(Đề tài NCKH) nghiên cứu tối ưu hóa việc sa thải phụ tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRUỜNG TRỌNG ÐIỂM NGHIÊN CỨU TỐI UU HÓA VIỆC SA THẢI PHỤ TẢI MÃ SỐ: T2013-08TÐ SKC004311 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA VIỆC SA THẢI PHỤ TẢI Mã số: T2013-08TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS Lê Trọng Nghĩa TP HCM, 12/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA VIỆC SA THẢI PHỤ TẢI Mã số: T2013-08TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS Lê Trọng Nghĩa TP HCM, 12/2013 Nghiên cứu tối ưu hóa việc sa thải phụ tải DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI STT Họ tên Đơn vị công tác lĩnh vực chuyên môn ii Nội dung nghiên cứu cụ thể giao Chữ ký Nghiên cứu tối ưu hóa việc sa thải phụ tải MỤC LỤC Mục lục Danh sách bảng Danh sách hình Danh mục chữ viết tắt CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ngồi nước 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu – Cách tiếp cận – Phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.3.2 Cách tiếp cận 1.3.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Nội dung nghiên cứu Chương TỔNG QUAN VỀ SA THẢI PHỤ TẢI 1.1 Tổng quan kết nghiên cứu 1.2 Tóm lược chương trình sa thải phụ tải áp dụng 1.2.1 Sa thải phụ tải tần số 1.2.2 Sa thải tải điện áp 1.3 Sa thải phụ tải 1.3.1 Sa thải phụ tải truyền thống 1.3.2 Sa thải phụ tải thông minh (ILS) 1.3.2.1 Mô tả việc sa thải phụ tải thông minh 1.3.2.2 Sơ đồ khối chức ILS 1.4 Tối ưu hóa sa thải phụ tải iii Nghiên cứu tối ưu hóa việc sa thải phụ tải 1.4.1 Hàm mục tiêu – Tối đa hóa hàm lợi ích 30 1.4.2 Các điều kiện ràng buộc giảm bớt phụ tải 31 1.5 Quá trình phân tích hệ thống phân cấp - Thuật tốn AHP 32 1.5.1 Thuật toán AHP 32 Chương XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH SA THẢI PHỤ TẢI 36 2.1 Chương trình sa thải phụ tải dựa tần số độ nhạy điện áp, không xét đến tầm quan trọng tải điều kiện ràng buộc giảm bớt phụ tải 36 2.2 Chương trình sa thải phụ tải có xét đến tầm quan trọng phụ tải, chi phí tải, thay đổi tải theo ngày điều kiện ràng buộc giảm bớt phụ tải 42 Chương KHẢO SÁT, THỬ NGHIỆM TRÊN MƠ HÌNH 37 THANH GĨP MÁY PHÁT 45 3.1 Nghiên cứu trường hợp cố máy phát điện hệ thống 37 bus, máy phát sử dụng chương trình sa thải phụ tải theo tần số độ nhạy điện áp 45 3.2 Nghiên cứu trường hợp máy phát điện hệ thống 37 bus máy phát, sử dụng chương trình sa thải phụ tải theo AHP 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 4.1 Kết luận 76 4.2 Hướng nghiên cứu phát triển 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC 78 Bản Thuyết minh đề tài phê duyệt Bài báo đăng tạp chí giáo dục kỹ thuật iv Nghiên cứu tối ưu hóa việc sa thải phụ tải DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1.1: Các bước sa thải tải FRCC Bảng 1.2: Các bước sa thải tải MAAC Bảng 1.3: Chương trình sa thải tải ERCOT 10 Bảng 1.4: Công thức sa thải tải dựa SCADA 17 Bảng 1.5: Sa thải tải Điều hành hệ thống truyền tải Hy Lạp 21 Bảng 3.1: Thứ tự xếp dV/dt góp tải 48 Bảng 3.2: Giá trị dV/dQ góp tải 49 Bảng 3.3: Lượng tải sa thải góp hệ thống .50 Bảng 3.4: Sa thải phụ tải theo bước dựa thay đổi tần số 54 Bảng 3.5: Kết so sánh phương pháp sa thải phụ tải trường hợp máy phát 58 Bảng 3.6: Dữ liệu tải hệ thống 37 bus khoảng thời gian 59 Bảng 3.7: Ma trận phán đoán A-PI 60 Bảng 3.8: Ma trận phán đoán A-LD 61 Bảng 3.9: Giá trị Mi ma trận A-PI 62 Bảng 3.10: Giá trị Mi ma trận A-LD 63 * Bảng 3.11: Giá trị Mi ma trận A-PI 63 * Bảng 3.12: Giá trị Mi ma trận A-PI 64 Bảng 3.13: Các giá trị Wkj ma trận A-PI 65 Bảng 3.14: Các