Nghiên cứu sa thải phụ tải trong hệ thống điện có xét đến đa mục tiêu

Nghiên cứu sa thải phụ tải trong hệ thống điện có xét đến đa mục tiêu Nghiên cứu sa thải phụ tải trong hệ thống điện có xét đến đa mục tiêu Nghiên cứu sa thải phụ tải trong hệ thống điện có xét đến đa mục tiêu

TỔNG QUAN

Tổng quan về hướng nghiên cứu

1.1.1 Đặt vấn đề Để đáp ứng được nhu cầu hội nhập hóa cộng với sự phát triển từ nền công nghiệp 4.0 hiện nay, ngành công nghiệp năng lương cũng song song phát triển nhằm đảm bảo cung cấp năng lượng điện cho các nhà máy, khu dân cư với số lượng ngày một gia tăng Ở Việt Nam, các chính sách khuyến khích từ năm 2015 đến năm 2017 đã tạo nên "cuộc đua nước rút" để tận dụng cơ hội cung cấp năng lượng tái tạo đặc biệt là năng lượng mặt trời Theo tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) thì tổng sản lượng điện thương phẩm ở Việt Nam có tốc độ gia tăng bình quân trong giai đoạn 2016-2020 của các phương án cơ sở và phương án cao là 10,34% và 11,26% [1] Trong năm 2016 thì tổng sản lượng điện thương phẩm đạt 159,31 tỷ kWh và tăng 10,9% so với năm 2015 11 tháng đầu năm

Tổng sản lượng điện thương phẩm tại Việt Nam đã ghi nhận sự tăng trưởng mạnh mẽ trong những năm gần đây, với 159,9 tỷ kWh vào năm 2017 và 192,93 tỷ kWh vào năm 2018, vượt 1,25% kế hoạch và tăng 10,47% so với năm trước Đến 11 tháng năm 2019, tổng lượng điện thương phẩm ước đạt 193.202,7 triệu kWh, tăng 9,6% so với cùng kỳ năm trước Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng này đã đặt ra thách thức lớn cho hệ thống truyền tải điện, dẫn đến việc dễ xảy ra sự cố và mất điện Trong 10 tháng đầu năm 2019, Tổng công ty điện lực đã ghi nhận 120 vụ sự cố, tăng 39 vụ so với cùng kỳ năm 2018, trong đó có 41 vụ sự cố thoáng qua, 50 vụ sự cố kinh doanh và 29 vụ sự cố tại trạm biến áp.

Sự nhiễu loạn trong hệ thống điện thường xuất phát từ sự mất cân bằng giữa công suất phát và công suất tiêu thụ, dẫn đến mất ổn định và có thể gây ra mất điện diện rộng Khi một máy phát gặp sự cố, khả năng phát điện của hệ thống giảm trong khi nhu cầu tiêu thụ không thay đổi hoặc tăng lên, gây ra sự giảm tần số và mất ổn định Để khôi phục tần số về mức cho phép, việc thực hiện chương trình sa thải phụ tải là cần thiết Trước khi tiến hành sa thải phụ tải, cần áp dụng các biện pháp điều khiển tần số như điều khiển sơ cấp và thứ cấp từ các tổ máy phát điện, thông qua thiết bị tự động hoặc trung tâm điều độ.

Luận văn đề xuất một phương pháp sa thải phụ tải với mục tiêu đa dạng, trong đó nổi bật là việc xác định mức độ ưu tiên liên tục trong cấp điện nhằm giảm thiểu thiệt hại kinh tế Phương pháp này đảm bảo tần số hệ thống luôn nằm trong giới hạn cho phép, ngay cả khi có sự mất cân bằng giữa công suất máy phát và công suất phụ tải Đồng thời, nó kết hợp việc huy động công suất dự phòng quay của máy phát để tối ưu hóa lượng công suất cần phải sa thải.

1.1.2 Điều khiển sơ cấp và thứ cấp trong hệ thống điện

1.1.2.1 Điều khiển sơ cấp Điều chỉnh tần số sơ cấp là quá trình điều chỉnh tức thời được thực hiện bởi số lượng lớn các tổ máy có bộ phận điều chỉnh công suất tuabin (bộ điều tốc) theo sự biến đổi của tần số [3] a Tổ máy không có trang bị bộ điều tốc

Dao động phi chu kỳ - Tốc độ quay sẽ giảm đến giá trị mới khi công suất cơ bằng công suất điện

Hình 1.1: Đặc tính phát công suất của tổ máy không có bộ điều tốc b Tổ máy có trang bị bộ điều tốc

Hình 1.2: Đặc tính phát công suất của tổ máy có bộ điều tốc

Dao động tắt dần xảy ra khi tốc độ quay giảm xuống giá trị mới, khi công suất cơ bằng công suất điện Đặc tính điều khiển tần số sơ cấp được thể hiện qua hình 1.3, cho thấy máy phát được trang bị bộ điều tốc Tại điểm giao giữa đặc tính máy phát 1 và đặc tính tần số của phụ tải Pt trong điều kiện vận hành ổn định, tần số F0 được xác định Đây là tần số của hệ thống trong điều kiện ổn định, thường có giá trị 50 Hz hoặc 60 Hz tùy thuộc vào từng hệ thống điện.

Khi xảy ra tăng tải đột ngột ΔP, đường đặc tính tần số của phụ tải sẽ thay đổi, với điểm giao giữa đặc tính máy phát và tần số phụ tải xác định tại F1, nơi F1 < F0 Bộ điều tốc không thể ngăn chặn sự suy giảm tần số nhưng sẽ giảm thiểu đáng kể sự suy giảm này khi có chênh lệch giữa công suất phát và phụ tải Đặc tính (2) thể hiện máy phát không có bộ điều tốc, với giao điểm F’1 giữa đặc tính này và tần số phụ tải So sánh F1 và F’1 cho thấy hiệu quả của bộ điều tốc, trong đó F’1 < F1.

Hình 1.3: Đặc tính thay đổi công suất turbine theo sự thay đổi của tần số

Hình 1.4: So sánh giữa máy có trang bị bộ điều tốc và không trang bị bộ điều tốc

Bộ điều tốc có khả năng điều chỉnh tần số khi có sự chênh lệch giữa công suất phát và phụ tải, quá trình này được gọi là điều khiển sơ cấp.

Trường hợp lý tưởng, đặc tính điều chỉnh (4) của tổ máy thẳng đứng, tần số sẽ không thay đổi cho đến giới hạn công suất của tổ máy 𝑃 𝑛

Quá trình điều chỉnh sơ cấp thường yêu cầu sự can thiệp từ bên ngoài, có thể thông qua thiết bị điều khiển tự động hoặc sự can thiệp của điều độ viên, dẫn đến quá trình điều chỉnh thứ cấp.

Hình 1.5: Mô tả đặc tính điều chỉnh lý tưởng trong mối quan hệ giữa công suất và tần số

1.1.2.2 Điều khiển thứ cấp Điều chỉnh tần số thứ cấp là quá trình điều chỉnh tiếp theo của điều chỉnh tần số sơ cấp thực hiện thông qua tác động của hệ thống AGC đối với một số các tổ máy được quy định cụ thể trong hệ thống, hệ thống sa thải phụ tải theo tần số hoặc lệnh điều độ [3] Trong hình 1.6, đường đặc tính (1) được dịch chuyển song song thành đường đặc tính (3) với độ dốc không thay đổi, quá trình này được gọi là quá trình điều khiển thứ cấp Lúc này, có thể thấy điểm giao giữa đặc tính (3) và đặc tính tần số của tải nằm trên đường đặc tính (4) Trường hợp điều chỉnh lý tưởng

Hình 1.6: Đặc tính điều chỉnh thứ cấp trong mối quan hệ giữa công suất và tần số

1.1.3 Các phương pháp sa thải phụ tải trong hệ thống điện

Sa thải phụ tải là biện pháp cắt giảm công suất cần thiết để khôi phục tần số hệ thống khi có sự mất cân bằng giữa công suất phát và tiêu thụ Trước khi thực hiện, các điều độ viên sẽ huy động nguồn công suất dự phòng từ máy phát điện để khôi phục tần số Nếu tần số vẫn không đạt giá trị cho phép, sa thải phụ tải sẽ là biện pháp cuối cùng Phương pháp này cần xác định lượng công suất sa thải tối thiểu, vị trí và thời gian thực hiện để đảm bảo tần số hệ thống được phục hồi.

Lượng công suất sa thải phụ tải phụ thuộc vào sự suy giảm công suất phát trên hệ thống điện khi xảy ra sự cố nghiêm trọng Để đảm bảo cung cấp điện liên tục cho khách hàng, cần tính toán và điều chỉnh lượng công suất sa thải ở mức tối thiểu để hệ thống có thể phục hồi về mức hoạt động cho phép.

Vị trí thực hiện sa thải phụ tải đóng vai trò quan trọng trong việc tối thiểu hóa công suất sa thải và giảm thiểu tác động tiêu cực đến lưới điện khi xảy ra sự cố Việc lựa chọn vị trí sa thải cần đảm bảo rằng hệ thống phục hồi sau sự cố diễn ra nhanh chóng và lượng tải sa thải được giảm thiểu.

Việc xác định những yếu tố trên được thực bằng nhiều phương pháp khác nhau, các phương pháp được trình bày ở hình 1.7

Hình 1.7: Các phương pháp sa thải phụ tải [4]

1.1.3.1 Phương pháp sa thải phụ tải truyền thống

Sa thải phụ tải truyền thống là một phương pháp quan trọng trong hệ thống điện, sử dụng rơ-le tần số để giảm thiểu phụ tải Mỗi rơ-le được cài đặt với một ngưỡng tần số cho phép; khi tần số giảm xuống dưới ngưỡng này, rơ-le sẽ tự động tác động để cắt giảm các phụ tải đã được chỉ định Phương pháp này giúp hạn chế sự suy giảm tần số của hệ thống điện, đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn.

Phương pháp sa thải phụ tải bằng rơ-le tần số này có nhiều ưu điểm mà khiến nó được sử dụng rộng rãi đến như vậy

• Nguyên lý làm việc khá đơn giản và dể sử dụng

• Thời gian tác động của phương pháp này gần như là tức thời

• Phát triển sa thải phụ tải dựa vào df/dt cho phép ứng dụng rộng hơn

Các phương pháp sa thải phụ tải

Các phương pháp sa thải phụ tải thích nghi

Các phương pháp sa thải phụ tải thông thường

Các phương pháp sa thải phụ tải thông minh sử dụng máy tính

Các phương pháp sa thải phụ tải tần số thấp

Các phương pháp sa thải phụ tải điện áp thấp

Mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) Điều khiển logic mờ (FLC)

Hệ thống mạng nơ-ron thích nghi mờ (ANFIS)

Thuật toán di truyền (GA)

Tối ưu hóa bầy đàn (PSO)

Bên cạnh những ưu điểm trên thì phương pháp này cũng có những nhược điểm mà phải được xem xét

Trong mọi sự cố làm giảm tần số, dù quy mô lớn hay nhỏ, chiến lược sa thải phụ tải luôn nhất quán và lượng công suất sa thải cũng không thay đổi.

Các nghiên cứu và phương pháp sa thải phụ tải trong hệ thống điện

1.2.1 Các nghiên cứu trong nước

Nguyễn Trọng Tín (2018) trong luận văn thạc sĩ "Tối ưu hóa sa thải dựa trên phương trình chuyển động quay của rotor" đã trình bày mô hình sa thải nhằm đảm bảo ổn định hệ thống điện khi xảy ra sự cố như mất máy phát đột ngột hoặc tăng tải Luận văn xây dựng công thức tính toán lượng công suất sa thải phụ tải tối thiểu, đảm bảo huy động công suất mà vẫn giúp hệ thống quay lại trạng thái hoạt động ổn định sau các nhiễu loạn Hiệu quả của phương pháp được kiểm chứng qua hệ thống điện chuẩn IEEE 37 nút và mô phỏng bằng phần mềm PowerWorld.

Lê Tấn Thông (2014) trong luận văn thạc sĩ "Tối ưu sa thải phụ tải trong hệ thống điện" đã nghiên cứu phương pháp phân lập Jacobian để phát triển thuật toán khảo sát ảnh hưởng của ΔP tới Δδ, từ đó đánh giá mức độ mạnh yếu của từng vị trí phụ tải, giúp tối ưu hóa việc sa thải phụ tải trong hệ thống điện Ngoài ra, luận văn còn chỉ ra rằng tần số không phải là yếu tố duy nhất xác định độ ổn định trong hệ thống điện, và đề xuất một phương pháp mới để đánh giá độ ổn định thông qua khảo sát góc quay rotor ở cực máy phát.

Luận văn thạc sĩ của Mai Ngọc Nhẫn (2017) nghiên cứu về phương pháp sa thải phụ tải áp dụng mạng nơron và thuật toán AHP, nhằm duy trì độ ổn định của hệ thống điện trong trường hợp xảy ra nhiễu loạn lớn Khi mất cân bằng công suất tác dụng xảy ra, việc nhanh chóng đề xuất chiến lược sa thải hợp lý trở nên quan trọng Mô hình này kết hợp các giải thuật công nghệ tri thức như K-means và mạng nơron, giúp đánh giá tình huống sự cố và ra quyết định kịp thời, từ đó hạn chế việc sa thải phụ tải Mô hình đề xuất không chỉ giảm thời gian ra quyết định mà còn cải thiện tốc độ phục hồi tần số và nâng cao độ ổn định tần số so với các phương pháp truyền thống.

1.2.2 Các nghiên cứu ngoài nước

Bài báo của Junjie Tang và các cộng sự (2013) trình bày về phương pháp sa thải phụ tải dưới tần số và điện áp, nhấn mạnh rằng hai phương pháp này thường hoạt động độc lập và không được thiết kế để kết hợp Hơn nữa, công suất phản kháng chưa được xem xét trong quá trình sa thải Để khắc phục điều này, bài báo đề xuất một thuật toán sa thải phụ tải tập trung, thích nghi mới, kết hợp cả thông số điện áp và tần số của hệ thống, đồng thời xem xét công suất phản kháng cùng với công suất tác dụng Phương pháp này đã được thử nghiệm trên hệ thống điện chuẩn IEEE 39 nút và so sánh với các phương pháp khác Kết quả cho thấy, sau khi xảy ra sự nhiễu loạn và áp dụng phương pháp đề xuất, hệ thống đã trở lại trạng thái hoạt động ổn định.

Bài báo của Alireza Saffarian và Majid Sanaye-Pasand (2011) nêu rõ rằng sự hiện đại hóa và phức tạp của hệ thống điện làm giảm độ ổn định khi gặp phải các nhiễu loạn Khi xảy ra nhiễu loạn lớn, sự thiếu hụt công suất tác dụng sẽ kéo theo thiếu hụt công suất phản kháng, ảnh hưởng đến độ ổn định của tần số và điện áp Để khắc phục vấn đề này, bài báo đề xuất ba phương pháp sa thải phụ tải thích nghi kết hợp, nhằm bù đắp những hạn chế của phương pháp sa thải phụ tải dưới tần số sau các nhiễu loạn nghiêm trọng Phương pháp này xác định việc sa thải phụ tải dựa trên vị trí nhiễu loạn, trạng thái điện áp của hệ thống và tốc độ suy giảm tần số, từ đó đưa ra vị trí và lượng công suất cần sa thải Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp đề xuất cải thiện đáng kể biên độ điện áp của hệ thống và ngăn chặn các sự cố mất điện khác nhau.

Urban Rudez và các cộng sự (2011) đã đề xuất một phương pháp sa thải phụ tải dưới tần số dựa trên sự cân bằng của công suất tác dụng, sử dụng đạo hàm bậc nhất của tần số Tuy nhiên, hiệu quả của phương pháp này có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi việc thiếu dữ liệu hoặc ước tính sai các tham số cần thiết Để cải thiện độ chính xác, bài báo giới thiệu một phương pháp mới sử dụng đạo hàm bậc hai của tần số nhằm dự đoán quỹ đạo của tần số Phương pháp này áp dụng kỹ thuật Newton và nội suy đạo hàm bậc hai để xác định giá trị tần số nhỏ nhất thông qua tích phân số.

Tính cấp thiết của đề tài

Trong thực tế, phụ tải ở Việt Nam được chia làm 3 loại: phụ tải loại 1, phụ tải loại

Hệ thống phụ tải bao gồm 3 loại, với mỗi loại chiếm tỷ lệ khác nhau tại từng nút phụ tải Các phương pháp sa thải phụ tải truyền thống thường chỉ tập trung vào việc loại bỏ một lượng công suất nhất định hoặc toàn bộ nút tải khi có sự cố, tuy đảm bảo tính kỹ thuật nhưng lại gây thiệt hại kinh tế không cần thiết Do đó, cần một phương pháp tối ưu để giải quyết vấn đề sa thải, vừa đảm bảo tính kỹ thuật cho hệ thống, vừa tiết kiệm chi phí.

Mục tiêu nghiên cứu

Phân tích trạng thái hệ thống điện khi xảy ra sự cố mất một máy phát là rất quan trọng, đặc biệt ở các mức tải khác nhau Nghiên cứu này được thực hiện thông qua mô hình mô phỏng IEEE 37 nút với 9 máy phát, sử dụng phần mềm PowerWorld Simulator 19, nhằm đánh giá tác động của sự cố đến hiệu suất hệ thống điện.

Tính toán tổng lượng công suất sa thải phụ tải tối thiểu có xét đến yếu tố điều khiển sơ cấp và thứ cấp của tổ máy phát điện

Tối ưu hóa lượng sa thải phụ tải cần đảm bảo tính kỹ thuật, đặc biệt là phục hồi tần số trong phạm vi cho phép, đồng thời giảm thiệt hại kinh tế từ việc cắt giảm các phụ tải loại 1 và loại 2 Ngoài ra, cần ưu tiên cắt giảm các phụ tải loại 3 trong thành phần tải phức hợp.

Ý nghĩa khoa học của đề tài

Phương pháp sa thải phụ tải được đề xuất nhằm tối ưu hóa lượng sa thải, vừa đảm bảo phục hồi tần số trong phạm vi cho phép, vừa giảm thiệt hại kinh tế do cắt các phụ tải loại 1 và loại 2 Đồng thời, phương pháp này ưu tiên cắt các phụ tải loại 3 trong thành phần tải phức hợp.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Việc tính toán sa thải phụ tải có xét đến mức độ ưu tiên liên tục cấp điện phù hợp với các qui định hiện hành của Việt Nam

Nghiên cứu về sa thải phụ tải trong hệ thống điện khi xảy ra sự cố mất nguồn cung cấp thông tin quý giá cho các cơ quan điện lực và sinh viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật điện.

Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu về sự mất ổn định tần số trong hệ thống điện khi xảy ra sự cố mất nguồn là rất quan trọng Bên cạnh đó, việc tìm hiểu các phương pháp sa thải phụ tải cũng đóng vai trò then chốt trong việc duy trì sự ổn định của hệ thống điện Những nghiên cứu này giúp cải thiện khả năng ứng phó với các tình huống khẩn cấp và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống điện.

Nghiên cứu phương pháp sa thải phụ tài xét cùng lúc 3 tiêu chí: mức độ ưu tiên liên tục cấp điện, khoảng cách pha, khoảng cách điện áp.

Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống điện chuẩn IEEE 37 nút

Các chương trình và thuật toán nhằm xác định khoảng cách pha và khoảng cách điện áp.

Phạm vi nghiên cứu

Mô hình sa thải phụ tải được xây dựng nhằm duy trì tần số của hệ thống điện trong phạm vi cho phép, với việc xem xét đa mục tiêu Mô hình này được áp dụng cho hệ thống điện chuẩn IEEE 37 bus với 9 máy phát, giúp tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo tính ổn định cho lưới điện.

Phương pháp nghiên cứu

➢ Phương pháp tham khảo tài liệu trong nước và nước ngoài

➢ Nghiên cứu và sử dụng phần mềm powerworld và mathlab

➢ Mô hình hóa và mô phỏng.

Nội dung đề tài

Nội dung luận văn được trình bày qua 5 chương

➢ Chương 2: Cở sở lý thuyết

➢ Chương 3: Phương pháp sa thải phụ tải đề xuất

➢ Chương 4: Thử nghiệm và kiểm tra trên sơ đồ hệ thống điện chuẩn IEEE

➢ Chương 5: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển đề tài

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hiệp phương sai

Hiệp phương sai là độ đo sự biến thiên cùng nhau của hai biến ngẫu nhiên (phân biệt với phương sai - đo mức độ biến thiên của một biến)

Nếu 2 biến có xu hướng thay đổi cùng nhau nghĩa là khi một biến có giá trị cao hơn giá trị kỳ vòng thì biến kia có xu hướng cũng cao hơn giá trị kỳ vọng, thì hiệp phương sai giữa hai biến này có giá trị dương Mặt khác, nếu một biến nằm trên giá trị kì vọng còn biến kia có xu hướng nằm dưới giá trị kì vọng, thì hiệp phương sai của hai biến này có giá trị âm

Hiệp phương sai giữa hai biến ngẫu nhiên giá trị thực X và Y, với các giá trị kì vọng E(X) = à và E(Y) = υ được định nghĩa như sau:

Trong đó E là hàm giá trị kì vọng công thức (2.1) còn có thể được viết lại như sau:

Nếu X và Y độc lập, thì hiệp phương sai của chúng bằng 0 Đó là do khi có sự độc lập thống kê

Thay thế vào biểu thức (2.2):

Mặc dù hiệp phương sai bằng 0 giữa hai biến X và Y không đảm bảo chúng độc lập, nhưng điều này có thể gây nhầm lẫn Đơn vị đo của hiệp phương sai Cov(X, Y) là tích của đơn vị đo của X và Y Trong khi đó, tương quan (correlation) là một chỉ số không có đơn vị phản ánh mức độ phụ thuộc tuyến tính giữa hai biến, và nó phụ thuộc vào hiệp phương sai.

Nếu X, Y là các biến ngẫu nhiên giá trị thực và a, b là các hằng, thì dưới đây là các hệ quả của định nghĩa hiệp phương sai:

Cov aX bY =ab Cov X Y (2.7)

Với các dãy biến ngẫu nhiên X1, , Xn và Y1, , Ym Có được tính chất sau:

Với dãy biến ngẫu nhiên X1, , Xn Có được tính chất sau:

➢ Ma trận hiệp phương sai

Ma trận hiệp phương sai của m biến ngẫu nhiên là một ma trận vuông kích thước m × m, trong đó các phần tử trên đường chéo đại diện cho phương sai của từng biến (Var(X) = Cov(X,X)), còn các phần tử không nằm trên đường chéo thể hiện hiệp phương sai giữa các cặp biến ngẫu nhiên khác nhau trong tập hợp.

Ký hiệu X là một vector cột, Xi là các thành phần của vector này

Nếu các thành phần của vector cột là các biến ngẫu nhiên với phương sai xác định và không quá lớn, ma trận hiệp phương sai Σ sẽ có thành phần (i, j) đại diện cho hiệp phương sai giữa các biến.

Trong đú ài = E(Xi) là giỏ trị kỡ vọng của thành phần thứ i của vector X Núi cỏc khác:

Độ liên tục cung cấp điện [12]

Độ liên tục là xác suất hệ thống hoàn thành nhiệm vụ trong thời gian và điều kiện nhất định, đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống lớn như máy bay và dây chuyền sản xuất công nghiệp Mỗi thành phần trong hệ thống được thiết kế để đảm bảo độ liên tục, từ đó nâng cao độ tin cậy Thực tế cho thấy, tổn thất độ liên tục không chỉ do hỏng hóc của các bộ phận phức tạp mà còn có thể xuất phát từ lỗi trong lắp ráp các linh kiện đơn giản hoặc sự gián đoạn nguồn cung cấp điện.

Hệ thống điện bao gồm các giai đoạn phát điện, truyền tải, phân phối và cung cấp cho các phụ tải Mỗi phụ tải có cấu thành và mức độ quan trọng khác nhau Việc mất điện cho các phụ tải quan trọng có thể gây thiệt hại lớn về kinh tế, an ninh, quốc phòng và sức khỏe con người Do đó, khi xảy ra nhiễu loạn trong hệ thống điện, người vận hành cần nhanh chóng đưa ra chiến lược sa thải phụ tải hợp lý để khôi phục hoạt động của hệ thống với thiệt hại tối thiểu.

Trong một phụ tải thì có 3 phụ tải chính: phụ tải loại 1, phụ tải loại 2 và phụ tải loại

3 Phụ tải loại 1 là loại phụ tải được cung cấp điện liên tục nếu mất điện sẽ gây ra những hậu quả vô cùng nghiêm trọng Đối với tính mạng con người thì loại phụ tải này là các hầm mỏ, bệnh viện….Đối với sản xuất kinh doanh: Trong các nhà máy luyện thép, lò cao… Ngoài ra còn làm mất trật tự trị an và ảnh hưởng đến chính trị, quốc tế như các loại phụ tải là các đại sứ quán,các công trình văn hoá công cộng….Phụ tải loại 2 là loại phụ tải nếu mất điện sẽ gây thiệt hại về kinh tế như sản xuất sản phẩm bị thiếu hụt ,thứ phẩm tăng ,gây ra lãng công và không sử dụng hết công suất thiết bị.Phụ tải loại 3 là loại phụ tải cho phép mất điện,đó là các công trình dân dụng,công trình phúc lợi,khu dân cư… Vì thế mà trong mỗi nút phụ tải sẽ có phần trăm tải quan trọng, tương đối quan trọng và không quan trọng khác nhau Giả thiết này phù hợp với thực tế vận hành lưới điện Thông qua khảo sát của các chuyên gia trên hệ thống điện IEEE 37 nút thì phần trăm đặc tính phụ tải của từng nút tải trong hệ thống được trình bày ở bảng sau

Bảng 2.1: Phần trăm đặc tính phụ tải của từng nút tải trong hệ thống điện IEEE 37 nút

Phụ tải loại 1 Phụ tải loại 2 Phụ tải loại 3

Khoảng cách pha trong hệ thống điện [13]

Định nghĩa khoảng cách điện về pha giữa hai nút có thể được mở rộng bằng cách sử dụng các phần tử của ma trận [θ/P] Công thức này cho phép xác định mối quan hệ giữa các biến trong hệ thống, từ đó cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thức hoạt động của các nút trong mạng.

    là các thành phần được trích xuất từ ma trận Jacobi J1

Khoảng cách này được xác định bởi ma trận Jacobian, phản ánh công suất tác dụng và công suất phản kháng trong lưới điện Kích thước cuối cùng của khoảng cách này thể hiện nghịch đảo công suất tác dụng, cụ thể là một góc pha liên quan đến công suất tác dụng.

Bằng cách hoán vị các thành phần của phương trình (2.13), sẽ có 2 sự lý giải về khoảng cách pha Phương trình (2.13) được viết lại như sau:

 là khoảng cách pha giữa j và i do công suất bơm vào nút j

 là khoảng cách pha giữa i và j do công suất bơm vào nút i

Phương trình (2.13) được viết lại theo một cách khác:

 là sự biến đổi về góc pha tại j do công suất tác dụng chuyển từ j đến i

 là sự biến đổi về góc pha tại i do công suất tác dụng chuyển từ i đến j

Hình 2.1: Sơ đồ khối mối quan hệ giữa máy phát j với các tải về khoảng cách pha

Khoảng cách giữa hai nút điện càng gần thì khoảng cách về góc pha sẽ càng nhỏ

Các nút tải gần máy phát bị sự cố, tức là những nút có khoảng cách pha nhỏ hơn, sẽ được ưu tiên sa thải Việc sa thải những nút tải này giúp hệ thống phục hồi nhanh chóng hơn so với việc sa thải các nút tải ở xa.

Khoảng cách điện áp trong hệ thống điện

Biểu thức toán học để tính khoảng cách điện áp giữa các nút trong hệ thống điện có thể được xác định từ các yếu tố khác nhau của ma trận mạng.

Ma trận suy giảm giữa các nút trong hệ thống được ký hiệu là aij, trong đó mỗi số hạng aij thể hiện mức độ suy giảm tại nút i khi có sự nhiễu loạn tại nút j Độ suy giảm được tính toán dựa trên mối quan hệ giữa các nút trong ma trận.

Hoặc  ij = ( Z ij Z jj ) hoặc  ij = (   V i Q j ) (  V j  Q j )

Thay vì tính toán từ ma trận [Xbus], có thể thực hiện từ ma trận [Zbus] Phương pháp chính được đề cập là tính toán từ ma trận [δV / δQ], trong đó số hạng aij được xác định từ ma trận J4 của ma trận Jacobian Công thức tính aij cho thấy ma trận suy giảm [a] không đối xứng, điều này chỉ ra rằng sự suy giảm tại nút i do nhiễu loạn từ nút j và sự suy giảm tại nút j do nhiễu loạn tại nút i là khác nhau.

 =   Khoảng cách điện áp giữa nút i và nút j được xác định bởi biểu thức sau:

Tuy nhiên, để thu được khoảng cách đối xứng, biểu thức phía dưới có thể lấy như một định nghĩa về khoảng cách điện áp giữa hai nút i và j

Dựa vào biểu thức (2.18), khoảng cách điện áp giữa các nút i và j tỷ lệ nghịch với giá trị aij, nghĩa là giá trị aij càng lớn thì khoảng cách điện áp càng nhỏ Đồng thời, theo biểu thức (2.16), độ suy giảm điện áp sẽ tăng lên khi giá trị aij lớn Từ hai kết luận này, có thể xây dựng bài toán sa thải phụ tải, trong đó những nút tải có khoảng cách điện áp nhỏ sẽ được ưu tiên sa thải với lượng công suất lớn hơn Ngược lại, những nút tải có khoảng cách điện áp lớn sẽ có lượng công suất sa thải ít hơn.

Thuật toán AHP

Phương pháp Phân tích Thứ bậc (AHP) được Thomas Saaty giới thiệu vào năm 1980, là một công cụ hiệu quả cho việc ra quyết định đa mục tiêu AHP dựa trên nguyên tắc so sánh cặp và bao gồm ba bước chính: phân tích, đánh giá và tổng hợp Đầu tiên, AHP giúp phân tích các vấn đề phức tạp với nhiều tiêu chí theo cấu trúc thứ bậc, từ đó hỗ trợ người dùng trong việc đưa ra quyết định chính xác hơn.

Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc thứ bậc (Saaty, T.L., 1980)

Sơ đồ cấu trúc thứ bậc bắt đầu từ mục tiêu, được phân tích qua các tiêu chí lớn và tiêu chí thành phần, với cấp bậc cuối cùng bao gồm các phương án lựa chọn Quá trình đánh giá áp dụng ma trận so sánh cặp với thang điểm 9, xác định trọng số dựa trên vector riêng tương ứng với giá trị riêng lớn nhất và kiểm tra hệ số nhất quán Cuối cùng, tổng hợp tất cả các trọng số để đưa ra quyết định tối ưu.

Phương pháp này hỗ trợ người dùng trong việc đưa ra quyết định lựa chọn phương án tối ưu bằng cách xác định và phân cấp các yếu tố ảnh hưởng đến vấn đề cần giải quyết Nó giúp giảm thiểu rủi ro trong quá trình ra quyết định và được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống.

Bảng 2.2: Phân loại tầm quan trọng tương đối của Saaty [14]

Mức độ Định nghĩa Giải thích

1 Khi chỉ số A và chỉ số B quan trọng bằng nhau

2 thành phần đóng vai trò quan trọng với mục tiêu là như nhau

3 Khi chỉ số A quan trọng hơn một chút so với chỉ số B

Kinh nghiệm và sự phán đoán hơi nghiêng về thành phần này hơn thành phần khác

5 Khi chỉ số A quan trọng hơn chỉ số B

Kinh nghiệm và sự phán đoán nghiên nhiều về thành phần này hơn thành phần khác

7 Khi chỉ số A quan trọng hơn nhiều so với chỉ số B

Thành phần này được ưu tiên rất nhiều so với thành phần kia và được chứng minh trong thực tế

9 Khi chỉ số A cực kỳ quan trọng hơn chỉ số B

Thành phần này quan trọng hơn hẳn thành phần kia ở mức cao nhất có thể

2,4,6,8 Mức trunng gian giữa các mức nêu trên

Cần sự thỏa hiệp giữa 2 mức độ nhận định

➢ Các bước thực hiện theo phương pháp thuật toán AHP [15]

Hình 2.3: Sơ đồ các bước thực hiện theo phương pháp AHP

➢ Kiểm tra tính nhất quán của kết quả theo phương pháp AHP [15]

Việc xếp hạng thứ bậc các phần tử trong vector riêng dựa trên giá trị của chúng, phản ánh tầm quan trọng tương đối của từng yếu tố Chỉ số nhất quán CI được sử dụng để xác định độ tin cậy của xếp hạng phân cấp này.

Trong đó:  max là giá trị riêng lớn nhất của ma trận phán đoán, n là kích thước của ma trận phán đoán

Ma trận ý kiến chuyên gia

Xây dựng ma trận phán đoán

Tính toán giá trị riêng lớn nhất và giá trị riêng tương ứng của ma trận phán đoán

Trọng số của từng tiêu chí

Kiểm tra tính nhất quán

Trong đó, RI đại diện cho một tập hợp các chỉ số nhất quán ngẫu nhiên đã cho, trong khi CR là tỷ lệ nhất quán ngẫu nhiên Đối với ma trận có kích thước từ một đến chín, các giá trị của RI sẽ được xác định cụ thể.

Bảng 2.3: Chỉ số nhất quán từ các kích thước khác nhau của ma trận n 1 2 3 4 5 6 7 8 9

RI 0.00 0.00 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 Điều rõ ràng là đối với ma trận có thứ nguyên là một hoặc hai, không nhất thiết phải kiểm tra tỷ lệ nhất quán ngẫu nhiên Nói chung, ma trận phán đoán được thỏa mãn nếu tỷ lệ nhất quán ngẫu nhiên, CR