Phương pháp điểm nội tối ưu phân bố công suất trong hệ thống điện AC DC song song

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN QUỐC TUẤN PHƯƠNG PHÁP ĐIỂM NỘI TỐI ƯU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN AC/DC SONG SONG Chuyên ngành : Thiết bị, mạng nhà máy điện Mã Ngành: 60 52 50 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS Vũ Phan Tú (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngày tháng năm TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 200 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN QUỐC TUẤN Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 30-09-78 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Thiết Bị Mạng Và Nhà Máy Điện MSHV: 01806513 I- TÊN ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP ĐIỂM NỘI TỐI ƯU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN AC/DC SONG SONG II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tính phân bố công suất mạng AC/DC với ma trận Jacobi đầy đủ Tính tối ưu phân bố cơng suất mạng AC/DC song song phương pháp điểm nội đối ngẫu dự đoán hiệu chỉnh Xây dựng giao diện cho phân tích mơ hệ thống phần mềm Matlab III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21 – 01 – 2008 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30 – 06 – 2008 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS VŨ PHAN TÚ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chun ngành thơng qua TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH Ngày tháng năm TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH (Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ vào trang tập thuyết minh LV) LỜI CẢM ƠN Cảm ơn Ba, Mẹ sinh thành nuôi nấng dưỡng dục con, cho trí tuệ sáng suốt, ln ln bên ủng hộ đường học vấn Cảm ơn người bạn lớp Cao Học Thiết Bị Mạng Nhà Máy Điện K2006, em Công Quyền, Lê Phương, bạn Hữu Tồn đóng góp lời nhận xét q báu Xin cảm ơn quan tơi đặc biệt ban lãnh đạo Công ty thủy điện Đa Nhim Hàm Thuận Đa Mi, Phi Anh, anh Oánh tạo điều kiện cho trau dồi nâng cao kiến thức Xin cảm ơn người bạn đồng nghiệp giúp đỡ đặc biệt vợ chồng anh Minh Thắng Cảm ơn Pinkit! Em người cho anh nghị lực niềm tin, bên anh, ủng hộ giúp đỡ anh lúc anh gặp khó khăn Với tất lịng chân thành, xin cảm ơn q thầy trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, đặc biệt TS Vũ Phan Tú người thầy tận tình bảo, hướng dẫn, đề xuất ý tưởng hay để em hoàn thành luận văn Tp Hồ Chí Minh, ngày 30/07/2008 Trần Quốc Tuấn TÓM TẮT Truyền tải HVDC xu phát triển tập đoàn điện lực toàn giới kỷ 21, nhằm liên kết vùng, lãnh thổ hay quốc gia lại với làm tăng hiệu sử dụng nguồn, tăng độ tin cậy Nhằm giải toán quản lý vận hành tối ưu hệ thống, Luận Án giải toán tối ưu phân bố công suất mạng AC/DC song song Trước tiên Luận Án trình bày sơ lược lịch sử phát triển mạng truyền tải HVDC, so sánh điểm mạnh yếu với hệ thống HVAC Luận Án giới thiệu cơng trình xây dựng tiêu biểu qua cho nhìn tổng quan hệ thống truyền tải HVDC Để tìm hiểu sâu hệ thống HVDC, Luận Án mô tả chi tiết phận cấu thành nên trạm truyền tải HVDC chuyển đổi, máy biến áp, lọc, đường dây…, trình bày mơ hình liên kết hệ thống truyền tải HVDC HVAC chủ yếu cho tính tốn phân bố cơng suất Đồng thời Luận Án đưa mơ hình điều khiển cho đường dây HVDC, thành lập tính ma trận Jacobi đầy đủ cho tính tốn phân tích phân bố cơng suất Tiếp theo lý thuyết toán tối ưu Luận Án trình bày sơ lược phương pháp giải, sau lập mơ hình tốn học tổng qt giải cho toán tối ưu phương pháp điểm nội đối ngẫu dự đoán hiệu chỉnh Áp dụng lý thuyết giải giải toán tối ưu phân bố công suất hệ thống điện với hàm đối tượng cực đại hố lợi nhuận Cuối Luận Án mơ tả chương trình phân tích hệ thống mơ hình mơ phần tử hệ thống điện, mơ hình liệu cho phân tích tối ưu mơ hình cho phần tử khác Phần mơ tả bước tính giải thuật Newton Raphson cho phân bố công suất giải thuật điểm nội cho tính tốn tối ưu xây dựng chương trình Chữ viết tắt CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên Tiếng Anh AC Alternate Current ATC Available transfer capacity CB Circiuit Breaker CC Constant Current Control CCC Capacitor Commutated Converter CEA Constant Extintion Angle CIA Constant Ignition Angle DAS Dual Affine Scaling DC Direct Current DG Distributed Generation FACTS Flexible AC Transmission Systems GRTS Ground Return Transfer Switch GTO Gate Turn-Off Thyristor HPP Hydro power plant HSNBS High-Speed Neutral Bus Switch HSGS High-Speed Ground Switch HVDC High Voltage Direct Current IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor IPM Interior Point Method KKT Karush – Kuhn – Tucker LP Linear Program LVDC Low voltage direct current MRTB Metallic Return Transfer Breaker MVDC Medium Voltage Direct Current NR Newton Raphson OH Over Head i Chữ viết tắt OPF Optimal Power Flow PDIPA Primal-Dual Interior Point Algorithm PCPDIPA Predictor-Corrector Primal-Dual Interior Point Algorithm PF Power Flow PI Proportional Integral PSAT Power System Analysis Toolbox PWM Pulse Width Modulation QP Quadratic Program RoW Right of Way STATCOM Static Compensator VDCOL Voltage Dependent Current Order Limit VSC Voltage Source Converter ii Mục Lục MỤC LỤC Chương I:   TỔNG QUAN   I.  ĐẶT VẤN ĐỀ 5  II.  SƠ LƯỢC MẠNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP MỘT CHIỀU 5  II.1.  LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MẠNG TRUYỀN TẢI HVDC 5  II.2.  MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG – THUẬN LỢI CỦA HVDC 7  II.3.  CÁC CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG TIÊU BIỂU 14  III.  PHẠM VI NGHIÊN CỨU – ĐIỂM MỚI 19  III.1.  ĐỀ TÀI LIÊN QUAN 19  III.2.  PHẠM VI NGHIÊN CỨU 21 III.3.  ĐIỂM MỚI 21 Chương II: MƠ HÌNH TRUYỀN TẢI HVDC                                                                    LIÊN I.  KẾT VỚI HVAC     TRẠM VÀ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI HVDC 22  I.1.  CÁC CẤU HÌNH TRẠM TRUYỀN TẢI HVDC 22  I.1.1.  KẾT NỐI ĐƠN CỰC 22  I.1.2.  KẾT NỐI LƯỠNG CỰC 22  I.1.3.  KẾT NỐI ĐỒNG CỰC 24  I.1.4.  CÁC KIỂU LIÊN KẾT BỘ CHUYỂN ĐỔI 24  I.2.  CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA MỘT HỆ THỐNG HVDC 26  I.2.1.  TRẠM TRUYỀN TẢI 26  I.2.2.  PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN TẢI 29  I.2.3.  ĐIỆN CỰC 31  II.  MƠ HÌNH HỆ THỐNG HVDC 33  II.1.  II.1.1.  MƠ HÌNH BỘ BIẾN ĐỔI 33  NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 33  Trang Mục Lục II.1.2.  II.2.  II.2.1.  QUAN HỆ GIỮA ĐẠI LƯỢNG A.C VÀ D.C 35  ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG HVDC 37  ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN: 37  II.2.1.1.  Sự chọn lựa cơ bản cho điều khiển 37  II.2.1.2.  Đặc tính điều khiển 38  II.2.2.  ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN BỔ SUNG 40  II.2.2.1.  Giới hạn dòng 40  II.2.2.2.  Giới hạn góc kích 41  II.2.2.3.  Tóm tắt nguyên tắc điều khiển 41  III.  LỜI GIẢI PHÂN BỐ CÔNG SUẤT 42  III.1.  CÁC PHƯƠNG TRÌNH LIÊN HỆ GIỮA HVDC VÀ HVAC 42  III.2.  BIỂU DIỄN LỜI GIẢI PHÂN BỐ CÔNG SUẤT 44  III.3.  BIỂU DIỄN CÁC ĐẠI LƯỢNG TRONG HỆ ĐƠN VỊ 46  Chương III:                       BÀI TOÁN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT  I.  CƠ SỞ TỐN HỌC 47  II.  BÀI TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT TRONG MẠNG AC 50  II.1.  CÁC PHƯƠNG TRÌNH LIÊN HỆ 50  II.2.  GIẢI BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT 51  II.3.  LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 53  III.  BÀI TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT TRONG MẠNG AC/DC 55  III.1.  MƠ HÌNH BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐƯỜNG DÂY HVDC 55  III.2.  LỜI GIẢI BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT 57  III.3.  GIẢI THUẬT 59  Chương IV:            BÀI TOÁN TỐI ƯU PHÂN BỐ CƠNG SUẤT                                                                  CỰC I.  ĐẠI HĨA LỢI NHUẬN  BÀI TỐN TỐI ƯU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT 60  I.1.  LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ LÝ THUYẾT CƠ BẢN 60  I.2.  CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN OPF 62  Trang Mục Lục I.2.1.  SƠ LƯỢC CÁC PHƯƠNG PHÁP 62  I.2.2.  PHƯƠNG PHÁP ĐIỂM NỘI 66  I.2.2.1.  Tỷ lệ affine (PAS) 67  I.2.2.2.  Phương pháp điểm nội đối ngẫu affine (DAS) .68  I.2.2.3.  Phương pháp điểm nội sử dụng bước tiến Newton .70  I.2.2.4.  Phương pháp điểm nội thừa số chặn logarithm (Barrier) .72  I.2.2.5.  Phương pháp điểm nội thừa số Lagrange .72  I.2.2.6.  Phương pháp điểm nội đối ngẫu dự đoán hiệu chỉnh 72  II.  HÀM ĐỐI TƯỢNG – CỰC ĐẠI HOÁ LỢI NHUẬN 79  II.1.  HÀM CHI PHÍ PHÁT VÀ GIAO DỊCH ĐIỆN NĂNG 79  II.2.  HÀM CỰC ĐẠI CÔNG SUẤT TRUYỀN TẢI 80  II.3.  HÀM ĐỐI TƯỢNG ĐA MỤC TIÊU 81  II.4.  HÀM LAGRANGE TỔNG QUÁT 82  Chương V:  I.             CHƯƠNG TRÌNH PHÂN TÍCH HỆ THỐNG  MƠ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG 83  I.1.  MƠ HÌNH HỆ THỐNG HVDC 83  I.2.  DỮ LIỆU CHO BÀI TOÁN TỐI ƯU 85  I.2.1.  NGUỒN CUNG CẤP 86  I.2.2.  MÁY PHÁT DỰ TRỮ 87  I.2.3.  ĐỘ TĂNG - GIẢM CỦA CÔNG SUẤT NGUỒN 88  I.2.4.  PHỤ TẢI 88  I.2.5.  ĐỘ TĂNG - GIẢM CỦA PHỤ TẢI 89  I.2.6.  ĐỒ THỊ PHỤ TẢI 90  II.  CHƯƠNG TRÌNH PHÂN BỐ CƠNG SUẤT 92  II.1.  CÀI ĐẶT CHUNG 92  II.2.  TRÌNH TỰ XỬ LÝ 93  III.  CHƯƠNG TRÌNH TỐI ƯU PHÂN BỐ CƠNG SUẤT 95  III.1.  CÀI ĐẶT VÀ GIAO DIỆN NGƯỜI DÙNG 95  III.2.  TRÌNH TỰ XỬ LÝ 96  Trang ... Điện MSHV: 01806513 I- TÊN ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP ĐIỂM NỘI TỐI ƯU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN AC/ DC SONG SONG II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tính phân bố cơng suất mạng AC/ DC với ma trận Jacobi... với ma trận Jacobi đầy đủ Tính tối ưu phân bố cơng suất mạng AC/ DC song song phương pháp điểm nội đối ngẫu dự đoán hiệu chỉnh Xây dựng giao diện cho phân tích mơ hệ thống phần mềm Matlab III- NGÀY... tối ưu phân bố cơng suất hệ thống điện với hàm đối tượng cực đại hố lợi nhuận Cuối Luận Án mơ tả chương trình phân tích hệ thống mơ hình mơ phần tử hệ thống điện, mơ hình liệu cho phân tích tối