Xác định vị trí bù công suất phản kháng tối ưu sử dụng thuật toán AHP

Nội dung text: Xác định vị trí bù công suất phản kháng tối ưu sử dụng thuật toán AHP

1. XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TỐI ƢU SƢ̉ DUṆ G THUÂṬ TOÁ N AHP DETERMINING OPTIMAL VAR COMPENSATION PLACEMENT USING AHP ALGORITHM Trịnh Thanh Phong Đaị Hoc̣ sƣ phaṃ ky ̃ thuâṭ TP.HCM TÓM TẮT Cải thiện biên độ điện áp và giảm th iểu tổn thất công suất ở các trạng thái hoạt động khác nhau của hệ thống điện là hai yếu tố quan trọng nhất trong bài toán bù công suất phản kháng. Phương pháp xá c điṇ h vi ̣trí bù công suất phản khá ng tối ưu trong bà i bá o nà y đươc̣ tính toá n dưạ trên thuâṭ toán phân tích hệ thống phân cấp AHP và phân tích độ nhạy . Thuâṭ toá n phân tích đô ̣ nhaỵ giú p ta phân tích giá tri ̣độ nhạy của độ lợi điện áp VBF và độ lợi tổn thất LBF . Thuâṭ toá n AHP cung cấp cho ta công cu ̣ hữu ích để xem xét các hệ số một cách toàn diện trong việc lựa chọn và xắp xếp vị trí các nút bù công suất phản kháng . Hiêụ quả của thuâṭ toá n đề xuất đươc̣ chứ ng minh thông qua mô phỏng các phương án bù khác nhau cho hệ thống IEEE 14 nút với sự trợ giúp của phần mềm PowerWorld. Kết quả mô phỏng cho thấy tổng công suất bù và tổn thất công suất đều giảm so vớ i phương á n bù khác. Từ khoá : Thuâṭ toá n phân tích hê ̣thống phân cấp, bù công suất phản khá ng, tổn thất công suất. ABSTRACT Improving voltage amplitude and minimizing power losses in the various operating status of the power system are the two most important factors in the reactive power compensation problem. The method of determining the location for reactive power compensation optimization in this paper is calculated based on the analytic hierarchical process AHP and sensitivity analysis method. Sensitivity analysis methods help us analyze the sensitivity value of voltage benefit factor VBF and loss benefit factor LBF. AHP algorithm provides us with a useful tool to consider these factors thoroughly for the selection and ranking of the VAR support sites. The effectiveness of the proposed algorithm is demonstrated through simulation of various compensation schemes for IEEE 14 - bus system with the help of the PowerWorld software. Simulation results show that the total power compensation and power losses are lower than orthers algorithm. Keywords: Analytic hierarchical process, reactive power compensation, power losses. I. GIỚ I THIÊỤ Lưới điện phân phối hiện nay liên tục phát các đường dây vận hành gần giới hạn cho triển theo không gian và thời gian, ngoài việc phép nên hệ thống điện trở nên rất dễ bị nhiễu đáp ứng nhu cầu về công suất tác dụng cho loạn và mất ổn định. phụ tải chúng cũng cần phải đáp ứng nhu cầu Các nhiễu loạn trong hệ thống điện thường về công suất phản kháng. Mà nguồn dự trữ do sự cố thay đổi tải bất ngờ . Có nhiều giải công suất phản kháng của máy phát rất nhỏ pháp được đưa ra để chống các nhiễu loạn không đủ để đáp ứng nhu cầu của tải. Việc trên như: điều độ nguồn phát điện, cắt giảm truyền tải một lượng công suất lớn dẫn đến tải, xây dựng đường dây truyền tải, bù công