giá trị Wdi ma trận A-LD 65 Bảng 3.15: Giá trị hệ số quan trọng tải tính tốn AHP 66 Bảng 3.16: Sắp xếp đơn vị phụ tải theo giá trị hệ số quan trọng phụ tải Wij giảm dần 67 Bảng 3.17: Sơ đồ sa thải phụ tải thời đoạn 69 Bảng 3.18: Công suất nút tải áp dụng chương trình sa thải phụ tải 70 Bảng 3.19: Sắp xếp phụ tải giảm dần theo cơng suất chi phí phụ tải 71 v Nghiên cứu tối ưu hóa việc sa thải phụ tải Bảng 3.20: Giá trị phụ tải áp dụng sa thải phụ tải thông thường 72 Bảng 3.21: So sánh sa thải phụ tải theo AHP LP 73 Bảng 3.22: Tổng hợp kết phương pháp sa thải phụ tải thông thường (LP) phương pháp sa thải phụ tải theo AHP 74 vi Nghiên cứu tối ưu hóa việc sa thải phụ tải DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Mơ hình đáp ứng tần số trạng thái vận hành ổn định 24 Hình 1.2: Ảnh hưởng hệ số cản dịu tải đường giảm tần số (đường cong ổn định hệ thống cho tải khác nhau) 26 Hình 1.3: Cấu trúc tổng quát chương trình ILS 29 Hình 1.4: Mơ hình mạng phân cấp việc xếp đơn vị 33 Hình 2.1: Thuật tốn sa thải tải theo tần số điện áp 42 Hình 2.2: Mơ hình mạng phân cấp việc xếp đơn vị 43 Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống 37 bus máy phát 45 Hình 3.2: Tần số hệ thống trường hợp cố máy phát bus số 46 Hình 3.3: Điện áp bus 11 xảy cố máy phát bus 47 Hình 3.4: Tần số hệ thống sau áp dụng chương trình sa thải phụ tải 51 Hình 3.5: Điện áp bus 11 sau áp dụng chương trình sa thải phụ tải 52 Hình 3.6: Tần số hệ thống sau áp dụng chương trình sa thải phụ tải khơng theo thứ tự dV/dt 53 Hình 3.7: Điện áp bus 11 sau áp dụng chương trình sa thải phụ tải khơng theo thứ tự dV/dt 53 Hình 3.8: Tần số hệ thống sau sa thải 9% tổng cơng suất tải 55 Hình 3.9: Tần số hệ thống sau sa thải 7% cơng suất tải 56 Hình 3.10: Tần số hệ thống sau sa thải 5% cơng suất tải 56 Hình 3.11: Tần số hệ thống sau sa thải 5% cơng suất tải 57 Hình 3.12: Tổng công suất phát nhu cầu tải thời đoạn 60 x Nghiên cứu tối ưu hóa việc sa thải phụ tải DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AHP: Analytic Hierarchy Process ILS: Intelligent Load Shedding UFLS: Under Frequency Load Shedding xi Chương Bảng 3.16: Sắp xếp đơn vị phụ tải theo giá trị hệ số quan trọng phụ tải W ij giảm dần Trung tâm tải CK1 CK1 CK1 CK1 CK1 CK1 CK1 CK1 CK3 CK3 CK3 CK3 CK2 CK2 CK4 CK3 CK4 CK4 CK4 CK4 CK4 CK4 CK2 CK2 CK2 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 Dãy thứ tự ưu tiên chưa bao gồm ràng buộc công suất tăng tải giảm tải Vì vậy, kết cuối việc trì tải ngắt tải có thơng qua việc phối hợp xếp theo AHP kiểm 67 Chương tra 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 (đã trình bày chương 2) Nếu điều kiện ràng buộc thoả đến bước Bước 3: Nếu điều kiện ràng buộc việc tăng giảm đơn vị không thoả, huỷ 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 huỷ bỏ việc lựa chọn không tham gia vào tải thời gian t Những đơn vị khác đưa vào thời điểm t Kết tính tốn trình bày Bảng 3.17 Bảng 3.18 68 Chương Bảng 3.17: Sơ đồ sa thải phụ tải thời đoạn Nút tải Thời đoạn PD2 PD3 PD4 PD5 PD6 PD7 PD8 PD9 PD10 PD11 PD12 PD13 PD14 PD15 PD16 PD19 PD22 PD23 PD25 PD30 PD32 PD34 PD35 PD36 PD37 69 Chương Bảng 3.18: Công suất nút tải áp dụng chương trình sa thải phụ tải theo AHP L Nút tải ( PD2 PD3 PD4 PD5 PD6 PD7 PD8 PD9 PD10 PD11 PD12 PD13 PD14 PD15 PD16 PD19 PD22 PD23 PD25 PD30 PD32 PD34 PD35 PD36 PD37 12.3 14 59.8 22.9 27 45 32.8 20 57.8 58.2 22.65 59.5 12.43 23 18.3 74.4 16.8 55.8 36.3 22.2 22.74 15.3 23.4 28 14 Trong Bảng 3.18, biến định x ij = có nghĩa tải trì thời đoạn t, x = có nghĩa tải sa thải (ngắt) thời đoạn t Tải nút 13 sa thải thời đoạn t3 (08h:01 – 12h:00) Tải nút 14 sa thải thời đoạn t2, t4, t5, t6 Tải nút 30 sa thải thời đoạn t6 (20h:01 – 24h:00) Tải nút 32 sa thải thời đoạn t4 (12h:01 – 16h:00) Tải nút 34 sa thải thời đoạn t2, t4 Tải nút 36 sa thải thời đoạn t3 Tải nút 37 sa thải thời đoạn t2, t4 70 Chương Song song đó, so sánh với việc sử dụng chương trình sa thải phụ tải thông thường mà không xét đến hệ số ưu tiên tải W ij xác định AHP Sa thải phụ tải thơng thường áp dụng phụ tải có cơng suất nhỏ chi phí thấp (Bảng 3.19) xét đến sa thải tải trước tiên Kế hoạch sa thải phụ tải trình bày Bảng 3.20 Bảng 3.19: Sắp xếp phụ tải giảm dần theo công suất chi phí phụ tải Nút Chi phí tải phụ tải vij ($/kW) PD19 PD4 PD13 PD11 PD10 PD23 PD7 PD25 PD8 PD36 PD6 PD15 PD35 PD5 PD32 PD12 PD30 PD9 PD16 PD22 PD34 PD3 PD37 PD2 PD14 245 280 280 280 245 280 300 300 280 300 300 280 245 300 220 300 220 280 220 220 220 300 220 280 220 71 Chương Bảng 3.20: Giá trị phụ tải áp dụng sa thải phụ tải thơng thường Chi phí Nút phụ tải tải vij ($/kW) PD19 PD4 PD13 PD11 PD10 PD23 PD7 PD25 PD8 PD36 PD6 PD15 PD35 PD5 PD32 PD12 PD30 PD9 PD16 PD22 PD34 PD3 PD37 PD2 PD14 Tổng 245 280 280 280 245 280 300 300 280 300 300 280 245 300 220 300 220 280 220 220 220 300 220 280 220 công suất sa thải Kết tổng hợp so sánh phương pháp sa thải phụ tải thông thường (LP) phương pháp sa thải phụ tải theo AHP trình bày Bảng 3.21 Bảng 3.22 72 Chương Bảng 3.21: So sánh sa thải phụ tải theo AHP LP Nút tải Phương pháp sa AHP thải phụ tải PD2 PD3 PD4 PD5 PD6 PD7 PD8 PD9 PD10 PD11 PD12 PD13 PD14 PD15 PD16 PD19 PD22 PD23 PD25 PD30 PD32 PD34 PD35 PD36 PD37 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 73 Chương Bảng 3.22: Tổng hợp kết phương pháp sa thải phụ tải thông thường (LP) phương pháp sa thải phụ tải theo AHP Phương pháp AHP LP Thời đoạn t1 Công suất phát cực đại hệ 937 937 thống (MW) Nhu cầu công suất hệ 794.62 794.62 thống (MW) Tổng công suất sa thải 0 Giá trị hàm mục tiêu Hi 94.78 Lợi ích ∑VijPij (x10 )$ 213658 213658 74 Chương 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 so sánh 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 Ví dụ vị trí nút tải 14, 37 luôn bị sa thải theo phương pháp thông thường nguồn phát hệ thống bị giới hạn, nút tải 14, 37 không bị sa thải sử dụng phương pháp AHP thời đoạn t3 (nút tải 14) t3, t4, t6 (nút tải 37) có chi phí thấp (220$/kWh) công suất nhỏ (12,43 MW 14 MW) 75 Kết luận kiến nghị KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Đề tài đề xuất chương trình sa thải tải sở không dựa tần số tốc độ thay đổi tần số mà dựa độ nhạy điện áp góp hệ thống điện Nó chứng minh thành công việc khôi phục lại tần số giới hạn xác định trước 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 4.2 Hướng nghiên cứu phát triển Tải nghiên cứu mơ hình tải tĩnh, thực tế tải động ln 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 tất trường hợp 76 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] PGS.TS Nguyễn 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 & Ổn Định Trong Hệ Thống Điện, Nhà xuất ĐHQG Tp.HCM 2005 [3] Bùi Quang Anh, Tối ưu hóa sa thải phụ tải, luận văn thạc sỹ ĐHSPKT TP.HCM 2011, 55 trang TIẾNG NƯỚC NGOÀI [4]Prof.P.S.R.Murthy, Power Systems Analysis, Berlin 2007 [5] Florida Reliability Coordinating Council Inc, 2011 FRCC standards handbook, 316 pages [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 [8]Emmanuel J Thalassinakis, Evangelos N Dialynas, Demosthenes Agoris, (2006) Method Combining ANNs and Monte Carlo Simulation for the Selection of the Load Shedding Protection Strategies