CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU .2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .4 NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI .5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÁC BƢỚC THỰC HIỆN. 7 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI .2 MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO (ANN).2 Sơ lƣợc về mạng nơron .3 Định nghĩa ANN .5 Mô hình mạng nơron .6 Quá trình học của mạng nơron. 26 Nguyễn Văn Hải – 1520614 vi Luan van Luận văn Thạc sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 2.7 Hàm mục tiêu .3 THUẬT TOÁN AHP.4 THUẬT TOÁN K-MEANS .1 Kỹ thuật phân cụm .2 Thuật toán K-means. 32 CHƯƠNG III: MẠNG NƠ RON TRUYỀN THẲNG VÀ THUẬT TOÁN LAN TRUYỀN NGƯỢC.1 MẠNG NƠRON TRUYỀN THẲNG .2 THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN THẲNG .3 THUẬT TOÁN LAN TRUYỀN NGƢỢC.1 Mô tả thuật toán .2 Sử dụng thuật toán lan truyền ngƣợc.
43 CHƯƠNG IV: SA THẢI PHỤ TẢI SỬ DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO .1 QUY TRÌNH MÔ PHỎNG LẤY MẪU TRONG POWERWORLD .1 Giới thiệu và quy trình lấy mẫu trong powerworlld .2 Mô phỏng sự cố ba pha cân bằng bằng powerworld .3 Dữ liệu sau mô phỏng .2 XÂY DỰNG TẬP MẪU HỌC VÀ CHUẨN HÓA DỮ LIỆU .3 PHÂN CỤM DỮ LIỆU BẰNG GIẢI THUẬT K-MEANS .4 ĐÁNH GIÁ TẦM QUAN TRỌNG CỦA PHỤ TẢI BẰNG AHP .5 HUẤN LUYỆN ANN .6 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC NHẬN DẠNG ANN. 70 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN .3 HƢỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN. 76 Nguyễn Văn Hải – 1520614 vii Luan van Luận văn Thạc sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh TÀI LIỆU THAM KHẢO. 80 Nguyễn Văn Hải – 1520614 viii Luan van Luận văn Thạc sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ANN Artificial Neural Network HTĐ Hệ thống điện MLFF Multi-layer Feed Forward LMS Least Means Square LC Load Center L Load CL Chiến Lược AHP Analytic Hierarchy Process Nguyễn Văn Hải – 1520614 ix Luan van Luận văn Thạc sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 2.1: Cấu trúc tổng quát của chương trình ILS .2: Nơron sinh học .3: Nơron nhân tạo .4: Hàm đồng nhất .5: Hàm bước nhị phân với được chọn bằng 1 .7: Hàm Sigmoid lưỡng cực .8: Mô hình ANN tổng quát .9: Mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp (Feed-forward neural network) .10: Mạng nơron hồi quy (Recurrent neutral network).11: Mô hình học có giám sát .12: Cây phân cấp AHP .13: Sơ đồ khối giải thuật K-means .1: Mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp .1: Mô hình điều khiển sa thải phụ tải khẩn cấp .2: Sơ đồ khối sa thải phụ tải khi hệ thống không ổn định .3: Sơ đồ hệ thống điện IEEE 10-máy 39-bus New England .4: Mô phỏng sự cố tại bus 37 .5: Tần số của hệ thống khi có sự cố bus 37 .6: Dữ liệu lấy mẫu khi có sự cố bus 37 .7: Mô hình trung tâm tải và các đơn vị tải .8: Sơ đồ khối các bước xác định tầm quan trọng các phụ tải theo phương pháp AHP .9: Sơ đồ các vùng trung tâm tải được xác định .10: Tần số hệ thống (sự cố bus 37) được áp dụng giải thuật sa thải đề xuất.
71 Nguyễn Văn Hải – 1520614 x Luan van Luận văn Thạc sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Hình 4.11: Góc rotor khi hệ thống (sự cố bus 37) được áp dụng giải thuật sa thải đề xuất .12: Góc rotor khi hệ thống có sự cố line 29-38 được áp dụng giải thuật sa thải đề xuất .13: Tần số hệ thống có sự cố đường dây 29-38 được áp dụng giải thuật sa thải đề xuất .14: Tần số hệ thống (sự cố bus 37) khi áp dụng giải thuật UFLS (sa thải phụ tải dưới tần số) .15: Tần số hệ thống (sự cố bus 37) khi áp dụng giải thuật sa thải truyền thống theo AHP. 74 Nguyễn Văn Hải – 1520614 xi Luan van Luận văn Thạc sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 1.1: Sa thải phụ tải theo độ dốc tần số sử dụng R81 .1: Chương trình sa thải tải của ERCOT .2: So sánh các tính năng của các phương pháp truyền thống và thông minh .3: Thang điểm so sánh mức độ ưu tiên (mức độ quan trọng) .4: Chỉ số ngẫu nhiên RI.1: Kết quả phân cụm dữ liệu .2: 4 trung tâm tải và các đơn vị tải .3: Ma trận phán đoán trung tâm phụ tải.4: Ma trận phán đoán trung tâm tải 1.5: Ma trận phán đoán trung tâm tải 2.6: Ma trận phán đoán trung tâm tải 3.7: Ma trận phán đoán trung tâm tải 4.8: Giá trị Mi của ma trận trung tâm phụ tải .9: Giá trị Mi của ma trận trung tâm tải 1 .10: Giá trị Mi của ma trận trung tâm tải 2 .11: Giá trị Mi của ma trận trung tâm tải 3 .12: Giá trị Mi của ma trận trung tâm tải 4 .13: Tổng giá trị Wi* của từng ma trận .14: Các giá trị Wkj của ma trận trung tâm phụ tải .15: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 1 .16: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 2 .17: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 3 .18: Các giá trị Wdi của các tải ở trung tâm phụ tải 4 .19: Hệ số quan trọng Wij của mỗi phụ tải .20: Thứ tự sa thải phụ tải theo AHP. 67 Nguyễn Văn Hải – 1520614 xii Luan van Luận văn Thạc sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Bảng 4.21: Chiến lược sa thải phụ tả tương ứng với từng cụm dữ liệu .22: Cụm dữ liệu đầu vào và ra .23: Kết quả huấn luyện và kiểm tra của bộ nhận dạng ANN.24: Bảng so sánh giá trị tần số của các phương pháp sa thải phụ tải. 75 Nguyễn Văn Hải – 1520614 xiii Luan van Luận văn Thạc sỹ GVHD:PGS.TS Quyền Huy Ánh CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU Hệ thống điện (HTĐ) đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia vì nó là một trong những hạ tầng cơ sở quan trọng nhất của nền kinh tế quốc dân.
Các ngành công nghiệp đang phát triển trong nền kinh tế này tạo ra sức ép lên ngành công nghiệp năng lượng phải cung cấp đủ công suất điện năng. Tải càng gia tăng thì việc truyền tải công suất cũng sẽ lớn dần lên. Việc này làm các điều kiện vận hành của hệ thống gần tới với giới hạn của chúng, với các phần phát điện, phần tuyền tải hay phần phân phối đều xảy ra những vấn đề riêng. Ngoài ra, dù có nguồn dự trữ phát điện thì cũng chưa đủ đáp ứng nhu cầu phụ tải.
Vì những lý do này, các hệ thống điện dễ trở nên mất ổn định và mất điện [1]. Để đảm bảo chế độ vận hành bình thường thì HTĐ cần thỏa mãn các điều kiện về an ninh, tin cậy, đảm bảo chất lượng điện năng, yêu cầu kinh tế. Tuy nhiên, các HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam nói riêng đang đối mặt với một số những khó khăn: Phụ tăng tăng quá nhanh dẫn đến vấn đề là sự ổn định về lưới điện. Lưới truyền tải quá dài, kém tin cậy, độ an toàn chưa cao.
Vấn đề cạn kiệt tài nguyên, dẫn đến cạn kiệt năng lượng điện. Sự xuất hiện và sử dụng càng nhiều năng lượng tái tạo, các phần tử điện công nghệ cao sử dụng nhiều các thiết bị điện tử công suất, làm khó khăn hơn trong quản lý, giám sát và điều khiển HTĐ. Thị trường hóa ngành điện, xu hướng kết nối các HTĐ với nhau làm HTĐ ngày càng phức tạp về quy mô, rộng lớn. Nguyễn Văn Hải – 1520614 1 Luan van Luận văn Thạc sỹ GVHD:PGS.TS Quyền Huy Ánh Tất cả các vấn đề trên khiến HTĐ đối mặt với những thách thức, làm nó nhạy cảm với các sự cố, các nhiễu loạn.
Thường thì các sự cố máy phát, tải thay đổi bất ngờ,… gây nên sự thay đổi cường độ, mất ổn định hệ thống. Điều này đặt ra 1 vấn đề lớn, đó chính là phải nghiên cứu hệ thống và theo dõi nó để ngăn chặn hệ thống mất ổn định. Hai thông số quan trọng trong việc theo dõi một hệ thống điện là điện áp và tần số. Cả hai phải được duy trì trong giới hạn quy định thì hệ thống vận hành bình thường.
Tần số chủ yếu bị ảnh hưởng bởi công suất tác dụng, điện áp thì bị ảnh hưởng bởi công suất phản kháng. Khi phụ tải kết nối vào hệ thống càng lớn thì sự chênh lệch công suất phát – tải càng lớn, gây sụt giảm tần số. Tương tự đối với điện áp, nhu cầu phản kháng của phụ tải ảnh hưởng đến độ lớn điện áp, và khi không thể đáp ứng, thì điện áp mất ổn định. Với hai trường hợp nêu ra này, thì chương trình sa thải phụ tải sẽ được nghiên cứu và áp dụng.
Vấn đề đáp ứng của chương trình sa thải phụ tải bằng các phương pháp khác nhau, và trong luận văn này, phương pháp sử dụng mạng noron nhân tạo (ANN) sẽ được xét đến vì khả năng đáp ứng cực kỳ nhanh chóng của nó, nhanh hơn các phương pháp khác ít nhất là 100 lần đã được chứng minh [2]. Trong hệ thống điện hiện đại, sa thải phụ tải là yêu cầu rất quan trọng, đặc biệt là trong môi trường điện cạnh tranh, bất kỳ khâu nào từ nguồn phát – truyền tải – phân phối đều có sự cạnh tranh. Việc tìm ra giải pháp tốt nhất để đảm bảo cấp điện liên tục là tiêu chí cực kỳ quan trọng. Sa thải phụ tải có thể được xác định như là lượng phụ tải phải cắt ra từ một hệ thống điện để giữ duy trì phần còn lại của hệ thống hoạt động.
Nó là một hoạt động điều khiển khẩn cấp. Việc giảm phụ tải này nhằm đáp ứng lại một sự nhiễu loạn của một hệ thống. Các kết quả đó là do thiếu hụt khả năng phát điện hoặc là tình huống quá tải của lưới. Các nhiễu loạn nói chung có thể gây nên các điều kiện Nguyễn Văn Hải – 1520614 2 Luan van Luận văn Thạc sỹ GVHD:PGS.TS Quyền Huy Ánh này bao gồm: Sự cố máy biến áp hay là sự cố đường dây truyền tải, mất tổ máy phát, lỗi thiết bị đóng ngắt, đóng cắt lượng tải lớn đột ngột.
Để hiểu rõ về sa thải phụ tải, cần tìm hiểu các vấn đề liên quan như ổn định HTĐ, hậu quả của mất ổn định, các nguyên nhân gây nên mất ổn định dẫn đến việc phải sa thải phụ tải.