Phương pháp sa thải phụ tải dựa vào độ nhạy điện áp và thuật toán AHP (1)

Bus Thứ tự sắp xếp Giá trị dV/dt Ngoài ra, lượng công suất của tải sẽ sa thải từ mỗi thanh góp cũng được ước tính trong khoảng thời gian trễ này.. Đồ thị sự thay đổi điện áp tại thanh gó

Chương 5 TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM

Hệ thống được tính toán thử nghiệm gồm 9 bus, 3 máy phát điện có tần số 60Hz Trong đó có 3 bus tải lần lượt là 5, 6, 8 và 3 bus máy phát là 1,2,3 Nghiên cứu trường hợp hệ thống bị mất một máy phát điện Hệ thống có sơ đồ trình bày ở hình 5.1

Hình 5.1: Sơ đồ hệ thống 9 bus 3 máy phát.

5.1 Nghiên cứu sử dụng chương trình sa thải phụ tải theo tần số và độ nhạy điện áp.

Xem xét sự cố mất một máy phát tại bus số 1 Tính toán mức độ nhiễu loạn,

sử dụng phương trình chuyển động của rotor dựa trên giá trị df/dt được xác định là giảm khoảng 72MW Đồ thị thay đổi điện áp khi sự cố được trình bày ở hình 5.2

Khi không có sa thải tải, giá trị điện áp tại các nút giảm và ổn định ở giá trị thấp hơn điện áp định mức đã xác định trước Điện áp tại các thanh góp tải khi mất một máy phát điện tại bus 1 được trình bày trong hình 5.2 Khi xảy ra sự cố, điện áp tại bus 5 giảm từ giá trị 0.996pu xuống còn 0.929pu

Hình 5.2: Điện áp tại bus 5 khi xảy ra sự cố mất máy phát tại bus 1.

Bên cạnh giá trị điện áp giảm, tần số hệ thống cũng giảm xuống giá trị thấp hơn 59.74Hz, thấp hơn so với giới hạn chuẩn yêu cầu Do đó cần có biện pháp để khôi phục tần số hệ thống trở về giá trị giới hạn cho phép

Hình 5.3: Tần số hệ thống trong trường hợp sự cố máy phát tại bus số 1.

Bên cạnh tần số, điện áp cũng bị ảnh hưởng do có sự thiếu hụt công suất phát

Khi áp dụng thuật toán đề suất trên hệ thống thử nghiệm, hệ thống cần trì hoãn thời gian để được xem xét Thời gian lan truyền và thời gian trễ của hệ thống thực tế có thể được mô phỏng trong quá trình thử nghiệm của thuật toán Đây là thời gian trễ được chuyển đổi trong các thời gian kích rơle trong khi thử nghiệm hệ thống trên Vì vậy, ngay khi điện áp bắt đầu giảm dưới giá trị ngưỡng 0,97pu, các rơle bắt đầu hoạt động trong vòng 0,05 giây Đồng thời, các tính toán cần thiết cho mức độ nhiễu loạn được điều khiển bằng cách sử dụng phương trình chuyển động của rotor và các giá trị df/dt nhận được từ các thiết bị đồng bộ pha

Các giá trị dV/dt tại các thanh góp tải được tính toán và sắp xếp thứ tự bắt đầu với giá trị âm lớn nhất Tải sẽ lần lượt được sa thải theo thứ tự của danh sách này Thứ tự sắp xếp dV/dt được trính bày ở bảng 5.1

Bảng 5.1: Thứ tự sắp xếp dV/dt tại các thanh góp tải.

Bus Thứ tự sắp xếp Giá trị dV/dt

Ngoài ra, lượng công suất của tải sẽ sa thải từ mỗi thanh góp cũng được ước tính trong khoảng thời gian trễ này Giá trị công suất sa thải tại các thanh góp sẽ dựa trên các độ nhạy điện áp của nó Các giá trị dV/dQ đã được tính riêng biệt cho mỗi thanh góp tải khi vận hành ở chế độ xác lập Các giá trị dV/dQ tại mỗi thanh góp được trình bày trong bảng 5.2

Bảng 5.2: Giá trị dV/dQ tại các thanh góp tải.

Từ các giá trị dV/dQ, tổng của tất cả các giá trị dV/dQ này là 0.01638261 Giá trị này được ứng dụng vào công thức độ nhạy điện áp để tính lượng tải sẽ sa

thải tại mỗi thanh góp Lượng tải sa thải tại mỗi thanh góp được trình bày ở bảng 5.3

Bảng 5.3: Lượng tải sa thải tại mỗi thanh góp tải trong hệ thống.

Bus Lượng tải bị sa thải (MW)

Tổng phụ tải sa thải là 72MW Tải được sa thải theo thứ tự sắp xếp dV/dt là gia tăng trong 0,05 giây để một sự mất đột ngột của tải không xảy ra Bằng cách tăng số lượng các bước và tải sa thải trong các bước nhỏ sẽ tránh được việc sa thải quá nhiều tải Đồ thị sự thay đổi điện áp tại thanh góp 5 sau khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải trình bày ở hình 5.4, đồ thị tần số sau khi áp dụng chương trình

sa thải phụ tải trình bày ở hình 5.5

Hình 5.4: Điện áp tại bus 5 sau khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải.

Hình 5.5: Tần số hệ thống sau khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải.

Kết quả nhận được, các giá trị biên độ điện áp cho thấy một sự cải thiện Điện áp tại bus 5 được cải thiện gần với giá trị danh định ban đầu từ 0.929pu lên 0.992pu Đồng thời tần số trước khi thực hiện chương trình sa thải phụ tải đề xuất là 59.74Hz, sau khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải, tần số đã cải thiện đến một giá trị ổn định gần 60Hz (60.005Hz) trong vòng 38 giây

Trường hợp sa thải tải không theo thứ tự giá trị sắp xếp dV/dt, tổng lượng sa thải là 72MW chiếm khoảng 22.858% so với công suất toàn bộ phụ tải 315MW Tải được sa tải theo thứ tự: tải có giá trị nhỏ nhất được sa thải trước và theo thứ tự tăng dần và thời gian sa thải gia tăng 0.05 giây để được sự mất đột ngột của tải không xảy ra Lượng tải sa thải tại mỗi thanh góp là 22.858% so với tổng công suất tại mỗi thanh góp Đồ thị thay đổi điện áp tại thanh góp 5 sau khi áp dụng sa thải phụ tải trình bày ở hình 5.6, đồ thị tần số hệ thống sau khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải trình bày ở hình 5.7

Hình 5.6: Điện áp tại bus 5 sau khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải không

theo thứ tự dV/dt.

Hình 5.7: Tần số hệ thống sau khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải không theo

thứ tự dV/dt.

Kết quả nhận được, sau khi áp dụng chương trình sa thải tải không theo thứ

tự dV/dt, điện áp tại bus 5 cải thiện đến giá trị ổn định từ 0.929pu lên 0.989pu trong

vòng 25 giây Tần số hệ thống phục hồi đến giá trị ổn định 60.01Hz trong vòng 49 giây

Như vậy trường hợp sa thải phụ tải không theo thứ tự dV/dt, phụ tải có giá trị công suất nhỏ sẽ được sa thải trước thì có giá trị điện áp sau khi sa thải phụ tải đạt giá trị thấp hơn (0.989pu so với 0.992pu) Tần số hệ thống phục hồi cao hơn và xa danh định ban đầu hơn (60.01Hz so với 60.009Hz) Thời gian phục hồi đến giá trị tần số ổn định lâu hơn (49 giây so với 38 giây)

Trường hợp sa thải phụ tải theo các bước dựa trên sự suy giảm của tần số các bước tần số, thời gian và số lượng của tải sẽ bị sa thải trình bày ở bảng 5.4 Các bước từ A đến F sa thải tải khi có sự suy giảm ở tần số Các bước L, M và N là đặc biệt khi nó chỉ sa thải phụ tải khi một 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 59.4Hz và tiếp tục duy trì trong vùng lân cận cho 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

Bảng 5.4: Sa thải phụ tải theo các bước dựa trên sự thay đổi của tần số.

Các bước

UFLS

Tần số

sa thải tải (Hz)

Thời gian trễ (giây)

Số lượng tải sa thải (phần trăm tổng tải)

Tổng số lượng tải sa thải

Đầu tiên, khi tần số giảm xuống dưới 59.7Hz, hệ thống sa thải với thời gian trễ là 0,28 giây với lượng tải sa thải 9% tổng công suất toàn hệ thống 315MW Công suất sa thải là 28.35MW Đồ thị tần số sau khi sa thải phụ tải trình bày ở hình 5.8 Đồ thị thay đổi điện áp tại thanh góp 5 sau khi áp dụng sa thải phụ tải trình bày

ở hình 5.9

Hình 5.8: Tần số hệ thống sau khi sa thải 9% tổng công suất tải.

