Biểu thức xác định ma trận hệ số tổn thất và phân bố kinh tế công suất P(MW) giữa các nguồn nhiệt điện
Hoäi Nghò Khoa hoïc & Coâng Ngheä Laàn Thöù 8
1
______________________________________________________________________________
BIEÅU THÖÙC XAÙC ÑÒNH MA TRAÄN HEÄ SOÁ TOÅN THAÁT VAØ
PHAÂN BOÁ KINH TEÁ COÂNG SUAÁT P(MW) GIÖÕA CAÙC NGUOÀN NHIEÄT ÑIEÄN.
Löu Höõu Vinh Quang.
Khoa Ñieän-Ñieän Töû, Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa
TOÙM TAÉT
Baøi baùo trình baøy phöông phaùp moâ phoûng heä thoáng ñieän bôûi ma traän aûnh löôùi ñieän, ñeà nghò moät
bieåu thöùc môùi ñeå xaùc ñònh ma traän heä soá toån thaát coâng suaát P vaø töø ñoù xaây döïng ñöôïc moät giaûi thuaät môùi
ñeå tính toaùn phaân boá kinh teá coâng suaát P(MW) giöõa caùc nguoàn nhieät ñieän trong heä thoáng ñieän.
ABSTRACT
This Paper shows the power system simulation Method by using network image Matrix, proposes
a new Expression for determining of P_power loss-coefficient Matrix and then a new Algorithm is
formed for Calculation of economic P_power Generation between thermal Plants in electric power
System.
1. GIÔÙI THIEÄU.
Vaän haønh kinh teá coâng suaát P(MW) caùc nhaø maùy nhieät ñieän laø moät vaán ñeà quan troïng ñoái vôùi heä
thoáng ñieän khi xeùt ñeán hoaøn voán ñaàu tö trong baøi toaùn kinh teá-kyõ thuaät nhaèm quy hoaïch vaø phaùt trieån
heä thoáng ñieän. Vaán ñeà ñaët ra laø phaûi cöïc tieåu hoùa chi phí nhieân lieäu söû duïng saûn xuaát nhieät ñieän coù xeùt
toån hao coâng suaát treân caùc phaàn töû truyeàn taûi ñieän caáp cho caùc hoä tieâu thuï. Ñaõ coù nhieàu taøi lieäu ñeà caäp
caùc giaûi thuaät khaùc nhau ñeå giaûi quyeát vaán ñeà xaùc ñònh coâng suaát P phaùt kinh teá cuûa caùc nguoàn nhieät
ñieän trong heä thoáng ñieän. ÔÛ ñaây baøi baùo ñeà caäp ñeán öùng duïng cuûa moâ hình ma traän aûnh löôùi ñieän ñaõ
trình baøy trong [1] ,[2],[3],[4] trong vieäc xaây döïng moät giaûi thuaät môùi tính toaùn phaân boá coâng suaát
P(MW) kinh teá giöõa caùc nguoàn nhieät ñieän trong heä thoáng ñieän. Noäi dung trình baøy cuï theå goàm caùc vaán
ñeà sau :
• Bieåu thöùc tính toaùn caùc phaàn töû cuûa ma traän heä soá toån thaát coâng suaát taùc duïng [8].
• Giaûi thuaät tính toaùn phaân boá kinh teá coâng suaát P(MW) trong heä thoáng ñieän. Aùp duïng moâ hình [4]
ñeå moâ phoûng ñieàu kieän xaùc laäp trong quaù trình toái öu hoaù coâng suaát P phaùt giöõa caùc nguoàn nhieät
ñieän cuûa heä thoáng ñieän. Ví duï minh hoïa , nhaän xeùt vaø keát luaän.
2. BIEÅU THÖÙC TÍNH TOAÙN CAÙC PHAÀN TÖÛ CUÛA MA TRAÄN HEÄ SOÁ TOÅN THAÁT COÂNG
SUAÁT P(MW) TRUYEÀN TAÛI TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN
.
Bieåu thöùc giaûi tích cuï theå cuûa phaàn töû Bij coù theå nhaän ñöôïc töø heä phöông trình tuyeán tính hoaù
traïng thaùi xaùc laäp cuûa HTÑ taïi moät thôøi ñieåm , cuõng coù theå tính theo caùc ma traän thoâng soá ñaëc tröng
cuûa HTÑ. Baûn thaân moät bieåu thöùc giaûi tích heä soá (Bij) thöôøng quy veà daïng moät ña thöùc baäc hai, maø coù
caáu truùc ña daïng töø nhieàu thaønh phaàn , goàm nhieàu ñaïi löôïng yù nghóa vaät lyù khaùc nhau töông taùc vôùi
Hoäi Nghò Khoa hoïc & Coâng Ngheä Laàn Thöù 8
2
______________________________________________________________________________
nhau vaø taùc ñoäng leân ñaïi löôïng toån thaát (MW) trong HTÑ. Daïng cuûa bieåu thöùc tính heä soá B cuõng phuï
thuoäc vaøo caùc ñieàu kieän giaû thieát moâ phoûng xaáp xæ traïng thaùi xaùc laäp toái öu cuûa HTÑ. Coâng thöùc tính heä
soá toån thaát raát ña daïng, ví duï trong [5] coù neâu leân moät nguyeân taéc töông quan phaân boá doøng ñieän : neáu
toång taûi JptΣ ñöôïc caáp ñieän töø (m) nguoàn thì treân nhaùnh (k) coù chaïy doøng ñieän Ik. Ñieàu kieän toång taûi
ñöôïc caáp ñieän chæ töø moät nguoàn MP(i) : JF-i = JptΣ thì treân nhaùnh (k) seõ chaïy doøng Ik- i . Vaø töø ñoù daãn
ñeán xaùc ñònh ñöôïc heä soá toån thaát B daïng ma traän ñoái xöùng vaø tính toaùn ñöôïc toång toån thaát ∆P(MW)
truyeàn taûi trong heä thoáng ñieän nhö sau :
;
][ ]
(1)
∆P =
P
]t
B
P
caùc tham soá cuûa coâng thöùc (1) ñöôïc giaûi thích trong [5].
Trong [6] cuõng daãn ra moät daïng bieåu thöùc tính toång toån thaát ∆P(MW) truyeàn taûi vôùi heä soá toån
m
m
m
thaát nhö sau :
;
(2)
∆P =
P B P + B P + B
∑∑
∑
i
ij
j
oi
i
oo
i=1 j=1
i=1
caùc tham soá cuûa coâng thöùc (2) ñöôïc giaûi thích trong [6].
Coâng thöùc daïng (1) ñöôïc trieån khai trong [5][7] tính heä soá B ôû möùc ñoä giaûi tích , aùp duïng cho
moät HTÑ ít nuùt, hoaëc xaùc ñònh ma traän heä soá B nhôø baøn tính analog, coù khoù khaên khi laäp trình toång quaùt
cho HTÑ nhieàu nuùt. Trong baøi vieát naøy trình baøy giaûi thuaät öùng duïng ma traän aûnh löôùi ñieän
[1][2][3][4][9], laäp trình tính toái öu hoùa coâng suaát P(MW) vôùi ma traän heä soá [B] xaùc ñònh toång toån thaát
m
m
truyeàn taûi theo daïng
, coù theå aùp duïng toång quaùt ñoái vôùi moät HTÑ nhieàu nuùt.
P B P
i ij j
∆P =
∑∑
i
j
Chuùng toâi ñaõ ñeà xuaát [8] moät daïng coâng thöùc môû roäng ñeå tính heä soá Bi-j coù daïng ñôn giaûn vaø
cô baûn , cho pheùp laäp trình toång quaùt ñoái vôùi heä thoáng ñieän phöùc taïp nhö sau :
N
N
C
J
− C
J
×
C
J
− C J
k−j pt ∑
∑
∑
L=m+1
2
k−L pt−L
k−i pt ∑
k−L pt−L
Nh
cos
(
α − α
)
;
(3)
i
j
L=m+1
B
=
× R
k
∑
i−j
UU cosφ cosφ
i
j
i
j
k=1
J
ptΣ
caùc tham soá cuûa coâng thöùc (3) , söï phaân tích öùng duïng vaø ví duï ñöôïc ñeà caäp trong [2][8][9].
3. TOÙM TAÉT GIAÛI THUAÄT PHAÂN BOÁ TOÁI ÖU COÂNG SUAÁT TAÙC DUÏNG GIÖÕA CAÙC NGUOÀN
NHIEÄT ÑIEÄN TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN.
Noäi dung cuûa giaûi thuaät phaân boá toái öu coâng suaát taùc duïng , söû duïng coâng thöùc (3) neâu ôû treân ,
trình baøy toùm taét theo tinh thaàn cuûa baøi toaùn toái öu nhö sau : Xeùt toång chi phí nhieân lieäu cho moät heä
thoáng vôùi (m) toå maùy nhieät ñieän cuøng hoaït ñoäng coù daïng :
m
;
(4)
C = C (P ) + C (P ) +... + C (P ) = C (P )
∑
1
1F
2
2F
m
mF
i
iF
i=1
Ci (P ) = ai P2 + bi P + ci
vôùi chi phí cuûa toå maùy thöù (i) :
; VND/h. i=1,2,...m (soá nguoàn);
iF
iF
iF
PiF : coâng suaáát phaùt cuûa toå maùy thöù (i)
ai, bi, ci : laø caùc haèng soá.
dCi (P )
iF
vaø toå maùy thöù (i) coù suaát taêng chi phí nhieân lieäu laø :
;
= 2ai P + bi
VND/MWh.
λi =
iF
dP
iF
Ñieàu kieän raøng buoäc cuûa haøm toång chi phí C laø söï caân baèng coâng suaát P cuûa HTÑ :
Hoäi Nghò Khoa hoïc & Coâng Ngheä Laàn Thöù 8
3
______________________________________________________________________________
m
;
(5)
∆P + P − P = 0
∑
yc
iF
i=1
N
laø toång coâng suaát taûi yeâu caàu nhaän ñöôïc.
P =
P
i-yc
∑
yc
i=1
∆P laø toång toån thaát coâng suaát truyeàn taûi cuûa heä thoáng.
Toång chi phí nhieân lieäu C cuûa heä thoáng laø moät haøm cuûa coâng suaát phaùt PiF coù xeùt ñieàu kieän
raøng buoäc : ( P i-min ≤ PiF ≤ Pi-max ) ; (6)
Muïc tieâu ñaët ra laø cöïc tieåu haøm toång chi phí nhieân lieäu daïng (4) vôùi toång taûi Pyc ñöôïc cho
tröôùc vaø thoûa maõn caùc ñieàu kieän raøng buoäc (5) vaø (6). Khi xeùt toån thaát truyeàn taûi daïng
m
m
thì chieán löôïc vaän haønh kinh teá (m) nguoàn nhieät ñieän phaûi ñöôïc giaûi quyeát nhieàu
∆P =
P B P
iF ij jF
∑∑
i=1 j=1
laàn baèng caùch giaûi moät heä (m) phöông trình phi tuyeán nhö sau :
b1
⎡
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
P
⎡
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎡
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
1F
a
⎛
⎜
⎞
⎟
1
1−
1−
2
+ B11
2B12
...
2B1m
2B2m
λ
P2F
λ
⎝
⎠
b2
a
⎛
⎜
⎞
2
2B21
2
+ B22 ...
⎟
λ
:
:
:
;
(7)
λ
⎝
⎠
:
×
=
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
a
⎛
⎜
⎞
⎟
m
bm
2Bm1
2Bm2
... 2
+ Bmm
1−
λ
⎢
⎥
⎢
⎣
⎥
⎦
⎝
⎠
PmF
λ
⎣
⎦
vaø phaûi thoûa maõn phöông trình thöù (m+1) yeâu caàu caân baèng coâng suaát P trong heä thoáng :
m
m
m
⎛
⎞
;
(8)
⎜
⎟
P B P + P − P = 0
⎜∑∑
∑
iF ij jF
yc
iF
⎟
i=1 j=1
i=1
⎝
⎠
Ñaàu tieân chöa bieát λ chung cuûa HTÑ thì giaû thieát raèng toån thaát baèng khoâng vaø coù theå tính giaù trò
ban ñaàu cuûa λ laø trò soá trung bình theo caùc phöông trình suaát taêng chi phí nhieân lieäu cuûa toå maùy thöù (i).
Sô ñoà tieán trình phaân boá kinh teá coâng suaát P trong HTÑ nhö sau :
Aùp duïng ñònh lyù Kuhn-Tucker ñeå kieåm soaùt ñieàu kieän toái öu coù raøng buoäc (6) :
Hoäi Nghò Khoa hoïc & Coâng Ngheä Laàn Thöù 8
4
______________________________________________________________________________
⎧
⎪
∂F
= 0
khi (P
< P < P
)
i−min
iF
i−max
∂P
iF
⎪
⎪
⎨
;
(9)
∂F
≤ 0
khi
khi
P
= P
iF
i−max
∂P
iF
⎪
⎪
∂F
≥ 0
P
= P
iF i−min
⎪
∂P
⎩
iF
Giaûi thuaät ñaõ söû duïng moâ hình ma traän A tham khaûo [1][3][4][9] ñeå thöïc hieän khoái tính toaùn thöù
3. Thöïc hieän khoái tính toaùn thöù 4 bôûi aùp duïng coâng thöùc (3) ñeå xaùc ñònh ma traän B, roài giaûi heä (7) coù
xeùt (8) vaø (9) ñeå tính toái öu hoùa coâng suaát PiF ñoái vôùi toå maùy thöù (i).
4. VÍ DUÏ MINH HOÏA
.
Tham khaûo [10] : cho moät HTÑ 10 nuùt , trình baøy nhö hình veõ sô ñoà.
Coâng suaát nuùt khôûi ñaàu ñöôïc ghi treân sô ñoà.
Haøm chi phí nhieân lieäu cho trong baûng.
Ci = aiP2 + biPi + ci ; ( 105VND/h )
i
Nguoàn
ai
bi
ci
Pmin MW
Pmax MW
100
1
2
3
0.0200 5.20 150
10
10
10
10
0.0210 6.21
0.0220 6.18
97
98
60
60
100
10
0.0215 5.19 151
TOÅNG TRÔÛ CAÙC NHAÙNH
Nuùt (i) Nuùt (j) R(i-j) Ω
X(i-j) Ω
0,5.B(ij-0) Ω−1
KEÁT QUAÛ TÍNH TOAÙN
KHI CHÖA TOÁI ÖU COÂNG SUAÁT P
1
1
1
1
2
2
2
3
3
3
5
8
9
4
5
6
9
5
7
8
4
6
5
4
9
8
7
8
5
6
7
6
2
3
7
10
8
0.000065
0.000053
9.35E-05
7.95E-05
7.28E-05
8.78E-05
6.73E-05
0.000058
9.45E-05
0.000081
3.31E-05
0.000041
6.75E-05
Nuùt
1
2
3
4
5
6
7
8
U (ñvtñ)
1,0403
1,0469
1,0446
1,0363
1,0363
1,0233
1,0336
1,0394
1,0325
δ (ñoä)
Caân baèng :
14
12
11
13
7
-0,6316o U10 = 115kV
-0,2621o
-0,5738o
S10 = 75,535
+j12,429 MVA
-0,9588o Toång toån hao
-0,6809o
∆P=1,5352 MW
9
-1,5390o Toång coâng suaát
14
12
5
6
10
-1,1016o
-0,5022o
