xây dựng chương trình sa thải phụ tải dựa trên thuật toán fuzzy ahp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ĐỨC THIỆN

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH SA THẢI PHỤ TẢI
DỰA TRÊN THUẬT TOÁN FUZZY-AHP

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

S K C0 0 4 5 6 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ĐỨC THIỆN

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH SA THẢI PHỤ TẢI DỰA TRÊN
THUẬT TOÁN FUZZY-AHP

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Hướng dẫn khoa học:
PGS. TS. QUYỀN HUY ÁNH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2015


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: NGUYỄN ĐỨC THIỆN

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 02-02-1982

Nơi sinh: Vĩnh Long

Quê quán: Hòa Lộc – Tam Bình – Tp.Vĩnh Long

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 206B3 Khu tâ ̣p thể NMĐ Cầ n Thơ, Lê Hồ ng
Phong, P. Trà Nóc, Q. Bình Thủy, Tp. Cầ n Thơ
Điện thoại cơ quan: (07102)462767 .
Điện thoại di động:0917237127
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung cấp chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Chính Qui

Thời gian đào tạo từ 10/2003 đến 10/ 2005

Nơi học (trường, thành phố):

Trường Trung học Điện 2 Q12 TPHCM

Ngành học:

Trung cấp Nhiệt Điện.

2. Đại học:
Hệ đào tạo: Không Chính Qui

Thời gian đào tạo từ 10/2007 đến 10/ 2012

Nơi học (trường, thành phố):

Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TpHCM

Ngành học:

Điện Công Nghiệp.

III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

2006 - đến nay

Nhà Máy Nhiệt Điện cần thơ

Điề u hành viên

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

i


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2015

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

ii


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

CẢM TẠ
Trước tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy
trong chương trình Cao Học KỸ THUẬT ĐIỆN Khóa 2013 – 2015A.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS .TS Quyền Huy Ánh đã tận tình hướng dẫn
cho tôi trong thời gian thực hiện luận văn .Tôi cũng xin chân thành biết ơn đến thầ y
Th.S Lê Trọng Nghĩa – ĐHSP Kỹ T huâ ̣t Tp.HCM đã giúp đỡ tôi trong quá trình
hoàn thành luận văn.
Mặc dù trong quá trình thực hiện luận văn có giai đoạn không được thuận lợi
nhưng những gì Thầy đã hướng dẫn, chỉ bảo đã cho tôi nhiều kinh nghiệm trong
thời gian thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các Thầy/Cô đang giảng dạy tại các
Khoa của Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ
trong việc tham gia trả lời bảng khảo sát cũng như góp ý về những thiếu sót trong
bảng khảo sát.
Sau cùng tôi xin gửi lời cám ơn đến bạn bè, đồng nhiệp và gia đình đã luôn
tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học cũng như thực hiện luận văn.
Do thời gian có hạn và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa nhiều nên
luận văn còn nhiều thiếu, rất mong nhận được ý kiến góp ý của Thầy/Cô và các anh
chị học viên.
Tp.HCM, ngày

tháng
Người Viết

Nguyễn Đức Thiện

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

iii

năm 2015.


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

TÓM TẮT
Theo kết quả tính toán tổng lượng công suất sa thải của hệ thống khi tần
số giảm thấp sẽ có tổng lượng cắt từ 52% đến 78% tổng phụ tải toàn hệ thống.
Lượng công suất cắt này được chia tỷ lệ sa thải theo từng ngưỡng giảm của tần số.
Tuy nhiên, biện pháp này chỉ quan tâm đến khía cạnh độ giảm tần số mà chưa quan
tâm đến khía cạnh kinh tế, tức việc ngừng cấp điện cho phụ tải sẽ gây ra các thiệt
hại khác nhau với các loại tải khác nhau.
Luâ ̣n văn đã đề xuấ t phương pháp sa thải phụ tải mới nhằm khắc phục
nhược điểm nêu trên dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP.
Các bước thực hiện của thuật toán Fuzzy-AHP bao gồm các bước như sau:
 Mờ hóa đồ thị phụ tải để giảm số chiến lược sa thải phụ tải ứng với các
mức tải thực tế khác nhau;
 Xác định các vùng trung tâm tải và các đơn vị tải trong các trung tâm này;
 Xây dựng mô hình hệ thống phân cấp AHP dựa trên các vùng trung tâm
tải và các đơn vị tải;
 Xác định trọng số tầm quan trọng của các vùng trung tâm tải so với nhau
và trọng số tầm quan trọng của các đơn vị phụ tải trong cùng một vùng
phụ tải trên cơ sở xây dựng ma trận phán đoán đã được mờ hóa;
 Xác định trọng số tầm quan trọng của các đơn vị phụ tải đối với toàn hệ
thống;
 Sắp xếp theo thứ tự giảm dần tầm quan trọng của từng đơn vị phụ tải để
thực hiện chiến lược sa thải theo mức ưu tiên.

Hiệu quả giảm lượng phụ tải cần sa thải theo phương pháp đề xuất dựa
trên phân tích kết quả mô hình hóa và mô phỏng chiến lược sa thải phụ tải cho
mạng điện chuẩn IEEE 37 nút, 9 máy phát. Cụ thể, tổng lượng sa thải phụ tải giảm
được từ 10,4% đến 25,9%. Tuy nhiên, thời gian phục hồi tân số lại tăng lên khoảng
5% đến 33%.

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

iv


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

ABSTRACT
According to the calculations of the total capacity of the system fired at
lower frequencies will be cut from 52% of the total amount to 78% of the total
system load. The amount of power cut is scaled fired on each level of the reduced
frequency. However, this measure only concerned with aspects of reducing the
frequency at which no interest in economic terms, i.e. to stop supplying power to
the load will cause damage to various different types of loads.
This thesis has proposed new method of load shedding in order to overcome
the above drawbacks based on Fuzzy AHP algorithm.
The steps of the Fuzzy AHP algorithm consists of the following steps:
 Fuzzy load profile to reduce the number of load shedding strategy
corresponding to the different loads;
 Identify the load center and the load unit in these load centers;
 Develop model of hierarchy AHP based on the central load and load units;
 Identify the importance weight of the load center weighted against each other

and the importance of load units in the same area on the base load
construction judgment matrix is fuzzy;
 Identify the importance weight of the unit load on the system;
 Sort by descending order of importance of each unit load to implement the
load shedding strategy according to priority.
Effectively reduce the load for shedding should dismiss proposed method is
based on the analysis results of modeling and simulation of load shedding strategy
for IEEE 37 nodes, 9 generators network. Specifically, the total amount of load
shedding was fired from 10.4% to 25.9%. However, the recovery time increased
frequency of about 5% to 33%.

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

v


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ........................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. ii
TÓM TẮT ............................................................................................................................ iv
ABSTRACT .......................................................................................................................... v
CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................................... viii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ................................................................................................. ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG ................................................................................................. x
DANH SÁCH CÁC ĐỒ THỊ............................................................................................. xii
CHƢƠNG MỞ ĐẦU............................................................................................................ 1

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài trong và ngoài nước ............... 1
1.2 Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................... 2
1.3 Mục tiêu – Cách tiếp cận – Phương pháp nghiên cứu ................................................. 3
1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 3
1.3.2 Cách tiếp cận ......................................................................................................... 3
1.3.3 Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 3
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 4
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu: các quá trình quá độ, ổn định hệ thống điện và sa thải
phụ tải. ........................................................................................................................... 4
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 4
1.5 Nội dung nghiên cứu .................................................................................................... 4
Chƣơng 1 .............................................................................................................................. 6
TỔNG QUAN ....................................................................................................................... 6
CÁC PHƢƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI ..................................................................... 6
1.1 Tổng quan các kết quả nghiên cứu .............................................................................. 6
1.2 Tổng quan về các nghiên cứu liên quan..................................................................... 12
1.2.1 Sa thải phụ tải dựa vào tần số ............................................................................. 12
1.2.2 Sa thải phụ tải dựa vào điện áp ........................................................................... 14
Chƣơng 2 ............................................................................................................................ 16
MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÂN CẤP ............................................................................... 16
AHP VÀ FUZZY-AHP ...................................................................................................... 16
2.1 Quá trình phân tích hệ thống phân cấp - Thuật toán AHP ......................................... 16
2.1.1 Thuật toán AHP .................................................................................................. 16

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

vi


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

2.1.2 Kỹ thuật mờ hóa và luật hoạt động [17] ............................................................. 19
2.2 Mô hình Fuzzy-AHP ................................................................................................. 20
Chƣơng 3 ............................................................................................................................ 23
PHƢƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI ............................................................................. 23
DỰA TRÊN THUẬT TOÁN FUZZY-AHP .................................................................... 23
3.1 Phương pháp sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP .................................... 23
3.2 Kỹ thuật mờ hóa đồ thị phụ tải .................................................................................. 27
Chƣơng 4 ............................................................................................................................ 28
KHẢO SÁT THỬ NGHIỆM TRÊN HỆ THỐNG.......................................................... 28
37 BUS 9 MÁY PHÁT ....................................................................................................... 28
4.1 Nghiên cứu trường hợp sự cố mất một máy phát điện trong hệ thống 37 bus, 9 máy
phát sử dụng chương trình sa thải phụ tải dựa trên thuật toán AHP. ............................... 28
4.2 Nghiên cứu trường hợp sự cố mất một máy phát điện trong hệ thống 37 bus, 9 máy
phát sử dụng chương trình sa thải phụ tải dựa trên thuật toán FUZZY-AHP. ................. 44
CHƢƠNG 5 ........................................................................................................................ 56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 56
5.1. Kết luận ..................................................................................................................... 56
5.2 Hướng phát triể n, nghiên cứu: ................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 58

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

vii


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

CÁC TỪ VIẾT TẮT
- HTĐ: Hệ thống điện
- STPT: Sa thải phụ tải
- STĐB: Sa thải đặc biệt
- MPĐ: Máy phát điện
- NMĐ: Nhà máy điện
- AGC (Automatic Generation Control): Điều chỉnh tự động công suất phát NMĐ
- AVR (Automatic Voltage Regulator): Điều chỉnh tự động điện áp của tổ MPĐ
- MBT: Máy biến thế

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

viii


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Mô hình mạng phân cấp của việc sắp xếp các đơn vị ......................... 17
~

~

Hình 2.2: Mô hình cạnh tranh giữa M 1 và M 2 ................................................... 19
Hình 2.3: Tỷ lệ so sánh tầm quan trọng ................................................................ 21
Hình 3.1: Mô hình AHP gồm các vùng trung tâm tải và các đơn vị tải ............. 23

Hình 3.2: Mô hình hệ thống phân cấp AHP ......................................................... 24
Hình 3.3: Lƣu đồ các bƣớc sử dụng phƣơng pháp Fuzzy-AHP để sa thải phụ
tải .............................................................................................................................. 26
Hình 3.4: Kỹ thuật mờ hóa đồ thị phụ tải ............................................................. 27
Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống 37 bus 9 máy phát ........................................................ 29
Hình 4.7: Mô hình AHP gồm các vùng trung tâm tải và các đơn vị tải ............. 45
Hình 4.8: Kỹ thuật mờ hóa đồ thị phụ tải ............................................................. 52

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

ix


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Tỷ lệ so sánh các mức về tầm quan trọng ............................................ 21
Bảng 3.1: Kết quả tính toán tổng hợp các trƣờng hợp mờ hóa đồ thị phụ tải .. 27
Bảng 4.1: Dữ liệu tải trong hệ thống 37 bus khi hệ thống đạt 70%, 80%, 90%,
100% phụ tải cực đại .............................................................................................. 31
Bảng 4.2: Ma trận phán đoán trung tâm phụ tải. ................................................ 32
Bảng 4.3: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 1 .............................. 32
Bảng 4.4: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 2 .............................. 33
Bảng 4.5: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 3 .............................. 33
Bảng 4.6: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 4 ............................... 33
Bảng 4.7: Giá trị Mi của ma trận các trung tâm phụ tải. .................................... 34
Bảng 4.8: Giá trị Mi của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 1. ........................ 34
Bảng 4.9: Giá trị Mi của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 2. ........................ 34

Bảng 4.10: Giá trị Mi của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 3. ...................... 35
Bảng 4.11: Giá trị Mi của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 4. ...................... 35
Bảng 4.12: Giá trị Mi*của ma trận trung tâm phụ tải. ........................................ 35
Bảng 4.13: Giá trị Mi*của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 1. ...................... 36
Bảng 4.14: Giá trị Mi*của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 2. ...................... 36
Bảng 4.15: Giá trị Mi*của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 3. ...................... 36
Bảng 4.16: Giá trị Mi*của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 4. ...................... 37
Bảng 4.17: Các giá trị Wkj của ma trận trung tâm phụ tải. ................................ 37
Bảng 4.18: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 1 .............................. 38
Bảng 4.19: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 2 .............................. 38
Bảng 4.20: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 3 .............................. 38
Bảng 4.21: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 4 .............................. 39
Bảng 4.22: Giá trị các hệ số quan trọng của đơn vị tải đƣợc tính toán bởi AHP.40
Bảng 4.23: Sắp xếp các đơn vị phụ tải theo giá trị hệ số quan trọng của phụ tải
Wij giảm dần. ........................................................................................................... 41

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

x


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Bảng 4.24: Ma trận phán đoán trung tâm phụ tải. .............................................. 45
Bảng 4. 25: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 1 ............................ 46
Bảng 4.26: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 2 ............................. 47
Bảng 4.27: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 3 ............................. 47
Bảng 4.28: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 4 ............................. 48

Bảng 4.29:Giá trị các hệ số quan trọng của đơn vị tải đƣợc tính toán bởi
FuzyAHP. ................................................................................................................. 50
Bảng 4.30: Sắp xếp các đơn vị phụ tải theo giá trị hệ số quan trọng của phụ tải
Wij giảm dần. ........................................................................................................... 51
Bảng 4.31: Kết quả tính toán tổng hợp các trƣờng hợp mờ hóa đồ thị phụ tải 52
Bảng 4.32: Kết quả so sánh giữa phƣơng pháp sa thải phụ tải theo AHP và
Fuzzy-AHP ............................................................................................................... 55

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

xi


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

DANH SÁCH CÁC ĐỒ THỊ
Hình 4.2: Tần số hệ thống trong trƣờng hợp sự cố máy phát tại bus số 4. ....... 30
Hình 4.3. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận
hành 70% tải ........................................................................................................... 43
Hình 4.4. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận
hành 80% tải ............................................................................................................ 43
Hình 4.5. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận
hành 90% tải ............................................................................................................ 44
Hình 4.6. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận
hành 100% tải .......................................................................................................... 44
Hình 4.9. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận
hành 70% tải ............................................................................................................ 54
Hình 4.10. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp

vận

hành 80% tải ............................................................................................................ 54
Hình 4.11. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận
hành 90% tải ............................................................................................................ 55
Hình 4.12. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận
hành 100% tải .......................................................................................................... 55

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

xii


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

CHƢƠNG MỞ ĐẦU
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài trong và ngoài nƣớc
Các nhiễu loạn của các hệ thống điện , thường là các sự cố mất một máy phát
điện, hoặc bất ngờ thay đổi tải, phụ tải tăng quá mức phát điện của hệ thống.Những
nhiễu loạn thay đổi về cường độ của nó, tại thời điểm này những nhiễu loạn có thể
gây ra mất ổn định hệ thống.Ví dụ, khi một phụ tải lớn đột ngột được đóng, hệ
thống có thể trở nên mất ổn định. Điều này dẫn đến cần thiết để nghiên cứu hệ
thống và theo dõi nó để ngăn chặn hê ̣ thố ng trở nên mất ổn định .
Hai thông số quan trọng nhất phải theo dõi là điện áp và tần số hệ thống. Điện áp
tại tất cả các thanh góp và tần số, cả hai đều phải được duy trì trong giới hạn quy
định được thiết lập.Tần số chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất tác dụng, trong khi
điện áp chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất phản kháng. Nếu các máy phát điện

trong hệ thống không cung cấp đủ công suất tải cần thiết, thì tần số hệ thống bắt đầu
giảm, và khi tất cả các kiểm soát sẵn có không thể duy trì ổn định tần số hệ thống
điện, sa thải phụ tải sẽ được sử dụng như là phương sách cuối cùng để phục hồi lại
tần số trong giới hạn định mức. Việc sa thải phụ tải tối ưu cần xét đến các chỉ tiêu
kinh tế và tầm quan trọng của phụ tải. Việc sa thải phụ tải tập trung giải quyết các
vấn đề: khôi phục hệ thống ổn định với thời gian nhanh nhất, lượng tải sa thải ít
nhất, chi phí thiệt hại khi mất điện là ít nhất,….Việc nghiên cứu sa thải có 2 mảng
nghiên cứu lớn:
-

Sa thải phụ tải truyền thống (conventional load shedding) [1,2,3,4].

-

Sa thải phụ tải thông minh ILS (Intelligent Load Shedding) [6,7,8].

Mặc dù thành công ở mức độ nhất định, các phương pháp sa thải phụ tải truyền
thống dựa trên các rơle sa thải tải dưới tần số hoặc điện áp có những nhược điểm
như sau: chỉ xem xét sự suy giảm tần số, hoặc điện áp trong hệ thống, trong các

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

1


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

trường hợp này kết quả thường kém chính xác; số lượng một bước tải sa thải đôi

khilớn, nó gây ra sa thải tải quá mức, các kế hoạch không có sự linh hoạt để tăng số
lượng các bước sa thải tải [5], [7]. Nhằm tăng hiệu quả sa thải tải , một số phương
pháp sa thải tải dựa trên tần số, điện áp và độ nhạy QV tại các thanh góp tải [3]. Tuy
nhiên, trường hợp này tốc độ xử lý chương trình giải thuật tương đối chậm và chỉ sử
dụng một mô hình máy phát để mô phỏng hệ thống nhiều máy phát. Một số phương
pháp sa thải tải thông minh sử dụng sự thu thập dữ liệu rộng lớn thời gian thực cập
nhật liên tục mô hình hệ thống thời gian thực bằng máy tính và dựa trên kinh
nghiêm của chuyên gia vận hành hệ thống trong việc hỗ trợ các quyết định.
Sau sự nhiễu loạn, hệ thống phải trở về trạng thái ban đầu của nó, có nghĩa là
phụ tải đã bị sa thải được phục hồi một cách có hệ thống mà không gây ra sự sụp đổ
hệ thống. Trong trường hợp sự cố lâu dài hoặc phụ tải hệ thống tăng vượt quá mức
phát điện của hệ thống, hệ thống điện không thể đáp ứng nhu cầu công suất trong
thời gian dài, việc sa thải phụ tải tối ưu cần xét đến các chỉ tiêu kinh tế và tầm quan
trọng của phụ tải. Điều này thì quan trọng trong việc duy trì ổn định hệ thống điện,
sa thải tải đã trở thành một chủ đề quan trọng trong nghiên cứu.
1.2 Tính cấp thiết của đề tài
Tính an toàn và ổn định của hệ thống điện luôn là một trong những lợi ích cốt
yếu chính liên quan đến sự vận hành và quy hoạch lưới điện. Khi tất cả các điều
khiển sẵn có không thể duy trì ổn định hệ thống hoạt động khi một sự nhiễu loạn
ngẫu nhiên xảy ra, sa thải phụ tải sẽ được sử dụng như là phương sách cuối cùng để
giảm thiểu sự mất nguồn điện và tải. Mặc dù đạt được thành công đến một mức độ
lớn, các kế hoạch sa thải tải truyền thống có những nhược điểm nhất định như sau:
Số lượng một bước tải đôi khi lớn, nó gây ra quá mức phải sa thải tải. Hầu hết các
kế hoạch không có sự linh hoạt để tăng số lượng các bước sa thải tải, bằng cách đưa
vào các quá độ trong hệ thống. Ổn định điện áp không được xem xét trong suốt quá
trình sa thải tải so với các kế hoạch tập trung giám sát tần số và tốc độ thay đổi của
tần số.

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

2


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Ngoài ra, thị trường điện đang hướng tới một thị trường cạnh tranh, các nhà sản
xuất và phân phối điện sẽ phải cạnh tranh để bán và mua điện.Trong môi trường
năng lượng cạnh tranh mới này, hệ thống hỗ trợ quyết định bán/mua là cần thiết để
tìm ra hướng kinh tế phục vụ các phụ tải quan trọng với nguồn cung cấp có giới hạn
trong điều kiện sự bất ổn định khác nhau.Việc ra quyết định bị ảnh hưởng lớn bởi
giới hạn về nguồn, giá thành phát điện, và khả năng truyền tải hiện tại của lưới. Nói
chung, một hệ thống quá tải hay sự quá tải của hệ thống có thể giảm được thông qua
một vài chiến lược điều khiển như là sự phối hợp phát điện, liên kết với một máy
phát khác hoặc là sa thải phụ tải tối ưu. Trong trường hợp đặc biệt của sự thiếu hụt
năng lượng thì việc sa thải phụ tải là không thể tránh khỏi.
1.3 Mục tiêu – Cách tiếp cận – Phƣơng pháp nghiên cứu
1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu các phương pháp sa thải phụ tải và đề xuất phương pháp sa thải phụ tải
dựa trên thuâ ̣t toán mờ hóa AHP (Fuzzy-AHP).
1.3.2 Cách tiếp cận
-

Tìm hiểu các sự cố thường xảy trên hệ thống điện, về mất ổn định, sa thải phụ
tải.

-

Tìm hiểu quá trình quá độ điện từ của máy phát điện và thuật toán AHP, FuzzyAHP.

-

Nghiên cứu việc sa thải phụ tải ở các công ty điện lực.

-

Tìm các nguồn tài liệu về ổn định và sa thải phụ tải.

1.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tài liệu, tổng hợp, phân tích, mô hình hóa và mô phỏng.

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

3


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu: các quá trình quá độ, ổn định hệ thống điện và sa thải
phụ tải.
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
-

Nghiên cứu tổng quan các phương pháp sa thải phụ tải.

-

Phương pháp sa thải phụ tải dựa trên thuâ ̣t toán mờ hóa AHP

(Fuzzy-AHP)

trên cơ sở xem xét tầm quan trọng của tải, sự thay đổi của tải theo giờ trong
ngày và các điều kiện ràng buộc về giảm bớt phụ tải.
-

Khảo sát, tính toán, thử nghiệm trên mô hình 37 thanh góp 9 máy phát, nhằm
kiểm chứng hiệu quả phương pháp đề xuất.

1.5 Nội dung nghiên cứu
PHẦN MỞ ĐẦU
Tổng quan về hướng nghiên cứu: tóm tắt các kết quả nghiên cứu ở ngoài nước,
tính cấp thiết; mục tiêu; cách tiếp cận; phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm
vi nghiên cứu, nội dung nghiên cứu. Đặt vấn đề và hướng giải quyết vấn đề, nhằm
duy trì ổn định hệ thống điện.
PHẦN NỘI DUNG
Chương 1: Tổng quan các phương pháp sa thải phụ tải.
Trình bày lý thuyết về các kế hoạch sa thải phụ tải, các phương pháp sa thải phụ
tải truyền thống và hiện đại, bao gồm các kỹ thuật sa thải phụ tải dưới tần số, và
dưới điện áp, sử dụng thuật toán AHP, Fuzzy-AHP.
Chương 2: Mô hiǹ h hê ̣ thố ng phân cấ p AHP và Fuzzy logic và Fuzzy AHP .
Chương 3: Phương pháp sa thải phụ tải dựa trên thuâ ̣t toán mờ hóa AHP (Fuzzy
AHP).
Chương 4: Khảo sát, thử nghiệm nhằm kiểm chứng hiệu quả phương pháp đề
xuất.

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

4


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Việc khảo sát, thử nghiệm trên mô hình 37 thanh góp 9 máy phát, nhằm kiểm
chứng hiệu quả phương pháp đề xuất. Thử nghiệm chương trình sa thải tải trên hệ
thống 37 thanh góp và 9 máy phát điện bằng phần mềm Powerworld. Đối với hệ
thống thử nghiệm được xem xét nhiễu loạn là trường hợp mất một máy phát điện,
đã được mô phỏng và quan sát kết quả nhận được khi áp dụng chương trình sa thải
tải trên cơ sở thuật toán Fuzz-AHP.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trình bày các kết quả đạt được trong đề tài, và hướng nghiên cứu phát triển của
đề tài.

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

5


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Chƣơng 1
TỔNG QUAN
CÁC PHƢƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI

1.1 Tổng quan các kết quả nghiên cứu
Hệ thống điện trên thế giới nói chung và hệ thống điện ở Việt Nam nói riêng
đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia vì nó là một
trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền kinh tế quốc dân. Một Hệ thống
điện chia thành ba phần chính: Phần phát điện bao gồm các nhà máy phát điện như:
nhiệt điện bao gồm nhiệt điện chạy dầu (FO,DO), than, khí, hạt nhân, nhà máy thủy
điện và một số loại phát điện khác. Phần truyền tải, đây cũng có thể được coi là hệ
thống xương sống của một hệ thống điện bao gồm các đường dây cao áp, hạ áp và
máy biến áp. Phần phân phối được trạm truyền tải hạ áp đưa đến các công ty, xí
nghiệp và hộ dân têu thụ...
Theo đánh giá mới đây của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), năm 2015,
để bảo đảm mục tiêu tăng trưởng GDP của cả nước đạt 6,2%, EVN dự báo phụ tải
điện có thể đạt 26.000MW. Với tổng công suất nguồn điện toàn hệ thống hiện có
khoảng 34.000MW thì năm 2015 sẽ là năm thứ ba liên tiếp, hệ thống điện quốc gia
có dự phòng công suất. Năm 2015 có thuận lợi là nhiều công trình lưới điện quan
trọng trước đó đã được đưa vào vận hành, trong đó có các dự án tăng cường truyền
tải Bắc - Nam. Cụ thể, 6 công trình nguồn điện và 40 công trình truyền tải điện đã
được hoàn thiện, góp phần bảo đảm điện cho miền Nam và giữ an toàn vận hành
của hệ thống. Ngoài ra, EVN cũng đặc biệt coi trọng việc vận hành an toàn, nhất là
hệ thống 500kV Bắc - Nam trong điều kiện truyền tải cao cho miền Nam, đưa vào
vận hành đúng tiến độ các công trình lưới điện.

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

6


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Để sẵn sàng đáp ứng cho khả năng nhu cầu điện tăng cao hơn, EVN đặt mục
tiêu, năm 2015 sẽ sản xuất và mua 156,9 tỷ kWh tăng 10,3% so với năm 2014.
Trong đó, điện thương phẩm đạt 141,8 tỷ kWh, tăng 10,4%; đầu tư xây dựng với
tổng giá trị thực hiện khoảng 127.533 tỷ đồng; trả nợ gốc và lãi vay khoảng 30.873
tỷ đồng.
Tuy nhiên, thách thức lớn nhất hiện nay của EVN là việc các nguồn phát
điện phân bố không đều: Dư thừa công suất tập trung ở miền Bắc, nhiều dự án
nguồn điện phía Nam vẫn chậm tiến độ, trong khi tăng trưởng phụ tải lớn lại tập
trung ở khu vực này. Vì vậy, một nhiệm vụ trọng tâm trong năm 2015 của ngành
điện là tập trung các giải pháp để bảo đảm cấp điện cho toàn hệ thống, nhất là cho
miền Nam trong giai đoạn cao điểm mùa khô. Bên cạnh đó, trong bối cảnh vẫn còn
những yếu tố chi phí đầu vào sản xuất, kinh doanh điện năm 2014 trở về trước chưa
được đưa vào cân đối giá điện, đại diện EVN cũng cho rằng, từng đơn vị cần thực
hiện nghiêm túc các chỉ tiêu nhiệm vụ về tối ưu hóa chi phí, triệt để tiết kiệm chi
phí và sử dụng hiệu quả các nguồn vốn để giảm giá thành sản xuất, kinh doanh điện.
Bộ Công Thương cũng đã yêu cầu EVN cần đặc biệt quan tâm đến các giải
pháp giảm tổn thất điện năng, gắn với tiết kiệm điện. Mục tiêu giảm tổn thất điện
năng từ 8,6% xuống 8% trong năm 2015. Bên cạnh đó, ngành điện cũng cần thực
hiện ngay một số giải pháp như nâng cao năng suất lao động, tổ chức lại bộ máy,
tăng cường ứng dụng các thành tựu về khoa học - công nghệ...
Để đảm bảo cung cấp điện các tháng mùa khô năm 2015, Bộ trưởng Bộ
Công Thương yêu cầu Tập đoàn Điện lực VN (EVN) thường xuyên theo dõi biến
động phụ tải điện toàn quốc và các khu vực, đề xuất kế hoạch huy động nguồn điện;
giám sát chặt chẽ để đảm bảo tiến độ các công trình nguồn điện mới do tập đoàn
làm chủ đầu tư vào vận hành đúng tiến độ; Tập đoàn Dầu khí VN (PVN) báo cáo bộ
kế hoạch cấp khí cho các nhà máy điện từng tháng; đảm bảo cung cấp khí tối đa
cụm nhiệt điện Bà Rịa - Phú Mỹ, Nhơn Trạch, Cà Mau trong các tháng mùa khô,
hạn chế tối đa việc bảo dưỡng đường ống; Tập đoàn Công nghiệp Than và Khoáng

sản VN (TKV) đảm bảo cung cấp than ổn định cho các nhà máy điện...

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

7


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Bộ cũng yêu cầu Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia xây dựng kế
hoạch chi tiết để huy động các nguồn điện; hạn chế tối đa cắt sa thải phụ tải do thiếu
nguồn vào các tháng mùa khô.
Hai thông số quan trọng nhất phải theo dõi trong hệ thống điện là điện áp và
tần số hệ thống. Điện áp tại tất cả các thanh góp và tần số, cả hai đều phải được duy
trì trong giới hạn quy định được thiết lập.Tần số bị ảnh hưởng bởi sự chênh lệch
giữa công suất phát và nhu cầu phụ tải.Nếu các máy phát điện khác trong hệ thống
không thể cung cấp đủ công suất cần thiết, thì tần số hệ thống bắt đầu giảm. Để
phục hồi lại tần số trong giới hạn định mức, một chương trình sa thải tải cần được
áp dụng cho hệ thống. Trường hợp sự cố lâu dài, hệ thống điện không thể đáp ứng
nhu cầu công suất trong thời gian dài, việc sa thải phụ tải tối ưu cần xét đến các chỉ
tiêu kinh tế và tầm quan trọng của phụ tải.
Khi tần số giảm đến điểm nhận đầu tiên chắc chắn được xác định trước phần
trăm của tổng phụ tải được sa thải. Nếu có một sự giảm tiếp trong tần số và nó đạt
đến điểm nhận thứ hai , tỷ lệ phần của tải còn lại được sa thải . Quá trình này diễn ra
tiếp tục cho đến khi tần số tăng trên giới hạn dưới của nó

. Để xem xét sự ổn định

điện áp, độ nhạy điện áp từ các phân tích QV tại các thanh góp tải sẽ là thành phần
chính của giải thuật. Ngoài ra, việc sa thải phụ tải có xét đến tầm quan trọng của tải,
chi phí tải, sự thay đổi của tải theo giờ trong ngày và các điều kiện ràng buộc về
giảm bớt phụ tải cũng được trình bày.
- Cấp điều độ có quyền điều tần phải thường xuyên theo dõi lượng công suất dự
phòng điều tần cấp I, xu hướng thay đổi phụ tải của HTĐ để chủ động điều chỉnh
công suất phát các NMĐ, đảm bảo mức dự phòng quay theo quy định
- Cấp điều độ có quyền điều tần quy định 1 hoặc nhiều NMĐ tham gia điều tần cấp
I. Căn cứ vào nhiệm vụ phân công điều tần mà các NMĐ điều tần cấp I đưa các bộ
tự động điều chỉnh công suất, tần số vào làm việc phù hợp thực tế. Khi gần hết
lượng công suất dự phòng cho việc điều tần, các NMĐ này phải kịp thời báo cho
cấp điều độ có quyền điều khiển

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

8


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

- Tất cả các NMĐ không làm nhiệm vụ điều tần cấp I đều phải tham gia điều tần
cấp II (trừ trường hợp đã được chấp thuận bởi cấp điều độ có quyền điều khiển).
Khi tần số HTĐ ra ngoài mức 50Hz ± 0,5Hz quá 15 giây, các NMĐ làm nhiệm vụ
điều tần cấp II đều phải tham gia điều chỉnh theo khả năng của tổ máy để đưa tần
số HTĐ về mức 50Hz ± 0,2Hz. Khi tần số HTĐ đã được đưa về mức trên, tất cả
các NMĐ đã tham gia điều tần cấp II giữ nguyên công suất và báo cho cấp điều độ
có quyền điều khiển để xác nhận thanh toán dịch vụ điều tần theo Quy trình xác
định và vận hành dịch vụ phụ trợ được Cục Điều tiết Điện lực ban hành

Điều tần, điều áp,sa thải phụ tải, sa thải nguồn
1. Giới hạn tần số
- Tần số HTĐ quốc gia phải duy trì ở mức:

50Hz ± 0,2Hz

- Khi chưa ổn định, cho phép làm việc ở mức: 50Hz ± 0,5Hz
2. Điều tần cấp I
Là đáp ứng của AGC nhằm duy trì tần số mức 50Hz ± 0,1Hz
3. Điều tần cấp II
Là điều chỉnh tự động hoặc bằng tay các tổ MPĐ nhằm đưa tần số ngoài khoảng
50Hz ± 0,5Hz về trong khoảng 50Hz ± 0,2Hz
4. Điều tần cấp III
Là điều chỉnh bằng lệnh điều độ để đưa tần số HTĐ vận hành ổn định và đảm bảo
phân bổ kinh tế công suất phát các tổ MPĐ
5. Tham gia điều tần
- Cấp điều độ có quyền điều tần phải thường xuyên theo dõi lượng công suất dự
phòng điều tần cấp I, xu hướng thay đổi phụ tải của HTĐ để chủ động điều chỉnh
công suất phát các NMĐ, đảm bảo mức dự phòng quay theo quy định
- Cấp điều độ có quyền điều tần quy định 1 hoặc nhiều NMĐ tham gia điều tần cấp
I. Căn cứ vào nhiệm vụ phân công điều tần mà các NMĐ điều tần cấp I đưa các bộ
tự động điều chỉnh công suất, tần số vào làm việc phù hợp thực tế. Khi gần hết
lượng công suất dự phòng cho việc điều tần, các NMĐ này phải kịp thời báo cho
cấp điều độ có quyền điều khiển

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

9

Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

- Tất cả các NMĐ không làm nhiệm vụ điều tần cấp I đều phải tham gia điều tần
cấp II (trừ trường hợp đã được chấp thuận bởi cấp điều độ có quyền điều khiển).
Khi tần số HTĐ ra ngoài mức 50Hz ± 0,5Hz quá 15 giây, các NMĐ làm nhiệm vụ
điều tần cấp II đều phải tham gia điều chỉnh theo khả năng của tổ máy để đưa tần
số HTĐ về mức 50Hz ± 0,2Hz. Khi tần số HTĐ đã được đưa về mức trên, tất cả
các NMĐ đã tham gia điều tần cấp II giữ nguyên công suất và báo cho cấp điều độ
có quyền điều khiển để xác nhận thanh toán dịch vụ điều tần theo Quy trình xác
định và vận hành dịch vụ phụ trợ được Cục Điều tiết Điện lực ban hành.
6. Biện pháp điều tần
a) Điều chỉnh công suất phát hữu công các NMĐ theo thứ tự sau:
- Các tổ MPĐ cung cấp dịch vụ điều tần
- Các tổ MPĐ cung cấp dịch vụ dự phòng quay khi mức dự phòng điều tần thấp hơn
mức quy định
- Các tổ MPĐ căn cứ trên thứ tự huy động theo các bản chào hoặc giá bán điện
- Các tổ MPĐ dự phòng khởi động nhanh căn cứ trên chi phí thấp nhất
b) Ngừng dự phòng nguồn điện: Khi tần số HTĐ lớn hơn 50,5Hz mà không có biện
pháp điều chỉnh giảm xuống, cấp điều độ có quyền điều khiển ra lệnh cho
các NMĐ ngừng dự phòng một số tổ máy, dấm lò sau khi xét đến an toàn của HTĐ,
tính kinh tế, điều kiện kỹ thuật và khả năng huy động lại
c) Sa thải phụ tải: Sau khi đã hết nguồn dự phòng mà tần số vẫn tiếp tục giảm dưới
49,5Hz, cấp điều độ có quyền điều khiển phải STPT để đảm bảo vận hành ổn
định HTĐ và đưa tần số lên trên 49,5Hz
d) Điều chỉnh điện áp: Điều độ các cấp được phép điều áp trong phạm vi ± 5% so
với điện áp danh đinh dể thay đổi tần số
7. 7 khu vực HTĐ Quốc gia
Khu vực 1: Lưới điện Tây Bắc Bắc Bộ

Khu vực 2: Lưới điện Tây nam Bộ

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

10


Luận Văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Khu vực 3: Lưới điện Đồng Nai – Bà Rịa Vũng Tàu Tây Bắc Bắc Bộ
Khu vực 4: Lưới điện Nam Trung Bộ
Khu vực 5: Lưới điện Miền Bắc trừ khu vực 1
Khu vực 6: Lưới điện Miền Nam trừ khu vực 2,3,4
Khu vực 7: Lưới điện Miền Trung trừ khu vực 4
Tình huống mất đường dây 500kV là nguyên nhân thường gặp nhất
mà có thể gây sụt tần số nghiêm trọng cho hệ thống điện miền.Theo các tính toán
của Trungtâm Điều độ HTĐ Quốc gia để đảm bảo yêu cầu về ổn định động
lượng công suấtt r u y ề n t r ê n đ ư ờ n g d â y 5 0 0 k V k h ô n g đ ư ợ c v ư ợ t q u á
700MW.
Để đảm bảo phục hồi tần số với tỷ lệ mất công suất như vậy thì
lượng phụ tải sa thải phải ở mức 50-55%. Giới hạn phụ tải tối đa có thể sa thải áp
dụng cho HTĐ Việt Nam là 55%. Xác định mức cắt tải cho từng cấp tần số để tiết
kiệm rơ-le tần số, độ lệch tần số giữa các cấp được chọn là 0.2Hz trong dải tần số từ
49.0 - 47.6Hz.Thời gian tác động của các cấp tần số này là 0s.Với kết lưới và chế
độ khai thác các nguồn điện hiện tại thì trong hầu hết các tình huống sự
cố tỷ lệ mất công suất không vượt quá 20-30%. Do vậy để hạn chếviệc
cắt dư phụ tải trong các tình huống này, các cấp tần số từ 49.0 - 48.0Hz
đượcchỉnh định lượng cắt tải là 5%. Các cấp tần số 47.8Hz và 47.6Hz

được chỉnh định lượng cắt tải là 10% và 15%. Lượng phụ tải sa thải ở các
cấp hỗ trợ phục hồi tần số phải là 10% t r ở l ê n . Đ ố i v ớ i H T Đ V i ệ t
N a m c á c c ấ p c ắ t t ả i n à y đ ư ợ c c h ỉ n h đ ị n h m ứ c t ầ n s ố 49.0Hz và các
mức trễ thời gian 10s, 15s, 20s, 25s.Lượng phụ tải sa thải ở mỗi mức thời gian là
2.5%. Sử dụng tính năng cắt tải theo độ dốc. Kết quả tính toán kiểm tra hoạt động
của rơ-le tần số theo chế độ cắt tải, trong các tình huống sụt tần số thường xảy ra
đối với hệ thống điện liên kết hay hệ thống điện miền đã cho thấy khả năng

HVTH:Nguyễn Đức Thiện

11