Sự Bảo Đảm Xác Suất Cho N-1 Độ An Toàn Của Hệ Thống Với Sự Phát Điện Gió Năng Lượng Gió Maria Vrakopoulou, Kostas Margellos,John Lygeros and Goran Aandersson 1.Giới Thiệu An toàn hệ thống lượng chủ đề nghiên cứu quan trọng, nghiên cứu rộng rãi nhựng năm qua sau tài liệu tham khảo [1,2], an toàn hệ thống lượng đề cập đến khả tồn dự phịng tránh điều khơng mong muốn làm gián đoạn việc để định lượng độ an toàn, khái niệm đánh giá an toàn N-1 phát triển ( xem ví dụ, tài liệu tham khảo [3] ), bối cảnh này, xem xét hệ thống để N-1 tình trạng an tồn, có tổn thất vài thành phần khơng dẫn đến ngưng trệ đợt , thiết kế hệ thống N-1 an tồn để cung cấp cách tơt từ điện diện rộng, mà nhiều trường hợp phát triển kết cho biến cố phân tầng [4] Hướng tới mục tiêu này,tài liệu tham khảo [5,6] xem xét thiết bị FACTS thiết kế cài đặt chúng cách tối ưu để tăng cường bảo đảm trạng thái ổn định hệ thống tài liệu tham khảo [7] Tác giả sử dụng số liệu khác từ tiêu chuẩn đảm bảo N-1 đề xuất chương trình kiểm sốt mơ hình dự báo để đạt mức độ an toàn cao chống lại nhiễu loạn lớn từ vấn đề xem xét thị trường, tác giả Milano et al [8] đề xuất phương pháp kết hợp việc dự phòng liên kết tính ổn định cách sử dụng lưu lượng liên kết điện tối ưu điện áp Sựgia tăng dự kiến khả lắp đặt nguồn lượng tái tạo nhấn mạnh cần thiết phải xem xét lại đánh giá an toàn N-1 phương pháp nghiên cứu có, để đưa vào tính tốn tính chất lien tục cuả chúng, có tác động ảnh hưởng đến lượng phân bố qua hệ thống từ quan điểm có lợi, Bouffard Galiana [9] thiết kế thị trường điện lực ngẫu nhiên hướng vấn đề toán bù trừ, cho phép thâm nhập cao lượng gió đáp ứng u cầu an tồn tác giả Grijalva et al [10] định nghĩa tập hợp số liệu an toàn để nắm bắt khía cạnh khác dự án tích hợp gió quy mơ lớn Trong tài liệu tham khảo [11] tác giả cố gắng để định lượng giá trị gió sơ đồ làm việc khác cách giải vấn đề bắt buộc cam kết đơn vị tin cậy thiết lập tương tự Wang công [12] xây dựng chương trình cam kết ngẫu nhiên cho hệ thống gió,nhiệt kết hợp, khơng có điều kiện rang buộc an toàn cách rõ rang q trình tính tốn thiết kế thay vào đó, bước thực để đo tần số trường hợp tần số khơng an tồn Trong tài liệu tham khảo [13] mô dựa nghiên cứu để đánh giá độ an toàn N-1 hệ thống truyền tải nước Phần Lan, trường hợp đồng thời bị cố lưới điện giảm đột ngột hệ thống điện gió Trong việc làm này,chúng tơi đề xuất khuân khổ mới, cung cấp đầy đủ xác xuất thiết kế N-1 chắn làm xong trước ngày cho đơn vị hệ thống với hiệu cao nguồn lượng dao động lưu ý rằng, hầu hết tài liệu liên quan đến công việc này, lưu ý đến biện pháp phòng chống cho máy phát làm xong Kiểm tra bổ sung bao gồm thay đổi mơ hình cấu trúc liên kết, giai đoạn chuyển đổi thiết bị máy biến áp…v…v…khơng đưa vào tính tốn Chúng tơi thêm vào hạn chế bảo mật, bắt nguồn từ tiêu chuẩn N-1, đến DC tối ưu chương trình dòng điện [14] xây dựng vấn đề tối ưu hoá ngẫu nhiên với hạn chế ngẫu nhiên,trong bao gồm phiên xác suất việc truyền tải hạn chế công suất chuyển đổi vấn đề cách dễ xử lý, gọi cách tiếp cận tình [15,16] Trong tài liệu tham khảo [15] tác giả cung cấp giới hạn số lượng tham số không chắn ( trường hợp lượng gió ) nên tạo để thay hạn chế ngẫu nhiên với số khó khăn ngẫu nhiên trì đảm bảo xác suất mong muốn kết vấn đề giải cách dễ dàng công cụ số [17] Sự gần khác từ việc tối ưu hoá ngẫu nhiên gần đúng,và gần áp dụng cho vấn để liên quan đến hệ thống điện ( e.g…, Refs [1821] ) phần lại chương này, người ta cho nạp nhiên liệu điện dao động tồn lượng gió Thơng thường đề xuất Papaefthymiou K Klockli [22], dựa chuỗi mơ hình Markov sử dụng để tạo trường hợp lượng gió Để đánh giá cần thiết việc thiết kế bảo mật mạnh mẽ N-1, so sánh phương pháp với gần chuẩn, giả định sơ đồ vận hành định hình thành máy phát điện dựa vào dự báo nằn lượng gió sử dụng việc thực phương pháp sau xác nhận thông qua mô Monte Carlo cho thực lượng gió khác nhau, sử dụng phiên sửa đổi sơ đồ IEEE 30 cái, lấy từ tài liệu tham khảo [23] Phần cung cấp thiết lập vấn đề thông tin xung quanh việc xử lý không chắn, phần nói vấn đề tối ưu hố kết quả, trongphần cung cấp chi tiết phương pháp tiếp cận tình kỹ thuật tối ưu hố chuỗi Markov dựa mơ hình lượng gió Phần cho thấy cho thấy mơ thu kết để minh hoạ cho việc thực phương pháp tiếp cận Cuối phần kết luận cung cấp nhìn vấn đề mở Thiết Lập Vấn Đề Đối với việc phân tích phần phụ tiếp theo, xét đến mạng điện gồm đơn vị phát điện NG, tải NL, Nl dòng Nb lượng gió N w máy phát điện, cần lưu ý đây,trừ truờng hợp có quy định khác, mà điều kiện dịng,chúng tơi đề cập đến hai : dòng máy biến áp 2.1 Phương Trình Dịng Năng Lượng Như đề cập, cơng thức dịng điện DC xây dựng [24], từ dẫn đến trình bày tuyến tính sơ đồ, đảm bảo độ lồi việc khai thác tối ưu hố vấn đề Nó dựa giả định rằng: điện áp tất bus sơ đồ không đổi p.u tổn thất điện lãng phí 3 Sin θ km ≈ θ km , θ km góc radian nhánh kết nối bus k m Kết phương trình dịng lượng cho tất dòng lượng k → m cho bởi: Pf =Bf θ (1) Trong Pf ∈ ¡ Nl vector có chứa dòng lượng Pkm dòng, θ ∈ ¡ Nb biểu thị góc điện áp bus, Bf ∈ ¡ Nl × Nb Các lượng tích cực vào bus k cho P = ∑ Pkm k m∈Ω k Ω k = { m ∈ {1,………,Nb}| k → m dòng} ký hiệu nhỏ gọn P=BBUS θ (2) Nb ∈ Trong P ¡ vector vào sơ đồ Pk , BBUS θ ∈ ¡ Nb × Nb Biểu thị nút vào ma trận sơ đồ Trong phần tiếp theo,chúng tơi loại trừ θ từ phương trình (1) , (2) để trình bày dịng lượng Pf chức năng lượng vào P Lưu ý B BUS đáng ý,với nhóm Nb-1, lý khơng thể đảo ngược lại, phương trình (2) khơng thể giải trực tiếp với khía cạnh từ θ Vì để có giải pháp, phương trình phương trình (2) bị loại bỏ, góc độ liên quan đến dãy chọn góc tài liệu tham khảo cài đặt với zero Để khơng tính tổng qt dịng cuối phương trình (2) loại bỏ, : θ Nb = sau : B BUS ∈ ¡ ( Nb −1)×( N b −1) : : , θ∈¡ : Nb −1 : tương ứng, sau : P = B BUS -1 θ : , P∈¡ Nb −1 biểu thị phần lai B BUS, θ , P, (3) : Thay phương trình (3) vào phương trình (2) với θ = [ θ 0]T , có : : − ữ B ì P Pf = Bf BUS (4) ÷ Phương trình (5) viết lại sau P = CGPGen+ CwPw− CLPL N N N Trong PGEN ∈ ¡ G , Pw ∈ ¡ W PL ∈ ¡ L biểu thị cho lượng sinh ra, lượng gió nạp tải tương ứng, ma trận C G,Cw,CL thuộc kích thước phù hợp, yếu tố họ ( i,j) ‘1’ máy phát điện j (tương ứng gió điên/tải) kết nối với i , điểm gốc khác 2.2 Sự Xem Xét Động Lực Sự điện sai lệnh lượng gió từ giá trị dự báo nó, dẫn đến khơng phù hợp hệ tải, tạo độ lệnh tần số kích hoạt lượng dự trữ hệ thống để thực việc vào tính tốn cơng thức chúng tôi, ý đến trạng thái ổn định đạt đến, tác động hành động kiểm soát tần số thứ cấp giả định hợp lý, kể từ q trình tối ưu hố thực bước tính theo thời gian độ lệnh tần số giải lần không triển khai dự trữ tần số thứ cấp định nghĩa d ∈ ¡ NG vector phân phối lượng dư thừa lượng đại lượng phát sinh điều khiển tần số máy phát điện khơng đóng góp q trình điều khiển tần số, yếu tố tương ứng vector d số không Cho P mismatch ∈ ¡ tương ứng cho tổng số không phù hợp hệ tải, xảy khác biệt gió thực tế từ giá trị dự báo tác động hệ mát tải sau trạng thái cân hoạt động máy phát điện điều khiển tần số thứ cấp : PGen=PG-d.Pmismatch PG∈ ¡ NG sinh tương ứng với dự báo lượng gió f N Pw ∈ ¡ w Phương trình (5) viết lại sau : P = CG(PG− d Pmismatch) + CwPw− CLPL Pmismatch phụ thuộc vào lần lượng hao phí chúng tơi xét đến phân tích an tồn N-1, chúng tơi xét đến vào thành phần hao phí riêng lẻ, nhiên dịng hao phí dừng chạy bus,và có nhiều tải đơn lẻ hơn,máy phát điện lượng gió hao phí đưa vào tính tốn, nói tóm lại trường hợp, hệ tải không phù hợp xác định : Pmismatch= ( Pw −Pwf )−Pout +Pout+ Pout w 1× N w out out L G out Trong P L , P G , P w ,∈ ¡ tương ứng cho tổng tải,sự phát điện thông thường hao hụt phát lượng gió xuất 2.3 Xử Lý Khơng Chắc Chắn Có ngun nhân khơng chắn việc lập công thức phần trước thứ kể tới lượng hao hụt thành phần, thứ hai không chắn việc cung cấp lương gió Vì vậy, cần phải xác định cách thức không chắn để xử lý,hay nói cách khác,trong ý nghĩa điều độ, chúng tơi tính tốn chặt chẽ theo hướng hao hụt thành phần dao động lượng gió Lưu ý không tải không chắn xét đến Mặc dù khuôn khổ đưa mở rộng bao gồm trường hợp hợp lý Với hao hụt thành phần,sự gần trường hợp xấu đồng ý Đó liệt kê tất hao hụt thành phần thiết kế chương trình hệ thiết thực với khía cạnh tất trường hợp ngồi ra, vấn đề tính tốn đơn giản đạt vài hao hụt lựa chọn theo số tin cậy [25] Theo gần tương tự cho lượng gió không chắn không phù hợp, lượng gió có giá trị từ phân bố với giúp đỡ không giới hạn, mặt khác, việc lựa chọn tuỳ ý số giá trị cao cho cung cấp giới hạn lượng gió dẫn tới tới kết luận không tốt việc tối ưu tính tốn,về tính khả thi vấn đề Vì vậy,chúng tơi theo phuơng pháp tiếp cận tinh tốn chương trình hình thành để giới hạn tổ máy phát điện hạn chế truyền tải công suất hài long với xác suất cao, để đạt điều này, kĩ thuật dựa tình thơng qua [15] 3.Vấn Đề Lập Cơng Thức Mục tiêu thiết kế phí tổn tối thiểu nhanh chong trước ngày điều độ thoả mãn hạn chế an toàn N-1 ý nghĩa xác suất Đối với phân tích an tồn N-1, chúng tơi đưa vào tính tốn vài tổn thất riêng lẻ bao gồm liên quan đến việc hoán đổi dòng,tải máy phát điện hay máy phát điện lượng gió Được biểu thị sau I={0,1……Nout} số hao hụt, số ‘0’ tương ứng với trường hợp không hao hụt,và Nout đại diện cho tổng số hao hụt N out = NG + N L + Nl + N w Chúng dựa vào số i để làm bật phụ thuộc biến i số hao hụt tương ứng biến P G biểu thị phần lại PG lần nhiều máy phát điện đóng với hao hụt i Chúng ta xét đến mức tối thiểu N t = 24 với bước theo thời gian dựa vào sô t ký hiệu để mô tả giá trị số lượng quy định phần trước cho thời gian định, ví dụ t= 1,……,, Nt, cho C1 , C2 ∈ ¡ NG vector chi phí tạo Và C2 biểu thị ma trận đường chéo với vector C đường chéo, kết vấn đề tối ưu hoá ghi : Nt {PG,t } (∑ (C P G ,t + P G ,t[C 2]P G ,t ) t =1 t =1 Với chủ đề Xác định điều kiện ràng buộc Những hạn chế tương ứng với trường hợp lượng gió với giá trị dự báo Hạn chế cân lượng: tất t=1,…………,Nt i=0 i i i f 11×N (C G P G ,t + C w P w ,t − C L P L,t ) =0 Nt T T b Hạn chế mã hoá thực tế cân lượng sơ đồ nên luôn f làm thoả mãn P w ,t = P w ,t , nói cách khác, tổng tất điều độ đơn vị thơng thường tổng sản lượng lượng gió nên phù hợp với tổng trọng phụ tải hệ thống Sự sinh truyền tải công suất hạn chế: tất t=1,……,Nt tất i ∈ I (9) Trong Và Và [.]n−1 biểu thị việc chúng tơi loại bỏ dịng cuối đại lượng dấu ngoặc đơn i P i , P i max biểu thị công suất phát điện tối thiểu tối đa đơn vị , P line biểu thị giới hạn dung lượng đường truyền Điều kiện ràng buộc xác suất Phát điện giới hạn khả truyền tải: Đối với tất t = , , N t : Trong Biến d i phụ thuộc vào tổn thất i , trường hợp bị điện , yếu tố i tính tốn lại để chúng cộng lại thành Ma trận B f phụ thuộc vào tổn thất i từ họ hai có số lượng cấu trúc liên kết liên quan đến với Cụ thể , ( N −1)× Nb f tổn thất dịng không tác động lên cái, Bi ∈ ¡ l : f B BUS ∈ ¡ ( N b −1)×( Nb −1) BBfUS ∈ ¡ ( Nb −1)×( Nb −1) i nhất, B f = B f ∈ ¡ tổn thất : f B BUS ∈ ¡ N l × Nb : f ( N b − 2)×( Nb − 2) dịng cái, Đối với phát điện tổn thất phụ tải : B BUS = B BUS ∈ ¡ ( Nb −1)×( Nb −1) Điều kiện ràng buộc xác suất bao gồm phiên xác suất giới hạn dung lượng truyền dẫn tiêu chuẩn cho tổn thất i ý nói dịng điện giới hạn dung lượng : i đường truyền ( mã hóa P line ) với xác suất 1- ε phân bố lượng gió Nếu,Ví dụ, ε = 0,1 , phương trình điều kiện ràng buộc ( 10) thoả mãn với xác suất 0.9.Điều kiện ràng buộc thứ hai cung cấp đảm bảo kế hoạch điều độ phát điện khơng có kết dẫn đến điểm vận hành bên ngồi giới hạn cơng suất phát điện Lưu ý giả định tất khả khơng theo lịch trình có i sẵn dự trữ , biểu diễn d i Pmismatch điều đủ để đảm bảo để không xuất điều xảy Vì vậy, kết tổn thất phát điện phụ tải không phù hợp, điều kiện ràng buộc cân lượng thoả mãn với phương trình ( ) Các vấn đề kết phương trình (7) - ( 10 ) chương trình ngẫu nhiên với khả nang điều kiện ràng buộc hàm mục tiêu bậc hai Để có giải pháp cho vấn đề , sử dụng phương pháp mô tả phần sau