Bài giảng 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)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
24. Tổn thất công suất trong lưới điện
* Tổn thất công suất tác dụng trong lưới điện là:
(4.12)
(4.13)
2n
1i
1n
)ji(2j
jijiij
1n
1i
2n
1i
1n
)ji(2j
jijiij
2
i
2
iii
)QQPP(C2)QQPP(B2)QP(BP
2n
1i
1n
)ji(2j
jijiij
1n
1i
2n
1i
1n
)ji(2j
jijiij
2
i
2
iii
)QQPP(F2)QQPP(D2)QP(DQ
* Tổn thất công suất phản kháng trong lưới điện là:
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3Với:
(4.14)
ij
ji
ij
ijij
ji
ij
ij
i
ii
ii
UU
r
C
UU
r
B
U
r
B sin;cos;
2
ij
ji
ij
ijij
ji
ij
ij
i
ii
ii
UU
x
F
UU
x
D
U
x
D sin;cos;
2
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
4Trong 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:
(4.15)
(4.16)
(4.17)
0;;0;
ij
ji
ij
ijij
ji
ij
ij
F
UU
x
DC
UU
r
B
1
1
1
1
)(
n
i
n
j
jijiij
QQPPBP
1
1
1
1
)(
n
i
n
j
jijiij
QQPPDQ
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
55. 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)
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)
(4.18)
(4.19)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
6- 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.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
7Đặc tính tiêu hao nước:
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:
(4.20)
(4.21)
P
Q
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
8Trong 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.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
9Có thể thể hiện đặc tính tiêu hao nước của thủy điện
bằng hàm bậc 2 như sau:
Q = P2 + P +
Trong đó
Các hệ số , và phụ thuộc vào tình trạng hồ chứa ở
đầu giờ tính công suất.
(4.22)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
10
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 ?
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
11
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.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
12
* 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
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
13
Ct = Cat + Cbt + ... (4.24)
Trong đó
a, b, . . .: chỉ số của các tổ máy nhiệt điện có Nnđ tổ
máy nhiệt điện
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
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
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
15
(4.25)
* Cân bằng công suất cho giờ t:
Wt = Pat + Pbt + . . . + P t + P t + . . . – Pptt – Pt = 0
Trong đó
, : chỉ số của thủy điện có Ntđ thủy điện
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
16
* Cân bằng nước cho từng thủy điện:
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 , , . . .
(4.26)
(4.27)
0
24
1t
t
QQW
0
24
1t
t
QQW
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
17
* Điều kiện phân bố tối ưu công suất:
Hàm Lagrange của bài toán:
MinL = C = C1 + C2 + . . . + Ct + . . . + C24 + 
- 1W1 - 2W2 - . . . +
+ W + W + . . . 
(4.28)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
18
Điều kiện tối ưu là:
(4.29)
01
1
1
11
1 a
a
a
P
P
P
L
01
24
24
2424
24 a
a
a
P
P
P
L
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
19
Điều kiện tối ưu là:
(4.30)
01
1
1
11
1
P
P
P
L
01
24
24
2424
24
P
P
P
L
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
20
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:
(4.31)
........
11
1
1
1
1
1
1
1
b
b
a
a
P
P
P
P
........
11
2
2
2
2
2
2
2
b
b
a
a
P
P
P
P
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
21
Từ (4.30), suy ra 1, 2, ... như sau:
(4.32)
........
11
1
1
1
1
1
1
1
P
P
P
P
........
11
2
2
2
2
2
2
2
P
P
P
P
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
22
Từ (4.31) và (4.32), suy ra điều kiện tối ưu chung cho mỗi giờ
như sau:
(4.33)
...
11
...
11
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
P
P
P
P
P
P
P
P
b
b
a
a
...
11
...
11
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
P
P
P
P
P
P
P
P
b
b
a
a
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
23
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.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
24
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
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
25
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)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
26
Từ đây, suy ra:
(4.35)
Vì Pa = P để đảm bảo cân bằng công suất 
Q
T
Q
T
PQ
PT
aaaa
/
/
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt