Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu sa thải phụ tải trong hệ thống điện với đa mục tiêu

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích nghiên cứu sa thải phụ tải trong hệ thống điện có xét đến đa mục tiêu, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực

• Tác giả: Phạm Hồng Hậu
• Người hướng dẫn: PGS. Quyền Huy Ánh
• Trường học: Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM
• Chuyên ngành: Điện - Điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu và đề xuất phương pháp sa thải phụ tải trong hệ thống điện có xét đến các tiêu chí như: khoảng cách pha, khoảng cách điện áp và mức độ ưu tiên liên tục cấp điện khi xảy ra sự cố mất máy phát.
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Phú Mỹ

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về hướng nghiên cứu
• 1.2. Điều khiển sơ cấp và thứ cấp trong hệ thống điện
• 1.2.1. Điều khiển sơ cấp
• 1.2.2. Điều khiển thứ cấp
• 1.3. Các phương pháp sa thải phụ tải trong hệ thống điện
• 1.4. Các nghiên cứu và phương pháp sa thải phụ tải trong hệ thống điện
• 1.4.1. Các nghiên cứu trong nước
• 1.4.2. Các nghiên cứu ngoài nước
• 1.5. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.6. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.7. Ý nghĩa khoa học của đề tài
• 1.8. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1.9. Mục đích nghiên cứu
• 1.10. Đối tượng nghiên cứu
• 1.11. Phạm vi nghiên cứu
• 1.12. Phương pháp nghiên cứu
• 1.13. Nội dung đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Hiệp phương sai
• 2.2. Độ liên tục cung cấp điện
• 2.3. Khoảng cách pha trong hệ thống điện
• 2.4. Khoảng cách điện áp trong hệ thống điện
• 2.5. Thuật toán AHP
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI ĐỀ XUẤT
• 3.1. Khái quát xây dựng phương pháp sa thải phụ tải đề xuất
• 3.2. Tính toán lượng công suất sa thải phụ tải tối thiểu có xét đến điều khiển sơ cấp và điều khiển thứ cấp
• 3.3. Xếp hạng tải ưu tiên có xét đến độ liên tục cung cấp điện
• 3.3.1. Trọng số lớp tiêu chí
• 3.3.2. Trọng số lớp đề án
• 3.3.3. Trọng số tầm quan trọng của từng phụ tải
• 3.3.4. Xác định khoảng cách pha giữa các nút tải và máy phát bị sự cố
• 3.3.5. Xác định khoảng cách điện áp giữa các nút tải và máy phát bị sự cố
• 3.3.6. Sa thải phụ tải có xét đến các yếu tố ràng buộc đa mục tiêu
• 4. CHƯƠNG 4: THỬ NGHIỆM VÀ KIỂM TRA TRÊN HỆ THỐNG IEEE 37 BUS 9 MÁY PHÁT
• 4.1. Mô tả hệ thống điện IEEE 37 bus 9 máy phát
• 4.2. Tính toán lượng công suất sa thải phụ tải tối thiểu có xét đến điều khiển sơ cấp và điều khiển thứ cấp
• 4.3. Xếp hạng tải ưu tiên theo độ liên tục cung cấp
• 4.3.1. Trọng số lớp tiêu chí
• 4.3.2. Trọng số lớp đề án
• 4.3.3. Hệ số tầm quan trọng của các phụ tải trong hệ thống
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 5.1. Hướng nghiên cứu phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu phương pháp sa thải phụ tải trong hệ thống điện đa mục tiêu

Nghiên cứu phương pháp sa thải phụ tải trong hệ thống điện đa mục tiêu là một lĩnh vực quan trọng trong ngành điện. Phương pháp này không chỉ giúp duy trì sự ổn định của hệ thống điện mà còn giảm thiểu thiệt hại kinh tế khi xảy ra sự cố. Việc sa thải phụ tải được thực hiện nhằm khôi phục tần số hệ thống về giá trị cho phép, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải quan trọng.

1.1. Định nghĩa và vai trò của phương pháp sa thải phụ tải

Phương pháp sa thải phụ tải là quá trình cắt giảm một lượng công suất nhất định từ các phụ tải không cần thiết để khôi phục tần số hệ thống. Điều này giúp ngăn chặn tình trạng mất điện diện rộng và đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong bối cảnh hiện tại

Trong bối cảnh nhu cầu điện năng ngày càng tăng, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp sa thải phụ tải là rất cần thiết. Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất hệ thống mà còn giảm thiểu thiệt hại kinh tế do sự cố mất điện.

II. Vấn đề và thách thức trong phương pháp sa thải phụ tải hiện nay

Mặc dù phương pháp sa thải phụ tải đã được áp dụng rộng rãi, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết. Các vấn đề như xác định lượng công suất cần sa thải, vị trí thực hiện sa thải và thời gian thực hiện vẫn đang là những câu hỏi lớn trong nghiên cứu.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quyết định sa thải phụ tải

Các yếu tố như khoảng cách pha, khoảng cách điện áp và mức độ ưu tiên cấp điện cần được xem xét kỹ lưỡng. Việc xác định chính xác các yếu tố này sẽ giúp tối ưu hóa lượng công suất sa thải và giảm thiểu thiệt hại kinh tế.

2.2. Thách thức trong việc duy trì tính liên tục cung cấp điện

Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo tính liên tục cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng trong khi vẫn thực hiện sa thải phụ tải. Điều này đòi hỏi phải có các phương pháp và công nghệ tiên tiến để quản lý và điều phối nguồn điện.

III. Phương pháp sa thải phụ tải tối ưu trong hệ thống điện đa mục tiêu

Phương pháp sa thải phụ tải tối ưu cần phải xem xét nhiều tiêu chí khác nhau để đảm bảo hiệu quả. Việc áp dụng các công nghệ mới như hiệp phương sai và mô hình hóa hệ thống điện sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu suất sa thải phụ tải.

3.1. Hiệp phương sai trong xác định mức độ ưu tiên cấp điện

Phương pháp hiệp phương sai giúp xác định mức độ ưu tiên cấp điện cho từng nút phụ tải. Điều này cho phép các điều độ viên có thể đưa ra quyết định chính xác hơn trong việc sa thải phụ tải.

3.2. Mô hình hóa hệ thống điện để tối ưu hóa sa thải phụ tải

Mô hình hóa hệ thống điện giúp phân tích và dự đoán các tình huống có thể xảy ra, từ đó đưa ra các giải pháp sa thải phụ tải hiệu quả hơn. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng như PowerWorld GOS 19 đã chứng minh được hiệu quả của phương pháp này.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu về sa thải phụ tải

Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp sa thải phụ tải đề xuất có thể giảm lượng công suất sa thải xuống 5 lần so với phương pháp truyền thống. Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất hệ thống mà còn giảm thiểu thiệt hại kinh tế.

4.1. Kết quả thực nghiệm trên hệ thống điện IEEE 37 bus

Thực nghiệm trên hệ thống điện IEEE 37 bus cho thấy phương pháp sa thải phụ tải đề xuất đã đạt được hiệu quả cao trong việc phục hồi tần số hệ thống. Kết quả này có thể được áp dụng cho các hệ thống điện khác.

4.2. Ứng dụng trong quản lý và điều độ hệ thống điện

Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các điều độ viên trong việc vận hành hệ thống điện. Điều này giúp cải thiện khả năng quản lý và điều phối nguồn điện trong các tình huống khẩn cấp.

V. Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển trong tương lai

Nghiên cứu phương pháp sa thải phụ tải trong hệ thống điện đa mục tiêu mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến và phương pháp tối ưu hóa sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và tính ổn định của hệ thống điện.

