Điều phối tối ưu công suất P2 pps

Huỳnh Châu Duy Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát tiếp theo Hiệu suất thủy điện phụ thuộc công suất phát, hiệu suất cao nhất khi thủy điện phát từ 85% - 90% công suất định mức..

VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN

HỆ THỐNG ĐIỆN

TS Huỳnh Châu Duy

Bộ mơn Hệ thống điện Trường Đại học Bách Khoa TP HCM

Chương 4 Điều phối tối ưu cơng suất phát

(tiếp theo)

4 Suất tăng tổn thất công suất trong lưới điện:

Tổn thất công suất tác dụng trong lưới điện là:

(4.12)

Với:

(4.13)

(4.14)

∑ ∑

=

−

≠

=

−

=

−

=

−

≠

=

−

− + +

+

=

1 i 1 ) j ( 2

1

1

i

2 1 i 1 ) j ( 2

2 i 2

i

ii ( P Q ) 2 B ( P P Q Q ) 2 C ( P P Q Q )

B

P

∑ ∑

=

−

≠

=

−

=

−

=

−

≠

=

−

− + +

+

=

1 i 1 ) j ( 2 j

j i j i ij 1

1

i

2 1 i 1 ) j ( 2 j

j i j i ij 2

i 2 i

ii ( P Q ) 2 D ( P P Q Q ) 2 F ( P P Q Q )

D

Q

ij ij ij ij ij

ij

2

ii

ii r ; B r cos ; C r sin

Trong trường hợp góc δij nhỏ (lưới điện tập trung, khoảng

cách không lớn), có thể coi cosδij=1, sinδij=0, do đó: Bij= Bji,

Dij= Djivà:

(4.15)

(4.16)

(4.17)

0 F

; U U

x D

; 0 C

; U

U

r

j i

ij ij ij

j i

ij

∑∑−

=

−

=

+

=

Δ n 1

1

i

1 n 1 j

j i j i

ij ( P P Q Q ) B

P

=

−

=

+

=

1 i

1 n 1 j

j i j i

D Q

Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy

Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo)

Trong trường hợp góc δij nhỏ (lưới điện tập trung, khoảng

cách không lớn), có thể coi cosδij=1, sinδij=0, do đó: Bij= Bji,

Dij= Djivà:

(4.15)

(4.16)

(4.17)

0 F

; U U

x D

; 0 C

; U

U

r

j i

ij ij ij

j i

ij

∑∑−

=

−

=

+

=

Δ n 1

1

i

1 n 1 j

j i j i

ij ( P P Q Q ) B

P

=

−

=

+

=

1 i

1 n 1 j

j i j i

D Q

5 Phân bố tối ưu công suất phát trong hệ

thống hổn hợp nhiệt điện – thủy điện:

Công suất phát của thủy điện phụ thuộc vào lưu lượng

nước qua tuabin, Q và độ cao của cột nước, H:

P = 9,81 x Q x H x η (kW)

Với:

Q = là lưu lượng nước tính bằng m 3 /s

H = là chiều cao cột nước tính bằng m

η = là hiệu suất, thông thường vào khoảng 70 – 90%

Nếu Q (m 3 /h) thì P = 2,725.10 -6 x Q x H x η (MW)

(4.18)

(4.19)

Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy

Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo)

Hiệu suất thủy điện phụ thuộc công suất phát, hiệu

suất cao nhất khi thủy điện phát từ 85% - 90% công

suất định mức

Các tuabin thủy điện có thể làm việc với cột nước từ

65% - 125% cột nước định mức

Đặc điểm quan trọng của thủy điện là bị hạn chế về

năng lượng sơ cấp, đó là nước.

Thủy điện có các đặc tính tiêu hao nước như hình

4.4

Hình 4.4

H1

H2

H3

Pmax

H1 < H2< H3

P (MW)

Q

(m 3 /h)

Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy

Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo)

Đặc tính tiêu hao nước:

Q = f(Pα) (m3/h)

Với: α = là chỉ số của tổ máy thủy điện

Đặc tính tiêu hao nước phụ thuộc vào cột nước của

hồ chứa Lấy đạo hàm Qα theo công suất P, ta được

suất tăng tiêu hao nước của thủy điện:

(4.20)

(4.21)

α

α

∂

=

ε

P Q

Trong các bài toán lớn, người ta lập đặc tính chi

phí nước chung cho một nhà máy thủy điện:

Cho từng lưu lượng nước, tính công suất phát được

tối ưu cho toàn nhà máy

Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy

Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo)

Có thể thể hiện đặc tính tiêu hao nước của thủy

điện bằng hàm bậc 2 sau:

Qα = αP2+ βP + γ

Với các hệ số α, β và γ = phụ thuộc vào tình trạng

hồ chứa ở đầu giờ tính công suất

(4.22)

Bài toán được đặt ra là lượng nước hạn chế của

thủy điện được sử dụng vào giờ nào với công suất

bao nhiêu trong ngày – đêm để chi phí sản xuất điện

năng của toàn hệ thống điện nhỏ nhất ?

Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy

Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo)

Hiển nhiên là bài toán phân bố công suất thủy

-nhiệt điện phải được giải cho 24 giờ của ngày – đêm

chứ không phải cho từng giờ như hệ thống toàn nhiệt

điện

Chi phí sản xuất ở đây chỉ bao gồm chi phí nhiên

liệu của nhiệt điện, vì chi phí nhiên liệu của thủy

điện coi như bằng 0

* Hàm mục tiêu của bài toán là:

Min C = C1 + C2 + + Ct+ + C24 (4.23)

Trong đó: Ct= là chi phí nhiên liệu của các nhiệt điện

trong giờ t

Trong đó: a, b là chỉ số của các tổ máy nhiệt điện, có

Nnđ tổ máy nhiệt điện

Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy

Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo)

* Ràng buộc:

Có 2 điều kiện ràng buộc:

-Cân bằng công suất từng giờ trong hệ thống

-Cân bằng nước cho từng thủy điện

* Cân bằng công suất cho giờ t:

Trong đó:

α, β: là chỉ số của thủy điện, có Ntđ thủy điện

(4.25)

Wt = Pat+ Pbt+ + Pαt+ Pβt+ – Ppt t–ΔPt = 0

Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy

Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo)

* Cân bằng nước cho từng thủy điện:

Qαt, Qβt : là lượng nước sử dụng để phát

điện trong giờ t

Qα∑, Qβ∑ : là lượng nước được phát trong

ngày-đêm của thủy điện α, β,

(4.26)

(4.27)

0 Q Q

1 t

α

0 Q Q

1 t

=∑

β

* Điều kiện phân bố tối ưu công suất:

Hàm Lagrange của bài toán:

(4.28)

MinL = C = C1 + C2 + + Ct+ + C24 +

- λ1W1 - λ2W2 - + +λαWα + λβWβ +

Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy

Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo)

Điều kiện tối ưu là:

(4.29)

0 P

P 1

P

L

1 a

1 1

1 a 1

a

=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

Δ

∂

− λ

− ε

=

∂

∂

………

0 P

P 1

P

L

24 a

24 24

24 a 24

a

=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

Δ

∂

− λ

− ε

=

∂

∂

Điều kiện tối ưu là:

(4.30)

0 P

P 1 P

L

1

1 1

1 1

=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

Δ

∂

− λ

− ε λ

=

∂

∂

α α

α α

………

0 P

P 1 P

L

24

24 24

24 24

=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

Δ

∂

− λ

− ε λ

=

∂

∂

α α

α α

Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy

Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo)

Với mỗi nhiệt điện có 24 phương trình dạng (4.29) và

với mỗi thủy điện có 24 phương trình dạng (4.30)

(4.31)

Từ (4.29), suy raλ1, λ2, như sau:

P

P 1 P

P 1

1 1 1

1 a 1

1 a

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

Δ

∂

−

ε

=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

Δ

∂

−

ε

=

λ

P

P 1 P

P 1

2 2 2

2 a 2

2 a

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

Δ

∂

−

ε

=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

Δ

∂

−

ε

=

λ

………

Từ (4.30), suy ra λ1, λ2, như sau:

(4.32)

P

P 1 P

P 1

1 1 1

1 1

1

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

∂

Δ

∂

−

ε λ

=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

Δ

∂

−

ε λ

=

λ

β

β β

α

α α

P

P 1 P

P 1

2 2 2

2 2

2

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

∂

Δ

∂

−

ε λ

=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∂

Δ

∂

−

ε λ

=

λ

β

β β

α

α α

………

Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy

Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo)

Từ (4.31) và (4.32), suy ra điều kiện tối ưu chung cho

mỗi giờ như sau:

(4.33)

1 1

1 1

1 1 1

1 1 1

1 1 1

1 1

1 1

=

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛ Δ

∂

Δ

∂

−

=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ Δ

∂

Δ

∂

−

=

=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ Δ

∂

Δ

∂

−

=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ Δ

∂

Δ

∂

−

=

β

β β

α

α

αε λ ε λ

ε ε

λ

P

P P

P

P

P P

P

b

b

a a

1

2 2

2

⎟⎟

⎞

⎜⎜

⎛ Δ

∂

Δ

∂

−

=

⎟⎟

⎞

⎜⎜

⎛ Δ

∂

Δ

∂

−

λ

P P

b a

Điều kiện (4.33) bao gồm 24(N-1) phương trình,

N = Nnđ + Ntđ là tổng số các tổ máy (hay nhà máy)

trong hệ thống điện

Ngoài ra, còn 24N phương trình cân bằng công

suất và Ntđ phương trình cân bằng nước của thủy

điện

Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy

Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo)

Ta có, tổng số 24N + Ntđ phương trình Số ẩn số

là 24N công suất các tổ máy trong từng giờ vận hành

và Ntđ hệ số không xác định λα, λβ,

Với:

λtlà suất tăng chi phí của hệ thống

Các hệ số không xác định λα, λβ, có ý nghĩa như

sau:

Trong (4.33) nếu không xét đến biến thiên của ΔP

theo công suất phát của các tổ máy và giả thiết rằng

chỉ có một nhiệt điện a và một thủy điện α, ta có điều

kiện phân bố công suất tối ưu cho mỗi giờ vận hành:

Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy

Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo)

Từ đây, suy ra:

(4.35)

Vì ∂Pa= ∂Pαđể đảm bảo cân bằng công suất

Q

T Q

T P

Q

P

a

Δ

Δ

=

∂

∂

=

∂

∂

∂

∂

=

=

α α

α α

α ε

ε λ

/ /

HẾT CHƯƠNG 4 (phần 2)

Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy

Chương 4 – Điều phối tối ưu công suất phát (tiếp theo)