1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH AN TOÀN
1.2.2. Các phương pháp đánh giá trạng thái
Mục đích đầu tiên của phương pháp này là không phải tính toán một chỉ số nghiêm trọng, nhưng để đánh giá sơ bộ trạng thái sau sự cố để biết rằng có cần tính chính xác những hậu quả của nó bởi một phép tính phân bố công suất tác dụng - phản kháng đầy đủ (AC Load Flow) hay không.
Đi sâu vào tìm hiểu kỹ nguyên tắc đánh giá của từng phương pháp sẽ giúp chúng ta có thể đưa ra những so sánh, nhận xét đối với từng phương pháp.
a. Phương pháp tính toán phân bố công suất một phần
Việc đánh giá các biến trạng thái (pha, điện áp) đạt được sau những bước lặp đầu tiên của một phép tính công suất tác dụng - phản kháng (1P-1Q) bằng phương pháp Newton – Raphson là một kỹ thuật thường được sử dụng.
Nói chung đó là việc thực hiện một phép lặp tách rời phần thực (phương trình công suất/góc) và phần ảo (phương trình công suất phản kháng/điện áp) giải độc lập, gọi là bài toán tính phân bố công suất bằng phương pháp tách cặp nhanh (FDLF) [2].
Trường hợp sự cố gây ra việc vượt giới hạn về truyền tải thì được thêm vào danh sách sự cố và sẽ được nghiên cứu chi tiết hơn bằng việc phân tích đầy đủ về công suất tác dụng và công suất phản kháng.
Chúng ta chú ý rằng trong trường hợp công suất tác dụng, người ta dùng một mô hình tính toán phân bố công suất tuyến tính hóa hoặc mô hình “dòng một chiều” như một chức năng tiền xử lý để kiểm tra tất cả những sự cố đơn giản trên đường dây và máy phát. Mô hình sử dụng trong trường hợp này là mô hình số gia của việc tính toán phân bố công suất tuyến tính hóa (hoặc “DC”):
[B’][∆θ] = [∆P] (1.2) Với:
[∆P]: Véc tơ số gia của công suất tác dụng.
[∆θ]: Véc tơ số gia của góc pha điện áp.
[B’]: Ma trận (n x n) là ma trận chỉ tổng dẫn của hệ thống (được tính toán chỉ một lần ở đầu quá trình).
DUT.LRCC
Hình 1.3. Thuật toán tính toán phân bố công suất một phần Mô hình này càng trở nên chính xác khi tỉ số X/R lớn.
Như vậy ảnh hưởng của mỗi sự cố về truyền dẫn công suất tác dụng có thể đánh giá bằng việc giải ∆θ và bằng việc tính toán những thay đổi công suất tác dụng trên các nhánh ∆Pkm từ công thức sau:
Bắt đầu
Dữ liệu hệ thống
Có
i = i + 1
j = j + 1 Còn đường dây nào cần kiểm
tra không
Còn sự cố nào xét không
Kết thúc j = 1 i = 1
Có Có
Không
j = i
Không
Sự cố có khả năng nguy hiểm
Có
Không Không
Tính FDLF 1P-1Q
DUT.LRCC
∆Pkm = (∆θk - ∆θm)/Xkm (1.3) Với:
Xkm: Điện kháng của nhánh km.
(∆θk - ∆θm): Số gia của sự thay đổi góc trên nhánh km.
Phương pháp này đơn giản, tiết kiệm thời gian trong quá trình tính toán so với phương pháp giải toàn bộ nhưng chỉ tính toán cho trường hợp công suất tác dụng. Hình 1.3 trình bày phương pháp tính toán phân bố công suất một phần.
b. Phương pháp hệ số chuyển tải
Việc nghiên cứu các sự cố với số lượng lớn sẽ rất khó khăn nếu yêu cầu nhanh chóng tìm ra kết quả trong một hệ thống có cấu trúc phức tạp. Một trong những phương pháp được sử dụng là phương pháp hệ số chuyển tải hay còn gọi là phương pháp hệ số nhạy hệ thống, mà nguyên tắc thực hiện quá trình tính toán được mô tả trong Hình 1.4.
Các hệ số nhạy này sẽ phản ánh sự thay đổi tương quan của dòng công suất trên đường dây khi thay đổi cấu trúc, công suất phát trong hệ thống.
Có hai loại hệ số: Hệ số phân phối công suất trên các đường dây còn lại khi cắt một đường dây bất kỳ và hệ số chuyển lượng công suất phát sang các tổ máy phát và đường dây còn lại khi tách một tổ máy phát bất kỳ trong hệ thống.
- Hệ số chuyển công suất khi cắt một đường dây: Hệ số này được sử dụng để kiểm tra quá tải trên các đường dây khác khi đường dây truyền tải bị cắt, nó được định nghĩa như sau:
𝛼𝑙𝑚/𝑗𝑘 =∆𝑃𝑙𝑚
𝑃𝑗𝑘0 (1.4) Với:
𝛼𝑙𝑚/𝑗𝑘: Hệ số phân phối công suất trên đường dây lm sau khi cắt đường dây jk.
∆𝑃𝑙𝑚: Độ thay đổi dòng công suất (MW) trên đường dây lm.
𝑃𝑗𝑘0: Dòng công suất trên đường dây jk trước khi nó bị cắt.
Nếu biết dòng công suất của đường dây lm và đường dây jk trước khi thay đổi cấu trúc thì dòng công suất trên đường dây lm khi đường dây jk bị cắt có thể xác định thông qua hệ số α:
𝑃𝑙𝑚 = 𝑃𝑙𝑚0 + 𝛼𝑙𝑚∕𝑗𝑘. 𝑃𝑗𝑘0 (1.5) Với:
𝑃𝑙𝑚: Dòng công suất trên đường dây lm khi đường dây jk bị cắt.
𝑃𝑙𝑚0 , 𝑃𝑗𝑘0: Dòng công suất trên đường dây lm và jk trước khi cắt đường dây jk.
Như vậy, nếu ta tính trước các hệ số αlm/jk thì có thể tiến hành rất nhanh việc kiểm tra tất cả các đường dây trong hệ thống có quá tải hay không khi cắt một đường dây cụ
DUT.LRCC
thể nào đó. Hơn nữa tiến trình này có thể lặp đi lặp lại khi cắt lần lượt các đường dây.
Kết quả hiển thị thông báo quá tải cho nhân viên vận hành biết qua tín hiệu “báo động”
để có biện pháp xử lý nhanh chóng và phù hợp.
Hình 1.4. Sơ đồ logic phương pháp hệ số chuyển tải
- Hệ số chuyển công suất phát: Hệ số này được ký hiệu là ali và được xác định bởi tỉ số giữa độ thay đổi dòng công suất trên đường dây l với độ thay đổi lượng công suất phát ở nút i [1].
Bắt đầu
Dữ liệu hệ thống
Có
k = k + 1
= + 1 Còn đường dây nào cần kiểm
tra không
Còn sự cố nào xét không
Kết thúc P‘ = Po + k.Pko
= 1 k = 1
Có Có
Không
= k
Không
Sự cố có khả năng nguy hiểm
Có
Không Không
DUT.LRCC
𝑎𝑙𝑖 =∆𝑃𝑙𝑖
∆𝑃𝑖 (1.6)
Với:
l: Chỉ số đường dây.
i: Chỉ số nút.
∆𝑃𝑙𝑖: Độ thay đổi dòng công suất trên đường dây l khi thay đổi lượng phát ∆𝑃𝑖 tại nút i.
∆𝑃𝑖: Độ thay đổi lượng công suất phát ở nút i.
Giả thiết rằng lượng ∆Pi sẽ được phát bù ở nút hệ thống còn các máy phát khác không thay đổi. Hệ số ali đặc trưng cho tính nhạy của dòng công suất trên đường dây l khi thay đổi công suất phát ở nút i.
Xét trường hợp khi có một máy phát lớn ngừng cấp, và giả thiết rằng lượng công suất hụt này sẽ được bù ở nút hệ thống (chúng ta sẽ xem xét trường hợp bù bằng nhiều máy phát nhỏ), giả sử máy phát lớn này phát ra lượng Pi (MW) lúc đó ∆Pi bù là:
∆Pi = - Pi (1.7)
Và trào lưu công suất mới trên các đường dây được tính toán bằng các hệ số “a”
đã tính trước như sau:
Pl = Pl0 + ali.∆Pi (1.8) Với:
l = 1…l
Pl0: Dòng công suất trên đường dây trước sự cố.
Pl: Dòng công suất trên đường dây l sau khi máy phát nút i hỏng.
Ở đây “dòng công suất sau sự cố” Pl của mỗi đường dây l được so sánh với giới hạn của nó, nếu vượt quá giới hạn sẽ báo động, điều này cho phép nhân viên vận hành biết máy phát nút i sẽ gây ra quá tải trên đường dây l nào.
