Tinh toan phan bo kinh te cong suat p

MO HNH HOA HE THONG IEN PHC TAP VA PHAN BO KINH TE CONG SUAT P (MW) GIA CAC NGUON NHIET IEN Hoäi Nghò Khoa hoïc & Coâng Ngheä Laàn Thöù 8 1 BIEÅU THÖÙC XAÙC ÑÒNH MA TRAÄN HEÄ SOÁ TOÅN THAÁT VAØ PHAÂN[.]

Hội Nghị Khoa học & Công Nghệ Lần Thứ BIỂU THỨC XÁC ĐỊNH MA TRẬN HỆ SỐ TỔN THẤT VÀ PHÂN BỐ KINH TẾ CÔNG SUẤT P(MW) GIỮA CÁC NGUỒN NHIỆT ĐIỆN Lưu Hữu Vinh Quang Khoa Điện-Điện Tử, Trường Đại học Bách Khoa TÓM TẮT Bài báo trình bày phương pháp mô hệ thống điện ma trận ảnh lưới điện, đề nghị biểu thức để xác định ma trận hệ số tổn thất công suất P từ xây dựng giải thuật để tính toán phân bố kinh tế công suất P(MW) nguồn nhiệt điện hệ thống điện ABSTRACT This Paper shows the power system simulation Method by using network image Matrix, proposes a new Expression for determining of P_power loss-coefficient Matrix and then a new Algorithm is formed for Calculation of economic P_power Generation between thermal Plants in electric power System GIỚI THIỆU Vận hành kinh tế công suất P(MW) nhà máy nhiệt điện vấn đề quan trọng hệ thống điện xét đến hoàn vốn đầu tư toán kinh tế-kỹ thuật nhằm quy hoạch phát triển hệ thống điện Vấn đề đặt phải cực tiểu hóa chi phí nhiên liệu sử dụng sản xuất nhiệt điện có xét tổn hao công suất phần tử truyền tải điện cấp cho hộ tiêu thụ Đã có nhiều tài liệu đề cập giải thuật khác để giải vấn đề xác định công suất P phát kinh tế nguồn nhiệt điện hệ thống điện Ở báo đề cập đến ứng dụng mô hình ma trận ảnh lưới điện trình bày [1] ,[2],[3],[4] việc xây dựng giải thuật tính toán phân bố công suất P(MW) kinh tế nguồn nhiệt điện hệ thống điện Nội dung trình bày cụ thể gồm vấn đề sau : • Biểu thức tính toán phần tử ma trận hệ số tổn thất công suất tác dụng [8] • Giải thuật tính toán phân bố kinh tế công suất P(MW) hệ thống điện p dụng mô hình [4] để mô điều kiện xác lập trình tối ưu hoá công suất P phát nguồn nhiệt điện hệ thống điện Ví dụ minh họa , nhận xét kết luận BIỂU THỨC TÍNH TOÁN CÁC PHẦN TỬ CỦA MA TRẬN HỆ SỐ TỔN THẤT CÔNG SUẤT P(MW) TRUYỀN TẢI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Biểu thức giải tích cụ thể phần tử Bij nhận từ hệ phương trình tuyến tính hoá trạng thái xác lập HTĐ thời điểm , tính theo ma trận thông số đặc trưng HTĐ Bản thân biểu thức giải tích hệ số (Bij) thường quy dạng đa thức bậc hai, mà có cấu trúc đa dạng từ nhiều thành phần , gồm nhiều đại lượng ý nghóa vật lý khác tương tác với Hội Nghị Khoa học & Công Nghệ Lần Thứ vaø tác động lên đại lượng tổn thất (MW) HTĐ Dạng biểu thức tính hệ số B phụ thuộc vào điều kiện giả thiết mô xấp xỉ trạng thái xác lập tối ưu HTĐ Công thức tính hệ số tổn thất đa dạng, ví dụ [5] có nêu lên nguyên tắc tương quan phân bố dòng điện : tổng tải JptΣ cấp điện từ (m) nguồn nhánh (k) có chạy dòng điện Ik Điều kiện tổng tải cấp điện từ nguồn MP(i) : JF-i = JptΣ nhánh (k) chạy dòng Ik- i Và từ dẫn đến xác định hệ số tổn thất B dạng ma trận đối xứng tính toán tổng tổn thất ∆P(MW) truyền tải hệ thống điện sau : ∆P = [P]t [B][P] ; (1) tham số công thức (1) giải thích [5] Trong [6] dẫn dạng biểu thức tính tổng tổn thất ∆P(MW) truyền tải với hệ số tổn m thất sau : m m ∆P = ∑ ∑ Pi Bij Pj + ∑ B oi Pi + B oo ; i =1 j=1 (2) i =1 tham số công thức (2) giải thích [6] Công thức dạng (1) triển khai [5][7] tính hệ số B mức độ giải tích , áp dụng cho HTĐ nút, xác định ma trận hệ số B nhờ bàn tính analog, có khó khăn lập trình tổng quát cho HTĐ nhiều nút Trong viết trình bày giải thuật ứng dụng ma trận ảnh lưới điện [1][2][3][4][9], lập trình tính tối ưu hóa công suất P(MW) với ma trận hệ số [B] xác định tổng tổn thất m m i j truyền tải theo dạng ∆P = ∑∑ Pi Bij Pj , áp dụng tổng quát HTĐ nhiều nút Chúng đề xuất [8] dạng công thức mở rộng để tính hệ số Bi-j có dạng đơn giản , cho phép lập trình tổng quát hệ thống điện phức tạp sau : N Bi− j = ( cos α i − α j ) Nh ∑ Ck −L Jpt −L − Ck −iJpt ∑ ∑ L =m+1 UiUj cos φi cos φ j k =1 × JptΣ N ∑ Ck −L Jpt −L − Ck − jJpt ∑ L = m+1 × Rk ; (3) tham số công thức (3) , phân tích ứng dụng ví dụ đề cập [2][8][9] TÓM TẮT GIẢI THUẬT PHÂN BỐ TỐI ƯU CÔNG SUẤT TÁC DỤNG GIỮA CÁC NGUỒN NHIỆT ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Nội dung giải thuật phân bố tối ưu công suất tác dụng , sử dụng công thức (3) nêu , trình bày tóm tắt theo tinh thần toán tối ưu sau : Xét tổng chi phí nhiên liệu cho hệ thống với (m) tổ máy nhiệt điện hoạt động có dạng : m C = C1 ( P1F ) + C ( P2 F ) + + C m ( PmF ) = ∑ C i ( PiF ) ; (4) i =1 với chi phí tổ máy thứ (i) : C i ( PiF ) = a i PiF2 + b i PiF + c i ; VND/h i=1,2, m (số nguồn); PiF : công suấát phát tổ máy thứ (i) ai, bi, ci : số tổ máy thứ (i) có suất tăng chi phí nhiên liệu laø : λ i = dC i ( PiF ) = 2a i PiF + b i ; dPiF VND/MWh Điều kiện ràng buộc hàm tổng chi phí C cân công suất P HTĐ : Hội Nghị Khoa học & Công Nghệ Lần Thứ m ∆P + Pyc − ∑ PiF = ; (5) i =1 N Pyc = ∑ Pi- yc tổng công suất tải yêu cầu nhận i =1 ∆P tổng tổn thất công suất truyền tải hệ thống Tổng chi phí nhiên liệu C hệ thống hàm công suất phát PiF có xét điều kiện ràng buộc : ( P i-min ≤ PiF ≤ Pi-max ) ; (6) Mục tiêu đặt cực tiểu hàm tổng chi phí nhiên liệu dạng (4) với tổng tải Pyc cho trước thỏa mãn điều kiện ràng buộc (5) (6) Khi xét tổn thất truyền tải dạng m m ∆P = ∑∑ PiF Bij PjF chiến lược vận hành kinh tế (m) nguồn nhiệt điện phải giải nhiều i =1 j=1 lần cách giải hệ (m) phương trình phi tuyến sau : ⎡ ⎛ a1 ⎤ ⎡ P1F ⎤ ⎡ − b1 ⎤ ⎞ 2B12 2B1m ⎢2⎜ λ + B11 ⎟ ⎥ ⎢P ⎥ ⎢ λ ⎥ ⎠ ⎢ ⎝ ⎥ ⎢ 2F ⎥ ⎢ b ⎥ ⎛a ⎞ ⎢ 2B ⎥ ⎢ ⎥ ⎢1 − λ ⎥ 2⎜ + B 22 ⎟ 2B 2m 21 ⎢ ⎥ ⎢ : ⎥ ⎢ : ⎥ ; ⎝λ ⎠ ⎥ ⎢ ⎥×⎢ ⎥ = ⎢ : : : : : ⎢ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ : ⎥ ⎥ : : : : ⎢ ⎥ ⎢ : ⎥ ⎢ : ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎛ am ⎞⎥ ⎢ ⎥ ⎢ b ⎥ + 2B 2B B ⎜ ⎟ ⎢ m m1 m2 mm ⎥ ⎝ λ ⎠⎦ ⎢⎣ PmF ⎥⎦ ⎢⎣1 − λ ⎥⎦ ⎣ (7) phải thỏa mãn phương trình thứ (m+1) yêu cầu cân công suất P hệ thống : m ⎛ m m ⎞ ⎜ ∑∑ PiF Bij PjF ⎟ + Pyc − ∑ PiF = ; ⎜ ⎟ i =1 ⎝ i =1 j=1 ⎠ (8) Đầu tiên chưa biết λ chung HTĐ giả thiết tổn thất không tính giá trị ban đầu λ trị số trung bình theo phương trình suất tăng chi phí nhiên liệu tổ máy thứ (i) Sơ đồ tiến trình phân bố kinh tế công suất P HTĐ sau : p dụng định lý Kuhn-Tucker để kiểm soát điều kiện tối ưu có ràng buộc (6) : Hội Nghị Khoa học & Công Nghệ Lần Thứ ⎧ ∂F ⎪ ∂P = iF ⎪ ⎪ ∂F ≤0 ⎨ ⎪ ∂PiF ⎪ ∂F ≥ ⎪ ∂P ⎩ iF (Pi− < PiF < Pi − max ) PiF = Pi− max PiF = Pi− ; (9) Giaûi thuật sử dụng mô hình ma trận A tham khảo [1][3][4][9] để thực khối tính toán thứ Thực khối tính toán thứ áp dụng công thức (3) để xác định ma trận B, giải hệ (7) có xét (8) (9) để tính tối ưu hóa công suất PiF tổ máy thứ (i) VÍ DỤ MINH HỌA Tham khảo [10] : cho HTĐ 10 nút , trình bày hình vẽ sơ đồ Công suất nút khởi đầu ghi sơ đồ Hàm chi phí nhiên liệu cho bảng Nguồn 10 Nút (i) 1 1 2 3 Ci = aiP2i + biPi + ci ; ( 105VND/h ) 0.0200 0.0210 0.0220 0.0215 Nuùt (j) 10 10 10 Nuùt bi 5.20 6.21 6.18 5.19 ci 150 97 98 151 Pmin MW 10 10 10 10 Pmax MW 100 60 60 100 TỔNG TRỞ CÁC NHÁNH R(i-j) Ω X(i-j) Ω 0,5.B(ij-0) Ω−1 10 0.000065 0.000053 14 9.35E-05 12 7.95E-05 11 7.28E-05 13 8.78E-05 6.73E-05 0.000058 14 9.45E-05 12 0.000081 3.31E-05 0.000041 10 6.75E-05 Nuùt KẾT QUẢ TÍNH TOÁN KHI CHƯA TỐI ƯU CÔNG SUẤT P U (đvtđ) δ (độ) Cân baèng : o U10 = 115kV 1,0403 -0,6316 1,0469 -0,2621o S10 = 75,535 +j12,429 MVA 1,0446 -0,5738o 1,0363 1,0363 1,0233 1,0336 1,0394 1,0325 -0,9588o -0,6809o -1,5390o -1,1016o -0,5022o -0,8106o KEÁT QUẢ TÍNH TOÁN TỐI ƯU CÔNG SUẤT P U (đvtđ) δ (độ) Cân : U10 = 115kV 1,0464 -0,0063o S10 = 59,425+j12,157 MVA 1,0471 -0,2245o o 1,0459 -0,4251 Toång tổn hao ∆P=1,459 MW 1,0403 -0,5815o Tổng công suất yêu caàu 1,0381 -0,4828o Pyc =194 MW 1,0268 -1,1463o 1,0344 -1,0053o 1,0395 -0,4853o 1,0355 -0,5239o Toång toån hao ∆P=1,5352 MW Toång công suất yêu cầu Pyc =194 MW Hội Nghị Khoa học & Công Nghệ Lần Thứ Công suất P tối ưu nguồn : Nguồn : P1 = 63,354427 MW Nguoàn : P2 = 36,317292 MW Nguoàn : P3 = 36,362416 MW Nguoàn 10 : P10 = 59,424871 MW ( Nguồn thứ ma trận B ) Suât tăng chi phí nhiên liệu : λ = 7,86366 (105VND/MWh ) Chi phí nhiên liệu ban đầu : ΣC = 1821,84753 (105VND/h ) Chi phí nhiên liệu cực tiểu : ΣC = 1797,09399 (105VND/h ) Mức tiết kiệm Chi phí nhiên liệu ∆C = 24,75354 (105VND/h ) Ma trận hệ số [B] (đvtđ) tối ưu xong : ( 0.0145145198 ) (-0.0025953618 ) ( 0.0004273819 ) (-0.0002948284 ) (-0.0025953618 ) ( 0.0237133410 ) (-0.0032798522 ) ( 0.0040135537 ) ( 0.0004273819 ) (-0.0032798522 ) ( 0.0304544102 ) (-0.0081287520 ) (-0.0002948284 ) ( 0.0040135537 ) (-0.0081287520 ) ( 0.0155034959 ) NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN Hệ số Bi-j áp dụng đối chiếu với giải thuật khác cho thấy tính toán đạt hiệu tốt, thời gian tính nhanh ma trận B có cấp số nút nguồn Dạng công thức (3) tính hệ số Bi-j áp dụng mạng lưới điện phức tạp, cấu trúc không đồng nhất, gồm phần tử nhiều cấp điện áp khác nhau, mang dòng tải khác nhiều, kết phản ánh đủ ý nghóa tối ưu so với dạng khác hệ số tổn thất tính toán đối chiếu Giải thuật xây dựng từ năm 1997 ø trình bày phần nội dung giảng môn học Hệ thống điện 1, áp dụng hiệu công tác đào tạo, hướng dẫn tốt nghiệp cho sinh viên ngành điện Đại học Quốc gia tpHCM ( từ khóa 93 đến ) Đã áp dụng tính toán nghiên cứu thực tế vận hành HTĐ ( 200 nút ) hai miền Bắc-Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] LƯU HỮU VINH QUANG Một mô hình toán tính trị phức điện áp nút chế độ xác lập Hệ thống điện phức tạp Tr.15 – 21 Tạp chí Khoa học Công nghệ Tập XXXI , số 1, năm 1993 Viện khoa học Việt nam [2] LƯU HỮU VINH QUANG Một thuật toán để xác định ma trận hệ số phân bố dòng nhánh lưới điện phức tạp Tr.40-46 Tạp chí Khoa học & Công nghe Tập XXXI số năm 1993 Trung tâm Khoa học Tự nhiên Công nghệ Quốc gia [3] LƯU HỮU VINH QUANG Một thuật toán tính chế độ xác lập trị riêng ma trận tổng dẫn nút đẳng trị đối hệ thống điện phức tạp Proceedings of the 7th Conference on Science and Technology p.13 -18 Session Electrical Engineering and Power Systems, 4-1999 Vietnam National University–HCM City University of Technology [4] LƯU HỮU VINH QUANG Một thuật toán tính chế độ xác lập có xét điều chỉnh điện áp nút nguồn hệ thống điện phức tạp Tạp chí Khoa Học Công nghệ, Tập XXXIII, 1-1995 ,Tr.57-63, Trung tâm Khoa học Tự nhiên Công nghệ Quoác gia [5] WILLIAM D.STEVENSON,JR Element of power System Analysis –Mc Graw-Hill 1962 [6] JOHN J,GRAINGER & WILLIAM D.STEVENSON,JR Power System Analysis – Hội Nghị Khoa học & Công Nghệ Lần Thứ Mc Graw Hill 1994 [7] NAGRATH KOTHARI Power System Engineering Mc Graw-Hill 1994 [8] LƯU HỮU VINH QUANG Biểu thức xác định ma trận hệ số tổn thất phân bố kinh tế công suất P(MW) nguồn nhiệt điện Tháng – 2000 Chứng nhận quyền tác giả số 153 – Cục quyền tác giả cấp ngày 23-6-2000 [9] LƯU HỮU VINH QUANG Phương pháp tính toán ma trận ảnh lưới điện mô hệ thống điện xây dựng chương trình máy tính ứng dụng Thuyết minh Đề tài nghiên cứu Khoa học cấp Bộ B 99-20-57 13-5-2000 ( Báo cáo nghiệm thu tháng 1- 2001 ) [10] LƯU HỮU VINH QUANG Phân bố kinh tế công suất tác dụng nguồn nhiệt điện hệ thống điện với ma trận ảnh lưới điện Chứng nhận quyền tác giả số 046/2002/QTG – Cục quyền tác giả – 23-1-2002