3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
3.7. ĐẶC ĐIỂM PHƯƠNG PHÁP VÀ ÁP DỤNG VÀO BÀI TOÁNGIẢI TÍCH LƯỚ
TOÁNGIẢI TÍCH LƯỚI ĐIỆN:
Ưu điểm của phương pháp GS là đơn giản, khối lượng tính toán nhỏ
trên mỗi bước lặp và yêu cầu lưu trữ nhỏ. Nhưng nhược điểm lớn của phương pháp này là hội tụ chậm, nhất là khi kích thước lưới điện tăng lên. Số lượng bước lặp yêu cầu tăng theo số biến, do đó trong thực tế thường GS chỉ sử dụng có lợi trong vài bài toán ổn định hay phân tích sự cố, trong đó yêu cầu tính giải tích nhiều lần với chỉ một vài công suất nút thay đổi nhẹ, cùng với yêu cầu độ chính xác tương đối thấp, kết quả là lặp GS có thể hội tụ nhanh.
Phương pháp NR có đặc điểm là ma trận Jacobi thay đổi từ bước lặp này sang bước lặp khác. Sự phức tạp của phương pháp NR chính là ở chổ phải giải hệ phương trình tuyến tính ở mỗi bước lặp với ma trận thay đổi. Một bất lợi của phương pháp NR là yêu cầu bộ nhớ nhiều hơn so với
phương pháp GS. Bù lại, ưu điểm lớn của phương pháp NR là tốc độ hội tụ cao. Nếu GS hội tụ tuyến tính, tức là có ei+1 = kn.e
i với ei là sai số của xấp xỉ
thứ i, thì NR hội tụ bậc hai ei+1 = kq.ei2 . So sánh với kn = kq < 1 rõ ràng sai số
của NR giảm nhanh hơn, nếu sai số ban đầu nhỏ. Trái lại nếu sai số ban đầu lớn lặp NR có thể phân kỳ. Do vậy để áp dụng thành công phương pháp NR,
Đồ Án Chuyên Ngành Ứng dụng Matlab
cần bảo đảm một xấp xỉ tốt của nghiệm.
Tuy thời gian tính toán yêu cầu cho mỗi bước lặp ở NR lớn hơn so với GS, nhưng số bước lặp yêu cầu của NR thường chỉ là 2 – 5 bước, hầu như không phụ thuộc vào lưới điện. Do đó sử dụng NR rất có lợi cho tính toán lưới điện lớn.
Đồ Án Chuyên Ngành Ứng dụng Matlab
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ĐỂ TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN ÁP CHO MẠNG ĐIỆN THỰC TẾ 4.1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN TÍNH TOÁN
Mạng điện phân phối em áp dụng chương trình để tính toán là lưới
điện 22KV thuộc CTY TNHH MTV ĐIỆN LỰC ĐÀ NẴNG. Tuy nhiên do thời gian còn hạn chế nên em chỉ thực hiện tính toán cho xuất tuyến 472E14.
Xuất tuyến 472E14 nhận điện từ thanh góp 22KV của trạm biến áp 110 KV An Đồn (E14). Phụ tải chủ yếu là phụ tải sinh hoạt, chiếu sáng và một số ít phụ tải công nghiệp có công suất bé.
Xuất tuyến 472E14 gồm có 82 nút, các máy biến áp phân phối có điện áp 22/0,4KV. Thông số của lưới điện từ Phòng Điều Độ Điện Lực Đà Nẵng, gồm có: thông số của đường dây tại phụ lục 4, công suất của phụ tải ở chế độ cực đại và thông số của máy biến áp cho tại phụ lục 5. Tổng dung lượng bù trong lưới là 900KVAr.
Phương pháp được lựa chọn để tính toán là NR. Kết quả phân bố công suất và điện áp cho ở phụ lục 6, 7, 8 và phụ lục 9.