Hình 5.9: Điện áp tại thanh góp 5 sau sa thải 9% tổng công suất tải.

Do tần số chưa đạt đến giá trị danh định nên tiếp tục sa thải lần thứ hai, sa thải thêm 7% lượng công suất Công suất sa thải là 22.05MW Đồ thị tần số sau khi

sa thải phụ tải trình bày ở hình 5.10 Đồ thị thay đổi điện áp tại thanh góp 5 sau khi

áp dụng sa thải phụ tải trình bày ở hình 5.11

Hình 5.10: Tần số hệ thống sau khi sa thải 7% công suất tải.

Hình 5.11: Điện áp tại thanh góp 5 sau sa thải 7% tổng công suất tải.

Do tần số chưa đạt đến giá trị danh định nên tiếp tục sa thải lần thứ ba, sa thải thêm 5% lượng công suất Công suất sa thải là 15.75MW Đồ thị tần số sau khi

sa thải phụ tải trình bày ở hình 5.12 Đồ thị thay đổi điện áp tại thanh góp 5 sau khi

áp dụng sa thải phụ tải trình bày ở hình 5.13

Hình 5.12: Tần số hệ thống sau khi sa thải 5% công suất tải.

Hình 5.13: Điện áp tại thanh góp 5 sau sa thải 5% tổng công suất tải.

Do tần số chưa đạt đến giá trị danh định nên tiếp tục sa thải lần thứ tư, sa thải thêm 5% lượng công suất Công suất sa thải là 15.75MW Đồ thị tần số sau khi sa thải phụ tải trình bày ở hình 5.14 Đồ thị thay đổi điện áp tại thanh góp 5 sau khi áp dụng sa thải phụ tải trình bày ở hình 5.15

Hình 5.14: Tần số hệ thống sau khi sa thải 5% công suất tải.

Hình 5.15: Điện áp tại thanh góp 5 sau sa thải 5% tổng công suất tải.

Sau khi qua bốn lần sa thải, tần số hệ thống đạt 60.058Hz, gần với giá trị danh định ban đầu ở thời điểm 92 giây Điện áp tại thanh góp tải 5 cũng đạt gần đến giá trị danh định 0.9955pu

Tổng công suất sa thải sau bốn lần sa thải là:

28.35 22.05 15.75 15.75 79.9

LS

 Bảng tổng hợp kết quả các trường hợp nghiên cứu trình bày ở bảng 5.5

Bảng 5.5: Kết quả so sánh giữa các phương pháp sa thải phụ tải trong trường hợp mất một máy phát.

Tần số phục hồi (Hz)

Thời gian phục hồi tần số (s)

Điện áp sau khi

sa thải (pu)

Công suất

sa thải (MW) Phương pháp sa thải phụ

tải theo tần số, dV/dt và

Phương pháp sa thải phụ

Phương pháp sa thải phụ

tải theo các bước dựa

Kết luận: Chương trình sa thải phụ tải theo tần số và độ nhạy điện áp có giá trị điện áp ở thanh góp tải gần với giá trị danh định hơn, đồng thời gian trị tần số của hệ thống cũng gần giá trị danh định 60Hz (60.005Hz), thời gian phục hồi tần số cũng nhanh hơn, tổng công suất sa thải ít hơn so với phương pháp sa thải truyền thống

5.2 Nghiên cứu sử dụng chương trình sa thải phụ tải theo thuật toán AHP.

Nghiên cứu trường hợp hệ thống 9 bus 3 máy phát có sơ đồ trình bày ở hình 5.1 Dữ liệu tải theo thời gian trong ngày được trình bày ở bảng 5.6 Dữ liệu tải bao gồm các giá trị chi phí tải độc lập tại mỗi thanh góp và được phân chia thành 2 trung tâm tải Trường hợp nghiên cứu trong đề tài là trường hợp mất một máy phát, tổng công suất phát của hệ thống chỉ còn 243MW làm cho tổng công suất nguồn phát bị giới hạn trong một số khoảng thời gian Tổng công suất phát của nguồn và công suất nhu cầu của tải ở các khoảng thời gian được trình bày ở hình 5.16

Bảng 5.6: Dữ liệu tải trong hệ thống 9 bus tại các khoảng thời gian.