Ta có thể xây dựng chương trình để tiến hành phân tích sự cố ngẫu nhiên hệ thống điện như thuật toán Hình 1.5.
Hệ số nhạy chuyển công suất phát là sự ước tính tuyến tính của độ lệch dòng công suất ứng với sự thay đổi công suất phát ở một nút nào đó. Vì vậy, nếu có sự thay đổi đồng thời ở nhiều nút phát thì chúng được tính toán bằng phương pháp xếp chồng.
c. Phương pháp mở rộng vùng
Những phương pháp này dựa trên bản chất cục bộ (lan truyền bé) của phần lớn sự cố, nội dung của những phương pháp này là sử dụng quan điểm hậu quả sự cố ảnh hưởng lớn ở vùng lân cận điểm sự cố và hậu quả của chúng được lan truyền bởi các dạng “sóng”
đến các nút có kết nối về điện.
DUT.LRCC
No Yes
Yes
Yes No
Yes
Kiểm tra quá tải tất
cả các đường dây sau
khi cắt các máy
phát
Kiểm tra quá tải tất
cả các đường dây sau
khi cắt các đường dây khác Yes
Yes
No
Hình 1.5. Thuật toán phân tích sự cố ngẫu nhiên dung hệ số nhạy
Như vậy lời giải chúng ta cần tìm là lời giải trong vùng ảnh hưởng đối với mỗi sự cố với giả thiết rằng những vùng xa sự cố trơ cứng về điện với sự cố. Điều này dựa trên cấu trúc hệ thống điện, thể hiện qua sự kết nối của một nút đến những nút bên cạnh chúng. Những đặc tính của phương pháp này là:
ℓ= ℓ+1 No
Bắt đầu Dữ liệu hệ thống
i= 1 ℓ= 1
No
No Đường dây cuối i= i+1
No
Yes
Máy phát cuối
−𝑓ℓ𝑚𝑎𝑥 ≤ 𝑓ℓ ≤ 𝑓ℓ𝑚𝑎𝑥 Thông báo màn hình Đường dây cuối
ℓ= ℓ+1
∆Pℓ= -Pi
𝑃ℓ = 𝑃ℓ𝑜 + 𝑎ℓ𝑖. ∆𝑃ℓ
−𝑃ℓ𝑚𝑎𝑥 ≤ 𝑃ℓ ≤ 𝑃ℓ𝑚𝑎𝑥 Thông báo màn hình
k= 1 ℓ= 1 ℓ= k
𝑓ℓ, = 𝑓ℓ𝑜 + 𝛼ℓ𝑘. 𝑓ℓ𝑜
ℓ= ℓ+1 Đường dây cuối
Kết thúc No
DUT.LRCC
30 25 26 28 29
1
2 27
18 17
16
21 3
4
15 39
5 14 19
6 12 20
32
33
23
11 13 31
7
22
34
- Việc kết nối với vùng biên là sự gần đúng.
- Giả thiết tính nghiêm trọng là cực đại và cục bộ.
- Sự cố giả sử xảy ra trong một hệ thống lớn.
Chú ý rằng những công việc đầu tiên được thực hiện trong lĩnh vực này bởi nhà khoa học Zaborsky dưới tên gọi là “lan truyền theo vòng tròn” theo Hình 1.6.
Hình 1.6. Sơ đồ phương pháp lan truyền theo vòng tròn Những vấn đề chính phương pháp luận của phương pháp này bao gồm:
- Xác định vùng ảnh hưởng để đánh giá hậu quả của sự cố.
- Những giả thiết về trạng thái điện ở biên giới của vùng để thực hiện bài toán.
- Xây dựng những vùng biên cho phép đảm bảo không có sự ảnh hưởng trên những phần của hệ thống không tính đến.
- Phương pháp này dựa trên dạng lặp của Gauss - Seidel, trong phương pháp lặp và thuật toán này có tính chất hội tụ ít tin cậy.
Những phương pháp này khá hấp dẫn, tuy nhiên những giả thuyết vật lý nếu được kiểm tra thường xuyên thì đôi khi cũng có sai sót. Vì vậy, những năm gần đây xuất hiện những phương pháp mới, những phương pháp này nghiên cứu để thực hiện những tính toán của dạng phương pháp cục bộ. Chúng dựa trên việc khai thác tốt nhất những trạng thái điện ở biên vùng ảnh hưởng không mang tính chất cơ học, điều này làm cho chúng có giá trị và được mang tên là phương pháp định vùng (phương pháp cục bộ biên).
1
24 5 8
8 9
1 2
3
10
DUT.LRCC