LÝ THUYẾT
ĐỒ THỊ PHỤ TẢI LÀ GÌ?
Đồ thị phụ tải là khái niệm quan trọng trong lĩnh vực sản xuất và kinh doanh điện năng, đặc biệt trong việc cung cấp điện mới cho khách hàng có công suất sử dụng tối đa từ 40kW trở lên.
ĐỒ THỊ PHU TẢI NGÀY, THÁNG CHO BIẾT THÔNG SỐ GÌ?
a Đồ thị phụ tải ngày
Đồ thị phụ tải một ngày đêm 24 giờ cho phép chúng ta phân tích tình trạng hoạt động của các thiết bị trong phân xưởng hoặc xí nghiệp Qua việc nghiên cứu đồ thị này, chúng ta có thể sắp xếp quy trình vận hành hợp lý, nhằm đảm bảo rằng đồ thị phụ tải chung của toàn bộ phân xưởng hoặc xí nghiệp được duy trì ở mức độ ổn định và bằng phẳng Bên cạnh đó, việc xem xét đồ thị phụ tải tháng cũng rất quan trọng để đánh giá hiệu suất và tối ưu hóa hoạt động sản xuất.
Đồ thị phụ tải hàng tháng được xây dựng dựa trên đồ thị phụ tải trung bình, giúp xác định nhịp độ sản xuất của xí nghiệp Từ đó, doanh nghiệp có thể lập kế hoạch vận hành và sửa chữa thiết bị điện một cách hợp lý, nhằm đáp ứng hiệu quả yêu cầu sản xuất.
DỰ BÁO PHỤ TẢI LÀ LÀM GÌ?
- Dự báo phụ tải điện chính xác là một phần thiết yếu của nền kinh tế của bất kỳ công ty năng lượng nào.
NÊU CÁCH THÀNH LẬP HÀM LAGRANGE
Để xác định cực trị có điều kiện của hàm z = f(x; y) với ràng buộc ϕ(x; y) = 0, ta sử dụng hàm Lagrange: L(x; y, λ) = f(x; y) + λϕ(x; y), trong đó λ là nhân tử Lagrange chưa xác định Điều kiện cần để tìm cực trị là hệ ba phương trình.
CHO BIẾT CÁCH GIẢI HÀM LAGRANGE ĐỂ TÌM GIÁ TRỊ CÔNG SUẤT TỐI ƯU
- Điều kiện giới hạn công suất phát:
- Điều kiện cân bằng công suất:
- Trong đó λ là suất tăng tường đối tiêu hao nhiên liệu
CHO BIẾT HÀM CHI PHÍ
Hàm chi phí là một hàm thể hiện mối quan hệ giữa giá đầu vào và số lượng đầu ra, phản ánh chi phí sản xuất sản phẩm Các công ty thường áp dụng đường cong chi phí để giảm thiểu chi phí và tối đa hóa hiệu quả sản xuất Để tối ưu hóa quy trình, cần tìm công suất khi biết λ, xác định chi phí khi biết giá trị công suất, và tìm λ khi biết giá trị công suất.
CHO HÀM CHI PHÍ AP 2 +BP+C
a Tìm công suất khi biết chi phí và a, b, c
(nhận nghiệm dương) b Tìm a, hoặc b, hoặc c khi biết λ và công suất phát
Giả sử chúng ta đã biết giá trị của b hoặc a, ta có thể áp dụng công thức để tính toán hệ số còn lại Khi thực hiện phép tính, kết quả thu được sẽ là giá trị của c.
TÌM CHI PHÍ KHI BIẾT Λ VÀ CÁC HỆ SỐ A, B, C
- Điều kiện giới hạn công suất phát: (1)
- Điều kiện câm bằng công suất: (2)
- Trong đó λ là suất tăng tường đối tiêu hao nhiên liệu
TÍNH TỔN THẤT CÔNG SUẤT BẰNG MA TRẬN TỔN THẤT
10 Bài toán vận hành tối ưu tổ máy phát có xác định đại lượng điện năng không?
Vì sao? 1 tổ máy có hàm chi phí 0.01P 2 +0.1P +60, MF có công suất 1000MVA, cos = 0.8 tính chi phí phát điện trong 1 ngày đêm.
- Không Xét đến tần số nâng tải MBA, làm cho MBA mát
HÀM MỤC TIÊU, RÀNG BUỘC CỦA BÀI TẬP VẬN HÀNH TỐI ƯU TỔ MÁY LÀ GÌ?
- Giả sử có 3 tổ máy trong 1 nhà máy => N=3 => i = 1, 2, 3
- Yêu cầu nhà máy phát công suất là PD (MW)
- Điều kiện cân bằng công suất:
Trong đó: PD: công suất yêu cầu (MW)
P1, P2, P3: công suất của tổ máy 1 2 và 3
Mỗi tổ máy có ràng buộc giới hạn công suất như sau:
Yêu cầu vận hành: Tìm Pi (i = 1, 2, 3) để chi phí phát nhỏ nhất
NHIỆM VỤ CỦA BÀI TẬP VẬN HÀNH TỐI ƯU CÁC NHÀ MÁY LÀ GÌ?
