Bài giảng môn Vận hành và điều khiển hệ thống điện - Chương 4, Phần 2: Điều phối tối ưu công suất phát

VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN 
 HỆ THỐNG ĐIỆN
 Chương 4
 Điều phối tối ưu công suất phát
 (tiếp theo)
 4. Tổn thất công suất trong lưới điện
* Tổn thất công suất tác dụng trong lưới điện là:
 n 1 n 2 n 1 n 2 n 1
 2 2
 P B ( P Q ) 2 B ( P P Q Q ) 2 C ( P P Q Q )
 ii i i ij i j i j ij i j i j (4.12)
 i 1 i 1 j 2 ( i j) i 1 j 2 ( i j)
* Tổn thất công suất phản kháng trong lưới điện là:
 n 1 n 2 n 1 n 2 n 1
 2 2 (4.13)
 Q D ii ( P i Q i ) 2 D ij ( P i P j Q i Q j ) 2 F ij ( P i P j Q i Q j )
 i 1 i 1 j 2 ( i j) i 1 j 2 ( i j)
 2
Với:
 r rij rij
 B ii ; B cos ; C sin
 ii 2 ij ij ij ij
 U i U i U j U i U j
 (4.14)
 x x ij x ij
 D ii ; D cos ; F sin
 ii 2 ij ij ij ij
 U i U i U j U i U j
 3
Trong trường hợp góc ij nhỏ (lưới điện tập trung, khoảng
cách không lớn), có thể coi cos ij = 1, sin ij = 0.
Do đó: Bij = Bji, Dij = Dji và:
 r x
 ij ij (4.15)
 B ij ; C ij 0 ; D ij ; F ij 0
 U iU j U iU j
 n 1 n 1
 (4.16)
 P B ij ( Pi P j Q i Q j )
 i 1 j 1
 n 1 n 1
 Q D ij ( Pi P j Q i Q j ) (4.17)
 i 1 j 1
 4
 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 = 9,81QH (kW) (4.18)
Trong đó
 Q: lưu lượng nước (m3/s)
 H: chiều cao cột nước (m)
 : hiệu suất, thông thường vào khoảng 70 – 90%
 Nếu Q (m3/h) thì P = 2,725.10-6QH (MW) (4.19)
 5
- Hiệu suất thủy điện phụ thuộc công suất phát, hiệu suất
cao nhất khi thủy điện phát từ 85% - 90% công suất định
mức.
- Các tuabin thủy điện có thể làm việc với cột nước từ
65% - 125% cột nước định mức.
- Đặc điểm quan trọng của thủy điện là bị hạn chế về
năng lượng sơ cấp, đó là nước.
 6
Đặc tính tiêu hao nước:
 (4.20)
 Q = f(P ) (m3/h)
Trong đó 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 theo công suất P, ta được suất tăng tiêu hao 
nước của thủy điện:
 Q
 (4.21)
 P
 7
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.
 8
Có thể thể hiện đặc tính tiêu hao nước của thủy điện
bằng hàm bậc 2 như sau:
 2
 Q = P + P + (4.22)
Trong đó
Các hệ số , và phụ thuộc vào tình trạng hồ chứa ở
đầu giờ tính công suất.
 9
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 ?
 10
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.
 11
* Hàm mục tiêu của bài toán là:
Min C = C1 + C2 + ... + Ct + ... + C24 (4.23)
Trong đó
Ct: chi phí nhiên liệu của các nhà máy nhiệt điện trong giờ t
 12
 Ct = Cat + Cbt + ... (4.24)
Trong đó
 a, b, . . .: chỉ số của các tổ máy nhiệt điện có Nnđ tổ
 máy nhiệt điện
 13
Ràng buộc: 
Có 2 điều kiện ràng buộc:
 - Cân bằng công suất từng giờ trong hệ thống
 - Cân bằng nước cho từng thủy điện
 14
* Cân bằng công suất cho giờ t:
Wt = Pat + Pbt + . . . + P t + P t + . . . – Pptt – Pt = 0 (4.25)
Trong đó
 , : chỉ số của thủy điện có Ntđ thủy điện
 15
* Cân bằng nước cho từng thủy điện:
 24
 (4.26)
 W Q t Q 0
 t 1
 24
 W Q t Q 0 (4.27)
 t 1
 Q t, Q t . . . : lượng nước sử dụng để phát điện trong giờ t
 Q , Q . . .: lượng nước được phát trong ngày-đêm của 
 thủy điện , , . . .
 16
* Điều kiện phân bố tối ưu công suất:
Hàm Lagrange của bài toán:
MinL = C = C1 + C2 + . . . + Ct + . . . + C24 + 
 - 1W1 - 2W2 - . . . + (4.28)
 + W + W + . . . 
 17
Điều kiện tối ưu là:
 L P1
 a 1 1 1 0
 Pa 1 Pa 1
  (4.29)
 L P24
 a 24 24 1 0
 Pa 24 Pa 24
 18
Điều kiện tối ưu là:
 L P1
 1 1 1 0
 P 1 P 1
  (4.30)
 L P24
 24 24 1 0
 P 24 P 24
 19
Với mỗi nhà máy nhiệt điện có 24 phương trình dạng (4.29) và với 
mỗi thủy điện có 24 phương trình dạng (4.30). 
Từ (4.29), suy ra 1, 2, ... như sau:
 a 1 b 1
 1 ........
 P P
 1 1 1 1
 Pa 1 Pb 1
 (4.31)
 a 2 b 2
 2 ........
 P P
 1 2 1 2
 Pa 2 Pb 2
 20
Từ (4.30), suy ra 1, 2, ... như sau:
 1 1
 1 ........
 P1 P
 1 1 1
 P
 1 P 1
 (4.32)
 2 2
 2 ........
 P2 P
 1 1 2
 P
 2 P 2
 21
Từ (4.31) và (4.32), suy ra điều kiện tối ưu chung cho mỗi giờ
như sau:
 a 1 b1
 1 ...
 P P
 1 1 1 1
 Pa 1 Pb1
 1
 1 ...
 P1 P
 1 1 1
 P
 1 P 1
 (4.33)
 a 2 b 2
 2 ...
 P P
 1 2 1 2
 Pa 2 Pb 2
 2
 2 ...
 P2 P
 1 1 2
 P
 2 P 2
 22
Điều kiện (4.33) bao gồm 24(N - 1) phương trình
Trong đó:
N = Nnđ + Ntđ: tổng số các tổ máy (hay nhà máy) trong hệ
thống điện
Ngoài ra, còn 24N phương trình cân bằng công suất và Ntđ
phương trình cân bằng nước của thủy điện.
 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 định , , ...
Trong đó
 t: suất tăng chi phí của hệ thống
 24
Các hệ số không xác định , , ... có ý nghĩa như sau:
Trong (4.33) nếu không xét đến biến thiên của P theo công
suất phát của các tổ máy và giả thiết rằng chỉ có một nhiệt điện a
và một thủy điện .
Ta có: điều kiện phân bố công suất tối ưu cho mỗi giờ vận hành:
 a = (4.34)
 25
Từ đây, suy ra:
 a T a / Pa T a T (4.35)
 Q / P Q Q
 Vì Pa = P để đảm bảo cân bằng công suất 
 26