in Autonomous Power Systems, IEEE Transactions on Power Systems, Vol 21, No [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 [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 77 Tài liệu tham khảo [11] Farrokh Shokooh, J J Dai, Shervin Shokooh, Jacques Tastet, Hugo Castro, Tanuj Khandelwal, Gary Donner, An Intelligent Load Shedding (ILS) System Application in a Large Industrial Facility [12] Oscar E Moya, (2005) A Spinning Reserve, Load Shedding, and Economic Dispatch Solution by Bender’s Decomposition, IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, VOL 20, NO [13] Emmanuel J Thalassinakis, Member, IEEE, and Evangelos N Dialynas,(2004) A Monte-Carlo Simulation Method for Setting the Underfrequency Load Shedding Relays and Selecting the Spinning Reserve Policy in Autonomous Power Systems, IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, VOL 19, NO [14] Wen-Jen Lee, Microcomputers based intelligent load shedding [15] Rung-Fang Chang, Chan-Nan Lu, Tsun-Yu Hsiao, (2005) Prediction of Frequency Response After Generator Outage Using Regression Tree, IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, VOL 20, NO [16] Adly A Girgis, William Peterson, Optimal estimation of frequency deviation and its rate of change for load shedding [17] Li Zhang, Jin Zhong, UFLS Design by using f and integrating df/dt [18] Xiaofu Xiong, Wenyuan Li, A New under frequency load shedding scheme considering load frequency characteristics [19] H Seyedi, M Sanaye-Pasand, M.R Dadashzadeh, Design and Simulation of an adaptive Load Shedding Algorithm using a real network [20] Matthew A Mitchell, J.A PeGas Lopes, J.N Fidalgo James D McCalley, [21] M Parniani, A Nasri, SCADA based under frequency load shedding integrated with rate of frequency decline [22] Juhwan Jung, Chen-Ching Liu, Steven Tanimoto, Vijay Vittal, Adaptation in Load Shedding under vulnerable operating conditions [23] B Isaias Lima Lopes, A.C Zambroni de Sow, (2003) An Approach for Under Voltage Load Shedding, IEEE Bologna PowerTech Conference 78 Tài liệu tham khảo [24] Dai Jianfeng, Zhou Shuangxi, Lu Zongxiang, A New Risk Indices Based Under Voltage Load Shedding Scheme [25] T Amraee, B Mozafari, A.M Ranjbar, An Improved Model for Optimal Under Voltage Load Shedding: Particle Swarm Approach [26] Shamir S Ladhani, William Rosehart, Criteria for Load Control when Considering Static Stability Limits [27] Naoto Yorino, E E El-Araby, Hiroshi Sasaki, Shigemi Harada, A New Formulation for FACTS Allocation for Security Enhancement Against Voltage Collapse [28] Charles J Mozina (Beckwith Electric Co., Inc.), Undervoltage Load Shedding [29] CD Vournas, GA Manos, J Kabouris, G Christoforidis, On-line voltage security assessment of the Hellenic interconnected system [30] Mark Adamiak, William Premerlani, Dr Bogdan Kasztenny, Synchrophasors: Definition, Measurement, and Application [31] Yanfeng Gong, Noel Schulz, Armando Guzmán, Synchrophasor- Based Real-Time Voltage Stability Index 79 ... ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA VIỆC SA THẢI PHỤ TẢI Mã số: T2013-08TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS Lê Trọng Nghĩa TP HCM, 12/2013 Nghiên cứu tối ưu hóa việc sa thải phụ tải. .. kết nghiên cứu 1.2 Tóm lược chương trình sa thải phụ tải áp dụng 1.2.1 Sa thải phụ tải tần số 1.2.2 Sa thải tải điện áp 1.3 Sa thải phụ tải 1.3.1 Sa thải phụ tải. .. Sa thải phụ tải thông minh (ILS) 1.3.2.1 Mô tả việc sa thải phụ tải thông minh 1.3.2.2 Sơ đồ khối chức ILS 1.4 Tối ưu hóa sa thải phụ tải iii Nghiên cứu tối ưu hóa