-là để chọn công suất phát và chi phí phát điện của các tổ máy sao cho tối ưu và kinh tế nhất
VIẾT HÀM CHI PHÍ VÀ GIẢI THÍCH CÁC THÔNG SỐ?
- Trong đó: i = 1, 2, 3, …, n: số tổ máy phát
Pi: công suất phát của tổ máy thứ i ai, bi, ci : hệ số hàm chi phí
- Ràng buộc công suất phát của tổ máy thứ i:
Pi max: công suất phát lớn nhất của tổ máy thứ i
Pi min: công suất phát nhỏ nhất của tổ máy thứ i
KỂ TÊN VÀ VẼ ĐĂC TÍNH TỔN THẤT BÊN TRONG MBA
- Tổn thất công suất trong MBA = tổn thất công suất không tải + tổn thất công suất tải
+ Tổn thất công suất không tải (tổn thất trong lõi thép) không phụ thuộc vào dòng điện chạy qua MBA
+ Tổn thất công suất tải (tổn thất cuộn dây quấn) phụ thuộc vào dòng điện chạy qua MBA
CHO BIẾT Ý NGHĨA CỦA P I MIN VÀ P I MAX
- Pi min là công suất phát nhỏ nhất của tổ máy thứ i, nếu Pi không thể nhỏ hơn Pi min nhà máy sẽ bị lỗ
Pi max là giới hạn công suất phát lớn nhất của tổ máy thứ i, vượt quá giá trị này có thể gây hư hỏng cho tổ máy.
KỂ TÊN CÁC LOẠI TUABIN VÀ NHIÊN LIỆU TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
- Nhà máy nhiệt điện bao gồm 2 loại tuabin: tuabin khí và tuabin hơi
+ Tuabin hơi: Dầu và than đá được đua vào lò để đun nước, nước được đun sôi sẽ tạo ra hơi để quay tuabin hơi.
+ Tuabin khí: Tuabin khí là một dạng động cơ nhiệt, biến đổi nhiệt năng thành cơ năng
- Nhiên liệu gồm có: nhiên liệu rắn, nhiên liệu lỏng và nhiên liệu khí
HÀM CHI PHÍ CÓ DẠNG HÌNH GÌ? VÌ SAO?
- Hàm chi phí có dạng như hình sau đây:
Vì các tổ máy sẽ bị hao mòn theo thời gian, chi phí vận hành của chúng cũng sẽ gia tăng hàng năm.
LÀM SAO ĐỂ ỔN ĐỊNH TẦN SỐ, ĐIỆN ÁP?
- Ta sử dụng ổn áp và biến tần để ổn định điện áp và tần số
NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SỬ DỤNG TUABIN GÌ? ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY NÀY?
- Nhà máy thủy điện sử dụng các loại tuabin sau: tuabin Kaplan/ tuabin Peltron/ tuabin Micro/ tuabin Francis / tuabin Acsimet
+ Lượng điện tự dùng nhỏ => Chi phí thấp, hiệu suất cao
+ Vận hành đơn giản và khả năng tự động hóa cao
+ Thời gian phát điện và điều chỉnh công suất nhanh
+ Chi phí truyền tải lớn do khoảng cách truyền tải xa
+ Làm mất cân bằng hệ sinh thái và gây ô nhiễm môi trường
+ Mất khá nhiều thời gian và chi phí để xây dựng
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN KẾT HỢP SỬ DỤNG TUABIN NÀO? ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN?
- kết hợp sử dụng cùng lúc 2 loại tuabin: tuabin khí và tuabin hơi Ưu điểm:
+ Có thể xây dựng gần khu công khiệp.
+ Thời gian xây dựng ngắn, nguồn nguyên liệu rẻ tiền
+ Giá thành điện năng cao.
+ Thời gian khởi động chậm và hiệu suất thấp.
CHO BIẾT ĐẶC TÍNH HÀM CÔNG SUẤT VÀ NƯỚC XẢ TUA BIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ?
Đặc tính hàm công suất :
Hàm nước xả là hàm bậc 2 theo biến công suất.
VÌ SAO PHẢI PHỐI HỢP TỐI ƯU CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ NHIỆT ĐIỆN?
Phải phối hợp tối ưu các nhà máy thủy điện và nhiệt điện để chi phí nhiên liệu phát điện của nhà máy điện là nhỏ nhất.
PHƯƠNG PHÁP LAGRANGE HOPFIELD NETWORK XÂY DỰNG HÀM GÌ?CÁI NÀO TRƯỚC, CÁI NÀO SAU?
- gồm 2 hàm :Lagrange Function trước và Energry Function sau
PHƯƠNG PHÁP SOP LÀ GÌ ?
Kết quả của việc mô hình hóa hành vi đàn chim bay đi tìm kiếm thức ăn đã dẫn đến sự phát triển của các thuật toán sử dụng trí tuệ bầy đàn.
CHO BIẾT RÀNG BUỘC CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN?
Làm theo chế độ giới hạn và vấn đề phân bố công suất tối ưu không cần đặt ra.
