Bus máy phát Thứ tự
Bus 30 Bus 31 Bus 32 Bus 33 Bus 34 Bus 35 Bus 36 Bus 37 Bus 38 Bus 39 Tải Vùng Tải Vùng Tải Vùng Tải Vùng Tải Vùng Tải Vùng Tải Vùng Tải Vùng Tải Vùng Tải Vùng 1 25 1 31 0 4 1 20 1 20 1 23 1 23 1 25 1 29 1 39 0 2 3 1 7 1 7 1 16 1 16 2 21 1 21 2 3 2 28 2 8 1 3 18 2 8 1 8 1 24 2 24 2 16 2 24 2 26 2 26 3 7 1 4 4 3 4 2 3 2 15 2 15 2 24 2 16 2 18 2 27 4 4 2 5 26 2 3 3 15 2 21 3 21 3 15 3 15 3 27 3 25 5 3 2 6 27 2 15 3 12 3 18 4 18 4 18 4 18 4 16 4 18 5 25 3 7 16 2 18 3 16 4 3 5 3 5 3 5 3 5 4 4 3 5 18 3 8 15 4 16 3 31 4 23 6 23 6 4 6 27 6 15 5 16 6 16 4 9 24 5 12 4 18 5 4 6 4 6 27 6 4 6 24 6 15 7 15 4 10 8 5 24 4 24 6 27 6 27 6 25 7 25 7 8 7 24 7 31 5
Ổn định tần số hệ thống điện trong điều kiện sự cố
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm Trang 44
HVTH: Nguyễn Hoàng Nhật
Để xem xét kết quả chia vùng của giải thuật, ta so sánh vùng tải được chia với biểu đồ của khoảng cách điện pha từ nguồn tới tải ở hai máy phát 30 và 36 như hình 23 và hình 24.
Hình 23: Biểu đồ khoảng cách điện và bảng phân vùng phụ tải tính từ máy phát 30 Bus tải Vùng Tải 23 1 Tải 21 2 Tải 24 2 Tải 16 2 Tải 15 3 Tải 18 4 Tải 3 5 Tải 27 6 Tải 4 6 Tải 25 7
Hình 24: Biểu đồ khoảng cách điện và bảng phân vùng phụ tải tính từ máy phát 36 cho 10 tải gần nhất
Từ vị trí các điểm trên đồ thị khoảng cách điện từ bus máy phát đang xét tới các tải, ta nhận thấy vùng phụ tải được chia là chấp nhận được. Từ đây, vùng phụ tải này sẽ được dùng để chọn tải sa thải khi mô phỏng ổn định tần số hệ thống điện khi có sự cố về máy phát. Trên lưới điện thử nghiệm 39 bus, giả định máy phát số 36 bị sự cố, tần số của lưới và góc pha của các máy phát cịn lại thể hiện như trên hình 25.
Hình 25: Sụp đổ tần số hệ thống khi sự cố tại máy phát bus 36
Theo kết quả mơ phỏng trên hình 25, khi mất máy phát tại bus 36, lưới điện thử nghiệm mất ổn định nghiêm trọng và rã lưới sau 15 giây.
Bây giờ, phương án sa thải phụ tải ra được đưa vào để ổn định tần số lưới điện khi bị sự cố máy phát tại bus 36. Đối với phương án truyền thống, khi tần số xuống dưới dưới ngưỡng cho phép thì thiết bị bảo vệ sẽ cắt một lượng công suất của các tải nhất định được đặt trước. Một phương án sa thải truyền thống sẽ khơng chọn lọc vị trí tải cần sa thải và do đó hiệu quả sa thải khơng cao.
Để so sánh, phương án sa thải tải đề xuất theo khoảng cách điện sẽ dùng cùng giá trị thời gian cài đặt và lượng tải sa thải giống như phương pháp sa thải tải truyền thống. Vị trí tải sa thải và công suất tải sa thải trong phương pháp đề xuất được tính bằng cơng cụ tính sa thải tải theo khoảng cách. Kết quả so sánh sự khác nhau về tần
58.2 58.4 58.6 58.8 59 59.2 59.4 59.6 59.8 60 60.2 0 2 4 6 8 10 12 14 H z t(s)
Ổn định tần số hệ thống điện trong điều kiện sự cố
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm Trang 46
HVTH: Nguyễn Hoàng Nhật
số giữa phương pháp sa thải tải truyền thống và phương pháp sa thải tải đề xuất được vẽ trên cùng một đồ thị để dễ quan sát. Hình 26 thể hiện rõ tần số hệ thống, góc pha máy phát và điện áp tại các bus ngẫu nhiên triên lưới thay đổi như thế nào với từng phương pháp sa thải tải.
Chi tiết về phương án sa thải tải khi mất máy phát ở bus 36 được trình bày ở bảng 4.3.
Bảng 4.3: Phương án sa thải tải thử nghiệm khi sự cố máy phát bus 36 Bước
sa thải Thông số Sa thải truyền thống
Sa thải thông minh theo khoảng cách
Bước 1
Thời điểm* 5 giây (59,3Hz) 5 giây (59,3Hz) Tổng MW sa thải 302 (5%) 302 (5%) Các tải sa thải 3; 4; 7; 8; 12; 15; 16; 18; 20; 21; 23; 24; 25; 26; 27; 28; 29; 39 23 (vùng 1); 21; 24; 16 (vùng 2) Bước 2
Thời điểm* 9,6 giây (58,9Hz) 9.6 giây (58,9Hz) Tổng MW sa thải Thêm 609MW (+10%) (Tổng cộng 911MW) Thêm 609MW (+10%) (Tổng cộng 911MW) Các tải sa thải 3; 4; 7; 8; 12; 15; 16; 18; 20; 21; 23; 24; 25; 26; 27; 28; 29; 31; 39 23 (vùng 1); 21; 24; 16 (vùng 2) *Thời điểm trên chương trình mơ phỏng, muốn biết thời gian tính từ lúc sự cố đến khi sa thải tải thì ta phải trừ đi 1 giây.
Lượng công suất tải sa thải ở phương án sa thải tải thường sẽ được chia theo tỉ lệ độ lớn của tải. Lượng công suất sa thải của phương án sa thải tải đề xuất theo khoảng cách pha được cho ở bảng 4.4.
Bảng 4.4: Công suất sa thải tải theo phương án đề xuất
Vùng Tải P tải Hệ số δk P tải có thể sa thải P sa thải bước 1 P sa thải bước 2 1 23 247.5 0.85 210 210 0 2 21 274 0.8 219 28 183 24 308.6 247 31 206 16 329 263 33 220
Hình 26: So sánh tần số, góc pha và điện áp của hai phương pháp sa thải tải 58.5 58.5 59 59.5 60 60.5 0 50 100 150 200 H z t(s) Tần số hệ thống Truyền thống Đề xuất 25 30 35 40 45 50 55 0 50 100 150 200 D eg t(s)
Góc pha của máy phát bus 31
Truyền thống (gen 31) Đề xuất (gen 31) 1 1.02 1.04 1.06 1.08 0 50 100 150 200 V t(s)
Điện áp tại bus 15
Truyền thống Đề xuất
Ổn định tần số hệ thống điện trong điều kiện sự cố
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm Trang 48
HVTH: Nguyễn Hoàng Nhật Biểu đồ hình 26 cho thấy:
Khi mất máy phát tại bus 36 vào giây thứ 1, tần số hệ thống suy giảm nghiêm trọng và nhanh chóng với tốc độ khoảng 0,2 Hz/s (0,75Hz trong 5 giây).
Tại thời điểm 5 giây, ta khởi động sa thải tải lần 1. Tốc độ suy giảm tần số δf/δt giảm bớt. Vì vậy, khi tần số của lưới đạt 58,9 Hz tại 9,6 giây thì ta phải thực hiện sa thải lần 2.
Khi sa thải tải lần 2, phương án sa thải tải thông minh cho kết quả phục hồi và ổn định tần số sau sự cố nhanh hơn (đạt 60,21Hz sau 53 giây). Phương án sa thải truyền thống đạt giá trị tần số ổn định chậm hơn (đạt 60,01Hz sau 100 giây). Ta thấy rằng phương án sa thải tải thông minh cho thời gian phục hồi tần số nhanh gần gấp đơi phương án sa thải truyền thống trong thí nghiệm này.
Tần số hệ thống ở phương án sa thải thông minh ổn định ở giá trị cao hơn giá trị trước khi sự cố, điều này chứng tỏ độ chênh lệch giữa công suất cơ và công suất tác dụng, ∆ ( ) − ∆ ( ), của hệ thống sau sự cố lớn hơn so với trước khi sự cố. Việc tần số hệ thống sau khi sa thải ổn định ở giá trị trước khi sa thải thể hiện việc sa thải đã cắt dư tải.
Tần số hệ thống ở phương án sa thải thường ổn định ở giá trị tương đương với giá trị trước sa thải. Điều này thể hiện lượng tải cắt ở phương án sa thải thường là vừa đủ. Tuy nhiên, khi sa thải cùng một lượng cơng suất tải thì phương án sa thải tải thông minh lại sa thải dư tải trong khi phương án sa thải tải thường lại chỉ sa thải đủ tải. Đây là minh chứng cho việc sử dụng phương án sa thải tải thông minh dựa vào khoảng cách điện pha chỉ cần cắt một lượng tải nhỏ hơn nhiều so với phương pháp sa thải tải thường.
Góc pha hệ thống sau khi sự cố thì góc pha hệ thống ổn định ở giá trị gần với giá trị trước khi sự cố hơn.
Qua kết quả mô phỏng trên lưới điện 39 bus trường hợp mất máy phát tại bus 36, ta chứng minh được rằng: Áp dụng giải thuật sa thải tải theo khoảng cách điện pha là hiệu quả hơn nhiều các phương pháp khác về yếu tố vị trí sa thải tải tối ưu và lượng cơng suất sa thải tải tối thiểu.
4.3.2 So sánh lượng tải sa thải
Với cùng trường hợp máy phát 36 bị sự cố và điều kiện thử nghiệm như trên, ta xem xét lượng cơng suất tối thiểu có thể sa thải. Giả sử rằng sau sự cố tại máy phát ở bus36 xảy ra, khi tần số đạt ngưỡng 59Hz thì ta sa thải tải bằng một bước duy nhất với lượng tải giảm dần để kiểm tra lượng tải sa thải tối thiểu mà hệ thống không bị sụp đổ.
Bảng 4.5 mô tả công suất sa thải, thời gian ổn định tần số của phương pháp sa thải tải thông minh dựa trên khoảng cách điện pha và phương pháp sa thải tải thường. Bảng 4.5: Công suất tải sa thải và tần số phục hồi khi sa thải tải do sự cố máy phát ở bus 36
Tổng MW sa thải
Tần số sau khi sa thải (Hz) Thời gian ổn định* (giây) ST. Thông minh ST. Thường ST. Thông minh ST. Thường 911 (15%) 61,21 60,02 78 120 853 (14%) 60,11 59,5 85 250 792 (13%) 60,01 58,88 120 250
*Thời gian bắt đầu sa thải tải là 7 giây (tần số đạt 59Hz). Thời gian bắt đầu sự cố là 1 giây.
Theo kết quả mô phỏng, phương án sa thải tải thông minh cho kết quả tần số sau khi cắt lớn hơn phương pháp sa thải tải thường. Như vậy, để ổn định tần số ở 60Hz thì phương án sa thải tải thường cần cắt 911MW tải, trong khi phương án sa thải tải dựa theo khoảng cách điện chỉ cần cắt 792MW tải, giảm được 119MW. 4.4 Nhận xét
Kết quả mô phỏng được trình bày ở phần 4.3 chứng minh phương pháp sa thải tải theo khoảng cách điện giải quyết được 2 yêu cầu sa thải tải là:
Tìm được vị trí tải để sai thải dựa trên các giải thuật máy tính. Điều này tiến bộ hơn so với trước đây khi dùng vị trí địa lý của tải để chọn.
Xác định được mức độ ưu tiên của từng vùng tải từ đó có phương án tìm ra cơng suất cần sa thải của từng tải trên cơ sở đã tính được cơng suất cần sa thải của hệ thống. Điều này tiến bộ hơn so với việc ước lượng tầm quan trọng của tải và đưa ra lượng công suất sa thải một cách cứng ngắt trước đây.
Ổn định tần số hệ thống điện trong điều kiện sự cố
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm Trang 50
HVTH: Nguyễn Hoàng Nhật
Khi áp dụng phương pháp sa thải tải đề xuất, tần số hệ thống ổn định nhanh hơn với lượng sa thải tải ít hơn.
Việc dùng các thuật tốn với đầu vào là các thơng số cơ bản của hệ thống để tính ra khoảng cách điện giúp cho các chương trình máy tính hiểu và xử lý dựa trên tầm ảnh hưởng với nhau theo kiểu từ gần tới xa của các phần tử trên hệ thống. Con người bớt đi việc phải dựa vào hiểu biết về vị trí địa lý của các phần tử lưới để xác định tính ảnh hưởng này.
Ước lượng được vùng bị sự cố từ đó đưa ra phương án sa thải tải của vùng. Điều này cần thiết khi lưới điện chưa được lên kết bảo vệ với nhau bằng hệ thống thông tin liên lạc hoặc hệ thống thông tin liên lạc bị lỗi.
Do thời gian nghiên cứu có hạn, phương pháp đề xuất cần được thử nghiệm trên nhiều hệ thống khác nhau để chứng minh tính đúng đắn của đề tài. Cần hoàn chỉnh phương pháp sa thải dựa theo khoảng cách đối với sự cố đường dây truyền tải quan trọng hay sự cố thanh cái.
Chương 5: KẾT LUẬN KẾT LUẬN
Luận văn đã đưa ra được các lý thuyết cơ bản phân tích ảnh hưởng của tần số đến sự vận hành của các phần tử cơ bản trong hệ thống điện. Đồng thời cũng giải thích một số thuật ngữ liên quan trong việc điều khiển tần số của hệ thống điện cũng như các phương pháp cơ bản trong điều khiển tần số hệ thống. Tìm hiểu mơ hình đáp ứng tần số trong mối tương quan với tải và sự liên kết với hệ thống.
Trong điều khiển tần số khẩn cấp, để ổn định tần số lưới điện thì sa thải phụ tải là phương pháp phải được sử dụng. Luận văn đã đưa ra được một phương pháp tiến bộ và hiệu quả khi lựa chọn vị trí tải sa thải, góp phần quan trọng cho việc lập kế hoạch cho một phương án sa thải tải hiệu quả. Đặc biệt, khi mà lưới điện ngày càng phát triển rộng và vận hành trong tình trạng căng thẳng hơn cùng với sự phát triển của phụ tải, sa thải tải thơng minh cần tìm ra những phương pháp hiệu quả hơn để nhanh chóng ổn định hệ thống điện.
Tìm ra và phân vùng khoảng cách điện trên lưới điện cũng có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu và đưa ra các phương án ổn định điện áp, góc pha của hệ thống. Nó cũng góp phần đưa ra các phương pháp giúp các chương trình máy tính thơng minh có thể lập kế hoạch điều khiển lưới điện hiệu quả hơn.
Phương pháp này cần được xem xét và phát triên theo hướng:
Định lượng được tầm quan trọng của từng tải và lượng sa thải tải tối thiểu khi mất nguồn dựa vào khoảng cách điện. Do cơng cụ chỉ đưa ra định tính về độ ưu tiên và khơng định lượng được giá trị cụ thể.
Xác định được thời điểm sa thải tải dựa vào tần số và điện áp. Điều này như một trường hợp bổ sung để xem xét vị trí và lượng tải sa thải.
Ổn định tần số hệ thống điện trong điều kiện sự cố
GVHD: TS. Nguyễn Minh Tâm Trang 52
HVTH: Nguyễn Hoàng Nhật
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] P. Kundur ;J. Paserba ; V. Ajjarapu ; G. Andersson ; A. Bose ; C. Canizares ; N. Hatziargyriou ; D. Hill ; A. Stankovic ; C. Taylor ; T. Van Cutsem ; V.
Vittal, "Definition and Classification of Power System Stability," IEEE Transactions on Power Systems, vol. 19, no. 3, pp. 1387-1401, August 2004.
[2] H. Bevrani, Robust Power System Frequency Control (Second Edition), Springer, 2014.
[3] P. Kundur, Power System Stability and Control, McGraw-Hill, 1994.
[4] P. Pourbeik, P. Kundur and C. Taylor, "The anatomy of a power grid blackout
- Root causes and dynamics of recent major blackouts," IEEE Power and Energy Magazine, 2006.
[5] "List of major power outages - Wikipedia," Wikimedia Foundation, [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_major_power_outages. [Accessed 23 7 2016].
[6] Bureau and Agencies, "Northern & Eastern grids collapse: Biggest power failure in India - The Economic Times," The Economic Times, 31 6 2012. [Online]. Available:
http://economictimes.indiatimes.com/industry/energy/power/northern-eastern- grids-collapse-biggest-power-failure-in-india/articleshow/15291201.cms. [Accessed 20 9 2017].
[7] Tiffany Ap and Lonzo Cook, "Monkey causes nationwide blackout in Kenya - CNN," CNN International, 8 6 2016. [Online]. Available:
http://edition.cnn.com/2016/06/08/africa/kenya-monkey-power-outage-trnd/. [Accessed 20 9 2017].
[8] "Sự cố mất điện miền Nam Việt Nam 2013 - Wikipedia," Wikimedia Foundation, [Online]. Available:
https://vi.wikipedia.org/wiki/Sự_cố_mất_điện_miền_Nam_Việt_Nam_2013. [Accessed 23 7 2016].
[9] Executive Summary of CIGRE TF 38.02.14 Report, "Large frequency disturbances: analysis and modeling needs," IEEE, New York, 1999.
[10] "Utility frequency - Wikipedia," Wikimedia Foundation, 9 9 2017. [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Utility_frequency. [Accessed 20 9 2017].
[11] N. S. Nise, Control Systems Engineering, Seventh Edition, WILEY, 2015. [12] "Power Systems Analytical Software Tools | Power Systems Simulation
Laboratory," University of Queensland, 2013. [Online]. Available: http://www.itee.uq.edu.au/pssl/drupal7_with_innTheme/?q=node/34. [Accessed 21 9 2017].
[13] B. Sabeeh and C. K. Gan, "Power System Frequency Stability and Control:
Survey," International Journal of Applied Engineering Research, vol. 11, pp.
5688-5695, 2016.
[14] J.A. Laghari; H. Mokhlis; A.H.A. Bakar; Hasmaini Mohamad, "Application of computational intelligence techniques for load shedding in power systems:
A review," Energy Conversion and Management, 2013.
[15] M. Lu, W. ZainalAbidin, T. Masri, D. Lee and S. Chen, "Under-frequency
load shedding (UFLS) schemes – A survey," International Journal of Applied Engineering Research, vol. 11, pp. 456-472, 2016.
[16] Bộ công thương Việt Nam - Cục Điều Tiết Điện Lực, Quy trình lập kế hoạch, huy động dịch vụ điều tần và dự phòng quay, 2015.
[17] A.A.M. Zin; H. M. Hafiz; W. K. Wong, "Static and dynamic under-frequency
load shedding: a comparison," International Conference on Power System Technology, PowerCon 2004, vol. I, pp. 941-945, 2004.