Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu các phương pháp sa thải phụ tải

Luận văn thạc sĩ phân tích hcmute nghiên cứu các phương pháp sa thải phụ tải, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Lê Trọng Nghĩa
• Người hướng dẫn: PGS. Quyền Huy Ánh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Thiết Bị, Mạng Và Nhà Máy Điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Phương Pháp Sa Thải Phụ Tải
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan các kết quả nghiên cứu
• 1.2. Tóm lược các chương trình sa thải phụ tải đang áp dụng
• 1.3. Sa thải tải dưới tần số
• 1.4. Sa thải tải dưới điện áp
• 1.5. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.7. Mục tiêu – khách thể - đối tượng nghiên cứu
• 1.7.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.7.2. Khách thể nghiên cứu
• 1.7.3. Đối tượng nghiên cứu
• 1.8. Phạm vi nghiên cứu
• 1.9. Phương pháp nghiên cứu
• 1.10. Nội dung luận văn
• 2. Chương 2
• 2.1. Sa thải phụ tải
• 2.2. Sa thải phụ tải truyền thống
• 2.3. Sa thải phụ tải thông minh (ILS)
• 2.3.1. Mô tả việc sa thải phụ tải thông minh
• 2.3.2. Sơ đồ khối chức năng ILS
• 2.4. Tối ưu hóa sa thải phụ tải
• 2.4.1. Hàm mục tiêu – Tối đa hóa hàm lợi ích
• 2.4.2. Các điều kiện ràng buộc của sự giảm bớt phụ tải
• 2.5. Quá trình phân tích hệ thống phân cấp - Thuật toán AHP
• 2.5.1. Thuật toán AHP
• 3. Chương 3
• 3.1. Xây dựng chương trình sa thải tải
• 3.1.1. Chương trình sa thải phụ tải dựa trên tần số và điện áp không xét đến các chỉ tiêu kinh tế và các điều kiện ràng buộc về giảm bớt phụ tải
• 3.1.2. Chương trình sa thải phụ tải có xét đến tầm quan trọng của phụ tải, chi phí tải, sự thay đổi của tải theo giờ trong ngày và các điều kiện ràng buộc về giảm bớt phụ tải
• 4. Chương 4
• 4.1. Quan sát trên hệ thống thử nghiệm
• 4.1.1. Nghiên cứu trường hợp sự cố mất một máy phát điện trong hệ thống 37 bus, 9 máy phát sử dụng chương trình sa thải phụ tải theo tần số và độ nhạy điện áp
• 4.1.2. Nghiên cứu trường hợp mất một máy phát điện trong hệ thống 37 bus 9 máy phát, sử dụng chương trình sa thải phụ tải theo AHP
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về phương pháp sa thải phụ tải

Phương pháp sa thải phụ tải là một giải pháp quan trọng trong việc duy trì ổn định cho hệ thống điện. Trong bối cảnh ngành công nghiệp năng lượng đang phát triển mạnh mẽ, nhu cầu về điện ngày càng tăng cao, dẫn đến áp lực lớn lên hệ thống phát điện. Việc duy trì điện áp và tần số trong giới hạn cho phép là rất cần thiết. Khi có sự cố xảy ra, như mất một máy phát điện, hệ thống cần phải áp dụng các biện pháp khẩn cấp để khôi phục sự ổn định. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển các phương pháp sa thải phụ tải hiệu quả, nhằm đảm bảo rằng điện áp và tần số được duy trì trong giới hạn quy định. Theo đó, việc nghiên cứu các phương pháp này không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao trong việc quản lý và vận hành hệ thống điện.

1.1 Tầm quan trọng của việc sa thải phụ tải

Việc sa thải phụ tải có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hệ thống điện khỏi những rủi ro mất ổn định. Khi có sự chênh lệch giữa công suất phát và nhu cầu phụ tải, hệ thống có thể gặp phải tình trạng quá tải, dẫn đến mất điện. Do đó, việc áp dụng các phương pháp sa thải phụ tải giúp giảm thiểu rủi ro này. Nghiên cứu cho thấy rằng, việc duy trì tần số và điện áp trong giới hạn cho phép không chỉ giúp bảo vệ thiết bị mà còn đảm bảo cung cấp điện liên tục cho người tiêu dùng. Các phương pháp quản lý phụ tải hiện đại, như kỹ thuật sa thải thông minh, đã được phát triển để tối ưu hóa quá trình này, giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu thiệt hại cho hệ thống.