-0,8106o
yeâu caàu
Pyc =194 MW
7
10
10
10
9
KEÁT QUAÛ TÍNH TOAÙN TOÁI ÖU COÂNG SUAÁT P
Nuùt
1
2
3
4
5
6
7
8
U (ñvtñ)
1,0464
1,0471
1,0459
1,0403
1,0381
1,0268
1,0344
1,0395
1,0355
δ (ñoä)
Caân baèng :
U10 = 115kV
-0,0063o
-0,2245o
-0,4251o
-0,5815o
-0,4828o
-1,1463o
-1,0053o
-0,4853o
-0,5239o
S10 = 59,425+j12,157 MVA
Toång toån hao ∆P=1,459 MW
Toång coâng suaát yeâu caàu
Pyc =194 MW
9
Hoäi Nghò Khoa hoïc & Coâng Ngheä Laàn Thöù 8
5
______________________________________________________________________________
Coâng suaát P toái öu taïi caùc nguoàn :
Nguoàn 1 : P1 = 63,354427 MW
Nguoàn 2 : P2 = 36,317292 MW
Nguoàn 3 : P3 = 36,362416 MW
Nguoàn 10 : P10 = 59,424871 MW ( Nguoàn thöù 4 ñoái vôùi ma traän B )
Suaât taêng chi phí nhieân lieäu : λ = 7,86366 (105VND/MWh )
Chi phí nhieân lieäu ban ñaàu : ΣC = 1821,84753 (105VND/h )
Chi phí nhieân lieäu cöïc tieåu : min ΣC = 1797,09399 (105VND/h )
Möùc tieát kieäm Chi phí nhieân lieäu ∆C = 24,75354 (105VND/h )
Ma traän heä soá [B] (ñvtñ) khi ñaõ toái öu xong :
( 0.0145145198 ) (-0.0025953618 ) ( 0.0004273819 ) (-0.0002948284 )
(-0.0025953618 ) ( 0.0237133410 ) (-0.0032798522 ) ( 0.0040135537 )
( 0.0004273819 ) (-0.0032798522 ) ( 0.0304544102 ) (-0.0081287520 )
(-0.0002948284 ) ( 0.0040135537 ) (-0.0081287520 ) ( 0.0155034959 )
5. NHAÄN XEÙT VAØ KEÁT LUAÄN
Heä soá Bi-j ñaõ ñöôïc aùp duïng ñoái chieáu vôùi caùc giaûi thuaät khaùc cho thaáy tính toaùn ñaït hieäu quaû
toát, thôøi gian tính nhanh vì ma traän B coù caáp chæ baèng soá nuùt nguoàn. Daïng coâng thöùc (3) tính heä soá Bi-j
coù theå aùp duïng treân maïng löôùi ñieän phöùc taïp, caáu truùc khoâng ñoàng nhaát, goàm caùc phaàn töû ôû nhieàu caáp
ñieän aùp khaùc nhau, mang doøng taûi khaùc nhau raát nhieàu, nhöng keát quaû vaãn phaûn aùnh ñuû yù nghóa toái öu
so vôùi caùc daïng khaùc cuûa heä soá toån thaát ñaõ ñöôïc tính toaùn ñoái chieáu.
Giaûi thuaät ñöôïc xaây döïng töø naêm 1997 ø ñaõ trình baøy moät phaàn trong noäi dung baøi giaûng moân
hoïc Heä thoáng ñieän 1, aùp duïng hieäu quaû trong coâng taùc ñaøo taïo, höôùng daãn toát nghieäp cho sinh vieân
ngaønh ñieän Ñaïi hoïc Quoác gia tpHCM ( töø khoùa 93 ñeán nay ). Ñaõ aùp duïng trong tính toaùn nghieân cöùu
thöïc teá vaän haønh cuûa HTÑ ( treân 200 nuùt ) cuûa hai mieàn Baéc-Nam.
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
[1]. LÖU HÖÕU VINH QUANG . Moät moâ hình toaùn môùi tính trò phöùc ñieän aùp nuùt cuûa cheá ñoä xaùc laäp
trong Heä thoáng ñieän phöùc taïp. Tr.15 – 21. Taïp chí Khoa hoïc vaø Coâng ngheä. Taäp XXXI , soá 1,
naêm 1993. Vieän khoa hoïc Vieät nam.
[2]. LÖU HÖÕU VINH QUANG . Moät thuaät toaùn môùi ñeå xaùc ñònh ma traän heä soá phaân boá doøng trong caùc
nhaùnh cuûa löôùi ñieän phöùc taïp. Tr.40-46. Taïp chí Khoa hoïc & Coâng nghe. Taäp XXXI soá 4 naêm
1993. Trung taâm Khoa hoïc Töï nhieân vaø Coâng ngheä Quoác gia.
[3]. LÖU HÖÕU VINH QUANG . Moät thuaät toaùn tính cheá ñoä xaùc laäp vaø caùc trò rieâng cuûa moät ma traän
toång daãn nuùt ñaúng trò ñoái heä thoáng ñieän phöùc taïp. Proceedings of the 7th Conference on Science
and Technology. p.13 -18 .Session Electrical Engineering and Power Systems, 4-1999. Vietnam
National University–HCM City University of Technology
.
[4]. LÖU HÖÕU VINH QUANG. Moät thuaät toaùn môùi tính cheá ñoä xaùc laäp coù xeùt ñieàu chænh ñieän aùp taïi caùc
nuùt nguoàn trong heä thoáng ñieän phöùc taïp. Taïp chí Khoa Hoïc vaø Coâng ngheä, Taäp XXXIII, 1-1995
,Tr.57-63, Trung taâm Khoa hoïc Töï nhieân vaø Coâng ngheä Quoác gia.
[5]. WILLIAM D.STEVENSON,JR. Element of power System Analysis –Mc Graw-Hill 1962.
[6]. JOHN J,GRAINGER & WILLIAM D.STEVENSON,JR. Power System Analysis –
Hoäi Nghò Khoa hoïc & Coâng Ngheä Laàn Thöù 8
6
______________________________________________________________________________
Mc Graw Hill 1994.
[7]. NAGRATH KOTHARI. Power System Engineering. Mc Graw-Hill 1994.
[8]. LÖU HÖÕU VINH QUANG. Bieåu thöùc xaùc ñònh ma traän heä soá toån thaát vaø phaân boá kinh teá coâng suaát
P(MW) giöõa caùc nguoàn nhieät ñieän. Thaùng 6 – 2000. Chöùng nhaän baûn quyeàn taùc giaû soá 153 – Cuïc
baûn quyeàn taùc giaû caáp ngaøy 23-6-2000.
[9]. LÖU HÖÕU VINH QUANG. Phöông phaùp tính toaùn ma traän aûnh löôùi ñieän moâ phoûng heä thoáng ñieän
vaø xaây döïng caùc chöông trình maùy tính öùng duïng . Thuyeát minh Ñeà taøi nghieân cöùu Khoa hoïc caáp
Boä B 99-20-57 .13-5-2000. ( Baùo caùo nghieäm thu thaùng 1- 2001 ).
[10]. LÖU HÖÕU VINH QUANG. Phaân boá kinh teá coâng suaát taùc duïng giöõa caùc nguoàn nhieät
ñieän trong heä thoáng ñieän vôùi ma traän aûnh löôùi ñieän.
Chöùng nhaän baûn quyeàn taùc giaû soá 046/2002/QTG – Cuïc baûn quyeàn taùc giaû – 23-1-2002.
6 trang
14140
Free
Bạn đang xem tài liệu "Biểu thức xác định ma trận hệ số tổn thất và phân bố kinh tế công suất P(MW) giữa các nguồn nhiệt điện", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bieu_thuc_xac_dinh_ma_tran_he_so_ton_that_va_phan_bo_kinh_te.pdf