CHO BIẾT CÁC KHOẢNG THỜI GIAN TRONG BÀI TẬP PHỐI HỢP NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ NHIỆT ĐIỆN?
- Ngắn hạn, cực hạn, dài hạn
CHO BIẾT CÁC SỐ HẠNG TRONG HÀM LAGRANGE TRONG BÀI TẬP PHỐI HỢP TĐ VÀ NĐ ?
: là những hệ số không xác định đưa vào các phương trình ràng buộc theo điều kiện lưu lượng nước.
: hệ số không xác định đưa vào phương trình ràng buộc cân bằng công suất
CHO BIẾT CÁC GIÁ TRỊ CÓ THỂ CÓ CỦA HỆ SỐ MANG TẢI?
- Tổn thất đồng và sắt từ
VIẾT CÔNG THỨC HỆ SỐ CHẾ ĐỘ NHIỆT VÀ GIẢI THÍCH
Hệ số chế độ nhiệt:
: hệ số, phụ thuộc vào vật liệu, thường có giá trị trong khoảng
: nhiệt độ trung bình của môi trường xung quang
: hệ số mang tải của thiết bị
: hệ số chế độ nhiệt, phụ thuộc vào hệ số mang tải của thiết bị.
VIẾT CÔNG THỨC THỜI GIAN DỰ TRỬ PHÂN TÍCH THỜI GIAN NÀY DỰA VÀO L VÀ KMT
- Thời gian dự trữ: Là thời gian dự trữ trong ngày cho các bậc phụ tải bị quá tải.
- Hệ số mang tải là tỷ số giữa công suất phụ tải và công suất định mức MBA.
CHO BIẾT CÁC YÊU CẦU VỀ MỘT TRẠM BIẾN ÁP ?
Đảm bảo chất lượng điện năng.
Chi phí đầu tư đảm bảo không lãng phí.
An toàn cho người và thiết bị.
Trạm biến áp khi được thiết kế phải có cấu trúc thuận tiện cho vận hành và sửa chữa.
KỂ TÊN CÁC THIẾT BỊ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG TRẠM BIẾN ÁP
Gồm: máy biến áp/máy biến dòng/máy biến điện áp/hệ thống chống sét/dao cách ly/hệ thống nối đất/máy cắt điện
VIẾT CÔNG THỨC TÍNH TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRONG MÁY BIẾN ÁP
Tổn thất công suất của máy biến áp:
- Tổng tổn thất công suất máy biến áp
- Tổn hao không tải của máy biến áp (hay tổn hao lõi thép) là tổn hao ngắn mạch của máy biến áp (hay còn gọi là tổn hao đồng)
Sload là công suất tải. ΔPCu,R là tổn thất Cu định mức của máy biến áp khi đầy tải.
SR là công suất định mức của máy biến áp.
Trường hợp n máy biến áp vận hành với tải khác định mức:
(n: số lượng máy biến áp)
LÀM SAO ĐỂ NÂNG CAO TUỔI THỌ VÀ TĂNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP ?
Tăng tuổi thọ cho giấy cách nhiệt
Thay mới các thiết bị hư hỏng
Cần có chế độ bảo trì định kỳ
Giảm nhiệt độ của máy biến áp
KỂ TÊN ĐẶC TÍNH TỔN THẤT CÔNG SUẤT BÊN TRONG 1 MÁY BIẾN ÁP ?10 37 LÀM SAO ĐỂ ỔN ĐỊNH TẦN SỐ VÀ ĐIỆN ÁP
Tn thất công suất trong máy biến áp = tổn thất không tải + tổn thất ngắn mạch.
- Tổn thất không tải hay tổn thất trong lõi sắt từ của MBA, không phụ thuộc vào dòng điện chay qua MBA
- Tổn thất ngắn mạch hay tổn thất trong cuộn dây đồng của MBA, phụ thuộc vào dòng điện chạy qua MBA
- Muốn giảm tổn thất công suất qua MBA, ta phải giảm điện áp U đặt vào MBA
=> Tránh MBA làm việc non tải
37 Làm sao để ổn định tần số và điện áp
- Chúng ta nên sử dụng ổng áp và biến tần để ổn định điện áp và tần số.
CHO BIẾT YÊU CẦU VỀ MỘT TRẠM BIẾN ÁP
Đảm bảo chất lượng điện năng.
Chi phí đầu tư đảm bảo không lãng phí.
An toàn cho người và thiết bị.
Trạm biến áp khi được thiết kế phải có cấu trúc thuận tiện cho vận hành và sửa chữa.
PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH CỦA CÁC TỔ MÁY.PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT, CHO HÀM TỔNG QUÁT :ĐẶC TÍNH CHI PHÍ CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CÓ DẠNG ĐƯỜNG
i = 1,2, …, n (n là số tổ máy phát)
Pi (MW) – công suất phát của tổ máy thứ i
ai, bi , ci – hệ số của hàm chi phí
Lấy ví dụ có các hàm chi phí, vẽ hình thể hiện mối quan hệ
Pi (MW) Fi ($/h) Ci = Fi/Pi ($/MWh)
25000 ĐỒ THỊ THỆ HIỆN MỐI QUAN HỆ GIỮA P VÀ F
25 ĐỒ THỊ THỆ HIỆN MỐI QUAN HỆ GIỮA F VÀ C
Chi phí cho mỗi MWh không đồng đều và tăng dần theo công suất phát Pi Khi công suất phát tăng, chi phí Ci cũng gia tăng Do đó, cần lựa chọn và phân bổ các tổ máy hoạt động trong vùng công suất hợp lý, đảm bảo cung cấp đủ công suất cho tải yêu cầu nhằm tối ưu hóa tính kinh tế và nâng cao hiệu suất hoạt động.
THÀNH LẬP HÀM MỤC TIÊU, ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CÔNG SUẤT, GIỚI HẠN CÔNG SUẤT
- Thành lập hàm mục tiêu:
Mục tiêu của bài toán phân bố tối ưu phụ tải giữa các tổ máy phát là tối thiểu hóa tổng chi phí Mỗi máy phát tiêu hao năng lượng bao gồm thành phần cố định khi không tải và thành phần thay đổi theo công suất Do đó, hàm mục tiêu có dạng tổng quát như sau:
Fi(Pi) – hàm chi phí của tổ máy nhiệt điện thứ i.
- Điệu kiện cân bằng công suất: là tổng công suất phát bằng tổng công suất phụ tải, có dạng tổng quát như sau:
Pi - công suất phát của tổ máy thứ i
PD - công suất của phụ tải.
- Giới hạn công suất: ràng buộc giới hạn công suất phát của các tổ máy nhiệt điện thứ i.
P i min và P i max lần lượt là công suất tối thiểu và công suất tối đa của tổ máy nhiệt điện thứ i.
– là giới hạn về kinh tế nhằm mục đích giảm chi phí nhiên liệu cho các nhà máy nhiệt điện.
P i max – là giới hạn về vật lý, giới hạn về khả năng của tổ máy đảm bảo các tổ máy an toàn trong thời gian dài.
THÀNH LẬP HÀM LAGRANGE VÀ GIẢI THÍCH CÁC KÝ HIỆU
Để xây dựng hàm Lagrange, chúng ta dựa vào hàm mục tiêu và các điều kiện ràng buộc liên quan đến cân bằng công suất, từ đó hình thành nên hàm Lagrange tổng quát.
F – hàm mục tiêu của tổ máy nhiệt điện
Pi - công suất phát của tổ máy thứ i
PD - công suất của phụ tải.
CÁCH GIẢI TÌM P I VÀ Λ XỬ LÝ KHI P I VI PHẠM
- Từ hàm Lagrange đã thành lập ở Câu 3 ta lấy đạo hàm riêng theo các biến Pi và λ ta được hệ phương trình như sau:
- Giải hệ phương trình trên ta tìm được Pi và λ.
- Mặt khác ta có thể tính được Pi theo công thức sau: (MW)
- Sau khi có được Pi và λ ta kiểm tra điều kiện giới hạn công suất:
Nếu tất cả các giá trị Pi đáp ứng điều kiện giới hạn công suất, chúng ta sẽ sử dụng tất cả các giá trị này để tính toán chi phí tối ưu cho từng tổ máy và toàn bộ nhà máy.
Nếu có một giá trị Pi vi phạm hoặc không đáp ứng điều kiện giới hạn công suất, tất cả các giá trị Pi sẽ không được chấp nhận Giá trị Pi vi phạm sẽ được điều chỉnh lại theo quy định.
- Nếu P i < P i min thì ta lấy giá trị P i = P i min
- Nếu P i > P i max thì ta lấy giá trị P i = P i max
Sau khi hoàn tất việc hiệu chỉnh, giá trị Pi vi phạm sẽ trở thành một hằng số Chúng ta sẽ viết lại hàm Lagrange, thay thế các giá trị Pi đã được hiệu chỉnh vào điều kiện cân bằng công suất và tiếp tục giải để tìm các giá trị Pi còn lại như bình thường.
BÀI TẬP
BÀI TẬP 1
2.1.1 Trường hợp 1: Vận hành tối ưu hệ thống gồm 3 nhà máy nhiệt điện, công suất tải 1000 MW, tổn thất công suất P loss = 1%.P D
Tổ máy Hàm chi phí ($/h) P min (MW) P max (MW)
Trong bài viết này, chúng ta sẽ phân tích phương trình 3 FC3 = 0,012P3^2 + 1,2P3 + 10 150 500 Đầu tiên, chúng ta cần viết hàm mục tiêu và hàm điều kiện để xác định các yếu tố quan trọng Tiếp theo, cần làm rõ ý nghĩa của Pmin và Pmax trong bối cảnh này Sau đó, chúng ta sẽ viết hàm Lagrange để giải quyết bài toán tối ưu hóa Cuối cùng, mục tiêu là tìm công suất tối ưu cho các tổ máy và tính toán chi phí phát điện trong vòng 12 giờ.
