Giới thiệu
Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đảm bảo cung cấp điện cho phát triển kinh tế xã hội là ưu tiên hàng đầu Việc vận hành an toàn hệ thống điện trong mọi điều kiện là yếu tố quyết định Hơn nữa, khi nhu cầu xã hội gia tăng, tình trạng mất điện sẽ dẫn đến sự gia tăng chỉ số SADI, phản ánh thời gian mất điện trung bình của lưới điện.
Việc đảm bảo chỉ tiêu chung của ngành Điện phụ thuộc vào khả năng vận hành an toàn và liên tục của hệ thống điện.
Mất điện đã xảy ra nghiêm trọng trên toàn cầu, ảnh hưởng đến cả các nước phát triển như Mỹ, Úc, Canada và các nước kém phát triển Những sự cố này gây thiệt hại lớn về kinh tế và tác động sâu rộng đến xã hội, đặc biệt là tại các vùng đô thị Hệ thống chăm sóc sức khỏe trong bệnh viện bị ảnh hưởng, việc lưu trữ dược phẩm gặp khó khăn, tình trạng giao thông trở nên hỗn loạn dẫn đến tai nạn, và các dịch vụ internet cùng hệ thống thông tin liên lạc bị gián đoạn.
Vào năm 2013, Việt Nam đã trải qua một sự cố mất điện nghiêm trọng liên quan đến đường dây 500 kV Bắc - Nam, dẫn đến việc 21 tỉnh và thành phố phía Nam, từ Bình Thuận trở vào, bị mất điện.
Sự cố mất điện tại Cà Mau đã ảnh hưởng đến khoảng 8 triệu khách hàng trong vòng 6 giờ Hiện tại, tổng mức thiệt hại từ sự cố này vẫn chưa được thống kê.
Tần số (f, Hz) và điện áp (U, kV) là hai tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá sự ổn định của hệ thống điện Hai giá trị này chỉ được phép dao động trong khoảng giá trị nhất định do công suất tác dụng (P, MW) quy định, trong khi điện áp chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất phản kháng (Q, MVAr) Nếu một trong hai giá trị này vượt ngưỡng cho phép, hệ thống sẽ mất cân bằng và gây ra nhiễu loạn.
Khi giá trị công suất phát của hệ thống thấp hơn công suất tiêu thụ, tần số sẽ giảm, và ngược lại Nếu công suất giữa phát và tải được cân bằng, tần số sẽ duy trì ở mức định mức.
Vận hành ổn định của hệ thống điện yêu cầu tần số và điện áp duy trì ở mức không đổi Tuy nhiên, tần số thường không ổn định do nhu cầu phụ tải thay đổi liên tục Để đảm bảo sự cân bằng, công suất phát ra phải tương ứng với công suất tiêu thụ; nếu không, sẽ xảy ra tình trạng thiếu hụt công suất Khi phụ tải vượt quá công suất phát, tần số hệ thống sẽ giảm, và ngược lại, tần số sẽ tăng khi công suất phát vượt quá nhu cầu.
Tần số của hệ thống điện tỉ lệ thuận với tốc độ của máy phát, do đó việc điều chỉnh tần số được thực hiện thông qua việc kiểm soát tốc độ máy phát Máy phát thường được trang bị bộ điều tốc để liên tục đo lường và giám sát tốc độ Việc điều khiển tần số trong một hệ thống điện độc lập với một máy phát dễ dàng hơn nhiều so với trong một hệ thống điện liên kết.
Khi phụ tải trong hệ thống điện cách ly với một máy phát tăng đột ngột, quán tính quay của máy phát sẽ cung cấp năng lượng tức thời cho nhu cầu vượt quá Tuy nhiên, tốc độ quay của máy phát sẽ giảm, dẫn đến tần số hệ thống cũng giảm theo Để khôi phục tần số về mức cho phép, bộ điều tốc sẽ mở cánh hướng tuabin, giúp tăng tốc độ quay của tuabin Sự gia tăng tốc độ tuabin sẽ làm tăng tần số hệ thống, từ đó khôi phục sự ổn định cho hệ thống điện.
Hình 1 Điều khiển tần số trong hệ thống điện
Khi hệ thống điện gặp tình trạng thiếu nguồn, tần số sẽ giảm thấp, ảnh hưởng đến phụ tải và có thể dẫn đến rã lưới (Black Out) nếu không có biện pháp phòng ngừa hiệu quả, gây tổn thất nghiêm trọng Sự mất ổn định chỉ diễn ra trong vài phút, nhưng nếu không được can thiệp kịp thời, mất điện có thể xảy ra chỉ trong vài giây Việc khôi phục hệ thống điện sau sự cố đòi hỏi một quy trình có thể kéo dài đến hàng giờ.
Công suất tác dụng có ảnh hưởng trực tiếp đến tần số, trong khi công suất phản kháng tác động đến giá trị điện áp Sự bất ổn về tần số hoặc điện áp có thể gây ra nhiễu loạn, và nếu tình trạng này kéo dài, hệ thống có thể bị tan rã Thêm vào đó, sự gia tăng đột ngột của phụ tải mà hệ thống không thể đáp ứng kịp thời cũng là nguyên nhân dẫn đến mất ổn định.
Khi xảy ra sự cố hoặc nhiễu loạn kéo dài, giá trị tần số và điện áp tại các nút sẽ thay đổi, do đó việc nhanh chóng đưa các giá trị này trở về mức ban đầu hoặc thiết lập điểm ổn định mới là rất quan trọng để ngăn chặn sự sụp đổ của hệ thống Vì vậy, cắt giảm phụ tải trở thành giải pháp bắt buộc để khôi phục trạng thái cân bằng của hệ thống.
Số lượng và thời điểm cắt giảm phụ tải là yếu tố quyết định quan trọng trong việc ổn định hệ thống Do đó, lựa chọn phương pháp sa thải phụ tải tối ưu để ứng phó với các tình huống này là vấn đề cần thiết và cấp bách hiện nay.
Tính cấp thiết của đề tài
Vận hành ổn định hệ thống điện là một yếu tố quan trọng trong các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật Khi các biện pháp điều khiển không đủ để duy trì sự ổn định trước các nhiễu loạn ngẫu nhiên, sa thải phụ tải trở thành giải pháp cuối cùng để giảm thiểu mất nguồn điện Mặc dù có một số thành công, các kế hoạch sa thải tải truyền thống thường chỉ tập trung vào việc giảm tần số hoặc điện áp, dẫn đến kết quả không chính xác Việc sa thải tải đôi khi diễn ra với số lượng lớn, gây ra tình trạng sa thải quá mức và thiếu linh hoạt trong việc điều chỉnh số bước sa thải tải.
Việc sa thải phụ tải hiện tại chưa tính đến các yếu tố kinh tế, tầm quan trọng của phụ tải, sự biến đổi của tải theo thời gian và ngưỡng tần số tác động Do đó, cần thiết phải đề xuất phương pháp sa thải phụ tải có xem xét đầy đủ các yếu tố này để đảm bảo hiệu quả và tính bền vững.
Mục tiêu – Cách tiếp cận – Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích các phương pháp sa thải phụ tải và đề xuất một phương pháp mới dựa trên sự kết hợp giữa thuật toán fuzzy HP và mạng nơron Phương pháp này nhằm tối ưu hóa quá trình sa thải phụ tải, nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quản lý năng lượng.
- Nghiên cứu các loại sự cố trong hệ thống điện, vấn đề mất ổn định hệ thống điện, sa thải phụ tải trong trường hợp sự cố
- Nghiên cứu các phương pháp sa thải phụ tải trong vận hành hệ thống điện, các thuật toán HP, uzzy Logic
- Nghiên cứu phương pháp sa thải phụ tải áp dụng ở các Công ty Điện lực
Nghiên cứu tài liệu và tiến hành tổng hợp, phân tích, mô hình hóa và mô phỏng bằng các chương trình Power Word và Mathlab Dữ liệu được xử lý và thống kê thông qua công cụ Excel.
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu bao gồm các dạng sự cố và ổn định hệ thống điện, cũng như vấn đề sa thải phụ tải Nghiên cứu áp dụng các phương pháp như mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) và các thuật toán AHP, Fuzzy - AHP, sử dụng phần mềm PowerWorld và Neuron Toolbook trong Matlab.
Phương pháp sa thải phụ tải sử dụng thuật toán AHP kết hợp với Fuzzy Logic nhằm đánh giá tầm quan trọng của tải, sự suy giảm tần số phụ tải và các điều kiện ràng buộc Phương pháp này giúp tối ưu hóa quy trình sa thải, đảm bảo hiệu quả và ổn định cho hệ thống điện.
Khảo sát và thử nghiệm sa thải trên mô hình hệ thống điện IEEE 39 với 10 máy phát và 19 tải nhằm kiểm chứng hiệu quả của phương pháp đề xuất trong luận văn.
