Tính toán ước lượng thông số trạng thái một hệ thống điện với dữ liệu đầu vào cho bởi định dạng cdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Hoàng Xuân Hùng

TÍNH TOÁN ƢỚC LƢỢNG THÔNG SỐ TRẠNG THÁI MỘT HỆ
THỐNG ĐIỆN VỚI DỮ LIỆU ĐẦU VÀO CHO BỞI ĐỊNH DẠNG CDF

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN NGA VIỆT

Hà Nội – Năm 2014


LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Hoàng Xuân Hùng, số học viên: CB110596, học viên cao học lớp Kỹ thuật
Điện khóa 2011B. Ngƣời hƣớng dẫn là TS. Nguyễn Nga Việt.
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung đƣợc trình bày trong bản luận văn: “TÍNH TOÁN
ƢỚC LƢỢNG THÔNG SỐ TRẠNG THÁI MỘT HỆ THỐNG ĐIỆN VỚI DỮ
LIỆU ĐẦU VÀO CHO BỞI ĐỊNH DẠNG CDF” là kết quả của quá trình tìm hiểu
và nghiên cứu của tôi. Các dữ liệu đƣợc viết trong luận văn đều là trung thực. Tôi xin
hoàn toàn chịu trách nhiệm với những nội dung đƣợc viết trong luận văn này.

Hà Nội, ngày tháng 04 năm 2014
Học viên

Hoàng Xuân Hùng

Trang 2


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................... 5
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ KHOA HỌC SỬ DỤNG ......................................... 6
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................................... 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................................... 8
CHƢƠNG 1 MÔ HÌNH TOÁN HỆ THỐNG ............................................................... 13
1.1 Phƣơng pháp tính toán ƣớc lƣợng trạng thái hệ thống điện WLS ...................... 13
1.2 Mô hình toán hệ thống điện ................................................................................ 14
1.2.1 Tính ma trận tổng dẫn Y của hệ thống điện.................................................... 14
1.2.2 Ma trận biểu diễn quan hệ giữa giá trị đo đƣợc và vectơ trạng thái ............... 17
1.2.3 Hàm đặc trƣng sai số nhỏ nhất của phép đo. .................................................. 20
CHƢƠNG 2 PHÂN TÍCH TỆP “CDF” DỮ LIỆU HỆ THỐNG ĐIỆN........................ 22
2.1 Giới thiệu Tệp dữ liệu cdf sử dụng nghiên cứu .................................................. 22
2.1.2 Tệp dữ liệu cdf các hệ thống điện IEEE ........................................................ 22
2.1.2 Tệp dữ liệu cdf hệ thống điện miền bắc......................................................... 32
2.2 Matlab và ứng dụng cho Luận văn ...................................................................... 34
2.3 Chuyển đổi dữ liệu từ tệp “.cdf” thành “.m” để sử dụng trong Matlab .............. 35
CHƢƠNG 3 THỰC HIỆN GIẢI BÀI TOÁN ƢỚC LƢỢNG THÔNG SỐ HỆ THỐNG
ĐIỆN TRÊN MATLAB ................................................................................................. 45
3.1 Sơ đồ thuật toán ................................................................................................... 45
3.2 Lập trình giải bài toán ......................................................................................... 47
3.4 Mô phỏng chƣơng trình ....................................................................................... 48

Trang 3

3.4.1 Kết quả thực hiện chƣơng trình với một lần thử nghiệm................................ 49
3.4.2 Kết quả thực hiện chƣơng trình với 500 lần thử nghiệm ................................ 52
3.5 Đánh giá sai số .................................................................................................... 61
KẾT LUẬN .................................................................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 65
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 66

Trang 4


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu, từ
viết tắt
CDF

Viết đầy đủ

Nghĩa

Common Data Format

Định dạng dữ liệu chung (chuẩn IEEE)

CT

Current Transformer

Bộ biến dòng

EMS

Energy Management System

Hệ thống quản lý năng lƣợng

IED

Intelligent Electronic Device

Thiết bị điện tử thông minh

IEEE

SCADA
WLS

Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Supervisory Control And Data
Acquisistion

Viện Kỹ nghệ Điện – Điện tử
Điều khiển giám sát và Thu thập dữ liệu
Bình phƣơng cực tiểu có trọng số

Weighted Least Square

Trang 5

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ KHOA HỌC SỬ DỤNG
Thuật ngữ

Nghĩa tiếng Việt

Blackout

Sự cố mất điện diện rộng

Bus

Thanh cái

Power System

Hệ thống điện

State Estimator

Công cụ ƣớc lƣợng thông số trạng thái

Switchgear

Bộ chuyển mạch

Trang 6


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1

Dữ liệu thanh cái, tệp cdf - Phần 1/3 ............................................................. 24

Bảng 2

Dữ liệu thanh cái, tệp cdf - phần 2/3 ............................................................. 25

Bảng 3

Dữ liệu thanh cái, tệp cdf - phần 3/3 ............................................................. 26

Bảng 4

Dữ liệu nhánh, tệp cdf - phần 1/5 .................................................................. 27

Bảng 5

Dữ liệu nhánh, tệp cdf - phần 2/5 .................................................................. 28

Bảng 6

Dữ liệu nhánh, tệp cdf - phần 3/5 .................................................................. 29

Bảng 7

Dữ liệu nhánh, tệp cdf - phần 4/5 .................................................................. 30

Bảng 8

Dữ liệu nhánh, tệp cdf - phần 5/5 .................................................................. 31

Trang 7


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1

Sơ đồ hệ thống SCADA/EMS ....................................................................... 10

Hình 2

Sơ đồ hệ thống điện mẫu IEEE 118 bus........................................................ 23

Hình 3

Mô phỏng hệ thống điện miền bắc trên Powerwworld Simulator ................ 33

Hình 4

Sơ đồ khối thực hiện chƣơng trình ................................................................ 45

Hình 5

Sơ đồ thuật toán chƣơng trình tính toán ƣớc lƣợng ...................................... 46

Hình 6

Kết quả giá trị ƣớc lƣợng 1 lần thử nghiệm .................................................. 50

Hình 7

Kết quả mô phỏng 1 lần thử nghiệm với hệ thống điện miền bắc ................ 51

Hình 8

Biểu đồ giá trị modul điện áp ........................................................................ 52

Hình 9

Biểu đồ sự phân bố giá trị modul điện áp ..................................................... 53

Hình 10

Biểu đồ giá trị modul điện áp của hệ thống điện miền bắc ........................... 54

Hình 11 Biểu đồ sự phân bố giá trị modul điện áp hệ thống điện miền bắc ............... 54
Hình 12 Biểu đồ giá trị góc pha điện áp...................................................................... 55
Hình 13 Biểu đồ phân bố giá trị góc pha điện áp ........................................................ 55
Hình 14 Biểu đồ giá trị góc pha điện áp hệ thống điện miền bắc ............................... 56
Hình 15 Biểu đồ phân bố giá trị góc pha điện áp hệ thống điện miền bắc ................. 56
Hình 16 Biểu đồ sai số modul điện áp ........................................................................ 57
Hình 17

Biểu đồ phân bố sai số modul điện áp .......................................................... 57

Hình 18 Biểu đồ sai số modul điện áp hệ thống điện miền bắc .................................. 58
Hình 19 Biểu đồ phân bố sai số modul điện áp hệ thống điện miền bắc .................... 58
Hình 20

Biểu đồ sai số giá trị đo điện áp .................................................................... 59

Hình 21 Biển đồ phân bố sai số giá trị đo điện áp ...................................................... 59
Hình 22 Biểu đồ sai số giá trị đo điện áp hệ thống điện miền bắc .............................. 60
Hình 23 Biểu đồ phân bố sai số giá trị đo điện áp hệ thống điện miền bắc ................ 60
Hình 24

Biểu đồ giá trị đo điện áp của các bus với nhiễu lớn .................................... 62

Hình 25

Biểu đồ modul điện áp của các bus với nhiễu lớn ........................................ 62

Trang 8


MỞ ĐẦU
Lí do chọn đề tài
Với nhiệm vụ quan trọng là cung cấp năng lƣợng điện cho hoạt động kinh tế - xã
hội của đất nƣớc, những năm vừa qua, hệ thống điện Việt Nam đã có những bƣớc phát
triển lớn về công suất, quy mô lƣới, ... Những năm gần đây, tốc độ tăng trƣởng của phụ
tải rất cao, do lƣới điện chƣa đảm bảo dự phòng nên vẫn xảy ra tình trạng quá tải
đƣờng dây và trạm biến áp. Theo thống kê có 45 đƣờng dây (ĐD) và 59 Máy biến áp
(MBA) 500/220 phải vận hành quá tải, tổng số lần quá tải MBA là 573 lần, tổng số lần
quá tải ĐD là 592 lần, chất lƣợng điện áp một số điểm nằm ngoài giới hạn cho
phép ảnh hƣởng đến chất lƣợng điện năng cũng nhƣ vận hành hệ thống. Đã xảy ra các
sự cố ảnh hƣởng tới cung cấp điện trên diện rộng, điển hình là 26/4/2012 nhảy máy cắt
572, 574 tại Trạm 500kV Quảng Ngãi do bảo vệ so lệch đoạn thanh dẫn F87S tác động,
phải ngừng vận hành MBA AT2 trong nhiều giờ; 18/11/2012 sự cố ĐD mạch kép
500kV Hà Tĩnh-Nho Quan và Hà Tĩnh-Đà Nẵng do nổ T1582 Trạm 500kV Hà Tĩnh,

gây mất liên kết hệ thống 500kV [5].
Trong suốt nhiều năm qua, các hệ thống điện trên toàn thế giới đã từng gặp
nhiều sự cố mất điện diện rộng (blackout). Ngày 14/01/2012, một trạm truyền tải điện
380 kV đã bị hỏng ở tổ hợp nhà máy điện khí tự nhiên kết hợp Bursa ở Thổ Nhĩ Kỳ đã
gây hƣ hỏng mạng điện kết nối với nó và gây mất điện 6 thành phố nằm ở khu vực
Marmara, với số dân hơn 20 triệu ngƣời đã bị ảnh hƣởng [6]. Cũng nhƣ sự cố xảy ra
vào tháng 8/2003 từ Midwest gây mất điện tới khu vực lớn ở Đông Bắc Mỹ và Nam
Canada, để lại hậu quả nghiêm trọng. Các báo cáo, điều tra từ cơ quan chức năng đã
cho thấy nguyên nhân là do công cụ ƣớc lƣợng trạng thái hệ thống điện đã không hoạt
động ở thời điểm đó [3], [4].
Ngày nay, hầu hết các hệ thống điện hiện đại dựa trên hệ thống tích hợp
SCADA/EMS để sử dụng các công nghệ thông tin và truyền thông cho việc tối ƣu

Trang 9


truyền dẫn, phân phối điện năng giữa nhà sản xuất và hộ tiêu thụ, hợp nhất cơ sở hạ
tầng điện với cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc.

Energy Management System
State Estimation

Supervisory Control

Switchgear
Hình 1

Data Acquisition

CT

IED

IED

Sơ đồ hệ thống SCADA/EMS

Hệ thống SCADA đƣợc sử dụng để thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát hệ
thống từ xa [7]. Theo đó các dữ liệu đƣợc thu nhận tự động và xử lý, hiển thị trên màn
hình, bảng sơ đồ tất cả các tín hiệu thời gian thực của các phần tử trên hệ thống điện
nhƣ: tần số, điện áp các điểm nút, thông số vận hành các thiết bị, trạng thái làm việc
của tất cả các thiết bị đóng cắt ...
Hệ thống EMS là một hệ thống các công cụ hỗ trợ máy tính đƣợc sử dụng để
theo dõi, kiểm soát tối ƣu hóa và hiệu suất của việc phát và/hoặc hệ thống truyền tải
[8]. EMS có tính năng quan trọng là tính toán ƣớc lƣợng thông số trạng thái hệ thống
điện (power system state estimation). Để hệ thống điện đƣợc giám sát liên tục nhằm
duy trì các điều kiện vận hành an toàn và hiệu quả, các công cụ tính toán ƣớc lƣợng
hoạt động nhƣ bộ lọc giữa các thông số đo lƣờng nhận đƣợc từ hệ thống SCADA và
các ứng dụng cần cơ sở dữ liệu tin cậy về thông số trạng thái của hệ thống [3].
Ngoài các yếu tố khách quan không thể kiểm soát đƣợc, sự cố mất điện diện
rộng nhƣ đã nói trên không xảy ra tức thì. Khi đƣợc giám sát thông số trạng thái hệ

Trang 10


thống tốt, các phần quan trọng của mạng lƣới sẽ đƣợc kiểm soát cần thiết kịp thời để
ngăn ngừa xảy ra sự cố, hệ thống điện đƣợc vận hành an toàn, ổn định và tin cậy, đáp
ứng các trƣờng hợp sự cố nguồn điện, khi sự cố và khi xảy ra nghẽn mạch.
Từ thực tế đó, em quyết định chọn đề tài: “TÍNH TOÁN ƢỚC LƢỢNG
THÔNG SỐ TRẠNG THÁI MỘT HỆ THỐNG ĐIỆN VỚI DỮ LIỆU ĐẦU VÀO

CHO BỞI ĐỊNH DẠNG CDF”.
Mục đích nghiên cứu
Tính toán ƣớc lƣợng thông số trạng thái một hệ thống điện có dữ liệu cho bởi
tệp dạng đuôi “cdf”, sử dụng phần mềm Matlab để lập trình giải bài toán và mô phỏng.
Đối tƣợng, phạm vi của đề tài
Tính toán ƣớc lƣợng thông số trạng thái hệ thống điện là một đề tài lớn, để làm
đƣợc đòi hỏi nhiều thời gian, kiến thức và công sức. Trong phạm vi của đề tài, Luận
văn này chỉ tập trung vào một số vấn đề sau:
-

Phân tích tệp dữ liệu đầu vào cdf

-

Thiết lập mô hình toán của hệ thống

-

Lập trình giải bài toán ƣớc lƣợng thông số trạng thái hệ thống điện

-

Mô phỏng bài toán trên công cụ Matlab, đánh giá sai số bài toán

Phƣơng pháp nghiên cứu
 Thu thập dữ liệu, thông tin kiến thức từ sách, báo, tài liệu, các tạp chí, và sử
dụng Internet để tìm hiểu, nghiên cứu …

 Xây dựng chƣơng trình giải bài toán Tính toán ƣớc lƣợng thông số trạng thái hệ
thống điện trên phần mềm Matlab từ tệp dữ liệu “cdf” nói trên.

 Mô phỏng chƣơng trình trên Matlab.

Trang 11


Bố cục Luận văn
MỞ ĐẦU
Chƣơng 1:

MÔ HÌNH TOÁN HỆ THỐNG

Chƣơng 2:

PHÂN TÍCH TỆP “CDF” DỮ LIỆU HỆ THỐNG ĐIỆN

Chƣơng 3:

THỰC HIỆN GIẢI BÀI TOÁN ƢỚC LƢỢNG THÔNG SỐ HỆ THỐNG
ĐIỆN TRÊN MATLAB

KẾT LUẬN: Đánh giá và nhận xét kết quả thu đƣợc, nêu ra hƣớng phát triển đề tài.

Trang 12


CHƢƠNG 1 MÔ HÌNH TOÁN HỆ THỐNG
1.1

Phƣơng pháp tính toán ƣớc lƣợng trạng thái hệ thống điện WLS

Phƣơng trình đo lƣờng một hệ thống i (i= 1, …, k) đƣợc biểu diễn nhƣ sau:
𝑧1
𝑒1
ℎ1 (𝑥)
.
.
.
.
zi = . =
+ . = hi(x) + ei,
.
.
.
𝑧𝑘
𝑒𝑘
ℎ𝑘 (𝑥)

i = 1, …, k

(1.1)

Trong đó:
xi

Véc tơ biến trạng thái của hệ thống

zi

Véc tơ đo lƣờng

hi

Hàm đo lƣờng phi tuyến thứ tự i của giá trị đo, biểu thị mối quan
hệ giữa giá trị đo với véc tơ trạng thái

ei

Véc tơ sai số đo lƣờng

Phƣơng pháp Weighted Least Square (WLS) [1] tính toán giá trị ƣớc lƣợng bằng
cách cực tiểu hóa hàm sai số J:
J(x) = [z – h(x)]T R-1 [z – h(x)]

(1.2)

Kết quả nhận đƣợc là vòng lặp với bƣớc lặp thứ j nhƣ sau:
∆x(t) = [(HT R-1 H)-1 HT R-1 (z – h(x)],

x(t+1) = xt + ∆x(t)

(1.3)

Trong đó H = H(xt) là ma trận Jacobian của hàm h(x) tại bƣớc lặp thứ j.
Cuối cùng véc tơ giá trị ƣớc lƣợng xi nhận đƣợc với sai số cuối cùng (cho vùng
thứ i) nhƣ sau:
∆xi = [(HiT Ri-1 Hi)-1 HiT Ri-1 (zi – hi(x)]
Ma trận hiệp phƣơng sai đặc trƣng cho sai số ƣớc lƣợng nhƣ sau:

Trang 13

(1.4)


𝑅𝑥 𝑖 = [Hi(xi)T Ri-1 Hi(xi)]-1

(1.5)

Quá trình cuối cùng là phát hiện và xử lý các dữ liệu xấu với giả thiết sai số
phân bố Gauss, phƣơng pháp thƣờng dùng gọi là “Phép kiểm tra giá trị dƣ chuẩn
(norm) lớn nhất” (largest normalized residual test).
Sau khi thực hiện tính toán ƣớc lƣợng WLS, vec tơ giá trị dƣ nhận đƣợc là ri = I
– hi(x), và giá trị dƣ chuẩn đƣợc tính nhƣ sau:
𝑟𝑖𝑗𝑛𝑜𝑟𝑚 =

𝑟 𝑖𝑗
Ω𝑗𝑗

, j = 1, …, mi;

(1.6)

Trong đó Ω = Ri - Hi(HiT Ri-1 Hi)-1 HiT
Nếu giá trị dƣ chuẩn lớn nhất lớn hơn ngƣỡng đặt, số liệu đo lƣờng tƣơng ứng
đƣợc xác định là số liệu xấu và bị loại bỏ. Quá trình tính toán ƣớc lƣợng và xác
định số liệu xấu đƣợc lặp cho tới khi các dữ liệu xấu bị loại bỏ hết.
1.2

Mô hình toán hệ thống điện

1.2.1 Tính ma trận tổng dẫn Y của hệ thống điện

 Xét một sơ đồ mạng điện hai cửa nối từ nút k đến nút m, đặc trƣng bởi các
thông số :
R : điện trở đƣờng dây.
X : điện kháng đƣờng dây.
B : điện dung đƣờng dây.
Tổng dẫn đƣờng dây : y =

1
𝑅+𝑖𝑋

Gọi ik , im lần lƣợt là dòng điện trên k và m; vk , vm lần lƣợt là điện áp trên
k và m ta có quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên 2 nút k,m nhƣ sau :

Trang 14


 ik   ykm
 
 im    ykm
Với : ykm =

 ykm   vk 
 
ykm   vm 

1
𝑅𝑘𝑚 + 𝑖𝑋 𝑘𝑚

(1.7)

; k  m.

Áp dụng cho bus chỉ gồm đƣờng dây truyền tải: Ykk= -

𝑡∈𝑁𝑗

𝑌𝑘𝑡 − 𝑖𝐵𝑘𝑡 ;

Nj: các bus trong hê ̣ thố ng nối trực tiếp với bus k (t ≠ k)
 Xét một sơ đồ mạng điện hai cửa nối từ nút k đến nút m có máy biến áp:

a : hệ số quy định của điện áp giữa 2 nút với nhau.
k,m: 2 bus trong hệ thống; Nj: các bus liên kết trực tiếp với bus k hoặc m
Trên hình vẽ, nút k và m đƣợc nối với nhau thông qua máy biến áp có hệ
số a=1(điện áp trên nút k= điện áp trên nút n). Ta sẽ có quan hệ giữa dòng
điện và điện áp của mạng :

 ykm 
a   vk 
 
v
ykm   m 


 ykm
 ik   a 2
 
 im    ykm

 a

Với : ykm =

1
R km +iX km

; Ykm =

(1.8)

−y km
a

; t≠ k,m

Trang 15


Ykk 

ykm
 i * bkm   Ykt  i * bkt
a2
tN j

Ymm  ykm  i * bkm   Ymt  i * bmt
tN j

 Xét cho trƣờng hợp tổng quát đối với mạng N nút, dựa vào những tính toán trên,
ta có:
𝑖1

𝑌11
I= … = …
𝑖𝑛
𝑌𝑛1

…
…
…

𝑣1
𝑌1𝑛
… * … ,
𝑣𝑘
𝑌𝑛𝑛

(1.9)

Với ik, vk: dòng ở nút thứ k, điện áp ở nút k.
Ykm: giá trị thứ tự tƣơng ứng của các nút trong ma trận Y.
Ví dụ : mạng điện với các số liệu cho nhƣ sau

R12 =0.02; X 12 =0.06 ; 2* B12 =0.20;

R13 =0.02; X 13 =0.06; 2* B13 =0.25.
R23 =0.05; X 23 =0.1; 2* B23 =0;

R24 =0; X 24 =0.08; 2* B24 =0.
Ta tính đƣợc quan hê ̣ dòng và áp của 4 nút :
𝑖1
10 − 29.77i

𝑖2
−5 + 15i
I=Y*V =
=
𝑖3
−5 + 15i
𝑖4
0

−5 + 15i −5 + 15i
9 − 35.92i
4 + 8i
−4 + 8i
9 − 22,37i
12.75i
0

𝑣1
0
𝑣2
12.75i
* 𝑣
3
0
𝑣4
−12.5i

Từ ma trận tổng dẫn Y vừa tính đƣợc ở trên ta có thể tính đƣợc công suất bơm
vào từng nút(S) thông qua công thức : Sk =vk.i*k

Trang 16


Suy ra:
S1= 2 + 0,45i
S2= -0,5 – 0,3i
S3= 1,2 – 0,8i
S4= -0,25 – 0,1i
1.2.2 Ma trận biểu diễn quan hệ giữa giá trị đo đƣợc và vectơ trạng thái
Giá trị đo là những giá trị mà ta nhận đƣợc từ các dụng cụ đo của hệ thống gửi
về, nhƣ : công suất tác dụng, công suất phản kháng, dòng điện, điện áp...
Vectơ trạng thái là tập hợp các yếu tố ảnh hƣởng tới hệ thống: điện áp, góc
pha.
Ta có phƣơng trình tổng quát sau :

 z1   h1 ( x1 , x2 , , xn )  e1 
 z   h ( x , x , , x )  e 
n 
Z  2 2 1 2
  2   h( x )  e
  
  
  
  
 zm   hm ( x1 , x2 , , xn )  em 
xT=[x1, x2, …xn]

:

véc tơ trạng thái của hệ thống.

eT=[e1, e2, …, en]

:

vecto sai số đo đƣợc.

hT=[h1(x), h2(x), …, hn(x),] :

(1.10)

hàm phi tuyến thứ tự i của các giá trị đo x,

biểu thị mối quan hệ giữa giá trị đo với vectơ trạng thái.
Với mỗi hàm phi tuyến thứ tự i của các giá trị đo đƣợc xT ta sẽ xác định đƣợc
khả năng mật độ phân bố xác suất lớn nhất mà hàm đó đạt đƣợc tƣơng ứng với
những giá trị xT và sai số eT của nó.
Với i (i=[1,m]) lần lƣợt ta xác định đƣợc mật độ phân bố xác suất của các giá trị
đo xT (zi tƣơng ứng) và mật độ phân bố xác suất của hệ thống fm(z) là tích của
các mật độ phân bố xác suất của các hàm zi thành phần.

Trang 17


Ta xét một ví dụ về cách biểu diễn mối quan hệ giữa các giá trị đo đƣợc với
vectơ trạng thái và các sai số tƣơng ứng của nó:
Cho hình vẽ và các giá trị đo đƣợc nhƣ sau:
R12=R21=0.01; X12=X21=0.03; 2*bs12=0
R13=R31=0.02; X13=X31=0.05; 2*bs13=0
R23=R32=0.03; X23=X32=0.08; 2*bs23=0

p12=0.888; p13=1.173; p2=-0.501; q12=0.568; q13=0.663; q2=-0.286;
v1=1.006; v2=0.968;
Ta tính đƣợc quan hê ̣ dòng và áp của 3 nút :

 i1   16.90  47.24i 10.00  30.00i -6.90 +17.24i   v1 
  
 * v 
i


10.00

30.00
i
14.11

40.96
i
-4.12
+10.96i
2
  
  2
 i   -6.90 +17.24i
-4.12 +10.96i 11.01  28.20i   v3 
 3 
Gij = -gij; Bij = -bij; với i  j
G12= -10.00; G13= -6.90; G23= - 4.12
B12= 30.00; B13 = 17.24; B23 = 10.96
gs1 = 0; bs1=0; gs2 = 0; bs2=0; gs3 = 0; bs3=0;

12  1  2  0  2  2

13  1  3  0  3  3

23  2  3
Vectơ tra ̣ng thái cầ n tim
̀ là :

xT  [2 ,3 ,V1 ,V2 ,V3 ] ;
chọn θ1=0 làm giá trị gố c ta có phƣơng trình quan hê ̣ giƣ̃a giá tri ̣đo đƣơ ̣c và
vectơ tra ̣ng thái :
Theo công thức :

Trang 18


Pi  Vi  V j (Gij cosij  Bij sin ij )
jNi

Qi  Vi  V j (Gij sin ij  Bij cosij )
jNi

Pij  V 2i ( g si  gij )  VV
i j ( gij cosij  bij sin ij )
Qij  V 2i (bsi  bij )  VV
i j ( gij sin ij  bij cosij )
Trong đó :
Vi, θi: là giá trị điện áp và góc pha của bus i

ij  i   j
Gij + iBij = Yij là những giá trị tƣơng ứng trong ma trận tổng dẫn ()
gij + ibij = yij là giá trị tổng dẫn của 2 nhánh nối trực tiếp với nhau
gsi + ibsi : là tổng dẫn của bus i với điện trở shunt (nối đất).
gsj + ibsj : là tổng dẫn của bus j với điện trở shunt(nối đất)
Ni: tập bus nối trực tiếp với bus i
Ta có các hàm biểu hiện mối liên hệ giữa giá trị đo và vectơ trạng thái:

P12  V 21 ( g s1  g12 )  VV
1 2 ( g12 cos12  b12 sin 12 )
P13  V 21 ( g s1  g13 )  VV
1 3 ( g13 cos13  b13 sin 13 )
P2  V2 (V1 (G21 cos21  B21 sin 21 )  V3 (G23 cos23  B23 sin 23 ))

Q12  V12 (bs1  b12 )  VV
1 2 ( g12 sin 12  b12 cos12 )
Q13  V12 (bs1  b13 )  VV
1 2 ( g13 sin 13  b13 cos13 )
Q2  V2 (V1 (G21 sin 21  B21 cos21 )  V3 (G23 sin 23  B23 cos23 ))
V1=V1 ;
V2=V2 ;

Trang 19


1.2.3 Hàm đặc trƣng sai số nhỏ nhất của phép đo.
Ta có phƣơng trình biểu diễn mối quan hệ giữa giá trị đo, hàm các vectơ trạng
thái và sai số phép đo:

 z1   h1 ( x1 , x2 , , xn )  e1 

 z   h ( x , x , , x )  e 
n 
Z  2 2 1 2
  2   h( x )  e
  
  
  
  
z
h
(
x
,
x
,
,
x
)
 m  m 1 2
n 
em 
Mỗi giá trị đo

(1.11)

zi đƣợc đặc trƣng bởi sai số ei và tổng của các sai số này E( ei )

=0; với i=1,…, m
Mỗi sai số đo

ei đƣợc đặc trƣng bởi phƣơng sai  2i mỗi  i đại diện cho độ

chính xác của giá trị đo zi tƣơng ứng.
Xét hàm :
m

J ( x)   ( zi  hi ( x)) 2 / Rii  [z-h(x)]T R 1[z-h(x)]

(1.12)

i 1

là hàm đặc trƣng cho sai số nhỏ nhất của phép đo.

 R11
R  
 0


0 
 ; R đƣợc cho trong bảng số liệu.
 ii
Rmn 

Phƣơng pháp ƣớc lƣợng trạng thái sẽ đạt giá trị chính xác nhất khi mà hàm J(x)
đạt min. Theo (1.12) thì J(x) phụ thuộc vào hi(x).
Xét phƣơng trình:

g ( x) 

J ( x)
  H T ( x) R 1[z-h(x)]=0
x
Trang 20


với H(x) =

𝜕𝐽 (𝑥)
𝜕𝑥

: ma trận Jacobian.

Hàm phi tuyến mở rộng g(x) theo chuỗi Taylor xung quanh giá trị vectơ trạng
thái xk là : g(x) = g(xk) + G(xk)(x-xk) + … = 0
Theo phƣơng pháp Gauss-Newton :

x k 1  x k  [G(x k )]-1 g ( x k )
k : chỉ số của vecto trạng thái x.
xk: vecto trạng thái ở chỉ số k.

g ( x k )
G( x ) 
 H T ( x k ).R 1.H ( x k )
x
k

(1.13)

G(x): đƣợc gọi là ma trận Gain.

[G( x k )]x k+1  H T ( x k ).R 1.[z-h(x k )]

(1.14)

x k 1  x k 1  x k .Vậy từ một giá trị x (0) ta lặp lại các phép tính này cho
tới khi đạt đƣợc một sai số x cho phép nào đó. Nhƣ vậy ma trận sai số x có
Với

thể đƣợc tính thông qua ma trận Gain và ma trận vế phải của (1.14).

Trang 21


CHƢƠNG 2 PHÂN TÍCH TỆP “CDF” DỮ LIỆU HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1

Giới thiệu Tệp dữ liệu cdf sử dụng nghiên cứu
Luận văn sử dụng dữ liệu cdf của các hệ thống điện mẫu của IEEE, và tệp dữ
liệu cdf của hệ thống điện miền bắc (Việt Nam). Trong đó hệ thống điện mẫu
IEEE 118-bus đƣợc chọn làm nghiên cứu chính. Do vậy trừ khi cần tới sẽ chỉ rõ,
nội dung Luận văn mặc định là thực hiện trên hệ thống điện 118-bus.

2.1.2

Tệp dữ liệu cdf các hệ thống điện IEEE
Các hệ thống điện mẫu IEEE 14-bus, 30-bus, 57-bus, 118-bus, và 300-bus đƣợc
sử dụng rộng rãi nghiên cứu khoa học, gồm có sơ đồ hệ thống và tệp dữ liệu cdf
chứa thông tin hệ thống.
Hình 2 là sơ đồ của hệ thống điện IEEE 118-bus bao gồm:

-

Các bus đƣợc đánh số thứ tự hoặc đặt tên: là địa chỉ của các thanh cái.

-

Đƣờng dây truyền tải: là đƣờng nối 2 bus với nhau.

-

Trên mỗi bus có thể có : máy phát, tụ bù công suất, tải, …

Tệp dữ liệu của hệ thống điện IEEE 118-bus các giá trị đặc trƣng cho từng phần
đƣợc lƣu dƣới định dạng cdf – IEEE Common Data Format [9], [10] thể hiện
các thông số:
-

Dữ liệu thanh cái: Tên thanh cái, Số thứ tự thanh cái, Điện áp định mức
(kV), Giá trị điện áp cuối, Công suất tác dụng, công suất phản kháng, Thông
số tải (MW, Mvar), Thông số máy phát (MW, Mvar), …

-

Dữ liệu nhánh: Tên thanh cái đi/đến, số thứ tự nhánh, điện trở (r), điện
kháng (x), thành phần bù (b), tỉ số biến áp (ratio), …

-

Thông số của máy phát, bao gồm : công suất tác dụng, công suất phản
kháng, điện áp của máy phát, …

-

Các dữ liệu khác.

Trang 22


Hình 2

Sơ đồ hệ thống điện mẫu IEEE 118 bus
Trang 23


Bảng 1

Dữ liệu thanh cái, tệp cdf - Phần 1/3

Trang 24


Bảng 2

Dữ liệu thanh cái, tệp cdf - phần 2/3

Trang 25