Bài giảng Kinh tế vận hành hệ thống: Chương 9 - Phương thức vận hành tối ưu trong hệ thống điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:44

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Kinh tế vận hành hệ thống: Chương 9 - Phương thức vận hành tối ưu trong hệ thống điện" được biên soạn với các nội dung chính sau: Phân phối tối ưu vận hành tức thời hệ thống gồm các nhà máy nhiệt điện; Phân phối tối ưu vận hành trong hệ thống có nhà máy thủy điện và nhà máy nhiệt điện; Lập kế hoạch chế độ làm việc các nhà máy trong hệ thống;... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kinh tế vận hành hệ thống: Chương 9 - Phương thức vận hành tối ưu trong hệ thống điện

CHƯƠNG 9. PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ▪ Đặt vấn đề: Tối ưu hóa quy hoạch phát triển (nguồn và lưới) Tối ưu hóa vận hành ▪ Tối ưu hoá trong vận hành giải quyết vấn đề phân phối phụ tải cho các nhà máy nhằm đáp ứng yêu cầu phụ tải và với chí tối thiểu cho hệ thống ▪ Tối ưu hoá trong vận hành: Khi nào nhà máy điện vận hành hay ngừng? Nhà máy nên vận hành trong bao nhiêu lâu? Nhà máy nên mang tải là bao nhiêu? ▪ Kế hoạch vận hành chia thành 3 loại: Kế hoạch vận hành trung hạn - thường là một năm (Mid Term Scheduling) Kế hoạch vận hành ngày, tuần (Unit Commitment of Plant) Kế hoạch điều độ tức thời (Short Term Economic Dispatch) ▪ Chế độ vận hành của các nhà máy trong hệ thống: Xác định công suất cho các nhà máy và vị trí làm việc của các nhà máy trên đồ thị phụ tải hệ thống
9.1. Phân phối tối ưu vận hành tức thời hệ thống gồm các nhà máy nhiệt điện 9.1.1. Phân phối tối ưu công suất tác dụng 9.1.1.1. Phương pháp xếp hạng (Merit order) ▪ Yêu cầu: - Biết tổng phụ tải của hệ thống - Biết chi phí vận hành của nhà máy ▪ Các nhà máy được sắp xếp theo trật tự chi phí vận hành tăng dần ▪ Phương pháp đơn giản, dễ thực hiện ▪ Bỏ qua tổn thất truyền tải, phân phối và phải giả thiết chi phí vận hành hệ thống không đổi
9.1.1.2. Phương pháp suất tăng chi phí (Incremental Cost) ▪ Suất tăng chi phí là chi phí tăng thêm khi sản xuất tăng thêm 1 đơn vị điện năng ở một mức công suất nhất định. ▪ Sắp xếp các nhà máy theo trật tự tăng dần của suất tăng chi phí ▪ Bài toán: Một hệ thống gồm (n) nhà máy nhiệt điện. Phụ tải của mỗi nhà máy là (Pi). Chi phí sản xuất tương ứng với phụ tải của từng nhà máy là Fi(Pi). Tổng nhu cầu tức thời của hệ thống là (D). Hãy phân phối tối ưu phụ tải cho các nhà máy trong hệ thống. Bỏ qua các tổn thất truyền tải và phân phối trong hệ thống.
Giải: n TPC =  Fi ( Pi ) → min ▪ Tổng chi phí sản xuất của hệ thống: i =1 n ▪ Ràng buộc:  Pi = D Pi = 0 hoặc Pimin  Pi  Pimax i =1 ▪ Sử dụng phương pháp Lagrăng: n  n  L =  Fi (Pi ) +  D -  Pi  → Min i =0  i =1  ▪ Hàm Lagrăng đạt cực trị khi và chỉ khi thỏa mãn điều kiện:  L  Fi ( Pi )  Fi (Pi )  P = 0  −λ =0  =  i  Pi  Pi  L = 0  D −  Pi = 0   Pi = D     F1 (P1 ) F2 (P2 ) F (P ) = = ....... = n n =  ▪ Điều kiện đạt cực trị: P1 P2 Pn ▪ Giải trực tiếp hoặc thử dần
▪ Giải bằng phương pháp thử dần: ▪ Chọn một giá trị λ bất kỳ thay vào hệ phương trình, giải tìm Pi ▪ Tính thử ∑Pi nếu ∑Pi < D tăng giá trị λ lên và ngược lại ▪ Thử lại cho đến khi ∑Pi = D, vòng lặp dừng Unit A Unit B Unit A+B P (Mw) PA PB
Unit A Unit B Unit C Unit D Unit C
Ví dụ: Cho hệ thống gồm 2 nhà máy có hàm chi phí: 1 2 1 F1 ( P1 ) = P1 + 3,89 P1 + 0,406 F2 ( P2 ) = P22 + 3,51P2 + 0,444 2 2 Nếu phụ tải của hệ thống yêu cầu là 2,6 MW, phụ tải phân cho mỗi nhà máy là bao nhiêu để đảm bảo đáp ứng nhu cầu phụ tải và với chi phí cực tiểu? Bỏ qua các tổn thất. Giải: Hàm chi phí của hệ thống được biểu diễn: TPC = F1(P1) + F2(P2) → min Ràng buộc: P1 + P2 = D Hàm Lagrăng được xây dựng L = F1(P1) + F2(P2) + D-P1-P2 →min
Điều kiện đạt tối ưu khi và chỉ khi:  L F1 F1  P = −λ =0 =λ P1 P1  1  L F2 F2  = −λ =0 =λ  P2 P2 P2  L  λ = 0  P1 + P2 = D   P1 + 3,89 =  (1)  P1 − P2 = −0,38  P1 = 1,11     P2 + 3,51 =  (2)  P1 + P2 = 2,6  P2 = 1,49  P + P = 2,6 (3)  1 2 Khi Pi < Pimin Pi = Pimin P∑ = P - Pimin Pi > Pimax Pi = Pimax P∑ = P - Pimax
Ví dụ: Sử dụng số liệu của ví dụ trên nhưng ràng buộc phạm vi làm việc của các nhà máy P1 ≥ 0.3 và P2 ≤ 2.4 và yêu cầu giải bằng phương pháp thử. Giải: P1  0,3 P2  2,4  P1 + 3,89 =  (1)   P2 + 3,51 =  (2)  P + P = 2,6 (3)  1 2 P1 = −1.89 Chän λ = 2  kh « ng tho¶ m· n P1 + P2 < 0 D  P2 = 2.49 P2  2.4 → P2 = 2.4 Giảm  = 5 P1 = 1.11  P1* = 1,11 P1 + P2 = 2.6 = D   * P2 = 1.49  P2 = 1,49
9.1.1.3. Phân phối tối ưu công suất tác dụng có xét đến tổn thất mạng Hàm chí phí của hệ thống được biểu diễn: n TPC =  Fi (Pi ) → min i =1 Ràng buộc: n n  P − P = D  i =1 i D -  Pi + P = 0 1 P = f(P1, P2,...,Pn) Tổng tổn thất trên mạng P = f(P, Q, U, R, cosφ) cosφ: Góc lệch pha véc tơ điện áp các nút Hàm Lagrăng được xây dựng có dạng:   n L =  Fi (Pi ) +   D −  Pi + P → min i =1
Điều kiện đạt tối ưu khi và chỉ khi: L Fi ( Pi )  P  = +   − 1 = 0 i = 1, n Pi Pi  Pi  L = D −  Pi + P = 0    P − P = D i Fi ( Pi ) Fi ( Pi )  P  Pi =  1 −    = i = 1, n (1) Pi  Pi  P 1− Pi P 1− Hệ số phạt của nhà máy (i) Pi P Suất tăng tổn thất mạng của nhà máy (i) Pi
Bài toán có tổn thất không đổi: Hàm mục tiêu khi tổn thất không đổi: n TPC =  Fi (Pi ) → min i =1 n Ràng buộc:  i =1 Pi − P = D   Pi − P − D = 0 D + P −  Pi = 0 Với ∆P = const Hàm Lagrăng được xây dựng: n  n  L =  Fi ( Pi ) + λ  D −  Pi + P  → min 1  1  L Fi ( Pi ) = - = 0 Pi Pi  L Fi ( Pi )  Fi ( Pi )  P = P − λ = 0  =λ  i i   P  L = D −  Pi + P = 0 i  Pi − P = D  λ 
