CHƯƠNG 3 CHIẾN LƯỢC PHỐI HỢP ĐIỀU KHIỂN NHẰM KHÔI PHỤC MỨC AN
3.1. Bài toán OPF trong hệ thống điện
3.1.2. Phát biểu bài toán OPF trong luận văn
3.1.2.3. Các ràng buộc của bài toán OPF
Việc điều khiển các biến cho OPF bao gồm: công suất phát của tất cả các nhà máy điện, điện áp tại các nút, vị trí đầu phân áp của máy biến áp…Các ràng buộc của bài toán OPF được chia thành ràng buộc đẳng thức và bất đẳng thức.
Các ràng buộc đẳng thức là các phương trình cân bằng công suất tác dụng/phản kháng, các ràng buộc bất đẳng thức bao gồm về điện áp, khả năng phát công suất và vị trí đầu phân áp của máy biến áp…Vì vậy, tất các các hàm mục tiêu nêu trên đều chịu sự ràng buộc dưới đây:
3.1.2.3.1. Các ràng buộc đẳng thức:
a) Bài toán không có thiết bị FACTS:
Việc cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng tại mỗi thanh cái có thể được biểu thị như sau:
(3.9)
(3.10) Trong đó:
- PGi , QGi : công suất tác dụng, phản kháng bơm vào bus i.
- Pdi, Qdi : công suất tác dụng, phản kháng của tải.
- Qci : công suất phản kháng của nguồn bù tại bus i.
- : điện áp tại bus i và bus j.
- : giá trị của thành phần i, j của ma trận tổng dẫn.
- ij : góc pha của thành phần i, j của ma trận tổng dẫn.
- i, j : góc pha điện áp tại bus i và j.
- Nb : tổng số bus trong hệ thống.
b) Bài toán có thiết bị FACTS:
Các ràng buộc đẳng thức của bài toán OPF khi có thiết bị FACTS được biểu diễn như sau:
(3.1 1)
(3.1 2)
Trong đó:
- PGi , QGi : công suất tác dụng, phản kháng bơm vào bus i.
- Pdi, Qdi : công suất tác dụng, phản kháng của tải.
- Qci : công suất phản kháng của nguồn bù tại bus i.
- Qi(FACTS) : công suất phản kháng của thiết bị FACTS tại bus i.
: điện áp tại bus i và bus j.
- : giá trị của thành phần i, j của ma trận tổng dẫn có kể đến thiết bị FACTS.
- ij : góc pha của thành phần i, j của ma trận tổng dẫn có kể đến thiết bị FACTS.
- i, j : góc pha điện áp tại bus i và j.
- Nb : tổng số bus trong hệ thống.
3.1.2.3.2. Các ràng buộc bất đẳng thức:
Các ràng buộc bất đẳng thức của OPF phản ánh các giới hạn vật lý của các thiết bị trong hệ thống điện cũng như các giới hạn tạo ra để đảm bảo mức an ninh tĩnh hệ thống điện. Điều này đặt ra tất cả ràng buộc bất đẳng thức cần thiết cho bài toán OPF được thực hiện như sau:
i) Khả năng phát: điện áp phát, công suất tác dụng và công suất phản kháng phát ra:
(3.13) (3.14) (3.15) Với Ng : số máy phát.
ii) Vị trí đầu phân áp của máy biến áp:
(3.16) Với Nt : số nhánh có điều chỉnh điện áp.
iii) Mức an ninh tĩnh: bao gồm ràng buộc về điện áp nút tải và giới hạn khả năng chuyển tải công suất của tất cả các đường dây.
(3.17) (3.18) Với Nl : số đường dây của hệ thống.
NL : số nút phụ tải của hệ thống.
iv) Ràng buộc về thông số của bộ tụ bù:
(3.19) Với Nc : số nguồn bù của hệ thống.
v) Ràng buộc về thông số thiết bị FACTS:
(3.20) (3.21) (3.22) Trong đó: B là điện dẫn của SVC, XC là trở kháng của TCSC và I là dòng điện của STATCOM.
3.1.2.3.3. Xử lý ràng buộc của bài toán OPF:
Vì hầu hết các thuật toán tiến hóa chẳng hạn như thuật toán tiến hóa vi phân ban đầu được hình thành để giải quyết các vấn đề không ràng buộc, kỹ thuật xử lý các ràng buộc khác nhau đã được phát triển như sau:
a) Thực thi những sự ràng buộc đẳng thức:
Những ràng buộc hay phương trình cân bằng công suất sẽ được xử lý hội tụ bởi phân bố công suất từ phương pháp Newton-Raphson.
b) Thực thi những sự ràng buộc bất đẳng thức:
Vấn đề xử lý các ràng buộc bất đẳng thức trong bài toán OPF sẽ được chuyển đổi bằng cách sử dụng hàm phạt. Chức năng của hàm phạt này cho bất kỳ phạm vi của biến có thể được thể hiện như sau:
(3.23) Trong đó:
- h(xi) : hàm phạt của biến xi. - : giới hạn trên của biến xi. - : giới hạn dưới của biến xi.
Với các chức năng của hàm phạt thì các hàm công suất tác dụng và công suất phản kháng của máy phát điện, điện áp của phụ tải, dòng công suất của đường dây được biểu diễn như sau:
(3.24) Trong đó:
- Fext : hàm mục tiêu mở rộng.
- Ng : số máy phát của hệ thống.
- Nb : số bus của hệ thống.
- NL : số nhánh của hệ thống.
- Kp : hệ số phạt của công suất tác dụng phát ra máy phát điện.
- Kq : hệ số phạt của công suất phản kháng phát ra máy phát điện.
- Ks : hệ số phạt của đường dây hoặc máy biến áp.
- h(PGi) : hàm phạt của công suất tác dụng phát ra máy phát thứ i.
- h(QGi) : hàm phạt của công suất phản kháng phát ra máy phát thứ i.
- h(VLi) : hàm phạt của biên độ điện áp của bus thứ i.
- h(SLi) : hàm phạt của dòng công suất của nhánh thứ i.
Từ các phương trình trên thì các thông số của thiết bị FACTS được giới thiệu là các biến điều khiển bổ sung thường không thể được giải quyết bằng các bài toán OPF theo các phương pháp cổ điển thông thường bởi vì các tham số này sẽ thay đổi trong ma trận tổng dẫn nút.