(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor

(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor(Luận văn thạc sĩ) Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor

LỜI C M ĐO N T i m đo n đ y ng tr nh nghi n ứu Các số li u, kết nêu lu n văn trung thự v hư công bố cơng trình khác Đồng Nai, ngày 02 tháng 04 năm 2018 Người m đo n Nguy n Trọng T n ii LỜI CẢM N Trong suốt hoá họ (2016-2018) Trường Đại họ Sư Phạm K Thu t TP HCM, t i đ nh n đượ t n t nh ủ qu Thầy C iến thứ huy n m n Từ nh ng iến thứ đ đ gi p t i ho n th nh Lu n Văn Tốt Nghi p thời gi n ho ph p Tôi xin chân thành cảm n thầy PGS.TS Quyền Huy Ánh đ t n t nh hướng dẫn cho thời gian thực hi n lu n văn T i thầy Th.s Lê Trọng Ngh ng xin h n th nh ám n đến – ĐHSP K Thu t Tp HCM đ gi p đ t i tr nh ho n th nh u n văn Ngo i r , t i ng hết lòng biết n Gi Đ nh, động viên, ủng hộ đ ng g p ạn è đ hết òng gi p đ , iến cho chúng em suốt thời gian thực hi n Lu n Văn Tốt Nghi p Tôi xin chân thành cảm n! Đồng Nai, ngày 02 tháng 04 năm 2018 Người Viết Nguy n Trọng T n iii TÓM TẮT Lu n văn đ đề xuất hư ng tr nh s thải dự tr n sở phân tích ượng cơng suất dự phịng máy phát nhằm trì h thống n có cố gây cân gi a công suất phát công suất tiêu thụ h thống n Lu n văn đ đề xuất công thức để t nh đượ thiểu có cố củ phịng củ ượng tải sa thải tối máy phát Đề t i đ s dụng đến ượng công suất dự máy phát để đư r ượng sa thải tối ưu Ch nh v đ , ượng công suất sa thải tối ưu h n phư ng pháp truyền thống khác Kết th nghi m hư ng h nh s thải phụ tải đề xuất áp dụng cho h thống n 37 bus máy phát ho ượng tải sa thải tốt h n so với phư ng pháp truyền thống Cụ thể, áp dụng hư ng tr nh s thải đề xuất h thống 37 bus máy phát trường hợp kiểm tra máy phát PE R138 th ượng tải sa thải giảm 57,2% so với hư ng tr nh s thải phụ tải dựa relay sa thải tần Chư ng tr nh đề xuất có khối ượng tính tốn nhanh chóng kết tính tốn phù hợp với kết mơ Nội dung lu n văn tr nh bày vấn đề: ˗ Nghi n ứu thuyết ổn đ nh h thống n, hiến ượ s thải phụ tải ˗ Nghi n ứu thuyết điều hiển tần số h thống n ˗ Nghi n ứu điều tố tuố bin máy phát ˗ Nghi n ứu v m tạo sở d i u đánh giá ổn đ nh h thống n huẩn 37 bus máy phát s dụng phần mềm PowerWor d Kết nghiên cứu lu n văn thể s dụng làm tài li u tham khảo cho nghiên cứu sinh, học viên cao học ngành K thu t n toán nghiên cứu điều khiển khẩn cấp xảy cố h thống n nhằm trì ổn đ nh động h thống iv ABSTRACT This thesis proposed a new load shedding scheme based on the analysis of the reserve power of the generators to maintain the stability of the power system in the event of imbalance between the active-power generation and consumption in the power system The thesis proposed a new formula to calculate the minimum load shedding in the event of failure of the gernerators The thesis used the reserve power of the gernerator to give the optimal load shedding For that reason, the optimal load shedding are more optimal than traditional methods Test results of the load shedding model applied to IEEE 37 bus, generators, showing the load shedding better than the two traditional methods Specifically, when applying the proposed load shedding scheme on the 37-bus, generators electrical systems in the case of testing the PEAR138 gernerator is lost, the load shedding scheme were reduced by 57.2% compared to the traditional load shedding scheme The proposed scheme is computationally lightweight and the results are consistent with the simulation results The main contents of the thesis present the problems:  Research the theoretical stability of power system, and load shedding strategy  Research the theoretical frequency control in electrical system  Research the governor in the power system  Research and simulate to create the database rated stable power system IEEE 37-bus, 9-gererator software using PowerWorld The research results of the thesis can be used as a reference for candidate PhD, post graduate students in the electrical engineering to research emergency control problem when the disturbances occur to maintain power system stability v MỤC LỤC Trang tựa Quyết đ nh gi o đề tài Xác nh n cán hướng dẫn LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI C M ĐO N .ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ix DANH SÁCH CÁC BẢNG xi Chư ng 1: TỔNG QU N 1 Tổng qu n hướng nghi n ứu 1 Tổng qu n hướng nghi n ứu i n qu n T nh ấp thiết ủ đề t i 10 Mụ ti u nghi n ứu 10 Nhi m vụ v giới hạn ủ đề t i 10 Phư ng pháp nghi n ứu 11 Cá bướ thự hi n 11 Chư ng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 Điều hiển tần số h thống n 12 1 Khái ni m điều hiển tần số 12 2 Tại s o phải điều hiển tần số 14 vi Điều hiển tần số s ấp v thứ ấp 15 Điều hiển tần số h thống n Vi t N m 20 2 Điều hiển điều tố tuốc bin 24 Phư ng tr nh huyển động qu y ủ rotor 25 Chư ng 3: TÍNH TỐN LƯỢNG CƠNG SUẤT SA THẢI PHỤ TẢI TỐI THIẾU CĨ XÉT ĐẾN CƠNG SUẤT DỰ PHỊNG QUAY 28 Chư ng 4: MƠ PHỎNG VIỆC TỐI ƯU HĨ S THẢI TRÊN SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN CHUẨN IEEE 37 BUS MÁY PHÁT 33 4.1 Giới thi u h thống n 37 bus máy phát 33 T nh toán tần số v ng suất ủ máy phát trường hợp h ng thự hi n s thải 38 4 T nh toán tần số v ng suất ủ máy phát trường hợp thự hi n s thải 47 So sánh với phư ng pháp s thải há 54 Chư ng 5: KẾT LU N VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN 61 Kết u n 61 Hướng nghi n ứu 61 TÀI LIỆU TH M KHẢO 62 vii CÁC TỪ VIẾT TẮT ACE (Area Control Error): Sai số vùng điều khiển AGC: (viết tắt theo tiếng Anh: Automatic Generation Control) h thống thiết b tự động điều ch nh tăng giảm công suất tác dụng tổ máy phát n nhằm trì tần số h thống n ổn đ nh phạm vi cho phép theo nguyên tắc v n hành kinh tế tổ máy phát n AVR: (viết tắt theo tiếng nh: utom ti Vo t ge Regu tor) h thống tự động điều hiển n áp đầu ự máy phát n th ng qu tá động v o h thống h từ ủ máy phát n để đảm bảo n áp đầu ự máy phát giới hạn ho phép CT (Combustion Turbine): Tuốc bin khí ELD (Economic Load Dispatch): V n hành kinh tế EMS (Energy Management Systems): H thống quản ượng HTĐ: H thống n HY (Hydro Unit): Tổ máy phát thủy n LS: Load Shedding NMĐ: Nh máy n OPF (Optimal Power Flow): Tối ưu dòng ng suất SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): H thống giám sát điều khiển thu th p d li u ST (Steam Unit): Tuố bin h i STPT: Sa thải phụ tải UFLS (Under Frequency Load Shedding): K thu t STPT tần số thích nghi viii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Đáp ứng tần số củ đầu phát s ấp 13 Hình 2.2: Đáp ứng tần số máy phát 14 Hình 2.3: Đặc tính phát cơng suất tổ máy khơng có điều tốc 15 Hình 2.4: Đặc tính phát cơng suất tổ máy có điều tốc .16 Hình 2.5: Đặ t nh th y đổi cơng suất tuốc bin theo th y đổi tần số .16 Hình 2.6: Đặ t nh th y đổi công suất tuốc bin theo th y đổi tần số trường hợp phụ tải tăng th m 17 Hình 2.7: So sánh đặ t nh th y đổi công suất tuốc bin theo th y đổi tần số tổ máy có điều tốc tổ máy khơng có điều tốc .17 Hình 2.8: Mơ tả đặc tính cơng suất dự tr máy phát có điều tốc 18 Hình 2.9: Mơ tả đặ t nh điều ch nh tưởng mối quan h gi a công suất tần số 19 Hình 2.10: Mơ tả đặ t nh điều ch nh tưởng mối quan h gi a công suất tần số 19 Hình 2.11: S đồ phân cấp điều ch nh tần số n 23 Hình 2.12: Cá nh máy th m gi điều tần cấp 23 Hình 2.13: Điều tốc tuố bin v điều khiển kích từ máy phát tuố bin h i 24 Hình 2.14: M h nh mơ tả thành phần phát n đến tải 27 Hình 3.1: S đồ cấu trúc hoạt động mơ hình sa thải phụ tải đề xuất 28 Hình 3.2: Quan h cơng suất – tần số tuốc bin – điều tốc chế độ ổn đ nh 29 Hình 3.3: Lưu đồ giải thu t đề xuất 32 Hình 4.1: S đồ h thống n 37 bus máy phát 34 Hình 4.2: S đồ khối điều tốc tuốc bin 37 Hình 4.3: Tần số h thống máy phát – Không thực hi n sa thải phụ tải 40 Hình 4.4: Đáp ứng tần số theo thời gian - không thực hi n sa thải phụ tải 42 ix Hình 4.5: Cơng suất máy phát h thống máy phát PEAR138 – Không thực hi n sa thải phụ tải 43 Hình 4.6: Đáp ứng cơng suất theo thời gian - không thực hi n sa thải phụ tải 44 Hình 4.7: Tần số h thống máy phát – Có thực hi n sa thải phụ tải .48 Hình 4.8: Cơng suất máy phát h thống máy phát PEAR138 – Có thực hi n sa thải phụ tải 51 Hình 4.9: Góc l ch rotor sau áp dụng sa thải tần số thấp không kết hợp điều tốc tuốc bin (16% tải) - mức tải 60% 55 Hình 4.10: Tần số sau áp dụng sa thải tần số thấp không kết hợp điều tốc tuốc bin (16% tải) - mức tải 60% 55 Hình 4.11: Công suất s u hi áp dụng sa thải tần số thấp không kết hợp điều tốc tuốc bin (16% tải) - mức tải 60% 56 Hình 4.12: Góc l ch rotor sau áp dụng sa thải tần số thấp (9% tải) - mức tải 60% 57 Hình 4.13: Tần số sau áp dụng sa thải tần số thấp (9% tải) - mức tải 60% .57 Hình 4.14: Cơng suất máy phát s u hi áp dụng sa thải tần số thấp (9% tải) - mức tải 60% 58 Hình 4.15: Tần số sau áp dụng giải thu t đề xuất - mức tải 60% 59 Hình 4.16: Công suất máy phát s u hi áp dụng sa giải thu t đề xuất - mức tải 60% 59 Hình 4.17: Góc l ch rotor sau áp dụng giải thu t đề xuất - mức tải 60% 60 x DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1: Dải tần số đượ ph p d o động thời gian khôi phục h thống n chế độ v n h nh b nh thường chế độ v n hành khác h thống n quốc gia Bảng 1.2: Dải tần số phép số lần phép tần số vượt giới hạn trường hợp cố nhiều phần t , cố nghiêm trọng chế độ khẩn cấp Bảng 1.3: Mức phần trăm tải sa thải theo độ dốc tần số .9 Bảng 4.1: Thông tin máy phát .35 Bảng 4.2: Thông tin tải 36 Bảng 4.3: Thông tin điều tốc .38 Bảng 4.4: Thông số bus s u tr nh độ số máy phát PEAR138 40 Bảng 4.5: Thông số máy phát s u tr nh độ số máy phát PEAR138 44 Bảng 4.6: Tóm tắt trường hợp h thống máy phát PEAR138 - không thực hi n sa thải phụ tải 45 Bảng 4.7: Tổng hợp độ sụt tần số đ nh có sa thải hay không máy phát ( ) 46 Bảng 4.8: Thông số bus s u tr nh độ thực hi n sa thải phụ tải– Có thực hi n sa thải phụ tải 49 Bảng 4.9: Thông số máy phát s u tr nh độ – Có thực hi n sa thải phụ tải 51 Bảng 4.10: Tóm tắt trường hợp h thống máy phát PEAR138 - Có thực hi n sa thải phụ tải 52 Bảng 4.11: Tổng hợp độ sụt tần số công suất sa thải tối ưu hi máy phát ( ) 53 Bảng 4.12: Cá bước sa thải tải dựa relay sa thải tần số FRCC [16] 54 Bảng 4.13: Bảng tổng hợp so sánh phư ng pháp s thải phụ tải 60 xi Hình 4.12: Góc l ch rotor sau áp dụng sa thải tần số thấp (9% tải) - mức tải 60% Hình 4.13: Tần số sau áp dụng sa thải tần số thấp (9% tải) - mức tải 60% 57 Hình 4.14: Cơng suất máy phát s u hi áp dụng sa thải tần số thấp (9% tải) - mức tải 60% 4.5.3 Phươn pháp s thải phụ tải đ xuất X t trường hợp cố máy phát PEAR138 mức tải 60%, cố xảy thực hi n sa thải 33 MW tư ng ứng 3.85% tải , thời gian cắt 1,458333s (khi tần số đạt 59.7Hz) Đồ th góc l ch rotor, tần số cơng suất máy phát thực hi n sa thải phụ tải thực hi n Hình 14, Hình 4.15, Hình 4.16 58 Hình 4.15: Tần số sau áp dụng giải thu t đề xuất - mức tải 60% Hình 4.16: Cơng suất máy phát s u hi áp dụng sa giải thu t đề xuất - mức tải 60% 59 Hình 4.17: Góc l ch rotor sau áp dụng giải thu t đề xuất - mức tải 60% Bảng 4.14: Bảng tổng hợp so sánh phư ng pháp s thải phụ tải Giá trị Công suất sa Thời gian Phươn pháp thải (MW) phục hồi (s) Phư ng pháp s thải phụ tải truyền thống Phư ng pháp s thải phụ tải dựa relay sa thải tần có kết hợp điều tốc tuốc bin Phư ng pháp s thải đề xuất Giá trị tần số phục hồi (Hz) 138,44 7,65 59,9 77,87 4,933 59,836 33,3 10,608 59,7 Nhận xét: Phư ng pháp s thải đề xuất ượng công suất sa thải so với phư ng pháp òn ại, cụ thể phư ng pháp truyền thống gấp 4,15 lần ượng tải sa thải phư ng pháp đề xuất v phư ng pháp sa thải phụ tải dựa relay sa thải tần có kết hợp điều tốc tuốc bin gấp 2,33 lần ượng tải sa thải phư ng pháp đề xuất Có thể thấy phư ng pháp há ượng sa thải cố đ nh, h nh v điều làm cho sa thải mức cần thiết Tuy nhiên, tốc độ hồi phục củ phư ng pháp đề xuất u h n so với phư ng pháp ịn ại tính đến q tr nh huy động cơng suất dự phịng máy phát h thống 60 Chươn ẾT LUẬN VÀ HƯ NG NGHI N CỨU PHÁT TRI N 5.1 ết uận Lu n văn đ đề xuất hư ng tr nh s thải dựa phư ng tr nh chuyển động quay củ rotor để phân tích ượng cơng suất dự phịng máy phát nhằm trì h thống n có cố gây cân gi a công suất phát công suất tiêu thụ h thống n Lu n văn đ đề xuất cơng thức để tính đượ thiểu có cố củ phịng củ ượng tải sa thải tối máy phát Đề tài đ s dụng đến ượng công suất dự máy phát để đư r ượng sa thải tối ưu Ch nh v đ , ượng công suất sa thải tối ưu h n phư ng pháp truyền thống khác Kết th nghi m hư ng hình sa thải phụ tải đề xuất áp dụng cho h thống n 37 bus máy phát ho ượng tải sa thải tốt h n so với phư ng pháp truyền thống Cụ thể, áp dụng hư ng tr nh s thải đề xuất h thống 37 bus máy phát trường hợp kiểm tra máy phát PEAR138 th ượng tải sa thải giảm 57,2% so với hư ng trình sa thải phụ tải dựa relay sa thải tần Chư ng tr nh đề xuất có khối ượng tính tốn nhanh chóng kết t nh tốn phù hợp với kết mô 5.2 Hư n n hi n cứu Kết nghiên cứu lu n văn thể s dụng làm tài li u tham khảo cho nghiên cứu sinh, học viên cao học ngành K thu t n toán nghiên cứu điều khiển khẩn cấp xảy cố h thống n nhằm trì ổn đ nh động h thống S dụng giải thu t tối ưu h nhằm xá đ nh thời gian sa thải tối ưu kết hợp với điều ki n ràng buộc điều ki n v n hành h thống n Xá đ nh v trí sa thải để đư h thống nhanh trở ổn đ nh xác đ nh v trí sa thải để đạt yêu cầu kinh tế lớn 61 TÀI LIỆU TH M HẢO [1] Florida Reliability Coordinating Council, (2001) FRCC standards handbook [2] ERCOT, Underfrequency Load Shedding 2006 Assessment and Review [3] ộ ng thư ng Vi t N m - Cụ Điều Tiết Đi n Lự Quy tr nh p ế hoạ h, huy động d h vụ điều tần v dự phòng qu y, 2015 [4] Th ng tư, quy đ nh h thống n truyền tải số 25/2016/TT-BCT, H Nội, ng y 30 tháng 11 năm 2016 [5] Nguy n Đứ Thi n, X y dựng hư ng tr nh s thải phụ tải dự tr n thu t toán Fuzzy- HP, Lu n văn Thạ s K thu t, 2015 [6] Yiannis Tofis, Student Member, IEEE, Stelios Timotheou, Member, IEEE and Elias Kyriakides, Senior Member, IEEE Minimal load shedding using the swing equation, Sept 12, 2015 [7] U Rudez nd R Mih i , “Monitoring the first deriv tive to improve d ptive underfrequency load shedding schemes,” IEEE Tr ns tions on Power Systems, vol 26, no 2, pp 839-846, May 2011 [8] Haidar AMA, Mohamed A, Hussain A, Jaalam N Artificial intelligence application to Malaysian electrical power system Exp Syst Appl 5023–31, 2010 [9] Hooshmand R, Moazzami M Optimal design of adaptive under frequency load shedding using artificial neural networks in isolated power system Int J Electr Power 2012; 42:220–8 [10] Haidar AMA, Mohamed A, Al-Dabbagh M, Hussain A Vulnerability assessment and control of large scale interconnected power systems using neural networks and neuro-fuzzy techniques Power Eng Conf 2008:1–6 [11] Mohkhlis H, Laghari JA, Bakar AHA, Karimi M A fuzzy based underfrequency load shedding scheme for islanded distribution network connected with DG Int Rev Electr Eng 2012; 7:4992–5000 62 [12] Chao-Rong C, Wen-Ta T, Hua-Yi C, Ching-Ying L, Chun-Ju C, Hong-Wei L Optimal load shedding planning with genetic algorithm IEEE Ind Appl Soc 2011:1–6 [13] Sadati N, Amraee T, Ranjbar AM A global particle swarm-based-simulated annealing optimization technique for under-voltage load shedding problem Appl Soft Comput 2009; 9:652–7 [14] J Duncan Glover, Thomas J Overbye, and Mulukutla S Sarma Power System Analysis & Design, Sixth Edition, chapter 12, 2015 [15] C ng ty nhi t n N Dư ng, báo áo điều hiển tần số v ng suất, khóa đ o tạo nh n vi n v n h nh 2009 [16] Florida Reliability Coordinating Council, (2001) FRCC standards handbook [17] Powerworld GSO 19 [18] Phòng Điều độ Trung t m Điều độ HTĐ Quố Gi , áo áo điều h nh tần số h thống n [19] Th ng tư, quy đ nh quy tr nh điều độ h thống n quố gi , số: 40/2014/TTBCT, H Nội, ng y 05 tháng 11 năm 2014 [20] Urban Rudez, Student Member, IEEE, and Rafael Mihalic, Member, IEEE, Analysis of Underfrequency Load Shedding Using a Frequency Gradient, January 20, 2009 [21] IEEE Committee Report, “Dyn mi Mode s for Ste m nd Hydro Turbines in Power System Studies,”IEEE Tr ns tions P S, vo (November/December 1973), pp 1904–1915 63 P S-92, no TỐI THIỂU LƯỢNG CƠNG SUẤT SA THẢI PHỤ TẢI CĨ XÉT ĐẾN YẾU TỐ ĐIỀU KHIỂN SƠ CẤP MÁY PHÁT ĐIỆN Nguyễn Trọng Tín1, Quyền Huy Ánh2 , Lê Trọng Nghĩa3 Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT Bài báo đề xuất phương pháp tính tốn lượng cơng suất sa thải phụ tải tối thiểu có xét đến yếu tố điều khiển sơ cấp tổ máy phát điện hệ thống điện Phương pháp đề xuất tính tốn lượng công suất sa thải phụ tải đảm bảo khôi phục tần số phạm vi cho phép có thiếu hụt công suất nguồn phát cố máy phát tăng tải dẫn đến tải hệ thống điện Hiệu phương pháp đề xuất thử nghiệm sơ đồ hệ thống điện chuẩn IEEE 37 bus máy phát chứng minh hiệu phương pháp đề xuất Từ khóa: Sa thải phụ tải, tối ưu hóa sa thải phụ tải, điều khiển sơ cấp, ổn định tần số ABSTRACT This article proposed an optimal load shedding calculation method based on the analysis of the primary control of the generators to maintain the stability in the power system The proposed method is calculate the amount of load shedding to restore the frequency to the allowable range when the generators is lost, the imbalance between the active-power generation and consumption leading to overload in the power system The effectiveness of the proposed method is tested on the 37 bus system generator IEEE testing system that demonstrate the effectiveness of the proposed method Keywords: load shedding, optimal load shedding, primary control, frequency stability Giới thiệu Các cố hệ thống điện thường cố thống qua, nhiên, có cố lớn ví dụ máy phát điện, có tăng tải đột ngột hệ thống điện gây suy giảm tần số nghiêm trọng Việc tìm lượng tải sa thải tối ưu là quan tâm hàng đầu giải pháp về sa thải Các mô hình sa thải phụ tải trước chưa đề cập đến lượng cơng suất dự phịng của mỗi máy phát, chính vì vậy gần có vài đề tài nghiên cứu sa thải có tính đến lượng cơng suất dự phịng này của máy phát đã được phát triển Phần lớn phương pháp sa thải phụ tải truyền thống dựa suy giảm tần số Sa thải phụ tải truyền thống relay sa thải tần số UFLS (Under Frequency Load Shedding), điện áp UVLS (Under Voltage Load Shedding) phương pháp thường được sử dụng cho việc điều khiển khôi phục ổn định tần số, ổn định điện áp của lưới điện Khi tần số điện áp giảm xuống ngưỡng làm việc đã được cài đặt, relay sa thải tần số/điện áp của hệ thống phát tín hiệu cắt mức tải cố định bước được xác định trước, đó ngăn cản suy giảm tần số/điện áp ảnh hưởng của [1] Sa thải phụ tải tần số được nhiều nhà vận hành hệ thống điện áp dụng: Hội đồng Điều phối độ tin cậy bang Florida (FRCC) [1], Hội đồng điện tin cậy của Texas ERCOT [2], Hệ thống điện Việt Nam [3], Ở Việt Nam phần lớn dùng phương pháp sa thải phụ tải theo trị số rơ-le 81 Khi tần số giảm đến điểm nhận chắn được xác định trước phần trăm của tổng phụ tải được sa thải Nếu có giảm tiếp tần số và nó đạt đến điểm nhận thứ hai, tỷ lệ phần của tải cịn lại được sa thải Q trình diễn tiếp tục cho đến tần số tăng giới hạn của Bên cạnh phương pháp sa thải truyền thống sử dụng relay sa thải phụ tải tần số/điện áp, phương pháp sa thải phụ tải thích nghi sử dụng phương trình chuyển động rotor để ước lượng công suất cần sa thải Sự cân cơng suất hệ thống có thể có được cách sử dụng phương trình sau [4]: ∆𝑃 = 2𝐻 𝜕𝑓 𝑓 𝜕𝑡 (1) Ở đây: P là lượng công suất cân bằng, H số quán tính của máy phát, f tần số định mức (Hz), df/dt là độ thay đổi của tần số (Hz/s) Khi hệ thống bị nhiễu loạn (sự cố) gây thay đổi tần số tốc độ thay đổi của tần số (ROCOF: Rate Of Change Of Frequency) Bằng cách áp dụng giá trị biểu thức (1), cân công suất có thể được ước tính Sau ước tính cân công suất, lượng công suất được sa thải được thực để ổn định tần số hệ thống điện Khi xảy công suất phát-phụ tải hệ thống điện dẫn đến sụt giảm tần số, sụt giảm phụ thuộc vào độ lớn của lượng công suất tải số quán tính của hệ thống Lượng tải sa thải có thể lượng công suất cân công suất phát công suất tiêu thụ nhằm tránh sụp đổ hệ thống có thể xảy Nguyên lý hoạt động phương pháp sa thải phụ tải truyền thống Gần phương pháp sa thải phụ tải thông minh (Intelligent Load Shedding ILS) đã được đề xuất nhà nghiên cứu Phương pháp tập hợp kỹ thuật được áp dụng để bắt chước trí thơng minh của người Các thành phần của chương trình này là: sở tri thức, danh sách nhiễu loạn cơng cụ tính tốn sa thải phụ tải thông minh Những kỹ thuật bao gồm mạng neural nhân tạo (ANN) [5-6], hệ thống suy luận neural-mờ thích nghi (ANFIS) [7], điều khiển logic mờ (FLC) [8], thuật toán Genetic (GA) [9] thuật toán tối ưu hóa bầy đàn (PSO) [10] Những kỹ thuật có thể dễ dàng giải quyết vấn đề phi tuyến, đa mục tiêu hệ thống điện mà thông thường không thể được giải quyết phương pháp thông thường với tốc độ mong muốn và độ xác chấp nhận được Để đạt được điều tổng lượng tải sa thải LD chương trình sa thải tần số truyền thống được trình bày theo cơng thức sau [11]: Một phương án sa thải phụ tải tốt nên sa thải lượng cơng suất tải tối thiểu có thể và đồng thời thỏa mãn tất điều kiện ràng buộc để trì ổn định tần số hệ thống điện Phương pháp sa thải phụ tải truyền thống yêu cầu phải tốn thời gian thu thập liệu phụ tải định kỳ có thể sa thải lượng công suất tải nhiều sa thải không đủ để phục hồi tần số Do đó có thể sa thải tải không cần thiết Hệ số d hệ số giảm công suất tải, hệ số này liên quan đến loại cố gây ổn định và biên độ của Hệ số này được tính tốn sau [13]: Bài báo này trình bày phương pháp tính tốn lượng cơng suất sa thải phụ tải tối thiểu nhằm trì tần số hệ thống điện phạm vi cho phép 𝐿𝐷 = 𝑓 −𝐷(1− ) 1+𝐿 𝑓0 𝑓 1−𝑑(1− ) 𝑓0 (2) Trong công thức (2), L tỉ lệ tải nút hệ thống điện và được tính tốn sau [12]: L = cơng suất q tải trung bình hệ đơn vị tương đối 𝐿= (𝑐ô𝑛𝑔 𝑠𝑢ấ𝑡 𝑡ả𝑖−𝑐ô𝑛𝑔 𝑠𝑢ấ𝑡 đầ𝑢 𝑣à𝑜 𝑚á𝑦 𝑝ℎá𝑡) (3) 𝑐ô𝑛𝑔 𝑠𝑢ấ𝑡 đầ𝑢 𝑟𝑎 𝑚á𝑦 𝑝ℎá𝑡 𝑓 tần số tối thiểu cho phép: vận hành trạng thái ổn định 59.8 Hz tần số tối thiểu vận hành trạng thái độ 57 Hz 𝑝ℎầ𝑛 𝑡𝑟ă𝑚 𝑡ℎ𝑎𝑦 đổ𝑖 𝑡ả𝑖 𝑑 = 𝑝ℎầ𝑛 𝑡𝑟ă𝑚 𝑡ℎ𝑎𝑦 đổ𝑖 𝑡ầ𝑛 𝑠ố (4) Phương pháp tính tốn lượng cơng suất sa thải phụ tải đề xuất Trong chế độ ổn định, quan hệ tần số công suất điều tốc tuốc bin sau [14]: 𝑅 𝛥𝑝𝑚 = 𝛥𝑝𝑟𝑒𝑓 − × 𝛥𝑓 (5) 𝛥𝑝𝑚 = 𝛥𝑝𝑟𝑒𝑓 − 𝛽𝛥𝑓 (8) Biểu thức (8) quan hệ tần số - công suất chế độ ổn định Đơn vị của β là MW/Hz đó đơn vị của 𝛥𝑓 Hz 𝛥𝑝𝑚 MW Bỏ qua tổn thất phụ thuộc tải của tần số, chế độ ổn định, tăng tổng công suất ngõ của tuốc bin lượng tăng của tải, áp dụng biểu thức (8) với 𝛥𝑝𝑟𝑒𝑓 = Hình 1: Quan hệ công suất – tần số của tuốc bin – điều tốc chế độ ổn định Trong đó: 𝛥𝑓 là lượng thay đổi tần số, 𝛥𝑝𝑚 là lượng thay đổi công suất đầu của tuốc bin, 𝛥𝑝𝑟𝑒𝑓 là lượng thay đổi công suất tham chiếu cài đặt R được gọi số điều chỉnh Hằng số điều chỉnh R biểu thức (5) là âm theo độ dốc đường cong 𝛥𝑓 𝛥𝑝𝑟𝑒𝑓 được thể Hình Đơn vị của R là Hz/MW đó 𝛥𝑓 có đơn vị Hz, 𝛥𝑝𝑚 có đơn vị MW Do 𝛥𝑓 𝛥𝑝𝑚 được lấy hệ đơn vị tương đối pu nên R đồng thời lấy theo pu Quan hệ tần số - công suất chế độ ổn định mỗi khu vực của hệ thống điện liên kết có thể xác định cách ước lượng thông qua biểu thức (5) cho mỗi tổ hợp tuốc bin – máy phát của khu vực đó Lưu ý 𝛥𝑓 giống cho mỗi đơn vị 𝛥𝑝𝑚 = 𝛥𝑝𝑚1 + 𝛥𝑝𝑚2 + 𝛥𝑝𝑚3 + 𝛥𝑝𝑚𝑛 𝑅1 = 𝛥𝑝𝑟𝑒𝑓 − ( + 𝑅2 + ⋯+ )𝛥𝑓 𝑅𝑛 1 1 1 𝑛 −0.3 (𝑝𝑢) là độ thay đổi tần số cho phép hệ đơn vị tương đối (pu) 60 Khi có máy phát hệ thống điện bị số máy phát cịn lại tự động “tăng” cơng suất lên để bù đắp vào lượng công suất bị thiếu hụt Công suất “bơm” lên này gọi công suất điều khiển sơ cấp của mỗi máy phát Giá trị công suất tăng lên này của mỗi máy phát phụ thuộc vào số điều chỉnh của mỗi điều tốc R Như vậy, từ công thức (9) lúc mối quan hệ độ thay đổi tần số cho phép 𝑂𝑃𝑇 lượng công suất sa thải tối thiểu 𝑃𝐿𝑆 được tính theo cơng thức đề xuất sau: (10) Từ công thức suy ra: (6) Trong đó: 𝛥𝑝𝑚 tổng lượng thay đổi công suất của tuốc bin 𝛥𝑝𝑟𝑒𝑓 tổng thay đổi công suất tham chiếu cài đặt cho khu vực Từ đó có thể xác định β sau: β = (𝑅 + 𝑅 + 𝑅 + 𝑅 + ⋯ 𝑅 ) Trong hệ đơn vị tương đối ∆𝑓 = 𝑐𝑝 𝑂𝑃𝑇 𝛥𝑓𝑐𝑝 = (− ) (𝛥𝑝𝑚 − 𝑃𝐿𝑆 ) 1 + + ⋯ + ) 𝛥𝑓 𝑅1 𝑅2 𝑅𝑛 (9) Từ công thức tìm được độ suy giảm tần số chế độ ổn định Trong hệ thống điện có tần số 60 Hz thì độ giảm tần số cho phép 0.3Hz (∆𝑓𝑐𝑝 = −0.3 𝐻𝑧) 𝛽 = (𝛥𝑝𝑟𝑒𝑓1 + 𝛥𝑝𝑟𝑒𝑓2 + ⋯ + 𝛥𝑝𝑟𝑒𝑓𝑛 ) −( 𝛥𝑓 = −(𝛽) 𝛥𝑝𝑚 (7) Thay biểu thức (7) vào biểu thức (6), tìm được: 𝑂𝑃𝑇 𝑃𝐿𝑆 = 𝛥𝑝𝑚 − (𝛥𝑓𝑐𝑝 × 𝛽) (11) Trong đó: 𝑂𝑃𝑇 𝑃𝐿𝑆 > 𝑁ế𝑢 |𝛥𝑓| 𝑡ừ (5) 𝑙ớ𝑛 ℎơ𝑛 𝛥𝑓𝑐𝑝 𝑂𝑃𝑇 𝑃𝐿𝑆 = 𝑁ế𝑢 |𝛥𝑓| 𝑡ừ (5) 𝑛ℎỏ ℎơ𝑛 𝛥𝑓𝑐𝑝 𝑂𝑃𝑇 𝑃𝐿𝑆 ∶ Công suất sa thải tối ưu 𝛥𝑝𝑚 : Lượng thay đổi công suất đầu của tuốc bin 𝛥𝑓𝑐𝑝 ∶ Độ lệch tần số cho phép Giải thuật đề xuất Xác định lượng công suất cân hệ thống điện Đưa giá trị tính toán về hệ đơn vị Bước 1: Tính tốn số điều chỉnh của mỡi máy phát quy về hệ đơn vị tương đối Bước 2: Tính 𝛽 theo công thức (7) Bước 3: Tính độ suy giảm tần số 𝛥𝑓 chế độ ổn định theo công thức (9) Nếu | 𝛥𝑓 | 𝛥𝑓𝑐𝑝 Hz, thực bước Bước 4: Tính lượng tải sa thải tối ưu 𝑂𝑃𝑇 𝑃𝐿𝑆 theo công thức (11) Thử nghiệm mơ hình hệ thống điện chuẩn 4.1 Sơ đồ cấu trúc sơ đồ hệ thống điện kiểm tra Tiến hành thử nghiệm mơ hình giải thuật sa thải phụ tải đề xuất sơ đồ hệ thống điện chuẩn IEEE 37 bus máy phát trình bày Hình [14] Thực mơ phần mềm PowerWorld, xét cố máy phát hệ thống điện Q trình tính tốn được thực theo lưu đồ trình bày Hình Dữ liệu cố Lượng công suất cân Dữ liệu máy phát Giải thuật đề xuất Tính Thơng số độ dốc cơng suất Tính lượng tải sa thải Sa thải phụ tải Thực sa thải theo độ dốc tần số Hình 3: Sơ đồ cấu trúc hoạt động mơ hình sa thải phụ tải đề xuất Trong q trình mơ tiến hành đánh giá tần số dựa quan sát tần số của hệ thống điện nằm giá trị phạm vi cho phép ± 0.3 𝐻𝑧 Trong q trình mơ phỏng, đã xét tới tần số của nút hệ thống điện mức tải khác để bao qt chế độ vận hành Hình 2: Lưu giải tht tinh tốn lượng cơng suất sa thải phụ tải tối ưu Hình 4: Sơ đồ hệ thống điện IEEE 37 bus máy phát Để tối ưu hóa giải pháp phân phối công suất của hệ thống điện có quy mơ lớn, trước chạy mơ lấy mẫu tiến hành cài đặt theo thông số chuẩn của hệ thống điện 37 bus máy phát thực kích hoạt hệ thống tự động điều chỉnh điện áp, điều chỉnh kích từ, điều chỉnh tần số,… và chạy phân bố công suất tối ưu OPF Mô hình máy phát điện của hệ thống điện 37 bus máy sử dụng mô hình GENCLS Điều khiển kích từ sử dụng mơ hình IEEET1 Bộ điều tốc tuốc bin sử dụng mơ hình TGVO1 với giá trị giá trị của chúng Khi hệ thống đột ngột máy phát (PEAR138 = 140MW) Xác định lượng công suất tăng thêm mỗi máy và lượng công suất sa thải tối ưu để tần số hệ thống điện nằm vùng cho phép (𝛥𝑓𝑐𝑝 = ±0.3) Từ công thức (11): 𝑂𝑃𝑇 𝑃𝐿𝑆 = 𝛥𝑝𝑚𝑒𝑐ℎ − (𝛥𝑓𝑐𝑝 × 𝛽) 0.3 = 1.4 − ( 60 ∗ 213.4) = 0.0333 𝑝 𝑢 = 33.3 𝑀𝑊 Hình 5: Sơ đồ khối điều tốc tuốc bin Giá trị chuẩn của hệ số điều chỉnh R=0.05 p.u Khi tất máy phát có hệ số điều chỉnh R hệ đơn vị tương đối, nếu có tượng tải tăng đột ngột hay máy phát thì lượng công suất chia đều tổng lượng thay đổi công suất cho máy phát lại theo tỉ lệ thuận với giá trị của chúng Hình 12 thể sơ đồ khối của điều tốc tuốc bin phổ biến thường được sử dụng với tên gọi mô hình TGOV1 Khối 1⁄(1 + 𝑠𝑇1 ) là mơ hình độ trễ thời gian điều tốc, s toán tử Laplace và 𝑇1 là số thời gian Khối thứ sơ đồ là độ trễ của tuốc bin tuốc bin không gia nhiệt 𝑇2 không Các giá trị điển hình sau: 𝑅 = 0.05 𝑝𝑢, 𝑇1 = 0.5 𝑔𝑖â𝑦, 𝑇3 = 0.5 𝑔𝑖â𝑦 ứng với tuốc bin không gia nhiệt 𝑇2 = 2.5, 𝑇3 = 1.5 𝑔𝑖â𝑦 cho loại lại 𝐷𝑡 hệ số giảm chấn của tuốc bin, thường được chọn là 0.02 hay nhỏ (thường là 0).[14] 4.2 Tính toán tần số công suất mỗi máy phát trường hợp thực sa thải Tương tự trường hợp nghiên cứu phần trên: Hệ thống điện liên kết tần số 60 Hz bao gồm khu vực có máy phát Hằng số điều chỉnh của mỗi đơn vị R=0.05 p.u ứng Hình 6: Tần số sau áp dụng giải thuật đề xuất - mức tải 60% Hình 7: Công suất máy phát sau áp dụng sa giải thuật đề xuất - mức tải 60% Hình 8: Góc lệch rotor sau áp dụng giải thuật đề xuất - mức tải 60% Bảng 1: Bảng tổng hợp so sánh phương pháp sa thải phụ tải Giá Công Thời trị tần trị suất gian số sa phục phục thải hồi (s) hồi (MW) (Hz) Giá Phương pháp Phương pháp sa thải phụ tải truyền thống [1] Phương pháp sa thải phụ tải dựa relay sa thải tần có kết hợp điều tốc tuốc bin Phương pháp sa thải đề xuất 138,4 7,65 59,9 77,87 4,933 59,836 33,3 10,60 59,7 Nhận xét: Phương pháp sa thải đề xuất có lượng công suất sa thải là ít so với phương pháp lại, cụ thể là phương pháp truyền thống gấp 4,15 lần lượng tải sa thải phương pháp đề xuất và phương pháp sa thải phụ tải dựa relay sa thải tần có kết hợp điều tốc tuốc bin gấp 2,33 lần lượng tải sa thải phương pháp đề xuất Có thể thấy phương pháp khác có lượng sa thải là cố định, chính vì điều này làm cho sa thải mức cần thiết Tuy nhiên, tốc độ hồi phục của phương pháp đề xuất lâu so với phương pháp lại tính đến trình huy động cơng suất dự phịng của máy phát hệ thống Kết luận Bài báo đã đề xuất công thức để tính được lượng tải sa thải tối thiểu có cố của máy phát gây cân công suất hệ thống điện Đề tài đã sử dụng đến lượng cơng suất dự phịng của máy phát điều khiển sơ cấp để đưa lượng sa thải tối ưu nhằm khôi phục tần số về giá trị cho phép Chính vì lý đó, lượng công suất sa thải tối ưu phương pháp truyền thống khác Kết thử nghiệm chương hình sa thải phụ tải đề xuất áp dụng cho hệ thống điện 37 bus máy phát cho lượng tải sa thải tốt so với phương pháp truyền thống Cụ thể, áp dụng chương trình sa thải đề xuất hệ thống 37 bus máy phát trường hợp kiểm tra máy phát PEAR138 thì lượng tải sa thải được giảm 57,2% so với chương trình sa thải phụ tải dựa relay sa thải tần Chương trình đề xuất có khối lượng tính tốn nhanh chóng kết tính tốn được phù hợp với kết mô S K L 0 ... _