Bài giảng Vận hành và điều khiển hệ thống điện - Chương 4: Điều phối tối ưu công suất nhà máy nhiệt điện (Mới)

VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆNChương 4Điều Phối Tối Ưu Công Suất Nhà Máy Nhiệt ĐiệnKHÁI NIỆM VỀ ĐƯỜNG CONG CHI PHÍ2KHÁI NIỆM VỀ ĐƯỜNG CONG CHI PHÍ3Hàm chi phí có dạng:Fi = aiPi2+biPi+ciSuất chi phí: Fi/PiSuất tăng chi phí: ĐIỀU ĐỘ TỐU ƯU BỎ QUA TỔN THẤT45ĐIỀU ĐỘ TỐU ƯU BỎ QUA TỔN THẤTHàm mục tiêu:Thoả ràng buộc:Phát biểu bài toán(1)(2)(3)6ĐIỀU ĐỘ TỐU ƯU BỎ QUA TỔN THẤTNghiệm:(5)(4)Từ (4), ta cóPhân phối theo nguyên lý suất tăng chi phí bằng nhau(6)Giải bằng phương pháp Hàm Lagrange:7ĐIỀU ĐỘ TỐU ƯU BỎ QUA TỔN THẤT(8)(7)Từ (6) và (5):Giải (7):(9)Để xác định λ, thay (9) vào (8) và biến đổi:(10)8ĐIỀU ĐỘ TỐU ƯU BỎ QUA TỔN THẤTGiải bằng phương pháp lặp:Thay (9) vào (8):(11)Pt (11) có dạng:(12)Khai triển Taylor vế trái (12):(13)9ĐIỀU ĐỘ TỐU ƯU BỎ QUA TỔN THẤTTừ (13):(14)Trong đó:(15)10ĐIỀU ĐỘ TỐU ƯU BỎ QUA TỔN THẤTGiá trị mới của λ:Điều kiện dừng:(16)(17)11ĐIỀU ĐỘ TỐU ƯU BỎ QUA TỔN THẤTVí dụ 1:12ĐIỀU ĐỘ TỐU ƯU BỎ QUA TỔN THẤTPhương pháp giải tích:13ĐIỀU ĐỘ TỐU ƯU BỎ QUA TỔN THẤTPhương pháp lặp:14ĐIỀU ĐỘ TỐU ƯU BỎ QUA TỔN THẤT15ĐIỀU ĐỘ TỐi ƯU BỎ QUA TỔN THẤT, CÓ XÉT ĐẾN GIỚI HẠN CÔNG SUẤTHàm mục tiêu:Thoả ràng buộc:Phát biểu bài toán(18)(19)(20)16ĐIỀU ĐỘ TỐi ƯU BỎ QUA TỔN THẤT, CÓ XÉT ĐẾN GIỚI HẠN CÔNG SUẤTTính chất lời giải:17ĐIỀU ĐỘ TỐi ƯU BỎ QUA TỔN THẤT, CÓ XÉT ĐẾN GIỚI HẠN CÔNG SUẤTVí dụ 2:Giải bằng phương pháp lặp18ĐIỀU ĐỘ TỐi ƯU BỎ QUA TỔN THẤT, CÓ XÉT ĐẾN GIỚI HẠN CÔNG SUẤT19ĐIỀU ĐỘ TỐi ƯU BỎ QUA TỔN THẤT, CÓ XÉT ĐẾN GIỚI HẠN CÔNG SUẤT20ĐIỀU ĐỘ TỐi ƯU BỎ QUA TỔN THẤT, CÓ XÉT ĐẾN GIỚI HẠN CÔNG SUẤT21ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤT22ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤTTổn thất có thể được biểu diễn dưới dạng hàm bậc 2 của công suất các máy phát (công thức tổn thất Kron):Các hệ số Bij được gọi là hệ số tổn thất hoặc hệ số B. Hệ số B được xem là không đổi nếu chế độ vận hành thực tế gần với chế độ sử dụng để xác định hệ số B.(21)23ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤTHàm mục tiêu:Thoả ràng buộc:Phát biểu bài toán(22)(23)(24)24ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤTHàm Lagrange mở rộngμimax = 0 nếu Pi Pimin(25)(26)25ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤTNghiệm tối ưu thỏa :Hai pt cuối chỉ tồn tại khi CS máy phát vượt quá giới hạn(27)(28)(29)(30)26ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤTNếu CS máy phát nằm trong giới hạn, từ (27):được xác định từ (21):(31)(32)được biểu diễn(33)27ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤT(34)Thay (33) và (32) vào (31):Pt (34) được viết lại thành(35)28ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤTVới giá trị ước lượng của λ, giá trị tối ưu của Pi được xác định từ việc giải hệ phương trình trênKhai triển (35), dưới dạng ma trận/ vec tơ, ta có:(36)29ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤTQuá trình lặp:Công suất nhà máy i ở bước lặp k được xác định từ (35):(37)Thay (37) vào (23):(38)30ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤTỞ đây:Khai triển Taylor vế trái (38), ta có:(39)(40)(41)(42)31ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤTQuá trình được tiếp tục cho tới khi (43)Cập nhật giá trị mới của λ:(44)32ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤTQuá trình lặp được tóm tắt như sau: Bước 1: Cho giá trị ban đầu của λBước 2: Giải hệ (36) để tìm Pi, i = 1, , NBước 3: Tính ΔP từ (41). Nếu | ΔP | < ε, đến bước 5; Ngược lại, tính từ (42) và Δλ từ (40).Bước 4: Tính giá trị mới của λ từ (43), trở về bước 2Bước 5: Dừng33ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤTCác phương trình sửa dụng cho các bước lặp trở thành: Trong trường hợp đặc biệt, tổn thất công suất tác dụng có dạng:(45)(46)(47)34ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤTVí dụ 3:35ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤTChọn λ(1) = 8:36ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤT37ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤTGiá trị mới của λ: Quá trình lặp được tiếp tục với kết quả như sau:38ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤT39ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT TỔN THẤTQuá trình lặp được kết thúc ở bước 4 với |ΔP(4)|< 10-3, kết quả như sau:40ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT CẤU TRÚC MẠNG ĐIỆNF1P1F2P2FNPNPload1Pload2PloadMPower system network12NN+1N+2N+M41Hàm mục tiêu:Thoả ràng buộc:Phát biểu bài toán(48)(49)(50)ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT CẤU TRÚC MẠNG ĐIỆNNút máy phát (kể cả nút cân bằng):(bỏ qua giới hạn công suất phản kháng)42(51)(52)ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT CẤU TRÚC MẠNG ĐIỆNNút tải:Trong (49) – (52):(53)(54)43ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT CẤU TRÚC MẠNG ĐIỆNTrong (53) và(54):Re (.) và Im(.) là phần thực và phần ảo của biểu thức trong dấu ngoặc(.)* là liên hợp của biểu thức trong dấu ngoặcYbus là ma trận tổng dẫn nút của mạng điệnBài toán này được giải bằng chương trình Matlab, sử dụng hàm fmincon44ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT CẤU TRÚC MẠNG ĐIỆNThông số nhánhNút 1 Nút 2	 R(pu) X (pu) B (pu) 1 	 2 	0.0168 0.0650 0.1760 2 	 4 	0.0134 0.0520 0.1408 4 	 3 	0.0118 0.0455 0.1232 4 	 5 	0.0101 0.0390 0.1056 3 	 5 	0.0101 0.0390 0.1056 5 	 6 	0.0101 0.0390 0.1056 1 	 6 	0.0084 0.0325 0.0880 Ví dụ 4: Tính toán điều độ tối ưu cho HTĐ có các thông số và sơ đồ được cho như sau:45ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT CẤU TRÚC MẠNG ĐIỆNThông số tảiNút P(MW) Q (MVAr) 4	400	131,47 5	400	131,47 6	300	 98,60Thông số máy phátNút V(pu) 1	1,05 2	1,02 3	1,03Hàm chi phíF1= 0,008P12 +7P1 +200 F2= 0,009P22 +6,3P2 +180 F3= 0,007P32 +6,8P3 +14046ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT CẤU TRÚC MẠNG ĐIỆN124653300.0 MW98.60 MVAr400.0 MW131.47 MVAr400.0 MW131.47 MVAr47ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÓ XÉT CẤU TRÚC MẠNG ĐIỆNBài toán trên dược giải bằng chương trình Matlab