Ứng dụng thuật toán gen điều độ công suất tác dụng và công suất phản kháng trong hệ thống điện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1019.36 KB, 76 trang )
Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------
TRẦN KHÁNH HƯNG
ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN GEN ĐIỀU ĐỘ
CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
Chuyên ngành: Thiết Bị – Mạng Và Nhà Máy Điện
Mã số ngành: 60.52.50
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 naêm 2005
CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TIẾN SĨ QUYỀN HUY ÁNH
Cán bộ chấm nhận xét 1: …………………………………………………………………………………………………………….
Cán bộ chấm nhận xét 2: …………………………………………………………………………………………………………….
Luận văn được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày…….tháng……năm……….
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
Tp. HCM, ngày ….. tháng …. năm 200…
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Trần Khánh Hưng
Phái: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 14 – 3 – 1974
Nơi sinh: Sóc Trăng
Chuyên ngành: Thiết Bị – Mạng Và Nhà Máy Điện
MSHV: 01803456
TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng thuật toán gen điều độ công suất tác dụng và công
suất phản kháng trong hệ thống điện
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: …………………………………………………………………………………………………
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: …………………………………………………………………………….
V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TIẾN SĨ QUYỀN HUY ÁNH
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM NGÀNH
BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
Tiến Só Quyền Huy Ánh
Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Ngày…… tháng…… năm……..
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
KHOA QUẢN LÝ NGAØNH
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho tôi gởi lời chân thành cảm ơn đến tất cả thầy cô Trường
Đại Học Bách Khoa TP. HCM đã tận tâm giảng dạy và chỉ bảo cho tôi trong
suốt thời gian học tập.
Tạc dạ, khắc ghi công ơn của thầy Tiến Só Quyền Huy Ánh đã tận lực, tận
tâm hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Cám ơn tất cả thầy cô và anh chị nhân viên phòng quản lý sau đại học đã
tạo điều kiện thiện lợi cho tôi trong quá trình học tập.
Cám ơn tất cả bạn bè, bạn đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ tôi trong
khoảng thời gian qua.
Sau cùng, bằng tất cả tấm lòng cho tôi gởi lời biết ơn sâu sắc nhất đến cha
mẹ tôi và gia đình đã thương yêu, giúp đỡ vô bờ bến, không ngừng động viên,
khích lệ và luôn ở bên tôi trong những giai đoạn khó khăn nhất.
TP. HCM, Tháng 6 năm 2005
Trần Khánh Höng
TÓM TẮT
Vận hành tối ưu và qui hoạch hệ thống điện là một trong những nhiệm vụ
chính yếu trong sản xuất điện năng. Trong suốt thời gian vận hành thì hệ thống
điện hầu như vận hành trong điều kiện bình thường. Tuy nhiên thao tác vận hành
cần phải thực hiện nhanh chóng khi hệ thống điện vi phạm các ràng buộc vận
hành, đặc biệt là trong và sau các nhiễu loạn lớn. Do đó, cần phải phát triển một
công cụ tính toán hổ trợ nhân viên vận hành quyết định nhanh chóng các thông
số điều khiển nhằm nâng cao mức độ an ninh và kinh tế của hệ thống điện trong
các điều kiện vận hành khắc nghiệt. Đề tài này trình bày việc ứng dụng thuật
toán gen để điều độ kinh tế công suất các tổ máy phát trong hệ thống điện.
Mục tiêu của bài toán điều độ kinh tế tổ máy phát là xác định công suất
phát của từng tổ máy đáp ứng nhu cầu phụ tải của hệ thống với chi phí phát điện
là thấp nhất, đồng thời phải thỏa mãn các ràng buộc của mạng điện và các tổ
máy phát.
Bài toán điều độ kinh tế giả sử các tổ máy phát đều được đấu vào hệ
thống. Tuy nhiên, trong một số trường hợp chỉ cần vận hành một số tổ máy trong
hệ thống là kinh tế nhất. Nhu cầu phụ tải của hệ thống điện là rất cao vào thời
điểm ban ngày và tối, nhưng rất thấp vào thời điểm đêm khuya và sáng sớm.
Phụ tải hệ thống có chu kỳ theo tuần, thường thì phụ tải vào các ngày cuối tuần
thấp hơn các ngày thường. Do đó, nếu dự báo tốt nhu cầu phụ tải và xây dựng
kế hoạch vận hành các tổ máy thì các công ty điện lực và các nhà máy phát điện
có thể tiết kiệm được rất nhiều chi phí.
Bài toán điều độ kinh tế tổ máy phát có một chiều dài lịch sử, và được
giải quyết bằng nhiều phương pháp tối ưu. Tuy nhiên, để giải bài toán điều độ
kinh tế tổ máy phát một cách hiệu quả thì hầu hết các thuật toán độ giả thiết các
đường cong chi phí tăng đơn điệu và liên tục. Thực tế thì đường cong chi phí của
các tổ máy là tăng không đơn điệu, thuật toán kinh điển thường bỏ qua hoặc san
bằng độ gia tăng đường cong chi phí là không liên tục hoặc tăng đơn điệu. Do
đó, kết quả tính toán điều độ là không chính xác do rơi vào tối ưu cục bộ. Để kết
quả tính toán điều độ được chính xác, thì các thuật toán không hạn chế về hình
dáng của các hàm chi phí nguyên liệu.
Để khắc phục nhược điểm của các thuật toán kinh điển thì thuật toán gen
là một công cụ hữu dụng để giải quyết bài toán điều độ kinh tế tổ máy phát, đặc
biệt khi bài toán là hàm lõm và thiếu các kiến thức hỗ trợ. Thuật toán gen tìm
kiếm tối ưu theo ba cách sau: Tìm giải pháp tối ưu trong một quần thể các cá
i
thể, sử dụng trực tiếp thông tin các độ thích nghi, sử dụng lý thuyết xác suất. Kết
quả tìm của thuật toán gen gần với điểm tối ưu toàn cục mà không rơi vào tối ưu
cục bộ.
Theo mục tiêu nghiên cứu đề tài mà luận văn được trình bày như sau:
Chương 1: Trình bày mục tiêu, đối tượng, giới hạn và phương pháp nghiên
cứu của đề tài.
Chương 2: Giới thiệu các thiết bị điều khiển tác động đến phân bố công suất
tác dụng và công suất phản kháng trong hệ thống điện. Trình bày
phương pháp phân tách bài toán tối ưu phân bố công suất thành hai
bài toán riêng lẻ là bài toán phân bố công suất tác dụng và bài
toán phân bố công suất phản kháng cũng như việc thành lập mô
hình toán học của hai bài toán này.
Chương 3: Trình bày tổng quan về các kỹ thuật tính toán. Trình bày các khái
niệm cơ bản, các toán tử và cơ chế hoạt động của thuật toán gen.
Giới thiệu một dạng biến thể của thuật toán gen là Micro gen
(µGA).
Chương 4: Trình bày phương pháp điều độ kinh tế tải kinh điển (phương pháp
Lambda) và ứng dụng thuật toán gen để giải bài toán điều độ công
suất tác dụng. Phương pháp mã hóa gen bài toán điều độ công suất
tác dụng trên cơ sở độ gia tăng chi phí phát điện và trên cơ sở tổ
máy phát. Kết quả tính toán được kiểm tra và so sánh với phương
pháp điều độ kinh tế tải kinh điển.
Chương 5: Trình bày ứng dụng thuật toán gen chuẩn và một dạng biến thể
của thuật toán gen là Micro gen (µGA) trong bài toán điều độ công
suất phản kháng.
Chương 6: Tóm tắt, kết luận và hướng phát triển của đề tài.
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT
MỤC LỤC
Chương 1: GIỚI THIỆU
1
I. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
1
1.1 Mục tiêu và giới hạn nghiên cứu
3
1.2 Đối tượng nghiên cứu
4
II. Bố cục của đề tài
6
Chương 2: THÀNH LẬP MÔ HÌNH TOÁN PHÂN BỐ
8
CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
I. Tổng quan
8
II. Các thiết bị điều khiển công suất tác dụng
8
và công suất phản kháng trong hệ thống điện
1. Máy phát đồng bộ
9
2. Máy bù đồng bộ
9
3. Bộ bù tónh bán dẫn (SVC)
10
4. Vị trí các đầu phân áp của máy biến áp
10
5. Các phần tử phản kháng mắc song song
11
6. Đóng ngắt đường dây truyền tải
13
III. Thành lập và phân tách bài toán phân bố công suất
13
3.1 Bài toán điều độ công suất tác dụng
14
3.2 Bài toán điều độ công suất phản kháng
14
IV. Bài toán điều độ kinh tế tải
14
4.1 Mô hình đặc tính nguyên liệu của tổ máy phát nhiệt điện
15
4.2 Thành lập mô hình bài toán điều độ kinh tế tải
17
V. Điều độ công suất phản kháng và điều khiển điện áp
Chương 3: KỸ THUẬT TÍNH TOÁN
18
20
I. Giới thiệu
20
II. Tổng quan về thuật toán gen trên cơ sở tối ưu hóa
20
2.1 Khởi tạo quần thể ban đầu
22
2.2 Đánh giá độ thích nghi
22
2.3 Chọn lọc và tái tạo
22
2.4 Lai tạo
23
i
2.5 Đột biến
25
2.6 Đột biến dần
25
2.7 Độ đảm bảo
25
2.8 Thỏa mãn các ràng buộc
25
2.9 Các tham số điều khiển
26
2.10 Tiêu chuẩn hội tụ
27
III. Thuật toán Micro gen (µGA)
28
Chương 4: ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN GEN ĐIỀU ĐỘ CÔNG SUẤT
30
TÁC DỤNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
I. Tổng quan
30
II. Bài toán điều độ kinh tế tải kinh điển
30
2.1 Phương pháp tiếp cận
32
III. Ứng dụng thuật toán gen điều độ công suất tác dụng
34
trong hệ thống điện
3.1 Phương pháp tiếp cận
35
3.2 Quá trình khởi tạo
35
3.3 Chiến lược mã hóa và giải mã
35
3.4 Mã hóa và giải mã gen trên cơ sở Lambda
36
3.5 Mã hóa và giải mã gen trên cơ sở công suất tổ máy phát
38
IV. Hàm đánh giá và xử lý các ràng buộc
39
V. Kết quả mô phỏng
45
A Phương pháp kinh điển
49
B Phương pháp mã hóa gen Lambda
50
C Phương pháp mã hóa gen công suất phát
51
D Kết luận
52
Chương 5: ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN GEN ĐIỀU ĐỘ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
I. Giới thiệu
54
II. Ứng dụng thuật toán gen trong điều độ công suất phản kháng
54
và điều khiển điện áp trong hệ thống điện
2.1 Thuật toán gen chuẩn
54
2.1.1 Quá trình khởi tạo
54
2.1.2 Mã hóa và giải mã các biến điều khiển
55
2.1.3 Đánh giá độ thích nghi và xử lý các ràng buộc
56
2.2 Thuật toán Micro gen (µGA)
III. Quá trình thực thi
59
60
ii
Chương 6: TÓM TẮT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
I. Tóm tắt
63
II. Hướng phát triển của đề tài
64
Phụ lục
Tài liệu tham khảo
iii
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
I MỤC TIÊU VÀ ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU
Điện năng là một ngành công nghiệp chính yếu được hình thành và góp
phần vào sự phát triển của nhân loại trong thế kỷ qua. Do đó, nhu cầu tiêu thụ
điện năng trên thế giới gia tăng hàng năm, cả về công suất nguồn và các ràng
buộc môi trường. Điều này, dẫn đến nhiều thách thức cho các nhà hoạch định và
nhân viên vận hành hệ thống điện. Các hệ thống điện hiện đại được đặc trưng
bằng các hệ thống điện liên thông lớn và ngày càng gia tăng phụ thuộc vào điều
khiển để khai thác tối ưu các nguồn điện. Đáp ứng độ tin cậy và kinh tế năng
lượng là yếu tố quyết định đến sự phát triển công nghiệp của quốc gia và sự gia
tăng tiêu chuẩn sống tất yếu của con người.
Trong quá trình vận hành, hệ thống điện trải qua sự thay đổi các mô hình
phụ tải khác nhau, thay đổi cấu trúc mạng điện, mất điện cưỡng bức các phần tử
chính của hệ thống điện như đường dây, máy biến áp và máy phát điện, … Sự
vận hành của hệ thống điện được khống chế bởi một phương trình vi phân và hai
phương trình đại số phi tuyến bao gồm các ràng buộc đẳng thức ứng với điều
kiện cân bằng công suất giữa nguồn phát và nhu cầu phụ tải, và tập các ràng
buộc bất đẳng thức mô tả các giới hạn vật lý của các thiết bị (điện áp và dòng
điện không được vượt quá các giới hạn cực đại). Trên cơ sở đáp ứng hoặc vi
phạm các ràng buộc trên, hệ thống điện có thể ở một trong năm trạng thái được
mô tả trong hình 1.1. Các trạng thái này được T. E. DyLiacco đề xuất lần đầu
tiên vào năm 1966. Các trạng thái này được tóm lược như sau:
1. Trạng thái an ninh (trạng thái bình thường): Trong trạng thái này, cả hai
ràng buộc đẳng thức và bất đẳng thức đều được thỏa mãn. Các nguồn
phát cung cấp đầy đủ công suất cho nhu cầu phụ tải và không có bất kỳ
một thiết bị nào bị quá tải. Tuy nhiên, phần dự trữ của hệ thống phải đủ
khả năng dự phòng cho các cấp độ an ninh tương ứng, đặc biệt là các ứng
suất điện mà hệ thống phải gánh chịu.
2. Trạng thái cảnh báo: Trong trạng thái này, mức độ an ninh dưới một vài
ngưỡng thích hợp. Hệ thống có khuynh hướng vi phạm một số ràng buộc
bất đẳng thức và phụ thuộc vào các nhiễu loạn. Các ràng buộc an ninh
không được thỏa mãn, do đó cần phải có các biện pháp ngăn ngừa cần
thiết để chuyển từ trạng thái cảnh báo về trạng thái an ninh.
1
3. Trạng thái khẩn cấp: Do các nhiễu loạn lớn, hệ thống có thể chuyển từ
trạng thái an ninh đến trạng thái khẩn cấp. Các ràng buộc bất đẳng thức bị
vi phạm. Tuy nhiên, hệ thống có thể không bị ảnh hưởng khi các tác động
điều khiển đạt được kết quả tại thời điểm khởi tạo trạng thái khẩn cấp
nhằm phục hồi hệ thống trở về trạng thái cảnh báo hoặc cưỡng bức trở về
trạng thái an ninh. Các biện pháp điều khiển không hiệu quả hoặc bị trì
hoãn trong quá trình khởi tạo có thể dẫn đến hàng loạt các thiết bị bảo vệ
tác động, nếu nhiễu loạn ban đầu hoặc tiếp theo vượt quá ứng suất điện
của hệ thống thì hệ thống sẽ sụp đổ hoàn toàn và chuyển đến trạng thái
cực kỳ khắc nhiệt.
4. Trạng thái cực kỳ khắc nghiệt: Cả hai ràng buộc đẳng thức và bất đẳng
thức đều bị vi phạm. Phụ thuộc vào tính khốc nghiệt của sự cố, các tác
động điều khiển như sa thải phụ tải phải được khởi tạo để ngăn ngừa hệ
thống bị tan rã hoàn toàn.
5. Trạng thái phục hồi: Là trạng thái chuyển tiếp khi các tác động điều
khiển sự cố thỏa mãn các ràng buộc bất đẳng thức, cũng như các ràng
buộc đẳng thức. Sau khi hệ thống bị tan rã cần có một khoảng thời gian
phục hồi hệ thống về trạng thái bình thường. Phục hồi hệ thống là một
vấn đề phức tạp bao gồm việc đánh giá lại trạng thái hệ thống sau khi bị
mất nguồn, cô lập các phần tử bị sự cố, tái đồng bộ có hệ thống các tổ
máy phát đang làm việc độc lập và tháo bỏ sự cố của mạng điện nhằm
thỏa mãn mục tiêu chính là tái cung cấp nguồn cho khách hàng với các dự
trữ thích hợp. Từ trạng thái này, hệ thống có thể chuyển đến trạng thái
cảnh báo hoặc trạng thái an ninh phụ thuộc vào các tình huống. Chỉ cần
vài phút để chuyển từ trạng thái an ninh sang trạng thái phục hồi. Tuy
nhiên để phục hồi hệ thống trở về trạng thái an ninh có thể kéo dài hàng
giờ thuận chí hàng ngày.
Áp lực chính sau trạng thái phục hồi, đặc biệt là sau các nhiễu loạn lớn,
do mất thông tin liên lạc hoặc thông tin xấu do các kênh dữ liệu bị nhiễu loạn và
các nhân viên vận hành thiếu kinh nghiệm là thời gian để tái cung cấp nguồn
cho các khách hàng bị mất điện. Do khả năng tự phục hồi mang tính khả thi hơn
là tính tối ưu, kéo theo là sự mất cân bằng lớn về điện áp, sự phát điện không
kinh tế, tổn thất công suất trong hệ thống điện có thể được loại trừ khi mục tiêu
chính là tái cung cấp nguồn cho khách hàng được thực hiện thành công.
2
Hình 1.1 Các trạng thái làm việc của hệ thống điện
1.1 Mục tiêu và giới hạn nghiên cứu
Ứng dụng các kỹ thuật tối ưu hóa trong quy hoạch và vận hành hệ thống
điện là một lãnh vực đã được nghiên cứu trong những năm gần đây. Tối ưu phân
bố công suất là thuật ngữ chung dùng để mô tả khái quát các chương trình tìm
kiếm lời giải tối ưu của hàm mục tiêu đặc biệt trong khi phải thỏa mãn các ràng
buộc về vật lý và các tình huống vận hành của hệ thống điện.
Mục đích của việc thành lập bài toán điều độ công suất kinh điển là cực
tiểu chi phí phát điện và thỏa mãn các ràng buộc về cân bằng công suất tác
dụng và phản kháng nút. Trong hơn thập kỷ qua, bài toán điều độ công suất
thường được giải bằng các phương pháp tối ưu hóa như phương pháp quy hoạch
phi tuyến, phương pháp quy hoạch toàn phương, phương pháp Newton trên cơ sở
giải pháp của các điều kiện tối ưu, phương pháp quy hoạch tuyến tính, phương
pháp quy hoạch nguyên, các phương pháp điểm trong. Các phương pháp được đề
cập bên trên đã được xuất bản nhiều dưới dạng các bài báo và sách giáo khoa.
Trong thập kỷ gần đây, có rất nhiều kỹ thuật tìm kiếm ngẫu nhiên mới được sử
dụng để giải bài toán điều độ công suất và được áp dụng trong hệ thống điện
như thuật toán mô phỏng luyện thép, thuật toán tìm kiếm Tabu, thuật toán leo
đồi, mạng neural nhân tạo và hệ chuyên gia.
Trong các hướng đã nghiên cứu, chưa có phương pháp tối ưu nào kết hợp
với thuật toán gen để giải bài toán điều độ công suất trong hệ thống điện. Do đó,
nội dung nghiên cứu chính của đề tài đề cập đến vấn đề phục hồi trạng thái vận
hành an ninh của hệ thống điện từ các trạng thái vận hành không bình thường và
3
được giới hạn trong phạm vi bài toán điều độ kinh tế công suất trong hệ thống
điện.
1.2 Đối tượng nghiên cứu
Trong trạng thái khẩn cấp, các vấn đề vận hành liên quan đến quá tải
nhánh hoặc điện áp nằm ngoài các giá trị giới hạn đều có thể giải quyết bằng
cách sử dụng chương trình phân bố công suất nhằm đưa ra một kế hoạch chính
xác để nhân viên vận hành hệ thống điều chỉnh các thiết bị điều khiển với mục
đích giảm bớt các vi phạm dòng công suất nhánh cũng như các vi phạm về điện
áp. Để thực hiện điều này, mục tiêu an ninh được ưu tiên hơn so với mục tiêu
kinh tế. Điều này rất quan trọng trong quản lý thiết bị, tiết kiệm công suất phát
và vận hành an toàn hệ thống điện theo quan điểm sụp đổ điện áp. Đối tượng
nghiên cứu của đề tài là:
1. Phân tách bài toán điều độ tối ưu công suất thành hai bài toán thành phần
là bài toán điều độ tối ưu công suất tác dụng và phản kháng trong hệ
thống điện.
2. Ứng dụng thuật toán gen trong bài toán điều độ công suất tác dụng để
phân bố tối ưu công suất tác dụng và nâng cao tính kinh tế chi phí phát
điện trong hệ thống điện.
3. Nghiên cứu thuật toán gen trong bài toán điều độ công suất phản kháng
để cực tiểu tổn thất công suất tác dụng truyền tải trong hệ thống điện.
A Phân tách bài toán phân bố công suất thành hai bài toán thành phần
Lợi dụng mối liên hệ yếu về vật lý trong các mạng truyền tải giữa các
dòng công suất tác dụng và các biên độ điện áp cũng như các dòng công suất
phản kháng và các góc pha điện áp mà bài toán điều độ công suất nguyên mẫu
được phân tách thành hai bài toán riêng lẻ là bài toán điều độ công suất tác
dụng và phân bố công suất phản kháng.
Bài toán điều độ công suất tác dụng được sử dụng để xác định giá trị các
biến điều khiển công suất tác dụng nhằm cực tiểu chi phí phát điện và
thỏa mãn các ràng buộc về công suất tác dụng. Trong quá trình tối ưu
này, các biến điều khiển công suất phản kháng được xem như hằng số,
ngoại trừ một số thanh cái máy phát điều khiển điện áp được loại bỏ vì
nguồn công suất phản kháng không ảnh hưởng đến bài toán này.
Bài toán điều độ công suất phản kháng được sử dụng để xác định giá trị
các biến điều khiển công suất phản kháng như điện áp đầu cực máy phát,
vị trí đầu phân áp máy biến áp và đóng ngắt các cuộn kháng hoặc tụ ñieän
4
nhằm cực tiểu tổn thất truyền tải và thay đổi các biến điều khiển công
suất phản kháng đến các giá trị thích hợp để thỏa mãn các ràng buộc công
suất phản kháng. Trong quá trình tối ưu này, các biến điều khiển công
suất tác dụng được xem như hằng số.
Ưu điểm của việc phân tách bài toán điều độ tối ưu công suất thành hai
bài toán thành phần là:
Khả năng duy trì triết lý điều khiển (Như vận hành thuận lợi trong thị
trường điện mở tự do với các mục tiêu tối ưu riêng biệt của các công ty
phát điện hoặc công ty truyền tải). Điều này rất hữu dụng để nhanh chóng
tìm được các đáp ứng đơn giản cho các tình trạng khẩn cấp, có thể dễ
dàng điều độ các máy phát khi khả năng điều khiển tự động của máy phát
bị vô hiệu hóa.
Có thể sử dụng các phương pháp tối ưu khác nhau để giải bài toán điều độ
công suất tác dụng và công suất phản kháng.
Cải thiện hiệu suất tính toán, thời gian tính toán cũng như không gian bộ
nhớ đặc biệt đối với các hệ thống điện lớn.
Do các biến điều khiển của bài toán riêng lẻ khác nhau được xem như
hằng số, do đó chu kỳ tối ưu của từng bài toán là khác nhau. Trong trạng
thái bình thường, các biến điều khiển công suất tác dụng được cập nhật
thường xuyên để thỏa mãn các yêu cầu kinh tế, trong khi các biến điều
khiển công suất phản kháng ít được cập nhật thường xuyên.
Phản hồi lại quá trình tác động của con người, điều này làm tăng thêm
tính rõ ràng và thuận lợi việc giám sát điều khiển.
B Sử dụng thuật toán gen trong điều độ công suất trong hệ thống điện
Bài toán điều độ công suất tác dụng và công suất phản kháng được giải
bằng phương pháp tối ưu thích nghi ngẫu nhiên trên cơ sở thuật toán gen. Ưu
điểm của phương pháp này là thỏa mãn các mục tiêu kinh tế nhưng không loại
bỏ mục tiêu an ninh mạng do hàm thực thi là hàm đa mục tiêu.
Thuật toán gen là thuật toán tìm kiếm dựa trên các cơ chế di truyền và
chọn lọc tự nhiên. Thuật toán gen được sử dụng rộng rãi do hai vấn đề cơ bản
sau:
Dễ dàng mã hóa tính toán và cung cấp một cơ chế tìm kiếm hữu hiệu.
Thuật toán gen có các chiến lược rất vững chắc, do đó được sử dụng nhiều
trong các bài toán tối ưu hoùa.
5
Chiến lược vững chắc là một trong những nét nổi bật của thuật toán gen
so với các phương pháp tối ưu khác, do thuật toán gen có một số điểm khác biệt
cơ bản sau:
Thuật toán gen tìm kiếm lời giải từ quần thể các ứng cử viên mà không
xử lý một giải pháp duy nhất. Do đó tránh được tối ưu cục bộ.
Thuật toán gen sử dụng các quy luật biến đổi xác suất ngẫu nhiên và
không xác định được các quy luật này.
Thuật toán gen chỉ khai thác duy nhất các giá trị thích nghi từ lời giải các
ứng cử viên để hướng chúng đến tối ưu toàn cục và không phụ thuộc vào
bất kỳ thông tin thêm vào.
Thuật toán gen làm việc với các tham số mã hóa của bài toán và không
phải tham số của bản thân chúng.
II BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI
Theo mục tiêu, đối tượng và giới hạn nghiên cứu của đề tài mà bố cục
của luận văn được chia thành sáu chương như sau:
Chương 1: Trình bày mục tiêu, đối tượng, giới hạn và phương pháp nghiên
cứu của đề tài.
Chương 2: Giới thiệu các thiết bị điều khiển tác động đến phân bố công suất
tác dụng và công suất phản kháng trong hệ thống điện. Trình bày
phương pháp phân tách bài toán tối ưu phân bố công suất thành hai
bài toán riêng lẻ là bài toán phân bố công suất tác dụng và bài
toán phân bố công suất phản kháng cũng như việc thành lập mô
hình toán học của hai bài toán này.
Chương 3: Trình bày tổng quan về các kỹ thuật tính toán. Trình bày các khái
niệm cơ bản, các toán tử và cơ chế hoạt động của thuật toán gen.
Giới thiệu một dạng biến thể của thuật toán gen là Micro gen
(µGA).
Chương 4: Trình bày phương pháp điều độ kinh tế tải kinh điển (phương pháp
Lambda) và ứng dụng thuật toán gen để giải bài toán điều độ công
suất tác dụng. Phương pháp mã hóa gen bài toán điều độ công suất
tác dụng trên cơ sở độ gia tăng chi phí phát điện và trên cơ sở tổ
máy phát. Kết quả tính toán được kiểm tra và so sánh với phương
pháp điều độ kinh tế tải kinh điển.
6
Chương 5: Trình bày ứng dụng thuật toán gen chuẩn và một dạng biến thể
của thuật toán gen là Micro gen (µGA) trong bài toán điều độ công
suất phản kháng.
Chương 6: Tóm tắt, kết luận và hướng phát triển của đề tài.
Tài liệu tham khảo.
7
CHƯƠNG 2
THÀNH LẬP MÔ HÌNH TOÁN
PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TÁC DỤNG
VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
I TỔNG QUAN
Theo lý thuyết và thực tế vận hành hệ thống điện thì dòng công suất tác
dụng phân bố trong mạng điện phụ thuộc nhiều vào góc điện áp nút, trong khi
dòng công suất phản kháng phân bố trong mạng điện tương ứng phụ thuộc vào
biên độ điện áp nút. Theo triết lý này và nhằm nâng cao hiệu suất tính toán thì
bài toán phân bố công suất tối ưu nguyên mẫu được tách thành hai bài toán tối
ưu riêng lẽ là bài toán phân phối tối ưu công suất tác dụng và bài toán phân phối
tối ưu công suất phản kháng, phản ánh phương thức điều khiển dòng công suất
tác dụng và phản kháng của nhân viên vận hành. Chương này, trình bày tổng
quan về các thiết bị điều khiển dòng công suất tác dụng và phản kháng, đặc tính
nguyên liệu đầu vào của nhà máy nhiệt điện khi quan tâm đến chi phí sản xuất
điện và phương pháp thành lập mô hình toán học của hai bài toán phân bố công
suất thành phần.
II CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ PHẢN
KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
Các thiết bị điều khiển hệ thống nhằm tái phân bố dòng công suất tác
dụng trong mạng điện thường ít được sử dụng hơn so với các thiết bị điều khiển
phân bố dòng công suất phản kháng. Các thiết bị trong hệ thống có thể được
điều khiển từ xa do các nhân viên điều độ nhằm tác động trực tiếp đến dòng
công suất tác dụng để giải quyết các sự cố quá tải nhánh là:
Công suất tác dụng của máy phát bơm vào hệ thống.
Cài đặt máy tăng thế (các máy biến áp dịch pha).
Bơm trữ nước.
Sa thải phụ tải.
Giao dịch trao đổi công suất giữa các công ty điện có quan hệ với nhau.
Một trong những phương án trên, phương án sa thải phụ tải để giảm nhu
cầu công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống là biện pháp không mong
8
muốn do cắt giảm các nhu cầu của khách hàng. Do đó, biện pháp này chỉ được
sử dụng trong điều kiện khẩn cấp nhằm giữ cân bằng công suất trong hệ thống
khi nhu cầu phụ tải vượt quá khả năng cung cấp của các máy phát. Biện pháp
này giúp tăng điện áp ở một số thanh cái hệ thống do giảm tổn thất điện áp trên
đường dây truyền tải nối vào các thanh cái đó.
Biện pháp bơm dự trữ nước không được sử dụng như một tiêu chuẩn điều
khiển, nhưng được sử dụng nhiều trong điều khiển định kỳ. Ví dụ, biện pháp này
được sử dụng để phân phối lại chu kỳ tải hàng ngày vì các nguyên nhân kinh tế
bằng cách bơm nước vào các hồ chứa nhân tạo trong các chu kỳ tải thấp, và sử
dụng thiết bị bơm này làm việc như máy phát thủy điện để phát điện trong chu
kỳ tải đỉnh. Nhược điểm của phương pháp này là các thiết bị sử dụng để bơm trữ
nước thường đắt hơn rất nhiều so với máy phát thủy điện thông thường và thường
đặt ở xa trung tâm phụ tải. Tuy nhiên, các nhân viên điều độ hệ thống điện chủ
yếu dựa vào việc dịch chuyển công suất tác dụng phát của máy phát điện để
thay đổi kiểu phân bố công suất và nhờ vào các máy biến áp dịch pha được đặt ở
một số điểm trong hệ thống điện.
Dòng công suất phản kháng được điều khiển bằng các thiết bị điều chỉnh
điện áp, chiến lược đặt các thiết bị này trong mạng điện do các nhà hoạch định
hệ thống điện đề ra nhằm mục đích phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng.
Các thiết bị bù được sử dụng với mục đích cải thiện hệ số công suất của hệ
thống, duy trì điện áp trong giá trị mong muốn và giảm tổn thất công suất tác
dụng. Dưới đây, trình bày một số thiết bị bù công suất phản kháng thường được
sử dụng.
1. Máy phát đồng bộ
Lượng công suất phản kháng phát ra của tổ máy phát được điều khiển dễ
dàng bằng cách hiệu chỉnh bộ kích từ. Đặc tính kích từ của máy phát được cố
định theo thiết kế máy. Tuy nhiên, trong mạng điện liên thông lớn công suất
phản kháng được truyền qua các đường dây truyền tải và máy biến áp đến các
trung tâm phụ tải, do đó tiết diện dây dẫn của mạng truyền tải, dung lượng máy
biến áp và máy phát điện là lớn hơn so với thực tế. Vì vậy, dòng công suất phản
kháng thường được điều khiển cục bộ theo quan điểm kinh tế để cung cấp dòng
công suất phản kháng và dạng điện áp như mong muốn.
2. Máy bù đồng bộ
Máy bù đồng bộ là máy điện đồng bộ làm việc không tải hoặc tải cơ khí.
Bằng cách điều khiển quá kích từ hoặc thấp kích từ trong phạm vi giới hạn theo
thiết kế thì máy bù đồng bộ có thể phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng.
9
Nếu máy bù đồng bộ được trang bị bộ điều chỉnh điện áp thì có thể tự động điều
chỉnh lượng công suất phản kháng phát để duy trì điện áp ở đầu cực là không
đổi. Máy bù đồng bộ tiêu thụ một lượng nhỏ công suất tác dụng từ hệ thống
điện. Máy bù đồng bộ rất hữu dụng trong điều khiển công suất phản kháng, điện
áp ở các đường dây truyền tải, các trạm biến áp trung gian, và thường được đấu
vào cuộn dây thứ ba của máy biến áp.
Do chi phí vận hành và chi phí đầu tư cao nên phần lớn máy bù đồng bộ
được thay thế bằng các bộ bù tónh (SVC). Máy bù đồng bộ thường được đặt tại
các trạm nghịch lưu HVDC. Chi phí đầu tư và chi phí vận hành máy bù đồng bộ
được bù đắp bằng các ưu điểm so với bộ bù tónh như: lượng công suất phản
kháng phát không bị ảnh hưởng bởi điện áp của hệ thống. Máy bù đồng bộ có
thể chịu được quá tải từ 10% đến 20% trong thời gian đến 30 phút, điều này
quyết định đến một số điều kiện khẩn cấp khi hệ thống chủ yếu cần công suất
phản kháng.
3. Bộ bù tónh bán dẫn (SVC)
Các bộ bù tónh (SVC) được mắc song song với đường dây để phát hoặc
tiêu thụ công suất phản kháng. Sự thay đổi công suất phản kháng của bộ SVC
được xem như các tham số điều khiển chắc chắn của hệ thống điện. Hệ thống bù
tónh là sự phối hợp giữa bộ SVC và cơ chế đóng ngắt các tụ điện hoặc cuộn
kháng. Bộ SVC được sử dụng ở trạm biến áp trung gian và hệ thống phân phối
để cân bằng ba pha của hệ thống khi cung cấp cho các phụ tải không cân bằng.
Ngoài ra, bộ SVC còn được đặt tại các thanh cái then chốt để điều chỉnh
sự thay đổi điện áp bất thường do phụ tải ngẫu nhiên gây nên và gần các tải
công nghiệp lớn biến thiên theo thời gian như lò luyện kim hồ quang sử dụng
trong công nghiệp sản xuất thép.
4. Vị trí các đầu phân áp của máy biến áp
Các máy biến áp có trang bị thiết bị thay đổi đầu phân áp có ý nghóa rất
quan trọng trong điều khiển điện áp xuyên suốt hệ thống điện ở tất cả các cấp
điện áp. Các máy biến áp được sử dụng để thay đổi điện áp từ một hệ thống phụ
này đến một hệ thống phụ khác thường được trang bị thiết bị thay đổi các đầu
phân áp trên tải, các đầu phân áp này được điều khiển bằng tay hoặc tự động.
Có nhiều máy biến áp nối liên thông hệ thống truyền tải nhiều cấp điện áp khác
nhau. Điều khiển các đầu phân áp của máy biến áp nhằm cung cấp dòng công
suất phản kháng giữa các hệ thống phụ với nhau. Tỷ số phân áp được sử dụng để
điều khiển dạng điện áp và cực tiểu tổn thất công suất tác dụng và phản kháng.
Thay đổi đầu phân áp máy biến áp sẽ thay đổi tỷ số biến áp điều này ảnh hưởng
10
đến tổng trở máy biến áp. Tổng trở máy biến áp hầu như mang tính cảm kháng,
việc tăng hoặc giảm đầu phân áp sẽ tác động quan trọng đến tổn thất công suất
phản kháng.
Điều khiển đơn lẽ một máy biến áp dẫn đến thay đổi điện áp trên đầu cực
cũng như ảnh hưởng đến dòng công suất phản kháng qua máy biến áp đó. Kết
quả là tăng điện áp tại một số thanh cái và giảm điện áp ở một số thanh cái, phụ
thuộc vào cấu trúc mạng điện và dòng công suất tải hoặc công suất phát. Do đó
cần phải phối hợp điều khiển các đầu phân áp của tất cả các máy biến áp liên
kết giữa các hệ thống phụ theo một trình tự để thay đổi cấp điện áp chung.
5. Các phần tử phản kháng mắc song song
Các phần tử phản kháng có thể là các tụ điện bù ngang hoặc các cuộn
kháng điện bù ngang. Các tụ bù ngang cung cấp công suất phản kháng và tăng
điện áp cục bộ. Sử dụng các tụ bù ngang trong hệ thống phân phối nhằm cải
thiện hệ số công suất mạng điện và điều khiển điện áp các phát tuyến. Mục đích
cải thiện hệ số công suất là cung cấp công suất phản kháng gần tải tiêu thụ thay
vì từ các nguồn phát ở xa. Cải thiện hệ số công suất được thực hiện bằng cách
đặt cố định và đóng ngắt các tụ điện ở các cấp điện áp khác nhau xuyên suốt
các hệ thống phân phối. Trong các hệ thống truyền tải, các tụ điện dùng để bù
tổn thất công suất phản kháng và giữ dạng điện áp thích hợp trong các điều kiện
nặng tải.
a. Tụ điện
Nhóm tụ điện có dung lượng thích hợp được đấu trực tiếp đến thanh cái
cao áp hoặc đấu thông qua cuộn dây thứ ba của máy biến áp, hình 2.1. Các tụ
điện này được đóng ngắt tự động nhờ các rờ le điện áp hoặc bằng tay. Việc đóng
ngắt các tụ điện có thể giảm thiểu tổng tổn thất của hệ thống, cải thiện được
dạng điện áp và giảm dung lượng công suất biểu kiến truyền tải trong hệ thống
điện.
Ưu điểm chính của tụ bù ngang là chi phí đầu tư, chi phí lắp đặt thấp và
vận hành linh hoạt.
Nhược điểm là lượng công suất phản kháng phát ra của tụ điện tỷ lệ bình
phương với điện áp. Công suất phản kháng phát của tụ điện giảm thấp khi điện
áp của hệ thống giảm, mà lúc này hệ thống đang cần một lượng lớn công suất
phản kháng.
11
Hình 2.1a Nhóm tụ điện đấu thông Hình 2.1b Nhóm tụ điện đấu trực tiếp
qua cuộn dây thứ ba của máy biến áp. với thanh cái cao áp.
b. Cuộn kháng
Hình 2.2a Kháng điện đấu trực tiếp với thanh cái cao áp
Hình 2.2b Kháng điện đấu với cuộn
dây thứ ba của máy biến áp
Hình 2.2c Kháng điện có điều chỉnh
Các cuộn kháng điện ngang được sử dụng nhằm bù ảnh hưởng của điện
dung nạp của đường dây đặc biệt trong các thời điểm nhẹ tải hoặc hở cuối đường
dây. Khi đường dây bị hở mạch cuối đường dây, dòng điện dung nạp của đường
dây chạy qua tổng trở nguồn của đường dây (phần lớn là cảm kháng) điều này
làm tăng cao điện áp cuối đường dây do ảnh hưởng của hiệu ứng “Ferranti”.
Cuộn kháng điện được đấu thông qua cuộn dây thứ ba của máy biến áp hoặc đấu
trực tiếp đến thanh cái cao áp, hình 2.2. Trong điều kiện nặng tải thì các cuộn
kháng được ngắt ra. Trong một số trường hợp, các cuộn kháng có trang bị các
thiết bị thay đổi đầu phân áp để thay đổi các giá trị điện kháng khác nhau. Các
12
cuộn điện kháng ngang có cấu trúc giống như máy biến áp ngoại trừ chỉ có một
cuộn dây một pha quấn và được ngâm trong dầu.
6. Đóng ngắt đường dây truyền tải
Đóng ngắt các đường dây dài siêu cao áp thì dòng dung nạp của đường
dây sẽ ảnh hưởng đáng kể đến dòng công suất phản kháng. Đường dây độc lập
có thể được ngắt ra trong thời gian nhẹ tải nhằm giảm ảnh hưởng của điện dung
đến vấn đề cải thiện điện áp. Tuy nhiên, trong thời gian tải đỉnh hoặc trung bình
việc điều khiển đường dây để cải thiện điện áp là phương pháp cuối cùng nhằm
tránh sa thải phụ tải, do giảm độ tin cậy của hệ thống điện.
Các thiết bị điều khiển được trình bày bên trên góp phần thỏa mãn vận
hành của hệ thống điện bằng cách giữ điện áp hệ thống, tần số và các biến hệ
thống khác trong các giới hạn chấp nhận được.
III THÀNH LẬP VÀ PHÂN TÁCH BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT
Mục đích của bài toán phân bố tối ưu công suất là xác định trạng thái
hành tối ưu của hệ thống điện bằng cách tối ưu hóa hàm mục tiêu đặc thù trong
khi phải thỏa mãn các ràng buộc vận hành và vật lý. Tổng quát, bài toán phân
bố tối ưu công suất được biểu diễn bằng bài toán tối ưu phi tuyến sau:
Cực tiểu hàm mục tiêu: F(xp, xq)
(2.1)
Thỏa mãn các ràng buộc đẳng thức và bất đẳng thức:
⎧PEC (x p , x Q ) = 0
⎪
⎪PIC (x p , x Q ) ≤ 0
⎨
⎪Q EC (x p , x Q ) = 0
⎪Q (x , x ) ≤ 0
⎩ IC p Q
(2.2)
Với
xp là vector các biến thực gồm vector công suất tác dụng bơm vào hệ
thống PG và vector góc điện áp δ.
xQ là vector các biến phản kháng gồm vector công suất phản kháng bơm
vào hệ thống QG và vector biên độ điện áp nút V , các bước thay đổi đầu phân
áp trên tải máy biến áp T và trạng thái đóng mở các phần tử bù ngang (tụ điện
và cuộn kháng).
PEC và PIC là các ràng buộc đẳng thức và bất đẳng thức công suất tác dụng
của mạng điện đối với công suất tác dụng bơm vào hệ thống PG và dòng công
suất trên các nhaùnh.
13
QEC và QIC là các ràng buộc đẳng thức và bất đẳng thức công suất phản
kháng mạng điện QG đối với công suất phản kháng bơm vào hệ thống, biên độ
điện áp nút V và bước thay đổi đầu phân áp máy biến áp T.
Do mối quan hệ không chặt giữa dòng công suất tác dụng và phản kháng,
bài toán tối ưu nguyên mẫu (2.1) được phân tách thành hai bài toán độc lập và
có thể áp dụng các kỹ thuật tối ưu khác nhau để giải.
3.1 Bài toán điều độ công suất tác dụng
Trong quá trình giải bài toán điều độ công suất tác dụng, các biến công
suất phản kháng XQ đóng vai trò không quan trọng và được xem như hằng số.
Hàm mục tiêu của bài toán điều độ công suất tác dụng là:
Cực tiểu hàm mục tiêu: FP (xP)
(2.3)
Thỏa mãn các ràng buộc đẳng thức và bất đẳng thức:
⎧PEC (x P ) = 0
⎨
⎩PIC (x P ) ≤ 0
(2.4)
3.2 Bài toán điều độ công suất phản kháng
Tương tự như bài toán điều độ công suất tác dụng, các biến công suất thực
xP được xem như hằng số trong quá trình giải bài toán điều độ công suất phản
kháng. Hàm mục tiêu của bài toán điều độ công suất phản kháng là:
Cực tiểu hàm mục tiêu: FQ (xQ)
(2.5)
Thỏa mãn các ràng buộc đẳng thức và bất đẳng thức:
⎧⎪Q EC (x Q ) = 0
⎨
⎪⎩Q IC (x Q ) ≤ 0
(2.6)
IV BÀI TOÁN ĐIỀU ĐỘ KINH TẾ TẢI
Các thành phần ảnh hưởng chủ yếu đến giá điện của khách hàng là chi
phí sản xuất (chi phí phát điện), chi phí truyền tải, chi phí phân phối, các chi phí
quản lý và lãi thu hồi vốn đầu tư. Trong trường hợp nhà máy nhiệt điện chiếm đa
số, phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới thì chi phí sản xuất tăng đáng kể đến
tổng chi phí tiêu thụ điện của khách hàng và đây là mối quan tâm chủ yếu của
các kỹ sư điện chịu trách nhiệm so sánh kinh tế. Do đó, luận văn này quan tâm
chủ yếu đến các hệ thống điện mà nhà máy nhiệt điện chiếm chủ yếu. Điều độ
kinh tế tải là xác định lượng công suất phát của từng tổ máy phát trong hệ thống
sao cho chi phí phát điện là thấp nhất và nhu cầu tải của khách hàng thỏa mãn
các ràng buộc của hệ thống. Các hệ số quan trọng đối với vận hành kinh tế tải là
14
hiệu suất vận hành các nhà máy điện, chi phí vận hành, chi phí nguyên liệu và
tổn thất truyền tải. Không nhất thiết hiệu suất máy phát cao là giảm chi phí sản
xuất, các máy phát thường xa tâm phụ tải hoặc trong các khu vực mà chi phí
nguyên liệu rất cao.
4.1 Mô hình đặc tính nguyên liệu của tổ máy phát nhiệt điện
4.1.1 Tổ máy nhiệt điện một van hơi
Các đặc tính kỹ thuật của tổ máy một van hơi được biểu diễn bằng mối
quan hệ giữa tổng công suất đầu vào và công suất phát của tổ máy. Tổng công
suất đầu vào là tổng nguyên liệu cung cấp cho tổ máy, tổng công suất đầu ra là
công suất tác dụng mà tổ máy có thể cung cấp cho hệ thống điện. Các công ty
phát điện thường sử dụng máy phát một van hơi có đường cong tỷ nhiệt như hình
2.3, tổng công suất đầu vào được biểu diễn trên trục hoành H (MBtu/h) là nhiệt
lượng yêu cầu. Công suất phát được biểu diễn trên trục tung PG (MW) là lượng
công suất tác dụng phát của tổ máy.
Hình 2.3 Đặc tính nguyên liệu của tổ máy phát nhiệt điện một van hơi
Đường cong tỷ nhiệt lý tưởng được biểu diễn gần đúng bằng đa thức
phẳng bậc hai sau:
Hi (Pi) = αi + βiPGi + γi PGi2 , PGimin ≤ PGi ≤ PGimax
Với
αi : Hằng số
βi : Hệ số chi phí tuyến tính
γi : Hệ số chi phí bậc hai
15
(2.7)
Giới hạn tải cực tiểu của tổ máy phát không nhất thiết phải là zero thường
do nguyên nhân ổn định đốt nóng nguyên liệu và các ràng buộc của máy phát
turbin hơi, hầu hết các tổ máy không thể vận hành ở dưới 30% công suất thiết
kế.
4.1.2 Tổ máy nhiệt điện nhiều van hơi
Các tổ máy nhiệt điện lớn thường có nhiều van hơi, các van này được mở
theo trình tự để gia tăng công suất phát của tổ máy. Khi van thứ nhất được mở,
tổn thất trong van tiết lưu tăng nhanh và tỷ nhiệt được gia tăng đột ngột. Đường
cong tỷ nhiệt của turbin tổ máy phát nhiệt điện bốn van hơi được trình bày trong
hình 2.4.
Hình 2.4 Đặc tính nguyên liệu của tổ máy phát nhiệt điện bốn van hơi
Đa thức xấp xỉ thuần túy không thể thỏa mãn điểm tác động của các van
này. Để kết hợp chặt chẽ điểm tác động của các van, đa thức xấp xỉ phân bố
dạng sin được thêm vào hàm biểu diễn đường cong tỷ nhiệt. Mô hình toán của tổ
máy nhiệt điện nhiều van hơi được mô tả như sau:
Hi (PGi) = αi + βiPGi + γi PGi2 + ξi sin ( ν i (PGi − PGimin ) ) , PGimin ≤ PGi ≤ PGimax (2.8)
Với ξi và νi là trọng số của các thành phần được thêm vào hàm chi phí nguyên
liệu bậc hai để mô hình điểm tải của van hơi.
Một đặc tính quan trọng của tổ máy hơi nước là đặc tính tỷ nhiệt của tổ
máy theo công suất phát. Đặc tính này cho biết lượng nhiệt vào trên một
kilowatt giờ công suất phát tính theo MW. Loại nguyên liệu và chi phí nguyên
liệu c'i được hiểu dưới dạng là CU/Mbtu. Đường cong công suất vào – ra có thể
được chuyển thành chi phí phát của tổ máy như sau:
16
