Nghiên cứu xây dựng đồ thị phụ tải điển hình, ứng dụng tại công ty điện lực thừa thiên Huế

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ NGUYỄN THANH MINH NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG ĐỒ THỊ PHỤ TẢI ĐIỂN HÌNH, ỨNG DỤNG TẠI CƠNG TY ĐIỆN LỰC THỪA THIÊN HUẾ Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện Mã số: 8520201 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng – Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU HIẾU Phản biện 1: TS Trần Vinh Tịnh Phản biện 2: TS Lê Thị Tịnh Minh Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành Kỹ thuật Điện họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 30 tháng 11 năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại: − Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa − Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN -1- MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Theo lộ trình phát triển thị trường điện cạnh tranh Việt Nam Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 63/2013/QĐ-TTg ngày 08/10/2013, thị trường bán lẻ điện cạnh tranh bước vào giai đoạn thí điểm từ năm 2021 đến năm 2023, từ sau năm 2023 giai đoạn thị trường bán lẻ điện cạnh tranh hồn chỉnh Để theo lộ trình này, ngành điện cần chủ động việc dự báo xu hướng phát triển thành phần phụ tải để có kế hoạch kinh doanh hiệu quả, đảm bảo đáp ứng nhu cầu phát triển thị trường điện cạnh tranh Bộ Công thương ban hành Thông tư số 19/2017/TTBCT ngày 29/09/2017, có hiệu lực thi hành từ ngày 16/11/2017, quy định nội dung, phương pháp trình tự thực nghiên cứu phụ tải điện, nêu rõ yêu cầu cần phải xây dựng đồ thị phụ tải điện để làm nghiên cứu phụ tải, nhằm hỗ trợ công tác dự báo nhu cầu phụ tải điện phục vụ vận hành hệ thống điện thị trường điện Đồ thị phụ tải điển hình thơng số quan trọng, đầu vào cho chương trình tính tốn lưới điện PSS/Adept, DMS để tính tốn tối ưu hóa vận hành lưới điện dự báo thị trườn g điện gồm dự báo giá bán, công suất, sản lượng tới, ngày tới, tuần tới Với phát triển, ứng dụng khoa học công nghệ, Công ty Điện lực Thừa Thiên Huế thực việc đo đạc lưu trữ liệu công suất điện tiêu thụ hộ tiêu thụ Đây sở quan trọng để tiến hành phân tích xây dựng đồ thị phụ tải điển hình -2- Vì vậy, việc xây dựng đồ thị phụ tải điển hình dựa vào sở liệu có sẵn Cơng ty Điện lực Thừa Thiên Huế cần thiết, phục vụ cho nhiều nhu cầu khác giai đoạn phát triển ngành điện Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: Dữ liệu công suất điện 1.226 điểm đo phụ tải sử dụng điện Phạm vi nghiên cứu: 1.226 phụ tải sử dụng điện quản lý đo đếm từ xa qua hệ thống DSPM Công ty Điện lực Thừa Thiên Huế quản lý Thời gian lấy số liệu từ 01/01/2018 đến 30/06/2019 Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng đồ thị phụ tải điển hình dựa vào sở liệu có sẵn cơng suất điện tiêu thụ Phương pháp nghiên cứu: Tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu, qui định, sách báo,… có liên quan đến đồ thị phụ tải hệ thống quản lý đo đếm từ xa Phân tích điện cơng suất phụ tải từ sở liệu có sẵn chương trình quản lý đo đếm từ xa DSPM Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Về mặt khoa học: - Phân tích, đánh giá tổng hợp liệu sử dụng điện phụ tải để xây dựng nên đồ thị phụ tải điển hình - Tìm phương pháp dự báo xu hướng phát triển phụ tải bám sát thực tế Về mặt thực tiễn: - Đánh giá hiệu áp dụng đồ thị phụ tải điển hình phân tích, tính tốn kỹ thuật -3- - Kết hợp số liệu từ chương trình quản lý đo đếm từ xa chương trình tính tốn lưới điện có - Phù hợp với chủ trương ngành điện xu phát triển chung bối cảnh thị trường điện bán lẻ cạnh tranh hình thành Cấu trúc luận văn: Luận văn xây dựng gồm chương sau: • Chương 1: Khái quát lưới điện phân phối đồ thị phụ tải • Chương 2: Lưới điện phân phối tỉnh Thừa Thiên Huế • Chương 3: Xây dựng đồ thị phụ tải điển hình • Chương 4: Ứng dụng Công ty Điện lực Thừa Thiên Huế -4- Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ ĐỒ THỊ PHỤ TẢI 1.1 Tổng quan hệ thống lưới điện phân phối 1.1.1 Đặc điểm lưới điện phân phối 1.1.2 Những yêu cầu lưới điện phân phối 1.2 Lý thuyết đồ thị phụ tải 1.2.1 Khái niệm đồ thị phụ tải Đặc điểm sản xuất điện sản xuất tiêu thụ điện phải thực đồng thời Tại thời điểm, hộ tiêu thụ (kể tổn thất) tiêu thụ điện nhà máy điện phải sản xuất lượng điện tương ứng Trong thực tế, lượng điện tiêu thụ ngày đêm thay đổi nhiều Quy luật biến thiên phụ tải biểu diễn hình vẽ gọi đồ thị phụ tải Trục tung đồ thị biểu diễn đại lượng cần đo phụ tải (công suất, sản lượng); trục hoành đồ thị biểu diễn thời gian theo hay ngày 1.2.2 Đồ thị phụ tải điển hình Đồ thị phụ tải điển hình đồ thị phụ tải đặc trưng cho nhóm đồ thị phụ tải khoảng thời gian định Đồ thị phụ tải điển hình đại diện cho đồ thị nhóm hay đại diện cho nhóm đồ thị để thực mục đích định 1.3 Các thành phần phụ tải Theo quy định Thông tư số 19/2017/TT-BCT ngày 29/09/2017 Bộ Công thương, phụ tải điện chia thành thành phần phụ tải: Nông – Lâm – Ngư nghiệp, Công nghiệp xây dựng, Thương mại Dịch vụ, Nhà hàng khách sạn, Sinh hoạt, Hoạt động khác -5- Chương 2: LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH THỪA THIÊN HUẾ 2.1 Tổng quan lưới điện 2.1.1 Đặc điểm nguồn điện khu vực Do phân bố dân cư địa bàn tính chất đa dạng hộ tiêu thụ, nhà máy, khu công nghiệp xây dựng vào hoạt động nên nhu cầu phụ tải tăng nhanh phức tạp Có nhiều nhóm phụ tải hình thành như: phụ tải công nghiệp, phụ tải khu dân cư, phụ tải dịch vụ ngành khác Nguồn cung cấp cho lưới điện phân phối Tỉnh Thừa Thiên Huế từ phía hạ áp trạm 110kV, 220 kV Nhà máy Thủy điện địa bàn Tỉnh Tính đến tháng 9/2019, lưới điện phân phối tỉnh Thừa Thiên Huế cấp từ 12 trạm 110kV 02 trạm 220kV, với tổng công suất đặt 603MVA, có 03 TBA chuyên biệt cấp điện cho sản xuất xi măng, dệt may 110kV Văn Xá (Nhà máy Xi măng Luks), 110kV Đồng Lâm (Nhà máy xi măng Đồng Lâm) 110kV Dệt Huế (Công ty Dệt may Huế) Lưới điện phân phối tỉnh Thừa Thiên Huế vận hành cấp điện áp 35, 22kV với 54 xuất tuyến trung từ TBA 110kV Ngoài ra, lưới điện phân phối tỉnh Thừa Thiên Huế cấp điện từ nhà máy thủy điện nhỏ đấu nối vào, gồm A Roàng (2x3,6MW), Thượng Lộ (1x6,0MW), A Lin Thượng (1x2,5MW) 2.1.2 Đặc điểm lưới điện trung áp 2.1.3 Công tác quản lý vận hành lưới điện 2.2 Đặc điểm phụ tải sử dụng điện -6- Trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế, tính đến tháng năm 2019, Cơng ty Điện lực Thừa Thiên Huế quản lý bán điện cho 303.770 khách hàng Trong nhóm khách hàng sinh hoạt số lượng chiếm 91,27% sản lượng điện thương phẩm chiếm 35,06%, ngược lại khách hàng nhóm cơng nghiệp xây dựng chiếm 2,71% số lượng đóng góp đến 52,07% tỷ lệ điện thương phẩm Bảng 2.3: Thống kê tỷ lệ khách hàng điện thương phẩm Khách hàng Các tiêu chí Theo mục đích sử đụng điện Số lượng Tỷ lệ (%) Điện thương phẩm Sản lượng Tỷ lệ (triệu (%) kWh) Sinh hoạt 275.265 90,62 500,78 37,23 Ngoài sinh hoạt 28.505 9,38 844,2 62,77 Tổng cộng 303.770 100 1.345 100 1.791 0,59 41,24 2,32 8.230 2,71 650,18 52,07 4.923 1,62 90,42 6,01 277.258 91,27 500,78 35,06 Hoạt động khác 11.568 3,81 62,36 4,54 Tổng cộng 303.770 100 1.345 100 Nông - Lâm Thủy sản (NNLN-TS) Công nghiệp Xây dựng (CNXD) Theo thành phần Kinh doanh Dịch vụ (KDphụ tải DV) Sinh hoạt (SH) -7- Chương 3: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ PHỤ TẢI ĐIỂN HÌNH Theo Thơng tư 19, xây dựng đồ thị phụ tải điện thực cách sử dụng kết hợp hai phương pháp từ lên (Bottom-up) phương pháp từ xuống (Top-down), cụ thể sau: - Phương pháp từ lên phương pháp để thực nghiên cứu phụ tải điện: Số liệu đo đếm, tiêu thụ điện khứ mẫu phụ tải điện thu thập, tổng hợp làm số liệu đầu vào để xây dựng biểu đồ phụ tải điện cho mẫu phụ tải điện, phân nhóm phụ tải điện, thành phần phụ tải điện hệ thống điện - Phương pháp từ xuống phương pháp sử dụng để hỗ trợ kiểm chứng, hiệu chỉnh kết xây dựng biểu đồ phụ tải điện phương pháp từ lên có xét đến yếu tố phát triển kinh tế, xã hội: Số liệu đo đếm, tiêu thụ điện khứ hệ thống điện, phụ tải điện thu thập để đối chiếu, hiệu chỉnh kết xây dựng biểu đồ phụ tải điện hệ thống điện, thành phần phụ tải điện, nhóm phụ tải điện phân nhóm phụ tải điện thực từ phương pháp nghiên cứu phụ tải điện từ lên Như vậy, để xây dựng đồ thị phụ tải điển hình ta cần phải có yếu tố: - Dữ liệu phụ tải khứ - Phát triển thuật toán để xây dựng đồ thị phụ tải điển hình 3.1 Dữ liệu phụ tải khứ 3.1.1 Thu thập liệu từ hệ thống DSPM 3.1.2 Khôi phục liệu bị 3.1.2.1 Quy định Bộ công thương khôi phục liệu 3.1.2.2 Các phương pháp khôi phục liệu -8- • Phương pháp xóa hàng cột: Ưu điểm: - Loại bỏ hoàn toàn liệu với giá trị bị thiếu dẫn đến cấu trúc liệu đầy đủ xác cao - Xóa hàng cụ thể cột khơng có thơng tin liệu cụ thể tốt khơng có trọng số cao Nhược điểm: - Mất thơng tin liệu - Hoạt động tỷ lệ phần trăm thiếu giá trị cao (ví dụ 30%), so với tồn liệu • Phương pháp thay giá trị trung bình: Ưu điểm: - Đây cách khắc phục tốt kích thước tập liệu nhỏ - Nó hạn chế liệu dẫn đến việc loại bỏ hàng cột Nhược điểm: - Đưa giá trị gần thêm phương sai sai lệch - Hoạt động so với phương pháp đa mục tiêu khác • Phương pháp ngày tương đồng: Ưu điểm: - Phương sai thấp liệu mang tính xấp xỉ - Loại bỏ việc liệu cách thay liệu liền kề Nhược điểm: - Khơng hiệu liệu bị thiếu nhiều Dựa vào số liệu trích xuất từ hệ thống DSPM ưu nhược điểm phương pháp kể trên, phương pháp sử -9- dụng để bổ sung liệu thiếu đề tài phương pháp sử dụng liệu ngày tương đồng tuần tuần trước theo quy định Điều 16, Thơng tư 19 3.2 Phát triển thuật tốn để xây dựng đồ thị phụ tải điển hình Đề tài đề xuất phương án xây dựng đồ thị phụ tải điển hình phần mềm MATLAB dựa thuyết tự học máy móc (Machine Learning Theory) liệu thực tế thu thập từ công tơ đo xa địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế Phương pháp Tự học không giám sát mà cụ thể tốn Phân nhóm phù hợp với vấn đề cần giải quyết, vì: - Số liệu phụ tải tập hợp liệu đầu vào (X) - Chúng ta cần phải phân nhóm tồn liệu X thành nhóm nhỏ dựa liên quan liệu nhóm Dựa vào ta tìm đồ thị phụ tải điển hình đặc trưng cho nhóm phụ tải khác 3.2.1 Một số thuật tốn tốn phân nhóm: Bảng 3.1: So sánh thuật toán Thuật toán Phân vùng liệu (Partitioning) Phân cấp (Hierarchical) Thuận lợi Bất lợi • Có thể mở rộng tương đối đơn giản • Thích hợp cho tập liệu nhỏ gọn, tách biệt tốt • Tính linh hoạt cao • Phù hợp với vấn đề liên quan đến liên kết điểm áp dụng với nhiều loại thuộc tính • Suy thối khơng gian chiều cao • Độ nhảy cao giai đoạn khởi tạo • Khơng có khả sửa chữa việc tách sát nhập thực • Tiêu chí dừng cịn -10- Thuật tốn Thuận lợi Bất lợi • Dựa mật độ (DensityBased) • Tìm cụm • dạng tùy ý với kích thước khác • • Khả chống nhiễu tốt • mơ hồ Giá trị hàm tối ưu cao tập liệu chiều cao lớn Độ nhạy cao với thông số đầu vào Không phù hợp với liệu chiều cao Mô tả cụm nghèo Qua nghiên cứu cho thấy thuật toán sử dụng rộng rãi để nghiên cứu tốn Phân nhóm thuật tốn KMeans Bởi tính đơn giản, dễ thực lại xử lý số liệu lớn nên ta chọn thuật toán để giải vấn đề xây dựng đồ thị phụ tải 3.2.2 Xây dựng đồ thị phụ tải điển hình thuật tốn K-means 3.2.3 Tóm tắt thuật tốn sử dụng Đầu vào: k: số cụm X: tập liệu chứa n đối tượng Đầu ra: Một tập hợp k cụm Bước Xác định số lượng cụm k điều kiện dừng Bước Khởi tạo ngẫu nhiên k trọng tâm cụm Bước Gom đối tượng vào cụm mà gần tâm Bước Tính lại tâm theo đối tượng phân hoạch bước Lặp điều kiện dừng thỏa mãn Điều kiện dừng thường chọn điều kiện sau: • Số lần lăp t=Tmax Tmax số cho trước -11- • |Et – Et-1 |