xác định điểm đo trong lưới điện phân phối để đánh giá trạng thái vận hành
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.34 MB, 137 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN TRƯỜNG DUY
XÁC ĐỊNH ĐIỂM ĐO TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
ĐỂ ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI VẬN HÀNH
NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250
S KC 0 0 0 4 5 7
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2005
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
XÁC ĐỊNH ĐIỂM ĐO TRONG LƯỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐỂ ĐÁNH GIÁ
TRẠNG THÁI VẬN HÀNH
CHUYÊN NGÀNH : THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
MÃ SỐ NGÀNH : 60 52 50
HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: NGUYỄN TRƯỜNG DUY
NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. TRƯƠNG VIỆT ANH
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 08 NĂM 2005
CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Trương Việt Anh
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 1:........................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2:........................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
Luận văn Thạc só được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT,
ngày ........tháng ...... năm 2005
ii
LỜI CÁM ƠN
Luận văn này được thực hiện tại Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp – Khoa Điện
Tử – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
Em xin chân thành cảm ơn
TS. TRƯƠNG VIỆT ANH
Người thầy luôn mẫu mực, tận tụy yêu nghề với tất cả niềm say mê
Người thầy đã đề ra phương hướng, hết lòng chỉ bảo, hướng dẫn,
truyền đạt những kiến thức chuyên môn cùng kinh nghiệm nghiên cứu
trong suốt thời gian em học tập, làm việc và thực hiện luận văn này.
…Với tất cả lòng kính yêu của em
iv
Xin chân thành cảm ơn
Ban Giám Hiệu,
Ban chủ nhiệm khoa Điện – Điện Tử
Phòng Quản lý sau Đại Học
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Đã luôn động viên và tạo những điều kiện tốt nhất về vật chất và tinh
thần để chúng tôi có thể hoàn tất luận văn này.
…Với tất cả tấm lòng.
Xin chân thành cảm ơn
Các Thầy Cô trong Khoa Điện và Điện Tử
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Các bạn bè đồng nghiệp
Những người luôn giành những tình cảm sâu sắc nhất,luôn động
viên,khuyến khích tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình
thực hiện luận văn này.
Thành phố Hồ Chí Minh,ngày 28 tháng 8 năm 2005
Nguyễn Trường Duy
v
TÓM TẮT
Phương pháp đặt máy đo trong hệ thống phân phối nhằm mục đích xác đònh
số lượng máy đo và vò trí đặt máy đo sao cho ước lượng trạng thái hệ thống
có sai số nhỏ nhất. Phương pháp đưa ra nhằm để đánh giá trạng thái của tất
cả các nhánh đường dây trong hệ thống dựa trên số liệu thu nhận được từ
một số lượng rất ít các máy đo. Các số liệu lấy được từ những máy đo này
kết hợp với một số thông số khác có thể sử dụng trong đánh giá trạng thái
của hệ thống phân phối, cung cấp dữ liệu cần thiết cho việc theo dõi và
điều khiển hệ thống phân phối theo thời gian thực, dự báo phụ tải và xây
dựng mô hình lưới điện trong tương lai. Giải thuật được xây dựng trên cở sở
phương pháp heuristic để tìm vò trí đặt máy đo tối ưu. Ước lượng trạng thái
đóng vai trò quan trọng trong phương pháp này bởi vì nó quyết đònh sai số
của phương pháp. Phương pháp này có thể sử dụng để xây dựng hệ thống
máy đo cho những hệ thống phân phối mới, kiểm tra sai số ước lượng trạng
thái cho hệ thống máy đo và bổ sung máy đo vào hệ thống. Tuy nhiên khi
xét đến mặt chi phí thì số lượng máy đo được đặt hoặc bổ sung vào hệ
thống phải ít nhất và đảm bảo sai số ước lượng trạng thái trong phạm vi cho
phép. Giải thuật đưa ra được thử nghiệm đặt máy đo trên các đường dây
hình tia không rẽ nhánh, đường dây hình tia có rẽ nhánh và ứng dụng kiểm
tra sai số ước lượng dòng công suất nhánh và bổ sung máy đo cho phát
tuyến Trường Đua – Lữ Gia của trạm Trường Đua của lưới điện Phú Thọ.
vi
MỤC LỤC
Trang
Trang tựa đề ........................................................................................................i
Trang nhận xét .................................................................................................. ii
Quyết đònh giao đề tài ...................................................................................... iii
Lời cám ơn.........................................................................................................iv
Tóm tắt nội dung ...............................................................................................vi
Mục lục ............................................................................................................ vii
Liệt kê các bảng................................................................................................ix
Liệt kê các hình..................................................................................................x
PHẦN A. GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
I.
Đặt vấn đề .............................................................................................1
II.
Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn ......................................................2
III. Phạm vi nghiên cứu ...............................................................................2
IV. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................3
V.
Điểm mới của luận văn .........................................................................3
VI. Giá trò thực tiễn của luận văn ................................................................3
VII. Các thuật ngữ .........................................................................................4
VIII. Bố cục của luận văn ..............................................................................4
PHẦN B. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỂM
ĐO VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN CỦA LUẬN VĂN
I.
Đặc điểm của hệ thống phân phối.........................................................6
II. Thực trạng hệ thống điện phân phối hiện nay của Việt Nam...............7
III. Vấn đề ước lượng trạng thái ..................................................................7
IV. Các phương pháp xác đònh điểm đo trong hệ thống..............................8
1. Phương pháp xác đònh điểm đo để ước lượng trạng thái hệ thống .....9
2. Đặt máy đo để theo dõi đường dây phân phối trong thời gian thực .14
vii
3. Đặt máy đo bằng phương pháp heuristic cho dự báo tải...................23
V. Phương pháp tiếp cận của luận văn .....................................................27
CHƯƠNG 2. GIẢI THUẬT XÁC ĐỊNH ĐIỂM ĐO
I.
Mô tả bài toán .....................................................................................30
1. Ảnh hưởng của điểm đo đến độ chính xác của hệ thống đo lường...31
2. Ảnh hưởng của số lượng máy đo lên phương pháp ước lượng
dòng công suất nhánh .......................................................................32
II. Xây dựng phương pháp ước lượng dòng công suất nhánh...................32
III. Vò trí đặt máy đo..................................................................................34
IV. Ví dụ thử nghiệm .................................................................................36
1. Kết quả thử nghiệm trên đường dây phân phối không rẽ nhánh......36
2. Kết quả thử nghiệm trên đường dây phân phối có rẽ nhánh............44
V. Kết luận ...............................................................................................47
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÚ THỌ
I.
Chương trình máy tính .........................................................................50
II. Mô tả đường dây Trường Đua – Lữ Gia của lưới điện Phú Thọ .........52
III. Kết quả ................................................................................................55
IV. Đánh giá kết quả .................................................................................61
PHẦN C. KẾT LUẬN
I.
Về mặt lý thuyết ..................................................................................63
II. Về mặt thực tiễn ..................................................................................63
III. Hướng phát triển tương lai...................................................................63
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
viii
LIỆT KÊ CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1 Những thiết bò đặt dưới SCADA....................................................17
Bảng 2.1 Giá trò của các tải theo đồ thò phụ tải ................................................................... 37
Bảng 2.2 Một số giá trò của các mẫu tải thực ...............................................38
Bảng 2.3 Các giá trò dòng công suất nhánh Pnith , Q nith ....................................38
Bảng 2.4 Công suất nhánh thực ....................................................................39
Bảng 2.5 Công suất nhánh ước lượng ...........................................................39
Bảng 2.6 Sai số ước lượng dòng công suất nhánh ........................................39
Bảng 2.7 Sai số ước lượng trung bình ...........................................................40
Bảng 2.8 Các giá trò dòng công suất nhánh ước lượng .................................40
Bảng 2.9 Sai số ước lượng dòng công suất nhánh ........................................40
Bảng 2.10 Sai số ước lượng trung bình khi máy đo đặt trên nhánh 1 và 4 .....40
Bảng 2.11 Sai số ước lượng trung bình khi máy đo đặt trên nhánh 1 và 5 .....40
Bảng 2.12 Sai số ước lượng dòng công suất nhánh ........................................41
Bảng 2.13 Sai số ước lượng trung bình của từng nhánh..................................41
Bảng 2.14 Sai số ước lượng dòng công suất nhánh .......................................42
Bảng 2.15 Sai số ước lượng trung bình của từng nhánh..................................42
Bảng 2.16 Sai số ước lượng dòng công suất nhánh .......................................43
Bảng 2.17 Sai số ước lượng trung bình của từng nhánh..................................43
Bảng 2.18 Các giá trò đồ thò phụ tải công suất tác dụng.................................45
Bảng 2.19 Các giá trò đồ thò phụ tải công suất phản kháng............................46
Bảng 2.20 Sai số ước lượng trung bình của các dòng công suất nhánh..........46
Bảng 3.1 Công suất trung bình và công suất máy biến áp tại các nút tải ....52
Bảng 3.2 Kết quả sai số ước lượng dòng công suất nhánh ...........................55
Bảng 3.3 Sai số ước lượng lớn nhất của các nhánh ......................................59
Bảng 3.4 Sai số ước lượng lớn nhất của các nhánh khi đặt thêm máy đo
trên nhánh 50.................................................................................59
Bảng 3.5 Sai số ước lượng lớn nhất của các nhánh khi đặt thêm máy đo
trên nhánh 50.................................................................................60
ix
LIỆT KÊ CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1 Vùng SW và vùng máy đo .............................................................19
Hình 1.2 Lưu đồ giải thuật đặt máy đo bằng heuristic .................................26
Hình 2.1 Đồ thò phụ tải loại chiếu sáng sinh hoạt.........................................30
Hình 2.2 Đồ thò phụ tải loại công nghiệp......................................................30
Hình 2.3 Đồ thò phụ tải loại dòch vụ ..............................................................31
Hình 2.4 Vùng máy đo trên đường dây phân phối hình tia...........................32
Hình 2.5 Đường dây phân phối hình tia ........................................................33
Hình 2.6 Lưu đồ giải thuật ............................................................................35
Hình 2.7 Đường dây thử nghiệm 1................................................................36
Hình 2.8 Biểu diễn sai số ước lượng phần trăm theo
dòng công suất nhánh....................................................................44
Hình 2.9 Đường dây thử nghiệm 2................................................................44
Hình 2.10 Biểu diễn sai số theo dòng công suất nhánh với các
vò trí máy đo ..................................................................................47
Hình 3.1 Giao diện chương trình xác đònh điểm đặt máy đo ........................50
Hình 3.2 Sơ đồ đơn tuyến của tuyến Trường Đua – Lữ Gia .........................54
x
PHẦN A
GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
I.
ĐẶT VẤN ĐỀ
II.
MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN
III.
PHẠM VI NGHIÊN CỨU
IV.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
V.
ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN
VI.
GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN
VII. CÁC THUẬT NGỮ
VIII. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
Phần A: Giới thiệu luận văn
I. Đặt vấn đề
Để đáp ứng yêu cầu phát triển của công nghiệp, xu hướng hiện nay trên các quốc
gia là dần dần tiến đến thò trường điện. Chỉ có thò trường điện mới làm thay đổi
cách vận hành của lưới truyền tải và phân phối. Do sự gia tăng số giao dòch năng
lượng trên thò trường tạo nên những dòng công suất qua hệ thống khó có thể dự
kiến trước được. Để theo dõi những dòng công suất này chính xác và tin cậy đòi
hỏi hệ thống đo lường phải đủ mạnh. Hơn thế nữa không giống như những hệ
thống trước đây, hệ thống điện hiện đại được trang bò những bộ điều khiển dòng
công suất (UPFC). Việc theo dõi những thiết bò này và những thông số của chúng
cũng trở nên quan trọng.
Để theo dõi hệ thống và các thiết bò trên hệ thống chặt chẽ hơn những công ty
điện lắp đặt thêm những hệ thống quản lý năng lượng (EMS 1 ). Mục đích của
EMS là theo dõi điều khiển và tối ưu hóa việc phát và truyền tải với sự tiến bộ
của kỹ thuật máy tính. Ước lượng trạng thái là một trong những công việc cần
thiết của EMS. Những kết quả của ước lượng trạng thái cung cấp cơ sở dữ liệu
thời gian thực cho những ứng dụng tiến bộ khác như là phân tích an ninh, kinh tế,
tối ưu hóa dòng công suất, …. Người ước lượng trạng thái xử lý những bộ phép đo
trong thời gian thực để giải quyết cho việc đánh giá tốt nhất trạng thái của hệ
thống tại thời điểm hiện tại.
Độ chính xác của ước lượng trạng thái tùy thuộc vào chất lượng của dữ liệu cũng
như cấu hình của bộ máy đo. Chất lượng của dữ liệu có thể được cải thiện bằng
cách sử dụng những thiết bò máy đo và hệ thống truyền thông tin chất lượng cao.
Mặt khác, cấu hình bộ máy đo cần thiết phải được thiết kế tốt để đảm bảo độ
chính xác cho ước lượng trạng thái. Những vò trí và loại phép đo sẽ làm thay đổi
sự ước lượng trạng thái của toàn bộ hệ thống. Nhưng thường thì cấu hình máy đo
sẳn có hầu hết không được thiết kế tốt. Vì thế phương pháp xác đònh vò trí của
những phép đo thêm vào dựa trên một số tiêu chuẩn sẽ giúp ích hơn trong việc
vận hành tối ưu hệ thống.
1
EMS: Energy Management System
Học viên: Nguyễn Trường Duy
Trang 1
Phần A: Giới thiệu luận văn
Hệ thống điện phân phối là một hệ thống rất lớn và một thao tác bất kỳ nào tác
động đến hệ thống nhằm cải thiện chất lượng điện cung cấp của hệ thống đều
phải dựa vào những thông số thực. Để giám sát tốt hệ thống theo thời gian thực
thì cần phải đặt một số lượng máy đo thích hợp để lấy các thông số thực của hệ
thống. Nhưng do số lượng máy đo có giới hạn nên các thông số thực từ những
máy đo không đánh giá chính xác được trạng thái của hệ thống. Ước lượng trạng
thái là công cụ giúp đánh giá gần đúng trạng thái hệ thống. Để có ước lượng
trạng thái chính xác nhất cần phải đặt máy đo tại những vò trí thích hợp nhất. Vì
nếu đặt thiết bò đo nhiều thì chi phí sẽ rất cao nhưng nếu đặt ít thiết bò đo kết hợp
với ước lượng trạng thái mang lại hiệu quả hơn. Vấn đề xác đònh điểm đo trong
hệ thống không những có ý nghóa đối với việc giải quyết về mặt kỹ thuật trong
vận hành hệ thống mà còn giảm chi phí cho những máy đo giám sát hệ thống.
II. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
Mục tiêu của luận văn là tìm ra giải thuật xác đònh điểm đặt máy đo trong hệ
thống điện phân phối sao cho sai số ước lượng trạng thái của hệ thống nhỏ nhất
với số lượng máy đo cho trước để giảm chi phí cho hệ thống máy đo giám sát hệ
thống. Các nhiệm vụ cụ thể như sau:
1. Xây dựng giải thuật mới xác đònh điểm đặt máy đo cũng như xác đònh sơ
đồ máy đo cho hệ thống mới với sai số ước lượng trạng thái trong phạm vi
cho phép.
2. Ước lượng trạng thái hệ thống với các số liệu từ những máy đo có sẳn.
3. Bổ sung máy đo cho hệ thống máy đo có sẳn để giảm sai số ước lượng
trạng thái cho hệ thống và ứng dụng thực tế.
III. Phạm vi nghiên cứu
Vấn đề đánh giá trạng thái là một vấn đề lớn cần có nhiều thời gian để nghiên
cứu. Để đánh giá tốt trạng thái của hệ thống thì tất yếu phải lắp đặt một số thiết
bò đo vào hệ thống. Vậy vò trí đặt những thiết bò đo này được xác đònh như thế
nào. Phạm vi nghiên cứu trong luận văn là:
Học viên: Nguyễn Trường Duy
Trang 2
Phần A: Giới thiệu luận văn
1. Bài toán ước lượng dòng công suất nhánh
2. Bài toán xác đònh điểm đặt máy đo bằng heuristic để giảm sai số ước lượng
dòng công suất nhánh trong hệ thống điện phân phối hình tia.
IV. Phương pháp nghiên cứu
1. Sử dụng phương pháp mô hình hóa lưới điện để tạo bộ dữ liệu dòng công
suất nhánh có thể xảy ra trong thực tế.
2. Sử dụng phương pháp phân tích dòng công suất để tìm công suất trên các
nhánh.
3. Sử dụng phương pháp tìm kiếm heuristic để tìm vò trí đặt máy đo và ước
lượng dòng công suất trên các nhánh
V. Điểm mới của luận văn
1. Bài toán xác đònh vò trí đặt máy đo được xét trong một khoảng thời gian
theo đồ thò phụ tải ngày.
2. Phương pháp xác điểm đặt máy đo mới dựa trên cơ sở phương pháp
heuristic có xét đến ảnh hưởng của các máy đo lên nhau.
3. Phương pháp này có thể sử dụng để thiết lập sơ đồ máy đo cho hệ thống
mới và cũng có thể sử dụng để kiểm tra sai số ước lượng dòng công suất
nhánh và bổ sung vò trí đặt máy đo mới.
VI. Giá trò thực tiễn của luận văn
1. Xác đònh vò trí đặt máy đo trong hệ thống điện phân phối bằng heuristic để
giảm sai số ước lượng trạng thái đưa ra trong luận văn là một phương pháp
mới, đóng vai trò là nền tảng trong vận hành hệ thống phân phối.
2. Giải thuật tìm vò trí đặt máy đo bằng heuristic có ưu điểm là tính toán đơn
giản và tìm được vò trí tối ưu để đặt máy đo cho nên số lượng máy đo là tối
thiểu.
3. Vò trí đặt máy đo thích hợp không chỉ làm giảm chi phí cho hệ thống máy
đo giám sát hệ thống mà còn giúp cho người vận hành đánh giá chính xác
Học viên: Nguyễn Trường Duy
Trang 3
Phần A: Giới thiệu luận văn
hơn trạng thái của hệ thống để có những quyết đònh thích hợp trong vận
hành.
VII.
Các thuật ngữ
Ước lượng dòng công suất nhánh: xác đònh dòng công suất trên nhánh dựa
vào phương pháp dự đoán gần đúng
Ước lượng trạng thái: xác đònh trạng thái vận hành của hệ thống thông qua
những thông số dự báo của hệ thống
Sai số ước lượng: là độ sai lệch của giá trò xác đònh được bằng dự đoán so
với giá trò thực tế
VIII. Bố cục của luận văn
Luận văn được trình bày theo các phần sau:
Phần A: Giới thiệu luận văn
Phần B: Nội dung
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác đònh điểm đo và
phương pháp tiếp cận của luận văn
Chương 2: Giải thuật đặt máy đo
Chương 3: Ứng dụng trên lưới điện Phú Thọ
Phần C: Kết luận
Tài liệu tham khảo và phụ lục
Học viên: Nguyễn Trường Duy
Trang 4
PHAÀN B
NOÄI DUNG
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC
ĐỊNH ĐIỂM ĐO VÀ PHƯƠNG PHÁP
TIẾP CẬN CỦA LUẬN VĂN
I.
ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI
II. THỰC TRẠNG HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI HIỆN NAY
CỦA VIỆT NAM
III. VẤN ĐỀ ƯỚC LƯNG TRẠNG THÁI
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỂM ĐO TRONG
HỆ THỐNG
V.
PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN CỦA LUẬN VĂN
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác đònh điểm đo và phương pháp tiếp cận
I. Đặc điểm của hệ thống điện phân phối
Hệ thống điện phân phối là hệ thống chuyển tải điện năng trực tiếp từ các trạm
biến áp trung gian đến khách hàng. Đường dây truyền tải thường được vận hành
mạch vòng hay mạch hình tia, còn các đường dây phân phối luôn được vận hành
hình tia trong mọi trường hợp. Nhờ cấu trúc vận hành hình tia mà số liệu đo đạc
để theo dõi hệ thống có thể lấy từ nút gốc và trên thực tế số liệu đo này thường
cũng chỉ đo ở các phát tuyến. Khi hệ thống xảy ra sự cố quá tải hay ngắn mạch
tại một vò trí nào đó thì khó có thể xác đònh được. Để tái cung cấp điện cho khách
hàng sau sự cố, hầu hết các tuyến dây đều có các mạch vòng liên kết với các
đường dây kế cận được cấp điện từ một trạm biến áp trung gian khác hay từ chính
trạm biến áp có đường dây bò sự cố. Việc khôi phục lưới được thực hiện thông qua
các thao tác đóng/cắt các cặp khóa điện nằm trên các mạch vòng, do đó trên lưới
phân phối có rất nhiều khóa điện.
Để chống quá tải đường dây và giảm tổn thất, các điều độ viên sẽ theo dõi trạng
thái hệ thống để thay đổi cấu trúc lưới điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt
các cặp khóa điện hiện có trên lưới. Bên cạnh đó, trong quá trình phát triển, phụ
tải liên tục thay đổi, vì vậy xuất hiện nhiều mục tiêu vận hành lưới điện phân
phối để phù hợp với tình hình cụ thể. Tuy nhiên, các điều kiện vận hành lưới
phân phối luôn phải thỏa mãn các điều kiện:
- Cấu trúc vận hành hở
- Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện, sụt áp trong phạm vi cho phép
- Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp
- Đường dây, máy biến áp và các thiết bò khác không bò quá tải
Một đường dây phân phối luôn có nhiều loại phụ tải khác nhau (ánh sáng sinh
hoạt, thương mại dòch vụ, công nghiệp, …) và các phụ tải này được phân bố không
đồng đều giữa các đường dây. Mỗi loại tải lại có thời điểm đỉnh tải khác nhau và
luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa. Vì vậy, trên các đường
Học viên: Nguyễn Trường Duy
Trang 6
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác đònh điểm đo và phương pháp tiếp cận
dây, đồ thò phụ tải không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ.
Điều này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối.
Vì vậy trong hệ thống phân phối cần lắp đặt những máy đo để theo dõi dòng công
suất trên các nhánh. Nhưng xét về mặt đầu tư thì hệ thống phân phối thường có
chi phí cho đường dây lẫn trong vận hành rất thấp so với hệ thống truyền tải. Cho
nên số lượng máy đo dùng trong hệ thống phân phối thường ở dưới mức tối thiểu
cần thiết. Vì thế, vò trí đặt những máy đo này phải xem xét đến những ràng buộc
kỹ thuật. Vì vậy cần có một giải thuật xác đònh điểm đặt máy đo để theo dõi dòng
công suất trên các nhánh của hệ thống một cách chặt chẽ nhất.
II. Thực trạng hệ thống điện phân phối hiện nay của Việt Nam
Hiện nay trên lưới điện phân phối Việt Nam còn tồn tại một số vấn đề như:
1. Các phần tử trên hệ thống điện phân phối rất lớn và số liệu đo đạc trên hệ
thống phân phối là không cùng lúc.
2. Hệ thống đo lường chưa nhiều và không được thiết kế tốt mà các thiết bò đo
thường chỉ đặt tại các phát tuyến đi kèm với các thiết bò đóng cắt.
3. Các thiết bò đo lường tuy có khả năng liên kết từ xa nhưng chưa được sử
dụng hiệu quả.
4. Việc lấy các thông số theo thời gian thực gặp rất nhiều khó khăn.
Do đó nên không thể ước lượng tốt trạng thái hệ thống theo thời gian thực để
giám sát và điều khiển hệ thống theo thời gian thực. Hệ thống đo lường cần được
thiết kế tốt thì mới cho kết quả ước lượng trạng thái hệ thống dựa vào số liệu
nhận được từ những máy đo này được chính xác hơn. Những số liệu đo được còn
là cơ sở dữ liệu cho dự báo phụ tải và xây dựng mô hình hệ thống điện tương lai.
III. Vấn đề ước lượng trạng thái (SE)
Trạng thái của hệ thống điện được đặc trưng bởi vector trạng thái là một tập hợp
đầy đủ các biến xác đònh duy nhất một chế độ (xác lập) của hệ thống điện. Như
khi xem xét bài toán giải tích chế độ, có thể lấy tập hợp điện áp và góc pha tương
Học viên: Nguyễn Trường Duy
Trang 7
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác đònh điểm đo và phương pháp tiếp cận
ứng ở các nút trong hệ thống làm vector trạng thái. Tất cả các thông số chế độ
khác có thể xác đònh duy nhất từ điện áp.
Trong vận hành hệ thống điện hiện đại, cần phải xác đònh được trạng thái của hệ
thống trong thời gian thực. Các thông số trạng thái này sẽ lập nên một cơ sở dữ
liệu thời gian thực cần thiết cho việc đánh giá và điều khiển độ an toàn cung cấp
điện cũng như tính kinh tế của hệ thống liên tục trong quá trình vận hành. Các
yêu cầu nói trên được thực hiện bởi bài toán ước lượng trạng thái (SE) của hệ
thống điện, thuộc loại bài toán trực tuyến là một nhiệm vụ chính của các trung
tâm điều độ điều khiển hệ thống điện.
Để ước lượng trạng thái thực tại một thời điểm vận hành, tất nhiên không chỉ dựa
vào các thông số quy hoạch, nhân tạo (ví dụ như các thông số cấu trúc lưới, thông
số quy hoạch nguồn và tải, …) mà nó phải dựa trên các dữ liệu đo trực tiếp trong
hệ thống. Tuy nhiên ở đây gặp phải vấn đề là các số đo này không hoàn thiện,
chúng không chính xác, thậm chí sai, hoặc thiếu (thiếu điểm đo hoặc sai số trong
hệ thống đo và truyền số liệu).
Sự không hoàn thiện của dữ liệu là một lý do khiến ta không thể dùng phương
pháp giải tích chế độ cho ước lượng trạng thái, cách tiếp cận giải hệ phương trình
ở chế độ xác lập là không có hiệu quả đối với dữ liệu có sai số, kết quả giải của
nó rất thay đổi đối với sự thay đổi trong dữ liệu công suất nút, đồng thời không
cho phép sử dụng sự dư thừa dữ liệu để hạn chế ảnh hưởng của sai số đo.
Từ những nhận đònh trên, nhiệm vụ của ước lượng trạng thái từ tất cả các dữ liệu
lấy được theo thời gian thực (bao gồm dữ liệu đo và các dữ liệu khác) có dư thừa
và không hoàn hảo, lọc ra trạng thái thực của hệ thống, tính toán những thông số
còn thiếu, phát hiện và nhận diện dữ liệu sai (bao gồm cả thông số chế độ và
thông số cấu trúc lưới).
IV. Các phương pháp xác đònh điểm đo trong hệ thống điện
Có nhiều phương pháp đặt máy đo được đưa ra. Koglin đưa ra giải thuật heuristic
cho hệ thống tự động loại trừ những phép đo dựa trên những đại lượng quan tâm
Học viên: Nguyễn Trường Duy
Trang 8
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác đònh điểm đo và phương pháp tiếp cận
[17]. Aam và các cộng sự mở rộng phương pháp của Koglin và dùng nó để xác
đònh dữ liệu của những phép đo bò sai hoặc mất và giảm bớt sự phức tạp trong
tính toán [1]. Park và các cộng sự trình bày phương pháp thêm vào và loại ra tuần
tự các máy đo để tối thiểu giá đầu tư nhưng vẫn đảm bảo đánh giá trạng thái
chính xác [21]. Clement và các cộng sự đưa ra phương pháp đánh giá độ tin cậy
của hệ thống phép đo dựa trên quan sát hình học của lưới [11]. Sarma và các
cộng sự đưa ra phương pháp xác đònh vò trí của những RTU [23]. Trong các
phương pháp này chỉ có phương pháp của Clement đề cập đến việc cải thiện hệ
thống máy đo có sẳn.
Việc đặt máy đo trong hệ thống điện với nhiều mục đích khác nhau như đặt máy
đo để ước lượng trạng thái hệ thống, để theo dõi hệ thống theo thời gian thực, để
dự báo phụ tải, … Cụ thể một số phương pháp như sau:
1. Phương pháp đặt máy đo để ước lượng trạng thái hệ thống
Phương pháp đặt máy đo để ước lượng trạng thái hệ thống [5] được nhóm tác giả
Mesut E. Baran, Jinxiang Zhu, Hongbo Zhu đưa ra năm 1995. Nhóm tác giả đã
đưa ra phương pháp đặt máy đo mới. Phương pháp này bao gồm tất cả những khía
cạnh quan trọng như vấn đề chi phí, độ chính xác, độ tin cậy và yêu cầu khả năng
xử lý những dữ liệu bò lỗi trong quá trình truyền. Vấn đề được giải quyết chia
thành ba giai đoạn. Trong giai đoạn đầu là đặt những bộ máy đo ít nhất sao cho
thỏa mãn độ chính xác theo yêu cầu. Trong giai đoạn hai đặt thêm những bộ máy
đo để đạt độ tin cậy theo yêu cầu được xác đònh bằng tổn hao của những RTU
(remote terminal units). Trong giai đoạn ba, đặt thêm những máy đo để cải thiện
khả năng xử lý dữ liệu lỗi bằng cách dò và nhận dạng dữ liệu lỗi.
Ước lượng trạng thái (SE) là một trong những công cụ chính trong vận hành và
điều khiển theo thời gian thực của những hệ thống điện hiện đại. SE sử dụng
những bộ máy đo bao gồm dòng công suất nhánh, nút điện áp mà nó được thu
nhận thông qua hệ thống SCADA. Vấn đề đặt máy đo liên quan đến sự lựa chọn
những phép đo (số lượng, loại và vò trí đặt). Trở ngại chính trong việc thiết kế sơ
đồ máy đo là thỏa mãn những yêu cầu sau:
Học viên: Nguyễn Trường Duy
Trang 9
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác đònh điểm đo và phương pháp tiếp cận
Yêu cầu về chi phí: Tổng vốn đầu tư cho sơ đồ máy đo (bao gồm máy đo,
RTU và hệ thống truyền thông tin) giữ ở mức tối thiểu.
Yêu cầu về độ chính xác: Những phép đo lấy được từ sơ đồ máy đo dùng
cho ước lượng trạng thái với độ chính xác như mong muốn.
Yêu cầu độ tin cậy: Phải có đủ phép đo cho ước lượng trạng thái nhưng do
một số phép đo bò tổn hao trên RTU hoặc do sự cố máy đo,…
Yêu cầu xử lý dữ liệu sai: Hệ thống đo cho phép SE kiểm tra dữ liệu sai do
sai số máy đo
Việc chọn tối ưu bộ máy đo để thỏa mãn tất cả những yêu cầu trên thì không dễ
dàng. Điều này không chỉ do vấn đề quá lớn mà còn do sự đối lập giữa chi phí
đầu tư và những yêu cầu khác. Đặt máy đo yêu cầu phải quyết đònh vò trí và loại
máy đo được đặt.
Việc đặt máy đo được xử lý theo 3 giai đoạn. Giai đoạn đầu là mở rộng phương
pháp đo của Park để có được sơ đồ máy đo cơ bản thỏa mãn độ chính xác theo
yêu cầu với chi phí tối thiểu. Trong giai đoạn hai chúng ta xác đònh những phép
đo cần được thêm vào ít nhất cần thiết để thỏa mãn yêu cầu độ tin cậy. Trong
giai đoạn ba chúng ta xác đònh những bộ máy đo được thêm vào ít nhất để thỏa
mãn yêu cầu xử lý dữ liệu sai.
Cơ sở của việc đặt máy đo
Mâu thuẩn cơ bản trong vấn đề đặt máy đo là tối thiểu chi phí cho hệ thống máy
đo, trong khi cần đánh giá trạng thái với độ chính xác đến mức có thể. Trong giai
đoạn đầu của vấn đề đặt máy đo, chúng ta xác đònh một bộ máy đo tối thiểu mà
nó cần để giải quyết vấn đề. Những phép đo này được gọi là bộ máy đo cơ bản.
Kết hợp với phát triển phương pháp của Koglin phương pháp này được mô tả như
sau:
a. Độ chính xác yêu cầu
Mục đích chính của SE là ước lượng trạng thái x của hệ thống (biên độ điện áp và
góc pha) bằng cách sử dụng bộ phép đo trong thời gian thực z. Vì thế những yêu
Học viên: Nguyễn Trường Duy
Trang 10
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác đònh điểm đo và phương pháp tiếp cận
cầu độ chính xác cho SE có thể ước lượng trạng thái x với độ chính xác nếu có
thể, mà có thể biểu diễn bằng biến σ 2xi , (i = 1,…,n). Tuy nhiên trong thực tế, đại
lượng cần thiết được theo dõi thì yêu cầu phải có độ chính xác cao hơn các đại
lượng khác, ví dụ như: năng lượng tạo ra từ máy phát, dòng công suất qua máy
cắt thì quan trọng hơn độ chính xác của tải hệ thống. Vì thế Koglin gọi độ chính
xác yêu cầu bằng thuật ngữ là những đại lượng quan tâm (interesting quantities).
Chúng ta sử dụng sự thay đổi của đại lượng này σ2yi để xác đònh độ chính xác yêu
cầu.
σ2yi ≤ βi2 cho mỗi yi, i = 1, …, k
(1.1)
Trong đó β i2 là giới hạn trên của sự biến đổi đại lượng quan tâm yi, σ2yi . Chú ý
rằng sự biến đổi σ2yi càng nhỏ thì ước lượng trạng thái càng chính xác hơn. Vì thế
bằng cách chọn giới hạn trên β i2 , chúng ta có thể xác đònh độ chính xác mà tương
ứng với từng yi được ước lượng. Có thể sử dụng σ2yi để xác đònh chỉ số chính xác
của hệ thống cho mỗi sơ đồ máy đo z như sau:
k
a k = ∑ σ 2yi
(1.2)
i =1
Sử dụng chỉ số này để đánh giá sơ đồ máy đo z.
Để tính σ2yi ta giả sử rằng những phép đo bò nhiễu được thống kê độc lập và
z i = h i ( x ) + v i , i = 1, …, m
(1.3)
Trong đó vi là sự biến đổi ngẫu nhiên của nhiễu trong phép đo và hi(x) là hàm đo
cho phép đo zi, ma trận hiệp biến của yi có thể được tính
R y = F(H T R −1 H) −1 F T
Trong đó F =
(1.4)
∂f (x)
là ma trận Jacobian của y = f(x), Rz là ma trận hiếp biến của
∂x
những phép đo bò nhiễu (hoặc là ma trận trọng số) và H là ma trận Jacobian của
phương trình đo h(x). Công thức 1.4 biến đổi thành:
Học viên: Nguyễn Trường Duy
Trang 11
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác đònh điểm đo và phương pháp tiếp cận
σ2yi = ⎡⎣ R y ⎤⎦ , i = 1, …, k
i
(1.5)
b. Cơ sở của vấn đề đặt máy đo
Mục đích chính của vần đề đặt máy đo cơ bản là xác đònh bộ phép đo tối thiểu để
giữ chi phí cho hệ thống đo nhỏ nhất thỏa mãn ước lượng trạng thái với độ chính
xác yêu cầu. Vấn đề này được đưa ra như sau:
Min J = Cost(z)
(1.6)
điều kiện σ2yi (z) ≤ βi2 , i = 1, …, k
trong đó z là sơ đồ máy đo thích hợp, một trong chúng là sơ đồ máy đo cơ bản.
Rất khó để giảm tổng chi phí trên sơ đồ máy đo cơ bản bởi vì những phép đo gần
nhau thường được nhóm lại và được đưa vào RTU để tối thiểu giao tiếp và chi phí
cho RTU. Tuy nhiên giả sử rằng cấu hình RTU được biết cho sơ đồ máy đo z.
chúng ta có thể giảm tổng chi phí
N
m
⎛
⎞
Cost (z) = ∑ ⎜⎜ C t + ∑ C tj ⎟⎟
t =1 ⎝
j=1
⎠
t
t
(1.7)
Trong đó Nt là số RTU, mt là số phép đo được nối đến RTU thứ t và Ct và Ctj biểu
thò giá RTU và giá máy đo
c. Giải thuật đặt máy đo cơ bản
Vấn đề đặt máy đo cơ bản được hình thành từ vấn đề kết hợp tối ưu trong (1.6) và
vì vậy giải quyết những yêu cầu nghiên cứu trên toàn sơ đồ máy đo z nếu có thể.
Tuy nhiên nếu nghiên cứu hết tất cả mọi khía cạnh cho một hệ thống lớn thì cần
thiết một số lượng lớn những phép đo, chúng ta xác đònh loại và khoanh vùng
nghiên cứu để giảm không gian nghiên cứu. Giải thuật đặt máy đo chia thành hai
giai đoạn: trong giai đoạn đầu đặt RTU và giai đoạn hai đặt máy đo.
Bắt đầu với bộ máy đo Z0 chứa số lượng máy đo lớn nhất được xem xét. Người sử
dụng xác đònh Z0 và sơ đồ máy đo tương ứng. Trong giai đoạn đầu, những RTU
được loại bỏ từng cái một cho đến khi ràng buộc độ chính xác trong (1.6) không
thỏa mãn hoặc hệ thống không được giám sát nữa (không đủ phép đo cho ước
Học viên: Nguyễn Trường Duy
Trang 12
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác đònh điểm đo và phương pháp tiếp cận
lượng trạng thái). Tại vò trí này số lượng RTU là tối thiểu cần thiết và giả sử tất
cả các phép đo của RTU đều được sử dụng. Trong giai đoạn hai, những phép đo
không cần thiết từ những RTU đã chọn được loại bỏ tương tự như loại bỏ RTU lấy
được sơ đồ máy đo cơ bản Zb.
Trong giai đoạn đầu những RTU loại bỏ được xác đònh như sau. Đầu tiên tác
động của sự loại trừ một RTU, ví dụ như RTUt bò loại bỏ làm thay đổi chỉ số
chính xác của hệ thống
Δa t =
mt k
Δσ 2yi
∑
m t + 1 i =1
(1.8)
Trong đó Δσ2yi là sự thay đổi trong biến của đại lượng quan tâm yi do loại bỏ
RTUt. Hệ số mt/(mt+1) trong (1.8) để phân cực đònh hướng tìm kiếm loại bỏ
những RTU có ít máy đo hơn. Điều này đảm bảo cho việc giữ chi phí tối thiểu và
vì thế việc tính toán trong (1.7) trở nên không cần thiết nữa.
Sau khi xác đònh Δa t cho mỗi RTU, chỉ số của RTU nào thấp nhất được xem xét
loại bỏ. RTU được loại bỏ nếu nó được qua sự kiểm tra là thỏa đáng. Những RTU
loại bỏ nhưng phải đảm bảo thỏa mãn những ràng buộc trong (1.6) và hệ thống
vẫn được giám sát. Những RTU còn lại là cấu hình RTU cho sơ đồ máy đo cơ
bản. Giải thuật loại bỏ những máy đo trong giai đoạn hai cũng tương tự như loại
bỏ RTU nhưng không sử dụng công thức (1.8).
Những máy đo cơ bản trên thỏa mãn yêu cầu độ chính xác của những đại lượng
quan tâm. Nhưng những máy đo này không đủ làm thỏa mãn độ tin cậy yêu cầu
và yêu cầu xử lý dữ liệu sai.
Nhận xét: Phương pháp này thực hiện bằng cách đặt máy đo tại tất cả các vò trí
sau đó giảm dần số lượng máy đo bằng cách loại bỏ từng máy đo một. Mỗi khi
loại bỏ một máy đo thì kiểm tra lại kết quả sai số ước lượng trạng thái nếu chưa
vi phạm điều kiện thì máy đo đó được loại ra và loại bỏ máy đo tiếp theo. Nếu
loại bỏ máy đo mà vi phạm điều kiện thì đặt máy đo lại. Quá trình này tiếp tục
cho đến khi không có máy đo nào được loại bỏ nữa để có được sơ đồ máy đo cơ
Học viên: Nguyễn Trường Duy
Trang 13
