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

42 Chương TÍNH TỐN THỬ NGHIỆM Hệ thống tính tốn thử nghiệm gồm bus, máy phát điện có tần số 60Hz Trong có bus tải 5, 6, bus máy phát 1,2,3 Nghiên cứu trường hợp hệ thống bị máy phát điện Hệ thống có sơ đồ trình bày hình 5.1 Hình 5.1: Sơ đồ hệ thống bus máy phát 5.1 Nghiên cứu sử dụng chương trình sa thải phụ tải theo tần số độ nhạy điện áp Xem xét cố máy phát bus số Tính tốn mức độ nhiễu loạn, sử dụng phương trình chuyển động rotor dựa giá trị df/dt xác định giảm khoảng 72MW Đồ thị thay đổi điện áp cố trình bày hình 5.2 Khi khơng có sa thải tải, giá trị điện áp nút giảm ổn định giá trị thấp điện áp định mức xác định trước Điện áp góp tải máy phát điện bus trình bày hình 5.2 Khi xảy cố, điện áp bus giảm từ giá trị 0.996pu xuống 0.929pu 43 Hình 5.2: Điện áp bus xảy cố máy phát bus Bên cạnh giá trị điện áp giảm, tần số hệ thống giảm xuống giá trị thấp 59.74Hz, thấp so với giới hạn chuẩn yêu cầu Do cần có biện pháp để khôi phục tần số hệ thống trở giá trị giới hạn cho phép Hình 5.3: Tần số hệ thống trường hợp cố máy phát bus số Bên cạnh tần số, điện áp bị ảnh hưởng có thiếu hụt cơng suất phát 44 Khi áp dụng thuật toán đề suất hệ thống thử nghiệm, hệ thống cần trì hỗn thời gian để xem xét Thời gian lan truyền thời gian trễ hệ thống thực tế mơ q trình thử nghiệm thuật toán Đây thời gian trễ chuyển đổi thời gian kích rơle thử nghiệm hệ thống Vì vậy, điện áp bắt đầu giảm giá trị ngưỡng 0,97pu, rơle bắt đầu hoạt động vòng 0,05 giây Đồng thời, tính tốn cần thiết cho mức độ nhiễu loạn điều khiển cách sử dụng phương trình chuyển động rotor giá trị df/dt nhận từ thiết bị đồng pha Các giá trị dV/dt góp tải tính tốn xếp thứ tự bắt đầu với giá trị âm lớn Tải sa thải theo thứ tự danh sách Thứ tự xếp dV/dt trính bày bảng 5.1 Bảng 5.1: Thứ tự xếp dV/dt góp tải Bus Thứ tự xếp Giá trị dV/dt -0.191667 -0.190000 -0.136667 Ngồi ra, lượng cơng suất tải sa thải từ góp ước tính khoảng thời gian trễ Giá trị cơng suất sa thải góp dựa độ nhạy điện áp Các giá trị dV/dQ tính riêng biệt cho góp tải vận hành chế độ xác lập Các giá trị dV/dQ góp trình bày bảng 5.2 Bảng 5.2: Giá trị dV/dQ góp tải Bus Tổng giá trị dV/dQ Giá trị dV/dQ 0.00789088 0.00354715 0.00494458 0.01638261 Từ giá trị dV/dQ, tổng tất giá trị dV/dQ 0.01638261 Giá trị ứng dụng vào công thức độ nhạy điện áp để tính lượng tải sa 45 thải góp Lượng tải sa thải góp trình bày bảng 5.3 Bảng 5.3: Lượng tải sa thải góp tải hệ thống Bus Tổng công suất tải sa thải Lượng tải bị sa thải (MW) 34.67966 15.58938 21.73095 72 (MW) Tổng phụ tải sa thải 72MW Tải sa thải theo thứ tự xếp dV/dt gia tăng 0,05 giây để đột ngột tải không xảy Bằng cách tăng số lượng bước tải sa thải bước nhỏ tránh việc sa thải nhiều tải Đồ thị thay đổi điện áp góp sau áp dụng chương trình sa thải phụ tải trình bày hình 5.4, đồ thị tần số sau áp dụng chương trình sa thải phụ tải trình bày hình 5.5 Hình 5.4: Điện áp bus sau áp dụng chương trình sa thải phụ tải 46 Hình 5.5: Tần số hệ thống sau áp dụng chương trình sa thải phụ tải Kết nhận được, giá trị biên độ điện áp cho thấy cải thiện Điện áp bus cải thiện gần với giá trị danh định ban đầu từ 0.929pu lên 0.992pu Đồng thời tần số trước thực chương trình sa thải phụ tải đề xuất 59.74Hz, sau áp dụng chương trình sa thải phụ tải, tần số cải thiện đến giá trị ổn định gần 60Hz (60.005Hz) vòng 38 giây Trường hợp sa thải tải không theo thứ tự giá trị xếp dV/dt, tổng lượng sa thải 72MW chiếm khoảng 22.858% so với cơng suất tồn phụ tải 315MW Tải sa tải theo thứ tự: tải có giá trị nhỏ sa thải trước theo thứ tự tăng dần thời gian sa thải gia tăng 0.05 giây để đột ngột tải không xảy Lượng tải sa thải góp 22.858% so với tổng cơng suất góp Đồ thị thay đổi điện áp góp sau áp dụng sa thải phụ tải trình bày hình 5.6, đồ thị tần số hệ thống sau áp dụng chương trình sa thải phụ tải trình bày hình 5.7 47 Hình 5.6: Điện áp bus sau áp dụng chương trình sa thải phụ tải khơng theo thứ tự dV/dt Hình 5.7: Tần số hệ thống sau áp dụng chương trình sa thải phụ tải khơng theo thứ tự dV/dt Kết nhận được, sau áp dụng chương trình sa thải tải khơng theo thứ tự dV/dt, điện áp bus cải thiện đến giá trị ổn định từ 0.929pu lên 0.989pu 48 vòng 25 giây Tần số hệ thống phục hồi đến giá trị ổn định 60.01Hz vòng 49 giây Như trường hợp sa thải phụ tải không theo thứ tự dV/dt, phụ tải có giá trị cơng suất nhỏ sa thải trước có giá trị điện áp sau sa thải phụ tải đạt giá trị thấp (0.989pu so với 0.992pu) Tần số hệ thống phục hồi cao xa danh định ban đầu (60.01Hz so với 60.009Hz) Thời gian phục hồi đến giá trị tần số ổn định lâu (49 giây so với 38 giây) Trường hợp sa thải phụ tải theo bước dựa suy giảm tần số bước tần số, thời gian số lượng tải bị sa thải trình bày bảng 5.4 Các bước từ A đến F sa thải tải có suy giảm tần số Các bước L, M N đặc biệt sa thải phụ tải tần số gia tăng Mục đích việc để tránh trì trệ tần số giá trị thấp so với danh định Vì vậy, tần số tăng lên đến 59.4Hz tiếp tục trì vùng lân cận cho 10 giây, 5% phụ tải cịn lại sa thải để tăng tần số đạt đến giá trị danh định yêu cầu Bảng 5.4: Sa thải phụ tải theo bước dựa thay đổi 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 59.7 59.4 59.1 58.8 58.5 58.2 59.4 59.7 59.1 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 10 12 7 5 16 23 29 34 41 46 51 56 Đầu tiên, tần số giảm xuống 59.7Hz, hệ thống sa thải với thời gian trễ 0,28 giây với lượng tải sa thải 9% tổng cơng suất tồn hệ thống 315MW Công suất sa thải 28.35MW Đồ thị tần số sau sa thải phụ tải trình bày hình 5.8 Đồ thị thay đổi điện áp góp sau áp dụng sa thải phụ tải trình bày hình 5.9 49 Hình 5.8: Tần số hệ thống sau sa thải 9% tổng công suất tải Hình 5.9: Điện áp góp 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 22.05MW Đồ thị tần số sau sa thải phụ tải trình bày hình 5.10 Đồ thị thay đổi điện áp góp sau áp dụng sa thải phụ tải trình bày hình 5.11 50 Hình 5.10: Tần số hệ thống sau sa thải 7% công suất tải Hình 5.11: Điện áp góp 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 15.75MW Đồ thị tần số sau sa thải phụ tải trình bày hình 5.12 Đồ thị thay đổi điện áp góp sau áp dụng sa thải phụ tải trình bày hình 5.13 51 Hình 5.12: Tần số hệ thống sau sa thải 5% công suất tải Hình 5.13: Điện áp góp 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 15.75MW Đồ thị tần số sau sa thải phụ tải trình bày hình 5.14 Đồ thị thay đổi điện áp góp sau áp dụng sa thải phụ tải trình bày hình 5.15 52 Hình 5.14: Tần số hệ thống sau sa thải 5% công suất tải Hình 5.15: Điện áp góp sau sa thải 5% tổng công suất tải Sau qua bốn lần sa thải, tần số hệ thống đạt 60.058Hz, gần với giá trị danh định ban đầu thời điểm 92 giây Điện áp góp tải đạt gần đến giá trị danh định 0.9955pu Tổng công suất sa thải sau bốn lần sa thải là: ∑P LS = 28.35 + 22.05 + 15.75 + 15.75 = 79.9 MW Bảng tổng hợp kết trường hợp nghiên cứu trình bày bảng 5.5 53 Bảng 5.5: Kết so sánh phương pháp sa thải phụ tải trường hợp máy phát Phương pháp sa thải phụ tải theo tần số, dV/dt độ nhạy điện áp Phương pháp sa thải phụ tải theo tần số Phương pháp sa thải phụ tải theo bước dựa thay đổi tần số Tần số phục hồi (Hz) Thời gian phục hồi tần số (s) Điện áp sau sa thải (pu) Công suất sa thải (MW) 60.005 38 0.996 72 60.01 49 0.989 72 60.058 92 0.995 79.9 Kết luận: Chương trình sa thải phụ tải theo tần số độ nhạy điện áp có giá trị điện áp góp tải gần với giá trị danh định hơn, đồng thời gian trị tần số hệ thống gần giá trị danh định 60Hz (60.005Hz), thời gian phục hồi tần số nhanh hơn, tổng cơng suất sa thải 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 bus máy phát có sơ đồ trình bày hình 5.1 Dữ liệu tải theo thời gian ngày trình bày bảng 5.6 Dữ liệu tải bao gồm giá trị chi phí tải độc lập góp phân chia thành trung tâm tải Trường hợp nghiên cứu đề tài trường hợp máy phát, tổng công suất phát hệ thống cịn 243MW làm cho tổng cơng suất nguồn phát bị giới hạn số khoảng thời gian Tổng công suất phát nguồn công suất nhu cầu tải khoảng thời gian trình bày hình 5.16 Bảng 5.6: Dữ liệu tải hệ thống bus khoảng thời gian Trung Nút tâm tải tải CK1 CK1 CK2 Chi phí tải Vij ($/pu.h) 1000 1000 1000 Load t1 0.004.00 (MW) Load t2 4.018.00 (MW) 124.50 180.00 91.50 150.00 99.00 145.00 Load t3 8.0112.00 (MW) 330.75 158.34 