II. Phân tích các phương pháp sa thải phụ tải

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng có nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện sa thải phụ tải. Các phương pháp này có thể được phân loại thành hai nhóm chính: phương pháp truyền thống và phương pháp hiện đại. Phương pháp truyền thống thường dựa vào tần số để quyết định tải nào sẽ bị sa thải. Tuy nhiên, phương pháp này có thể dẫn đến việc sa thải quá mức, gây ra sự bất tiện cho người tiêu dùng. Ngược lại, các phương pháp hiện đại, như sa thải phụ tải thông minh, sử dụng các thuật toán phức tạp để xác định tải cần sa thải dựa trên nhiều yếu tố, bao gồm tầm quan trọng của phụ tải và chi phí. Việc áp dụng các phương pháp này không chỉ giúp cải thiện độ chính xác trong việc sa thải phụ tải mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến người tiêu dùng.

2.1 Phương pháp sa thải phụ tải truyền thống

Phương pháp sa thải phụ tải truyền thống chủ yếu dựa vào tần số để xác định tải cần sa thải. Khi tần số giảm xuống dưới một ngưỡng nhất định, hệ thống sẽ tự động ngắt một số tải để khôi phục tần số về mức an toàn. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là không xem xét đến tầm quan trọng của từng phụ tải, dẫn đến việc có thể sa thải tải không cần thiết. Điều này không chỉ gây ra sự bất tiện cho người tiêu dùng mà còn có thể làm giảm hiệu quả hoạt động của hệ thống. Do đó, cần thiết phải phát triển các phương pháp mới hơn, có khả năng tối ưu hóa quá trình sa thải phụ tải.

2.2 Phương pháp sa thải phụ tải thông minh

Phương pháp sa thải phụ tải thông minh (Intelligent Load Shedding - ILS) đã được phát triển để khắc phục những nhược điểm của phương pháp truyền thống. Phương pháp này sử dụng các thuật toán phân tích để xác định tải cần sa thải dựa trên nhiều yếu tố, bao gồm tầm quan trọng của phụ tải, chi phí và điều kiện ràng buộc. Việc áp dụng kỹ thuật sa thải thông minh giúp nâng cao độ chính xác trong việc xác định tải cần sa thải, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến người tiêu dùng. Nghiên cứu cho thấy rằng, việc sử dụng các phương pháp hiện đại này không chỉ giúp duy trì ổn định cho hệ thống điện mà còn tối ưu hóa chi phí vận hành.

III. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp sa thải phụ tải hiện đại có thể cải thiện đáng kể hiệu quả hoạt động của hệ thống điện. Các mô phỏng được thực hiện trên hệ thống 37 bus với 9 máy phát cho thấy rằng, việc sử dụng thuật toán AHP trong việc xác định tải cần sa thải giúp nâng cao độ chính xác và giảm thiểu rủi ro mất ổn định. Hệ thống thử nghiệm cho thấy rằng, khi áp dụng các phương pháp này, tần số và điện áp được duy trì trong giới hạn cho phép, từ đó đảm bảo cung cấp điện liên tục cho người tiêu dùng. Điều này chứng tỏ rằng, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp sa thải phụ tải không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao trong việc quản lý và vận hành hệ thống điện.

3.1 Ứng dụng trong thực tiễn

Các phương pháp sa thải phụ tải hiện đại đã được áp dụng thành công trong nhiều hệ thống điện trên thế giới. Việc sử dụng phần mềm PowerWorld để mô phỏng các tình huống khác nhau cho thấy rằng, các phương pháp này có thể giúp cải thiện độ ổn định của hệ thống điện. Hệ thống điện có thể nhanh chóng khôi phục lại trạng thái ổn định sau khi xảy ra sự cố, từ đó đảm bảo cung cấp điện liên tục cho người tiêu dùng. Điều này cho thấy rằng, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp sa thải phụ tải là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về điện trong bối cảnh phát triển kinh tế hiện nay.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp, nhu cầu về năng lượng điện ngày càng tăng cao, tạo áp lực lớn lên hệ thống điện quốc gia. Theo ước tính, việc truyền tải công suất lớn qua lưới điện khiến các đường dây truyền tải vận hành gần giới hạn cho phép, đồng thời nguồn dự trữ phát điện, đặc biệt là công suất phản kháng, thường không đủ đáp ứng nhu cầu phụ tải. Những yếu tố này làm cho hệ thống điện dễ bị nhiễu loạn và mất ổn định, dẫn đến nguy cơ mất điện diện rộng. Điện áp và tần số là hai thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống điện. Tần số chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất tác dụng, trong khi điện áp chịu ảnh hưởng chính từ công suất phản kháng. Khi có sự chênh lệch giữa công suất phát và nhu cầu phụ tải, ví dụ như sự cố mất một máy phát điện, tần số và điện áp có thể giảm xuống dưới giới hạn cho phép, gây mất ổn định hệ thống.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển các phương pháp sa thải phụ tải hợp lý, dựa trên việc xem xét đồng thời tốc độ thay đổi tần số và độ nhạy điện áp tại các thanh góp tải trong hệ thống điện. Nghiên cứu cũng xem xét tầm quan trọng của phụ tải, chi phí tải, sự biến đổi tải theo giờ trong ngày và các điều kiện ràng buộc trong quá trình giảm bớt phụ tải. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mô hình hệ thống 37 thanh góp và 9 máy phát điện, với các mô phỏng thực hiện bằng phần mềm PowerWorld, nhằm kiểm chứng hiệu quả của các thuật toán sa thải tải đề xuất.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện rõ trong việc nâng cao độ ổn định và tin cậy của hệ thống điện, giảm thiểu nguy cơ mất điện diện rộng, đồng thời tối ưu hóa chi phí vận hành và bảo vệ các phụ tải quan trọng. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong vận hành và điều khiển hệ thống điện, hỗ trợ các nhà quản lý và kỹ sư trong việc ra quyết định sa thải phụ tải một cách chính xác và hiệu quả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết và mô hình nghiên cứu chính:

1. Lý thuyết về ổn định tần số và điện áp trong hệ thống điện: Tần số hệ thống bị ảnh hưởng bởi sự chênh lệch giữa công suất phát và công suất tiêu thụ, trong khi điện áp chịu ảnh hưởng bởi công suất phản kháng. Mô hình chuyển động rotor máy phát điện được sử dụng để ước lượng mức độ nhiễu loạn dựa trên tốc độ thay đổi tần số (df/dt). Độ nhạy điện áp (dV/dQ) tại các thanh góp tải được tính toán để xác định vị trí và lượng tải cần sa thải nhằm duy trì điện áp ổn định.

2. Thuật toán phân tích hệ thống phân cấp (AHP): Phương pháp AHP được áp dụng để đánh giá tầm quan trọng của các phụ tải dựa trên các tiêu chí như chi phí tải, vị trí và mức độ quan trọng của phụ tải. AHP giúp sắp xếp thứ tự ưu tiên sa thải tải một cách khoa học, đảm bảo giảm thiểu thiệt hại kinh tế và duy trì các phụ tải quan trọng.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Tần số và điện áp hệ thống
• Công suất tác dụng và công suất phản kháng
• Độ nhạy điện áp (Voltage Sensitivity)
• Tốc độ thay đổi tần số (Rate of Change of Frequency - ROCOF)
• Phân tích hệ thống phân cấp (Analytic Hierarchy Process - AHP)
• Sa thải phụ tải thông minh (Intelligent Load Shedding - ILS)

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ mô hình hệ thống điện thử nghiệm gồm 37 thanh góp và 9 máy phát điện, mô phỏng trên phần mềm PowerWorld. Các dữ liệu đầu vào bao gồm tần số, điện áp, công suất tải và các thông số hệ thống khác được đo và tính toán trong quá trình mô phỏng sự cố mất một máy phát điện.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Tính toán tốc độ thay đổi tần số (df/dt) để ước lượng mức độ nhiễu loạn.
• Tính toán độ nhạy điện áp (dV/dQ) tại các thanh góp tải để xác định vị trí ưu tiên sa thải tải.
• Áp dụng thuật toán AHP để đánh giá tầm quan trọng và chi phí của từng phụ tải, từ đó xây dựng kế hoạch sa thải tải tối ưu.
• Mô phỏng các kịch bản sự cố và sa thải tải trên hệ thống thử nghiệm để đánh giá hiệu quả của các phương pháp đề xuất.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian từ năm 2010 đến 2012, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, phát triển thuật toán và thử nghiệm mô phỏng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của tốc độ thay đổi tần số và độ nhạy điện áp trong sa thải tải:

   • Khi tần số giảm dưới 59,7 Hz, tốc độ thay đổi tần số trung bình được sử dụng để ước lượng mức độ nhiễu loạn.
   • Độ nhạy điện áp (dV/dQ) tại các thanh góp tải được tính toán trong trạng thái ổn định, giúp xác định vị trí ưu tiên sa thải tải.
   • Kết quả mô phỏng cho thấy việc kết hợp hai tham số này giúp giảm lượng tải sa thải không cần thiết, cải thiện độ ổn định điện áp và tần số hệ thống.

2. Hiệu quả của thuật toán AHP trong đánh giá tầm quan trọng phụ tải:

   • Thuật toán AHP cho phép phân loại phụ tải thành các nhóm: phụ tải quyết định, phụ tải quan trọng và phụ tải không quan trọng.
   • Việc áp dụng AHP giúp giảm thiểu thiệt hại kinh tế do sa thải tải, đồng thời duy trì các phụ tải quan trọng hoạt động liên tục.
   • So sánh với phương pháp sa thải tải truyền thống, phương pháp AHP giảm được khoảng 15-20% lượng tải sa thải không cần thiết.

3. Kết quả mô phỏng trên hệ thống 37 bus 9 máy phát:

   • Trong trường hợp mất một máy phát điện tại bus số 4, tần số hệ thống giảm nhanh xuống dưới 59,7 Hz.
   • Áp dụng chương trình sa thải tải dựa trên tốc độ thay đổi tần số và độ nhạy điện áp giúp tần số phục hồi nhanh hơn, giảm thiểu thời gian mất ổn định.
   • Điện áp tại các bus trọng yếu được duy trì trong giới hạn cho phép, tránh hiện tượng sụt áp nghiêm trọng.
   • So sánh các kịch bản sa thải tải cho thấy phương pháp đề xuất giảm được khoảng 7-9% tổng công suất tải so với phương pháp truyền thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các phát hiện trên là do việc kết hợp đồng thời hai thông số tần số và điện áp giúp phản ánh chính xác hơn trạng thái thực tế của hệ thống điện khi xảy ra sự cố. Tốc độ thay đổi tần số cung cấp thông tin về mức độ nghiêm trọng của sự cố, trong khi độ nhạy điện áp giúp xác định vị trí ưu tiên sa thải tải để duy trì điện áp ổn định.

So với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào sa thải tải dựa trên tần số hoặc điện áp riêng lẻ, phương pháp kết hợp này nâng cao độ chính xác và hiệu quả của chương trình sa thải tải. Việc áp dụng thuật toán AHP cũng giúp cân bằng giữa yêu cầu kỹ thuật và kinh tế, giảm thiểu thiệt hại cho khách hàng và hệ thống.

Dữ liệu mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ tần số và điện áp theo thời gian, bảng so sánh lượng tải sa thải giữa các phương pháp, cũng như ma trận tầm quan trọng phụ tải theo AHP để minh họa rõ ràng hiệu quả của các giải pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống giám sát tần số và điện áp thời gian thực

   • Động từ hành động: Lắp đặt, tích hợp
   • Target metric: Độ chính xác đo lường tần số và điện áp đạt trên 99%
   • Timeline: 6-12 tháng
   • Chủ thể thực hiện: Các công ty vận hành hệ thống điện, đơn vị kỹ thuật đo lường

2. Áp dụng thuật toán sa thải tải kết hợp tốc độ thay đổi tần số và độ nhạy điện áp

   • Động từ hành động: Phát triển, triển khai
   • Target metric: Giảm 10-15% lượng tải sa thải không cần thiết
   • Timeline: 12-18 tháng
   • Chủ thể thực hiện: Trung tâm điều độ hệ thống điện, nhóm nghiên cứu phát triển phần mềm

3. Sử dụng phương pháp AHP để đánh giá tầm quan trọng và chi phí phụ tải trong kế hoạch sa thải

   • Động từ hành động: Đánh giá, phân loại
   • Target metric: Tối ưu hóa chi phí vận hành, duy trì 90% phụ tải quan trọng hoạt động liên tục
   • Timeline: 6 tháng
   • Chủ thể thực hiện: Bộ phận quản lý vận hành, chuyên gia phân tích hệ thống

4. Tăng cường đào tạo và nâng cao nhận thức cho nhân viên vận hành về các phương pháp sa thải tải hiện đại

   • Động từ hành động: Tổ chức, đào tạo
   • Target metric: 100% nhân viên vận hành được đào tạo bài bản
   • Timeline: 3-6 tháng
   • Chủ thể thực hiện: Các trường đại học, trung tâm đào tạo chuyên ngành điện

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhân viên vận hành và điều độ hệ thống điện

   • Lợi ích: Nắm bắt các phương pháp sa thải tải hiện đại, nâng cao hiệu quả vận hành và đảm bảo ổn định hệ thống.
   • Use case: Áp dụng thuật toán sa thải tải trong điều kiện sự cố mất máy phát.

2. Kỹ sư thiết kế và phát triển hệ thống điện

   • Lợi ích: Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định tần số và điện áp, từ đó thiết kế hệ thống có khả năng chịu tải và phục hồi tốt hơn.
   • Use case: Thiết kế các giải pháp bảo vệ và điều khiển tự động trong lưới điện.

3. Nhà nghiên cứu và học viên cao học ngành Thiết bị, Mạng và Nhà máy điện

   • Lợi ích: Tham khảo các mô hình, thuật toán và phương pháp phân tích hiện đại trong lĩnh vực sa thải phụ tải.
   • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu, luận văn thạc sĩ hoặc tiến sĩ.

4. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách năng lượng

   • Lợi ích: Hiểu rõ tầm quan trọng của việc duy trì ổn định hệ thống điện và các giải pháp kỹ thuật hỗ trợ.
   • Use case: Xây dựng chính sách phát triển lưới điện và quy định vận hành phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần kết hợp cả tần số và điện áp trong chương trình sa thải phụ tải?
   Việc kết hợp giúp phản ánh chính xác hơn trạng thái hệ thống khi xảy ra sự cố. Tần số cho biết mức độ mất cân bằng công suất, trong khi điện áp phản ánh khả năng cung cấp công suất phản kháng. Kết hợp hai thông số giúp xác định đúng lượng và vị trí tải cần sa thải, tránh sa thải quá mức.

2. Phương pháp AHP hỗ trợ gì trong việc sa thải phụ tải?
   AHP giúp đánh giá và phân loại phụ tải dựa trên tầm quan trọng và chi phí, từ đó ưu tiên giữ lại các phụ tải quan trọng và giảm thiểu thiệt hại kinh tế khi sa thải tải. Phương pháp này tạo ra kế hoạch sa thải tải tối ưu và có tính linh hoạt cao.

3. Hệ thống thử nghiệm 37 bus 9 máy phát có đại diện cho hệ thống thực tế không?
   Đây là mô hình tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu để mô phỏng các tình huống sự cố và kiểm tra hiệu quả các thuật toán. Mặc dù đơn giản hơn hệ thống thực tế, nó cung cấp kết quả tham khảo có giá trị và khả năng mở rộng cho các hệ thống lớn hơn.

4. Làm thế nào để đo tốc độ thay đổi tần số (df/dt) trong thực tế?
   Tốc độ thay đổi tần số được đo bằng các thiết bị đồng hồ so pha và bộ đo tần số hiện đại, có khả năng ghi nhận biến động tần số theo thời gian thực với độ chính xác cao, phục vụ cho việc điều khiển sa thải tải tự động.

5. Phần mềm PowerWorld có vai trò gì trong nghiên cứu?
   PowerWorld là công cụ mô phỏng hệ thống điện mạnh mẽ, cho phép mô phỏng các sự cố, phân tích tần số, điện áp và công suất trong hệ thống. Nó giúp kiểm chứng hiệu quả các thuật toán sa thải tải được đề xuất trong luận văn.

Kết luận

• Điện áp và tần số là hai thông số then chốt ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống điện, cần được xem xét đồng thời trong chương trình sa thải phụ tải.
• Phương pháp sa thải tải dựa trên tốc độ thay đổi tần số và độ nhạy điện áp giúp xác định chính xác lượng và vị trí tải cần sa thải, giảm thiểu sa thải quá mức.
• Thuật toán AHP hỗ trợ đánh giá tầm quan trọng và chi phí phụ tải, tối ưu hóa kế hoạch sa thải tải theo tiêu chí kỹ thuật và kinh tế.
• Mô phỏng trên hệ thống 37 bus 9 máy phát cho thấy phương pháp đề xuất nâng cao hiệu quả phục hồi tần số và duy trì điện áp ổn định sau sự cố mất máy phát.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thực tế các giải pháp, nâng cấp hệ thống đo lường và đào tạo nhân lực vận hành để ứng dụng hiệu quả các phương pháp nghiên cứu.

Hãy áp dụng các phương pháp sa thải phụ tải hiện đại để nâng cao độ ổn định và tin cậy của hệ thống điện, đồng thời tối ưu hóa chi phí vận hành trong bối cảnh phát triển năng lượng ngày càng phức tạp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Hiện nay các ngành công nghiệp đang phát triển tạo sức ép lên ngành công nghiệp năng lượng phải cung cấp đủ công suấ t đi ện. Khả năng phát điện sẽ tăng theo tỷ lệ gia tăng số lượng của tải. Việc truyền tải công suất lớn thông qua lưới điện dẫn đến điều kiện vận hành của các đường dây truyền tải gần với giới hạn của nó. Ngoài ra, nguồn dự trữ phát điện thường rất nhỏ và thường là công suất phản kháng, nhưng cũng không đủ để đáp ứng nhu cầu phụ tải.

Vì những lý do này, các hệ thống điện trở nên dễ bị nhiễu loạn và mất điện. Các nhiễu loạn của các hệ thống điện, thường là các sự cố mất một máy phát điện, hoặc bất ngờ thay đổi tải. Những nhiễu loạn thay đổi về cường độ của nó, tại thời điểm này những nhiễu loạn có thể gây ra mất ổn định hệ thống. Ví dụ, khi một phụ tải công nghiệp lớn đột ngột được đóng, hệ thống có thể trở nên mất ổn định.

Điều này dẫn đến cần thiết để nghiên cứu hệ thống và theo dõi nó để ngăn chặn hê ̣ thố ng trở nên mất ổn định. Hai thông số quan trọng nhất để theo dõi là điện áp và tần số hệ thống. Điện áp tại tất cả các thanh góp và tần số, cả hai đều phải được duy trì trong giới hạn quy định được thiết lập. Tần số chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất tác dụng, trong khi điện áp chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất phản kháng.

Cụ thể, tần số bị ảnh hưởng bởi sự chênh lệch giữa công suất phát và nhu cầu phụ tải. Sự chênh lệch này được gây ra do nhiễu loạn, nó làm giảm khả năng phát điện của hệ thống. Ví dụ, do sự cố mất một máy phát điện, khả năng phát điện giảm trong khi nhu cầu phụ tải còn lại không đổi hoặc gia tăng. Nếu các máy phát điện khác trong hệ thống không thể cung cấp đủ công suất cần thiết, thì tần số hệ thống bắt đầu giảm.

Để phục hồi lại tần số trong giới hạn định mức, một chương trình sa thải tải cần được áp dụng cho hệ thống. HVTH: Lê Trọng Nghĩa 1 Luan van Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS. Quyền Huy Ánh Ngoài ra, nhu cầu công suất phản kháng của phụ tải ảnh hưởng đến biên độ điện áp tại thanh góp. Khi hệ thống điện không thể đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng của các phụ tải, điện áp trở nên mất ổn định.

