Sự suy giảm điện áp trên một ví dụ đơn giản

Một phần của tài liệu Ổn định tần số hệ thống điện trong điều kiện sự cố (Trang 34)

Để chuyển đổi kết quả trên thành tổng, ta có thể lấy logarit của thơng số suy giảm αij.

Dv(i,j) =  Log(αij)

Tuy nhiên, để thu được kết quả Dv(i,j) = Dv(j,i), ta có thể dùng biểu thức dưới đây như là cơng thức dùng để tính khoảng cách điện áp.

Dv(i,j) = Dv(j,i) =  Log(αij*αji ) (3.2)

Khi dùng ma trận [XBus] để tính khoảng cách điện áp, cơng thức trên có thể được viết lại thành dạng:

( , ) = ( ) + − 2. (3.3)

3.2.2 Khoảng cách điện pha

Trong tính tốn phân bố cơng suất, ta thường tách rời mối liên hệ vật lý giữa cơng suất tác dụng và cơng suất phản kháng. Có sự khác nhau về độ thay đổi của các đại lượng vất lý này. Do đó, ở phần trên chúng ta xem xét khoảng cách điện áp là mối liên quan giữa công suất phản kháng và điện áp; ở phần này ta sẽ tìm hiểu khoảng cách pha thể hiện mối liên hệ giữa cơng suất tác dụng và góc pha.

Xem xét thông số của các ma trận [Xbus], [Zbus] và [δθ/δP] dùng để xác định

tính liên quan các nút về pha. Gọi Dp(i,j) là khoảng cách điện pha giữa hai nút i và nút j. Cơng thức tính Dp(i,j) được đề nghị như sau:

Cơng thức trên định nghĩa khoảng cách pha là khoảng cách vật lý của điện kháng. Khi xem xét thành phần tổng trở lưới, ta dùng các phần tử của ma trận [Zbus], định nghĩa khoảng cách điện pha có thể được viết lại dưới dạng:

Dp(i,j) = Zii + Zjj  2.Zij (3.5)

Nếu xét thêm sự tham gia của công suất tác dụng và góc lệch pha trên lưới. Một định nghĩa tốt hơn được đưa ra dùng các phần tử của ma trận [δθ/δP]. Ma trận [δθ/δP] là ma trận nghịch đảo của ma trận [δP/δθ] được viết tắc là [J1], một thành phần của ma trận Jacobian trong phương pháp Newton-Raphson khi tính phân bố cơng suất [21]. Trong trường hợp này, ta dùng định nghĩa khoảng cách điện pha:

Dp(i,j) =(δθi/δPi)+ (δθj/δPj)- (δθj/δPi)- (δθi/δPj) (3.6)

3.3 Chọn tải sa thải theo khoảng cách điện pha

Từ ý tưởng khoảng cách điện giữa các nút trên lưới, ý tưởng về chọn tải sa thải theo khoảng cách điện được đưa ra.

Theo như tài liệu [3], khi xuất hiện nhiễu loạn tại một vùng trên lưới điện, việc điều chỉnh lưới điện lưới điện tại vùng nhiễu loạn sẽ đạt được hiệu quả tốt nhất. Bằng việc làm tối thiểu sai số điều khiển vùng (ACE) nhiễu loạn tại vùng xuất hiện nhiễu loạn sẽ ít ảnh hưởng tới các vùng khác trên hệ thống nhất. Trong sa thải phụ tải cũng vậy, khoanh vùng sự cố nghiêm trọng và sa thải tải xung quanh vùng sự cố sẽ làm cho ảnh hưởng của sự cố tới hệ thống nhỏ hơn, phương án sa thải tải hiệu quả hơn.

Trong lưới điện hiện nay, khi mà các thông số hệ thống được chia sẻ với nhau trên hệ thống SCADA [22], thông tin về phần tử bị sự cố trên hệ thống có thể dễ dàng được chia sẻ với các phần tử khác qua hệ thống thông tin tin liên lạc [23]. Việc tìm ra các thiết bị gần vị trí sự cố để điều chỉnh là cần thiết. Bằng cách tính và phân vùng khoảng cách điện giữa các nút trong mạng điện, việc tìm ra vị trí tải để cắt trong phương án sa thải tải sẽ mang lại hiệu quả cao.

Trong giới hạn khi chỉ xét tới ổn định tần số của hệ thống trong điều kiện khẩn cấp, ta dùng khoảng cách điện pha sử dụng các thơng số của ma trận [Xbus] để tính

tốn. Dùng ma trận [Xbus] thì khoảng cách điện pha sẽ khơng bị ảnh hưởng của cơng suất và góc lệch pha giữa các nút mà khi quá độ giá trị này thay đổi rất khó tính trước. Ngồi ra, khi trên lưới điện được tối ưu hóa phân bố cơng suất thì độ lớn tương đối của khoảng cách điện pha thay đổi không nhiều nếu dùng các thông số từ các ma trận

[J1] hay [Xbus] trong các cơng thức tính tương ứng. Vì vậy, các số liệu khoảng cách

điện pha được sử dụng trong nghiên cứu này đều được tính theo cơng thức:

Dp(i,j) = |Xii + Xjj – 2.Xij|

3.4 Phân vùng các tải theo khoảng cách tới nguồn

Một phương án sa thải tải hiệu quả sẽ sa thải những tải gần vị trí sự cố nhất rồi đến những tải xa. Một thứ tự ưu tiên cần được tính tốn để định tỉ lệ của tải sa thải so với tải hiện tại của những nút gần vị trí sự cố. Ví dụ trong trường hợp mất nguồn điện, dựa vào khoảng cách điện pha từ tải tới nguồn, các tải được phân vùng ưu tiên bằng các số thứ tự 0, 1, 2… (thứ tự 0 là tải nằm cùng với nút máy phát). Ứng với mỗi vùng một lượng tải định sẵn sẽ được đưa ra.

Sau khi tính khoảng cách điện từ nguồn tới tải, các tải được sắp xếp từ gần

nguồn tới xa nguồn theo thứ tự i, i+1, i+2,… Gọi Di là khoảng cách điện pha từ tải thứ i tới máy phát đang xét; Tải i và i+1 được xem là cùng vùng với nhau khi chúng

thỏa điều kiện:

∆ , < ∆ , × (3.7)

Trong đó:

∆ , = − : Độ lệch khoảng cách từ tải i + 1 tới tải i

∆ , = − : Độ lệch khoảng cách từ tải i + 2 tới tải i + 1

α < 1 : Hệ số sai lệch (hệ số này càng nhỏ thì sai lệch khoảng cách giữa các vùng tải càng ít)

Hình 16: Biểu diễn của hai tải cùng vùng (tải số 2 và tải số 3)

3.5 Chọn lượng tải sa thải theo vùng

Giả định rằng ta đã tính được tổng lượng cơng suất tải cần sa thải khi sự cố bằng các phương pháp tính sa thải phụ tải đã được xuất bản. Khi đã xác định được vị trí tải cần sa thải bằng việc phân vùng và định thứ tự ưu tiên của vùng tải cần sa thải, ta cần phân bố tổng lượng công suất cần sa thải vào các tải theo thứ tự ưu tiên sa thải. Vùng tải có số thứ tự càng nhỏ thì càng bị sa thải tải nhiều. Việc chọn tải cần cắt cũng phải chú ý đến tầm quan trọng của phụ tải cũng như giá trị kinh tế của phụ tải như trong tài liệu [24].

Việc cắt lượng lớn cơng suất tải tại vùng có số thứ tự nhỏ tức là cắt tải ở gần vị trí sự cố nhất đảm bảo được ảnh hưởng của sự cố lên lưới là bé nhất. Mục đích chia tải thành vùng là để sa thải nhằm tránh việc một tải ở gần nguồn vị cắt quá nhiều kể cả các tải quan trọng và tải có giá trị kinh tế cao trong khi đó một tải cũng ở gần tương đương lại bị cắt quá ít. Điều này đảm bảo tính liên tục cung cấp điện cao cho lượng lớn các tải quan trọng.

Gọi δ là hệ số sa thải tải (0 ≤ δ ≤ 1). Đây là đại lượng thể hiện độ ưu tiên bị cắt

khi cần giảm công suất của tải. Trên hệ thống khi mà nhiều tải nhỏ được gom thành một nhóm tải lớn. Một tải cụ thể có hệ số δ càng gần 1 chứng tỏ nó là tải ít quan trọng trong hệ thống. Đối với một tải lớn gồm nhiều tải nhỏ kết nối vào một bus của hệ

thống, mối quan hệ giữa lượng cơng suất có thể cắt giảm của tải và hệ số δ được biểu

diễn bằng đường công suất sa thải của tải ở hình 3.4.

Trong hình 3.4, tải i là tải khơng quan trọng vì ứng với một hệ số sa thải tải thì

i+1 là một tải cân bằng giữa lượng tải có thể cắt giảm và tầm quan trọng của tải. Khi

sa thải tải, để giữa lại những tải quan trọng, ta sẽ khơng cắt hết tồn bộ tải ở vùng gần

sự cố. Hệ số sa thải vùng δk, (0 ≤ δk ≤ 1), được dùng để xác định lượng tải cần cắt ở vùng k. Hệ số δk đối với vùng gần sự cố nhất là lớn nhất rồi giảm dần khi ra xa hơn.

Hệ số này càng lớn càng tăng hiệu quả của sa thải tải tuy nhiên lượng tải sa thải của những vùng gần sự cố sẽ rất lớn.

Giao điểm giữa đường thẳng δk và đường công suất sa thải của tải tương ứng chính là cơng suất cần cắt của vùng k. Trên hình 2, P1(i) là lượng cơng suất cần cắt của tải i cũng là lượng công suất cần cắt của vùng 1 P1. Lượng công suất cần cắt của

vùng 2 là P2  P2(i1) P2(i2).

Trong mơ phỏng tìm cơng suất sa thải tối ưu, ta sẽ ưu tiên sa thải tải ở vùng k gần vị trí sự cố nhất trước. Khi sa thải hết lượng Pk công suất rồi mà hệ thống vẫn

chưa ổn định thì mới sa thải tải ở vùng kế tiếp. Bằng cách mô phỏng này, lượng công suất sa thải tối thiểu sẽ được tính ra giúp cho phương án sa thải đạt kết quả tốt hơn.

Chương 4:

ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP SA THẢI TẢI THEO KHOẢNG CÁCH TRÊN LƯỚI ĐIỆN THỬ NGHIỆM

4.1 Công cụ chọn tải sa thải theo khoảng cách điện

4.1.1 Giới thiệu cơng cụ

Bằng cách tính tốn khoảng cách từ ma trận tổng dẫn [Ybus] ta hạn chế được khối lượng tính tốn. Ma trận tổng dẫn [Ybus] được dùng trong công cụ để xác định thứ tự sa thải tải có xem xét độ lớn của nguồn và độ lớn của tải liên quan. Ma trận tổng dẫn [Ybus], thông số tải, thông số máy phát được xuất từ chương trình PowerWorld dưới dạng cơ sở dữ liệu.

Chương trình PowerWorld Simulator hỗ trợ xuất rất nhiều thông số của lưới điện mô phỏng ra thành các định dạng khác nhau như: “*.csv”, “*.xlsx”, “*.aux”. Cơng cụ tính tốn chỉ nhận dữ liệu định dạng “*.csv” với “*” là tên của file dữa liệu.

Ta có thể tìm thấy dữ liệu về ma trận [Ybus], thơng số tải, thông số máy phát từ cửa

sổ “Model Explorer” của chương trình PowerWorld với mơ hình lưới điện đã được xây dựng sẵn. (Từ mơ hình lưới điện được xây dựng trước đó, ta vào thanh cơng cụ “Case Information”, nhấn vào nút “Model Explorer dialog” để mở cửa sổ con “Model Explorer”. Tại cửa sổ con “Model Explorer” của chương trình PowerWorld ta tìm ma trận tổng dẫn [Ybus], thông số máy phát tại mục “Generators”, thông số tải tại mục “Loads”. Bằng cách nhấp phải vào bảng thông số chọn “Save As” và chọn dạng file xuất ra là “CSV”, ta xuất dữ liệu từ chương trình mơ phỏng PowerWorld ra và lưu ngoài ổ cững.)

Cơng cụ tính thứ tự sa thải tải được lập trình bằng ngồn ngữ Visual Basic for Applications (VBA) chạy trên Microsoft Excel. Với các hàm xử lý và trình bày số liệu mạnh mẽ, trực quan, phần mềm Microsoft Excel thích hợp để xử lý khối lượng số liệu lớn xuất ra từ chương trình mơ phỏng. Đồng thời phần mềm này cũng được cài trên hầu hết các máy tính cá nhân nên có thể chạy được trên hầu hết các máy tính.

Ngơn ngữ Visual Basic for Applications được tích hợp sẵn trong phần mềm Microsoft Excel khi cài đặt. Đây là ngơn ngữ lập trình thơng dụng và đơn giản để tìm kiếm các đoạn code mẫu phục vụ các u cầu tính tốn khác nhau. Các đoạn code này được chia sẻ trong cộng đồng lập trình VBA trên Internet.

4.1.2 Giao diện chương trình

Cơng cụ tính thứ tự sa thải tải là một file excel với đuôi “*.xlsm”. Đuôi “*.xlsm” là đuôi excel cho phép các câu lệnh hay Macro VBA được lưu tích hợp vào file excel. Cơng cụ tính tốn gồm có 12 trang tính (WorkSheets hay Sheets) và các nút nhấn được tích hợp vào để chạy các câu lệnh VBA xử lý dữ liệu. Các Sheets trong công cụ gồm:

 Sheet “YBus” chứa ma trận [Ybus] lấy từ phần mềm PowerWorld Simulators.  Sheet “Gen” chứa thông số của máy phát lấy từ phần mềm PowerWorld Simulators.

 Sheet “Load” chứa các thông số tải lấy từ phần mềm PowerWorld Simulators.  Sheet “ZBus” chứa ma trận [Zbus] được phần mềm tính tốn bằng cách nghịch đảo ma trận [Ybus].

 Sheet “XBus” chứa ma trận [Xbus] được lọc từ thành phần ảo của số phức từ ma trận [Zbus].

 Sheet “VDis” chứa khoảng cách điện áp giữa các nút được tính dựa vào ma trận [Xbus].

 Sheet “PDis” chứa khoảng cách điện pha giữa các nút được tính dựa vào ma trận [Xbus].

 Sheet “FilDv” chứa khoảng cách điện áp giữa các nút nguồn và các nút tải được trích xuất từ sheet “VDis”.

 Sheet “FilDp” chứa khoảng cách điện pha giữa các nút nguồn và các nút tải được trích xuất từ sheet “PDis”.

 Sheet “Result” chứa kết quả tính tốn thứ tự sa thải tải và lượng tải cần sa thải. Trong các Sheets của cịn có các nút nhấn với các chức năng:

 Nút “Load” ở Sheet “YBus” dùng để chọn các tập tin dữ liệu từ ổ cứng nhập vào các Sheet “YBus”, “Gen”, “Load”.

 Trên các Sheet “Gen” và “Load” cũng có các phím để chọn tập tin dữ liệu tương ứng.

 Nút “Calculate” ở Sheet”YBus” và Sheet “Result” dùng để tính tốn dữ liệu lấy từ các Sheet “YBus”, “Gen”, “Load”.

 Nút “Sắp xếp ngang” và “Sắp xếp dọc” tại các Sheet “FilDv”, “FilDp” để sắp xếp các dữ liệu đã tính tốn tại các Sheet này theo thứ tự từ lớn tới nhỏ tương ứng với thứ tự của các Bus.

 Nút “Main Form” ở Sheet “Result” để hiển thị một giao diện đơn giản thể hiện thứ tự tải, lượng tải cần sa thải tương ứng với bus máy phát được chọn.

Giao diện Form là cửa sổ với các thành phần chính được trình bày như hình 4.2 với các vùng như:

Vùng 1: Vùng nhập liệu với các nút “Input” để đọc cơ sở dữ liệu từ ổ cứng,

khung chọn “Generator” để chọn Bus chứa máy phát được giả định sẽ bị sự cố, khung nhập tổng công suất tải cần sa thải, khung nhập thời gian sẽ sa thải tải. Khi nhập các giá trị này, chương trình sẽ tính lượng cơng suất sa thải cho từng tải theo tổn công suất sa thải đã nhập. Thời gian sa thải sẽ được dùng để tạo ra tập tin dữ liệu cho chương trình PowerWorld Simulator.

Vùng 2: Chứa các nút chức năng để tính tốn khi đã nạp dữ liệu bằng các nút và

điền các thơng số ở vùng 1. Nút “Calculate” để tính tốn sau đó hiển thị các kết quả ở vùng 3, và vùng 4. Nút “Create CSV” để xuất kết quả tính tốn thành tập tin dữ liệu cần thiết để mô phỏng. Nút “Hide Form” để ẩn cửa sổ giao diện đi và trở về thao tác trên cửa sổ của chương trình Excel.

Vùng 3: Hiển thị kết quả tính tốn. Vùng này liệt kê 10 tải các khoảng cách điện

pha gần nhất với máy phát ở khung chọn “Generator”. Các bus tải này được sắp xếp từ trên xuống dưới theo thứ từ khoảng các từ gần tới xa. Công suất tác dụng hiện tại của các tải này và khoảng cách của từng tải tới máy phát cũng được liệt kê. Cột các TextBox “Vùng” thể hiện việc phân vùng các tải theo khoảng cách tới máy phát. vùng số 0 là tải nằm cũng bus với máy phát, các vùng số còn lại (1, 2, 3, 4,…) được chia theo khoảng cách từ gần tới xa.

Vùng 4: Hiển thị các thông số chung cần biết như công suất nguồn bị mất.

4.2 Các giải thuật áp dụng

4.2.1 Giải thuật tính khoảng cách

Dùng đầu vào là ma trận tổng dẫn [Ybus] của lưới điện, đầu ra là ma trận khoảng cách giữa các bus. Ta cũng lọc và sắp xếp các giá trị cần sử dụng trong phần này của chương trình. Giải thuật được trình bày như hình 4.3.

Khi đọc dữ liệu đầu vào là ma trận [Ybus] được xuất ra từ phần mềm PowerWorld Simulator chương trình sẽ tính ra khoảng cách và đưa vào các sheet “Vdis” và “Pdis”

4.2.2 Giải thuật phân vùng tải dựa theo khoảng cách đến nguồn

Khi nhìn vào biểu đồ thể hiện khoảng cách điện giữa tải và nguồn ta có thể phân tải thành các vùng dựa vào độ lớn và sai biệt giữa chúng. Để máy tính có thể hiểu và chia vùng tải ta cần tạo ra một giải thuật để xử lý và sắp xếp các tải này.

Trong giới hạn mô phỏng, tai chỉ xem xét sa thải trên mười tải gần nhất so với nguồn để phân vùng. Giải thuật phân vùng tải được đề xuất như sau:

4.2.3 Giải thuật chọn phân bố công suất tải sa thải theo vùng tải

Một phần của tài liệu Ổn định tần số hệ thống điện trong điều kiện sự cố (Trang 34)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(69 trang)