Giải thích hệ thống điện truyền tải dùng giải thuật line flow based (LFB)

HCM, tháng 4 năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ PHẠM THƯƠNG THƯƠNG GIẢI TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI DÙNG GIẢI TH

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM THƯƠNG THƯƠNG

GIẢI TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI DÙNG

GIẢI THUẬT LINE FLOW BASED (LFB)

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2017

S K C 0 0 6 0 2 2

Trang 2

Tp HCM, tháng 4 năm 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ PHẠM THƯƠNG THƯƠNG

GIẢI TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI DÙNG

GIẢI THUẬT LINE FLOW BASED (LFB)

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

Giảng viên hướng dẫn

TS HỒ VĂN HIẾN

Trang 5

Luận văn thạc sỹ GVHD: TS Hồ Văn Hiến

HVTH: Phạm Thương Thương i

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ & tên: Phạm Thương Thương Giới tính: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 20/10/1990 Nơi sinh: Gia Lai

Quê quán: Kỳ Lợi, Kỳ Anh, Hà Tĩnh Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Đường 4, Phường Trường Thọ, Quận Thủ Đức

Điện thoại cơ quan: Điện thoại riêng: 0975 699 775 Fax:

E-mail:phamthuongthuong03@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Cao đẳng chuyên nghiệp:

Hệ đào tạo: Cao Đẳng Chính Quy Thời gian đào tạo từ 09/2008 đến 10/2011 Nơi học (trường, thành phố): Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng

Ngành học: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử

2 Đại học:

Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 10/2012 đến 06/2014 Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM

Ngành học: CNKT Điện, Điện Tử

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:

Điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha dùng DSP

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Trường ĐH Sư Phạm

Kỹ Thuật Tp HCM, ngày 20/04/2014

Người hướng dẫn: Ths Trần Quang Thọ

Trang 6

HVTH: Phạm Thương Thương ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu trong luận văn là hoàn toàn trung thực, và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ tài liệu nào khác, các tài liệu tham khảo đều được trích dẫn nguồn đầy

đủ

Tp HCM, ngày…… tháng…… năm 2017

Ký và ghi rõ họ tên

Phạm Thương Thương

Trang 7

HVTH: Phạm Thương Thương iii

LỜI CẢM TẠ

Qua những năm học tập tại trường ĐH SPKT Tp HCM, được sự chỉ bảo và giảng dạy nhiệt tình của quý thầy cô trong khoa Điện-Điện Tử, cũng như các thầy

cô ở các Khoa khác em đã có một nền tảng kiến thức về lý thuyết và thực hành thật

sự rất bổ ích Cùng với sự nỗ lực của bản thân trong thời gian vừa qua, em đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình

Từ những kết quả đạt được này, em xin chân thành cám ơn:

Quý thầy cô trường ĐH SPKT Tp HCM, đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích trong thời gian em theo học tại trường

Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Hồ Văn Hiến- giảng viên trường ĐH Bách Khoa Tp HCM đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này

Do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót trong cách hiểu, lỗi trình bày Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để luận văn tốt nghiệp đạt được kết quả tốt hơn

Trang 8

HVTH: Phạm Thương Thương iv

TÓM TẮT

Luận văn này nghiên cứu thuật toán phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh (LFB) để giải quyết vấn đề phân bố công suất, góc lệch pha điện áp Phương pháp được đề xuất có cấu trúc đơn giản hơn các phương pháp truyền thống trước đó, số vòng lặp ít hơn và đặc biệt là kết quả đáng tin cậy Những điều này đã được minh chứng qua quá trinh thử nghiệm trong luận văn

Một khía cạnh khác chính là luận văn cũng nghiên cứu việc kết hợp thiết bị FACTS vào hệ thống nhằm cải thiện cấu hình điện áp Như đã biết, ưu điểm của các thiết bị FACTS là dễ dàng được kết hợp trong các cấu hình mạng điện khác nhau

Do đó, việc kết hợp thuật toán LFB khi có mặt thiết bị FACTS thực sự sẽ hứa hẹn nhiều điểm mới hiệu quả cho việc truyền công suất trong hệ thống điện

Trang 9

HVTH: Phạm Thương Thương v

ABSTRACT

In this thesis, development of Line Flow Based Algorithm (LFB) has been proposed to solve some problems, as: power flow and voltage dephasing angle The LFB has simple structure, less iteration and reliable than conventional method The mechanism and effectiveness of the LFB have been characterized by coordinating FACTS into the power system As expected, the resultant experiment could achieve realistic goals through improving the voltage profile This work significantly contributed in enhancing the utility of LFB for combined for many types of power grid and development of intelligent electronic system… Therefore, we predicts this coherence create many advantage points for transferring power in bulk grids

Trang 10

HVTH: Phạm Thương Thương vi

MỤC LỤC

- -

LÍ LỊCH KHOA HỌC i

LỜI CAM ĐOAN ii

LỜI CẢM TẠ iii

TÓM TẮT iv

ABSTRACT v

MỤC LỤC vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x

DANH MỤC CÁC HÌNH xi

DANH MỤC CÁC BẢNG xii

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 2

1.3 Mục tiêu và các bước nghiên cứu 3

1.4 Các kết quả trong nước và nước ngoài đã công bố 3

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Lý thuyết về đường dây tải điện 6