Giải a Viết hàm mục tiêu và hàm điều kiện
Trong đó: FC1, FC2, FC3 lần lượt là hàm chi phí của tổ máy phát thứ 1, 2 và 3 Hàm điều kiện:
Trong đó: P1, P2, P3 lần lượt là công suất phát của tổ máy thứ 1, 2 và 3
PD là công suất của phụ tải
PD là tổn thất công suất truyền tải b Cho biết ý nghĩa của P min và P max
Công suất phát nhỏ nhất của tổ máy thứ i, ký hiệu là P i min, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính kinh tế của nhà máy Mặc dù công suất thực tế Pi có thể thấp hơn P i min, nhưng do các yếu tố kinh tế, Pi không thể thấp hơn mức này để tránh gây thua lỗ cho nhà máy.
Pimax là công suất phát lớn nhất của tổ máy thứ i, xác định giới hạn an toàn khi vận hành Khi công suất vượt quá Pimax, tổ máy sẽ gặp nguy cơ hư hỏng.
Công thức tổng quát của hàm Lagrange:
Trong đó: là nhân tử Lagrange (trong toán học) là suất tăng tương đối tiêu hao nhiên liệu (trong điện)
PD là công suất của phụ tải => PD = 1000 (MW)
Ploss là tổn thất công suất truyền tải
Hàm Lagrange: d Tìm công suất tối ưu cho các tổ máy và tính chi phí phát điện trong 12 giờ
Tính đạo hàm riêng L cho từng tổ máy phát:
(4)Giải hệ phương trình từ (1), (2), (3) và (4), ta có được công suất của các tổ máy phát và như sau:
Tiếp theo, ta tiến hành so sánh các giá trị trên với giới hạn của từng tổ máy:
Nếu cả P1, P2 và P3 đều đáp ứng các điều kiện, chúng ta sẽ tính toán chi phí cho từng tổ máy và toàn bộ nhà máy Tuy nhiên, nếu có bất kỳ giá trị nào vi phạm điều kiện ràng buộc, tất cả sẽ bị loại bỏ và giá trị vi phạm sẽ được điều chỉnh tương ứng.
+ Nếu tổ máy đó có giá trị nhỏ hơn Pmin thì hiệu chỉnh giá trị công suất đó bằng công suất nhỏ nhất (Pmin)
+ Nếu tổ máy đó có giá trị lớn hơn Pmax thì hiệu chỉnh giá trị công suất đó bằng công suất lớn nhất (Pmax)
P1 không thỏa điều kiện cân bằng công suất, do đó ta hiệu chỉnh P1 = 350 (MW)
Ta tiếp tục tiến hành giải lại để tìm P
Giải hệ phương trình từ (2), (3) và (4), ta có được công suất của các tổ máy phát và như sau:
Tính chi phí phát điện cho tổ máy trong 12 giờ: e Phần Matlab : clear all clc
%% Nhap thong so bai toan
% Cong suat phat min p1min0; p2min0; p3min0;
% Cong suat phat max p1max50; p2max@0; p3maxP0;
Hour; % so gio tinh chi phi
%Gia su gia tri lamda ban dau lamda=8;
%Chon buoc nhay lamda denta_lamda=0.01;
% Vong lap hien tai iter=1;
% Gia su sai so ban dau khong thoa sai_so=1;
%So vong lap lon nhat itermax00000; while (iterMaxsai_so)
%% Cap nhat lamda iter=iter+1;
% Tinh cong suat cac to may phat p1 = (lamda-b1)/(2*a1); p2 = (lamda-b2)/(2*a2); p3 = (lamda-b3)/(2*a3);
% Kiem tra rang buoc gioi han to may 1 if p1p1max p1=p1max; end end
% Kiem tra rang buoc gioi han to may 2 if p2p2max p2=p2max; end end
% Kiem tra rang buoc gioi han to may 3 if p3p3max p3=p3max; end end
%% Tinh sai so rang buon can bang sai_so = (p1+p2+p3)-(PD+Ploss);
Update the value of lambda based on the comparison of Pphat and Ptai; if Pphat is greater than Ptai, decrease lambda by delta_lambda, otherwise increase it Finally, output the current value of lambda and the power outputs for machine 1, machine 2, and machine 3.
% Tinh chi phi nhien lieu
Tong_P=(p1+p2+p3); fprintf('Chi phi nhien lieu nha may : %f\n',Hour*FC); fprintf('Tong cong suat phat : %f\n',Tong_P); fprintf('So vong lap su dung : %f\n',iter); fprintf('Sai so : %f\n',sai_so);
2.1.2 Trường hợp 2: Vận hành tối ưu hệ thống gồm 3 nhà máy nhiệt điện, công suất tải 800 MW, tổn thất công suất P loss = 1%.P D ,
Tổ máy Hàm chi phí ($/h) P min (MW) P max (MW)
Để giải bài toán tối ưu hóa công suất phát điện, ta có thể viết hàm mục tiêu là 3 FC3 = 0,012P3^2 + 1,2P3 + 10 Hàm điều kiện cần được xác định để đảm bảo các giới hạn về công suất, với Pmin và Pmax đại diện cho công suất tối thiểu và tối đa mà các tổ máy có thể hoạt động Hàm Lagrange sẽ được thiết lập để tối ưu hóa công suất phát điện Cuối cùng, mục tiêu là tìm công suất tối ưu cho các tổ máy và tính toán chi phí phát điện trong 12 giờ.
Giải a Viết hàm mục tiêu và hàm điều kiện
Trong đó: FC1, FC2, FC3 lần lượt là hàm chi phí của tổ máy phát thứ 1, 2 và 3 Hàm điều kiện:
Trong đó: P1, P2, P3 lần lượt là công suất phát của tổ máy thứ 1, 2 và 3
PD là công suất của phụ tải
PD là tổn thất công suất truyền tải b Cho biết ý nghĩa của P min và P max
Công suất phát nhỏ nhất của tổ máy thứ i, được gọi là P i min, đóng vai trò quan trọng trong tính toán kinh tế Mặc dù giá trị Pi có thể nhỏ hơn P i min, nhưng do các yếu tố kinh tế, Pi không thể thấp hơn P i min để tránh tình trạng thua lỗ cho nhà máy.
P_max là công suất phát lớn nhất của tổ máy thứ i, đánh dấu giới hạn an toàn cho hoạt động của tổ máy Việc vận hành tổ máy vượt quá P_max có thể dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng Để đảm bảo hiệu suất và an toàn, cần thiết lập hàm Lagrange phù hợp.
Công thức tổng quát của hàm Lagrange:
Trong đó: là nhân tử Lagrange (trong toán học) là suất tăng tương đối tiêu hao nhiên liệu (trong điện)
PD là công suất của phụ tải =>
Ploss là tổn thất công suất truyền tải
Hàm Lagrange: d Tìm công suất tối ưu cho các tổ máy và tính chi phí phát điện trong 12 giờ
Tính đạo hàm riêng L cho từng tổ máy phát:
(4) Giải hệ phương trình từ (1), (2), (3) và (4), ta có được công suất của các tổ máy phát và như sau:
Tiếp theo, ta tiến hành so sánh các giá trị trên với giới hạn của từng tổ máy:
Nếu cả P1, P2 và P3 đều đáp ứng các điều kiện, chúng ta sẽ tính toán chi phí cho từng tổ máy và toàn bộ nhà máy Tuy nhiên, nếu có bất kỳ giá trị nào vi phạm điều kiện, tất cả sẽ không được chấp nhận và giá trị vi phạm sẽ được điều chỉnh.
+ Nếu tổ máy đó có giá trị nhỏ hơn Pmin thì hiệu chỉnh giá trị công suất đó bằng công suất nhỏ nhất (Pmin)
+ Nếu tổ máy đó có giá trị lớn hơn Pmax thì hiệu chỉnh giá trị công suất đó bằng công suất lớn nhất (Pmax)
Do tất cả đều thỏa điều kiện nên ta sẽ nhận tất cả các giá trị P
Tính chi phí phát điện cho tổ máy trong 12 giờ: e Phần Matlab : clear all clc
%% Nhap thong so bai toan
% Cong suat phat min p1min0; p2min0; p3min0;
% Cong suat phat max p1max50; p2max@0; p3maxP0;
Hour; % so gio tinh chi phi
%Gia su gia tri lamda ban dau lamda=6;
%Chon buoc nhay lamda denta_lamda=0.01;
% Vong lap hien tai iter=1;
% Gia su sai so ban dau khong thoa sai_so=1;
%So vong lap lon nhat itermax00000; while (iterMaxsai_so)
%% Cap nhat lamda iter=iter+1;
% Tinh cong suat cac to may phat p1 = (lamda-b1)/(2*a1); p2 = (lamda-b2)/(2*a2); p3 = (lamda-b3)/(2*a3);
% Kiem tra rang buoc gioi han to may 1 if p1p1max p1=p1max; end end
% Kiem tra rang buoc gioi han to may 2 if p2p2max p2=p2max; end end
% Kiem tra rang buoc gioi han to may 3 if p3p3max p3=p3max; end end
%% Tinh sai so rang buon can bang sai_so = (p1+p2+p3)-(PD+Ploss);
To update the value of lamda, if Pphat is greater than Ptai, lamda is decreased by denta_lamda; if Pphat is less than Ptai, lamda is increased by denta_lamda The final value of lamda is displayed, along with the power outputs of three machines: p1, p2, and p3.
% Tinh chi phi nhien lieu
Tong_P=(p1+p2+p3); fprintf('Chi phi nhien lieu nha may : %f\n',Hour*FC); fprintf('Tong cong suat phat : %f\n',Tong_P); fprintf('So vong lap su dung : %f\n',iter); fprintf('Sai so : %f\n',sai_so);
2.1.3 Trường hợp 3: Vận hành tối ưu 3 nhà máy nhiệt điện có công suất tổn thất
10 (MW), ,công suất tải 800(MVAR)
Tổ máy Hàm chi phí ($/h) P min (MW) P max (MW)
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét hàm mục tiêu và hàm điều kiện với công thức 3 FC3 = 0,012P3^2 + 1,2P3 + 10 150 500 Chúng ta cũng sẽ xác định ý nghĩa của Pmin và Pmax, đồng thời viết hàm Lagrange để tối ưu hóa công suất Cuối cùng, chúng ta sẽ tìm công suất tối ưu cho các tổ máy và tính toán chi phí phát điện trong 12 giờ.
Giải a Viết hàm mục tiêu và hàm điều kiện
Trong đó: FC1, FC2, FC3 lần lượt là hàm chi phí của tổ máy phát thứ 1, 2 và 3 Hàm điều kiện:
Trong đó: P1, P2, P3 lần lượt là công suất phát của tổ máy thứ 1, 2 và 3
PD là công suất của phụ tải
PD là tổn thất công suất truyền tải b Cho biết ý nghĩa của P min và P max
Công suất phát nhỏ nhất của tổ máy thứ i, ký hiệu là P i min, đóng vai trò quan trọng trong tính toán kinh tế của nhà máy điện Mặc dù công suất thực tế Pi có thể nhỏ hơn P i min, nhưng do các yếu tố kinh tế, Pi không thể thấp hơn mức này để tránh tình trạng thua lỗ cho nhà máy.
Pmax là công suất phát lớn nhất của tổ máy thứ i, đại diện cho giới hạn an toàn hoạt động của tổ máy Việc vượt quá Pmax có thể dẫn đến hư hỏng cho tổ máy Để tối ưu hóa hiệu suất, cần viết hàm Lagrange phù hợp.
Công thức tổng quát của hàm Lagrange:
Trong đó: là nhân tử Lagrange (trong toán học) là suất tăng tương đối tiêu hao nhiên liệu (trong điện)
PD là công suất của phụ tải
Ploss là tổn thất công suất truyền tải
Hàm Lagrange: d Tìm công suất tối ưu cho các tổ máy và tính chi phí phát điện trong 12 giờ
Tính đạo hàm riêng L cho từng tổ máy phát:
(4) Giải hệ phương trình từ (1), (2), (3) và (4), ta có được công suất của các tổ máy phát và như sau:
Tiếp theo, ta tiến hành so sánh các giá trị trên với giới hạn của từng tổ máy:
Nếu P1, P2 và P3 đều đáp ứng các điều kiện, ta sẽ tính toán chi phí cho từng tổ máy và toàn bộ nhà máy Tuy nhiên, nếu có bất kỳ giá trị nào vi phạm điều kiện, tất cả sẽ bị loại và giá trị vi phạm sẽ được điều chỉnh.
+ Nếu tổ máy đó có giá trị nhỏ hơn Pmin thì hiệu chỉnh giá trị công suất đó bằng công suất nhỏ nhất (Pmin)
+ Nếu tổ máy đó có giá trị lớn hơn Pmax thì hiệu chỉnh giá trị công suất đó bằng công suất lớn nhất (Pmax)
P1 không thỏa điều kiện cân bằng công suất, do đó ta hiệu chỉnh P1 = 350 (MW)
Ta tiếp tục tiến hành giải lại để tìm P
(4) Giải hệ phương trình từ (2), (3) và (4), ta có được công suất của các tổ máy phát và như sau:
Tính chi phí phát điện cho tổ máy trong 12 giờ: e Phần Matlab clear all clc
%% Nhap thong so bai toan
% Cong suat phat min p1min0; p2min0; p3min0;
% Cong suat phat max p1max50; p2max@0; p3maxP0;
Hour; % so gio tinh chi phi
%Gia su gia tri lamda ban dau lamda=6;
%Chon buoc nhay lamda denta_lamda=0.01;
% Vong lap hien tai iter=1;
% Gia su sai so ban dau khong thoa sai_so=1;
%So vong lap lon nhat itermax00000; while (iterMaxsai_so)
%% Cap nhat lamda iter=iter+1;
% Tinh cong suat cac to may phat p1 = (lamda-b1)/(2*a1); p2 = (lamda-b2)/(2*a2); p3 = (lamda-b3)/(2*a3);
% Kiem tra rang buoc gioi han to may 1 if p1p1max p1=p1max; end end
% Kiem tra rang buoc gioi han to may 2 if p2p2max p2=p2max; end end
% Kiem tra rang buoc gioi han to may 3 if p3p3max p3=p3max; end end
%% Tinh sai so rang buon can bang sai_so = (p1+p2+p3)-(PD+Ploss);
To update the value of lambda, if Pphat is greater than Ptai, then lambda is decreased by denta_lamda; conversely, if Pphat is less than Ptai, lambda is increased by denta_lamda The final value of lambda is displayed using the format 'lambda: %f\n', along with the power outputs for three machines, which are printed as 'Power output for machine 1: %f\n', 'Power output for machine 2: %f\n', and 'Power output for machine 3: %f\n'.
% Tinh chi phi nhien lieu
Tong_P=(p1+p2+p3); fprintf('Chi phi nhien lieu nha may : %f\n',Hour*FC); fprintf('Tong cong suat phat : %f\n',Tong_P); fprintf('So vong lap su dung : %f\n',iter); fprintf('Sai so : %f\n',sai_so);
BÀI TẬP 2
Cho bảng sau: 3 nhà máy
Để phân tích dữ liệu, đầu tiên, vẽ đồ thị cho ngày theo công suất P với các giá trị 164,8, 197,76, 148,32, 140,08 và 123,6 Tiếp theo, tính tổn thất công suất bằng 3% của tải và vẽ đồ thị tương ứng Sau đó, tính tổng tải và tổn thất, đồng thời vẽ đồ thị để thể hiện kết quả Cuối cùng, viết phương trình cân bằng công suất theo từng thời điểm để hoàn thiện phân tích.
Giải a Vẽ đồ thị cho ngày theo P
Công thức tính công suất tải P (MW):
Các giá trị đã được thể hiện trên bảng 2.2.1
Vẽ đồ thị: b Tính tổn thất công suất bằng 3% của tải và vẽ đồ thị
Công thức tính công suất tổn thất Ploss:
Các giá trị đã được thể hiện trên bảng 2.2.1
Vẽ đồ thị theo Ploss:
- Tính tổng tải và tổn thất, sau đó vẽ đồ thị
Công thức tính tổng công suất:
- Vẽ đồ thị theo Ptong:
- Viết phương trình cân bằng công suất theo từng thời điểm
2.2.1 Lưu đồ giải thuật và phần mềm Matlab
Bước 1: Nhập các thông số của bài toán:
Nhập dữ liệu bài toán Tính P D ,P loss Chọn Lamda, delta Lamda,G max
Kiểm tra ràng buộc giới hạn các tổ máy Tính sai số ℇ
Nhập giới hạn công suất của từng máy thứ i của ,
Nhập công suất tải yêu cầu phát của các tổ máy:
Nhập tổn thất công suất:
Nhập giá trị ban đầu
Nhập sai số cho phép
Nhập số vòng lập lớn nhất
Bước 3: Dựa vào hàm Lagrange tính công suất phát P i
Khi đã chọn được ở bước trên, ta tiến hành tìm các công suất phát của các tổ máy qua công thức:
Bước 4: Kiểm tra ràng buộc giới hạn của các tổ máy
Bước 5: Tính sai số của ràng buộc cân bằng ℇ
Nếu sai số vượt quá sai số tối đa, tổng sẽ bị ảnh hưởng Để khắc phục tình trạng này, cần giảm công suất phát để đạt được sự cân bằng Do λ tỷ lệ thuận với Pi, việc giảm tổng cũng đồng nghĩa với việc phải giảm λ.
+ Nếu sai số < sai số max thì chúng ta sẽ tăng λ:
Bước 7: Điều kiện sai số
Vòng lặp hiện tại iter=0;
Giả sử sai số ban đầu không thỏa sai_so=1;
Số vòng lặp lớn nhất itermax5; while (iterMaxsai_so)
Cập nhật Lamda iter=iter+1;
BÀI TẬP 3
Cho hàm chi phí có dạng như sau:
Thông số của 3 tổ máy cho trong bảng dưới đây:
Tính toán công suất, giá điện cho từng tổ máy và vẽ đồ thị
Chi phí phát điện tỉ lệ thuận với công suất phát, nghĩa là khi công suất càng lớn, chi phí sẽ càng cao Do đó, việc lựa chọn công suất phát hợp lý và phân bố vị trí các tổ máy là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả kinh tế và tối ưu hóa hiệu suất.
BÀI TẬP 4
- Viết phương trình phân bố công suất cho các trường hợp dưới đây:
2.4.1 Trường hợp 1 : Vận hành tối ưu hệ thống gồm 3 nhà máy nhiệt điện, công suất tải 1000 MW, tổn thất công suất P loss = 1%.P D
PD là công suất của phụ tải => PD = 1000 (MW)
Ploss là tổn thất công suất truyền tải
- Phương trình phân bố công suất:
2.4.2 Trường hợp 2 : Vận hành tối ưu hệ thống gồm 3 nhà máy nhiệt điện, công suất tải 800 MW, tổn thất công suất P loss = 1%.P D ,
PD là công suất của phụ tải =>
Ploss là tổn thất công suất truyền tải
Phương trình phân bố công suất:
2.4.3 Trường hợp 3: Vận hành tối ưu 3 nhà máy nhiệt điện có công suất tổn thất
10 (MW), ,công suất tải 800(MVAR)
PD là công suất của phụ tải
Ploss là tổn thất công suất truyền tải
BÀI TẬP 5
- Cho đồ thị phụ tải bên dưới, công suất định mức máy biến áp 25MVA, ,
Để đánh giá hiệu suất của máy biến áp, trước tiên cần lập bảng tính hệ số mang tải và đưa ra nhận xét Tiếp theo, xác định hệ số chế độ nhiệt và đưa ra nhận xét về nó Cần tính toán thời gian quy đổi về công suất định mức và đưa ra nhận xét tương ứng Ngoài ra, tính toán thời gian làm việc dữ trữ và thời gian quá tải cho phép cũng rất quan trọng, kèm theo nhận xét Cuối cùng, cần xem xét liệu máy biến áp có làm việc an toàn hay không và lý do cho kết luận này.
Giải: a Hệ số mang tải là tỉ số giữa công suất tải thực tế tại thời điểm t với công suất định mức.
Ta có kết quả hệ số mang tải khi công suất tải thay đổi theo từng khoảng thời gian: