Hệ thống sa thải phụ tải thông thường chỉ tin cậy trên hệ thống đo lường tần số không thể được lập trình với lợi ích sự hiểu biết của người thiết kế hệ thống điện. Kỹ sư hệ thống phải thi hành nhiều nghiên cứu hệ thống bao gồm tất cả các hệ và các điều kiện vận hành hệ thống có thể hiểu được để thiết kế đúng hệ thống điện. Sự
hiểu biết về hệ thống của kỹ sư đạt được thông qua các nghiên cứu là không được tận dụng hết. Ngoài ra, hầu hết dữ liệu và các kết quả nghiên cứu đã bị mất hoàn toàn. Sự không khả dụng của thông tin cho sự cải tiến và các thay đổi tương lai của hệ thống sẽ làm giảm tầm quan trọng cho sự bảo vệ đặc tính hệ thống.
Hệ thống sa thải phụ tải hiện đại sử dụng sự thu thập dữ liệu rộng lớn thời gian thực cái mà cập nhật liên tục mô hình hệ thống thời gian thực bằng máy tính. Giải pháp tối ưu này cho sự duy trì hệ thống bằng cách sa thải chỉ lượng phụ tải cần thiết và được gọi là sa thải phụ tải thông minh (ILS).
Đó là phương pháp kích hoạt những rơle dưới tần số dựa trên một chương trình sa thải tải thông minh thay đổi động. Các thành phần chính của chương trình này là: các cơ sở tri thức, danh sách nhiễu loạn và các công cụ tính toán ILS.
Hệ thống này phải có các khả năng sau:
Khả năng bản đồ một hệ thống năng lượng phi tuyến phức tạp với một số lượng giới hạn các điểm tập hợp dữ liệu tới một khoảng không gian xác định.
Cấu hình hệ thống nhớ tự động, các điều kiện vận hành như là tải được thêm vào hay loại ra, và đáp ứng hệ thống tới các nhiễu loạn với tất cả các cấu hình hệ thống.
Nhận dạng các mẫu hệ thống khác để dự đoán đáp ứng hệ thống cho các nhiễu loạn khác.
Tận dụng vào sự hiểu biết ban đầu có thể cải thiện được bằng các trường hợp đã xác định được khách hàng.
Khả năng thích nghi huấn luyện tự động và hệ tự học của cơ sở kiến thức hệ thống dẫn đến các thay đổi hệ thống.
Ra các quyết định nhanh, đúng, và tin cậy trong việc ưu tiên sa thải phụ tải dựa vào tình trạng tải thực tế của mỗi máy cắt.
Sa thải lượng phụ tải nhỏ nhất để duy trì sự ổn định của hệ thống và tần số thông thường.
Sự kết hợp tối ưu để sa thải của các máy cắt với sự hiểu biết đầy đủ vào các ràng buộc của hệ thống.
Trong việc bổ sung thêm danh sách các khả năng, hệ thống sa thải phụ tải thông minh phải có một cơ sở tri thức. Để cơ sở tri thức trở nên hiệu quả, nó phải có thể nắm được các thông số hệ thống then chốt, thông số mà có tác động trực tiếp vào đáp ứng tần số hệ thống các nhiễu loạn. Các thông số này bao gồm:
Năng lượng đã thay đổi giữa hệ thống và lưới điện cả trước và sau nhiễu loạn.
Khả năng phát điện trước và sau nhiễu loạn.
Động học của máy phát điện tải chổ.
Tải thực tế và các tình trạng được cập nhật của mỗi phụ tải có thể sa thải.
Đặc điểm động học của các phụ tải hệ thống. Đặc điểm này bao gồm các máy điện quay, các tải trở kháng không đổi, các tải dòng điện không đổi, các tải năng lượng không đổi, các tải phụ thuộc tần số, hoặc là các dạng khác của tải.
Một vài yêu cầu bổ sung phải được trao đổi trong suốt quá trình thiết kế và hoạt động của kế hoạch sa thải phụ tải thông minh.
Kiến thức cơ sở đã được cấu hình và được lựa chọn cẩn thận.
Khả năng để đảm bảo sự hiểu biết cơ ban hệ thống một cách đầy đủ, đúng, và đã được trải nghiệm.
Khả năng để thêm tính logic xác định khách hàng.
Một hệ thống giám sát trực tuyến có thể có được sự liên kết với dữ liệu hệ thống thực.
