Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán heuristic

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

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU SA THẢI PHỤ TẢI
DỰA TRÊN THUẬT TOÁN HEURISTIC
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T2015-04GVT

S KC 0 0 4 7 9 7

Tp. Hồ Chí Minh, 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG
DÀNH CHO GIẢNG VIÊN TRẺ

NGHIÊN CỨU SA THẢI PHỤ TẢI DỰA TRÊN
THUẬT TOÁN HEURISTIC

Mã số: T2015-04GVT

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Lê Trọng Nghĩa

TP. HCM, 10/2015


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Heuristic

DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN
THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

STT

Họ và tên

Đơn vị công tác và
lĩnh vực chuyên môn

ii

Nội dung nghiên cứu cụ
thể được giao

Chữ ký


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Heuristic

MỤC LỤC

Mục lục............................................................................................................

Trang
x

Danh sách các bảng .........................................................................................

xiii

Danh sách các hình..........................................................................................

xv

Danh mục các chữ viết tắt ............................................................................... xviii
CHƢƠNG MỞ ĐẦU ......................................................................................

1

1.1Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nƣớc 1
1.2 Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................

2

1.3 Mục tiêu – Cách tiếp cận – Phƣơng pháp nghiên cứu ..............................

3

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu...............................................................................

3

1.3.2 Cách tiếp cận ..........................................................................................

3

1.3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu........................................................................

3

1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .............................................................

3

1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................

3

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu ................................................................................

3

1.5 Nội dung nghiên cứu .................................................................................

3

Chƣơng 1 TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI ........

5

1.1 Tổng quan về sa thải phụ tải trong hệ thống điện .....................................

5

1.2 Sa thải phụ tải ...........................................................................................

11

1.2.1 Sa thải phụ tải truyền thống ...................................................................

11

1.2.2 Sa thải phụ tải thông minh (ILS) ............................................................

14

1.3 Tóm lƣợc các chƣơng trình sa thải phụ tải đang áp dụng .........................

18

1.3.1 Sa thải phụ tải dƣới tần số ......................................................................

22

1.3.2 Sa thải tải dƣới điện áp ...........................................................................

25

Chƣơng 2 TÌM HIỂU THUẬT TOÁN HEURISTIC VÀ ỨNG DỤNG TRONG
VIỆC SA THẢI PHỤ TẢI ..............................................................................

29

2.1 Thuật toán Heuristic ..................................................................................

29

x


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Heuristic

2.2 Xây dựng thuật toán Heuristic .................................................................

31

2.3 Ứng dụng phƣơng pháp Heuristic trong việc sa thải phụ tải ....................

32

Chƣơng 3

PHƢƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI DỰA TRÊN THUẬT TOÁN

HEURISTIC ....................................................................................................

33

3.1 Xây dựng chƣơng trình sa thải phụ tải dựa vào tần số ..............................

33

3.2 Xây dựng chƣơng trình cắt giảm tải theo thuật toán Heuristic .................

35

3.2.1 Phƣơng pháp tìm kiếm chiều sâu……………………………………….

35

3.2.2 Phƣơng pháp tìm kiếm chiều rộng……………………………………… 35
3.2.3 Phƣơng pháp tìm kiếm tối ƣu (Best – First – Search)…………………

36

Chƣơng 4 TÍNH TOÁN VÀ THỬ NGHIỆM TRÊN HỆ THỐNG…………

40

4.1 Khảo sát hệ thống gồm 37 bus và 9 máy phát……………………………. 40
4.1.1 Sự cố máy phát………………………………………………………….. 41
1 Khảo sát sự cố máy phát khi hệ thống làm việc ở trạng thái bình thƣờng.. 41
a Máy phát LAUF 69……………………………………………………….. 42
b Máy phát J345I…..………………………………………………………... 44
c Máy phát J345-II…..……………………………………………………… 46
d Máy phát BLT 138………………………………………………………... 47
e Máy phát SLACK 345… …...……………………………………………... 49
2 Khảo sát sự cố máy phát trong trƣờng hợp hệ thống đạt 80% tải………... 51
a Máy phát LAUF 69……………………………………………………….. 51
b Máy phát J345I…..………………………………………………………... 53
c Máy phát J345-II…..……………………………………………………… 55
d Máy phát BLT 138………………………………………………………... 57
e Máy phát SLACK 345… …...……………………………………………... 58
3 Khảo sát sự cố máy phát trong trƣờng hợp hệ thống đạt 90% tải………... 61
a Máy phát LAUF 69……………………………………………………….. 61
b Máy phát J345I…..………………………………………………………... 63
c Máy phát J345-II…..……………………………………………………… 64
d Máy phát BLT 138………………………………………………………... 66
xi


