Điều phối tối ưu công suất P2 pps

1
VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG ĐIỆN
TS. Huỳnh Châu Duy
Bộ mơn Hệ thống điện
Trường ĐạihọcBáchKhoaTP. HCM
Chương 4
Điềuphốitối ưu cơng suất phát
(tiếptheo)
2
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)
∑∑∑∑∑
−
=
−
≠=
−
=
−
=
−
≠=
−−+++=Δ
2n
1i
1n

)ji(2j
jijiij
1n
1i
2n
1i
1n
)ji(2j
jijiij
2
i
2
iii
)QQPP(C2)QQPP(B2)QP(BP
∑∑∑∑∑
−
=
−
≠=
−
=
−
=
−
≠=
−−+++=Δ
2n
1i
1n
)ji(2j

jijiij
1n
1i
2n
1i
1n
)ji(2j
jijiij
2
i
2
iii
)QQPP(F2)QQPP(D2)QP(DQ
ij
ji
ij
ijij
ji
ij
ij
2
i
ii
ii
sin
UU
r
C;cos
UU
r

B;
U
r
B δ=δ==
ij
ji
ij
ijij
ji
ij
ij
2
i
ii
ii
sin
UU
x
F;cos
UU
x
D;
U
x
D δ=δ==
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
2
3
Trong trường hợp góc δ

ij
nhỏ (lưới điện tập trung, khoảng
cách không lớn), có thể coi cosδ
ij
=1, sinδ
ij
=0, do đó: B
ij
= B
ji
,
D
ij
= D
ji
và:
(4.15)
(4.16)
(4.17)
0F;
UU
x
D;0C;
UU
r
B
ij
ji
ij
ijij

ji
ij
ij
====
∑∑
−
=
−
=
+=Δ
1n
1i
1n
1j
jijiij
)QQPP(BP
∑∑
−
=
−
=
+=Δ
1n
1i
1n
1j
jijiij
)QQPP(DQ
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)

4
Trong trường hợp góc δ
ij
nhỏ (lưới điện tập trung, khoảng
cách không lớn), có thể coi cosδ
ij
=1, sinδ
ij
=0, do đó: B
ij
= B
ji
,
D
ij
= D
ji
và:
(4.15)
(4.16)
(4.17)
0F;
UU
x
D;0C;
UU
r
B
ij
ji

ij
ijij
ji
ij
ij
====
∑∑
−
=
−
=
+=Δ
1n
1i
1n
1j
jijiij
)QQPP(BP
∑∑
−
=
−
=
+=Δ
1n
1i
1n
1j
jijiij
)QQPP(DQ

Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
3
5
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)
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
6
Hiệu suất thủy điện phụ thuộc công suất phát, hiệu
suất cao nhất khi thủy điện phát từ 85% - 90% công
suất đònh mức.
Các tuabin thủy điện có thể làm việc với cột nước từ

65% - 125% cột nước đònh mức.
Đặc điểm quan trọng của thủy điện là bò hạn chế về
nănglượngsơcấp, đó là nước.
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
4
7
Thủy điện có các đặc tính tiêu hao nước như hình
4.4.
Hình 4.4
H
1
H
2
H
3
P
max
H
1
< H
2
< H
3
P (MW)
Q
(m
3
/h)
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy

Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
8
Đặc tính tiêu hao nước:
Q = f(P
α
)(m
3
/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 Q
α
theo công suất P, ta được
suất tăng tiêu hao nước của thủy điện:
(4.20)
(4.21)
α
α
α
∂
∂
=ε
P
Q
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
5
9
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.
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
10
Có thể thể hiện đặc tính tiêu hao nước của thủy
điện bằng hàm bậc 2 sau:
Q
α
= αP
2
+ 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)
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
6
11
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 ?
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
12
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.
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
7
13
* Hàm mục tiêu cu
û
a bài toa
ù
nlà:
Min C = C
1
+ C
2
+ + C
t
+ + C
24
(4.23)
Trong đó: C
t
= là chi phí nhiên liệu của các nhiệt điện
trong giờ t.
C
t
= C
at
+ C

bt
+ (4.24)
Trong đó: a, b là chỉ số của các tổ máy nhiệt điện, có
N
nđ
tổ máy nhiệt điện.
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
14
* Ràng buộc:
Có 2 điều kiện ràng buộc:
-Cân bằng công suất từng giờ trong hệ thống.
-Cân bằng nước cho từng thủy điện.
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
8
15
* Cân bằng công suất cho giờ t:
Trong đó:
α, β: là chỉ số của thủy điện, có N
tđ
thủy điện
(4.25)
W
t
= P
at
+ P
bt
+ . . . + P

αt
+ P
βt
+ . . . – P
pt t
– ΔP
t
= 0
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
16
* Cân bằng nước cho từng thủy điện:
Q
αt
, Q
βt
: là lượng nước sử dụng để phát
điện trong giờ t
Q
α∑
,Q
β∑
: là lượng nước được phát trong
ngày-đêm của thủy điện α, β,
(4.26)
(4.27)
0QQW
24
1t
t

=−=
∑
=
∑ααα
0QQW
24
1t
t
=−=
∑
=
∑βββ
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
9
17
* Điều kiện phân bố tối ưu công suất:
Hàm Lagrange của bài toán:
(4.28)
MinL = C = C
1
+ C
2
+ . . . + C
t
+ . . . + C
24
+
- λ
1

W
1
- λ
2
W
2
- . . . +
+λ
α
W
α
+ λ
β
W
β
+ . . .
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
18
Điều kiện tối ưu là:
(4.29)
0
P
P
1
P
L
1a
1
11a

1a
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∂
Δ∂
−λ−ε=
∂
∂
………
0
P
P
1
P
L
24a
24
2424a
24a
=
⎟
⎟
⎠

⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∂
Δ∂
−λ−ε=
∂
∂
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
10
19
Điều kiện tối ưu là:
(4.30)
0
P
P
1
P
L
1
1
11
1
=
⎟
⎟
⎠

⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∂
Δ∂
−λ−ελ=
∂
∂
α
αα
α
………
0
P
P
1
P
L
24
24
2424
24
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜

⎜
⎝
⎛
∂
Δ∂
−λ−ελ=
∂
∂
α
αα
α
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
20
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 ra λ
1
, λ
2
, như sau:

P
P
1
P
P
1
1b

1
1b
1a
1
1a
1
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∂
Δ∂
−
ε
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∂
Δ∂

−
ε
=λ

P
P
1
P
P
1
2b
2
2b
2a
2
2a
2
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∂
Δ∂
−
ε

=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∂
Δ∂
−
ε
=λ
………
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
11
21
Từ (4.30), suy ra λ
1
, λ
2
, như sau:
(4.32)

P
P
1
P

P
1
1
1
1
1
1
1
1
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∂
Δ∂
−
ε
λ
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜

⎝
⎛
∂
Δ∂
−
ελ
=λ
β
ββ
α
αα

P
P
1
P
P
1
2
2
2
2
2
2
2
=
⎟
⎟
⎠
⎞

⎜
⎜
⎝
⎛
∂
Δ∂
−
ε
λ
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∂
Δ∂
−
ελ
=λ
β
ββ
α
αα
………
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)

22
Từ (4.31) và (4.32), suy ra điều kiện tối ưu chung cho
mỗi giờ như sau:
(4.33)

1
1

11
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝

⎛
Δ∂
Δ∂
−
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
Δ∂
Δ∂
−
=
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
Δ∂
Δ∂
−
=

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
Δ∂
Δ∂
−
=
β
ββ
α
αα
ελ
ελ
ε
ε
λ
P
P
P
P
P
P
P
P
b

b
a
a

1
1

11
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛

Δ∂
Δ∂
−
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
Δ∂
Δ∂
−
=
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
Δ∂
Δ∂
−
=
⎟

⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
Δ∂
Δ∂
−
=
β
ββ
α
αα
ελ
ελ
ε
ε
λ
P
P
P
P
P
P
P
P
b
b

a
a
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
12
23
Điều kiện (4.33) bao gồm 24(N-1) phương trình,
N = N
nđ
+ N
tđ
là tổng số các tổ máy (hay nhà máy)
trong hệ thống điện.
Ngoài ra, còn 24N phương trình cân bằng công
suất và N
tđ
phương trình cân bằng nước của thủy
điện.
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
24
Ta có, tổng số 24N + N
tđ
phương trình. Số ẩn số
là 24N công suất các tổ máy trong từng giờ vận hành
và N
tđ
hệ số không xác đònh λ
α
, λ

β
,
Với:
λ
t
là suất tăng chi phí của hệ thống
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
13
25
Các hệ số không xác đònh λ
α
, λ
β
, có ý nghóa 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:
ε
a
= λ
α
ε
α
(4.34)
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
26

Từ đây, suy ra:
(4.35)
Vì ∂P
a
= ∂P
α
để đảm bảo cân bằng công suất
Q
T
Q
T
PQ
PT
aaa
a
Δ
Δ
=
∂
∂
=
∂∂
∂∂
==
αααα
α
ε
ε
λ
/

/
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucơngsuấtphát(tiếp theo)
14
27
HẾT
CHƯƠNG 4
(phần2)
Vậnhànhvàđiềukhiểnhệ thống điện–TS. Huỳnh Châu Duy
Chương 4 – Điềuphốitối ưucôngsuấtphát(tiếp theo)