Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên độ nhạy góc pha trong hệ thống điện
NGHIÊN CỨU SA THẢI PHỤ TẢI DỰA TRÊN ĐỘ NHẠY GÓC PHA
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
RESEARCH LOAD SHEDDING BASED PHASE ANGLE IN THE ELECTRICAL SYSTEM
Phạm Quốc Huy1
Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
TÓM TẮT
Luận văn trình bày phương pháp tính toán lượng công suất sa thải phụ tải tối thiểu và phân bố
lượng công suất sa thải phụ tải tại các Bus tải dựa trên việc tính toán độ nhạy góc pha.
Trên cơ sở xem xét công suất điều khiển sơ cấp của bộ điều tốc và công suất điều khiển thứ
cấp của tổ máy phát, lượng công suất sa thải phụ tải tối thiểu cần thiết được tính toán để phục hồi
tần số của hệ thống điện về giá trị cho phép. Việc tính toán và phân tích độ nhạy góc pha để lập thứ
tự ưu tiên phân bố sa thải phụ tải tại các Bus tải. Bus tải có độ nhạy góc pha càng lớn thì lượng công
suất sa thải càng nhiều và ngược lại. Với kỹ thuật này, tần số và góc pha phục hồi về giá trị cho
phép, tránh được lượng công suất sa thải lớn, giảm thiểu thiệt hại và hạn chế gây mất điện cho khách
hàng sử dụng điện.
Hiệu quả của phương pháp sa thải phụ tải đề xuất được minh chứng thông qua mô phỏng trên
sơ đồ hệ thống điện chuẩn IEEE 3 máy 9 Bus và IEEE 9 máy 37 Bus tương ứng với các trường hợp
máy phát bị sự cố. Cụ thể, phương pháp sa thải phụ tải đề xuất cho phép giảm bớt lượng công suất
cần phải sa thải, phục hồi tần số về giá trị cho phép và r t ng n thời gian phục hồi tần số so với các
phương pháp truyền thống.
Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho NCS, học viên cao học ngành
Kỹ thuật điện, các nhân viên vận hành và điều độ hệ thống khi nghiên cứu vấn đề sa thải phụ tải
nhằm phục hồi tần số trong hệ thống điện.
Từ khóa: Phân tích dự phòng; Dòng công suất DC; Bảo mật hệ thống điện; Công cụ ảo;
Powerworld.
ABSTRACT
The thesis presents a method of calculating the minimum load shedding power and
distributing the load shedding at the load buses based on the calculation of phase angle sensitivity.
Based on the consideration of the primary control of the governor and the secondary control of
the generator units, the required minimum load shedding power is calculated to restore the
frequency of the electricity system back to the allowable value. Calculating and analyzing phase
angle sensitivity to prioritize load shedding distribution at load buses. The larger load bus has the
phase angle sensitivity, the greater the amount of load shedding has and vice versa. With this
technique, the frequency and phase angle are restored to the allowed values, avoiding a large amount
of load shedding capacity, minimizing damage and limiting blackouts to electricity customers.
The effectiveness of the proposed load shedding method is verified through simulation on the
IEEE 3 machines 9 buses diagram and the IEEE 9 machines 37 buses corresponding to cases where
the generator has a problem. Specifically, the proposed load shedding method allows to reduce the
amount of power to be shed, restore the frequency to the allowable value and shorten the frequency
recovery time compared to traditional load shedding methods.
The research results can be used as a reference for postgraduate students in Electrical
Engineering, operators staff when they study load shedding issues to recover frequency of electric
power systems.
Keywords: Contingency analysis; DC power flow; Power system security; Virtual instrument;
Powerworld.
thời thay đổi hoàn toàn hệ thống sản xuất và quản
I. Giới thiệu
Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang trị hiện nay.
trong giai đoạn khởi phát và sẽ tác động đến mọi
Với sự phát triển liên tục của nền kinh tế
lĩnh vực kinh tế - xã hội, khoa học kỹ thuật, đồng công nghiệp, quy mô của hệ thống điện đang trở
nên lớn hơn, và cơ cấu của nó ngày càng trở nên
phức tạp hơn. Trong những năm gần đây, sự cố
mất điện trong diện rộng thường xuyên xảy ra và
gây thiệt hại kinh tế to lớn. Để giảm thiểu rủi ro
tiềm ẩn và đảm bảo an toàn vận hành và độ tin
cậy của hệ thống điện, việc xác định, theo dõi và
quản lý rủi ro là một trong những nhiệm vụ chính
của cơ quan quản lý lưới điện Quốc Gia. Đánh
giá rủi ro của hệ thống điện là đánh giá toàn diện
về khả năng và hậu quả. Xác suất và hậu quả của
các tính toán khác nhau có liên quan trực tiếp đến
trạng thái hoạt động và môi trường tác động bên
ngoài, có sự thay đổi về thời gian và ngẫu nhiên.