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Heuristic

e Máy phát SLACK 345… …...……………………………………………... 68
4 Khảo sát sự cố máy phát trong trƣờng hợp hệ thống đạt 100% tải………... 71
a Máy phát LAUF 69……………………………………………………….. 71

b Máy phát J345I…..………………………………………………………... 72
c Máy phát J345-II…..……………………………………………………… 74
d Máy phát BLT 138………………………………………………………... 75
4.1.2. Sự cố ngắn mạch tại các thanh góp……………………………………… 78
1 Ngắn mạch tại thanh góp JO345……………………………………………. 78
a Trƣờng hợp sự cố xảy ra khi hệ thống ở trạng thái là việc bình thƣờng …... 79
b Trƣờng hợp hệ thống đạt 80%........................................................................ 80
c Trƣờng hợp hệ thống đạt 80%........................................................................ 82
d Trƣờng hợp hệ thống làm việc đạt công suất 100% ……………………..… 84
2 Ngắn mạch tại thanh góp SLACK 345 …………………………………….. 85
a Trƣờng hợp hệ thống đạt 80%........................................................................ 85
b Trƣờng hợp hệ thống đạt 80%........................................................................ 87
4.2 So sánh hiệu quả phục hồi tần số và mức sa thải phụ tải…………………... 89
4.2.1. Phƣơng pháp sa thải theo tần số, dV/dt tính đến độ nhạy của điện áp….. 89
4.2.2. Phƣơng pháp sa thải theo tần số, không theo thứ tự dV/dt tính đến độ nhạy
của điện áp…………………………………………………………………….. 90
4.3 Kết luận…………………………………………………………………… 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................
PHỤ LỤC ........................................................................................................
Bản sao Thuyết minh đề tài đã đƣợc phê duyệt

xii

92


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Heuristic

DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 1.1: Các bƣớc sa thải tải của FRCC ........................................................... 19
Bảng 1.2: Các bƣớc sa thải tải của MAAC ......................................................... 19
Bảng 1.3: Chƣơng trình sa thải tải của ERCOT .................................................. 21
Bảng 1.4: Sa thải tải bởi Điều hành hệ thống truyền tải Hy Lạp ....................... 28
Bảng 4.1: Danh sách các máy phát......................................................................... 41
Bảng 4.2: Trình bày kết quả của giá trị dV/dt.. ....................................................... 43
Bảng 4.3: Trình bày tổng công suất cần sa thải…………………………………… 43
Bảng 4.4: Kết quả tính toán giá trị dV/dt ............................................................... 45
Bảng 4.5: Tổng công suất cần sa thải .................................................................... 45
Bảng 4.6: Tổng số lƣợng tải đƣợc ngắt................................................................... 47
Bảng 4.7: Danh sách thứ tự giá trị dV/dt. ............................................................... 48
Bảng 4.8: Danh sách tải cần đƣợc cắt giảm. ........................................................... 49
Bảng 4.9: Trình bày thời gian, giá trị phục hồi của tần số tại các máy phát. .............. 50
Bảng 4.10: Thứ tự của giá trị dV/dt……………………………………………........ 52
Bảng 4.11: Tổng số lƣợng tải cần sa thải………………………………………… 52
Bảng 4.12: Kết quả và danh sách thứ tự của giá trị dV/dt. ....................................... 54
Bảng 4.13: Tổng số lƣợng tải cần sa thải. ............................................................... 55
Bảng 4.14: Kết quả giá trị dV/dt. ........................................................................... 56
Bảng 4.15: Tổng số lƣợng tải đƣợc ngắt................................................................. 57
Bảng 4.16: Danh sách tải cần đƣợc cắt giảm…………………………………….. 58
Bảng 4.17: Danh sách thứ tự giá trị dV/dt. ............................................................. 59
Bảng 4.18: Danh sách tải cần đƣợc cắt giảm .......................................................... 59

xiii


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Heuristic

Bảng 4.19: Trình bày thời gian, giá trị phục hồi của tần số tại các máy phát. ............ 60
Bảng 4.20: Tổng số lƣợng tải đƣợc ngắt................................................................. 62
Bảng 4.21: Danh sách giá trị dV/dt tƣơng ứng khi máy phát bị sự cố với khi hệ thống đạt
90% công suất cực đại………………………………………………………………… 63

Bảng 4.22: Tổng số lƣợng tải đƣợc ngắt…………………………………………. 64
Bảng 4.23: Tổng số lƣợng tải đƣợc ngắt.......................................................... ….. 66
Bảng 4.24: Danh sách thứ tự giá trị dV/dt…………………………………………67
Bảng 4. 25: Danh sách tải cần đƣợc cắt giảm ......................................................... 67
Bảng 4.26: Danh sách tải cần đƣợc cắt giảm……………………………………... 68
Bảng 4.27: Danh sách thứ tự giá trị dV/dt .............................................................. 69
Bảng 4. 28: Trình bày thời gian, giá trị phục hồi của tần số tại các máy phát ............ 70
Bảng 4.29: Tổng số lƣợng tải đƣợc ngắt………………………………………….. 72
Bảng 4.30: Kết quả giá trị dV/dt .......................................................................... 73
Bảng 4.31: Tổng số lƣợng tải đƣợc ngắt…………………………………………...74
Bảng 4.32: Tổng số lƣợng tải đƣợc ngắt………………………………………….. 75
Bảng 4.33: Danh sách tải cần đƣợc cắt giảm………………………………………….. 76
Bảng 4.34: Trình bày thời gian, giá trị phục hồi của tần số tại các máy phát………… 77
Bảng 4.35: Danh sách thứ tự giá trị dV/dt tại thanh góp xảy ra sự cố………………… 79
Bảng 4.36: Số lƣợng tải và thứ tự tải cần cắt giảm……………………………………. 80
Bảng 4.37: Tổng giá trị tải cần cắt giảm………………………………………………..81
Bảng 4.38: Tổng giá trị tải cần cắt giảm………………………………………………. 82
Bảng 4.39: Giá trị dV/dt tại thanh góp JO345 khi tần số f < 59.7 Hz…………………. 83
Bảng 4.40: Danh sách và số lƣợng tải cần ngắt………………………………………. 84
Bảng 4.41: Danh sách và số lƣợng tải cần ngắt……………………………………….. 86
Bảng 4.42: Danh sách và số lƣợng tải cần ngắt………………………………………. 88
Bảng 4.43: Tổng hợp thời gian, giá trị tần số đƣợc phục hồi sau khi sa thải tải……… 88
Bảng 4.44: Bảng tổng hợp các phƣơng phápsa thải phụ tải…………………………... 91

xiv


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Heuristic

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Mô hình đáp ứng tần số ở trạng thái vận hành ổn định………………….

12

Hình 1.2: Ảnh hƣởng của hệ số cản dịu tải trên đƣờng giảm tần số (đƣờng cong ổn
định hệ thống cho các quá tải khác nhau). ........................................................... 14
Hình 1.3: Cấu trúc tổng quát của chƣơng trình ILS. ........................................... 17
Hình 2.1: Quá trình tìm hành trình theo nguyên lý Greedy, đỉnh số 1 là điểm xuất
phát……………………………………………………………………………… 31
Hình 3.1: Phƣơng pháp tìm kiếm chiều sâu ............................................................ 35
Hình 3.2: Phƣơng pháp tìm kiếm chiều rộng .......................................................... 36
Hình 3.3: Phƣơng pháp tìm kiếm tối ƣu ................................................................. 36
Hình 3.4: Xác định vị trí tại điểm xảy ra sự cố ....................................................... 37
Hình 3.5: Các phƣơng án cắt giảm tải khi sự cố xảy ra………………………………. 38
Hình 3.6: Lƣu đồ thuật toán sa thải phụ tải ………………………………………….. 39

Hình 4.1: Mô tả hệ thống 37 bus 9 máy phát ...................................................... 40
Hình 4.2: Sơ đồ khảo sát sự cố hệ thống ................................................................ 41
Hình 4.3. Sơ đồ khảo sát sự cố máy phát ................................................................ 41
Hình 4.4. Tần số khi xảy ra sự cố…………………………………………………… 42

Hình 4.5. Giá trị điện áp khi xảy ra sự cố ............................................................... 42
Hình 4.6. Giá trị tần số sau khi phục hồi................................................................. 44
Hình 4.7: Tần số tại thời điểm phát sinh sự cố ........................................................ 44
Hình 4.8: Tần số phục hồi sau khi sa thải tải……………………………………….. 46
Hình 4.9. Giá trị tần số khi 2 máy phát J345 I-II bị ngắt………………………………………. 46
Hình 4.10. Giá trị tần số đƣợc phục hồi……………………………………………………………… 47
Hình 4.11. Mô tả giá trị tần số của máy phát BLT 138 xảy ra sự cố ......................... 48
Hình 4.12. Mô tả giá trị tần số của máy phát BLT 138 sau sự cố ............................. 49
Hình 4.13: Trình bày sự dao động của tần số tại thời điểm máy phát SLACK 345 mở 50

xv


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Heuristic

Hình 4.14: Các phƣơng án và tổng lƣợng tải cần sa thải khi sự cố xảy ra……………. 51
Hình 4.15: Tần số khi xảy ra sự cố khi tải đạt 80%...................................................... 51
Hình 4.16: Biểu diễn giá trị tần số phục hồi sau khi sa thải tải……………………… 53
Hình 4.17: Giá trị của tần số khi sự cố xảy ra……………………………………….. 53
Hình 4.18: Tần số phục hồi sau sự cố………………………………………………... 54
Hình 4.19: Đồ thị thể hiện giá trị tần số giảm khi xảy ra sự cố……………………..

55

Hình 4.20: Đồ thị thể hiện giá trị tần số phục hồi sau sự cố………………………... 56
Hình 4.21: Trình bày giá trị của tần số khi xảy ra sự cố……………………………. 57
Hình 4.22: Trình bày giá trị của tần số phục hồi sau khi sa thải tải………………… 58
Hình 4.23: Trình bày giá trị của tần số khi máy phát mở………………………….. . 58
Hình 4.24: Tần số xác lập sau khi cắt giảm tải…………………………………….

60

Hình 4.25: Các phƣơng án và tổng lƣợng tải cần sa thải tại các máy phát
khi sự cố xảy ra……………………………………………………………………… 61
Hình 4.26:Tần số xảy ra khi có sự cố khi hệ thống đạt 90%...................................... 61
Hình 4.27: Tần số phục hồi sau khi cắt giảm tải…………………………………… 62
Hình 4.28: Mô tả sự sụt giảm của tần số khi xảy ra sự cố…………………………. 63
Hình 4.29: Tần số phục hồi sau sự cố……………………………………………... 64
Hình 4.30: Đồ thị thể hiện giá trị tần số khi có sự cố……………………………... 65
Hình 4.31: Đồ thị thể hiện giá trị tần số sau sự cố………………………………… 65
Hình 4.32: Trình bày giá trị của tần số khi sự cố xảy ra…………………………… 66
Hình 4.33: Trình bày giá trị của tần số đã đƣợc phục hồi……………………….… 68
Hình 4.34: Tần số trƣớc khi cắt giảm tải…………………………………………... 69
Hình 4.35: Tần số sau khi cắt giảm tải……………………………………………. 70
Hình 4.36: Các phƣơng án và tổng lƣợng tải cần sa thải tại các máy phát khi sự cố xảy
ra………………………………………………………………………………….

71

Hình 4.37: Tần số trƣớc khi cắt giảm tải…………………………………………

71

Hình 4.38: Tần số phục hồi sau khi cắt giảm tải…………………………………

72

Hình 4.39: Tần số khi xảy ra sự cố tại máy phát J345…………………………… 73
Hình 4.40: Tần số phục hồi sau sự cố……………………………………………. 74

Hình 4.41: Tần số khi xảy ra sự cố………………………………………………. 75
Hình 4.42: Tần số phục hồi ……………………………………………………… 75
Hình 4.43: Trình bày giá trị của tần số tại thời điểm máy phát BLT 138 mở……. 76
xvi


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Heuristic

Hình 4.44: Trình bày giá trị của tần số phục hồi sau khi sa thải tải………………. 77
Hình 4.45: Các phƣơng án và tổng lƣợng tải cần sa thải tại các máy phát khi sự cố xảy
ra………………………………………………………………………………….

78

Hình 4.46: Sơ đồ khảo sát tại thanh góp………………………………………… 78
Hình 4.47: Giá trị tần số khi xảy ra sự cố………………………………………... 79
Hình 4.48: Giá trị tần số sau khi cắt giảm tải……………………………………. 80
Hình 4.49: Tần số trƣớc khi giảm tải……………………………………………. 81
Hình 4.50: Tần số phục hồi sau khi giảm tải……………………………………. 81
Hình 4.51: Tần số khi bus JO345 mở…………………………………………… 82
Hình 4.52: Tần số khi bus JO345 phục hồi……………………………………… 83
Hình 4.53: Đồ thị tần số trƣớc khi cắt tải……………………………………….. 84
Hình 4.54: Biểu đồ tần số sau khi cắt tải………………………………………… 85
Hình 4.55: Mô tả sự mất ổn định của tần số…………………………………….. 86
Hình 4.56: Sự phục hồi của tần số khi sa thải phụ tải…………………………… 87
Hình 4.57: Mô tả giá trị tần số khi bus SLACK 345 mở………………………… 87
Hình 4.58: Mô tả giá trị tần số sau khi sa thải tải………………………………

88

Hình 4.59: Trình bày các phƣơng án và số lƣợng tải cần sa thải khi có sự cố thanh
góp………………………………………………………………………………

89

Hình 4.60: Tần số khi xảy ra sự cố máy phát LAUF69………………………..

90

Hình 4.61: Tần số sau khi cắt giảm tải………………………………………… 91
Hình 4.62: Tần số sau khi cắt giảm tải………………………………………… 92

xvii


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Heuristic

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ILS: Intelligent Load Shedding
UFLS: Under Frequency Load Shedding

xviii


Load Shedding Based On Heuristic Algorithm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Tp. HCM, ngày 10 tháng 10 năm 2015

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung:
-

Tên đề tài: Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Heuristic

-

Mã số: T2015-04GVT

-

Chủ nhiệm: ThS. Lê Trọng Nghĩa

-

Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

-

Thời gian thực hiện: 03/2015-01/2016.

2. Mục tiêu:
Nghiên cứu các phương pháp sa thải phụ tải và đề xuất phương pháp sa thải phụ tải dựa trên thuâ ̣t
toán Heuristic.
3. Tính mới và sáng tạo:

Xác định số lượng phụ tải cần cắt giảm tại mỗi nút và thực hiện theo kế hoạch đã được xác định
sẵn tương ứng với từng trường hợp khi xảy ra sự cố. Điều này góp phần làm tăng nhanh thời gian
phục hồi và giảm thiểu số lượng tải cần sa thải khỏi hệ thống.
4. Kết quả nghiên cứu:
- Báo cáo phân tích việc sa thải phụ tải trên lưới điện 37 nút, 9 máy phát.
5. Sản phẩm:
- Tài liệu báo cáo kết quả nghiên cứu.
- Bài báo đăng trên tạp chí quốc tế (International Journal of Engineering Research and
Technology).
- Chương trình máy tính hỗ trợ tính toán.
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
- Kết quả nghiên cứu được đăng ở các tạp chí chuyên ngành trong nước và quốc tế.
- Kết quả nghiên cứu được dùng làm tài liệu tham khảo cho học viên cao học.
- Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các công ty Tư vấn Thiết kế
điện, các công ty điện lực, các cơ sở có đào tạo sau đại học ngành “Thiết bị,mạng và nhà máy
điện”, ngành “Kỹ thuật điện”.
Trưởng Đơn vị

Chủ nhiệm đề tài

vii


Load Shedding Based On Heuristic Algorithm

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: Load Shedding Based On Heuristic Algorithm
Code number: T2015-04GVT
Coordinator: M.SC. Le Trong Nghia

Implementing institution: University of Technical Education Ho Chi Minh City
Duration: from 03/2015 to 01/2016
2. Objective(s):
Study load shedding methods and proposed load shedding method based on Heuristic algorithm.
3. Creativeness and innovativeness:
Determining the power of load need to cuts at each bus and following plan that was predefined
corresponding to the case when incidents occur. It contributes to faster recovery time and
minimize the number of the load need to shedding from the system.
4. Research results:
- The report analyzes the load shedding on the power system buses 37, 9 generators.
5. Products:
- Document research results report.
- Paper published on International Journal of Engineering Research and Technology.
- Computer programs support calculate.
6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability:
- The results of the study are published on professional journals in the country and
International Journal.
- The research results are used as reference for postgraduate students.
- The research results can be used as a reference for the design consultancy power company,
the power company, agencies postgraduate training "equipment, networks and power plants,"
sector "Electrical Engineering".

viii


Chương mở đầu

CHƢƠNG MỞ ĐẦU
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở 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. Khi tất cả
các điều khiển sẵn có không thể duy trì ổn định hệ thống 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. 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 trường hợp
này kết quả thường kém chính xác; số lượng một bước tải sa thải đôi khi lớn, 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 t ải [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
1


Chương mở đầu

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 nghiệm 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
Tiêu chuẩn đánh giá ổn định chất lượng điện năng trong hệ thống là giá trị của tần số
và điện áp. Nếu một trong hai tham số thay đổi vượt quá ngưỡng cho phép thì gây nên
sự nhiễu loạn dẫn đến sự mất ổn định trong hệ thống.
Khi nhiễu loạn xảy ra làm cho cân bằng công suất trong hệ thống không được đảm bảo
thì tần số thay đổi. Nên khi có sự bất ổn về tần số hoặc điện áp sẽ gây ra nhiễu loạn và
nếu kéo dài sự nhiễu loạn đó thì dẫn đến tan rã hệ thống. Trong một số trường hợp hệ
thống xảy ra tình trạng thiếu nguồn làm tần số giảm thấp. Điều này không chỉ ảnh
hưởng đến phụ tải mà có thể gây rã lưới nếu không có biện pháp phòng ngừa và khắc
phục hiệu quả.
Bên cạnh đó, nếu xảy ra có sự đột ngột tăng tải mà lượng công suất dự trữ của hệ
thống không đáp ứng kịp thời và đầy đủ thì cũng là một trong những nguyên nhân gây
nên tan rã hệ thống vì lúc này trong hệ thống lưới xuất hiện sự chênh lệch giữa công

suất phát và công suất tiêu thụ.
Khi xảy ra sự cố hay sự nhiễu loạn kéo dài thì giá trị tần số và điện áp tại các nút thay
đổi và việc nhanh chóng đưa các tham số đó tiến dần về giá trị ban đầu hoặc tái lập
điểm ổn định mới là điều hết sức quan trọng nhằm hạn chế tối đa việc sụp đổ hệ thống.
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. Vì thế, việc sa thải phụ tải là phương pháp được lựa chọn như
là giải pháp cuối cùng. Tuy nhiên, số lượng tải cần ngắt và thời gian cắt cũng là được
xem là yếu tố quan trọng để quyết định trong việc giữ ổn định hệ thống.

2


Chương mở đầu

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 Heuristic
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 Heuristic.

-

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.
- Ứng dụng phần mềm Powerworld để mô phỏng kiểm nghiệm kết quả đề xuất.
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.

-

Nghiên cứu tìm hiểu thuật toán Heiristic.

-

Phương pháp sa thải phụ tải dựa trên thuâ ̣t toán Heuristic trên cơ sở xem xét thứ
tự sa thải phụ tải dựa trên kế hoạch.

-

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.

3


Chương mở đầu

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 Heuristic.
Chương 2: Tìm hiểu thuật toán Heuristic và việc ứng dụng trong sa thải phụ tải.
Chương 3: Phương pháp sa thải phụ tải dựa trên thuâ ̣t toán Heuristic.
Chương 4: Khảo sát, thử nghiệm nhằm kiểm chứng hiệu quả phương pháp đề xuất.
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 Heuristic.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trình bày các kết quả đạt được trong đề tài, và hướng nghiên cứu phát triển của đề
tài.

4


Chương 1

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ SA THẢI PHỤ TẢI
1.1 Tổng quan về sa thải phụ tải trong hệ thống điện
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 và máy
biến áp truyền tải. Phần tiêu thụ được trạm phân phối trung hạ áp đưa đến các công
ty, xí nghiệp và hộ dân tiêu 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.
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. 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.

5


Chương 1

Vì vậy, 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.
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.
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.
Điện áp và tần số hệ thống là hai thông số quan trọng nhất phải theo dõi để đảm
bảo hệ thống vận hành ổn định. 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. Quá trình điều tần diễn ra
như sau:
- 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

6


Chương 1

lượng công suất dự phòng cho việc điều tần, các NMĐ này phải kịp thời báo cho
cấp điều độ có quyền điều khiển.
- 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
Các yêu cầu về điều tần, điều áp,sa thải phụ tải, sa thải nguồn
 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
 Điều tần cấp I
Là đáp ứng của AGC nhằm duy trì tần số mức 50Hz ± 0,1Hz
 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
 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
 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

7


S

K

L

0

0

2

1

5

4