Thiết kế website giám sát và đánh giá ổn định điện áp thị trường điện

64 Trần Phương Nam, Đinh Thành Việt, Lã Văn Út, Trần Tấn Vinh THIẾT KẾ WEBSITE GIÁM SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP THỊ TRƯỜNG ĐIỆN WEBSITE DESIGN FOR VOLTAGE STABILITY MONITORING AND ASSESSMENT IN PO[.]

Trần Phương Nam, Đinh Thành Việt, Lã Văn Út, Trần Tấn Vinh 64 THIẾT KẾ WEBSITE GIÁM SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP THỊ TRƯỜNG ĐIỆN WEBSITE DESIGN FOR VOLTAGE STABILITY MONITORING AND ASSESSMENT IN POWER MARKET Trần Phương Nam1, Đinh Thành Việt2, Lã Văn Út3, Trần Tấn Vinh4 Trường Cao đẳng Công nghiệp Huế; Email: tpnam@hueic.edu.vn Đại học Đà Nẵng; Email: dtviet@udt.udn.vn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; Email: utlavan@yahoo.com Trường Cao đẳng Công nghệ Thông tin, Đại học Đà Nẵng; Email: trantanvinh@hotmail.com Tóm tắt - Trong vài thập niên gần đây, việc vận hành hệ thống điện theo chế thị trường điện nhiều quốc gia giới quan tâm nghiên cứu áp dụng Tại Việt Nam, ngày 1/7/2012, thị trường điện cạnh tranh nguồn phát thức vận hành, mở chế vận hành kinh doanh ngành điện Việc đánh giá điều chỉnh điện áp thị trường điện thời gian thực vừa đảm tính an toàn cho hệ thống điện vừa nâng cao hiệu hoạt động thị trường điện Các website thị trường điện thường có nhiều thơng tin thị trường điện, có thơng tin vấn đề kỹ thuật liên quan đến hệ thống điện điều kiện thị trường điện Do đó, báo nghiên cứu thiết kế website đánh giá ổn định điện áp thị trường điện thời gian thực Website vận hành kết hợp hệ thống SCADA/EMS hệ thống điện hệ thống vận hành thị trường điện Đồng thời, website thiết kế ngôn ngữ lập trình ASP.net Abstract - In recent decades, the operation of power systems in the power market model has been researched and applied by many countries in the world In Vietnam, competitive source power market came into operation on July 1st, 2012,opening a new mechanism in the operation and business of the electricity sector Voltage assessment and regulation in real-time power market not only ensures safety of the power system but also improves efficiency of power market However,on the power market website, there is much market information, but there is little technical information regarding the electricity system in the power market Therefore, this paper studies website design for voltage stability monitoring and assessment in real-time power market This website is operated in combination with SCADA/EMS system and power market operating system In addition,, this website is designed in ASP.net language Từ khóa - ổn định điện áp; thị trường điện; hệ thống điện; SCADA/EMS; ASP.net; website Key words - voltage stability; power market; power system; SCADA/EMS; ASP.net; website Đặt vấn đề Hiện nay, hệ thống sở hạ tầng công nghệ thông tin (CNTT) phục vụ vận hành thị trường điện (TTĐ) nhiều quốc gia giới quan tâm nghiên cứu bước hoàn thiện Tại Việt Nam, hệ thống sở hạ tầng CNTT phục vụ vận hành TTĐ EVN xây dựng tiến hành lắp đặt theo thiết kế Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia (HTĐ), Công ty mua bán điện nhà máy điện tham gia TTĐ Tất hồn thành q trình thử nghiệm vào vận hành thức từ ngày 1/7/2012 Hoàn thiện sở hạ tầng phải bao gồm đồng phần cứng phần mềm hệ thống CNTT Mặc dù phần mềm phục vụ TTĐ thường chứa nhiều thông tin giao dịch TTĐ, thông tin kỹ thuật phần mềm thường hạn chế [1] Hình Sơ đồ cấu trúc tổng thể sở hạ tầng công nghệ thông tin thị trường phát điện cạnh tranh Việt Nam ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 12(85).2014, QUYỂN Vấn đề phân tích đánh giá ổn định điện áp (ÔĐĐA) hệ thống điện TTĐ số cơng trình giới nghiên cứu công bố [7], [8], [9] Một phương pháp SBC-OPF với mạng nơron sử dụng phản ánh cho ranh giới an toàn HTĐ, kết hỗ trợ tốn OPF (optimal power flow) có lời giải khả thi, có ràng buộc tốt so với toán OPF truyền thống [7] Một nghiên cứukhác dựa tối ưu bầy đàn PSO kết hợp với mạng nơron ANN, chức tìm kiếm PSO hỗ trợ cho q trình tính tốn mạng nơron ANN tạo công cụ phi tuyến nhằm đánh giá ổn định động HTĐ chế TTĐ [8] Một phương pháp kết hợp phương pháp Fuzzy c-means (FCM) mạng nơron ANN để áp dụng cho nhà cung cấp việc theo dõi trình cung cấp điện Phương pháp đảm bảo cung cấp hợp đồng điện đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng TTĐ bán lẻ [9] Mặt khác, vấn đề thiết kế Website liên quan đến giám sát, phân tích đánh giá tiêu HTĐ chế TTĐ nhiều cơng trình giới nghiên cứu Website PowerWeb đề xuất để mô giao dịch TTĐ [10] Trong nghiên cứu khác, Website xây dựng với chức trao đổi thêm thông tin truyền tải, nghẽn mạch trình vận hành TTĐ [11] Ngoài ra, nghiên cứu để kết hợp JAVA MATLAB để xây dựng Website để mô trung tâm giao dịch TTĐ khả tính tốn phân tích HTĐ [12] Trên sở phân tích trên, vấn đề đặt cần phải hoàn thiện phần mềm phục vụ vận hành TTĐ, bên cạnh thơng kinh tế giao dịch TTĐ cần phải lồng ghép thêm thông tin kỹ thuật vận hành HTĐ Bài báo tập trung nghiên cứu thiết kế Website giám sát đánh giá ÔĐĐA TTĐ Website vận hành dựa sở hạ tầng CNTT TTĐ Kết nối hệ thống SCADA/EMS với hệ thống vận hành thị trường điện 2.1 Cấu trúc kết nối hệ thống SCADA/EMS với hệ thống vận hành thị trường điện Việt Nam [2] Hệ thống SCADA/EMS (Supervisory Control And Data Acquisition) hệ thống giám sát, điều khiển thu thập liệu Cấu trúc định hướng hệ thống SCADA/EMS phân cấp định hướng (đơn vị vận hành hệ thống điện-SO) kết hợp với hệ thống quản lý TTĐ (đơn vị vận hành thị trường điện-MO) có sẵn Theo cấu trúc hệ thống SO kết nối trực tiếp với hệ thống MO, hệ thống SCADA/EMS chủ yếu tập trung vào nhiệm vụ thu thập, giám sát điểu khiển HTĐ Trong hệ thống MO có nhiệm vụ quản lý vận hành việc mua bán lượng thành viên tham gia TTĐ 2.2 Cấu trúc sở hạ tầng công nghệ thông tin phục vụ vận hành giám sát hoạt động Thị trường phát điện cạnh tranh Việt Nam [1] Hình cho thấy sở hạ tầng CNTT phục vụ vận hành giám sát hoạt động Thị trường phát điện cạnh tranh Việt Nam bao gồm 15 hệ thống CNTT con, hệ thống gồm trang thiết bị phần cứng phần mềm, liên kết với thông qua việc kết nối trực tiếp qua 65 giao thức kết nối thông tin mềm, nhằm đảm bảo hoạt động vận hành, giao dịch thị trường phát điện cạnh tranh đơn vị tham gia TTĐ Ổn định điện áp thị trường điện 3.1 Chào giá đấu giá thị trường điện Trong TTĐ ngày tới, đơn vị phát điện phải nộp chào giá điện Bản chào giá thể đường cung đường cầu đơn vị cung cấp điện đơn vị tiêu thụ điện [5], [6], [13] Việc thực đấu giá chào bên mua bên bán, đấu giá xếp cho dãy cơng suất có giá từ thấp đến cao đường cung (Hình 2) ngược lại từ cao đến thấp đường cầu 90 G1 G2 G1 70 G1 G2 50 G1 30 10 G1 G2 Hình Chào giá đấu giá nguồn điện 3.2 Phần bố tối ưu công suất thị trường điện Sau SO có chào theo mức giá từ đơn vị tham gia trình bày trên, chào xấp xỉ thành hàm bậc bậc cao công suất với giá điện Do yếu tố phụ tải thường không nhạy cảm với giá xác định rõ nút Dẫn đến lợi ích phụ tải số thường không đưa hàm tối ưu Trong trường hợp này, hàm phúc lợi xã hội trở thành cực tiểu tổng chi phí cung cấp điện nguồn phát điện [5], [6], [13]: CGi = + bi PGi + ci PGi2 (1) Việc giải hệ phương trình tuyến tính HTĐ gắn với cực tiểu hàm mục tiêu (1) Kết công suất tác dụng phản kháng nút [14]: n Pi =  Vi V j Yij cos(ij −  i +  j ) (2) Qi = − Vi V j Yij sin(ij −  i +  j ) (3) j =1 n j =1 3.3 Chỉ số độ nhạy V-Q đánh giá ổn định điện áp Hình Đường cong Q-V Trong đánh giá ÔĐĐA thời gian thực, phương pháp đánh giá số độ nhạy V-Q thường nghiên cứu Trần Phương Nam, Đinh Thành Việt, Lã Văn Út, Trần Tấn Vinh 66 áp dụng Tại thời điểm vận hành giữ CSTD khơng thay đổi đánh giá ƠĐĐA cách khảo sát mối quan hệ độ thay đổi CSPK (Q) điện áp (V) nút hệ thống Khai triển phương trình (2) (3) thành chuỗi Taylor có chứa đạo hàm riêng bậc bỏ qua thành phần có chứa đạo hàm riêng bậc cao ta có hệ phương trình tuyến tính:  P   J P J PV     (4)  Q  =  J Q J QV   V  Trong đó: P: vectơ độ thay đổi cơng suất tác dụng nút Q: vectơ độ thay đổi công suất phản kháng nút θ: vectơ độ thay đổi góc pha nút V: vectơ độ thay đổi điện áp nút Khi giữ P không đổi xét mối liên hệ Q V phương trình tuyến tính viết lại [14]: (5) V = J R−1Q Trong đó: J R =  J QV − J Q J P−1 J PV  Cuối ma trận JR-1 viết lại [14]: V J R−1 = Q (6) (7) Các phần tử đường chéo JR-1 độ nhạy V-Q (dV/dQ) nút, thể độ dốc đường cong Q-V điểm vận hành Độ nhạy V-Q dương thể cho trạng thái vận hành ổn định, giá trị độ nhạy VQ nhỏ hệ thống ổn định ngược lại 3.4 Đánh giá ổn định điện áp mạng nơron MLP Lớp vào Lớp ẩn Lớp PgT QgT PlT dV/dQ QlT VT CgT Hình Mạng nơ ron MLP đánh giá ÔĐĐA TTĐ Cấu trúc mạng nơron MLP truyền thống đánh giá ÔĐĐA HTĐ thời gian thực bao gồm năm vectơ đầu vào [PgT, QgT, PgT, QgT, VgT] vectơ đầu dV/dQ nhiều cơng trình giới nghiên cứu [3], [4] Đối với HTĐ chế TTĐ, nhận thấy yếu tố chào giá (CgT) nộp TTĐ ngày tới (mục 3.1) có ảnh hưởng lớn đến tiêu vận hành HTĐ (trong có tiêu độ nhạy dV/dQ) Do đó, với cấu trúc đề xuất gồm sáu vectơ đầu vào [PgT, QgT, PgT, QgT, VgT, CgT] (Hình 4) cho thấy hiệu giảm sai số đánh giá so với cấu trúc truyền thống Vấn đề nghiên cứu công bố cơng trình khoa học có liên quan [3], [4] Thiết kế Website giám sát đánh giá ổn định điện áp thị trường điện 4.1 Giới thiệu mơ hình Web Client/Server Mơ hình Client/Server ứng dụng vào Web gọi mơ hình Web Client/Server Giao thức chuẩn sử dụng giao tiếp Web Server Web Client HTTP (HyperText Transfer Protocol) Web Client (Web Browser): Các trình duyệt có vai trị Client mơ hình Client/Server, cần xem trang Web cụ thể trình duyệt Web gửi yêu cầu lên cho Web Server để lấy nội dung trang Web Web Server: Khi nhận yêu cầu từ Client/Server, Web Server trả nội dung file cho trình duyệt Web Server cho phép chuyển giao liệu bao gồm văn bản, đồ họa, âm thanh, video tới người sử dụng Người sử dụng cần trình duyệt xét Web để liên kết máy chủ qua mạng IP nội yêu cầu người sử dụng đáp ứng cách nhấn chuột vào chủ đề minh họa mẫu theo khuôn dạng HTML Những trang liệu theo yêu cầu gọi xuống từ máy chủ theo giao thức HTTP hiển thị lên máy cá nhân 4.2 Thiết kế Website Trong TTĐ, trang thông tin điện tử xây dựng với chức hỗ trợ cho việc vận hành TTĐ Các trang thông tin điện tử bao gồm trang thông tin điện tử nội trang thông tin điện tử công cộng, với chức công bố thông tin vận hành HTĐ TTĐ công khai đại chúng nội ngành điện.Trong đó, trang thơng tin điện tử nội cung cấp nhiều thông tin quan trọng việc thực quy trình vận hành TTĐ (tiếp nhận chào giá, công bố kết tính tốn, lập kế hoạch vận hành thị trường, đo đếm, tốn…) Qua q trình nghiên cứu nhận thấy cần phải thêm vào nhiều chức cung cấp thông tin kỹ thuật có thơng tin ổn định điện áp HTĐ gắn với thông tin TTĐ trang thông tin nội Các mảng thông tin cần phân quyền truy cập theo chức đơn vị TTĐ Nếu làm điều việc vận hành HTĐ TTĐ trở nên an toàn minh bạch Hệ thống CNTT thị trường điện Việt Nam quốc gia giới nâng cấp vận hành đồng mạng WAN nội Cấu trúc thông tin Website giám sát đánh giá ÔĐĐA TTĐ đề xuất với Server máy chủ đặt trung tâm điều độ máy Client đặt đơn vị thành viên TTĐ (Hình 5) Các thơng tin công suất tác dụng, công suất phản kháng điện áp nút lấy từ hệ SCADA/EMS, thông tin chào giá GenCo lấy từ hệ thống chào giá Các phần mềm SCADA/EMS áp dụng để đánh giá lấy kết ÔĐĐA TTĐ thời gian thực, kết lưu trung tâm liệu Website truy cập liệu có liên quan đến ổn định điện áp cách truy xuất liệu từ trung tâm liệu.Việc giao tiếp, hiển thị công bố thực thông qua Website Ngôn ngữ ASP.NET sử dụng để thiết kế Website Cấu trúc tổ chức Website bao gồm trang chủ Index trang giới thiệu Website, hướng dẫn sử dụng Website, thống kê liệu thu thập đánh giá ƠĐĐA (Hình 6) ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 12(85).2014, QUYỂN 67 Hình Cấu trúc thơng tin Website giám sát đánh giá ÔĐĐA TTĐ GioiThieu.htm HuongDan.htm Index.htm DuLieuThuThap.htm OnDinhDienAp.htm thập hiển thị sở liệu khứ thông tin kỹ thuật nút HTĐ Pg, Qg, Pd, Qd, V thông tin chào giá GenCo Cg • Trang ổn định điện áp (Hình 8): Đây trang có thơng tin quan trọng thị giá trị độ nhạy dV/dQ nhằm giám sát, đánh giá ÔĐĐA Đồng thời cảnh báo nút yếu điện áp thiết lập Thông tin hiển thị biểu đồ dạng bảng nhắm giúp cho người sử dụng thuận tiện trình giám sát Hình Cấu trúc tổ chức Website giám sát đánh giá ƠĐĐA TTĐ • Trang chủ: Đăng nhập theo account phân quyền, trình đăng nhập thành công trang chủ xuất trang trang giới thiệu, trang hướng dẫn, trang liệu thu thập trang ƠĐĐA • Trang giới thiệu: Có chức cung cấp thơng tin có liên quan HTĐ TTĐ, giới thiệu chung Website Hình Trang ổn định điện áp • Trang hướng dẫn: Có chức cung cấp thơng tin có liên quan hướng dẫn sử dụng Website giám sát, đánh giá ƠĐĐA TTĐ Hình Trang liệu thu thập • Trang liệu thu thập (Hình 7): Có chức thu Kết luận Hiện nay, cấu trúc sở hạ tầng CNTT phục vụ vận hành giám sát hoạt động TTĐ nhiều quốc gia giới Việt Nam quan tâm phát triển Cơ sở hạ tầng CNTT phục vụ vận hành giám sát hoạt động TTĐ kết hợp từ hệ thống SCADA/EMS hệ thống vận hành TTĐ Trần Phương Nam, Đinh Thành Việt, Lã Văn Út, Trần Tấn Vinh 68 Website giám sát đánh giá ÔĐĐA TTĐ thiết kế đề xuất nhằm cơng bố giám sát ƠĐĐA điều kiện TTĐ Website lồng ghép thêm thông tin kỹ thuật (ƠĐĐA) bên cạnh thơng tin mang tính kinh tế Website TTĐ Ngoài ra, Website công cụ trực quan nhằm giúp cho thành viên TTĐ nắm thêm thơng tin có liên quan đến ƠĐĐA, dự báo trước chuẩn bị phương án chủ động việc vận hành thị trường Mặt khác, Website bổ sung thêm công cụ cho cấu trúc sở hạ tầng CNTT phục vụ vận hành giám sát hoạt động TTĐ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Công Thương, “Phê duyệt Thiết kế tổng thể, sở hạ tầng công nghệ thông tin cho vận hành giám sát hoạt động Thị trường phát điện cạnh tranh Việt Nam”, số: 6941/2010/QĐ-BCT [2] Viện lượng, “Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030” (Quy hoạch điện VII-Chương 11), 2011 [3] A A El-Keib, X Ma “Application of artificial neural networks in voltage stability assessment”, IEEE Transactions on Power Systems, vol 10, no 4, Nov 1995, pp 1890-1896 [4] M La Scala, M Trovato “ A neural-based method for voltage security monitoring”, IEEE Transactions on Power Systems, vol 11, no 3, Aug 1996, pp 1332-1341 [5] Tran Phuong Nam, Dinh Thanh Viet, and La Van Ut, “Application of neural network in voltage stability assessment in real-time power market”, in Proc IEEE Conf IPEC 2012, Ho Chi Minh, Vietnam, Dec 2012, pp 196-200 [6] Tran Phuong Nam, Dinh Thanh Viet, and La Van Ut, “Application of SVC for voltage regulation in real-time power market”, in Proc IEEE Conf ICIEA 2013, Melbourne, Australia, June 2013, pp 538-543 [7] Victor J Gutierrez-Martinez, Claudio A Cañizares, Claudio R Fuerte-Esquivel, and Alejandro Pizano-Martinez “Neural-Network Security-Boundary Constrained Optimal Power Flow”, IEEE Transactions on Power Systems, vol 26, no 1, Feb 2011, pp 63-72 [8] A Hoballah, and I Erlich “Online market-based rescheduling strategy to enhance power system stability”, IET Generation, Transmission & Distribution, vol 6, no 1, Jan 2012, pp 30-38 [9] R.F Chang, and C.N Lu “Load profile assignment of low voltage for power retail market applications”, IEE Generation, Transmission & Distribution, vol 150, no 3, 13 May 2003, pp 263-267 [10] Ray D Zimmerman, Robert J Thomas, Deqiang Gan, and Carlos Murillo-Sánchez “A Web-Based Platform for Experimental Investigation of Electric Power Auctions”, Decision Support Systems-Science Direct, vol 24, no 3-4, Jan 1999, pp 193-205 [11] D Hua, H.W Ngan, C.Y Chung, C.W Yu, K.P Wong, and F.S Wen “An ASP NET 2.0 Based Simulator for Studying Day ahead Electricity Markets”, in Proc IEEE Conf PES 2007, Tampa, USA, 24-28 June 2007, pp 1-5 [12] J Contreras, A Losi, and M Russo “A Java/Matlab Simulator for Power Exchange Markets”, in Proc Conf PICA 2001, Sydney, Australia, 20-24 May 2001, pp 106-111 [13] Daniel Kirschen, Goran Strbac, 2004, Fundamentals of Power System Economics, John Wiley & Sons, England [14] P Kundur, 1994, Power System Stability and Control, McGrawHill, New York (BBT nhận bài: 14/09/2014, phản biện xong: 05/12/2014) ... TTĐ Ổn định điện áp thị trường điện 3.1 Chào giá đấu giá thị trường điện Trong TTĐ ngày tới, đơn vị phát điện phải nộp chào giá điện Bản chào giá thể đường cung đường cầu đơn vị cung cấp điện. .. thông tin chào giá GenCo Cg • Trang ổn định điện áp (Hình 8): Đây trang có thơng tin quan trọng thị giá trị độ nhạy dV/dQ nhằm giám sát, đánh giá ÔĐĐA Đồng thời cảnh báo nút yếu điện áp thiết lập... vận hành ổn định, giá trị độ nhạy VQ nhỏ hệ thống ổn định ngược lại 3.4 Đánh giá ổn định điện áp mạng nơron MLP Lớp vào Lớp ẩn Lớp PgT QgT PlT dV/dQ QlT VT CgT Hình Mạng nơ ron MLP đánh giá ÔĐĐA