(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu sa thải phụ tải hệ thống điện dựa trên khoảng cách điện theo điện áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH VĂN NUÔI NGHIÊN CỨU SA THẢI PHỤ TẢI HỆ THỐNG ĐIỆN DỰA TRÊN KHOẢNG CÁCH ĐIỆN THEO ĐIỆN ÁP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 SKC005982 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2018 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH i LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Huỳnh Văn Ni Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 1981 `Nơi sinh: An Giang Quê quán: Thoại Sơn – An Giang Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: ấp Đông An, xã Vĩnh Chánh, huyện Thoại Sơn, tỉnh An Giang Điện thoại quan: 02962.217402 Điện thoại di động: 0915.668824 E-mail: nuoihv@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: từ 10/1999 đến 04/2002 Nơi học: Trường trung học Điện Ngành học: Điện công nghiệp dân dụng Đại học: Hệ đào tạo: chức Thời gian đào tạo: từ 10/2010 đến 11/2014 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Điện cơng nghiệp BI Q TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Từ 01/06/2002 30/12/2003 Từ 01/01/2004 đến Huỳnh Văn Ni HVTH: HUỲNH VĂN NI ii LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Thoại Sơn, ngày 03 tháng 11 năm 2018 Huỳnh Văn Nuôi HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI iii LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH LỜI CẢM ƠN Trong suốt q trình học tập, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất Thầy, Cơ tận tình giảng dạy Đặc biệt, xin gởi lời tri ân sâu sắc đến Thầy PGS.TS Quyền Huy Ánh, Khoa Điện - Điện Tử, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi hồn thành khoá luận tốt nghiệp suốt trình cơng tác, giảng dạy, nghiên cứu học tập trường Xin gửi lời cám ơn chân thành đến Thầy Lê Trọng Nghĩa, nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ cho tơi q trình thực đề tài Xin cảm ơn đến tất người thân gia đình động viên, ủng hộ tạo điều kiện tốt hồn thành tốt cho tơi hồn thành đề tài Cảm ơn người bạn, đồng nghiệp ln sát cánh chia sẻ khó khăn động viên suốt thời gian học tập nghiên cứu trường Thoại Sơn, ngày 03 tháng 11 năm 2018 Huỳnh Văn Ni HVTH: HUỲNH VĂN NI iv LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH TÓM TẮT Luận văn nghiên cứu đề xuất công cụ sa thải phụ tải sở áp dụng mạng nơ-ron kép lan truyền ngược-hồi quy khoảng cách điện theo điện áp Mạng nơ-ron lan truyền ngược sử dụng để nhận dạng máy phát bị cố, định có/khơng sa thải phụ tải Mạng nơ-ron hồi quy sử dụng để xác định chiến lược điều khiển sa thải phụ tải tương ứng với trường hợp cố Việc tính tốn khoảng cách điện theo điện áp máy phát bị cố với góp tải để lập kế hoạch ưu tiên sa thải phụ tải theo thứ tự tăng dần Kế hoạch ưu tiên sa thải phụ tải thực cho trường hợp máy phát bị cố hình thành chiến lược sa thải phụ tải làm ngõ mạng nơ-ron Hiệu công cụ sa thải phụ tải đề xuất kiểm tra thông qua mô offline cho hệ thống chuẩn IEEE 39 bus máy phát tương ứng với trường hợp cố máy phát mức tải từ 70% đến 120% Các thông số mẫu huấn luyện bao gồm: PG, PL, PBranch, Vbus, fbus thu thập để làm sở liệu đầu vào cho việc huấn luyện mạng nơ-ron lan truyền ngược nhận dạng cố với thuật tốn Scaled Conjugate Gradient, độ xác huấn luyện 99,75%, độ xác kiểm tra 98,86% huấn luyện mạng nơ-ron hồi quy định sa thải phụ tải với độ xác huấn luyện gần 100%, độ xác kiểm tra gần 100% Lượng công suất sa thải giảm 21,63%, thời gian phục hồi nhanh 41,6% so với phương pháp sa thải relay tần số truyền thống chứng minh hiệu phương pháp đề xuất Kết nghiên cứu luận văn sử dụng làm tài liệu tham khảo cho NCS, học viên cao học Ngành Kỹ thuật điện điều độ viên hệ thống điện quan tâm đến toán sa thải phụ tải cố máy phát hệ thống điện HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI v LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH ABSTRACT The thesis researches and proposes the load shedding tool based on the application of back propagation-regression dual neural network and the voltage electrical distance Back propagation neural network are used to identify the generator outage, and to decide whether or not the load shedding The Generalized Regression Neural Network are used to determine the load shedding control strategies corresponding to each generator outage The calculation of the voltage electrical distance between the generator outage and the load buses for scheduling priority load shedding in ascending order The priority plans for load shedding are made for each case of generator outage will form a strategy of load shedding as the output of the neural network The effectiveness of the proposed load shedding tool is tested through offline simulations for the IEEE 39 bus standard system for each generator outage at load levels from 70% to 120% The parameters of the training sample such as P G, PL, PBranch, Vbus, fbus will be collected as the input database for training back propagation neural network to identify problem with Scaled Conjugate Gradient algorithm The training accuracy is 99.75%, the test accuracy is 98.86%, and the training accuracy of Generalized Regression Neural Network that decide load shedding is close to 100%, the test accuracy is close to 100% The amount of load shedding was reduced by 21.63%, and the recovery time was faster than 41.6% the traditional load shedding using under frequency load shedding relay demonstrated the effectiveness of the proposed method The results of the thesis can be used as reference for the PhD students, post graduate students of Electrical Engineering Program and electrical system operators who are interested in load shedding in case of generator outage in the power system HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI vi LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH MỤC LỤC TRANG TỰA QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI i LÝ LỊCH KHOA HỌC ii LỚI CAM ĐOAN iii LỜI CÁM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH CÁC BẢNG x DANH SÁCH CÁC HÌNH xi Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Tổng quan cơng trình nghiên cứu 1.2.1 Các cơng trình nghiên cứu ngồi nước .2 1.2.2 Điều khiển tần số hệ thống điện Việt Nam 1.2.3 Chế độ cắt tải theo tần số hệ thống điện Tỉnh An Giang .6 1.2.4 Các phương pháp sa thải phụ tải 1.3 Tính cấp thiết đề tài 12 1.4 Mục tiêu nghiên cứu 14 1.5 Phạm vi nghiên cứu 14 1.6 Phương pháp nghiên cứu 15 1.7 Điểm đề tài 15 1.8 Nội dung đề tài 15 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16 2.1 Khoảng cách điện theo điện áp 16 2.1.1 Giới thiệu 16 2.1.2 Ý nghĩa 16 2.2 Mạng nơ-ron 17 2.2.1 Giới thiệu 17 2.2.2 Các thành phần chính mạng nơ-ron 17 HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI vii LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH 2.2.3 Mạng nơ-ron hồi quy (Generalized Regression Neural NetworkGRNN) 20 2.2.4 Mạng nơ-ron lan truyền ngược 23 2.2.5 Các thuật toán áp dụng cho mạng lan truyền ngược .24 Chương PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI ĐỀ XUẤT 28 3.1 Xây dựng chương trình sa thải 28 3.2 Nhận dạng cố theo phương pháp ANN 29 Chương THỰC NGHIỆM TRÊN SƠ ĐỒ ĐIỆN CHUẨN 39 4.1 Mô tả hệ thống điện IEEE 10 máy 39 bus (New England) 39 4.2 Tính tốn khoảng cách điện theo điện áp 40 4.3 Xây dựng mạng nơ-ron nhân tạo 44 4.3.1 Xây dựng mạng nơ-ron lan truyền ngược 44 4.3.2 Xây dựng mạng nơ-ron hồi quy 47 4.4 So sánh độ xác nhận dạng với phương pháp sa thải khác 50 4.4.1 Phương pháp sa thải phụ tải dùng relay sa thải tần số thấp 51 4.4.2 Phương pháp sa thải dựa thuật toán AHP 52 4.4.3 Phương pháp sa thải phụ tải đề xuất 54 4.4.4 Thời gian điện áp phục hồi theo phương pháp sa thải phụ tải khác 55 Chương KẾT LUẬN & HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN 58 5.1 Kết luận 58 5.2 Hướng nghiên cứu phát triển đề tài 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 62 HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI viii LUẬN VĂN THẠC SĨ Ứng dụng cơng nghệ tính tốn thơng minh, khoảng thời gian đề xuất sa thải phụ tải hiệu khoảng 300ms, khoảng thời gian bao gồm: đo lường thu thập liệu, truyền liệu về, xử lý liệu tác động trip máy cắt Xét cố máy phát 36 mức tải 100%, dùng thuật tốn AHP tính vị trí thứ tự sa thải tải 31-12-18-26-23-25-21, hệ thống ổn định Đồ thị tần số sau sa thải thể hình 4.12 HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH Hình 4.12 Quan hệ tần số f theo t sa thải dựa thuật toán AHP 4.4.3 Phương pháp sa thải phụ tải đề xuất Xét trường hợp cố máy phát 36 mức tải 100% Khi xảy cố, thực sa thải phụ tải dựa khoảng cách điện theo điện áp, cắt tải L23, 21, 24 Thời gian cắt tải sau xảy cố 300ms (bao gồm: đo lường thu thập liệu, truyền liệu về, xử lý liệu tác động trip máy cắt) Đồ thị tần số hệ thống sau sa thải phụ tải thể Hình 4.13 HVTH: HUỲNH VĂN NI LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH Hình 4.13 Quan hệ tần số f theo t sa thải theo phương pháp đề xuất Bảng 4.7 So sánh hiệu phương pháp STPT khác cố MF36 Nhận xét: Phương pháp sa thải phụ tải đề xuất có thời gian phục hồi tần số nhanh so với phương pháp sa thải truyền thống tần số phương pháp sa thải dựa thuật toán AHP 4.4.4 Thời gian điện áp phục hồi theo phương pháp sa thải phụ tải khác Xét cố máy phát 32 mức tải 100%, quan sát đồ thị điện áp bus 39 theo phương pháp sa thải phụ tải khác a Điện áp bus 39 theo phương pháp sa thải dựa AHP HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH Hình 4.14 Quan hệ điện áp U theo t bus 39 STPT theo thuật toán AHP b Điện áp bus 39 theo phương pháp sa thải relay tần số thấp: Hình 4.15 Quan hệ điện áp U theo t bus 39 STPT relay tần số thấp HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH c Điện áp bus 39 theo phương pháp sa thải dựa khoảng cách điện Hình 4.16 Quan hệ điện áp U theo t bus 39 STPT theo phương pháp sa thải dựa khoảng cách điện Bảng 4.8: So sánh hiệu phương pháp STPT khác cố MF32 Phương pháp sa thải Phương pháp sa thải dựa thuật toán AHP Phương pháp sa thải truyền thống relay tần số thấp Phương pháp sa thải đề xuất Nhận xét: Phương pháp sa thải đề xuất có thời gian phục hồi điện áp nhanh biên độ dao động điện áp nhỏ so với phương pháp sa thải truyền thống sa thải dựa thuật tốn AHP HVTH: HUỲNH VĂN NI LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH Chương KẾT LUẬN & HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Luận văn nghiên cứu đề xuất phương pháp sa thải phụ tải cách xác định thứ tự ưu tiên sa thải phụ tải sở tính tốn khoảng cách điện góp máy phát bị cố góp tải sử dụng mạng nơ-ron kép để xác định vị trí cố đề chiến lược sa thải phụ tải phù hợp Mạng nơ-ron lan truyền ngược sử dụng để nhận dạng máy phát bị cố thực sa thải cần Mạng nơ-ron hồi quy xác định chiến lược điều khiển sa thải phụ tải phù hợp với tình cố Hiệu phương pháp sa thải phụ tải đề xuất kiểm nghiệm hệ thống chuẩn IEEE 39 bus máy phát, thông qua mô tương ứng với trường hợp cố máy phát mức tải từ 70% đến 120% Trong trình mô offline này, thông số P G, PL, PBranch, Vbus, fbus thu thập sử dụng làm sở liệu đầu vào cho việc huấn luyện mạng nơ-ron lan truyền ngược nhận dạng cố với thuật tốn Scaled Conjugate Gradient, độ xác huấn luyện 99,75%, độ xác kiểm tra 98,86% Mạng nơ-ron hồi quy định sa thải phụ tải theo chiến lược sa thải xác định trước với độ xác huấn luyện gần 100%, độ xác kiểm tra 100% Kết mơ thử nghiệm mơ hình hệ thống điện chuẩn IEEE 39 bus 10 máy phát, cho thấy lượng công suất sa thải giảm 21,63%, thời gian phục hồi nhanh 41,6% so với phương pháp sa thải relay tần số truyền thống chứng minh hiệu phương pháp sa thải phụ tải đề xuất 5.2 Hướng nghiên cứu phát triển đề tài Luận văn nghiên cứu phát triển theo hướng sau: ✓ Nghiên cứu phương pháp sa thải phụ tải khác như: giải thuật GEN, giải thuật bầy đàn, Logic mờ,…khi xuất cố đoạn lưới góp tải HVTH: HUỲNH VĂN NI LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH ✓ Xây dựng mạng nơ ron tự học có khả tự cập nhật mẫu huấn luyện sau nhận dạng nhằm tổng quát hóa liệu đầu vào điều kiện vận hành thực tế hệ thống điện HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] “Báo cáo ngành điện năm 2016” – phịng nghiên cứu phân tích VCBS ( VietcomBank Security) [2] “Quy trình điều độ hệ thống điện quốc gia” ,40_2014_TT-BCT [3] TS Nguyễn Như Hiền TS Lại Khắc Lãi, “Hệ Mờ Và Nơ-Ron Trong Kỹ Thuật Điện”, Nhà Xuất Bản Khoa Học Tự Nhiên Và Công Nghệ, Hà Nội – 2007 [4 Ths Nguyễn Thị Tuyết Nhung, Nghiên cứu phương pháp xác định cố tiềm ẩn máy biến áp phân phối, LV ThS., ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM [5] PGS TS Lê Văn Nghinh, ThS Hoàng Thanh Tùng, KS Nguyễn Ngọc Hải, “Nghiên Cứu Ứng Dụng Mạng Nơ Ron Thần Kinh Vào Dự Báo Lũ Các Sơng Ở Tỉnh Bình Định Và Quảng Trị” [6] Phạm Hữu Lê Quốc Phục, “Nghiên Cứu Ứng Dụng Mạng Nơ-Ron Nhân Tạo Giải Quyết Lớp Bài Toán Dự Đoán Và Phân Loại”, LV ThS, Đại Học Đà Nẵng [7] Mai Ngọc Nhẫn,“Nghiên cứu sa thải phụ tải áp dụng mạng nơ-ron nhân tạo thuật toán AHP”, LV ThS 2017 TIẾNG NƯỚC NGOÀI [8] Junjie Tang, Junqi Liu, “Adaptive Load Shedding Based on Combined Frequency and Voltage Stability Assessment Using Synchrophasor Measurements”, IEEE Transactions On Power Systems, VOL 28, NO 2, May 2013 [9] ALIREZA Saffarian and Majid Sanaye-Pasand, “Enhancement of Power System Stability Using Adaptive Combinational Load Shedding Methods”, IEEE Transactions On Power Systems, VOL 26, NO 3, August 2011 [10] A.P Ghaleh, M Sanaye-Pasand, A Saffarian.,“ Power system stability enhancement using a new combinational load-shedding algorithm”, Control and Intelligent Processing Center of Excellence, School of Electrical and Computer Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Iran HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ [11] GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH “Application of computational intelligence techniques for load shedding in power systems: A review” J.A Laghari , H Mokhlis , A.H.A Bakar , Hasmaini [12] Graz Austria, Tenth power systems computation conference, Chapter “The difference electrical distances”, page 544-547 [13] “Basic Neural Network: Algorithm and Example”, [14] “Generalized Regression Neural Networks and the Implementation with [15] Sung-Hwan Song, Ho-Chul Lee, Yong Tae Yoon, Seung-Il Moon “Cluster Design compatible with Market for Effective Reactive Power Management”, 2006 IEEE H Bevrani, Senior Member, IEEE, G Ledwich, Senior Member, IEEE, and J J Ford "On the Use of df/dt in Power System Emergency Control", 2009 [16] HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH PHỤ LỤC Bảng PL 1: Thơng số mơ hình máy phát điện đồng GENPWTwoAxis Unit No H 10 Bảng PL 2: Thông số thiết bị điều khiển kích từ IEEE1 Bus 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 Tr Ka 0 0 0 0 0 Bảng PL 3: Thông số thiết bị điều chỉnh tần số TGOV1 Bus 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI R LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH Bảng PL 4: Công suất định mức, công suất Pmax, Pmin máy phát, điện áp đầu cực máy phát, công suất định mức tải Bus Type 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PV PV PV PV PV PV PV PV PV PV LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS.QUYỀN HUY ÁNH Bảng PL 5: Thông số điện trở RT, điện kháng XT thông số cài đặt đầu phân áp máy biến áp From Bus 12 12 10 19 20 22 23 25 29 19 Bảng PL 6: Thông số điện trở, điện kháng dung dẫn đường dây From Bus 1 2 3 4 5 6 10 10 10 12 12 13 14 15 16 HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI ... trình nghiên cứu sa thải phụ tải nêu chưa áp dụng phương pháp sa thải phụ tải sở áp dụng mạng nơ-ron kép lan truyền ngược-hồi quy khoảng cách điện theo điện áp 1.2.2 Điều khiển tần số hệ thống điện. .. bảo hệ thống điện hoạt động bền vững thỏa mãn tiêu kinh tế - kỹ thuật Luận văn ? ?Nghiên cứu sa thải phụ tải hệ thống điện dựa khoảng cách điện theo điện áp? ?? ? ?áp ứng yêu cầu nêu 1.4 Mục tiêu nghiên. .. Các phương pháp sa thải phụ tải Các phư sa thải thông Các phương pháp sa thải phụ tải tần số thấp Các phương pháp sa thải phụ tải điện áp thấp Mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) HVTH: HUỲNH VĂN NUÔI Điều