Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Bảng 3.1 - Sản lượng điện 2005 tại Việt Nam

Bảng 3.1 - Sản lượng điện 2005 tại Việt Nam

Tải bản đầy đủ - 0trang

Luận văn tốt nghiệp



Phương pháp Heuristic tối ưu phân bố công suất trong hệ thống điện



Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình phát điện với chi phí nhỏ nhất là vận hành

hiệu quả các tổ máy phát điện, chi phí nhiên liệu và tổn thất trên đường dây truyền tải.

Hầu hết các tổ có hiệu suất cao trong hệ thống thường khơng đảm bảo chi phí nhỏ nhất

do chúng thường nằm trong vùng có chi phí nhiên liệu đắt. Ngồi ra nếu vị trí nhà máy

xa trung tâm phụ tải, tổn thất trên đường dây truyền tải có thể lớn hơn đáng kể và vì

thế gây lãng phí điện năng. Trước tình hình trên, vấn đề xác định điện năng phát của

các tổ máy sao cho tổng chi phí vận hành là thấp nhất. Chi phí vận hành đóng vai trò

quan trọng trong hoạch định kinh tế và được đề cập trong chương này.

Ngõ vào của nhà máy nhiệt thông thường được đo bằng đơn vị Btu/h và ngõ ra

được đo bằng đơn vị MW. Đường đặc tính vào ra được đơn giản hóa cho một tổ máy

nhiệt coi như đường đặc tính tỉ lệ nhiệt như trình bày trên hình 3.2.



Nhiên liệu đầu vào (Btu/h)



0



Pi(MW)



Hình 3.3 trình bày sự chuyển đổi thông thường đường cong tỉ lệ nhiệt trong đơn vị

Btu/h sang đường đặc tính chi phí nhiên liệu trong đơn vị $/h. Trong tất cả những

trường hợp thực tế, chi phí nhiên liệu của nhà máy i có thể được miêu tả dưới dạng

phương trình bậc hai theo công suất tác dụng phát:

(1.21)

Thông qua vẽ đồ thị đạo hàm bậc nhất của đường đặc tính chi phí nhiên liệu theo

công suất tác dụng sẽ thu được nhiều đặc điểm quan trọng. Đồ thị này được hiểu như

đường cong suất tăng chi phí nhiên liệu như thể hiện ở hình 3.4.

Chương 3



29



Luận văn tốt nghiệp



Phương pháp Heuristic tối ưu phân bố công suất trong hệ thống điện



(1.22)

Đường cong suất tăng chi phí nhiên liệu là sự đo lường cách chi phí để gây ra lợi

nhuận lần sau cho nhà máy. Tổng chi phí vận hành bao gồm chi phí nhiên liệu, chi phí

lao động, chi phí vận hành và bảo dưỡng. Những chi phí này được coi là phần cố định

của chi phí nhiên liệu và thường tính đến trong đường đặc tính suất tăng chi phí nhiên

liệu.



0

Hình 3.4. Đường cong suất tăng chi phí nhiên liệu



3.2.



Vận hành kinh tế bỏ qua tổn thất và không hạn chế điện năng phát



Bài toán vận hành kinh tế đơn giản nhất là trường hợp bỏ qua tổn thất trên đường

dây truyền tải, điều đó có nghĩa, mơ hình bài tốn không quan tâm đến cấu trúc hệ

thống và trở kháng đường dây. Thực chất, mơ hình giả thuyết rằng hệ thống chỉ có một

thanh góp với tất cả máy phát và tải nối vào thanh góp như thể hiện dưới dạng giản đồ

trong hình 3.5.

C1



P1



C1



C1



Pnag



P2



PD

Hình 3.5. Các nhà máy liên kết đến một thanh cái



Khi bỏ qua tổn thất trên đường dây truyền tải, tổng nhu cầu tải P D bằng tổng cơng

suất phát. Giả thiết hàm chi phí C i của mỗi nhà máy được biết trước. Vấn đề là tìm

Chương 3



30



Luận văn tốt nghiệp



Phương pháp Heuristic tối ưu phân bố công suất trong hệ thống điện



công suất tác dụng phát cho mỗi nhà máy để tối thiểu hàm mục tiêu (ví du: tổng chi

phí sản xuất) được xác định như phương trình

(1.23)

Hàm ràng buộc:



(1.24)

Trong đó:

Ct : là tổng chi phí sản xuất.

Ci : chi phí sản xuất của nhà máy thứ i.

Pi : công suất tác dụng phát của nhà máy thứ i.

PD : tổng nhu cầu tải.

ng : tổng số nhà máy phát điện có thể vận hành.

