Ứng dụng điều khiển mờ để bù công suất phản kháng trong lưới phân phối

VÕ MẠNH HÙNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - VÕ MẠNH HÙNG C C CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA R L ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƢỚI PHÂN PHỐI T U D LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐÔNG HĨA KHỐK37.TĐH.KT Đà Nẵng – Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - VÕ MẠNH HÙNG ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƢỚI PHÂN PHỐI C C R L T Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển tự đơng hóa Mã số: 8520216 U D LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN HOÀNG MAI Đà Nẵng – Năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên VÕ MẠNH HÙNG C C R L U D T TÓM TẮT ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƢỚI PHÂN PHỐI Học viên: Võ Mạnh Hùng Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Mã số: 8520216 Khóa: K37.TĐH.KT - Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Hiện nay, có nhiều nghiên cứu phương pháp khác sử dụng để điều khiển công suất phản kháng lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất điện năng, tổn thất điện áp Luận văn trình bày ứng dụng điều khiển mờ để điều khiển tụ bù lưới điện nhằm đảm bảo điện áp cosφ vị trí đầu xuất tuyến trung áp ln ổn định, góp phần làm giảm tổn thất điện tổn thất điện áp lưới điện Bài toán sử dụng 02 biến đầu vào tụ bù trung có lưới điện, trào lưu cơng suất phản kháng lưới điện 01 biến đầu công suất phản kháng cần điều khiển, kiểm tra tính tốn cho 01 xuất tuyến đường dây trung áp cho thấy điều khiển mờ điều khiển tụ bù trung áp có lưới điện phân phối cách hợp lý C C R L Từ khóa – Công suất phản kháng, tụ bù, lưới điện phân phối, điều khiển mờ, điện áp T APPLICATIONS FUZZY CONTROLLER TO COMPENSATE REACTIVE POWER IN DISTRIBUTION GRID U D Abstract – At present, there are many different studies and methods used to control reactive power in the distribution grid to reduce power loss and voltage loss This thesis presents the application of fuzzy control to control the capacitors on the grid to ensure that the voltage and cosφ at the medium voltage distribution line are always stable, contributing to reducing power loss and the voltage loss on the grid The problem of using 02 input variables is the existing medium voltage compensating capacitors on the grid, reactive power flow on the grid and 01 output variable is the reactive power to be controlled, a case study of a medium voltage distribution line shows that the fuzzy control can properly control the existing medium voltage compensating capacitors in the distribution grid Key words - Reactive power, capacitor, distribution grid, fuzzy control, voltage MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài: Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu: Bố cục luận văn: CHƢƠNG I - TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TỐN TỐI ƢU HĨA BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƢỚI PHÂN PHỐI 1.1 Giới thiệu 1.2 Đặc điểm lƣới phân phối C C 1.3 Công suất phản kháng 1.4 Nhu cầu công suất phản kháng số phụ tải điện R L 1.5 Bù công suất phản kháng cho phụ tải 10 T 1.6 Các nguyên cứu điều khiển bù công suất phản kháng lƣới điện: 12 CHƢƠNG II - LÝ THUYẾT TẬP MỜ VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG TRONG U D TÍNH TOÁN VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN 14 2.1 Giới thiệu: 14 2.2 Những vấn đề lý thuyết tập mờ: 14 2.3 Phạm vi ứng dụng lý thuyết tập mờ tính tốn điều khiển hệ thống điện 27 2.4 Khái quát số tốn tối ƣu hóa bù cơng suất phản kháng lƣới phân phối 28 CHƢƠNG III - ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TẬP MỜ GIẢI QUYẾT BÀI TỐN BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƢỚI PHÂN PHỐI 34 3.1 Hiện trạng bù công suất phản kháng GLPC: 34 3.2 Mô tả đối tƣợng: 35 3.3 Xây dựng điều khiển mờ 38 3.4 Mô hệ thống Matlab Simulink 40 3.5 Kết mô phỏng: 50 3.6 Kết luận: 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53 C C R L U D T DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Thông số TBA bù hạ hệ thống 36 Bảng 3.2 Thông số đường dây hệ thống lưới trung 37 Bảng 3.3 Thông số đường dây hệ thống lưới trung 37 Bảng 3.4 Luật hợp thành 40 C C R L U D T DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Phân phối theo cấp điện áp Hình 1.2 Phân phối theo cấp điện áp Hình 1.3 Mạch điện với tải có tính điện cảm Hình 1.4 Quan hệ P Q mạch tải có tính cảm Hình 1.5 Mạch điện với tải có tính điện dung Hình 1.6 Quan hệ P Q mạch tải có tính dung Hình 1.7 Sự giảm CSPK mạch nhờ có Qc Hình 1.8 Lưới điện chưa đặt thiết bị bù 11 Hình 1.9 Lưới điện đặt tụ bù 11 Hình 2.1 Tập mờ 16 Hình 2.2 Tập mờ kinh điển 16 Hình 2.3 Giải mờ phương pháp điểm trọng tâm 27 Hình 2.4 Giải mờ phương pháp cực đại .27 Hình 2.5 Lưu đồ thuật tốn phương pháp tìm kiếm thực nghiệm 32 Hình 2.6 Lưu đồ thuật toán di truyền 33 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống lưới trung 36 Hình 3.2 Sơ đồ điều khiển cơng suất phản kháng đường dây 38 Hình 3.3 Các hàm thuộc đầu vào số lượng tụ bù trung 39 Hình 3.4 Các hàm thuộc đầu vào Qtai 39 Hình 3.5 Các hàm thuộc đầu Công suất phản kháng bù .40 Hình 3.6 Sơ đồ mơ hệ thống lưới trung Matlab Simulink (gồm nút 1,2,3,4,10) 41 Hình 3.7 Sơ đồ mô hệ thống lưới trung Matlab Simulink (gồm nút 5,6,7,8,9,11,12) 42 Hình 3.8 Khối tạo Stai cho nút 43 Hình 3.9 Các hàm dùng để bù tụ bù hạ nút 43 Hình 3.10 Thuật tốn bù tụ bù hạ áp nút 44 Hình 3.11 Khối FLC function dùng để xuất tín hiệu đóng cắt tụ bù trung 45 Hình 3.12 Thuật tốn tính trào lưu cơng suất phản kháng đường dây 46 Hình 3.13 Thuật tốn xếp theo phương pháp Selection Sort 47 Hình 3.14 Thuật tốn xuất tín hiệu đóng cắt 49 Hình 3.15 Biểu đồ U, P,Q Cosφ đầu nguồn trước điều chỉnh .50 Hình 3.16 Biểu đồ U, P,Q Cosφ đầu nguồn sau điều chỉnh 51 C C R L U D T MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Trong thực tế vận hành hệ thống điện, tổn thất điện tổn thất điện áp điều khơng thể tránh khỏi Tuy nhiên, để kiểm sốt trì tổn thất mức tối thiểu, giới hạn cho phép nhằm mang lại lợi ích tối đa cần phải có đầu tư đồng từ sở vật chất, thiết bị đến q trình quy hoạch, tính tốn thiết kế vận hành hệ thống điện Vấn đề giảm tổn thất nâng cao chất lượng điện quan tâm chúng vấn đề mang tính sống cịn ngành Điện Theo thống kê ngành Điện, tổn thất điện chủ yếu lưới phân phối, chiếm khoảng (65  75)% tổng tổn thất hệ thống điện Để giảm bớt tổn thất lưới phân phối đảm bảo điện áp lưới phạm vi cho phép, người ta thường sử dụng giải pháp kỹ thuật như: cải tạo lưới, thay dây dẫn, nâng điện áp, bù công suất phản kháng, v v Trong giải pháp đó, bù cơng suất phản kháng giải pháp với nhiều ưu điểm vượt trội đơn giản, rẻ tiền, khả thi hiệu cao Tuy nhiên thực tế, vấn đề bù công suất phản kháng lưới phân phối lại chưa quan tâm mức, chưa có tính tốn đầu tư thỏa đáng nên hiệu mang lại chưa mong muốn Lưới phân phối với đặc điểm quy mô rộng lớn phức tạp đường dây trạm, phụ tải đa dạng, mang tính ngẫu nhiên cao, biến đổi theo thời gian, v v nên phương pháp tính tốn thơng thường gặp nhiều khó khăn để đưa quy hoạch xác cho vận hành kinh tế lưới phân phối nói chung tính tốn bù cơng suất phản kháng nhằm giảm tổn thất nâng cao chất lượng điện nói riêng Đề tài “Ứng dụng điều khiển mờ để bù công suất phản kháng lƣới phân phối” khả mang lại đóng góp hữu ích cho việc quy hoach, tính toán thiết kế nhằm vận hành lưới phân phối cách kinh tế với lượng giảm chi phí vận hành lớn chất lượng điện cao Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu phương pháp tính tốn sử dụng tụ điện bù cơng suất phản kháng có lưới điện Cơng ty Điện lực Gia Lai nhằm giảm thiểu tổn thất tổn thất điện , tổn thất điện áp lưới Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu: Xây dựng giải tốn bù cơng suất phản kháng lưới phân phối sở ứng dụng lý thuyết tập mờ nhằm đảm bảo theo tiêu kVArh_giao/kWh_giao ≤ 20% kVArh_nhận/kWh_giao ≤ 2% Nghiên cứu sử dụng công cụ phần mềm MATLAB: - SimPowerSystems để mơ tính chế độ xác lập lưới điện, - FIS Editor để tính tốn biến mờ C C R L U D T Bố cục luận văn: Tên đề tài: “ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG LƢỚI PHÂN PHỐI” Chương I: Tổng quan bù công suất phản kháng phương pháp giải toán tối ưu hóa bù cơng suất phản kháng lưới phân phối Chương II: Lý thuyết tập mờ phạm vi ứng dụng hệ thống điện Chương III: Mô đánh giá kết thuật tốn: bù cơng suất phản kháng lưới điện phân phối Do nhiều hạn chế hiểu biết nên luận văn tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận đóng góp ý kiến từ thầy cô giáo, đồng nghiệp tất người quan tâm tới lĩnh vực C C R L U D T 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO I TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT: [1] Trần Bách, (2005), “Lưới điện Hệ thống điện”, tập 1, NXB KHKT [2] Phan Đăng Khải, Huỳnh Bá Minh, (2000), “Bù công suất phản kháng lưới cung cấp phân phối điện”, NXB KHKT [3] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, (2006), “Lý thuyết điều khiển mờ”, NXB KHKT [4] Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm, (2000 ), “Thiết kế cấp điện”, NXB KHKT [5] Bùi Minh Trí, (2006), “Tối Ưu Hóa”, NXB KHKT II TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG ANH: [6] T S Abdel-Salam, A Y Chikhani, R Hackam, (1994), “A New Technique for Loss Reduction Using Compensting Capacitors Applied to Distribution Systems With Varying Load Condition”, IEEE T-PWRD, Vol.9, No 2, pp.819-827 [7] M Chis, M M A Samala, S Jayaram, (1997), “Capacitor Placement in Distribution Systems Using Heuristic Search Strategies”, IEE Proc.-Gener Transm Distrib., Vol 144, No 3, pp 225-230 [8] C Chin, W M Lin, (1994), “Capacitor Placements for Distribution Systems with Fuzzy Algorithm”, Proceedings of the 1994 Region 10 Ninth Annual Intenational Conference, 1994, pp 1025-1029 [9] H N Ng, M M A Samala, A Y Chikhani, (1996), “Capacitor Placement in Distribution Systems Using Fuzzy Technique”, Canadian Conference on Volume 2, Issue , 26-29 May 1996, pp 790-793 [10] M M A Samala, A Y Chikhani, (1993), “A Simplified Network Approach to The VAR Control Problem For Radial Distribution Systems”, IEEE T-PWRD, Vol.8, No 3, pp 1529-1535 [11] M Damodar Reddy, V C Veera Reddy, (2008), “Capacitor Placement Using Fuzzy and Particle Swarm Optimization Method for Maximum Annual Savings”, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol.3, No 3, pp 25-30 [12] M Damodar Reddy, V C Veera Reddy, (2005), “Optimal Capacitor Placement Using Fuzzy and Real Coded Genetic Algorithm for Maximum Saving”, Journal of Theoretical and Applied Information Technology, 2005-2008 JATIT, pp 219-226 [13] George J Klir, Bo Yuan, (1995), “Fuzzy Sets and Fuzzy Logic-Theory and Applications”, Prentice Hall PTR [14] Kwang Y Lee and Mohamed A El-Sharkawi, (2008), “Modern Heuristic Optimization Techniques Theory and Applications to Power Systems”, John Wiley & Sons C C R L U D T 55 [15] J.A Momoh SM, K.Tomsovic, (1995), "Overview and Literature Survey of Fuzzy Set Theory in Power Systems", IEEE Transactions on Power Systems, Vol 10, No.3, pp 1676-1680 [16] K Tomsovic, M.Y Chow, (2000) “Tutorial on Fuzzy Logic Applications in Power Systems”, Prepared for the IEEE-PES Winter Meeting in Singapore January [17] Fuzzy Logic Toolbox™ – User’s Guide, The Mathworks™ [18] SymPowerSystems™ – User’s Guide, The Mathworks™ C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T ... pháp khác sử dụng để điều khiển công suất phản kháng lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất điện năng, tổn thất điện áp Luận văn trình bày ứng dụng điều khiển mờ để điều khiển tụ bù lưới điện nhằm... nhiều công suất phản kháng Ở ta sử dụng logic mờ để điều khiển công suất phản kháng đường dây việc đóng cắt tụ bù trung Số lượng tụ bù trung Công suất phản kháng bù FLC Qtai (tại nút khơng có tụ bù) ... phản kháng - Các phụ tải điện - Bù công suất phản kháng cho phụ tải - Khái qt số tốn tối ưu hóa bù công suất phản kháng lưới phân phối 1.2 Đặc điểm lƣới phân phối 1.2.1 Vai trò lưới phân phối Lưới