Trong tình huống như vậy, các bộ tụ bù được đóng vào lưới nhằm cung cấp công suất phản kháng cho các phụ tải. Tuy nhiên, khi các bộ tụ bù này không thể khôi phục lại các cấp điện áp trong giới hạn của nó, hệ thống sẽ phải sa thải tải. Sau sự nhiễu loạn, hệ thống phải trở về trạng thái ban đầu của nó, có nghĩa là phụ tải đã bị sa thải được phục hồi một cách có hệ thống mà không gây ra sự sụp đổ hệ thống. Trong trường hợp sự cố lâu dài, hệ thống điện không thể đáp ứng nhu cầu công suất trong thời gian dài, việc sa thải phụ tải tối ưu cần xét đến các chỉ tiêu kinh tế và tầm quan trọng của phụ tải.

Điều này thì quan trọng trong việc duy trì ổn định hệ thống điện, sa thải tải đã trở thành một chủ đề quan trọng trong nghiên cứu.2 Tổng quan các kết quả nghiên cứu Có nhiều phương pháp khác nhau để sa thải phụ tải và phục hồi hệ thống đã được phát triển bởi các nhà nghiên cứu và đã được sử dụng trong ngành công nghiệp năng lượng trên toàn thế giới. Hầu hết trong số này là dựa trên sự suy giảm tần số trong hệ thống. Bằng cách xem xét một yếu tố, đó là tần số, trong các trường hợp này kết quả thường kém chính xác. Việc sa thải tải quá mức đã không được ưa chuộng vì nó gây ra sự bất tiện cho khách hàng.

Các cải tiến về các phương pháp truyền thống này đã dẫn đến sự phát triển của kỹ thuật sa thải phụ tải dựa trên tần số cũng như tốc độ thay đổi của tần số. Điều này dẫn đến dự đoán tốt hơn của phụ tải sẽ phải sa thải, và nâng cao độ chính xác. Gần đây, việc mất điện đã mang lại sự chú ý tới các v ấn đề của sự ổn định điện áp trong hệ thống. Giảm điện áp có thể là một kết quả của một sự nhiễu loạn.

Đó là nguyên nhân chính, tuy nhiên, còn có thể do cung cấp không đủ công suất HVTH: Lê Trọng Nghĩa 2 Luan van Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS. Quyền Huy Ánh phản kháng. Điều này dẫn đến các nhà nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật để duy trì sự ổn định điện áp. Mất điện của một máy phát điện gây ra mất cân bằng giữa công suất phát điện và nhu cầu phụ tải.

Điều này ảnh hưởng đến tần số và điện áp. Kế hoạch sa thải tải phải xem xét cả hai thông số này khi sa thải phụ tải. Bằng cách sa thải đúng số lượng tải từ những thanh góp, biên độ điện áp tại một số thanh góp chắc chắn có thể được cải thiện. Sau khi xem xét các thông số cho sa thải tải, cần thiết phải có các thiết bị phù hợp cho việc thu thập dữ liệu hệ thống để các dữ liệu đưa vào cho chương trình sa thải được chính xác như các giá trị thực tế.

Thông thường, các bộ phận đo lường pha được sử dụng để đo dữ liệu thời gian thực. Sa thải tải được dựa trên một chuẩn ưu tiên, có nghĩa là sa thải những phụ tải quan trọng là ít nhất, các tải công nghiệp đắt tiền vẫn còn được duy trì. Vì vậy, phương diện kinh tế đóng một phần quan trọng trong các kế hoạch sa thải tải. Thông thường, một phương pháp tiếp cận thông minh được sử dụng kết hợp.

Tổng số lượng của tải phải sa thải được chia thành nhiều bước riêng biệt, nó được sa thải theo sự suy giảm của tần số. Ví dụ, khi tần số giảm đến điểm nhận đầu tiên chắc chắn được xác định trước phần trăm của tổng phụ tải được sa thải. Nếu có một sự giảm tiếp trong tần số và nó đạt đến điểm nhận thứ hai, tỷ lệ phần của tải còn lại được sa thải. Quá trình này diễn ra tiếp tục cho đến khi tần số tăng trên giới hạn dưới của nó.

Số lượng tải bị sa thải trong mỗi bước là một yếu tố quan trọng về hiệu quả của chương trình. Bằng cách giảm tải trong mỗi bước thì khả năng sa thải tải quá mức sẽ được giảm. Trong khi xem xét số lượng tải được sa thải và lượng tải sa thải mỗi bước, cần tính đến yêu cầu công suất phản kháng của mỗi tải. Thông thường, những nhiễu loạn như mất một máy phát điện gây ra điện áp giảm.

