Chương 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI 1. Khái quát về sa thải phụ tải trong thống điện Hệ thống điện (HTĐ) là một mạng lưới các thành phần điện được triển khai để cung cấp, truyền tải và sử dụng năng lượng điện nhằm mục tiêu cung cấp năng lượng liên tục duy trì sự ổn định tần số. Một ví dụ về một hệ thống điện là lưới điện cung cấp điện cho một khu vực mở rộng. Một hệ thống điện lưới điện có thể được chia thành các máy phát cung cấp điện, hệ thống truyền dẫn mang năng lượng từ các trung tâm phát tới các trung tâm tải quan trọng, và hệ thống phân phối cung cấp năng lượng cho các ngôi nhà và ngành công nghiệp gần đó.
Do có cấu trúc phức tạp nên dù thiết kế, vận hành và bảo trì cẩn thận có thể giảm thiểu sự xuất hiện của sự cố chứ không thể nào loại bỏ hoàn toàn các sự cố tác đông đến hệ thống. Tuy nhiên, do các sự kiện không mong muốn, như đột ngột mất máy phát, đoản mạch giữa các dây pha của đường truyền, tai nạn hoặc bất kỳ sự kiện khó lường nào khác và sự cố chạm đất có thể xảy ra được gọi là lỗi. Do những lỗi này xảy ra trong hệ thống, một hoặc nhiều máy phát điện có thể bị xáo trộn nghiêm trọng gây mất cân bằng giữa nhu cầu phụ tải và nguồn phát [3]. Sự ổn định của hệ thống tùy thuộc vào khả năng của các máy phát điện đồng bộ chuyển từ điểm làm việc tĩnh này sang điểm làm việc tĩnh khác khi phải chạy theo những nhiễu loạn hệ thống mà không làm mất tính đồng bộ.
Có 3 loại ổn định: ổn định tĩnh, ổn định quá độ và ổn định động. Đề tập trung vào việc nghiên cứu quá trình ổn định quá độ vì các sự cố làm mất ổn định hệ thống thường là các nhiễu loạn lớn đặc biệt nghiêm trọng cần có những phương án xử lí nhanh và mạnh [4]. Ổn định quá độ, bao gồm những rối loạn chính như mất nguồn phát, ngắn mạch đường dây, sự cố máy biến áp và tải thay đổi đột ngột. Sau những nhiễu loạn này, tần số của các máy điện đồng bộ sẽ bị lệch đi so với tần số đồng bộ và góc pha phát điện của máy phát sẽ thay đổi.
Đối tượng của việc nghiên cứu ổn định quá độ là xác định xem các máy điện có thể trở lại tần số đồng bộ ở trạng thái ổn định với góc làm việc mới hay không. Những thay đổi trong dòng công suất và điện áp thánh cái cũng được xem xét [4]. Một vấn đề đặt ra khi có sự cố mất máy phát điện thì khả năng phát điện của hệ thống giảm xuống trong khi nhu cầu của phụ tải vẫn giữ nguyên hoặc tăng lên. Để cân bằng về dòng công suất giữa cung và cầu, các biện pháp điều khiển sơ cấp và thứ cấp sẽ tác động đến các máy phát còn lại nhằm khôi phục ổn định, nhưng khi những máy phát khác trong hệ thống không thể cung cấp đủ công suất cần thiết, thì tần số hệ thống bắt đầu giảm.
Để đưa tần số phục hồi về giá trị định mức thì phương pháp sa thải tải là giải pháp cuối cùng 5 Luan van Báo cáo nghiên cứu khoa học ThS. Lê Thị Hồng Nhung có thể giải quyết nhanh chóng và tác động mạnh lên hệ thống giúp cho việc khôi phục tần số và góc pha các máy phát về giá trị cho phép. Tổng quan về các nghiên cứu liên quan 1.1 Các nghiên cứu ở trong nước Nguyễn Thị Nguyệt Hạnh, 2014 [5], Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu sa thải phụ tải theo tần số trong hệ thống điện”, luận văn nêu lý thuyết sa thải phụ tải theo tần số, giới thiệu về các thuật toán sa thải phụ tải theo tần số như theo nấc tần số, theo mức và phối hợp với độ dốc tần số. Giới thiệu các loại rơ-le thông dụng.
Tìm hiểu các phương thức sa thải phụ tải trong hệ thống điện. Mô phỏng bằng phần mềm PSSE đánh giá và nhận xét về kết quả. Nguyễn Đức Thiện, 2015 [6], 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.
Bùi Nguyễn Xuân Vũ [7], Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu các phương pháp sa thải phụ tải”, đề xuất phương pháp sa thải phụ tải trên cơ sở phối hợp mạng neural hồi quy và lý thuyết về khoảng cách điện theo góc pha nhằm duy trì hệ thống điện ổn định khi có sự cố mất một phát xảy ra trong hệ thống điện. Việc tính toán khoảng cách pha là nhằm để tính toán khoảng cách giữa máy phát bị sự cố với các tải để sắp xếp các bus tải theo thứ tự tăng dần theo khoảng cách pha so với máy phát bị sự cố. Từ đó, tải nào gần máy phát sự cố nhất sẽ ưu tiên sa thải trước, sau đó đến tải tiếp theo cho đến khi hệ thống trở lại ổn định. Phạm Minh Pha, 2016 [8], Luận văn thạc sĩ: “Sa thải phụ tải trong MicroGrid ở chế độ tách lưới”, luận văn đề xuất các phương pháp hoạch định sa thải phụ tải cho phép một Microgrid đảm bảo duy trì công suất cho các tải quan trọng, có tính đến mức độ ưu tiên phụ tải và quy tắc phân bổ công suất theo Talmud trong Microgrid ở chế độ tách lưới khi có sự nhiễu loạn trên lưới điện chính.
Chương trình hoạch định sa thải phụ tải kết hợp mức độ ưu tiên và quy tắc Talmud được viết bằng ngôn ngữ lập trình Java. Chương trình sa thải phụ tải được thực hiện khi tổng công suất phát khả dụng nhỏ hơn tổng nhu cầu phụ tải, bằng cách cung cấp đầy đủ công suất cho các tải quan trọng sau đó thực hiện phân bổ công suất công bằng cho các phụ tải ở cùng một nhóm có mức độ ưu tiên như nhau theo quy tắc Talmud. Sau khi phân bố hết công suất còn lại, các tải có mức độ ưu tiên tiếp theo sau đó sẽ bị cắt hết. Các chương trình sa thải phụ tải đề xuất được thử nghiệm trên Microgrid ở chế độ tách lưới.
Nguyễn Viết Sang, 2016 [9], Luận văn thạc sĩ: “Mô phỏng chất lượng điện trên lưới điện nhỏ (MG) trong trường hợp nguồn năng lượng mặt trời kết hợp máy phát Diesel”, 6 Luan van Báo cáo nghiên cứu khoa học ThS. Lê Thị Hồng Nhung luận văn thảo luận về hệ thống Microgrid như khái niệm, cấu hình, ưu nhược điểm và các vấn đề về chất lượng điện năng. Bên cạnh đó, luận văn đã tiến hành xây dựng mô hình Microgrid phục vụ mô phỏng chất lượng điện năng dựa trên năng lượng mặt trời và máy phát điện Diesel. Trong mô phỏng thì điện áp AC do máy phát điện tạo ra được chỉnh lưu thành DC, kết hợp với điện áp DC do pin mặt trời tạo ra được chỉnh lưu lại thành điện áp AC.
Mô hình mô phỏng được xây dựng trong môi trường simulink của Matlab 2015a. Kết quả mô phỏng chủ yếu trình bày về ảnh hưởng của điện áp MicroGrid khi hoạt động độc lập với lưới điện.2 Các nghiên cứu ở nước ngoài Ở các nước đang phát triển, nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao đòi hỏi sự phân phối hiệu quả nguồn điện có sẵn. Khi có sự mất cân bằng công suất xảy ra giữa nguồn và tải, đặt biệt là công suất tiêu thụ điện cao hơn công suất phát điện, khi đó việc sa thải phụ tải điện sẽ được thực hiện. Bên cạnh đó, trong trường hợp khẩn cấp có khả năng gây ra sự cố ngắn mạch, sự cố máy phát bất ngờ xảy ra thì việc sa thải phụ tải là một trong những công cụ hiệu quả giúp duy trì ổn định hệ thống điện.
Junjie Tang và các cộng sự, 2013 [10] đề xuất chiến lược sa thải tải dựa trên phương pháp phân phối giảm tải mới, sử dụng đánh giá kết hợp ổn định tần số và điện áp. Điểm mới của bài báo này là công suất phản kháng được sử dụng trực tiếp vào phân phối giảm tải công suất phản kháng cùng với phân phối giảm tải công suất tác dụng, để giải quyết vấn đề ổn định điện áp trực tiếp và hiệu quả hơn trong quá trình giảm tải. Ngoài ra, phân tích phương thức được chọn để giải quyết vấn đề ổn định điện áp chính xác hơn, thông qua thuật toán tinh vi và toàn cục, đặc biệt có lợi từ các phép đo góc pha của PMU. Hơn nữa, thuật toán theo dõi dòng điện được áp dụng trong phân phối giảm tải, để chọn các bus tải hiệu quả hơn và do đó giảm số lượng bus tải để chia sẻ sự mất cân bằng tổng công suất.
Bevrani và các cộng sự, 2009 [11], đã nghiên cứu việc sử dụng tốc độ thay đổi tần số df/dt trong các sơ đồ điều khiển khẩn cấp hệ thống điện. Bài báo thảo luận vài trò của df/dt trong hiệu quả thiết kế sa thải phụ tải dưới tần số, cũng như phân tích tác động của các nguồn năng lượng tái tạo (gió, mặt trời) lên độ dốc tần số hệ thống. Tác giả đã nhấn mạnh việc sử dụng ∆f/∆t là tốt hơn df/dt. Moazzami [12] đã đề xuất việc sa thải phụ tải thích nghi dưới tần số bằng cách sử dụng mạng thần kinh nhân tạo trong hệ thống điện bị cô lập.
Trong bài báo này, chiến lược sa thải phụ tải được trình bày trong một cấu trúc mới. Bằng cách tạo ra một cơ sở dữ liệu thích hợp của các sự cố bất ngờ để huấn luyện cho mạng nơ-ron, nó đã được thiết kế để làm nhanh, chính xác và mạnh vẽ trong việc sa thải phụ tải trong một chuỗi đang xem xét của các kịch bản tải khác nhau, nó cũng được so sánh với các phương pháp sa thải phụ tải truyền thống. Xem xét tầm quan trọng của đầu vào cho việc huấn luyện mạng nơ-ron và cải thiện giá trị sa thải phụ tải, trong bài báo này, 4 đầu vào đã được chọn: 7 Luan van Báo cáo nghiên cứu khoa học ThS. Lê Thị Hồng Nhung tổng công suất phát điện của mạng, tổng phụ tải trong hệ thống điện, công suất dự phòng quay và độ suy giảm tần số được trình bày như các đầu vào của mạng nơ-ron.
Sau đó, tổng lượng tải cần sa thải để duy trì ổn định hệ thống điện được xem xét như là đầu ra của mạng nơ-ron. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng 90% các trường hợp được kiểm tra, đã đạt được việc giảm giá trị phụ tải cần sa thải.