Do đó, đánh giá rủi ro của hệ thống điện cần được
thực hiện trực tuyến để đảm bảo tính chính xác và
kịp thời của nó.
Hình 2.1: Đặc tính điều chỉnh lý tưởng trong mối
quan hệ giữa công suất và tần số.
Khi mất máy phát, tần số của hệ thống điện
giảm dưới mức cho phép dẫn đến tình trạng mất
ổn định trong hệ thống điện là không thể tránh
khỏi. Khi đó, các chiến lược sa thải phụ tải được
áp dụng để tính toán lượng công suất cần sa thải
tại các bus tải nhằm khôi phục lại tần số của hệ
thống về mức cho phép.
Vì vậy, để giảm quy mô mất điện do sa thải
phụ tải và nhanh chóng phục hồi tần số về giới
hạn cho phép việc nghiên cứu sa thải phụ tải dựa
trên độ nhạy góc pha trong hệ thống điện là yêu
cầu cấp thiết.
2.1.2. Điều khiển thứ cấp
Điều chỉnh tần số thứ cấp là quá trình điều
chỉnh tiếp theo của điều chỉnh tần số sơ cấp thực
hiện thông qua tác động của hệ thống AGC đối
với một số các tổ máy được quy định cụ thể trong
hệ thống, hệ thống sa thải phụ tải theo tần số hoặc
lệnh điều độ [3].
Trên đồ thị điều chỉnh tần số thứ cấp được
thể hiện bằng cách dịch chuyển song song đường
đặc tính (1) sang thành đặc tính (3) của tổ máy,
với độ dốc vẫn không thay đổi. Quá trình điều
chỉnh này tương đương với việc tạo ra đường đặc
tính điều chỉnh tĩnh thẳng đứng - đặc tính số (4).
II. Điều khiển sơ cấp và thứ cấp trong hệ
thống điện
2.1.1. Điều khiển sơ cấp
Điều chỉnh tần số sơ cấp là quá trình điều
chỉnh tức thời được thực hiện bởi số lượng lớn
các tổ máy có bộ phận điều chỉnh công suất
Tuabine theo sự biến đổi của tần số. [3]
Bộ điều tốc của tổ máy đã có tác dụng điều
chỉnh tần số và được gọi là bộ điều chỉnh tần số
sơ cấp. Quá trình này được gọi tương ứng là quá
trình điều chỉnh sơ cấp. Hiệu quả của quá trình
điều chỉnh tần số sơ cấp phụ thuộc vào độ dốc
đặc tính điều chỉnh của tổ máy. Trong trường hợp
lý tưởng, đồ thị trình bày ở Hình 3.6 cho thấy đặc
tính điều chỉnh (4) của tổ máy thẳng đứng, tần số
sẽ không thay đổi cho đến giới hạn công suất của
tổ máy Pn. Chính đặc điểm trên của quá trình điều
chỉnh sơ cấp dẫn đến sự cần thiết can thiệp từ bên
ngoài (do thiết bị điều khiển tự động thực hiện
hoặc do người vận hành tác động) - đó là quá
trình điều chỉnh thứ cấp.
Hình 2.2: Đặc tính điều chỉnh thứ cấp trong mối
quan hệ giữa công suất và tần số.
Trong trường hợp sự cố thiếu hụt nguồn
hay mất cân bằng công suất giữa phụ tải và nguồn
phát thì hệ thống điện sẽ trải qua các giai đoạn:
điều chỉnh tần số sơ cấp và tần số thứ cấp. Sau
khi kết th c quá trình điều chỉnh tần số thứ cấp và
đã huy động hết các nguồn dự phòng quay mà tần
số hệ thống điện vẫn chưa phục hồi về giá trị cho
phép thì phải thực hiện sa thải phụ tải nhằm khôi
phục tần số. Đây được xem như là giải pháp b t
buộc cuối cùng để tránh rã lưới và sụp đổ hệ
thống điện.