Khả năng để thực hiện một phương pháp dự báo và ngăn ngừa để có thể đưa ra một kiểu sa thải phụ tải động tương ứng với các thay đổi cấu hình hệ thống và các nhiễu loạn đã được xác định trước đó.
Một hệ thống điều khiển tại chổ phân phối cho hệ thống năng lượng trung tâm giám sát hệ thống sa thải phụ tải thông minh.
Danh sách nhiễu loạn Giám sát cấp cao Cơ sở tri thức Mô hình mạng lưới Công cụ tính toán Kiểm soát phân loại Kiểm soát phân loại Kiểm soát phân loại Sa thải tải Sa thải tải Sa thải tải
Hình 1.3:Cấu trúc tổng quát của chương trình ILS.
Trong sơ đồ ở Hình 1.3, các cơ sở tri thức là các khối quan trọng nhất. Cơ sở tri thức được kết nối tới công cụ tính toán, gửi các tín hiệu ngắt đến các rơle. Các mô hình mạng có thể được truy cập bởi các cơ sở tri thức trong khi giám sát hệ thống. Cơ sở tri thức được huấn luyện và đầu ra của nó bao gồm các diễn biến động của hệ thống và các đáp ứng tần số trong khi nhiễu loạn. Cơ sở tri thức được huấn luyện này cũng giám sát hệ thống liên tục cho tất cả các điều kiện vận hành.
Danh sách nhiễu loạn bao gồm các nhiễu loạn hệ thống đã được xác định trước đó. Căn cứ vào các yếu tố đầu vào cho hệ thống và cập nhật hệ thống liên tục, các cơ sở tri thức thông báo và gửi định kỳ các yêu cầu tới bộ phận tính toán sa thải phụ tải thông minh ILS để cập nhật các kiểu sa thải phụ tải. Vì vậy, nó đảm bảo rằng sa thải tải luôn luôn là nhỏ nhất và tối ưu khi một sự nhiễu loạn xuất hiện.
Nhiễu loạn hệ thống hoặc mất
Các kiểu sa thải phụ tải được truyền xuống các bộ điều khiển phân phối đã được định vị kết nối tới mỗi phụ tải có thể sa thải. Khi một sự nhiễu loạn xảy ra, hành động sa thải phụ tải nhanh có thể được thực hiện.
1.3 Tóm lược các chương trình sa thải phụ tải đang áp dụng
Lê Kim Hùng (Đại học Đà Nẵng), Vũ Phan Huấn (Công ty thí nghiệm điện Miền Trung) [17] trình bày Rơle sa thải phụ tải theo tần số có khả năng tích hợp các chức năng bảo vệ tần số và điện áp nhằm đảm bảo độ ổn định trong hệ thống điện bằng cách sa thải phụ tải hoặc cô lập lưới điện cục bộ trong điều kiện kém tần và quá áp. Hiện nay, rơle tần số được lắp đặt tại các trạm biến áp và sa thải tải theo từng lượng công suất nhỏ, giúp cho tần số và điện áp lưới điện khôi phục lại trạng thái làm việc bình thường. Bài báo tập trung vào trình bày sơ đồ ứng dụng chức năng sa thải phụ tải mới dựa trên nguyên lý truyền thống sa thải tải, cho phép cắt các ngăn lộ theo từng cấp tần số, bắt đầu từ việc kiểm tra đấu nối nhị thứ, đến cài đặt thông số chỉnh định và cấu hình rơle trên phần mềm chuyên dụng giao tiếp rơle Micom Studio. Cuối cùng là ứng dụng sơ đồ sa thải phụ tải bằng rơle Areva P142 tại Trạm biến áp 110kV ĐăkMil.
Hội đồng Điều phối độ tin cậy bang Florida (FRCC) [4], có xây dựng kế hoạch sa thải phụ tải. Các bộ phận cung cấp tải của FRCC phải cài đặt các rơle dưới tần số, để ngắt xung quanh 56% tổng số tải trong một kế hoạch sa thải tải tự động. Nó có 9 bước để sa thải phụ tải, tần số là 59,7 Hz cho bước đầu tiên và 59,1 Hz cho bước cuối cùng. Các bước tần số, thời gian và số lượng của tải sẽ bị sa thải trình bày trong Bảng 1.1. Các bước từ A đến F sa thải tải khi có sự suy giảm tần số. Các bước L, M và N thì đặc biệt, sa thải phụ tải khi 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 59,4 Hz và tiếp tục duy trì trong vùng lân cận 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. Hiệu quả của kế hoạch này được kiểm tra mỗi năm bởi nhóm công tác ổn định FRCC (SWG). Căn cứ vào kế hoạch này chắc chắn chỉ tiêu tần số phải được thành
lập. Tần số phải duy trì trên 57 Hz và nên phục hồi trên 58 Hz trong 12 giây. Ngoài ra, tần số không được vượt quá 61,8 Hz vì sa thải phụ tải quá mức.
Bảng 1.1: Các bước sa thải tải của FRCC.
Các bước UFLS Tần số sa thải tải (Hz) Thời gian trễ (s)
Lượng tải sa thải (phần trăm tổng tải) (%) Tổng số lượng tải sa thải (%) A 59.7 0.28 9 9 B 59.4 0.28 7 16 C 59.1 0.28 7 23 D 58.8 0.28 6 29 E 58.5 0.28 5 34 F 58.2 0.28 7 41 L 59.4 10 5 46 M 59.7 12 5 51 N 59.1 8 5 56
Kiểm soát khu vực giữa Đại Tây Dương MAAC thực hiện một quy trình sa thải tải từng bước. Bảo vệ máy phát điện cũng được xem xét khi thiết lập các điểm cài đặt tần số, và số lượng tải sẽ bị sa thải tại mỗi bước. Các rơle bảo vệ máy phát điện được thiết lập để ngắt máy phát điện sau bước sa thải tải cuối cùng. Kế hoạch này có ba bước sa thải phụ tải cơ bản, được trình bày trong Bảng 1.2.
Bảng 1.2:Các bước sa thải tải của MAAC.
Số lượng phần trăm tổng tải sa thải Tần số cài đặt sa thải tải (Hz)
10% 59.3
10% 58.9
10% 58.5
Tần số cắt giảm đầu tiên là 59,3 Hz. Tại mỗi bước, 10% của tải trực tuyến tại đó tức thời được sa thải. Số lượng của các bước sa thải tải có thể tăng được hơn ba lần cung cấp trên lịch trình được duy trì. Kế hoạch này là một kế hoạch phân phối khi nó sa thải tải từ các vị trí phân phối mà trái ngược với kế hoạch tập trung. Các tải bị ngắt bởi kế hoạch này được phục hồi bằng tay.
Cài đặt thời gian trễ được áp dụng cho rơle dưới tần số với thời gian trễ là 0,1(s). Các rơle này đòi hỏi duy trì ổn định tại điểm đặt tần số là ±0,2(Hz) và trong thời
đồng nhất để đạt được một cách xấp xỉ giống nhau về tốc độ đáp ứng. Một cơ sở dữ liệu sa thải tải dưới tần số được duy trì bởi nhân viên lưu trữ thông tin MAAC đối với việc sa thải tải tại mỗi bước, tổng số các bước và ghi lại mỗi trường hợp sa thải tải.
Công ty Dịch vụ công cộng New Mexico (PNM) đã phát triển một kế hoạch sa thải tải dưới điện áp, để bảo vệ hệ thống của họ chống lại mất ổn định điện áp. Kế hoạch này đã được thiết kế cho hai trường hợp mất ổn định điện áp. Thứ nhất là được kết hợp với sự mất ổn định tức thời của các động cơ không đồng bộ trong vòng 0-20 giây đầu tiên. Thứ hai là đến vài phút. Sụp đổ này có thể gây ra vì đang cố gắng điều chỉnh phân phối để khôi phục lại điện áp tại trạm biến áp phụ tải. Theo cấu trúc liên kết của hệ thống PNM, chương trình sa thải phụ tải ngẫu nhiên quan trọng được phát triển (ICLSS). Kế hoạch này sử dụng SCADA và các PLC. Hệ thống vùng đã được sử dụng để thử nghiệm phương pháp này. Mười ba bước sa thải tải được thực hiện để chính xác độ chênh lệch tần số.