2.2 Phân loại đường dây truyền tải 8

2.3 Các thông số quan trọng của đường dây truyền tải 9

2.4 Hệ thống truyền tải điện 11

CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT GAUSS-SEIDEL VÀ NEWTON-RAPHSON DECOUPLE 12

Trang 11

HVTH: Phạm Thương Thương vii

3.1 Giới thiệu 12

3.2 Phương trình đại số phi tuyến 12

3.2.1 Phương pháp Gauss-Seidel 12

3.2.2 Phương pháp Newton-Raphson 14

3.2.3 Phương pháp Phân lập Jacobi 15

3.3 Phương pháp phân bố công suất trong lưới điện 16

3.4 Các phương pháp giải quyết bài toán trào lưu công suất 17

3.4.1 Độ lệch tiêu chuẩn hội tụ 18

3.4.2 Phương pháp Gauss-Seidel sử dụng ma trận Ynut 19

CHƯƠNG IV THUẬT TOÁN LFB (PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRÊN CƠ SỞ DÒNG NHÁNH 22

4.1 Mô hình chung của FACTS và các phương trình điện áp nhánh 22

4.1.1 Mô hình chung của FACTS 22

4.1.2 Phương trình điện áp nhánh 23

4.2 Phát triển mô hình dòng công suất LFB 24

4.2.1 Mô hình dòng công suất mạng phân phối mạch vòng 24

4.2.1.1 Phương trình cân bằng công suất tổng quát 25

4.2.1.2 Phương trình điện áp nhánh 26

4.2.1.3 Ma trận dòng công suất LFB 27

4.2.1.4 Topo mạch và phương pháp tổng trở mạch vòng 27

4.2.2 Ma trận dòng công suất LFB 29

4.2.3 Lưu đồ thuật toán LFB 29

CHƯƠNG V ÁP DỤNG THUẬT TOÁN LFB KHI HỆ THỐNG CÓ THIẾT BỊ FACTS (SVC) 36

Trang 12

HVTH: Phạm Thương Thương viii

5.1 Giới thiệu và phân loại thiết bị FACTS 36

5.2 Mô hình một số thiết bị FACTS 37

5.2.1 TCSC 37

5.2.2 TCPAR 37

5.2.3 UPFC 38

5.2.4 SVC 38

5.3 Công thức LFB áp dụng với các thiết bị FACTS 39

5.4 Điều khiển dòng công suất sử dụng bộ TCPAR 43

5.5 Điều khiển dòng công suất sử dụng bộ TCSC 43

5.6 Điều khiển dòng công suất sử dụng bộ UPFC 43

5.7 Điều khiển điện áp thanh cái sử dụng SVC và các tác dụng khác khi gắn SVC lên lưới 44

5.7.1 Điều chỉnh điện áp và lưu lượng công suất tại phụ tải 44

5.7.2 Giới hạn thời gian và cường độ quá áp khi xảy ra sự cố 45

5.7.3 Tăng khả năng tải của đường dây 45

5.7.4 Cải thiện ổn định hệ thống sau sự cố 47

5.8 Kết quả phân bố công suất bằng phương pháp LFB 48

5.9 Kết quả phân bố công suất bằng phương pháp LFB khi có SVC 50

5.9.1 So sánh kết quả với thuật toán Newton Raphson 50

5.9.1.1 So sánh kết quả phân bố công suất giữa phương pháp Newton Raphson và phương pháp LFB 51

5.9.1.2 So sánh kết quả điện áp các nút giữa phương pháp Newton Raphson và phương pháp LFB 51

5.9.1.3 So sánh kết quả phân bố công suất giữa phương pháp NR và phương pháp LFB khi có SVC 52

Trang 13

HVTH: Phạm Thương Thương ix

5.9.1.4 So sánh kết quả điện áp các nút giữa phương pháp NR và phương

pháp LFB khi có SVC 53

PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH TÍNH 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

BÀI BÁO KHOA HỌC 95

Trang 14

HVTH: Phạm Thương Thương x

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

HTĐ: Hệ thống điện

LFB: Line Flow Based

OPF: Optimal Power Flow

PSO: Particle Swarm Optimization

NR: Newton Raphson

FACTS: Flexible Alternating Current Transmission System

SVC: Startic Var Compesnsator

TCPAR: Thyristor Controlled Phase Angle Regulator

TCSC: Thyristor Controlled Series Capacitor

UPFC: Unified Power Flow Controller

Trang 15

HVTH: Phạm Thương Thương xi

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Đường dây 500 kV mạch 1 đi qua địa phận Pleiku 7

Hình 2.2 Đường dây truyền tải ba pha dạng ngắn 8

Hình 2.3 Mạch tương đương của đường dây truyền tải 3 pha dạng dài 9

Hình 3.1 Sơ đồ đa cổng của đường dây truyền 16

Hình 4.1 Mô hình chung thiết bị FACTS 22

Hình 4.2 Mạng điện khi vẽ thêm các “cây” 28

Hình 4.3 Lưu đồ phương pháp LFB 32

Hình 4.4 Mạng điện áp dụng 33

Hình 5.1 Phân loại thiết bị FACTS 36

Hình 5.2 Sơ đồ điển hình của một SVC 39

Hình 5.3 Hê ̣thố ng mâu ……… 40

Hình 5.4 Số vò ng dâyđôc lâp và hướ ng 40

Hình 5.5a Điều chỉnh điện áp tại phụ tải bằng SVC 44

Hình 5.5b Sự thay đổi của điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và không có SVC45 Hình 5.6 Quan hệ thời gian và điện áp 45

Hình 5.7 Đặc tính CSTT của hệ thống khi có và không có SVC 46

Hình 5.8 Đặc tính công suất khi có và không có SVC 47

Trang 16

HVTH: Phạm Thương Thương xii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 5.9a Thông số nút 50

Bảng 5.9b Thông số đường dây 51

Bảng 5.9.1 So sánh phân bố công suất giữa NR và LFB 51

Bảng 5.9.2 So sánh điện áp các nút giữa NR và LFB 51

Bảng 5.9.3 So sánh phân bố công suất giữa NR và LFB khi có SVC 52

Bảng 5.9.4 So sánh điện áp các nút giữa NR và LFB khi có SVC 53

Trang 17

HVTH: Phạm Thương Thương xiii

tế quốc dân Các ngành công nghiệp đang phát triển trong nền kinh tế này tạo ra sức

ép lên ngành công nghiệp năng lượng phải cung cấp đủ công suất điện năng Tải càng gia tăng thì việc truyền tải công suất cũng sẽ lớn dần lên Việc này làm các điều kiện vận hành của hệ thống gần tới với giới hạn của chúng, với các phần phát điện, phần tuyền tải hay phần phân phối đều xảy ra những vấn đề riêng Ngoài ra,

dù có nguồn dự trữ phát điện thì cũng chưa đủ đáp ứng nhu cầu phụ tải Vì những lý

do này, các hệ thống điện dễ trở nên mất ổn định do truyền tải

Để đảm bảo chế độ vận hành bình thường thì HTĐ cần thỏa mãn các điều kiện

về an ninh, tin cậy, đảm bảo chất lượng điện năng, yêu cầu kinh tế Tuy nhiên, các HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam nói riêng đang đối mặt với một số những khó khăn như: Phụ tải tăng quá nhanh dẫn đến vấn đề là sự ổn định về lưới điện Lưới truyền tải quá dài, kém tin cậy, độ an toàn chưa cao Vấn đề cạn kiệt tài nguyên, dẫn đến cạn kiệt năng lượng điện Sự xuất hiện và sử dụng càng nhiều năng lượng tái tạo, các phần tử điện công nghệ cao sử dụng nhiều các thiết bị điện tử công suất, làm khó khăn hơn trong quản lý, giám sát và điều khiển HTĐ

Tất cả các vấn đề trên khiến HTĐ đối mặt với nhiều thách thức, một trong số đó

là việc truyền tải công suất với tải tăng một nhanh và biến đối liên tục, đặc biệt là đối với HTĐ Việt Nam Điều này đặt ra một vấn đề quan trọng là phải nghiên cứu

sự thay đổi công suất truyền tải, theo dõi và đáp ứng kịp thời công suất phù hợp với

hệ thống truyền tải, đảm bảo việc truyền tải liên tục, nâng cao độ tin cậy truyền tải

Trang 18

HVTH: Phạm Thương Thương 2

Hai thông số quan trọng trong tiêu chí đảm bảo cho việc truyền tải liên tục là điện áp và góc pha Để đảm bảo được tiêu chí này thì một trong những biện pháp có thể kể đến đó là phân bố công suất Mục đích cuối cùng là để tìm ra được giá trị điện áp, góc pha tại mỗi nút, công suất tác dụng và công suất tác dụng chạy trên mỗi nhánh Chính điều này sẽ giúp chúng ta có cái nhìn cụ thể về HTĐ sau đó có thể điều chỉnh phụ tải một cách phù hợp

Các phương pháp tính phân bố công suất thường được sử dụng là: Phương pháp Newton-Raphson, phương pháp Gauss-Seidel và phương pháp fast decouple [1] Mỗi phương pháp có những đặc tính hội tụ khác nhau, và tùy từng trường hợp cụ thể sẽ lựa chọn phương pháp ưu việt nhất Luận văn này sẽ giới thiệu phương pháp phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh (Thuật toán Line Flow Based- LFB) [8] vì các điểm mới, cũng như điểm mạnh của nó khi áp dụng trên hệ thống thử nghiệm đã được chứng minh Bên cạnh đó sẽ áp dụng thuật toán này khi mạng điện có thiết bị FACTS [2], cụ thể ở đây là thiết bị SVC để điều chỉnh điện áp trong mạng điện

1.2 TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

Trong hệ thống điện truyền tải, phân bố công suất là rất quan trọng, đặc biệt là trong thực tế khi nhu cầu phụ tải biến đổi khôn lường Việc tìm ra giải pháp tốt nhất khi phân bố dòng công suất để đảm bảo cấp điện liên tục đến tải là tiêu chí cực kỳ quan trọng

Việc phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh nếu được giải quyết sẽ đáp ứng được yêu cầu trên Vì vậy, phương pháp LFB đã ra đời như là một đáp ứng cần thiết

để giải quyết điều này

Như đã biết, các phương pháp phân bố công suất truyền thống đã được phát triển trước đây và ứng dụng trong ngành điện trên thế giới Có thể kể đến như phương pháp Newton-Raphson, phương pháp phân lập nhanh “fast-decoupled” và phương pháp Gauss-Seidel Những phương pháp này có đặc tính hội tụ khác nhau

và việc lựa chon phương pháp nào còn thùy thuộc vào cấu hình hệ thống, máy phát, đặc tính tải và điện áp ban đầu tại các nút Tuy nhiên, phương pháp LFB đặc biệt có

Trang 19

nhiều ưu điểm hơn, ví dụ như các phương trình cũng đơn giản hơn những phương pháp trước

1.3 MUC TIÊU VÀ CÁ C BƯỚ C NGHIÊN CỨ U

Mục tiêu: Giải tích hệ thống điện truyền tải dùng giải thuật Line Flow Based

Cụ thể là phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh bằng phương pháp mới thông qua ma trận dòng công suất, đơn giản hơn phương pháp truyền thống Mô phỏng trên phần mềm Matlab, khảo sát và xét tính ổn định của hệ thống điện

Khách thể nghiên cứu: vận hành và điều khiển hệ thống điện

Đối tượng nghiên cứu: điện áp và góc pha, LFB, FACTS, ổn định hệ thống Nhiệm vụ nghiên cứu:

1 Khai thác công thức LFB - ma trận dòng công suất LFB để phân tích hệ thống truyền tải

2 Chỉ ra được sự cải thiện cấu hình điện áp khi lắp đặt thiết bị SVC vào hệ thống

3 Kiểm nghiệm lại kết quả tính của LFB bằng phương pháp Newton Raphson

2 Thu thập, đánh giá, nghiên cứu về FACTS, thuật toán LFB

3 Giải bài toán phân bố công suất dựa vào giải thuật LFB

4 Ứng dụng Matlab để kiểm tra thuật toán và xét tính ổn định điện áp

5 Rút ra kết luận và xem xét khả năng áp dụng vào thực tế

1.4 CÁ C KẾ T QUẢ TRONG VÀ NGOÀ I NƯỚ C ĐÃ CÔNG BỐ

Trang 20

Tác giả: P Yan và A Sekar

Tóm tắt: Ứng dụng của thiết bị FACTS trong hệ thống điện là một kịch bản đầy

hứa hẹn và hiệu quả cho việc truyền công suất trong lưới lớn hoặc các nhà điều hành truyền tải khu vực Với những thiết bị FACTS được lắp đặt trong hệ thống, các phương pháp phân bố dòng công suất trên thanh cái truyền thống cần những sửa đổi quan trọng để xử lý việc điều khiển lưu lượng dòng chẳng hạn như bơm thêm công suất phản kháng Thuật toán phân bố dòng công suất trên thanh cái truyền thống sử dụng biên độ điện áp trên thanh cái và các góc pha như những biến độc lập Một biên độ điện áp trên thanh cái và lưu lượng dòng xoay chiều dựa trên sự chỉ ra nhiều hữu ích trong việc giải quyết hệ thống điện với những thiết bị FACTS dưới điều kiện trạng thái xác lập Chẳng hạn cho phép linh hoạt hơn trong việc đánh giá các thiết bị FACTS Điểm chung của các thiết bị FACTS là dễ dàng được kết hợp trong khung làm việc mới Tiềm năng của công thức thay thế được chứng minh thông qua những ví dụ với thiết bị FACTS

ii Optimal power flow using particleswarm optimization (PSO)

Tác giả: M.A Abido

Tóm tắt: Bài báo này trình bày thuật tiến hóa dựa trên phương pháp tiến hóa cơ

bản về độ hiệu quả và tin cậy để giải quyết vấn đề dòng công suất tối ưu (OPF) [3] Phương pháp được đề xuất sử dụng thuật toán (PSO) để tối ưu các thiết lập các biến điều khiển vấn đề OPF Sự kết hợp của PSO như một dẫn xuất kỹ thuật tối ưu trong việc giải quyết vấn đề làm giảm một cách đáng kể các giả thiết được áp dụng cho những mục tiêu tối ưu hóa Các phương pháp đề xuất đã được kiểm tra và thử nghiệm theo hệ thống thử nghiệm tiêu chuẩn IEEE 30-bus với các mục tiêu khác nhau mà phản ánh cực tiểu hàm mục tiêu, cải thiện cấu hình điện áp, và tăng cường

Trang 21

ổn định điện áp Các kết quả phương pháp được đề xuất đã được so sánh với những báo cáo trong các bài giảng gần đây Các kết quả đầy hứa hẹn và cho thấy hiệu quả

Một số nghiên cứu với với phân bố công suất dùng các giải thuật đã được công

bố ở trong nước:

i Phân bố công suất tối ưu dùng giải thuật tối ưu hóa Cuckoo

Tác giả: Nguyễn Lê Anh Tú, Dương Thanh Long, Ngô Đăng Linh

Tóm tắt: Phân bố công suất tối ưu (OPF) là một vấn đề quan trọng trong quy

hoạch và vận hành hệ thống điện Việc xác định các giá trị cài đặt tối ưu của những biến điều khiển để cực tiểu hàm mục tiêu, chẳng hạn như hàm chi phí vận hành trong khi phải thỏa mãn các ràng buộc phương trình và bất phương trình là vấn đề khó trong bài toán OPF Trong bài báo này, một giải thuật tối ưu hóa Cuckoo (COA) đã được trình bày để giải quyết bài toán OPF Hiệu quả của phương pháp đề nghị được kiểm tra trên hệ thống chuẩn IEEE 30 nút và IEEE 118 nút với 3 hàm mục tiêu khác nhau Những kết quả mô phỏng đã cho thấy phương pháp đề nghị cho kết quả tốt hơn so với các phương pháp đã nghiên cứu gần đây

ii Phương pháp Heuristic tối ưu phân bố công suất trong hệ thống điện

Tác giả: Quyền Huy Ánh, Trương Việt Anh, Vy Thị Thanh Hường

Tóm tắt: Mục tiêu của bài toán là tối ưu tổng chi phí nhiên liệu của các nhà

máy đồng thời đảm bảo vấn đề an ninh trong hệ thống Bài toán tìm hiểu về ứng dụng phương pháp Newton vào bài toán OPF có xét giao dịch vùng trong hệ thống Đặc biệt là ý tưởng sử dụng cấu trúc cây nhị phân để tìm kiếm các biến trong hệ thống có quy mô lớn, giúp lời giải bài toán OPF hội tụ nhanh Mục tiêu của bài toán OPF cũng được kiểm chứng thông qua mô phỏng trên hệ thống 6 nút trong môi trường Power world

Trang 22

Hệ thống điện truyền tải bao gồm nhiều cấp điện áp như 500kV, 200kV, 110kV dù ng để truyền tải điên giữa các vù ng miền Bắ c, Trung và Nam Nhằ m để nâng cao hiêu suất truyền tải cũng như đảm bảo tính liên tuc trong vân hành thì tính đến hiên nay, nhiều công trình đường dây và trạm biến áp vớ i nhiều cấp khác nhau

đã chính thức đươc đưa vào vận hành góp phần đáng kể trong việc đảm bảo cung cấp điện, cải thiện chất lượng điện áp, giảm tổn thất, chống quá tải và nâng cao độ

ổn định vận hành của hệ thống

Đường dây truyền tải (Tranmission Line) là đường dây chuyển năng lượng đi xa với công suất lớn và điện áp cao, nối liền các trung tâm năng lượng lớn với các trạm biến áp trung gian quan trọng Các cấp điện áp thường là: 110kV, 220kV, 330kV, 500kV, 750kV, 1024kV và thường có cấu trúc mạch vòng hay nhiều vòng xen lẫn

Đường dây truyền tải được sử dụng để truyền tải năng lượng và các tín hiệu điện

từ điểm này đến điểm khác, từ nguồn đến tải Nó có thể bao gồm sự kết nối giữa một trạm phát và một angten, hoặc giữa nhà máy thủy điện với các trạm biến áp cách đó vài trăm dặm

Trang 23

Trong thiết kế và vận hành một đường dây truyền tải thì điều kiê ̣n tiên quyết là cần xác định độ sụt áp, tổn thất đường dây và hiệu suất của đường dây truyền tải Bởi vì chính những điều này sẽ ảnh hưởng trực tiếp lên tính hiê ̣u quả trong viê ̣c truyền tải điê ̣n năng đến các hô ̣ tiêu thu ̣ Những giá trị này chịu ảnh hưởng rất nhiều từ các thông số của đường dây truyền tải như R, L, C Chúng cũng là nguyên nhân quan trọng gây nên tổn thất công suất trên đường dây và cũng là yếu tố quan tro ̣ng để xác định hiệu suất của

đường dây truyền tải

Có rất nhiều phương pháp để truyền tải điê ̣n năng đi xa như tăng hiệu điện thế giữa hai đường dây tải điện hoă ̣c giảm điện trở của dây dẫn điện Tuy nhiên phương pháp làm giảm điện trở của dây tải điện thường không đươc xem xét do tính kinh tế của nó Vì thế chúng ta thường tăng hiệu điện thế giữa hai đường dây tải điện để giảm công suất hao phí khi truyền điện năng đi xa Bên ca ̣nh đó, muốn truyền tải điện năng đi xa thì một trong những yếu tố cực kì quan trọng ở đây là các trục xương sống trong truyền tải điện Ở Việt Nam hiê ̣n nay, đường dây 500 kV Bắc – Nam mạch 1 là công trình truyền tải điện 500 kV đầu tiên tại Việt Nam, có tổng chiều dài 1.462,5 km, khởi đầu từ Nhà máy Thủy điện Hòa Bình và kết thúc là thành phố Hồ Chí Minh

Hình 2.1 Đường dây 500 kV mạch 1 đi qua địa phận Pleiku

Trang 24

2.2 PHÂN LOẠI ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI

Mỗi một đường dây truyền tải gồm ba thông số R, L, và C được phân bố một

cách thống nhất dọc theo chiều dài thực tế của đường dây Đường dây truyền tải trên không được chia làm 3 loại như sau:

Đường dây truyền tải dạng ngắn

Khi mà đường dây truyền tải trên không khoảng tầm 50km và điện áp đường dây nhỏ hơn 20kV thì chúng thường được xem xét là một đường dây truyền tải dạng ngắn Do chiều dài nhỏ và điện áp thấp nên hiệu ứng tụ điện nhỏ và vì thế có thể được bỏ qua Do đó trong khi nghiên cứu hiệu suất của đường dây truyền tải ngắn, chỉ thườ ng xem xét đến trở kháng và điện kháng của đường dây Vì nguyên nhân liên quan đến kinh tế nên đường dây truyền tải ba pha đã được đưa vào vận hành

Hệ thống này gồm 3 pha đơn vị, mỗi một pha sẽ truyền tải một phần ba công suất toàn phần như hình minh họa dưới đây:

Hình 2.2 Đường dây truyền tải ba pha dạng ngắn

Đường dây truyền tải dạng trung bình

Khi mà đường dây truyền tải trên không có chiều dài từ 50 đến 150km và điện

áp đường dây tương đối lớn hơn 20kV và nhỏ hơn 100kV Chúng được xem xét là một đường dây truyền tải trung bình Do chiều dài và điện áp của đường dây, hiệu ứng tụ điện được sử dụng để thêm vào Trong các tính toán của các đường dây ngắn, hiệu quả của dung kháng đường dây có thể bỏ qua vì đường dây có chiều dài

Trang 25

nhỏ hơn và công suất truyền tải nhỏ, mức điện áp thấp (<20kV) Tuy nhiên khi chiều dài và điện áp của đường dây tăng lên, điện dung dần trở nên quan trọng hơn Từ chiều dài đường dây truyền tải trung bình có chiều dài (50- 150km) và thường xuyên vận hành ở điện áp lớn hơn 20kV, ảnh hưởng của tụ điện không được

bỏ qua Do đó, để thu được độ chính xác hợp lý trong tính toán đường dây truyền tải trung bình, tụ điện thêm vào đường dây phải được đưa ra xem xét

Đường dây truyền tải dạng dài

Khi mà đường dây truyền tải có chiều dài hớn hơn 150km và điện áp rất cao (lớn hơn 100kV), thì nó được xem là đường dây truyền tải dạng dài Các thông số của đường dây được phân phối một cách thống nhất trên chiều dài thực tế của đường dây Do tính chất truyền tải da ̣ng dài của đường dây cũng như xét đến các điều kiê ̣n đảm báo thì các thông số của đường dây không được cộng gộp lại mà được phân phối một cách thống nhất dọc theo chiều dài của đường dây

Để thu được độ chính xác trong khi tính toán cho đường dây truyền tải dạng dài, các thông số sẽ được xem xét như phân bố một cách đồng đều dọc theo chiều dài của đường dây

Hình 2.3 Mạch tương đương của đường dây truyền tải 3 pha dạng dài

2.3 CÁC THÔNG SỐ QUAN TRỌNG CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI

Các thông số chủ chốt ban đầu của mô ̣t đường dây truyền tải là điê ̣n trở, điê ̣n cảm và điê ̣n dung của đường dây đó Tùy vào từng điều kiê ̣n thực tế của đường dây (đô ̣ dài của

Trang 26

đường dây, điều kiê ̣n môi trường nơi đường dây cha ̣y qua…), mà các thông số này sẽ

bi ̣ thay đổi (cách phân bố trên dường dây, cách quy đổi khi tính toán…) Do đó, ta cần xem xét thâ ̣t cu ̣ thể những thông số này để để luôn đảm bảo được chất lượng điê ̣n năng khi truyền tải điê ̣n đi xa

Điê ̣n trở tác du ̣ng của đường dây

Điê ̣n trở của dây dẫn chi ̣u ảnh hưởng của các yếu tố như tần số, đô ̣ vă ̣n xoắn của dây dẫn và nhiê ̣t đô ̣ Khi dòng điê ̣n xoay chiều cha ̣y trong dây dẫn, sự phân phối của dòng điê ̣n là không đều nhau trên dây dẫn, và mâ ̣t đô ̣ dòng luôn tâ ̣p trung lớn nhất ở trên bề

mă ̣t dây dẫn Vì vâ ̣y điê ̣n trở xoay chiều có phần lớn hơn điê ̣n trở của dây dẫn mô ̣t chiều Đây go ̣i là hiê ̣n tượng hiê ̣u ứng bề mă ̣t (skin effect)

Điê ̣n trở của dây dẫn tròn, ta ̣i mô ̣t nhiê ̣t đô ̣ nhất đi ̣nh được tính theo công thức:

R = ρl/S

Trong đó:

ρ: điê ̣n trở suất của dây dẫn

l: chiều dài của dây dẫn

S: tiết diê ̣n của dây dẫn

Khi mà dây dẫn được chế ta ̣o theo kiểu vă ̣n xoắn, mỗi sợi vă ̣n xoắn sẽ dài hơn sợi ban đầu, theo dó, các thông số của nó cũng thay đổi theo điê ̣n trở của dây dẫn sẽ tăng lên khi nhiê ̣t đô ̣ tăng lên mô ̣t cách tuyến tính Và lúc này được tính theo công thức:

R2 = R1T+t2

T+t 1

Trong đó: R2 và R1 là điê ̣n trở tương ứng với nhiê ̣t đô ̣ ta ̣i t2(0C) và t1(0C) T là hằng số nhiê ̣t đô ̣, phu ̣ thuô ̣c vào chất liê ̣u dây dẫn

Điê ̣n kháng của đường dây

Điê ̣n kháng của đường dây thể hiê ̣n hiê ̣n tượng tản từ Khi tải dòng điê ̣n xoay chiều

Trang 27

thì trên dây dẫn sẽ xuất hiê ̣n mô ̣t từ trường xung quanh các dây dẫn, ta ̣o ra mô ̣t lực điê ̣n đô ̣ng trong dây dẫn Lực này phu ̣ thuô ̣c vào khoảng cách tương hỗ giữa các dây dẫn Đối với những cấp điê ̣n áo cao, trong khi truyền tải người ta thường vâ ̣n du ̣ng kỹ thuâ ̣t phân pha để giảm điê ̣n kháng của đường dây, nhắm nâng cao chất lượng điê ̣n năng khi truyền tải đi xa

Ngoài hai thông số đó, đường dây truyền tải còn bi ̣ ảnh hưởng bởi các thông số như điê ̣n dẫn, dung dẫn Các thông số này phân bố do ̣c theo chiều dài đường dây Và để dễ dàng khi tính toán thì tùy theo loa ̣i đường dây mà đôi khi ta có thể bỏ qua mô ̣t số thông số hoặc xem là tâ ̣p trung

2.4 HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN

Hê ̣ thống truyền tải hiê ̣n đa ̣i là mô ̣t ma ̣ng lưới phức ta ̣p gồm các thành phần như nhà máy điê ̣n, các lưới điê ̣n (các đường dây), các hô ̣ tiêu thu ̣ điê ̣n được liên kết với nhau thành mô ̣t hê ̣ thồng để truyền tải bốn quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối, tiêu thu ̣ điê ̣n Các đường dây làm nhiê ̣m vu ̣ kết nối tất cả các tra ̣m phát điê ̣n và tát cả các điê ̣n mang tải lớn trong hê ̣ thống điê ̣n Những đường dây này chuyển khối lượng lớn năng

lượng của hê ̣ thống truyền tải để đa ̣t được mu ̣c đích mong muốn

Để góp phần đảm bảo cho viê ̣c truyền tải điê ̣n năng đi xa thì viê ̣c xây dựng hê ̣ thống truyền tải mà thể hiê ̣n tính chă ̣t chẽ trong các khâu chuyển năng lượng đi cũng như các

bô ̣ phâ ̣n đóng ngắt khi hê ̣ thống xảy ra sự cố, khả năng cách ly phần tử sự cố ra khỏi hê ̣ thống điê ̣n là mô ̣t điều cực kỳ quan tro ̣ng Do đó, đă ̣c điểm của các hê ̣ thống điê ̣n truyền tải hiê ̣n nay thường là cấu trúc vòng lă ̣p, thay thế cho các cấu trúc truyền tải hình tia ban đầu Điều này góp phần rất lớn trong viê ̣c truyền tải do tính linh đô ̣ng trong viê ̣c cách ly phần tử sự cố hay đáp ứng cấp điê ̣n ki ̣p thời cho các phu ̣ tải quan tro ̣ng khi có khu vực nào đó xảy ra sự cố

Ở nước ta, sự kiê ̣n tổng công ty truyền tải điê ̣n quốc gia được thành lâ ̣p và đi vào hoa ̣t đô ̣ng trong năm 2008 đã trở thành mốc son quan tro ̣ng đánh dấu sự hình thành và

Trang 28

phát triển của hê ̣ thống điê ̣n truyền tải ở Viê ̣t Nam Với vai trò là xương sống trong ngành điê ̣n, hê ̣ thống truyền tải điê ̣n quốc gia đã trở thành mô ̣t thành phần quan tro ̣ng trong sơ sở ha ̣ tầng, là tiền đề để xây dựng mô ̣t nguồn năng lượng vững chắc, mô ̣t thi ̣ trường điê ̣n canh tranh, đóng góp mô ̣t phần quan tro ̣ng trong công cuô ̣c phát triển của đất nước

Trang 29

Ở đây, chúng ta sẽ trình bày một số kiến thức cơ sở về các phương pháp giải bài toán phân bố công suất như phương trình đai số phi tuyến, sau đó là bài toán phân bố công suất trong lưới điện

Bài toán phân bố công suất trên lưới điện thường dùng phương trình liên lạc giữa điện áp nút và dòng nút thông qua ma trận tổng dẫn nút, từ dòng nút chúng ta tìm được điện áp nút Tuy vậy, trong lưới điện thường cho công suất lớn hơn dòng điện Như vậy, phương trình liên quan là phương trình phi tuyến và là phương trình phân bố công suất được giải bằng phương pháp lặp

3.2 PHƯƠNG TRÌNH ĐẠI SỐ PHI TUYẾN

3.2.1 Phương pháp Gauss – Seidel

Từ phương trình f(x) = 0 ta viết lại như sau: x = g(x)

Phương trình lặp được viết lại là 𝑥(𝑘+1)= g(𝑥)(𝑘)

Kết quả sẽ đươc chấp nhận khi |𝑥𝑘+1 − 𝑥𝑘|≤ ε Với ε là sai số yêu cầu

Trang 30

𝑖

Phương pháp này có tố c đô ̣ hội tụ chậm, vì thế có thể làm tăng tốc độ hội

tụ bằng cách dùng thuật toán gia tốc với hệ số gia tốc α:

Trong phương pháp Gauss – Seidel, các giá trị mới của các ẩn số xi

vừa được tính trong các phương trình trên liền được thay thế ngay vào các phương trình kế tiếp Hội tụ sẽ đạt được khi sai biệt giữa các giá trị lần tính sau so với lần tính trước nhỏ hơn một hệ số quy định Có thể dùng hệ số gia tốc

Ví dụ: cho x(k+1) = xk + α(𝑥𝑖(𝑘+1)− 𝑥𝑖𝑘) f(x)= 𝑥3− 6𝑥2+ 9𝑥 − 4 = 0

Trang 31

Cho phương trình f(x) = c, ta xây dựng được quan hê ̣ giữa lần lă ̣p thứ k và lần lă ̣p

thứ k+1 như sau:

𝑥(𝑘+1) = 𝑥𝑘 +𝑐 − 𝑓(𝑥

𝑘)(𝑑𝑓𝑑𝑥)𝑘

Và đại lượng 𝑐−𝑓(𝑥𝑘)

(𝑑𝑓𝑑𝑥) 𝑘 gọi là sai số lần lặp thứ k.∆𝑥𝑘Phương pháp này hội tụ rất nhanh

Nếu có phương trình với n ẩn số:

Trang 32

Jk = [

(𝜕𝑥𝜕𝑓11)𝑘(𝜕𝑥𝜕𝑓12)𝑘… (𝜕𝑥𝜕𝑓1𝑛)𝑘(𝜕𝑓2

𝜕𝑥 1)𝑘(𝜕𝑓2

𝜕𝑥 2)𝑘… (𝜕𝑓2

𝜕𝑥 𝑛)𝑘

… …(𝜕𝑓𝑛

Trên đường dây truyền tải của hệ thống điện, thì tỷ số X/R rất lớn, độ thay đổi ∆𝑃 là rất nhỏ khi thay đổi biên độ điện áp và thay đổi nhiều khi thay đổi góc pha ∆𝛿 Công suất phản kháng thay đổi rất ít khi thay đổi góc pha và thay đổi nhiều nhất khi thay đổi biên độ điện áp và chủ yếu phụ thuộc vào biên độ điện

áp

Về số lần lặp thì phương pháp này yêu cầu nhiều bước lặp hơn phương pháp Newton-Raphson, nhưng thời gian cần cho mỗi bước lặp là rất ngắn Do đó, quá trình tính toán sẽ được thực hiện rất nhanh Phương pháp này rất hữu ích trong

Trang 33

việc phân tích ngẫu nhiên khi tính toán công suất để điều khiển trực tuyến hệ thống

3.3 PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG LƯỚI ĐIỆN

Theo [4], giả sử mạng truyền tải là mạng 3 pha đối xứng và được biểu diễn bằ ng mạng nối tiếp như trên hình 3.la Các phần tử của mạng được liên kết với

nhau nên ma trận tổng dẫn nút Y n có thể xác định từ sơ đồ

Theo sơ đồ 3.1a, ta có: Inut=Ynut.Vnut

Hình 3.1 Sơ đồ đa cổng của đường dây truyền

Y nut là một ma trận thưa và đối xứng Tại các cổng của mạng có các nguồn công suất hoặc điện áp Chính các nguồn này tại các cổng làm cho áp và dòng liên

hệ phi tuyến với nhau, theo đó chúng ta có thể xác định được công suất tác dụng và phản kháng bơm vào mạng (quy ước là công suất dương khi có chiều bơm vào

mạng và âm khi có chiều ngược lại) dưới dạng hàm phi tuyến của V p và Y p Ta có thể hình dung nguồn công suất bơm vào mạng nối ngang qua cổng tại đầu dương của nguồn bơm như hình 3.1b

Phân loại các nút:

Nút P-Q(nút phụ tải) là nút mà công suất tác dụng P và công suất phản kháng

Q là cố định như nút P ở 3.1 chẳng hạn

V p I p = P psp+ j.Q psp= (P gpsp– P lpsp) + (Q gpsp– Q lpsp) (3.2)

Trang 34

sp sp

Chỉ số “gp” và “lp” ứng với công suất nguồn phát và công suất tiêu thụ ở P

“sp” hay “lp” cho biết công suất áp đặt tại đó

Nút P –V(nút điều chỉnh) tương tự là nút có công suất tác dụng P cố định và

độ lớn điện áp được giữ không đổi bằng cách phát công suất phản kháng Với nút này ta có:

Re [Vp.Ip ] = P psp = P gp – P lp (3.3)

|Vp| = √(𝑒𝑝 + 𝑉𝑝 ) = |Vp| (3.4) Nút PV (nút chuẩn), ở nút này điện áp và góc pha là không đổi Việc đưa ra

khái niệm nút chuẩn là cần thiết vì tổn thất I 2 R trong hệ thống là không xác định

trước được nên không thể cố định công suất tác dụng ở tất cả các nút Nhìn chung nút chuẩn có nguồn công suất lớn nhất Do đó người ta đưa ra nút điều khiển điện

áp nói chung là nó có công suất phát lớn nhất Ở nút này công suất tác dụng P s (S: ký

hiệu nút chuẩn) là không cố định và được tính toán cuối cùng Góc pha của nút chuẩn được chọn làm chuẩn thường ở mức “0” radian Điện áp phức V cố định còn

P s và Q s được xác định sau khi giải xong trào lưu công suất ở các nút

3.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN TRÀO LƯU CÔNG SUẤT

Theo lý thuyết thì có hai phương pháp tồn tại đó là phương pháp sử dụng ma

trận Y Nut , và phương pháp sử dụng ma trận Z Nut Về bản chất cả hai phương pháp

đều sử dụng các vòng lặp Phương pháp Y Nut đưa ra trước vì ma trận Y Nut dễ tính và lập trình, ngày nay nó vẫn sừ dụng với hệ thống không lớn lắm, phương pháp này chính là phương pháp Gauss -Seidel

Bên cạnh đó, phương pháp Newton Raphson thì có ưu điểm hơn về mặt hội

tụ, do đó phương pháp Newton Raphson đã trở nên rất phổ biến Ngày nay với hệ thống lớn tới 200 nút hay hơn nữa thì phương pháp này luôn được dùng Phương

pháp dùng ma trận Z Nut , với các vòng lặp Gauss - Seidel cũng có tính hội tụ như

Trang 35

phương pháp Newton Raphson nhưng ma trận Z Nut là ma trận đầy đủ nên cần bộ nhớ lớn hơn để cất giữ chúng, đó là hạn chế chính của phương pháp này

3.4.1 Độ lệch và tiêu chuẩn hội tụ

Phép giải trào lưu công suất ở trên được coi là chính xác khi thỏa mãn điều kiện

từ (3.2) đến (3.4) mà chủ yếu là phải đảm bảo chính xác (3.4), hai tiêu chuẩn hội tụ phổ biến là:

- Độ lệch công suất nút

- Độ lệch điện áp nút giữa 2 vòng lặp kế tiếp nhau

Sau đây ta xét từng tiêu chuẩn cụ thề:

+ Tiêu chuẩn độ lệch công suất nút:

Từ (3.1) và (3.2) ta có:

∆𝑆𝑝 = 𝑆𝑝𝑠𝑝− 𝑉𝑝 𝐼𝑝∗ = 𝑃𝑝𝑠𝑝+ 𝑗 𝑄𝑝𝑠𝑝 − 𝑉𝑝 ∑𝑛𝑞=1𝑌𝑝𝑞∗ 𝑉𝑞∗ (3.5) Tách phần thực và phần ảo của (3.5) ta được độ lệch công suất tác dụng và độ lệch công suất phản kháng thích hợp cho cả (3.2) và (3.3) Ta biểu diễn trong tọa độ vuông góc như sau:

Vp = ep + j.fp = |Vp|⦟𝜃𝑝

Ypq = Gpq + j.Bpq

𝜃𝑝𝑞 = 𝜃𝑝− 𝜃𝑞Với từng nút P-V hay P-Q, ta có:

Trang 36

Dạng tọa độ vuông góc:

∆𝑃𝑝 = 𝑄𝑝𝑠𝑝− 𝐼𝑚[(𝑒𝑝 + 𝑗 𝑓𝑝) ∑𝑛𝑞=1(𝐺𝑝𝑞− 𝑗 𝐵𝑝𝑞)(𝑒𝑞 − 𝑗 𝑓𝑞)] (3.7a) Dạng tọa độ cực:

∆𝑄𝑝 = 𝑄𝑝𝑠𝑝 − |𝑉𝑝| [∑𝑛𝑞=1(𝐺𝑝𝑞 𝑠𝑖𝑛𝜃𝑝𝑞+ 𝐵𝑝𝑞 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑝𝑞)|𝑉𝑞|] (3.7b)

Tiêu chuẩn hội tụ chung nhất được dùng trong thực tế là:

∆P n≤ Cp cho tất cả nút P -V và P -Q

∆Q p ≤ C q cho tất cả nút P –Q Giá trị Cp và Cq được chọn từ 0.01 – 10 MVA hay MVAR tùy theo trường hợp

+ Tiêu chuẩn độ lệch điện áp:

Gọi số bước lặp là k, độ lệch áp giữa hai vòng lặp k và k+1 là:

|∆Vp| = |𝑉(𝑘+1) − 𝑉𝑘| cho tất cả các nút P-Q

+ Tiêu chuẩn hội tụ là:

∆𝑉𝑝 ≤ 𝐶𝑣cho tất cả các nút P-Q

Giá trị Cv từ 0.01 đến 0.0001

3.4.2 Phương pháp Gauss - Seidel sử dụng ma trận Y Nut

Để dễ hiểu phương pháp này ta giả thiết tất cả các nút là nút P-Q trừ nút chuẩn V

- Q Vì điện áp của nút chuẩn hoàn toàn đã biết nên không có vòng lặp nào tính cho

nút này Ta chọn nút chuẩn là nút cân bằng Do đó V q (q ≠ s) coi là áp của nút q sovới nút s (kí hiệu nút s là nút chuẩn) Với tất cả các nút, trừ nút thứ s là nút chuẩn

Tách Ypq, Vq trong ∑ ra rồi chuyển ta được:

Trang 37

Vp = 1

𝑌 𝑝𝑝 = [𝑆𝑝∗

𝑉𝑝∗∑𝑛𝑞=1𝑌𝑝𝑝𝑉𝑞𝑞≠𝑝

] với p=1,2, ,n; p≠ s (3.9) Các vòng lặp của phương trình Gauss-Seidel đươc thành lập như sau:

Ma trận Ynut là ma trận thu được khi ta xóa đi hàng s và cột s ở ma trận Ynut Và

Vnut, Inut cũng có được bằng cách xóa đi phần tử s Ta viết lại ma trận Ynut bằng cách gom các phần tử đường chéo, ma trận gồm các phần tử tam giác dưới đường chéo,

ma trận gồm các phần tử tam giác trên đường chéo

0 𝑋𝑋

0 0 𝑋

0 0 0] L = [

0 0 0

𝑋 0 0

𝑋𝑋 0] Vậy vòng lặp được viết gọn lại như sau:

𝑉𝑛𝑢𝑡(𝑘+1) = 𝐷−1[𝐿 𝑉𝑛𝑢𝑡(𝑘+1) + 𝑊 𝑉𝑛𝑢𝑡𝑘 + 𝑌𝑛𝑢𝑡(𝑉𝑛𝑢𝑡𝑘 𝑉𝑠)]

Trang 38

Ưu điểm chính của phương pháp Gauss - Seidel là đơn giản, dễ lập trình, tốn bộ

nhớ (do ma trận Y , dễ thành lập) và khối lượng tính toán tại mỗi bước lặp cũng ít

Nhược điểm của phương pháp là tốc độ hội tụ chậm, do đó cần có phương pháp

nâng cao tốc độ hội tụ

Trang 39

CHƯƠNG 4

THUẬT TOÁN LINE FLOW BASED (PHÂN BỐ CÔNG

SUẤT TRÊN CƠ SỞ DÒNG NHÁNH)

4.1 MÔ HÌNH CHUNG CỦA FACTS VÀ CÁC PHƯƠNG TRÌNH ĐIỆN ÁP NHÁNH

Mỗi mô ̣t FACTS có cấu ta ̣o, chức năng và cách hoa ̣t đô ̣ng khác nhau nhưng ta có thể triển khai mô hình chung khi ứng du ̣ng vào hê ̣ thống như sau:

Hình 4.1 Mô hình chung thiết bi ̣ FACTS

Trong đó,

Busbar i, j là thanh cái thứ i, j

pl, ql là công suất tác du ̣ng và công suất phản kháng cha ̣y trên đoa ̣n dây l

Qsci, Qscj là bô ̣ tu ̣ điê ̣n được gắn ta ̣i đấu các thanh cái i, j là công cu ̣ để phản ứng tức thời với viê ̣c thay đổi công suất phản kháng trên đoa ̣n ij hoă ̣c thay đổi điê ̣n áp

ta ̣i nút i và nút j

α1 là góc kích mở của thyristor

jxc là điê ̣n kháng của bô ̣ tu ̣ điê ̣n

Trang 40

4.1.2 Phương tri ̀nh điê ̣n áp nhánh

Ứng với mô hình thiết bi ̣ FACTS như trên, ta viết được phương trình điê ̣n áp nhánh như sau:

𝑡𝑙 𝑉𝑖 < (𝛿𝑖+ 𝛼𝑙) = 𝑉𝑗 < 𝛿𝑗 + (𝑝𝑙−𝑗𝑞𝑙)

𝑉𝑗<(−𝛿𝑗) [𝑅𝑙+ 𝑗(𝑋𝑙− 𝑥𝑐] (1) Phương trình bình phương biên đô ̣ của cả hai phía được sắp sếp la ̣i như sau:

Trong đó 𝛿𝑎𝑒là sai số gần đúng

Sai số góc pha ∆𝛿𝑙 = 𝛿𝑖 − 𝛿𝑗= 𝑝𝑙(𝑋𝑙− 𝑥𝑐) − 𝑞𝑙𝑅𝑙− 𝛼𝑙+ 𝛿𝑎𝑒

Trong đó,

i và j là thứ tự thanh cái thứ i, j

l là đường dây hoă ̣c số nhánh

pl, ql là công suất tác du ̣ng và công suất phản kháng trên đoa ̣n l

PGi, QGi, PLi, QLi là máy phát công suất tác du ̣ng và công suất phản kháng trên đoa ̣n l

ll, ml là tổn thất công suất tác du ̣ng và công suất phản kháng trên đoa ̣n l

Định dạng
Số trang	118
Dung lượng	3,91 MB