Chương V: TÁI CẤU TRÚC LĐPP 22KV THÀNH PHỐ NAM ĐỊNH 5.1. Đặc điểm LĐPP 22kV Thành phố Nam Định
5.2. Kết quả áp dụng phương pháp đề xuất
Trên cơ sở thuật toán mới tái cấu trúc lưới điện phân phối, chúng ta đã xây dựng chương trình xác định vị trí mở của các khóa điện cho hệ thống lưới phân phối để tạo nên chế độ vận hành tối ưu, dựa trên nền tảng ngôn ngữ lập trình MATLAB. Phần mềm này có thư viện các hàm toán học hết sức phong phú, và hỗ trợ mạnh mẽ các phép toán xử lý ma trận. Mã nguồn của chương trình được trình bày trong phần phụ lục. Sau đây em xin giới thiệu những module chính trong phần lập trình thông qua một ví dụ xác định vị trí các khóa mở trong một lưới điện phân phối ở TP. Nam Định.
1. Mô tả lưới điện:
Lưới điện gồm 47 nút, trong đó có một nút cân bằng là nút 1, các nút còn lại đều là nút PQ.
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 66 Lưới điện được thiết kế dạng mạch vòng kín, trong đó có hai vòng kín độc lập. Tất cả các nút phụ tải đều có thể được cấp điện từ hai phía được cấp điện từ ba phía.
Như vậy để vận hành lưới ở dạng hình tia, ta cần mở cầu dao điện.
Hình 5.1 mô tả lưới điện, bảng 5.2 thể hiện các thông số nút và nhánh của lưới.
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 67
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 68
Từ nút đến nút Tổng trở Công suất
Nút Tên Nút Tên R() X() P(kW) Q(kVar)
1 471E3.9 2 TC Nghề 20 BQL 0,12061 0,05610 0 0 2 TC Nghề 20 BQL 3 Kho Sở Điện 0,01625 0,00756 272 169 3 Kho Sở Điện 4 Kho Vật tư 0,04451 0,02070 340 211
4 Kho Vật tư 5 0,03922 0,01824 209 138
5 6 Mỹ Trọng 1 0,02941 0,01368 272 169
6 Mỹ Trọng 1 7 Mỹ Trọng 3 0,02941 0,01368 537 331
7 Mỹ Trọng 3 8 0,04644 0,03636 209 138
8 Hàng Tre 9 KS Royal 0,00967 0,00757 340 211
9 10 Trầm Cá 0,01677 0,01313 0 0
10 Trầm Cá 11 0,01097 0,00858 209 138
11 12 Gia Hòa 0,03225 0,02525 0 0
12 Gia Hòa 13 Ninh Bình 5 0,05934 0,04646 537 331 13 Ninh Bình 5 14 Dự Trữ QG 0,03483 0,02727 478 293
14 Dự Trữ QG 15 Lộc An 0,01944 0,00720 340 211
15 Lộc An 16 Gia Hòa 0,05315 0,04161 340 211
16 Gia Hòa 17 0,02967 0,02323 340 211
17 18 Lộc An 3 0,05069 0,03969 0 0
18 Lộc An 3 19 Tân Thành 1 0,07998 0,06262 153 95 19 Tân Thành 1 1 471E3.1 0,24897 0,19493 209 138 3 Kho Sở Điện 20 LH XĐ-XM 0,05582 0,01462 209 138 4 Kho Vật tư 21 Dệt Kim 2 0,06246 0,01636 478 293
5 22 Văn Miếu 2 0,05094 0,01334 272 169
9 23 Mỹ Trọng 4 0,02322 0,01818 340 211
23 Mỹ Trọng 4 24 Mỹ Trọng 2 0,08385 0,00656 340 211
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 69 24 Mỹ Trọng 2 25 Mỹ Trọng 5 0,04644 0,03636 340 211
Từ nút đến nút Tổng trở Công suất
Nút Tên Nút Tên R() X() P(kW) Q(kVar)
25 Mỹ Trọng 5 26 0,04128 0,03232 0 0
26 27 Đèn Đường 5 0,01935 0,01515 40 31
27 Đèn Đường 5 28 UB Mỹ Xá 0,07095 0,05555 340 211 28 UB Mỹ Xá 29 Mai Xá 3 0,08850 0,06075 340 211
26 30 Sát Hạch LX 0,10620 0,07290 209 138
30 Sát Hạch LX 31 Mỹ Ngân 0,07080 0,04860 122 105
31 Mỹ Ngân 32 TT CNTT 0,24780 0,17010 272 169
27 Đèn Đường 5 33 Gò Bắc 0,09145 0,06277 340 211
11 34 Tập Thể Tơ 0,08673 0,05954 537 331
17 35 Tân Thành 3 0,21084 0,19829 209 138
35 Tân Thành 3 36 0,17640 0,16590 0 0
36 37 Tân Thành 2 0,41160 0,38710 122 105
37 Tân Thành 2 38 Đóng Tàu 1/5 0,21840 0,20540 340 211 38 Đóng Tàu 1/5 39 Tiền Phong 2 0,01680 0,01580 0 0 39 Tiền Phong 2 40 Trần Nhân Tông 0,21830 0,14985 340 211 40 Trần Nhân Tông 41 Mả Chói 1 0,09322 0,06399 340 211 41 Mả Chói 1 42 Mạ Điện 0,24780 0,17010 852 524
42 Mạ Điện 43 Dệt Kim 0,09440 0,06480 478 293
36 44 ĐT S.Đào 0,09525 0,02494 340 211
44 ĐT S.Đào 45 CS. Cầu Lộc An 0,01241 0,03248 40 31 39 Tiền Phong 2 46 Tiền Phong 2 0,05900 0,04050 272 169 40 Trần Nhân Tông 47 ĐL. Thịt 0,07434 0,05103 537 311
2. Mô tả quá trình thực hiện thuật toán:
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 70 - Các thông số của lưới được nhập trực tiếp trong Microsoft Excel để tạo độ
trực quan, sau đó sử dụng các lệnh liên kết giữa phần mềm này và Matlab để đọc dữ liệu tính toán.
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 71 Hình 5.2 Giao diện nhập dữ liệu nút
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 72 Hình 5.3 Giao diện nhập dữ liệu nhánh
- Sử dụng giao diện GUI của matlab để hiện thị kết quả tính toán của thuật toán.
Hình 5.4 Giao diện chính của chương trình Trong đó:
- Nút Bus data khi nhấn vào sẽ thực hiện lệnh:
>> busdatas=xlsread('busdatas.xlsx'); % đọc dữ liệu nút từ file ‘busdatas’ trong Excel.
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 73 - Nút Line data khi nhấn vào sẽ thực hiện lệnh
>> linedatas=xlsread('linedatas.xlsx'); % đọc dữ liệu nhánh từ file ‘linedatas’
trong Excel.
- Nút Nhap_nut thực hiện lệnh đếm số nút có trong lưới và trả kết quả vào So nut thông qua các câu lệnh:
function Nhap_nut_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to Nhap_nut (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA) busdatas = xlsread('busdatas.xlsx');
sonut = length(busdatas(:,1));
set(handles.sonut,'String',num2str(sonut));
- Tương tự, nút Nhap_nhanh thực hiện lệnh đếm số nhánh có trong lưới và trả kết quả vào So nhanh.
- Ô Sai so Epsilon cho ta nhập sai số tính toán mong muốn vào ô trắng bên cạnh.
- Ô So buoc lap cho phep cho ta nhập số bước lặp tối đa trong chương trình tính toán trào lưu công suất.
- Nút Chay là nút quan trọng nhất, thực hiện thuật toán và trả kết quả tính tổng tổn thất công suất tác dụng của lưới sau khi kết thúc 2 giai đoạn mở khóa vào ô ‘Ton that cstd (MW)’ đồng thời ghi lại danh sách khóa mở cuối cùng vào 1 file Excel có tên là ‘khoa_mo.xlsx’.
% --- Executes on button press in Chay.
function Chay_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to Chay (see GCBO)
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 74
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA) delete('khoa_mo.xlsx');
eps = get(handles.epsilon,'String');
eps = str2num(eps);
buoclap = get(handles.iter,'String');
buoclap = str2num(buoclap);
linedatas = xlsread('linedatas.xlsx');
busdatas = xlsread('busdatas.xlsx');
chay;
xlswrite('khoa_mo.xlsx', khoamo2);
set(handles.delta_p,'String',num2str(deltaP));
winopen('khoa_mo.xlsx');
Các trình tự cụ thể thực hiện nút ‘Chay’ sẽ được giới thiệu một cách tổng quát nhất qua một số modules tính toán chính dưới đây:
A. Giai đoạn 1:
1) Module kiểm tra điều kiện kết nối của lưới mỗi lần mở khóa:
Để kiểm tra điều kiện kết nối của lưới, ta sử dụng thuật toán “loang chiều rộng”:
for n=1:nbus
for m=1:length(nhanh(:,1)) if nhanh(m,2) == kiemtra(n)
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 75 o = find(kiemtra == nhanh(m,3));
if isempty(o) k = k+1;
kiemtra(k) = nhanh(m,3);
end
else if nhanh(m,3) == kiemtra(n) o = find(kiemtra == nhanh(m,2));
if isempty(o) k = k+1;
kiemtra(k) = nhanh(m,2);
end end end end end
Điều kiện kết nối của lưới sẽ được thỏa mãn nếu giá trị độ dài của vector ‘kiemtra’
bằng tổng số nút có trong lưới. Nếu độ dài vector này nhỏ hơn số nút, lưới không kết nối và khóa mở đang xét sẽ phải đóng lại.
2) Module tính toán trào lưu công suất:
Một module rất quan trọng của thuật toán chính là tính toán trào lưu công suất, việc tính toán trào lưu công suất của lưới điện được thực hiện rất nhiều lần. Chế
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 76 độ xác lập của lưới điện được tính toán theo phương pháp lặp Newton-Raphson.
Chương trình được viết trong “file.m” để tiện gọi khi cần tính toán:
“nrlfpg.m” : tính toán trào lưu công suất của lưới điện.
“ybusppg.m” : tính toán ma trận tổng dẫn nút Ybus
“pol2rect” : module chuyển đổi một số phức từ dạng module-góc pha sang dạng phần thực-phần ảo.
3) Module kiểm tra điều kiện giới hạn công suất phản kháng phát-thu của nút PV (trong chương trình tính toán trào lưu công suất):
if Iter <= 7 && Iter > 2 % Only checked up to 7th iterations..
for n = 2:nbus if type(n) == 2
QG = Q(n)+Ql(n);
if QG < Qmin(n) V(n) = V(n) + 0.01;
elseif QG > Qmax(n) V(n) = V(n) - 0.01;
end end end end
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 77 Module này dùng để kiểm tra vi phạm giới hạn công suất phản kháng tại các nút PV. Nếu kết quả tính toán công suất phản kháng mà mỗi nút này phải phát nhỏ
hơn Qmin ta sẽ tăng điện áp nút lần lượt theo bậc 0,01pu để tăng công suất phản kháng phát tại nút đó. Ngược lại, nếu kết quả tính toán công suất phản kháng lớn hơn Qmax ta phải giảm điện áp nút lần lượt theo bậc 0,01pu cho đến khi thỏa mãn điều kiện giới hạn.
- Kết thúc giai đoạn 1 ta thu được danh sách khóa mở và kết quả tổn thất công suất tác dụng như bảng 4.3
Bảng 4.3 Thứ
tự vòng
lặp
Khóa mở Khóa liền kề 1 Khóa liền kề 2
Tổn thất (kW) Nhánh Nút
đầu
Nút cuối
Nhánh Nút đầu
Nút cuối
Nhánh Nút đầu
Nút cuối
1 13 12 14 12 11 13 14 13 15 109,3324
Thứ tự vòng
lặp
Khóa mở Khóa liền kề 1 Khóa liền kề 2
Tổn thất (kW) Nhánh Nút
đầu
Nút cuối
Nhánh Nút đầu
Nút cuối
Nhánh Nút đầu
Nút cuối
1 13 12 14 12 11 13 14 13 15 109,3324
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 78 B. Giai đoạn 2:
Giai đoạn 2 bắt đầu bằng module trao đổi trạng thái khóa mở trong giai đoạn một với lần lượt 2 khóa liền kề của nó.
“for t = 2:3
s = find(khoamo2 == khoamo1(l,t));
if isempty(s) && khoamo1(l,t) ~= 0 lined=lined1;
for j=1:length(lined(:,1)) if khoamo1(l,t)==lined(j,1) o=j;
end end
lined(o,:)=[];
lined=[lined ; lined2(khoamo1(l,1),:)];
nhanh = [lined(:,1) lined(:,2) lined(:,3)];
….”
Quá trình kiểm tra trạng thái kết nối của lưới và tính toán trào lưu công suất được thực hiện tương tự giai đoạn 1. Kết quả cuối cùng khi nhấn nút ‘Chay’
ta thu được giao diện như hình 4.5
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 79
Hình 5.5. Kết quả thu được qua 2 giai đoạn
Lựa chọn sai số là 0,00001 và số bước lặp thực hiện là 10 ta có kết quả tổn thất công suất tác dụng trên lưới là 109,3324 kW.
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 80 Danh sách khóa mở sau giai đoạn hai cũng được hiển thị trong file
‘khoa_mo.xlsx’.
Hình 4.6 Kết quả cuối cùng của bài toán
Tổng hợp kết quả sau khi chạy chương trình ta thể hiện trong bảng 4.4 Bảng 4.4
Bước Khóa mở
Khóa liền kề
Lưới được
kết nối? ΔP (MW) Trao đổi trạng thái khóa?
1 13 12 Đ 10,8016 Không
2 13 14 Đ 10,8016 Không
Trong giai đoạn hai không có khóa nào được trao đổi trạng thái với khóa liền kề.
Ta có khóa mở cuối cùng là 13.
Khóa mở giai đoạn 1
Khóa mở giai đoạn 2
13 13
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 81
CHƯƠNG VI