Cải tiến sa thải phụ tải trong microgrid vận hành ở chế độ tách lưới

Cải tiến sa thải phụ tải trong microgrid vận hành ở chế độ tách lưới Cải tiến sa thải phụ tải trong microgrid vận hành ở chế độ tách lưới Cải tiến sa thải phụ tải trong microgrid vận hành ở chế độ tách lưới Cải tiến sa thải phụ tải trong microgrid vận hành ở chế độ tách lưới Cải tiến sa thải phụ tải trong microgrid vận hành ở chế độ tách lưới Cải tiến sa thải phụ tải trong microgrid vận hành ở chế độ tách lưới

LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH TÓM TẮT Trong luận văn này, tác giả đề xuất phương pháp sa thải phụ tải hệ thống Microgrid vận hành chế độ tách lưới Phương pháp đề xuất tính tốn lượng cơng suất sa thải phụ tải tối có xét đến nguồn lượng tái tạo khả điều khiển sơ cấp thứ cấp Microgrid nhằm đưa tần số phạm vi cho phép giảm lượng tải cần phải sa thải Luận văn nghiên cứu phương pháp xác định hệ số tầm quan trọng phụ tải dựa vào thuật toán AHP hệ thống Microgrid; phương pháp xác định khoảng cách điện áp từ điểm kết nối chung (PCC) với lưới điện đến phụ tải; phương pháp xác định số độ nhạy điện áp phụ tải Việc phân bố lượng công suất sa thải tối thiểu đến bus tải dựa phối hợp đa phương pháp đáp ứng kinh tế kỹ thuật thơng qua việc kết hợp tiêu chí hệ số tầm quan trọng, tiêu chí khoảng cách điện áp tiêu chí số độ nhạy điện áp Trong đó, tiêu chí khoảng cách điện áp tiêu chỉ số độ nhạy điện áp đáp ứng phương diện kỹ thuật, tiêu chí hệ số tầm quan trọng phụ tải đáp ứng phương diện kinh tế Hiệu phương pháp đề xuất minh chứng thông qua mô sơ đồ hệ thống Microgrid với trợ giúp phần mềm PowerWorld Simulation Hệ thống Microgrid điển hình chọn làm sơ đồ để mơ kiểm nghiệm hiệu phương pháp đề xuất có 16 bus bao gồm nguồn phát máy phát Diesel, lượng mặt trời, máy phát điện gió, lưu trữ lượng kết nối với lưới điện Trường hợp nghiên cứu phương pháp sa thải đề xuất hệ thống Microgrid bị kết nối với lưới điện phải vận hành chế độ tách lưới Kết nghiên cứu sử dụng làm tài liệu tham khảo cho nhân viên vận hành hệ thống Microgrid, học viên cao học ngành Kỹ thuật điện quan tâm đến vấn đề sa thải phụ tải hệ thống Microgrid xảy cố kết nối với lưới điện iii LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH ABSTRACT In this thesis, the author propose a method of load shedding in Microgrid system operating in island mode The proposed method calculate the minimum load shedding power taking into account renewable energy sources, primary and secondary control capabilities in Microgrid to bring the frequency to the permissible range and reduce the amount of load power need to be shed The thesis studies the method of determining load importance factor based on AHP algorithm in Microgrid system; method of determining the voltage electrical distance from the Point of Common Coupling (PCC) with the main grid to the loads; method of determining voltage sensitivity index at loads The distribution of minimum amount of load shedding power to the load buses is based on a multi-method combination that meets economic and technical through a combination of importance factor criteria, voltage electrical distance criteria and voltage sensitivity index criteria In particular, the criteria of voltage electrical distance and criteria of voltage sensitivity index to guaranteed about technical aspect, criteria of load importance factor to guarantee about economic aspect The effectiveness of the proposed method is demonstrated through Microgrid system networks simulation with the help of PowerWorld Simulation software The Microgrid system was chosen as the networks simulate the effectiveness testing of the proposed method with 16 buses, includes the generators of diesel generators, solar energy, wind generators, energy storage and connect to the main grid The case study of the proposed load shedding method is that the Microgrid system is disconnected from the main grid operate in island mode The results of this study can be used as a reference for the operators of the Microgrid system, for graduate students in Electrical Engineering when considering the issue of the load shedding in the Microgrid system when there was a disconnection with the main grid iv LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………………… ….i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC v DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT .vii DANH SÁCH CÁC HÌNH viii DANH SÁCH CÁC BẢNG ix Chương 1: TỔNG QUAN 11 1.1 Tổng quan hướng nghiên cứu 11 1.1.1 Đặt vấn đề 11 1.1.2 Đặc điểm chế độ vận hành Microgrid 13 1.1.3 Các thành phần Microgrid 14 1.1.4 Các cấu trúc Microgrid [8] 18 1.1.5 Các phương pháp sa thải Microgrid [9] 21 1.2 Các nghiên cứu phương pháp sa thải Microgrid .22 1.2.1 Các nghiên cứu nước 22 1.2.2 Các nghiên cứu nước 23 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 24 1.4 Ý nghĩa khoa học đề tài 24 1.5 Ý nghĩa thực tiễn đề tài 25 1.6 Mục đích nghiên cứu .25 1.7 Đối tượng nghiên cứu 25 1.8 Nhiệm vụ phạm vi nghiên cứu 26 1.9 Phương pháp nghiên cứu .26 1.10 Nội dung luận văn 26 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 27 v LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH 2.1 Ổn định tần số hệ thống điện 27 2.1.1 Sa thải phụ tải .28 2.2 Thuật toán AHP .30 2.3 Khoảng cách điện áp [28] .34 2.4 Chỉ số độ nhạy điện áp (VSI ) 35 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI ĐỀ XUẤT 36 3.1 Xây dựng cơng thức tính tốn lượng cơng suất sa thải tối thiểu 36 3.1.1 Đáp ứng nguồn phát thay đổi tần số 36 3.1.2 Đáp ứng phụ tải thay đổi tần số 37 3.1.3 Xác định lượng công suất sa thải tối thiểu hệ thống Microgrid có xét đến yếu tố điều khiển sơ cấp thứ cấp máy phát điện 37 3.2 Xây dựng phương pháp sa thải phụ tải đề xuất .41 Chương 4: TÍNH TỐN, THỰC NGHIỆM TRÊN SƠ ĐỒ HỆ THỐNG MICROGRID ĐIỂN HÌNH 43 4.1 Tính tốn kiểm tra thử nghiệm sơ đồ hệ thống Microgrid điển hình .43 4.2 Tính tốn giá trị tiêu chí .47 4.2.1 Tiêu chí hệ số tầm quan trọng phụ tải 47 4.2.2 Tiêu chí khoảng cách điện áp 51 4.2.3 Tiêu chí số độ nhạy điện áp 52 4.2.4 Xác định trọng số tổng hợp tiêu chí .54 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN 60 5.1 Kết luận 61 5.2 Hướng nghiên cứu phát triển 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC 66 vi LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT AHP Analytic Hierarchy Process CI Consistency Index DG Distribution Generator ESS Energy Storage Systems FC Fuel Cell LF Load Importance Factor LIF Load importance Factor PCC Point of Common Coupling PI Performance Index PV Photovoltaic RI Consistency Ratio UFLS Under Frequency Load Shedding UVLS Under Voltage Load Shedding VED Voltage Electrical Distance VSI Voltage Sensitivity Index vii LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Tổng quan Microgrid 14 Hình 1.2: Phân loại hệ thống lưu trữ lượng (ESS) theo hình thành lượng vật liệu thành phần chúng 16 Hình 1.3: Cấu trúc Microgird kết nối với lưới điện thơng qua cơng tắc chuyển mạch tĩnh điểm PCC [6] .17 Hình 1.4: Cấu trúc AC microgrid .19 Hình 1.5: Cấu trúc DC microgrid .20 Hình 1.6: Cấu trúc lai AC-DC microgrid 21 Hình 2.1: Điều khiển tần số hệ thống điện [21] 28 Hình 2.2: Các phương pháp sa thải phụ tải [21] 29 Hình 3.1: Đặc tính điều chỉnh cơng suất theo tần số 36 Hình 3.2: Quá trình điều chỉnh sơ cấp .38 Hình 3.3: Quá trình điều chỉnh thứ cấp 40 Hình 3.4: Lưu đồ phương pháp sa thải phụ tải xét đến phối hợp đa phương pháp 42 Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống Microgrid 43 Hình 4.2: Tần số hệ thống Microgrid nguồn từ lưới điện 45 Hình 4.3: Tần số hệ thống sau thực điều khiển sơ cấp thứ cấp 46 Hình 4.4: Tần số hệ thống thực sa thải lượng công suất sa thải tối thiểu 47 Hình 4.5: Phân chia khu vực tải sơ đồ Microgrid 48 Hình 4.6: Mơ hình phân cấp khu vực tải phụ tải 48 Hình 4.7: Điện áp số độ nhạy điện áp bus tải 53 Hình 4.8: Dạng sóng đồ tần số sa thải theo phương pháp đề xuất 59 Hình 4.9: Điện áp bus sa thải theo phương pháp đề xuất phương pháp sa thải phân bố 60 viii LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Sơ đồ sa thải phụ tải tần số hội đồng điều độ Florida [20] .30 Bảng 2.2: Chỉ số quán tạo ngẫu nhiên cho kích thước khác ma trận .32 Bảng 4.1: Thông số máy phát 44 Bảng 4.2 Công suất bus tải 44 Bảng 4.3: Các khu vực tải phụ tải sơ đồ Microgrid .47 Bảng 4.4: Ma trận phán đoán khu vực tải 49 Bảng 4.5: Ma trận phán khu vực tải 49 Bảng 4.6: Ma trận phán đoán khu vực tải .49 Bảng 4.7: Ma trận phán đoán khu vực tải .49 Bảng 4.8: Giá trị Mi ma trận phán đoán khu vực tải 49 Bảng 4.9: Giá trị Mi ma trận phán đoán khu vực tải .49 Bảng 4.10: Giá trị Mi ma trận phán đoán khu vực tải 50 Bảng 4.11: Giá trị Mi ma trận phán đoán khu vực tải 50 Bảng 4.12: Các giá trị Wkj ma trận phán đoán khu vực tải 50 Bảng 4.13: Các giá trị Wdi phụ tải khu vực tải 50 Bảng 4.14: Các giá trị Wdi phụ tải khu vực tải 50 Bảng 4.15: Các giá trị Wdi phụ tải khu vực tải 50 Bảng 4.16: Tỉ lệ quán ngẫu nhiên ma trận phán đoán 51 Bảng 4.17: Hệ số tầm quan trọng phụ tải 51 Bảng 4.18 Khoảng cách điện áp từ bus bị cố đến bus tải 51 Bảng 4.19 Trọng số bus tải theo tiêu chí khoảng điện áp .52 Bảng 4.20: Giá trị điện áp số độ nhạy điện áp bus tải 52 Bảng 4.21 Trọng số bus tải theo tiêu chí số độ nhạy điện áp 53 Bảng 4.22: Ma trận phán đốn tầm quan trọng tiêu chí 54 Bảng 4.23: Ma trận phán đoán tầm quan trọng tiêu chí 55 ix LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH Bảng 4.24: Trọng số tổng hợp phân hạng sa thải bus tải 57 Bảng 4.25: Lượng công suất sa thải bus theo phương pháp đề xuất 58 x LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hướng nghiên cứu 1.1.1 Đặt vấn đề Một mối quan tâm hàng đầu quốc gia vấn đề an ninh, an toàn lượng điện Trong vài thập kỷ tới, ngoại trừ nước có tiềm lực lượng nhiều nước bắt đầu đối mặt với thiếu hụt cung cấp lượng Hậu từ an ninh hệ thống điện lớn, gây thiệt hại kinh tế xã hội sâu sắc Bên cạnh đó, trữ lượng nguồn nhiên liệu truyền thống dầu, khí đốt, than… ngày cạn kiệt Hơn nữa, trình khai thác sản xuất lượng điện từ nguồn nguyên liệu nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nóng lên tồn cầu Vì thế, nhu cầu lượng tăng lên cần nghĩ đến giải pháp cung cấp lượng hơn, không phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch bị cạn kiệt hay việc chặn dịng sơng làm thay đổi môi trường sinh thái để lấy lượng điện từ thủy điện Khi đề cập đến vấn đề vướng mắc phương án giải xem cần thiết tối ưu việc sử dụng Microgrid Microgrid hay lưới điện nhỏ hệ thống lượng tích hợp bao gồm nguồn lượng phân tán, số phụ tải hệ thống đo đếm, hệ thống hoạt động lưới điện độc lập hay tách khỏi lưới điện phân phối hành[1] Việc sử dụng nguồn lượng tái tạo để đáp ứng nhu cầu lượng điện ý giải pháp cho vấn đề thiếu hụt lượng điện, đặc biệt khu vực khó tiếp cận với lưới điện có Một loạt phát triển liên quan đến việc sử dụng lượng tái tạo tiếp tục diễn Bắt đầu từ việc tối ưu hóa việc sử dụng nguồn lượng, phát triển hệ thống chuyển đổi lượng cấu trúc hệ thống điện Áp dụng lượng tái tạo hệ thống phát điện thực nhiều cấu hình khác Bắt đầu từ hệ thống đơn giản sử dụng quang điện hệ thống nhà lượng mặt trời đến ứng dụng lượng tái tạo hệ thống Microgrid Việc thực hệ thống Microgrid cung cấp nhiều lợi ích từ hộ tiêu thụ đơn vị cấp điện Ứng dụng Microgrid người dùng kết nối với lưới, cải thiện vấn đề sử dụng lượng hộ tiêu thụ, giảm lượng khí thải giảm chi phí mà người dùng phải chịu Từ việc cung cấp tiện ích việc thực hệ thống phát phân tán,lưới điện Microgrid làm giảm dòng điện đường truyền phân phối, để giảm tổn thất giảm chi phí cho nguồn điện bổ sung [1] 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH Microgrid hệ thống lượng sinh thái thân thiện, nguồn lượng tái tạo sử dụng nguồn lượng Microgrid vận hành hai chế độ chế độ kết nối lưới chế độ tách lưới Sa thải phụ tải Microgrid không giống sa thải phụ tải hệ thống điện truyền thống Nếu sa thải phụ tải hệ thống điện truyền thống thường xảy nguyên nhân dẫn đến sa thải phụ tải hệ thống điện cố máy phát hay đường dây làm cân công suất phát phụ tải Lúc phản ứng máy phát nguồn dự phòng huy động để bù đắp lại lượng công suất bị mất, cố lớn thường xảy Đối với hệ thống Microgrid vận hành chế độ tách lưới vấn đề sa thải phụ diễn thường xuyên, hàng ngày, hàng có thay đổi thời tiết, trời nắng, khó, mưa bão, nguồn pin dự phịng khơng đủ, … hay nghiêm trọng trường hợp nhận công suất từ lưới điện mà bị kết nối lưới Các tình dẫn đến chênh lệch công suất phát phụ tải gây nên suy giảm tần số nguy ổn định hệ thống điện Vì vậy, việc nghiên cứu sa thải phụ tải Microgrid quan trọng để Microgrid vận hành ổn định chế độ kết nối hay tách khỏi nguồn lưới điện Trong hệ thống điện nói chung microgrid nói riêng hai thông số quan trọng để đánh giá độ ổn định chất lượng hệ thống điện áp tần số Khi có cân cơng suất tác dụng phát phụ tải tần số hệ thống bị sụt giảm so với giá trị cho phép Để khôi phục tần số phạm vi cho phép sa thải phụ tải cần áp dụng Có nhiều phương pháp để tính tốn lượng cơng suất sa thải phụ tải Microgrid phương pháp hoán vị tốc độ thay đổi relay sa thải phụ tải tần số [2], hay chiến lược sa thải thích nghi [3] Tuy nhiên phương pháp chưa tối ưu mặt công suất lượng cơng suất sa thải tính tốn cịn lớn Trong luận văn này, tác giả đề xuất phương pháp sa thải phụ tải hệ thống Microgrid, phương pháp đề xuất tính tốn lượng cơng suất sa thải phụ tải tối thiểu dựa vào khả điều chỉnh tần số sơ cấp thứ cấp máy phát điện nhằm đưa tần số phạm vi cho phép giảm lượng tải cần phải sa thải Luận văn nghiên cứu phương pháp xác định hệ số tầm quan trọng phụ tải dựa vào thuật toán AHP hệ thống Microgrid; phương pháp xác định khoảng cách điện áp từ bus kết nối lưới đến phụ tải; phương pháp xác định số độ nhạy điện áp phụ tải Việc phân bố lượng công suất sa thải tối thiểu đến bus tải dựa phối hợp đa phương pháp đáp ứng đảm bảo kinh tế kỹ thuật thông qua việc kết hợp tiêu chí hệ số tầm quan trọng, tiêu chí khoảng cách điện áp tiêu chí số độ nhạy điện áp Trong đó, tiêu chí khoảng cách điện áp tiêu chỉ số 12 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH [23] Delfino, B., Massucco, S., Morini, A., Scalera, P., & Silvestro, F (2001, July) Implementation and comparison of different under frequency load-shedding schemes In 2001 Power Engineering Society Summer Meeting Conference Proceedings (Cat No 01CH37262) (Vol 1, pp 307-312) [24] Alhelou, H H., & Golshan, M E H (2016, May) Hierarchical plug-in EV control based on primary frequency response in interconnected smart grid In Electrical Engineering (ICEE), 2016 24th Iranian Conference on (pp 561-566) [25] Tang, J., Liu, J., Ponci, F., & Monti, A (2013) Adaptive load shedding based on combined frequency and voltage stability assessment using synchrophasor measurements IEEE Transactions on Power Systems, 28(2), 2035–2047 [26] Florida Reliability Coordinating Council, “FRCC Regional Underfrequency Load Shedding (UFLS) Implementation Schedule, FRCC handbook,” Jun, 2011 [27] Jizhong_Zhu_Optimization_of_Power_System_Operation 2015 [28] L Patrick, The different electrical distance, 1990 [29] Qian Kejun, Zhou Chengke, allan Malcolm, Y uan Yue “Effect of load models onassessment of energy losses in distribution generation planning,” Electr Power Res, 2:1243–50, 2011 [30] Gopiya Naik S., D K Khatod and M P Sharma “Optimal Allocation of Distributed Generation in Distribution System for Loss Reduction,” IPCSIT vol 28, 2012 [31] Allen J Wood, Bruce F Wollenberg, Gerald B Sheblé, “Power Generation, Operation and Control”, Third Edition, John Wiley & Sons, Inc., pp 473 – 481, 2014 [32] “Quy trình điều độ hệ thống điện quốc gia”, 40_2014_TT-BCT [33] Wenbo Shi, Xiaorong Xie, Chi-Cheng Chu, and Rajit Gadh “A Distributed Optimal Energy Management Strategy for Microgrids” 2014 IEEE International Conference on Smart Grid Communications 64 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI Nghia T Le, Anh Huy Quyen, Binh T T Phan, An T Nguyen, and Hau H Pham, “Minimizing Load Shedding in Electricity Networks using the Primary, Secondary Control and the Phase Electrical Distance between Generator and Loads,” International Journal of Advanced Computer Science and Applications (IJACSA), Vol 10, No 2, pp.293-300, 2019 (ESCIE) Le Trong Nghia, Quyen Huy Anh, Phan Thi Thanh Binh, N Thai An, P H Hau, “A voltage electrical distance application for power system load shedding considering the primary and secondary generator controls,” International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), Vol 9, No 5, pp 3000-3009, October 2019 (Scopus Q2) Le Trong Nghia, Quyen Huy Anh, Phung Trieu Tan, N Thai An, “A hybrid artificial neural network - genetic algorithm for load shedding”, International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE) Vol 10, No 3, pp 2250-2258, June 2020 (Scopus Q2) Nghia T Le, Anh Huy Quyen, Au N Nguyen, Binh T T Phan, An T Nguyen, Tan T Phung, “Application of Dual Artificial Neural Networks for Emergency Load Shedding Control”, International Journal of Advanced Computer Science and Applications (IJACSA), Vol 11, No 4, 2020 (ESCIE) 65 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH PHỤ LỤC 66 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH CẢI TIẾN SA THẢI PHỤ TẢI TRONG MICROGRID VẬN HÀNH Ở CHẾ ĐỘ TÁCH LƯỚI IMPROVING LOAD SHEDDING IN MICROGRID OPERATING IN ISLAND MODEMANUSCRIPT Nguyen Thai An1, Quyen Huy Anh1, Le Trong Nghia1 Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TĨM TẮT Một tóm lược phải thể thông tin quan trọng sau: Trong luận văn này, tác giả đề xuất phương pháp sa thải phụ tải hệ thống Microgrid vận hành chế độ tách lưới Phương pháp đề xuất tính tốn lượng cơng suất sa thải phụ tải tối có xét đến nguồn lượng tái tạo khả điều khiển sơ cấp thứ cấp Microgrid nhằm đưa tần số phạm vi cho phép giảm lượng tải cần phải sa thải Luận văn nghiên cứu phương pháp xác định hệ số tầm quan trọng phụ tải dựa vào thuật toán AHP hệ thống Microgrid; phương pháp xác định khoảng cách điện áp từ điểm kết nối chung (PCC) với lưới điện đến phụ tải; phương pháp xác định số độ nhạy điện áp phụ tải Việc phân bố lượng công suất sa thải tối thiểu đến bus tải dựa phối hợp đa phương pháp đáp ứng kinh tế kỹ thuật thông qua việc kết hợp tiêu chí hệ số tầm quan trọng, tiêu chí khoảng cách điện áp tiêu chí số độ nhạy điện áp Trong đó, tiêu chí khoảng cách điện áp tiêu chỉ số độ nhạy điện áp đáp ứng phương diện kỹ thuật, tiêu chí hệ số tầm quan trọng phụ tải đáp ứng phương diện kinh tế Hiệu phương pháp đề xuất minh chứng thông qua mô sơ đồ hệ thống Microgrid với trợ giúp phần mềm PowerWorld Simulation Hệ thống Microgrid điển hình chọn làm sơ đồ để mô kiểm nghiệm hiệu phương pháp đề xuất có 16 bus bao gồm nguồn phát máy phát Diesel, lượng mặt trời, máy phát điện gió, lưu trữ lượng kết nối với lưới điện Trường hợp nghiên cứu phương pháp sa thải đề xuất hệ thống Microgrid bị kết nối với lưới điện phải vận hành chế độ tách lưới Từ khóa: Sa thải phụ tải; Microgrid; AHP; Hệ số tầm quan trọng, Khoảng cách điện áp, Chỉ số độ nhạy điện áp ABSTRACT In this thesis, the author propose a method of load shedding in Microgrid system operating in island mode The proposed method calculate the minimum load shedding power taking into account renewable energy sources, primary and secondary control capabilities in Microgrid to bring the frequency to the permissible range and reduce the amount of load power need to be shed The thesis studies the method of determining load importance factor based on AHP algorithm in Microgrid system; method of determining the voltage electrical distance from the Point of Common Coupling (PCC) with the main grid to the loads; method of determining voltage sensitivity index at loads The distribution of minimum amount of load shedding power to the load buses is based on a multi-method combination that meets economic and technical through a combination of importance factor criteria, voltage electrical distance criteria and voltage sensitivity index criteria In particular, the criteria of voltage electrical distance and criteria of voltage sensitivity index to guaranteed about technical aspect, criteria of load importance factor to guarantee about economic aspect The effectiveness of the proposed method is demonstrated through Microgrid system networks simulation with the help of PowerWorld Simulation software The Microgrid system was chosen as the networks simulate the effectiveness testing of the proposed method with 16 buses, includes the generators of diesel generators, solar energy, wind generators, energy storage and connect to the main grid The case study of the proposed load shedding method is that the Microgrid system is disconnected from the main grid operate in island mode 67 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH Keywords: Load shedding; Microgrid; AHP; load importance factor; voltage electrical distance; voltage sensitivity index GIỚI THIỆU Microgrid hay lưới điện nhỏ hệ thống lượng tích hợp bao gồm nguồn lượng phân tán, số phụ tải hệ thống đo đếm, hệ thống hoạt động lưới điện độc lập hay tách khỏi lưới điện phân phối hành[1] Việc sử dụng nguồn lượng tái tạo để đáp ứng nhu cầu lượng điện ý giải pháp cho vấn đề thiếu hụt lượng điện, đặc biệt khu vực khó tiếp cận với lưới điện có Một loạt phát triển liên quan đến việc sử dụng lượng tái tạo tiếp tục diễn Bắt đầu từ việc tối ưu hóa việc sử dụng nguồn lượng, phát triển hệ thống chuyển đổi lượng cấu trúc hệ thống điện Áp dụng lượng tái tạo hệ thống phát điện thực nhiều cấu hình khác Bắt đầu từ hệ thống đơn giản sử dụng quang điện hệ thống nhà lượng mặt trời đến ứng dụng lượng tái tạo hệ thống Microgrid Việc thực hệ thống Microgrid cung cấp nhiều lợi ích từ hộ tiêu thụ đơn vị cấp điện Ứng dụng Microgrid người dùng kết nối với lưới, cải thiện vấn đề sử dụng lượng hộ tiêu thụ, giảm lượng khí thải giảm chi phí mà người dùng phải chịu Từ việc cung cấp tiện ích việc thực hệ thống phát phân tán,lưới điện Microgrid làm giảm dòng điện đường truyền phân phối, để giảm tổn thất giảm chi phí cho nguồn điện bổ sung [1] Microgrid hệ thống lượng sinh thái thân thiện, nguồn lượng tái tạo sử dụng nguồn lượng Microgrid vận hành hai chế độ chế độ kết nối lưới chế độ tách lưới Sa thải phụ tải Microgrid không giống sa thải phụ tải hệ thống điện truyền thống Nếu sa thải phụ tải hệ thống điện truyền thống thường xảy nguyên nhân dẫn đến sa thải phụ tải hệ thống điện cố máy phát hay đường dây làm cân công suất phát phụ tải Lúc phản ứng máy phát nguồn dự phịng huy đơng để bù đắp lại lượng công suất bị mất, cố lớn thường xảy Đối với hệ thống Microgrid vận hành chế độ tách lưới vấn đề sa thải phụ diễn thường xuyên, hàng ngày, hàng có thay đổi thời tiết, trời nắng, khó, mưa bão, nguồn pin dự phịng khơng đủ, … hay nghiêm trọng trường hợp nhận công suất từ lưới điện mà bị kết nối lưới Các tình dẫn đến chênh lệch cơng suất phát phụ tải gây nên suy giảm tần số nguy ổn định hệ thống điện Vì vậy, việc nghiên cứu sa thải phụ tải Microgrid quan trọng để Microgrid vận hành ổn định chế độ kết nối hay tách khỏi nguồn lưới điện Trong hệ thống điện nói chung microgrid nói riêng hai thơng số quan trọng để đánh giá độ ổn định chất lượng hệ thống điện áp tần số Khi có cân cơng suất tác dụng phát phụ tải tần số hệ thống bị sụt giảm so với giá trị cho phép Để khôi phục tần số phạm vi cho phép sa thải phụ tải cần áp dụng Có nhiều phương pháp để tính tốn lượng công suất sa thải phụ tải Microgrid phương pháp hoán vị tốc độ thay đổi relay sa thải phụ tải tần số [2], hay chiến lượt sa thải thích nghi [3] Tuy nhiên phương pháp chưa tối ưu mặt công suất lượng cơng suất sa thải tính tốn cịn lớn Trong luận văn này, tác giả đề xuất phương pháp sa thải phụ tải hệ thống Microgrid, phương pháp đề xuất tính tốn lượng cơng suất sa thải phụ tải tối thiểu dựa vào khả điều chỉnh tần số sơ cấp thứ cấp máy phát điện nhằm đưa tần số phạm vi cho phép giảm lượng tải cần phải sa thải Luận văn nghiên cứu phương pháp xác định hệ số tầm quan trọng phụ tải dựa vào thuật toán AHP hệ thống Microgrid; phương pháp xác định khoảng cách điện áp từ bus kết nối lưới đến phụ tải; phương pháp xác định số độ nhạy điện áp phụ tải Việc phân bố lượng công suất sa thải tối thiểu đến bus tải dựa phối hợp đa phương pháp đáp ứng đảm bảo kinh tế kỹ thuật thông qua việc kết hợp tiêu chí hệ số tầm quan trọng, tiêu chí khoảng cách điện áp tiêu chí số độ nhạy điện áp Trong đó, tiêu chí khoảng cách điện áp tiêu chỉ số độ nhạy điện áp đáp ứng phương diện kỹ thuật, tiêu chí hệ số tầm quan trọng phụ tải đáp ứng phương diện kinh tế 68 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH có droop control tương ứng với trường hợp vận hành bình thường, sau kết nối với lưới 2.1 Xác định lượng cơng suất sa thải phụ tải tối điện sau thực điều khiển sơ cấp, thứ thiểu cấp; Trong hệ thống Microgrid bao gồm nguồn phát Đặc tính (2), (8) đặc tính tải tương ứng với đơn vị phụ tải, có cơng suất phát nhận trường hợp vận hành bình thường sa thải; từ lưới điện chính, thành phần nguồn phát có Đặc tính (3), (4) đặc tính phát trường hợp máy điều tốc, DG có droop control để điều phát khơng có điều chỉnh cơng suất hay DG chỉnh tần số thành phần nguồn phát phân tán khơng có droop control tương ứng với trường hợp lượng tái tạo lượng gió, lượng vận hành bình thường sau kết nối với lưới mặt trời, Accu dự trữ lượng Trong điều kiện điện chính; vận hành bình thường bỏ qua tổn hao công suất PG , PG-Island tổng cơng suất phát vận hành bình hệ thống phương trình cân cơng suất thường kết nối với lưới điện chính; F0 tần số định mức vận hành bình thường; được trình bày theo biểu thức: F1 tần số hệ thống Microgrid bị kết nối lưới    (trường hợp máy phát có điều chỉnh công suất hay Pmain grid  PGi  PG  PG  PG   PLj DG có droop control); F1’ tần số hệ thống Microgrid bị kết nối Ở đây: lưới (trường hợp máy phát khơng có điều chỉnh Pmain grid cơng suất nhận từ lưới điện PGi cơng suất phát thời điểm hệ thống vận hành công suất); bình thường máy phát thứ i thuộc thành phần F2 tần số hệ thống sau thưc điểu khiển nguồn phát có điều tốc, DG có droop sơ cấp thứ cấp; Fallow tần số khôi phụ cho phép (59.7Hz control để điều chỉnh tần số PLj công suất thực đơn vị tải thứ j thời điểm lưới điện có tần số đinh mức 60Hz); Sau kết nối với lưới điện thực hệ thống vận hành bình thường trình điều khiển sơ cấp, phương trình cân cơng PG , PG , PG công suất nguồn phát thuộc thành suất viết lại sau: phần accu dự trữ, lượng gió, lượng mặt  PGi  PPr imary   PLj  PG  PG  PG  PL ( feq )  trời xem phụ tải âm Khi hệ thống Microgrid xảy cố kết nối với lưới điện chính, phản ứng hệ thống Ở đây, PPr imary   f1 lượng công suất điều khiển sơ Ri phản ứng nguồn phát có khả điều chỉnh công suất, cụ thể máy phát có điều cấp lượng cơng suất điều khiển sơ cấp hệ thống tốc, DG có droop control giúp tăng xảy cố với R tỷ số độ lệch tần số lượng công suất theo quan hệ với độ thay đổi tần độ lệch công suất phát ra, đặc trưng cho việc điều số[4] Q trình điều khiển sơ cấp thứ cấp chỉnh tốc độ có độ trượt; PL ( feq )  D.