Thiết kế website giám sát và đánh giá ổn định điện áp thị trường điện

64 Trần Phương Nam, Đinh Thành Việt, Lã Văn Út, Trần Tấn Vinh THIẾT KẾ WEBSITE GIÁM SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP THỊ TRƯỜNG ĐIỆN WEBSITE DESIGN FOR VOLTAGE STABILITY MONITORING AND ASSESSMENT IN PO[.]

64 Trần Phương Nam, Đinh Thành Việt, Lã Văn Út, Trần Tấn Vinh

THIẾT KẾ WEBSITE GIÁM SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP THỊ TRƯỜNG ĐIỆN

WEBSITE DESIGN FOR VOLTAGE STABILITY MONITORING

AND ASSESSMENT IN POWER MARKET

Trần Phương Nam 1 , Đinh Thành Việt 2 , Lã Văn Út 3 , Trần Tấn Vinh 4

1Trường Cao đẳng Công nghiệp Huế; Email: tpnam@hueic.edu.vn

2Đại học Đà Nẵng; Email: dtviet@udt.udn.vn

3Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; Email: utlavan@yahoo.com

4Trường Cao đẳng Công nghệ Thông tin, Đại học Đà Nẵng; Email: trantanvinh@hotmail.com

Tóm tắt - Trong vài thập niên gần đây, việc vận hành hệ thống điện

theo cơ chế thị trường điện được nhiều quốc gia trên thế giới quan

tâm nghiên cứu và áp dụng Tại Việt Nam, bắt đầu từ ngày 1/7/2012,

thị trường điện cạnh tranh nguồn phát đã chính thức vận hành, mở

ra một cơ chế mới trong vận hành và kinh doanh của ngành điện

Việc đánh giá và điều chỉnh điện áp trong thị trường điện thời gian

thực vừa đảm tính an toàn cho hệ thống điện vừa nâng cao hiệu quả

hoạt động thị trường điện Các website thị trường điện thường có

nhiều thông tin về thị trường điện, nhưng có rất ít các thông tin về

vấn đề kỹ thuật liên quan đến hệ thống điện trong điều kiện thị trường

điện Do đó, bài báo này nghiên cứu thiết kế website đánh giá ổn

định điện áp thị trường điện thời gian thực Website này được vận

hành bởi sự kết hợp giữa hệ thống SCADA/EMS của hệ thống điện

và hệ thống vận hành thị trường điện Đồng thời, website này được

thiết kế bằng ngôn ngữ lập trình ASP.net

Abstract - In recent decades, the operation of power systems in

the power market model has been researched and applied by many countries in the world In Vietnam, competitive source power market came into operation on July 1 st , 2012,opening a new mechanism in the operation and business of the electricity sector Voltage assessment and regulation in real-time power market not only ensures safety of the power system but also improves efficiency of power market However,on the power market website, there is much market information, but there is little technical information regarding the electricity system in the power market Therefore, this paper studies website design for voltage stability monitoring and assessment in real-time power market This website is operated in combination with SCADA/EMS system and power market operating system In addition,, this website is designed in ASP.net language

Từ khóa - ổn định điện áp; thị trường điện; hệ thống điện;

SCADA/EMS; ASP.net; website

Key words - voltage stability; power market; power system;

SCADA/EMS; ASP.net; website

1 Đặt vấn đề

Hiện nay, hệ thống cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin

(CNTT) phục vụ vận hành thị trường điện (TTĐ) được

nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm nghiên cứu và từng

bước hoàn thiện Tại Việt Nam, hệ thống cơ sở hạ tầng

CNTT phục vụ vận hành TTĐ đã được EVN xây dựng và

tiến hành lắp đặt theo đúng thiết kế tại Trung tâm Điều độ

hệ thống điện quốc gia (HTĐ), Công ty mua bán điện và

các nhà máy điện tham gia TTĐ Tất cả đã hoàn thành quá trình thử nghiệm và đi vào vận hành chính thức từ ngày 1/7/2012 Hoàn thiện cơ sở hạ tầng phải được bao gồm đồng bộ cả phần cứng và phần mềm của hệ thống CNTT Mặc dù các phần mềm phục vụ trong TTĐ thường chứa nhiều thông tin về các giao dịch trong TTĐ, nhưng các thông tin về kỹ thuật trong các phần mềm này thường rất hạn chế [1]

Hình 1 Sơ đồ cấu trúc tổng thể cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin thị trường phát điện cạnh tranh Việt Nam

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 12(85).2014, QUYỂN 2 65

Vấn đề phân tích và đánh giá ổn định điện áp (ÔĐĐA)

hệ thống điện trong TTĐ đã được một số công trình trên

thế giới nghiên cứu và công bố [7], [8], [9] Một phương

pháp mới SBC-OPF với mạng nơron được sử dụng phản

ánh cho ranh giới an toàn của HTĐ, kết quả sẽ hỗ trợ bài

toán OPF (optimal power flow) có những lời giải khả thi,

và có ràng buộc tốt hơn so với bài toán OPF truyền thống

[7] Một nghiên cứukhác dựa trên tối ưu bầy đàn PSO kết

hợp với mạng nơron ANN, chức năng tìm kiếm của PSO

sẽ hỗ trợ cho quá trình tính toán của mạng nơron ANN tạo

ra một công cụ phi tuyến nhằm đánh giá ổn định động trong

HTĐ trong cơ chế TTĐ [8] Một phương pháp kết hợp giữa

phương pháp Fuzzy c-means (FCM) và mạng nơron ANN

để áp dụng cho các nhà cung cấp trong việc theo dõi quá

trình cung cấp điện năng Phương pháp này đảm bảo sẽ

cung cấp các hợp đồng điện năng đảm bảo chất lượng điện

áp cho khách hàng TTĐ bán lẻ [9]

Mặt khác, vấn đề thiết kế Website liên quan đến giám

sát, phân tích và đánh giá các chỉ tiêu HTĐ trong cơ chế

TTĐ cũng được nhiều công trình trên thế giới nghiên cứu

Website PowerWeb được đề xuất để mô phỏng các giao

dịch trên TTĐ [10] Trong một nghiên cứu khác, một

Website được xây dựng với chức năng trao đổi thêm các

thông tin về truyền tải, nghẽn mạch trong quá trình vận

hành TTĐ [11] Ngoài ra, một nghiên cứu để kết hợp giữa

JAVA và MATLAB để xây dựng một Website để mô

phỏng trung tâm giao dịch TTĐ khả năng tính toán phân

tích HTĐ [12]

Trên cơ sở những phân tích trên, vấn đề đặt ra cần phải

hoàn thiện hơn nữa các phần mềm phục vụ vận hành TTĐ,

bên cạnh các thông về kinh tế trong giao dịch TTĐ thì cần

phải lồng ghép thêm các thông tin về kỹ thuật trong vận

hành HTĐ Bài báo này sẽ tập trung nghiên cứu thiết kế

Website giám sát và đánh giá ÔĐĐA TTĐ Website này

vận hành dựa trên cơ sở hạ tầng CNTT của TTĐ

2 Kết nối hệ thống SCADA/EMS với hệ thống vận

hành thị trường điện

2.1 Cấu trúc kết nối hệ thống SCADA/EMS với hệ thống

vận hành thị trường điện tại Việt Nam [2]

Hệ thống SCADA/EMS (Supervisory Control And Data

Acquisition) là hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ

liệu Cấu trúc định hướng của hệ thống SCADA/EMS phân

cấp định hướng (đơn vị vận hành hệ thống điện-SO) sẽ được

kết hợp với hệ thống quản lý TTĐ (đơn vị vận hành thị

trường điện-MO) đang có sẵn Theo cấu trúc đó hệ thống SO

được kết nối trực tiếp với hệ thống MO, trong đó hệ thống

SCADA/EMS chủ yếu tập trung vào nhiệm vụ thu thập,

giám sát và điểu khiển HTĐ Trong khi hệ thống MO có

nhiệm vụ chính là quản lý vận hành việc mua bán năng lượng

giữa các thành viên tham gia TTĐ

2.2 Cấu trúc cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin phục vụ

vận hành và giám sát hoạt động của Thị trường phát điện

cạnh tranh Việt Nam [1]

Hình 2 cho thấy cơ sở hạ tầng CNTT phục vụ vận hành

và giám sát hoạt động của Thị trường phát điện cạnh tranh

Việt Nam bao gồm 15 hệ thống CNTT con, mỗi hệ thống

con gồm các trang thiết bị phần cứng và phần mềm, được

liên kết với nhau thông qua việc kết nối trực tiếp hoặc qua

các giao thức kết nối thông tin mềm, nhằm đảm bảo các hoạt động vận hành, giao dịch trong thị trường phát điện cạnh tranh của các đơn vị tham gia TTĐ

3 Ổn định điện áp trong thị trường điện

3.1 Chào giá và đấu giá trong thị trường điện

Trong TTĐ ngày tới, các đơn vị phát điện phải nộp các bản chào giá điện năng Bản chào giá sẽ thể hiện các đường cung và đường cầu của đơn vị cung cấp điện và đơn vị tiêu thụ điện [5], [6], [13] Việc thực hiện đấu giá được căn cứ trên các bản chào của bên mua và bên bán, bản đấu giá được sắp xếp cho các dãy công suất có giá từ thấp đến cao đối với đường cung (Hình 2) và ngược lại từ cao đến thấp đối với đường cầu

Hình 2 Chào giá và đấu giá nguồn điện

3.2 Phần bố tối ưu công suất trong thị trường điện

Sau khi SO có được các bản chào theo các mức giá từ các đơn vị tham gia như đã trình bày ở trên, các bản chào

có thể được xấp xỉ thành các hàm bậc 2 hoặc bậc cao hơn của công suất với giá điện năng Do yếu tố của phụ tải thường không nhạy cảm với giá và nó được xác định rõ tại mỗi nút Dẫn đến lợi ích của các phụ tải là hằng số và thường không đưa và hàm tối ưu Trong trường hợp này, hàm phúc lợi xã hội sẽ trở thành cực tiểu tổng chi phí cung cấp điện của các nguồn phát điện [5], [6], [13]:

2

Việc giải hệ phương trình tuyến tính HTĐ gắn với cực tiểu hàm mục tiêu (1) Kết quả công suất tác dụng và phản kháng tại các nút [14]:

1

n

j

=

1

n

j

=

3.3 Chỉ số độ nhạy V-Q trong đánh giá ổn định điện áp

Hình 3 Đường cong Q-V

Trong đánh giá ÔĐĐA thời gian thực, phương pháp đánh giá bằng chỉ số độ nhạy V-Q thường được nghiên cứu

90

G1 G2 G1

30

G1 G1

10 G2

0 1 2 3 4 5 6 7 8

66 Trần Phương Nam, Đinh Thành Việt, Lã Văn Út, Trần Tấn Vinh

áp dụng Tại mỗi thời điểm vận hành chúng ta có thể giữ

CSTD không thay đổi và đánh giá ÔĐĐA bằng cách khảo

sát mối quan hệ giữa độ thay đổi của CSPK (Q) và điện áp

(V) tại các nút trong hệ thống

Khai triển các phương trình (2) và (3) thành chuỗi

Taylor có chứa các đạo hàm riêng bậc nhất và bỏ qua các

thành phần có chứa các đạo hàm riêng bậc cao ta có hệ

phương trình tuyến tính:







Trong đó:

P: vectơ độ thay đổi công suất tác dụng tại các nút

Q: vectơ độ thay đổi công suất phản kháng tại các nút

θ: vectơ độ thay đổi góc pha tại các nút

V: vectơ độ thay đổi điện áp tại các nút

Khi giữ P không đổi và xét mối liên hệ giữa Q và V các

phương trình tuyến tính sẽ được viết lại [14]:

1

R

V J− Q

Trong đó:

1

J =J −J J J   (6) Cuối cùng ma trận JR-1 được viết lại [14]:

1

R

V J Q

− =

Các phần tử đường chéo của JR-1 là độ nhạy V-Q

(dV/dQ) tại các nút, cũng chính là thể hiện độ dốc của

đường cong Q-V tại điểm vận hành Độ nhạy V-Q dương

thể hiện cho trạng thái vận hành ổn định, giá trị độ nhạy

V-Q càng nhỏ thì hệ thống càng ổn định và ngược lại

3.4 Đánh giá ổn định điện áp bằng mạng nơron MLP

Hình 4 Mạng nơ ron MLP trong đánh giá ÔĐĐA TTĐ

Cấu trúc mạng nơron MLP truyền thống trong đánh giá

ÔĐĐA HTĐ thời gian thực bao gồm năm vectơ đầu vào

[PgT, QgT, PgT, QgT, VgT] và một vectơ đầu ra dV/dQ đã được

nhiều công trình trên thế giới nghiên cứu [3], [4] Đối với

HTĐ trong cơ chế TTĐ, nhận thấy yếu tố về các bản chào

giá (CgT) đã nộp trong TTĐ ngày tới (mục 3.1) sẽ có ảnh

hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu vận hành HTĐ (trong đó có

chỉ tiêu về độ nhạy dV/dQ) Do đó, với cấu trúc được đề xuất

gồm sáu vectơ đầu vào [PgT, QgT, PgT, QgT, VgT, CgT] (Hình

4) đã cho thấy hiệu quả về giảm sai số đánh giá hơn so với

cấu trúc truyền thống Vấn đề này đã được nghiên cứu và

công bố trong các công trình khoa học có liên quan [3], [4]

4 Thiết kế Website giám sát và đánh giá ổn định điện

áp thị trường điện

4.1 Giới thiệu mô hình Web Client/Server

Mô hình Client/Server ứng dụng vào Web được gọi là

mô hình Web Client/Server Giao thức chuẩn được sử dụng giao tiếp giữa Web Server và Web Client là HTTP (HyperText Transfer Protocol)

Web Client (Web Browser): Các trình duyệt có vai trò như Client trong mô hình Client/Server, khi cần xem một trang Web cụ thể nào thì trình duyệt Web sẽ gửi yêu cầu lên cho Web Server để lấy nội dung trang Web đó Web Server: Khi nhận được yêu cầu từ một Client/Server, Web Server sẽ trả về nội dung file cho trình duyệt Web Server cho phép chuyển giao dữ liệu bao gồm văn bản, đồ họa, âm thanh, video tới người sử dụng Người

sử dụng chỉ cần trình duyệt xét Web để liên kết các máy chủ qua mạng IP nội bộ yêu cầu của người sử dụng được đáp ứng bằng cách nhấn chuột vào các chủ đề hoặc minh họa mẫu theo khuôn dạng HTML Những trang dữ liệu theo yêu cầu sẽ được gọi xuống từ máy chủ nào đó theo giao thức HTTP rồi hiển thị lên máy cá nhân

4.2 Thiết kế Website

Trong TTĐ, các trang thông tin điện tử được xây dựng với chức năng hỗ trợ cho việc vận hành TTĐ Các trang thông tin điện tử bao gồm trang thông tin điện tử nội bộ và trang thông tin điện tử công cộng, với chức năng công bố thông tin vận hành HTĐ và TTĐ công khai đại chúng và trong nội bộ ngành điện.Trong đó, các trang thông tin điện

tử nội bộ cung cấp nhiều thông tin quan trọng trong việc thực hiện các quy trình vận hành TTĐ (tiếp nhận bản chào giá, công bố các kết quả tính toán, lập kế hoạch và vận hành thị trường, đo đếm, thanh toán…) Qua quá trình nghiên cứu nhận thấy cần phải thêm vào nhiều hơn nữa các chức năng cung cấp thông tin về kỹ thuật trong đó có thông tin

về ổn định điện áp của HTĐ gắn với thông tin của TTĐ trong các trang thông tin nội bộ Các mảng thông tin cần được phân quyền truy cập theo các chức năng của từng đơn

vị trong TTĐ Nếu làm được điều đó việc vận hành HTĐ

và TTĐ sẽ trở nên an toàn và minh bạch hơn

Hệ thống CNTT trong thị trường điện của Việt Nam và các quốc gia trên thế giới đều được nâng cấp và vận hành đồng bộ bằng mạng WAN nội bộ Cấu trúc thông tin trong Website giám sát và đánh giá ÔĐĐA TTĐ được đề xuất với các Server máy chủ đặt tại các trung tâm điều độ và các máy Client đặt tại các đơn vị thành viên trong TTĐ (Hình 5) Các thông tin về công suất tác dụng, công suất phản kháng và điện áp tại các nút được lấy từ hệ SCADA/EMS, các thông tin về các bản chào giá của các GenCo được lấy

từ hệ thống chào giá Các phần mềm SCADA/EMS được áp dụng để đánh giá và lấy kết quả ÔĐĐA TTĐ thời gian thực, kết quả được lưu tại trung tâm dữ liệu Website sẽ truy cập các dữ liệu có liên quan đến ổn định điện áp bằng cách truy xuất dữ liệu từ trung tâm dữ liệu.Việc giao tiếp, hiển thị và công bố được thực hiện thông qua Website Ngôn ngữ ASP.NET được sử dụng để thiết kế Website Cấu trúc tổ chức của Website bao gồm 1 trang chủ Index và 4 trang chính về giới thiệu Website, hướng dẫn sử dụng Website, thống kê dữ liệu thu thập và đánh giá ÔĐĐA (Hình 6)

PgT

QgT

PlT

QlT

VT

CgT

dV/dQ

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 12(85).2014, QUYỂN 2 67

Hình 5 Cấu trúc thông tin của Website giám sát và đánh giá ÔĐĐA TTĐ

Hình 6 Cấu trúc tổ chức của Website giám sát

và đánh giá ÔĐĐA TTĐ

• Trang chủ: Đăng nhập theo các account được phân

quyền, nếu quá trình đăng nhập thành công trong trang chủ

sẽ xuất hiện 4 trang chính là trang chính giới thiệu, trang

chính hướng dẫn, trang chính dữ liệu thu thập và trang

chính ÔĐĐA

• Trang giới thiệu: Có chức năng cung cấp các thông

tin có liên quan về HTĐ và TTĐ, cũng như giới thiệu chung

về Website

Hình 7 Trang dữ liệu thu thập

• Trang dữ liệu thu thập (Hình 7): Có chức năng thu

thập và hiển thị cơ sở dữ liệu quá khứ và hiện tại về thông tin kỹ thuật tại các nút HTĐ Pg, Qg, Pd, Qd, V và thông tin các bản chào giá của các GenCo Cg

• Trang ổn định điện áp (Hình 8): Đây là trang có những thông tin quan trọng như hiện thị giá trị độ nhạy dV/dQ nhằm giám sát, đánh giá ÔĐĐA Đồng thời các cảnh báo về các nút yếu điện áp sẽ được thiết lập Thông tin được hiển thị dưới biểu đồ hoặc dạng bảng nhắm giúp cho người sử dụng thuận tiện trong quá trình giám sát

Hình 8 Trang ổn định điện áp

• Trang hướng dẫn: Có chức năng cung cấp các thông tin có liên quan về hướng dẫn sử dụng Website trong giám sát, đánh giá ÔĐĐA TTĐ

5 Kết luận

Hiện nay, cấu trúc cơ sở hạ tầng CNTT phục vụ vận hành và giám sát hoạt động của TTĐ đã và đang được nhiều quốc gia trên thế giới cũng như Việt Nam quan tâm phát triển Cơ sở hạ tầng CNTT phục vụ vận hành và giám sát hoạt động của TTĐ được kết hợp từ hệ thống SCADA/EMS và hệ thống vận hành TTĐ

Index.htm

GioiThieu.htm HuongDan.htm DuLieuThuThap.htm OnDinhDienAp.htm

68 Trần Phương Nam, Đinh Thành Việt, Lã Văn Út, Trần Tấn Vinh

Website giám sát và đánh giá ÔĐĐA TTĐ đã được thiết

kế và đề xuất nhằm công bố và giám sát ÔĐĐA trong điều

kiện TTĐ Website này là sự lồng ghép thêm thông tin về

kỹ thuật (ÔĐĐA) bên cạnh các thông tin mang tính kinh tế

trong các Website TTĐ Ngoài ra, Website này là công cụ

trực quan nhằm giúp cho các thành viên trong TTĐ có thể

nắm thêm được các thông tin có liên quan đến ÔĐĐA, dự

báo trước hoặc chuẩn bị các phương án chủ động trong việc

vận hành thị trường Mặt khác, Website sẽ bổ sung thêm 1

công cụ cho cấu trúc cơ sở hạ tầng CNTT phục vụ vận hành

và giám sát hoạt động của TTĐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bộ Công Thương, “Phê duyệt Thiết kế tổng thể, cơ sở hạ tầng công

nghệ thông tin cho vận hành và giám sát hoạt động của Thị trường

phát điện cạnh tranh Việt Nam”, số: 6941/2010/QĐ-BCT

[2] Viện năng lượng, “Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn

2011-2020 có xét đến năm 2030” (Quy hoạch điện VII-Chương 11),

2011

[3] A A El-Keib, X Ma “Application of artificial neural networks in

voltage stability assessment”, IEEE Transactions on Power Systems,

vol 10, no 4, Nov 1995, pp 1890-1896

[4] M La Scala, M Trovato “ A neural-based method for voltage

security monitoring”, IEEE Transactions on Power Systems, vol 11,

no 3, Aug 1996, pp 1332-1341

[5] Tran Phuong Nam, Dinh Thanh Viet, and La Van Ut, “Application

of neural network in voltage stability assessment in real-time power

market”, in Proc IEEE Conf IPEC 2012, Ho Chi Minh, Vietnam,

Dec 2012, pp 196-200

[6] Tran Phuong Nam, Dinh Thanh Viet, and La Van Ut, “Application of

SVC for voltage regulation in real-time power market”, in Proc IEEE

Conf ICIEA 2013, Melbourne, Australia, June 2013, pp 538-543

[7] Victor J Gutierrez-Martinez, Claudio A Cañizares, Claudio R Fuerte-Esquivel, and Alejandro Pizano-Martinez “Neural-Network

Security-Boundary Constrained Optimal Power Flow”, IEEE

Transactions on Power Systems, vol 26, no 1, Feb 2011, pp 63-72

[8] A Hoballah, and I Erlich “Online market-based rescheduling

strategy to enhance power system stability”, IET Generation,

Transmission & Distribution, vol 6, no 1, Jan 2012, pp 30-38

[9] R.F Chang, and C.N Lu “Load profile assignment of low voltage

for power retail market applications”, IEE Generation, Transmission

& Distribution, vol 150, no 3, 13 May 2003, pp 263-267

[10] Ray D Zimmerman, Robert J Thomas, Deqiang Gan, and Carlos Murillo-Sánchez “A Web-Based Platform for Experimental

Investigation of Electric Power Auctions”, Decision Support

Systems-Science Direct, vol 24, no 3-4, Jan 1999, pp 193-205

[11] D Hua, H.W Ngan, C.Y Chung, C.W Yu, K.P Wong, and F.S Wen “An ASP NET 2.0 Based Simulator for Studying Day ahead

Electricity Markets”, in Proc IEEE Conf PES 2007, Tampa, USA,

24-28 June 2007, pp 1-5

[12] J Contreras, A Losi, and M Russo “A Java/Matlab Simulator for

Power Exchange Markets”, in Proc Conf PICA 2001, Sydney,

Australia, 20-24 May 2001, pp 106-111

[13] Daniel Kirschen, Goran Strbac, 2004, Fundamentals of Power

System Economics, John Wiley & Sons, England

[14] P Kundur, 1994, Power System Stability and Control,

McGraw-Hill, New York

(BBT nhận bài: 14/09/2014, phản biện xong: 05/12/2014)