2.2. Độ nhạy góc pha
Công suất trên mỗi công suất tác dụng có
thể được mô tả theo phương trình sau [17]:
1
(2.1)
P =
θ - θ
k
ik
i
Xik
n
P =
Pki
(2.2)
i
k = nodes
conected i
Hình 2.3: Phương pháp điều tốc trong chế độ ổn
định.
Sử dụng mô hình dòng công suất tải DC,
Hệ số GSDF được thể hiện như sau:
ΔPm
là độ thay đổi tần số (Hz),
Ở đây:
Δf
là tổng lượng thay đổi công suất cơ đầu ra của
ΔP
θ - θ
θj
pm
pgi pgi
1
θk
j
k
A(m,i)
tuốc bin (MW), và
ref là độ thay đổi công suất
Xm
Xm pgi P
gi
tham chiếu cài đặt. R được gọi là hằng số điều
chỉnh (Hz/MW). Hằng số điều chỉnh R trong biểu
(2.3)
Từ phương trình (2.1) và (2.2) kết luận
được rằng:
thức (2.5) là âm theo độ dốc đường cong
ΔPm
và
Δf
được trình bày trong Hình 4.1. Tất cả các
đại lượng được tính theo hệ đơn vị tương đối.
ΔP
θj
θk
= Xki
= Xji và
(2.4)
P
P
gi
gi
Ở đây:
là độ thay đổi tần số (Hz), m là
Δf
tổng lượng thay đổi công suất cơ đầu ra của tuốc
ΔP
Điều đó có nghĩa chỉ cần thay đổi một
lượng công suất thì độ nhạy góc pha thay đổi
theo. Từ (2.4) cho thấy phụ tải càng gần máy phát
bin (MW), và
ref là độ thay đổi công suất tham
có trở kháng nhỏ nên độ nhạy góc pha nhỏ, phụ chiếu cài đặt. R được gọi là hằng số điều chỉnh
tải càng xa máy phát có trở kháng càng lớn thì độ (Hz/MW). Hằng số điều chỉnh R trong biểu thức
nhạy góc pha càng lớn.
ΔP
(2.5) là âm theo độ dốc đường cong Δf và
m
được trình bày trong Hình 4.1. Tất cả các đại
lượng được tính theo hệ đơn vị tương đối.
Quan hệ tần số - công suất trong chế độ ổn
định ở mỗi khu vực của hệ thống điện liên kết có
thể xác định bằng cách ước lượng thông qua biểu
thức (2.5) cho mỗi tổ hợp Tuabine máy phát của
khu vực đó.
2.3. Tính toán lượng công suất sa thải phụ
tải tối thiểu có xét đến sơ cấp và thứ cấp
Việc tính toán lượng công suất sa thải phụ
tải tối thiểu PLSmin nhằm đảm bảo sa thải lượng
công suất ít nhất mà vẫn phục hồi tần số hệ thống
điện về giá trị cho phép đồng thời giảm thiệt hại ít
nhất cho khách hàng tiêu thụ điện. Việc tính toán
có xem xét đến các yếu tố điều khiển sơ cấp và
điều khiển thứ cấp tổ máy phát điện phù hợp với
thực tế vận hành. Bên cạnh đó, các ràng buộc về
dòng điện cực đại cho phép trên đường dây liên
kết khi tăng công suất các tổ máy phát khi điều
khiển thứ cấp cũng được xem xét.
ΔPm = ΔPm1+ ΔPm2 + ΔPm3 + ΔPmn
1
1
1
= ( ΔP + ΔP +...+ ΔPrefn ) - (
+
+...+
)Δf
ref1
ref2
R1
R2
Rn
1
1
1
(2.6)
= ΔP - (
+
+... )Δf
Rn
ref
R1 R2
Từ đó, đặt:
Trong chế độ ổn định, quan hệ tần số và
công suất bộ điều tốc của một máy phát điện
được xác định theo biểu thức sau:
1
1
1
1
1
(2.7)
β (
+
+
+
+...+
)
R1 R2 R3 R4
Rn
Ở đây: β là đặc tính đáp ứng tần số
Thay biểu thức (2.7) vào biểu thức (2.6),
tìm được:
ΔPm = ΔP - βΔf
1
Pm P
-
× f
(2.5)
ref
R
(2.8)
ref
Biểu thức (2.8) là quan hệ tần số - công suất cho mỗi tải để đưa hệ thống về trạng thái ổn định.
ở chế độ ổn định của hệ nhiều máy phát.
Công thức như sau:
Bỏ qua các tổn thất công suất và sự phụ
thuộc của tải vào tần số trong chế độ ổn định khi
độ tăng tổng công suất cơ ngõ ra của Tuabine
bằng với độ tăng của công suất tải, áp dụng biểu
θj
PLSmin
P
i
PLSi
(2.12)
θj
P
i
P 0
thức (2.8) với
.
ref
III. Thử nghiệm và kiểm tra phương pháp
sa thải phụ tải đề xuất trên sơ đồ hệ
thống điện chuẩn
1
f = - ( ) Pm
(2.9)
β
Công thức (2.9) tính độ suy giảm tần số
trong chế độ ổn định khi có sự cố mất một máy
phát gây mất cân bằng công suất phát - phụ tải.
Khi có bất kỳ máy phát nào trong hệ thống điện
bị sự số thì bộ điều tốc Governor các máy phát
còn lại sẽ tự động “tăng” công suất lên để bù đ p
vào lượng công suất bị thiếu hụt. Lượng công
suất “tăng” lên này gọi là công suất điều khiển sơ
cấp của mỗi máy phát. Giá trị công suất tăng lên
này của mỗi máy phát phụ thuộc vào hằng số điều
chỉnh của mỗi bộ điều tốc R. Trong công thức
(2.9), độ thay đổi công suất đã có xét đến lượng
công suất của các máy phát còn lại tăng lên do
phản ứng của bộ điều tốc Governor.
Trong hệ thống điện 60 Hz thì độ suy giảm
(f = - 0,3 Hz)
tần số cho phép là 0,3Hz
. Do đó
cp
khi tính trong hệ đơn vị tương đối (pu):
-0.3
fcp =
( pu )
60
Như vậy, từ công thức (2.9) lúc này mối
quan hệ giữa độ thay đổi tần số cho phép, lượng
công suất điều khiển thứ cấp và lượng công suất
sa thải tối thiểu PLSmin được tính theo công thức
đề xuất như sau:
Hình 3.1: Lưu đồ phương sa thải phụ tải đề
xuất.
Quá trình thử nghiệm được thực hiện theo 7
bước:
1
fcp = ( - )(Pm - P2 )
(2.10)
β
ΔP
Ở đây:
bao gồm ΔPthứcấp và ΔPLSmin
2
Bước 1: Trong hệ thống điện chuẩn trích
xuất ma trận Ybus bằng phần mềm
Powerworld.
Từ công thức trên suy ra:
ΔPLSmin = [ΔPm – (− Δfcp × β) – ΔPthứcấp] × 100
(2.11)
Bước 2: Nghịch đảo các phần tử trong ma
trận Ybus.
Bước 3: Lọc lại ma trận để tìm quan hệ
giữa các nút chứa Bus tải với các nút chứa
Bus máy phát.
Bước 4: Tính toán nếu ∆f < ∆fcp không thực
hiện sa thải còn ∆f > ∆fcp thực hiện bước
tiếp theo.
Bước 5: Tính toán lượng công suất tải sa
thải tối thiểu theo công thức (2.11):
ΔPLSmin = [ΔPm – (− Δfcp × β) – ΔPthứcấp] × 100
2.4. Xác định lượng sa thải phụ tải tại
các bus tải dựa trên độ nhạy góc pha
Để xác định lượng sa thải phụ tải của các
tải khi sự cố máy phát xảy ra thì khái niệm độ
nhạy góc pha pha được đưa vào sử dụng.
Theo độ nhạy góc pha thì có thể xác định
được độ nhạy của các tải tới máy phát bị sự cố,
dựa vào đó xác định được lượng sa thải phù hợp
Bước 6: Thực hiện tính toán phân bố lượng
công suất sa thải phụ tải theo độ nhạy góc
pha tại từng Bus tải theo công thức (2.12):
Bước 7: Tiến hành sa thải theo chiến lược
sa thải khi có sự cố mất tổ máy phát.
f
= 60 - 0,816 = 59,184 Hz
2
Bảng 3.2: Tổng hợp độ sụt tần số và quyết
định có sa thải hay không khi sự cố từng máy
phát: (Δfcp = ± 0,3).
