Nghiên cứu phương pháp ước lượng các đặc tính của phụ tải dựa trên các thông số vận hành của lưới điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THÀNH CHUNG NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP ƢỚC LƢỢNG CÁC ĐẶC TÍNH CỦA PHỤ TẢI DỰA TRÊN CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH CỦA LƢỚI ĐIỆN Chuyên ngành: Kỹ thuật điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT Hà Nội – Năm MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 10 1.1 Giới thiệu 10 1.2 Mơ hình nút lƣới điện 10 1.2.1 Hệ phƣơng trình điện nút 10 1.2.2 Cách tính ma trận tổng dẫn Y 18 1.2.2.1 Tính tổng dẫn nhánh j: 19 1.2.2.2 Tính Yik: Nếu nhánh j nối hai nút i nút k 19 1.2.2.3 Tính Yii : Lấy tổng tất tổng dẫn nhánh j nối vào nút i: ……………………………………………………………… 19 1.3 Mơ hình cân cơng suất nút 19 1.4 Các phƣơng pháp giải tích lƣới điện phân phối 22 1.4.1 Bài tốn tính phân bố dòng điện lƣới điện 22 1.4.1.1 Bài toán đƣa 22 1.4.1.2 Tính phi tuyến tốn giải tích lƣới điện 25 1.4.2 Phƣơng pháp lặp Newton-Raphson 26 1.4.2.1 Thuật toán chung 26 1.4.2.2 Áp dụng cho hệ thống điện 28 1.4.3 Một số vấn đề giải q trình tính tốn chế độ xác lập… 30 1.4.4 Sơ đồ khối tính tốn chế độ xác lập 32 CHƢƠNG 2: CÁC MƠ HÌNH TÍNH TỐN KHÁC NHAU CHO PHỤ TẢI 33 2.1 Mơ hình phụ tải 33 2.1.1 Mơ hình phụ tải hàm mũ [3-6] 33 2.1.2 Mơ hình phụ tải Z.I.P [3-6] 34 2.1.3 Một số trƣờng hợp đặc biệt 34 2.1.4 Mơ hình phụ tải cảm ứng 35 2.1.5 Phụ tải thực tế 36 2.1.6 Giải tích hệ thống điện có xét đến mơ hình phụ tải Z.I.P 37 2.2 Ảnh hƣởng đặc tính phụ tải Z.I.P tới nhu cầu công suất tác dụng điện áp vận hành lƣới điện phân phối 38 CHƢƠNG 3: ƢỚC LƢỢNG ĐẶC TÍNH CỦA PHỤ TẢI 45 3.1 Phƣơng pháp bình phƣơng cực tiểu (Least squares)[8, 11] 45 3.2 Phƣơng pháp bình phƣơng cực tiểu đệ quy (Recursive least squares) [810] 48 3.3 Một số kết nhận xét 51 3.4 Phƣơng pháp đề xuất 58 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ TÍNH TỐN 61 4.1 Mơ hình lƣới điện phân phối để áp dụng phƣơng pháp ƣớc lƣợng Z.I.P 61 4.2 Xây dựng kết ứng với đặc tính khác phụ tải 62 4.3 Đánh giá phƣơng pháp ƣớc lƣợng đề xuất 63 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC A 73 File liệu lƣới điện phân phối 59 nút 73 PHỤ LỤC B 81 Cơng thức tính tốn chế độ xác lập lƣới điện 81 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan nội dung luận văn cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực sở tổng hợp nghiên cứu lý thuyết, kiến thức, áp dụng vào thực tiễn hướng dẫn nghiên cứu khoa học thầy TS.Nguyễn Hoàng Việt Các kết luận văn hoàn toàn chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu từ trước đến Số liệu trích dẫn rõ nguồn danh mục tài liệu tham khảo Tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với nội dung luân văn Hà Nội, ngày 31 tháng năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Thành Chung LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tìnhđến từ thầy cô Bộ môn Hệ thống Điện - Viện Điện, đặc biệt thầy hướng dẫn nghiên cứu khoa họcTS.Nguyễn Hồng Việt Em chúc thầy, Bộ mơn Hệ thống Điện nói riêng Trường Đại học Bách khoa nói chung ln ln mạnh khỏe, nhiệt huyết để dạy bảo hệ sinh viên, học viên thành tài, giúp ích cho ngành công nghiệp ngày phát triển Cuối lời cảm ơn đến bạn lớp cao học 17BKTĐ-ĐLMB Cảm ơn năm tháng Bách Khoa, chia sẻ niềm vui, hạnh phúc ngồi chung mái trường Đại học Bách khoa Hà Nội Mỗi người có lối lựa chọn cho riêng mình, hy vọng sau cảm xúc đến với lần Chúc bạn thành công Xin trân trọng cảm ơn! DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CT Công tác HTĐ Hệ thống điện LĐPP Lưới điện phân phối TA/HA Trung áp / Hạ áp TBA Trạm biến áp FACTS Hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt IEEE Viện kỹ nghệ Điện Điện tử DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Đặc tính phụ tải hàm mũ số phụ tải thực tế DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mơ hình lưới điện nút Hình 1.2 Nhánh tụ bù dọc đường dây máy biến áp sơ đồ thay Hình 1.3 Lưới điện ví dụ xét phương trình cân cơng suất nút Hình 1.4 Lưới điện nút ví dụ xét tính phi tuyến tốn giải tích lưới điện Hình 1.5 Đồ thị hàm số F(x) Hình 1.6 Mơ hình máy biến áp hai cuộn dây Hình 1.7 Sơ đồ chương trình tính tốn chế độ xác lập Hình 2.1 Mơ hình phụ tải cảm ứng chế độ xác lập Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Đường đặc tính cơng suất phụ tải, tổn thất cơng suất, cơng suất phát phụ thuộc vào điện áp trường hợp phụ tải tổng trở khơng đổi Đường đặc tính công suất phụ tải, tổn thất công suất, công suất phát phụ thuộc vào điện áp trường hợp phụ tải dịng điện khơng đổi Đường đặc tính cơng suất phụ tải, tổn thất công suất, công suất phát phụ thuộc vào điện áp trường hợp phụ tải cơng suất khơng đổi Đường đặc tính cơng suất phụ tải, tổn thất công suất, công suất phát phụ thuộc vào điện áp trường hợp phụ tải phức tạp Zp=0,4, Ip=0,4, Pp=0,4 Đường đặc tính cơng suất phụ tải, tổn thất công suất, công suất phát phụ thuộc vào điện áp trường hợp phụ tải phức tạp Zp=0, Ip=0,06, Pp=0,94 Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn phương pháp bình phương cực tiểu Hình 3.2 Hình biểu diễn phương pháp cửa sổ Hình 3.3 Đồ thị điện áp đo, công suất đo, công suất định mức- Kịch Hình 3.4 Kết ước lượng phương pháp – Kịch Hình 3.5 Kết ước lượng phương pháp – Kịch Hình 3.6 Đồ thị điện áp đo, cơng suất đo, cơng suất định mức – Kịch Hình 3.7 Kết ước lượng phương pháp – Kịch Hình 3.8 Kết ước lượng phương pháp – Kịch Hình 3.9 Mơ hình phụ tải ZIP với thơng số V S đo Hình 3.10 Lưu đồ thuật tốn xây dựng tất trường hợp phụ tải ZIP khác Hình 3.11 Cấu trúc lưới phân phối hình tia Hình 3.12 Cách thức lựa chọn đặc tính tương đương gần Hình 4.1 Sơ đồ lưới phân phối có 59 nút Hình 4.2 Tổng cơng suất nguồn ứng với trường hợp điện áp đặt nút Hình 4.3 Tổng công suất nguồn điện áp đặt nút thay đổi Hình 4.4 Điện áp nguồn đặt cố định Hình 4.5 Điện áp nguồn ngẫu nhiên Hình 4.6 Điện áp nguồn đặt cố định cao giá trị ngẫu nhiên Hình 4.7 Điện áp nguồn đặt cố định thấp giá trị ngẫu nhiên Hình 4.8 Điện áp nguồn đặt cố định Hình 4.9 Điện áp nguồn ngẫu nhiên Hình 4.10 Điện áp nguồn đặt cố định cao giá trị ngẫu nhiên Hình 4.11 Điện áp nguồn đặt cố định thấp giá trị ngẫu nhiên LỜI NĨI ĐẦU ước lượng đặc tính phụ tải dựa thông số vận hành lưới điện , giảm nhu cầu tiêu thụ điện mà đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Trong trình học tập, rèn luyện trường hướng dẫn nghiên cứu tận tình thầy TS Nguyễn Hồng Việt, tác giả lựa chọn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu phương pháp ước lượng đặc tính phụ tải dựa thông số vận hành lưới điện” làm luận văn tốt nghiệp Để làm điều đó, tác giả cố gắng học hỏi từ thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp đọc thêm nhiều tài liệu để tìm hiểu lĩnh vực nghiên cứu Tuy nhiên trình độ cịn hạn chế nên luận văn cịn nhiều thiếu sót Vì kính mong thầy góp ý cho tác giả để hoàn thiện Luậ , đưa ước lượng đặc tính phụ tải diễn Nội dung luận văn gồm có chương, cụ thể sau: Chương 1: Tổng quan phương pháp tính tốn chế độ xác lập lưới điện phân phối Chương 2: Các mơ hình tính tốn khác cho phụ tải Chương 3: Ước lượng đặc tính phụ tải Chương 4: Kết tính tốn Kết luận chung Sai số tổng công suất nguồn tiêu thụ (%) Sai số tổng công suất nguồn tiêu thụ (%) Các điểm chuyển điện áp (pu) Hình 4.10: Điện áp nguồn đặt cố định cao giá trị ngẫu nhiên Các điểm chuyển điện áp (pu) Hình 4.11: Điện áp nguồn đặt cố định thấp giá trị ngẫu nhiên 68 Kết tính tốn cho 1000 trường hợp tương tự cho 200 trường hợp Điều cho thấy ln vận hành nguồn điện áp cố định ước lượng đặc tính ZIP 66 trường hợp cho kết đặc tính tương đương tốt Kết sử dụng để đưa điện áp vận hành tối ưu cho lưới phân phối nhằm đạt tổng công suất huy động từ nguồn nhỏ Tuy phụ tải ZIP chưa với đặc tính phụ tải thực tế phản ánh thay đổi công suất phụ tải theo điện áp Qua phân tích ảnh hưởng điện áp đầu nguồn tới công tác vận hành tối ưu lưới điện, từ ước lượng đặc tính phụ tải dựa thơng số vận hành lưới điện , giảm nhu cầu tiêu thụ điện mà đảm bảo yêu cầu kỹ thuật 69 KẾT LUẬN Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ cách mạng 4.0 yêu cầu phân tích ảnh hưởng đặc tính phụ tải Z.I.P tới nhu cầu công suất tác dụng điện áp vận hành lưới điện phân phối từ đưa ước lượng đặc tính phụ tải để có phương án vận hành tối ưu cho hệ thống điện xu tất yếu ngành điện lực Việt Nam Vi ớc lượng đặc tính phụ tải dựa thơng số vận hành lưới điệ ảm nhu cầu tiêu thụ điện mà đảm bảo yêu cầu kỹ thuậ Kết nghiên cứu cho thấy tổng công suất lấy từ nguồn tổng tổn thất công suất lưới phân phối phụ thuộc nhiều vào đặc tính phụ tải điện áp vận hành lưới điện Luận văn nghiên cứu, phân tích vài phương pháp ước lượng trạng thái phụ tải mặt hạn chế phương pháp Qua luận văn đề xuất phương pháp ước lượng đơn giản có sai số chấp nhận để góp phần áp dụng vận hành tối ưu lưới điện phân phối qua việc khai thác hiệu trình điều chỉnh điện áp vận hành Cùng với phát triển nhanh chóng lưới điện thơng minh có hệ thống đo đếm điều khiển đại, kết nghiên cứu đem lại nhiều ý nghĩa công tác vận hành tối ưu lưới điện phân phối 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Bách, Lướiđiện hệ thống điện,Tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2006 [2] Chương trình Matpowerversion 6.0b1 [3] Inés Romero Navarro, Dynamic Power System Load -Estimation of Parameters from Operational Data,Lund University, 2005 [4] Standard Load Models for Power Flow and Dynamic Performance Simulation, IEEE Transactionson Power Systems Vol 10 No.3, tháng năm 1995 [5] Kerstin Linden, Inger Segerqvist, Modelling of Load Devices and Studying Load/System Characteristics,Department of Electrical Power Systems School of Electrical and Computer Engineering, 1992 [6] Md Shakawat Hossan; H M Mesbah Maruf; Badrul Chowdhury, Comparison of the ZIP Load Model and the Exponential Load Model for CVR Factor Evaluation,2017 IEEE Power & Energy Society General Meeting, pages 1-5, 2017 [7] William D Caetano; Patrícia R S Jota; Eduardo N Goncalves, Comparison between static models onConservation Voltage of commercial/residential Reduction,2013 IEEE loads and International their effects Conference on SmartEnergy Grid Engineering (SEGE), pages 1-6, 2013 [8] Dan Simon, Optimal State Estimation, Kalman, H , and Nonlinear Approaches, Cleveland State University [9] Adalgiza del Pilar Rios, Kodjo Agbossou, and Alben Cardenas ,Taylor Series Approximation of ZIP Model for On-line Estimation of Residential Loads' Parameters, IEEE, 2017 IEEE, 2017 [10] Tushar, Shikhar Pandey, Anurag K Srivastava, On-line Estimation of Steady- State Load Models Considering Data Anomalies,IEEE, 2017 [11] M.Sadeghi, G.Abdollahisarvi, Determination of ZIP Parameters with LeastSquares Optimization Method,IEEE, 2009 [12] IEEE Task Force, Standard Load Models for Power Flow and Dynamic 71 Performance Simulation",IEEE Trans Power Systems, Vol, 10, No 3, August 1995 [13] V Vignesh, S Chakrabarti, and S C Srivastava, An experimental study on the modelling using PMU measurement,IEEE PES Transmission Distribution Conference and Exposition, pp, 1-5, April 2014 72 PHỤ LỤC A File liệu lƣới điện phân phối 59 nút Sbase(MVA) Fnom(Hz) 1000 50 BUS: Name Type Vbus_mag(PV node) Pshunt(MW) Qshunt(MVAr) 1.00 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 10 1 0 11 1 0 12 1 0 13 1 0 14 1 0 15 1 0 16 1 0 17 1 0 18 1 0 73 19 1 0 20 1 0 21 1 0 22 1 0 23 1 0 24 1 0 25 1 0 26 1 0 27 1 0 28 1 0 29 1 0 30 1 0 31 1 0 32 1 0 33 1 0 34 1 0 35 1 0 36 1 0 37 1 0 38 1 0 39 1 0 40 1 0 41 1 0 42 1 0 43 1 0 74 44 1 0 45 1 0 46 1 0 47 1 0 48 1 0 49 1 0 50 1 0 51 1 0 52 1 0 53 1 0 54 1 0 55 1 0 56 1 0 57 1 0 58 1 0 59 1 0 Line: From To R(p.u) X(p.u) B/2(p.u) Ratio Shift(degree) Status 0.01289371 0.021579431 1 0.01289371 0.021579431 1 0.003292011 0.005509642 1 0.003292011 0.005509642 1 0.003292011 0.005509642 1 0.002190083 0.001836547 1 0.089761249 0.031221304 1 75 10 0.027376033 0.022956841 1 10 11 0.018480257 0.006427916 1 12 0.014676882 0.02456382 1 12 13 0.014676882 0.02456382 1 13 14 0.004938017 0.008264463 1 14 15 0.004938017 0.008264463 1 15 16 0.002190083 0.001836547 1 16 17 0.089761249 0.031221304 1 13 18 0.014676882 0.02456382 1 18 19 0.014676882 0.02456382 1 19 20 0.004938017 0.008264463 1 20 21 0.004938017 0.008264463 1 21 22 0.002190083 0.001836547 1 22 23 0.089761249 0.031221304 1 19 24 0.014676882 0.02456382 1 24 25 0.014676882 0.02456382 1 25 26 0.005761019 0.009641873 1 26 27 0.005761019 0.009641873 1 27 28 0.006570248 0.005509642 1 28 29 0.089761249 0.031221304 1 25 30 0.00384068 0.006427916 1 30 31 0.00384068 0.006427916 1 31 32 0.00384068 0.006427916 1 32 33 0.102961433 0.035812672 1 32 34 0.028471074 0.023875115 1 76 34 35 0.031680441 0.011019284 1 25 36 0.014676882 0.02456382 1 36 37 0.014676882 0.02456382 1 37 38 0.004938017 0.008264463 1 38 39 0.004938017 0.008264463 1 39 40 0.002190083 0.001836547 1 40 41 0.089761249 0.031221304 1 37 42 0.014676882 0.02456382 1 42 43 0.014676882 0.02456382 1 43 44 0.004938017 0.008264463 1 44 45 0.004938017 0.008264463 1 45 46 0.002190083 0.001836547 1 46 47 0.089761249 0.031221304 1 43 48 0.014676882 0.02456382 1 48 49 0.014676882 0.02456382 1 49 50 0.003292011 0.005509642 1 50 51 0.003292011 0.005509642 1 51 52 0.003292011 0.005509642 1 52 53 0.002190083 0.001836547 1 53 54 0.089761249 0.031221304 1 52 55 0.027376033 0.022956841 1 55 56 0.018480257 0.006427916 1 49 57 0.001646006 0.002754821 1 57 58 0.015330579 0.012855831 1 58 59 0.010560147 0.003673095 1 77 0.0 0.075 Load: Bus Pload(p.u) Qload(p.u) Status 0 0.0135 0 0.015 0.0135 0 0.0135 0.0135 10 0.0135 11 0.0135 12 0.0135 13 0 14 0.015 15 0.0135 16 0.0135 17 0.0135 18 0.0135 19 0 20 0.015 21 0.0135 22 0.0135 23 0.0135 78 24 0.0135 25 0 26 0.015 27 0.0135 28 0.0135 29 0.0135 30 0.015 31 0.0135 32 0 33 0.0135 34 0.0135 35 0.0135 36 0.0135 37 0 38 0.015 39 0.0135 40 0.0135 41 0.0135 42 0.0135 43 0 44 0.015 45 0.0135 46 0.0135 47 0.0135 48 0.0135 79 49 0 50 0.015 51 0.0135 52 0 53 0.0135 54 0.0135 55 0.0135 56 0.0135 57 0.0135 58 0.0135 59 0.0135 80 PHỤ LỤC B Cơng thức tính tốn chế độ xác lập lƣới điện Ma trận dòng điện: I1  IN I Ma trận điện áp nút: V1  VN V Ma trận tổng dẫn: Y11  Y1N    YN  YNN Y Điều kiện nút P-Q: N Pks Ykm VmVk jQks m Điều kiện nút P-V: N Pls Re Ylm VlmVk m Vls Vl Phương pháp Newton Raphson: f (x) x (n x (n) 1) f ( x (n) ) f ' ( x (n) ) n 0,1,2 Áp dụng cho tính tốn trào lưu cơng suất: Pk Pks Pk (e1 , f1 , e2 , f ,, eN , f N ) 81 Qk Qks Qk (e1 , f1 , e2 , f ,, eN , f N ) Vk2 Vks2 (ek2 fk ) 82 ... trường hướng dẫn nghiên cứu tận tình thầy TS Nguyễn Hồng Việt, tác giả lựa chọn nghiên cứu đề tài ? ?Nghiên cứu phương pháp ước lượng đặc tính phụ tải dựa thông số vận hành lưới điện? ?? làm luận văn... định đặc tính phụ tải 2.1.2 Mơ hình phụ tải Z.I.P Mơ hình phụ tải có đặc tính Z.I.P mơ hình phụ tải Về kết hợp loại phụ tải: phụ tải tổng trở không đổi (Z), phụ tải dịng điện khơng đổi (I) phụ tải. .. mơ tả phụ tải thực tế mơ hình phụ tải nêu Do tốn ước lượng đặc tính phụ tải tốn phức tạp, hai mơ hình phụ tải hàm mũ mơ hình phụ tải Z.I.P sử dụng phổ biến tốn ước lượng đặc tính phụ tải phục