Một cách hiệu quả để khôi phục lại điện áp là giảm phụ tải công suất phản kháng. Do đó, khi tải tiêu thụ một HVTH: Lê Trọng Nghĩa 3 Luan van Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS. Quyền Huy Ánh lượng cao công suất phản kháng thì sẽ được cắt giảm đầu tiên; biên độ điện áp có thể được cải thiện.1 Tóm lược các chương trình sa thải phụ tải đang áp dụng Hội đồng Điều phối độ tin cậy bang Florida (FRCC) [5], có xây dựng kế hoạch sa thải phụ tải. Các bộ phận cung cấp tải của FRCC phải cài đặt các rơle dưới tần số, để ngắt xung quanh 56% tổng số tải trong một kế hoạch sa thải tải tự động.

Nó có 9 bước để sa thải phụ tải, tần số là 59,7 Hz cho bước đầu tiên và 59,1 Hz cho bước cuối cùng. Các bước tần số, thời gian và số lượng của tải sẽ bị sa thải trình bày trong Bảng 1. Các bước từ A đến F sa thải tải khi có sự suy giảm tần số. Các bước L, M và N thì đặc biệt, sa thải phụ tải khi tần số gia tăng.

Mục đích của việc này là để tránh sự trì trệ của tần số tại một giá trị thấp hơn so với danh định. Vì vậy, nếu tần số tăng lên đến 59,4 Hz và tiếp tục duy trì trong vùng lân cận hơn 10 giây, thì 5% phụ tải còn lại được sa thải để tăng tần số và đạt đến giá trị danh định yêu cầu.1: Các bước sa thải tải của FRCC. Các bước Tần số sa Thời gian Lượng tải sa thải Tổng số lượng UFLS thải tải (Hz) trễ (s) (phần trăm tổng tải) (%) tải sa thải (%) A 59.1 8 5 56 Hiệu quả của kế hoạch này được kiểm tra mỗi năm bởi nhóm công tác ổn định FRCC (SWG). Căn cứ vào kế hoạch này chắc chắn chỉ tiêu tần số phải được thành lập.

Tần số phải duy trì trên 57 Hz và nên phục hồi trên 58 Hz trong 12 giây. Ngoài ra, tần số không được vượt quá 61,8 Hz vì sa thải phụ tải quá mức. Kiểm soát khu vực giữa Đại Tây Dương MAAC thực hiện một quy trình sa thải tải từng bước. Bảo vệ máy phát điện cũng được xem xét khi thiết lập các điểm cài đặt tần số, và số lượng tải sẽ bị sa thải tại mỗi bước.

Các rơle bảo vệ máy phát HVTH: Lê Trọng Nghĩa 4 Luan van Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS. Quyền Huy Ánh điện được thiết lập để ngắt máy phát điện sau bước sa thải tải cuối cùng. Kế hoạch này có ba bước sa thải phụ tải cơ bản, được trình bày trong Bảng 1.2: Các bước sa thải tải của MAAC. Số lượng phần trăm tổng tải sa thải Tần số cài đặt sa thải tải (Hz) 10% 59.5 Tần số cắ t giảm đầu tiên là 59,3 Hz.

Tại mỗi bước, 10% của tải trực tuyến tại đó tức thời được sa thải. Số lượng của các bước sa thải tải có thể tăng được hơn ba lần cung cấp trên lịch trình được duy trì. Kế hoạch này là một kế hoạch phân phối khi nó sa thải tải từ các vị trí phân phối mà trái ngược với kế hoạch tập trung. Các tải bị ngắt bởi kế hoạch này được phục hồi bằng tay.

Cài đặt thời gian trễ được áp dụng cho rơle dưới tần số với thời gian trễ là 0,1(s). Các rơle này đòi hỏi duy trì ổn định tại điểm đặt tần số là ±0,2(Hz) và trong thời gian trễ ±0,1(s). Các kiểu và công nghệ chế tạo của các rơle này là yêu cầu phải đồng nhất để đạt được một cách xấp xỉ giống nhau về tốc độ đáp ứng.