Báo cáo tóm tắt đề tài khoa học và công nghệ cấp Đại học Đà Nẵng: Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng giám sát ổn định hệ thống điện có xét đến các yếu tố bất định của nguồn, tải và cấu trúc lưới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG BÁO CÁO TĨM TẮT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG GIÁM SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ XÉT ĐẾN CÁC YẾU TỐ BẤT ĐỊNH CỦA NGUỒN, TẢI VÀ CẤU TRÚC LƯỚI Mã số: Đ2015-02-114 Chủ nhiệm đề tài: TS Lê Đình Dương Đà Nẵng, 09/2016 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH TĨNH HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN, ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH TĨNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 CÁC KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH TĨNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1.1 Khái niệm ổn định 1.1.2 Nguyên nhân hậu cố ổn định yêu cầu đảm bảo ổn định HTĐ 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG 1.4 ÁP DỤNG CÁC TIÊU CHUẨN THỰC DỤNG CỦA MARKOVITS ĐỂ TÍNH TỐN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TĨNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.4.1 Kiểm tra ổn định điện áp nút phụ tải 1.4.2 Kiểm tra ổn định góc lệch nút nguồn 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THUẬT TOÁN LOẠI TRỪ GAUSS ĐỂ TÍNH TỐN ĐẲNG TRỊ SƠ ĐỒ 10 2.1 MỞ ĐẦU 10 2.2 THUẬT TOÁN LOẠI TRỪ GAUSS 10 2.2.1 Mơ hình tuyến tính chế độ xác lập HTĐ 10 2.2.2 Thu hẹp sơ đồ thuật toán loại trừ Gauss 10 2.2.3 Đẳng trị sơ đồ thay HTĐ thuật toán loại trừ Gauss 11 2.3 KẾT LUẬN 11 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 12 3.1 MỞ ĐẦU 12 3.2 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH MIỀN LÀM VIỆC CHO PHÉP THEO ĐIỀU KIỆN GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH TĨNH 13 3.2.1 Miền làm việc ổn định hệ thống điện đơn giản mặt phẳng công suất 13 3.2.2 Miền làm việc ổn định hệ thống điện phức tạp 13 3.3 XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN xây dựng CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH MIỀN LÀM VIỆC CHO PHÉP THEO ĐIỀU KIỆN GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH TĨNH 14 3.4 KẾT LUẬN 15 CHƯƠNG 4: CÁC HÀM PHÂN BỐ NGẪU NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG CÁC HÀM ĐỂ BIỂU DIỄN CÁC QUÁ TRÌNH NGẪU NHIÊN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 16 4.1 GIỚI THIỆU 16 4.2 XÁC SUẤT CỦA CÁC SỰ KIỆN NGẪU NHIÊN 16 4.3 BIẾN NGẪU NHIÊN VÀ CÁC THAM SỐ ĐẶC TRƯNG, HÀM PHÂN BỐ CỦA BIẾN NGẪU NHIÊN 16 4.3.1 Khái niệm biến ngẫu nhiên 16 4.3.2 Hàm phân bố biến ngẫu nhiên 17 4.3.3 Các tham số đặc trưng biến ngẫu nhiên 17 4.4 MỘT SỐ HÀM PHÂN PHỐI XÁC SUẤT PHỔ BIẾN ĐƯỢC DÙNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 17 4.4.1 Hàm phân phối chuẩn (Gaussian/normal distribution) 17 4.4.2 Hàm phân phối 0-1 hàm phân phối nhị thức (Binomial distribution) 17 4.4.3 Hàm phân phối Weibull 17 4.5 NHẬN XÉT, KẾT LUẬN 17 CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN KẾT NỐI VỚI CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN TRONG MÁY TÍNH ĐỂ GIÁM SÁT ỔN ĐỊNH CÓ XÉT ĐẾN CÁC YẾU TỐ BẤT ĐỊNH 18 5.1 GIỚI THIỆU 18 5.2 CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 18 5.2.1 Chức lưu trữ thư viện hệ thống điện 18 5.2.2 Nhập thông tin hệ thống điện cần mô 18 5.2.3 Chức tính tốn đẳng trị sơ đồ 18 5.2.4 Chức tính tốn miền làm việc ổn định tĩnh hệ thống điện mặt phẳng công suất 19 5.3 MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN 21 5.4 THIẾT KẾ BỘ TẠO TÍN HIỆU NGẪU NHIÊN THEO HÀM PHÂN BỐ CHO CÁC PHỤ TẢI 22 5.5 NHẬN XÉT, KẾT LUẬN 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 24 MỞ ĐẦU  TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGỒI NƯỚC  Ngồi nước: Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu cơng bố việc đánh giá khả ổn định tĩnh (Steady-state-stability, Small signal stability), ổn định trình độ ngắn (Transient stability) ổn định trình độ dài (Dynamic stability), có phương pháp đáng quan tâm là: - Phương pháp dựa khái niệm cân lượng [3,5,16] - Phương pháp dao động bé (A M Lyapunov)[3,6,16] - Phương pháp ổn định phi chu kỳ Gidanov[3,16] - Phương pháp tiêu chuẩn thực dụng I M Markovit[3,6,16] - Phần mềm QICKSTAB (Fast maxium loadability and steady-state stability Margin Predictor) SAVU C.SAVULESCU – SCS computer consulting Phần mềm cho phép đánh giá nhanh độ dự trữ ổn định tĩnh hệ thống điện thời gian thực [17]  Trong nước: Đối với Việt Nam, lĩnh vực nghiên cứu đánh giá ổn định hệ thống điện (HTĐ) có nhiều cơng trình khoa học nghiên cứu cơng bố, kể đến là: - Các cơng trình GS TS Lã Văn Út nhóm cộng nghiên cứu, tính tốn đánh giá ổn định cho đường dây truyền tải 500kV Bắc – Nam, trước đóng điện hịa vào HTĐ Việt Nam Đồng thời kết tính toán đề xuất số giải pháp nâng cao độ dự trữ ổn định cho HTĐ Việt Nam [6,7,8] - Đề tài “Phân tích nhanh tính ổn định xác định giới hạn truyền tải công suất Hệ thống điện hợp có đường dây siêu cao áp”, Luận án tiến sỹ Ngô Văn Dưỡng, Hà Nội năm 2002 [14] - Đề tài “Nghiên cứu ổn định điện áp để ứng dụng Hệ thống điện Việt Nam” Luận án tiến sỹ Lê Hữu Hùng, Đà Nẵng năm 2012 [10]  Danh mục cơng trình công bố thuộc lĩnh vực đề tài chủ nhiệm thành viên tham gia nghiên cứu: 1- Lê Đình Dương, Nguyễn Thị Ái Nhi, Huỳnh Văn Kỳ, Giải pháp tính tốn phân tích chệ độ vận hành hệ thống điện phương pháp 2- 3- 4- 5- 6 xác suất, Hội nghị Khoa học Cơng nghệ Điện lực tồn quốc năm 2014, trang 494-503 D D Le, A Berizzi, C Bovo, E Ciapessoni, D Cirio, A Pitto, and G Gross, ”A probabilistic approach to power system security assessment under uncertainty”, Bulk Power System Dynamics and Control – IX Optimization, Security and Control of the Emerging Power Grid, 2013 IREP Symposium, pp 1-7, Greece, Aug 2013 (IEEE Xplore) Ngô Văn Dưỡng, Nghiên cứu xây dựng thuật tốn chương trình giám sát độ dự trữ ổn định tĩnh cho Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015, Tạp chí KH&KT Học viện kỹ thuật quân sự, số 124/III-2008, trang 40-47, 2008 Ngô Văn Dưỡng (2002), Phân tích nhanh tính ổn định xác định giới hạn truyền tải công suất Hệ thống điện hợp có đường dây siêu cao áp, Luận án Tiến sĩ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Lã Văn Út, Ngô Văn Dưỡng, Xác định nhanh miền làm việc ổn định Hệ thống điện hợp có đường dây siêu cao áp, Tạp chí KH&CN số 25-26/2000 Lã Văn Út, Ngô Văn Dưỡng, Đánh giá ổn định Hệ thống điện hợp qua tiêu chuẩn thực dụng, Tạp chí KH&CN số 16/1998 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Cùng với phát triển kinh tế xã hội nói chung, khoa học cơng nghệ nói riêng nhu cầu lượng ngày gia tăng lượng điện đóng vai trị quan trọng Do phụ tải Hệ thống điện (HTĐ) liên tục phát triển mở rộng dẫn đến việc quản lý vận hành hệ thống ngày khó khăn phức tạp Đối với hệ thống điện nhỏ đường dây truyền tải ngắn khả tải đường dây thường bị giới hạn điều kiện phát nóng tổn thất điện áp, hệ thống điện lớn điều kiện ổn định hệ thống yếu tố định khả tải đường dây Để đảm bảo cho HTĐ vận hành an toàn, 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 Qua đánh giá mức độ an tồn (độ dự trữ) hệ thống tìm giải pháp nâng cao khả vận hành an toàn cho HTĐ Việc nghiên cứu đánh giá trạng thái ổn định, mức độ ổn định HTĐ tương ứng với chế độ vận hành có nhiều cơng trình nghiên cứu cơng bố như: - Tính tốn chương trình phân tích chế độ xác lập (CĐXL) thông qua tiêu chuẩn ổn định phi chu kỳ [1], - Tính hệ số tắt dần tần số dao động riêng tổ máy tương ứng với phần thực, phần ảo nghiệm phương trình đặc trưng hệ phương trình vi phân mơ tả q trình q độ [11], - Đo phân tích trực tiếp hệ số tắt dần tần số dao động riêng tổ máy với dao động cho trước [6], - Sử dụng tiêu chuẩn thực dụng dQ/dU để xây dựng miền làm việc cho phép mặt phẳng công suất theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh, qua đánh giá mức độ ổn định HTĐ theo chế độ vận hành [3], - Ứng dụng phương pháp phân tích đường cong PV, QV để đánh giá độ dự trữ ổn định