Nội dung nghiên cứu gồm hai phần: Giới thiệu đề tài và phần Nội dung được trình bày như sau:
PHẦN GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan về hướng nghiên cứu nhằm duy trì sự ổn định của hệ thống điện Đầu tiên, chúng tôi giới thiệu tính cấp thiết của vấn đề, xác định mục tiêu nghiên cứu, và trình bày các phương pháp tiếp cận phù hợp Đối tượng và phạm vi nghiên cứu được xác định rõ ràng, cùng với nội dung nghiên cứu cụ thể Cuối cùng, bài viết nêu ra các vấn đề cần giải quyết và hướng đi để đạt được sự ổn định trong hệ thống điện.
Chương 1 Tổng quan các phương pháp sa thải phụ tải
Chương 2 Mô hình hệ thống phân cấp HP và uzzy – AHP và mạng Nơron
Chương 3 Phương pháp sa thải phụ tải dưới tần số áp dụng mạng nơron, thuật toán Fuzzy-AHP và mạng nơron
Chương 4 Khảo sát, thử nghiệm nhằm kiểm chứng hiệu quả phương pháp đề xuất trong luận văn
Chương 5 Kết luận và hướng phát triển của đề tài
TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI
1.1 Tổng quan các kết quả nghiên cứu
Chất lượng điện năng và độ tin cậy là yếu tố then chốt trong việc cung cấp điện cho khách hàng Ngày nay, nhu cầu từ khách hàng ngày càng tăng, đòi hỏi hệ thống không chỉ phải đủ công suất mà còn phải đảm bảo sự ổn định và tin cậy trong quá trình vận hành Khả năng phát điện của nguồn sẽ tỷ lệ thuận với số lượng tải trong hệ thống.
Ngành Điện cần dự trữ công suất lớn để đáp ứng nhu cầu trong trường hợp tải biến động, tuy nhiên, yêu cầu này chưa được đảm bảo do hệ thống điện vẫn còn nhiều nhiễu loạn, dẫn đến tình trạng mất điện.
Các sự cố và nhiễu loạn trong hệ thống điện thường xuất phát từ việc mất điện của máy phát điện hoặc do sự thay đổi đột ngột của tải Khi các sự cố này xảy ra, hệ thống có thể rơi vào tình trạng mất ổn định, với mức độ mất ổn định phụ thuộc vào thời gian và tính chất của các nhiễu loạn.
Tiêu chuẩn đánh giá ổn định chất lượng điện năng trong hệ thống bao gồm tần số và điện áp Sự thay đổi của một trong hai thông số này có thể gây mất cân bằng công suất và dẫn đến nhiễu loạn Nếu tình trạng này kéo dài, nó có thể dẫn đến sự tan rã của hệ thống.
Sau khi xảy ra các trường hợp nhiễu loạn, việc khôi phục nhanh chóng các thông số về trạng thái ban đầu hoặc đưa hệ thống về điểm ổn định mới là rất quan trọng để ngăn chặn sự sụp đổ của hệ thống Do đó, sa thải phụ tải trở thành một phương án bắt buộc Tuy nhiên, số lượng tải cần ngắt và thời gian cắt là những yếu tố quyết định trong việc ổn định hệ thống Vì vậy, lựa chọn phương pháp sa thải phụ tải tối ưu là vấn đề cần thiết và cấp bách.
Trong lĩnh vực vận hành hệ thống điện (HTĐ), có nhiều phương pháp khác nhau để sa thải phụ tải và phục hồi hệ thống Những phương pháp này được phát triển bởi các nhà nghiên cứu và đã được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp năng lượng toàn cầu Hầu hết các phương pháp đều dựa trên nguyên tắc suy giảm tần số trong hệ thống.
Việc sa thải tải quá mức cần thiết không còn được ưa chuộng do gây ra sự không hài lòng từ phía khách hàng Sự cải tiến trong các phương pháp truyền thống đã dẫn đến sự phát triển của phương pháp sa thải phụ tải dựa trên tần số và tốc độ thay đổi của tần số Phương pháp này cho phép dự đoán chính xác hơn lượng phụ tải cần sa thải, từ đó nâng cao độ chính xác trong quá trình thực hiện.
Gần đây, sự cố mất điện đã làm nổi bật các vấn đề liên quan đến ổn định điện áp trong hệ thống điện Giảm điện áp thường xảy ra do sự nhiễu loạn, nhưng cũng có thể do thiếu cung cấp công suất phản kháng Điều này đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu tìm kiếm các phương pháp hiệu quả để duy trì ổn định điện áp trong hệ thống.
Để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu trong chương trình sa thải tải, việc lựa chọn thiết bị thu thập dữ liệu hệ thống là rất quan trọng Các bộ phận đo lường pha thường được sử dụng để thu thập dữ liệu thời gian thực, bao gồm các đại lượng như P, Q, U, I, f, và các thông số khác.