Trung

tâm tải Nút tải Chi phí tải Vij

($/

pu.h)

Load t1 0.00-4.00 (MW)

Load t2 4.01-8.00 (MW)

Load t3 8.01-12.00 (MW)

Load t4 12.01-16.00 (MW)

Load t5 16.01-20.00 (MW)

Load t6 20.01-24.00 (MW)

CK1 5 1000 124.50 180.00 330.75 185.00 180.00 145.12 CK1 6 1000 91.50 150.00 158.34 150.25 150.00 140.00 CK2 8 1000 99.00 145.00 162.37 145.15 145.00 110.25

P (MW)

Thời gian (h)

Nhu cầu công suất của tải

Công suất phát cực đại của hệ thống 315

651.74

445

330

Hình 5.16: Tổng công suất phát và nhu cầu tải ở các thời đoạn.

Đầu tiên, thành lập các ma trận phán đoán A-PI và A-LD cho biết tầm quan trọng giữa các trung tâm phụ tải với nhau và tầm quan trọng giữa các tải trong trung tâm tải với nhau Ma trận phán đoán A-PI và A-LD được trình bày ở bảng 5.7 và bảng 5.8

Bảng 5.7: Ma trận phán đoán A-PI.

Với CKi: là trung tâm tải thứ i

Bảng 5.8: Ma trận phán đoán A-LD.

Từ các giá trị của ma trận A-PI và A-LD, tính toán trị riêng lớn nhất và vector riêng Sử dụng phương pháp nhân để tính trị riêng lớn nhất và ma trận vector riêng Thực hiện các bước:

Bước 1: Nhân các giá trị trong cùng một hàng của từng ma trận A-PI và A-LD với

nhau Kết quả các giá trị M i trình bày ở bảng 5.9

Bảng 5.9: Giá trị M i của ma trận A-PI và A-LD.

Bước 2: Lấy căn bậc n của các giá trị M i có được M i * Với n lần lượt là hạng của các

ma trận A-PI và A-LD Kết quả các giá trị M i * trình bày ở bảng 5.10

Bảng 5.10: Giá trị M i * của ma trận A-PI và A-LD.

Bước 3: Tính tổng các giá trị W i * của ma trận A-PI và A-LD.

Tổng các giá trị W i * của ma trận A-PI: L j = 2.3094

Tổng các giá trị W i * của ma trận A-LD: L j = 3.94736

Bước 4: Chuẩn hóa ma trận, tìm được các giá trị W i , W di lần lượt của ma trận A-PI

và A-LD W i = W i * / L j Kết quả các giá trị W i và W di được trình bày ở bảng 5.11 và

bảng 5.12

Bảng 5.11: Giá trị W i của ma trận A-PI

Bảng 5.12: Giá trị W di của ma trận A-LD.

Sau khi có được các giá trị W i và W di, tính toán các giá trị hệ số quan trọng

tổng hợp W ij của mỗi phụ tải Giá trị W ij = W kj W di Trong đó, W kj ở cùng một trung

tâm tải giống nhau và bằng giá trị W i Kết quả giá trị các hệ số quan trọng của tải

trình bày ở bảng 5.13

Bảng 5.13: Giá trị các hệ số quan trọng của tải được tính toán bởi AHP.

Trung

tâm tải

Hệ số quan

trọng W kj

(A-PI)

Nút tải Chi phí tải Vij

($/pu.h)

Hệ số quan

trọng W di

(A-LD)

Hệ số quan trọng tổng hợp

W ij

Sau khi tính toán các giá trị hệ số quan trọng tổng hợp của mỗi đơn vị phụ tải tại mỗi thời đoạn có được từ tính toán AHP, tiến hành sắp xếp các đơn vị phụ tải theo thứ tự ưu tiên giảm dần được trình bày ở bảng 5.14 Phụ tải quan trọng hơn thì

có hệ số W ij lớn hơn.

Bảng 5.14: Sắp xếp các đơn vị phụ tải theo giá trị hệ số quan trọng của phụ tải W ij

giảm dần.

Trung

tâm tải Hệ số quantrọng W kj

(A-PI)

Nút tải Chi phí tải Vij

($/pu) Hệ số quantrọng W di

(A-LD)

Hệ số quan trọng tổng hợp

W ij

Phương pháp AHP được sử dụng để quyết định việc sắp xếp các đơn vị phụ tải theo thứ tự ưu tiên tại các thời đoạn và hệ thống cơ sở tri thức quyết định việc duy trì tải hoặc ngắt tải ra khỏi hệ thống điện Dãy thứ tự ưu tiên trên chưa bao gồm những ràng buộc về công suất khi tăng tải hoặc giảm tải Vì vậy, kết quả cuối cùng của việc duy trì tải hoặc ngắt tải ra có được thông qua việc phối hợp giữa sắp xếp theo AHP và kiểm các điều kiện ràng buộc Do đó, cơ sở tri thức được sử dụng phối hợp với AHP để giải quyết vấn đề này và thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Chọn đơn vị số 1 từ dãy các đơn vị ưu tiên tại thời đoạn t.

Bước 2: Kiểm tra các điều kiện ràng buộc của việc tăng/giảm tải Nếu các

điều kiện ràng buộc được thỏa thì đi đến bước 4

Bước 3: Nếu các điều kiện ràng buộc của việc tăng hoặc giảm của đơn vi

không được thỏa, hủy bỏ đơn vị này ở thời điểm t Lựa chọn đơn vị kế tiếp từ dãy sắp xếp của các đơn vị ưu tiên và đi tới bước 2

Bước 4: Kiểm tra việc cân bằng công suất và đảm bảo lượng công suất cắt là

nhỏ nhất Nếu công suất của hệ thống được cân bằng, đi đến bước 5 Ngược lại, thêm một đơn vị từ dãy sắp xếp của các đơn vị ưu tiên và đi đến bước 2

Bước 5: Kết thúc, tất cả những đơn vị không được lựa chọn cũng như những

đơn vị đó bị hủy bỏ trong việc lựa chọn sẽ không tham gia vào tải ở thời gian t những đơn vị khác sẽ được đưa vào ở thời điểm t

Kết quả tính toán được trình bày ở bảng 5.15 và bảng 5.16

Bảng 5.15: Sơ đồ sa thải phụ tải tại các thời đoạn.

Nút

tải Hệ số quan

trọng tổng hợp

W ij

Thời đoạn t1

Thời đoạn t2

Thời đoạn T3

Thời đoạn T4

Thời đoạn T5

Thời đoạn t6

Bảng 5.16: Công suất tại các nút tải khi áp dụng chương trình sa thải phụ tải theo AHP.

Nút

tải Hệ số quan

trọng tổng hợp

W ij

Load t1 0.00-4.00 (MW)

Load t2 4.01-8.00 (MW)

Load t3 8.01-12.00 (MW)

Load t4 12.01-16.00 (MW)

Load t5 16.01-20.00 (MW)

Load t6 20.01-24.00 (MW)

5 0.46858 124.50 180.00 330.75 185.00 180.00 145.12

Trong bảng 5.15, biến quyết định xij = 1 có nghĩa là tải được duy trì tại thời đoạn t, và xij = 0, có nghĩa là tải được sa thải tại thời đoạn t Cụ thể, tải tại nút 6 được sa thải tại thời đoạn t2,t3,t4,t5,t6; tải tại nút 8 sa thải tại thời đoạn t3 Vì chí phí giữa các tải tương đương nhau, nên chỉ xét đến hệ số quan trọng W ij

Bảng 5.17: Tổng hợp kết quả phương pháp sa thải phụ tải theo AHP

Thời đoạn t1 t2 t3 t4 t5 t6

Công suất phát cực đại

Nhu cầu công suất của

Tổng công suất sa thải

Giá trị hàm mục tiêu

Lợi ích V P ij ij

Kết luận: phương pháp sa thải phụ tải thông thường không đề cập đến tầm quan trọng các phụ tải cũng như mối liên hệ của các vị trí tải với nhau Kết quả chỉ

ra rằng phương pháp sa thải phụ tải theo AHP thì tối ưu hơn Nó không chỉ tối đa lợi ích của tải mà còn quan tâm đến tầm quan trọng và vị trí của tải

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1 Kết luận

Luận văn được trình bao gồm 6 chương với các nội dung như sau:

 Chương 1: Giới thiệu

 Chương 2: Nghiên cứu sa thải phụ tải

 Chương 3: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

 Chương 4: Xây dựng chương trình sa thải phụ tải

 Chương 5: Tính toán thử nghiệm

 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Luận văn này đề xuất chương trình sa thải phụ tải trên cơ sở không chỉ dựa trên tần số và tốc độ thay đổi của tần số mà còn dựa trên độ nhạy điện áp tại các