Chương 1. Tổng quan các phương pháp sa thải phụ tải. HVTH: Đỗ Ngọc Ẩn 5 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Chương 2. Mô hình hệ thống phân cấp HP và uzzy – AHP và mạng Nơron.
Phương pháp sa thải phụ tải dưới tần số áp dụng mạng nơron, thuật toán Fuzzy-AHP và mạng nơron. Khảo sát, thử nghiệm nhằm kiểm chứng hiệu quả phương pháp đề xuất trong luận văn. Kết luận và hướng phát triển của đề tài. HVTH: Đỗ Ngọc Ẩn 6 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Chƣơng 1 TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI 1.
Tổng quan các kết quả nghiên cứu Chất lượng điện năng và độ tin cậy là điều kiện tiên quyết trong việc cung cấp điện cho Khách hàng. Hiện nay, yêu cầu từ phía Khách hàng ngày càng cao nên mức độ đòi hỏi hệ thống không những đủ công suất mà còn phải đảm bảo độ ổn định, tin cậy trong vận hành. Khả năng phát của nguồn sẽ tỷ lệ thuận với số lượng tải trong hệ thống. Bên cạnh đó, ngành Điện cũng phải dự trữ một lượng công suất đủ lớn để đáp ứng nhu cầu khi có sự dao động 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.
Thông thường, các sự cố hay các sự nhiễu loạn của hệ thống điện là phần lớn do sự cố mất điện của máy phát điện, hoặc do tải thay đổi bất ngờ (tăng thêm tải). Tại thời điểm xảy ra các sự cố, hệ thống dễ xảy ra tình trạng mất ổn định. Mức độ của sự mất ổn định tùy thuộc vào thời gian và tính chất của các sự nhiễu loạn. Tiêu chuẩn đánh giá ổn định chất lượng điện năng trong hệ thống là giá trị tần số và điện áp.
Nếu một trong hai thông số thay đổi sẽ dẫn đến sự mất cân bằng công suất trong hệ thống và gây nên sự nhiễu loạn. Tần số bị ảnh hưởng bởi công suất tác dụng, điện áp bị ảnh hưởng bởi công suất phản kháng. Nên khi có sự bất ổn về tần số hoặc điện áp sẽ gây ra nhiễu loạn HVTH: Đỗ Ngọc Ẩn 7 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh và nếu kéo dài sẽ dẫn đến tan rã hệ thống. Sau khi xảy ra các trường hợp nhiễu loạn, việc nhanh chóng đưa các thông số về thông số ban đầu hoặc đưa hệ thống về điểm ổn định mới là điều hết sức quan trọng nhằm hạn chế tối đa việc sụp đổ hệ thống.
Vì vậy, sa thải phụ tải là một trong các phương án bắt buộc phải lựa chọn. Tuy nhiên, số lượng tải cần ngắt và thời gian cắt cũng được xem là yếu tố quan trọng quyết định trong việc ổn định hệ thống. Chính vì thế, việc lựa chọn phương pháp sa thải phụ tải tối ưu cũng là vấn đề cần thiết và cấp bách. Hiện nay, trong lĩnh vực vận hành HTĐ có nhiều phương pháp khác nhau để sa thải phụ tải và phục hồi hệ thống.
Các phương pháp này đã được phát triển bởi các nhà nghiên cứu và đã được sử dụng trong ngành công nghiệp năng lượng trên toàn thế giới. Phần lớn các phương pháp này đều có nguyên tắc chung là dựa trên sự suy giảm tần số trong hệ thống. Việc sa thải tải quá mức cần thiết đã không được ưa chuộng vì nó gây ra sự không hài lòng từ phía Khách hàng. Các cải tiến đối với các phương pháp truyền thống đã dẫn đến sự phát triển của phương pháp sa thải phụ tải dựa trên tần số cũng như tốc độ thay đổi của tần số.
Điều này cho phép dự đoán tốt hơn lượng phụ tải sẽ phải sa thải, và nâng cao độ chính xác của phương pháp. Gần đây, việc mất điện đã gây sự chú ý tới các vấn 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 phản kháng.
Điều này hướng các nhà nghiên cứu tập trung vào phương pháp để duy trì sự ổn định điện áp của hệ thống. 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 thu thập dữ liệu thời gian thực (các đại lượng P, Q, U, I, f, …). Trong hệ thống, mỗi phụ tải được đặc trưng bởi vị trí đấu nối, tính chất quan HVTH: Đỗ Ngọc Ẩn 8 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh trọng về an ninh, chính trị, quốc phòng, đặc tính dây chuyền công nghệ, khả năng bị thiệt hại về kinh tế khi có sự cố mất điện,.
Tùy theo tính chất quan trọng này mà phụ tải được sắp xếp thứ tự ưu tiên nhất định khi áp dụng sa thải. Đảm bảo sao cho trong quá trình sa thải có mức thiệt hại thấp nhất mà vẫn duy trì được sự cân bằng của hệ thống. Khi có tình huống khẩn cấp, việc sa thải tải được dựa trên thứ ưu tiên đó, nghĩa là sa thải những phụ tải ít quan trọng trước, những tải quan trọng sẽ được sa thải sau cùng (hoặc không sa thải). 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 sẽ được sử dụng kết hợp. Tổng số lượng của tải phải sa thải được chia thành nhiều bước riêng biệt, nó được sa thải tương ứng 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 sẽ diễn ra 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, khả năng sa thải tải quá mức sẽ được giảm thiểu. 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 lượng cao công suất phản kháng, nó sẽ được cắt giảm đầu tiên; biên độ điện áp có thể được cải thiện. Các phƣơng pháp sa thải phụ tải đang áp dụng 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.
Các phương pháp sa thải phụ tải về cơ bản được chia thành 3 mảng nghiên cứu chính: các phương pháp sa thải phụ tải truyền HVTH: Đỗ Ngọc Ẩn 9 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh thống, các phương pháp sa thải phụ tải thích nghi, các phương pháp sa thải phụ tải thông minh. Tổng quan về các phương pháp sa thải phụ tải hiện có được trình bày trong Hình 1. - Sa thải phụ tải truyền thống (Conventional Load Shedding). - Sa thải phụ tải thích nghi (Adaptive Load Shedding).
- Sa thải phụ tải thông minh (ILS - Intelligent Load Shedding). Các phương pháp sa thải phụ tải Các phương pháp sa thải Các phương pháp sa thải Các phƣơng pháp sa thải phụ tải truyền thống phụ tải thích nghi phụ tải thông minh UFLS UVLS sa Artificial Adaptive Neural Fuzzy Analytic Neuro Genetic Particle sa thải thải phụ Fuzzy Network Logic Hierarchy Swarm phụ tải tải dưới (ANN) Infernce Algorithm Control Process Optimizat dưới điện áp (FLC) (AHP) System ion tần số (ANFIS) Hình 1. Các phương pháp sa thải phụ tải trong hệ thống điện Luận văn đề xuất mô hình sa thải phụ tải nhằm đảm bảo ổn định đối với mô hình thực nghiệm trên cơ sở sử dụng phối hợp giải thuật Fuzzy - AHP và mạng nơ ron nhân tạo ANN. Mô hình sa thải phụ tải này cho phép giảm thời gian đưa ra quyết định, giảm thời gian phục hồi tần số và nâng cao độ ổn định tần số so với phương pháp truyền thống.
Phƣơng pháp sa thải phụ tải truyền thống Sa thải phụ tải bằng relay tần số (R81), hoặc relay điện áp (R27) là phương pháp được sử dụng chung nhất cho việc điều khiển ổn định tần số [1-3], ổn định HVTH: Đỗ Ngọc Ẩn 10 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh điện áp của lưới điện và duy trì tính ổn định của lưới trong các điều kiện cần thiết. Trong các phương pháp sa thải phụ tải thông thường, khi tần số hoặc điện áp dao động ra ngoài giới hạn làm việc đã được cài đặt trước, các relay tần số/điện áp của hệ thống phát tín hiệu cắt từng mức phụ tải tương ứng, do đó sẽ ngăn cản sự suy giảm tần số/điện áp và các ảnh hưởng của nó. Thực tế đang áp dụng quá trình STPT tại các Điện lực như sau: khi Điều Độ Viên lưới phân phối ra lệnh cắt giảm phụ tải với một lượng công suất định trước, Trực ban vận hành sẽ căn cứ vào tình hình vận hành cùa các tuyến đường dây để thực hiện cắt giảm các tuyến, nhánh tương ứng sao cho đủ lượng công suất yêu cầu. Việc này được thực hiện thủ công, thao tác bằng tay tại hiện trường.
Đồng thời phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về an toàn nên tiến trình mất rất nhiều thời gian (bao gồm thời gian tiếp nhận thông tin, cấp phiếu thao tác, di chuyển đến hiện trường và thực hiện thao tác). Trong trường hợp tần số rớt xuống giá trị nguy hiểm thì ngay lập tức các tải 110 kV, 220 kV sẽ bị sa thải. Việc này sẽ gây mất điện diện rộng và khó khăn trong cung ứng điện cho Khách hàng [4]. Hơn nữa các số liệu vận hành phụ tải chưa được cập nhật thường xuyên nên dẫn đến tình trạng cắt giảm thừa/thiếu so với giá trị mà Điều Độ Viên đã đưa ra.
Đây cũng là một hạn chế lớn của phương pháp này. Đòi hỏi phải có phương pháp khác hiệu quả hơn để đáp ứng yêu cầu mới. Sa thải phụ tải dƣới tần số (Under Frequency Load Shedding - UFLS) Tần số danh định của hệ thống điện Việt Nam là 50 Hz đối với tất cả các cấp điện áp.