162.37 Load Load t4 t5 12.01- 16.0116.00 20.00 (MW) (MW) 185.00 180.00 150.25 150.00 145.15 145.00 Load t6 20.0124.00 (MW) 145.12 140.00 110.25 54 Hình 5.16: Tổng cơng suất phát nhu cầu tải thời đoạn Đầu tiên, thành lập ma trận phán đoán A-PI A-LD cho biết tầm quan trọng trung tâm phụ tải với tầm quan trọng tải trung tâm tải với Ma trận phán đoán A-PI A-LD trình bày bảng 5.7 bảng 5.8 Bảng 5.7: Ma trận phán đoán A-PI PI CK1 CK2 CK1 1/3 CK2 Với CKi: trung tâm tải thứ i Bảng 5.8: Ma trận phán đoán A-LD LD 1/3 1/5 1/7 Từ giá trị ma trận A-PI A-LD, tính toán trị riêng lớn vector riêng Sử dụng phương pháp nhân để tính trị riêng lớn ma trận vector riêng Thực bước: Bước 1: Nhân giá trị hàng ma trận A-PI A-LD với Kết giá trị Mi trình bày bảng 5.9 55 Bảng 5.9: Giá trị Mi ma trận A-PI A-LD A-PI M1 M2 A-LD 0.33333 M1 M2 M3 15 0.04762 1.4 Bước 2: Lấy bậc n giá trị Mi có Mi* Với n hạng ma trận A-PI A-LD Kết giá trị Mi* trình bày bảng 5.10 Bảng 5.10: Giá trị Mi* ma trận A-PI A-LD A-PI * W1 W2* A-LD 1.73205 0.57735 * W1 W2* W3* 2.46621 0.36246 1.11869 Bước 3: Tính tổng giá trị Wi*của ma trận A-PI A-LD Tổng giá trị Wi*của ma trận A-PI: Lj = 2.3094 Tổng giá trị Wi*của ma trận A-LD: Lj = 3.94736 Bước 4: Chuẩn hóa ma trận, tìm giá trị Wi, Wdi ma trận A-PI A-LD Wi = Wi*/ Lj Kết giá trị Wi Wdi trình bày bảng 5.11 bảng 5.12 Bảng 5.11: Giá trị Wi ma trận A-PI W1 W2 0.75 0.25 Bảng 5.12: Giá trị Wdi ma trận A-LD W1 W2 W3 0.62477 0.09182 0.28340 Sau có giá trị Wi Wdi, tính tốn giá trị hệ số quan trọng tổng hợp Wij phụ tải Giá trị Wij = Wkj Wdi Trong đó, Wkj trung 56 tâm tải giống giá trị Wi Kết giá trị hệ số quan trọng tải trình bày bảng 5.13 Bảng 5.13: Giá trị hệ số quan trọng tải tính tốn AHP Trung tâm tải Hệ số quan trọng Wkj (A-PI) Nút tải Chi phí tải Vij ($/pu.h) Hệ số quan trọng Wdi (A-LD) Hệ số quan trọng tổng hợp Wij CK1 CK1 CK2 0.75 0.75 0.25 1000 1000 1000 0.62477 0.09182 0.28340 0.46858 0.06887 0.07085 Sau tính tốn giá trị hệ số quan trọng tổng hợp đơn vị phụ tải thời đoạn có từ tính tốn AHP, tiến hành xếp đơn vị phụ tải theo thứ tự ưu tiên giảm dần trình bày bảng 5.14 Phụ tải quan trọng có hệ số Wij lớn Bảng 5.14: Sắp xếp đơn vị phụ tải theo giá trị hệ số quan trọng phụ tải W ij giảm dần Trung tâm tải Hệ số quan trọng Wkj (A-PI) Nút tải Chi phí tải Vij ($/pu) Hệ số quan trọng Wdi (A-LD) Hệ số quan trọng tổng hợp Wij CK1 CK2 CK1 0.75 0.25 0.75 1000 1000 1000 0.62477 0.28340 0.09182 0.46858 0.07085 0.06887 Phương pháp AHP sử dụng để định việc xếp đơn vị phụ tải theo thứ tự ưu tiên thời đoạn hệ thống sở tri thức định việc trì tải ngắt tải khỏi hệ thống điện Dãy thứ tự ưu tiên chưa bao gồm ràng buộc cơng suất tăng tải giảm tải Vì vậy, kết cuối việc trì tải ngắt tải có thơng qua việc phối hợp xếp theo AHP kiểm điều kiện ràng buộc Do đó, sở tri thức sử dụng phối hợp với AHP để giải vấn đề thực theo bước sau: Bước 1: Chọn đơn vị số từ dãy đơn vị ưu tiên thời đoạn t Bước 2: Kiểm tra điều kiện ràng buộc việc tăng/giảm tải Nếu điều kiện ràng buộc thỏa đến bước 57 Bước 3: Nếu điều kiện ràng buộc việc tăng giảm đơn vi không thỏa, hủy bỏ đơn vị thời điểm t Lựa chọn đơn vị từ dãy xếp đơn vị ưu tiên tới bước Bước 4: Kiểm tra việc cân công suất đảm bảo lượng công suất cắt nhỏ Nếu công suất hệ thống cân bằng, đến bước Ngược lại, thêm đơn vị từ dãy xếp đơn vị ưu tiên đến bước Bước 5: Kết thúc, tất đơn vị không lựa chọn đơn vị bị hủy bỏ việc lựa chọn không tham gia vào tải thời gian t đơn vị khác đưa vào thời điểm t Kết tính tốn trình bày bảng 5.15 bảng 5.16 Bảng 5.15: Sơ đồ sa thải phụ tải thời đoạn Nút tải Hệ số quan trọng tổng hợp Wij 0.46858 0.07085 0.06887 Thời đoạn t1 1 Thời đoạn t2 1 Thời đoạn T3 0 Thời đoạn T4 1 Thời đoạn T5 1 Thời đoạn t6 1 Bảng 5.16: Công suất nút tải áp dụng chương trình sa thải phụ tải theo AHP Nút tải Hệ số quan trọng tổng hợp Wij Load t1 0.004.00 (MW) 0.46858 0.07085 0.06887 124.50 91.50 99.00 Load t2 4.018.00 (MW) 180.00 150.00 Load t3 8.0112.00 (MW) 330.75 0 Load t4 12.0116.00 (MW) 185.00 150.25 Load t5 16.0120.00 (MW) 180.00 150.00 Load t6 20.0124.00 (MW) 145.12 140.00 Trong bảng 5.15, biến định xij = có nghĩa tải trì thời đoạn t, xij = 0, có nghĩa tải sa thải thời đoạn t Cụ thể, tải nút sa thải thời đoạn t2,t3,t4,t5,t6; tải nút sa thải thời đoạn t3 Vì chí phí tải tương đương nhau, nên xét đến hệ số quan trọng Wij Bảng 5.17: Tổng hợp kết phương pháp sa thải phụ tải theo AHP 58 Thời đoạn Công suất phát cực đại hệ thống (MW) Nhu cầu công suất hệ thống (MW) Tổng công suất sa thải (MW) Giá trị hàm mục tiêu Hi Lợi ích ∑ Vij Pij (x103)$ t1 t2 t3 t4 t5 t6 330 330 330 330 330 330 315.00 475.00 651.46 480.65 475.00 395.37 150.00 320.71 150.25 150.00 140.00 608.3 539.43 468.58 539.43 539.43 539.43 315000 475000 615460 480650 475000 395370 Kết luận: phương pháp sa thải phụ tải thông thường không đề cập đến tầm quan trọng phụ tải mối liên hệ vị trí tải với Kết phương pháp sa thải phụ tải theo AHP tối ưu Nó khơng tối đa lợi ích tải mà cịn quan tâm đến tầm quan trọng vị trí tải Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Luận văn trình bao gồm chương với nội dung sau: • Chương 1: Giới thiệu • Chương 2: Nghiên cứu sa thải phụ tải • Chương 3: Nghiên cứu sở lý thuyết • Chương 4: Xây dựng chương trình sa thải phụ tải • Chương 5: Tính tốn thử nghiệm • Chương 6: Kết luận hướng phát triển Luận văn đề xuất chương trình sa thải phụ tải sở không dựa tần số tốc độ thay đổi tần số mà dựa độ nhạy điện áp 59 góp hệ thống điện Nó chứng minh thành cơng việc cải thiện biên độ điện áp số góp khơi phục lại tần số giới hạn xác định trước so với phương pháp sa thải phụ tải truyền thống Chương trình sa thải phụ tải đề xuất sử dụng thuật tốn AHP cịn xem xét tốn sa thải phụ tải có tính đến tầm quan trọng loại phụ tải, chi phí tải, vị trí tải, thay đổi tải theo ngày điều kiện ràng buộc Chương trình đề xuất đơn giản khơng liên quan đến tính tốn phức tạp 6.2 Hướng phát triển Tải nghiên cứu mơ hình tải tĩnh, thực tế tải động biến đổi Vấn đề sa thải phụ tải mang tính tối ưu cục Hướng nghiên cứu phát triển thời gian tới xem xét toán sa thải phụ tải tải động, vấn đề sa thải tối ưu tối ưu toàn cục trường hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Nguyẽn Hoàng Việt, Bảo Vệ Rơle Tự Động Hóa Trong Hệ Thống Điện, Nhà xuất ĐHQG Tp.HCM, 2005 [2] PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt, TS Phan Thị Thanh Bình, Ngắn Mạch Và Ổn Định Trong Hệ Thống Điện, Nhà xuất ĐHQG Tp.HCM, 2005 [3] PGS.TS Trịnh Hùng Thám, Vận Hành Nhà Máy Điện, Nhà xuất Khoa Học Và Kỹ Thuật, 2007 [4] Trần Quang Khánh, Vận Hành Hệ Thống Điện, Nhà xuất Khoa Học Và Kỹ Thuật, 2009 [5] Florida Reliability Coordinating Council, (2001) FRCC standards handbook [6] Hamish H Wong, Joaquin Flores, Ying Fang, Rogelio P Baldevia,Jr, (2000) Guam Power Authority Under Frequency Load Shedding Study [7] ERCOT, Underfrequency Load Shedding 2006 Assessment and Review 60 [8] Emmanuel J Thalassinakis, Evangelos N Dialynas, Demosthenes Agoris, (2006) Method Combining ANNs and Monje 'carlo Simulation for the Selection of the Load Shedding Protection Strategies in Autonomous Power Systems, IEEE Transactions on Power Systems, Vol 21, No.4 [9] Ying Lu, Wen-Shiow Kao, Associate Member, IEEE, Yung-Tien Chen, (2005) Study of Applying Load Shedding Scheme With Dynamic D-Factor Values of Various Dynamic Load Models to Taiwan Power System, IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, VOL 20, NO.4 [10] Leehter Yao, Senior Member, IEEE, Wen-Chi Chang, and Rong-Liang Yen, (2005) An Iterative Deepening Genetic Algorithm for Scheduling of Direct Load Control, IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, VOL 20, NO.3  ... hợp máy phát Phương pháp sa thải phụ tải theo tần số, dV/dt độ nhạy điện áp Phương pháp sa thải phụ tải theo tần số Phương pháp sa thải phụ tải theo bước dựa thay đổi tần số Tần số phục hồi (Hz)... dụng vào công thức độ nhạy điện áp để tính lượng tải sa 45 thải góp Lượng tải sa thải góp trình bày bảng 5.3 Bảng 5.3: Lượng tải sa thải góp tải hệ thống Bus Tổng công suất tải sa thải Lượng tải. .. tục sa thải lần thứ hai, sa thải thêm 7% lượng công suất Công suất sa thải 22.05MW Đồ thị tần số sau sa thải phụ tải trình bày hình 5.10 Đồ thị thay đổi điện áp góp sau áp dụng sa thải phụ tải