Lượng
công
suất
sa thải
(MW)
Quyết
định
sa
Sự cố
máy
phát
f (Hz) f (Hz)
3.1. Sơ đồ hệ thống điện 3 máy 9 Bus
Δf
tính
mô
(Hz)
toán phỏng
thải
Sa
thải
Sa
thải
Sa
1
2
3
-0,614 59,39 59,648
-0,816 59,184 59,147
-0,34 59,66 59,665
36,63
103
10
thải
Từ công thức (2.11):
ΔPLSmin = [ΔPm – (− Δfcp × β) – ΔPthứcấp] × 100
Hình 3.2: Sơ đồ tương đương hệ thống điện
IEEE 9 Bus 3 máy phát.
Bảng 3.1: Quan hệ giữa các tải và máy phát.
0,3
60
= 1,63 -
× 120 - 0 × 100 = 103 MW
Máy phát
Bus 2 Bus 3
Áp dụng công thức (2.12) sa thải phụ tải
dựa trên độ nhạy góc pha, tiến hành tính toán
lượng sa thải tại từng Bus tải so với bus máy
phát đang bị sự cố tương ứng
0,723 0,769
0,731 0,78
0,775 0,721
0,78
0,76
0,74
Bus 5
Bus 6
Bus 8
θ
j
P
LSmin
P
i
P
LSi
θ
j
Bỏ qua các tổn thất và sự phụ thuộc tải
của tần số, trong chế độ ổn định, khi mất một
máy phát (ví dụ máy phát Bus 2) các máy
phát khác sẽ huy động công suất dự phòng
của mình để bù lại bằng lượng mất công suất
máy phát đã mất 163MW hay 1,63p.u. Áp
dụng biểu thức (2.7) với ΔPref = 0.
P
i
-
-
-
Tại bus 5: ∆PLS5 = 34,8 MW
Tại bus 6: ∆PLS5 =35,71 MW
Tại bus 8: ∆PLS5 = 33,01 MW
Bảng 3.3: Lượng công suất sa thải ứng
với mỗi bus tải từ nhỏ đến lớn.
1
1
1
1
β =
+
=
+
= 120 pu
Lượng
công suất
sa thải
(MW)
Bus máy phát
R
R
0,01 0,05
Xji
1
3
163
100
máy phát
Bus 2
ΔP
=
= 1,63 pu
Δf
m
Bus tải
0,721
0,76
0,78
33,01
34,8
Độ suy giảm tần số
(2.9):
áp dụng biểu thức
Bus 8
Bus 5
Bus 6
2
35,71
1
1
Δf = -
× ΔP = -
× 1,63 = - 0,0136 pu
2
2m
β
120
Sau khi tính được lượng công suất sa
thải ứng với mỗi bus tải thì b t đầu thử
nghiệm sa thải trên sơ đồ IEEE 9 Bus 3 máy
phát bằng phần mềm Power World 19.
Δf = - 0,0136 × 60 = - 0,816 Hz
2
Vậy khi ở chế độ ổn định mất máy phát
2, tần số suy giảm 0,84Hz
0,478 0,478 0,479 0,473 0,494 0,477 0,480 0,487
0,451 0,470 0,474 0,443 0,488 0,457 0,474 0,480
0,492 0,484 0,482 0,488 0,452 0,490 0,457 0,467
0,424 0,462 0,469 0,457 0,490 0,339 0,474 0,482
0,478 0,467 0,465 0,474 0,457 0,474 0,432 0,457
0,485 0,478 0,477 0,480 0,467 0,482 0,457 0,455
0,484 0,474 0,472 0,480 0,472 0,481 0,459 0,462
0,470 0,446 0,452 0,469 0,482 0,460 0,466 0,476
37
44
48
50
53
54
55
56
3.2. Sơ đồ hệ thống điện 37 Bus 9 máy
Để tối ưu hóa giải pháp phân phối công
suất của hệ thống điện chuẩn, trước khi chạy
mô phỏng lấy mẫu tiến hành cài đặt theo các
thông số chuẩn của hệ thống điện 37 Bus 9
máy phát và thực hiện kích hoạt các hệ thống
tự động điều chỉnh điện áp, điều chỉnh kích
từ, điều chỉnh tần số,… và chạy phân bố công
suất tối ưu. Mô hình máy phát điện của hệ
thống điện 37 Bus 9 máy phát sử dụng mô
hình GENCLS. Điều khiển kích từ sử dụng
mô hình IEEET1. Bộ điều tốc Tuabine sử
dụng mô hình TGOV1.
