HEURISTIC TOI UU PHAN BO CONG SUAT TRONG HE THONG DIEN

Nghiên cứu bài toán ED Economic Dispatch Đường dây Phụ tải Máy phát điện Optimal Power Flow tuyến và được sử dụng rộng rãi trong vận hành hệ thống và trong nhà máy.. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨUN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

PHƯƠNG PHÁP HEURISTIC TỐI ƯU PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG

HỆ THỐNG ĐIỆN

Chuyên ngành : Thiết bị mạng và nhà máy điện

Mã số ngành : 60 52 50

TP HỒ CHÍ MINH - 08/2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NỘI DUNG BÁO CÁO

OPF

Nghiên cứu bài toán ED

(Economic Dispatch)

Đường dây

Phụ tải Máy phát điện

(Optimal Power Flow)

tuyến và được sử dụng rộng rãi trong vận hành hệ thống và trong nhà máy

và đảm bảo an ninh hệ thống

TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

- Nhanh và tin cậy.

- Xấp xỉ chi phí tuyến tính từng đoạn Cần phải đơn giản hóa các ràng buộc để chắc chắn lời giải hội tụ.

 Vào những năm 1962, Carpentier bắt đầu tìm hiểu về bài toán OPF

 Có nhiều kỹ thuật toán học khác nhau được sử dụng để giải bài toán OPF.

Phương pháp lặp Lambda

(equal incremental cost interion -

EICC)

- Khá nhạy với giá trị ban đầu của lambda.

- Thường hội tụ đến lời giải cực trị địa

phương hoặc phân kỳ

- Chuyển những ràng buộc không cân bằng sang ràng buộc cân bằng

- Nếu chọn không chính xác step size thì

không thể xác định lời giải.

- Có nhiều ràng buộc không cân bằng

- Khá nhạy với những điều kiện ràng buộc

Được đề cập bởi D I Sun, B

Ashley, B Brewer, A Hughes và W

F Tinney [10].

Phương pháp điểm nội

Được đề cập bởi Y Wu, A S Debs

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu bài toán

ED

Đường dây

Phụ tải Máy phát điện

Nghiên cứu bài toán OPF dựa trên phương pháp Newton

Heuristic giải bài toán OPF

(Nghiệm suy đưa ra một số ràng buộc và một số luật)

Mô phỏng OPF có quan tâm đến các ràng buộc

(Trong môi trường PowerWorld)

Điểm mới

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

 Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điện mẫu (có 6 hoặc 7 nút).

 Giới hạn đề tài:

4 Nghiên cứu bài toán OPF ở chế độ xác lập, mạng điện đối xứng.

Các trạm tăng áp Các trạm giảm áp Các khóa điện Các trạm bù

các nhà máy nhiệt điện.

2 Xem biến tỉ số đầu phân áp và góc lệch pha máy biến áp là các

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Chương 1: LÝ THUYẾT VẬN HÀNH KINH TẾ CÁC TỔ MÁY

 ED _ Bỏ qua tổn thất và không hạn chế điện năng phát

 ED _ Kể đến tổn thất công suất

 Nguồn gốc công thức tổn thất công suất trong HTĐ

 Giải thuật vận hành kinh tế hệ thống - econdispatch

 Giải thuật xác định các hệ số tổn thất - cobloss

 Giải thuật tính tổng chi phí sản xuất - togencost

Chương 2: OPF DỰA VÀO PHƯƠNG PHÁP NEWTON

 Phát biểu bài toán OPF

 Khai triển Lagrang, Gradient và Hessian

 Ứng dụng ràng buộc không cân bằng vào bài toán OPF

 Phương pháp giải

 Ứng dụng phương pháp Newton vào OPF

Chương 3: HEURISTIC GIẢI BÀI TOÁN OPF

 Phân loại biến OPF

 Thực thi kỹ thuật ma trận thưa

 Xác định bộ ràng buộc không cân bằng

 Đề xuất các luật cho bài toán OPF

 Thuật toán tìm kiếm

 Mô phỏng OPF theo thời gian

Chương 4: MÔ PHỎNG OPF TRONG POWERWORLD

 Giới thiệu phần mềm PowerWorl

 Tổng quan về OPF trong PowerWorld

 Các thanh công cụ trong PowerWorld

 Các bước xây dựng mô hình

 Mô phỏng

+ OPF loại bỏ quá tải trên đường dây

+ OPF xác định giá P và giá Q

+ OPF xác định giá P của vùng

+ OPF xác định giá truyền tải thông qua SRMC

+ OPF có thay đổi đầu phân áp MBA để điều khiển U

+ OPF có thay đổi đầu phân áp MBA để điều khiển Q qua MBA

NGHIỆM SUY CÁC RÀNG BUỘC CHO BÀI TOÁN OPF

+ VGi: Biên độ điện áp tại đầu cực máy phát thứ i.

+ VGisetpoint: Điện áp cài đặt chuẩn.

+ Skm: Dòng công suất biểu kiến từ nút k đến nút

m.

+ PGi: Công suất tác dụng phát tại nút thứ i.

+ QGi: Công suất phản kháng phát tại nút thứ i.

+ Vi: Biên độ điện áp tại nút i.

Gi Q Q

0

2 max

2



km S S

max min i i

P

max min Gi Gi

Gi P P

 Ràng buộc mềm cho Vi:

NGHIỆM SUY CÁC RÀNG BUỘC CHO BÀI TOÁN OPF

Với : k = $200/V2 Với : k = $100/MVA4

MVA trên đường dây

-0

PHÁT BIỂU BÀI TOÁN OPF

Chi phí sản xuất của máy phát Hàm phạt

(ai, bi, ci: Các hệ số của đường cong chi phí bậc hai của máy phát.)

i generators

Gi i Gi

i

a x

00

00

)(

scheduled

iset i

k k

P P

V V

Q

P x

h

0

2 max

2



- km

km S S







-

Gi Gi

P P

P

P x

-

-

-

0000

min

max min

max

km km

km km

km km

km km

t t

t t

 -

i i

V V

V

PHƯƠNG PHÁP GIẢI

Nhập: a. Các ràng buộc không cân bằng.

b Giá trị ban đầu của vector z (Vk, k, PGk, tkm, tm, , )

Lập hàm L có kể đến các ràng buộc không cân bằng Tính ma trận Gradient và ma trận Hessian

Giải: tìm Tính:

[H z  L z z

z z

z new  old - 





z

 Phân lớp biến

Phân lớp biến Các biến trong lớp

Điều khiển PGk, tkm và kmTrạng thái Vk và k

Ràng buộc Pk , Qk, viset, int, Skm, PGih,

PGil, Vih, Vil, tkmmax, tkmmin,

kmmasx, kmmin

ĐỀ XUẤT LUẬT & XÁC ĐỊNH BỘ RÀNG BUỘC

THUẬT TOÁN TÌM KIẾM

Hình 5.2 Cây nhị phân tìm kiếm biến cho

bài toán OPF

 Khi giải bài toán OPF, cần phải tìm kiếm các biến điều khiển, biến trạng thái và các ràng buộc liên quan đến các biến

gian xử lý của CPU

kiếm bằng phương pháp lặp

Biến điều khiển Biến trạng thái Ràng buộc

 Qui luật của cây nhị phân tuân

+ Tuân theo thứ tự ưu tiên

THUẬT TOÁN TÌM KIẾM

 Biến điều khiển

1 Số nút

 Biến trạng thái

 Với một loại biến, quyền ưu tiên được xác định như sau:

 Ràng buộc

, ,

, Qk viset

Pk  



,,

,,

,

,int Skm Pgih Pgil Vih Vil



min max

min max, tkm , km , km

ĐỀ XUẤT LUẬT & XÁC ĐỊNH BỘ RÀNG BUỘC

Kiểm tra và loại bỏ RBKCB trong hàm L?

Bắt đầu

Có vi phạm giới hạn

MVA trên đường dây?

Thêm ràng buộc cứng hoặc hàm phạt mềm cho đường dây

N

Có vi phạm giới hạn công suất phản kháng phát?

(Vimax, Vimin, PGimax, PGimin, tkmmax, tkmmin, kmmax, kmmin)

 Nếu (QGi > QGimax) thì chuyển nút (Pi,Vi)

thành nút (Pi,Qi) Với Qi = QGimin

 Nếu (QGi > QGimin) thì chuyển nút (Pi,Vi)

thành nút (Pi,Qi) Với Qi = QGimax

 Nếu (Vi < Vimin) thì (thêm Vimin hoặc )

 Nếu (Vi > Vimax) thì (thêm Vimax hoặc )

 Nếu (PGi > PGimax) thì (thêm PGimax)

 Nếu (PGi < PGimin) thì (thêm PGimin)

 Nếu (tkm < tkmmax) thì (thêm tkmmax)

 Nếu (tkm < tkmmin) thì (thêm tkmin)

 Nếu (km < kmmax) thì (thêm kmmax)

 Nếu (km < kmmin) thì (thêm kmmin)

W



penalties i

W

 Nếu int > 0 thì (mua điện)

 Nếu int < 0 thì (bán điện)

ĐỀ XUẤT LUẬT & XÁC ĐỊNH BỘ RÀNG BUỘC

1 OPF LOẠI BỎ QUÁ TẢI TRÊN ĐƯỜNG DÂY

Nhận xét:

 Vận hành Part AGC: ED: Vận hành

 Tổng chi phí vận hành hệ thống là 7825.89$/h.

 Tuyến dây từ nút 4 đến nút 5 bị quá tải 47%

Tổng chi phí sản xuất trong hệ thống là

8019.04 $/h

Bảng 6.2 Bảng thông tin kinh tế máy phát trong hệ thống

6 nút, 1 vùng, giải bài toán PBCS ở chế độ Part.AGC

No Gen MW IOA IOB IOC Cost $/Hr IC Lambda

1 OPF LOẠI BỎ QUÁ TẢI TRÊN ĐƯỜNG DÂY

 Vận hành

OPF:

 Tổng chi phí vận hành hệ thống là 7825.89$/h.

 Tuyến dây từ nút 4 đến nút 5 không bị quá tải.

 Máy phát làm việc trong giới hạn min, max.

Nhận xét:

Bảng 6.7.Thông tin kinh tế máy phát trong hệ thống 6 nút, 1 vùng

No. Gen MW IOA IOB IOC MWMin MWMax Cost $/Hr Lambda

MW Loss

Mvar Loss

1 OPF LOẠI BỎ QUÁ TẢI TRÊN ĐƯỜNG DÂY

ED nhưng vẫn thấp hơn so với trường hợp điều khiển Part AGC

thống và đảm bảo cả yêu cầu an ninh

2 MÔ PHỎNG OPF XÁC ĐỊNH GIÁ P TẠI CÁC NÚT

Hình 6.4 Hệ thống 6 nút, một vùng, điều khiển OPF,

giới hạn đường dây từ nút 5 đến nút 4 là 50MVA

 Tổng chi phí sản xuất trong hệ thống có đường dây không bị tới hạn nhỏ tổng chi phí

tổng chi phí trong hệ thống có đường dây bị tới hạn.

 Chi phí biên MW tại nút 1 và nút 3 giảm khi giới hạn mang tải của đường dây từ nút 4 đến nút 5 tăng từ 50MW lên 100MW Chi phí biên MW ở nút 4 tăng.

3 MÔ PHỎNG OPF XÁC ĐỊNH GIÁ P TRONG HỆ THỐNG NHIỀU VÙNG

Hình 6.6 Hệ thống 6 nút, 2 vùng, điều khiển OPF, giao dịch 0 MW

 OPF trong trường hợp 2 vùng không thực hiện giao dịch:

 Hai vùng tự cung cấp đủ tải có kể đến tổn thất điện năng cho mỗi vùng.

 Điện năng trong vùng 2 rẻ hơn điện năng trong vùng 1(mua điện từ vùng 2 sẽ có lợi hơn)

Nhận xét: Bảng 6.14 Thông tin vùng trong hệ thống 6 nút, 2 vùng, điều khiển OPF

Area Num Area Name Gen MW Load MW Tot Sched MW MWInt ACE MW Lambda Loss MW

demo 3.1

Tot Sched MW

1 229.07 300 -75 75.01- -0.01 16.54 4.08

2 381.6 300 75 75.01 0.01 14 6.6

5 Trao đổi 80 MW:

3 MÔ PHỎNG OPF XÁC ĐỊNH GIÁ P TRONG HỆ THỐNG NHIỀU VÙNG

Hình 6.13 Hệ thống 6 nút, 2 vùng, điều khiển OPF, giao dịch 80 MW

Area Num Area Name Gen MW Load MW Tot Sched MW Int MW ACE MW Lambda Loss MW

3 MÔ PHỎNG OPF XÁC ĐỊNH GIÁ P TRONG HỆ THỐNG NHIỀU VÙNG

Bảng 6.53: Bảng tổng kết các trường hợp giao dịch trong hệ thống 6 nút, 2 vùng

Công suất giao

dịch Chi phí ở vùng 1 [$/hr] Chi phí ở vùng 2 [$/hr] Tổng chi phí

4 MÔ PHỎNG OPF XÁC ĐỊNH GIÁ TRUYỀN TẢI THÔNG QUA SRMC

Bảng 6.54 Bảng tính chi phí biên ngắn hạn cho hệ thống 6 nút, 2 vùng, điều khiển OPF

Number Generation Before

Transaction

BMC Before Transaction [$/MWhr]

Generation After Transacton [MW]

BMC After Transaction [$/MWhr]

Pi, transaction [MW]

BMCi* Pi,transaction [$/hr]

buses all

n transactio i

i n

transactio BMC P

4 MÔ PHỎNG OPF XÁC ĐỊNH GIÁ TRUYỀN TẢI THÔNG QUA SRMC

Generation After Transacton [MW]

BMC After Transaction [$/MWhr]

Pi, transaction [MW]

BMCi* Pi,transaction [$/hr]

n transactio i i n

5 MÔ PHỎNG OPF SỬ DỤNG ĐẦU PHÂN ÁP MBA ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP

Hình 6.16 Hệ thống 7 nút, không kích hoạt tự động thay

đổi tkm để điều khiển U

 Sử dụng hệ thống có 7 nút, 2 máy phát, 7 đường dây truyền tải và 2

6 MÔ PHỎNG OPF SỬ DỤNG ĐẦU PHÂN ÁP MBA ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP

qua MBA

Tổng chi phí hệ thống giảm 111.5 $/hr khi thay đổi đầu phân áp MBA để điều

khiển dòng công suất phản kháng qua MBA

Nhận xét:

ĐIỂM MỚI & GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN

tổn thất và tính tổng chi phí sản xuất trong hệ thống

 Nghiệm suy một số ràng buộc trong bài toán tối ưu phân bố công suất

và một số luật cho bài toán OPF

OPF giúp hiểu rõ cách thức vận hành kinh tế hệ thống có xét đến các ràng buộc thực tế của các phần tử hệ thống

tối ưu PBCS và có thể sử dụng để phục vụ nghiên cứu ở mức cao hơn

toán, nếu kỹ thuật này được nghiên cứu và phát triển đầy đủ sẽ phục vụ tốt cho công tác huấn luyện, đào tạo và trợ giúp các điều độ viên ra quyết định trong vận hành kinh tế-kỹ thuật HTĐ

XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN SỰ CHÚ Ý LẮNG NGHE CỦA QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC

ANH CHỊ HỌC VIÊN.

LIÊN KẾT MÔ PHỎNG

1 OPF LOẠI BỎ QUÁ TẢI TRÊN ĐƯỜNG DÂY

2 MÔ PHỎNG OPF XÁC ĐỊNH GIÁ P TẠI CÁC NÚT

3 MÔ PHỎNG OPF XÁC ĐỊNH GIÁ P TRONG HỆ THỐNG NHIỀU VÙNG

4 MÔ PHỎNG OPF XÁC ĐỊNH GIÁ TRUYỀN TẢI THÔNG QUA SRMC

5 MÔ PHỎNG OPF SỬ DỤNG ĐẦU PHÂN ÁP MBA ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP

6 MÔ PHỎNG OPF SỬ DỤNG ĐẦU PHÂN ÁP MBA ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP