clear;
Mloop = 500; %% Số lần thử nghiệm %% Dữ liệu đầu vào
caseName = 'ieee118bus'; %% khai báo tên tệp dữ liệu nb = 118; %% số bus trong lưới điện
na = 1; %% khu vực Sub = cell(na,1); Sub{1} = (1:118)'; Ref = 39; DecTable = DecGenerator(Sub,nb,Ref);
%% Các hằng số mô phỏng sai số đo và nhiễu BigNoise = 10; cnoiseFac = 1; cnoiseFacEs = 1; comNoise = 1; epEs = 0; lambdaEs = 10; ep = 0; lambda = 1; cnoiseFac = 1;
%% Chạy chương trình Tính toán lưới điện
mpopt = mpoption('PF_ALG', 2, 'PF_TOL', 1e-4); mpopt(31) = 0;
[baseMVA, buslf, genlf, branchlf, ABusID, ARefID, i2e] = LFmodule(caseName, mpopt, DecTable);
MEconvertScript;
%% Vòng lặp thực hiện các lần thử nghiệm chương trình ước lượng AVm = zeros(nb,Mloop); % Ma trận đảo của vector điện áp
AVa = zeros(nb,Mloop); % Ma trận đảo của vector góc pha Aobs = zeros(1,Mloop);
Aconv = zeros(1,Mloop); AVmm = zeros(nb,Mloop);
for i=1:Mloop
% Mô phỏng giá trị đo lường
[busm, genm, branchm] = RMEsystem(buslf, genlf, branchlf, Vam(:,i), Vmm(:,i), Pdm(:,i), Qdm(:,i), Pfm(:,i), Qfm(:,i), Ptm(:,i), Qtm(:,i), Pgm(:,i), Qgm(:,i), CVam(:,i), CVmm(:,i), CPdm(:,i), CQdm(:,i),
CPfm(:,i), CQfm(:,i), CPtm(:,i), CQtm(:,i), CPgm(:,i), CQgm(:,i)); % Mô phỏng sai số lớn:
Trang 48 % Ma trận phương sai
WInv = CovModule(comNoise, cnoiseFac, mpopt, baseMVA, buslf, genlf, branchlf);
% Thực hiện chương trình ước lượng
[busEs, genEs, branchEs, CovEs, converged, observable] =
SEmodule(mpopt, baseMVA, WInv, buslf, genlf, branchlf, busm, genm, branchm);
% Các giá trị ước lượng tìm được AVm(:,i) = busEs(:,8); AVa(:,i) = busEs(:,9); Aobs(i) = observable; Aconv(i) = converged;
% Giá trị đo trực tiếp thông số trạng thái (modun cua dien ap cac nut) AVmm(:,i) = busm(:,8);
end
%% Sai số
EVmm = AVmm - repmat(buslf(:,8),1,Mloop); % Sai số đo trực tiếp % Sai số của phép ước lượng
EVm = AVm - repmat(buslf(:,8),1,Mloop); EVa = AVa - repmat(buslf(:,9),1,Mloop);
3.4 Mô phỏng chương trình
Sau khi chạy chƣơng trình, kết quả việc tính toán và so sánh các thông số đo, thông số ƣớc lƣợng cùng các sai số của việc ƣớc lƣợng, giá trị đo đƣợc thể hiện trong mục Workspace, dƣới dạng bảng:
AVa : giá trị góc pha do ƣớc lƣợng.
AVm : modul điện áp do ƣớc lƣợng.
AVmtrue : giá trị đặt điện áp.
AVmm : giá trị đo điện áp
EVa : sai số góc pha do ƣớc lƣợng.
EVm : sai số modul điện áp do ƣớc lƣợng.
EVmm : sai số giá trị đo điện áp.
Trang 49
3.4.1 Kết quả thực hiện chƣơng trình với một lần thử nghiệm
Kết quả giá trị ƣớc lƣợng so sánh với giá trị đo và giá trị đặt trong 1 lần thử nghiệm đƣợc thể hiện nhƣ hình 6.
Trong đó, giá trị đặt AVmtrue đƣợc thể hiện dƣới dạng màu đen, giá trị đo AVmm đƣợc thể hiện dƣới dạng màu đỏ, và kết quả ƣớc lƣợng AVm modul điện áp đƣợc thể hiện dƣới dạng màu xanh.
Theo sơ đồ ta có thể thấy giá trị ƣớc lƣợng AVm luôn gần với giá trị đặt AVmtrue, trong khi đó giá trị đo do nhiễu đƣờng truyền hay nhiều nguyên nhân khác thể hiện biến động rõ rệt. Cụ thể tại đoạn kết quả gần bus số 30 cho thấy dù giá trị đo AVmm biến động dƣới 0.935 nhƣng giá trị ƣớc lƣợng AVm vẫn bám sát giá trị 0.965 với dao động không đáng kể.
Khi thực hiện chƣơng trình trên hệ thống điện miền bắc cho kết quả nhƣ hình 7, với các giá trị ƣớc lƣợng luôn khá chính xác với giá trị đặt, trực quan không thấy rõ sự phân biệt giữa 2 đƣờng đồ thị màu đen và màu xanh của 2 giá trị này. Trong khi đó giá trị đo (đƣờng màu đỏ) luôn có biến động rõ rệt.
Trang 50
Hình 6 Kết quả giá trị ước lượng 1 lần thử nghiệm
0 20 40 60 80 100 120 0.92 0.94 0.96 0.98 1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 Sô' bus A V m m : D o ; A V m : X a n h ; A V m tr u e : D e n
Trang 51
Hình 7 Kết quả mô phỏng 1 lần thử nghiệm với hệ thống điện miền bắc
18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2
3.4.2 Kết quả thực hiện chƣơng trình với 500 lần thử nghiệm
Chọn bus 2 để thể hiện kết quả, ta có chi tiết nhƣ sau:
Giá trị module điện áp do ƣớc lƣợng AVm:
Hình 8 Biểu đồ giá trị modul điện áp
Hình 8 thể hiện giá trị modul điện áp trong từng vòng lặp, với trục hoành là lần thử nghiệm, còn trục tung thể hiện modul điện áp trong từng lần thử nghiệm này.
Theo đó ta có thể thấy giá trị modul điện áp dao động từ khoảng 0.965 đến 0.975.
Ta có thể tính giá trị trung bình của modul điện áp sau 500 vòng lặp bằng cách gõ lệnh mean(AVm(2,1:500)) trên cửa sổ làm việc của Matlab và thu đƣợc kết quả : 0.9714. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0.968 0.969 0.97 0.971 0.972 0.973 0.974 0.975 0.976
Trang 53
Kích chuột vào mục hist trong phần kết quả của AVm ta thu đƣợc sơ đồ:
Hình 9 Biểu đồ sự phân bố giá trị modul điện áp
Hình 9 thể hiện sự phân bố các giá trị modul điện áp trong 500 vòng lặp.
Với trục hoành là modul điện áp, trục tung là phân bố modul điện áp (số lần vòng lặp rơi vào giá trị này).
Nhƣ trên ta thấy modul điện áp nằm trong khoảng (0.968, 0.975) xuất hiện khoảng 100 lần trong 500 vòng lặp. Tức là trong khoảng giá trị modul điện áp này thì sẽ có khả năng giá trị đặt rơi vào là cao nhất.
Một cách trực quan ta thấy trên biểu đồ, các giá trị ƣớc lƣợng phân bố phần lớn ở khoảng 0.971-0.972. 0.9680 0.969 0.97 0.971 0.972 0.973 0.974 0.975 0.976 20 40 60 80 100 120
Trang 54
Hình 10 Biểu đồ giá trị modul điện áp của hệ thống điện miền bắc
Hình 11 Biểu đồ sự phân bố giá trị modul điện áp hệ thống điện miền bắc
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 1.0175 1.018 1.0185 1.019 1.0195 1.02 1.0205 1.021 1.0175 1.018 1.0185 1.019 1.0195 1.02 1.0205 1.021 0 20 40 60 80 100 120 140
Trang 55
Giá trị góc pha điện áp do ƣớc lƣợng AVa:
Hình 12 Biểu đồ giá trị góc pha điện áp
Hình 12 thể hiện giá trị góc pha điện áp ƣớc lƣợng đƣợc trong 500 vòng lặp, với trục hoành là lần thử nghiệm, còn trục tung thể hiện giá trị góc pha điện áp. Hình vẽ cho kết quả trực quan giá trị đo điện áp dao động từ 11.3 tới 11.8. Giá trị trung bình của giá trị góc pha điện áp sau 500 vòng lặp là: 11.5031. Ta có biểu đồ phân bố giá trị góc pha điện áp AVa nhƣ hình 13.
Hình 13 Biểu đồ phân bố giá trị góc pha điện áp
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9
So lan thu nghiem
AVa
11.20 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9 50
100 150
Gia tri goc pha AVa
S o l a n t ro n g 5 0 0 v o n g l a p
Trang 56
Hình 13 thể hiện sự phân bố các giá trị góc pha điện áp trong 500 vòng lặp. Với trục hoành là giá trị góc pha điện áp, trục tung là phân bố góc pha điện áp. Nhƣ trên ta thấy giá trị góc pha điện áp nằm trong khoảng (11.3, 11.7) xuất hiện khoảng 150 lần trong 500 vòng lặp.
Hình 14 Biểu đồ giá trị góc pha điện áp hệ thống điện miền bắc
Hình 15 Biểu đồ phân bố giá trị góc pha điện áp hệ thống điện miền bắc
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 -1.92 -1.9 -1.88 -1.86 -1.84 -1.82 -1.8 -1.78 -1.76 -1.74 -1.920 -1.9 -1.88 -1.86 -1.84 -1.82 -1.8 -1.78 -1.76 -1.74 20 40 60 80 100 120
Trang 57
Sai số modul điện áp EVm:
Hình 16 Biểu đồ sai số modul điện áp
Hình 16 thể hiện sai số giá trị module điện áp trong từng vòng lặp, với trục hoành là lần thử nghiệm, còn trục tung thể hiện sai số giá trị modul điện áp trong từng lần thử nghiệm này.
Hình vẽ cho thấy giá trị sai số modul điện áp rơi vào khoảng từ -0.003 tới 0.003. Ta có biểu đồ phân bố sai số giá trị modul điện áp nhƣ hình 17.
Hình 17 Biểu đồ phân bố sai số modul điện áp
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4x 10 -3 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 x 10-3 0 20 40 60 80 100 120
Trang 58
Hình 17 thể hiện : sự phân bố các sai số giá trị modul điện áp trong 500 vòng lặp. Với trục hoành là sai số giá trị modul điện áp, trục tung là phân bố các giá trị sai số modul điện áp (số lần vòng lặp rơi vào giá trị này).
Nhƣ trên ta thấy sai số giá trị đo điện áp nằm trong khoảng (-0.003, 0.003) xuất hiện khoảng 100 lần trong 500 vòng lặp. Điều đó cho thấy sai số module điện áp khá thấp, chất lƣợng của tính toán ƣớc lƣợng khá cao.
Hình 18 Biểu đồ sai số modul điện áp hệ thống điện miền bắc
Hình 19 Biểu đồ phân bố sai số modul điện áp hệ thống điện miền bắc
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5x 10 -3 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 x 10-3 0 20 40 60 80 100 120 140
Trang 59
Sai số giá trị đo điện áp EVmm:
Hình 20 Biểu đồ sai số giá trị đo điện áp
Hình 20 thể hiện sai số giá trị đo điện áp trong từng vòng lặp, với trục hoành là lần thử nghiệm, còn trục tung thể hiện sai số giá trị đo điện áp trong từng lần thử nghiệm này.
Hình vẽ cho thấy giá trị sai số đo điện áp rơi vào khoảng từ -0.03 tới 0.03. Ta có biểu đồ phân bố sai số giá trị đo điện áp nhƣ hình 21.
Hình 21 Biển đồ phân bố sai số giá trị đo điện áp
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 -0.040 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 20 40 60 80 100 120
Trang 60
Hình 21 thể hiện: sự phân bố các sai số giá trị đo điện áp trong 500 vòng lặp. Với trục hoành là sai số giá trị đo điện áp, trục tung là phân bố của các sai số giá trị đo điện áp (số lần vòng lặp rơi vào giá trị này).
Nhƣ trên ta thấy sai số giá trị đo điện áp nằm trong khoảng (-0.03, 0.03) xuất hiện khoảng 120 lần trong 500 vòng lặp.
Hình 22 Biểu đồ sai số giá trị đo điện áp hệ thống điện miền bắc
Hình 23 Biểu đồ phân bố sai số giá trị đo điện áp hệ thống điện miền bắc
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 -0.040 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 20 40 60 80 100 120
Trang 61
3.5 Đánh giá sai số
Ta có giá trị trung bình của sai số đo trực tiếp và sai số do ƣớc lƣợng trên hệ thống điện mẫu IEEE 118-bus nhƣ sau:
- Trung bình sai số đo trực tiếp EVmm: 6.5954e-004 - Trung bình sai số ƣớc lƣợng EVm: 1.1064e-006
Để chứng minh rõ hơn chính xác của việc đo trực tiếp và phƣơng pháp ƣớc lƣợng, thực hiện chƣơng trình trên hệ thống điện mẫu khác của IEEE.
Kết quả bài toán trên hệ thống 30-bus:
- Trung bình sai số đo trực tiếp: 9.2879e-004 - Trung bình sai số ƣớc lƣợng: 1.7248e-005
Kết quả bài toán trên hệ thống 57-bus:
- Trung bình sai số đo trực tiếp: -2.5093e-004 - Trung bình sai số ƣớc lƣợng: -4.4587e-005
Kết quả bài toán trên hệ thống điện miền bắc:
- Trung bình sai số đo trực tiếp: 1.4997e-004 - Trung bình sai số ƣớc lƣợng: 1.4238e-004
Nhƣ vậy sai số ƣớc lƣợng nhỏ hơn sai số đo trực tiếp và điều này chứng tỏ giá trị do ƣớc lƣợng luôn chính xác hơn giá trị đo trực tiếp.
Để chứng minh giá trị do ƣớc lƣợng luôn cho ta kết quả sát với giá trị đo, ta mô phỏng giá trị đo khi hệ số nhiễu lớn dẫn đến kết quả đo không chính xác trong khi đó giá trị ƣớc lƣợng vẫn tƣơng đối chính xác so với giá trị đặt. Để mô phỏng điều này ta thay đổi hệ số nhiễu BigNoise=10 trong hàm SimEstWLS.m ta thu đƣợc kết quả biểu đồ giá trị đo điện áp các bus nhƣ hình 24.
Trang 62
Hình 24 Biểu đồ giá trị đo điện áp của các bus với nhiễu lớn
Đồ thị hình 24 trên thể hiện tại bus 10 khi hệ số nhiễu lớn thì kết quả giá trị điện áp không còn đƣợc chính xác nữa (hệ số nhiễu này có thể do việc đo đạc, sai số của đồng hồ, hỏng hóc của các thiết bị đo, ảnh hƣởng của các yếu tố ngoài môi trƣờng…).
Với việc ƣớc lƣợng ta có kết quả nhƣ hình 25:
Hình 25 Biểu đồ modul điện áp của các bus với nhiễu lớn
0 20 40 60 80 100 120 0 2 4 6 8 10 12 0 20 40 60 80 100 120 0.94 0.96 0.98 1 1.02 1.04 1.06
Trang 63
Qua hai biểu đồ về giá trị điện áp của các bus ta thấy đối với kết quả đo trực tiếp thì giá trị đặt nằm trong khoảng (0.94,1.05) nhƣng khi có nhiễu thì giá trị đo này tại bus 10 nằm ở khoảng 11 (thể hiện sự sai số rất lớn so với giá trị đặt).
Còn đối với giá trị điện áp do ƣớc lƣợng tại bus 10 khi có nhiễu lớn vẫn nằm sát trong khoảng của giá trị đặt (0.94,1.05).
Nhƣ vậy với hệ số nhiễu lớn, điều mà thƣờng gặp trong thực tế gây ảnh hƣởng nghiêm trọng tới hệ thống điện, bài toán ƣớc lƣợng cho kết quả chính xác.
Trang 64
KẾT LUẬN
Nhận xét những kết quả đạt được
Qua thời gian nghiên cứu và phát triển, đề tài luận văn đã đạt đƣợc kết quả nhất định nhƣ sau:
Thiết lập mô hình toán hệ thống điện để tính toán ƣớc lƣợng thông số hệ thống điện.
Nghiên cứu tệp cdf chứa dữ liệu hệ thống điện theo định dạng chuẩn của IEEE. Bên cạnh đó Luận văn sử dụng phần mềm Powerworld Simulator để xây dựng tệp cdf chứa dữ liệu hệ thống điện miền bắc để nghiên cứu thể hiện ý nghĩa thiết thực của Luận văn.
Bài toán tính toán ƣớc lƣợng thông số trạng thái hệ thống điện đã đƣợc lập trình trên phần mềm MATLAB dùng dữ liệu hệ thống điện chuẩn IEEE 118-bus, 30- bus, 57-bus và hệ thống điện miền bắc đều cho cùng kết quả khá chính xác so với giá trị đặt. Trong trƣờng hợp nhiễu lớn, giá trị đo bị sai rất lớn, nhƣ trong thực tế đã có nhiều ảnh hƣởng nghiêm trọng tới hệ thống điện, thì bài toán ƣớc lƣợng cho kết quả vẫn gần đúng với giá trị đặt. Điều đó khẳng định nếu đƣợc ứng dụng vào thực tế, nghiên cứu trong Luận văn sẽ góp phần vào việc đảm bảo vận hành an toàn và tin cậy hệ thống điện.
Hướng phát triển đề tài
Nghiên cứu các hệ thống điện, với cơ sở dữ liệu đƣợc mô phỏng và tạo tệp cdf trên phần mềm Powerworld Simulator, kết hợp ứng dụng trí tuệ nhân tạo (artificial intelligence). Đây là một hƣớng phát triển có tính thực tế khá cao của Luận văn, từ đó có thể đƣa ra các giải pháp tố hơn nhằm nâng cao vận hành an toàn, ổn định và tin cậy của lƣới điện.
Trang 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Ali Abur and Antonio Gomez Exposito. (2004, April). Power System State Estimation Theory and Implementation (1 st ed.) [Online]. Available: http://www.books.google.com
[2] Nga-Viet Nguyen, Georgy Shevlyakov, and Vladimir Shin: “Robust State Estimation Fusion In Power System”, Volume 6, Number 12, International Journal of Innovative Computing, Information and Control, December 2010 [3] Slobodan Paji´c: “Power System State Estimation and Contingency
Constrained Optimal Power Flow - A Numerically Robust Implementation” [4] Final Report on the August 14, 2003, Blackout in the United States and
Canada: Causes and Recommendations. U.S-Canada Power System Outage