- 22 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƯU 23 2.1 Mô hình bài toán. - 23 2.2 Bài toán DC power flow. - 25 2.2.3 Công thức sử dụng cho bài toán tối ưu. - 26 2.3 Mô hình hóa bài toán tối ưu. - 27 2.3.1 Các biến của bài toán tối ưu. - 27 2.3.3 Các ràng buộc của bài toán. - 71 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 4 MỞ ĐẦU 1. - Tuy nhiên, một bài toán quan trọng trong việc xây dựng phương thức vận hành tối ưu cho hệ thống là huy động một cách tối ưu nhất các nguồn điện trong hệ thống, đảm bảo giảm thiểu chi phí phát điện, đồng thời thỏa mãn các ràng buộc kỹ thuật. - Khi đó bài toán tối ưu hóa là rất cần thiết nhằm mục đích đạt được hiệu quả cao trong vận hành, vấn đề phân bố công suất phát của mỗi nhà máy nhằm cực tiểu hóa hàm chi phí nhiên liệu của toàn bộ hệ thống được đặt ra. - Bài toán này được gọi là bài toán tối ưu hóa huy động công suất. - Bài toán tối ưu Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 5 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. - Một trong những đặc điểm của HTĐ hợp nhất liên quan đến bài toán huy động tối ưu các tổ máy này là tính đa dạng về chủng loại nguồn. - Tuy nhiên, với HTĐ hợp nhất bài toán sẽ rất phức tạp. - Đó là vì lời giải tối ưu chỉ có ý nghĩa khi bài toán được mô tả phù hợp với các điều kiện thực tế hệ thống, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 6 xét đến đầy đủ các điều kiện giới hạn để cho phép có thể vận hành theo lời giải tối ưu. - Nói khác đi, cần giải bài toán vận hành tối ưu HTĐ Việt Nam theo mô hình khá tổng quát. - Về phương diện tính toán, việc giải bài toán vận hành tối ưu HTĐ vốn rất phức tạp, liên quan đến việc phải tìm lời giải của bài toán quy hoạch phi tuyến (QHPT). - Bài toán vận hành tối ưu HTĐ hợp nhất được đặt ra ngay từ khi ĐDSCA 500 kV được đưa vào vận hành. - Hàm mục tiêu của bài toán là giảm thiểu chi phí nhiên liệu cho toàn hệ thống. - Mô hình bài toán tổng quát có dạng quy hoạch phi tuyến, không có các phương pháp giải chung. - Đã có rất nhiều các nghiên cứu từ trước đến nay nhằm giải quyết bài toán tối ưu hóa huy động các tổ máy. - Ở quy mô hệ thống điện nhỏ, phương pháp tiếp cận sử dụng quy hoạch động có thể giúp giải được bài toán này. - Rất nhiều các nghiên cứu đã được tiến hành theo hướng sử dụng công cụ quy hoạch tuyến tính có biến nguyên để giải bài toán tối ưu hóa huy động công suất tổ máy. - Một vấn đề chính cần giải quyết khi áp dụng mô hình QHTT vào bài toán huy động tối ưu các tổ máy là đặc tính phi tuyến của hàm chi phí nhiên liệu. - Một số các tác giả khác sử dụng việc Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 8 tính lặp, giải bài toán tối ưu huy động tổ máy ở dạng MILP nhiều lần, cho đến khi độ chính xác của việc xấp xỉ hàm mục tiêu được thỏa mãn tại lời giải tối ưu. - Luận văn này được tiến hành, xuất phát từ nhận xét rằng các hàm chi phí của máy phát trong các bài toán tối ưu huy động tổ máy thường có dạng bậc 2. - Vì vậy, bài toán này có thể được phát biểu thành một bài toán quy hoạch toàn phương có biến nguyên. - Các công cụ giải bài toán tối ưu hiện nay đều cho phép giải được mô hình bài toán này, với tốc độ tính toán tương đối cao. - Với cách mô tả bài toán huy động công suất tổ máy ở dạng quy hoạch toàn phương có biến nguyên (MIQP), số lượng biến của bài toán được giảm đi đáng kể. - Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp đề xuất nằm ở phương pháp giải bài toán MIQP. - Chương 1: Giới thiệu tổng quan về tối ưu hóa huy động công suất - Chương 2: Xây dựng chương trình tính toán giải bài toán tối ưu - Chương 3: Thu thập số liệu, tính toán ứng dụng cho HTĐ Việt Nam. - Kết luận chung Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 9 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TỐI ƯU HÓA HUY ĐỘNG CÔNG SUẤT 1.1 CÁC BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU Bài toán tối ưu thường được người ta phân theo khung thời gian khảo sát như sau. - Lời giải của bài toán này giải quyết vấn đề điều tiết các nhà máy thuỷ điện, lịch sửa chữa các tổ máy, kế hoạch huy động các tổ máy. - Với thời gian khảo sát từ một vài giờ đến một vài ngày thì bài toán đặt ra là phân bố tối ưu công suất ngắn hạn, được gọi là phương thức vận hành ngắn hạn. - Bài toán này thường được gắn với hệ thống SCADA/EMS nhằm phân bố tối ưu công suất tác dụng giữa các tổ máy đang làm việc. - Mô hình bài toán có thể được mô tả tổng quát như sau: 1.2.1 Hàm mục tiêu Cực tiểu hoá chi phí sản xuất điện năng. - Dễ nhận thấy mô hình tổng quát của bài toán vận hành tối ưu HTĐ có dạng bài toán quy hoạch phi tuyến (QHPT) phức tạp. - Hình 1-2: Đặc tính tiêu hao nhiệt của tổ máy GT21 Phú Mỹ [1] Ràng buộc cơ bản nhất trong bài toán tối ưu hóa huy động công suất tổ máy là phương trình cân bằng công suất. - Với cách mô tả này, bài toán sẽ có kích cỡ rất lớn. - Tuy nhiên, trong khuôn khổ bài toán tối ưu hóa huy động công suất, có thể sử dụng nhiều cách đơn giản hóa để làm giảm độ phức tạp của bài toán. - Chính ràng buộc này đã dẫn đến bài toán tối ưu hoá theo phạm vi thời gian. - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 13 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƯU VÀ ỨNG DỤNG TRONG BÀI TOÁN HUY ĐỘNG CÔNG SUẤT TỔ MÁY 1.3.1 Mô hình bài toán quy hoạch phi tuyến Bài toán quy hoạch phi tuyến tổng quát có thể được biểu diễn như sau. - Trường hợp đơn giản nhất, khi tất cả các hàm trong hàm mục tiêu và các ràng buộc đều là tuyến tính ta có bài toán quy hoạch tuyến tính (QHTT). - Đối với bài toán tối ưu hóa huy động công suất, cần phải tìm được lời giải một cách hiệu quả và tin cậy. - 1.3.2 Phương pháp qui hoạch tuyến tính Bài toán quy hoạch tuyến tính tổng quát được mô tả như sau: Hàm mục tiêu: Z = y1x1+ y2x2. - ynxn min (max) (1-6) Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 14 Ràng buộc. - Bài toán QHTT tổng quát trên được xét ở các dạng riêng sau đây. - Khi tập x Rn+ (tập các số thực), ta có bài toán QHTT thông thường. - Có thể nói bài toán quy hoạch tuyến tính đã được giải quyết trọn vẹn cả về lý thuyết lẫn phương pháp giải. - Tuy nhiên, khi áp dụng vào bài toán vận hành HTĐ thì các đặc tính tiêu hao, tổn thất v.v. - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 16 Để xác định giá trị là cực đại hay cực tiểu phải khảo sát giá trị đạo hàm bậc hai của L(x) hoặc F(x). - Nội dung chủ yếu của phương pháp được trình bày như sau: Giả thiết có bài toán: Hàm mục tiêu:F(x. - Các bài toán con được giải độc lập. - Mỗi bài toán con xác định việc tham gia của một tổ máy. - Các bài toán được liên kết bởi nhân tử Lagrange Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 18 đã được cộng vào bài toán chính để mang lại bài toán kép. - Nhân tử Lagrange được tính toán ở mức bài toán chính. - Khi tính toán, nhân tử Lagrange được chuyển đến bài toán con. - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 19 1.3.5 Phương pháp tìm lời giải xấp xỉ của QHPT Từ khá sớm các công trình về lý thuyết toán tối ưu hoá đã đề xuất phương pháp giải xấp xỉ bài toán QHPT. - Như vậy về lý thuyết phương pháp cho phép tìm lời giải của bài toán QHPT tuy xấp xỉ nhưng tối ưu toàn cục và sai số có thể khống chế được. - Nguyễn Đức Cường [1] nhằm giải quyết bài toán tối ưu hóa huy động công suất tổ máy. - Nhược điểm của phương pháp này là số biến của bài toán bị tăng lên khá nhiều. - Sau mỗi lời giải của bài toán QHTT với biến nguyên thực hỗn hợp, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 21 hàm tuyến tính hóa sẽ được cập nhật lại với giá trị mới của x. - Quá trình giải tiếp tục cho đến khi bài toán hội tụ. - 1.3.6 Quy hoạch toàn phương có biến nguyên (MIQP) Có thể thấy rằng đối với bài toán tối ưu hóa công suất tổ máy dựa trên hàm mục tiêu giảm chi phí nhiên liệu, hàm mục tiêu của bài toán là tổ hợp các chi phí nhiên liệu của các tổ máy theo công suất phát – là các hàm số bậc 2. - Do vậy, bài toán tối ưu hóa huy động công suất các tổ máy hoàn toàn có thể phát biểu được ở dạng bài toán quy hoạch toàn phương có biến nguyên (MIQP – Mixed Integer Quadratic Programming). - Mô tả cơ bản của bài toán MIQP như sau: Hàm mục tiêu. - Tuy nhiên, việc mô tả bài toán ở dạng MIQP cho phép làm giảm đáng kể số biến, đơn giản hóa việc lập trình bài toán tối ưu. - Hiện nay, các công cụ phần Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 22 mềm tối ưu hóa đều hỗ trợ các thuật toán rất hiệu quả để giải bài toán MILP cũng như MIQP. - Những dạng riêng như QHTT, quy hoạch lồi, quy hoạch toàn phương, QHPT khi áp dụng cho bài toán phân bố tối ưu công suất trong HTĐ đều có những hạn chế nhất định. - Thách thức cơ bản của mô tả bài toán tối ưu hóa huy động công suất tổ máy nằm ở hàm mục tiêu phi tuyến (chi phí nhiên liệu), và việc sử dụng các biến nguyên để mô tả tình trạng vận hành của tổ máy. - Do đặc tính chi phí nhiên liệu của các tổ máy có dạng hàm số bậc 2, luận văn đề xuất nghiên cứu cách tiếp cận mô tả bài toán tối ưu hóa huy động công suất tổ máy dưới dạng bài toán quy hoạch toàn phương, với các biến nguyên. - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 23 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƯU Như đã trình bày trong chương 2, với hàm chi phí nhiên liệu là bậc 2, có thể sử dụng công cụ quy hoạch toàn phương có biến nguyên để giải bài toán tối ưu hóa huy động công suất ngày. - Chương này sẽ trình bày chi tiết hơn mô hình bài toán tối ưu hóa huy động công suất ngày được sử dụng trong luận văn. - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 24 Hình 2 - 1: Sơ đồ mô tả hệ thống điện liên kết 3 nút Trong mỗi một khu vực, sẽ có các tổ máy được xét trong bài toán huy động công suất. - 2.2 Bài toán DC power flow 2.2.1 Giới thiệu Trong hệ thống điện xoay chiều, để tính toán chế độ xác lập (điện áp các nút, trào lưu công suất trên lưới điện) có thể dùng 1 trong 2 phương pháp: ACPF hoặc DCPF. - Tuy nhiên trong phạm vi bài toán tối ưu của luận văn, chúng ta sẽ sử dụng mô hình DCPF để thành lập các ràng buộc liên quan đến công suất nhánh. - Trong luận văn này chúng được biến đổi thành các công thức phù hợp với bài toán tối ưu. - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 27 Trong đó. - Mặc dù có thể viết mô hình DC power flow ở nhiều dạng khác nhau, cách biểu diễn như công thức (2.10) cho phép dễ dàng sử dụng số liệu trong bài toán tối ưu hóa. - Khi mô tả bài toán tối ưu dưới dạng quy hoạch toàn phương, hàm mục tiêu cần được viết theo dạng của phương trình ma trận (1-24). - 2.3.3 Các ràng buộc của bài toán 1. - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 30 2.3.4 Vấn đề phân chia khu vực tính toán trong mô hình Trong mô hình bài toán nêu trên (hệ thống điện có n khu vực, với n < số nút tổng cộng), trong mỗi khu vực coi như không xuất hiện giới hạn truyền tải. - 2.3.5 Sơ đồ thuật toán Sơ đồ khối mô tả thuật toán giải bài toán phân bố tối ưu công suất trong vận hành tối ưu ngày đêm hệ thống thuỷ nhiệt điện như trên hình 2-1. - Mô tả dữ liệu của bài toán phân bố tối ưu công suất các nhà máy thuỷ điện Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 31 và nhiệt điện trong hệ thống điện theo dạng bài toán quy hoạch phi tuyến ở dạng toàn phương có biến nguyên được mô tả trong chương 3: Hình 2-1: Sơ đồ thuật toán Khối 2: Giải bài toán quy hoạch toàn phương có biến nguyên bằng 1 chương trình chuẩn. - Đọc và xử lý số liệu Giải bài toán quy hoạch toàn phương Xử lý kết quả tính toán Tạo báo cáo Thể hiện kết quả trên màn hình, xuất file kết quả Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 32 CHƯƠNG 3: THU THẬP SỐ LIỆU, TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM. - thành lập các ma trận liên quan đến ràng buộc của bài toán tối ưu. - Sau khi các ma trận của ràng buộc đã được thành lập, bài toán tối ưu sẽ được giải, sử dụng công cụ CPLEX được gọi thông qua MATLAB. - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 68 KẾT LUẬN CHUNG - Luận văn đã nghiên cứu bài toán huy động công suất ngày tối ưu cho các nhà máy điện trong hệ thống, với hàm mục tiêu giảm thiểu chi phí nhiên liệu. - Mô hình tối ưu trong luận văn cũng xét đến đầy đủ các ràng buộc của bài toán huy động công suất như: ràng buộc về dự phòng nóng, tốc độ tăng giảm công suất, giới hạn trao đổi công suất trên các đường dây. - Mô hình tối ưu hóa của bài toán huy động công suất tổ máy được lập với hàm mục tiêu là giảm thiểu chi phí nhiên liệu. - Trong bối cảnh thị trường điện cạnh tranh, hàm mục tiêu chính cho các bài toán huy động công suất tổ máy là tối thiểu hóa chi phí mua điện từ các nhà máy (dựa trên giá chào). - Mặc dù vậy, bài toán tối ưu hóa huy động công suất tổ máy vẫn còn nhiều ứng dụng trong bối cảnh thị trường phi điều tiết. - Luận văn đã đề xuất sử dụng mô hình bài toán QHPT với quy hoạch toàn phương có biến nguyên. - Với các công cụ tính toán mạnh hiện nay như MATLAB/Cplex, bài toán tối ưu hóa huy động công suất ngày với 111 tổ máy đã được giải với thời gian tương đối nhanh. - Mô hình bài toán tối ưu hóa được sử dụng trong luận văn có thể được mở rộng để tính toán huy động công suất tối ưu dựa trên giá chào của thị trường điện. - Hiện nay, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 69 các tổ máy điện thường được chào giá theo từng giải công suất khác nhau, vì vậy, kích thước bài toán khi áp dụng cho thị trường điện sẽ tăng cao hơn. - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 71 PHỤ LỤC - CHƯƠNG TRÌNH MATLAB. - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 72 genbus = gen(:,1. - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 73. - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật – Chuyên ngành Kỹ thuật điện (Hệ thống điện) CA120078 Page 74 % Rang buoc 3: u*Pgmin
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt