Đề tài nghiên cứu khoa học: Xử lý dữ liệu cho bài toán phân lớp ổn định hệ thống điện

Chia sẻ: Kiều Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:79

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu khoa học "Xử lý dữ liệu cho bài toán phân lớp ổn định hệ thống điện" với mục tiêu nhằm đưa ra đề xuất mô hình song song làm gọn nhẹ mô hình huấn luyện nhưng không phù hợp cho chẩn giá ổn định hệ thống điện lớn nhiều máy.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài nghiên cứu khoa học: Xử lý dữ liệu cho bài toán phân lớp ổn định hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NCKH CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM XỬ LÝ DỮ LIỆU CHO BÀI TOÁN PHÂN LỚP ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2020-26TĐ S KC 0 0 7 3 0 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3/2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******** BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM XỬ LÝ DỮ LIỆU CHO BÀI TOÁN PHÂN LỚP ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN T2020-26TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS. NGUYỄN NGỌC ÂU Tp. Hồ Chí Minh – tháng 3/2021.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******** BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM XỬ LÝ DỮ LIỆU CHO BÀI TOÁN PHÂN LỚP ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN T2020-26TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS. NGUYỄN NGỌC ÂU Tp. Hồ Chí Minh – tháng 3/2021. i
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ ******** BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM XỬ LÝ DỮ LIỆU CHO BÀI TOÁN PHÂN LỚP ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN T2020-26TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS. NGUYỄN NGỌC ÂU Tp. Hồ Chí Minh – tháng 3/2021. ii
Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài và đơn vị phối hợp chính: Chủ nhiệm đề tài: TS. NGUYỄN NGỌC ÂU Đề tài được thực hiện tại: PHÒNG NGHIÊN CỨU NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ HỆ THÔNG ĐIỆN C201 KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM iii
MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài MỤC LỤC ................................................................................................................. iv LIỆT KÊ HÌNH ....................................................................................................... viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................x CÁC KÝ HIỆU ......................................................................................................... xi 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ....................................................................2 1.2 Tính cần thiết .................................................................................................2 1.3 Mục tiêu của đề tài.........................................................................................3 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................3 1.5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ....................................................3 1.6 Bố cục của đề tài ............................................................................................4 2.1 Ổn định động hệ thống điện ..........................................................................5 2.1.1 Các chế độ làm việc hệ thống ..............................................................5 2.1.2 Ổn định hệ thống điện .........................................................................5 2.2 Các phương pháp phân tích đánh giá ổn định động hệ thống điện ...............6 2.2.1 Mô hình toán học hệ thống điện nhiều máy ........................................7 iv
2.2.2 Phương pháp tích phân số ...................................................................7 2.2.3 Phương pháp diện tích .........................................................................8 2.2.4 Phương pháp trực tiếp .........................................................................9 2.2.5 Phương pháp mô phỏng theo miền thời gian ....................................11 2.3 Tóm tắt chương 2 .........................................................................................12 3.1 Mạng nơ-ron nhân tạo .................................................................................13 3.1.1 Giới thiệu về mạng nơ-ron nhân tạo..................................................13 3.1.2 Mô hình nơ-ron sinh học ...................................................................13 3.1.3 Mô hình nơ-ron nhân tạo ...................................................................14 3.1.3.1 Cấu trúc mô hình một nơ-ron nhân tạo .............................................. 14 3.1.3.2 Cấu trúc mô hình mạng nơ-ron nhân tạo nhiều lớp ..................... 16 3.1.4 Phân loại mạng nơ-ron ......................................................................17 3.1.5 Mạng Perceptron nhiều lớp ...............................................................18 3.1.6 Mạng nơ-ron Generalized Regression Nơ-ron Network (GRNN) ....19 3.1.6.1 Mạng Generalized Regression Nơ-ron Network ............................ 19 3.2 Bộ phân lớp K-Nearest Neighbor ................................................................20 3.3 Tóm tắt chương 3 .........................................................................................20 v
4.1 Xây dựng tập mẫu........................................................................................22 4.2 Chọn biến .....................................................................................................24 4.2.1 Phương pháp chọn biến .....................................................................25 4.2.2 Giải thuật BPSO trong lựa chọn biến ................................................25 4.2.2.1 Hàm mục tiêu chọn biến được đề xuất áp dụng vào giải thuật BPSO: ............................................................................................................................... 27 4.3 Tóm tắt chương 4 .........................................................................................28 5.1 Xây dựng mô hình nhận dạng ổn định động hệ thống điện.........................29 5.2 Áp dụng giải thuật BPSO chọn biến cho BPL nhận dạng ổn định động hệ thống điện ..................................................................................................................29 5.2.1 Sơ đồ hệ thống điện chuẩn IEEE 39-bus ...........................................29 5.2.2 Xây dựng tập mẫu và tập biến ban đầu .............................................30 5.2.3 Áp dụng giải thuật BPSO chọn biến .................................................31 5.2.3.1 Biến đầu vào và biến đầu ra ..................................................................... 31 5.2.3.2 Áp dụng giải thuật BPSO chọn biến ...................................................... 31 5.3 Xây dựng bộ phân lớp mạng nơ-ron Generalized Regression Nơ-ron Network (GRNN) ......................................................................................................35 5.4 Tóm tắt chương 5 .........................................................................................37 vi
6.1 Kết quả đạt được ..........................................................................................38 6.2 Hướng phát triển ..........................................................................................38 PHỤ LỤC vii
LIỆT KÊ HÌNH TRANG Hình 2.1 Phân loại ổn định hệ thống điện theo IEEE/CIGRE ............................................... 6 Hình 3.1 Mô hình nơ-ron sinh học...................................................................................... 13 Hình 3.2 Mô hình một nơ-ron nhân tạo .............................................................................. 15 Hình 3.3 Cấu trúc mô hình mạng nơ-ron nhân tạo nhiều lớp truyền thẳng ........................ 17 Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc mạng nơ-ron GRNN ..................................................................... 19 Hình 4.1 Các khâu cơ bản xây dựng mô hình nhận dạng .................................................... 21 Hình 4.2 Ma trận không gian dữ liệu ................................................................................... 24 Hình 4.3 Kỹ thuật chọn biến Filter. ..................................................................................... 25 Hình 4.4 Kỹ thuật chọn biến Wrapper. ................................................................................ 25 Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống điện IEEE 39 bus ........................................................................ 29 Hình 5.2 Đặc tuyến hội tụ của giải thuật chọn biến BPSO ................................................. 32 Hình 5.3 Bộ phân lớp GRNN ............................................................................................. 35 Hình 5.4 Kết quả huấn luyện bộ phân lớp GRNN .............................................................. 36 viii
LIỆT KÊ BẢNG TRANG Bảng 3.1 Một số hàm phi tuyến thường dùng trong các mô hình nơ-ron ............................ 16 Bảng 5.1 Kết quả thực thi chọn biến của giải thuật BPSO ................................................ 33 Bảng 5.2 Các biến được chọn ............................................................................................ 34 ix
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. HTĐ Hệ Thống Điện 2. ANN (Artificial Nơ-ron Network) Mạng Nơ-ron nhân tạo 3. GRNN (Generalized Regression Nơ-ron Mạng nơ-ron truyền thẳng Network ) nhiều lớp 4. K-NN (K-Nearest Neighbor) K láng giềng gần nhất 5. 1-NN K láng giềng gần nhất, K=1 6. Classifier Bộ phân lớp 7. CCT (Critical Clearing Time) Thời gian cắt tới hạn 8. FCT (Fault Clearing Time) Thời gian cắt sự cố 9. S (Stable) Ổn định 10. U (Unstable) Không ổn định 11. D(S), D(U), D(S,U) tập dữ liệu S, U và gồm (S,U) x
CÁC KÝ HIỆU 1.  Góc của rotor của máy phát 2.  Tốc độ góc của rotor mày phát 3. Pm Công suất cơ của máy phát 4. Pe Công suất điện của máy phát 5. M Mô-men quán tính của máy phát 6. w Trọng số 7. m Giá trị trung bình dữ liệu 8.  Độ lệch chuẩn của dữ liệu 9. 1 Nhãn lớp ổn định 10. 0 Nhãn lớp không ổn định 11. Ni Số nơ-ron ẩn xi
BM 08TĐ. Thông tin kết quả nghiên cứu TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ Tp. HCM, Ngày tháng 03 năm 2021 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Xử lý dữ liệu cho bài toán phân lớp ổn định hệ thống điện - Mã số: 2020-26TĐ - Chủ nhiệm: Nguyễn Ngọc Âu - Cơ quan chủ trì: Khoa Điện Điện Tử - Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM - Thời gian thực hiện: 12 tháng 2. Mục tiêu: - 12. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Xử lý dữ liệu cho bài toán phân lớp ổn định hệ thống điện. 3. Tính mới và sáng tạo: - Giới thiệu và áp dụng giải thuật chọn biến BPSO&1-NN vào chọn biến cho bài toán phân lớp ổn định hệ thống điện. 4. Kết quả nghiên cứu: - Áp dụng thành công giải thuật chọn biến BPSO&1-NN vào chọn biến cho bài toán phân lớp ổn định hệ thống điện và kiểm tra giải thuật trên sơ đồ IEEE 39bus. xii
5. Sản phẩm: -Sản phẩm khoa học: Đăng 01 bài báo trên tạp chí: International Journal of Ad- vanced Engineering, Management and Science (IJAEMS). -Thuyết minh báo cáo kết quả nghiên cứu. 6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: -Đề tài là tài liệu phục vụ cho những người quan tâm nghiên cứu liên quan đến xử lý dữ liệu trong đánh giá ổn định động hệ thống điện dùng phương pháp nhận dạng. Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) Nguyễn Ngọc Âu xiii
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: Processing data for power system stability classification. Code number: T2020-26TĐ Coordinator: Faculty Electrical and Electronics Engineering Implementing institution: HCMUTE Duration: from to 2. Objective(s): - Processing data for power system stability classification. 3. Creativeness and innovativeness: - Introducted and applicated the BPSO&1-NN algorithm to select variables for classification of power system stability. 4. Research results: - Successfully applied the BPSO&1-NN algorithm to select variables for the power system stable classification. 5. Products: -01 paper: International Journal of Advanced Engineering, Management and Sci- ence (IJAEMS). - Document report of study results 6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: xiv
- This study results can be a guideline and reference for researchers, electrical engi- neers in this area. - The study results in the project can be synthesized for the problem of controlling the power system stability such as the load shedding control. xv
T2020-26TĐ MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu Bài toán phân lớp ổn định HTĐ được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu trong thời gian gần đây. HTĐ vận hành luôn đối mặt với các trường hợp sự cố xảy ra, mất ổn định HTĐ cần phát hiện sớm giúp điều khiển tránh tan rã lưới. Các phương pháp truyền thống tốn nhiều thời gian giải gây chậm trễ trong ra quyết định điều khiển [1]. Để xây dựng bộ phân lớp thì xử lý dữ liệu là rất quan trọng giúp cho mô hình làm việc hiệu quả. Bài báo [2] trình bày tổng quan về hệ thống thông minh đánh giá ổn định hệ thống điện. Bài báo [3] sử dụng kỹ thuật thống kê khám phá mẫu để phân lớp chế độ ổn định HTĐ, Các tác giả trong [4] sử dụng giải thuật phân cụm mờ có giám sát để phân chia nhóm các đặc trưng cho đánh giá ổn định hệ thống điện. Bài báo [5] ứng dụng mạng neural thống kê GRNN đánh giá ổn định quá độ HTĐ. Bài báo [6], [7] đề xuất mô hình song song làm gọn nhẹ mô hình huấn luyện nhưng không phù hợp cho chẩn giá ổn định hệ thống điện lớn nhiều máy. Do yêu cầu về thời gian phân lớp cho chế độ khẩn cấp, nên không gian dữ liệu cần xử lý, trong đó chọn những biến đầu vào có tính đại diện cao giúp mô hình làm việc hiệu quả. Các công trình công bố gần đây chỉ áp dụng phương pháp xếp hạng để chọn biến nên tập biến chưa tối ưu. Bài báo [8], [9] áp dụng hàm Fisher để xếp hạng chọn biến. Bào báo [8] ngoài hàm Fisher còn giới thiệu hàm Divergence và giải thuật Relief để xếp hạng chọn biến. 1.2 Tính cần thiết Hệ thống điện vận hành luôn đối mặt với các trường hợp sự cố xảy ra như cắt điện một máy phát, cắt điện đường dây, gia tăng tải đột ngột, cắt máy biến áp, và nguy hiểm nhất là ngắn mạch ba pha, .... Khi sự cố xảy ra gây mất ổn định cần phải phát hiện nhanh thì cơ hội điều khiển đưa hệ thống điện trở về trạng thái ổn định khả thi hơn. Các phương pháp truyền thống tốn nhiều thời gian giải. Vì vậy, phương pháp nhận dạng được đặc biệt quan tâm nghiên cứu áp dụng phân lớp ổn định hệ thống điện. Tuy nhiên, bộ phân lớp nhận dạng ổn định hệ thống điện cần không gian dữ liệu được xử lý nhằm chọn những biến đầu vào có tính đại diện cao, giúp 2
T2020-26TĐ mô hình làm việc hiệu quả. Các công trình công bố gần đây chỉ giới thiệu áp dụng phương pháp xếp hạng để chọn biến. Trong nghiên cứu này giới thiệu áp dụng phương pháp Wrapper để xử lý biến dữ liệu đầu vào cho bộ phân lớp. Trong đó, giải thuật BPSO kết hợp với bộ nhận dạng K-NN (K=1) hay 1-NN để tìm kiếm tập biến đầu vào đặc trưng cho tập dữ liệu. Kết quả kiểm tra trên sơ đồ mạng điện chuẩn IEEE – 39 bus cho giảm biến hiệu quả với độ chính xác cao. 1.3 Mục tiêu của đề tài  Xử lý dữ liệu cho bài toán phân lớp ổn định HTĐ. 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: - Phân lớp ổn định động hệ thống điện. - Đánh giá hiệu quả của phương pháp đề xuất trên hệ thống điện chuẩn IEEE 39-bus.  Phạm vi nghiên cứu: - Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vấn đề nghiên cứu xử lý mẫu nhằm phục vụ xây dựng mô hình phân lớp đánh giá ổn định động hệ thống điện và kiểm tra mô hình đề xuất trên hệ thống điện chuẩn IEEE 39-bus. 1.5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu các tài liệu, các bài báo, các sách về chẩn đoán ổn định hệ thống điện. - Nghiên cứu giải thuật giảm không gian biến của tập dữ liệu. - Xây dựng hệ thống nhận dạng thông minh dựa trên cơ sở các bộ phân lớp phân lớp (ANN, K-NN), giảm không gian biến của tập dữ liệu. - Đánh giá phương pháp đề xuất trên sơ đồ lưới điện chuẩn IEEE 39-bus. - Nghiên cứu với sự trợ giúp của các phần mềm Matlab, PowerWorld. 3
T2020-26TĐ 1.6 Bố cục của đề tài Bố cục của luận án bao gồm 6 chương: Chương 1. Mở đầu Chương 2. Ổn định hệ thống điện Chương 3. Các bộ phân lớp Chương 4. Giải thuật xử lý dữ liệu trong bài toán phân lớp ổn định HTĐ. Chương 5. Xây dựng mô hình bộ phân lớp đánh giá ổn định HTĐ. Chương 6. Kết luận 4