Nghiên cứu sa thải phụ tải có xét đến các yếu tố ảnh hưởng

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

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU SA THẢI PHỤ TẢI CÓ XÉT ĐẾN
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

MÃ SỐ: T2017-64TĐ

SKC 0 0 6 0 6 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03/2018


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

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM

NGHIÊN CỨU SA THẢI PHỤ TẢI CÓ XÉT ĐẾN
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

Mã số: T2017-64TĐ

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Lê Trọng Nghĩa

TP. HCM, 03/2018


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 TRỌNG ĐIỂM

NGHIÊN CỨU SA THẢI PHỤ TẢI CÓ XÉT ĐẾN
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

Mã số: T2017-64TĐ

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Lê Trọng Nghĩa

TP. HCM, 03/2018


Nghiên cứu sa thải phụ tải có xét đến các yếu tố ảnh hưởng

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 có xét đến các yếu tố ảnh hưởng

MỤC LỤC
Trang
Mục lục...................................................................................................................... iii
Danh sách các hình....................................................................................................vii
Danh sách các bảng ..................................................................................................... x
Danh sách các từ viết tắt ...........................................................................................xii
CHƯƠNG MỞ ĐẦU .................................................................................................1
1.1Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở 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 ......................................................................... 3
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu .................................................................................. 3
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... 3
1.5 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................. 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI ........5
1.1 Khái quát về sa thải phụ tải ................................................................................. 5
1.2 Yếu tố lựa chọn sa thải tải ..................................................................................... 5
1.3 Tổng quan các cơng trình nghiên cứu về sa thải phụ tải ....................................... 6
1.3.1 Các kỹ thuật sa thải phụ tải truyền thống .................................................... 8
1.3.2 Sa thải phụ tải thích nghi ........................................................................... 15
1.3.3 Các phương pháp sa thải phụ tải thông minh ILS (Intelligent Load
Shedding) .................................................................................................................. 16
1.3.3.1 Phương pháp ứng dụng mạng neural (ANN) trong sa thải phụ tải .. 20

iii


Nghiên cứu sa thải phụ tải có xét đến các yếu tố ảnh hưởng

1.3.3.2 Ứng dụng điều khiển mờ trong sa thải phụ tải................................. 22
1.3.3.3 Ứng dụng hệ thống suy luận neural-mờ thích nghi (ANFIS) trong sa
thải phụ tải ................................................................................................................. 23
1.3.3.4 Ứng dụng thuật toán di truyền (GA) trong sa thải phụ tải ............... 24
1.3.3.5 Ứng dụng tối ưu hóa bầy đàn (PSO) trong sa thải phụ tải ............... 26
CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HỆ THỐNG PHÂN CẤP AHP VÀ MẠNG NƠRON
NHÂN TẠO ............................................................................................................ 30
2.1 Thuật toán Analytic Hierarchy Process AHP ..................................................... 30
2.2 Mạng nơron nhân tạo .......................................................................................... 32
2.2.1 Mơ hình toán của mạng nơron ................................................................... 32
2.2.2 Các thành phần cơ bản của mạng nơron nhân tạo ..................................... 33
2.2.2 Các loại mạng nơron.................................................................................. 38
2.2.4 Đặc tính của mạng nơron........................................................................... 39
2.2.5 Các thuật toán huấn luyện ......................................................................... 40
2.3 Thuật toán K_means ........................................................................................... 43

2.3.1 Nguyên tắc lựa chọn mẫu .......................................................................... 43
2.3.2 Thuật toán K_means .................................................................................. 44
CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH SA THẢI PHỤ TẢI TRÊN CƠ SỞ NHẬN DẠNG
CHẾ ĐỘ KHÔNG ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN KẾT HỢP VỚI
THUẬT TỐN AHP............................................................................................... 45
3.1 Mơ hình nhận dạng.............................................................................................. 45
3.2 Xây dựng tập biến và mẫu .................................................................................. 45
3.3 Lựa chọn biến ...................................................................................................... 46
3.3.1 Tiêu chuẩn Fisher ....................................................................................... 46

iv


Nghiên cứu sa thải phụ tải có xét đến các yếu tố ảnh hưởng

3.3.2 Tiêu chuẩn Scatter matrices ........................................................................ 46
3.4 Mơ hình tốn đề xuất........................................................................................... 46

CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT THỬ NGHIỆM TRÊN HỆ THỐNG 39 BUS 10
MÁY PHÁT ............................................................................................................. 51
4.1 Xây dựng tập mẫu ............................................................................................... 51
4.1.1 Mô phỏng các trường hợp sự cố bằng phần mềm PowerWorld ................. 51
4.1.2 Thu thập dữ liệu mô phỏng......................................................................... 57
4.1.3 Xây dựng tập mẫu học và chuẩn hóa dữ liệu ............................................. 59
4.2 Sử dụng công cụ ANN để huấn luyện................................................................. 59
4.2.1Sử dụng công cụ ANN để nhận dạng trạng thái không ổn định hệ thống
điện ...................................................................................................................... 59
4.2.2 Kết quả phân nhóm dữ liệu - Đánh giá độ chính xác của huấn luyện ........ 62
4.3 Chiến lược điều khiển sa thải dựa trên cơ sở các phân lớp chiến lược điều
khiển đã được huấn luyện bởi ANN .................................................................... 62

4.3.1 Tính tốn tầm quan trọng của các đơn vị tải sơ đồ IEEE 39 Bus 10 máy
phát ..................................................................................................................... 62
4.3.2 Chiến lược điều khiển sa thải phụ tải dựa trên cơ sở thuật toán đề xuất .... 68
4.4 Đánh giá hiệu quả của phương pháp sa thải phụ tải đề xuất ............................... 74
4.4.1 Phương pháp sa thải phụ tải truyền thống dựa trên thuật toán AHP ......... 74
4.4.2 Phương pháp sa thải phụ tải truyền thống sử dụng rơle sa thải phụ tải
tần số
thấp ............................................................................................................................ 77
4.4.3 Phương pháp sa thải phụ tải đề xuất .......................................................... 80

v


Nghiên cứu sa thải phụ tải có xét đến các yếu tố ảnh hưởng

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 82
5.1 Kết luận ............................................................................................................... 82
5.2 Hướng nghiên cứu phát triển .............................................................................. 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 83
PHỤ LỤC ......................................................................................................................
Bản sao Thuyết minh đề tài đã được phê duyệt

vi


Nghiên cứu sa thải phụ tải có xét đến các yếu tố ảnh hưởng

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình

Trang

Hình 1.1: Tổng quan về các kỹ thuật sa thải phụ tải trong hệ thống điện.................. 8
Hình 1.2: Sơ đồ phân cấp điều chỉnh tần số trong HTĐ Việt Nam ......................... 12
Hình 1.3: Cấu trúc tổng quát của chương trình ILS ................................................. 18
Hình 2.1: Mơ hình mạng phân cấp của việc sắp xếp các đơn vị .............................. 30
Hình 2.2: Mơ hình tốn đơn giản của một nơron ..................................................... 33
Hình 2.3: Mạng Feedforward một lớp ..................................................................... 34
Hình 2.4: Mạng feedforward đa lớp ......................................................................... 34
Hình 2.5: Nơron có hồi tiếp về chính nó .................................................................. 35
Hình 2.6: Mạng nơron hồi tiếp một lớp ................................................................... 35
Hình 2.7: Mạng nơron hồi tiếp đa lớp ...................................................................... 35
Hình 2.8: Học có gíám sát ........................................................................................ 37
Hình 2.9: Học củng cố.............................................................................................. 37
Hình 2.10: Học khơng có giám sát ........................................................................... 38
Hình 3.1: Sơ đồ các khối điều khiển sa thải phụ tải khẩn cấp ................................. 48
Hình 3.2: Mơ hình online điều khiển khẩn cấp sa thải dựa trên mạng ANN và thuật
Tốn AHP................................................................................................. 49
Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống điện IEEE 39 Bus, 10 máy phát ...................................... 51
Hình 4.2: Cài đặt các thơng số mơ hình hệ thống điện thử nghiệm ......................... 53
Hình 4.3: Quy trình cài đặt các thông số chuẩn của hệ thống điện IEEE 39 Bus .... 53
Hình 4.4: Quy trình kích hoạt các mơ hình trong hệ thống điện IEEE 39 Bus........ 54
Hình 4.5 Quy trình chạy phân bố cơng suất tối ưu OPF .......................................... 55
Hình 4.6: Giao diện thực hiện chạy mơ phỏng ổn định q độ ............................... 56
Hình 4.7: Quy trình chạy ổn định quá độ và lấy mẫu .............................................. 57
Hình 4.8: Thu thập dữ liệu khi mơ phỏng trong PowerWorld ................................ 58

