phân tích an toàn hệ thống ðiện

Bắt đầuThuật toán phân tích Đặt chỉ số lên trường hợp đầu tiên của danh sách sự cố Thực hiện tính phân bố công suất đầy đủ AC đối với trường hợp đã chỉ xảy ra trong bảng sự cố Xuất ra đ

Trang 1

PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ KIM HÙNG

Trang 2

1 NGỮ CẢNH PHÂN TÍCH AN TOÀN

Việc dự báo tình trạng vận hành của hệ thống sau khi tách rời một phần tử hoặcsau một sự thay đổi trạng thái làm việc của hệ thống là một việc rất quan trọng và cầnmột sự đánh giá an toàn ở trong thời gian thực

Vấn đề là phải phát hiện nhanh chóng sự cố nguy hiểm và đưa ra giải pháp khắcphục kịp thời Việc phân tích được thực hiện một cách chu kỳ nhằm nhiệm vụ xác địnhnhững sự cố nguy hiểm và mức độ trầm trọng của nó

Việc nghiên cứu được thực hiện chủ yếu dựa vào bài toán tính phân bố côngsuất Đối với những hệ thống lớn, sự phân tích an toàn phải thực hiện một thủ tục tínhtoán đối với cỡ hàng trăm đến hàng ngàn sự cố Vì vậy vấn đề đặt ra là phân tích tất cảcác sự cố với thời gian bé nhất Điều này yêu cầu tốc độ thực hiện tính toán, độ chínhxác và tính thích nghi của phương pháp đối với mỗi loại sự cố Phương pháp phân tíchnhư trên tỏ ra nặng nề và tốn nhiều thời gian cho việc tính toán, vì vậy ít được sửdụng Dựa trên phân tích kinh nghiệm, người ta nhận thấy rằng phần lớn các sự cốkhông gây nên hậu quả về mặt an toàn

Sơ đồ ngữ cảnh phân tích an toàn trong môi trường thời gian thực:

Lọc nhanh công suất đầy đủTính phân bố

Các sự cố không gây mất an toàn

Danh sách các sự cố gây mất an toàn

Các sự cố có thể gây mất an toàn

Hình 1: Quá trình phân tích an toàn trong thời gian thực.

Người ta phân biệt hai nhóm phương pháp phân tích an toàn chính, đó là:

Trang 3

- Phương pháp đánh giá trạng thái.

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH AN TOÀN

- Mô phỏng tất cả các sự cố có khả năng nguy hiểm (PI  0).)

Phân tích an toàn theo chỉ số PI

Chỉ số PI tính đến độ lệch của biến hệ thống so với giá trị định mức của nó vàvùng mà trong đó đại lượng có thể thay đổi Để phân tích một sự cố, công thức của nó

Xi: Độ lớn (công suất/điện áp) đo được ở nút i

Xinom: Độ lớn (công suất/điện áp) định mức ở nút i

Xilim: Khoảng cách an toàn

n: Số nút trong hệ thống

Wi: Trọng số ở nút i, là một số thực không âm tính đến cấu trúc của hệ thống

Thuật toán phân tích sự cố theo chỉ số PI được trình bày trên Hình 2:

Trang 4

Bắt đầu

Thuật toán phân tích

Đặt chỉ số lên trường hợp đầu tiên của danh sách sự cố

Thực hiện tính phân bố công suất đầy đủ (AC) đối với trường hợp đã chỉ xảy ra trong bảng

sự cố

Xuất ra điện áp nút và những trường hợp quá tải

Chỉ số 1

3 2

Trường hợp

Sự cố nghiêm trọng 1

Sự cố tiếp theo

Tạo và lưu trữ các danh sách các sự cố có khả năng nguy hiểm

Dừng

Còn

Hết

Danh sách các sự cố

Hình 2: Thuật toán phân tích sự cố theo chỉ số PI.

2.2 Các phương pháp đánh giá trạng thái

Để đánh giá trạng thái sau sự cố nhanh để biết rằng có cần tính chính xác bởimột phép tính phân bố công suất tác dụng - phản kháng hay không Lợi ích của việcđưa ra phương pháp này là độ nhanh của việc tính toán và việc sử dụng những lời giảixấp xỉ hoặc từng phần mà không cần đến sự sắp xếp riêng

2.2.1 Phương pháp tính toán phân bố công suất một phần (1P-1Q)

Mô hình sử dụng trong trường hợp này là mô hình số gia của việc tính toánphân bố công suất tuyến tính hóa (hoặc “DC”):

Trang 5

  P  : Véctơ số gia của công suất tác dụng

    : Véctơ số gia của góc pha của điện áp

  B ' : Ma trận (n x n) chỉ tổng dẫn của hệ thống.