Bỏ qua các tổn thất và sự phụ thuộc tải
của tần số, trong chế độ ổn định, khi mất một
máy phát (Ví dụ: máy phát ELM345#1) các
máy phát khác sẽ huy động công suất dự
phòng của mình để bù lại bằng lượng mất
công suất máy phát đã mất 150 MW hay
Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống điện 37 Bus 9 máy
phát.
Bảng 3.4: Quan hệ giữa các tải và máy phát
X14 X28 X31 X44 X48 X50 X53 X54
0,465 0,459 0,460 0,462 0,480 0,460 0,465 0,473
0,465 0,475 0,476 0,458 0,492 0,467 0,477 0,484
0,482 0,466 0,463 0,479 0,479 0,477 0,463 0,474
0,483 0,473 0,472 0,479 0,487 0,479 0,473 0,480
0,484 0,471 0,468 0,480 0,476 0,480 0,462 0,469
0,386 0,471 0,476 0,451 0,492 0,424 0,478 0,485
0,484 0,478 0,477 0,480 0,467 0,482 0,457 0,456
0,487 0,480 0,479 0,483 0,475 0,485 0,464 0,465
0,486 0,474 0,472 0,483 0,488 0,482 0,473 0,482
0,478 0,478 0,479 0,472 0,494 0,477 0,479 0,487
0,485 0,472 0,470 0,482 0,486 0,481 0,470 0,480
0,412 0,467 0,473 0,456 0,492 0,373 0,477 0,485
0,493 0,484 0,482 0,489 0,452 0,490 0,457 0,467
0,477 0,476 0,476 0,472 0,472 0,476 0,461 0,461
0,487 0,480 0,478 0,483 0,478 0,484 0,466 0,467
0,454 0,452 0,459 0,456 0,482 0,439 0,467 0,475
0,442 0,455 0,463 0,458 0,486 0,395 0,470 0,479
0,400 0,469 0,475 0,454 0,492 0,398 0,478 0,485
3
5
10
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
24
27
30
33
34
ΔP = 0
1,5p.u. Áp dụng biểu thức (2.7) với
ref
1
1
1
1
1
1
1
1
β =
+
+
+
+
+
+
+
2
R
R
R
R
R
R
R
R
5
7
1
3
4
6
8
9
= 207,8 pu
150
100
ΔP2 =
= 1,5 pu
Δf
Độ suy giảm tần số
áp dụng biểu
2
thức (2.9):
1
1
Δf = -
ΔP = -
× 1,5 = - 7,22103 pu
2
2
β2
207,8
Δf2 = - 7,22103× 60 = - 0,43 Hz
Vậy khi ở chế độ ổn định mất máy
ELM345#1, tần số của hệ thống suy giảm
0,43Hz
f = 60 - 0,43 = 59,57 Hz
0,4674
0,4674
0,4692
0,4703
0,4707
0,4714
0,4722
0,473
1,761
1,761
1,767
1,771
1,773
1,776
1,779
1,782
1,786
1,786
1,787
1,793
1,799
1,801
1,802
1,802
1,806
1,809
1,821
1,821
20
53
34
44
13
14
19
12
17
55
5
Bảng 3.5: Tổng hợp độ sụt tần số và
quyết định có sa thải hay không khi sự cố
Δf ± 0,3
từng máy phát
.
cp
Lượng
f (Hz) f (Hz) Quyết công
tính mô định suất sa
Name of
Δf
(Hz)
No.
Bus
toán phỏng sa thải thải
(MW)
Không
0,4743
0,4743
0,4745
0,4761
0,4777
0,4778
0,4784
0,4784
0,4795
0,4803
0,4835
0,4836
REDBUD69 -0,025 59,975 59,977
ELM345#1 -0,43 59,57 59,507
ELM345#2 -0,43 59,57 59,507
SLACK345 -0,275 59,32 59,002
PEACH69 -0,085 59,915 59,92
CEDAR69 -0,0413 59,96 59,96
BIRCH69 -0,145 59,85 59,872
0
46,1
46,1
123,1
0
X14
X28
X28
X31
X44
X48
X50
X53
X54
sa thải
Có sa
thải
Có sa
thải
24
54
15
18
37
27
16
48
21
Có sa
thải
Không
sa thải
Không
sa thải
Không
sa thải
Có sa
thải
0
0
PEAR138
PEAR69
-0,39 59,61 59,607
-0,299 59,7 59,724
33,25
0
Không
sa thải
Sau khi tính được lượng công suất sa
thải ứng với mỗi Bus tải thì b t đầu thử
nghiệm sa thải trên sơ đồ IEEE 37 Bus 9 máy
phát bằng phần mềm Power World 19.
Từ công thức (2.11) tìm được lượng
công suất sa thải tối thiểu khi máy phát
ELM345#1 bị sự cố:
ΔPLSmin = [ΔPm – (− Δfcp × β) – ΔPthứcấp] × 100
3.2. Qui trình thực hiện sa thải phụ tải
theo phương pháp đề xuất
Các bước thực hiện của phương pháp sa thải
phụ tải đề xuất bao gồm:
Bước 1: Thu thập dữ liệu thông qua hệ
thống SCADA.
Bước 2: Tính độ suy giảm tần số Δf trong
chế độ ổn định khi có sự cố mất một máy phát
gây mất cân bằng công suất phát - phụ tải theo
công thức (2.9):
Bước 3: Xác định nếu ∆f < ∆fcp không thực
hiện sa thải còn ∆f > ∆fcp thực hiện bước tiếp
theo.
Bước 4: Tính toán lượng công suất tải sa
thải tối thiểu theo công thức (2.11).
Bước 5: Thực hiện phân bố lượng công suất
theo công thức (2.12) sa thải phụ tải theo độ nhạy
góc pha tại từng Bus tải.
0,3
60
= 1,5 -
× 207,843 - 0 × 100 = 46,1 MW
Áp dụng công thức (2.12) sa thải phụ tải
dựa trên độ nhạy góc pha, tiến hành tính toán
lượng sa thải tại từng Bus tải so với bus máy
phát đang bị sự cố tương ứng:
Bảng 3.6: Lượng công suất sa thải theo chiều
tăng dần ứng với mỗi Bus tải khi sự cố máy
phát ELM345#1.
Lượng công
suất sa thải
(MW)
Xji
Máy phát
Bus tải
ELM345#1
0,4457
0,4516
0,4551
0,4589
0,4621
0,466
1,679
56
30
33
3
1,701
1,714
1,728
1,741
1,755
IV. Kết quả và nhận xét
4.1. Sơ đồ hệ thống điện 3 máy 9 Bus
50
10
Tần số trước khi sa thải fold = 59,147Hz, tần Bảng 4.1: So sánh các phương pháp sa thải phụ
số sau khi sa thải fnew = 59,7Hz. Vậy tần số sau tải.
Mức tần
số ổn
định
Dung
lượng sa
thải
khi sa thải nằm trong khoảng cho phép 60,3 >
hời gian
khôi phục
tần số (s)
Thông số
fnew > 59,7
Tần số hệ thống trong phạm vi cho
phép. Suy ra phương pháp sa thải đề xuất đã đưa
hệ thống về trạng thái hoạt động bình thường.
Kết quả đạt được sau khi sa thải tải.
Phương pháp
(Hz)
(MW)
Tần số thấp
(FRCC)
Khoảng cách pha
(Cắt toàn bộ tải)
Phương pháp
đề xuất
25
25
20
59.81
59.76
59.7
78.282
64.83
46.1
4.3. Nhận xét:
Trong sự cố máy phát Bus 28 (GEN
ELM345#1) ở mức tải 80%, phương pháp đề xuất
có dung lượng sa thải tải ít nhất trong 3 phương
pháp 46,1MW so với 78,282MW, 64,83MW.Thời
gian khôi phục tần nhanh hơn 20s so với 25s. Có
thể thấy phương pháp sa thải đề xuất là sự bù đ p
cho cả 2 phương pháp còn lại vừa có thời gian
khôi phục nhanh, dung lượng sa thải được ít nhất
và mức tần số các Bus ở trong khoảng cho phép.
Hình 4.1: Dạng sóng của tần số sau khi sa thải.
4.2. Sơ đồ hệ thống điện 37 Bus 9 máy
Tần số trước khi sa thải fold = 59,57Hz, tần
số sau khi sa thải fnew = 59,7Hz Vậy tần số sau
khi sa thải nằm trong khoảng cho phép 60,7 >
V. Kết luận
Luận văn đã trình bày phương pháp tính
toán lượng công suất sa thải phụ tải tối thiểu và
phân bố lượng công suất sa thải phụ tải tại các
Bus tải dựa trên việc tính toán độ nhạy góc pha.
Phương pháp sa thải phụ tải đề xuất xem
xét công suất điều khiển sơ cấp, thứ cấp của tổ
máy phát điện, và phân tích độ nhạy góc pha để
ưu tiên phân bố sa thải phụ tải tại các bus tải.
Phương pháp này gi p giảm lượng công suất sa
thải phụ tải để phục hồi tần số của hệ thống điện
về giá trị cho phép, giảm thiểu thiệt hại và hạn
chế gây mất điện cho khách hàng sử dụng điện.
Hiệu quả của phương pháp đề xuất được
minh chứng thông qua mô phỏng trên sơ đồ hệ
thống điện chuẩn IEEE 3 máy 9 Bus và IEEE 9
máy 37 Bus tương ứng với các trường hợp máy
phát bị sự cố. Cụ thể, mô hình sa thải phụ tải đề
xuất giúp giảm bớt lượng công suất cần phải sa
thải 41,1%, thời gian phục hồi tần số nhanh hơn
20% so với các phương pháp truyền thống trước
đây.
fnew > 59,7Hz
Tần số hệ thống trong phạm vi
cho phép. Suy ra phương pháp sa thải đề xuất đã
đưa hệ thống về trạng thái hoạt động bình thường.
Hình 4.2: Dạng sóng sa thải bằng phương pháp
độ nhạy góc pha.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÀI LIỆU TRONG NƯỚC
[1] Quyền Huy nh, Giáo trình giải tích mạng điện trên máy tính, Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TP. Hồ Chí Minh, 2005.
[2] Quyền Huy nh, Giáo trình giải tích và mô phỏng h thống đi Trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, 2008.
[3] “Quy trình điều độ hệ thống điện quốc gia” 40-2014-TT-BCT.
[5] Luận văn ThS của Bùi Nguyễn Xuân Vũ, 2018: “Nghiên cứu các phương pháp sa thải phụ tải”
[7] Luận văn ThS của Nguyễn Trọng Tín, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí
Minh, 2016: “Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của Rotor”
TÀI LIỆU NƯỚC NGOÀI
[10] Zhe Zhang 1 , Hang Yang 1,*, Xianggen Yin 1 , Jiexiang Han 1 , Yong Wang 2 and
Guoyan Chen 2 “A Load-Shedding Model Based on Sensitivity Analysis in on-Line Power System
Operation Risk Assessment” Received: 13 February 2018; Accepted: 20 March 2018; Published: 23
March 2018
[11] M Prasad, K N Satish, Kuldeep and Ranjana Sodhi “A Synchrophasor Measurements
based Adaptive Underfrequency Load Shedding Scheme” 2014 IEEE Innovative Smart Grid
Technologies - Asia (ISGT ASIA).
[12] C. P. Reddy, S. Chakrabarti “A Sensitivity-Based Method for Under-Frequency Load-
Shedding” IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, VOL. 29, NO. 2, MARCH 2014.
[13] Tohid Shekari, and Majid Sanaye-Pasand “An Analytical Adaptive Load Shedding
Scheme A gainst Severe Combinational Disturbances” Manuscript received July 14, 2015; revised
September 22, 2015; accepted November 21, 2015.
[14]. Changhong Zhao, Na Li and Steven Low “Design and Stability of Load-Side
Primary Frequency Control in Power Systems” Manuscript received May 05, 2013; revised October
24, 2013; accepted December 04, 2013. Date of publication January 09, 2014; date of current
version April 18, 2014.
[15] Lukas Sigrist*, Luis Rouco, Francisco Miguel Echavarren “A review of the state of the
art of UFLS schemes for isolated power systems” Received 14 September 2017; Received in revised
form 21 December 2017; Accepted 29 January 2018.
[17] Slimane Souag, Farid Benhamida, F.Z. Gherbi “Generation Shift Distribution
Factor Calculation using DC Power Flow Solution” All content following this page was uploaded by
Slimane Souag on 01 July 2016..
[18] Slimane Souag, Farid Benhamida, Yacine Salhi, Abdelber Bendaoud “Sensitivity factor
for power system security analysis using LabVIEW” All content following this page was uploaded
by Slimane Souag on 12 March 2015.
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết:
Họ tên: Phạm Quốc Huy
Xác nhận của Giảng viên hướng dẫn
Đơn vị: Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật
Điện thoại: 0909456502
Email: [email protected]
9 trang
09/01/2024
16500
Free
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên độ nhạy góc pha trong hệ thống điện", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_sa_thai_phu_tai_dua_tren_do_nhay_goc_pha_trong_he.pdf