Hồ chứa thủy điện Tây Nam SPP có ba bước cơ bản của kế hoạch sa thải tải dựa trên các rơle dưới tần số. Trong trường hợp suy giảm tần số có thể không được hạn chế trong ba bước, thêm vào đó các bước sa thải khác được tiến hành. Các sự tác động khác có thể bao gồm việc mở các đường dây, tăng vùng mất điện. Những hành động này được thực hiện khi tần số giảm xuống dưới 58,7 Hz. Kế hoạch này thì tự động, trong trường hợp nó không đạt được phục hồi tần số thành công, sa thải tải bằng tay được kết hợp. Các bộ phận được yêu cầu phải sa thải tải trong ba bước. Trong bước đầu tiên, lên đến 10% của tải, nhưng không quá 15% là cần thiết để sa thải. Trong bước thứ hai lên đến 20% của tải, nhưng không quá 25% là cần thiết để sa thải. Bước thứ ba yêu cầu lên đến 30% nhưng không quá 45% của các phụ tải hiện có để được sa thải.
Hệ thống TNB của Malaysia đã được sử dụng một chương trình sa th ải phụ tải. Chương trình này đư ợc dựa trên sự suy giảm của tần số và tải sa thải khi tần số giảm dưới giá trị danh định của nó. Đó là bốn bước đầu tiên của chương trình sa
thải tải. Nhưng sau sự sụp đổ hệ thống vào tháng 08 năm 1993, nó đã được sửa đổi với sáu bước chương trình sa thải. Do đây là hệ thống 50 Hz, bắt đầu sa thải từ 49,5 Hz. Các tần số liên tục cho năm bước tiếp theo là 49,3 Hz, 49,1 Hz, 49,0 Hz, 48,8 Hz và 48,5 Hz. Tỷ lệ tải lựa chọn để sa thải được dựa trên mức trung bình ba tháng của các dữ liệu tải được cập nhật hàng năm.
Một chương trình tự động sa thải tải dưới tần số được sử dụng bởi các ngành công nghiệp năng lượng Guam [2]. Chương trình này cố gắng để giảm thiểu tải bị sa thải dựa trên mức độ của tải mất cân bằng và khả năng huy động các nguồn dự trữ. Nó được dựa trên tần số giảm trung bình của hệ thống. Một kế hoạch tương tự được kết hợp giữa Cote d'Ivoire-Ghana-Togo-Benin thành lập một chương trình sa thải tải năm giai đoạn với sự giảm tần số đầu tiên là 49,5 Hz (trên một hệ thống 50 Hz) và sự giảm tần số của giai đoạn cuối cùng là 47,7 Hz.
ERCOT, Hội đồng điện tin cậy của Texas, có chương trình sa thải tải dưới tần số [5]. Nó được xem xét bởi các hướng dẫn điều hành ERCOT mỗi 5 năm. Tổng phu ̣ tải nó sa thải lên đ ến 25% tải của hệ thống. Chương trình có ba bước, cắt giảm tần số cho bước một là 59,3 Hz được trình bày trong Bảng 1.3.
Các chương trình trên chưa bao g ồm bất kỳ kế hoạch cô lập điện. Chỉ ngẫu nhiên được xem xét sự ngắt điện của máy phát điện. Trong một sự kiện của tháng 03 năm 2003, chương trình UFLS đã đưa vào thử nghiệm. Nó hoạt động tốt bởi ngắt tải đồng nhất, lên đến 3.900 MW của trường hợp máy phát điện bị ngắt điện. Nhưng nó đã được quan sát thấy rằng một số trong các bộ phận này bị ngắt điện sau sự kiện ban đầu và sa thải tải của UFLS. Các bộ phận này được phát hiện có rơle bảo vệ hoặc kiểm soát cài đặt bị sai.
Bảng 1.3:Chương trình sa thải tải của ERCOT.
Tần số sa thải Tải sa thải
59.3 Hz 5% Tải hệ thống (Tổng 5%)
Một chương trình khác [3] sử dụng các mạng trí tuệ nhân tạo để xác định chương trình bảo vệ sa thải tải thích hợp nhất. Các đầu vào cho hệ thống được đòi hỏi xác suất tiêu chuẩn liên quan đến hệ thống bảo vệ hoặc số lượng của khách hàng bị ngắt tải. Chương trình này là một phiên bản được mở rộng của một cách tiếp cận mô phỏng Monte Carlo liên tiếp hiện có.
Chương trình sa thải tải dưới tần số hợp nhất bởi hệ thống điện Đài Loan [9], xem xét các mô hình tải khác nhau, ví dụ, một mô hình động một động cơ, một mô hình động hai động cơ và một mô hình động tổng hợp. Đề án này tính toán các hệ số động lực D, đó là các hệ số của các mô hình tải khác nhau tùy thuộc vào tần số và điện áp của tải.