EB15

499 Chương 12 VẬN HÀNH KINH TẾ MÁY PHÁT 12.1 MỞ ĐẦU Đề tài vận hành kinh tế rộng để đề cập chương Ở đưa khía cạnh quan trọng vấn đề Trong năm gần đây, nhiều vấn đề triển khai liên quan đến: Dự báo phụ tải xác ngắn hạn lẫn dài hạn; Định thời biểu máy phát gọi phương thức huy động (sự ủy thác công suất kinh tế tổ máy); Vận hành kinh tế nhà máy hoạt động lưới; Phát triển kinh tế đại hóa hệ thống điện 12.2 CÁC RÀNG BUỘC VỀ VẬN HÀNH Một số ràng buộc phải nhắc đến bao gồm: 12.2.1 Ràng buộc khả máy phát Những ràng buộc xác định chủ yếu ràng buộc nhiệt khả lò bao gồm thời gian lên máy tổ máy mức độ nhận tải sau lên máy Lượng công suất truyền tải từ máy phát vào hệ thống có giới hạn theo quan điểm ổn định Có giới hạn theo quan điểm phát nóng lượng công suất tác dụng phản kháng mà máy phát phát Những giới hạn dựa cuộn dây xoay chiều phần ứng cuộn dây kích thích chiều Tham khảo H.12.1 mô tả đường cong khả máy phát với sức điện động Eg không đổi cung cấp công suất vào hệ thống với điện áp đầu cực không đổi Ut qua điện kháng đồng Xs Đường cong khả bao gồm hai cung tròn Cung I biểu diễn giới hạn phát nóng dòng điện cực đại cho phép cuộn dây xoay chiều stato (Iư,max) Cung có tâm góc, có bán kính công suất S không đổi Công suất tác dụng P vẽ theo trục hoành công suất phản kháng Q vẽ theo trục tung Máy phát vận hành an toàn bên cung tròn (về bên trái) xét theo phát nóng stato máy phát Cung II biểu diễn giới hạn phát nóng dòng điện kích thích cho phép sức điện động tương ứng với kích thích cực đại (Eg), cung thứ hai có tâm bán kính Eg U t XS − Ut XS trục Q có Hai cung tạo nên đường biên cho công suất P + jQ Tuy vậy, máy phát trở nên có hệ số công suất sớm kích thích cuộn dây kích từ, công Q giảm đáng kể phát nóng phụ thêm lõi sắt Điều chưa thể thấy được, 500 CHƯƠNG 12 công suất Qsớm cho phép giảm xuống khoảng nửa công suất định mức Qtrễ máy phát Lý thuyết ổn định đặt thêm đường biên cho máy phát Hình 12.1: Đường cong khả tải máy phát đồng 12.2.2 Yêu cầu dự trữ an toàn cho hệ thống Phải kể đến trường hợp khẩn cấp đường dây, máy phát, máy biến áp… bị cắt khỏi hệ thống Một lượng dự trữ cần thiết vùng biên an toàn có xét đến việc cắt cưỡng phần tử hệ thống sai số dự báo Cần xem xét chương trình dự trữ mặt địa dư mà việc cắt đứt đường dây truyền tải gây cô lập vùng hệ thống 12.3 DỰ BÁO TẢI NGẮN HẠN Dự báo phụ tải thường chia làm “dài hạn” phụ tải đỉnh theo mùa tiên đoán sở thời gian dài “ngắn hạn”, tiên đoán đưa cho ngày định Dựa vào xếp điển hình khứ, phòng sản suất đưa dự báo ngắn hạn, liên hệ đến phương pháp có tính truyền thống kinh nghiệm, suy luận trực giác Dựa dự báo này, nguồn huy động theo lịch trình hay theo danh sách ưu tiên Nhóm vận hành làm việc chặt chẽ với nhóm sản xuất nhằm đảm bảo an toàn hệ thống trì Một sai số dự báo hay 3% phía thấp đưa đến cần phải dùng máy phát tuabin khí hiệu suất thấp hay đơn vị phủ định có chi phí sản xuất cao Mặt khác, sai số dự báo lớn thực tế dư thừa công suất phát dự trữ nóng Độ xác 1% coi đối tượng mong muốn thường khó đạt Các thông tin tin cậy thời tiết góp phần vào dự báo tốt Bài toán dự báo ngắn hạn đơn giản nhiều yếu tố cần đưa vào biểu thức phụ tải tổng Trong yếu tố có ảnh hưởng ánh sáng, thời tiết, kiểu mẫu đồ thị phụ tải ngày hay mùa, phụ tải yêu cầu công nghiệp Ngay tiên đoán xác VẬN HÀNH KINH TẾ MÁY PHÁT 501 yếu tố luôn có yếu tố ngẫu nhiên không đoán trước mưa bão, sấm sét… Một kỹ thuật dùng dự báo lý thuyết hồi qui Chẳng hạn, tải tổng P biểu diễn tổng nhiều biểu thức tuyến tính theo W1, W2, Wn giá trị W biến số thời tiết có liên quan đến nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc gió, độ trông thấy v.v… Biểu thức dự báo phụ tải có dạng: (12.1) P= C0 + C1W1 + C2W2 + … + CnWn Từ số khảo sát riêng rẽ với giá trị P Q biết, hệ số C xác định chương trình hồi qui phương pháp gần bình phương cực tiểu Trong phạm vi có hạn sách, có dụng ý giúp cho sinh viên có khái niệm tổng quát dự báo ngắn hạn tầm quan trọng việc định thời biểu vận hành nguồn điều độ kinh tế tải nguồn phát hệ thống 12.4 SỰ PHÂN BỐ KINH TẾ TẢI GIỮA CÁC MÁY PHÁT BÊN TRONG NHÀ MÁY Nhiều yếu tố cho quan trọng việc sản xuất điện với chi phí tối thiểu bao gồm: 1) Hiệu suất vận hành máy phát 2) Chi phí nhiên liệu 3) Tổn thất truyền tải điện Rõ ràng máy phát có hiệu suất cao hệ thống không đảm bảo chi phí thấp cho MWh phát đặt xa phụ tải đặt nơi mà giá nhiên liệu cao H Mục giả thiết đơn vị tổ máy đặt nhà máy chúng đặt đủ gần để bỏ qua tổn thất truyền tải Việc xét tổn thất đường dây lợi ích kinh tế bàn mục kế Mục tiêu giai đoạn phân bố tải nhà máy tổ máy cho chi phí nhiên liệu nhà máy nhỏ Đường cong đầu vào - đầu (nhập–xuất) nhà máy nhiệt điện quan trọng việc mô tả hiệu suất Hình 12.2: Đường cong nhập xuất tổ nhà máy Một đường cong máy phát đồ thị nhiên liệu đầu vào (BTU/giờ, BTU đơn vị nhiệt đơn vị Anh: BTU = 1054,8 Joule = 252 Calo) theo công suất điện kW hay MW đầu trình bày H.12.2 Máy phát (hay nhà máy) có suất nhiệt tính BTU hay kiloJoule đầu vào cho MWh điện đầu Không nhầm lẩn đường cong suất nhiệt với đường cong suất tăng nhiên liệu đơn vị trục toạ độ hai đường giống Các điểm đường cong suất nhiệt có từ đường cong đầu vào - đầu cách đơn giản chia tung 502 CHƯƠNG 12 độ điểm đường cong với hoành độ tương ứng điểm Còn đường cong suất tăng nhiên liệu đồ thị độ dốc đường cong đầu vào - đầu theo công suất đầu Suất nhiệt tổ máy phát dùng dầu cải thiện đáng kể Ví dụ, năm 1940 suất nhiệt F lớn 16 000 BTU/kWh gần trị số khoảng 10 000 BTU/kWh hay Hình 12.3: Đường cong nhập xuất với tung độ tính theo $/giờ Hình 12.3 đường cong đầu vào - đầu với tung độ đổi đơn vị từ BTU/giờ (H) tiền $ /giờ (F) Ngoài độ dốc (∆F/∆P) ứng với công suất khác đầu có ý nghóa quan trọng Đồ thị độ dốc (λ=∆F/∆P) theo P đường cong suất tăng chi phí có dạïng H.12.4 Hình 12.4: Đường cong suất tăng chi phí máy phát Đường cong suất tăng chi phí thước đo chi phí phải đắt để sản suất thêm lượng tăng công suất công suất phát Để ý có hai đường H.12.4 Đường đứt nét biểu diễn đường suất tăng chi phí nhiên liệu thực tế đường liền nét có VẬN HÀNH KINH TẾ MÁY PHÁT 503 kể thêm chi phí tăng lao động, phục vụ… gọi chung chi phí điều hành Việc xác định ảnh hưởng chi phí điều hành thường khó xác thường gần Vì đường suất tăng chi phí gần với quan hệ tuyến tính nên biểu diễn phương trình đường thẳng Bây giả thiết hai hay nhiều máy phát nhà máy vận hành chung điều kiện kinh tế Tiêu chuẩn cho cách vận hành đơn vị tổ máy phải có suất tăng chi phí nhiên liệu (λ) Phát biểu dạng toán học: λ= dF1 dF2 dF = = = n dP1 dP2 dPn (12.2) nguyeân lý dùng H.12.5 đơn vị A B Hình 12.5: Minh hoạ phân bố kinh tế tải bốn đơn vị máy phát Ptổng =PA + PB +PC +PD Dó nhiên đơn vị mà toàn dãy suất tăng chi phí dãy λ đơn vị khác (xem đường cong đơn vị C) mang đầy tải trước đơn vị khác mang tải lớn mức tải cực tiểu Tương tự đơn vị D với dãy suất tăng chi phí cao mang tải mức tối thiểu dùng làm dự trữ Chú ý trị số λ chọn cho thỏa mãn công suất tổng toàn nhà máy: Ptổng = PA + PB + PC + PD Nếu công suất phát nhà máy tăng lên λ tăng theo Có nhiều cách để chứng minh nguyên lý tiêu chuẩn λ vận hành kinh tế Phương pháp chọn chứng minh đồ thị, phương pháp thừa số Lagrange thường dùng để chứng minh tiêu chuẩn Với phương pháp dùng đồ thị, giả thiết trước hết xét hai đơn vị tổ máy đảo ngược độ dốc hai đường đầu vào - đầu hai tổ máy Đường cong đơn vị A vẽ bình thường trục tung đơn vị B bị quay 1800 có chiều dương hướng xuống, gốc toạ độ OB đơn vị B đặt cách gốc OA khoảng tải tổng PA + PB Khoảng cách thẳng đứng hai đường biểu diễn cho chi phí tổng để phát công suất Ptổng nhà máy (H.12.6) Câu hỏi trả lời đồ thị liên quan đến điểm vận hành tối ưu (kinh tế nhất) Trước hết, đoạn thẳng đứng FI biểu diễn điểm vận hành độ dốc hai đường cong FI biểu diễn chi phí tổng vận hành hai máy Để xác định xem có khác vận hành hai bên đường ứng với độ dốc cần kiểm tra đường chi phí ứng với điều kiện II III Các đường đứt nét vẽ tiếp xúc với đường cong đường có độ dốc Bất khoảng cách thẳng đứng nằm hai đường 504 CHƯƠNG 12 song song với chi phí FI rõ ràng khoảng cách nhỏ FII FIII Tiêu chuẩn độ dốc chứng minh với hai đơn vị máy phát số tổ máy nhiều Thực vậy, đường cong suất tăng chi phí hai (hay nhiều) máy dễ dàng kết hợp thành đường điều kiện λ H.12.7 Điều làm cách cộng giá trị hoành độ P hai đường suất tăng chi phí điểm có λ Hình 12.6: Minh họa tiêu chuẩn λ phân bố kinh tế phụ tải hai tổ máy Đường cong suất tăng chi phí thường coi đường thẳng khoãng cho trước Vì lí này, phương trình đường có dạng: λ= mP+b m độ dốc b tung độ góc Hình 12.7: Kết hợp đường suất tăng chi phí theo tiêu chuẩn λ Ví dụï 12.1 Tổng công suất phát hai máy phát nhà máy 315 MW Xác định việc phân chia công suất hai máy phát theo điều kiện kinh tế Các đường cong suất tăng chi phí biểu diễn phương trình đường thẳng Giải λ A= dFA = 0,004 PA +2,2 dPA λ B= dFA = 0,007 PB +2,0 dPA ($/MWh) 505 VẬN HÀNH KINH TẾ MÁY PHÁT Giải hệ phương trình: λA = λB ⇔ 0,004 PA +2,2 = 0,007 PB +2,0 (1) PA + PB = 315 (2) (2) ⇒ PA =315 – PB Thay vaøo (1): 0,004(315 – PB) + 2,2 = 0,007 PB +2,0 1,26 –0,004 PB + 2,2 = 0,007 PB +2,0 0,011 PB = 3,46 – 2,0 = 1,46 PB =133 MW PA =315 –133 =182 MW Suất tăng chi phí λ tương ứng với cách vận hành này: λ= 0,004 PA +2,2 = 0.004 x 182 + 2,2 = 2,93 ($/MWh) 12.5 KỸ THUẬT THỪA SỐ PHẠT CÓ XÉT TỔN THẤT ĐƯỜNG DÂY Mục trước nhấn mạnh đến tiêu chuẩn λ phân bố kinh tế công suất máy phát bên nhà máy hay gần điện để bỏ qua tổn thất Có thể dùng khái niệm “thừa số phạt” cách hiệu chỉnh lại λ nhà máy có kể đến ảnh hưởng tổn thất truyền tải Nhắc lại suất tăng chi phí nhiên liệu λk máy phát biểu diễn độ dốc đường cong đầu vào - đầu máy phát k: λk = ∆Fk ∆Pk (12.3) Điều hợp lý λk hiệu chỉnh tổn thất truyền tải thừa số phạt Lk giá trị λ’k liên hệ đến suất thay đổi chi phí sản xuất ứng với thay đổi công suất thực tế đến tận phụ tải: λ ’k = ∆Fk ∆Ptải (12.4) viết: λ ’ k = Lk λ k (12.5) Thay phương trình (12.3) (12.4) vào phương trình (12.5): ∆Fk ∆F = Lk k ∆Ptaûi ∆Pk Suy ra: Lk = ∆Pk ∆Ptải (12.6) ∆Ptải = ∆Pk –∆Ptổn thất (12.7) Mặt khác: Khi tải tăng thêm lượng ∆Ptải máy phát k phải phát thêm ∆Pk tổn thất hệ thống tăng thêm lượng ∆Ptổnthất Thay phương trình (12.7) vào phương trình (12.6): Lk = ∆Pk ∆Pk − ∆Ptt 506 CHƯƠNG 12 hay: Lk = ∆P − tt ∆Pk (12.8) Dạng tổng quát phương trình (12.8) biểu diễn theo đạo hàm riêng ∂Ptt để ∂PK thay đổi riêng máy phát k thừa số phạt LK có dạng sau: Lk = ∂P − tt ∂Pk (12.9) Khi caùc đơn vị nhà máy mang tải theo suất tăng chi phí công suất phát tính kinh tế việc điều độ hệ thống có xét đến tổn thất truyền tải lại đòi hỏi đơn vị phải mang tải với suất tăng chi phí công suất phân phối phụ tải Nói cách khác: λ’hệ thống = λ’1 = λ’2 = … = λ’n (12.10) 12.6 XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH TỔN THẤT Một bước quan trọng việc giải toán vận hành xác định thừa số phạt Lk để hiệu chỉnh λk máy phát k thành λ’k Điều dẫn đến yêu cầu phải tính ∂Ptt phương trình ∂Pk (12.9) Để tính đạo hàm riêng cần phải có biểu thức toán học tổn thất hệ thống (Ptt) theo công suất phát máy phát: (12.11) Ptt = f(P1, P2, …,Pn) Đến dùng ký hiệu Ptt để tổn thất công suất tác dụng hệ thống Có nhiều cách để viết phương trình tổn thất Có hai phương pháp: 1) Phương pháp thứ diển tả Ptt theo hệ số tổn thất Ở tổn thất truyền tải hàm số hệ số B công suất phát máy phát theo phương trình: n n Ptt = ∑∑ Pi B ik Pk (12.12) i =1 k =1 Pi,Pk công suất phát máy phát (hay nhà máy) i k Phương trình (12.12) viết dạng ma trận sau: Ptt =[P]t.[B].[P] (12.13) đó: [P]t = [P1 P2 …Pn ] B11 B12 B1n  B B B  [B] =  21 22 2n      B n1 B n B nn  (12.14) (12.15) với Bim = Bmi Ví dụ phương trình tổn thất hệ thống có ba nguồn: Ptt = B11.P12 + B22.P22 + B33.P32 + 2.B12.P1.P2 + 2.B13.P1.P3 + 2.B23.P2.P3 (12.16) Phương pháp để tìm hệ số B không đề cập Để dùng phương pháp 507 VẬN HÀNH KINH TẾ MÁY PHÁT cần phải có số giả thiết đơn giản hóa số trường hợp phải sửa đổi hệ số B giả thiết ban đầu không phù hợp 2) Phương pháp thứ hai dùng ma trận tổng trở Các nguyên tắc phương pháp đưa ra, lại lần khái niệm vật lý mạch tương đương mô hình ma trận nhấn mạnh nói đến tính toán ngắn mạch hay phân bố công suất Như trước mạch tương đương biểu diễn cho ma trận ZTC gọi mạch tương đương “hình cào” Hình 12.8 biểu diễn hệ thống nhỏ gồm ba máy phát cung cấp cho phụ tải trung tâm Hình 12.8: Hình cào tương đương ma trận tổng trở dùng tính toán tổn thất Có lý đáng để chọn nút phụ tải làm nút chuẩn khảo sát Theo cách này, tổn thất hệ thống tính toán theo dòng điện (hay công suất) máy phát Phương trình (12.9) đòi hỏi phải đạo hàm riêng Ptt theo Pk, giữ công suất máy phát khác không đổi Pk thay đổi số giá trị đó, thay đổi chủ yếu hấp thu phụ tải (cộng với số thay đổi nhỏ tổn thất công suất) Một nhận xét khác rút từ H.12.8 diện nút phụ tải Mặc dù trường hợp thường gặp với phép biến đổi ma trận thích hợp khử nút tải để có nút tổng hợp, điều bàn kỹ mục 12.8 Các phần tử tổng trở đầu vào hình cào tương đương phần tử đường chéo ma trận tổng trở tổng trở tương hỗ hình cào phần tử đường chéo:  Z11 Z12 Z13     ZTC  =  Z21 Z22 Z23       Z31 Z32 Z33  Về chi tiết thành lập [ Z TC] máy tính, xem phương pháp triển khai bước [ZTC] Đối với hệ thống H.12.8, tổn thất công suất tác dụng phản kháng nhánh hình cào tương đương cho bởi: ∆P3 + j∆Q3 = I *3 U 30 với U30 sụt áp từ nút đến nút điện áp nhánh cào thứ ba (12.17) 508 CHƯƠNG 12 Tổng tổn thất mạng điện tổng tổn thất nhánh: (P + jQ)tt = I *1 U 10 + I *2 U 20 + I *3 U 30 (12.18) Dưới dạng ma trận: ( P + jQ )tt    U10    = I1* I*2 I*3  x  U 20     U 30    (P + jQ)t = [I*]t x [Unhaùnh] (12.19) (12.20) Các phần tử điện áp nhánh viết nhö sau: U 10 = Z 11 I + Z 12 I + Z 13 I U 20 = Z 21 I + Z 22 I + Z 23 I (12.21) U 30 = Z 31 I + Z 32 I + Z 33 I Dưới dạng ma trận: [ U nhánh] = [ Z TC].[ I ] (12.22) Thay phương trình (12.22) vào phương trình (12.20):     x  ZTC  x  I  t   ( P + jQ )tt = I* (12.23) Phương trình (12.23) viết theo ký hiệu số Đối với hệ thống n (không kể chuẩn), phương trình tổn thất ứng với phương trình (12.19) trở thành: ( P + jQ )tt = n ∑ I U * k k0 (12.24) k =1 Phương trình (12.21) viết: n U k0 = ∑Z (12.25) ki Ii k =1 Thay phương trình (12.25) vào phương trình (12.24): n n * ( P + jQ )tt = ∑∑ Ik Zki Ii (12.26) k =1 i =1 Mặc dù phương trình (12.23) hay phương trình (12.26) phương trình tổn thất dùng ma trận [ Z TC], chưa phải dạng tiện dụng Xem lại chương “Phân bố công suất hệ thống điện” thông tin nút bất kỳ, nút biểu diễn hai đại lượng, nút phụ tải nút P,Q ; nút máy phát nút P, |U| nút máy phát cân nút |U|, δ Điều có ý nghóa dòng điện phương trình (12.26) tốt phải biểu diễn theo P, Q, … Trước hết, cần viết riêng tổn thất Ptt Qtt phương trình (12.26), phương trình viết thành hai thành phần thực ảo: n n ∑∑ I k =1 i =1 * k n Zki Ii = n ∑∑ ( I k Re K =1 i =1 − jIk Im )( R ki + jX ki )( Ii Re + jIi Im ) (12.27) 510 CHƯƠNG 12 Ñaët: R ki cos ( δ i − δ k ) Cki = (12.36) Uk Ui Dki = R ki sin ( δ i − δ k ) (12.37) Uk Ui Viết lại phương trình (34) theo Cki vaø Dki: n Ptt = n ∑∑ ( P C k ki Pi + Q k Cki Q i + Pk Dki Q i − Q k Dki Pi ) (12.38) + Q k Cki Q i ) (12.39) k =1 i =1 Gần hệ số D gần không: n Ptt ≈ n ∑∑ ( P C k ki Pi k =1 i=1 Dạng ma trận phương trình (12.38):  Ptt = P1 P2 Pn ;  14243 [ P ]t   Q1 Q2 Q n  x 14 4244 3 [Q]t  C12 C1n D11D12 D1n  P1   C11     C22 C2n D21D22 D2n  P2   C21         Dn1Dn2 Dnn  Pn   Cn1 Cn2 Cnn − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −  x       C11C12 C1n  Q1   −D11 − D12 − D1n  −D − D C21C22 C2n  Q2  22 − D2n  21         Cn1Cn2 Cnn  Qn   −Dn1 − Dn2 − Dnn (12.40) Viết dạng thu gọn theo ma trận con:  C D  P  Q t  x  x   −D C  Q  Ptt = Pt (12.41) P , Q ma trận cột n x1; C , D ma trận vuông n x n Khi tính toán gần cho D = Nhắc lại từ phương trình (12.5) (12.9) trước xác định thừa số phạt suất tăng chi phí hiệu chỉnh máy phát, cần phải lấy đạo hàm riêng Ptt theo Pk tức xác định ∂Ptt với biến số P Q coi không đổi, trừ Pk Mọi thay đổi công suất ∂Pk tác dụng phát (và góc công suất δ) máy phát k ảnh hưởng đến việc thay đổi công suất Q máy phát Sự phân bố công suất phản kháng máy phát coi phụ thuộc vào trị số điện áp máy phát Lấy đạo hàm phương trình (12.38) ta có được: n ∂Ptt = ( Cki Pi + Dki Q i ) ∂Pk i =1 ∑ (12.42) Khi bỏ qua hệ số D: n ∂Ptt ≈ Cki Pi ∂Pk i =1 ∑ (12.43) 511 VẬN HÀNH KINH TẾ MÁY PHÁT 12.7 QUÁ TRÌNH GIẢI BÀI TOÁN VẬN HÀNH KINH TẾ Mục giả thiết dùng hệ qui chiếu có dạng H.12.8 với ma trận tổng trở hình cào tương đương tất phụ tải biểu diễn phụ tải tổng hợp Nếu trường hợp vậy, xem mục 12.8 phép biến đổi cần thiết Quá trình giải toán tóm tắt sau: Thành lập ma trận tổng trở mạng điện có dạng H.12.8 dùng phương pháp triển khai bước Ví dụï 12.2 tính cho mạng đơn giản, cần thiết biến đổi để có phụ tải tổng hợp làm chuẩn, tham khảo mục 12.8 Tìm phương trình đạo hàm riêng tổn thất đơn vị máy ( ∂Ptt ∂Ptt , , ) theo ∂P1 ∂P2 công suất máy phát theo phương trình (12.42): n ∂Ptt = ( Cki Pi + Dki Q i ) ∂Pk i =1 ∑ hay dạng gần đúng: n ∂Ptt ≈ Cki Pi ∂Pk i =1 ∑ Nhắc lại rằng, hệ số C D hàm số điện trở đầu vào (Rii) tương hỗ (Rki) ma trận tổng trở cái, chúng hàm số điện áp góc pha theo phương trình (12.36) (12.37): Cki = R ki cos ( δ i − δ k ) Uk Ui ; Dki = R ki sin ( δ i − δ k ) Uk Ui Taát nhiên góc pha điện áp máy phát chưa biết toán điều độ kinh tế chưa giải xong lời giải công suất cung cấp máy phát chưa thể xác định Do đó, để gần lần đầu cho hệ số C D dùng (1) điện áp phân bố công suất gần (2) giả thiết gần ban đầu C D |Uk| = |Ui| = 1,0 δk = δi dẫn đến Cki = Rki Dki = Với tổng phụ tải cho, cộng thêm vào đoán tốt tổn thất công suất Ptt để có yêu cầu công suất tổng hệ thống Giả thiết có phương trình suất tăng chi phí nhà máy coi hàm tuyến tính công suất phát hay λk = mk.Pk + bk Thay λk vào phương trình suất tăng có hiệu chỉnh λ’k, có được: λ’k = λk.Lk λ 'k = ( m k Pk + bk ) hay: ∂P − tt ∂Pk (12.44) λ’k = fk (P1, P2,…, Pn) Bây giả thiết giá trị λ’k đơn vị tổ máy nhận tập hợp n phương trình (đối với n máy phát) theo P1, P2,…, Pn sau: 512 CHƯƠNG 12 λ'1 = f1 (P1 , P2 , , Pn )  λ'2 = f (P1 , P2 , , Pn )   :   :  λ'n = f n (P1 , P2 , , Pn )  (12.45) Các phương trình giải để có P1, P2,…, Pn lúc cần thiết phải kiểm tra với yêu cầu công suất tổng: n ? ∑ P = yêu cầu i (12.46) i =1 Nếu tổng lớn yêu cầu giảm bớt trị số giả thiết λ’ nói giải lại (12.45) Các thông tin công suất có bước đưa vào phân bố công suất, qui định P |U| cho nút máy phát, P Q cho nút phụ tải, |U| δ cho máy phát cân Trong toán phân bố công suất này: a) Tính δk Qk cho máy phát Các δk |Uk| dùng để tính lại C D bước b) Tính công suất máy phát cân Nếu khác với công suất tính bước điều chỉnh lại tổn thất ước lượng bước sai biệt Tổn thất Ptt thay cho bước dùng để xác định yêu cầu công suất tổng hệ thống Lập lại bước thay đổi đáng kể tổn thất hệ thống Ptt Ví dụï sau nhằm mục đích xuyên suốt toán điều độ kinh tế hệ thống dùng ma trận tổng trở Cần thiết phải làm quen với trình tính tay phương pháp hiểu tự dẫn đến việc áp dụng máy tính Quá trình tính toán đầy đủ trình bày bao gồm việc xác định Z TC toán phân bố công suất Ví dụï 12.2: Cho hai máy phát có phương trình suất tăng chi phí: λA = dFA = 0.004 PA + 2.2 dPA λB = dFB = 0.007 PB + 2.0 dPB Những máy phát không nhà máy cung cấp cho phụ tải qua mạng điện truyền tải Sơ đồ tương đương pha đơn vị tương đối 300 MVA Phụ tải có công suất 300 MW (1 đvtđ) 200 MVAr (0.667 đvtđ) Cả hai máy phát trì điện áp 1.0 đvtđ Tìm phân bố kinh tế công suất máy phát có xét đến tổn thất truyền tải 513 VẬN HÀNH KINH TẾ MÁY PHÁT Hình 12.9: Sơ đồ Ví dụï 12.2 Giải Bước 1: thành lập ma trận [ Z TC] hình cào tương đương Dùng nút làm chuẩn Ở Z 11 tổng trở đầu vào từ nút đến nút với máy phát B để hở, Z 12 tổng trở tương hỗ hai nhánh hình cào Trong cách tính toán tay tổng trở (ngược với kỹ thuật máy tính để triển khai ZTC), trước tiên bơm dòng điện 1.0 đvtđ xuất phát từ nút chuẩn vào nút (H.12.10) Tổng trở đầu vào từ đến trị số với điện áp nút nút 1,0 × Z 11= U 10 Cũng tổng trở tương hỗ ( Z 12) với điện áp nút nút với dòng điện 1,0 vào nút hay Z 12 = U 20 Hình 12.10: Xác định phần tử [ZTC] cách bơm dòng điện ampe Z11 = (0, 04 + j0, 15)(0, 09 + 0, 35) (0, 155∠75, 070 )(0, 361∠75, 60 ) = 0, 13 + j0, 0, 516∠75, 450 = 0, 1084∠75, 220 = 0,0277+j0,1047 Z 12 = (0, 07 + j0, 25)Z11 (0, 26∠74, 360 )(0, 1084∠75, 220 ) = 0, 09 + j0, 35 0, 361∠75, 60 = 0,078 ∠740 = 0,0215 + j0,075 Tương tự: Z 22 = (0, 07 + j0, 25)(0, 06 + j 0, 25) (0, 26∠74, 360 )(0, 257∠76, 50 ) = 0, 13 + j0, 0, 516∠75, 450 = 0,129 ∠74.420 = 0,0346 + j0,124 514 CHƯƠNG 12  Z11  ZTC  =     Z21 Z12  0, 1084∠75.220 = Z22   0, 078∠740 0, 078∠740   0, 129∠74, 420  vaø mạch tương đương hình cào (H.12.11) Bước 2: Gần ban đầu cho hệ số C D dùng để xác định phương trình số gia tổn thất máy phát Từ phương trình (12.36) (12.37) Cki = R ki cos(δ i − δ k ) Ui Uk theo (12.36) Dki = R ki sin(δi − δ k ) Ui Uk theo (12.37) Hình 12.11: Mạch tương đương hình cào [ Z TC] Thường δ U lấy từ kết phân bố công suất thời gian gần mạng thực tế Tuy vậy, gần ban đầu, giả thiết δ1= δ2 U1 , U cho 1.0 Như vậy: C(1) ki = Rki D(1) ki = C(1) 11 = R11 = 0,0277 C(1) 12 = R12 = 0,0215 C(1) 22 = R22 = 0,0346 Thay hệ số số vào phương trình (12.43) đạo hàm riêng (suất tăng tổn thất) ∂Ptt = C1i Pi = 2(C11P1 + C12 P2 ) ∂P1 i =1 ∑ = 2(0,0277 P1 + 0,0215 P2) = 0,0554 P1 + 0,043 P2 ∂Ptt = C2i Pi = 2(C21P1 + C22 P2 ) ∂P2 i =1 ∑ = 2(0,0215 P1 + 0,0346 P2) = 0,043 P1 + 0,0692 P2 515 VẬN HÀNH KINH TẾ MÁY PHÁT Bước 3: Ước lượng tổn thất mạng điện cộng với phụ tải yêu cầu để có gần ban đầu công suất phát tổng Giả sử đoán tổn thất 5% Pyêu cầu = Ptaûi + Ptt = 1,0 + 0,05 = 1,05 đvtđ Bước 4: Giả thiết giá trị ban đầu suất tăng chi phí λ’= 3,0 $/ MWh Theo tiêu chuẩn λ’ nhau, cho λ’1 λ’2 giá trị tìm lời giải kinh tế P1 P2 (thử nghiệm lần đầu) Kiểm tra (P1+ P2) với tổng yêu cầu 1,05 Phương trình λ’1 từ phương trình (12.44): λ ’1 = λ λ’1 (1– hay: ∂P − tt ∂P1 ∂Ptt ) = λ1 ∂P1 theo (12.44) (12.47) Trong suất tăng chi phí nhà máy cho bởi: λ1= 0,004 x 300(P1 đvtđ) + 2,2 Thay vào phương trình (12.47) có được: 3,0 [1 – (0,0554 P1 + 0,043 P2)] = 1,2P1 + 2,2 3,0 – 0,166 P1 – 0,129 P2 = 1,2 P1 + 2,2 1,37 P1 + 0,129 P2 = 0,8 λ’2 (1– Tương tự: (a) ∂Ptt ) = λ2 ∂P2 hay: 3,0 [1 – (0,043P1 + 0,0692P2)] = 0,007 x 300P2 + 2,0 3,0 – 0,129P1 – 0,2076P2 = 2,1P2 + 2,0 0,129P1 + 2,31P2 = 1,0 ⇒ P1 = (b) 1, − 2, 31P2 0, 129 Thay vào phương trình (a): 1,37( 1, − 2, 31P2 ) + 0,129 P2 = 0,8 0, 129 1,37 – 3,17P2 + 0,0167P2 = 0,1032 3,15P2 = 1,27 P2 = 0,404 Thay P2 trở vào (b) có được: P1= 0,528 (121 MW) Bây kiểm tra P1 + P2 với ước lượng ban đầu: 0,528 + 0,404 = 0,932 ≠ 1,05 λ’ nhỏ theo ước lượng ban đầu Thử chọn lại λ’ = 3,1 lặp lại bước 4: 1,37 P1 + 0,132 P2 = 0,9 (c) 0,133 P1 + 2,315 P2 = 1,1 (d) Giải hệ phương trình có được: P1= 0,601 (180,3 MW) P2= 0,441 (132,3 MW) 516 CHƯƠNG 12 Lại kiểm tra công suất yêu cầu: P1 + P2 = 0,601 + 0,441 = 1,042 (313 MW) Tổng số chấp nhận phân bố công suất lần đầu lẽ gần ban đầu công suất yêu cầu chừng Bước Yêu cầu thông tin phân bố công suất nhằm mục đích điều chỉnh hệ số C D Tham khảo H.12.12, vẽ tương đương hình cào tiêu biểu dùng máy phát làm chuẩn Các bước để có mạch tương đương H.12.12 suy từ H.12.9 không lặp lại Kết Z TC (dùng cho phân bố công suất) sau: Z00 = 0,0277 + j0,105 = 0,1088∠75,25 Z22 = 0,0172 + j0,0801 = 0,082∠77,88 Z02 = 0,0062 + j0,03 = 0,0307∠78,3 Hình 12.12: Mạch tương đương dùng tính toán phân bố công suất Các số liệu ban đầu cái: Uchuẩn = U1 = 1,0∠00 ; P2 = 0,441 ; |U2| = 1,0 ; P0 = –1,0 ; Q0 = –0,667 Các phương trình phân bố công suất dùng cho phép lặp Gauss–Seidel: U0 = U2 = Z00 (P0 − jQ0 ) U*0 Z20 (P0 − jQ0 ) U*0 + Z02 (P2 − jQ2 ) + U1 theo (5.58) (a) U*2 + Z22 (P2 − jQ2 ) U*2 + U1 Các ẩn số là: δ2, Q2, U , δ0 Gần ban đầu, cho δ2 = 00, U = 1.0∠00 Q2 tính gần (b) 517 VẬN HÀNH KINH TẾ MÁY PHAÙT Q2 = –Im 0) U*( Z22 ( 0) [ U - U chuaån – (P0 − jQ0 ) 0) U*( Z20 ] theo (5.63) 1, 0∠00  (−1, + 0, 667)(0, 0307∠78, 30 )  0 , ∠ − , ∠ −   0, 082∠77, 90  1, 0∠00  0 = –Im 12,2∠–77,9 (1, 2∠ − 33, )(0, 0307∠78, )  = –Im = –Im 0,450∠–33,30 = –Im(0,376 –j0,247) = 0,247 ñvtñ Lần lặp thứ U0 phương trình (1) (1) U0 = = Z00 (P0 − jQ0 ) *( 0) U0 + Z02 (P2 − jQ(20) ) U ∠ − δ(20) + U1 0, 1088∠75, 250 (−1, + j0, 667) 1, 0∠0 + 0, 0307∠78, 30 (0, 441 − j0, 247) 1, 0∠0 +1,0∠00 = −0, 1306∠41, + (0, 0307∠78, )(0, 505∠ − 29, 20 ) + 1, 0∠00 0 = –0,0976 – j0,0866 + 0,01015 + j0,0117 + 1.0 = 0,9126 – j0,0749 = 0.913∠–4.710 Trước thực đến U 2(1), tính lặp lại lần U để có U 0(1) mới, kết là: U 0(1)mới = 0,906∠–4,690 Lần lặp thứ U2: (1) U2 = = Z20 (P0 − jQ0 ) *(1) U0 + Z22 (P2 − jQ2( 0) ) | U | ∠ − δ(20) 0, 0307∠78, 30 (−1, 2∠ − 33, 70 ) 0, 906∠4, 69 + + U1 0, 082∠77, 90 (0, 505∠ − 29, 250 ) 1, 0∠0 + 1, 0∠00 = – 0,0406∠40,3 + 0,0414∠48,6 + 1,0∠0 = –0,0310 –j0,0263 + 0,0274 + j0,031 + 1,0 = 0,9964 +j0,0048 = 0,096∠0,30 (1) Vì | U 2| qui định 1,0, nên U = 1,0∠0,30 (1) (1) Bây dùng kết U U tính lặp lại Q2(1): Q2(1) = 0,306 ( 2) Tính lặp lại U0 U = 0,897∠–4,80 Do mục đích tính toán, kết phân bố công suất coi chấp nhận dùng cho toán điều độ 0 U = 0,897∠–4,8 , U = 1,0∠0,3 , Q2 = 0,306 Cũng từ mạch tương đương, tính P1 Q1 máy phát cân I1 = −(I2 + Itải ) 518 CHƯƠNG 12 P1 − jQ1 =− P2 − jQ2 * − P0 − jQ0 * U1 * U2 P1 –jQ1 = – U1 * U0 P2 − jQ2 – U1 * P0 − jQ0 * * U2 = U0 −1, 0∠00 (0, 441 − j0, 306) 1, 0∠00 (−1, 2∠ − 33, 70 ) − 1, 0∠ − 0, 30 0, 897∠4, 80 = –0,536∠–34,50 +1,34∠–38,50 = –0,442 + j0,303 + 1,05 – j0,835 = 0,608 – j0,532 ⇒ P1 = 0,608 Q1 = 0,532 Bây thẳng đến bước 5b, so sánh trị số P1 = 0,608 với trị số 0,601 (được tính toán với tổn thất ước lượng 0,042) Tổn thất gần ban đầu phải điều chỉnh sai biệt 0,608 – 0,601 = 0,007 đvtđ Nhìn trực tiếp hơn, tổn thất nhận từ kết phân bố công suất là: Ptt = P1 + P2 – Ptaûi = 0,608 + 0,441 – 1,0 = 0,049 đvtđ công suất tổng yêu cầu phát 1,049 đvtđ Một loạt đầy đủ bước hoàn tất phương thức điều độ Các trị số sau điện áp, công suất yêu cầu… dùng để quay trở lại bước lặp lại bước tính toán Các hệ số C D không thay đổi đáng kể toán Cũng vậy, phương trình suất tăng tổn thất không thay đổi Tuy vậy, yêu cầu công suất phát tăng từ 1,042 đến 1,049 làm tăng giá trị số λ’ so với trị số giả định (đã cho 3,1 $ /MWh bước 4) Có thể dùng phương pháp nội suy để ước lượng lại λ’, dùng kết có đây: λ' 3, Công suất yêu cầu 0, 932   0.1    3,    0, 11  1, 042    x?   3, + x    0, 007  1, 049  Từ bảng ta có được: x = 0,1 0, 007 = 0,00635 0, 11 λ’ chọn 3,1 + 0,006 = 3,106 519 VẬN HÀNH KINH TẾ MÁY PHÁT Giải P1 P2 trước bước 4: P1 = 0,607 (182,1 MW) P2 = 0,442 (132,6 MW) Phân bố tải máy phát không thay đổi nhiều phải tính tay lại lần bước toán chấp nhận công suất tổng yêu cầu 182,1 + 132,6 = 314,7 MW với tổn thất 0,049 x 300 = 14.7 MW Hãy so sánh với kết Ví dụï 12.1 không xét đến tổn thất với yêu cầu 315 MW Kết cho thấy máy B bị phạt nhà máy A tổn thất truyền tải 12.8 BIẾN ĐỔI MỘT HỆ THỐNG CÓ m PHỤ TẢI THÀNH MỘT HỆ THỐNG CÓ MỘT PHỤ TẢI TỔNG HP Phép biến đổi ma trận tổng trở từ dạng trình bày H.12.13 thành dạng H.12.14 cần thiết để giải toán điều độ mục 12.7 Phép biến đổi thực cách dùng phương pháp Gabriel Kron Hình 12.13: Tương đương hình cào ZTC hệ thống dùng G1 làm chuẩn (hệ qui chiếu 1) Hình 12.13 hệ qui chiếu H.12.14 hệ qui chiếu 3, cần có bước trung gian để chuyển từ H.12.13 sang H.12.14 thông qua hệ qui chiếu H.12.15 Hình 12.14: Mạch tương đương hình cào dạng sau dùng mục 12.7 (hệ qui chiếu 3) 520 CHƯƠNG 12 Ba phương trình phép biến đổi là: I cũ = C (12.48) E mới= C t E cũ (12.49) * Z mới= C t Z cũ C (12.50) Trong bước thứ nhất, ma trận ZTC H.12.13 (hệ qui chiếu 1) biến đổi H.12.15 (hệ qui chiếu 2) Dạng coi máy phát làm chuẩn, tất phụ tải tập trung thành phụ tải tổng hay phụ tải tổng hợp I * Hình 12.15: Mạch tương đương hình cào ZTC2 hệ qui chiếu Ma trận nối C12 dùng phép biến đổi ma trận phương trình (12.48), quan hệ dòng điện cũ Dòng điện riêng phụ tải giả thiết quan hệ với dòng điện tổng số K , K ,…, K m hay: Ipt1 = K IptΣ Ipt2 = K IptΣ ………… Viết dạng ma traän: I& g2    I& g3    :  :    I& gn    I& pt1    I& pt2    :  :    I& ptm  = 1 0  :  : 0  0  0 :  :  0 : : : : 0 : : : : : 0   :   :    &  K &  K  :   :  &  K m baäc (n+m–1, n) ×  I& g2     I& g3   :     :  &   Ign  &  Ipt ∑              (12 51) 521 VẬN HÀNH KINH TẾ MÁY PHÁT hay I cũ = C 1–2 I Khi thành lập ma trận C 1–2, ma trận áp dụng trực tiếp vào phương trình (12.50) để xác định Z TC hệ qui chiếu 2: [ Z TC ]= C 1–2* (t) × [ Z TC ] × C 1–2 (12.52) bậc (n x n) (n, n+m–1) (n+m–1,n+m–1) (n+m–1, n) với C 1–2 * (t) ma trận liên hợp chuyển vị C 1–2 Sau có ZTC cần di chuyển chuẩn từ máy phát đến phụ tải tổng hợp để đến hệ qui chiếu Dòng điện phụ tải tổng liên hệ với dòng điện máy phát biểu thức: (12.53) Ig1 + Ig2 + … + Ign = – Ipt∑ Lại dùng phương trình (48) với ma trận nối C 2–3 (chuyển từ hệ qui chiếu sang hệ qui chiếu 3) xác định sau:  I& g2     I& g3   :     :   &   Ign   &   −Ipt ∑  0 0  :  : 0  1 0 0    0   1   I& g1     I& g2   :     :  &  Ign      (12.54) bậc (n x n) dùng C 2–3 với phương trình (50), ma trận [ ZTC ] H.12.14 hệ qui chiếu cho bởi: C 2–3 (12.55) [ Z TC ]= C 2–3* (t) × [ Z TC ] × baäc (n x n) (n x n) (n x n) (n x n) 12.9 ĐỊNH THỜI BIỂU HUY ĐỘNG CỦA CÁC TỔ MÁY PHÁT Thoạt nhìn có nhận xét việc định thời biểu phải thực trước toán vận hành điều độ kinh tế trước hết tổ máy phải giao phó nhiệm vụ phát điện lên lưới giao phó phụ tải phải điều độ cho chi phí Tuy vậy, việc định thời biểu có tính kinh tế trước hết phải xét tất yếu tố chi phí có chi phí nhiên liệu toán điều độ Các tính toán trước thực để có chi phí tương đối nhiên liệu nhiều tổ hợp khác nhà máy liên kết lưới Chính lí mà trình bao hàm chi phí nhiên liệu toán điều độ kinh tế xét trước chương Nhiều hạng mục xét đến chương trình huy động máy phát bao gồm: Dự báo ngắn hạn phụ tải; Các yêu cầu dự trữ hệ thống; Tính an toàn tin cậy hệ thống; Chi phí lên máy tất tổ máy; Chi phí xuống máy; Mức chi phí nhiên liệu thấp tất tổ máy; 522 CHƯƠNG 12 Suất tăng chi phí tổ máy; Chi phí bảo quản; Chi phí tổn thất đường dây truyền tải; 10 Chi phí bán buôn điện trao đổi Chi phí điện trao đổi thỏa thuận công ty điện lực phụ thuộc vào suất tăng chi phí để sản xuất thêm lượng điện sau Nếu công ty vận hành phụ tải đỉnh với chi phí cao chi phí phát thêm sau cao ngược lại lúc phụ tải thấp có nhiều tổ máy hiệu sẵn sàng nhận thêm tải suất tăng chi phí thấp Chi phí lên máy bao gồm chi phí nhiên liệu, công lao động bảo trì Nếu lò không hâm, nguội theo hàm mũ thời gian Một lò gọi hâm hoạt động máy phát xuống máy cách ly với tuabin Đối với lò không hâm, chi phí lên máy viết: Chi phí lên máy = C0 (1 – e–at) + K đó: C0 - chi phí để khởi động lò nguội hoàn toàn a - số nguội lò t - thời gian tổ máy xuống máy, lò nguội dần sau khoảng thời gian t K - chi phí không đổi dùng khởi động tuabin cộng với công lao động chi phí bảo quản Nếu lò hâm chi phí lên máy có dạng: Hình 12.16 Chi phí lên máy = B.t + K đó: B - chi phí cho hâm lò t - thời gian hâm lò Đường biểu diễn chi phí lên máy có dạng (H.12.16) Phương pháp để lập thời biểu cho máy phát Một số kỹ thuật dùng để định thời biểu vận hành cho tổ hợp tối ưu máy phát Hai số phương pháp tóm tắt ngắn gọn sau: 1- Lập thời biểu theo danh sách ưu tiên Phương pháp chủ yếu xếp tổ máy theo thứ tự ưu tiên chẳng hạn theo chi phí nhiên liệu cho đơn vị điện phát Thứ tự ưu tiên điều chỉnh an toàn vùng, tổn thất hệ thống Trong thực tế sử dụng bảng danh sách này, điều độ viên tính tổng phụ tải yêu cầu cộng với yêu cầu dự trữ hệ thống lập thời biểu huy động đủ số máy phát (theo thứ tự ưu tiên) đáp ứng đủ phụ tải tổng Để xuống máy, danh sách ưu tiên xếp theo thứ tự ngược lại Tuy nhiên, trước xuống tổ máy phí tổn để tiếp tục vận hành tổ máy phải cân nhắc với phí tổn lên máy xuống máy Qui tắc để xuống tổ máy phải liên hệ đến số trước tổ máy lại cần đến Một VẬN HÀNH KINH TẾ MÁY PHÁT 523 tổ máy huy động lên lưới, tiêu chuẩn λ áp dụng, giả thiết hệ thống sẵn có máy tính để giải toán điều độ kinh tế 2- Qui hoạch động Phương pháp cách khác nhằm tối ưu hóa trình lập thời biểu cho thời kỳ Thời kỳ chia làm nhiều thời đoạn, thời đoạn thường Các định đưa đầu kế hoạch huy động máy Các yêu cầu phụ tải dự trữ hệ thống giả thiết biết suốt thời kỳ xét với ràng buộc vận hành Vấn đề làm cực tiểu chi phí tổng toàn thời kỳ theo phương cách sau: a) Liệt kê tất tổ hợp máy phát có cho đến thỏa mãn phụ tải tổng yêu cầu theo dự báo phụ tải, dự trữ hệ thống ràng buộc vận hành Chẳng hạn, giả thiết tổ hợp thời kỳ hai trình bày H.12.17 ký hiệu A, B, C… biểu diễn tổ máy phát huy động Hình 12.17: Minh họa tổ hợp ba đường có chi phí thấp qua b) Chi phí vận hành tổng tính từ đến tổ hợp phương thức vận hành Những phí tổn bao gồm phí tổn vận hành cộng với chi phí sản xuất chi phí lên máy để từ đến c) Kế đó, phương thức vận hành xác định đường có chi phí thấp để từ đến Chẳng hạn đường có chi phí thấp tổ hợp ABCD qua tổ hợp ACD Đến cuối 2, có ba đường tối ưu trình bày d) Tiến hành sang lập lại phương cách tổng quát bước c) để có đường phí tổn để đến Lặp lại qui trình cho thời đoạn thời kỳ Nếu có 24 xét thời kỳ 24 Ví dụï có phương thức có 24 có đường tốt tìm thấy Tuy chi phí thành tiền tính cho đường không thiết tiền biểu diễn cho đường tốt theo lý thuyết toán không chấm dứt với thời gian hướng vô cuøng