Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố bất định đối với sự làm việc an toàn của hệ thống điện Việt Nam

Luận án xây dựng công cụ tính toán, phân tích, đánh giá mức độ làm việc an toàn cho hệ thống điện có xét đến các yếu tố bất định sau đó thử nghiệm và áp dụng cho hệ thống điện Việt Nam.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HUỲNH VĂN KỲ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ BẤT ĐỊNH ĐỐI VỚI SỰ LÀM VIỆC AN TOÀN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 62.52.02.02 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - 2020 Cơng trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Ngô Văn Dưỡng PGS TS Lê Đình Dương Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Đại học Đà Nẵng Đại học Đà Nẵng Vào ngày tháng năm 2020 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam; - Trung tâm TTHL-Truyền thông, ĐHĐN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, nguồn lượng gió, mặt trời… ngày trọng phát triển lợi ích thiết thực mang lại từ nguồn đặc biệt yếu tố môi trường Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích mang lại, nguồn lượng chứa đựng nhiều yếu tố bất định (uncertainty) chất ngẫu nhiên cộng với yếu tố bất định vốn có tồn hệ thống điện (HTĐ) cố ngẫu nhiên phần tử hệ thống, biến đổi phụ tải… gây nhiều khó khăn cho việc tính tốn, phân tích HTĐ Do đó, HTĐ ngày nay, việc đề xuất giải pháp tính tốn, phân tích phù hợp có xét đến yếu tố bất định cần thiết Để đảm bảo cho HTĐ vận hành an tồn, q trình vận hành cần phải tính tốn kiểm tra thơng số chế độ hệ thống so với giá trị cho phép tương ứng với trạng thái vận hành khác nhau, qua đánh giá mức độ an tồn hệ thống tìm giải pháp nâng cao khả vận hành an tồn cho HTĐ Các thuật tốn Newton-Raphson Gauss-Seidel thường sử dụng để tính tốn HTĐ với liệu đầu vào gồm thông số vận hành (công suất phụ tải, công suất phát máy phát ), thông số hệ thống (tổng trở đường dây, tổng trở máy biến áp…) cấu trúc lưới (trạng thái làm việc thiết bị đường dây liên kết…) giá trị cố định kết tính tốn thơng số chế độ (điện áp nút, dịng điện cơng suất truyền tải đường dây, góc pha…) HTĐ có giá trị cố định yếu tố bất định hệ thống khơng xét đến Để tích hợp yếu tố bất định HTĐ, sở liệu thu thập trình vận hành HTĐ, phương pháp xác suất thống kê cho phép tìm qui luật thay đổi thông số vận hành cấu trúc hệ thống, thơng tin đầu vào tốn giải tích mạng điện, kết tính tốn tìm qui luật thay đổi thông số chế độ Căn vào qui luật thay đổi thông số chế độ, ứng với chế độ vận hành thực tế cho phép đánh giá mức độ an toàn HTĐ có xét đến yếu tố bất định nguồn, tải cấu trúc lưới Phương pháp tính toán cho phép đánh giá xác suất tồn chế độ nguy hiểm (các thông số điện áp, dịng điện cơng suất truyền tải vượt giá trị cho phép), tùy theo đặc điểm lưới điện u cầu phụ tải để tính tốn đề xuất giải pháp nâng cao độ an toàn phù hợp cho HTĐ Trên sở phân tích cho thấy đề tài luận án “Đánh giá ảnh hưởng yếu tố bất định làm việc an toàn Hệ thống điện Việt Nam” cần thiết phù hợp với yêu cầu thực tế Tổng quan tình hình nghiên cứu Để đánh giá mức độ làm việc an tồn HTĐ trước hết phải tính tốn thơng số chế độ sau đối chiếu với giới hạn cho phép thơng số để đánh giá từ đề giải pháp xử lý, đảm bảo an tồn cho hệ thống trường hợp có nguy xảy an toàn Ở Việt Nam từ trước đến phương pháp tính tốn trào lưu cơng suất (tính tốn chế độ xác lập) truyền thống [1, 2] công cụ sử dụng để xác định thông số chế độ Tuy nhiên, phương pháp không xét đến yếu tố bất định HTĐ cơng cụ tính tốn trào lưu cơng suất áp dụng phương pháp xác suất đề xuất trở thành cơng cụ tính tốn hiệu tất yếu tố bất định HTĐ mô tả quy luật xác suất [8] tích hợp vào q trình tính tốn Phương pháp đề xuất lần Borkowska vào năm 1974 [14] kể từ nhiều cơng trình nghiên cứu lĩnh vực cơng bố giới Tuy nhiên, Việt Nam lĩnh vực chưa nghiên cứu để đưa vào ứng dụng giải vấn đề HTĐ Việt Nam đặc biệt phân tích, đánh giá nguy an tồn cho HTĐ q trình vận hành Một cách tổng quan, tính tốn trào lưu cơng suất áp dụng phương pháp xác suất phân chia thành ba nhóm phương pháp chính: phương pháp giải tích [10, 11, 38, 47, 62, 70, 76, 79, 80, 83, 85], phương pháp xấp xỉ [5, 12, 17, 31, 33, 46, 50, 53, 68, 73, 84], phương pháp số [15, 22, 23, 25, 35, 39, 48, 54, 63, 64, 67, 78] Một điểm quan trọng cần ý với phương pháp tính tốn trào lưu cơng suất có xét đến yếu tố bất định biến đầu vào HTĐ thực tế, biến đầu vào thường tồn tương quan (correlation) [17, 19, 39, 46, 47, 48, 54, 59, 74, 75, 84] đặc biệt tương quan lớn nguồn lượng gió, mặt trời Do để biểu diễn yếu tố bất định đầu vào với chất vốn có nó, tương quan biến đầu vào (nếu có) phải xét đến Nhìn chung phương pháp có đặc điểm riêng, có ưu nhược điểm riêng tùy theo ứng dụng thực tế, theo yêu cầu đặt mà từ chọn nhóm phương pháp tính tốn phù hợp Nhóm phương pháp giải tích xấp xỉ có thời gian tính tốn nhanh, nhiên độ xác khơng cao khó khăn việc tích hợp nhiều loại hàm phân bố đặc biệt hàm không tuân theo quy luật phân bố chuẩn khó tích hợp tương quan biến đầu vào Ngược lại, phương pháp mô Monte-Carlo (MCS) cho kết xác tin cậy Các quy luật phân bố xác suất biến đầu vào nhìn chung dễ dàng thực so với phương pháp giải tích phương pháp xấp xỉ Nhược điểm lớn MCS khối lượng tính tốn nặng nề, thời gian tính tốn tương đối lâu gặp khó khăn việc áp dụng tính tốn HTĐ đặc biệt HTĐ lớn thực tế Trong phạm vi nghiên cứu này, để có kết tính tốn có độ xác cao có khả biểu diễn yếu tố bất định với chất phương pháp mơ lựa chọn Tuy nhiên, để khắc phục hạn chế phương pháp mô phỏng, nhiều kỹ thuật xử lý liệu phù hợp áp dụng để từ đề xuất phương pháp xây dựng cơng cụ tính tốn, phân tích HTĐ Mục đích nghiên cứu Xây dựng cơng cụ tính tốn, phân tích, đánh giá mức độ làm việc an tồn cho HTĐ có xét đến yếu tố bất định sau thử nghiệm áp dụng cho HTĐ Việt Nam Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: Các mơ hình biểu diễn yếu tố bất định; kỹ thuật khai phá liệu; phương pháp tính tốn HTĐ có xét đến yếu tố bất định  Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng thuật toán chương trình tính tốn, phân tích HTĐ có xét đến yếu tố bất định, sau dùng kết từ chương trình để đánh giá mức độ làm việc an toàn HTĐ, xác định mức độ xâm phạm thơng số chế độ HTĐ có để từ đề xuất giải pháp xử lý, đảm bảo an tồn cho hệ thống Áp dụng tính toán cho HTĐ truyền tải 500 kV Việt Nam giai đoạn đến năm 2025 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu  Cách tiếp cận: Từ sở lý thuyết đến phát triển phương pháp xây dựng cơng cụ tính tốn; thử nghiệm áp dụng thực tế  Phương pháp nghiên cứu: Để đạt mục tiêu đề luận án, phương pháp sau sử dụng trình nghiên cứu: Phương pháp tổng hợp, phân tích tài liệu; Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa; Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thử nghiệm thực tế Nội dung nghiên cứu Luận án bao gồm phần sau đây: Mở đầu Chương 1: Phương pháp xây dựng số liệu để tính tốn phân tích chế độ làm việc hệ thống điện có xét đến yếu tố bất định Chương 2: Các kỹ thuật xử lý liệu áp dụng toán tính tốn, phân tích hệ thống điện có xét đến yếu tố bất định Chương 3: Phương pháp phân tích đánh giá mức độ làm việc an tồn hệ thống điện có tích hợp yếu tố bất định Chương 4: Đánh giá kết phương pháp đề xuất hệ thống điện mẫu áp dụng tính tốn khả vận hành an tồn Hệ thống điện Việt Nam Kết luận kiến nghị Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án  Ý nghĩa khoa học: Kết đạt luận án mang lại đóng góp mặt khoa học sau: - Đề xuất kỹ thuật xử lý liệu nâng cao đặc biệt kỹ thuật tiền xử lý, kỹ thuật xử lý thu giảm kích thước liệu kỹ thuật Phân tích thành phần (Principal Component Analysis PCA) kết hợp với kỹ thuật phân cụm liệu K-means, Thuật tốn tiến hóa vi sai (Differential Evolution - DE) áp dụng việc giải hiệu vấn đề nghiên cứu luận án mà cịn mở rộng áp dụng cho lĩnh vực khác Các kỹ thuật quan trọng giải vấn đề liên quan đến sở liệu lớn - Đề xuất phương pháp CMC (Clustering based Monte-Carlo) để xử lý liệu đầu vào cho chương trình tính tốn, phân tích HTĐ có xét đến yếu tố bất định Phương pháp đề xuất giúp thu nhỏ liệu phản ảnh đầy đủ thông số vận hành thực tế HTĐ, nhờ thời gian tính tốn nhanh kết tính tốn có độ xác cao Đây đóng góp quan trọng luận án mặt phương pháp luận khoa học - Trên sở phương pháp xử lý liệu phương pháp tính tốn giải tích mạng điện xây dựng chương trình giám sát vận hành HTĐ có xét đến yếu tố bất định Chương trình cho phép theo dõi thông số chế độ ứng với trạng thái vận hành thực tế, so sánh với mức độ biến thiên thông số theo yếu tố bất định đầu vào giới hạn cho phép thơng số để đánh giá mức độ an tồn HTĐ Trên sở xác định nút khu vực nguy hiểm HTĐ cần thường xuyên giám sát có giải pháp xử lý phù hợp để đảm bảo HTĐ vận hành an toàn tin cậy  Ý nghĩa thực tiễn: Kết đạt luận án mang lại đóng góp mặt thực tiễn sau: Chương trình tính tốn phân tích HTĐ có sử dụng kỹ thuật xử lý liệu yếu tố bất định thơng số đầu vào chương trình giám sát vận hành HTĐ đề xuất áp dụng cho toán quy hoạch (planning) vận hành (operation) miền thời gian khác thực tế CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG BỘ SỐ LIỆU ĐỂ TÍNH TỐN PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ XÉT ĐẾN CÁC YẾU TỐ BẤT ĐỊNH 1.1 Mở đầu 1.2 Các khái niệm xác suất thống kê [21, 34] 1.2.1 Xác suất kiện ngẫu nhiên 1.2.2 Biến ngẫu nhiên, hàm phân bố tham số đặc trưng biến ngẫu nhiên 1.3 Các hàm phân phối xác suất phổ biến dùng để biểu diễn yếu tố ngẫu nhiên hệ thống điện [8, 21, 34] 1.3.1 Hàm phân phối (Uniform distribution) 1.3.2 Hàm phân phối chuẩn (Gaussian/normal distribution) 1.3.3 Hàm phân phối 0-1 hàm phân phối nhị thức (Binomial distribution) 1.3.4 Hàm phân phối Weibull 1.3.5 Hàm phân phối Beta (Beta distribution) 1.3.6 Hàm phân phối Gamma (Gamma distribution) 1.3.7 Hàm phân phối nhiều đỉnh (Multimodal distribution) 1.4 Xây dựng hàm phân bố tạo số liệu ngẫu nghiên cho yếu tố bất định hệ thống điện Hình 1.15 mơ tả tổng qt q trình xây dựng hàm phân bố tạo số liệu ngẫu nhiên 1.5 Kết luận chương Trong HTĐ tồn nhiều yếu tố Hình 1.15 Quá trình xây dựng hàm phân bố ngẫu nhiên tạo số liệu ngẫu nhiên q trình vận hành HTĐ thu thập số liệu xuất ngẫu nhiên thông số vận hành số lần cố phần tử hệ thống Trên sở số liệu ngẫu nhiên thông số cho phép xây dựng quy luật biến thiên thông số theo dạng hàm phân bố định Trên sở hàm phân bố thông số vận hành xác suất cố phần tử cho phép tạo số liệu ngẫu nhiên thông số vận hành cấu trúc lưới HTĐ làm đầu vào cho tốn tính tốn phân tích chế độ làm việc HTĐ có xét đến yếu tố bất định CHƯƠNG CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ DỮ LIỆU ÁP DỤNG TRONG BÀI TỐN TÍNH TỐN, PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN CĨ XÉT ĐẾN CÁC YẾU TỐ BẤT ĐỊNH 2.1 Mở đầu Để tích hợp yếu tố bất định tính tốn phân tích chế độ vận hành HTĐ cần thiết phải tính tốn xây dựng hàm phân bố ngẫu nhiên thông số xác suất cố phần tử với thực tế xảy HTĐ Các hàm phân bố ngẫu nhiên xây dựng số liệu thực tế vận hành thu thập thời gian khứ Tuy nhiên, số liệu thu thập thường có chứa đựng số liệu lỗi, liệu, liệu không đồng vấn đề khác làm cho trình khai phá liệu xây dựng hàm phân bố ngẫu nhiên cho thơng số gặp nhiều khó khăn, cho kết khơng xác mong muốn Các kỹ thuật xử lý liệu nâng cao áp dụng để xử lý liệu thu thập từ yếu tố ngẫu nhiên HTĐ sở để tạo số liệu chuẩn thông số vận hành trạng thái phần tử lưới điện vận hành thực tế để áp dụng cho tốn phân tích HTĐ 2.2 Kỹ thuật xử lý liệu xác suất thống kê Các kỹ thuật xử lý liệu bao gồm [37, 56, 77]: Làm liệu, tích hợp liệu, biến đổi liệu, thu giảm liệu 2.2.1 Xử lý liệu bị thiếu (missing data) 2.2.2 Loại bỏ phần tử ngoại lai (outliers) 2.2.3 Chuẩn hóa liệu (normalization) 2.2.4 Thu giảm liệu (data reduction) Tập liệu ban đầu liệu thu thập từ phụ tải, nguồn lượng tái tạo, thường lớn làm cho toán tính tốn, phân tích gặp nhiều khó khăn đặc biệt HTĐ lớn Thu giảm hiệu cách để biến đổi tập liệu lớn ban đầu thành tập 12 với thời gian tiêu tốn đảm bảo kết có độ xác cao Hình 3.1 Sơ đồ thuật tốn MCS Hình 3.2 Sơ đồ thuật tốn CMC 3.3.3 Chương trình phân tích đánh giá mức độ làm việc an tồn hệ thống điện có xét đến yếu tố bất định Trên sở sơ đồ thuật toán Mục 3.3.2, chương trình tính tốn, phân tích, đánh giá mức độ làm việc an toàn HTĐ có xét đến yếu tố bất định thực phần mềm Matlab Trước hết, thuật toán chương trình phân tích đánh giá mức độ làm việc an tồn HTĐ có xét đến yếu tố bất định áp dụng cho HTĐ mẫu IEEE 14 nút [61] Đây HTĐ nhỏ nên mục đích để diễn giải kết đạt từ thuật toán MCS CMC Nhờ HTĐ nhỏ nên dễ dàng thực giao diện để tăng tính trực quan Khi chạy chương trình, giao diện hiển thị Hình 3.3 có nút để chọn chức PFC (tính tốn hiển thị kết PFC) PPF (Probabilistic Power Flow) 13 Hình 3.3 Giao diện khởi động chương trình tính tốn, phân tích, đánh giá mức độ làm việc an tồn cho HTĐ mẫu IEEE 14 nút Hình 3.5 Giao diện chạy Monte-Carlo cho mạng điện mẫu IEEE 14 nút Khi click chuộc vào nút ấn PPF, chức tính tốn, phân tích, đánh giá mức độ làm việc an tồn cho HTĐ có xét đến yếu tố bất định thực Các yếu tố ngẫu nhiên đầu vào giả sử: phụ tải nút phân bố theo hàm phân bố chuẩn với giá trị kỳ vọng giá trị xác lập độ lệch chuẩn lấy giá trị khác cho phụ tải, giá trị (5 ÷ 11)% kỳ vọng, cố ngẫu nhiên đường dây tuân theo hàm phân bố 0-1 với xác suất cố 0,1%, cố ngẫu nhiên tổ máy phát nhà máy điện lấy theo quy luật hàm phân bố Binomial (nhà máy điện nối với nút gồm 10 tổ máy, tổ xác suất cố 1,28%; nhà máy điện nối với nút gồm tổ máy tổ xác suất cố 1,43%) Hình 3.5 giao diện nhận kích chuộc vào nút ấn PPF Trong giao diện Hình 3.5 có sử dụng thị màu: + Đối với nhánh: Nhánh màu xanh thị đường dây chưa bị tải (xác suất tải 0), màu đỏ đường dây có nguy bị tải với xác suất tải Để biết rõ thông tin khả bị tải nhánh i-j, click chuột vào nút có ký hiệu Iij giao diện Ví dụ đường dây có màu xanh nhánh 9-10, click chuột vào xuất giao diện kết Hình 3.6 có vẽ hàm mật độ xác suất (PDF) hàm phân phối xác suất tích lũy (CDF) giới hạn cho phép Imax đường nét 14 đứt màu đỏ Thanh thị màu phía thể vùng phân bố màu xanh cây, vùng dòng màu hồng Trong trường hợp đường dây 9-10 non tải Ngược lại, đường dây 4-5 có khả bị tải với xác suất dòng 1,7% (tỷ lệ số mẫu vượt giới hạn Imax tổng số mẫu), vùng dòng thị màu đỏ Hình 3.8 Hình 3.6 Dịng điện chạy nhánh 9-10 Hình 3.8 Dịng điện chạy nhánh 4-5 Về mặt ý nghĩa, thực tế vận hành đường dây tương tự 9-10 (non tải chí gần đầy tải) dịng điện truyền tải (ứng với lượng công suất truyền tải tương ứng) đường dây tăng lên người vận hành khơng cần quan tâm để xử lý đường dây bị tải (xác suất tải 0) Ngược lại, đường dây 4-5, vận hành quan sát thấy dòng điện truyền tải đường dây tăng lên tiến gần đến giá trị giới hạn Imax người vận hành phải xem xét để đưa định phù hợp để đảm bảo an toàn cho đường dây đường dây có khả bị q tải (cụ thể 1,7%) + Đối với nút: Trạng thái điện áp thị màu sắc, màu xanh thể điện áp nằm vùng cho phép, màu vàng chứng tỏ điện áp nút có nguy bị thấp áp, màu đỏ chứng tỏ điện áp nút có nguy bị áp, màu hồng chứng tỏ điện áp nút biến động mạnh có nguy áp lẫn thấp áp Để biết cụ thể thông tin điện áp nút i, click chuột vào nút có ký hiệu Vi Ví dụ nút 12 với 15 thị màu xanh Hình 3.5, click chuột vào nút V12 xuất giao diện kết Hình 3.9 với vùng thấp áp tô màu vàng, vùng áp tô màu hồng, vùng phân bố tô màu xanh Ngược lại, nút 14 với thị màu vàng Hình 3.5, click chuột vào nút V14 xuất giao diện kết Hình 3.10 Trên hình vẽ, điện áp có nguy bị thấp áp với xác suất 2,9% (tỷ lệ số mẫu thấp giới hạn Vlow tổng số mẫu) vùng nguy thiếu áp tơ màu cam Hình 3.9 Điện áp nút 12 Hình 3.10 Điện áp nút 14 Về mặt ý nghĩa, nút có điện áp ổn định ln nằm vùng cho phép nút 12, vận hành người vận hành không cần quan tâm nhiều đến biến đổi điện áp nút nguy an toàn (xác suất thiếu áp 0) Ngược lại, nút nút 14 vận hành mà quan sát thấy điện áp giảm gần giới hạn tìm cách xử lý nút có nguy bị thiếu áp (2,9%); tương tự cho nút có nguy q áp Ngồi việc đánh giá thông số trên, kết đầu thơng số chế độ cịn cho phép đánh giá giới hạn truyền tải công suất theo điều kiện đảm bảo ổn định hệ thống 3.4 Kết luận chương Kết hợp ưu điểm độ xác phương pháp MCS kỹ thuật xử lý liệu để giảm số mẫu đầu vào toán phân tích chế độ làm việc HTĐ có xét đến yếu tố bất định, luận án 16 đề xuất phương pháp tính tốn mang tên CMC Phương pháp đề xuất cho phép tính tốn, phân tích HTĐ thực tế có qui mơ lớn với thời gian tính tốn nhanh đảm bảo độ xác cao Quy luật phân bố thông số chế độ (điện áp, dòng điện ) sở để xác định khu vực nguy hiểm cần giám sát trình vận hành, đồng thời vào thông số chế độ vận hành quy luật phân bố thông số để xác định thời điểm cần có giải pháp xử lý để đảm bảo cho HTĐ vận hành an toàn CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT TRÊN CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN MẪU VÀ ÁP DỤNG TÍNH TỐN KHẢ NĂNG VẬN HÀNH AN TOÀN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 4.1 Mở đầu Các thuật tốn chương trình phân tích đánh giá mức độ làm việc an tồn HTĐ có xét đến yếu tố bất định áp dụng cho HTĐ mẫu IEEE 57 nút 118 nút để khẳng định độ tin cậy phương pháp đề xuất Trên sở thu thập số liệu thống kê thông số hệ thống, thông số vận hành thực tế qui hoạch phát triển HTĐ, sử dụng phương pháp đề xuất để tính tốn phân tích khả vận hành an toàn cho HTĐ Việt Nam đến năm 2025 Phân tích kết tính tốn để ưu điểm phạm vi ứng dụng phương pháp đề xuất 4.2 Đánh giá kết phương pháp đề xuất hệ thống điện mẫu 4.2.1 Hệ thống điện mẫu IEEE 57 nút sửa đổi 17 Kết từ thuật toán CMC so sánh với thuật toán MCS thực HTĐ mẫu IEEE 57 nút sửa đổi Các yếu tố ngẫu nhiên đầu vào giả sử: phụ tải Phương pháp Thời gian (s) nút phân bố theo hàm MCS: 10000 mẫu 100,76 MCS: 5000 mẫu 34,54 phân bố chuẩn với giá trị kỳ CMC: K-means 20 clusters 0,96 vọng giá trị xác lập CMC: K-means 10 clusters 0,86 độ lệch chuẩn lấy Bảng 4.1 So sánh thời gian thực CMC MCS cho HTĐ IEEE 57 nút sửa đổi 10% kỳ vọng; hai nhà máy điện gió có cơng suất lắp đặt 100 MW 120 MW nối vào nút 50 51, công suất đầu nhà máy giả sử tuân theo quy luật phân bố Weibull với thơng số hình dáng tỷ lệ (α = 14; β = 2) (α = 20; β = 2), hai nhà máy điện gió gần cơng suất đầu có quan hệ tương quan 0,8 MCS chạy với số mẫu 5.000 10.000 với CMC (PCA kết hợp K-means) chạy với số cụm lựa chọn 10 20 Bảng 4.1 cho thấy thời gian thực CMC nhỏ so với MCS Kết đạt CMC xác so với MCS 4.2.2 Hệ thống điện mẫu IEEE 118 nút sửa đổi CMC sử dụng kỹ thuật PCA+DE thực so sánh với kỹ thuật dùng K-means Tất thuật toán thực HTĐ lớn HTĐ mẫu IEEE 118 nút có xét đến ngẫu nhiên phụ tải nguồn lượng gió HTĐ IEEE 118 nút sửa đổi cách thêm 10 nhà máy điện gió tương ứng vào 10 nút hệ thống (2, 3, 7, 14, 16, 17, 50, 51, 84, 86) Giả sử thông tin bất định phụ tải nguồn gió cung cấp Để đơn giản (nhưng không ảnh hưởng đến tính tổng quát vấn đề nghiên cứu) phụ tải nút biểu diễn hàm phân phối chuẩn với kỳ vọng giá trị xác lập độ lệch chuẩn 10% kỳ vọng Đối với nguồn lượng gió, cơng suất đầu giả sử tuân theo quy luật phân bố Weibull 18 với tham số khác Ngồi ra, ảnh hưởng tính tương quan nguồn lượng gió xét đến Hình 4.6 CDF cơng suất tác dụng truyền qua nhánh 30–38 Hình 4.8 CDF điện áp 16 Phương pháp MCS PCA+DE K-means: 10 clusters K-means: 20 clusters K-means: 30 clusters K-means: 40 clusters Hình 4.9 CDF công suất đầu máy phát nút 80 Thời gian (s) 236 5,55 5,29 7,53 9,63 12,15 Bảng 4.6 So sánh thời gian thực phương pháp khác Hình 4.6 4.8 mơ tả minh họa kết dạng hàm CDF đạt với phương pháp khác cho công suất tác dụng truyền qua nhánh 30–38 điện áp nút 16 Các hình kết đạt từ phương pháp PCA+DE xác so với MCS (10000 mẫu) Trong hệ thống này, phương pháp sử dụng thuật toán Kmeans cho kết xác PCA+DE Ngồi thơng số chế độ trên, để đánh giá ảnh hưởng yếu tố bất định đến công suất đầu nhà máy điện, mơ hình DSB sử dụng Máy phát nút 69 (đây nút slack mô hình tính tốn nút slack truyền thống), 80 89 nút đóng vai trị slack phân tán mơ hình 19 DSB Hình 4.9 mơ tả minh họa công suất đầu máy phát điện nút 80 Bảng 4.6 chứng tỏ ưu điểm nỗi bật phương pháp đề xuất thời gian thực Trong Hình 4.6, giả sử giới hạn cơng suất đường dây 30–38 230 MW (đường thẳng đứng nét đứt), khả (xác suất) tải xác định 1,27% Trong hệ thống điện áp tất nút nằm giới hạn cho phép ([0,9; 1,1] p.u.) Ngồi ra, nhờ sử dụng mơ hình DSB khả công suất đầu máy phát vượt q giới hạn điều chỉnh cơng suất xác định Giả sử giới hạn máy phát nút 80 480 MW (đường thẳng đứng nét đứt Hình 4.9), khả để Pg80 vượt giới hạn 1,75% Tương tự, đánh giá làm việc an toàn tất biến đầu tốn tính tốn, phân tích HTĐ Hình 4.10 ảnh hưởng mối quan hệ tương quan (hệ số tương quan 𝜌) biến ngẫu nhiên đầu vào (công suất phát nhà máy điện gió) đến kết tốn nên phải tích hợp vào tốn 4.3 Áp dụng tính tốn khả vận hành an tồn Hệ thống điện Hình 4.10 CDF cơng suất tác dụng truyền qua nhánh 11-13 ứng với mức độ tương quan khác Việt Nam Sơ đồ quy hoạch lưới điện 500 kV Việt Nam giai đoạn đến năm 2025 sử dụng Cùng với số liệu thông số hệ thống, số liệu phụ tải đến năm 2018 xử lý sử dụng Trong mục yếu tố bất định đến từ phụ tải tập trung nghiên cứu Ngoài ra, nhà máy điện mặt trời Trung Nam – Thuận Nam (450 MW) đấu nối trực tiếp vào TBA 500 kV Thuận Nam xét đến 20 Hầu hết phụ tải TBA 500 kV tuân theo quy luật phân bố chuẩn ngoại trừ TBA 500 kV Đà Nẵng, Dốc Sỏi, Đức Hòa, Mỹ Tho, phụ tải TBA phù hợp với phân bố Weibull Hình 4.15 4.16 minh họa hàm phân bố hàm ước lượng cho phụ tải TBA Hà Tĩnh (dạng hàm chuẩn với tham số ước lượng được: 𝜇 = 364,713 MW 𝜎 = 63,701 MW) Đức Hòa (dạng Weibull với tham số ước lượng được: 𝛼 = 90,781 𝛽 = 1,878) Hệ số tương quan phụ tải nút nằm dãi từ -0,059 đến 0,123 cho thấy mối tương quan với yếu Hình 4.15 Ước lượng hàm phân bố chuẩn Hình 4.16 Ước lượng hàm phân bố Weibull cho phụ tải TBA 500 kV Đức Hòa cho phụ tải TBA 500 kV Hà Tĩnh Mơ hình nút slack (nút 500 kV Hịa Bình) áp dụng Hệ thống bao gồm 76 nút, 88 nhánh MCS (10000 mẫu) CMC (PCA+DE) thực Hình 4.19 4.20 vẽ minh họa hàm phân bố xác suất dạng hàm CDF điện áp nút 500 kV Mỹ Tho (nút số 47) công suất tác dụng truyền qua đường dây từ 500 kV Duyên Hải (nút số 22) đến nút 500 kV Mỹ Tho (nút số 47) Qua so sánh hàm phân bố công suất truyền tải truyền nhánh với giới hạn truyền tải (giới hạn phát nóng) kết luận cơng suất truyền tải nhánh nằm giới hạn cho phép Đối với điện áp nút, có nút có điện áp tương đối thấp có nguy thiếu điện áp trình vận hành biến đổi ngẫu nhiên phụ tải: nút 33 (thanh 500 kV Thường Tín, Hình 4.21) nút 39 (thanh 500 kV Dốc Sỏi) với xác suất thiếu áp 2,8% 2,7% Trong hình trên, đường nét đứt thẳng đứng bên trái bên phải thể giới 21 hạn (0,95.Uđm) giới hạn (1,05.Uđm) điện áp vận hành cho phép Ngược lại, nút sau có nguy điện áp biến đổi ngẫu nhiên phụ tải: nút 35 (thanh 500 kV Nho Quan, Hình 4.23) nút 36 (thanh 500 kV Hà Tĩnh) với xác suất thiếu áp 1,6% 0,8% Hình 4.19 CDF điện áp nút 500 kV Mỹ Tho (nút 47) Hình 4.20 CDF cơng suất tác dụng truyền qua đường dây từ 500 kV Duyên Hải (nút số 22) đến nút 500 kV Mỹ Tho (nút số 47) Hình 4.21 CDF điện áp nút 500 kV Thường Tín (nút 33) Hình 4.23 CDF điện áp nút 500 kV Nho Quan (nút 35) 4.4 Phân tích phạm vi ứng dụng phương pháp phân tích đánh giá mức độ làm việc an tồn cho hệ thống điện có xét đến yếu tố bất định Luận án xây dựng hai cơng cụ tính tốn phân tích HTĐ MCS CMC Dựa đặc điểm phương pháp, luận án đưa đề xuất cho việc ứng dụng sau: + MCS phù hợp với toán quy hoạch (planning) miền thời gian dài (như nhiều năm, năm, mùa, tháng, tuần) toán quy hoạch vận hành (operation planning) miền thời gian vài ngày thời gian xử lý khơng cần nhanh 22 + Đối với toán vận hành (operation) với miền thời gian cực ngắn vài phút (very short-term operation) đến vài (short-term operation) vòng 24 (day ahead), thuật tốn CMC áp dụng nhờ thời gian xử lý nhanh Phương pháp MCS sử dụng miền thời gian vài trở lên HTĐ tính tốn có quy mơ nhỏ, số biến ngẫu nhiên đầu vào 4.5 Kết luận chương Qua thử nghiệm cho thấy ưu điểm bật phương pháp đề xuất CMC mặt thời gian tính độ xác Qua phân tích cho thấy thuật tốn chương trình MCS CMC xây dựng cho phép dễ dàng áp dụng cho HTĐ khác từ nhỏ đến lớn với miền thời gian đa dạng phù hợp với toán khác thực tế KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trên sở số liệu ngẫu nhiên thông số vận hành công suất phụ tải, công suất phát máy phát số lần cố phần tử thu thập trình vận hành HTĐ, phương pháp xác suất thống kê cho phép xây dựng qui luật biến thiên thông số theo dạng hàm phân bố định Từ hàm phân bố cho phép tạo số liệu ngẫu nhiên thông số vận hành cấu trúc lưới HTĐ để cung cấp thơng tin đầu vào cho chương trình tính tốn phân tích chế độ làm việc HTĐ có xét đến yếu tố bất định Các liệu thu thập trình vận hành thường tồn trường hợp không đồng nhất, liệu, liệu ngoại lai…, luận án sử dụng kỹ thuật làm tích hợp liệu để đảm bảo xây dựng hàm phân bố ngẫu nhiên thơng số vận hành xác phản ánh trạng thái vận hành thực tế HTĐ Đồng thời sử dụng kỹ thuật chuẩn hóa, thu giảm phân nhóm liệu để 23 thu nhỏ kích thước liệu đảm bảo cung cấp đầy đủ thông tin thực tế HTĐ vận hành Đây sở để tăng tốc độ tính tốn chương trình phân tích HTĐ có xét đến yếu tố bất định Luận án đề xuất phương pháp CMC dựa sở phương pháp MCS kỹ thuật xử lý liệu cho phép tính tốn, phân tích HTĐ thực tế có qui mơ lớn với thời gian tính tốn nhanh đảm bảo độ xác cao Trên sở phương pháp đề xuất xây dựng thuật tốn chương trình giám sát vận hành HTĐ có xét đến yếu tố bất định Kết tính tốn chương trình cho phép xác định qui luật phân bố thơng số chế độ (điện áp, dịng điện ), sở để xác định khu vực nguy hiểm cần giám sát trình vận hành Áp dụng phương pháp đề xuất tính tốn HTĐ mẫu IEEE 57 nút IEEE 118 nút, kết cho thấy phương pháp CMC cho tốc độ tính toán nhanh nhiều so với phương pháp MCS đảm bảo độ xác Đồng thời tích hợp mối tương quan nguồn lượng tái tạo thơng tin đầu vào kết đầu phản ánh chất thực tế HTĐ vận hành Thu thập số liệu vận hành hệ thống truyền tải 500kV Việt Nam đến năm 2018, luận án xây dựng hàm phân bố tính tốn hệ số tương quan cơng suất nút phụ tải, từ sử dụng phương pháp CMC để tính tốn phân tích chế độ vân hành HTĐ có xét đến yếu tố bất định Kết tính tốn cho thấy q trình vận hành công suất truyền tải đường dây nằm giới hạn cho phép, có số nút có khả vi phạm giới hạn điện áp như: nút 33 (thanh 500 kV Thường Tín) 39 (thanh 500 kV Dốc Sỏi) có khả thấp áp; nút 35 (thanh 500 kV Nho Quan) 36 (thanh 500 kV Hà Tĩnh) có khả áp 24 Qua phân tích cho thấy thuật tốn chương trình xây dựng theo phương pháp đề xuất cho phép dễ dàng áp dụng cho HTĐ khác từ nhỏ đến lớn với miền thời gian đa dạng phù hợp với nhiều toán khác thực tế, từ toán quy hoạch phát triển đến toán quản lý vận hành HTĐ Kiến nghị Kết tính tốn phương pháp CMC phụ thuộc nhiều vào số liệu thơng tin đầu vào, để sử dụng phương pháp đề xuất cần thu thập số liệu thống kê thông số vận hành HTĐ với thời gian đủ lớn nhằm xây dựng hàm phân bố thông số phản ảnh thực tế vận hành HTĐ Khi sử dụng cho tốn qui hoạch HTĐ cần phải có đầy đủ thông tin chiến lược phát triển kinh tế xã hội khu vực xây dựng HTĐ để dự báo thông số vận hành với độ xác cao, làm sở xây dựng thơng số đầu vào cho chương trình tính tốn Để tính tốn phục vụ cho q trình quản lý vận hành thực tế qui hoạch phát triển HTĐ Việt Nam, cần thiết phải thu thập đầy đủ thông tin liên quan đến phụ tải tiêu thụ, công suất phát nguồn truyền thống nguồn lượng tái tạo, xét đầy đủ mối tương quan nguồn phát phụ tải tiêu thụ, thông tin cố phần tử HTĐ Khi kết tính tốn phương pháp đề xuất xác định xác khu vực nguy hiểm cần quan tâm trình vận hành, đồng thời cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết cho toán qui hoạch phát triển hệ thống Trên sở số liệu thu thập đề nghị ngành điện sử dụng phương pháp đề xuất để xây dựng chương trình giám sát vận hành HTĐ Việt Nam có xét đến yếu tố bất định DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Van Ky Huynh, Van Duong Ngo, Dinh Duong Le, Nhi Thi Ai Nguyen, “Probabilistic Power Flow Methodology for Large-Scale Power Systems Incorporating Renewable Energy Sources”, Energies (SCIE Indexed Journal), No: 11, Pages: 2624, Year 2018 Van Duong Ngo, Van Kien Pham, Dinh Duong Le, Kim Hung Le, Van Ky Huynh, “ Assessing Power System Stability Following Load Changes and Considering Uncertainty”, Engineering, Technology & Applied Science Research (ISI Indexed Journal), No: 8, Pages: 27582763, Year 2018 Van Ky Huynh, Van Duong Ngo, Dinh Duong Le, “A Probabilistic Analysis Approach for Large Power Systems with Renewable Resources”, ICUE 2018 on Green Energy for Sustainable Development, Phuket, Thailand Pages: 1-5, Year 2018 (IEEE Xplore, ISI & SCOPUS Indexed) Lê Đình Dương, Lê Văn Thơng, Đậu Trọng Tuấn, Huỳnh Văn Kỳ, Nguyễn Quốc Tuyến, “Phương pháp phân tích tính tốn hệ thống điện có tích hợp nguồn lượng gió”, Tạp chí Khoa Học Cơng Nghệ Đại Học Đà Nẵng, Số 5(126).2018, Quyển 1, Trang: 26-29, Năm 2018 Ngô Văn Dưỡng, Phạm Văn Kiên, Lê Đình Dương, Huỳnh Văn Kỳ, “Nghiên cứu chế tạo tạo số liệu ngẫu nhiên để mô giám sát ổn định tĩnh có xét đến yếu tố bất định”, Tạp chí Khoa Học Cơng Nghệ - Đại Học Đà Nẵng, Số 5(114).2017, Quyển 1, Trang: 27-31, Năm 2017 Duong D Le, Kien V Pham, Duong V Ngo, Ky V Huynh, Nhi T A Nguyen, and Alberto Berizzi, “An Enhancement to Cumulant-based Probabilistic Power Fow Methodologies”, In Proceedings of the 2015 IEEE Innovative Smart Grid Technologies - Asia, ISGT ASIA 2015, Pages: 1-5, Year 2015 (IEEE Xplore, ISI & SCOPUS Indexed) Lê Đình Dương, Ngơ Văn Dưỡng, Nguyễn Thị Ái Nhi, Huỳnh Văn Kỳ, “Nghiên cứu yếu tố bất định thông số vận hành để tính tốn phân tích chế độ làm việc hệ thống điện”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Đà Nẵng, Số: 5(90)/2015, Trang: 34-38, Năm 2015 Lê Đình Dương, Nguyễn Thị Ái Nhi, Huỳnh Văn Kỳ, “Giải pháp tính tốn phân tích chế độ vận hành hệ thống điện phương pháp xác suất”, Hội nghị Khoa học & Công nghệ Điện lực Toàn quốc 2014, Số: 1, Trang: 492-503, Năm 2014 ... dụng tốn tính tốn, phân tích hệ thống điện có xét đến yếu tố bất định Chương 3: Phương pháp phân tích đánh giá mức độ làm việc an tồn hệ thống điện có tích hợp yếu tố bất định Chương 4: Đánh giá. .. yếu tố bất định làm việc an toàn Hệ thống điện Việt Nam? ?? cần thiết phù hợp với yêu cầu thực tế Tổng quan tình hình nghiên cứu Để đánh giá mức độ làm việc an toàn HTĐ trước hết phải tính tốn thơng... cứu luận án mà cịn mở rộng áp dụng cho lĩnh vực khác liên quan đến sở liệu lớn CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ LÀM VIỆC AN TOÀN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN CĨ TÍCH HỢP CÁC YẾU TỐ BẤT ĐỊNH