L ờ ic ảm ơn
B ng 1.5: Sa thải tải bởi Điều hành hệ thống truyền tải Hy Lạp
Các lệnh ngắt ớc lượng tải sa thải (MW)
Đo lư ng tải trong 22/06/2006 (MW) 1 90 24 2 170 158,6 3 190 155,8 4 120 120,2 5 100 68,4 6 75 65,4 7 150 N/A 8 80 N/A Tổng 975 592,4
Trong khu vực Peloponnese tựđộng sa thải tải xảy ra khi các đư ng truyền tải đặc biệt ngắt. Một biện pháp sa thải tải bằng tay là làm theo thiết lập tựđộng này. Hiện nay, chương trinh sa th ải này được thực hiện khi hai đư ng dây 150KV bắt
nguôn từ khu vực Megalopolis bị ngắt kết nối. Sa thải tải bằng tay làm tăng độ tin cậy của hệ thống bảo vệ.
Một chương trình sa thải tải chống lại sự mất ổn định điện áp dài hạn được
đề xuất trong bài báo này b i Van Cutsem và các cộng sự [30]. Nó sử dụng các bộ điều khiển phân phối được ủy quyền, một điện áp truyền tải và một nhóm tải được kiểm soát. Mỗi bộđiều khiển hành đô ̣ng trong một vòng lặp kín, các tải sa thải thay
đổi về độ lớn dựa trên sự phát triển của điện áp giám sát. Mỗi bộ điều khiển hành
đô ̣ng trên một cai đặt đóng điện các tải và giám sát điện áp V của thanh góp truyền tải đóng trong khu vực đó. Bộ điều khiển dựa trên nguyên tắc, đó nguyên tắc là câu lệnh đơn giản nếu - thì. Ví dụ, nếu điện áp giảm dưới Vth, thì tải sẽ sa thải bằng
sa thải tải dựa trên sự so sánh giữa điện áp V của khu vực đó với giá trị ngưỡng Vth. Giá trị ngưỡng này có thể được quyết định trước b i nhân viên vận hành dựa trên kinh nghiệm hệ thống dữ liệu. Nếu V là thấp so với giá trị ngưỡng, thì bộ kiểm soát sa thải tải Psh của công suất tải sau một th i gian tri hoãn . Cả hai Psh và phụ
thuộc vào sự phát triển động của V. Nếu t0 là th i gian khi V giảm dưới Vth, khối
đầu tiên của tải sẽ sa thải là tại một th i gian t0+ sao cho:
C dt t V V t t t th o o ( ( )) (1.9) Sự khác biệt vềđiện áp thực tế và giá trị ngưỡng khoảng th i gian là được cài đặt sẵn. đây giá trị của sẽ được xác định, C là một hằng số, xác định trước b i các dữ liệu thực nghiệm, phụ thuộc th i gian trì hoãn . Giá trị lớn của C, th i gian nhiều hơn nó cần cho việc tích hợp để đạt được giá trị này và do đó nhiều hơn là
th i gian trễ. Tương tự như vậy đối với một sụt giảm lớn trong điện áp từ giá trị ngưỡng, việc tích hợp mất ít th i gian hơn đểđạt được C, do đó th i gian trễcũng ít hơn. Sốlượng của tải sẽ sa thải b i bộđiều khiển tại th i gian t0 + là:
av sh V K P . (1.10)
đây: Vav là quá điện áp trung bình trong khoảng [t0, t0 + ]; K là hằng số
kinh nghiệm, có liên quan đến sốlượng tải sẽ sa thải để có được điện áp trung bình có thểđược tính toán như sau:
V V V t dt o o t t th av ( ( )) 1 (1.11)
Vì độ lớn Vth - V(t) khác nhau, lớn hơn giá trị Vav và như vậy khi lớn hơn thì sa thải tải.
Các chương trình thông thư ng khác nhau, các chương trình sa thải tải dưới tần số và dưới điện áp đã được thảo luận trên cho thấy sự tiến bộ công nghệ đạt
1.3 Tính cấp thi t của đề tài
Tính an toàn và ổn định của hệ thống điện luôn là một trong những lợi ích cốt yếu chính liên quan đến sự vận hành và quy hoạch lưới điện. Khi tất cả các điều khiển sẵn có không thể duy trì ổn định hệ thống hoạt động khi một sự nhiễu loạn ngẫu nhiên xảy ra, sa thải phụ tải sẽđược sử dụng như là phương sách cuối cùng để
giảm thiểu sự mất nguồn điện và tải. Mặc dù đạt được thành công đến một mức độ
lớn, các kế hoạch sa thải tải truyền thống có những nhược điểm nhất định như sau:
Sốlượng một bước tải đôi khi lớn, nó gây ra quá mức phải sa thải tải. Hầu hết các kế hoạch không có sự linh hoạt đểtăng sốlượng các bước sa thải tải, bằng cách đưa
vào các quá độ trong hệ thống. n định điện áp không được xem xét trong suốt quá trình sa thải tải so với các kế hoạch tập trung giám sát tần số và tốc độ thay đổi của tần số.
Hơn nữa, việc phục vụ khách hàng là nhiệm vụ của hệ thống điện bao gồm các khâu phát, truyền tải, phân phối năng lượng điện. B i vậy, khi vận hành hệ
thống, việc m rộng và phát triển lưới điện là phụ thuộc lớn vào khách hàng và hệ
thống nên đáp ứng nhu cầu và tính cần thiết của chúng. Các nhu cầu chính bao gồm:
độ tin cậy, chất lượng điện năng, và khả năng tải liên tục. Các nhà quản lý vận hành và thiết kếlưới điện nên chú ý tới các yêu cầu này và có các bước đi cần thiết đểđạt
được các yêu cầu đó và duy trì hệ thống đạt chất lượng mong muốn. Đặc biệt là, thị trư ng điện đang hướng tới một thị trư ng cạnh tranh, không có nhiều sự kết hợp giữa nhà cung cấp và khách hàng. Các nhà sản xuất và phân phối điện sẽ phải cạnh
tranh để bán và mua điện. Lợi ích tính ổn định hệ thống điện trước đây sẽ giúp họ
có một môi trư ng cạnh trạnh tốt. Trong môi trư ng năng lượng cạnh tranh mới này, hệ thống hỗ trợ quyết định bán/mua là cần thiết đểtìm ra hướng kinh tế phục vụ các phụ tải quan trọng với nguồn cung cấp có giới hạn trong điều kiện sự bất ổn định khác nhau. Việc ra quyết định bị ảnh hư ng lớn b i giới hạn về nguồn, giá thành
phát điện, và khảnăng truyền tải hiện tại của lưới. Nói chung, một hệ thống quá tải hay sự quá tải của hệ thống có thể giảm được thông qua một vài chiến lược điều khiển như là sự phối hợp phát điện, liên kết với một máy phát khác hoặc là sa thải
phụ tải tối ưu. Trong trư ng hợp đặc biệt của sự thiếu hụt năng lượng thì việc sa thải phụ tải là không thể tránh khỏi.
Các thuật toán sa thải phụ tải đề xuất trong nghiên cứu này đã cố gắng khắc phục một sốnhược điểm. Nó được dựa trên hai tham số quan trọng: tần số và điện áp. Để xem xét sự ổn định điện áp, độ nhạy điện áp từ các phân tích QV tại cac
thanh góp tải sẽ là thành phần chính của giải thuật. Để giảm bớt hoặc loại bỏ hoàn toàn sự thiếu hụt giữa công suất phát và nhu cầu phụ tải, hệ thống phải dùng đến
chương trình sa thải tải để làm giảm nhu cầu phụ tải.
Ngoài ra, việc sa thải phụ tải có xét đến tầm quan trọng của tải, chi phí tải, sự thay đổi của tải theo gi trong ngày và các điều kiện ràng buộc về giảm bớt phụ tải
cũng được trình bày.
1.4 Ý nghĩa khoa học và thực ti n của đề tài
Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể làm tài liệu tham khảo cho các học viên cao học ngành: “Thiết bị, Mạng và Nhà máy điện” và các nhân viên vận hành
và điều độ hệ thống truyền tải và phân phối điện.
1.5 Mục tiêu – khách thể - đối t ợng nghiên cứu 1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu phương pháp sa thải phụ tải hợp lý, dựa trên cơ s xem xét tốc
độ thay đổi tần số và độ nhạy điện áp tại các thanh góp tải của hệ thống trong lưới
điện. Đồng th i xem xét đến tầm quan trọng của tải, chi phí tải, sựthay đổi của tải theo gi trong ngày và các điều kiện ràng buộc về giảm bớt phụ tải.
1.5.2 Khách thể nghiên cứu: Vận hành và điều khiển hệ thống điện.
1.5.3 Đối t ợng nghiên cứu: các quá trình quá độ, ổn định hệ thống điện và sa thải phụ tải.
1.6 Ph m vi nghiên cứu
- Tổng quan các phương pháp sa thải phụ tải.
- Phương pháp sa thải phụ tải dựa trên cơ s xem xét tốc độ thay đổi tần số và độ nhạy điện áp tại các thanh góp tải của hệ thống điện.
- Phương pháp sa thải phụ tải dựa trên cơ s xem xét tầm quan trọng của tải, chi phí tải, sự thay đổi của tải theo gi trong ngày và các điều kiện ràng buộc về
giảm bớt phụ tải.
- Khảo sát, tính toán, thử nghiệm trên mô hình 37 thanh góp 9 máy phát, nhằm kiểm chứng hiệu quảphương pháp đề xuất.
1.7 Ph ơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tài liệu, tổng hợp, phân tích, mô hình hóa và mô phỏng.
1.8 N i dung luận văn
Chương 1: T ng quan
Tổng quan về hướng nghiên cứu: tóm tắt các kết quả nghiên cứu ngoài
nước. Đặt vấn đề và hướng giải quyết vấn đề, nhằm duy trì ổn định hệ thống điện.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trình bày lý thuyết về các kế hoạch sa thải phụ tải, các phương pháp sa thải phụ tải truyền thống và hiện đại, bao gồm các kỹ thuật sa thải phụ tải dưới tần số, và
dưới điện áp, sử dụng thuật toán AHP.
Chương 3: XâỔ dựng chương trình sa thải phụ tải
Trình bày về xây dựng chương trình sa thải phụ tải và thuật toán được đề
xuất.
Chương 4: Tính toán, thử nghiệm trên hệ thống
Tính toán việc sa thải phụ tải có xem xét đến tầm quan trọng của tải, chi phí tải, sự thay đổi của tải theo gi trong ngày và các điều kiện ràng buộc về giảm bớt phụ tải.
Thử nghiệm chương trình sa thải tải trên hệ thống 37 thanh góp và 9 máy
phát điện bằng phần mềm Powerworld. Đối với hệ thống thử nghiệm được xem xét nhiễu loạn là trư ng hợp mất một máy phát điện, đã được mô phỏng và quan sát kết quả nhận được khi áp dụng chương trình sa thải tải trên cơ s xem xét tốc độ thay
đổi tần sốvà độ nhạy điện áp tại các thanh góp tải của hệ thống trong lưới điện.
Trình bày các kết quảđạt được trong luận văn, và hướng nghiên cứu phát triển của đề tài.
Ch ơng 2
C S LÝ THUY T
2.1 Sa th i phụ t i
Sa thải phụ tải có thể được xác định như là lượng phụ tải phải cắt ra từ một
hệ thống điện để giữ duy trì một phần còn lại của hệ thống hoạt động. Sa thải phụ
tải là một hoạt động điều khiển khẩn cấp. Việc giảm phụ tải này là nhằm đáp ứng lại một sự nhiễu loạn của hệ thống. Các kết quả đó là do thiếu hụt khảnăng phát điện hoặc là tình huống quá tải của lưới. Các nhiễu loạn nói chung có thể gây nên các
điều kiện này bao gồm: Sự cố máy biến áp hoặc là sự cố đường dây truyền tải, mất tổ máy phát, lỗi thiết bị đóng ngắt, đóng cắt lượng tải lớn đột ngột. Khi một hệ
thống điện bị nhiễu loạn, đáp ứng quá độ và đáp ứng động học của nó được điều
khiển chính thông qua 2 mạch vòng động học chính. Mạch thứ nhất là mạch kích từ
(bao gồm AVR) sẽ điều khiển điện áp hệ thống và công suất phản kháng máy phát. Mạch thứ 2 là mạch động lực sơ cấp (bộđiều tốc), mạch sẽđiều khiển công suất tác dụng của máy phát và tần số hệ thống.
2.2 Sa th i phụ t i truyền thống
Sa thải phụ tải bằng relay tần số là phương pháp được sử dụng chung nhất cho việc điều khiển tần số của lưới điện và duy trì tính ổn định của lưới trong các
điều kiện cần thiết. Trong các phương pháp sa thải phụ tải thông thường, khi tần số
giảm xuống dưới điểm làm việc, các relay tần số của hệ thống phát tín hiệu cắt từng
mức phụ tải, do đó ngăn cản sự giảm tần số và các ảnh hưởng của nó.
Tần số là chỉ tiêu chính của tính an toàn và chất lượng hệ thống cho phép:
Một sự biến động chung của lưới điện liên kết có cùng giá trị.
Là sự biểu thị sự cân bằng giữa nguồn cung cấp và tải tiêu thụ.
Yếu tố quan trọng hàng đầu cho sự vận hành suôn sẽ của khách hàng, các ngành sản xuất đặc biệt và công nghiệp.
Hình 2.1: Mô hình đáp ứng tần sốở trạng thái vận hành n định.
Một trong những vấn đề chính của lưới điện liên kết là rã lưới toàn bộ bởi vì
sự giảm tần sốnhư là kết quả của một vài sự cố nhà máy điện hoặc là hỏng đường
truyền. Hiện nay, trong các hệ thống phát điện và truyền tải điện trên thế giới, cách phù hợp nhất đểngăn sự mất điện một phần hay là toàn bộ do sự sụt giảm tần số là sa thải phụ tải tựđộng và nhanh.
Để nghiên cứu các tình huống mất cân bằng giữa năng lượng cung cấp và tiêu thụ, kết quả dao động tần số dưới các tình huống xấu và sự rối loạn lớn, một mô
hình đơn giản của trạng thái ổn định là thành phần chính của đơn vị nhiệt được sử
dụng, được trình bày ở Hình 2.1. Sự biểu diễn của mô hình trình bày ở phương
trình sau: Ht D a e D P 2 1 (2.1) đây: H là hằng số quán tính của hệ thống; D là hệ số cản dịu phụ tải; Km là
độ khuếch đại mạch điều khiển tần số; FH là một phần năng lượng của tuabin tái hâm lại áp suất cao; TR là hằng số thời gian; Pm là năng lượng cơ của tuabin (pu); Pa
là năng lượng van điều tiết; Δωlà sựthay đổi tốc độ (pu).
Phương trình (2.1) mô tả hệ thống ở các điều kiện ban đầu của sự nhiễu loạn
lớn khi ảnh hưởng của bộđiều chỉnh tăng lên suốt các giây đầu tiên của nhiễu loạn
dẫn đến đáp ứng của bộđiều khiển chậm trễ và hằng số thời gian vận hành của nó.
Theo phương trình (2.1), các thông số và yếu tố chính điều khiển trạng thái của tần số và sự quá tải là lượng quá tải và các thông số H và D. nh hưởng của 2 thông số này sẽđược tính toán kỹ trong bất kỳ sự kết hợp sa thải phụ tải nào.
Hệ số cản dịu phụ tải (D) là một thông số thực biểu diễn mối quan hệ giữa tải và tần số. Nó không thể bị bỏ qua trong kế hoạch kết hợp sa thải phụ tải. Trong kế
hoạch sa thải phụ tải, hệ số cản dịu phụ tải thường được diễn đạt qua đơn vị như
được chỉra trong phương trình sau:
D= F P P F (2.2) Giá trị của D biến thiên từ 0-7 và được xác định một lần cho mỗi hệ thống,
được sử dụng trong tất cảcác trường hợp của kế hoạch. Các nghiên cứu cuối cùng
đã chỉra D = 3.3 cho trường hợp mạng lưới điện [8].
nh hưởng của D đối với tốc độ suy giảm tần sốlà khá rõ ràng như là một sự
gia tăng, trong trường hợp D là một sự giảm trong tốc độ giảm tần số. Trong bất kỳ
sự quá tải xác định nào, hệ thống với một giá trị cao hơn của D sẽ có một sựổn định
cao hơn và tần số hệ thống cuối cùng sẽ được ổn định ở một cấp độ cao hơn. Hình
2.2 chỉ ra ảnh hưởng của D đối với đường giảm tần số.
Trong các phương pháp được sử dụng chung, kế hoạch sa thải phụ tải có mối
quan hệ không đáng kể tới mức độ quá tải. Bất kỳ một sự quá tải nào đều có cùng
chiến lược sa thải phụ tải, vì mức độ quá tải không xác định số lượng hoặc là chất