Nghiên cứu 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

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU SA THẢI PHỤ TẢI
DỰA TRÊN THUẬT TOÁN FUZZY-AHP
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T2014-07GVT

S KC 0 0 4 7 6 6

Tp. Hồ Chí Minh, 2014

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 FUZZY-AHP

Mã số: T2014-07GVT

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Lê Trọng Nghĩa

TP. HCM, 11/2014


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP

MỤC LỤC

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

Trang
x

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

xii

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

xiv

Danh mục các chữ viết tắt ...............................................................................

xvi

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 ..............................

2

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

2

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 các kết quả nghiên cứu............................................................

5

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

7

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

12

1.2.2 Sa thải tải dƣới điện áp ...........................................................................

18

1.3 Sa thải phụ tải ............................................................................................

23

1.3.1 Sa thải phụ tải truyền thống ...................................................................

23

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

26

1.3.2.1 Mô tả việc sa thải phụ tải thông minh .................................................

26

1.3.2.2 Sơ đồ khối chức năng ILS ...................................................................

29

Chƣơng 2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÂN CẤP AHP VÀ FUZZY-AHP .....

31

x


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP

2.1 Quá trình phân tích hệ thống phân cấp - Thuật toán AHP ........................

31

2.1.1 Thuật toán AHP......................................................................................

31

2.1.2 Kỹ thuật mờ hóa và luật hoạt động .......................................................

34

2.1.3. Mô hình Fuzzy-AHP .............................................................................

34

Chƣơng 3

PHƢƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI DỰA TRÊN THUẬT TOÁN

FUZZY-AHP...................................................................................................

37

3.1 Phƣơng pháp sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP ...................

37

3.2 Kỹ thuật mờ hóa đồ thị phụ tải..................................................................

40

Chƣơng 4

KHẢO SÁT THỬ NGHIỆM TRÊN HỆ THỐNG 37 BUS 9 MÁY

PHÁT ..............................................................................................................

42

4.1 Nghiên cứu trƣờng hợp sự cố mất một máy phát điện trong hệ thống 37 bus, 9
máy phát sử dụng chƣơng trình sa thải phụ tải dựa trên thuật toán AHP. ......

42

4.2 Nghiên cứu trƣờng hợp sự cố mất một máy phát điện trong hệ thống 37 bus, 9
máy phát sử dụng chƣơng trình sa thải phụ tải dựa trên thuật toán FUZZY-AHP.55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................

64

4.1. Kết luận ....................................................................................................

64

4.2. Hƣớng nghiên cứu phát triển ...................................................................

64

TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................

65

PHỤ LỤC ........................................................................................................
Bản sao Thuyết minh đề tài đã đƣợc phê duyệt

xi


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP

DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG
TRANG
Bảng 1.1: Các bƣớc sa thải tải của FRCC ............................................................. 8
Bảng 1.2: Các bƣớc sa thải tải của MAAC ........................................................... 8
Bảng 1.3: Chƣơng trình sa thải tải của ERCOT .................................................. 10
Bảng 1.4: Công thức sa thải tải dựa trên SCADA ............................................... 17

Bảng 1.5: Sa thải tải bởi Điều hành hệ thống truyền tải Hy Lạp ....................... 21
Bảng 2.1: Tỷ lệ so sánh các mức về tầm quan trọng ........................................... 35
Bảng 3.1: Kết quả tính toán tổng hợp các trƣờng hợp mờ hóa đồ thị phụ tải ..... 41
Bảng 4.1: Dữ liệu tải trong hệ thống 37 bus khi hệ thống đạt 70%, 80%, 90%,
100% phụ tải cực đại ............................................................................................ 45
Bảng 4.2: Ma trận phán đoán trung tâm phụ tải. ................................................. 46
Bảng 4.3: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 1 ............................... 46
Bảng 4.4: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 2 ............................... 46
Bảng 4.5: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 3 ............................... 46
Bảng 4.6: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 4 ................................ 47
Bảng 4.7: Giá trị Mi của ma trận các trung tâm phụ tải. ..................................... 47
Bảng 4.8: Giá trị Mi của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 1. .......................... 47
Bảng 4.9: Giá trị Mi của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 2. .......................... 48
Bảng 4.10: Giá trị Mi của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 3. ........................ 48
Bảng 4.11: Giá trị Mi của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 4. ........................ 48
Bảng 4.12: Giá trị Mi*của ma trận trung tâm phụ tải. ......................................... 49
Bảng 4.13: Giá trị Mi*của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 1. ........................ 49
Bảng 4.14: Giá trị Mi*của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 2. ........................ 49
Bảng 4.15: Giá trị Mi*của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 3. ........................ 49
Bảng 4.16: Giá trị Mi*của ma trận các tải ở trung tâm phụ tải 4. ........................ 50
Bảng 4.17: Các giá trị Wkj của ma trận trung tâm phụ tải. .................................. 50
Bảng 4.18: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 1 ............................. 50
xii


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP

Bảng 4.19: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 2 .............................. 51
Bảng 4.20: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 3 .............................. 51
Bảng 4.21: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 4 .............................. 51

Bảng 4.22: Giá trị các hệ số quan trọng của đơn vị tải đƣợc tính toán bởi AHP.52
Bảng 4.23: Sắp xếp các đơn vị phụ tải theo giá trị hệ số quan trọng của phụ tải Wij
giảm dần. .............................................................................................................. 53
Bảng 4.24: Ma trận phán đoán trung tâm phụ tải. ............................................... 56
Bảng 4. 25: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 1 ............................. 57
Bảng 4.26: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 2 .............................. 57
Bảng 4.27: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 3 .............................. 57
Bảng 4. 28: Ma trận phán đoán các phụ tải ở trung tâm tải 4 ............................. 57
Bảng 4.29: Giá trị các hệ số quan trọng của đơn vị tải đƣợc tính toán bởi FuzzyAHP. ..................................................................................................................... 59
Bảng 4.30: Sắp xếp các đơn vị phụ tải theo giá trị hệ số quan trọng của phụ tải Wij
giảm dần. .............................................................................................................. 60
Bảng 4.31: Kết quả tính toán tổng hợp các trƣờng hợp mờ hóa đồ thị phụ tải ... 31
Bảng 4.32: Kết quả so sánh giữa phƣơng pháp sa thải phụ tải theo AHP và FuzzyAHP ...................................................................................................................... 63

xiii


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Mô hình đáp ứng tần số ở trạng thái vận hành ổn định. ..................... 24
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). ........................................................... 26
Hình 1.3: Cấu trúc tổng quát của chƣơng trình ILS. ........................................... 29
Hình 2.1: Mô hình mạng phân cấp của việc sắp xếp các đơn vị ......................... 32
~

~

Hình 2.2: Mô hình cạnh tranh giữa M 1 và M 2

............................................... 34

Hình 2.3: Tỷ lệ so sánh tầm quan trọng .............................................................. 35
Hình 3.1: Mô hình AHP gồm các vùng trung tâm tải và các đơn vị tải .............. 37
Hình 3.2: Mô hình hệ thống phân cấp AHP ........................................................ 38
Hình 3.3: Lƣu đồ các bƣớc sử dụng phƣơng pháp Fuzzy-AHP để sa thải phụ tải40
Hình 3.4: Kỹ thuật mờ hóa đồ thị phụ tải............................................................ 41
Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống 37 bus 9 máy phát ...................................................... 43
Hình 4.2: Tần số hệ thống trong trƣờng hợp sự cố máy phát tại bus số 4. ......... 44
Hình 4.3. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành
70% tải ................................................................................................................. 54
Hình 4.4. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành
80% tải ................................................................................................................. 54
Hình 4.5. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành
90% tải ................................................................................................................. 55

xiv


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP

Hình 4.6. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành
100% tải ............................................................................................................... 55
Hình 4.7: Mô hình AHP gồm các vùng trung tâm tải và các đơn vị tải .............. 56
Hình 4.8: Kỹ thuật mờ hóa đồ thị phụ tải............................................................ 60

Hình 4.9. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành
70% tải ................................................................................................................. 61
Hình 4.10. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành
80% tải ................................................................................................................. 62
Hình 4.11. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành
90% tải ................................................................................................................. 62
Hình 4.12. Đồ thị tần số khi sa thải phụ tải theo AHP ứng với trƣờng hợp vận hành
100% tải ............................................................................................................... 63

xv


Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AHP: Analytic Hierarchy Process
ILS: Intelligent Load Shedding
UFLS: Under Frequency Load Shedding

xvi


Load Shedding Load Shedding Based On Fuzzy-Ahp 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 11 năm 2014

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

Tên đề tài: Nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên thuật toán Fuzzy-AHP

-

Mã số: T2014-07GVT

-

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: 02/2014-12/2014.

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 mờ hóa AHP (Fuzzy AHP).
3. Tính mới và sáng tạo:
Nghiên cứu việc sa thải phụ tải có xét đến tầm quan trọng phụ tải dựa trên thuật toán phân tích
mờ hóa hệ thống phân cấp Fuzz-AHP để xử lý. Ngoài ra, sự thay đổi của tải theo giờ trong ngày, mờ

hóa đồ thị phụ tải để đề ra các chiến lược điều khiển khi có sự cố xảy ra.
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 Giáo dục kỹ thuật.
- 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.
- 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 Load Shedding Based On Fuzzy-Ahp Algorithm

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: Load Shedding Load Shedding Based On Fuzzy-Ahp Algorithm
Code number: T2014-07GVT
Coordinator: M.SC. Le Trong Nghia
Implementing institution: University of Technical Education Ho Chi Minh City
Duration: from 02/2014 to 12/2014
2. Objective(s):

Study load shedding methods and proposed load shedding method based on fuzzy AHP
algorithm (Fuzzy AHP).
3. Creativeness and innovativeness:
Study load shedding considers the load importance based on Fuzzy Analytic Hierarchy Process
Fuzz-AHP algorithm to handle. In addition, the change in load by time of day, load profile
fuzzy to devise control strategies when the problem occurred.
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 Technical Education Journal.
- 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.
- 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, 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 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

dụng sự thu thập dữ liệu rộng lớn thời gian thực cập nhật liên tục mô hình hệ thống

1


Chương mở đầu

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.
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
2


Chương mở đầu

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.
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.
3


Chương mở đầu

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.
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.

4


Chương 1

Chƣơng 1

TỔNG QUAN
CÁC PHƢƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI
1.1 Tổng quan các kết quả nghiên cứu
Hiện nay, chất lượng điện năng là điều kiện tiên quyết trong việc cung cấp
điện cho các ngành công nghiệp và các hộ tiêu thụ. Tuy nhiên, yêu cầu của khách
hàng ngày càng cao nên mức độ đòi hỏi cung cấp điện không những đủ công suất
mà còn phải đảm bảo độ ổn định trong vận hành. Số lượng tải cung cấp sẽ tỷ lệ
thuận với khả năng phát của nguồn. Bên cạnh đó, ngành điện cũng phải dự trữ một
nguồn đủ lớn để đáp ứng nhu cầu khi có sự thay đổi về tải, nhưng yêu cầu đó hiện
nay vẫn chưa đảm bảo được do hệ thống điện vẫn còn có nhiều nhiễu loạn và gây
nên tình trạng mất điện.
Thông thường các sự cố hay các sự nhiễu loạn của hệ thống điện là phần lớn
do sự cố mất điện của máy phát điện, hoặc do tải thay đổi bất ngờ. Tại ngay khi xảy
ra các sự cố của hệ thống điện thì lúc này hệ thống dễ dàng gây nên tình trạng mất
ổn định trong hệ thống.Mức độ của sự mất ổn định thì tùy thuộc vào thời gian và
mức độ của các sự nhiễu loạn. .
Tiêu chuẩn đánh giá ổn định chất lượng điện năng trong hệ thống là giá trị
tần số và điện áp. Nếu một trong hai thông số thay đổi sẽ dẫn đến sự mất cân bằng
công suất trong hệ thống và gây nên sự nhiễu loạn.
Tần số thì ảnh hưởng đến công suất tác dụng, điện áp thì ảnh hưởng đến công
suất phản kháng.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.
Sau các trường hợp nhiễu loạn thì việc nhanh chóng đưa các thông số về
thông số ban đầu hoặc đưa hệ thống về điểm ổn định mới là điều hết sức quan trọng
nhằm hạn chế tối đa việc sụp đổ hệ thống. Vì vậy, việc sa thải phụ tải là một trong
các phương pháp đươc lựa chọn. Tuy nhiên, số lượng tải cần ngắt và thời gian cắt

5

Chương 1

cũng là được xem là yếu tố quan trọng để quyết định trong việc ổn định hệ thống.
Chính vì thế nên việc lựa chọn phương pháp sa thải phụ tải tối ưu là vấn đề cần thiết
và cấp bách.
Có nhiều phương pháp khác nhau để sa thải phụ tải và phục hồi hệ thống đã
được phát triển bởi các nhà nghiên cứu và đã được sử dụng trong ngành công
nghiệp năng lượng trên toàn thế giới. Hầu hết trong số này là dựa trên sự suy giảm
tần số trong hệ thống.
Việc sa thải tải quá mức đã không được ưa chuộng vì nó gây ra sự bất tiện cho
khách hàng. Các cải tiến về các phương pháp truyền thống này đã dẫn đến sự phát
triển của kỹ thuật sa thải phụ tải dựa trên tần số cũng như tốc độ thay đổi của tần số.
Điều này dẫn đến dự đoán tốt hơn của phụ tải sẽ phải sa thải, và nâng cao độ chính
xác.
Gần đây, việc mất điện đã mang lại sự chú ý tới các v ấn đề của sự ổn định điện
áp trong hệ thống. Giảm điện áp có thể là một kết quả của một sự nhiễu loạn. Đó là
nguyên nhân chính, tuy nhiên, còn có thể do cung cấp không đủ công suất phản
kháng. Điều này dẫn đến các nhà nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật để duy trì sự ổn
định điện áp.
Sau khi xem xét các thông số cho sa thải tải, cần thiết phải có các thiết bị phù
hợp cho việc thu thập dữ liệu hệ thống để các dữ liệu đưa vào cho chương trình sa
thải được chính xác như các giá trị thực tế. Thông thường, các bộ phận đo lường
pha được sử dụng để đo dữ liệu thời gian thực.
Sa thải tải được dựa trên một chuẩn ưu tiên, có nghĩa là sa thải những phụ tải
quan trọng là ít nhất, các tải công nghiệp đắt tiền vẫn còn được duy trì. Vì vậy,
phương diện kinh tế đóng một phần quan trọng trong các kế hoạch sa thải tải.
Thông thường, một phương pháp tiếp cận thông minh được sử dụng kết hợp. Tổng
số lượng của tải phải sa thải được chia thành nhiều bước riêng biệt, nó được sa thải
theo sự suy giảm của tần số.

6


Chương 1

Ví dụ, 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. Số lượng tải bị sa thải
trong mỗi bước là một yếu tố quan trọng về hiệu quả của chương trin
̀ h.
Bằng cách giảm tải trong mỗi bước thì khả năng sa thải tải quá mức sẽ được
giảm. Trong khi xem xét số lượng tải được sa thải và lượng tải sa thải mỗi bước,
cần tính đến yêu cầu công suất phản kháng của mỗi tải. Thông thường, những nhiễu
loạn như mất một máy phát điện gây ra điện áp giảm. Một cách hiệu quả để khôi
phục lại điện áp là giảm phụ tải công suất phản kháng. Do đó, khi tải tiêu thụ một
lượng cao công suất phản kháng thì sẽ được cắt giảm đầu tiên; biên độ điện áp có
thể được cải thiện.
1.2 Tóm lƣợc các chƣơng trình sa thải phụ tải đang áp dụng
Hội đồng Điều phối độ tin cậy bang Florida (FRCC) [4], có xây dựng kế hoạch
sa thải phụ tải. Các bộ phận cung cấp tải của FRCC phải cài đặt các rơle dưới tần số,
để ngắt xung quanh 56% tổng số tải trong một kế hoạch sa thải tải tự động. Nó có 9
bước để sa thải phụ tải, tần số là 59,7 Hz cho bước đầu tiên và 59,1 Hz cho bước
cuối cùng. Các bước tần số, thời gian và số lượng của tải sẽ bị sa thải trình bày
trong Bảng 1.1. Các bước từ A đến F sa thải tải khi có sự suy giảm tần số. Các bước
L, M và N thì đặc biệt, sa thải phụ tải khi tần số gia tăng. Mục đích của việc này là
để tránh sự trì trệ của tần số tại một giá trị thấp hơn so với danh định. Vì vậy, nếu
tần số tăng lên đến 59,4 Hz và tiếp tục duy trì trong vùng lân cận hơn 10 giây, thì
5% phụ tải còn lại được sa thải để tăng tần số và đạt đến giá trị danh định yêu cầu.

Hiệu quả của kế hoạch này được kiểm tra mỗi năm bởi nhóm công tác ổn định
FRCC (SWG). Căn cứ vào kế hoạch này chắc chắn chỉ tiêu tần số phải được thành
lập. Tần số phải duy trì trên 57 Hz và nên phục hồi trên 58 Hz trong 12 giây. Ngoài
ra, tần số không được vượt quá 61,8 Hz vì sa thải phụ tải quá mức.

7


Chương 1

Bảng 1.1: Các bước sa thải tải của FRCC.
Các bước
Tần số sa
Thời gian
UFLS
thải tải (Hz)
trễ (s)
A
59.7
0.28
B
59.4
0.28
C
59.1
0.28
D
58.8
0.28
E

58.5
0.28
F
58.2
0.28
L
59.4
10
M
59.7
12
N
59.1
8

Lượng tải sa thải
(phần trăm tổng tải) (%)
9
7
7
6
5
7
5
5
5

Tổng số lượng
tải sa thải (%)
9

16
23
29
34
41
46
51
56

Kiểm soát khu vực giữa Đại Tây Dương MAAC thực hiện một quy trình sa thải
tải từng bước. Bảo vệ máy phát điện cũng được xem xét khi thiết lập các điểm cài
đặt tần số, và số lượng tải sẽ bị sa thải tại mỗi bước. Các rơle bảo vệ máy phát điện
được thiết lập để ngắt máy phát điện sau bước sa thải tải cuối cùng. Kế hoạch này
có ba bước sa thải phụ tải cơ bản, được trình bày trong Bảng 1.2.
Bảng 1.2: Các bước sa thải tải của MAAC.
Số lượng phần trăm tổng tải sa thải

Tần số cài đặt sa thải tải (Hz)

10%

59.3

10%

58.9

10%

58.5

Tần số cắ t giảm đầu tiên là 59,3 Hz. Tại mỗi bước, 10% của tải trực tuyến tại
đó tức thời được sa thải. Số lượng của các bước sa thải tải có thể tăng được hơn ba
lần cung cấp trên lịch trình được duy trì. Kế hoạch này là một kế hoạch phân phối
khi nó sa thải tải từ các vị trí phân phối mà trái ngược với kế hoạch tập trung. Các
tải bị ngắt bởi kế hoạch này được phục hồi bằng tay.
Cài đặt thời gian trễ được áp dụng cho rơle dưới tần số với thời gian trễ là
0,1(s). Các rơle này đòi hỏi duy trì ổn định tại điểm đặt tần số là ±0,2(Hz) và trong
thời gian trễ ±0,1(s). Các kiểu và công nghệ chế tạo của các rơle này là yêu cầu phải
đồng nhất để đạt được một cách xấp xỉ giống nhau về tốc độ đáp ứng. Một cơ sở dữ
liệu sa thải tải dưới tần số được duy trì bởi nhân viên lưu trữ thông tin MAAC đối

8


Chương 1

với việc sa thải tải tại mỗi bước, tổng số các bước và ghi lại mỗi trường hợp sa thải
tải.
Công ty Dịch vụ công cộng New Mexico (PNM) đã phát triển một kế hoạch
sa thải tải dưới điện áp, để bảo vệ hệ thống của họ chống lại mất ổn định điện áp.
Kế hoạch này đã được thiết kế cho hai trường hợp mất ổn định điện áp. Thứ nhất là
được kết hợp với sự mất ổn định tức thời của các động cơ không đồng bộ trong
vòng 0-20 giây đầu tiên. Thứ hai là đến vài phút. Sụp đổ này có thể gây ra vì đang
cố gắng điều chỉnh phân phối để khôi phục lại điện áp tại trạm biến áp phụ tải. Theo
cấu trúc liên kết của hệ thống PNM, chương trình sa thải phụ tải ngẫu nhiên quan
trọng được phát triển (ICLSS). Kế hoạch này sử dụng SCADA và các PLC. Hệ
thống vùng đã được sử dụng để thử nghiệm phương pháp này. Mười ba bước sa thải
tải được thực hiện để chính xác độ chênh lệch tần số.
Hồ chứa thủy điện Tây Nam SPP có ba bước cơ bản của kế hoạch sa thải tải

dựa trên các rơle dưới tần số. Trong trường hợp suy giảm tần số có thể không được
hạn chế trong ba bước, thêm vào đó các bước sa thải khác được tiến hành. Các sự
tác động khác có thể bao gồm việc mở các đường dây, tăng vùng mất điện. Những
hành động này được thực hiện khi tần số giảm xuống dưới 58,7 Hz. Kế hoạch này
thì tự động, trong trường hợp nó không đạt được phục hồi tần số thành công, sa thải
tải bằng tay được kết hợp. Các bộ phận được yêu cầu phải sa thải tải trong ba bước.
Trong bước đầu tiên, lên đến 10% của tải, nhưng không quá 15% là cần thiết để sa
thải. Trong bước thứ hai lên đến 20% của tải, nhưng không quá 25% là cần thiết để
sa thải. Bước thứ ba yêu cầu lên đến 30% nhưng không quá 45% của các phụ tải
hiện có để được sa thải.
Hệ thống TNB của Malaysia đã được sử dụng một chương trin
̀ h sa th ải phụ tải.
Chương trình này đư ợc dựa trên sự suy giảm của tần số và tải sa thải khi tần số
giảm dưới giá trị danh định của nó. Đó là bốn bước đầu tiên của chương triǹ h sa
thải tải. Nhưng sau sự sụp đổ hệ thống vào tháng 08 năm 1993, nó đã được sửa đổi
với sáu bước chương triǹ h sa thải. Do đây là hệ thống 50 Hz, bắt đầu sa thải từ 49,5

9


Chương 1

Hz. Các tần số liên tục cho năm bước tiếp theo là 49,3 Hz, 49,1 Hz, 49,0 Hz, 48,8
Hz và 48,5 Hz. Tỷ lệ tải lựa chọn để sa thải được dựa trên mức trung bình ba tháng
của các dữ liệu tải được cập nhật hàng năm. Ba bước đầu tiên của sa thải tải được
thiết lập ta ̣i ba tra ̣m điê ̣n có người kiể m soát hoặc các trạm điê ̣n với điều khiển giám
sát từ xa. Số lượng của tải có thể là ít hơn khi tải được sa thải là phân bố đều trên hệ
thống.
Một chương trình tự động sa thải tải dưới tần số được sử dụng bởi các ngành
công nghiệp năng lượng Guam [2]. Chương trình này cố gắng để giảm thiểu tải bị

sa thải dựa trên mức độ của tải mất cân bằng và khả năng huy động các nguồn dự
trữ. Nó được dựa trên tần số giảm trung bình của hệ thống. Một kế hoạch tương tự
được kết hợp giữa Cote d'Ivoire-Ghana-Togo-Benin thành lập một chương trình sa
thải tải năm giai đoạn với sự giảm tần số đầu tiên là 49,5 Hz (trên một hệ thống 50
Hz) và sự giảm tần số của giai đoạn cuối cùng là 47,7 Hz.
ERCOT, Hội đồng điện tin cậy của Texas, có chương trình sa thải tải dưới
tần số [5]. Nó được xem xét bởi các hướng dẫn điều hành ERCOT mỗi 5 năm. Tổng
phụ tải nó sa thải lên đ ến 25% tải của hệ thống. Chương trình có ba bước, cắ t giảm
tần số cho bước một là 59,3 Hz được trình bày trong Bảng 1.3.
Bảng 1.3: Chương trình sa thải tải của ERCOT.
Tần số sa thải
Tải sa thải
59.3 Hz

5% Tải hệ thống (Tổng 5%)

58.9 Hz

Cộng thêm 10% tải hệ thống (Tổng 15%)

58.5 Hz

Cộng thêm 10% tải hệ thống (Tổng 25%)

Các chương triǹ h trên chưa bao g ồm bất kỳ kế hoạch cô lập điện. Chỉ ngẫu nhiên
được xem xét sự ngắt điện của máy phát điện. Trong một sự kiện của tháng 03 năm
2003, chương trình UFLS đã đưa vào thử nghiệm. Nó hoạt động tốt bởi ngắt tải
đồng nhất, lên đến 3.900 MW của trường hợp máy phát điện bị ngắt điện. Nhưng nó
đã được quan sát thấy rằng một số trong các bộ phận này bị ngắt điện sau sự kiện

10


S

K

L

0

0

2

1

5

4