Mô phỏng lưới điện phức tạp bằng phương pháp mới Fractal xét ứng dụng truyền tin trên đường dây tải điện

Header Page of 161 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG B ÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NG HỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG MÔ PHỎNG LƯỚI ĐIỆN PHỨC TẠP BẰNG PHƯƠNG PHÁP MỚI “FRACTAL” XÉT ỨNG DỤNG TRUYỀN TIN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN Mã số: Đ201 5-02 -127 Chủ nhiệm đề tài: TS LÊ THỊ TỊNH MIN H Đà Nẵng, 12 /2 016 Footer Page of 161 Header Page of 161 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG MÔ PHỎNG LƯỚI ĐIỆN PHỨC TẠP BẰNG PHƯƠNG PHÁP MỚI “FRACTAL” XÉT ỨNG DỤNG TRUYỀN TIN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN Mã số: Đ201 5-02 -127 Xác nhận quan chủ trì đề tài (ký, họ tên, đón g dấu) Chủ nhiệm đề tài ( ký, họ tên) Đà Nẵng, 12 /2 16 Footer Page of 161 Header Page of 161 DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GI A NG HIÊN CỨU ĐỀ TÀI Họ tên Lê Thị Tịnh Minh Lê Quốc Huy Trịnh Trung Hiếu Đơn vị công tác lĩ nh vực chuyên môn Bộ môn Hệ Thố ng Điện, Khoa Điện, trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng Bộ môn Tự Độn g Hóa, Khoa Điện, trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng Bộ môn Hệ Thố ng Điện, Khoa Điện, trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng Footer Page of 161 Nội dung nghiên cứu cụ thể gi ao Chủ trì đề tài Thư ký, kế toán đề tài Thành viên Header Page of 161 MỤC LỤC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢN G BIỂU MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN NGÀY NAY 10 I.1 Lưới điện ngày _ Smart Grid 10 I.2 Mô hìn h hóa lưới điện truyền thống 10 I.3 Mô hìn h hóa lưới điện phức tạp 10 I.3.1 Lý thu yết Graph 10 I.3.2 Lý thu yết Fractal_dựa tính bất biến hệ thống 10 a) Địn h nghĩa 10 b) Mô tả toán học 10 I.4 Các loại hệ số bất biến mô hìn h Fractal 11 I.4.1 Tham số fractale dimensi on 11 I.4.2 Tham số spectrale dimension 11 I.4.3 Tham số chuyển động hỗn độn dw 11 I.4.4 Mối quan hệ tham số hình học fractal dimensi on, tham số sp ectrale dimensi on tham số chuyển động hỗ n độn : 11 I.4.5 P hương pháp tính toán hệ số dimensi on spectrale 11 CHƯƠNG II .ỨNG DỤNG MÔ HÌNH FRACTAL ĐỂ MÔ HÌNH HÓA LƯỚI ĐIỆN 11 II.1 Giới thi ệu lưới điện áp dụng IEEE 118 nút 11 II.2 Kết tính chất bất biến lưới ện - Hệ số dimension spectral 11 II.3 Mô hìn h đáp ứng tần số lưới điện 12 II.3.1 Mô hìn h « hộp đen » 12 II.3.2 Mô hìn h đề xuất theo phương pháp fractal 13 II.4 Kết luận 15 CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT TRUY ỀN TÍN HIỆU 15 III.1 Lý thu yết truyền tin 15 III.1.1 P hương trình truyền sóng 15 III.1.2 Những định nghĩa khác 15 III.2 Mô hìn h truyền sóng mạch điện th ích nghi theo tần số 15 III.2.1 Cấu trúc mô hìn h tần số sóng truyền tin 15 III.3 Áp dụng mô phỏn g mô hình với Matlab 17 III.3.1 Các bước tiến hành 17 III.3.2 Áp dụng truyền tí n hiệu kênh truyền dây cáp pha 17 III.3.3 Áp dụng truyền tí n hiệu nhiều kênh truyền dây cáp pha 19 III.3.4 Nhận xét kết 19 CHƯƠNG IV Áp dụng mô hình “ Fractal” lĩnh vực truyền tin đường dây tải điện 19 IV.1 Tính chất đồng dạng dây dẫn tryền tải 19 IV.2 Xây dựng mô hình tổng trở vào đường dây truyền tải 21 IV.2.1 Các bước tính toán th am số cần thiết cho mô hìn h Fractal 21 Footer Page of 161 Header Page of 161 IV.2.2 Kết mô phỏ ng mô hình fractal 21 IV.2.3 So sánh mô hìn h hai phương pháp cổ điển fractal trường hợp cụ thể : 21 IV.3 Kết luận 21 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình II-1 Cấu hình mạng IEEE 118 nút 12 Hình II-2 Dimension sp ectrale lưới ện IEEE 118 nút 12 Hìn h II-3 Ph ân bố điểm cực poles ban đầu điểm cực poles nội suy lưới điện IEEE 118 nút 13 Hìn h II-4 Đáp ứng tần số nội suy tương ứng với 70 điểm cực pôles ban đầu lưới điện IEEE 118 nút 13 Hình II-5 P hần đỉnh dao động lưới điện IEEE 118 nút 14 Hìn h II-6 Ph ân bố điểm cực pole ban đầu điểm cực nội suy phương pháp « vector fit ting » lưới điện IEEE 118 nút 14 Hìn h II-7 Kết nội suy mô hình dao động phương pháp « vector fit ti ng » lưới điện IEEE 118 nút 15 Hình II-8 Kết nội suy đáp ứng tần số toàn phần lưới điện IEEE 118 nút 15 Hình III-1 Sơ đồ mô cho tín hi ệu kênh truyền dây cáp pha 17 Hìn h III-2 Sai số So sánh mô hình nội suy kết mô hỏng EMTP/ATP 17 Hìn h III-4 Sơ đồ mô phỏ ng cho trường hợp tải dây pha mạch điện thích nghi 18 Hình III-3 So sánh mô hình kết qu ả mô 18 Hình III-5 Kết so sánh nội suy độ suy giảm biên độ điện áp 18 Hình III-6 Mô hình EMTP lưới nghiên cứu 19 Hình III-7 So sánh kết qu ả nôi suy hàm truyền tín hiệu 19 Hình IV-1 Mô hình cấu trúc tương tự dây dẫn truyền tải 20 Hình IV-2.Sơ đồ mạch điện đơn giản xét tần số thấp 20 Hình IV-3 Kết qu ả mô mô hình tổng trở đầu vào n=5 21 Hình IV-4 Kết qu ả mô mô hình tổng trở đầu vào n=50 21 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng So sánh kết qu ả hai phương pháp trường hợp A=B=1 19 Footer Page of 161 Header Page of 161 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÔNG TIN KẾT Q UẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Mô lưới điện phức tạp phương pháp « Fractal » xét ứng dụng truyền ti n đường dây tải điện Mã số: DD2015-02-127 Chủ nhiệm: Lê Thị Tịnh Minh Thành viên tham gia: Lê Quốc Huy, Trịnh Trung Hiếu Cơ qu an chủ trì: Trường Đại học Bách Khoa- Đại học Đà Nẵng Thời gian thực hiện: tháng 10 năm 2015 đến ngày 30 tháng năm 20 16 thêm th xin gia hạn Mục tiêu: Giới thi ệu phương pháp “Fractal” Xây dựng mô hình lưới điện phức tạp ph ương ph áp Ngh iên cứu xây dựng mô hình truyền tin đường dây tải điện Tính sáng tạo: nghiên cứu áp dụng phương pháp toán học “ Fractal” lĩnh vực điện Tóm tắt kết nghi ên cứu: Đề tài đưa hạn chế mặt mô hình hóa truyền tin đường dây tải điện mô hình lưới điện Đề tài giới thiệu phương pháp toán học “ Fractal” th ường dùng để mô hì nh hóa hệ thống phức tạp Đề tài đưa sở lý chọn phương pháp toán học để mô hì nh hóa lưới điện phức tạp ngày Đề tài thể kết nghiên cứu khả thi bao gồm mô hình hóa lưới điện mô hình hóa truyền tin đường dây tải điện ph ương pháp Tên sản phẩm: báo SCIE báo thuộc viện Khoa học công ng hệ Việt Nam Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Thuyết h đề tài dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên lĩnh vực mô hì nh hóa lưới điện phức tạp Hình ảnh, sơ đồ mi nh họa Ngày tháng năm Chủ nhiệm đề tài Cơ quan Chủ trì ( ký, họ tên, đóng dấu) Lê Thị Tịn h Minh Footer Page of 161 Header Page of 161 INFORMATION ON RESEARCH RESULTS G eneral inf ormatio n: P roject title: Modelin g complex networks based on a new Fractal method, appli catio n on P ow er line communi catio n sys tem Cod e number: DD201 5-02 -127 P roject Leader: Lê Thị Tịn h Minh Coo rdin ator: Lê Quốc Huy, Trịnh Trung Hiếu Impl ementi ng inst itution: The University of Danang, Univ ersit y of Science and Techno lo gy (DUT) Duratio n: from 1/10 /2 01 to 30/9 /2 01 Objective(s): Introd uce a new metho d of calculation: “ Fractal” method Bui ld a dynamic modeli ng for Smart Grid based on this new method Bui ld another modeling for Power li ne commun ication based on this metho d Creativeness and inno vativeness: us in g a new method Fractal in electrical domain Research results: Giv in g the disadvantages of Power line communi cation modeling and Smart Grid mod elin g nowadays Introd ucing a new metho d of calculation: “ Fractal” method using for mod elin g compl ex sy stems Giv in g reasons and proofs of choosing this metho d for modeling Smart Grid Giv in g result s in Smart Grid modeli ng and P ower li ne communicatio n mod elin g based on this new method Products: paper in SCIE and paper in Vietnam Academy of Science and Technol og y Ef f ects, transfer alternatives of research results and applicability: This thesis is used as a reference of mod elin g a smart grid Footer Page of 161 Header Page of 161 MỞ ĐẦU TỔNG QUAN TÌN H HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NG OÀI NƯỚC  Ngo ài nước Ngày nay, lưới điện nói chung Smart Grid nói riêng ngày mở rộn g mặt quy mô …phức tạp mặt tí nh chất Để giải vấn đề kích thước khô ng ngừng mở rộn g, phương pháp truyền thốn g đề xuất tách riêng lưới điện th ành ph ần: phần lưới điện nghiên cứu phần lưới điện bên Phần lưới điện ngh iên cứu chứa tượng độ cần nghiên cứu mô tả chi tiết phương trình động , phần lưới điện bên mô hình hóa mô hìn h độn g tương đương (dynamic equiv alent) [26], [27] Mô hình động tương đương chi a thành loại tùy theo mục đích nghiên cứu: mô hìn h tương đương tần số cao, mô hình tương đương tần số thấp mô hình tương đương dãi rộng Để gi ảm kích thước mô hình tương đương dùng phương pháp kết hợp (tập hợp phần tử tí nh chất dùng mô hình đơn giản hóa chún g) phương pháp đồ ng (đồng đáp ứng động lưới bên mô tả to án học đơn giản hơn) Các phương pháp dựa mối quan hệ đầu đầu vào theo kiểu hộ p đen (black box) Nhược điểm phương pháp ý nghĩa vật lí thôn g qua tương tác phần tử bên tron g lưới điện bên Để tài gi ới th iệu ph ương ph áp hỗ trợ cho công cụ mô hình hóa tương đương lưới điện bên mà giữ nguyên tính chất vật lí P hương pháp có tên “ Fractal” Benoit Manderboit (1924-2010 ) tìm ra, phương pháp dựa vào tính chất đồng dạng cấp độ cấu trúc khác tính chất lặp lại theo quy luật nh ất định để xây dựng nên cấu trúc phức tạp Khả ứng dụng phương pháp lưới điện Smart Grid đề xuất [30], [31], [32]  Trong nước Hiện nay, phương pháp nghiên cứu mô hình hóa lưới điện chủ yếu tập trung vào mô ph ỏn g lưới điện giải qu yết toán liên quan đến tối ưu hóa, ổn định chế độ làm việc, hay tích hợp lượng tái tạo [33],[34],… P hương pháp Fractal bước đầu nghiên cứu Việt Nam lĩnh vực như: tính toán lưu lượng internet [35], viết chương trình toán học [36] Đặt biệt tron g lĩn h vực điện chưa ngh iên cứu TÍN H CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Ngày với đời nguồn lương tái tạo, chuyển đổi ện tử công suất, phát triển không ngừng công nghệ th ông tin viêc tích hợp chúng lưới điện, điều làm cho lưới điện trở nên thông h hơn , vận hành kinh tế hiệu Tuy nhiên, lưới điện phức tạp mặt cấu trúc, phân tích, mô hình vận hành Hạn chế lớn việc mô lưới điện phức tạp hiên việc tích hợp nhiều mô hình cổ điển yêu cầu dung lượng lớn nhớ gh i nhận tốn nhiều thời gian xử lí tương tác Footer Page of 161 Header Page of 161 phần tử tích hợp thêm vào lưới điện, cần thiết phải ngh iên cứu mô hình đại mô tả tính phức tạp hệ thống lưới điện Đề tài giới th iệu phương pháp toán học “ Fractal”dùng mô tả lưới phức tạp sơ đồ mao mạch thể người, mô hình tuyết, mô hình tia sét,…Trong nội dung đề tài, phương pháp áp dụng việc mô hình hóa lưới điện Trước hết kết luận tính khả thi việc áp dụng phương pháp tron g việc mô hìn h hóa truyền tin đường dây tải điện Việc xây dựng mô hình phương pháp đối chiếu với phương pháp truyền thống nhằm đưa kết luận khả thi cho mô hình khả ứng dụng đề tài thực tế MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Giới thi ệu phương pháp “Fractal” - Xây dựng mô hìn h lưới điện phức tạp phương pháp - Nghi ên cứu xây dựng mô hình truyền tin đường dây tải điện ĐỐI TƯỢNG , PHẠM VI NG HIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: Lưới điện phức tạp Smart Grid, truyền tin đường dây tải điện, ph ương pháp “ Fractal” P hạm vi nghi ên cứu: Xây dựng mô hình mô lưới điện CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NG HIÊN CỨU  Cách tiếp cận: - Nghiên cứu tài liệu, khảo sát lí thuyết cấu trúc Fractal - Nghiên cứu tài liệu mô hình thuyền thông truyền thô ng tin đường dây tải điện - Đề xuất khả áp dụng phương pháp so với phương pháp truyền th ống  P hương pháp nghiên cứu: - Sử dụng tính chất đồng dạng cho lưới điện dùng truyền tin để tìm mô tả toán học theo phương pháp FRACTAL - Sử dụng mô hìn h đưa để áp dụng vào lưới thử nghi ệm - So sánh với mô hìn h truyền thống đưa nhận xét.vi truyền tin đường dây tải điện Footer Page of 161 Header Page 10 ofQUAN 161.VỀ LƯỚI ĐIỆN NG ÀY NAY CHƯƠNG I TỔNG I.1 Lưới điện ngày _ Smart Grid I.2 Mô hình hóa lưới điện truyền thống Nghi ên cứu lưới điện lớn, phức tạp thường chia thành phần: lưới điện ngh iên cứu, lưới điện bên Lưới điện nghi ên cứu phải mô hình hóa cách cụ thể với mô tả toán học chi tiết nhằm thể hiện tượng động xảy bên Lưới điện bên mô hình hóa cách mô hình đơn giản giảm bậc gọi tên mô hình động tương đương Theo [26], loại mô hình độn g tương đương tương ứng với lo ại nghi ên cứu sau : 1) Mô hìn h độn g tương đương tần số cao để nghiên cứu tượng độ, từ trường 2) Mô hì nh độ ng tương đương tần số thấp để ngh iên cứu tượng dao độ ng điện lưới điện 3) Mô hìn h độn g tương đương có dãi băng tần rộng để nghiên cứu tượng xảy với dãi tần số rộng Loại mô hì nh sử dụng để mô ph ỏn g thời gian thực [62] I.3 Mô hình hóa lưới điện phức tạp I.3.1 Lý thuyết G raph I.3.2 Lý thuyết Fractal_ dựa tính bất biến hệ thống a) Định nghĩa Địn h ng hĩ a tính bất biến đề xuất để phân tích tượng tới hạn mà khô ng dựa vào đặc tính cấp độ Nói cách khác, đề cập đến tượng mà có thời gian xảy không giới hạn, tượng xảy điểm hệ thống có liên hệ mật thiết với ảnh hưởng liên tục đến Nhì n nhận cấp độ vĩ mô cho lưới điện hiên tượng tới hạn đó, mà gây thay đổ i liên tục tín h chất, dẫn đến sụp đổ lưới ện mà kh ông cần quan tâm đến cấp độ xem xét lưới điện, ví dụ tượng sụp đổ điện áp (black-out) Về mặt cấu trúc, đặc tín h bất biến tiêu biểu hệ thống bất biến lần phân chia phần theo cấp độ Ta muố n nói đến phân chia liên tục giống nhau, vật thể lớn phân tích thành vật nhỏ gi ốn g để cấu tạo nên Ví dụ như, cấu tạo tu yết, ti a chớp, nh ững neowrron, hay hệ thốn g mao mạch,… [5] Những cấu trúc có tín h chất phân chia liên tụ c giống đó, gọi cấu trúc fractales [15] b) Mô tả toán học Nếu hàm toán học mô tả hệ thống bất biến theo dạng f(x)=xn Thì tín h chất bất biến hệ thống biểu diễn qua phương tình sau : f(kx)n=k n f(x) Cho đến nay, k biết đến với đại lượng thốn g số chiều hướng hình học fractal (fractal dimensi on ), thông số spectral dimensi on thôn g số chuyển động hỗn độn dw Footer Page 10 of 161 10 Header Page 12 of 161 Hì nh II-1 Cấu hình mạng IEEE 118 nút Hì nh II-2 Di men si on spectr al e lưới điện IEEE 118 nút Kh i ta tăng mức sai số lên đồng nghĩa với độ xác phép nội suy tăn g lên , gi trị hệ số dimens ion spectrale ds 1,3 II Mô hình đáp ứng tần số lưới điện II 3.1 Mô hình « hộp đen » Mô tả toán học mô hình biết theo hàm phân số đa thức sau : + + +⋯+ (1) ( )≈ + + +⋯ + Biểu thức (1) biểu thức không tu yến tính với thông số chưa xác đị nh et bi Theo [27] phương pháp « Vecto r Fitti ng » (VF) đề xuất để xác định giá trị biểu thức Phương phá p nội suy « Vecto r Fitt ing » Kết nội suy đáp ứng tần số cho lưới điện IEEE 118 nút Lựa chọn dãi tần số cần xét từ 10 Hz đến 6x10 Hz; số điểm cực pool es 50 Sự ph ân bố điểm pôles ban đầu điểm pôles nội suy cho Hình II-3, nh ận thấy phân bố điểm pôles ban đầu ến tín h theo đường xiên , tro ng điểm poles nội suy lại có xu hướng phân bố theo chiều dọ c Vì vậy, ph ải sau 14 vòn g lặp hội tụ kết mon g muố n Footer Page 12 of 161 12 Header Page 13 of 161 Hì nh II-3 Phân bố ểm cực poles ban đầ u điểm cực poles nộ i suy lưới điện IEEE 118 nút b - P has e a - Biên độ Hì nh II-4 Đá p ứng tần số nộ i suy tương ứng với 70 điểm cực pôl es ban đầu lưới điện IEEE 118 nút Ta ti ến hành tăng số điểm cực pole ban đầu lên 70 điểm, kết nội suy cho nh Hình II-4 II 3.2 Mô hình đề xuất theo phương pháp fracta l th ể mô tả chất vật lý bên tron g Mô hìn h dựa lý thuy ết tín h bất bi ến hệ th ốn g gồm có phần a) Mô hình tiệm cận Mô hìn h phân tích theo vùng: tần số th âp, tần số cao, vùng tần số  Tại vùn g tần số thấp:   Zˆ LF ( j )  jC LF Zˆ HF ( j )  jC HF Tại vùn g tần số cao: Tron g [22 ] [25], tác gi ả th ể tron g kho ảng tần số giữa, ện khán g lưới ện fractal mô hìn h hóa dạng hàm mũ với số mũ hệ số phụ thu ộc vào tín h chất bất biến hệ thố ng ) ( )~ ( Footer Page 13 of 161 13 Cuố i từ biểu kh oản g tần số Zˆ Header Page 14thức ofđáp161 , ZˆHF ZˆIF ta tổn g hợp mô hìn h tiệm cận cho đáp ứng tần số sau: Zˆ ( j )  j C HF  Z IF ( j )  j (C BF  C HF ) Áp dụng cho lưới IEEE 118 nút : Áp dụ ng cho lưới điện IEEE 118 nút , với giá trị dimens io n fractal e tính từ ph ần ds opt , mô hìn h tiệm cận th eo vùng tần số sau : ( ) ( )~0.015 × = 1.3 (2) CHF(jω) = 1x10 -4 F (3) CBF(jω) = 34 5x10 -3 F (4) b) Mô hình ểm dao động : Theo công thức sau : ( ) ( 5) ( )= ( ) LF Kết ph ần mô hình điểm dao động lưới 118 nút cho hình sau a – Biên độ b – Góc pha Hì nh II-5 Phần đỉ nh dao độn g lưới điện IEEE 118 nút Hì nh II-6 Phân bố điểm cực pole ban đầu điểm cực nội suy phương ph áp « vecto r fit ti ng » lưới điện IEEE 118 nút Footer Page 14 of 161 14 Nộ i suy với « Vecto15 r Fitting » cho lưới điện IEEE 118 nút Header Page of 161 Chọ n vecto r điểm cực ban đầu với dãi tần số cần nôi suy theo thông số frmin =95 Hz ; frmax=5,510 Hz, dso pt = 1,3 Từ đó, ta xác đị nh số điểm cực ban đầu khoảng 140 điểm Kết nội suy hội tụ tro ng bước lặp b - P has e b - P has e a - Biên độ Hì nh II-7 Kết qu ả nội suy mô hình dao động phương pháp « vector fitting » lưới điện IEEE 118 nút c) Mô hình đáp ứng tần số n phần Biểu thức toán học sau : ( )= ( ) ( ) Áp dụng cho lưới điện 118 nút Kết nội suy đáp ứng tần số toàn phần cho lưới ện 118 nút cho hì nh Hình II-8 b - P has e a – Biên độ b – Góc pha Hì nh II-8 Kết qu ả nội suy đá p ứng tần số to àn phần lưới điện IEEE 118 nú t II Kết luận CHƯƠNG III TỔNG QUA N VỀ LÝ THUYẾT TRU YỀN TÍN HIỆU II I.1 Lý thuyết truyền tin II I.1.1 Phương trình truyền só ng II I.1.2 Những định nghĩ a khác II I.2 Mô hình truyền só ng mạch điện thích nghi theo tần số II I.2.1 Cấ u trúc mô hình tần số sóng truyền tin a) Mô hình xấp xỉ hệ số truyền sóng không đổi Kh i tần số cao, hệ số truy ền són g xấp xỉ biểu thức sau : Footer Page 15 of 161 15  ( R '  j16 L ')(Gof '  j161 C ') Header Page  j L ' C ' (1 Vì Zc  (7) R' G' R' G' )  j L ' C '(1 )   j L ' j C ' j L ' j C ' L ' , s uy mối quan hệ Zc γ sau: C' (8) R ' G ' Zc   j L ' C ' Zc  Mặt khác, ta có R’ phụ th uộc vào f theo hiệu ứng mặt tần số cao : 0 r f R'   r G’ phụ thu ộc vào hệ số tổn hao vật liệu điện tần số : G '  2C ' tg  f L’ C’ giả thuy ết giá trị chúng khôn g đổi Biểu thức (8) biểu diễn dạng : (9)   k1 f  k2 f  jk3 f    j  Trong :   k1 f  k f (10 )    L ' C '  2 L ' C ' f  k3 f (11 ) Với k1, k2 k3 đại điện cho vật li ệu cấu trúc dây dẫn biểu diễn sau: k1  C' 4 L ' 0 r  k  2 L' C ' k   tg  L' C ' b) Hàm truyền sóng kênh truyền Trong kho ảng từ 50 kHz đến 20 MHz có dạng phương trình sau :   ( a0  a1 f k )l (12) Trong đó, hệ số a0, a1, k (0.5 < k < 1) suy từ phương pháp nội suy th eo giá trị đo đạt Vì vậy, hàm truyền kênh truyền có dạng : H ( f )  A( f ) P( f )  e ( a0  a1 f k )l e jk 3l f (13) c) Hàm truyền sóng hai kênh truyền Ta có hàm truyền tổng hợp sau : H  ( f , l )  H 1( f , l1)  H ( f , l 2) Hay : H  ( f , l )  G1e ( a0 a1 f   G ie k ) l1 e  j 2 k3l1 f  G 2e ( a0 a1f (a 0 a1 f k )li k ) l2 e  j 2 k 3l2 f (14)  j  k3li f e i 1 Footer Page 16 of 161 16 d) Hà m Page tru yền sóng kênh truyền thích nghi Header 17củaofnhiều 161 Hàm tru yền biểu diễn biểu thức sau : N H  ( f , l)   G i e k ( a0 a1 f )li e  j 2 k 3l i f (15 ) i 1 II I.3 Áp dụng mô mô hình với Matl ab II I.3.1 Cá c bước tiến hành II I.3.2 Áp dụng truyền tín hiệu kênh truyền dây cáp pha a) Xét trường hợp tải dây pha dâ y trun g tín h Sơ đồ mô phỏ ng xây dựng phần mềm ATP/E MTP hình sau Lựa chọ n điện áp nguồn 100 V, tần số 50 Hz, dây cáp khôn g có tiết diện 15 mm chiều dài 50 m Các gi trị nội suy phần mềm Matlab đạt được:  a0= 0.013  a1= 31 7x10 -7  k = 0.77 Footer Page 18 of 161 18 II I.3.3 Page Áp dụng 19 truyền hiệu nhiều kênh truyền dây cáp pha Header oftín161 a) Xét trường hợp mạng thích nghi nú t R0=RL =ZAB = ZBC = 476.6 Ω Hì nh III-6 Mô hình EMTP lưới nghi ên cứu Dây B-D dù ng cáp loại 35 mm2: lBD = 12 m, ZBD = 515.34 Ω Lựa chọn số kênh truyền N = Sau tính chọn chi ều dài hệ số G kênh tru yền Hì nh III-7 So sánh kết qu ả nôi suy hàm tru yền tín hiệu Gi trị hệ số đạt :  a0= 0.003  a1= 0.14x10  k = 0.83 II I.3.4 Nhậ n xét kết CHƯƠNG IV Áp dụng mô hình “Fracta l” lĩ nh vực truyền tin đường dây tải điện IV.1 Tính chất đồng dạng dây dẫn tryền tải Mô hìn h cấu trúc đồng dạng bao gồm nhiều cấu trú c nhỏ ph ần tử R’ L’ mắc nố i tiếp C’ mắc song song theo n tầng liên tiếp (mỗi tầng gọi vòng lặp ) Tron g gi trị phần tử tính toán sau : Ở vòn g lặp gi trị R’, L’ , C’ tính th am chiếu Ở vòn g lặp 1, giá trị aR’ , a2bL ’ bC’ Các hệ số a,b giả thi ết lớn Footer Page 19 of 161 19 Ở Page vò ng 20 lặp tiof ếp theo , giá trị R’, L’ , C’ tính toán theo cấp số Header 161 nh ân hình IV-1 a) Đố i với đáp ứng tần số cao: Hì nh IV-1 Sơ đồ mạch điện đơn giản xét tầ n số cao Tần số f  f sup gi trị fsup tính sau : fsu p  n 2 L L' C ' (16 ) Hì nh IV-1 Mô hình cấu trúc tương tự dây dẫn tru yền tải b) Đố i với đáp ứng tần số thấp : Hì nh IV-2.Sơ đồ mạch điện đơn giản xét tần số thấp Đáp ứng xác định khoản g tần số : f  f inf f inf  2L L 'C ' (17 ) c) Đố i với đáp ứng tro ng khoản g tần số giữa, Tron g kho ảng tần số giữa, gi trị tổng trở đầu vào biểu diễn th eo hàm mũ, tro ng số mũ biểu thức hệ số liên quan đến tính chất tự đồn g dạng cấu trúc lưới  (18 ) Z     j   (19 ) log b 1 log a Footer Page 20 of 161 20 IV.2 Xây dựng tổng trở vào đường dây truyền tải Header Page 21môofhình 161 IV.2.1 Cá c bước tính toá n tham số cần thiết cho mô hình Fracta l IV.2.2 Kết mô mô hình f racta l Với gi trị tính toán thay mục trên, kh i ta áp dụn g cho trường hợp truyền só ng điện từ đoạn đường dây AC-95 dài 100km, với giả thiết chọn a=b=1, n=5 Để so sánh kết qu ả hai mô hình fractal mô hình cổ ển, ta xét cho đoạn dây AC-95 dài 100 km Kết mô phỏ ng mô hìn h sau: Hì nh IV-3 Kết mô phỏn g mô hình tổng trở đầ u vào n=5 Kh i chọn n=50, kết cho Hình IV-4 IV.2.3 So sá nh mô hình hai phương pháp cổ điển f racta l trường hợp cụ thể : Xét toàn dải tần số, kết so sánh mô hình hóa ph ương pháp cổ ển phương pháp fractal cho trường hợp nghi ên cứu bảng IV.3 Kết luận Hì nh IV-4 Kết mô phỏn g mô hình tổng trở đầ u vào n=50 Footer Page 21 of 161 21 Header Page 22 of 161 Z ( )  Ve Ie Kho ảng tần số cao Khoảng tần số Khoảng tần số thấp Mô hìn h cổ điển Z ( )  Z C coth( l )  Z ( )  j C ' Z(  )  j C '  ( j  ) 0.5 Mô hìn h fractal Z ( )  1  jnC ' j C ' Z ( )  ( j ) L' C' Z ( )  j L' Bản g So sán h kết hai phương pháp tro ng trường hợp A=B=1 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NG HỊ Đề tài giới thiệu phương pháp mô hìn h hóa cho lưới điện đại Smart Grid theo mô hìn h toán học Fractal dựa tính chất bất biến lưới điện Đề tài đưa kết việc áp dụng mô hình Fractal so sánh với mô hìn h kiểu cổ điển hộp đen Thêm vào đó, đề tài đưa kết cho thấy tinhs khả thi mô hình Fractal mô hình truyền tin đường dây tải điện Với kết bước đầu đề tài, tương lai, đề tài tiếp tục nghiên cứu mô hì nh hóa để đem đến nhiều kết khả thi Đặc biệt Đối với đường dây truyền tin: xét cho cấu trúc phức tạp xét đến nh iễu độ suy hao biên độ Đối với lưới điện: xét đến đặc tính động tải, vấn đề kh ác ổn định nhằm tìm nhiều thông số để đặc trưng cho lưới điện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Falo uts os M F - On power-law relationships of the Internet topology, Comput Commun Rev 29 (199 9) pp.251−26 [2] Travers, J and Mil gram, S - An experimental st udy of th e small world probl em, Soci ometry 32 (1969) pp 425-443 [3] Jeong H., Tombo r B., Alb ert R., Olt vai Z N., & Barabási A L - The largescale organization of metabol ic networks Nature 407 (6804) (2000) p.651-654 Sabo nn adière J C, et al - Lignes et réseaux électriques 2: méthod es d'analyse des réseaux électriques Hermes Science Pub li catio ns , 2007 [5] Michel Laguës et al - Invari an ces d'échelle Des changements d'état s la tu rb ulence Berlin 2008 [4] [6] Mandelbrot B B - Fra ctals: Form, Cha nce and Dim ensi on W.H.Freeman & Company, 19 77 Footer Page 22 of 161 22 [7] Erdős P., & Rényi the Evolution of Random Graphs the Mathematical Header Page 23 A.of- On 161 Inst it ut e of the Hungarian Academy of Sciences (1960 ) pp.17-61 [8] Watts , D., & Stro gatz, S Col lectiv e dyn amics of ‘ small-world’ netw orks Nature, 39 3(6684 ) (1998 ), pp 440 -442 [9] Doy e, J Network topology of a potential energy lands cape: a static scale-free netw ork P hy si cal Review Letters, 88(23)(2002 ), pp.1-4 [10] Jeong , H., Tombo r, B., Alb ert, R., Olt vai, Z N., and Barabasi, A.-L - The large-scale organization of metabol ic networks , Nature 407 (2000), pp 651– 65 [11] Fararo, T J and Sun sh in e, M., A Stu dy of a Bia sed Fri endsh ip Netwo rk, Syracuse Univ ersit y Press, Syracuse, NY, 196 [12] Hub erman, B A., The Laws of the W eb, MIT P ress, Cambridge, MA, 2001 [13] Bos s, M., Elsi nger, H., Summer, M., & Thurner 4, S., The network topology of in terbank market Quanti tati ve Finance, 4(6) (2004 ), pp 677-684 [14] Watts , D J and Stro gatz,S H., Col lectiv e dyn amics of “ small-world ” netw orks , Nature, 393 (1998), pp 440–4 42 [15] Mandelbrot , B B Fra ctals: Form , Cha nce and Dim ensi on W.H.Freeman & Company, 19 77 [16] D'Arcy Thomps on On Growth and Form Cambrid ge Universit y press, 19 17 [17] Charef, A , H H Fractal System as Represented by Singularity Function IEEE Transatio n on Auto matic Control , 37 (9) (1992 ), [18] LE, Thi -Tinh-Min h, Retiere, N., Dynamic Equiv alent of Power System Based on Scale Invariance for Smart Grid Simulation, in Proc 2014 Electrimacs, May 20 14 [19] Cort in a, R., Pi ol tini, G., Ceozzi, S., D’ Amore, M., Telecommunicatio n systems on P ow er Dis trib uti on Networks: Hig h frequency performances of carrier channels , IEEE Trans on PAS,9(2) (1994 ), pp.654-660 [20] Amirsh ahi, P , Kavehrad, M., Mediu m Volt age Overhead P ower-lin e Broadb and Communi catio ns ; Transmis si on , Capacity and Electromagnetic Interference, Proceedin gs of ISPLC 2005, Vancouv er, Canada, April 2005 [21] Clerc, J.P., Trembl ay, A.-M S., Albi net, G and Mitescu, C.D A.C respon se of fractal networks, Le Journal de P hys iq ue – Lettres, 45 (1984), pp L91 3– L92 [22] Amrane, A.A., Reti ère, N and Riu , D.M., New modeli ng of electrical power netw orks using fractal geometry, in Proc 2010 IEE Internatio nal Conference on Harmon ics and Qualit y of Power [23] Theiler, J., Est imatin g Fractal Dimensi on , J Opt Soc Am A 7(199 0) pp 1055 10 73 [24] Alexander, S., Orbach, R., Densi ty of states on fractals: Fractons, Le J de Phys – Lett 43 (1982 ), pp.L625 –L 63 [25] LE, T.T.M and RETIERE, N., Approximatio n of th e frequency response of po wer sy st ems based on scale in variance, Journal of Mathematics and Comput ers in Simul atio n,131 (201 7), pp.157-171 Footer Page 23 of 161 23 [26] IEEE P ES General Sys161 tems Subcommit tee, Dynamic System Equi valents : a Header Page 24 of su rvey of available techni qu es, IEEE Trans on Power Deliv 27 (2012 ), pp 41 142 [27] A Ubo ll i, B Gus tavsen, Mul ti po rt Frequency-Dependent Network Equ iv alencing based on simulated Time –Domain Respo nse, IEEE Trans on P ow er Deliv 27 (2012),pp 648657 [28] De Arcangeli s, L., Redner, S., & Con ig lio, A (1986) Multiscaling approach in rando m resist or and random superconducti ng networks P hysi cal Review B, 34 (7) , pp 4656 [29] Thorp, J S., & Naqavi, S A (1997) Load-Flow Fractals Draw Clues to Erratic Behavio r [30] C So ng , S Havli n, H.A Makse, Self-Simil arity of Complex Networks, Nat 43 3(20 05 ) 39239 [31] H.E Stan ley, L A.N Amaral, P G opi kris hnan, P Ch Ivanov, T.H Keitt , V P lerou, Scale invariance and univ ersalit y: organizin g principles in complex sy st ems, P hy s A: Stat Mech and its App l 28 (200 0) 60–68 [32] A.-L Barabasi, R Alb ert, Emergence of Scaling in Random Networks, Science 28 (199 9), pp 509512 [33] T T Năng, L K H Lan, N T Huyền, T T Hương, P T Tuân, N X Cường, P T Hồn g, B M Duyên, “ Triển vọng phát triển nguồn điện gió Việt Nam”, Viện Kho a Học Vật Liệu Ứng DụngViện Khoa Học & Công Nghệ , Việt Nam, 20 14 [34] P T Tùng , V C Mai, A Wasielk e, “ Tình hình phát triển điện gió khả cung ứng tài cho dự án Việt Nam”, Dự án Năng lượng Gió GIZ, Hà Nội , 201 [35] http :/ /123doc.org/document/ 1327705-ung-dung-li-thuyet-fractal-trong-nghien- cuu-va-xay-dun g-cac-mo-hin h-lu u-luo ng -internet.htm [36] Ngu yễn Ngọc Cường al., http://123doc.org/document/1023 78-nghien-cuu- ve-hin h-hoc-fractal-viet-chuong-trinh-cai-dat-mot -so-duong-va-mat-fractal.htm [37] Zimmermann, M , D os tert, K.D., A mult ip ath mod el for power line channel, IEEETrans On communi catio ns , 50(4), (2002 ), pp.553-559 [38] Celo zzi, S., D’ Amore, M.,P redicti on models of standi ng wave patterns on di st ribu ti on li ne carrier channels, IEE P ROCE EDINGS-C,139(2) (199 2), pp 102-10 [39] Amirsh ahi, P , Kavehrad, M., Mediu m Volt age Overhead P ower-lin e Broadb and Communi catio ns ; Transmis si on , Capacity and Electromagnetic Interference, Proceedin gs of ISPLC 2005, Vancouv er, Canada, April 2005 [40] L de Arcangelis et al., Multiscalin g approach in random resist or and random su percond ucti ng networks , P hy si cal Review, 1986 [41] James S Tho rp et al., Load-Flo w Fractals Draw Clu es to Erratic Behavio r, IEEE Compu ter Appl icatio ns in Pow er, 1997 [42] L S Safavian et al., CLA SSIFICATION OF TRANSIENTINS P OWER SYSTEMS USING MULTIFRACTAA NLA LYSIS, CCECE conference, 20 04 Footer Page 24 of 161 24 [43] J N in g et al., 25 A Wavelet-based Header Page of 161.Method to Extract Frequency Feature for Power Sys tem Fault/ Event Analysi s, IEEE/P ES, 200 [44] D Markov ic, C Gros , P ow er laws and Self-Organized Criticalit y in Theory and Nature Ph ys ics Reports 536 (2014), 41–74 [45] S Racewicz, P J Chrzan, D M Ri u, N Reti ere, Time main si mulati ons of sy nchronous generator mod elled by half-order syst em, Pro c 38t h Ann Con f IEEE Ind Electron Soc (IECON ), Montreal, Canada (2012 ) 2074 -207 [46] J Theiler, Est imatin g fractal di mensi on, J Opt Soc Am A (1990 ) 1055- 10 73 [47] (GOUYET, http :/ /w ww.jfgou yet.fr/, 2007) [48] D Stauffer, A Aharony, Introduction to Percolatio n Theory, second ed., CRC P ress, New-York, 1994 [49] R Rammal, G Tou lo use, Rando m walks on fractal structures and percolati on clus ters, J Ph ys Lett 44 (1983 ) L13-L22 [50] P Kund ur, P ower system stability and control, New York: McGraw-Hil l Inc., 19 94 [51] Ishi da M and Hill R M, “ The impedance of scaled transmissi on lines”,1992 J P hy s.: Condens Matter 286 5–7 [52] P agani, Giu li ano And rea, and Marco Aiell o "The pow er grid as a complex netw ork: a survey." Physica A: Statistical Mechanics and its Applicatio ns3 92, no 11 (201 3): 268 8-27 00 Kröger, Wol fgang, and Enrico Zio Vuln erable sy st ems Spri ng er Science & Busin ess Media, 2011 [53] Sun, Ke "Compl ex networks th eory: A new metho d of research in power grid " In 2005 IEEE/P ES Transmis si on & Dis trib uti on Con ference & Expos it io n: Asia and Pacific, pp 1-6 IEEE, 200 [54] Sanchez, Jos e, Raphael Caire, and Nou redin e Hadjs aid "ICT and power di st ribu ti on mod elin g usi ng compl ex netw orks " In PowerTech (P OWERTECH), 2013 IEEE Grenobl e, pp 1-6 IEEE, 201 [55] Buldy rev, Sergey V., Ron i P arshani, Gerald P aul, H Eug ene Stanley, and Shl omo Havli n "Catast rophi c cascade of failu res in in terdependent netw orks " Nature 464, no 72 91 (2010 ): 1025 -102 [56] , Cru citt i, P aolo , Vit o Latora, and Massimo Marchiori "Mod el for cascadin g failu res in compl ex networks." Phy si cal Review E 69, no (2004): 045 104 [57] Gus tavs en, BjØrn, and Adam Semly en "On passi vi ty tests for unsy mmetrical mod els." IEEE Transactio ns on Power Deliv ery 24, no (2009): 173 9-1741 (Jean MAHSERE DJIAN et al., 2007) [58] Brun o MEYER et al (1998 ) Outi ls de simulati on dynamiq ue des réseaux électriqu es Techni ques de l’ in génieur [59] Kun dur, P rabha, John P aserba, Venkat Ajj arapu, Göran Andersso n, Anjan Bos e, Clau di o Canizares, Nik os Hatziargyriou et al "Defin it io n and classi ficatio n of power sy st em st abil it y IEEE/CIG RE jo in t task force on st abil ity terms and defin itions." IEEE transactions on P ower Systems 19, no (2004 ): 13 87 -140 Ch a, Seung Tae, Qiuwei Wu, and Jacob Øst ergaard "A generic dani sh di st ribut io n grid model for smart grid technolo gy testi ng." In 2012 3rd IEEE P ES Inno vati ve Smart Grid Technolo gies Europe (ISGT Europ e), pp 1-6 IEEE, 2012 Footer Page 25 of 161 25 [60] Hil fer, R., 26 and of A 161 Blu men "Renormalis atio n on Sierpi nsk i-ty pe Header Page fractals." Journal of Phys ics A: Mathematical and General 17, no 10 (1984): L53 [61] Kuznets ova, E., Cul ver, K., & Zio , E (2011) Complexity and vulnerabil it y of Smartgrid sy st em In P roceedin gs of th e European Safety and Reli abil it y Con ference (ESREL), (pp pp 247 4-24 82 ) [62] S.M Amin , B.F Woll enberg, Toward a smart grid: power delivery for the 21st centu ry, IEEE Power Energ Mag (2005) 34 41 [63] E Kuznetso va, K Culver, E Zio , Complexit y and vuln erabil it y of smart grid sy st ems, P roc Eur Safety Reliab (ESRL) Conf., Troyes, France (2011) 2474– 24 82 [64] A St L eger, J James, D Frederick, Smart grid mod elli ng approach for wide area control applications, Proc IEEE P ower Eng Soc Gen Meet., San Diego, USA (201 2) 22-26 [65] Hua Lin , S Sambamoo rthy, S Shu kla, J Thorp, al., P ower sy st em and commun icatio n network co-simulation for smart grid applications, P roc IEEE Innov Smart Grid Tech (ISGT) Conf., Anaheim, USA, (2011) 17-19 [66] J Nut aro, P T Kuruganti , L Mill er, S Mul len, al., Integrated hybrid- si mul atio n of electric power and commun ications systems, P roc IEEE P ower Eng Soc Gen Meet., Tampa, USA (2007) 1-8 [67] K Hopk in son, Xiaoru Wang, R Giovanini, J Thorp, al., EP OCHS: a platform for agent-based electric po wer and communi catio n si mulati on buil t from commercial off-the-shelf compon ents , IEEE Trans P ower Syst 21 (2006) 54855 Footer Page 26 of 161 26 ... TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG MÔ PHỎNG LƯỚI ĐIỆN PHỨC TẠP BẰNG PHƯƠNG PHÁP MỚI FRACTAL XÉT ỨNG DỤNG TRUYỀN TIN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN Mã số: Đ201 5-02 -127 Xác nhận quan chủ... ệu phương pháp Fractal Xây dựng mô hình lưới điện phức tạp ph ương ph áp Ngh iên cứu xây dựng mô hình truyền tin đường dây tải điện Tính sáng tạo: nghiên cứu áp dụng phương pháp toán học “ Fractal ... dựng mô hìn h lưới điện phức tạp phương pháp - Nghi ên cứu xây dựng mô hình truyền tin đường dây tải điện ĐỐI TƯỢNG , PHẠM VI NG HIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: Lưới điện phức tạp Smart Grid, truyền