điện áp cho HTĐ 500kV Việt Nam [10] Trong q trình tính tốn 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 …) cho giá trị cố định (hằng số) cấu trúc lưới (sự làm việc thiết bị đường dây liên kết…) xem không thay đổi Giả thiết khơng thực tế biết công suất đầu nhà máy điện khơng phải số suốt q trình vận hành, phụ tải biến đổi theo thời gian tuân theo quy luật riêng nó, đường dây, máy biến áp, máy phát điện thiết bị khác q trình làm việc bị cố với khả (xác suất) [4,9] bị cố thiết bị tách khởi hệ thống dẫn đến cấu trúc lưới thay đổi Từ phân tích thấy rằng, việc tính tốn đánh giá ổn định HTĐ theo phương pháp nêu yếu tố ảnh hưởng đến trình làm việc HTĐ bị bỏ qua, tình trạng làm việc HTĐ không đánh giá đầy đủ Hơn nữa, HTĐ đại ngày kết nối thêm nguồn lượng gió, mặt trời, công suất phát nguồn phức tạp, biến đổi nhanh chứa yếu tố bất định Để khắc phục hạn chế nêu địi hỏi phải có phương pháp tính tốn HTĐ phù hợp, yếu tố bất định, chất trình, tượng liên quan đến thông số đầu vào q trình tính tốn (như thay đổi phụ tải, thay đổi công suất phát, khả cố thiết bị, ) tích hợp vào q trình tính tốn Bằng cách sử dụng phương pháp này, kết tính tốn độ dự trữ ổn định, miền làm việc cho phép khơng cịn giá trị đường cố định mà rõ vùng an toàn, vùng nguy hiểm vùng ổn định, phản ánh chất thực tế HTĐ thông tin từ vùng hữu ích đầy đủ để đánh giá tình trạng làm việc HTĐ thực tế ứng với chế độ vận hành khác Do lấy thông tin đầy đủ HTĐ thực tế vận hành cần thiết phải xây dựng mô hình mơ HTĐ với đầy đủ thơng tin yếu tố bất định để cung cấp cho chương trình tính tốn đánh giá ổn định Trên sở phân tích nêu cho thấy đề tài “Nghiên cứu xây dựng mơ hình mơ giám sát ổn định hệ thống điện có xét đến yếu tố bất định nguồn, tải cấu trúc lưới” phù hợp với yêu cầu thực tế, kết đạt đề tài cung cấp cho nhân viên vận hành công cụ giám sát ổn định HTĐ dễ dàng tìm kiếm giải pháp phù hợp nhằm nâng cao độ dự trữ ổn định cho HTĐ tưng ứng với chế độ vận hành khác  MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Nghiên cứu phân tích phương pháp đánh giá ổn định HTĐ lựa chọn phương pháp phù hợp để xây dựng thuật toán giám sát ổn định HTĐ theo chế độ vận hành Xây dựng chương trình giám sát ổn định HTĐ thông qua miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh, có xét đến yếu tố bất định nguồn, tải cấu trúc lưới Tìm hiểu lựa chọn thiết bị kết nối máy tính thiết bị ngoại vi, sở xây dựng chương trình thu thập, trao đổi lưu trữ thơng tin Xây dựng mơ hình mơ giám sát ổn định HTĐ có xét đến yếu tố bất định nguồn, tải cấu trúc lưới  - ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU  Đối tượng nghiên cứu Các phương pháp tính tốn đánh giá nhanh giới hạn ổn định HTĐ Các thiết bị thu thập truyền liệu, thiết bị kết nối, giao tiếp trao đổi thông tin máy tính thiết bị ngoại vi Các qui luật thay đổi công suất nguồn phát phụ tải, xác suất cố đường dây truyền tải, máy biến áp Phương pháp đẳng trị sơ đồ theo thuật tốn loại trừ Gauss Phương pháp tính toán xác định nhanh miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh mặt phẳng công suất  Phạm vi nghiên cứu Xây dựng thuật tốn giám sát ổn định HTĐ thơng qua miền làm việc cho phép mặt phẳng công suất Áp dụng xây dựng chương trình giám sát ổn định cho HTĐ có xét đến yếu tố bất định nguồn, tải cấu trúc lưới Trên sở xây dựng mơ hình mơ HTĐ kết nối với chương trình tính tốn máy tính để đánh giá kết nghiên cứu  CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Cách tiếp cận - Tìm hiểu cơng trình nghiên cứu đánh giá ổn định HTĐ công bố nước Thế giới Qua phân tích ưu nhược điểm khả áp dụng cho HTĐ Việt Nam - Thu thập thông tin nguồn phát công suất đồ thị phụ tải hộ tiêu thụ HTĐ Việt Nam, phân tích xây dựng qui luật biến đổi nguồn phụ tải - Tìm hiều thiết bị kết nối trao đổi thơng tin máy tính thiết bị ngoại vi thực tế, đặc biệt thiết bị sử dụng trạm biến áp nhà máy điện thuộc HTĐ Việt Nam - Tìm hiểu mơ hình mơ đường dây, nguồn phát, máy biến áp sử dụng phịng thí nghiệm để sử dụng xây dựng mơ hình mơ  Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu, phân tích lựa chọn phương pháp phù hợp để đánh giá nhanh giới hạn ổn định tĩnh HTĐ theo thông số chế độ vận hành - Xây dựng thuật toán giám sát ổn định HTĐ theo miền làm việc cho phép mặt phẳng cơng suất - Áp dụng xây dựng chương trình tính tốn xác định miền làm việc cho phép theo điều kiện ổn định tĩnh mặt phẳng công suất cho HTĐ - Xây dựng mơ hình mơ HTĐ kết nối với chương trình tính tốn máy tính để đánh giá kết nghiên cứu  NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Xây dựng thuật toán giám sát ổn định HTĐ; - Tìm hiểu lựa chọn thiết bị kết nối, trao đổi quản lý liệu; - Xây dựng hàm phân bố ngẫu nhiên cho nguồn phát công suất phụ tải hộ tiêu thụ; - Xây dựng chương trình xác định miền làm việc cho phép mặt phẳng công suất theo thông số chế độ vận hành; - Xây dựng mơ hình mơ HTĐ kết nối với máy tính để giám sát ổn định theo thông số chế độ vận hành; - Chạy thử kiểm tra toàn hệ thống; - Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH TĨNH HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN, ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH TĨNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 CÁC KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH TĨNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1.1 Khái niệm ổn định Đối với nhiều hệ thống khác nhau: tuyến tính, phi tuyến, khơng đổi theo thời gian thay đổi theo thời gian, tính ổn định định nghĩa theo nhiều hình thức khác [6] Một cách trực giác, tính ổn định hệ khả quay trở trạng thái ban đầu sau lệch khỏi trạng thái này, tác động nguồn kích thích từ bên (hay nhiễu) chấm dứt Khi nghiên cứu chế độ làm việc HTĐ, thấy điều kiện tồn chế độ xác lập gắn liền với tồn điểm cân cơng suất Bởi thơng số hệ thống không bị dao động Tuy nhiên, trạng thái cân điều kiện cần chế độ xác lập Thực tế thân hệ thống điện ln tồn kích động ngẫu nhiên làm thông số vận hành hệ thống bị lệch khỏi điểm cân (tuy nhỏ), kích động thay đổi thường xuyên công suất phụ tải Với dao động hệ thống bắt buộc phải đảm bảo quay lại trạng thái cân Khả phụ thuộc vào tính chất riêng hệ thống: tính ổn định tĩnh 1.1.2 Nguyên nhân hậu cố ổn định yêu cầu đảm bảo ổn định HTĐ 1.1.2.1 Nguyên nhân Nếu xét mặt ổn định tĩnh, ổn định HTĐ thường phụ tải hệ thống thay đổi dẫn đến công suất làm việc máy phát phải thay đổi theo, máy phát điện ln có qn tính nên q trình độ diễn khoảng thời gian phụ thuộc vào loại máy phát HTĐ Do có sụt áp tổng trở cuộn dây máy phát điện nên điện áp đầu cực máy phát bị biến thiên, lệch khỏi trị số định mức 1.1.2.2 Hậu Khi hệ thống rơi vào trạng thái ổn định kéo theo cố nghiêm trọng có tính chất hệ thống: - Các máy phát làm việc trạng thái không đồng bộ, cần phải cắt ra, CHƯƠNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TOÁN LOẠI TRỪ GAUSS ĐỂ TÍNH TỐN ĐẲNG TRỊ SƠ ĐỒ 2.1 MỞ ĐẦU Như phân tích Chương1, để tính tốn kiểm tra ổn định tĩnh HTĐ theo tiêu chuẩn thực dụng Markovits, trước hết cần phải đẳng trị sơ đồ thay HTĐ phức tạp dạng sơ đồ đơn giản hình tia Theo tài liệu [13,14], để đẳng trị từ sơ đồ thay HTĐ phức tạp sơ đồ đơn giản thường thực qua phép biến đổi song song, nối tiếp, – tam giác – lưới phần tử tổng trở tổng dẫn … Các phép biến đổi áp dụng để tính toán đẳng trị HTĐ đơn giản Với HTĐ phức tạp áp dụng phép biến đổi này, phải thực khối lượng tính tốn lớn, tốn nhiều thời gian đơi khơng xác sai sót người thực Để giải vấn đề này, đề tài sử dụng thuật tốn loại trừ Gauss để thực tính tốn đẳng trị sơ đồ cho HTĐ phức tạp Ưu điểm phương pháp hệ thống hố bước tính tốn theo trình tự định nên thuận lợi để thiết lập chương trình tính tốn đẳng trị sơ đồ máy tính Chương trình bày cụ thể việc áp dụng giải thuật loại trừ Gauss thuật toán để xây dựng chương trình tính tốn đẳng trị sơ đồ thay HTĐ dạng sơ đồ đơn giản hình tia 2.2 THUẬT TỐN LOẠI TRỪ GAUSS 2.2.1 Mơ hình tuyến tính chế độ xác lập HTĐ Mơ hình tuyến tính chế độ xác lập HTĐ (hay hệ phương trình đại số mơ tả trạng thái hệ thống), nói chung có tính chất phi tuyến Tuy nhiên, loạt tốn có tốn ổn định, giả thiết đặt xét tương ứng thời điểm HTĐ làm việc ổn định chế độ xác lập đó, lúc thông số vận hành thông số cấu trúc HTĐ hoàn toàn xác định, hệ phương trình trạng thái HTĐ biểu diễn dạng đại số tuyến tính 2.2.2 Thu hẹp sơ đồ thuật toán loại trừ Gauss Đây trình làm giảm dần số biến số phương trình q trình loại dần nút trung gian hệ phương trình trạng thái 10 2.2.3 Đẳng trị sơ đồ thay HTĐ thuật toán loại trừ Gauss Sử dụng kết thực để đẳng trị sơ đồ thay HTĐ có dạng dạng sơ đồ hình tia Hình 2.1, gồm nút nguồn nút phụ tải cần quan tâm Z1 E1 Z01 Z2 E2 St = Pt + jQt Z02 Zi Ei Z0i ZF EF Z0 Z0F Hình 2.1 Mơ hình sơ đồ đẳng trị hình tia 2.3 KẾT LUẬN Từ nội dung trình bày cho thấy: Đề tài nghiên cứu ứng dụng giải thuật loại trừ Gauss để rút gọn sơ đồ HTĐ phức tạp dạng đơn giản bao gồm nguồn phát nối với nút phụ tải cần quan tâm Đặc biệt tính tốn đẳng trị cho HTĐ phức tạp với số nút nhiều việc áp dụng thuật tốn hệ thống hố bước tính tốn theo trình tự định - Đề xuất lưu đồ thuật toán phù hợp làm tiền đề xây dựng mơ-đun chương trình đẳng trị sơ đồ Chương - Các thông số sơ đồ đẳng trị hình tia sở liệu để xây dựng thuật tốn tính tốn, đánh giá giám sát ổn định tĩnh HTĐ - Vì tính tốn biểu thức giải tích với vịng lặp ngắn nên tốc độ tính cao Đây điều kiện thuận lợi việc xây dựng chương trình giám sát online sau - 11 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 3.1 MỞ ĐẦU Khi phân tích ổn định tĩnh HTĐ tốn thường bao gồm hai nội dung: cần xác định hệ thống có ổn định hay khơng ứng với chế độ cho hệ thống ổn định cần đánh giá xem mức độ ổn định Mức độ ổn định hệ thống thường đánh giá qua giá trị độ dự trữ ổn định tĩnh Hệ thống có mức độ ổn định cao độ dự trữ ổn định lớn ngược lại Do vấn đề cần quan tâm làm để xác định độ dự trữ ổn định hệ thống chế độ làm việc cách xác nhất, thơng số thay đổi yếu tố ảnh hưởng mạnh đến thay đổi độ dự trữ ổn định, sở nhân viên vận hành HTĐ thực thao tác nhằm cải thiện tính ổn định, nâng cao độ dự trữ ổn định cho hệ thống Như trình bày Chương 1, đề tài lựa chọn tiêu chuẩn thực dụng Markovits để tính tốn kiểm tra ổn định tĩnh cho HTĐ Có thể áp dụng tiêu chuẩn dQ/dU để kiểm tra ổn định điện áp nút phụ tải, dP/d để kiểm tra ổn định góc lệch nút nguồn Tuy nhiên độ dự trữ ổn định tính tốn theo tiêu chuẩn dP/d thường lớn nhiều so với độ dự trữ tính tốn theo tiêu chuẩn dQ/dU [6] Do để đánh giá độ dự trữ ổn định tĩnh, đề tài sử dụng tiêu chuẩn dQ/dU làm sở tính tốn Hình 3.1 Miền làm việc ổn định công suất phụ tải không gian công suất Nội dung chương nghiên cứu xây dựng thuật toán xác định miền làm việc cho phép công suất phụ tải không gian công suất, ứng dụng thuật tốn để xây dựng chương trình giám sát khả ổn định tĩnh HTĐ thời gian thực dựa sở khoảng cách từ điểm làm việc đến biên giới miền ổn định 12 3.2 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH MIỀN LÀM VIỆC CHO PHÉP THEO ĐIỀU KIỆN GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH TĨNH 3.2.1 Miền làm việc ổn định hệ thống điện đơn giản mặt phẳng công suất Xét sơ đồ HTĐ đơn giản Hình 3.2: Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản nhận công suất Trên sơ đồ Hình 3.2, máy phát khơng đủ cơng suất cung cấp cho phụ tải địa phương, phải nhận lượng công suất đáng kể từ đường dây liên kết hệ thống cân công suất Sơ đồ vừa nêu trường hợp điển hình nghiên cứu ổn định hệ thống nhỏ thiếu công suất nối với hệ thống khác (lớn nhiều) qua đường dây dài Hệ thống nhỏ xét đẳng trị máy phát phụ tải tập trung Các công suất tác dụng phản kháng PF, QF cung cấp đến góp phụ tải U giả thiết giới hạn (đã cho) Cuối đường dây (tại phụ tải) có đặt trạm bù tĩnh với dung  lượng bù QC điều chỉnh Sự biến thiên nhu cầu phụ tải St điều kiện quan trọng định tính ổn định hệ thống Phần tiến hành xây dựng miền làm việc ổn định không gian công suất (công suất truyền tải đến cuối đường dây) [13] Như với HTĐ đơn giản Hình 3.2, sử dụng tiêu chuẩn thực dụng dQ/dU xây dựng miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh công suất phụ tải mặt phẳng công suất Đặc điểm quan trọng phương pháp cho phép xét nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến tính ổn định Ví dụ thay đổi dung lượng bù QC phụ tải, thay đổi tỉ lệ bù dọc (trường hợp có bù dọc đường dây) để làm thay đổi điện kháng X từ nút tải đến góp hệ thống, … miền ổn định thay đổi mở rộng thu hẹp Vì ứng dụng công tác thiết kế thực tế vận hành HTĐ 3.2.2 Miền làm việc ổn định hệ thống điện phức tạp Để mở rộng ứng dụng phương pháp cho HTĐ có sơ đồ phức tạp hơn, đề tài nghiên cứu thuật toán xây dựng miền làm việc ổn định cho nút tải HTĐ có sơ đồ hình tia nhiều nguồn cung cấp (n nguồn) Trường hợp chung, xét phụ tải nút biến thiên theo đặc tính tĩnh phụ thuộc điện áp nút cung cấp U t, coi 13 tần số không thay đổi 3.3 XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH MIỀN LÀM VIỆC CHO PHÉP THEO ĐIỀU KIỆN GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH TĨNH Phần trình bày thuật tốn để xây dựng chương trình xác định miền làm việc ổn định theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh cho nút phụ tải HTĐ không gian công suất Phương pháp đẳng trị sơ đồ (ĐTSĐ) trình bày Chương sử dụng mơ-đun thuật tốn Có thể khái quát việc xây dựng miền làm việc cho phép qua lưu đồ thuật tốn Hình 3.3: Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán xây dựng miền làm việc cho phép cho nút phụ tải không gian công suất Trong lưu đồ Hình 3.3, HTD.NUT, HTD.NHA, HTD.MBA, HTD.SDTT tệp liệu để lưu trữ thông tin nút, nhánh, MBA sơ đồ thay 14 3.4 KẾT LUẬN - Kết đạt sau sử dụng thuật toán loại trừ Gauss biến đổi từ sơ đồ HTĐ phức tạp thành dạng sơ đồ HTĐ đơn giản gồm nút nguồn nối trực tiếp đến nút phụ tải cần xét trở thành thông số đầu vào chương trình tính tốn phân tích giám sát ổn định HTĐ - Việc áp dụng tiêu chuẩn dQ/dU cho phép xác định biên giới miền làm việc ổn định miền nguy hiểm không cho phép làm việc - Trong chế độ vận hành HTĐ, có thay đổi công suất phụ tải nào, cố xảy đường dây, MBA MFĐ chương trình cho phép xác định nhanh chóng miền giới hạn ổn định - Trong trường hợp xét đến tập hợp thông số xác suất ngẫu nhiên phụ tải, chương trình xác định biên giới ổn định đường mà tập hợp họ đường biên giới đan xen tạo miền biên giới ổn định Từ dễ dàng xác định vùng làm việc chắn ổn định, vùng làm việc nguy hiểm vùng ổn định không cho phép làm việc - Điều đặc biệt mà chương trình làm so với phần mềm có chỗ: xét kịch vận hành, nút phụ tải xét rơi vào vùng làm việc nguy hiểm, chương trình khơng cảnh báo cho người vận hành mức độ nguy hiểm mà cịn giúp người vận hành kéo điểm làm việc vị trí vùng làm việc an toàn cách sa thải bớt phụ tải điều chỉnh công suất nhà máy điện điều chỉnh giới max – công suất phản kháng nguồn phát,… Điều chưa có phần mềm - Kết đạt từ chương trình hồn tồn áp dụng để xây dựng cho hệ thống điện lớn thực tế HTĐ Việt Nam Từ chương trình giám sát ổn định sở miền làm việc cho phép, kết nối với hệ thống SCADA để cập nhật thông số vận hành thực tế hệ thống chương trình có khả cho phép giám sát ổn định HTĐ thời gian thực 15 CHƯƠNG CÁC HÀM PHÂN BỐ NGẪU NHIÊN VÀ ỨNG DỤNG CÁC HÀM ĐỂ BIỂU DIỄN CÁC QUÁ TRÌNH NGẪU NHIÊN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 4.1 GIỚI THIỆU Hệ thống điện q trình vận hành ln tồn nhiều yếu tố ngẫu nhiên bất định biến đổi phụ tải, hỏng hóc ngẫu nhiên phần tử hệ thống phát, truyền tải phân phối, chất thay đổi ngẫu nhiên nguồn lượng gió, mặt trời v.v Các yếu tố ngẫu nhiên cần phải xét đến q trình tính tốn phân tích hệ thống điện nói chung phạm vi đề tài giám sát ổn định hệ thống điện Các yếu tố biểu diễn hàm phân bố hàm phải mô tả chất tự nhiên vốn có Trong phạm vi chương này, khái niệm lĩnh vực xác suất thống kê hàm phân bố phổ biến dùng hệ thống điện trình bày 4.2 XÁC SUẤT CỦA CÁC SỰ KIỆN NGẪU NHIÊN Các tượng tự nhiên hay xã hội xảy cách ngẫu nhiên (bất định) tất định (có thể biết trước kết quả) Trong xác suất thống kê, kiện ngẫu nhiên kiện khơng xảy xảy với xác suất Xác suất kiện (biến cố) ngẫu nhiên đại lượng để đo lường khả xảy kiện 4.3 BIẾN NGẪU NHIÊN VÀ CÁC THAM SỐ ĐẶC TRƯNG, HÀM PHÂN BỐ CỦA BIẾN NGẪU NHIÊN 4.3.1 Khái niệm biến ngẫu nhiên Biến ngẫu nhiên hàm định lượng kết phép thử ngẫu nhiên Biến ngẫu nhiên giả định giá trị dựa kết biến cố ngẫu nhiên Biến ngẫu nhiên phân thành hai loại: Biến ngẫu nhiên liên tục biến ngẫu nhiên rời rạc Biến ngẫu nhiên liên tục lấy giá trị không gian mẫu, ngược lại gọi biến ngẫu nhiên rời rạc Hoặc nói biến ngẫu nhiên rời rạc biến ngẫu nhiên mà giá trị tập hữu hạn vơ hạn đếm được, biến ngẫu nhiên liên tục biến ngẫu nhiên mà giá trị lấp đầy khoảng trục số 16 Hàm phân bố biến ngẫu nhiên 4.3.2.1 Hàm mật độ xác suất 4.3.2.2 Hàm phân phối xác suất 4.3.3 Các tham số đặc trưng biến ngẫu nhiên 4.3.3.1 Kỳ vọng (Expected value) 4.3.2 Kỳ vọng (hay gọi kỳ vọng tốn học) giá trị trung bình theo xác suất tất giá trị có biến ngẫu nhiên Kỳ vọng phản ánh giá trị trung tâm phân phối xác suất 4.3.3.2 Phương sai (Variance) Biểu thị độ phân tán giá trị biến ngẫu nhiên xung quanh giá trị trung bình Nếu phương sai bé giá trị X tập trung gần giá trị trung bình 4.3.3.3 Độ lệch chuẩn (Standard deviation) Độ lệch chuẩn đại lượng để đo mức độ phân tán tập liệu Khi hai tập liệu có giá trị trung bình cộng, tập liệu có độ lệch chuẩn lớn tập có liệu biến thiên nhiều 4.4 MỘT SỐ HÀM PHÂN PHỐI XÁC SUẤT PHỔ BIẾN ĐƯỢC DÙNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Hàm phân phối chuẩn (Gaussian/normal distribution) Hàm phân phối 0-1 hàm phân phối nhị thức (Binomial distribution) 4.4.3 Hàm phân phối Weibull 4.4.1 4.4.2 4.5 NHẬN XÉT, KẾT LUẬN Trong hệ thống điện tồn nhiều yếu tố ngẫu nhiên có nguồn gốc từ biến đổi ngẫu nhiên phụ tải, hỏng hóc ngẫu nhiên phần tử hệ thống, v.v Đối với hệ thống điện ngày yếu tố bất định trên, nguồn lượng gió, mặt trời,… kết nối vào hệ thống, nguồn góp phần tăng thêm yếu tố ngẫu nhiên cho hệ thống điện Để tính tốn phân tích hệ thống điện nói chung lĩnh vực giám sát ổn định hệ thống điện nói riêng đề tài này, yếu tố ngẫu nhiên cần phải xét đến Trong chương tiếp theo, yếu tố ngẫu nhiên xem xét hệ thống điện mẫu 17 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN KẾT NỐI VỚI CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN TRONG MÁY TÍNH ĐỂ GIÁM SÁT ỔN ĐỊNH CĨ XÉT ĐẾN CÁC YẾU TỐ BẤT ĐỊNH 5.1 GIỚI THIỆU Trên sở thuật toán đẳng trị sơ đồ Chương 2, thuật toán xây dựng miền làm việc cho phép cho nút phụ tải không gian công suất, thuật tốn vẽ đường đặc tính giới hạn miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh Chương 3, hàm phân phối biểu diễn cho yếu tố bất định HTĐ Chương 4, chương đề tài tập trung vào việc xây dựng chương trình tính tốn giám sát ổn định hệ thống điện IEEE nút Ngoài Chương trình bày mơ hình mơ hệ thống điện IEEE nút kết nối với chương trình tính tốn máy tính để đánh giá trực quan kết nghiên cứu phần thiết kế tạo tín hiệu bất định thể bất định phụ tải 5.2 CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN Chương trình bao gồm chức sau: 5.2.1 Chức lưu trữ thư viện hệ thống điện Chức cho phép người dùng nhập sở liệu hệ thống điện, bao gồm thư viện máy phát điện, máy biến áp, đường dây, kháng bù tụ bù 5.2.2 Nhập thông tin hệ thống điện cần mơ Để tính tốn mơ ổn định tĩnh cho hệ thống điện, sau nhập thông tin phần tử hệ thống vào sở liệu thư viện trên, người dùng phải tiến hành nhập lưu trữ thông tin hệ thống điện cần tính tốn mơ ổn định tĩnh 5.2.3 Chức tính tốn đẳng trị sơ đồ Như trình bày Chương 2, tính tốn đẳng trị sơ đồ nhằm đơn giản hóa sơ đồ hệ thống điện phức tạp dạng sơ đồ thay tương đương bao gồm nguồn phát nối tới nút phụ tải cần xét Để tính tốn đẳng trị sơ đồ, người dùng chọn chức Tính tốn hệ thống Menu, sau chọn chức Tính đẳng trị sơ đồ Hình 5.1 ứng với trường hợp chọn HTĐ IEEE 9Bus 18 Hình 5.1 Màn hình giao diện sơ đồ hệ thống điện IEEE nút Để tính tốn đẳng trị nút phụ tải bất kỳ, ví dụ Bus 5, người dùng nhấn phím phải chuột vị trì Bus chọn tác vụ Tính đẳng trị sơ đồ cho nút phụ tải này? Kết tính tốn chức thể Hình 5.2 Hình 5.2 Thể kết tính tốn đẳng trị sơ đồ nút 5.2.4 Chức tính tốn miền làm việc ổn định tĩnh hệ thống điện mặt phẳng công suất Đây chức chương trình Để tính tốn vẽ miền làm việc ổn định tĩnh cho hệ thống điện IEEE 9Bus mặt phẳng công suất trường hợp ví dụ xét cho Bus 5, người dùng nhấn phím phải chuột vị trí Bus chọn tác vụ Vẽ giới hạn ổn định nút này, chương trình tính tốn vẽ miền làm việc Hình 5.3 19 Hình 5.3 Giao diện chức xây dựng vẽ miền làm việc ổn định tĩnh mặt phẳng công suất cho sơ đồ hệ thống điện IEEE nút Sử dụng phương pháp trình bày lưu đồ thuật tốn để tính tốn vẽ đường đặc tính giới hạn miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh Ứng với số liệu đầu vào phụ tải nút 5, 6, 8, trạng thái đường dây, tổ máy phát ta vẽ đường cong giới hạn Trên Hình 5.3, dấu chấm tròn thể điểm làm việc Khi dấu chấm nằm phần giới hạn đường cong hai trục tọa độ, hệ thống trạng thái làm việc ổn định; điểm làm việc nằm đường giới hạn, hệ thống biên giới ổn định; điểm làm việc vượt đường cong giới hạn, hệ thống ổn định Trong thực tế vận hành phụ tải biến đổi ngẫu nhiên theo quy luật riêng nó, đường dây, tổ máy phát q trình làm việc xảy cố ngẫu nhiên với xác suất Tất q trình ngẫu nhiên mô tả hàm phân bố xác suất trình bày Chương Trong thực tế có số liệu thống kê đo đếm phụ tải, số liệu cố đường dây, tổ máy phát,… ta dùng kỹ thuật xác suất thống kê để đạt hàm phân phối xác suất mô tả đặc trưng biến ngẫu nhiên khác Trong đề tài này, sử dụng sơ đồ mẫu số liệu đo đếm phụ tải số liệu cố đường dây, tổ máy phát nên nhóm tác giả giả sử hàm phân phối chuẩn để mô tả biến đổi ngẫu nhiên phụ tải nút 5, 6, Trong thực tế, hàm phân phối chuẩn sử dụng phổ biến để mô tả biến đổi phụ tải Ở kỳ vọng (giá trị trung bình) hàm phân phối chuẩn công suất phụ tải nút 5, 6, lấy giá trị xác lập cơng suất nút đó, độ lệch chuẩn hàm cho nút 5, 6, giả sử lấy 10, 9, 10.5 % kỳ vọng Giá trị độ lệch chuẩn lớn phụ tải biến đổi nhiều 20 Từ hàm có, dùng kỹ thuật xác suất thống kê để phát số liệu ngẫu nhiên cho phụ tải Tương tự, đường dây xét với xác suất cố 0.1% (mô tả hàm 0-1 Chương 4) Nhà máy nối vào nút giả sử có tổ máy, xác suất cố tổ nhà máy 2.0 1.5% (mô tả hàm nhị thức Chương 4) Ứng với số liệu ta vẽ đường cong giới hạn Ví dụ Hình 5.4 (xét cho nút phụ tải 5) 300 mẫu phát chương trình vẽ 300 đường cong giới hạn tương ứng Hình 5.4 Kết tính tốn vẽ miền làm việc ổn định tĩnh cho sơ đồ hệ thống điện IEEE nút có xét đến tính chất ngẫu nhiên tải, nguồn cấu trúc lưới xét nút phụ tải số Như không xét đến yếu tố bất định đường cong giới hạn ứng với trạng thái vận hành hệ thống điện có đường Ngược lại xét đến yếu tố bất định, ta vẽ tập hợp đường cong giới hạn, đường có giá trị xác suất, vị trí mặt phẳng cơng suất có mật độ đường lớn vị trí có xác suất lớn Trong trường hợp này, điểm làm việc nằm vùng giới hạn hai trục tọa độ chưa chạm đến đường cong giới hạn, hệ thống chắn ổn định; điểm làm việc vượt tập hợp đường cong giới hạn hệ thống chắn ổn định; điểm làm việc nằm vùng tạo đường cong giới hạn hệ thống có khả ổn định với xác suất đó, khả lớn hay nhỏ tùy theo mật độ điểm Đây đặc điểm bật đề tài so với nghiên cứu ổn định có 5.3 MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN Để đánh giá kết nghiên cứu cách trực quan tương tự 21 ... mơ giám sát ổn định hệ thống điện có xét đến yếu tố bất định nguồn, tải cấu trúc lưới? ?? phù hợp với yêu cầu thực tế, kết đạt đề tài cung cấp cho nhân viên vận hành công cụ giám sát ổn định HTĐ... vi, sở xây dựng chương trình thu thập, trao đổi lưu trữ thơng tin Xây dựng mơ hình mơ giám sát ổn định HTĐ có xét đến yếu tố bất định nguồn, tải cấu trúc lưới  - ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU ... nối vào hệ thống, nguồn góp phần tăng thêm yếu tố ngẫu nhiên cho hệ thống điện Để tính tốn phân tích hệ thống điện nói chung lĩnh vực giám sát ổn định hệ thống điện nói riêng đề tài này, yếu tố