Ảnh hưởng của mỗi sự cố về truyền dẫn công suất tác dụng có thể đánh giábằng việc giải  và bằng việc tính toán những thay đổi công suất tác dụng trên cácnhánh Pkm từ phương trình sau:

km k m km

Thuật toán phân tích sự cố theo phương pháp tính phân bố công suất một phần

được trình bày trên Hình 3:

Bắt đầu

Thuật toán phân tích

Đặt chỉ số lên trường hợp đầu tiên của danh sách sự cố

Thực hiện tính phân bố công suất bằng phương pháp tách cặp nhanh ( một phép lặp công suất tác dụng và một phép lặp công suất phản kháng) đối với trường hợp đã chỉ xảy ra trong bảng sự cố

Xuất ra điện áp nút và những trường hợp quá tải

Chỉ số 1 3 2

Trường hợp

Sự cố nghiêm trọng 1

Sự cố tiếp theo

Tạo và lưu trữ các danh sách các sự cố có khả năng nguy hiểm

Dừng

Còn

Hết

Danh sách các sự cố ( sẽ được nghiên cứu chi tiết hơn bởi việc phân tích đầy

đủ về công suất tác dụng

và công suất phản kháng)

Hình 3: Thuật toán phân tích sự cố theo phương pháp tính phân bố công suất một phần.

Trang 6

2.2.2 Phương pháp hệ số chuyển tải

Phương pháp này tính toán nhanh (đối với mỗi sự cố) độ biến đổi công suất tácdụng được truyền tải Công thức được xác định bởi Galiana [GA-84] khi đứt nhánh jk:

Hệ số phân phối công suất khi cắt một đường dây

Được sử dụng để kiểm tra quá tải khi đường dây truyền tải bị cắt:

Với:

lm/jk: Hệ số phân phối công suất trên đường dây lm sau khi cắt đường dây jk

lm: Độ thay đổi dòng công suất trên đường dây lm

0).jk: Dòng công suất trên đường dây jk trước khi nó bị cắt.

Nếu biết dòng chảy công suất của đường dây lm và đường dây jk trước khi thayđổi cấu trúc thì dòng chảy trên đường dây lm khi đường dây jk bị cắt có thể xác địnhthông qua hệ số :

f : Dòng chảy trên đường dây lm khi jk bị cắt.

Hệ số chuyển công suất phát

li li

i

f a

Trang 7

Pi: Độ thay đổi lượng công suất phát ở nút i

Hệ số ali đặc trưng cho tính nhạy của dòng chảy trên đường dây l khi thay đổicông suất phát ở nút i

Xét trường hợp khi có một máy phát công suất lớn ngừng cấp và giả thiết lượngcông suất hụt này sẽ được bù ở nút hệ thống, giả thiết máy phát lớn này phát ra lượng

f : Dòng chảy trên đường dây l sau khi máy phát nút i hỏng.

Nếu có sự thay đổi đồng thời nhiều ở nhiều nút phát thì chúng được tính

bằng phương pháp xếp chồng Vì vậy tỉ lệ của công suất phát bù ở mỗi máy thứ j (ji)là:

max max ,

i ij

k

k k i

P P

Pkmax: Công suất phát cực đại của máy phát k

ij: Hệ số nâng công suất của máy phát j khi máy phát i hỏng

Trang 9

Bắt đầu

Đọc các điều kiện của hệ thống

Máy phát cuối

Thông báo màn hình Không

Có Không

Đường dây cuối Không

Không

Có

Không Không

Kiểm tra quá tải tất cả các đường dây sau khi cắt các đưởng dây khác

Hình 4: Thuật toán phân tích sự cố theo phương pháp hệ số chuyển tải.

Vậy để tính dòng chảy trên đường dây l theo giả thiết là tất cả các máy phát liênkết tham gia bù đắp lượng mất, ta sử dụng biểu thức sau:

Trang 10

cố trơ cứng về điện với sự cố.

Thuật toán phân tích sự cố theo phương pháp mở rộng vùng được trình bày trên

Hình 5:

Bắt đầu

Xác định vùng ảnh hưởng để đánh giá hậu quả của sự cố

Giả thiết về trạng thái điện ở biên giới vùng

Xây dựng những vùng biên cho phép đảm bảo không có sự ảnh hưởng trên những phần của hệ thống không tính đến

Kết thúc

Hình 5: Thuật toán phân tích sự cố theo phương pháp mở rộng vùng.

2.2.4 Phương pháp định vùng (cục bộ biên)

Trang 11

Hiệu quả phương pháp là ở chỗ đối với hầu hết sự cố nó chỉ giải một phần nhỏcủa hệ thống thay vì phải giải toàn bộ hệ thống Mặc dù lời giải của mỗi hệ thống nhỏ

là gần đúng nhưng những kết quả có thể được sử dụng để suy ra bản chất ảnh hưởngcủa sự cố

Phương pháp định vùng: trường hợp công suất tác dụng

Đối với một sự cố đã cho một chuỗi kiểm tra hoặc lọc sự cố CF1, CF2,…, CFNđược áp dụng

Hình 6: Quá trình lọc sự cố.

Nguyên tắc của quá trình lọc:

nhất, ở đó sử dụng những phương thức tính đơn giản nhất và nhanh nhất,xây dựng một danh sách sự cố đã được sắp xếp đầu tiên như là nguy hiểmhoặc không nguy hiểm

đó sử dụng phương thức tính toán phức tạp hơn bộ lọc đầu tiên nhưng là ítphức tạp hơn bộ lọc kế tiếp, và cứ thế tiếp tục

trên đường dây khi sự cố dựa trên việc tính toán những hệ số chuyển tải Ýtưởng biên giới hạn được suy ra từ việc chia hệ thống điện nghiên cứu thànhhai tiểu hệ thống N1 và N2

Thủ tục tính toán cho mỗi sự cố

Trang 12

Bắt đầu

Thiết lập tiểu hệ thống N1 đầu tiên (tiểu hệ thống N2 là phần phụ của N 1 )

Mô phỏng sự cố

Tính toán pha trên N 1

và kiểm tra việc truyền tải cưỡng bức trên N1

Kết thúc

Tính toán độ biến đổi góc lệch trên biên giới của N 1

iJ





Xác định những đường dây có thể ở tình trạng cưỡng bức bằng phép so sánh với một biến pha cực đại dọc trên biên của

N1 là  max

Nếu số đường dây có khả năng nguy hiểm

mà nhiều Có

không Tăng N 1

Hình 7: Thủ tục tính toán cho mỗi sự cố.

Phương pháp định vùng cho trường hợp điện áp

Phương pháp của Brandwajn và Lauby [BR-89] với mục đích đánh giá điện áptại tất cả các nút của hệ thống dựa trên độ lệch lớn nhất công suất phản kháng bơmvào, gồm hai bước:

Brandwajn

Trang 13

- Bước thứ hai: đánh giá gần đúng những sự thay đổi điện áp do sự cố trongkhi chỉ tính đến những độ lệch phản kháng có giá trị lớn.

Vấn đề là xây dựng một tiêu chuẩn chọn lọc thích hợp để chọn ra những nút cókhả năng có những độ lệch công suất phản kháng Q sinh ra đối với mỗi sự cố là do:

(QK, Qm)

- Sự thay đổi cấu trúc của hệ thống

(iJ, il,…)

Hai tiêu chuẩn chọn lọc đã được đề ra:

- Tiêu chuẩn thứ nhất: tính đến sự thay đổi phản kháng của một nhánh đối vớimột nút mà nhánh đó nối vào Sự thay đổi này diễn tả bởi công thức:

i

iJ iJ iJ iJ iJ

Qi: Lượng công suất phản kháng bơm vào nút i

GiJ: Thành phần thực của tổng dẫn phức của nhánh iJ

BiJ: Thành phần ảo của tổng dẫn phức của nhánh iJ

iJ = i - J: Độ lệch góc trên một nhánh iJ

Những sự biến đổi này được lấy tổng đối với một nút và nó cho phép chúng tađạt được một phép đo dạng:

( )

i i

i iJ

Q K

- Tiêu chuẩn thứ hai: đã được xác định để mà khắc phục tính bảo thủ của phép

đo Ki Tính chất này dựa trên những sự thay đổi của tổn thất phản kháng trên các

Trang 14

nhánh Những tổn thất này được xấp xỉ bởi:

[Q/V]: Vectơ độc lập độ lệch công suất phản kháng bơm

[B’’]: Ma trận tổng dẫn được áp dụng vào mô hình tách cặp về phản kháng [V]: Vectơ hiệu chỉnh điện áp ở các nút

Tập hợp của những tiêu chuẩn này dựa trên:

- Số gia tổn thất công suất phản kháng trên các nhánh của hệ thống

- Số gia thay đổi góc trên nhánh của hệ thống (Ij)

- Những sự thay đổi trong công suất tác dụng truyền tải trên các nhánh của hệthống sau nửa bước lặp đầu tiên P- của “FDLF”

3 SỬ DỤNG PHẦN MỀM POWERWORLD ĐỂ PHÂN TÍCH AN TOÀN

3.1 Các bước sử dụng phần mềm PowerWorld để phân tích an toàn

Bước 1: Vẽ sơ đồ HTĐ thực tế trên phần mềm (Draw  Network)

Trang 15

Hình 8: Cửa sổ thao tác vẽ sơ đồ HTĐ.

Bước 2: Sau khi thiết lập sơ đồ và cài đặt tất cả thông số, vào menu Run Mode 

Play

Hình 9: Màn hình chạy chương trình.

Bước 3:

- Vào Tools  Contingency Analysis để phân tích an toàn

- Vào thẻ Contingencies  kích chuột phải vào Label  Insert Special 

Trang 16

Quick Insert Single Element Contingency…

- Trong cửa sổ Contingency Element Dialog  Element Type  Chọn phần tử cần phân tích (Brand, Generator, Load,…).

- Ấn Auto Insert trong cửa sổ Contingencies Analysis  Xác nhận phần tử lựa chọn  Do Insert Contingencies  Yes.

- Ấn Start Run để tiến hành phân tích an toàn.

Trang 18

Hình 10: Các bước phân tích an toàn.

3.2 Phân tích an toàn cho một lưới điện cụ thể

Trang 19

Hình 11: Sơ đồ một lưới điện cụ thể.

Tiến hành phân tích an toàn theo các bước Mục 3.1 Xét trường hợp đứt 1

đường dây hoặc sự cố 1 máy biến áp ta có kết quả phân tích an toàn

* * * * * * * * * * * * * * *

CONTINGENCY L_00010RAY69-00013FERNA69C1

ELEMENTS:

OPEN Branch RAY69 TO FERNA69 CKT 1 | | CHECK |

APPLIED AND SKIPPED ELEMENTS:

Applied:

OPEN Branch RAY69_ 69.0 (10) TO FERNA69_ 69.0 (13) CKT

1 | | CHECK | | Opened flow of 46.33 MVA

NUMBER OF VIOLATIONS BY CATEGORY (Total = 2)

BRANCH: 1

BUS VOLTAGE: 1

INTERFACE: 0

LOAD ISLANDED: NONE

GENERATION ISLANDED: NONE

BRANCH MVA VIOLATIONS:

None.

BRANCH AMP VIOLATIONS:

BLT69 TO DEMAR69 CKT 1 Amps: 600.3 LIMIT: 418.4

%: 143.5 Base Case Value: 194.5

BUS LOW VOLTAGE VIOLATIONS:

Trang 20

FERNA69 LOW V VOLT: 0.9446 LIMIT: 0.9500 Base Case Value: 1.0003

BUS HIGH VOLTAGE VIOLATIONS:

OPEN Branch RAY69 TO RAY138 CKT 1 | | CHECK |

Applied:

OPEN Branch RAY69_ 69.0 (10) TO RAY138_138.0 (39) CKT

BRANCH: 1

BUS VOLTAGE: 0

INTERFACE: 0

LOAD ISLANDED: NONE

None.

BLT69 TO DEMAR69 CKT 1 Amps: 554.1 LIMIT: 418.4

OPEN Branch TIM69 TO HANNAH69 CKT 1 | | CHECK |

LOAD ISLANDED: NONE

None.

HOMER69 TO LAUF69 CKT 1 Amps: 918.4 LIMIT: 686.1

HOMER69 TO HANNAH69 CKT 1 Amps: 781.0 LIMIT: 686.1 %: 113.8 Base Case Value: 154.5

Trang 21

AMANDA69 LOW V VOLT: 0.9097 LIMIT: 0.9500 Base Case Value: 0.9950

HANNAH69 LOW V VOLT: 0.9118 LIMIT: 0.9500 Base Case Value: 0.9969

BUS HIGH VOLTAGE VIOLATIONS:

OPEN Branch BOB69 TO BOB138 CKT 1 | | CHECK |

Applied:

OPEN Branch BOB69_ 69.0 (48) TO BOB138_138.0 (47) CKT

BRANCH: 1

BUS VOLTAGE: 0

INTERFACE: 0

LOAD ISLANDED: NONE

None.

BOB69 TO BLT69 CKT 1 Amps: 730.9 LIMIT: 694.5

Định dạng
Số trang	21
Dung lượng	2,1 MB