5.1. Tương lai của phương pháp sa thải phụ tải

Phương pháp sa thải phụ tải sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành điện. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp tối ưu hóa quy trình và giảm thiểu thiệt hại kinh tế.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực điện năng

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các mô hình dự đoán và phân tích sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến sa thải phụ tải. Điều này sẽ giúp cải thiện khả năng ứng phó với các sự cố trong hệ thống điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Để đáp ứng được nhu cầu hội nhập hóa cộng với sự phát triển từ nền công nghiệp 4.0 hiện nay, ngành công nghiệp năng lương cũng song song phát triển nhằm đảm bảo cung cấp năng lượng điện cho các nhà máy, khu dân cư với số lượng ngày một gia tăng. Ở Việt Nam, các chính sách khuyến khích từ năm 2015 đến năm 2017 đã tạo nên "cuộc đua nước rút" để tận dụng cơ hội cung cấp năng lượng tái tạo đặc biệt là năng lượng mặt trời. Theo tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) thì tổng sản lượng điện thương phẩm ở Việt Nam có tốc độ gia tăng bình quân trong giai đoạn 2016-2020 của các phương án cơ sở và phương án cao là 10,34% và 11,26% [1]. Trong năm 2016 thì tổng sản lượng điện thương phẩm đạt 159,31 tỷ kWh và tăng 10,9% so với năm 2015.

11 tháng đầu năm 2017, tổng sản lượng điện thương phẩm đạt 159,9 tỷ kWh. Điện thương phẩm năm 2018 đạt 192,93 tỷ kWh vượt 1,25% kế hoạch và tăng 10,47% so với kế hoạch năm 2017. 11 tháng năm 2019, tổng lượng điện thương phẩm ước đạt 193.202,7 triệu kWh, tăng 9,6% so với cùng kỳ. Nhưng số liệu đã nêu lên được tốc độ tăng trưởng trong nhu cầu điện năng ở Việt Nam qua các năm đã tăng lên rất cao.

Truyền tải năng lượng điện thông qua hệ thống truyển tải điện là vấn đề khá lớn cần phải giải quyết của ngành điện hiện nay. Chính vì vấn đề này mà hệ thống điện càng dễ bị sự cố và gây ra mất điện. Lũy kế 10 tháng năm 2019, toàn Tổng công ty điện lực xảy ra 120 vụ sự cố, tăng 39 vụ so với cùng kỳ 2018, trong đó sự cố thoáng qua là 41 vụ, tăng 23 vụ so với cùng kỳ; sự cố kinh doanh là 50 vụ, tăng 12 vụ so với cùng kỳ; sự cố trạm biến áp là 29 vụ, tăng 04 vụ so với cùng kỳ [2]. Những sự nhiễu loạn có ảnh hưởng lớn đến hệ thống thường là các sự cố mất cân bằng giữa công suất phát và công suất sử dụng (có thể là trường hợp sự cố mất máy phát hoặc sự tăng phụ tải đột ngột).

Điều này làm cho sự ổn định của hệ thống không còn nữa nếu không được khắc phục kịp thời có thể dẫn đến trường hợp mất điện diện rộng và rã lưới điện. Việc nghiên cứu tìm ra phương pháp khắc phục và ngăn chặn sự cố nghiệm 1 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS. QUYỀN HUY ÁNH trọng trên là rất cần thiết. Cụ thể hơn, đại lượng tần số của hệ thống bị ảnh hưởng do sự chênh lệch giữa công suất phát và công suất tiêu thụ của phụ tải, sự chênh lệch này làm giảm khả năng phát điện của hệ thống.

Ví dụ, trong một hệ thống điện khi một máy phát gặp sự cố và không thể phát điện được nữa thì có nghĩa khả năng phát điện của hệ thống sẽ giảm xuống trong khi đó nhu cầu tiêu thụ của phụ tải vẫn không thay đổi hoặc tăng lên. Khi mà những máy phát khác đã chạy hết công suất và không thể cung cấp thêm được nữa mà lượng công suất phát vẫn thiếu hụt, thì tần số của hệ thống sẽ giảm gây nên mất ổn định hệ thống. Để phục hồi tần số về giá trị cho phép để hệ thống có thể tiếp tục hoạt động thì một chương trình sa thải phụ tải là rất cần thiết. Trước khi thực hiện một chương trình sa thải phụ tải thì các biện pháp điều khiển tần số hệ thống phục hồi về giá trị cho phép được thực hiện, trong đó phải kể đến là điều khiển sơ cấp và điều khiển thứ cấp của các tổ máy phát điện do các thiết bị điều khiển tự động hoặc do trung tâm điều độ thực hiện.

Luận văn đề xuất phương pháp sa thải phụ tải có xét đến đa mục tiêu trong đó điểm nổi bật của luận văn là xác định mức độ ưu tiên liên tục cấp điện nhằm giảm thiểu thiệt hại về kinh tế. Phương pháp đề xuất đảm bảo tần số hệ thống trong phạm vi cho phép khi có sự mất cân bằng công suất máy phát và công suất của phụ tải. Đồng thời kết hợp huy động công suất dự phòng quay của máy phát để lượng công suất cần phải sa thải là tối ưu nhất. Điều khiển sơ cấp và thứ cấp trong hệ thống điện 1.

Điều khiển sơ cấp Điều chỉnh tần số sơ cấp là quá trình điều chỉnh tức thời được thực hiện bởi số lượng lớn các tổ máy có bộ phận điều chỉnh công suất tuabin (bộ điều tốc) theo sự biến đổi của tần số. Tổ máy không có trang bị bộ điều tốc Dao động phi chu kỳ - Tốc độ quay sẽ giảm đến giá trị mới khi công suất cơ bằng công suất điện. 2 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS. QUYỀN HUY ÁNH Hình 1.1: Đặc tính phát công suất của tổ máy không có bộ điều tốc.

Tổ máy có trang bị bộ điều tốc Hình 1.2: Đặc tính phát công suất của tổ máy có bộ điều tốc. Dao động tắt dần - Tốc độ quay giảm đến giá trị mới khi công suất cơ bằng công suất điện. Đặc tính điều khiển tần số sơ cấp Đặc tính (1) thể hiện trong hình 1.3 là đặc tính thể hiện máy phát có trang bị bộ điều tốc. Đặc tính Pt là đặc tính tần số của phụ tải.

Trong điều kiện vận hành ổn định, điểm giao giữa đặc tính máy phát 1 và đặc tính tần số của phụ tải Pt là tần số F0. Và đó là tần số của hệ thống trong điều kiện vận hành ổn định, có giá trị 50 Hz hoặc 60 Hz tùy vào từng hệ thống điện. Khi xảy ra tăng tải đột ngột một lượng ΔP ở hình 1.4, đường đặc tính tần số của phụ tải sẽ thay đổi. Điểm giao giữa đặc tính máy phát (1) và đặc tính tần số của phụ tải được xác định tại điểm mới F1.

Lúc này F1 < F0, bộ điều tốc không có tác dụng ngăn cản sự suy giảm tần số, nhưng bộ điều tốc sẽ làm giảm đi sự suy giảm tần số đáng kể khi hệ 3 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS. QUYỀN HUY ÁNH thống có sự chênh lệch giữa công suất phát và phụ tải. Đường đặc tính (2) là đặc tính thể hiện máy phát không có trang bị bộ điều tốc. Ở đây, có thể thấy được giao điểm giữa đặc tính (2) với đặc tính tần số của phụ tải là F’1.

Hiệu quả của bộ điều tốc sẽ thấy rõ khi so sánh giữa F1 và F’1. Trường hợp này có thể thấy F’1 < F1.3: Đặc tính thay đổi công suất turbine theo sự thay đổi của tần số.4: So sánh giữa máy có trang bị bộ điều tốc và không trang bị bộ điều tốc Như vậy, bộ điều tốc đã điều chỉnh được tần số khi có sự chênh lệch công suất phát và phụ tải. Và đây được gọi là quá trình điều khiển sơ cấp. Trường hợp lý tưởng, đặc tính điều chỉnh (4) của tổ máy thẳng đứng, tần số sẽ không thay đổi cho đến giới hạn công suất của tổ máy 𝑃𝑛.

4 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS. QUYỀN HUY ÁNH Chính đặc điểm trên của quá trình điều chỉnh sơ cấp dẫn đến sự cần thiết can thiệp từ bên ngoài (do thiết bị điều khiển tự động thực hiện hoặc do điều độ viên) - đó là quá trình điều chỉnh thứ cấp.5: Mô tả đặc tính điều chỉnh lý tưởng trong mối quan hệ giữa công suất và tần số. Điều khiển thứ cấp Điều chỉnh tần số thứ cấp là quá trình điều chỉnh tiếp theo của điều chỉnh tần số sơ cấp thực hiện thông qua tác động của hệ thống AGC đối với một số các tổ máy được quy định cụ thể trong hệ thống, hệ thống sa thải phụ tải theo tần số hoặc lệnh điều độ [3].6, đường đặc tính (1) được dịch chuyển song song thành đường đặc tính (3) với độ dốc không thay đổi, quá trình này được gọi là quá trình điều khiển thứ cấp. Lúc này, có thể thấy điểm giao giữa đặc tính (3) và đặc tính tần số của tải nằm trên đường đặc tính (4).

Trường hợp điều chỉnh lý tưởng. 5 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS. QUYỀN HUY ÁNH Hình 1.6: Đặc tính điều chỉnh thứ cấp trong mối quan hệ giữa công suất và tần số. Các phương pháp sa thải phụ tải trong hệ thống điện Sa thải phụ tải là việc thực hiện cắt giảm một lượng công suất phụ tải cần thiết để phục hồi tần số hệ thống về giá trị cho phép khi xảy ra sự mất cân bằng công suất phát và công suất tiêu thụ của phụ tải.

Trước khi thực hiện sa thải phụ tải, các điều độ viên sẽ huy động tất cả nguồn công suất dự phòng của máy phát điện để khôi phục tần số hệ thống, nếu tần số hệ thống vẫn chưa về giá trị cho phép thì biện pháp cuối cùng có thể thực hiện là sa thải phụ tải. Một phương pháp sa thải phụ tải phải đảm bảo xác định được những yếu tố sau: Lượng công suất sa thải phụ tải là tối thiếu mà tần số hệ thống vẫn hồi phục về giá trị cho phép, vị trí thực hiện sa thải và thời gian thực hiện sa thải. Lượng công suất sa thải phụ tải phụ thuộc vào lượng công suất phát bị suy giảm trên hệ thống điện khi sự cố xảy ra ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống. Để đảm bảo tính liên tục cung cấp điện cho khách hàng thì lượng công suất sa thải phải được tính toán và điều chỉnh sao cho tối thiểu mà hệ thống vẫn phục hồi về mức hoạt động cho phép.

Vị trí thực hiện sa thải phụ tải cũng rất quan trọng, nó cũng góp phần làm tối thiểu lượng công suất sa thảo và giảm những ảnh hưởng xấu đến lưới khi có sự cố xảy ra. Vị 6 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS. QUYỀN HUY ÁNH trí thực hiện sa thải được lựa chọn sao cho hệ thống phục hồi sau sự cố nhanh hơn và lượng tải sa thải cũng ít hơn. Việc xác định những yếu tố trên được thực bằng nhiều phương pháp khác nhau, các phương pháp được trình bày ở hình 1.

Các phương pháp sa thải phụ tải Các phương pháp Các phương pháp Các phương pháp sa thải sa thải phụ tải sa thải phụ tải phụ tải thông minh sử thông thường thích nghi dụng máy tính Các Các Hệ thống phương phương Mạng Điều Tối ưu mạng Thuật pháp sa pháp sa nơ-ron khiển hóa nơ-ron toán di thải phụ thải phụ nhân logic bầy thích truyền tải tải tạo mờ đàn nghi mờ (GA) tần số điện áp (ANN) (FLC) (PSO) (ANFIS) thấp thấp Hình 1.7: Các phương pháp sa thải phụ tải.