ỨNG DỤNG MATLAB LẬP TRÌNH TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CHO HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.72 MB, 105 trang )
B ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ•_
_____________________
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
•
•
•
•
ỨNG DỤNG MATLAB LẬP TRÌNH
TÍNH TỎÁN PHÂN BỐ CồNG SUẤT
CHO HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP
ĐỒNG BẰNG SÔNG c ử u LONG
CÁN B ộ HƯỚNG DẪN:
SINH VIÊN THựC HIỆN:
K sẽ Trần Anh Nguyện
Phạm Ngọc Minh (MSSV: 1091129)
Ngành: Kỹ thuật điện 1 - Khóa: 35
Tháng 05/2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
B ộ MỒN KỸ THUẬT ĐĨỆN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - T ự do - H ạnh phức
Cần Thơ, ngày 09 tháng 01 năm 2013
PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA SINH VIÊN
HỌC KỲ II NĂM HỌC 2012 - 2013
1. Họ và tên sinh viên:
Ngành:
2.
Phạm Ngọc M inh
Kỹ T huật Điện
MSSV: 1091129
Khoá: 35
Tên đề tài: ứng dụng MATLAB lập trình tính toán phân bố công suất
cho hệ công
cho hệ thống truyền tải cao áp Đồng Bằng Sông Cửu Long.
3. Đia điểm thưc hiên: Bô môn Kỹ T huât Điên - Khoa Công Nghê - T rường Đai
Học Cần Thơ.
4. Họ tên của người hướng dẫn khoa học (NHDKH): Kỹ sư.Trần Anh Nguyện
5. Mục tiêu của đề tài: Viết chương trình Matlab tính toán phân bố công suất và
tần thất trên hệ thống truyền tải cao áp Đồng Bằng Sông Cửu Long dựa trên
phương pháp lặp Fast Decoupled, đồng thời hướng đến khả năng áp dụng
vào các hệ thống điện khác nhau trong thực tế.
6.
Các nội dung chính và giới hạn của đề tài:
A. MỞ ĐÀU
B. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MATLAB.
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT.
CHƯƠNG 3: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MATLAB TÍNH PHÂN BỐ CÔNG
SUẤT.
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ĐÊ TÍNH PHÂN BỐ CÔNG
SUẤT CHO HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP THựC TẾ.
CHƯƠNG 5: KIỂM TRA LẠI CHƯƠNG TRÌNH BẰNG PHẦN MỀM
POWERWORLD.
c . K Ế T LUẬN
7.
Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài: Do kiến thức của em còn hạn chế
cho nên cần có được sử hổ trợ của cán bộ hướng dẫn cũng như các thầy trong Bộ
môn để em có thể hoàn thành được đề tài này.
SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Ý KIẾN CỦA NHDKH
Ý KIẾN CỦA B ộ MÔN
Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG LV&TLTN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
B ộ MỒN KỸ THUẬT ĐIỆN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ặ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẨN
1. Cán bộ hướng dẫn:
2. Đề tài: ứng dụng MATLAB lập trình tính toán phân bố công suất cho
hệ thống truyền tải cao áp Đồng Bằng Sông Cửu Long.
3. Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Minh
MSSV: 1091129
4. Lớp: Kỹ Thuật Điện
Khoá: 35
5. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức của LVTN:
b. Nhận xét về bản vẽ:
c. Nhận xét về nội dung của LVTN:
❖ Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:
❖ Những vấn đề còn hạn chế:
d. Kết luận và đề nghị:
6. Điểm đánh giá:
Cần Thơ, ngày.. .tháng. ểểnăm 2013
Cán bộ hướng dẫn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
Bộ MỒN KỸ THUẬT ĐIỆN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NH Ậ N XÉT V À Đ Á N H G IÁ CỦA CÁN B ộ PH Ả N BIỆN
•
•
•
1. Cán bộ phản biện:
2. Tên đề tài: Khảo sát tính ổn định mạng điện Quận Cái Răng bằng phần mềm
Power-Word.
3. Sinh viên thực hiện: Lê Việt Tuấn (MSSV: 1091225)
Lớp: Kỹ Thuật Điện 2 - Khóa 35
4. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:
bệ Nhận xét về bản vẽ:
cệ Nhận xét về nội dung của tiểu luận:
Các công việc đã đạt được:
Những vấn đề còn hạn chế:
d. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài:
e. Kết luận và đề nghị:
5. Điểm đánh giá:
Cần Thơ, ngày
tháng
năm 2013
CÁN Bộ PHẢN BIỆN
LỜI NÓI ĐÀU
Cùng với sự đổi mới và phát triển của đất nước trong giai đoạn hiện nay, nền
kinh tế của nước nhà đang tăng trưởng mạnh. Đảng và chính phủ rất quan tâm đến mọi
mặt của xã hội, trong đó vấn đề truyền tải điện năng cững nhận được sự quan tâm đặc
biệt của nhà nước cũng như các tổ chức, thu hút nhiều dự án đầu tư và các công trình
phát triển nhằm giải quyết một cách tốt nhất vấn đề về độ tin cậy của hệ thống điện nói
chung và vấn đề cung cấp đầy đủ điện năng cho nhân dân cả về chất lẫn lượng nói
riêng. Do đó, vấn đề cấp thiết bây giờ là phải luôn vận hành hệ thống điện tốt nhất dưới
điều kiện cân bằng pha bình thường và điều kiện ổn định, muốn đạt được như vậy thì
hệ thống điện phải đảm bảo được các yêu cầu như sau:
• Nguồn điện (generation) cung cấp thỏa mãn yêu cầu công suất phụ tải và
lượng công suất tổn thất trên hệ thống.
• Độ lớn điện áp nút phải được duy trì gần với giá trị quy định.
• Vận hành máy phát (generator) cung cấp công suất tác dụng và công suất
phản kháng xác định tới hệ thống nằm trong giới hạn cho phép.
• Tất cả đường dây truyền tải và máy biến áp điều không ở trạng thái quá tảiễ
Bài toán khảo sát phân bố công suất áp dụng cho hệ thống điện ba pha cân bằng
dựa trên sơ đồ tương đương một pha. Thông thường sử dụng hệ đơn vị tương đối. Khảo
sát phân bố công suất đòi hỏi các số liệu về hệ thống khá chi tiết cả giá trị và góc lệch
pha.
Giải bài toán phân bố công suất cho chúng ta giá trị điện áp (biên độ diện áp) và
góc pha (góc điện áp) của các điểm nút, dòng công suất trên các nhánh và tổn thất công
suất trong mạng điện. Bài toán này phục vụ cho công tác thiết kế và vận hành hệ thống,
điều chỉnh điện áp và công suất, tối ưu hóa kinh tế vận hành hệ thống, v.v...
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
i
LỜI CẢM ƠN
cso&CŨIsosd
Trong quá trình học tập thì luận văn tốt nghiệp cũng luôn là sự tổng hợp kiến
thức vốn có của mỗi sinh viên trong quá trình học tập, cũng là cơ hội để mỗi sinh
viên kiểm chứng lại kiến thức của mình trước khi bước vào môi trường làm việc.
Dưới sự hướng dẫn của quý thầy, cô trong bộ môn thì sinh viên sẽ có thêm kiến
thức cũng như kỹ năng của mỗi sinh viên.
Sau hơn 14 tuần thực hiện, đến nay luận văn của em cũng cơ bản hoàn
thành. Nhân đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trần Anh Nguyện, lời cảm
ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc về sự hướng dẫn chu đáo, nhiệt tình của thầy và
cũng như cảm ơn quý thầy, cô đã dạy cho em những kiến thức vô cùng quý báu.
Em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy trong Bộ môn Kỹ Thuật Điện Khoa Công Nghệ - Trường Đại Học cần Thơ đã tạo mọi điều kiện để em hoàn
thành luận văn này.
Nhân đây em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và động viên
em trong suốt quá trình học.
Tuy nhiên, vì kiến thức còn hạn hẹp, cũng như không có kinh nghiệm thực
tế và thời gian làm luận văn có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất
mong được sự thông cảm và nhận được sự đóng góp ý kiến quý báu của quý thầy,
cô để luận văn của em hoàn thiện hơn.
Sinh Viên Thực Hiện
Phạm Ngọc Minh
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
ii
MỤC LỤC
CBHD: Trần Anh Nguyện
MỤC LỤC
LỜI NÓI Đ Ầ U .................................................................................................................. i
LỜI CÁM Ơ N .................................................................................................................. ii
MỤC LỤC.....
iii
MỤC LỤC HÌNH VÀ HÌNH VẼ...................................................................................vii
MỤC LỤC BẢNG BIÊU................................................................................................ ix
A. MỞ ĐẦU
1. GIỚI THIỆU CHUNG...............................................................................................1
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN c ứ u VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI....................................1
3. KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI...........................................................................................2
B. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN MATLAB
1.1. GIAO ĐIỆN CỦA CHƯƠNG TRÌNH................................................................ 3
1.2ỄCÁC PHÉP TOÁN - TÊN BIẾN - CÁC HÀM c ơ BẢN................................ 5
1.2.1. Các phép toán...............................................................................................5
1.2.2. Cách đặt tên biến..........................................................................................5
1.2.3. Điều khiển vào r a .........................................................................................5
1.2.4. Một số hàm toán học cơ bản....................................................................... 6
1.3. SỐ PHỨC TRONG MATLAB........................................................................... 7
1.3.1. Nhập số phức................................................................................................7
1.3.2. Các phép toán cơ bản với số phức.............................................................. 7
1.4. MA TRẬN VÀ ỨNG DỤNG...... ........................................................................7
1.4.1. Ma trận................. ....................................................................................... 7
1.4.2. Các phép toán với ma trận trong Matlab.....................................................8
1.4.3. ứng dụng ma trận vào giải hệ phương trình...............................................8
1.5. CẤU TRUC ĐIỀU KIỆN..................................................................................10
1.5.1. Cấu trúc if-end.......................................................................................... 10
1.5.2. Cấu trúc if-elseif-else-end.........................................................................11
1.6. CẤU TRÚC LẶP............................................................................................... 12
1.6.1. Cấu trúc for-end........................................................................................12
1.6.2. Cấu trúc while-end....................................................................................12
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
iii
MỤC LỤC
CBHD: Trần Anh Nguyện
1.7. GIAO DIỆN ĐỒ HỌA GUIDE TRONG MATLAB.......................................13
1.8. LIÊN KÉT GIỮA MATLAB VA MICROSOFT EXCEL..............................15
1.8.1. Các tiện ích của liên kết............................................................................15
1.8.2. Chuyển dữ liệu từ Excel sang Matlab...................................................... 16
1.8.3. Chuyển dữ liệu từ Matlab sang Excel...................................................... 17
CHƯƠNG 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT
2.1. GIỚI THIỆU...................................................................................................... 19
2.2. MÔ HÌNH NÚT LƯỚI ĐIỆN...........................................................................19
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH LƯỚI ĐIỆN............................................24
2.3.1. Phương pháp lặp GAUSS-SEIDEL (GS)................................................ 24
2.3.1.1. Giải phương trình bằng phương pháp lặp G S .................................25
2.3.1.2. Giải phương hệ trình bằng phương pháp lặp GS.............................26
2.3.1.3. Áp dụng GS vào giải tích lưới điện................................................. 28
2.3.2. Phương pháp lặp NEWTON-RAPSHON (NR).......................................31
2.3.2.1 Sơ lược về phương pháp lặp N R ...................................................... 31
2.3.2.2. Giải phương trình bằng phương pháp lặp NR.................................31
2.3.2.3. Giải phương hệ trình bằng phương pháp lặp N R ............................32
2.3.2.4. Áp dụng NR vào giải tích lưới điện................................................ 34
2.3.3. Phương pháp lặp FAST-DECOUPLED (FD).......................................... 38
2.3.3.1. Sơ lược về phương pháp lặp FD...................................................... 38
2.3.3.2 Áp dụng FD vào giải tích lưới điện................................................. 41
2.3.3.3. Mô hình hóa phương pháp FD giải tích lưới điện...........................45
2.3.3.4. Ví dụ áp dụng FD vào giải tích lưới điện........................................46
CHƯƠNG 3
VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MATLAB TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT
3.1. KHÁI QUÁT VỀ CHƯƠNG TRÌNH.............................................................. 49
3.1.1. Giới thiệu khái quát về chương trình con viết theo phương pháp F D .... 49
3.1.2. Các thông số đầu vào................................................................................50
3.2. CÁC CHƯƠNG TRÌNH CON TRONG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN
PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VIẾT THEO PHƯƠNG PHÁP FD...............................52
3.2.1. Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Busdata.............................52
3.2.2. Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Linedata............................53
3.2.3. Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Tranformerdata................ 54
3.2.4. Chương trình con tạo ma trận Ybus......................................................... 55
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
iv
MỤC LỤC
CBHD: Trần Anh Nguyện
3.2.5. Chương trình con tính toán phân bố công suất trên hệ thống truyền tải cao
áp Đồng Bằng Sông Cửu Long bằng phương pháp Fast Decouple.................. 57
CHƯƠNG 4
ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẺ TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT
CHO HỆ THỐNG TRUYÈN TẢI CAO ÁP THựC TẾ
4.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP ĐỒNG BẰNG
SÔNG CỬU LONG........ 'Ế........................................................................................60
4.2. NHẬN XÉT KÉT QUẢ TÍNH TOÁN............................................................. 61
4.3. NHẬN XÉT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN.................................................. 62
CHƯƠNG 5
KIỂM TRA LẠI CHƯƠNG TRÌNH BẰNG PHẦN MÈM POWERWORLD
5.1. NHẬP CÁC THÔNG SỐ TỪ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI THựC TẾ VÀ
XUẤT RA KẾT QUẢ............... .............................. Ể......................... ..................... 64
5.1.1. Một số lưu ý trong quá trình nhập thông số vào PowerWorld............... 64
5.1.2. Kết quả mô phỏng sau khi chạy PowerWorld ........................................67
5.1.3. Ma trận Ybus của PowerWorld............................................................... 68
5.1.4. Kết quả tại các Bus....................................................................................69
5.1.5. Kết quả trên đường dây và MBA............................................................. 70
5.1.6. Tổng hợp các thông số của máy phát, phụ tải, tổn thất trên toàn hệ thống.
„ằẾẾằ’ằẾẾ.................................. , Ếằ!..... Ếằ"ẾẾằằ'......Ế..........................................70
5.2. SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG POWERWORLD VỚI KÉT QUẢ TỪ
CHƯƠNG TRÌNH MATLAB..................................................................................71
5.2.1 Một số thông số ma trận Ybus................................................................. 71
5.2.2. Các thông số tại 10 Bus đầu......................................................................72
5.2.3. Thông số công suất truyền trên đường dây và qua MBA........................73
5.2.4. Công suất phát, phụ tải và tổn thất công suất trông hệ thống................. 74
C.KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 77
PHU LUC
•
•
Chương trình con đổi sang đom vị tương đối Busdata............................................ 78
Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Linedata...........................................78
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
V
MỤC LỤC
CBHD: Trần Anh Nguyện
Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Tranformerdata...............................79
Chương trình con tạo ma trận Y bus.........................................................................80
Chương trình con tính toán phân bố công suất và tổn thất trên hệ thống điện bằng
phương pháp Fast Decoupled...................................................................................83
Chương trình con phân bố công suất trên đường dây và MBA...............................88
Chương trình con xuất tất cả các kết quả đã tính toán được...................................90
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
vi
MỤC LỤC HÌNH
CBHD: Trần Anh Nguyện
MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1: Các cửa sổ làm việc chỉnh của Matlab........................................................ 3
Hình 1.2: Menu File > New > M -file............................................................................4
Hình 1.3: Cửa sổ M-file................................................................................................. 4
Hình 1.4: Cửa sổ GUIDE -M A T L A B ........................................................................13
Hình 1.5: Vùng không gian làm việc của GUI........................................................... 14
Hình 1.6: File.m của chương trình Matlab tạo ra .................................................... 14
Hình 1.7: Hướng dẫn thiết lập Excel Link tại thư mục HELP của MATLAB........... 15
Hình 1.8: Các tiện ích của Excel Lỉnk-M atlab........................................................ 15
Hình 1.9 : Ma trận dữ liệu từ bảng tỉnh Excel........................................................... 16
Hình 1.10: Yêu cầu đặt tên biến (tên ma trận) khi đưa dữ liệu vào Matlab............. 16
Hình 1.11: Ket quả chuyển dữ liệu từ bảng tỉnh Excel vào M atlab.......................... 17
Hình 1.12: Dữ liệu ma trận tại phần mềm Matlab.................................................... 17
Hình 1.13: Yêu cầu khai bảo tên biến (tên ma trận) lẩy ra từ Matlab......................18
Hình 1.14: Ket quả chuyển dữ liệu từ Matlab ra bảng tỉnh Excel.............................18
Hình 2.1: Hệ thong điện đom giản..............................................................................21
Hình 2.2: Các tỉnh chất cơ bản về điện của thiết bị điện trên hệ thong................... 21
Hình 2.3: Mô hình mạng của hệ thong điện.............................................................. 22
Hình 2.4: Sơ đồ tổng quát liên kết tại nút thứ ỉ trong mạng điện..............................23
Hình 2.5: Sơ đồ khối thuật toán thành lập ma trận Ybus............................................ 24
Hình 2.6: So sánh sổ điểm dao động trong quá lặp theo các phương pháp............. 38
Hình 2.7: Sơ đồ thay thế của đường dây.................................................................... 43
Hình 2.8: Sơ đồ thay thế của MBA khỉ đầu phân áp ở mức 0 ...................................43
Hình 2.9: Sơ đồ thay thế của MBA khỉ đầu phân áp ở mức khác 0...........................44
Hình 2.10: Lưu đồ phương pháp Fast Decouple....................................................... 45
Hình 2.11: Sơ đồ lưới điện 3 Bus................................................................................46
Hình 2.12: Mô hình Ybus của lưới điện 3bus............................................................ 46
Hình 3.1: Ma trận Busdata.........................................................................................50
Hình 3.2: Ma trận Lỉnedata........................................................................................51
Hình 3.3: Ma trận Tranformerdata.............................................................................51
Hình 3.4: Ma trận Busdata đã được đổi sang đơn vị tương đoi................................52
Hình 3.5: Ma trận Lỉnedata đã được đổi sang đơn vị tương đổi...............................53
Hình 3.6: Ma trận Tranformerdata đã được đổi sang đơn vị tương đổi.................. 54
Hình 3.7: Ma trận Ybus trong Matlab........................................................................55
Hình 3.8: Ma trận Ybus trong Matlab (tt)................................................................. 56
Hình 3.9: Ma trận Ybus trong Matỉab (ít)................................................................. 56
Hình 3.10: Ket quả tính toán bằng chương trình Fast Decoupled............................57
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
vii
MỤC LỤC HÌNH
CBHD: Trần Anh Nguyện
Hình 4: Sơ đồ đơn tuyển hệ thống điện vùng ĐBSCL................................................ 60
Hình 5.1: Nhập thông số cho Máy Phát gắn vào Slack Bus......................................64
Hình 5.2: Nhập thông sổ cho Slack Bus......................................................................65
Hình 5.3: Nhập thông sổ cho đường dây................................................................... 66
Hình 5.4: Nhập thông sổ cho Máy Biến Á p ............................................................... 66
Hình 5.5: Sơ đồ mô phỏng bang PowerWorld........................................................... 67
Hình 5.6: Ma trận Ybus trong PowerWorld.............................................................. 68
Hình 5.7: Ma trận Ybus trong PowerWorld (ít)......................................................... 68
Hình 5.8: Ma trận Ybus trong PowerWorld (tt)......................................................... 69
Hình 5.9: Ket quả tỉnh toán tại các Bus của PowerWorld........................................69
Hình 5.10: Ket quả tỉnh toán trên đường dây và MBA của PowerWorld................. 70
Hình 5.11: Công suất phát, phụ tải và ton that công suất trong hệ thong được tỉnh toán
bang PowerWorld....................................................................................................... 70
Hình 5.12: Một sổ thông so ma trận Ybus trong PowerWorld..................................71
Hình 5.13: Một sổ thông so ma trận Ybus trong Matlab........................................... 71
Hình 5.14: Thông sổ 10 Bus đầu trong PowerWorld................................................ 72
Hình 5.15: Thông sổ 10 Bus đầu trong Matlab......................................................... 72
Hình 5.16: Thông số công suất truyền trên đường dây và MBA của 4 Bus trong
PowerWorld................................................................................................................ 73
Hình 5.17: Thông số công suất truyền trên đường dây và MBA của 4 Bus trong
Matlab..........................................................................................................................73
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
viii
MỤC LỤC BẢNG
CBHD: Trần Anh Nguyện
MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2.1: Bảng phân loại nút frong hệ thống điện....................................................... 20
Bảng 2.2: So sánh kích thước ma trận Jacobian theo các phương pháp.................... 38
Bảng 4.1: Công suất phát, phụ tải và ton that công suất frong hệ thong được tỉnh toán
bằngM atlab................................................................................................................... 61
Bảng 4.2: Thong kê đường dây vận hành quá tải......................................................... 62
Bảng 5: So sánh công suất phát, phụ tải và tổn thất công suất trong hệ thống.......... 74
Bảng 6: Ỷ nghĩa của các biển trong MFile “Dulỉeudauvao.m ”...................................78
Bảng 7: Ỷ nghĩa của các biến trong MFile “donvỉtuongdoỉ.m ” ..................................79
Bảng 8: Ỷ nghĩa của các biến trong MFile “Ybus.m”.................................................. 82
Bảng 9: Ỷ nghĩa của các biển trong MFile “FD.m ”.................................................... 86
Bảng 10: Ỷ nghĩa của các biến trong MFile “phanbocongsuat.m ”.............................89
Bảng 11: Ý nghĩa của các biến trong MFile “xuatketqua.m”......................................91
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
ix
MỞĐẦU
CBHD: Trần Anh Nguyện
A. MỞ ĐÀU
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Nhiệm vụ của phân bố công suất là tính toán các thông số chế độ làm việc, chủ
yếu là dòng điện và điện áp tại mỗi nút của mạng điện. Việc xác định các thông số chế
độ mạng điện rất có ý nghĩa khi thiết kế, vận hành và điều khiển hệ thống điện.
Ngoài ra, tính toán phân bố công suất sẽ tìm được tổn thất công suất trên các
nhánh rẽ và của toàn mạng, từ đó xác định được tổn thất điện năng, làm cơ sở để đánh
giá các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.
Thêm vào đó, tính toán phân bố công suất còn xác định được khả năng đáp ứng
công suất của nguồn cho phụ tải, khả năng tải của máy biến áp trung gian hoặc lưới
truyền tải. Từ đó có các phương án cung cấp điện, vận hành thích hợp.
Tính toán phân bố điện áp tại các nút của mạng điện phân phối sẽ xác định được
tổn thất điện áp trên các nhánh và điện áp tại các nút tải. Kết quả tính toán nhằm phục
vụ công tác quy hoạch, thiết kế và vận hành mạng điện.
■ Trong quy hoạch, thiết kế, tổn thất điện áp dùng để lựa chọn hoặc kiểm tra
dây dan.
■ Trong vận hành tổn thất điện áp dùng để tính toán điều chinh điện áp.
Tính toán phân bố công suất xác định được phân bố dòng điện trên các nhánhễ
Dòng điện nhánh cũng là một thông số quan trọng, dùng để kiểm tra dây dẫn và các
thiết bị theo điều kiện phát nóng.
2. MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN c ứ u CỦA ĐÈ TÀI
Viết chương trình Matlab tính toán phân bố công suất và tổn thất trên hệ thống
truyền tải cao áp Đồng Bằng Sông Cửu Long. Chương trình xây dựng với mục tiêu
chính: hướng đến khả năng ứng dụng trong tính toán cho hệ thống điện trên thực tế.
Quá trình thực hiện chương trình chú trọng các vấn đề sau:
□ Có thể thực hiện tính toán phân bố công suất và tổn thất trên các hệ
thống điện khác nhau.
□ Đom giản hóa khâu nhập dữ liệu, rút ngắn các bước tính tay để giảm
thiểu sai số, kết quả tính toán đảm bảo yêu cầu chính xác.
□ Dễ dàng sử dụng.
□ Có thể kiểm được tra kết quả tính toán trên các phần mềm khác
(Powerworld), qua đó làm tăng tính tiện ích, giảm thiểu sai sót.
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
Trang 1
MỞĐẦU
CBHD: Trần Anh Nguyện
Để thực hiện được các yêu cầu trên thì cần có phương pháp tính toán phù
họp.
Quá trình thực hiện, em khảo sát phương phân lập nhanh (Fast Decoupled
method) áp dụng trong giải tích hệ thống điện. Đưa ra mô hình hóa và viết chương
trình ứng dụng theo phương pháp này.
Trên cơ sở thực hiện chương trình sẽ xác định phương pháp tính toán phù
họp cho tính toán phân bố công suất và tổn thất trên hệ thống truyền tải cao áp Đồng
Bằng Sông Cửu Long.
3. KẾT CẤU CỦA ĐÈ TÀI
A. MỞ ĐẦU
B. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1ẾTÔNG QUAN MATLAB.
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT.
CHƯƠNG 3. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MATLAB TÍNH PHÂN BỐ CÔNG
SUẤT.
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ĐÊ TÍNH PHÂN BỐ CÔNG
SUẤT CHO HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP THựC TẾ.
CHƯƠNG 5. KIÊM TRA LẠI CHƯƠNG TRÌNH BẰNG PHẦN MỀM
POWERWORLD.
c . KÉT LUẬN
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
Trang 2
NỘI DUNG - CHƯƠNG j ễ- TÔNG QUANMATLAB
CBHD: Tran Anh Nguyện
B. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN MATLAB
Matlab (Matrix laboratory) là chương trình lập trình ứng dụng được sử dụng
trong nhiều lĩnh vực như điện, điện tử, điều khiển tự độngử..Matlab có thể giải quyết
được nhiều bài toán đặc biệt là các bài toán về ma trận.
1.1.
GIAO DIỆN CỦA CHƯƠNG TRÌNH
Sau khi cài đặt phần mềm thành công, lần đầu tiên khởi động Matlab, giao diện
chương trình sẽ xuất hiện gồm nhiều khung làm việc (Workspace, Command History,
Current Directory, Command Window,...).
Fill Edit 3 :k g Parallel Desktop W ndiw H:lp
é MATLAB 7,70(R2008b)
[n |l§
File Edit Debug Parallel Desktop Window Help
0 0 1Í % Í
? 1Í I EjS l l 1 © ' 1 CurrentDirectofy.| D:\LuanVanT0tN 9hiep\LuanVan PBCS_Pham Ngoe Minh\Hoan Chinh Nhat\matlabV4(hD anchinhnhst) T | Q S l
■ Shortcut! [i] Howto Add 3 What1! New
"■ n. f X 1c omrnãhd HistOfy
Currentpirectory
k ► D; > LuarVanTotNghiep ► LuanVan PBCS_Pham NgoeMinh ► Hoan Chinh Nhat ► matlabV4Choan chinh nhat) >
D Namev
Date Modified
flY bus.m
□ Ybus.asv
I II Kuatkstqua.m
3/19/13 S:3S PM
3/13/13 8:29 PM
3/23/1311:42 AM
D .U itotqu,.™
0 phanbocongsuatm
Current
Directory
□ FD.asv
1 Dulieudairao.nl
Ũ Dulieudauvao.aw
* \ J— Jj— 1.:
1Details
mmmm
3/21/13 4,'32 PM
3/20/13 3:47 PM
3/22/134:12 PM
3/15/1310:28AM
Command.
History
1
_
A
Í 0 Í X
' Workspace
8 i i s % I f f l • I Stack; [ B s s s j
Workspace
Hình 1.1: Các cửa số làm việc chính của Matlab
• Command window, cửa số đế nhập các lệnh và dữ liệu, đồng thời là nơi xuất
các kết quả tính toán.
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
Trang 3
CBHD: Tran Anh Ngưỵện
CHƯƠNG 1: TONG QUANMATLAB
• Command history, cửa sổ lưu trữ các lệnh đã thực thi cùng với thời gian sử
dụng.
• Workspace : cho biết các thư mục đang lưu trữ.
Vào menu File > New > M-file, lúc này sẽ có một cửa sổ mới xuất hiện.
' Editor - D:\Luan Van Tot NghiepUuan Van PBCS_Pham Ngoe MĩnhVHoan Chinh Nhat\matlabV4[hc
Ịĩỉĩẽ ] Edit Text Go Cell Tools Debug Desktop W indow Help
New
M-File
Ctrl +N
Open...
Ctrl + O
Function M-File
Open Selection
Ctrl+D
Class M-File
Close Editor
Figure
Close...
Variable
Close Dulieudauvao.m
Ctrl+W
Save
Ctrl + S
Model
Pgma>
HW
GUI
Deployment Project
Save As,,.
□
-3 0 0
5ŨŨ
70
1ŨGŨ
ũ
-1 5 0
200
30
700
iũ
-1 5 0
2 ũũ
30
500
► :2
-5 5 0
75D
50
2000
Save All
Publish Dulieudauvao.m
Publish Configuration for Dulieudauvao.m
lg cửa so
Debug >
Bi
M-file và
Save and
Editor - O:\Luan Van Tot Nghiep\Luan Van PBCS_Pham Ngoe M inh \H oa n Chinh N hat\m atlabV 4[hoan chinh nhat)\D ulieudauvao.m
File Edit Text Go Cell Tools Debug] Desktop W ind ow
!
D
Ổ
I
|
-tfB r i
*
-
ỊU UíH
%
*
->
1.0
1+
*
D a ta
fo r
Fau
1
^
2 3 -
c le a r
V
Help
% w
Open M-Files when Debugging
Step
Flo
Step In
F ll
10 ®
Stack: 1 Base
fx
a ll
c lc
4
Step O ut
S h i f t 11
Run Dulieudauvao.m
F5
5
%
1 B u s 1I
Run C o nfiguration fo r Dulieudauvao.m
Ễ
%
JN o . 1
Go Until Cursor
► n | P g m a x 1V h o l d
1 HU
[B u s
1 ( p . u)
1
1C o d e 1
7
8 -
b u s d a t a = [1
9
2
10
3
11
4
12
5
13
Ẽ
14
7
15
8
Set/Clear Breakpoint
F12
S e t/M o dify C onditional Breakpoint.,.
Enable/Disable Breakpoint
Clear Breakpoints in A ll Files
Stop if Errors/Warnings.,.
Exit Debug Mode
Shift+F5
1ŨŨ0
1 .0 0 0
1
70Ũ
1 .0 3 0
2
500
0 .9 0 0
2000
1 .0 2 0
2
2
0
□
0
□
□
0
□
□
0
□
□
□
16
Hình 1.3: Cửa sổ M-file
Mỗi một file hàm của MATLAB (M file) đều được bắt đầu với khai báo như
sau:
Function [tên kết quả] = tên hàm (danh sách các biến)
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
Trang 4
CHƯƠNG 1: TỒNG QUANMATLAB
CBHD: Trần Anh Nguyện
File.m thường lấy tên là tên của hàm.
Phần thân của chương trinh trong hàm là các lệnh của MATLAB thực hiện việc
tính toán giá trị của đại lượng được nêu trong phần tên kết quả theo các biến được nêu
trong phần danh sách các biến. Các biến chỉ có tác dụng nội trong hàm vừa được khai
báo. Tên của các biến được ngăn cách nhau bằng dấu phẩy.
Ví dụ: tạo hàm giải phương trình bậc hai, tên tập tin hàm được đặt là bachai.m
function [xl,x2] =bachai(a, b,c)
delta=bA2-4 *a *c;
xl=(-b+sqrt(delta))/(2 *a);
x2=(-b-sqrt(delta))/(2 *a);
Giải phương trình bậc hai với a = 1, b = 0, c = -2, ta gõ:
» [xl,x2]=bachaỉ(l,0,-2)
xl =
1.4142
x2 =
-1.4142
1.2.
CÁC PHÉP TOÁN - TÊN BIẾN - CÁC HÀM c ơ BẢN
1.2.1. Các phép toán
Các phép toán đại số: +,
*,A, /, \ (chia trái), ' phép chuyển vị ma trận hay
liên hợp phức.
Các toán tô quan hệ: <, <=, >, >=, == (bằng), =~ (khác).
Các toán tô logic: & (and), I (or), ~ (not).
Các hằng: pi, j, inf (vô cùng), NaN (không xác định).
1.2.2. Cách đăt tên biến
•
Matlab có những quy định về tên biến: tên biến phải bắt đầu bằng chữ và
không chứa các kí tự đặt biệt như
%, /5-..Ngoài ra Matlab còn phân biệt chữ hoa
với chữ thường.
1.2.3. Điều khiển vào ra
o Các lệnh sau dùng để đưa số liệu vào và ra:
o Nhập dữ liệu : input (cúpháp: tên biến = ỉnput(‘chuổỉ hiển thị’)).
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
Trang 5
CHƯƠNG 1: TỒNG QUANMATLAB
CBHD: Trần Anh Nguyện
o Hiển thị nội dung của mảng hay chuổi: dỉsp (cú pháp dispậên biển hoặc
tên chuổi cần hiển thị).
o Điều khiển xuất kết quả tính toán : format
• format short (5 so)
Ví dụ: 50.833
• format short g (chính xác hơn format short và format short e)
Vi du: 50.833
o Lưu dữ liệu: save (cú pháp: save ‘tên file ’ ‘tên biến ’ ‘kiểu định dạng ’).
o Lệnh dưa dữ liệu ra file hoặc màn hình: jprintf
vi dụ:
» R=45:
» fp rin tf(‘Dien tich = %7.3f mA2 \n’, pi*RA2)
Giải thích; - Có %7.3f thì hiện thị ít nhất 7 ký tự với 3 chữ số thập phân.
Có \n thì in xong xuống hàng, đưa dấu nhắc lệnh về dòng kế tiếp.
Kết quả hiển thị:
Dien tich = 6361.725 mA2
o Zệnh xóa màn hình trong Command Window: clc, tạo giao diện “thoáng mát”
và “tươi mới” cho mỗi lần chạy.
o
Zệnh xóa tất cả các biến đã gán trong chương trình: clear all, đảm bảo kết quả
của lần chạy trước không gây ảnh hưởng đến lần chạy sau. Nếu bạn không muốn xóa
hết tất cả các biến đã gán mà chỉ muốn xóa một vài biến, ví dụ biến a và biến b, khi đó
câu lệnh trở thành:
clear a b
(clear, a, b đều cách nhau một khoảng trang)
1.2.4. Môt số hàm toán hoc Ctf bản
•
•
Hàm căn bậc hai của X
Hàm sin của X
Hàm COS của X
Hàm chuyển từ chuổi sang số
Hàm chuyển từ số sang chuổi
Hàm làm tròn X đến số nguyên gần nhất
Ví du: Hàm làm tròn round.
»
: sqrt(x)
: sỉn(x)
: cos(x)
: S tr 2 n u m ( x )
: num2str(x)
: roundịx)
round(1.4)
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
Trang 6
CHƯƠNG 1: TỒNG QUANMATLAB
CBHD: Trần Anh Nguyện
asn =
» round(l.ó)
asn =
2
Trong các hàm lượng giác trên thì biến
là độ thì ta phải đổi sang radian.
1.3.
X
có đơn vị là radian nếu
X
có đom vị
SỐ PHỨC TRONG MATLAB
1.3.1. Nhập số phức
Để nhập số phức z=3+j4 ta có thể nhập từ của sổ Command Windown hoặc từ
Mfile:
Nhập
»
Nhập
»
dưới dạng đại số:
z=3+j*4
dưới dạng cực:
z=5*exp(j*45*pi/180)
1.3.2. Các phép toán cơ bản vói số phức
Lấy môđun số phức z
Lấy acgumen số phức z
Lấy phần thực số phức z
Lấy phần ảo số phức z
Số phức liên hợp
Các phép toán khác như +,
1.4.
:abs(z)
:angỉe(z)
:reaỉ(z)
:imag(z)
:conj(z)
*, / cũng giống như số thực.
MA TRẬN VÀ ỨNG DỤNG
1.4.1. Ma trận
Ma trận là một mảng các số liệu gồm có m hàng và n cột:
an a12
*1n
A=
a 21
ữ 22
a ml
a ml
a2/1
-
a mn
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
Trang 7
CHƯƠNG 1: TỒNG QUANMATLAB
CBHD: Trần Anh Nguyện
Có các cách nhập ma trận:
- Nhập ma trận tò bàn phím (liệt kê).
- Nhập từ file dữ liệu.
- Tạo ma trận từ các hàm có sẵn, các hàm tự tạo.
❖Nhập ma trận A theo kiểu liệt kê:
» A=[l 2 3 4; 5 6 7 8 9];
❖Nhập ma trận nhờ các hàm tự tạo:
»A=zeros(m,n) (ma trận A gồm toàn các phần tử 0, cỏ m hàng n cột).
»A=ones(m,n) (ma trận A gồm toàn các phần tử 1)
❖Địa chỉ mảng: Để truy xuất đến phần tử nằm ở hàng i cột j của ma trận A ta
dùng lệnh:
» A (ỉ,j)
» A (:,Ỉ) (Truy xuất tất cả các phần tử của cột ỉ)
» A (Ỉ,:) (Truy xuất tất cả các phần tử của hàng ỉ)
1.4.2. Các phép toán vói ma trận trong Matlab
❖ Phép cộng trừ hai ma trận:
» X = A + B (X=A-B). Các ma trận A, B phải cùng kích thước.
❖ Phép nhân hai ma trận:
»X = A *B . Số cột của A phải bằng với số hàng của B.
❖ Nhân theo mảng:
» X = A . *B. Khi nhân theo mảng thì A, B phải cùng kích thước. Với phép nhân
này thì các phần tử của hai ma trận này được nhân tương ứng với nhau.
❖ Phép chia ma trận:
NểuX*B=A thì X=A/B
Nếu A *X=B thì X=A 15 (phép chia trải).
❖ Chia theo mảng:
» X = A ./B
❖ Phép lũy thừa ma trận:
» X = A Ap (p là một số nguyên dương) . Ma trận X có được bằng cách nhân các
ma trận A với nhau p lần.
» X = A .AB
❖ Phép nghịch đảo ma trận:
»X = inv(A)
1.4.3. ứng dụng ma trận vào giải hệ phương trình
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
Trang 8
CHƯƠNG 1: TỒNG QUANMATLAB
CBHD: Trần Anh Nguyện
Nghiệm của hệ phương trình tuyến tính có thể xác định thông qua các phép
toán ma trận.
"auXj + a12x2 +.... + alnxn - ỗj
a2lxx + a22x2 +.... + alnxn - b2
Xét hệ:
(1.1)
1
11 K
SĨ
1cT
«21
1
1
Hệ (1.1) biểu diển dưới dạng ma trận:
aYl ■
ữ22 •• a2n *2
=
b2
hay A.X=B
(1.2)
■
1
1
1
1
-a«l <*n2 ••• ann_
Với A là ma trận hệ số, B và X là các vectơ cột. Nhân cả hai vế của hệ (1.2) với
A"1 ta được:
A-1.A.X = A-1.B hay X = A-1.B
Lúc này ta sử dụng hàm: inv(A) để xác định ma trận nghịch đảo A"1 , như
vậy nghiệm của hệ là:
»X=inv(A)*B
Tuy nhiên khi det(A)=0 việc xác đinh ma trận nghịch đảo A"^ không chính
xác. Khi đó Matlab sẽ giải hệ (1.2) bằng một hàm được lập trình sẵn và cho kết quả
tin cậy hơn:
» X = A \B
Giải hệ phương trình tuyến tính còn được ứng dụng để giải mạch điện thông
qua phương pháp xây dựng ma trận tổng dẫn nút:
Y. U=J
~
Y là ma trận tổng dẫn của mạch điện, có dạng:
>11
Yn ••• Yu
Y22 .•• Yln
Y = Y21
1
Yn2 ••• Ym (nxn)
Yii: tổng dẫn riêng của nút i, bằng tổng các tổng dẫn nối vào nút i.
Yij: tổng dẫn tương hổ giữa nút i và j, bằng tổng các tổng dẫn nối giữa hai
nút i và j nhưng ngược dấu, n = (số nút) -1. Trong đó điện thế của một nút bất kì
được chọn làm chuẩn.
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
Trang 9
CHƯƠNG 1: TỒNG QUANMATLAB
CBHD: Trần Anh Nguyện
u là vectơ điện thế tại các nút. Trừ thế của nút chọn làm chuẩn, có dạng:
k
u=
9n. (Iot)
J là vec tơ dòng điện bơm vào nút. Trừ dòng bơm vào nút chọn làm chuẩn,
có dạng:
J =
Giải hệ phương trình Y.U=J ta sẽ tìm được điện thế các nút, khi đã xác định
được điện thế các nút ta sẽ tính được dòng điện và công suất chảy qua các nhánh.
Việc giải hệ này rất đơn giản với Matlab, ta sử dụng lệnh:
» U-Y\J
Hoặc:
» U=inv(Y)*J
1.5.
CẤU TRÚC ĐIÈU KIỆN
1.5.1. Cấu trúc if-end
Lệnh điều kiện hay dùng nhất trong Matlab là lệnh “i f ’. Lệnh “if: có cấu trúc
như sau:
i f <biểu thức điều kiện>
lệnh 1;
lệnh 2;
lệnh n;
end
Khi biểu thức điều kiện đúng thì Matlab thực thi lệnh. Nếu sai thì thực thi các
lệnh phía sau end.
Ví dụ:
>> apple = 10
% so táo
» cost = apple*25
cost=
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
Trang 10
CHƯƠNG 1: TỒNG QUANMATLAB
250
» i f apple > 5
cost = (1-20/100) *cost;
end
» cost
cost
200
CBHD: Trần Anh Nguyện
% bỏ đi 20%
1.5.2. Cấu trúc if-elseif-else-end
Cú pháp:
i f <biểu thức điều kiện 1>
<khối lệnh 1>;
elseif<bỉểu thức điềukiện 2>
<khối lệnh 2>;
else
<khối lệnh 3>;
end
Nếu điều kiện 1 đúng thì thực hiện khối lệnh 1, nếu sai Matlab sẽ kiểm tra
biểu thức điều kiện 2. Nếu điều kiện 2 sai thì Matlab sẽ thực hiện các lệnh nằm trong
khối lệnh 3.
Ví dụi Trong M-file, bạn gõ đoạn code sau, đây là một chương trình xếp loại
học lập dựa vào điểm số trung bình bạn nhập ban đầu.
dỉem=ỉnput(‘Hay nhap vao diem so trung bỉnh: ’) ;
i f (dỉem>=l)&(diem<=4)
fprintf(‘Loai yeu ’)
elseif (diem==5)\(diem==6)
fprintf(‘Loaỉ trung bỉnh ’)
elseỉf(dỉem==7)\ (dỉem==8)
fprintf(‘Loaỉ kha ’)
elseỉf(dỉem==9) I(diem==10)
fprintf(‘Loaỉ gioi ’)
else
fprỉntf(‘So lieu khong hop le ’)
end
(Ghi chú: để gõ dấu “\ ”, bạn nhấn đồng thời phím Shift và phím nằm ngay phía
trên phím Enter)
Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh
Trang 11