vii

Nghiên cứu sa thải phụ tải có xét đến các yếu tố ảnh hưởng

Hình 4.9: Mơ hình mạng nơron nhận dạng trạng thái không ổn định động hệ thống
điện ........................................................................................................... 60
Hình 4.10: Độ chính xác kiểm tra chọn biến, bộ nhận dạng K-NN (K=1) .............. 61
Hình 4.11: Sơ đồ các vùng trung tâm tải trong sơ đồ IEEE 39 Bus 10 máy phát .... 63
Hình 4.12: Mơ hình trung tâm tải và các đơn vị tải ................................................. 63
Hình 4.13: Tần số hệ thống giảm xuống 59,7 Hz khi bị sự cố Bus 36 ở mức 100%
tại thời điểm 2,5s ................................................................................... 69
Hình 4.14: Góc lệch rotor của các máy phát khi bị sự cố Bus 36 ở mức tải 100% . 70
Hình 4.15: Tần số của hệ thống khi bị sự cố Bus 36 ở mức tải 100% ..................... 70
Hình 4.16: Góc lệch rotor của các máy phát sau khi áp dụng mơ hình sa thải đề
xuất (ANN) trường hợp sự cố Bus 36 ở mức tải 100% ......................... 71
Hình 4.17: Tần số của hệ thống sau khi áp dụng mô hình sa thải đề xuất (ANN)
trường hợp sự cố Bus 36 ở mức tải 100%.............................................. 71
Hình 4.18: Tần số hệ thống giảm xuống 59,7 Hz khi bị sự cố đường dây 2-25 ở
mức 100% tại thời điểm 8s .................................................................... 72
Hình 4.19: Góc lệch rotor của các máy phát khi bị sự cố đường dây 2-25 ở mức
tải 100% ................................................................................................. 72
Hình 4.20: Tần số của hệ thống khi bị sự cố đường dây 2-25 ở mức tải 100% ....... 73
Hình 4.21: Góc lệch rotor của các máy phát sau khi áp dụng mơ hình sa thải đề
xuất (ANN) trường hợp sự cố đường dây 2-25 ở mức tải 100% .......... 73
Hình 4.22: Tần số của hệ thống sau khi áp dụng mơ hình sa thải đề xuất (ANN)
trường hợp sự cố đường dây 2-25 ở mức tải 100% ............................... 74
Hình 4.23: Góc lệch rotor của các máy phát sau khi áp dụng sa thải truyền thống
theo thuật toán AHP trường hợp sự cố Bus 36 ở mức tải 100% ............ 75
Hình 4.24: Tần số của hệ thống sau khi áp dụng sa thải truyền thống theo thuật toán
AHP trường hợp sự cố Bus 36 ở mức tải 100% .................................... 75
Hình 4.25: Góc lệch rotor của các máy phát sau khi áp dụng sa thải truyền thống

theo thuật toán AHP trường hợp sự cố đường dây 2 - 25 ở mức tải
100% ...................................................................................................... 76

viii


Nghiên cứu sa thải phụ tải có xét đến các yếu tố ảnh hưởng

Hình 4.26: Tần số của hệ thống sau khi áp dụng sa thải truyền thống theo thuật toán
AHP trường hợp sự cố đường dây 2 - 25 ở mức tải 100% .................... 76
Hình 4.27: Góc lệch rotor của các máy phát sau khi áp dụng sa thải tần số thấp
truyền thống trường hợp sự cố Bus 36 ở mức tải 100% ........................ 78
Hình 4.28: Tần số của hệ thống sau khi áp dụng sa thải theo tần số thấp truyền
thống trường hợp sự cố Bus 36 ở mức tải 100% ................................... 78
Hình 4.29: Góc lệch rotor của các máy phát sau khi áp dụng sa thải theo tần số thấp
truyền thống trường hợp sự cố đường dây 2 - 25 ở mức tải 100% ........ 79

Hình 4.30: Tần số của hệ thống sau khi áp dụng sa thải theo tần số thấp truyền
thống trường hợp sự cố đường dây 2 - 25 ở mức tải 100% ................... 79

ix


Nghiên cứu sa thải phụ tải có xét đến các yếu tố ảnh hưởng

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng

Trang

Bảng 1.1: Các bước sa thải tải của FRCC .................................................................. 9
Bảng 1.2: Chương trình sa thải tải của ERCOT ......................................................... 9
Bảng 1.3: So sánh các tính năng của các phương pháp truyền thống
và thông minh ........................................................................................... 20
Bảng 1.4: Tóm tắt các ứng dụng kỹ thuật thơng minh trong tính tốn
sa thải phụ tải ........................................................................................... 27
Bảng 1.5 Ưu và nhược điểm của các kỹ thuật tính tốn sa thải phụ tải
thơng minh ................................................................................................ 27
Bảng 2.1: Các thông số mặc định ............................................................................. 41
Bảng 4.1: Kết quả phân cụm dữ liệu mất ổn định .................................................... 62
Bảng 4.2: Kết quả huấn luyện và kiểm tra của 2 bộ nhận dạng ANN1 và ANN2 ... 62
Bảng 4.3: Tổng hợp các vùng trung tâm tải và các đơn vị tải trong sơ đồ IEEE 39
Bus 10 máy phát ....................................................................................... 62
Bảng 4.4: Ma trận phán đoán trung tâm phụ tải ...................................................... 64
Bảng 4.5: Ma trận phán đoán trung tâm tải 1 .......................................................... 64
Bảng 4.6: Ma trận phán đoán trung tâm tải 2 ........................................................... 64
Bảng 4.7: Ma trận phán đoán trung tâm tải 3 ........................................................... 64
Bảng 4.8: Ma trận phán đoán trung tâm tải 4 ........................................................... 64
Bảng 4.9: Giá trị Mi của ma trận trung tâm phụ tải .................................................. 65
Bảng 4.10: Giá trị Mi của ma trận trung tâm tải 1 .................................................... 65
Bảng 4.11: Giá trị Mi của ma trận trung tâm tải 2 .................................................... 65
Bảng 4.12: Giá trị Mi của ma trận trung tâm tải 3 .................................................... 65
Bảng 4.13: Giá trị Mi của ma trận trung tâm tải 4 .................................................... 66
Bảng 4.14: Tổng giá trị Wi* của từng ma trận.......................................................... 66
x


Nghiên cứu sa thải phụ tải có xét đến các yếu tố ảnh hưởng

Bảng 4.15: Các giá trị Wkj của ma trận trung tâm phụ tải ........................................ 66
Bảng 4.16: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 1 .................................... 66
Bảng 4.17: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 2 .................................... 66
Bảng 4.18: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 3 .................................... 67
Bảng 4.19: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 4 .................................... 67
Bảng 4.20: Hệ số quan trọng Wij của mỗi phụ tải .................................................... 67
Bảng 4.21: Thứ tự sa thải phụ tải theo AHP ............................................................ 68
Bảng 4.22: Chiến lược sa thải phụ tải tương ứng với từng cụm dữ liệu .................. 69
Bảng 4.23: Các bước sa thải tải của FRCC .............................................................. 77
Bảng 4.24: Bảng tổng hợp so sánh các phương pháp sa thải phụ tải trường hợp sự
cố tại Bus 36 ở mức tải 100% ................................................................ 80
Bảng 4.25: Bảng tổng hợp so sánh các phương pháp sa thải phụ tải trường hợp sự
cố trên đường dây 2 - 25 ở mức tải 100% .............................................. 81

xi


Nghiên cứu sa thải phụ tải có xét đến các yếu tố ảnh hưởng

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
ANN:

Artificial Neural Network

AHP:

Analytic Hierarchy Process

ILS:

Intelligent Load Shedding

UFLS:

Under Frequency Load Shedding

PSO:

Particle Swarm Optimization

GA:

Genetic Algorithm

IEEE:

Institute of Electrical and Electronic Enginneers

FLC:

Fuzzy Logic Controller

ANFIS:

Adaptive neuro fuzzy inference system

UPFC:

Unifield Power Flow Controller

FACTS:

Flexible Alternating Current Transmission System

xii


Load shedding consider the factors affecting
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

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

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Tp. HCM, ngày 19 tháng 03 năm 2018

THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thơng tin chung:
-

Tên đề tài: Nghiên cứu sa thải phụ tải có xét đến các yếu tố ảnh hưởng

-

Mã số: T2017-64TĐ

-

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: 02/2016-03/2018.

2. Mục tiêu:
Nghiên cứu sa thải phụ tải có xét đến các yếu tố ảnh hưởng.
3. Tính mới và sáng tạo:
Đề tài trình bày quy trình xây dựng hệ thống nhận dạng để đánh giá trạng thái không ổn định của
hệ thống điện và phân lớp chiến lược sa thải phụ tải trên cơ sở sử dụng 2 mạng nơron. Mô hình đề
xuất sử dụng giải thuật K-means kết hợp với giải thuật AHP để xây dựng nhóm chiến lược sa thải
phụ tải có xét đến hệ số tầm quan trọng của phụ tải nhằm làm giảm thiệt hại về mặt kinh tế khi sa
thải so với các phương pháp truyền thống trước đây.
Hiệu quả của mơ hình sa thải phụ tải đề xuất được kiểm chứng trên sơ đồ hệ thống điện IEEE chuẩn
39 bus 10 máy phát. Kết quả thử nghiệm sa thải phụ tải theo phương pháp đề xuất cho thấy thời gian
ra quyết định sa thải phụ tải được rút ngắn, qua đó duy trì được trạng thái ổn định của hệ thống. Bên
cạnh đó thời gian phục hồi tần số nhanh hơn, và chất lượng giá trị tần số phục hồi nâng cao hơn so
với các phương pháp truyền thống trước đây.
4. Kết quả nghiên cứu:
- Báo cáo phân tích việc sa thải phụ tải trên lưới điện 39 nút, 10 máy phát.
5. Sản phẩm:
- Tài liệu báo cáo kết quả nghiên cứu.
- Bài báo đăng trên hội nghị quốc tế.
- Chương trình máy tính hỗ trợ tính tốn.
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.

xiii


Load shedding consider the factors affecting
- 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 “Kỹ thuật điện”.
Trưởng Đơn vị

Chủ nhiệm đề tài

xiv


Load shedding consider the factors affecting

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:
Project title: Load shedding consider the factors affecting
Code number: T2017-64TĐ
Coordinator: M.SC. Le Trong Nghia
Implementing institution: University of Technical Education Ho Chi Minh City
Duration: from 02/2017 to 03/2018
2. Objective(s):
Load shedding consider the factors affecting.
3. Creativeness and innovativeness:
This project introduced the process of identification system for assessing the instability of power
systems and classifying strategies for load shedding based on two neural networks. The proposed

model used the K-means algorithm combined with AHP algorithm to build load shedding strategy
groups considering the importance factor of loads in order to reduce the economic damage compared
to previous traditional methods.
The effectiveness of the proposed load shed model was tested experimentally with the IEEE 39-Bus
10-generator system. The experiment results of the proposed load shed model showed shorter
decision-making time for shedding, maintain the steady state of the system. Besides the frequency
recovery time is faster, and the value quality of recovery frequency is higher than traditional methods.
4. Research results:
- The report analyzes the load shedding on the 39 bus, 10 generators system
5. Products:
- Document, research results report.
- Paper published on International Conference.
- Computer programs support calculation.
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.

xv


Load shedding consider the factors affecting
- 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".

xvi


Chương mở đầu

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước
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 trên toàn thế giới. Hầu hết trong số này là dựa trên sự suy
giảm tần số trong hệ thống. 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).
Sa thải phụ tải thông minh ILS (Intelligent Load Shedding).
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 đơi khi lớn, nó gây ra sa thải
tải q mức, các kế hoạch khơng có sự linh hoạt để tăng số lượng các bước sa thải tải
[1], [2]. 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 mơ 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.
Một số phương pháp đề xuất mơ hình tải cho một chương trình sa thải tải dưới điện áp,
đề nghị thông báo tới các khách hàng để không tiếp tục sử dụng cơng suất điện trong
thời gian kiểm sốt tải [3] hay phương pháp với các chỉ số rủi ro để quyết định các
thanh góp phải được nhắm làm mục tiêu cho sa thải tải để duy trì sự ổn định điện áp
[4].
Phương pháp thực hiện sa thải tải trong trường hợp hai điều kiện [5], thứ nhất là nơi sa
thải tải xảy ra do một vị trí nhiễu loạn điều kiện điện áp thấp, và thứ hai là nơi mà dẫn
đến sa thải tải do sự bất khả kháng của hệ thống để đạt được một điều kiện vận hành
ổn định vị trí nhiễu loạn. Phương pháp này sử dụng lưu lượng tải để quyết định những
thanh góp từ đó để sa thải tải.
Các phương pháp thơng thường, thậm chí một số phương pháp thơng minh chẳng hạn

như Fuzzy logic, di truyền GA, PSO, chủ yếu dựa trên sa thải phụ tải dưới điện áp ở
điều kiện trạng thái vận hành ổn định của hệ thống. Do đó, những phương pháp này
không đủ nhanh trong việc sa thải phụ tải tức thời. Hệ thống sa thải phụ tải thực tế diễn
ra trong thời gian thực, và ở phần này, đáp ứng nhanh chóng của mạng neural có thể
cung cấp khả năng tối ưu và đáp ứng việc sa thải phụ tải trong điều kiện tức thời.
Phương pháp này sa thải phụ tải thích nghi sử dụng mạng neural đã được phát triển ở
1


Chương mở đầu

[6-8], trong đó [9] chỉ ra rằng tốc độ phản ứng của thuật toán ANN so với các phương
pháp khác nhanh hơn ít nhất là 100 lần.
Trong hầu hết các nghiên cứu trước đây liên quan đến ANN, đầu ra là tổng lượng công
suất tác dụng cho sa thải phụ tải. Đầu ra này khơng phải là tín hiệu thực tế, vì nó khơng
xác định được số lượng tải mà phải là sa thải trong từng bước. Ngoài ra, khi tải thường
xuyên thay đổi trong hệ thống điện, các thuật toán sa thải phụ tải nên được xem xét
trong điều kiện mới hơn.
Kỹ thuật tính tốn sa thải phụ tải thông minh bao gồm: ANN, logic mờ, neurofuzzy
ANFIS, thuật tốn di truyền (GA), tối ưu hóa phần tử bầy đàn (PSO), vi khuẩn tìm
kiếm thức ăn theo định hướng thuật tốn PSO,… có khả năng sử dụng hiệu quả với các
hệ thống điện hiện đại, có thể làm giảm khả năng mất điện, nâng cao độ tin cậy của hệ
thống điện. Các kỹ thuật tính tốn thơng minh có khả năng giúp sa thải chính xác trong
vịng một thời gian ngắn trong điều kiện khẩn cấp. Đây là hướng được nhiều tác giả
quan tâm và tập trung nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây. Vì vậy tác giả chọn
hướng nghiên cứu sa thải phụ tải dựa trên các thuật tốn thơng minh ngày nay để nâng
cao ổn định hệ thống điện. Hướng nghiên cứu này có xem xét đến tầm quan trọng của
tải kết hợp với mạng nơron để phân lớp chiến lược điều khiển. Bên cạnh đó, mạng
nơron cịn được sử dụng để nhận dạng tình trạng mất ổn định của hệ thống điện, qua
đó giúp có thể sớm đưa ra quyết định sa thải phụ tải giúp duy trì ổn định của hệ thống

điện.
1.2 Tính cấp thiết của đề tài
Tần số và điện áp là hai thông số quan trọng trong việc vận hành, điều khiển và giám
sát hệ thống điện. Nếu một trong hai tham số thay đổi vượt quá ngưỡng cho phép thì
gây nên nhiễu loạn dẫn đến sự mất ổn định trong hệ thống và nếu kéo dài sự nhiễu loạn
này thì dẫn đến tan rã hệ thống.
Trong một số trường hợp hệ thống xảy ra tình trạng thiếu nguồn cung cấp khi phụ tải
tăng quá mức làm tần số giảm thấp. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng
điện năng mà có thể gây rã lưới nếu khơng có biện pháp phòng ngừa hợp lý và khắc
phục hiệu quả ngay tức thời.
Bên cạnh đó, nếu xảy ra có sự đột ngột tăng tải mà lượng công suất dự trữ của hệ
thống khơng đáp ứng kịp thời và đầy đủ thì cũng là một trong những nguyên nhân gây
nên tan rã hệ thống.
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 giá trị đó tiến về giá trị ban đầu hoặc tái lập điểm ổn
định mới là điều hết sức quan trọng nhằm hạn chế tối đa thiệt hại do sụp đổ hệ thống.
Vì thế, sa thải phụ tải là phương pháp được lựa chọn như là giải pháp cuối cùng để duy
2


Chương mở đầu

trì ổn định của hệ thống. Thời gian cắt, vị trí và số lượng phụ tải cần ngắt được xem là
yếu tố quan trọng trong việc duy trì ổn định hệ thống khi có sự cố xảy ra.
1.3 Mục tiêu – Cách tiếp cận – Phương pháp nghiên cứu
1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu việc sa thải phụ tải có xét đến các yếu tố ảnh hưởng: hệ số tầm quan trọng
của phụ tải và thời gian thực hiện ra quyết định sa thải phụ tải.
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.

-

Nghiên cứu tài liệu về các phương pháp sa thải phụ tải của các bài báo và đề xuất
phương pháp sa thải.

-

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 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tài liệu, tổng hợp, phân tích, mơ hình hóa và mô phỏng.
- Ứng dụng phần mềm Powerworld để mô phỏng kiểm nghiệm kết quả đề xuất.
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:
- Các quá trình quá độ, ổn định hệ thống điện và sa thải phụ tải.
- Các thuật toán 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 các thuật tốn sa thải phụ tải

-

Phương pháp sa thải phụ tải dựa trên thuật toán AHP trên cơ sở xem xét tầm
quan trọng của tải, sự suy giảm của tần số phụ tải và các điều kiện ràng buộc.

-

Khảo sát, tính tốn, thử nghiệm trên mơ hình 39 thanh góp 10 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 ngồi nước,
tính cấp thiết; mục tiêu; cách tiếp cận; phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi

3


Chương mở đầu

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 thông minh, bao gồm các kỹ thuật sa thải phụ tải dưới tần số, và
dưới điện áp, sử dụng thuật tốn thơng minh.
Chương 2: Tìm hiểu thuật tốn AHP, mạng nơron cũng như việc ứng dụng trong

việc nhận dạng tình trạng mất ổn định của hệ thống điện và sa thải phụ tải.
Chương 3: Phương pháp sa thải phụ tải đề xuất sử dụng mạng nơron và thuật toán
AHP.
Chương 4: Khảo sát, thử nghiệm nhằm kiểm chứng hiệu quả phương pháp đề xuất.
Thử nghiệm chương trình sa thải tải trên hệ thống 39 thanh góp và 10 máy phát
điện bằng phần mềm Powerworld để mô phỏng, lấy mẫu dữ liệu nhằm kiểm chứng
hiệu quả phương pháp đề xuất.
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

TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP
SA THẢI PHỤ TẢI
1.1 Khái quát về sa thải phụ tải
Sa thải phụ tải có thể được xác định như là lượng phụ tải phải cắt ra từ hệ thống điện
để giữ duy trì một phần còn lại của hệ thống hoạt động. Sa thải phụ tải là một hoạt
động điều khiển khẩn cấp. Việc giảm phụ tải này là nhằm đáp ứng lại một sự nhiễu
loạn của hệ thống. Các kết quả đó là do thiếu hụt khả năng phát điện hoặc là tình
huống quá tải của lưới. Các nhiễu loạn nói chung có thể gây nên các điều kiện này bao
gồm: Sự cố máy biến áp hoặc là sự cố đường dây truyền tải, mất tổ máy phát, lỗi thiết
bị đóng ngắt, đóng cắt lượng tải lớn đột ngột.
Việc sa thải phụ tải là hành động để giảm bớt tải nhằm cân bằng cơng suất giữa
nguồn-tải, đảm bảo tính ổn định của hệ thống điện. Khi thông số hệ thống điện giảm
xuống dưới mức cho phép thì quá trình sa thải tải khẩn cấp cần được sử dụng. Sa thải
phụ tải bảo vệ hệ thống chống lại sự suy giảm quá mức tần số của hệ thống điện bằng