4.2. NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Việc cân bằng công suất đảm bảo yêu cầu: tổng công suất phát (công suất của nút 1 - nút cân bằng và công suất của thiết bị bù) bằng tổng công suất tiêu thụ (tổng công suất của phụ tải và tổng tổn thất công suất trong toàn mạng).
Giá trị điện áp tính toán bằng chương trình phù hợp với lý thuyết và thực tiển, điện áp tại các nút xa nguồn nhỏ hơn điện áp tại các nút gần nguồn. Đối với các nút không có phụ tải (nút 1, 2, 6, 8, 17, 19, 24…) điện áp
Utải của các nút này bằng 0.
CSPK nguồn phát giảm tương ứng với tổng CSPK của tụ, làm tăng khả năng tải của các phần tử trong lưới. Hơn nửa do dòng CSPK truyền tải trên các nhánh giảm nên tổn thất CSTD và tổn thất điện áp cũng giảm đi, điện áp các
Đồ Án Chuyên Ngành Ứng dụng Matlab
nút được nâng cao.
Quá trình tính toán tổn thất công suất có xét đến tổn thất trong MBA mặt khác XB>>RB nên tổng tổn thất CSPK lớn hơn nhiều so với tổng tổn thất CSTD.
Nhánh 81 và nhánh 73 là các nhánh không tải, do đó công suất trên các nhánh này rất nhỏ: Snhánh 81 = 5,65.10-9 + j6,78.10-10 KVA
Snhánh 73 =3,14.10-8 + j2,5.10-8 KVA
4.3. NHẬN XÉT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
Phương pháp NR với sai số công suất yêu cầu ε = 0.001pu cho kết quả tính toán đảm bảo:
Sphat = 0.14005 + 0.096423i pu Stai = 0.14005 + 0.096424i pu
Ssaiso = -2.2836*10-7 - j*3.4969*10-7 pu Số bước lặp NR cần thực hiện là 2 bước.
Phương pháp GS với sai số điện áp chọn ban đầu ε = 0.00001pu cho kết quả tính toán với sai số lớn:
Sphat = 0.006229 + 0.014063i pu Stai = 0.13902 + 0.094842i pu Ssaiso = -0.13279 - 0.08078i pu
Số bước lặp GS cần thực hiện là 21 bước. Khi giảm ε = 10-7 pu thì sai số giảm đi:
Sphat = 0.1242 + 0.096284i pu Stai = 0.13984 + 0.096101i pu Ssaiso= -0.015639 + 0.00018339i pu
Tuy nhiên số bước lặp mà GS thực hiện ứng với sai số này là 45529 bước. Vì vậy thời gian lặp tăng lên đáng kể, khoảng 100s. Nếu tiếp tục giảm ε xuống còn ε = 10-9 pu thì sai số giảm khá thấp nhưng không tốt bằng NR:
Đồ Án Chuyên Ngành Ứng dụng Matlab
Sphat = 0.14009 + 0.096693i pu
Stai = 0.14014 + 0.096548i pu
Ssaiso = - 4.982*10-5 + 0.00014451i pu.
Tương ứng với ε = 10-9 pu thì GS cần 146960 bước lặp và thời gian lặp cũng rất lớn, khoảng 240s.
Như vậy khác với khi tính toán lưới 21 nút, ở lưới 82 nút khi ta giảm giá trị của ε của GS xuống còn ε = 10-9 pu thì thời gian lặp tăng đáng kể, do số vòng lặp khá lớn. Với NR hầu như không có thay đổi.
Qua cơ sở lý thuyết (các trang 115 - 120 - 121 sách: Tính Toán Phân Tích Hệ Thống Điện ' Đỗ Xuân Khôi') và thực hiện chương trình cho mạng 21 nút, 82 nút em có nhận xét về 2 phương pháp GS, NR:
Phương pháp GS mặc dù chương trình hóa đơn giản, yêu cầu lưu trữ nhỏ nhưng khi kích thước lưới điện thay đổi, với cùng một giá trị ε chọn ban
đầu thì sai số tính toán (Ssaiso) khác nhau và có sự thay đổi đáng kể. Tốc độ hội tụ của GS không cao (GS hội tụ tuyến tính εi+1 = kn.εi).
Khi kích thước lưới tăng lên, muốn lặp GS cho sai số bé thì phải giảm giá trị ε, lúc này số bước lặp cần thực hiện khá lớn vì vậy càng kéo dài thời gian lặp (ở mạng 82 nút).
Phương pháp NR mặc dù chương trình hóa phức tạp, không gian lưu trữ lớn hơn GS nhưng tốc độ hội tụ cao hơn (NR hội tụ bật hai εi+1 = kq.εi2, số bước lặp từ 2 - 5 bước và không phụ thuộc vào kích thước lưới điện), sai số tính toán khá bé, thời gian lặp cũng đảm bảo yêu cầu.
Khi kích thước lưới thay đổi, phương pháp NR vẫn đảm bảo tốc độ hội tụ cao, sai số cũng như thời gian lặp không có biến động lớn.
Nhược điểm của NR là quá trình lặp có thể phân kì nếu sai số của xấp xĩ ban đầu lớn (tức là chọn giá trị nghiệm ban đầu xa nghiệm chính xác). Tuy nhiên với HTĐ, trong điều kiện vận hành bình thường, độ lớn điện áp tại các nút thường gần với giá trị Uđm (1.0+j0 pu) hoặc lân cận giá trị điện áp tại nút cân bằng. Vì vậy chọn các giá trị ban đầu của điện áp là Ui(0) = Uđm (i
Đồ Án Chuyên Ngành Ứng dụng Matlab
= 1:n) sẽ đảm bảo lặp NR tốt.
Do những đặc điểm nêu trên nên sử dụng phương pháp NR rất có hiệu quả cho tính toán lưới điện lớn, đặc biệt là mạng điện phân phối với nhiều nút, nhiều nhánh rẽ.
Đồ Án Chuyên Ngành Ứng dụng Matlab
KẾT LUẬN
Việc ứng dụng các phần mềm tính toán vào sản xuất đã góp phần rút ngắn thời gian tính toán và tăng độ chính xác.
Hiện nay các phần mềm tính toán của nước ngoài với đầy đủ các tính năng và tiện ích. Nhưng các phần mềm này thường viết bằng tiếng anh nên khó sử dụng và giá thành cũng rất cao. Nếu sử dụng các phiên bản free hay crack thì một số chức năng quan trọng bị khóa, không thể sử dụng, do đó chỉ dùng ở một số đơn vị nhất định.
Chương trình tính phân bố công suất và điện áp cho mạng điện phân phối, với giao diện đơn giản, dễ dàng sử dụng và quan trọng là vẫn đảm bảo đầy đủ các môđun tính toán dòng, áp, công suất, tổn thất công suất, tổn thất điện áp.
Chương trình được viết theo phương pháp Newton - Rapshon, là một phương pháp được sử dụng khá phổ biến trong lập trình, kết quả tính toán đảm bảo độ chính xác, tính ổn định cao.
Với khả năng liên kết giữa MICROSOFT EXCEL và MATLAB đã tạo thuận lợi cho việc xuất nhập các dữ liệu tính toán, làm tăng khả năng ứng dụng thực tiển.
Bên cạnh đó chương trình có thể phát triển để thực hiện tính toán cho lưới điện 110, 220KV có thông số tập trung, bằng cách lập trình thêm các
chương trình con để tính CSPK do dung dẫn đường dây sinh ra và một số thay đổi khác.
Đồ Án Chuyên Ngành Ứng dụng Matlab
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Văn Đạm (2004), Thiết kế các mạng và hệ thống điện, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
2. Nguyễn Hữu Tình, Lê Tấn Hùng, Phạm Thị Ngọc Yến, Nguyễn Thị Lan Hương (2009), Cơ sở Matlab & Ứng dụng, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
3. Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê (1999), Cung cấp điện, NXB Khoa học kỹthuật, Hà Nội.
4.Các nguồn Internet
Đồ Án Chuyên Ngành Ứng dụng Matlab
Mục lục
CHƯƠNG MỞ ĐẦU...6
1. Tính bức thiết của đề tài ...6
2. Mục đích nghiên cứu ...6
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài ...6
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MATLAB...7
I.1. GIAO DIỆN CỦA CHƯƠNG TRÌNH...7
1.2. CÁC PHÉP TOÁN - TÊN BIẾN - CÁC HÀM CƠ BẢN ...8
1.2.1.Các phép toán ...8
1.2.2. Cách đặt tên biến ...8
1.2.3. Điều khiển vào ra ...8
1.2.4. Một số hàm toán học cơ bản ...9
1.3. SỐ PHỨC TRONG MATLAB ...10
1.3.1. Nhập số phức ...10
1.3.2. Các phép toán cơ bản với số phức ...10
1.4. MA TRẬN VÀ ỨNG DỤNG ...10
1.4.1. Ma trận ...10
1.4.2 Các phép toán với ma trận trong Matlab ...11
1.4.3. Ứng dụng ma trận vào giải hệ phương trình ...12
1.5. CẤU TRÚC ĐIỀU KIỆN ...14
1.5.1. Cấu trúc if-end ...14 1.5.2. Cấu trúc if-elseif-else-end...15 1.6. CẤU TRÚC LẶP...16 1.6.1. Cấu trúc for-end...16 1.6.2. Cấu trúc while-end ...17 1.6.3. Cấu trúc switch-case...18
1.7. ĐỒ HỌA 2D TRONG MATLAB...19
1.7.1. Lệnh vẽ...19
1.7.2. Đặc tả kiểu đường vẽ...19
1.7.3. Đặc tả kích thước, màu của đường vẽ và kiểu đánh dấu của điểm...19
1.7.4. Thêm đường vẽ vào đồ thị...20
1.7.5. Đặt các thông số cho trục...20
1.8. GIAO DIỆN ĐỒ HỌA GUIDE TRONG MATLAB...20
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN ÁPCHO MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI...23
Đồ Án Chuyên Ngành Ứng dụng Matlab
2.1 MÔ HÌNH NÚT CỦA LƯỚI ĐIỆN...23
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH LƯỚI ĐIỆN...28
2.2.1 PHƯƠNG PHÁP LẶP GAUSS – SEIDEL (GS)...28
CHƯƠNG 3. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MATLAB ĐỂ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN ÁP CHO MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI...35
3.1. GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ CHƯƠNG TRÌNH ...35
3.2. CHƯƠNG TRÌNH CON TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN ÁP CHO MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI VIẾT THEO PHƯƠNG PHÁP GAUSS - SEIDEL...38
3.2.1. Giới thiệu khái quát về chương trình con viết theo phương pháp ...38
3.2.2. Các chương trình con trong chương trình tính phân bố công suất ...39
3.3. CHƯƠNG TRÌNH CON TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN ÁP CHO MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI VIẾT THEO PHƯƠNG PHÁP NEWTON - RAPSHON...41
3.3.1. Giới thiệu khái quát về chương trình con viết theo phương pháp Newton - Rapshon ... 41
3.3.2. Các chương trình con trong chương trình tính phân bố công suất ...42
3.4. CHƯƠNG TRÌNH CON CHỨA GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN...50
3.5. XUẤT KẾT QUẢ TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN ÁP TỪ MATLAB SANG EXCEL...51
3.6. SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN ÁP CHO MẠNG PHÂN PHỐI CÓ 21 NÚT:...53
3.7. ĐẶC ĐIỂM PHƯƠNG PHÁP VÀ ÁP DỤNG VÀO BÀI TOÁNGIẢI TÍCH LƯỚI ĐIỆN:... 57
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ĐỂ TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN ÁP CHO MẠNG ĐIỆN THỰC TẾ...59
4.1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN TÍNH TOÁN ...59
4.2. NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ...59
4.3. NHẬN XÉT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ...60
KẾT LUẬN... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO...64
Mục lục... 65