Nghiên cứu và xây dựng đồ thị dự báo phụ tải cụm dân cư bằng phương pháp bottom up

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM TRẦN ÁI QUỐC LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN ÁI QUỐC NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG ĐỒ THỊ DỰ BÁO PHỤ TẢI CỤM DÂN CƯ BẰNG PHƯƠNG PHÁP BOTTOM UP KHÓA 2012 - 2014 LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM TRẦN ÁI QUỐC LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã ngành: 60520202 Tp Hồ Chí Minh, 03/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM TRẦN ÁI QUỐC LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã ngành: 60520202 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ KỶ Tp Hồ Chí Minh, 03/2014 x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1: Chu kỳ tần suất hoạt động máy rửa chén ……… .…… 35 Bảng 4.2: Chu kỳ tần suất hoạt động máy giặt máy sấy……… … 36 Bảng 4.3: Chu kỳ tần suất hoạt động lò vi sóng ………………….……37 Bảng 4.4: Chu kỳ tần suất hoạt động tủ lạnh ………… ………… ….37 Bảng 4.5: Chu kỳ tần suất hoạt động tivi ………… …….…….….… 38 Bảng 4.6: Chu kỳ tần suất hoạt động radio/player ……………………38 Bảng 4.7: Chu kỳ tần suất hoạt động máy tính máy in … … ……39 Bảng 4.8: Chu kỳ tần suất hoạt động máy tính máy in ……………39 Bảng 4.9: Xác suất việc sử dụng thiết bị Các ngày tuần…… .…44 Bảng 4.10: Xác suất việc sử dụng thiết bị Các ngày cuối tuần……….….45 Bảng 4.11: Chu kỳ hoạt động tần số thiết bị……………………….45 Bảng 4.12: Tập hợp thiết bị gia dụng cho mô hình………… … ….46 xi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Tổng quan phương pháp bottom up…………… …….…… … Hình 3.1: Ngun tắc hoạt động điều hịa khơng khí……………… … 23 Hình 3.2 : Mơ hình máy điều hồ khơng khí Simulink………… …… 23 Hình 3.3: Nguyên tắc hoạt động nồi cơm điện………… …… … ……24 Hình 3.4 : Mơ hình nồi cơm điện Simulink………… …….….……… 25 Hình 3.5: Mạch làm lạnh tủ lạnh…………… ……………………………26 Hình 3.6 : Mơ hình tủ lạnh Simulink…………………….…… … ….27 Hình 3.7 : Mơ hình máy giặt Simulink……………………………….….28 Hình3.8: Nguyên lý hoạt động bếp điện từ………………………….…….… 29 Hình 4.1 : Quản lý tải hộ gia đình….…………………………….… …33 Hình.4.2: Vận hành máy rửa chén (2lần sử dụng ngày)………………… 36 Hình 4.3: Sơ đồ mơ hình dự đốn tiêu thụ thiết bị………….… 42 Hình 4.4: Sơ đồ giải thuật chương trình ………………………………………43 Hình 4.5: Biểu đồ phụ tải bếp chạy lần ………………………….……….48 Hình 4.6: Biểu đồ phụ tải lị vi sóng chạy lần ……………………………49 Hình 4.7: Biểu đồ phụ tải tủ lạnh chạy lần ……………………………….49 Hình 4.8: Biểu đồ phụ tải máy rửa chén chạy lần ……………………… 50 Hình 4.9: Biểu đồ phụ tải máy giặt máy sấy chạy lần ….….…… …50 Hình 4.10: Biểu đồ phụ tải tivi dvd chạy lần ……………… ……… 51 Hình 4.11: Biểu đồ phụ tải radio………………… ……… ………… ……51 xi xii Hình 4.12: Biểu đồ phụ tải máy vi tính máy in………………………… …52 Hình 4.13: Biểu đồ phụ tải ánh sáng…………… ……….…………… …….52 Hình 4.14: Biểu đồ sử dụng tải khác………………………… 53 Hình 4.15: Biểu đồ dự báo phụ tải cho khu vực dân cư chạy lần một…….….53 Hình 4.16: Biểu đồ cơng suất tiêu thụ kw chạy lần một………… 54 Hình 4.17: Biểu đồ tổng tiêu thụ cơng suất điện trung bình (kw) hộ gia đình chạy lần một…………………………………….……………………… 54 Hình 4.18: Biểu đồ phụ tải bếp chạy lần hai………………………………… 55 Hình 4.19: Biểu đồ phụ tải lị vi sóng chạy lần hai………………………….…55 Hình 4.20: Biểu đồ phụ tải tủ lạnh chạy lần hai……………………………… 56 Hình 4.21: Biểu đồ phụ tải máy rửa chén chạy lần hai……………………… 56 Hình 4.22: Biểu đồ phụ tải máy giặt máy sấy chạy lần hai…………………57 Hình 4.23: Biểu đồ phụ tải tivi dvd chạy lần hai……………… …………57 Hình 4.24: Biểu đồ phụ tải radio chạy lần hai……………… ……………….58 Hình 4.25: Biểu đồ phụ tải máy vi tính máy in chạy lần hai…………… 58 Hình 4.26: Biểu đồ phụ tải chiếu sáng chạy lần hai…………………… …….59 Hình 4.27: Biểu đồ phụ tải khác chạy lần hai……………………… ……… 59 Hình 4.28: Biểu đồ dự báo phụ tải cho khu vực dân cư chạy lần hai………….60 Hình 4.29: Biểu đồ cơng suất tiêu thụ kw chạy lần hai…………… ……… 60 Hình 4.30: Biểu đồ tổng tiêu thụ cơng suất điện trung bình (kw) hộ gia đình chạy lần hai……………………………………………………………….61 Hình 4.31: Biểu đồ phụ tải bếp chạy lần ba……………………………………61 Hình 4.32: Biểu đồ phụ tải lị vi sóng chạy lần ba…………………………… 62 xii xiii Hình 4.33: Biểu đồ phụ tải tủ lạnh chạy lần ba…………………………… ….62 Hình 4.34: Biểu đồ phụ tải máy rửa chén chạy lần ba………… …………….63 Hình 4.35: Biểu đồ phụ tải máy giặt máy sấy chạy lần ba………………….63 Hình 4.36: Biểu đồ phụ tải tivi dvd chạy lần ba…………………………….64 Hình 4.37: Biểu đồ phụ tải radio chạy lần ba…………… ……………… …64 Hình 4.38: Biểu đồ phụ tải máy vi tính máy in chạy lần ba……… ………65 Hình 4.39: Biểu đồ phụ tải chiếu sáng chạy lần ba…………………………….65 Hình 4.40: Biểu đồ phụ tải khác chạy lần ba………… ………………….… 66 Hình 4.41: Biểu đồ dự báo phụ tải cho khu vực dân cư chạy lần ba……….….66 Hình 4.42: Biểu đồ cơng suất tiêu thụ kw chạy lần ba………… …….….… 67 Hình 4.43: Biểu đồ tổng tiêu thụ cơng suất điện trung bình (kw) hộ gia đình chạy lần ba……………………………………………………………… 67 Hình 4.44: tổng biểu đồ tiêu thụ công suất điện (kw) 98 hộ gia đình chạy lần 1…………………………………………………………………………… …68 Hình 4.45: tổng biểu đồ tiêu thụ công suất điện (kw) 98 hộ gia đình chạy lần 2……………………………………………………………………………… 68 ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT EVN Điện lực việt nam PTĐ Phụ tải điện HTĐ Hệ thống điện DSM Quản lý nhu cầu điện STLF Phụ tải ngắn hạn GDP Bình quân đầu người ODA Quỹ hỗ trợ phát triển 77 t_cycle_1=P_work(device,2);f_power_1=P_work(device,1); t_cycle_2=P_work(device,4);f_power_2=P_work(device,3); t_cycle_3=P_work(device,6);f_power_3=P_work(device,5); P(device,i)=f_power_1; n_cycle_1=t_cycle_1/6; n_cycle_2=t_cycle_2/6; n_cycle_3=t_cycle_3/6; % Time calculation Work T_con_cycle(device)=t_cycle_1+t_cycle_2+t_cycle_3; T_opp(device)=T_opp(device)+T_con_cycle(device); r=1; for j= 1:n_cycle_1 r=r+1; P(device,i+j)=f_power_1; end i=i+r-1; r=1; for j= 1:n_cycle_2 r=r+1 P(device,i+j)=f_power_3; end i=i+r-1; r=1; for j= 1:n_cycle_3 r=r+1 P(device,i+j)=f_power_2; end i=i+r; N_pas= t_cycle_1+t_cycle_2+t_cycle_3+ t_start+6; else if (Y(device,4)==0) t_cycle_1=P_work(device,2);f_power_1=P_work(device,1); t_cycle_2=P_work(device,4);f_power_2=P_work(device,3); P(device,i)=f_power_1; n_cycle_1=t_cycle_1/6; n_cycle_2=t_cycle_2/6; % Time calculation Work T_con_cycle(device)=t_cycle_1+t_cycle_2; T_opp(device)=T_opp(device)+T_con_cycle(device); 78 r=1; for j= 1:n_cycle_1 r=r+1; P(device,i+j)=f_power_1; end i=i+r-1; r=1; for j= 1:n_cycle_2 r=r+1 P(device,i+j)=f_power_2; end i=i+r; N_pas= t_cycle_1+t_cycle_2+ t_start+6; else if (Y(device,2)==0) t_cycle_1=P_work(device,2);f_power_1=P_work(device,1); P(device,i)=f_power_1; n_cycle_1=t_cycle_1/6; % Time calculation Work T_con_cycle(device)=t_cycle_1; T_opp(device)=T_opp(device)+T_con_cycle(device); r=1; for j= 1:n_cycle_1 r=r+1; P(device,i+j)=f_power_1; end i=i+r; N_pas= t_cycle_1+t_start+6; end end end end else P(device,i)=P_work(device,9); N_pas= N_pas+6 ; i=i+1; end end % end end P=P(:,1:240); T_opp= T_opp/60 79 % P_hour_step % P_allume P_comp=[P_hour_step',P_a',P']; [ap,step_2]=size(P) for i=1:step_2 t_fonction_step(i)=6*(i-1); end for device=1:app max_P=max(P(device,:)); figure plot(t_fonction_step,P(device,:),'b') ylabel('Power (W)') xlabel('Time(H)') set(gca,'XTick',0:60:1380) set(gca,'XTickLabel',{'0','1','2','3','4','5','6','7','8', '9','10','11','12','13','14','15','16','17','18','19','20' ,'21','22','23'}) title(device_type(device)) axis([0 1434 max_P+10]) end % Calculation of the total consumption for each of the step_temp day they % takes into account all devices for i=1:step_2 P_total_step(i)=sum(P(:,i)); end % Calculation of max power consumption max_P_step=P_total_step(1) for i=1:step_2 if P_total_step(i)>=max_P_step max_P_step=P_total_step(i); step=i; end end max_P_step; step; heure_step=0:6:1434; figure bar(heure_step,P_total_step);hold on; ylabel('power (W)');xlabel('Time(H)');grid on title('Forecast load curve for the residential sector'); set(gca,'XTick',0:60:1380); 80 set(gca,'XTickLabel',{'0','1','2','3','4','5','6','7','8', '9','10','11','12','13','14','15','16','17','18','19','20' ,'21','22','23'}); axis([0 1434 max_P_step]); % Calculate the average power per hour r=1; for he=1:24 for z=1:10 P_chaque_heure(he,z)=P_total_step(r); r=r+1; end end for i=1:24 P_moy_heure(i)=sum(P_chaque_heure (i,:))*Fact_sais/10; end P_moy_jour_KW=sum(P_moy_heure)/(24*1000) figure plot(0:1:23,P_moy_heure/1000) set(gca,'XTick',0:1:23) axis([0 23 max(P_moy_heure/1000)]) title('Power consumption KW') xlabel('Time (H)') ylabel('Power (KW)') grid on figure bar(0:1:23,P_moy_heure/1000) hold on P_moy_jour_(1:1:24)=P_moy_jour_KW; plot(0:1:23,P_moy_jour_,'r') title('Power consumption KW') xlabel('Time (H)') ylabel('Power (KW)') set(gca,'XTick',0:1:23) axis([0 23 max(P_moy_heure/1000)]) legend('Paver time','Paver day') grid on % Aggregation devices figure P_moy_heurekw= P_moy_heure/1000 P_Maison= P_moy_heurekw; bar(0:1:23,P_Maison) grid on set(gca,'XTick',0:1:23) axis([0 23 max(P_Maison)]) title('Power consumption Power KW House') xlabel('time (H)') ylabel('power (KW)') 81 v MỤC LỤC Lời cam đoan .i Lời cảm ơn…………………………………………………….… …………ii Tóm tắt đề tài……… ……………………………………………….…… …iii Abstract………………………………………………………………… ……iv Mục lục v Danh mục từ viết tắt .ix Danh mục bảng .x Danh mục hình vẽ xi Chương 1: Mở đầu ……………….………… ……… ………….…… .1 1.1 Giới thiệu ……………………………………………… .…….……… 1.1.1Tính cấp thiết đề tài.…………………………….…………… … 1.2 Mục đích đề tài .2 1.3 Đối tượng nghiên cứu phương pháp nghiên cứu .3 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu .3 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.5 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu… ……….………………… …………4 1.5.1 Giới thiệu tổng quan dự báo phụ tải .4 1.5.2 Tổng quan phương pháp bottom up…………………… ……….……5 1.5.2.1 Giới thiệu phương pháp bottom up…………………….……… … 1.5.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu…………………………… ……… v vi 1.5.3.1 Tình hình nghiên cứu giới ………….….……….………….….8 1.5.3.2 Tình hình nghiên cứu nước ………….….………….…….….….9 Chương2: Tổng quan dự báo phụ tải………………………… … … …10 2.1 Giới thiệu………….…………………………………………….…………10 2.2 Phân loại dự báo … …………………………………………… …….…11 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến phụ tải…… …………………… ……… ….12 2.3.1Các yếu tố kinh tế……….………………………………… … ……….12 2.3.2Các yếu tố thời gian …….……………………………… …… …… 12 2.3.3Các điều kiện thời tiết …….…………………………………….……….13 2.3.4 Các nhiễu ngẫu nhiên……………….………………………… ……….13 2.3.5 Các yếu tố giá………….…………………………………… ………13 2.3.6 Các yếu tố khác………….……………………………………… … 13 2.4 Các phương pháp dự báo……… ……… ………………….……………13 2.4.1 Phương pháp tính hệ số vượt trước …… …………………… ……… 13 2.4.2 Phương pháp tính trực tiếp…………………….…….……… ….…… 14 2.4.3 Phương pháp ngoại suy theo thời gian….………….…….… …………15 2.4.4 Phương pháp hồi quy tương quan….………………………….……… 16 2.4.4.1 Phương pháp luận……….…………………… …… ……………….16 2.4.4.2 Phương trình dạng tuyến tính…………………………….… …… 16 2.4.4.3 Phương trình dạng luỹ thừa…….……………………….… ……… 17 2.4.5 Phương pháp so sánh đối chiếu…….………………………………… 19 2.4.6 Phương pháp chuyên gia.…………….……………… …… …………19 2.4.7 Phương pháp mạng neural nhân tạo…………….………….… … ……20 vi vii 2.4.8 Phƣơng pháp bottom up…………………………………………………21 CHƢƠNG 3: MƠ HÌNH MỘT SỐ THIẾT BỊ GIA DỤNG…….…………….22 Giới thiệu ……………………………… ……… ………….…………… 22 3.1 Máy điều hồ khơng khí……………… ………………….… ………… 22 3.2 Nồi cơm điện…………………………………… …………….…………23 3.3 Tủ lạnh ………………………………………….……… …… ……… 25 3.4 Máy giặt……………………………………….…….………… ….……27 3.5 Bếp điện từ…………………………………….………………….…….…29 3.6 Lị vi sóng……………………………………….……….………… 30 CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ DỰ BÁO PHỤ TẢI THEO PHƢƠNG PHÁP BOTTOM UP……………………………………… …………… … 31 4.1 Đặc điểm phƣơng pháp bottom up………………… ……………… …31 4.1.1 Hồ sơ liệu…………………………………………………………… 31 4.1.2 Thành phần biểu đồ phụ tải………………………………………….32 4.1.3 Nguồn liệu biểu đồ phụ tải……………………………………………33 4.2 Mơ hình tốn học………… ……………………….……… … ……… 34 4.2.1 Yếu tố xã hội……………………………………….…… …… ……….34 4.2.2 Yếu tố thời gian…………………………………………… … ………34 4.2.3 Yếu tố theo mùa …………………………………………….… …….34 4.3 Bắt đầu chu kỳ hoạt động thiết bị…… ……………….… …35 4.3.1 Các thông tin hoạt động………………….………… …… ……36 4.3.2 Thời gian bắt đầu…………………………… ………….… ………….39 4.4 Thực mơ hình ………….………………………… …… …………41 vii viii 4.5 Thuật tốn chƣơng trình…… …….….………………… … ………….43 4.6 Trƣờng hợp ứng dụng phƣơng pháp bottom up khu dân cƣ thành Mỹ Lợi………………… …… ………………………………………………… 45 4.6.1 Phân loại tải………………….………………….…… …….………… 46 4.6.2Mơ mơ hình matlab……………………….……… … ……47 Nhận xét ………………………………………… …….…………………… 69 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN……………………………….……… …………70 Kết đạt đƣợc ……………………………………….……… ………….70 Hạn chế ……………………………………………….……… ………… 70 Hƣớng phát triển đề tài ………………………….…………………… 71 Tài liệu tham khảo……………………………………….…… ………… …72 Phụ lục…………………………………………………………………… ….74 iv ABSTRACT A bottom-up simulation model for residential house is developed The model simulates the usage of domestic appliances probabilistically over time in terms of consumed energy, based on the activities of the people in the house; for example, a microwave oven, Stove&oven is likely to be used during cooking activity The inputs to the model include structure of households to be simulated, activity of household members, profiles of electric appliances and probability of appliance usage Electricity consumption data profiles that include details on the consumption can be generated with a bottom-up load models In these models the load is constructed from elementary load components that can be households or even their individual appliances In this work a simplified bottom-up model is presented The model can be used to generate realistic domestic electricity consumption data on an hourly basis from a few up to thousands of households iii TĨM TẮT Luận văn trình bày việc xây dựng mơ hình mơ cho tải dân dụng phương pháp bottom up Mơ hình mơ việc sử dụng lượng tiêu thụ thiết bị gia dụng với xác suất theo thời gian , dựa hoạt động ngẫu nhiên người nhà, ví dụ, lị vi sóng, Bếp lị nướng sử dụng hoạt động nấu ăn Các đầu vào cho mơ hình bao gồm cấu trúc hộ gia đình mơ phỏng, hoạt động thành viên hộ gia đình, đồ thị tiêu thụ điện thiết bị điện xác suất sử dụng thiết bị Hồ sơ liệu Điện tiêu thụ bao gồm chi tiết tiêu thụ tạo với mơ hình bottom up Trong mơ hình tải xây dựng từ thành phần tải hộ gia đình chí thiết bị cá nhân họ Trong nghiên cứu trình bày mơ hình bottom up đơn giản hóa Mơ hình sử dụng để tạo phụ tải tiêu thụ điện thực tế hộ gia đình sở từ vài đến hàng ngàn hộ gia đình iii ... tải đặc biệt phụ tải tổng đồ thị phụ tải Ở trình bày phương pháp phân tích cấu phụ tải dựa sở đặc trưng đồ thị phụ tải thành phần Phân tích cấu thành phần phụ tải tổng đồ thị phụ tải hệ thống... Đối tƣợng nghiên cứu phƣơng pháp nghiên cứu: 1.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu: Các mơ hình phương pháp xây dựng đồ thị dự báo phụ tải Đối tượng nghiên cứu khách hàng sử dụng điện khu chung cư Thành... Phƣơng pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết dự báo phụ tải ngắn hạn Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ, lịch làm việc (ngày nghỉ, ngày lễ) đến nhu cầu phụ tải Nghiên cứu đặc điểm phụ tải dân dụng xây dựng