2. suất phản kháng. Nhưng giải pháp bù công thống điện. Trong môṭ bài toán bù công suất suất phản kháng để cải thiện chất lượng điện phản kháng một vấn đề quan troṇ g cần giải đươc̣ coi là môṭ giải pháp hơp̣ lý hơn cả , bù quyết đó là xác định vị trí bù tối ưu để bù công suất phản kháng còn là biện pháp giúp công suất phản kháng để tổn thất công suất chống nghẽn mạch đườ ng dây, giảm khả năng tác dụng của hệ thống điện là nhỏ nhất. cắt điện, tăng độ tin cậy truyền tải cho khách II. TÍNH TOÁN TẦM QUAN TRỌNG hàng, giảm chi phí sản xuất điện năng, đảm CỦA CÁC NÚT TẢI THEO AHP bảo lợi ích kinh tế, đồng thời tránh được tình Việc đầu tiên là tính toán các hệ số quan trạng đầu cơ tăng giá điện khi có sự cố trên trọng của các nút tải bởi AHP. Rất khó để tính đường dây. toán chính xác hệ số quan trọng của mỗi nút Hai thông số quan trọng nhất trong việc tải. Lý do là tính quan trọng tương đối của các khảo sát bù công suất phản kháng là tổn thất loại nút tải này là không giống nha u, chúng công suất tác dụng và biên đô ̣điện áp tại các liên quan đến các điều kiện hoạt động thị nút. Điện áp tại các nút phải luôn được duy trì trường năng lượng. Theo nguyên lý AHP , các trong giới hạn cho phép và tổn thất công suất hệ số quan trọng của các nút tải có thể được tác dụng của hệ thống điện càng nhỏ càng tốt. xác định thông qua việc tính toán các phán Sau các nhiễu loạn thì hệ thống điện phải đoán cơ bản, phản ánh sự so sánh và phán trở về trạng thái ban đầu của nó. Điều này rất đoán của một chuỗi cặp các hệ số. quan trọng trong việc duy trì ổn định của hệ Hình 2.1: Mô hình mạng phân cấp của việc sắp xếp các nú t bù công suất.
3. Ma trận phán đoán cơ bản A-LD của bài Trong đó Di K j nghĩa là nút tải D i được toán bù công suất phản kháng có thể được định vị trong tiêu chí Kj. viết như sau: Sau khi tính toán các hệ số quan trọng của W /W W /W W /W D1 D1 D1 D2 D1 Dn nút tải và các tiêu chí xác định vị trí bù công W /W W /W W /W D2 D1 D2 D2 D2 Dn (2.1) . . suất phản kháng tối ưu thì lợi ích đạt được tối A LD . . đa được tính toán và có được bằng phương . . pháp tiếp cận đề xuất. W /W W /W W /W Dn D1 Dn D2 Dn Dn III. TÍNH TOÁN HỆ SỐ ĐÔ ̣ LƠỊ BẰ NG Trong đó WDi là chưa biết, WDi/WDj là AHP thành phần của phán đoán cơ bản A -LD, mô Độ lợi điện áp (VBF) và độ lợi tổn thất (LBF) tả tương đối tầm quan trọng nút phụ tải thứ i được thể hiện như sau: được so sánh với nút tải thứ j . Giá trị của (PL0 PL (Qsi )) LBF i 100% i ND (3.1) WDi/WDj có thể đạt được theo kinh nghiệm i Qsi của các kỹ sư điện hoặc người vận hành hệ (Vi (Qsi ) Vi0 ) VBF i 100% (3.2) thống sử dụng một vài phương pháp cân bằng i Qsi tỷ lệ ví dụ phương pháp tỷ lệ “1-9” có thể Để đạt được các sự sắp xếp thống nhất các được sử dụng. địa điểm bù VAR, phương pháp AHP được sử Tương tự ma trận phán đoán về mứ c đô ̣ dụng. quan troṇ g giữa các tiêu chí bù A -PI có thể Ở đây mô hình phân cấp gồm 3 phần. Phần được viết như sau: đầu tiên là xếp hạng thống nhất các nút bù WK1 /WK1 WK1 /WK 2 WK1 /WKn W /W W /W W /W VAR. Phần thứ hai là các chỉ số hiệu suất, K 2 K1 K 2 K 2 K 2 Kn . . (2.2) trong đó PIS phản ánh tầm quan trọng tương A PI . . đối của các nút tải. PIP và PIV được xác định . . như sau: WKn /WK1 WKn /WK 2 WKn /WKn PIL = LBFi (3.3) Trong đó W là chưa biết; W /W là ki Ki Kj PIV = VBFi (3.4) thành phần cuả ma trâṇ phán đoán AP -I, mô Một cách rõ ràng vector riêng PIL và PIV tả tương đối quan trọng của tiêu chí thứ i có thể đạt được thông qua việc chuẩn hoá ma được so sánh với tiêu chí thứ j . Giá trị của trận. Tuy nhiên rất khó để đạt được chính xác W /W cũng có thể đạt được theo kinh Ki Kj PIS và vector đặc trưng tương ứng. Nhưng nghiệm của các kỹ sư điện hoặc là các nhà chúng ta có thể đạt được chúng thông qua vận hành hệ thống sử dụng các phương pháp việc tạo và tính toán ma trận phán đoán PIS cân bằng tỷ lệ. theo vị trí các nút tải trong lưới điện. Do đó Bởi vậy hệ số quan trọng duy nhất của nút hệ số xếp hạng hợp nhất các hệ số gia trọng tải Wi có thể đạt được từ phương trình sau: có thể được tính như sau: Wi Wkj .WDi Di K j (2.3) Wi = W(A – PIL)*W(PILSi) + W(A– PIV)*W(PIV – Si) + W(A–PIS)*W(PIS – Si)
4. IV. KẾ T QUẢ MÔ PHỎ NG TRÊN LƢỚ I ĐIÊṆ IEE 14 NÚT 1. Xác định vị trí bù tối ƣu Hình 4.1: Hệ thống điện IEEE 14 nút mô Hình 4.2: Mứ c đô ̣ quan troṇ g giữa cá c nú t phỏng bằng phần mềm powerworld phụ tải theo ba tiêu chí PIL , PIV , PIS. Bảng 4.1: Danh sách sắp xếp theo thứ tư ̣ cá c nút bù công suất phản kháng cho mạng IEEE 14 nút. Số PIL PIV PIS 0.14 Wi STT nút 0.528 0.333 S4 0.04015 0.04327 0.026230 0.03928 9 S5 0.10584 0.04423 0.026888 0.07438 7 S7 0.03832 0.08332 0.043992 0.05414 8 S9 0.06387 0.11488 0.044572 0.10801 6 S10 0.12226 0.11177 0.296361 0.11347 4 S11 0.09672 0.13850 0.112824 0.11298 5 S12 0.10401 0.14741 0.068527 0.11360 3 S13 0.16971 0.09266 0.156260 0.14234 2 Hình 4.3: Sắ p xếp theo mứ c đô ̣ quan troṇ g S14 0.25912 0.22396 0.224345 0.24280 1 của các nút khi bù công suất phản kháng. Vậy vị trí bù tối ưu theo thứ tự là S14, S13, S12, S10, S11, S9, S5, S7, S4.
5. 2. So sá nh phƣơng phá p sƣ̉ duṇ g thuâṭ toá n AHP vớ i phƣơng phá p lâp̣ triǹ h tuyến tính (LP) và phƣơng phá p điểm nôị (IP) Bảng 4.2: So sá nh phương phá p bù theo AHP Bảng 4.3: So sá nh phương phá p bù theo AH P và phương pháp LP. và phương pháp IP. Phương Phương Biến Biến Phương Biến số Biến số Phương pháp pháp số số pháp Xmin Xmax pháp IP AHP LP Xmin Xmax AHP T4-7 0.900 1.100 0.975 0.975 T4-7 0.900 1.100 0.975 0.975 T 0.900 1.100 1.100 1.100 T4-9 0.900 1.100 1.100 1.100 4-9 T 0.900 1.100 1.100 1.100 T5-6 0.900 1.100 1.100 1.100 5-6 Q 0.000 0.200 / 0.200 QS9 0.000 0.200 / 0.200 S9 QS11 0.000 0.200 / 0.059 QS10 0.000 0.200 0.058 / QS12 0.000 0.200 0.016 / QS11 0.000 0.200 0.018 0.050 Q 0.000 0.200 0.016 / QS13 0.000 0.200 0.058 0.170 S12 QS14 0.000 0.200 0.050 / QS13 0.000 0.200 0.058 0.161 VG1 1.000 1.100 1.100 1.100 QS14 0.000 0.200 0.050 / VG2 1.000 1.100 1.091 1.091 VG1 1.000 1.100 1.100 1.100 VG3 1.000 1.100 1.086 1.086 VG2 1.000 1.100 1.092 1.092 VG6 1.000 1.100 1.071 1.071 VG3 1.000 1.100 1.084 1.084 VG6 1.000 1.100 1.068 1.068 VG8 1.000 1.100 1.100 1.100 V 1.000 1.100 1.100 1.100 Tổn thất G8 / / 13.380 13.380 Tổn thất ban đầu / / 13.380 13.380 ban đầu Tổn thất / / 12.470 12.650 Tổn thất lúc sau / / 12.440 12.620 lúc sau Độ giảm Độ giảm tổn thất / / 6.950% 5.556% tổn thất / / 7.025% 5.680% (%) (%)
6. V. KẾ T LUÂṆ [4] Nguyễn Thị Hiên, “Bù công suất phản Bài báo đề xuất ra phương pháp xác điṇ h kháng nâng cao chất lượng điện năng lưới vị trí bù công suất phản kháng tối ưu dựa trên điện nông nghiệp”, Tạp chí khoa học công đô ̣lơị điện áp taị các nút , đô ̣lơị tổn thất công nghệ nông nghiệp tập 1, 2003. suất tác duṇ g của lướ i và tầm quan trọng của [5] PGS.TS Nguyêñ Hoàng Viêṭ , TS Phan các nút phụ tải. Thị Thanh Bình , “Ngắ n mac̣ h và ổn điṇ h Áp dụng bù công suất phản kháng cho lưới trong hê ̣thống điêṇ ” , Nhà xuất bản ĐHQG điêṇ IEEE 14 nút mẫu: Tp.HCM, 2005.  Xác định vị trí bù công suất phản [6] Jizhong Zhu, Ph.D, “Optimization of kháng tối ưu theo phương pháp đề xuất theo Power System Operation”, Institute of thứ tư ̣ là : S14, S13, S12, S10, S11, S9, S5, Electrical and Electronics Engineers, 2009. S7, S4. [7] M.G. Kendall and A. Stuart, “The  So sánh vớ i phương án bù theo thuâṭ Advanced Theory of Statistics”, 4th ed New toán lập trình tuyến tính phương pháp bù đề York: Macmillan, 1977. xuất có tổng dung lươṇ g bù là 12.4 Mvar (tại [8] T.L. Satty, McGraw Hill, Inc., “The các nút 14, 13, 12) so vớ i 42.9 Mvar (tại các Analytic Hierarchy Process”, New York, nút 9, 11, 13) và giảm tổn thất công suất tác 1980. dụng 6.950% so vớ i 5.556%. [9] Mukherjee, S.K., Recio and Douligeris,  So sánh vớ i phương án bù theo thuâṭ C, “Optimal power flow by linear toán điểm nội phương pháp bù đề xuất có programming basedoptimization”, IEEE. : tổng dung lươṇ g bù là 20 Mvar (tại các nút 527-529, 1992. 14, 13, 12,10,11) so vớ i 41.1 Mvar (tại các [10] Momoh, J.A., Austin, R.F., Adapa, R nút 9, 11, 13) và giảm tổn thất công suất tác and Ogbuobiri, E.C, “Application of interior dụng 7.025% so vớ i 5.680%. point method to economic dispatch”, IEEE. : TÀI LIỆU THAM KHẢO 1096-1101, 1992. [1] Trần Văn Vinh, Trương Văn Chương, “ Bù tối ưu công suất phản kháng lưới điện phân phối”, Tạp chí khoa học công nghệ Đại Học Đà Nẵng số 2, 2008. Thông tin liên hệ tác giả chính: [2] Nguyễn Trung, “ Nghiên cứu đánh giá Họ tên: Trịnh Thanh Phong vai trò và lựa chọn thiết bị FACTS sử dụng Đơn vị : Trườ ng Đaị Hoc̣ sư phaṃ kỹ thuâṭ cho hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015- TP.HCM 2020”, Tạp chí khoa học công nghệ Đại Học Điện thoại: (+84)0974247688 Đà Nẵng, 2011. Email: thanhphong.ct.11@gmail.com [3] Nguyễn Hồng Ánh, Lê Cao Quyền , “Lựa chọn thiết bị bù công suất phản kháng tối ưu cho lưới điện 500KV Việt Nam”, Tạp chí khoa học công nghệ Đại Học Đà Nẵng số 3, 2008.
7. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có 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 có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ 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.