xvi

- Paper published on International Journal

- Computer programs support calculation

6 Effects, transfer alternatives of research results and applicability:

- The results of the study are published on professional journals in the country and

International Journal that serve to research load shedding and stabilize power systems at a higher level

- The research results are used as reference for power companies and postgraduate

students

Chương mở đầu

1

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước

Trong bối cảnh hiện nay, nhu cầu về năng lượng là rất lớn, trong đó năng điện là một trong những ngành năng lượng quan trọng nhất Vì thế, giữ cho hệ thống điện được ổn định là mục tiêu hàng đầu của công tác nâng cao chất lượng điện năng Bên cạnh đó, ngành điện cũng phải dự trữ một nguồn đủ lớn để đáp ứng nhu cầu khi có sự thay đổi

về tải, nhưng yêu cầu đó hiện nay vẫn chưa đảm bảo được do hệ thống điện vẫn còn có nhiều nhiễu loạn và gây nên tình trạng mất điện

Sa thải phụ tải là một phương pháp hiệu quả để phục hồi hệ thống bởi việc giảm bớt tải cho phù hợp với nguồn cung cấp Đa số các nghiên cứu liên quan đến sa thải phụ tải đều dựa trên sự suy giảm tần số và điện áp của hệ thống Các phương pháp sa thải truyền thống thường thiếu chính xác hay sa thải quá mức cần thiết làm cho hệ thống mất ổn định gây ra tổn thất điện năng dẫn đến chất lượng điện năng không đảm bảo Phạm vi nghiên cứu của đề tài dựa trên hệ thống IEEE 39 nút - 10 máy phát, liên quan đến các thông số về góc δ, các giá trị về tần số f, điện áp V, công suất P để đề ra chiến lược sa thải phụ tải tối ưu, nhằm ổn định hệ thống

Liên quan đến đề tài nghiên cứu, cũng có nhiều các công trình nghiên cứu như:

Trong nước:

Nguyễn Đức Thiện, 2015 [5], Luận văn thạc sĩ: "Xây dựng chương trình sa thải phụ tải dựa trên thuật toán FUZZY - AHP", Luận văn đã đề xuất phương pháp sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP Với kết quả tổng lượng sa thải phụ tải giảm nhưng làm tăng thời gian phục hồi tần số

Lê Kim Hùng (Đại học Đà Nẵng), Vũ Phan Huấn (Công ty thí nghiệm điện Miền Trung), 2010 [9], Rơle sa thải phụ tải theo tần số có khả năng tích hợp các chức năng bảo vệ tần số và điện áp nhằm đảm bảo độ ổn định trong hệ thống điện bằng cách sa thải phụ tải hoặc cô lập lưới điện cục bộ trong điều kiện kém tần và quá áp Hiện nay, rơle tần số được lắp đặt tại các trạm biến áp và sa thải tải theo từng lượng công suất nhỏ, giúp cho tần số và điện áp lưới điện khôi phục lại trạng thái làm việc bình thường

Chương mở đầu

2

Bài báo tập trung vào trình bày sơ đồ ứng dụng chức năng sa thải phụ tải mới dựa trên nguyên lý truyền thống sa thải tải, cho phép cắt các ngăn lộ theo từng cấp tần số, bắt đầu từ việc kiểm tra đấu nối nhị thứ, đến cài đặt thông số chỉnh định và cấu hình rơle trên phần mềm chuyên dụng giao tiếp rơle Micom Studio Cuối cùng là ứng dụng sơ

đồ sa thải phụ tải bằng rơle Areva P142 tại Trạm biến áp 110kV ĐăkMil

Nước ngoài:

H Bevrani và các cộng sự, 2009 [10], đã nghiên cứu sử dụng tốc độ thay đổi tần số df/dt trong các sơ đồ điều khiển khẩn cấp hệ thống điện Thảo luận vài trò của df/dt trong hiệu quả thiết kế sa thải phụ tải dưới tần số (UFLS) Phân tích tác động của các nguồn năng lượng tái tạo (gió, mặt trời) lên độ dốc tần số hệ thống và sự cần thiết của việc xem xét sửa đổi tiêu chuẩn hiệu suất tần số Điều chỉnh lại rơle tự động UFLS, nhấn mạnh việc sử dụng ∆f/∆t là tốt hơn df/dt

Urban Rudez và các cộng sự, 2011 [11], nghiên cứu một phương pháp mới về sa thải phụ tải dưới tần số, sử dụng đạo hàm bậc hai tần số làm nguồn thông tin cho dự báo quỹ đạo tần số Phương pháp xấp xỉ Newton và nội suy của đạo hàm bậc hai tần số được liên tục tính toán để dự báo giá trị tần số nhỏ nhất sử dụng tích phân số

F Shokooh và các cộng sự, 2011 [12], nghiên cứu về sa thải phụ tải thông minh ứng dụng trong các ngàng công nghiệp lớn

Các tác giả trên cũng đã đưa ra được nhiều nghiên cứu liên quan đến vấn đề của đề tài này, nhưng chưa nói đến vấn đề sa thải phụ tải sử dụng phương pháp khoảng cách pha

và ma trận Jacobian mà nghiên cứu này sẽ đề cập đến

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Các sự cố về nhiễu loạn của hệ thống điện thường là do sự cố mất điện của các máy phát điện, sự cố ngắn mạch đường dây, thanh góp hoặc do tải thay đổi bất ngờ Mức độ của sự mất ổn định thì tùy thuộc vào thời gian và mức độ của các sự nhiễu loạn Có nhiều biện pháp để duy trì ổn định động hệ thống điện, trong đó giải pháp sa thải một phần phụ tải cũng là vấn đề luôn được các nhà nghiên cứu và vận hành hệ thống quan tâm Trong việc sa thải phụ tải, chống mất ổn định động và sự cố lan rộng, điều quan trọng là nhanh chóng đề ra chiến lược sa thải phụ tải hợp lý, giúp tần số phục hồi nhanh chóng và giá trị tần số phục hồi chấp nhận được Đây là bài toán phức tạp, cần có các nghiên cứu chuyên sâu trong việc phối hợp các giải thuật công nghệ tri

Chương mở đầu

3

thức và mạng nơ ron để xây dựng mô hình đánh giá nhanh tình huống sự cố, ra quyết định kịp thời, hạn chế sa thải phụ tải ở mức thấp nhất là yêu cầu bức thiết hiện nay

1.3 Mục tiêu – Cách tiếp cận – Phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Sử dụng phần mềm PowerWorld, mô phỏng hệ thống điện IEEE 39 bus - 10 máy trong quá trình xảy ra sự cố

- Tính toán khoảng cách điện theo góc pha giữa các nút nhằm tìm ra tải ưu tiên sa thải

- Ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) trong việc nhận dạng sự cố và đưa ra quyết định nhanh chóng sa thải trong hệ thống điện

1.3.2 Cách tiếp cận

- Tìm hiểu các sự cố thường xảy trên hệ thống điện, về mất ổn định, sa thải phụ tải

- Nghiên cứu tài liệu về các phương pháp sa thải phụ tải của các bài báo và đề xuất phương pháp sa thải

- Nghiên cứu việc sa thải phụ tải ở các công ty điện lực

- Tìm các nguồn tài liệu về ổn định và sa thải phụ tải

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tài liệu, tổng hợp, phân tích, mô hình hóa và mô phỏng

- Ứng dụng phần mềm Powerworld để mô phỏng kiểm nghiệm kết quả đề xuất

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:

- Các quá trình quá độ, ổn định hệ thống điện và sa thải phụ tải

- Các thuật toán sa thải phụ tải

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

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

- Nghiên cứu tìm hiểu thuật toán sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

- Nghiên cứu cải tiến các phương pháp sa thải phụ tải để giữ ổn định hệ thống điện

- Khảo sát, thử nghiệm nhằm kiểm chứng hiệu quả phương pháp đề xuất

1.5 Nội dung nghiên cứu

PHẦN MỞ ĐẦU

Chương mở đầu

4

Tổng quan về hướng nghiên cứu: tóm tắt các kết quả nghiên cứu ở ngoài nước, tính cấp thiết; mục tiêu; cách tiếp cận; phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, nội dung nghiên cứu Đặt vấn đề và hướng giải quyết vấn đề, nhằm duy trì

ổn định hệ thống điện

PHẦN NỘI DUNG

Chương mở đầu: Giới thiệu tổng quan về đề tài và các công trình nghiên cứu Chương 1: Tổng quan về ổn định hệ thống điện và các giải pháp để giữ ổn định hệ thống điện

Chương 2: Tìm hiểu các phương pháp áp dụng trong sa thải phụ tải để giữ ổn định

Chương 5: Kết luận

Trình bày các kết quả đạt được trong đề tài, và hướng nghiên cứu phát triển của đề tài

- Chế độ xác lập bình thường là chế độ vận hành bình thường của HTĐ

- Chế độ xác lập sau sự cố xảy ra sau khi đã loại trừ sự cố

Chế độ

làm việc của

hệ thống điện

Chế độ xác lập

Chế độ quá độ

Bình thường

Sự cố Sau sự cố

Bình thường

Sự cố

Chương 1

6

- Chế độ xác lập sự cố là chế độ sự cố duy trì sau thời gian quá độ Ví dụ chế

độ ngắn mạch duy trì,…

■ Chế độ quá độ: là chế độ trung gian chuyển từ chế độ xác lập này sang chế

độ xác lập khác Chế độ quá độ thường diễn ra sau những sự cố hoặc thao tác đóng cắt các phần tử mang công suất mà thường được gọi là kích động lớn Chế độ quá

độ gồm có:

- Chế độ quá độ bình thường là bước chuyển từ chế độ xác lập bình thường này sang chế độ xác lập bình thường khác Trong trường hợp này các thông số hệ thống bị biến thiên nhưng sau một thời gian lại trở về trị số gần định mức và tiếp theo ít thay đổi

- Chế độ quá độ sự cố: Các thông số hệ thống biến thiên mạnh, sau đó tăng trưởng vô hạn hoặc giảm đến 0

1.1.2 Phân loại ổn định hệ thống

Từ khái niện về các chế độ làm việc của hệ thống điện có thể thấy rằng điều kiện tồn tại chế độ xác lập gắn liền với sự tồn tại điểm cân bằng công suất Bởi chỉ khi đó thông số hệ thống giữ được không đổi Tuy nhiên, trạng thái cân bằng chỉ là điều kiện cần của chế độ xác lập Thực tế, luôn tồn tại các kích động ngẫu nhiên làm lệch thông số khỏi điểm cân bằng tuy rất nhỏ Chẳng hạn như những thay đổi thường xuyên công suất tải Chính trong trường hợp này hệ thống phải duy trì được

độ lệch nhỏ của các thông số, nghĩa là đảm bảo tồn tại chế độ xác lập Khả năng này phụ thuộc vào các tính chất của hệ thống, đó là tính chất ổn định tĩnh Nhưng nếu các kích động ngẫu nhiên làm độ lệch lớn các thông số hệ thống khỏi điểm cân bằng,

để có thể duy trì được trạng thái ổn định thì đòi hỏi hệ thống phải phụ thuộc vào một tính chất khác nữa của hệ thống, đó là tính chất ổn định động

Chương 1

7

1.1.2.1 Cân bằng công suất

Điều kiện cần để chế độ xác lập có thể tồn tại là sự cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng Công suất do các nguồn sinh ra phải bằng công suất

do các phụ tải tiêu thụ cộng với tổn thất công suất trong các phần tử của HTĐ

P P

P F  pt 

P Q

Giữa công suất tác dụng và công suất phản kháng có mối quan hệ:

2 2 2

Q P

Cho nên các điều kiện cân bằng công suất (2.1) và (2.2) không thể xét một cách độc lập mà lúc nào cũng phải xét đến mối quan hệ giữa chúng Tuy vậy trong thực tế tính toán và vận hành HTĐ một cách gần đúng có thể xem sự biến đổi của công suất tác dụng và công suất phản kháng tuân theo các quy luật riêng biệt ít ảnh hưởng đến nhau Sự biến đổi công suất tác dụng chỉ có ảnh hưởng đến tần số của hệ thống điện, ảnh hưởng của nó đến điện áp không đáng kể Như vậy tần số có thể xem là chỉ tiêu để đánh giá sự cân bằng công suất tác dụng Sự biến đổi công suất phản kháng ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp của HTĐ Như vậy có thể xem điện áp

là chỉ tiêu để đánh giá sự cân bằng công suất phản kháng

Trong khi vận hành HTĐ các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2) được đảm bảo một cách tự nhiên Các thông số của chế độ luôn giữ các giá trị sao cho các điều kiện cân bằng công suất được thõa mãn Để đảm bảo sự làm việc đúng đắn cho phụ tải và HTĐ, quy định các giá trị cân bằng cho công suất tác dụng và công suất phản kháng như sau:

Công suất tác dụng là cân bằng khi tần số của hệ thống bằng tần số đồng bộ (50 hoặc 60 Hz) hoặc nằm trong giới hạn cho phép:

Trong HTĐ, máy phát điện là phần tử quyết định sự làm việc của toàn hệ thống điện, vì vậy sự cân bằng công suất tác dụng trên trục rotor của các máy phát điện đóng vai trò quan trọng quyết định sự tồn tại của chế độ xác lập Đây là sự cân

bằng cơ điện, nghĩa là sự cân bằng giữa công suất cơ học của tuabin P TB và công

suất điện P MF do máy phát điện phát ra

Trong hệ thống điện hai điều kiện này tương đương nhau Khi hệ thống đang

ở vị trí cân bằng, nếu đặt vào những lực tác động bé thì hệ sẽ chuyển sang một vị trí cân bằng mới bên cạnh (lực tác động càng bé, vị trí cân bằng mới sẽ càng gần vị trí cũ) Đặc điểm của điều kiện làm việc của hệ thống điện là sự xuất hiện thường xuyên những tác động nhỏ không chu kỳ, và chính những tác động này làm cho các thông số của hệ biến đổi nhưng rất chậm và không có chu kỳ nên có thể coi như hệ thống ổn định Đó là định nghĩa ổn định tĩnh của hệ thống điện

Vì vậy, khi xét ổn định của hệ thống điện sẽ dùng hai phương pháp tương đương nhau: khảo sát dao động bé hoặc các độ lệch thông số bé ở trạng thái ban đầu

và sau đó với cả hai trường hợp

■ Nguyên nhân mất ổn định tĩnh

Khi thay đổi chế độ làm việc của hệ thống, có thể tiến đến giới hạn của điều kiện ổn định tĩnh và được gọi là sự tiến dần đến mất ổn định của hệ thống Trong nhiều trường hợp, quá trình tiến dần là quá trình tăng công suất tác dụng và công suất phản kháng của các phụ tải hệ thống Lúc này góc lệch rotor của một số máy phát đối với bộ phận còn lại của hệ thống sẽ tăng lên Nếu nguồn dự trữ công suất phản kháng trong hệ thống chưa sử dụng hết thì có thể duy trì được mức điện áp bình thường Ngược lại, khi không còn dự trữ công suất phản kháng thì trong quá trình tiến dần này, điện áp sẽ giảm xuống làm tăng khả năng mất ổn định tĩnh Như vậy trị số dự trữ ổn định tĩnh có thể được kiểm tra bằng trị số các góc lệch rotor máy phát điện

Trong thực tế khả năng mất ổn định xảy ra khi phụ tải trong hệ thống tăng lên lúc sự cố xảy ra hoặc do đóng cắt các động cơ đã cắt ra vì ngắn mạch

Chương 1

10

Để tránh mất ổn định tĩnh, ở chế độ làm việc bình thường, góc lệch rotor của các máy phát phải được hạn chế trong giới hạn nhất định và điện áp ở các nút chủ yếu trong hệ thống không được giảm thấp hơn mức độ quy định Do đó lúc điều chỉnh chế độ làm việc của hệ thống xuất hiện những vấn đề sau:

- Quy định góc lệch giới hạn rotor máy phát chính là giới hạn công suất truyền tải

- Quy định điện áp giới hạn theo điều kiện ổn định tĩnh ở các nút chủ yếu

- Tần số hệ thống bị thay đổi lớn ảnh hưởng tới các hộ tiêu thụ;

- Điện áp giảm thấp, có thể gây ra hiện tượng sụp đổ điện áp tại các nút phụ tải

- Hiện tương sụp đổ điện áp có thể khiến cho tan rã hệ thống nếu không có

- Các hành động can thiệp kịp thời hoặc phải tính toán các kịch bản đối phó trước

■ Các biện pháp ổn định tĩnh của hệ thống điện:

- Dùng tự động điều khiển kích từ

- Hạn chế giảm điện áp ở các nút chủ yếu của hệ thống

- Hạn chế góc lệch rotor các máy phát điện

- Sa thải phụ tải theo tần số

- Dự trữ đủ công suất tác dụng và công suất phản kháng

1.1.2.3 Ổn định động

Các kích động lớn xảy ra ích hơn so với các kích động nhỏ nhưng có biên độ khá lớn Các kích động này xảy ra do các biến đổi đột ngột sơ đồ nối điện, biến đổi của phụ tải điện và các sự cố ngắn mạch Các kích động lớn tác động làm cho cân

Chương 1

11

bằng công suất cơ điện bị phá vỡ đột ngột Chế độ xác lập tương ứng bị dao động rất mạnh Khả năng của HTĐ chịu được các kích động này mà chế độ xác lập không

bị phá hoại gọi là khả năng ổn định động của HTĐ

Ổn định động là khả năng của HTĐ khôi phục lại chế độ làm việc ban đầu hoặc là rất gần chế độ ban đầu sau khi bị kích động lớn

1.1.3 Mô hình toán học hệ thống điện nhiều máy phát

Máy phát điện được mô tả theo phương trình vi phân sau:

ei mi

dt

Thay (2.9) vào (2.8), khi đó (2.8) trở thành (2.10)

ei mi

dt

d

(1.11)

S D H dt

d d q

Giải các phương trình trên có i d và i q như sau:

d e

q b

d

x x

E E

q b

q

x x

E E

tốc độ đồng bộ (rad/s); ω là tốc độ quay của máy phát (rad/s); V T là điện áp tại đầu cực máy phát (đơn vị tương đối); P là công suất cơ máy phát (đơn vị tương đối); m

e

P là công suất điện máy phát (đơn vị tương đối); T  do là hằng số thời gian dọc trục

(s); T  qo là hằng số thời gian ngang trục (s); x d là điện kháng quá độ thành phần dọc trục (đơn vị tương đối); x dlà điện kháng đồng bộ thành phần dọc trục (đơn vị tương

Chương 1

13

đố; x q là điện kháng quá độ thành phần ngang trục (đơn vị tương đối); x q là điện kháng đồng bộ thành phần ngang trục (đơn vị tương đối)

1.1.5 Các phương pháp nghiên cứu ổn định động hệ thống điện

Phân tích ổn định động HTĐ là xem xét khả năng HTĐ chuyển sang làm việc ổn định ở trạng thái xác lập mới sau dao động lớn Ổn định quá độ do dao động lớn gây ra như sa thải máy phát, sa thải phụ tải, mở đường dây hoặc do sự cố ngắn mạch, nghiêm trọng nhất là ngắn mạch ba pha Các dao động lớn gây ra mất cân bằng công suất cơ đầu vào và công suất điện ra của máy phát Khi đó, làm cho rotor các máy phát dao động với máy phát khác và gây phá vỡ ổn định HTĐ

Có nhiều phương pháp phân tích ổn định HTĐ Trong phần này trình bày bốn phương pháp áp dụng khảo sát ổn định HTĐ: phương pháp diện tích, phương pháp trực tiếp, phương pháp tích phân số và phương pháp mô phỏng theo miền thời gian

Để đơn giản hóa mức độ phức tạp của bài toán phân tích ổn định trong HTĐ nhiều máy, các giả thuyết được đề nghị:

- Mỗi máy phát đồng bộ được thay thế bằng một nguồn áp không đổi và một điện kháng quá độ dọc trục

- Công suất cơ là không đổi trong suốt quá trình thực hiện mô phỏng

- Tương ứng với các giá trị điện áp trước khi xảy ra sự cố, tất cả các tải được thay thế bằng các tổng dẫn tương đương và được giả sử không đổi

- Góc quay rotor của các máy phát đồng nhất với góc pha điện áp của máy phát

- Điện áp kích từ máy phát trong suốt quá trình xảy ra sự cố và sau sự cố được giả sử là không đổi

- Bỏ qua các ảnh hưởng của bộ điều tốc

- Hằng số quán tính của các máy phát là không đổi trong suốt quá trình mô phỏng

Ưu điểm: Áp dụng được cho nhiều loại mô hình và cấu trúc HTĐ

Nhược điểm: đòi hỏi khối lượng tính toán lớn, thời gian tính toán lâu, hạn

chế mất hiệu quả ứng dụng trong các bài toán ứng dụng nhanh Độ chính xác thấp khi tính quá trình quá độ trong thời gian dài và khó phân tích kết quả

Ví dụ trường hợp xét ổn định HTĐ khi cắt đột ngột một đường dây như hình vẽ:

Ưu điểm: Đối với HTĐ đơn giản xét theo mô hình đơn giản hóa quá trình

quá độ phương pháp diện tích tỏ ra thuận lợi và hiệu quả Trong phạm vi có thể (với các phép biến đổi đẳng trị đơn giản hóa sơ đồ) người thường sử dụng tối đa ưu điểm của phương pháp này

Nhược điểm: Đối với HTĐ lớn do có nhiều máy phát tương tác phức tạp

trên hệ thống thì phương pháp diện tích sẽ không còn phù hợp

Chương 1

15

1.1.5.3 Phương pháp trực tiếp

Giới hạn của phương pháp: Phương pháp trực tiếp hay phương pháp năng

lượng tính toán ổn định HTĐ có ưu điểm là bỏ qua khâu giải hệ phương trình vi phân nhưng cần nhiều tính toán để xác định chỉ số ổn định quá độ

1.1.5.4 Phương pháp mô phỏng theo miền thời gian

Phân tích ổn định động cho một HTĐ đặc biệt đối với HTĐ nhiều máy là một bài toán khó và phức tạp phương pháp phân tích ổn định cho hệ thống nhiều máy bằng mô phỏng không cần phải biến đổi tương đương thành hệ thống một máy nối với hệ thống vô cùng lớn Phương pháp này được phân tích dựa trên góc lệch của các máy phát so với máy phát chuẩn để từ đó có thể xác định được hệ thống là

ổn định hay mất ổn định Khi hệ thống bị kích động bởi các nhiễu lớn thì tất cả các thông số và trạng thái của hệ thống cũng thay đổi theo Các thông số đầu vào thực hiện cho quá trình phân tích chính là các kết quả của bài toán phân bố công suất và các kết quả này không thể được tính toán một cách trực tiếp mà phải thực hiện tính lặp nhiều lần

Bằng phương pháp mô phỏng miền thời gian, quá trình mô phỏng được lặp

đi lặp lại nhiều lần cho đến khi góc lệch của một trong các máy phát so với máy phát chuẩn là tăng vô hạn thì quá trình lặp lại sẽ dừng lại và khi đó xác định được thời gian cắt tới hạn Thời gian cắt tới hạn là thời gian cắt sự cố tối đa cho phép để

hệ thống vẫn giữ ổn định, tương ứng với đó là góc công suất cắt tới hạn

Nhược điểm: Trở ngạy lớn nhất đối với phương pháp này là vần đề thời gian

giải

1.1.6 Kết luận:

Để đánh giá HTĐ ổn định hay mất ổn định sau sự cố có nhiều phương pháp được áp dụng Phương pháp diện tích phù hợp cho hệ thống nhỏ, không phù hợp cho hệ thống nhiều máy Phương pháp trực tiếp hay phương pháp năng lượng tính toán ổn định HTĐ có ưu điểm là bỏ qua khâu giải hệ phương trình vi phân nhưng

Chương 1

16

cần nhiều tính toán để xác định chỉ số ổn định quá độ Phương pháp tích phân số phải phân tích với các bước giải làm tốn nhiều thời gian và cần lưu ý vấn đề tích lũy sai số trong các bước giải Phương pháp miền thời gian cho kết quả chính xác nhưng tốn nhiều thời gian do phải giải lặp để xác định kết quả

Đánh giá ổn định quá độ của HTĐ phức tạp nhiều máy trong những dao động lớn do sự cố gây ra, các phương pháp truyền thống, sử dụng hệ phương trình đơn giản mô tả chế độ vận hành HTĐ tỏ ra kém hiệu quả, đặc biệt trong những điều kiệm bất định, thiếu thông tin và hạn chế khắc khe về thời gian giải, không phù hợp đánh giá online Như vậy, với yêu cầu khắc khe về thời gian chẩn đoán, nhanh nhưng phải đạt độ chính xác kỳ vọng đã xuất hiện nhu cầu ứng dụng phương pháp

khác hiện đại hiệu quả hơn

Chương 2

17

Chương 2

TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG TRONG

SA THẢI PHỤ TẢI ĐỂ GIỮ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG

ĐIỆN

2.1 Sa thải phụ tải truyền thống

Trong điều kiện khẩn cấp (các thông số vượt ngoài quy chuẩn do nguyên nhân nào đó dẫn đến hậu quả lớn), sa thải phụ tải là biện pháp cắt phụ tải từ hệ thống điện, giữ cho phần còn lại của hệ thống vận hành ổn định

Sa thải phụ tải là biện pháp cuối cùng để chống lại sự nhiễu loạn của hệ thống

do có sự chênh lệch giữa công suất phát và công suất tải, cũng như do tăng tải đột ngột mà khả năng dự trữ công suất của hệ thống không đáp ứng đủ

Việc phân loại các phương pháp sa thải phụ tải được trình bày ở Hình 2.1

Hình 2.1 Phân loại các phương pháp sa thải phụ tải

2.1.1 Sơ đồ liên động máy cắt

Đây là phương pháp đơn giản nhất để thực hiện sa thải phụ tải Ví dụ, một máy cắt nguồn (máy cắt nối với lưới điện) sẽ được liên động bằng cách nối cứng hoặc qua tín hiệu từ xa với các máy cắt tải đã được chọn trước để cắt Vì lí do nào đó, một máy

Chương 2

18

cắt máy phát bị mất, tín hiệu cắt sẽ tự động được gởi đến để cắt các máy cắt tải Tốc

độ của sơ đồ này là rất nhanh do không đòi hỏi phải xử lí, và số lượng tải để sa thải

đã được thực hiện trước khi có sự cố xảy ra

Sa thải phụ tải theo sơ đồ liên động máy cắt cũng có các nhược điểm sau:

■ Khó thay đổi mức độ ưu tiên tải do các hoạt động sa thải phụ tải đã được nối cứng dây và số lượng tải để sa thải đã được tính toán cho các kịch bản xấu nhất

■ Chỉ có một mức sa thải phụ tải

■ Sa thải phụ tải quá mức cần thiết

■ Hoạt động theo sơ đồ sa thải phụ tải loại này giống như việc ngắt toàn bộ hệ thống công nghiệp không theo một trật tự nào cả Việc ngắt điện không theo kế hoạch này có thể dẫn đến hư hỏng, giảm tuổi thọ thiết bị, hoặc tệ hơn

■ Việc khởi động lại nhà máy có thể bị chậm trễ do yêu cầu phải ngắt nguồn

và khởi động lại các nhà máy từ xa do ảnh hưởng bởi sự mất mát của nhà máy chính, trước khi nhà máy chính có thể được khởi động

2.1.2 Rơle dưới tần số truyền thống (ANSI 81) [12]

Hình 2.2: Sơ đồ sa thải phụ thải dưới tần số (81)

Chương 2

19

Rơle tần số không phát hiện được các nhiễu loạn nhưng nó phản ứng lại với

sự thay đổi tần số do các nhiễu loạn gây ra Nó phát hiện hoặc là thay đổi nhanh về tần số hoặc sự suy giảm từ từ tần số và bắt đầu tác động theo từng mức của máy cắt liên động Khi tần số đạt mức thứ nhất, R81 sẽ chờ một khoảng thời gian đặt trước để tránh cắt máy cắt không mong muốn và sau đó sẽ cắt một hoặc nhiều máy cắt tải để phục hồi tần số Nếu tần số tiếp tục suy giảm, đến mức tiếp theo và sau khoảng thời gian trễ, R81 sẽ tác động mở các máy cắt tải khác cho đến khi tần số trở lại bình thường

Sa thải phụ tải sử dụng rơle tần số truyền thống chủ yếu được sử dụng điều khiển hệ thống với các dạng tải tĩnh, nó có một số nhược điểm sau:

■ Thời gian đáp ứng chậm, do 2 nguyên nhân: Thứ nhất, cần có thời gian để tần số đạt đến ngưỡng cài đặt Thứ 2, thông thường sẽ cài đặt một khoảng thời gian trễ để cho rơle tránh các tác động không mong muốn do các xung nhọn và các sai lệch thoáng qua

■ Sa thải phụ tải không đúng làm sụp đổ gây mất điện không mong muốn

■ Kiến thức phân tích bị thất thoát

2.1.2 Rơle dưới tần số sử dụng tốc độ thay đổi tần số (df/dt) [10]

Gần đây, tốc độ thay đổi tần số (df/dt) được nhiều nhà nghiên cứu sử dụng như

bộ điều khiển bổ sung có thể thay đổi được để cái tiến UFLS Trong vài phương pháp, các rơle dưới tần số được thiết lập dựa trên tốc độ ban đầu của thay đổi tần số Nhiều

sơ đồ UFLS đã điều chỉnh để hỗ trợ nâng cao tính năng bảo vệ, bao gồm: UFLS thích nghi sử dụng cả hai tần số tại chỗ và thông tin tần số định mức, UFLS động có thể điều chỉnh một cách linh động kích thước của mức sa thải phụ tải và các UFLS tối ưu

hoá

Chương 2

20

2.2 Sa thải phụ tải thông minh (ILS - Intelligent Load Shedding) [12]

2.2.1 Sự cần thiết của ILS

Do những hạn chế của của các hệ thống sa thải phụ hiện có, một hệ thống ILS

là cần thiết để nâng cao đáp ứng thời gian, dự đoán chính xác sự thay đổi tần số và đưa ra quyết định nhanh chóng, tối ưu và tin cậy

Không như tính ngẫu nhiên đơn điệu của hệ thống sa thải phụ tải bằng các thiết

bị bảo vệ, hệ thống ILS hiện đại có các tính năng sau:

■ Tạo ra cấu trúc và bộ xử lý của hệ thống điện để tự động phân tích và theo dõi sự thay đổi các thay đổi của hệ thống

■ Có thể lập bản độ một hệ thống điện phi tuyến và rất phức tạp với giới hạn của các điểm dữ liệu thu thập đến không gian hữu hạn

■ Tự động ghi nhớ cấu hình hệ thống, các điều kiện hoạt động như tăng hoặc giảm tải và đáp ứng của hệ thống khi có nhiễu loạn với tất cả các cấu hình hệ thống

■ Biết trước các mô hình khác nhau để dự đoán đáp ứng của hệ thống cho các nhiễu loạn khác nhau

■ Sử dụng các cơ sở tri thức có sẵn trên cơ sở có thể huấn luyện được bởi người dùng xác định

■ Thu được sự tự học thích nghi và tự động huấn luyện của cơ sở tri thức do

hệ thống thay đổi

■ Xác định ma trận hệ số tham gia của tải và máy phát (PFM)

■ Đưa ra quyết định nhanh chóng, chính xác và tin cậy trên tính ưu tiên phụ tải sa thải dựa trên trạng thái hiện tại của phụ tải ở mỗi máy cắt

■ Có thể tính toán sa thải một lượng tối thiểu phụ tải để duy trì sự ổn định và tần số danh định của hệ thống

■ Sa thải tối ưu kết hợp giữ máy cắt tải với các mục tiêu đã xác định bằng việc

sử dụng hết các kiến thức hệ thống

■ Có thể xác nhận, hợp lí hóa tính logic và hoạt động của sơ đồ sa thải phụ tải trước khi đưa vào hoạt động

Chương 2

21

Ngoài các tính năng trên, hệ thống ILS phải có một cơ sở tri thức động Để một cơ sở tri thức đạt hiệu quả, nó phải có khả năng nắm bắt được các thông số chủ chốt trực tiếp tác động đến đáp ứng tần số hệ thống khi có nhiễu loạn Những thông

số này không có giới hạn, gồm có:

■ Công suất chuyển đổi giữa hệ thống và lưới điện trước và sau khi nhiễu loạn

■ Máy phát khả dụng trước và sau khi nhiễu loạn

■ Độ dữ trữ tại chỗ máy phát

■ Các máy phát động tại chỗ, đặc biệt là tốc độ khởi động của các máy phát công suất tác dụng

■ Các tình trạng nâng cấp và tải thực tế của mỗi tải có thể sa thải được

■ Đặc tính động của tải hệ thống, bao gồm các máy quay, tải kháng không đổi, tải dòng điện không đổi, tải công suất không đổi, tải tần số phụ thuộc, và các loại tải khác

■ Ma trận luồng công suất tham gia vào mô tả công suất tác dụng đóng góp từ mỗi máy phát đến mỗi trung tâm tải Thông tin quan trọng này sẽ cho phép xác định chính xác hiệu quả vị trí tải sa thải do thất thoát một bộ phận phát điện xác định

2.2.2 Các yêu cầu bổ sung cho hệ thống ILS

Một số yêu cầu bổ sung phải được đáp ứng trong quá trình thiết kế và điều chỉnh sơ đồ ILS:

■ Chọn lựa và cấu hình các trường hợp cơ sở tri thức một cách cẩn thận

■ Có khả năng chuẩn bị và đưa ra đầy đủ các trường hợp huấn luyện cho hệ thống cơ sở tri thức để đảm bảo tính chính xác và hoàn chỉnh

■ Có khả năng đảm bảo rằng hệ thống cơ sở tri thức là hoàn chỉnh, chính xác

và được thử nghiệm

■ Có khả năng thêm các logic về định nghĩa người dùng

■ Có khả năng thêm các hệ thống phụ thuộc

■ Có một hệ thống giám sát trực tuyến có thể thu thập dữ liệu hệ thống theo thời gian thực một cách liên tục

2.2.3 Sơ đồ khối chức năng của ILS

Hình 2.3 Sơ đồ khối chức năng của một ILS

Trong hình 2.3, ILS là sự huấn luyện cơ sở tri thức sử dụng các trường hợp cơ

sở tri thức đã được lựa chọn một cách cẩn thận từ các hệ thống học và mô phỏng ngoại tuyến Các đáp ứng động của hệ thống bao gồm sự thay đổi về tần số và điện

áp do các nhiễu loạn khác nhau là một trong các đầu ra của cơ sở tri thức

ILS chạy trên nền một hệ thống giám sát tiên tiến, liên tục theo dõi các điều kiện hoạt động của hệ thống, bao gồm các máy phát, phụ tả, và trạng thái máy cắt Các dữ liệu được giám sát, cùng với mô hình mạng thu thập được bởi cơ sở tri thức

có chứa các tính chất điện của thành phần hệ thống và động lực máy phát, cung cấp một mô hình cấu trúc liên kết đầy đủ, thông tin máy phát và tải để bảo vệ hệ thống điện