Luận Văn Tối ưu hóa điều độ phát điện

Đồ án tốt nghiệp năm 2013
Đề tài: Tối ưu hóa điều độ phát điện
Định dạng file word


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
GIỚI THIỆU CHUNG 7
Chương 1: Tối ưu hóa điều độ phát điện. 10
1.1 Mô hình bài toán điều độ phát điện. 10
1.2 Phương pháp hệ số Lagrange. 12
1.3 Áp dụng cho bài toán tối ưu hóa điều độ phát điện. 13
1.4 Phương pháp tính hệ số tổn thất 21
Chương 2: Chương trình tính tối ưu hóa điều độ phát điện. 30
2.1 Giới thiệu về chương trình Matlab. 30
2.2 Tổ chức chương trình. 31
2.3 Kiểm tra chương trình. 43
Chương 3: Ứng dụng chương trình. 48
3.1 Ứng dụng chương trình. 48
3.2 Kết luận chung. 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO 58
PHỤ LỤC 59


GIỚI THIỆU CHUNG

Hệ thống điện Việt Nam là một hệ thống điện (HTĐ) hợp nhất. Cùng với sự phát triển của kinh tế, xã hội dẫn đến sự phát triển không ngừng của phụ tải làm cho hệ thống điện vận hành trong tình trạng quá tải.
Nguồn điện trong hệ thống điện Việt Nam có rất nhiều loại: thủy điện, nhiệt điện than, nhiệt điện dầu, tuabin khí chu trình đơn và chu trình hỗn hợp, điện diesel, .với các đặc tính vận hành rất khác nhau nên các phương án phân bố công suất cho các nhà máy khác nhau dẫn đến chi phí cho các nhà máy cũng khác nhau đáng kể. Mặt khác các nguồn điện phân bố không đều:
- Miền Bắc chủ yếu là các nhà máy thủy điện và nhiệt điện than;
- Miền Nam: bao gồm các nhà máy nhiệt điện dầu, tuabin khí và tuabin khí hỗn hợp;
- Miền Trung: cho đến nay có ít nhà máy điện.
Lưới cung cấp điện còn tồn tại nhiều vấn đề bất cập: có quá nhiều cấp điện áp (110, 66, 35, 22, 15, 10, 6 kV), cũ nát, phi tiêu chuẩn (thiếu bù và các phương tiện điều chỉnh điện áp), tổn thất truyền tải cao, dung lượng bù công suất phản kháng rất thiếu, .
Do sự tăng lên về quy mô và sự phức tạp đó trong hệ thống điện nên vấn đề tối ưu trong quy hoạch và khai thác hệ thống trở nên thiết yếu. Đường dây liên kết với giả thiết có công suất truyền tải khác nhau ảnh hưởng rất nhiều đến chi phí vận hành của toàn hệ thống. Khi đó bài toán tối ưu hóa là rất cần thiết nhằm mục đích đạt được hiệu quả cao trong vận hành.
Các bài toán tối ưu là một công cụ hữu hiệu giúp chúng ta có những giải pháp đơn giản nhất để giải quyết một vấn đề dù đơn giản hay phức tạp. Bài toán tối ưu mà bản chất là bài toán giải tìm cực trị của một hàm dưới những ràng buộc nào đó nên có rất nhiều thuật toán giải. Ngày nay, với sự phát triển của khoa học và kĩ thuật, phạm vi ứng dụng của tối ưu hóa ngày càng được mở rộng, các bài toán tối ưu được giải quyết nhanh và chính xác hơn.
Ngành Hệ thống điện là một trong những lĩnh vực mà bài toán tối ưu hóa được ứng dụng rất nhiều như: tối ưu hóa chi phí nhiên liệu, tối ưu hóa tổn thất công suất tác dụng, tối ưu hóa tổn thất công suất phản kháng, tối ưu hóa công suất tác dụng của máy phát ở nút cân bằng, tối ưu hóa công suất phản kháng của máy phát ở nút cân bằng, .
Khoảng cách giữa các nhà máy điện đến phụ tải khác nhau nên tổn thất trong quá trình truyền tải là khác nhau và phụ thuộc vào công suất của các nhà máy. Hơn nữa chi phí nhiện liệu cho các nhà máy cũng khác nhau. Do đó vấn đề phân bố công suất tác dụng và công suất phản kháng phát của mỗi nhà máy nhằm cực tiểu hóa hàm chi phí nhiên liệu của toàn bộ hệ thống được đặt ra. Có nghĩa rằng, ta phải tính công suất tác dụng và công suất phản kháng nằm trong giới hạn cho trước mà vẫn đảm bảo nhu cầu phụ tải với chi phí nhiên liệu nhỏ nhất. Bài toán này được gọi là bài toán tối ưu hóa điều độ phát điện.
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này, chúng ta phân tích bài toán tối ưu hóa điều độ công suất tác dụng phát. Bài toán này phục vụ tính phân bố công suất cho các nhà máy sao cho tổng chi phí nhiên liệu của hệ thống đạt giá trị nhỏ nhất với điều kiện có tính đến tổn thất công suất tác dụng và giới hạn công suất tác dụng phát.
Đề tài tốt nghiệp gồm 3 chương như sau:
- Chương 1: Tối ưu hóa điều độ phát điện. Chương này giới thiệu bài toán tối ưu hóa điều độ phát điện trong ngành HTĐ. Mô hình toán học của bài toán được đưa ra sau đó bài toán được giải bằng phương pháp Lagrange. Một ví dụ với các số liệu cụ thể để có sự hình dung rõ hơn về vấn đề được giới thiệu. Phần cuối của chương giới thiệu phương pháp tính toán các hệ số tổn thất để phục vụ cho bài toán tối ưu hóa điều độ phát điện.
- Chương 2: Chương trình tính toán tối ưu hóa điều độ phát điện. Chương này gồm 2 phần: phần đầu chương giới thiệu về lập trình các thuật toán ở trên trong Matlab, phần thứ 2 đưa ra một hệ thống điện đơn giản để kiểm tra thuật toán và chương trình đã lập trình.
- Chương 3: Ứng dụng chương trình. Chương này sử dụng chương trình để tính toán cho trường hợp phức tạp hơn với bài toán quy mô lớn hơn. Và cuối cùng là một số những kết luận chung.


Tối ưu hóa điều độ phát điện

1.1 Mô hình bài toán điều độ phát điện

Hệ thống điện bao gồm nhiều nhà máy điện và các phụ tải được nối với nhau thông qua các đường dây truyền tải điện. Ở mỗi chế độ làm việc, các phụ tải sẽ yêu cầu cung cấp một lượng công suất nhất định. Việc phân chia lượng công suất này cho các nhà máy điện trong hệ thống để đạt được chi phí sản xuất nhỏ nhất là một bài toán lớn, vì:
- Mỗi nhà máy điện có một hàm chi phí nhiên liệu riêng và giới hạn công suất phát khác nhau .
- Tổn thất công suất từ các nhà máy đến các phụ tải cũng rất khác nhau do khoảng cách và công suất tiêu thụ của các phụ tải là khác nhau.
Trong phần này chúng ta sẽ xét mô hình toán học của bài toán tối ưu hóa điều độ phát điện khi tính đến tổn thất công suất tác dụng và giới hạn công suất phát.
Khi truyền tải một lượng công suất lớn mà khoảng cách truyền tải ngắn thì tổn thất truyền tải có thể được bỏ qua và việc tối ưu hóa công suất phát đạt được với tất cả các nhà máy được thể hiện ở phương trình chi phí sản xuất. Tuy nhiên, trong một lưới điện liên kết lớn nơi mà năng lượng điện được truyền tải trên một khoảng cách dài với khu vực mật độ tải thấp thì tổn thất truyền tải là một yếu tố quyết định và có ảnh hưởng đến việc tối ưu hóa điều độ phát điện của các nhà máy. Để giải quyết bài toán đặt ra ta coi tổng tổn thất truyền tải như một hàm bậc hai của các công suất phát của các máy phát điện. Dạng phương trình đơn giản nhất là:


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Power System Analysis – Hadi Saadat
2. Phân tích chế độ xác lập hệ thống điện – PGS.TS Phạm Văn Hòa – Nhà xuất bản Bách Khoa-Hà Nội
3. Lưới điện & Hệ thống điện (tập 1) – Trần Bách – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật
4. Matlab ứng dụng – Trần Quang Khánh – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật