Phương pháp xác định điểm đo trong lưới điện phân phối để đánh giá trạng thái vận hành của hệ thống

Nội dung text: Phương pháp xác định điểm đo trong lưới điện phân phối để đánh giá trạng thái vận hành của hệ thống

1. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỂM ĐO TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐỂ ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG A METER PLACEMENT METHOD FOR STATE ESTIMATION IN DISTRIBUTION SYSTEMS Nguyễn Trường Duy Học viên cao học khĩa 2003 Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh TĨM TẮT Bài báo này trình bày phương pháp xác định điểm đặt máy đo trong hệ thống điện phân phối cĩ cấu hình hình tia. Phương pháp đưa ra nhằm để đánh giá trạng thái của tất cả các nhánh đường dây trong hệ thống dựa trên số liệu thu nhận được từ một số lượng rất ít các máy đo. Giải thuật được xây dựng trên cơ sở phương pháp heuristic để tìm vị trí đặt máy đo tối ưu. Ước lượng trạng thái đĩng vai trị quan trọng trong phương pháp này bởi vì nĩ quyết định sai số của phương pháp. Phương pháp này cĩ thể sử dụng để xây dựng hệ thống máy đo cho những hệ thống mới, kiểm tra sai số ước lượng trạng thái cho hệ thống máy đo và bổ sung máy đo vào hệ thống. ABSTRACT In this paper a meter placement method in radial distribution systems is presented. The proposed method estimates the operation states in all of the branchs of feeders in system based on data acquired from a few meters. The algorithm which is used in this method was built on heuristic method to find out an optimum meter placement. State estimation plays an important role because it determines the errors of this method. This method is used to establish the measurement system for new distribution system, to test state estimation error and implement the meters to system for available distribution system. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Để đáp ứng yêu cầu phát triển của cơng nghiệp, xu hướng hiện nay trên các quốc gia là dần dần tiến đến thị trường điện. Chỉ cĩ thị trường điện mới làm thay đổi cách vận hành của hệ thống truyền tải và phân phối. Do sự gia tăng giao dịch năng lượng trên thị trường tạo nên những dịng cơng suất qua hệ thống khơng dự kiến trước được. Việc theo dõi những dịng cơng suất này chính xác và tin cậy địi hỏi hệ thống đo lường phải đủ mạnh. Hơn thế nữa, khơng giống như những hệ thống trước đây, hệ thống điện hiện đại được trang bị những bộ điều khiển dịng cơng suất. Việc theo dõi những thiết bị này và những thơng số của chúng cũng trở nên quan trọng. Ước lượng trạng thái là một trong những cơng việc cần thiết của hệ thống quản lý năng lượng (EMS1). Độ chính xác của ước lượng trạng thái tùy thuộc vào chất lượng của dữ liệu cũng như cấu hình của bộ máy đo. Nhưng cấu hình của máy đo sẳn cĩ hầu hết khơng được thiết kế tốt. Vì thế giải thuật đặt máy đo để xác định vị trí của những phép đo thêm vào dựa trên một số tiêu chuẩn sẽ hữu ích hơn. Bởi vì một thao tác bất kỳ nào tác động đến hệ thống nhằm cải thiện chất lượng điện cung cấp của hệ thống đều phải dựa vào những thơng số thực. Để biết các thơng số thực tại một nhánh bất kỳ trong hệ thống thường thì người ta đặt thiết bị đo một số thơng số tại nhánh 1 EMS: Energy Management Systems
2. đĩ. Vì nếu đặt thiết bị trên tất cả các nhánh trong hệ thống thì chi phí rất lớn cho một hệ thống nhỏ chưa nĩi đến trong thực tế hệ thống của chúng ta rất lớn. Vấn đề xác định điểm đo trong hệ thống khơng những cĩ ý nghĩa đối với việc giải quyết về mặt kỹ thuật trong vận hành hệ thống mà cịn giảm chi phí cho sơ đồ máy đo giám sát hệ thống. II. GIẢI THUẬT XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ ĐẶT MÁY ĐO Kết quả khảo sát cho thấy các máy đo trong cùng một hệ thống phụ thuộc nhau. Điều này cĩ nghĩa là những máy đo phải được đặt tại những vị trí thích hợp trong hệ thống. Nếu khơng sẽ dẫn đến việc dư thừa máy đo khơng kinh tế. Để máy đo được đặt trong hệ thống tại những vị trí cĩ lợi nhất thì khi đặt máy đo phải xét tổng thể trên tồn hệ thống. Nếu đặt máy đo đi từ nút lá đến nút gốc thì chỉ xét được sai số ước lượng trạng thái cục bộ trên từng nhánh. Do đĩ giải thuật này chọn phương pháp đặt máy đo đi từ nút gốc đến nút lá và quan tâm nhiều đến dịng cơng suất trên các nhánh đường dây chính, ít quan tâm hơn dịng cơng suất nhánh trên các nhánh rẽ và nhánh cuối của đường dây vì những dịng cơng suất nhánh này ít ảnh hưởng đến trạng thái vận hành của hệ thống. Trong một lưới điện phân phối cấu hình hình tia cĩ rất nhiều phụ tải và những phụ tải này luơn luơn thay đổi theo thời gian. Nhưng nhìn chung tất cả các phụ tải dao động xung quanh giá trị trung bình của nĩ và các giá trị trung bình biến đổi theo từng giờ trong ngày theo đồ thị phụ tải của nĩ. Do đĩ để đạt độ chính xác cao của bài tốn ước lượng dịng cơng suất nhánh thì bài tốn này sẽ thực hiện theo từng giờ trong ngày. Giả sử tất cả các tải trong lưới phân phối đều thuộc một trong ba loại tải chiếu sáng sinh hoạt, cơng nghiệp và dịch vụ. Các đồ thị phụ tải ngày tương ứng của ba loại phụ tải như hình 1. Công suất Công suất Công suất 100 100 100 P 80 Q 80 80 P Q 60 60 60 P Q 40 40 40 20 20 20 0 t 0 t 0 t 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 chiếu sáng sinh hoạt công nghiệp dịch vụ Hình 1. Các loại đồ thị phụ tải Đối với lưới điện đã cĩ thì đồ thị phụ tải của các tải cĩ sẳn được lấy từ những cơng ty cung cấp điện. Cịn đối với lưới điện đang thiết kế thì đồ thị phụ tải ngày là đồ thị phụ tải dự kiến trong quá trình thiết kế. 1. Ảnh hưởng của điểm đo đến độ chính xác của hệ thống đo lường Điểm đo trong hệ thống phân phối cũng rất quan trọng. Độ chính xác của hệ thống máy đo giúp cho hệ thống ra quyết định trong những trường hợp khẩn cấp như quá tải, ngắn mạch, được chính xác hơn nếu như hệ thống phân phối được trang bị hệ thống chuyển tải tự động. Nếu như hệ thống chưa được trang bị tự động thì dữ liệu máy đo giúp cho nhân viên vận hành cĩ quyết định chính xác trong những trường hợp như trên. Người vận hành cĩ thể chuyển tải, cách ly sự cố và khơi phục cung cấp điện được thuận lợi hơn. Nếu như hệ thống đo lường cĩ sai số lớn thì người vận hành cũng như hệ thống tự động khơng xác định đúng trạng thái của lưới điện hiện tại thậm chí khơng phát hiện được sự cố để chuyển tải kịp thời hoặc tác động sai gây ảnh hưởng đến chất lượng cung cấp điện. Vậy để hệ thống đo lường được chính xác thì tốt nhất là tại mỗi phụ tải đều phải đặt máy đo nên địi hỏi số lượng máy đo rất lớn, chi phí cho hệ thống máy đo rất cao nên khơng khả thi. Nếu đặt máy đo tại các phát tuyến thì khơng khảo sát được sự biến đổi của dịng cơng
3. suất trên từng nhánh riêng lẻ. Vậy với số lượng máy đo cho trước chúng ta sẽ đặt tại vị trí nào trên một lưới điện cho trước để sai số ước lượng dịng cơng suất nhánh dựa vào những máy đo này là nhỏ nhất. Hoặc với một sai số của hệ thống đo cho trước thì số lượng máy đo cần đặt lên hệ thống là bao nhiêu và tại những vị trí nào là tối ưu. 2. Xây dựng phương pháp ước lượng dịng cơng suất nhánh Xét lưới phân phối hình tia đơn giản như hình 2: 0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 Hình 2. Đường dây phân phối hình tia Nếu xét tại một thời điểm ta cĩ các Pi là các giá trị phụ tải tại nút thứ i. Các tải Pi dao động th quanh các giá trị này ta cĩ được các giá trị tải thực Pi . Dựa vào phương pháp phân tích th dịng cơng suất ta được dịng cơng suất thực trên nhánh thứ i Pni . Giả sử đặt máy đo tại nút gốc thì: th th PPmd= n1 (1) th th Trong đĩ Pmd là cơng suất đọc từ máy đo khi tải là các giá trị thực tế Pi Khi cho các tải Pi dao dộng quanh giá trị trung bình của nĩ n lần (n mẫu). Ta lấy được: n th ∑ Pnij P th = j= 1 (2) TBni n n th ∑ Pmdj và P th = j= 1 (3) TBmd n m Tại một thời điểm bất kỳ giá trị các Pi thay đổi tương ứng cĩ các dịng cơng suất nhánh Pni . m th Các giá trị Pni là các giá trị chưa biết, ta chỉ biết được các giá trị đo thực tế Pmd . Vậy ta m cần ước lượng các giá trị Pni th th m PxPmd TBni Pni = th (4) PTBmd Gọi σ là sai số phần trăm mth PPni− ni σ=i th x100% (5) Pni 3. Vị trí đặt máy đo Sau khi xác định σi ta lặp lại phương pháp ước lượng và tìm sai số cho n mẫu ta cĩ được σij (j = 1 ÷ n). Sai số trung bình của nhánh thứ i trong n lần lặp là:
4. n ∑σij σ=j1= (6) i n σi được tính theo từng giờ trong ngày nên ta cĩ được σik (k = 1 ÷ 24) Xác định sai số lớn nhất cho từng σi σimax =σmax ik (7) Bắt đầu đi từ nút gốc đến nút lá tìm vị trí cĩ σ i max >β để đặt máy đo. Sau đĩ kiểm tra lại sai số nếu thỏa mãn điều kiện thì máy đo được đặt. Nếu chưa thỏa mãn điều kiện thì di chuyển máy đo xuống một nhánh. Tiếp tục thực hiện cho đến khi thỏa mãn điều kiện đặt ra. Nếu trong quá trình di chuyển máy đo mà sai số ước lượng những dịng cơng suất nhánh của những nhánh phía sau vi phạm điều kiện thì quay trở lại đặt máy đo và yêu cầu bổ sung thêm máy đo. Lưu đồ giải thuật như hình 3. Bắt đầu Nhập đồ thị phụ tải P, Q Cho P, Q của đồ thị phụ tải thay đổi ngẫu nhiên 20% quanh giá trị P, Q n lần Ước lượng dịng cơng suất nhánh từ máy đo gốc Chọn vị trí cĩ sai số ước lượng Tăng số lượng máy đo lớn hơn sai số ước lượng cho phép đặt máy đo Quay lại đặt máy đo Sai Ước lượng dịng cơng suất nhánh từ máy đo gốc và máy đo đặt Kiểá m tra sai số nhánh thêm Đúng phía sau Sai Kiểm tra sai số Di chuyển máy đo Đúng Kết thúc Hình 3. Lưu đồ giải thuật xác định vị trí đặt máy đo
5. 4. Kết quả Š Xây dựng thành cơng giải thuật xác định điểm đo trong hệ thống phân phối cĩ cấu trúc hình tia. Giải thuật xây dựng được thử nghiệm trên một số đường dây mẫu mà ứng dụng kiểm tra sai số ước lượng dịng cơng suất nhánh trên phát tuyến Trường Đua - Lữ Gia của trạm Trường Đua của lưới điện Phú Thọ. Š Kết quả đạt được từ mẫu thử nghiệm trên đường dây phân phối hình tia khơng rẽ nhánh đã đạt được mục tiêu đặt ra là sai số ước lượng dịng cơng suất nhánh giảm từ 6,52% xuống cịn 3,43%. Š Kết quả đạt được từ mẫu thử nghiệm trên đường dây phân phối hình tia cĩ rẽ nhánh đã thực hiện tìm vị trí tối ưu để đặt máy đo sao cho sai số ước lượng dịng cơng suất nhánh là bé nhất. Š Kết quả đạt được từ ứng dụng thử nghiệm trên lưới điện Phú Thọ là ước lượng dịng cơng suất nhánh dựa vào những máy đo cĩ sẳn và đề nghị đặt máy đo để giảm sai số ước lượng dịng cơng suất nhánh. III. KẾT LUẬN Š Giải thuật xây dựng cĩ những ưu điểm: - Xét ảnh hưởng của những máy đo với nhau để từ đĩ cĩ biện pháp giảm sai số ước lượng với số lượng máy đo trong phạm vi cho phép. - Tính tốn đơn giản. Š Dịng cơng suất trên các nhánh rẽ cĩ sai số ước lượng lớn nhưng khơng cần quan tâm đặt máy đo vì dịng cơng suất trên nhánh nhỏ nên ảnh hưởng rất ít đến vận hành của hệ thống điện phân phối. Š Thực hiện đặt máy đo phải xem xét trong một khoảng thời gian khơng nên chỉ xét tại một thời điểm. Š Giải thuật cho phép tận dụng những máy đo sẳn cĩ phù hợp với điều kiện Việt Nam khi cơng tác đánh giá trạng thái chưa được quan tâm nhiều. Điều này đã được kiểm chứng qua ứng dụng trên hệ thống điện phân phối Phú Thọ. Š Mơ hình ước lượng dịng cơng suất nhánh tuy chưa phải là tối ưu nhưng nĩ đã trợ giúp tốt cho phương pháp xác định điểm đo trong hệ thống phân phối này. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mesut E. Baran, Jingxiang Zhu and Arthur W. Kelley, “Meter placement for real- time monitoring of distribution feeders” IEEE Transactions on Power System, Vol.11, No.1, February 1996, pp. 332-337. [2] Mehmet K. Celik and W. H. Edwin Liu, “An incremental measurement placement for state estimation”, IEEE Transactions on power systems, Vol.10, No.3, August 1995, pp. 1698-1702. [3] Haijun Liu, David Yu and Hsiao-Dong Chiang, “A heuristic meter placement method for load estimation”, IEEE Transactions on Power System, Vol.17, No.3, August 2002, pp. 913-917. [4] Power Systems Engineering Research Center, “Power system state estimation and optimal measurement placement for distributed multi-utitity operation”, Final project report, A National Science Foundation, Industry/University Cooperative Research Center, since 1996.
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CƠNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên cĩ xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa cĩ sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CĨ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.