Một phép tính gần đúng điển hình là cộng thêm hàm ràng buộc vào hàm mục tiêu

bằng cách sử dụng phương pháp nhân tử Lagrang:

(1.25)

Cực tiểu hàm chi phí L có kể đến ràng buộc cân bằng được thiết lập ở điểm mà tại

đó đạo hàm từng phần theo các biến số của hàm số bằng 0:

(1.26)

(1.27)

Điều kiện thứ nhất, cho bởi (1.26), kết quả là :



Từ :



Thì:



Và vì vậy điều kiện cho vận hành tối ưu là:

1.28)

Hay:

Chương 3



31



Luận văn tốt nghiệp



Phương pháp Heuristic tối ưu phân bố công suất trong hệ thống điện



(1.29)

Điều kiện thứ hai, được cho bởi (1.27), kết quả bằng:

(1.30)

Phương trình (1.30) là ràng buộc dạng cân bằng, điều này được áp đặt. Nói tóm

lại, khi bỏ qua tổn thất trên đường dây và không hạn chế điện năng phát, để tối ưu vận

hành kinh tế, tất cả các nhà máy phải vận hành ở cùng độ tăng chi phí sản xuất nhưng

vẫn thỏa mãn ràng buộc dạng cân bằng được cho bởi (1.30). Để tìm được kết quả, giải

(1.29) thì được:

(1.31)

Mối tương quan cho bởi (1.31) được hiểu như những phương trình hiệu chỉnh. Pi

là hàm của λ. Phương pháp giải tích có thể tìm được λ bằng cách thay Pi vào (1.30).

(1.32)

Hoặc:



(1.33)

Thay giá trị λ tìm được từ (1.33) vào (1.31) để đạt kế hoạch tối ưu máy phát.

Lời giải của bài toán vận hành kinh tế bỏ qua tổn thất công suất được thiết lập theo

phương pháp giải tích. Tuy nhiên khi tính đến tổn thất kết quả những phương trình

(1.6) là khơng tuyến tính và được giải theo phương pháp lặp. Như vậy, phương pháp

lặp được giới thiệu và (1.31) phải được giải theo phương pháp lặp. Trong kỹ thuật

nghiên cứu phương pháp lặp, bắt đầu với hai giá trị của λ, lấy giá trị λ bằng phép

ngoại suy và quá trình lặp được tiếp tục mãi đến khi ∇Pi trong phạm vi độ chính xác

cho trước. Tuy nhiên, như đề cập ở trên, sử dụng phương pháp Gradient có thể tìm

được vận hành tối ưu một phương pháp nhanh chóng. Để làm điều này, (1.32) được

viết thành:

(1.34)

Khai triển Taylor bên trái của phương trình trên về điểm vận hành λ(k) bỏ qua

những thành phần đạo hàm bậc cao kết quả như sau:

(1.35)

Hoặc:



Chương 3



32



Luận văn tốt nghiệp



Phương pháp Heuristic tối ưu phân bố cơng suất trong hệ thống điện



(1.36)

Hoặc:



(1.37)

Và vì vậy:

(1.38)

Trong đó :

(1.39)

Quá trình được tiếp tục mãi đến khi ∇P(k) nhỏ hơn một sai số cho trước.

Vận hành kinh tế bỏ qua tổn thất công suất trên đường dây và kể đến giới hạn

phát của tổ máy

3.3.



Công suất đầu ra của tất cả máy phát không được vượt quá cũng không được dưới

giới hạn của nó, điều đó cần thiết cho vận hành nồi hơi ổn định. Như vậy, công suất

phát bị hạn chế để nằm trong phạm vi giới hạn công suất lớn nhất và nhỏ nhất. Vấn đề

là xác định công suất khả phát cho mỗi nhà máy để hàm mục tiêu cho bởi công thức

(1.23) là thấp nhất, hàm ràng buộc theo công thức (1.24) và hàm ràng buộc dạng

khơng cân bằng được cho bởi:

(1.40)

Trong đó Pimin và Pimax là giới hạn công suất nhỏ nhất và lớn nhất của nhà máy i.

Các điều kiện Kuhn – Tucker bổ sung cho điều kiện Lagrang để tính đến ràng

buộc dạng khơng cân bằng vì những giới hạn thêm vào. Điều kiện cần cho vận hành

kinh tế bỏ qua tổn thất công suất tác dụng trên lưới theo công suất phát trở thành:

để

để



(1.41)



để

Lời giải bài toán bằng phương pháp số giống như trước. Đó là cho giá trị ước

lượng, từ biểu thức (1.31) tìm được P i và tiếp tục phép lặp mãi đến khi ∑Pi=PD. Ngay

khi, bất kì nhà máy nào đạt đến giá trị công suất phát lớn nhất hoặc nhỏ nhất, nhà máy

đó được giữ cố định ở giới hạn công suất phát. Trong thực tế, công suất phát của nhà



Chương 3



33



Luận văn tốt nghiệp



Phương pháp Heuristic tối ưu phân bố công suất trong hệ thống điện



máy là hằng số, và chỉ những nhà máy không bị vi phạm phải vận hành ở cùng suất

tăng chi phí sản xuất.

3.4.



Vận hành kinh tế kể đến tổn thất công suất



Khi khoảng cách truyền tải ngắn và mật độ tải cao, tổn thất trên đường dây truyền

tải có thể bỏ qua và vận hành kinh tế tổ máy đạt được khi tất cả các nhà máy vận hành

ở cùng suất tăng chi phí sản xuất. Tuy nhiên, trong hệ thống điện có nhiều liên kết,

điện năng được truyền tải qua khoảng cách dài, với mật độ tải của các vùng thấp, tổn

thất trên đường dây là yếu tố chính ảnh hưởng đến vận hành tối ưu tổ máy. Một thực tế

phổ biến kể đến ảnh hưởng của tổn thất trên đường dây truyền tải là biểu diễn tổng tổn

thất trên đường dây bằng phương trình bậc 2 (phương trình tồn phương) theo cơng

suất tác dụng khả phát. Dạng phương trình bậc 2 đơn giản nhất là:

(1.42)

Công thức tổn thất tổng quát hơn bao hàm thành phần tuyến tính và thành phần

không đổi, xem như công thức tổn thất của Kson, đó là:

(1.43)

Những hệ số Bij được gọi là hệ số tổn thất hoặc hệ số B. Chúng được giả thiết là

hằng số, và sai số hợp lý có thể đạt được đã cung cấp những điều kiện vận hành thực

tế, ở đó, các hệ số B được tính tốn. Có nhiều cách khác nhau để thành lập phương

trình tổn thất. Mục 3.5 sẽ trình bày cách để tìm những hệ số B.

Bài toán vận hành kinh tế là cực tiểu tồn bộ chi phí vận hành C i, Ci là hàm số theo

công suất phát của nhà máy:

(1.44)

Hàm ràng buộc là công suất phát bằng tổng công suất phụ tải và tổn thất trong lưới

điện:

(1.45)

Đồng thời thỏa mãn ràng buộc dạng không cân bằng, được biểu diễn như sau:

Pi(min) ≤ Pi ≤ Pi(max) với i =1,…, ng



(1.46)



Trong đó: Pi(min) và Pi(max) lần lượt là giới hạn công suất phát nhỏ nhất và giới hạn

công suất phát lớn nhất của nhà máy i.

Sử dụng phương pháp nhân tử Lagrang và cộng những điều kiện thêm vào để kể

đến ràng buộc dạng khơng cân bằng thì được:

(1.47)



Chương 3



34



Luận văn tốt nghiệp



Phương pháp Heuristic tối ưu phân bố công suất trong hệ thống điện



Các ràng buộc được hiểu theo nghĩa µi(max)=0 khi Pi ≤ Pi(max) và µi(min)=0 khi

Pi>Pi(min).

Nói cách khác, nếu ràng buộc khơng bị vi phạm thì biến µ=0 và các thành phần có

giá trị của µ trong biểu thức (1.47) khơng tồn tại. Ràng buộc chỉ kể đến khi chúng bị vi

phạm. Cực tiểu hàm chi phí L có kể đến ràng buộc dạng khơng cân bằng được tìm thấy

ở điểm mà tại đó đạo hàm riêng phần của nó bằng 0:

(1.48)

(1.49)

(1.50)

(1.51)

Phương trình (1.50) và (1.51) hàm ý rằng P i khơng được phép vượt ra ngồi giới

hạn của nó, khi Pi trong phạm vi giới hạn của nó µi(min) = µi(max) = 0, hàm Kuhn – Tucker

và hàm Lagrang là như nhau. Điều kiện thứ nhất, được cho bởi (1.48), kết quả là:



Từ:



Thì:



Và điều kiện vận hành tối ưu là:

(1.52)

Thành phần



được biết như tổn thất truyền tải gia tăng.



Điều kiện thứ 2, được cho bởi (1.49), kết quả là :

(1.53)

Phương trình (1.53) rõ ràng là ràng buộc dạng cân bằng đã được áp đặt.

Một cách kinh điển, phương trình (1.52) được sắp xếp lại như sau:



Chương 3



35



Luận văn tốt nghiệp



Phương pháp Heuristic tối ưu phân bố công suất trong hệ thống điện



(1.54)

Hoặc:

(1.55)

Trong đó Li được hiểu như hệ số phạt của nhà máy i và được cho bởi:



(1.56)

Vì vậy, ảnh hưởng của tổn thất công suất trên đường dây truyền tải là để giới thiệu

hệ số tiền phạt, đó là một giá trị phụ thuộc vào vị trí của nhà máy. Phương trình (1.55)

thể hiện rằng chi phí sản xuất tối thiểu khi suất tăng chi phí sản xuất của mỗi nhà máy

tăng lên nhiều lần do hệ số tiền phạt thì như nhau cho tất cả các nhà máy. Suất tăng chi

phí sản xuất được cho bởi (1.22) và từ công thức (1.43), tổn thất truyền tải gia tăng

được xác định như sau:

(1.57)

Thay thế biểu thức suất tăng chi phí sản xuất và tổn thất truyền tải gia tăng vào

(1.52) kết quả:



Hoặc:



(1.58)

Khai triển (1.58) đối với tất cả các nhà máy thì được phương trình tuyến tính dưới

dạng ma trận như sau:



(1.59)

Chương 3



36



Luận văn tốt nghiệp



Phương pháp Heuristic tối ưu phân bố công suất trong hệ thống điện



Hoặc dạng ngắn gọn :

E.P = D



(1.60)



Để tìm vận hành tối ưu bằng cách cho một giá trị ước lượng của λ(1), đồng thời giải

phương trình tuyến tính (1.60).

Trong ngơn ngữ Matlab sử dụng lệnh P= E \ D

Sau đó tiếp tục quá trình lặp bằng cách sử dụng phương pháp Gradient. Để làm

điều này, từ (1.58), Pi ở lần lặp thứ k được biểu diễn như sau:



(1.61)

Thay Pi từ (1.61) vào (1.53) thì được:



(1.62)

Khai triển chuỗi Taylor phía trái của phương trình trên tại điểm vận hành λ(k) và bỏ

qua những thành phần bậc cao, kết quả như sau:

(1.63)

Hoặc:



(1.65)

Trong đó:



(1.66)

(1.67)

Vì thế:

(1.68)

Q trình được tiếp tục đến khi ∇P(k) nhỏ hơn 1 giá trị cho trước.

Nếu sử dụng công thức tổn thất xấp xỉ được biểu diễn bởi:

(1.69)

Cho Bij = 0 ; B00 = 0 và đồng thời giải phương trình (1.61), phương trình (1.61)

được rút gọn thành biểu thức đơn giản sau:

Chương 3



37



Luận văn tốt nghiệp



Phương pháp Heuristic tối ưu phân bố cơng suất trong hệ thống điện



(1.70)

Và phương trình (1.66) đơn giản thành:



(1.71)

3.5.



Giải thuật vận hành kinh tế hệ thống - econdispatch



Chương 3



38



Luận văn tốt nghiệp



Phương pháp Heuristic tối ưu phân bố cơng suất trong hệ thống điện



Mục đích: Giải những phương trình hiệu chỉnh cho kế hoạch phát tối ưu. Giải thuật này đòi hỏi tổng nhu cầu tải Pdt, ma trận hà

Ghi chú:

Pdt: tổng nhu cầu tải.

cogencost: ma trận chi phí sản xuất.

ngg: tổng số máy phát có trong lưới điện.

mwgenlimits: ma trận giới hạn công suất phát của các tổ máy.

B, B0, B00: hệ số tổn thất công suất.

basemva: công suất cơ bản.

Bu, B00u : hệ số tổn thất công suất ở đơn vị tương đối.

alpha, beta, gama: hệ số chi phí sản xuất.

Pmin : giới hạn công suất tác dụng thấp nhất.

Pmax : giới hạn công suất phát lớn nhất.

wgt: ma trận đơn vị, một hàng và có số cột bằng số máy phát

Lamda(iterp): suất tăng chi phí sản xuất hệ thống.

iterp : số lần lặp.

Pgg(k)(iterp): công suất phát của máy phát thứ k ở lần lặp thứ iterp.

Pgtt(iterp): tổng công suất phát ở lần lặp thứ iterp.

PL(iterp): tổn thất công suất trong lưới điện ở lần lặp thứ iterp.

DelP(iterp): sai số công suất tác dụng trong lưới ở lần lặp thứ iterp.

ngg: tổng số máy phát có trong lưới.

grad(k)(iterp): biến thiên cơng suất phát tổ máy thứ k theo suất tăng chi phí sản xuất hệ thống ở lần lặp thứ iterp.

delamda(iterp): biến đổi của suất tăng chi phí sản xuất hệ thống.

dpslack: sai số cơng suất tác dụng tại nút cơ sở.

Lập trình bằng ngôn ngữ Matlab.



Chương 3



39



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Bảng 3.1 - Sản lượng điện 2005 tại Việt Nam

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×