cách cân bằng công suất tác dụng của hệ thống. Phương pháp sa thải phụ tải phổ biến
nhất là sa thải phụ tải theo tần số thấp (UFLS: Under Frequency Load Shedding),
phương pháp này cắt một số lượng lớn tải theo cài đặt trước nếu tần số hệ thống giảm
xuống dưới ngưỡng tần số cho phép.
Khi sa thải phụ tải để phục hồi tần số hệ thống điện cần lưu ý đến dự trữ công suất tác
dụng/cơng suất cơ (dự phịng quay) của các nhà máy phát điện. Ngồi khả năng tăng
cơng suất phát của nhà máy tại thời điểm xảy ra nhiễu động lớn trên hệ thống, cịn cần
tính đến thời gian đáp ứng của các bộ điều tốc Governor cũng như giới hạn dự phòng
quay của từng vùng điều khiển tần số.
1.2 Yếu tố lựa chọn sa thải tải
Để có được một chu trình sa thải tải hồn chỉnh cần 3 yếu tố: Thời điểm sa thải
tải; Vị trí tải sa thải; Lượng tải sa thải. Việc lựa chọn 3 yếu tố này rất quan trọng trong
các phương pháp sa thải tải.

5


Thời điểm sa thải tải được tính tốn theo độ biến thiên của tần số theo thời gian
khi xảy ra sự cố trên lưới điện. Độ biến thiên này phụ thuộc rất nhiều vào hệ số quán
tính H của hệ thống nguồn cũng như hằng số giảm chấn D của các tải. Trong phương
pháp sa thải tải truyền thống và phương pháp sa thải tải thông minh, thời điểm sa thải
tải được tính tốn và cài đặt cố định theo độ lệch của tần số / điện áp và độ biến thiên
của tần số/điện áp. Trong phương pháp sa thải tải thông minh, độ biến thiên này được
cài đặt và thay đổi theo thời gian tùy thuộc vào tình hình vận hành hệ thống.
Lượng tải sa thải tùy thuộc vào cơng suất mất đi trên hệ thống khi có sự cố
nghiêm gây ảnh hưởng nghiêm trọng và cần sa thải tải. Tùy thuộc vào độ lớn của công
suất nguồn bị mất và mức độ ảnh hưởng của nguồn này đến hệ thống mà lựa chọn
lượng tải sa thải phù hợp. Để đảm bảo liên tục cung cấp điện cho khách hàng, lượng
tải sa thải phải được điều chỉnh sao cho tối thiểu mà vẫn giữ được tính ổn định của
lưới.

Vị trí tải sa thải cũng rất quan trọng nhằm tối thiểu lượng tải sa thải và giảm tác
động đến lưới khi sự cố nghiêm trọng xảy ra. Vị trí tải sa thải được lựa chọn sao cho
càng gần điểm xảy ra sự cố càng tốt. Điều này giúp cho việc phục hồi hệ thống sau sự
cố nhanh hơn, lượng tải sa thải cũng ít hơn, khu vực bị ảnh hưởng bởi sự cố nhỏ hơn.
Thơng thường, vị trí sa thải tải được trung tâm điều độ hệ thống điện lựa chọn dựa vào
vị trí địa lý của các tải trên lưới.
1.3 Tổng quan các cơng trình nghiên cứu về sa thải phụ tải
Tính an tồn và ổn định của hệ thống điện ln 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 khơng thể duy trì ổn định hệ thống điện khi một sự nhiễu loạn ngẫu nhiên xảy ra, sa
thải phụ tải sẽ được sử dụng như là giải pháp cuối cùng để giảm thiểu sự mất cân bằng
giữa nguồn điện và tải. Các nhiễu loạn của các hệ thống điện, thường là các sự cố mất
một máy phát điện, ngắn mạch đường dây hoặc thanh cái, hay 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 máy phát lớn đột ngột bị ngắt, 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. Điều
6


này dẫn đến cần thiết để nghiên cứu hệ thống sa thải phụ tải và theo dõi nó để ngăn
chặn hệ thống 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. 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 sốt sẵn có khơng
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. 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, số lượng tải cần ngắt và
thời gian cắt 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.
Việc điều khiển khẩn cấp 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.
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. Các kỹ thuật sa thải phụ tải về cơ bản được chia thành 3 mảng
nghiên cứu chính: các kỹ thuật sa thải phụ tải truyền thống (conventional load
shedding), các kỹ thuật sa thải phụ tải thích nghi (adaptive load shedding), các kỹ
thuật sa thải phụ tải thông minh ILS (Intelligent Load Shedding). Tổng quan về các kỹ
thuật sa thải phụ tải được trình bày ở Hình 1.1.

7