9.1.2. Phân phối tối ưu công suất phản kháng ▪ Phát ra công suất phản kháng không liên quan đến chi phí ▪ Phân phối tối ưu công suất phản kháng ảnh hưởng đến tổn thất công suất tác dụng, do đó giảm chi phí hệ thống Bài toán: Giả thiết công suất tác dụng đã biết và không đổi. Cần phân phối công suất phản kháng sao cho tổn thất công suất tác dụng trong hệ thống là thấp nhất. Hàm mục tiêu: F = P (Q1 , Q2 ,...Qn ) → min n n Ràng buộc : Q 1 i − Q = Q  hay Q  −  Q i + Q = 0 1 Q = Q (Q1 , Q2 ,..., Qn )
▪ Sử dụng phương pháp Lagrăng, giải tìm Q1, Q2,...,Qn  n  L = P (Q1 , Q2 ,..., Qn ) + Q Q −  Qi + Q  → min  1  P , Q = const  L P  Q   =  + λQ  −1 +  = 0 i = 1, n  Qi Qi  Qi    L n  = Q −  Qi + Q = 0  Q 1  P  Q  P  + λQ  − 1 = 0 Qi Q =  Q i  Q i  Q n 1−  Q i − Q = Q  Qi 1 
9.1.3. Phân phối tối ưu đồng thời công suất tác dụng và công suất phản kháng ▪ Hàm mục tiêu: F = F (P,Q) → min ▪ Ràng buộc về công suất: n  Pi − P = P 1 n  Q i − Q = Q  1 P , Q  : Const  P = f (P, Q ) ; Q = g(P, Q ) ▪ Sử dụng Lagrăng để tìm cực trị:  n   n  L = F (P, Q ) + 1  P −  Pi + P  + 2 Q −  Qi + Q  → min  1   1 
Điều kiện đạt cực trị:  L F  P   Q   = + λ 1 − 1 +  + λ2   = 0 i = 1, n  Pi Pi  Pi   Pi   L F  P   Q   = + λ1   + λ 2 − 1 + =0 i = 1, n  Q i Q i  Q i   Pi   L n  = P −  Pi + P = 0  λ 1 1  L n  = Q  −  Q i + Q = 0  λ 2 1    Giải hệ tìm (P1,P2,.....Pn) và (Q1, Q2,.......Qn)
Trường hợp tổng quát: n  Pi − P = P 1 n  Qi − Q = Q 1  P , Q = f ( P, Q )  P = f (P, Q ) ; Q = g(P, Q )  L F  P P   Q Q   = + λ 1 − 1 +  + λ 2 + =0  Pi Pi  Pi Pi   Pi Pi   L F  Px P   Q Q   = + λ 1 +  + λ 2 − 1 + =0  Qi Qi  Qi Qi   Qi Qi   n  P −  Pi + P = 0  1  n Q −  Qi + Q = 0  1   Giải hệ tìm (P1, P2,......Pn) và (Q1, Q2.....Qn) và (1,2)
9.2. Phân phối tối ưu vận hành trong hệ thống có nhà máy thủy điện và nhà máy nhiệt điện ▪ Vận hành nhà máy thủy điện ảnh hưởng đến vận hành nhà máy nhiệt điện và chi phí hệ thống. ▪ Hoạt động của nhà máy thuỷ điện chịu ảnh hưởng ràng buộc lượng nước cung cấp tại những thời điểm khác nhau. ▪ Chi phí cho vận hành của hệ thống sẽ cực tiểu hoá khi sử dụng tối đa được nguồn thuỷ điện. ▪ Chú ý phạm vi giới hạn công suất cho phép làm việc của các tổ máy trong hệ thống. ▪ Bài toán: Xét 1 hệ thống điện gồm (n) nhà máy nhiệt điện và (m) nhà máy thuỷ điện. Hãy phân phối tối ưu công suất cho hệ thống và đảm bảo yêu cầu phụ tải. Bỏ qua các tổn thất trong truyền tải và phân phối.
Ký hiệu: Dt : Nhu cầu phụ tải trong từng giai đoạn (t) Pit : Đầu ra công suất của nhà máy nhiệt điện (i) ở giai đoạn (t) Wjt: Lượng nước qua nhà máy thuỷ điện (j) ở giai đoạn (t) Hj(Wjt): Công suất từ nhà máy thuỷ điện (j) trong giai đoạn (t) Fit(Pit): Chi phí sản xuất điện từ nhà máy (i) trong giai đoạn (t) Kj : Tổng lượng nước có thể cho phép qua nhà máy thủy điện (j) trong thời kỳ được xem xét T : Thời kỳ được xem xét (1 ngày) và được chia thành các giai đoạn nhỏ (t) t : Các giai đoạn được xem xét trong thời kỳ đã cho (giờ trong ngày)
Hàm mục tiêu T n  Fit (Pit ) → min t =1 i =1 Các ràng buộc của bài toán: n m Tổng công suất:  Pit +  H jt (Wjt ) = Dt t = 1, T i =1 j =1 Tổng lượng nước tiêu hao cho nhà máy thuỷ điện T W t =1 jt = K j j = 1, m → W jt =  K j t j j Hàm Lagrăng sử dụng giải bài toán cực trị:   m   L =  Fit (Pit ) +  t  Dt −  Pit −  H jt (Wjt ) +   j  K j −  Wjt  T n n m T t =1 i =1 t  i =1 j =1  j  t =1 