Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toàn hệ thống điện ở lưới 220 kv

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỒI ĐƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT MỜ TRONG TÍNH TỐN HỆ THỐNG ĐIỆN Ở LƯỚI 220KV CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS_ NGUYỄN BỘI KHUÊ Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHIà VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN HỒI ĐƠNG Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20/05/1977 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện MSHV: 01807726 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT MỜ TRONG TÍNH TỐN HỆ THỐNG ĐIỆN Ở LƯỚI 220KV 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: – Nghiên cứu hệ thống lý thuyết mờ – Xây dựng đặc tính mờ cho đại lượng điện, số liệu lấy thực tế Trạm biến áp 500kV Tân Định – Ứng dụng sở lý thuyết mờ, số phức mờ kết hợp với lý thuyết toán học khoảng để giải toán hệ thống điện 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/2009 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS_NGUYỄN BỘI KHUÊ Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) NGUYỄN BỘI KHUÊ LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS_TS Nguyễn Bội Khuê, người thầy tận tình hướng dẫn, truyền đạt cho tơi kiến thức kinh nghiệm q báu để tơi hoàn thành luận văn Xin gởi lời cảm ơn đến thầy cô Trường ĐHBK Thành phố Hồ Chí Minh giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tơi suốt khóa học Tơi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp chia sẻ hỗ trợ cho suốt thời gian vừa qua Sau cùng, muốn gởi lời cảm ơn đến gia đình người thân ln quan tâm, động viên tạo điều kiện thuận lợi để tơi tồn tâm thực đề tài theo đuổi mục tiêu Xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Hồi Đơng Luận Văn Thạc Sĩ Thiết bị, Mạng Nhà máy điện_K2007 MỞ ĐẦU Trong thực tế sống ngày, gặp nhiều khái niệm khơng rõ ràng khó diễn đạt cách xác Ví dụ nói người đàn ơng “cao” khái niệm “cao” cao Nếu áp dụng phép toán tập hợp kinh điển hay logic giá trị trước khơng thể diễn đạt mức độ “cao” người đàn ơng Người ta gọi khái niệm không rõ ràng hay khái niệm “mờ” Khái niệm “mờ” bắt nguồn từ tượng không rõ ràng mà thường xuyên xảy giới tự nhiên Các khái niệm hình thành não người cho việc nhận thức, thừa nhận hay phân loại tượng tự nhiên không rõ ràng Ranh giới khái niệm thường mơ hồ Đây nguyên nhân xuất quan điểm toán học nhằm bổ sung cho quan điểm truyền thống trước Đó “lý thuyết mờ” mà nghiên cứu để áp dụng tính tốn hệ thống điện nội dung luận văn Lý thuyết mờ từ đời khắc phục nhược điểm Ngược lại với tên gọi nó, kết đầu việc tính tốn hay mơ tả vật tượng náo áp dụng lý thuyết mờ xác Chính lý đó, ngày việc áp dụng kỹ thuật tính tốn mờ tính tốn, vận hành điều khiển hệ thống điện nói riêng cho lĩnh vực khác nói chung phổ biến Lĩnh vực hệ thống điều khiển mờ phát triển nhanh chóng năm gần Từ thành công thực tế điều khiển mờ, việc nghiên cứu lý thuyết hệ thống điều khiển mờ ngày quan tâm Thực tế cho thấy Logic mờ ứng dụng nhiều hệ điều khiển phức tạp, thiết bị gia dụng, điều khiển trình, điều khiển kinh tế… Một hệ thống phức tạp mơ tả cách xác biểu thức toán học Tuy nhiên hệ thống trở nên phức tạp, liệu đầu vào khơng đầy đủ Nguyễn Hồi Đông Trang Luận Văn Thạc Sĩ Thiết bị, Mạng Nhà máy điện_K2007 thông tin phản ánh không rõ ràng phương pháp suy luận mờ cung cấp cách hiểu đầy đủ hành vi hệ thống Nó cho phép nội suy cách gần trạng thái đầu vào đầu Hệ mờ tập trung vào mơ hình tốn đặc trưng thơng tin khơng xác, khơng đầy đủ khơng rõ ràng Trong toán kinh điển HTĐ trước đây, người ta thường sử dụng liệu đầu vào giá trị đơn, tạm gọi giá trị xác (tỏ) để giải toán thỏa mãn mục tiêu đặt kết biến đầu giá trị xác Tuy nhiên thực tế, kết nhận thường khơng xác Ngun nhân liệu đầu vào thường không đáng tin cậy khơng xác Sự khơng chắn xuất liệu đầu vào đầu thân hệ thống Một vài nguyên nhân dẫn đến khơng chắn kể đến : đặc tính ngẫu nhiên nhu cầu tải công suất điện tiêu thụ, ảnh hưởng yếu tố ngẫu nhiên hệ thống,… Trong trường hợp thực tế, giới hạn đặt vào biến hệ thống (điện áp cái, trào lưu cơng suất đường dây…) xem xét phạm vi nhỏ giới hạn chấp nhận Thật vậy, nghiệm tối ưu bao gồm phạm vi nhỏ giới hạn mà người vận hành hệ thống hài lịng chấp nhận lợi ích hồn thành mục tiêu thích hợp (chẳng hạn chi phí vận hành nhỏ hơn) Người vận hành HTĐ nói chung có quan điểm giới hạn chấp nhận biến hệ thống điện áp mà khơng gây nhiễu chất lượng phục vụ tính ngun vẹn hệ thống Vì vậy, mơ hình thích hợp có khả mơ giới hạn “mềm” biến cụ thể thực lý thuyết tập mờ để cung cấp nghiệm tối ưu Nhờ vậy, việc áp dụng kỹ thuật tính tốn mờ hệ thống điện làm cho vấn đề trở nên đơn giản với kết tương đối xác Nguyễn Hồi Đơng Trang Luận Văn Thạc Sĩ Thiết bị, Mạng Nhà máy điện_K2007 Các luật sở mờ tạo tri thức chuyên gia bao gồm luật IF-THEN động suy luận mờ tạo nên hệ mờ dùng để điều khiển thiết bị, hệ thống tuyến tính phi tuyến,dự báo phụ tải… Mục đích đề tài để đánh giá tiềm ứng dụng hệ thống học thuyết mờ lĩnh vực hệ thống điện Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, tìm cách xây dựng đặc tính mờ cho đại lượng điện Tập số liệu để áp dụng tính tốn lấy nút lưới điện 220kV Trạm biến áp Tân Định Nghiên cứu việc áp dụng phương pháp số phức mờ để tính tốn đại lượng mạch điện sở tập mờ xây dựng Kết tính tốn đối chiếu với số liệu thực tế để kiểm chứng tính xác thực phương pháp Trên sở đó, người làm cơng tác vận hành quy hoạch phát triển hệ thống điện có nhìn tổng quan số liệu đầu vào không chắn không đầy đủ, từ đưa định xác cho trường hợp cụ thể Đây ý nghĩa thực tiễn đề tài Nội dung luận văn chia thành phần sau đây: Chương 1: Sơ lược lý thuyết tập mờ Chương 2: Hệ thống mờ Chương 3: Xây dựng đặc tính mờ cho đại lượng tính tốn Chương 4: Số phức mờ Chương 5: Phân bố công suất mờ Chương 6: Kết luận Nguyễn Hồi Đơng Trang Luận Văn Thạc Sĩ Thiết bị, Mạng Nhà máy điện_K2007 Mục lục MỞ ĐẦU Trang CHƯƠNG SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT TẬP MỜ Trang I.1_Tập mờ Trang I.2_Quan hệ mờ Trang I.3_Biến ngôn ngữ Trang I.4_Logic mờ Trang 10 I.5_Số mờ Trang 12 CHƯƠNG HỆ THỐNG MỜ Trang 13 II.1_Cơ sở luật mờ động suy luận mờ Trang 13 II.2_Bộ mờ hóa giải mờ Trang 15 CHƯƠNG XÂY DỰNG CÁC ĐẶC TÍNH MỜ CHO CÁC ĐẠI LƯỢNG TÍNH TỐN Trang 18 III.1_Giới thiệu tập số liệu tính tốn Trang 18 III.2_Xây dựng hàm thành viên cho biến ngôn ngữ Trang 20 III.3_Hệ thống mờ Ê-líp Trang 34 CHƯƠNG SỐ PHỨC MỜ Trang 50 IV.1_Sơ lược số khoảng Trang 50 IV.2_Số phức mờ Trang 51 IV.3_Áp dụng tính tốn Trang 55 CHƯƠNG PHÂN BỐ CƠNG SUẤT MỜ Trang 59 V.1_Giới thiệu Trang 59 IV.2_Mơ hình phân bố cơng suất mờ Trang 61 IV.3_Ví dụ áp dụng Trang 69 CHƯƠNG KẾT LUẬN Trang 83 CÁC PHỤ LỤC TÍNH TỐN Trang 84 Tài liệu tham khảo Trang 122 Nguyễn Hồi Đơng Luận Văn Thạc Sĩ Thiết bị, Mạng Nhà máy điện_K2007 CHƯƠNG SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT MỜ Toán học mờ cung cấp điểm khởi đầu ngôn ngữ cho hệ thống mờ điều khiển mờ Toán học mờ lĩnh vực rộng mà ngun lý tốn học mờ phát triển thay tập hợp cổ điển tập mờ Lý thuyết tập mờ cung cấp cho phương tiện để biểu diễn thông tin không chắn Một điểm quan trọng lý thuyết tập mờ có khả sử dụng ngôn ngữ tự nhiên hiểu biết người để truyền thông tin Bản chất ngôn ngữ tự nhiên gần đúng, đốn Tuy nhiên hình thức mạnh cho liên lạc trao đổi thông tin người Con người dễ dàng nắm bắt hiểu ý nghĩa thông tin mà không cần đến biến định lượng Phần giới thiệu số khái niệm tập mờ, phép toán tập mờ nguyên lý tốn học mờ mà thường áp dụng hiệu tính tốn điều khiển mờ I.1_TẬP MỜ I.1.1_Định nghĩa tập mờ Tập mờ F xác định tập X tập hợp mà phần tử cặp giá trị (x, μF(x)) x∈X μF(x) ánh xạ : μF : X → [0,1] (1.1) Ánh xạ μF gọi hàm thành viên tập mờ F Ví dụ tập mờ F số tự nhiên nhỏ với hàm thành viên μF(x) có dạng hình 1.1 định nghĩa tập X chứa phần tử sau: F = {(1,1), (2,1), (3,0.8), (4,0.1)} Số có độ phụ thuộc μF(1) = μF(2) = Nguyễn Hồi Đơng Trang Luận Văn Thạc Sĩ Thiết bị, Mạng Nhà máy điện_K2007 Các số tự nhiên có độ phụ thuộc nhỏ 1: μF(3) = 0.8 μF(x) = 0.1 Những số không liệt kê có độ phụ thuộc μF(x) 0.8 0.1 x Hình 1.1: Hàm thành viên tập mờ F I.1.2_Các khái niệm kèm với tập mờ ™ Support tập mờ A tập X tập tỏ chứa tất phần tử X mà có giá trị hàm thành viên A khác không, ký hiệu: Supp(A) = {x∈X |μA(x)>0} (1.2) ™ Fuzzy Singleton tập mờ mà support điểm X ™ Center tập mờ: Nếu tồn giá trị trung bình tất điểm mà hàm thành viên tập mờ đạt giá trị lớn nó, người ta định nghĩa giá trị trung bình tâm tập mờ ™ Crossover point tập mờ điểm tập X mà hàm thành viên có giá trị 0.5 ™ Height tập mờ giá trị hàm thành viên lớn có điểm Nếu height tập mờ gọi tập mờ bình thường Nguyễn Hồi Đơng Trang Luận Văn Thạc Sĩ Thiết bị, Mạng Nhà máy điện_K2007 for j=1:24 if abs(j-Cx_p03(i))