CHƯƠNG 3 CHIẾN LƯỢC PHỐI HỢP ĐIỀU KHIỂN NHẰM KHÔI PHỤC MỨC AN
3.2. Áp dụng bài toán OPF trong chiến lược phối hợp điều khiển
Mô hình các phần tử của tất cả các loại mô hình được nêu trong chương 2 đã được phát triển dưới dạng đẳng thức và bất đẳng thức, có thể được thu thập và trình bày trong một hình thức rút gọn như sau:
0 ) u θ, , V
g( (3.25)
0 ) u θ, , V
h( (3.26)
Trong đó:
- g, h là các hàm số vector.
- |V|, θ là vector biên độ điện áp và góc pha.
- u là vector của các biến điều khiển, vector các biến điều khiển được xây dựng có dạng sau đây:
(3.27)
Vector u bao gồm các trị số đặt điện áp của máy phát điện, SVC, STATCOM và trị số đặt nấc bộ điều áp dưới tải của máy biến áp.
Mô hình toán học của một hệ thống điện như trình bày trong (3.25) và (3.26) sẽ được sử dụng trong phần tiếp theo để phát triển chiến lược phối hợp điều khiển.
Nói chung, có một số mục tiêu đã đạt được trong vấn đề phối hợp điều khiển.
Từ đó, mục đích của xây dựng phối hợp điều khiển trong luận văn là để khôi phục mức an ninh tĩnh của hệ thống điện, lựa chọn mục tiêu điều khiển là cực tiểu hiệu số giữa biên độ điện áp với giá trị định mức và dòng công suất chạy trong các nhánh.
Trên cơ sở đó, hàm mục tiêu có dạng của một hàm bậc hai được biểu diễn như sau:
(3.28)
Hàm mục tiêu f trong (3.28) là cực tiểu với vector của các biến (|V|, θ, u), thỏa mãn một tập hợp các đẳng thức và bất đẳng thức, các bất đẳng thức miêu tả mức an ninh tĩnh của hệ thống điện như sau:
với i = 1 n (3.29)
với j = 1 m (3.30) Trong đó:
- Vi và Vtarget là biên độ điện áp và điện áp danh định tại nút i.
- Vmax và Vmin là vector biên độ điện áp nhỏ nhất và lớn nhất cho phép của các nút trong hệ thống điện.
- Sj và Sjmax là vector dòng công suất trong các nhánh của hệ thống điện và giới hạn của các nhánh.
- Wi và Wj là hệ số trọng lượng.
Bổ sung (3.26) đến (3.29) và (3.30) dẫn đến vector mới của bất đẳng thứ như sau:
0 )
(V,θ,u
h (3.31)
Kết hợp (3.28), (3.25) và (3.31) cung cấp bài toán tối ưu hóa ràng buộc thể hiện chiến lược phối hợp điều khiển như sau:
Cực tiểu (3.32)
Thỏa mãn
0 ) u θ, , V
g( (3.33)
0 )
(V,θ,u
h (3.34)
Tối ưu hóa ràng buộc nêu trên có thể được giải quyết bằng cách sử dụng một kỹ thuật lập trình tuần tự bậc hai tiêu chuẩn đã được phát triển tốt và có sẵn trong môi trường MATLAB. Giải pháp kỹ thuật được công nhận rộng rãi bởi vì nó rất nhanh, hiệu quả, mạnh mẽ và cũng phù hợp cho các ứng dụng trong thời gian thực.
Giải pháp của bài toán tối ưu hóa nêu trên về vector u là vector của các giá trị đặt tối ưu cho các bộ điều khiển để việc khôi phục mức an ninh tĩnh của một hệ thống điện sau các biến động trên hệ thống điện.
Thủ tục giải bài toán tối ưu phối hợp điều khiển được xây dựng theo trình tự như sau:
Trong khuôn khổ của luận văn, tác giả chỉ xét đến trường hợp trên hệ thống điện chỉ có lắp thiết bị SVC và STATCOM.
1 - Xây dựng mô hình toán học các phần tử trong hệ thống điện có các thiết bị FACTS (máy phát điện, máy biến áp, phụ tải, thiết bị FACTS…).
2 - Xây dựng hàm mục tiêu.
3 - Xây dựng các ràng buộc đẳng thức, ràng buộc bất đẳng thức.
4 - Xây dựng chương trình Matlab, tổng quát chương trình phối hợp điều khiển có thể được diễn tả thông qua các bước cụ thể như sau :
a. Bước 1: khởi tạo các giá trị ban đầu của hệ thống bao gồm các thông số như số nút, dữ liệu của phụ tải, máy phát điện, máy biến áp, thiết bị FACTS, ma trận Ybus…
b. Bước 2: đọc file dữ liệu input và gán các giá trị số vào các biến đã được khởi tạo ở bước 1.
c. Bước 3: thành lập ma trận Ybus cho hệ thống ở trạng thái bình thường (Normal Condition).
d. Bước 4: giải bài toán phân bố công suất bằng giải thuật Newton-Raphson để xác định dữ liệu tại các nút, dữ liệu các nhánh, dữ liệu các máy phát điện, dữ liệu các máy biến áp sau đó lưu lại các giá trị, vẽ đồ thị lúc chưa xảy ra các biến động trên hệ thống điện.
e. Bước 5: giả lập một nhánh bất kỳ bị sự cố và bị cắt ra khỏi hệ thống điện.
f. Bước 6: tính lại ma trận Ybus cho hệ thống ở trạng thái một nhánh bất kỳ bị sự cố và bị cắt ra khỏi hệ thống điện (Contingency Condition).
g. Bước 7: giải lại bài toán phân bố công suất để xác định dữ liệu tại các nút, dữ liệu các nhánh, dữ liệu các máy phát điện, dữ liệu các máy biến áp sau đó lưu lại các giá trị, vẽ đồ thị sau các biến động trên hệ thống điện.
h. Bước 8: tính hệ số tham chiếu cho bộ điều khiển.
i. Bước 9: vào vòng lặp chính, khởi tạo vector biến điều khiển ban đầu theo công thức (3.31), đưa các thiết bị FACTS (SVC, STATCOM can thiệp vào hệ thống điện).
j. Bước 10: tính giá trị hàm mục tiêu theo công thức (3.32).
k. Bước 11: giải lại bài toán phân bố công suất, tính lại hệ số tham chiếu cho các bộ điều khiển, cũng là điều kiện dừng chương trình.
l. Bước 12: kiểm tra điều kiện dừng chương trình, nếu không thỏa mãn thì quay lại bước 9, nếu thỏa mãn thì xuất kết quả tính toán dữ liệu tại các nút, dữ liệu các nhánh, dữ liệu các máy phát điện, dữ liệu các máy biến áp sau đó lưu lại các giá trị, vẽ đồ thị điện áp sau khi điều khiển khôi phục và dừng chương trình.
5 - Xem xét, đánh giá kết quả mô phỏng.