1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Nghiên cứu vận hành hiệu quả lộ 475 điện lực thành phố sầm sơn

95 0 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Nghiên Cứu Vận Hành Hiệu Quả Lộ 475 Thành Phố Sầm Sơn
Tác giả Nguyễn Đức Anh
Người hướng dẫn PGS. TS. Ngô Đức Minh
Trường học Đại học Thái Nguyên
Chuyên ngành Kỹ thuật điện
Thể loại luận văn thạc sĩ khoa học
Năm xuất bản 2022
Thành phố Thái Nguyên
Định dạng
Số trang 95
Dung lượng 6,71 MB

Cấu trúc

  • 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu (10)
  • 3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài (10)
  • 4. Phương pháp nghiên cứu (10)
  • 5. Cấu trúc luận văn (10)
  • CHƯƠNG 1 4 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LỘ 475 THÀNH PHỐ SẦM SƠN (12)
    • 1.1 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia (12)
    • 1.2 Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện phân phối [5] (20)
    • 1.3 Giới thiệu lưới điện 22 kV Thành phố Sầm Sơn [6] (27)
    • 1.4 Giới thiệu lộ 475 thành phố Sầm Sơn (29)
  • CHƯƠNG 2 25 CÔNG CỤ TOÁN HỌC VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG (33)
    • 2.1 Giới thiệu chung (33)
    • 2.2 Công cụ toán và phần mềm ứng dụng (34)
      • 2.2.1 Công cụ toán [7] [8] (34)
      • 2.2.2 Phần mềm áp dụng [9] (36)
    • 2.3 Áp dụng ETAP mô hình hóa mô phỏng lộ 475 (37)
      • 2.3.1 Giới thiệu chung về Etap [9][10] (37)
      • 2.3.2 Mô hình hoá lộ 475 (40)
      • 2.3.3 Khai báo thông số các phần tử trong sơ đồ mô phỏng (45)
    • 3.1 Đặt vấn đề (51)
    • 3.2 Nghiên cứu hiện trạng và giải pháp điều chỉnh điện áp nguồn (52)
      • 3.2.1 Chế độ vận hành 2.1: phụ tải cực đại Smax, OLTC chưa kích hoạt (52)
      • 3.2.2 Chế độ vận hành 2.2: Smax, điều chỉnh điện áp MBA 105%Uđm (59)
    • 3.3 Giải pháp tái cấu trúc mạch vòng (66)
      • 3.3.1 Đóng kết nối mạch vòng lộ 475 tại bus 20 (66)
      • 3.3.2 Đóng kết nối mạch vòng lộ 475 tại bus 16 (68)
    • 3.4 Giải pháp bù tụ điện tĩnh trong lộ 475, [13] [14] (68)
      • 3.4.1 Chế độ vận hành 4.1 (70)
      • 3.4.2 Chế độ vận hành 4.2 (76)
        • 3.4.2.1 Chế độ 4.2.1: đóng LBS479-16 - mở LBS479-20 (76)
        • 3.3.2.1 Chế độ 4.2.2: mở LBS479-16 - đóng LBS479-20 (78)
    • 3.5 Giải pháp tích hợp nguồn phân tán WTG trong lộ 475 (80)
      • 3.5.1 Giới thiệu chung về máy phát điện turbine gió [4] [11] [12] (80)
      • 3.5.2 Máy phát điện turbine gió trong phần mềm ETAP [9] (83)
      • 3.5.3 Cấu trúc nguồn WTG (85)
      • 3.5.4 Vận hành và hiệu quả của WTG (85)
    • 3.6 Giải pháp trang bị recloser nâng cao độ tin cậy lộ 475 (88)
      • 3.6.1 RE bảo vệ đường dây nhánh (89)
      • 3.6.2 RE bảo vệ phân đoạn cuối đường dây (90)
  • TÀI LIỆU THAM KHẢO (95)

Nội dung

70 Trang 8 GIẢI THÍCH Chữ viết tắt, từ ngữ chuyên ngành Chữ viết tắt Tiếng Anh Ý nghĩa tiếng Việt EVN Tập đoàn điện lực Việt Nam PCTH Công ty điện lực Thanh Hóa HTĐPP Hệ thống điện phân

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Cập nhật tiến bộ khoa học kỹ thuật (phần mềm chuyên dụng ETAP) cho học tập, nghiên cứu và ứng dụng trong công tác chuyên môn, nghiệp vụ ngành điện

- Nghiên cứu các giải pháp vận hành linh hoạt trong lưới điện có cấu trúc phức hợp đa mạch vòng, có nguồn phân tán

- Đề xuất được các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lộ 475 lưới điện 22 kV Sầm Sơn

- Nghiên cứu vận hành lộ 475 trong tương lai có tích hợp nguồn phân tán sử dụng năng lượng tái tạo tại địa phương (PVG hoặc WTG).

Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: thu thập các tài liệu liên quan đến đề tài, vận dụng kiến thức chuyên môn tích lũy được kết hợp với bổ túc thêm của Người hướng dẫn để thực hiện nội dung yêu cầu của đề tài

- Khảo sát, thu thập số liệu thực tế

- Phân tích cơ sở lý thuyết áp dụng cho đối tượng thực tế

- Công cụ nghiên cứu, tính toán, mô phỏng có độ tin cậy cao

- Sử dụng phần mềm mô phỏng hiện đại (ETAP)

- Phân tích, lập luận khoa học đánh giá kết quả nghiên cứu, những đóng góp của đề tài, giá trị khoa học và thực tiễn đạt được.

Cấu trúc luận văn

Tổng thể luận văn được bố cục theo03 chương:

Chương 1 Tổng quan về hệ thống điện và lộ 475 thành phố Sầm Sơn

Chương 2 Công cụ toán học và phần mềm ứng dụng

Chương 3 Mô phỏng giải tích lưới và đề xuất giải pháp vận hành hiệu quả lộ 475 thành phố Sầm Sơn

Kết luận và kiến nghị

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng do điều kiện thời gian và giới hạn phạm vi nghiên cứu của một luận văn tốt nghiệp thạc sỹ, nên những kết quả đạt được và sự trình bày còn hạn chế, chưa thể đáp ứng đầy đủ những kỳ vọng Kính mong nhận được đóng góp của thầy cô trường Đại học kỹ thuật công nghiệp và các đồng nghiệp

4 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LỘ 475 THÀNH PHỐ SẦM SƠN

Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia

Điện năng là một dạng năng lượng đặc biệt và rất phổ biến hiện nay, điện năng có rất nhiều ưu điểm hơn hẳn so với các dạng năng lượng khác như: dễ dàng chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác với hiệu suất cao (cơ năng, nhiệt năng, hoá năng, quang năng ) Điện năng được sản xuất ra từ các nhà máy điện hay các trạm phát điện theo nhiều công nghệ khác nhau Quá trình sản xuất và sử dụng điện năng của bất kể quốc gia nào trên thế giới cũng đề được thực hiện bởi một hệ thống điện Hình 1 1 biểu diễn một mô hình cơ bản của hệ thống điện quốc gia[1][2]

Hình 1 1Mô hình cấu trúc cơ bảnhệ thống điện quốc gia

Trong đó bao gồm các hạng mục chính : sản xuất, truyển tải đến phân phối và tiêu thụ điện.Hoạt động của hệ thống điện có một số đặc điểm chính sau đây:

- Điện năng sản xuất ra nói chung, tại mọi thời điểm luôn phải bảo đảm cân bằng giữa lượng điện năng sản xuất ra với lượng điện năng tiêu thụ, tích trữ và điện năng tổn thất trên các thiết bị truyền tải và phân phối điện

- Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh Ví dụ: sóng điện từ hay sóng sét lan truyền trên đường dây với tốc độ rất lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng 300.000 km /s), thời gian đóng cắt mạch điện, thời gian tác động của các bảo vệ thường xẩy ra dưới 0,5s

- Hoạt động điện lực có liên quan chặt chẽ đến nhiều kĩnh vực xã hội và kinh tế quốc dân khác như: Luyện kim, hoá chất, khai thác mỏ, cơ khí, công nghiệp nhẹ, đô thị và dân dụng, Để tiện lợi cho việc quản trị các hoạt động điện lực, cấu trúc của một hệ thống điện thường được chia thành 03 khối chính như mô tả trên Hình 1 2

Hình 1 2 Cấu trúc khối của một hệ thống điện

Nguồn điện bao gồm các nhà máy điện được phân biệt thành hai loại Thứ nhất đó là các nhà máy điện công suất lớn bao gồm các trung tâm sản xuất điện lớn, các nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện hạt nhân, trạm thủy điện công suất lớn (Pđm ≥ 30 MW) Thứ hai đó là các nguồn điện phân tán công suất nhỏ (Pđm 30 MW)

1.1.2 Khối 2 - Hệ thống truyền tải

Hệ thống truyền tải (Transmission, Subtransmisstion), đó là hệ thống các trạm biến áp và các đường dây tải điện có nhiệm vụ chính là truyền tải công suất giữa các trạm biến áp, không trực tiếp kết nối với phụ tải tiêu thụ điện Trong khối này lại được chia thành hai khối con, đó là[1],[2]:

- Khối truyền tải siêu cao áp (EHV transmission): bao gồm hệ thống các trạm biến áp và đường dây có điện áp xoay chiều định mức Uđm ≥ 220 kV Một số nước tân tiến có sử dụng đường dây truyền tải siêu cao áp một chiều HVDC

- Khối truyền tải cao áp (HV transmission): bao gồm hệ thống các trạm biến áp và đường dây có điện áp xoay chiều định mức 22 kV ≤ Uđm ≤ 110 kV

1.1.3 Khối 3 - Hệ thống điện phân phối

Trước đây ở Việt Nam, phạm vi của hệ thống phân phối điện chỉ bao gồm các trạm biến áp và đường dây được tính từ phía thứ cấp trạm biến áp 110 kV trở về đến các phụ tải tiêu thụ điện Ngày nay, kể từ 01/11/2018, EVN đã có quy định mới: hệ thống phân phối điện được mở rộng thêm về phía cao áp đến thứ cấp của trạm biến áp 220 kV Đây là một hướng hội nhập quốc tế Trên cơ sở mô hình tổng quát của hệ thống điện quốc gia hình 1.1 và hình 1.2, cấu trúc một hệ thống phân phối điện có thể được bóc tách dưới dạng sơ đồ một sợi như trên hình 1.4

Theo cấu trúc này, hệ thống phân phối điện lại có thể được phân chia thành các hệ thống phân phối con dựa trên điện áp định mức làm căn cứ:

- Hệ thống phân phối điện cao thế 110 kV (High Voltage): bao gồm toàn bộ đường dây và các trạm biến áp 110 kV đóng vai trò trung gian (Sup transmision line) hay (Transmision line) để cung cấp điện cho các trạm biến áp khu vực (Zone Suptation) Đối với các phụ tải lớn như các nhà máy lớn hay các khu công nghiệp có sức tiêu thụ điện cao, có thể được kết nối trực tiếp với hệ thống truyền tải con 110 kV

- Hệ thống phân phối điện trung thế (Middle Voltage): bao gồm hệ thống các đường dây trung thế (22 kV, 22 kV) và các trạm biến áp phân phối hạ áp cung cấp điện cho lưới phân phối hạ thế (Low voltage)

Hệ thống phân phối điện hạ thế thế (Low Voltage): bao gồm hệ thống các trạm biến áp phân phối và đường dây hạ thế (0,4 kV) cung cấp cho các phụ tải là điểm cuối cùng của hệ thống điện

Hình 1 3 Sơ đồ nguyên lý một sợi hệ thống điện phân phối

1.2.3.2 Các dạng nguồn điện công suất nhỏ trong hệ thống phân phối điện

Hiện nay, trong lưới phân phối điện không chỉ có một loại nguồn cung cấp từ phía lưới điện quốc gia mà còn có thêm các nguồn phân tán Chính vì vậy cấu trúc lưới được thay đổi căn bản, phân bố công suất không chỉ theo một hướng (one way) như trước đây mà là nhiều hướng, thậm chí luôn thay đổi cả về độ lớn và hướng công suất

 Nguồn chính: nguồn chính cung cấp điện cho lưới cho lưới phân phối được chỉ định từ lưới điện quốc gia được quy đổi về cấp điện áp trung thế cao nhất của lưới phân phối Trên sơ đồ nguyên lý một sợi (one line diagram) nguồn có thể được biểu diễn bởi một thanh cái (Bus)

Các thông số cơ bản của nguồn bao gồm:

- Cấp điện áp định mức Uđm (kV): 110 kV, 22 kV, 22 kV

- Công suất ngắn mạch SNM (MVA): 400 MVA

Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện phân phối [5]

Để đánh giá chất lượng điện năng trong cung cấp cho các hộ tiêu thụ, các cấp quản lý ngành điện áp dụng các chỉ tiêu cơ bản dựa trên tiêu chuẩn IEC và TCVN quy định Cụ thể, trong phạm vi đề tài này quan tâm đến đến một số chỉ tiêu cơ bản sau đây

 Một số quy định hành chính :

 là hệ thống đường dây tải điện, trạm điện và trang thiết bị phụ trợ để truyền dẫn điện

 Đơn vị truyền tải điện: là đơn vị điện lực được cấp phép hoạt động điện lực trong lĩnh vực truyền tải điện, có trách nhiệm quản lý vận hành lưới điện truyền tải quốc gia

 Hệ thống điện phân phối: là hệ thống điện bao gồm lưới điện phân phối và các nhà máy điện đấu nối vào lưới điện phân phối

 Lưới điện phân phối: là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm điện có cấp điện áp đến 110 kV

 Lưới điện truyền tải: là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm điện có cấp điện áp trên 110 kV

 Ngày điển hình: là ngày được chọn có chế độ tiêu thụ điện điển hình của phụ tải điện theo Quy định nội dung, phương pháp, trình tự và thủ tục nghiên cứu phụ tải điện do

Bộ Công Thương ban hành Ngày điển hình bao gồm ngày điển hình của ngày làm việc, ngày cuối tuần, ngày lễ (nếu có) cho năm, tháng và tuần

 Sóng hài: là sóng điện áp và dòng điện hình sin có tần số là bội số của tần số cơ bản

 Tiêu chuẩn IEC: là tiêu chuẩn về kỹ thuật điện do Ủy ban Kỹ thuật điện quốc tế ban hành

 Trạm điện: là trạm biến áp, trạm cắt hoặc trạm bù

 Trung tâm điều khiển: là trung tâm được trang bị hệ thống cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin, viễn thông để có thể giám sát, điều khiển từ xa một nhóm nhà máy điện, nhóm trạm điện hoặc các thiết bị đóng cắt trên lưới điện

 Một số quy định về kỹ thuật :

Tần số danh định trong hệ thống điện quốc gia là 50 Hz Trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi ± 0,2 Hz so với tần số danh định Trường hợp hệ thống điện chưa ổn định, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi ± 0,5 Hz so với tần số danh định

- Các cấp điện áp danh định trong hệ thống điện phân phối bao gồm: 110 kV; 22 kV; 22 kV; 15 kV; 10 kV; 0,6 kV và 0,4 kV

- Trong chế độ vận hành bình thường điện áp vận hành cho phép tại điểm đấu nối được phép dao động so với điện áp danh định như sau: a) Tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện là ± 05 %; b) Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là + 10% và - 05 %;

- Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc trong quá trình khôi phục vận hành ổn định sau sự cố, cho phép mức dao động điện áp tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện bị ảnh hưởng trực tiếp do sự cố trong khoảng + 05 % và - 10 % so với điện áp danh định

- Trong chế độ sự cố nghiêm trọng hệ thống điện truyền tải hoặc khôi phục sự cố, cho phép mức dao động điện áp trong khoảng ± 10 % so với điện áp danh định

- Trường hợp khách hàng sử dụng lưới điện phân phối có yêu cầu chất lượng điện áp cao hơn so với quy định tại Khoản 2 Điều này, khách hàng sử dụng lưới điện phân phối có thể thỏa thuận với Đơn vị phân phối điện hoặc Đơn vị phân phối và bán lẻ điện

Trong chế độ làm việc bình thường, thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha không vượt quá 03 % điện áp danh định đối với cấp điện áp 110 kV hoặc 05 % điện áp danh định đối với cấp điện áp trung áp và hạ áp

Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp (THD) là tỷ lệ giữa giá trị hiệu dụng của sóng hài điện áp với giá trị hiệu dụng của điện áp bậc cơ bản (theo đơn vị %), được tính theo công thức sau:

Trong đó: a) THD: Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp; b) Vi: Giá trị hiệu dụng của sóng hài điện áp bậc i và N là bậc cao nhất của sóng hài cần đánh giá; c) V1: Giá trị hiệu dụng của của điện áp tại bậc cơ bản (tần số 50 Hz)

Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp tại mọi điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn quy định trong bảng 1.1 như sau:

Bảng 1 1 Tổng độ méo biên độ sóng hài Cấp điện áp Tổng biến dạng sóng hài Biến dạng riêng lẻ

Cho phép đỉnh nhọn điện áp bất thường trên lưới điện phân phối trong thời gian ngắn vượt quá tổng mức biến dạng sóng hài quy định tại Khoản 2 Điều này nhưng không được gây hư hỏng thiết bị của lưới điện phân phối

- Trong điều kiện vận hành bình thường, mức nhấp nháy điện áp tại mọi điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn quy định trong bảng 1.2 như sau:

Bảng 1 2 Độ nhấp nháy điện áp

Cấp điện áp Mức nhấp nháy cho phép

- Mức nhấp nháy điện áp ngắn hạn (Pst) là giá trị đo được trong khoảng thời gian

10 phút bằng thiết bị đo tiêu chuẩn theo IEC868 Pst95% là ngưỡng giá trị của Pst sao cho trong khoảng 95 % thời gian đo (ít nhất một tuần) và 95 % số vị trí đo Pst không vượt quá giá trị này;

- Mức nhấp nháy điện áp dài hạn (Plt) được tính từ 12 kết quả đo Pst liên tiếp (trong khoảng thời gian 02 giờ), theo công thức:

- Plt 95% là ngưỡng giá trị của Plt sao cho trong khoảng 95 % thời gian đo (ít nhất

01 tuần) và 95 % số vị trí đo Plt không vượt quá giá trị này

- Tại điểm đấu nối trung và hạ áp, mức nhấp nháy ngắn hạn (Pst) không được vượt quá 0,9 và mức nhấp nháy dài hạn (Plt) không được vượt quá 0,7 theo tiêu chuẩn IEC1000-3-7

 Dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố:

- Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố của bảo vệ chính được quy định trong bảng 1.3 như sau:

Bảng 1 3 Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố Điện áp

Dòng ngắn mạch lớn nhất (kA)

Thời gian tối đa loại trừ sự cố của bảo vệ chính (ms)

Thời gian chịu đựng tối thiểu của thiết bị (s) Áp dụng tới ngày 31/12/2017 Áp dụng từ ngày 01/01/2018

Giới thiệu lưới điện 22 kV Thành phố Sầm Sơn [6]

Tổng thể lưới điện 22 kV thành phố Sầm Sơngồm 09 lộ đường dây chính từ 471 đến

479 có sơ đồ một sợi được cung cấp bởi Điện lực Sầm Sơn như thể hiện trên hình 1.4

20 Hình 1 4 Sơ đồ toàn thể lưới điện 22 kV TP Sầm Sơn

Với một số một số đặc điểm chính của sơ đồ được chú dẫn kèm theo như sau.

Giới thiệu lộ 475 thành phố Sầm Sơn

Sơ đồ một sợi lộ 475 được cung cấp bởi Điện lực Sầm Sơn như thể hiện trên hình

22 Hình 1 5 Sơ đồ một sợi lộ 475 thành phố Sầm Sơn Đặc điểm chính của sơ đồ:

- Nguồn cung cấp: xuất tuyến lộ 475 được thiết lập tại thanh cái C41-E9.11 máy biến áp 40 MVA -110/35/22 kV của TBA 110 (40 + 63)MVA – 110/35/22 kVthành phố Sầm Sơn

- Ngăn lộ 475 được kết nối với đường dây chính 475 qua đoạn cáp ngầm có chiều dài 0,999km, như mô tả trên hình 1.6 (trích xuất từ sơ đồ hình 1.5)

Hình 1 6 Mô tả xuất tuyến lộ 475

Lộ 475 có kết nối mạch vòng tại 02 vị trí, như mô tả trên hình 1.7a,b

Hình 1 7 Mô tả vị trí kết nối mạch vòng trên lộ 475

+ Tại vị trí 16 thiết lập kết nối với hai lộ 473 và lộ 479 bởi 02 bộ LBS (thường cắt) +Tại vị trí 20 thiết lập kết nối với lộ 479 bởi 01 LBS (thường cắt)

- Cấu trúc đường dây áp dụng hai loại là đường dây trên không và cáp ngầm có thông số được ghi trực tiếp trên sơ đồ

- Phạm vi sơ đồ được giới hạn đến MBA phân phối, công suất MBA đại diện cho phụ tải khách hàng, hầu hết các MBA đều làm việc đầy tải

Những vấn đề được giới thiệu tại chương 1 đã cung cấp một số thông tin cơ bản về cấu trúc của một hệ thống điện nói chung và tổng quan về một lưới điện 22 kV và chi tiết hơn đối với lộ 475thành phố Sầm Sơn phục vụ cho nội dung nghiên cứu của đề tài Mặt khác, tóm tắt những nét chính của thông tư số 39/TT-BCT 2015 để làm cơ sở cho kiểm soát kết quả nghiên cứu của đề tài.

25 CÔNG CỤ TOÁN HỌC VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG

Giới thiệu chung

Nhiệm vụ chính của một hệ thống điện hiện đại là đảm bảo cung cấp điện với chất lượng cao nhất cho mọi khách hàng Đây là một vấn đề kỹ thuật phức tạp,với các yêu cầu kỹ thuật phải đảm bảo như đã giới thiệu trong chương 1, mục 1.2.Hơn nữa, do tính chất cạnh tranh của các doanh nghiệp cung cấp điện trong giai đoạn bãi bỏ quy định độc quyền, thì chi phí truyền tải phải được giữ ở mức thấp nhất có thể Đối với một hệ thống lớn, rất nhiều bài toán đặt ra cần phải sử dụng đến các nghiên cứu về phân bố công suất Mục tiêu chính của nghiên cứu giải tích lưới điện là để xác định tình trạng hoạt động ổn định của mạng điện Các trạng thái ổn định có thể được xác định bằng cách phân tích một tập hợp các điều kiện liên quan như: Tải, công suất truyền tải và điện áp tại tất cả các nút trên toàn mạng cả về độ lớn và góc pha

Ngoài việc kiểm soát phân bố công suất trong một hệ thống điện phức tạp, các yêu cầu khác cũng cần phải được cập nhật liên tục như quá điện áp nút và dòng điện tải và tổn thất trên đường dây hay trong máy biến áp có nằm trong giới hạn cho phép hay không Nếu biên độ điện áp tại một số điểm trên lưới vượt ra ngoài giới hạn, những giải pháp khắc phục cần phải được thực hiện điều chỉnh điện áp trở lại trong phạm vi quy định Tương tự như vậy, nếu dòng điện trong một đường truyền vượt quá khả năng tải của đường dây, khi đó hệ thống tự động hóa hay các bảo vệ phải tác động ngay trước khi tiếp diễn đến giới hạn nguy hiểm

Bài toán phân bố dòng công suất, để xác định trạng thái điện áp ở tất cả các nút của mạng, dòng điện làm việc và tổn thất trong mỗi đường dây cũng như các máy biến áp được biểu diễn bởi các phương trình đặc trưng cho hệ thống điện tổ hợp thành một hệ phương trình phi tuyến Phương pháp giải các lớp bài toán này chủ yếu bằng các thuật toán tính lặp Thông dụng nhất là các thuật toán Newton-Raphson và Gauss-Seidel được giải bởi các phần mềm chuyên dụng ETAP, một phần mềm đang chiếm ưu thế trong hoạt động điện lực hiện nay.

Công cụ toán và phần mềm ứng dụng

Từ một mô hình toán học tổng quát gồm một hệ các phương trình phi tuyến, mô tả các thông số mạng điện trong điều kiện trạng thái ổn định Trước đây, một số phương pháp cổ điển áp dụng cho giải tích lưới đầu có khối lượng tính toán lớn, khi kỹ thuật được cải tiến cho ra đời các phương pháp tính lặp, dẫn đến giảm đáng kể khối lượng tính toán Giải pháp phân tích dòng công suất dựa vào ma trận trở kháng nút có hiệu quả hơn đã được thử nghiệm (Brown, 1975), nhưng khả năng đáp ứng của máy tính vẫn là trở ngại chính không thể vượt qua vào thời điểm đó Để khắc phục những hạn chế như vậy, vào những năm 1970, hai phương pháp phương pháp được đề suất và phát triển mạnh mẽ cho đến nay đó là phương pháp Newton-Raphson và phương pháp Gauss – Seidel Cả hai phương pháp này đều áp dụng thuật toán tính lặp và cho kết quả chính xác cao, hội tụ nhanh với khả năng không hạn chế số bus trong lưới tính toán Tất nhiên mỗi phương pháp đề có một thế mạnh riêng khác nhau

Phương pháp Newton-Raphson được sủ dụng phổ biến nhất để giải phương trình phi tuyến

Nếu f (x) = 0 là phương trình phi tuyến , giá sử x ( ) là giá trị gần đúng ban đầu thì khai triển chuỗi Taylor f (x) theo giá trị ban đầu x ( ) như sau : f (x ( ) ) + (x-x ( ) )f (x ( ) )+ (x ( ) ) + (x-x ( ) )f (x ( ) )+ ( ( ) ) f " (x ( ) )+…= 0 (2.1) bỏ qua các số hạng bậc cao , chỉ giữ lại phần tuyến tính : f (x ( ) ) + (x-x ( ) )f (x ( ) ) = 0 (2.2)

Giả sử x ( ) là giá trị gần đúng thứ hai, từ (2.2) suy ra : x ( ) =x ( ) - ( ( ) )

( ( ) )(2.4) Đây là công thức lặp Newton Mở rộng công thức (2.4) cho hàm nhiều biến gọi là phương pháp Newton – Raphson

Giả thiết có n phương trình tuyến tính có n ẩn ( x , x , …., x ) như sau : f (x , x , … , x ) = C f (x , x , … , x ) = C

Khai triển (2.5) dưới dạng chuỗi Taylor , bỏ qua các số hạng bậc cao

Giải hệ phương trình (2.6) được nghiệm là các gia số cho lần lặp thứ nhất ∆x ( ) ,

Suy ra giá trị gần đúng ở lần lặp tiếp theo: x ( ) = x ( ) + ∆x ( ) ,

Tính toán tương tự cho các lần lặp sau đến khi 'x ( ( ) − x ( ( ) ' ≤ ε , với ε là độ chính xác yêu cầu, đại diện cho sự hội tụ của thuật toán

Viết lại (2.6) dưới dạng ma trận :

J ( ) là ma trận các đạo hàm riêng phần hay còn được gọi là ma trận Jacobi

Xét phương trình phi tuyến: f(x) = 0 (2.9)

Giả sử x là giá trị gần đúng ban đầu, giá trị gần đúng lần lặp kế tiếp là x = g(x )

Tổng quát, giá trị gần đúng lần thứ (k+1) là : x = g(x ) (2.11)

Trong một số trường hợp , sử dụng hệ số tăng tốc α ,α> 1, để tăng tốc độ hội tụ của bài toán Khi đó, thuật toán Gauss-Seidel trở thành: x = (x ) + α

Ngày đăng: 22/03/2024, 09:07

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w