Tài liệu Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán fuzzy ahp

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 SA THẢI PHỤ TẢI DỰA TRÊN THUẬT TOÁN FUZZY-AHP S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2014-07GVT S KC 0 0 4 7 6 6 Tp. Hồ Chí Minh, 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG DÀNH CHO GIẢNG VIÊN TRẺ NGHIÊN CỨU SA THẢI PHỤ TẢI DỰA TRÊN THUẬT TOÁN FUZZY-AHP Mã số: T2014-07GVT Chủ nhiệm đề tài: ThS. Lê Trọng Nghĩa TP. HCM, 11/2014 Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP MỤC LỤC Mục lục............................................................................................................ Trang x Danh sách các bảng ......................................................................................... xii Danh sách các hình.......................................................................................... xiv Danh mục các chữ viết tắt ............................................................................... xvi CHƢƠNG MỞ ĐẦU ...................................................................................... 1 1.1Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nƣớc 1 1.2 Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................ 2 1.3 Mục tiêu – Cách tiếp cận – Phƣơng pháp nghiên cứu .............................. 2 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu............................................................................... 2 1.3.2 Cách tiếp cận .......................................................................................... 3 1.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu........................................................................ 3 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 3 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................ 3 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 3 1.5 Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI ........ 5 1.1 Tổng quan các kết quả nghiên cứu............................................................ 5 1.2 Tóm lƣợc các chƣơng trình sa thải phụ tải đang áp dụng ......................... 7 1.2.1 Sa thải phụ tải dƣới tần số ...................................................................... 12 1.2.2 Sa thải tải dƣới điện áp ........................................................................... 18 1.3 Sa thải phụ tải ............................................................................................ 23 1.3.1 Sa thải phụ tải truyền thống ................................................................... 23 1.3.2 Sa thải phụ tải thông minh (ILS) ............................................................ 26 1.3.2.1 Mô tả việc sa thải phụ tải thông minh ................................................. 26 1.3.2.2 Sơ đồ khối chức năng ILS ................................................................... 29 Chƣơng 2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÂN CẤP AHP VÀ FUZZY-AHP ..... 31 x Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP 2.1 Quá trình phân tích hệ thống phân cấp - Thuật toán AHP ........................ 31 2.1.1 Thuật toán AHP...................................................................................... 31 2.1.2 Kỹ thuật mờ hóa và luật hoạt động ....................................................... 34 2.1.3. Mô hình Fuzzy-AHP ............................................................................. 34 Chƣơng 3 PHƢƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI DỰA TRÊN THUẬT TOÁN FUZZY-AHP................................................................................................... 37 3.1 Phƣơng pháp sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP ................... 37 3.2 Kỹ thuật mờ hóa đồ thị phụ tải.................................................................. 40 Chƣơng 4 KHẢO SÁT THỬ NGHIỆM TRÊN HỆ THỐNG 37 BUS 9 MÁY PHÁT .............................................................................................................. 42 4.1 Nghiên cứu trƣờng hợp sự cố mất một máy phát điện trong hệ thống 37 bus, 9 máy phát sử dụng chƣơng trình sa thải phụ tải dựa trên thuật toán AHP. ...... 42 4.2 Nghiên cứu trƣờng hợp sự cố mất một máy phát điện trong hệ thống 37 bus, 9 máy phát sử dụng chƣơng trình sa thải phụ tải dựa trên thuật toán FUZZY-AHP.55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 64 4.1. Kết luận .................................................................................................... 64 4.2. Hƣớng nghiên cứu phát triển ................................................................... 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 65 PHỤ LỤC ........................................................................................................ Bản sao Thuyết minh đề tài đã đƣợc phê duyệt xi Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1.1: Các bƣớc sa thải tải của FRCC ............................................................. 8 Bảng 1.2: Các bƣớc sa thải tải của MAAC ........................................................... 8 Bảng 1.3: Chƣơng trình sa thải tải của ERCOT .................................................. 10 Bảng 1.4: Công thức sa thải tải dựa trên SCADA ............................................... 17 Bảng 1.5: Sa thải tải bởi Điều hành hệ thống truyền tải Hy Lạp ....................... 21 Bảng 2.1: Tỷ lệ so sánh các mức về tầm quan trọng ........................................... 35 Bảng 3.1: Kết quả tính toán tổng hợp các trƣờng hợp mờ hóa đồ thị phụ tải ..... 41 Bảng 4.1: Dữ liệu tải trong hệ thống 37 bus khi hệ thống đạt 70%, 80%, 90%, 100% phụ tải cực đại ............................................................................................ 45 Bảng 4.2: Ma trận phán đoán trung tâm phụ tải. ................................................. 46 Bảng 4.3: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 1 ............................... 46 Bảng 4.4: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 2 ............................... 46 Bảng 4.5: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 3 ............................... 46 Bảng 4.6: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 4 ................................ 47 Bảng 4.7: Giá trị Mi của ma trận các trung tâm phụ tải. ..................................... 47 Bảng 4.8: Giá trị Mi của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 1. .......................... 47 Bảng 4.9: Giá trị Mi của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 2. .......................... 48 Bảng 4.10: Giá trị Mi của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 3. ........................ 48 Bảng 4.11: Giá trị Mi của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 4. ........................ 48 Bảng 4.12: Giá trị Mi*của ma trận trung tâm phụ tải. ......................................... 49 Bảng 4.13: Giá trị Mi*của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 1. ........................ 49 Bảng 4.14: Giá trị Mi*của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 2. ........................ 49 Bảng 4.15: Giá trị Mi*của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 3. ........................ 49 Bảng 4.16: Giá trị Mi*của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 4. ........................ 50 Bảng 4.17: Các giá trị Wkj của ma trận trung tâm phụ tải. .................................. 50 Bảng 4.18: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 1 ............................. 50 xii Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP Bảng 4.19: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 2 .............................. 51 Bảng 4.20: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 3 .............................. 51 Bảng 4.21: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 4 .............................. 51 Bảng 4.22: Giá trị các hệ số quan trọng của đơn vị tải đƣợc tính toán bởi AHP.52 Bảng 4.23: Sắp xếp các đơn vị phụ tải theo giá trị hệ số quan trọng của phụ tải Wij giảm dần. .............................................................................................................. 53 Bảng 4.24: Ma trận phán đoán trung tâm phụ tải. ............................................... 56 Bảng 4. 25: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 1 ............................. 57 Bảng 4.26: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 2 .............................. 57 Bảng 4.27: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 3 .............................. 57 Bảng 4. 28: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 4 ............................. 57 Bảng 4.29: Giá trị các hệ số quan trọng của đơn vị tải đƣợc tính toán bởi FuzzyAHP. ..................................................................................................................... 59 Bảng 4.30: Sắp xếp các đơn vị phụ tải theo giá trị hệ số quan trọng của phụ tải Wij giảm dần. .............................................................................................................. 60 Bảng 4.31: Kết quả tính toán tổng hợp các trƣờng hợp mờ hóa đồ thị phụ tải ... 31 Bảng 4.32: Kết quả so sánh giữa phƣơng pháp sa thải phụ tải theo AHP và FuzzyAHP ...................................................................................................................... 63 xiii Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Mô hình đáp ứng tần số ở trạng thái vận hành ổn định. ..................... 24 Hình 1.2: Ảnh hƣởng của hệ số cản dịu tải trên đƣờng giảm tần số (đƣờng cong ổn định hệ thống cho các quá tải khác nhau). ........................................................... 26 Hình 1.3: Cấu trúc tổng quát của chƣơng trình ILS. ........................................... 29 Hình 2.1: Mô hình mạng phân cấp của việc sắp xếp các đơn vị ......................... 32 ~ ~ Hình 2.2: Mô hình cạnh tranh giữa M 1 và M 2 ............................................... 34 Hình 2.3: Tỷ lệ so sánh tầm quan trọng .............................................................. 35 Hình 3.1: Mô hình AHP gồm các vùng trung tâm tải và các đơn vị tải .............. 37 Hình 3.2: Mô hình hệ thống phân cấp AHP ........................................................ 38 Hình 3.3: Lƣu đồ các bƣớc sử dụng phƣơng pháp Fuzzy-AHP để sa thải phụ tải40 Hình 3.4: Kỹ thuật mờ hóa đồ thị phụ tải............................................................ 41 Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống 37 bus 9 máy phát ...................................................... 43 Hình 4.2: Tần số hệ thống trong trƣờng hợp sự cố máy phát tại bus số 4. ......... 44 Hình 4.3. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành 70% tải ................................................................................................................. 54 Hình 4.4. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành 80% tải ................................................................................................................. 54 Hình 4.5. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành 90% tải ................................................................................................................. 55 xiv Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP Hình 4.6. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành 100% tải ............................................................................................................... 55 Hình 4.7: Mô hình AHP gồm các vùng trung tâm tải và các đơn vị tải .............. 56 Hình 4.8: Kỹ thuật mờ hóa đồ thị phụ tải............................................................ 60 Hình 4.9. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành 70% tải ................................................................................................................. 61 Hình 4.10. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành 80% tải ................................................................................................................. 62 Hình 4.11. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành 90% tải ................................................................................................................. 62 Hình 4.12. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành 100% tải ............................................................................................................... 63 xv Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AHP: Analytic Hierarchy Process ILS: Intelligent Load Shedding UFLS: Under Frequency Load Shedding xvi Load Shedding Load Shedding Based On Fuzzy-Ahp Algorithm TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Tp. HCM, ngày 10 tháng 11 năm 2014 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP - Mã số: T2014-07GVT - Chủ nhiệm: ThS. Lê Trọng Nghĩa - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 02/2014-12/2014. 2. Mục tiêu: Nghiên cứu các phương pháp sa thải phụ tải và đề xuất phương pháp sa thải phụ tải dựa trên thuâ ̣t toán mờ hóa AHP (Fuzzy AHP). 3. Tính mới và sáng tạo: Nghiên cứu việc sa thải phụ tải có xét đến tầm quan trọng phụ tải dựa trên thuật toán phân tích mờ hóa hệ thống phân cấp Fuzz-AHP để xử lý. Ngoài ra, sự thay đổi của tải theo giờ trong ngày, mờ hóa đồ thị phụ tải để đề ra các chiến lược điều khiển khi có sự cố xảy ra. 4. Kết quả nghiên cứu: - Báo cáo phân tích việc sa thải phụ tải trên lưới điện 37 nút, 9 máy phát. 5. Sản phẩm: - Tài liệu báo cáo kết quả nghiên cứu. - Bài báo đăng trên tạp chí Giáo dục kỹ thuật. - 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 trong nước. - Kết quả nghiên cứu được dùng làm tài liệu tham khảo cho học viên cao học. - Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các công ty Tư vấn Thiết kế điện, các công ty điện lực, các cơ sở có đào tạo sau đại học ngành “Thiết bị,mạng và nhà máy điện”, ngành “Kỹ thuật điện”. Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài vii Load Shedding Load Shedding Based On Fuzzy-Ahp Algorithm INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: Load Shedding Load Shedding Based On Fuzzy-Ahp Algorithm Code number: T2014-07GVT Coordinator: M.SC. Le Trong Nghia Implementing institution: University of Technical Education Ho Chi Minh City Duration: from 02/2014 to 12/2014 2. Objective(s): Study load shedding methods and proposed load shedding method based on fuzzy AHP algorithm (Fuzzy AHP). 3. Creativeness and innovativeness: Study load shedding considers the load importance based on Fuzzy Analytic Hierarchy Process Fuzz-AHP algorithm to handle. In addition, the change in load by time of day, load profile fuzzy to devise control strategies when the problem occurred. 4. Research results: - The report analyzes the load shedding on the power system buses 37, 9 generators. 5. Products: - Document research results report. - Paper published on Technical Education Journal. - Computer programs support calculate. 6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability: - The results of the study are published on professional journals in the country. - The research results are used as reference for postgraduate students. - The research results can be used as a reference for the design consultancy power company, the power company, agencies postgraduate training "equipment, networks and power plants," sector "Electrical Engineering". viii Chương mở đầu CHƢƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nƣớc Các nhiễu loạn của các hệ thống điện, thường là các sự cố mất một máy phát điện, hoặc bất ngờ thay đổi tải, phụ tải tăng quá mức phát điện của hệ thống. 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 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 phải 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. Nếu các máy phát điện trong hệ thống không cung cấp đủ công suất tải cần thiết, thì tần số hệ thống bắt đầu giảm, và khi tất cả các kiểm soát sẵn có không thể duy trì ổn định tần số hệ thống điện, sa thải phụ tải sẽ được sử dụng như là phương sách cuối cùng để phục hồi lại tần số trong giới hạn định mức. Việc sa thải phụ tải tối ưu cần xét đến các chỉ tiêu kinh tế và tầm quan trọng của phụ tải. Việc sa thải phụ tải tập trung giải quyết các vấn đề: khôi phục hệ thống ổn định với thời gian nhanh nhất, lượng tải sa thải ít nhất, chi phí thiệt hại khi mất điện là ít nhất,….Việc nghiên cứu sa thải có 2 mảng nghiên cứu lớn: - Sa thải phụ tải truyền thống (conventional load shedding) [1,2,3,4]. - Sa thải phụ tải thông minh ILS (Intelligent Load Shedding) [6,7,8]. Mặc dù thành công ở mức độ nhất định, các phương pháp sa thải phụ tải truyền thống dựa trên các rơle sa thải tải dưới tần số hoặc điện áp có những nhược điểm như sau: chỉ xem xét sự suy giảm tần số, hoặc điện áp trong hệ thống, trong các trường hợp này kết quả thường kém chính xác; số lượng một bước tải sa thải đôi khi lớn, nó gây ra sa thải tải quá mức, các kế hoạch không có sự linh hoạt để tăng số lượng các bước sa thải tải [5], [7]. Nhằm tăng hiệu quả sa thải tải, một số phương pháp sa thải tải dựa trên tần số, điện áp và độ nhạy QV tại các thanh góp t ải [3]. Tuy nhiên, trường hợp này tốc độ xử lý chương trình giải thuật tương đối chậm và chỉ sử dụng một mô hình máy phát để mô phỏng hệ thống nhiều máy phát. Một số phương pháp sa thải tải thông minh sử dụng sự thu thập dữ liệu rộng lớn thời gian thực cập nhật liên tục mô hình hệ thống 1 Chương mở đầu thời gian thực bằng máy tính và dựa trên kinh nghiêm của chuyên gia vận hành hệ thống trong việc hỗ trợ các quyết định. 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 hoặc phụ tải hệ thống tăng vượt quá mức phát điện của hệ thống, 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. 1.2 Tính cấp thiết của đề tài Tính an toàn và ổn định của hệ thống điện luôn là một trong những lợi ích cốt yếu chính liên quan đến sự vận hành và quy hoạch lưới điện. Khi tất cả các điều khiển sẵn có không thể duy trì ổn định hệ thống hoạt động khi một sự nhiễu loạn ngẫu nhiên xảy ra, sa thải phụ tải sẽ được sử dụng như là phương sách cuối cùng để giảm thiểu sự mất nguồn điện và tải. Mặc dù đạt được thành công đến một mức độ lớn, các kế hoạch sa thải tải truyền thống có những nhược điểm nhất định như sau: Số lượng một bước tải đôi khi lớn, nó gây ra quá mức phải sa thải tải. Hầu hết các kế hoạch không có sự linh hoạt để tăng số lượng các bước sa thải tải, bằng cách đưa vào các quá độ trong hệ thống. Ổn định điện áp không được xem xét trong suốt quá trình sa thải tải so với các kế hoạch tập trung giám sát tần số và tốc độ thay đổi của tần số. Ngoài ra, thị trường điện đang hướng tới một thị trường cạnh tranh, các nhà sản xuất và phân phối điện sẽ phải cạnh tranh để bán và mua điện. Trong môi trường năng lượng cạnh tranh mới này, hệ thống hỗ trợ quyết định bán/mua là cần thiết để tìm ra hướng kinh tế phục vụ các phụ tải quan trọng với nguồn cung cấp có giới hạn trong điều kiện sự bất ổn định khác nhau. Việc ra quyết định bị ảnh hưởng lớn bởi giới hạn về nguồn, giá thành phát điện, và khả năng truyền tải hiện tại của lưới. Nói chung, một hệ thống quá tải hay sự quá tải của hệ thống có thể giảm được thông qua một vài chiến lược điều khiển như là sự phối hợp phát điện, liên kết với một máy phát khác hoặc là sa thải phụ tải tối ưu. Trong trường hợp đặc biệt của sự thiếu hụt năng lượng thì việc sa thải phụ tải là không thể tránh khỏi. 1.3 Mục tiêu – Cách tiếp cận – Phƣơng pháp nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 2 Chương mở đầu Nghiên cứu các phương pháp sa thải phụ tải và đề xuất phương pháp sa thải phụ tải dựa trên thuâ ̣t toán mờ hóa AHP (Fuzzy-AHP). 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. - Tìm hiểu quá trình quá độ điện từ của máy phát điện và thuật toán AHP, FuzzyAHP. - 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 Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu tài liệu, tổng hợp, phân tích, mô hình hóa và mô phỏng. 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu: các quá trình quá độ, ổn định hệ thống điện và sa thải phụ tải. 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan các phương pháp sa thải phụ tải. - Phương pháp sa thải phụ tải dựa trên thuâ ̣t toán mờ hóa AHP (Fuzzy-AHP) trên cơ sở xem xét tầm quan trọng của tải, sự thay đổi của tải theo giờ trong ngày và các điều kiện ràng buộc về giảm bớt phụ tải. - Khảo sát, tính toán, thử nghiệm trên mô hình 37 thanh góp 9 máy phát, nhằm kiểm chứng hiệu quả phương pháp đề xuất. 1.5 Nội dung nghiên cứu PHẦN MỞ ĐẦU 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 1: Tổng quan các phương pháp sa thải phụ tải. Trình bày lý thuyết về các kế hoạch sa thải phụ tải, các phương pháp sa thải phụ tải truyền thống và hiện đại, bao gồm các kỹ thuật sa thải phụ tải dưới tần số, và dưới điện áp, sử dụng thuật toán AHP, Fuzzy-AHP. 3 Chương mở đầu Chương 2: Mô hiǹ h hê ̣ thố ng phân cấ p AHP và Fuzzy logic và Fuzzy AHP . Chương 3: Phương pháp sa thải phụ tải dựa trên thuâ ̣t toán mờ hóa AHP (Fuzzy AHP). Chương 4: Khảo sát, thử nghiệm nhằm kiểm chứng hiệu quả phương pháp đề xuất. Việc khảo sát, thử nghiệm trên mô hình 37 thanh góp 9 máy phát, nhằm kiểm chứng hiệu quả phương pháp đề xuất. Thử nghiệm chương trình sa thải tải trên hệ thống 37 thanh góp và 9 máy phát điện bằng phần mềm Powerworld. Đối với hệ thống thử nghiệm được xem xét nhiễu loạn là trường hợp mất một máy phát điện, đã được mô phỏng và quan sát kết quả nhận được khi áp dụng chương trình sa thải tải trên cơ sở thuật toán Fuzz-AHP. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trình bày các kết quả đạt được trong đề tài, và hướng nghiên cứu phát triển của đề tài. 4 Chương 1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI 1.1 Tổng quan các kết quả nghiên cứu Hiện nay, chất lượng điện năng là điều kiện tiên quyết trong việc cung cấp điện cho các ngành công nghiệp và các hộ tiêu thụ. Tuy nhiên, yêu cầu của khách hàng ngày càng cao nên mức độ đòi hỏi cung cấp điện không những đủ công suất mà còn phải đảm bảo độ ổn định trong vận hành. Số lượng tải cung cấp sẽ tỷ lệ thuận với khả năng phát của nguồn. 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. 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. Tại ngay khi xảy ra các sự cố của hệ thống điện thì lúc này hệ thống dễ dàng gây nên tình trạng mất ổn định trong hệ thống.Mức độ của sự mất ổn định thì tùy thuộc vào thời gian và mức độ 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 thì ảnh hưởng đến công suất tác dụng, điện áp thì ảnh hưởng đến công suất phản kháng.Nên khi có sự bất ổn về tần số hoặc điện áp sẽ gây ra nhiễu loạn và nếu kéo dài sự nhiễu loạn đó thì dẫn đến tan rã hệ thống. Sau các trường hợp nhiễu loạn thì 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, việc sa thải phụ tải là một trong các phương pháp đươc lựa chọn. Tuy nhiên, số lượng tải cần ngắt và thời gian cắt 5 Chương 1 cũng là được xem là yếu tố quan trọng để quyết định trong việc ổn định hệ thống. Chính vì thế nên việc lựa chọn phương pháp sa thải phụ tải tối ưu là vấn đề cần thiết và cấp bách. 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. 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 phản kháng. Điều này dẫn đến các nhà nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật để duy trì sự ổn định điện áp. 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. 6 Chương 1 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 trin ̀ h. 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 lượng cao công suất phản kháng thì sẽ được cắt giảm đầu tiên; biên độ điện áp có thể được cải thiện. 1.2 Tóm lƣợc các chƣơng trình sa thải phụ tải đang áp dụng Hội đồng Điều phối độ tin cậy bang Florida (FRCC) [4], 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 1.1. 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. 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. 7 Chương 1 Bảng 1.1: Các bước sa thải tải của FRCC. Các bước Tần số sa Thời gian UFLS thải tải (Hz) trễ (s) A 59.7 0.28 B 59.4 0.28 C 59.1 0.28 D 58.8 0.28 E 58.5 0.28 F 58.2 0.28 L 59.4 10 M 59.7 12 N 59.1 8 Lượng tải sa thải (phần trăm tổng tải) (%) 9 7 7 6 5 7 5 5 5 Tổng số lượng tải sa thải (%) 9 16 23 29 34 41 46 51 56 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 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. 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% 59.3 10% 58.9 10% 58.5 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. Một cơ sở dữ liệu sa thải tải dưới tần số được duy trì bởi nhân viên lưu trữ thông tin MAAC đối 8 Chương 1 với việc sa thải tải tại mỗi bước, tổng số các bước và ghi lại mỗi trường hợp sa thải tải. Công ty Dịch vụ công cộng New Mexico (PNM) đã phát triển một kế hoạch sa thải tải dưới điện áp, để bảo vệ hệ thống của họ chống lại mất ổn định điện áp. Kế hoạch này đã được thiết kế cho hai trường hợp mất ổn định điện áp. Thứ nhất là được kết hợp với sự mất ổn định tức thời của các động cơ không đồng bộ trong vòng 0-20 giây đầu tiên. Thứ hai là đến vài phút. Sụp đổ này có thể gây ra vì đang cố gắng điều chỉnh phân phối để khôi phục lại điện áp tại trạm biến áp phụ tải. Theo cấu trúc liên kết của hệ thống PNM, chương trình sa thải phụ tải ngẫu nhiên quan trọng được phát triển (ICLSS). Kế hoạch này sử dụng SCADA và các PLC. Hệ thống vùng đã được sử dụng để thử nghiệm phương pháp này. Mười ba bước sa thải tải được thực hiện để chính xác độ chênh lệch tần số. Hồ chứa thủy điện Tây Nam SPP có ba bước cơ bản của kế hoạch sa thải tải dựa trên các rơle dưới tần số. Trong trường hợp suy giảm tần số có thể không được hạn chế trong ba bước, thêm vào đó các bước sa thải khác được tiến hành. Các sự tác động khác có thể bao gồm việc mở các đường dây, tăng vùng mất điện. Những hành động này được thực hiện khi tần số giảm xuống dưới 58,7 Hz. Kế hoạch này thì tự động, trong trường hợp nó không đạt được phục hồi tần số thành công, sa thải tải bằng tay được kết hợp. Các bộ phận được yêu cầu phải sa thải tải trong ba bước. Trong bước đầu tiên, lên đến 10% của tải, nhưng không quá 15% là cần thiết để sa thải. Trong bước thứ hai lên đến 20% của tải, nhưng không quá 25% là cần thiết để sa thải. Bước thứ ba yêu cầu lên đến 30% nhưng không quá 45% của các phụ tải hiện có để được sa thải. Hệ thống TNB của Malaysia đã được sử dụng một chương trin ̀ h sa th ải phụ tải. Chương trình này đư ợc dựa trên sự suy giảm của tần số và tải sa thải khi tần số giảm dưới giá trị danh định của nó. Đó là bốn bước đầu tiên của chương triǹ h sa thải tải. Nhưng sau sự sụp đổ hệ thống vào tháng 08 năm 1993, nó đã được sửa đổi với sáu bước chương triǹ h sa thải. Do đây là hệ thống 50 Hz, bắt đầu sa thải từ 49,5 9