( ) thành tổ máy thể Hình phần phụ tải phụ thuộc vào thay đổi tần số, ví dụ: động cơ, máy bơm Với D hệ số đặc tính phần trăm thay đổi tải theo phần trăm tần số thay đổi, giá trị D từ 1% đến 2% xác định thực nghiệm hệ thống điện Ví dụ, giá trị D=2% có nghĩa thay đổi 1% tần số gây thay đổi 2% tải.[4] Trong trường hợp giá trị tần số sau q trình điều chỉnh sơ cấp nằm ngồi phạm vi cho phép, trình điều khiển tần số thứ cấp xem xét tiếp theo, phương trình cân cơng suất viết lại thành: Hình 1: Q trình điểu chỉnh sơ cấp, thứ cấp  Trên hình 1: PGi  PPr imary  PSec ondary   PLj  PG  PG  PG  PL ( feq ) Đặc tính (1), (5), (7) đặc tính cơng suất phát   với máy phát có điều chỉnh công suất hay DG  PHƯƠNG PHÁP Batt batt wind wind solar solar batt wind batt solar wind solar 69 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH Ở đây: PSec ondary   i 1 PGn,i  PPr imary ,i lượng công suất điều khiển thứ cấp cực đại máy phát làm nhiệm vụ điều tần hệ thống với PGn,i công suất cực đại máy phát thứ i Sau thực trình: điều khiển sơ cấp thứ cấp mà tần số chưa quay giá trị tần số cho phép fcp sa thải phụ tải điều bắt buộc cần thiết để đưa tần số phạm vi cho phép Phương trình cân cơng suất thời điểm trình bày sau: m  PGi  PPr imary  PSec ondary   PLj  PGaccu  PGwind  PGsolar  PL ( feq )  PShed       Hình 2: Mơ hình mạng phân cấp đơn vị xếp hạng Bước 2: Hình thành ma trận phán đốn Bước 3: Tính tốn trị riêng lớn vector riêng tương ứng ma trận phán đoán Bước 4: Xếp hạng thứ bậc kiểm tra tính quán kết Việc xếp phân cấp thực theo giá trị thành phần vector riêng, đại diện cho tầm quan trọng mối liên hệ hệ số tương ứng Chỉ số quán việc xếp phân cấp [5] xác định biểu thức  CI  max  n   n 1 Ở đây: max trị riêng lớn nhất; n hạng ma trận phán đoán    Tỷ lệ quán ngẫu nhiên định nghĩa Từ Biểu thức (5) lượng công suất sa thải tối thiểu CI    CR  tính tốn theo biểu thức sau: RI   PGi   f allow  PSec ondary   PLj  PGbatt  PGwind  PGsolar  D.(cp )  PShed Ri  Trong RI tập hợp số quán ngẫu nhiên trung bình định CR tỷ lệ quán Ở đây: PShed lượng công suất sa thải tối thiểu để ngẫu nhiên tần số hệ thống quay phạm vi cho phép, Đối với ma trận có kích thước từ đến chín, giá trị RI sau: f allow  f n  f allow độ suy giảm tần số cho phép Bảng 1: Chỉ số quán tạo ngẫu nhiên cho 2.2 Tính tốn hệ số tầm quan trọng dựa kích thước khác ma trận n thuật toán AHP R 0 0.5 0.9 1.1 1.2 1.3 1.4 1.4 Mục đích AHP phá vỡ vấn đề I 00 00 phận cấu thành nhỏ Hai giai đoạn AHP đánh giá thành phần hệ thống phân cấp Rõ ràng ma trận có kích thước thiết kế hệ thống phân cấp AHP kỹ thuật hai, không cần thiết phải kiểm tra tỷ lệ qn tính tốn để định Nó liên quan đến việc tính ngẫu nhiên Nói chung, ma trận phán đốn thỏa tốn trọng số xếp hạng yếu tố định mãn tỷ lệ quán ngẫu nhiên, CR Tần số sau kết nối với nguồn 60 + (-1,4033)=58,59668Hz Dạng sóng tần số sau kết nối với nguồn điện thể Hình Quan sát đồ thị Hình cho thấy giá trị tần số sau cố kết nối với lưới điện nhỏ giá trị cho phép Do đó, cần tiến hành q trình điều khiển tần số sơ cấp điều khiển tần số thứ cấp trình bày mục 2.1 để phục hồi tần số Việc điều chỉnh tần số sơ cấp thực tự động phản ứng điều tốc turbine Công suất điều khiển sơ cấp tính sau:  P Pr imary  6 0,3 1 0,3   0,7 MW 0,05 60 0,05 60 Sau tính tốn lượng cơng suất sơ cấp thứ cấp, đồ thị mô tần số hệ thống thể Hình Hình 4: Tần số hệ thống sau thực điều khiển sơ cấp thứ cấp Quan sát thấy rằng, sau điều khiển sơ cấp thứ cấp tần số chưa quay phạm vi cho phép Vì vậy, việc sa thải phụ tải để tần số quay phạm vi cho phép điều bắt buộc Áp dụng Biểu thức (6), lượng công suất sa thải tối thiểu tính sau: PShed  11,98  (0,3)  (2)  (0,5)   0,9  11,98.0,02.(0,3)  60 6.(0,3) 1.(0,3)   0,  2,1788MW 0,05.60 0,05.60 Vậy lượng công suất sa thải tối thiểu 2,1788MW Thực bước thuật toán AHP để xác định tầm quan trọng đơn vị tải hệ thống, từ làm sở để sa thải phụ tải, phụ tải có tầm quan trọng thấp ưu tiên sa thải nhằm hạn chế thiệt hại Các bước tính tốn hệ số tầm quan trọng phụ tải thực theo quy trình trình bày mục 2.2 Bước 1: Xác định khu vực tải phụ tải khu vực sơ đồ hệ thống Microgrid Xác định khu vực phụ tải tương ứng với vùng Hình Bước 2: Xác định mơ hình phân cấp để tính tốn hệ số tầm quan trọng theo khu vực tải phụ tải chia Bảng 4: Các khu vực tải phụ tải sơ đồ Microgrid Khu vực tải Khu vực tải (KV1) Khu vực tải (KV2) Khu vực tải (KV3) Tải L3, L4 L5, L7, L9 L10, L12, L13 Lượng công suất điều chỉnh thứ cấp từ máy phát Diesel Bus với cơng suất tính là: PPr imary    0,6  0, MW 73 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH Bước 4: Trọng số tầm quan trọng phụ tải có cách nhân kết vector riêng kết tính tốn ma trận phán đốn khu vực tải phụ tải Áp dụng phương pháp số trình bày mục 2.2 để tính toán giá trị vector riêng ma trận phán đoán, giai đoạn tiến hành sau: Áp dụng phương pháp số [5] để tính tốn giá trị vector riêng ma trận phán đoán tiêu chí thu được: Các giá trị Wkj ma trận phán đoán khu vực tải: W  0.493; 0.196; 0.311 T Các giá trị Wdi phụ tải khu vực tải 1: Hình 5: Phân chia khu vực tải sơ đồ Microgrid W  0.667; 0.333 T Các giá trị Wdi phụ tải khu vực tải 2: W  0.163; 0.540; 0.297 T Các giá trị Wdi phụ tải khu vực tải 3: W  0.122; 0.320; 0.558 T Hình 6: Mơ hình phân cấp khu vực tải phụ tải Bước 3: Xác định hệ số trọng số tầm quan trọng khu vực tải phụ tải cách sử dụng ma trận phán đoán Áp dụng phương pháp tỉ lệ [5] để hình thành ma trận phán đốn khu vực tải phụ tải Ý kiến chuyên gia lấy làm sở để hình thành ma trận phán đốn Các kết trình bày theo bảng đây: Bảng 5: Ma trận phán đoán khu vực tải PI KV1 KV2 KV3 KV1 1/1 1/2 1/2 KV2 2/1 1/1 2/1 KV3 2/1 1/2 1/1 Bảng 6: Ma trận phán khu vực tải KV1 L3 L4 L3 1/1 1/2 L4 2/1 1/1 Bảng 7: Ma trận phán đoán khu vực tải KV2 L5 L7 L9 L5 1/1 3/1 2/1 L7 1/3 1/1 1/2 L9 1/2 2/1 1/1 Bảng 8: Ma trận phán đoán khu vực tải KV3 L10 L12 L13 L10 1/1 3/1 4/1 L12 1/3 1/1 2/1 L13 1/4 1/2 1/1 Sau tính tốn giá trị trọng số tiến hành kiểm tra độ quán ý kiến chuyên gia yếu tố ma trận phán đoán Áp dụng cơng thức (12), (8), (9) tính tốn giá trị trị riêng cực đại ( max ), số quán (CI) tỉ lệ quán ngẫu nhiên (CR) Các kết tính tốn trình bảng Bảng 9: Tỉ lệ quán ngẫu nhiên ma trận phán đoán Ma trận phán đoán Ma trận phán đoán khu vực tải Ma trận phán đoán khu vực tải Ma trận phán đoán khu vực tải Ma trận phán đoán khu vực tải max CI CR 3,054 0,027 0,046 2,75 0,75 0,000 3,009 0,005 0,008 3,018 0,009 0,016 Từ kết trình bày bảng nhận thấy giá trị tỉ lệ quán ngẫu nhiên (CR) nhỏ 0.1 nên ma trận phán đoán đề xuất phần hợp lý Nhân hệ số tầm quan trọng phụ tải với khu vực tải có hệ số tầm quan trọng cuối phụ tải, kết trình bày bảng 10 Bảng 10: Hệ số tầm quan trọng phụ tải Tải L3 L4 Khu vực tải KV1 KV1 Wdi 0,667 0,333 Wkj 0,493 0,493 Wij 0,329 0,164 74 LUẬN VĂN THẠC SĨ L5 L7 L9 L10 L12 L13 Tổng KV2 KV2 KV2 KV3 KV3 KV3 GVHD: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH 0,163 0,540 0,297 0,122 0,320 0,558 0,196 0,196 0,196 0,311 0,311 0,311 0,032 0,106 0,058 0,038 0,099 0,174 1,000 Áp dụng Biểu thức (15) (16) để tính tốn giá trị khoảng cách điện áp từ điểm PCC đến bus tải Microgrid trọng số bus tải với theo tiêu chí Các giá trị kết trình bày Bảng 11 Bảng 11: Khoảng cách điện áp từ điểm PCC đến bus tải trọng số bus tải với theo tiêu chí khoảng cách điện áp Tải Khoảng cách điện áp L3 L4 L5 L7 L9 L10 L12 L13 Tổng 4,25916 5,22824 3,82640 5,29860 5,39801 4,25916 5,08828 5,48713 Trọng số bus tải theo tiêu chí khoảng điện áp WVED 0,10965 0,13459 0,09850 0,13640 0,13896 0,10964 0,13099 0,14126 1,0000 Áp dụng Biểu thức (17) (19) để xác định độ nhạy điện áp bus tải trọng số bus tải với theo tiêu chí Giá trị điện áp độ nhạy điện áp bus tải trình bày thể Bảng 12 Hình Bảng 12: Giá trị điện áp số độ nhạy điện áp bus tải Tải Điện áp (pu) L3 L4 L5 L7 L9 L10 L12 L13 0,99565 0,98781 0,99827 0,99485 0,99153 0,99792 0,99852 0,99949 Chỉ số độ nhạy điện áp 0,004657 0,003685 0,004762 0,004605 0,004288 0,004754 0,004768 0,00478 Trọng số bus tải theo tiêu chí số độ nhạy điện áp WVSI 0,12830 0,10152 0,13119 0,12686 0,11813 0,13097 0,13135 0,13168 1,0000 Hình 7: Điện áp số độ nhạy điện áp bus tải Áp dụng lý thuyết AHP trình bày mục 2.2 để tính tốn tầm quan trọng tiêu chí toán sa thải phụ tải, ý kiến chuyên gia làm sở để xây dựng ma trận phán đoán Ma trận phán đoán xây dựng từ ý kiến chuyên gia sau Bảng 13: Ma trận phán đoán tầm quan trọng tiêu chí Hệ số tầm Khoảng PI quan trọng điện áp Hệ số tầm quan 1/1 3/1 trọng Khoảng cách điện 1/3 1/1 áp Chỉ số độ nhạy 1/2 2/1 điện áp cách Chỉ số độ nhạy điện áp 2/1 1/2 1/1 Áp dụng phương pháp số [5] để tính toán giá trị vector riêng ma trận phán đốn tiêu chí thu được: W   W1 , W2 , W3   0,53896; 0,16378; 0, 29726 T T Giá trị tầm quan trọng tiêu chí W  0,53896; 0,16378; 0, 29726 Áp dụng biểu thức (12), (8), (9) tính tốn giá trị trị riêng cực đại ( max ), số quán (CI) tỉ lệ quán ngẫu nhiên (CR) Các kết tính tốn trình sau: max  3,009 ; CI  0,0045 ; CR  0,00775 Các kết cho thấy giá trị tỉ lệ quán ngẫu nhiên CR=0.00775