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) [...]... 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo) Từ đây, suy ra: λα = εa ∂Ta / ∂Pa ∂Ta ΔT = = = ε α ∂Qα / ∂Pα ∂Qα ΔQ (4.35) Vì ∂Pa = ∂Pα để đảm bảo cân bằng công suất Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo) 26 13 HẾT CHƯƠNG 4 (phần 2) Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất. .. TS Huỳnh Châu Duy Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo) 24 12 Các hệ số không xác đònh λα, λβ, 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: εa = λαεα (4.34) 25 Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS... phương trình cân bằng công suất và Ntđ phương trình cân bằng nước của thủy điện Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo) 23 Ta có, tổng số 24N + Ntđ phương trình Số ẩn số là 24N công suất các tổ máy trong từng giờ vận hành và Ntđ hệ số không xác đònh λα, λβ, Với: λt là suất tăng chi phí của hệ thống Vận hành và điều khiển hệ thống... ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ∂ΔP ⎟ ⎜1 − ∂ΔP ⎟ α1 ⎠ ⎝ β1 ⎠ ⎝ ε a2 ε b2 = = λ2 = ⎛ ∂ P2 ⎞ ⎛ ∂ P2 ⎞ ⎜1 − ⎜ ∂ΔP ⎟ ⎜1 − ∂ΔP ⎟ ⎟ ⎜ ⎟ a2 ⎠ b2 ⎠ ⎝ ⎝ = = = λα ε α 2 ⎛ ∂ P2 ⎜1 − ⎜ ∂ΔP α2 ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ = λβ ε β 2 ⎛ ⎜1 − ∂ P2 ⎜ ∂ΔPβ 2 ⎝ Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo) ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ (4.33) = 22 11 Điều kiện (4.33) bao gồm 24(N-1) phương trình, N = Nnđ + Ntđ là... λ1 = λ2 = λ α ε α1 ⎛ ∂ΔP1 ⎞ ⎟ ⎜1 − ⎜ ∂Pα1 ⎟ ⎠ ⎝ = λ α ε α2 ⎛ ∂ P2 ⎜1 − ⎜ ∂Pα 2 ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ λ β ε β1 ⎛ ∂ΔP1 ⎞ ⎜1 − ⎟ ⎜ ∂Pβ1 ⎟ ⎝ ⎠ = = (4.32) λ β εβ2 ⎛ ∂ P2 ⎜1 − ⎜ ∂Pβ 2 ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ = ……… 21 Vận hành và điều khiển hệ thống điện – TS Huỳnh Châu Duy Chương 4 – Điều phối tối ưu cơng suất phát (tiếp theo) Từ (4.31) và (4.32), suy ra điều kiện tối ưu chung cho mỗi giờ như sau: λ1 = = ε a1 ⎛ ∂ΔP1 ⎞ ⎜1 − ⎟ ⎜ ∂ΔP . 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. 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. (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