Ứng dụng hệ mờ điều khiển điện áp trong lưới nhiều nút

Điều khiển điện áp trong hệ thống điện luôn là điều cần thiết để đảm bảo chất lượng điện năng và giảm tồn thất công suất. Bài viết trình bày cách xây dựng hệ mờ điều khiển điện áp trong lưới điện truyền tải với các thiết bị điều khiển đa dạng bằng các bộ điều khiển mờ Mamdani.

TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 13, SỐ K3 - 2010 ỨNG DỤNG HỆ MỜ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI NHIỀU NÚT Quyền Huy Ánh, Trương Việt Anh, Lê Thị Hồng Nhung Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh TĨM TẮT: Điều khiển điện áp hệ thống điện điều cần thiết để đảm bảo chất lượng điện giảm tồn thất cơng suất Bài viết trình bày cách xây dựng hệ mờ điều khiển điện áp lưới điện truyền tải với thiết bị điều khiển đa dạng điều khiển mờ Mamdani Các điều khiển mờ liên kết phối hợp hoạt động điều khiển để tạo thành hệ điều khiển mờ thống có khả tự động điều khiển điện áp nút hệ thống điện cách giữ điện áp nút nằm khoảng giá trị mong muốn thỏa mãn điều kiện ràng buộc Thông qua kết khảo sát lưới điện mẫu IEEE 30bus cho thấy tính hiệu giải thuật mờ đề nghị so với kỹ thuật nhạy thông thường Từ khóa: Hệ mờ, hiệu điều khiển điện áp, độ lệch vi phạm điện áp GIỚI THIỆU góc ảnh hưởng đến tính xác phương pháp Khắc phục điểm này, cần Trong trình vận hành hệ thống điện, việc ổn định điện áp áp, sụt áp … gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng cung cấp điện, an tồn tính kinh tế điều kiện vận hành khác mạng phải thay đổi hệ số nhạy cách linh hoạt điện áp nút đạt đến giá trị đó, báo phát triển hệ mờ điều khiển điện áp công suất phản kháng giải khó khăn phân phối Điều khiển điện áp lưới điện có nhiều phương pháp [1÷7] mà kỹ thuật nhạy phổ biến, trình bày [1] kỹ thuật hệ chuyên gia [3÷6] Tuy nhiên, phương pháp có PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN 2.1 Khái niệm biến ngơn ngữ Khi tính đến hoạt động điều khiển, hệ số sau phải đưa vào: khó khăn bơm cơng suất phản kháng đối − Sự nhận dạng độ lệch vi phạm điện với mục đích điều khiển hiệu áp “đánh giá độ lệch”, đối tượng mà vùng giới hạn, nghĩa có điều khiển tiến hành loại trừ đường dây kề cận có tính nhạy đáng kể − “Hiệu quả” hoạt động điều khiển, điều khiển Vì tổn thất cơng suất phụ thuộc vào chức thiết bị (máy phản kháng lớn số lượng phát, tụ bù) vị trí mạng điện, điều khiển điện áp hút/bơm công suất phản ảnh hưởng hoạt động khác kháng dư, tuyến tính quan hệ hoạt động hiệu ưu tiên điện áp điều khiển mà hệ số nhạy hệ số Trang 29 Science & Technology Development, Vol 13, No.K3- 2010 Tất hệ số gán với biến trọng ngơn ngữ: Để tìm thiết bị điều khiển hữu hiệu − NB - Negative Big (âm nhiều) tình vận hành cho trước, sử − NS - Negative Small (âm ít) dụng phương pháp nhạy [1] Kỹ thuật − ZE - Zero (không) nhạy dùng rộng rãi phân tích hệ �ợc điều khiển thời điểm Khối điều khiển mờ trình bày Hình 3, điều khiển mờ Mamdani hai đầu vào đầu Để đơn giản, chọn tập hợp mờ có dạng hình tam giác, phương pháp giải mờ phương pháp điểm trọng tâm để liên kết với biến ngôn ngữ “độ lệch vi Trong việc thực vận hành tập mờ, sử phạm điện áp”, với giá trị là: NB, NS, ZE, dụng hàm T-norm luật vận hành PS PB (đối với phép giao) sử dụng hàm S-norm đối 3.TÁC ĐỘNG CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN với luật vận hành max (đối với phép hợp) Tuy có cầu trúc đơn giản trình bày, 3.1 Thuật toán điều khiển kết khảo sát mục III cho thấy tính Bộ điều khiển mờ gồm có khối điều hiệu phương pháp Bộ điều khiển khiển mờ thiết bị điều khiển (tụ bù, Controller gồm có hai tín hiệu đầu vào có máy phát,…) Mỗi khối điều khiển mờ tác động luật điều khiển chung là: đến vi phạm điện áp theo tín hiệu tương NẾU hiệu điều khiển điện áp ứng đưa tập hợp thay đổi trạng (Efficiency) VÀ độ lệch vi phạm điện áp thái thiết bị (Violation) Khi phát có vi phạm điện áp, điều khiển mờ khởi động từ tín hiệu độ lệch vi phạm điện áp hiệu điều khiển, trạng thái thiết bị đề xuất Lưu đồ THÌ tín hiệu điều khiển (Control signal) Biến ngơn ngữ Violation nút HTĐ Efficiency mã hoá thành giá trị NB, NS, ZE, PS, PB có hàm liên thuộc dạng tam giác cân đồng mơ tả Hình Trang 31 Science & Technology Development, Vol 13, No.K3- 2010 Hình Trong đó, biến ngơn ngữ Control mờ hoá signal hàm liên thuộc tam Violation nút HTĐ Giá trị biến giác phức tạp hơn, biểu diễn ngôn ngữ Efficiency xác định từ việc mờ giá trị Hình Bảng trình bày 25 luật hố vector cột ma trận độ nhạy (bảng mờ hợp thành cài đặt sẵn khối 2), với tên cột tên nút có thiết bị bù Sau điều khiển mờ thực phép suy diễn (3), Control để có giá trị biến signal giải mờ tác động trực tiếp đến Giá trị điện áp sau quy đổi độ điều khiển công suất kháng lệch điện áp ∆Vi theo biều thức (1) (2) Bắt đầu Xác định cấu hình vận hành hệ thống điện Lập ma trận độ nhạy Nhập liệu điện áp Không Các điện áp vi phạm ràng buộc? Có Xác định có vi phạm điện áp Đưa tín hiệu độ lệch điện áp nút ma trận độ nhạy vào hệ thống xử lý mờ xuất tính hiệu điều khiển tụ bù Giải tốn phân bố cơng suất để xác định điện áp nút HTĐ Các điện áp khơi phục bình thường? Khơng Có Kết thúc H2: Lưu đồ điều khiển điện áp sử dụng điều khiển mờ Hình Khối điều khiển mờ thiết bị điều khiển Bảng 1.Bảng luật cho điều khiển Trang 32 Science & Technology Development, Vol 13, No.K3- 2010 Efficiency NB NS ZE PS PB NB ZE NS NS NB NB Violation NS ZE NS NS NS NB ZE ZE ZE ZE ZE ZE PS ZE PS PS PS PB PB ZE PS PS PB PB Thiết kế giúp trì biến điều khiển ln nằm phạm vi chúng, điều có nghĩa hệ thống điều khiển hướng đến việc giữ biên độ điều khiển sẵn có biến, việc quan trọng hữu ích theo quan điểm vận hành 4.THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Hệ mờ điều khiển điện áp ứng dụng vào HTĐ IEEE 30bus Hình Trong HTĐ có thiết bị điều khiển cơng suất kháng nút 2, 5, 8, 11, 13, 17, 18, 23, 27 nên cần phải đặt khối điều khiển vị trí Ma trận độ nhạy thiết bị bù công suất kháng lên khiển điện áp tất bus nằm giới hạn cho phép Bảng Ma trận độ nhạy lưới IEEE 30bus V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16 V17 V18 V19 V20 V21 V22 V23 V24 V25 V26 V27 V28 V29 V30 Q2 0.07 0.08 0.07 0.06 0.09 0.13 0.13 0.17 0.15 0.16 0.16 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.13 0.13 0.09 0.09 0.06 0.08 0.07 0.07 Q5 0 0.06 0.06 0.08 0.11 0.08 0.08 0.08 0.11 0.08 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.08 0.09 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 Q8 0 0.09 0.11 0.14 0.12 0.14 0.14 0.13 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.15 0.14 0.15 0.14 0.15 0.14 0.14 điện áp nút cho Bảng Mục tiêu điều Hình Hệ thống điện thử nghiệm IEEE30bus Trang 34 Q11 0 0.68 0.08 0.1 0.09 0.23 0.19 0.13 0.14 0.15 0.15 0.17 0.16 0.17 0.18 0.18 0.18 0.16 0.17 0.15 0.15 0.13 0.11 0.13 0.13 Q13 0 0.06 0.07 0.08 0.08 0.12 0.13 0.21 0.19 0.19 0.17 0.13 0.17 0.16 0.15 0.13 0.13 0.18 0.15 0.13 0.14 0.12 0.09 0.12 0.12 Q17 0 0.52 0.06 0.08 0.08 0.15 0.18 0.12 0.11 0.13 0.16 0.22 0.15 0.16 0.16 0.16 0.16 0.15 0.16 0.14 0.15 0.13 0.09 0.13 0.13 Q18 0 0.26 0.09 0.1 0.09 0.17 0.2 0.21 0.24 0.26 0.21 0.21 0.39 0.34 0.3 0.21 0.21 0.24 0.21 0.17 0.18 0.15 0.11 0.15 0.15 Q23 Q27 0 0 0.08 0.075 0.1 0.09 0 0.11 0.109 0.1 0.098 0 0.17 0.138 0.21 0.155 0 0.22 0.135 0 0.25 0.146 0.28 0.154 0.21 0.144 0.21 0.152 0.26 0.159 0.24 0.16 0.23 15885 0.22 0.169 0.23 0.173 0.4 0.186 0.29 0.227 0.22 0.356 0.23 0.367 0.18 0.429 0.12 0.142 0.18 0.432 0.18 0.434 Science & Technology Development, Vol 13, No.K3- 2010 4.1 Xây dựng mơ hình Theo u cầu mơ hình, thiết kế điều khiển mờ có hai ngõ vào ngõ Các biến ngõ vào Efficiency Violation, biến ngõ ControlSignal trình bày Hình 5, Hình Hình Tạo lập hàm liên thuộc hình tam giác (trimf) cho biến vào biến Hình mơ tả 25 luật hợp thành khối điều khiển mờ, chọn phương pháp giải mờ phương pháp điểm trọng tâm Hình 25 luật khối điều khiển mờ (centroid) 4.2 Kết mô Điện áp trước sau điều khiển HTĐ IEEE 30 bus trình bày Bảng Kết điều khiển điện áp so sánh với phương pháp điều khiển phần mềm PSS/E 4.3 Nhận xét Bộ điều khiển mờ tỏ có hiệu Hình Tập mờ Efficiency phương pháp điều khiển điện áp PSS/E HTĐ IEEE 30bus trường hợp khảo sát Độ lệch điện áp nút so với giá trị 1.00pU sau điều khiển hệ mờ tương đối đồng so với điều khiển điện áp phần mềm PSS/E Tổng bình phương sai số điện áp 30 nút so với điện áp chuẩn 1.0pU trường hợp khảo sát cho thấy phương pháp đề nghị có nhiều nút gần giá trị điện áp định mức phương pháp PSS/E Hình Tập mờ Violation Đặc biệt nút 11 trường hợp nút 11, nút 12, nút 13 trường hợp PSS/E không đưa điện áp vào phạm vi cho phép: Vi∈[0.95,1.05]pU Hình ControlSignal Trang 34 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 13, SỐ K3 - 2010 Bảng Kết điện áp trước sau điều khiển HTĐ IEEE 30 bus U giới hạn TC số U trường hợp (p.u) Trên Dưới Trước ĐK Đkhiển hệ mờ U trường hợp PSS/E Trước ĐK Đkhiển hệ mờ U trường hợp PSS/E Trước ĐK Đkhiển hệ mờ PSS/E 1.1 0.9 1.060 1.060 1.060 1.060 1.060 1.060 1.060 1.060 1.060 1.05 0.95 1.045 1.035 1.045 1.045 1.035 1.045 1.045 1.035 1.045 1.05 0.95 1.022 1.016 1.027 1.036 1.016 1.034 1.021 1.014 1.025 1.05 0.95 1.013 1.006 1.020 1.030 1.006 1.028 1.012 1.004 1.018 1.05 0.95 1.010 1.000 1.010 1.010 1.000 1.010 1.010 1.000 1.010 1.05 0.95 1.007 1.006 1.012 1.022 1.006 1.020 1.006 1.005 1.014 1.05 0.95 0.989 0.996 0.992 1.009 0.996 1.008 0.988 0.995 0.993 1.05 0.95 1.010 1.010 1.017 1.010 1.010 1.015 1.010 1.010 1.014 1.05 0.95 1.008 1.033 1.028 1.041 1.031 1.038 1.004 1.030 1.008 10 1.05 0.95 0.989 1.028 1.007 1.032 1.027 1.026 0.975 1.023 0.984 11 1.05 0.95 1.052 1.047 1.064 1.082 1.044 1.082 1.050 1.050 1.052 12 1.05 0.95 1.007 1.04 1.020 1.059 1.038 1.051 0.989 1.025 0.999 13 1.05 0.95 1.047 1.047 1.051 1.095 1.045 1.089 1.020 1.020 1.030 14 1.05 0.95 0.988 1.025 1.011 1.046 1.024 1.038 0.966 1.011 0.98 15 1.05 0.95 0.986 1.020 1.005 1.040 1.019 1.034 0.961 1.008 0.974 16 1.05 0.95 0.995 1.027 1.016 1.044 1.026 1.036 0.978 1.016 0.988 17 1.05 0.95 0.982 1.022 1.010 1.034 1.021 1.026 0.974 1.015 0.983 18 1.05 0.95 0.976 1.011 0.994 1.031 1.009 1.026 0.955 1.001 0.966 19 1.05 0.95 0.968 1.008 0.985 1.024 1.007 1.018 0.949 0.999 0.960 20 1.05 0.95 0.974 1.012 0.987 1.026 1.011 1.02 0.955 1.004 0.966 21 1.05 0.95 0.972 1.016 0.991 1.019 1.015 1.014 0.955 1.010 0.965 22 1.05 0.95 0.972 1.016 0.991 1.019 1.015 1.015 0.957 1.011 0.967 23 1.05 0.95 0.972 1.011 0.989 1.022 1.009 1.02 0.933 1.000 0.951 24 1.05 0.95 0.952 1.006 0.968 1.004 1.005 1.001 0.943 0.999 0.956 25 1.05 0.95 0.970 1.007 0.979 1.009 1.007 1.008 0.97 1.002 0.982 26 1.05 0.95 0.942 0.989 0.949 0.995 0.989 0.994 0.955 0.985 0.967 27 1.05 0.95 0.995 1.017 0.999 1.019 1.016 1.019 0.994 1.013 1.001 28 1.05 0.95 1.004 1.006 1.008 1.019 1.006 1.017 1.004 1.005 1.014 29 1.05 0.95 0.990 0.997 0.984 1.014 0.996 1.013 0.988 0.993 0.999 30 1.05 0.95 0.986 0.985 0.982 1.007 0.984 1.007 0.982 0.981 0.993 0.024 0.017 0.021 0.041 0.015 0.035 0.035 0.012 0.024 Tổng sai số 5.KẾT LUẬN IEEE 30bus, thể tính hiệu điều khiển mờ việc loại trừ vi phạm điện Bài báo mô tả việc xây dựng điều khiển mờ điều khiển điện áp HTĐ dựa liên kết khối mờ loại Mamdani áp với thời gian ngắn Trong tương lai hệ mờ có khả kết hợp mơ hình lai tối ưu dòng cơng suất phản kháng mơi trường MATLAB Bằng luật mờ điều khiển điện áp đơn giản cho kết tốt áp dụng vào HTĐ mẫu Trang 35 Science & Technology Development, Vol 13, No.K3- 2010 APPLICATION OF FUZZY SYSTEM TO CONTROL VOLTAGE IN MULTI NODES POWER SYSTEM Quyen Huy Anh, Truong Viet Anh, Le Thi Hong Nhung HoChiMinh University of Technical Education ABSTRACT: Control voltage in power system is always necessary to guarantee power quality and reduce power loss of productivity This paper presents the construction of voltage control fuzzy system in transmission network with variety control devices, used fuzzy Mamdani controllers Fuzzy controllers associated and combined control actives to create an unified fuzzy control systems capable of automatically controlling the voltage at the nodes in power system by retaining nodes voltage in a while desired values with the satisfying restrictive conditions Through the investigative results on 30bus IEEE standard network demonstrated the effectiveness of the proposed fuzzy algorithm compared with conventional techniques sensitive tree Key words: Fuzzy system, Efficiency of voltgate controlling, Violation of voltgate [5] Vladimiro Miranda, André Moreira, Jorge TÀI LIỆU THAM KHẢO Pereira; An Improved Fuzzy Inference [1] Quyền Huy Ánh, Trương Việt Anh, System For Voltage/VAR Control; IEEE Nguyễn Nhân Bổn; Hệ chuyên gia điều Transaction on power system, Vol.22, khiển điện áp công suất kháng hệ No.4, November (2007) thống điện; Tạp chí Khoa học cơng nghệ, số 30 + 31, Hà Nội (2001) [6].P.YA Ekel, L.D.B Terra, M.F.D Junges, F.J.A De Oliveira, R Kowaltschuk, L [2] Jizhong Zhu, Optimization of power Mikami, J.R.P Da Silva, T.YU Taguti; An system operation, IEEE Press, pp 5-7, approach to constructing sensitivity indices (2009) and fuzzy control of system voltage and [3] P.YA Ekel, L.D.B Terra, M.F.D Junges, reactive power; Proc Of the 1999 F.J.A De Oliveira, R Kowaltschuk, T.YU IEEWPES Transmission and Distribution Taguti; Fuzzy Logic In Voltage And Conference New Orleans, vol 2, pp 759, Reactive Power Control In Power Systems; 764, (1999) IEEE Transaction on power system, (1999) [7].Mark Ndubuka NWOHU, Voltage Stability Improvement using Static Var [4] Vladimiro Miranda, Patricia Calisto; A Compensator in Power Systems, Leonardo Fuzzy Inference System To Voltage/VAR Journal of Sciences ISSN 1583-0233, Issue Control In DMS; Distribution Management 14, January-June 2009, p 167-172 System, June (2002) Trang 36 ...khảo sát Độ lệch điện áp nút so với giá trị 1.00pU sau điều khiển hệ mờ tương đối đồng so với điều khiển điện áp phần mềm PSS/E Tổng bình phương sai số điện áp 30 nút so với điện áp chuẩn 1.0pU ...hiệu điều khiển mờ việc loại trừ vi phạm điện Bài báo mô tả việc xây dựng điều khiển mờ điều khiển điện áp HTĐ dựa liên kết khối mờ loại Mamdani áp với thời gian ngắn Trong tương lai hệ mờ có ...bình thường? Khơng Có Kết thúc H2: Lưu đồ điều khiển điện áp sử dụng điều khiển mờ Hình Khối điều khiển mờ thiết bị điều khiển Bảng 1.Bảng luật cho điều khiển Trang 32 Science & Technology Development,