Đặt vấn đề Phân bố công suất là một phần rất quan trọng trong viêc tính toán, xác định trạng thái và ổn định hệ thống điên. Hiện nay, có nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng để tính toán phân bố công suất nhƣng đáng chú ý nhất làphƣơng pháp: Newton Graphson, Gauss seidel. Hai phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sữ dụng nhất trong các trƣơng trình phần mềm phân bố công suất nhƣ Power world, Matlab, PSS-Adept. Phƣơng pháp Gauss seidel là một phƣơng pháp lặp giải phƣơng trình đại số phi tuyến với các bƣớc lặp và hệ số gia tốc.
Phƣơng pháp này dễ hiểu nên thƣờng đƣợc ứng dụng vào giảng dạy trong chƣơng trình đại học cho sinh viên chuyên ngành điện. Phƣơng pháp Newton Graphson về mặt toán học vƣợt trội hơn phƣơng pháp Gauss seidel về tốc độ hội tụ cũng nhƣ số lƣợng bƣớc lặp nhờ vào phƣơng pháp xấp xỉ liên tục sử dụng khai chuyển taylor. Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sử dụng mặc định trong các phần mềm có liên quan đế tính toán phân bố công suất. Tính toán phân bố công suất rất quan trọng trong quy hoạch và điều khiển hệ thống điện.
Tốc độ phân bố công suất cần nhanh thì việc điều khiển cần tốt vì vậy phƣơng pháp Newton đƣợc sử dụng mặc định trong các phần mềm hiện nay. Tuy nhiên, khi phân bố công suất trong lƣới điện phân phối với đặc điểm cấu trúc hình tia và nhiều nút thì phƣơng pháp Newton không còn phù hợp nữa. Luận văn này tậ trung vào giới thiệu thuật toán Backward/Forward và ứng dụng của nó trong phân bố công suất trên lƣới điện phân phối thay cho phƣơng pháp Newton với thời gian hội tụ nhanh hơn và độ chính xác tƣơng đƣơng.2 Các nghiên cứu liên quan đã công bố Trên thế giới, thuật toán backward/forward đã có từ lâu và đƣợc ứng dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên, đối với áp dụng vào phân bố công suất trong lƣới điện phân phối thì chỉ mới có bài báo “Power Flow Analysis for Radial Distribution System Using Backward/Forward Sweep Method”[1] của tác giả J.
Ganesh nói về phận bố công suất trên lƣới điện mẫu 33 bus và đạt đƣợc những kết quả rất khả quan. Ở nƣớc ta hiện nay chƣa có đề tài nào về ứng dụng giải thuật backward/forward vào phân bố công suất trong lƣới điện phân phối nên nó là một đề tài hoàn toàn mới.3 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu việc: “Xây dựng và ứng dụng thuật toán Backward/Forward vào tái cấu hình điện lưới điện phân phối”. - Nghiên cứu giải thuật Backward/Forward. - Xây dựng code giải thuật backward/forward trên matlab.
- Áp dụng giải thuật vào lƣới điện phân phối mẫu. - Đƣa giải thuật vào bài toán tái cấu hình lƣới điện phân phối.4 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của luận văn tập trung vào xây dựng và ứng dụng của thuật toán backward/forward trên cái lƣới điện mẫu.5 Phƣơng pháp giải quyết bài toán - Bằng việc sử dụng cái giải thuật ZEN, PSO. ta đƣa ra đƣợc các vị trí khóa mở. - Xác định lại cấu hình lƣới (hình tia) và dữ liệu từ các khóa mở nhận đƣợc.
- Phân bố công suất bằng thuật toán backward/forward.6 Điểm mới của đề tài - Ứng dụng thuật toán Backward/Forward đê phân bố công suất thay cho phƣơng pháp NewtonGraphson 1.7 Giá trị thực tiễn của đề tài - Cung cấp một giải thuật phân bố công suất nhanh hơn phƣơng pháp NewtonGraphson hiện tại. - Góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến tái cấu hình lƣới điện phân phối.8 Bố cục của luận văn Đề tài dự kiến gồm 6 chƣơng Chƣơng 1 : Tổng quan luận văn Chƣơng 2 : Cơ sở lý thuyết Chƣơng 3 : Hoạt động của thuật toán Backward/Forward Chƣơng 4 : So sánh với các phƣơng pháp khác Chƣơng 5 : Xử lí khóa đóng cắt và kết quả trên giải thuật Chƣơng 6 : Kết luận và hƣớng phát triển của luận văn Tài liệu tham khảo 3 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phân bố công suất bằng phƣơng pháp Gauss Trong phƣơng pháp Gauss-Seidel ta có phƣơng trình đƣợc giải để tìm Vi , với các bƣớc lặp sau : ∑ ∑ j≠I (2.1) Với yjlà tổng dẫn trong hệ dơn vị tƣơng đối, Psch và Qschlà công suất tác dụng và phản kháng trong hệ đơn vị tƣơng đối. Theo định luật Kirchoff, dòng vào nút I đƣợc giả thuyết mang theo dấu (+), vì thế với công suất tác dụng và phản kháng Psch và Qsch đi vào nút, nhƣ các nguồn, mang dấu (+). Với nút phụ tải công suất tác dụng và phản kháng đi ra từ nút, Psch và Qsch khi đó mang dấu (-).
Nếu phƣơng trình đƣợc giải với ẩn là Pi và Qi thì : ̇ ∑ ̇ , * ∑ +-, j≠I (3.3) Phƣơng trình phân bố công suất thƣờng đƣợc mô tả với các thành phần của ma trận tổng dẫn. Khi đó, thành phần tổng dẫn phía trên và phía dƣới của đƣờng chéo chính của ma trận tổng dẫn Ybus là Yij = -yij và thành phần tổng dẫn riêng ∑ , khi đó trở thành : ∑ j≠I (2.6) Yij bao gồm tổng dẫn so với đất của đƣờng dây hay bất kì các tổng dẫn hổ cảm khác so với đất. Từ đây cả 2 thành phần của điện áp đƣợc tìm so với nút chuẩn, có 2(n-1) phƣơng trình phải đƣợc giải bằng phƣơng pháp lặp. Dƣới điều kiện vận hành bình thƣờng, biện độ áp của các nút có giá trị trong khoảng 1 trong hệ đơn vị tƣơng đối hay có giá trị nút chuẩn.
Biên độ áp ở các nút tải có phần thấp hơn giá trị áp nút chuẩn, tùy thuộc vào yêu cầu công suất kháng, nhƣng ngƣợc lại điện áp tại các nút nguồn đôi khi lại cao hơn. Tƣơng tự, góc pha của các nút tải thấp hơn góc pha chuẩn trong trƣờng hợp nhận công suất tác dụng, và ngƣợc lại góc pha của các nút nguồn có thể cao hơn giá trị chuẩn tùy thuộc vào tổng số lƣợng công suất tác dụng đi vào nút. Vì thế với phƣơng pháp Gauss- Seidel , ƣớc lƣợng giá trị điện áp gán ban đầu là 1.0j cho các biến điện áp hoàn toàn là phù hợp, và bài toán hội tụ phù hợp với trạng thái vận hành thực của hệ thống. Với nút P-Q, giá trị công suất tác dụng phản kháng Psch và Qsch đã biết.
Bắt đầu bằng việc ƣớc lƣợng giá trị gắn ban đầu, từ (2.4) tính đƣợc các thành phần thực và phức của điện áp. Với các nút điều khiển điện áp (nút P-V) thì Psch và |Vi| đã có ,từ (2.6) tính đƣợc , và sau đó dùng (2. Tuy nhiên , từ giá trị |Vi| đã biết, chỉ có thành phần ảo của là đƣợc giữ lại, và thành phần thực đã đƣợc giữ lại, và thành phần thực đã đƣợc lựa chọn để thỏa điều kiện : ( ) ( ) | | (2.8) Ở đây:( ) ( ) lần lƣợt là thành phần thực và ảo của trong quá trình lặp. Tốc độ hội tụ đƣợc gia tăng bằng cách sữ dụng hệ số gia tăng tốc hội tụ với sự xấp xỉ nghiệm ở mỗi bƣớc lặp.9) Ở đây : α là hệ số tăng gia tốc hội tụ.
Giá trị này phụ thuộc vào hệ thống. Đối với các hệ thống thông thƣờng α đƣợc chọn trong khoảng 1. Giá trị áp đƣợc cập nhật tức thì thay thế giá trị trƣớc đó trong quá trình giải tuần tự các phƣơng trình. Quá trình này đƣợc tiếp tục thực hiện đến khi các thành phần thực và ảo của áp tại các nút giữa 2 bƣớc lặp liên tiếp đạt đƣợc sai số yêu cầu , nghĩa là : | | (2.11) Để sai số số công suất nhỏ và chấp nhận đƣợc, dung cả hai thành phần điện áp phải thật nhỏ.
Độ chính xác độ chính xác trong khoảng 0.00005 pu là thích hợp. Trong thực tế , phƣơng pháp xác định quá trình giải hoàn thành là dựa trên chỉ số chính xác đƣợc chon cho sai số công suất. Quá trình lặp tiếp tục khi giá trị lớn nhất của phần tử ΔP và ΔQ hơn giá trị yêu cầu. độ chính xác công suất thông thƣờng là 0.
Khi một bài toán hội tụ, công suất tác dụng và phản kháng của nút chuẩn đƣợc tính từ (2. Phƣơng pháp Gauss – Seidel tiếp tục đƣợc sử dụng để tính toán tổn thất công suất trên lƣới điện.Sau khi thực hiện xong quá trình tính toán điện áp thanh cái bằng phƣơng pháp lặp, bƣớc kế tiếp là tính toán phân bố công suất và tổn thất trên đƣờng dây. Xem xét đƣờng dây nối 2 nút i và j. Dòng trên đƣờng dây đo tại nút i và chiều (+) từ I sang j đƣợc tính nhƣ sau : 6 ( ) (2.12) Tƣơng tự cho trƣờng hợp dòng đo tại nút j và chiều dƣơng từ j đến I : ( ) (2.13) Công suất phức từ nút i đến j và từ nút j đến I là : (2.15) Tổn thất công suất trên đƣờng dây i-j là tổng đại số các thành phần công suất đƣợc xác định từ (2.2 Phân bố công suất bằng phƣơng pháp Newton-Graphson Phƣơng pháp thông dụng nhất đƣợc sử dụng giải bài toán phƣơng trình đại số phi tuyến là phƣơng pháp Newton-Graphson.
Phƣơng pháp của Newton là một quá trình xấp xỉ nghiệm trên cơ sở khởi tạo giá trị ban đầu chƣa biết và khai triển chuỗi Taylor mở rộng. Xét bài toán một nghiệm sau: f(x) = c (2.20) Phƣơng trình (2.19) có thể sắp xếp lại nhƣ sau: ∆c(k) = j(k)∆x(k) (2.21) với j(k) = ( ) Mối quan hệ trong (2.21) chỉ ra rằng phƣơng trình phi tuyến f(x) – c = 0 đƣợc xấp xỉ bằng đƣờng tiếp tuyến với đƣờng cong ở điểm x(k). Vì vậy, phƣơng trình đƣợc hình thành từ sự thay đổi nhỏ của biến. Giao của đƣờng tiếp tuyến với trục x chính là giá trị x(k+1).3 Phân bố công suất bằng phƣơng pháp Backward/Forward 2.1 Xây dựng giải thuật Phân bố công suất trong lƣới điện phân phối đƣợc tính toán bằng các phƣơng trình đệ quy đơn giản hóa có nguồn gốc từ độ thị đơn tuyến đƣợc thể hiện trong hình 2.1 Biểu đồ đơn tuyến Phân tích phân bố công suất đƣợc sử dụng để thu đƣợc các giá trị điên áp, tổn thất công suất của hệ thống.
Hàm mục tiêu là tìm dòng công suất.23) Ở đó, Pk – là dòng công suất tác dụng chạy ra khỏi nút; Qk – là dòng công suất phản kháng chạy ra khỏi nút; PLk+1 – công suất tác dụng của tải tại nút k+1; QLk+1 – công suất phản kháng của tải tại nút k+1.25) Trong đó, Ploss(k,k+1) – tổn thất công suất tác dụng trên đƣờng dây kết nối giữa k và k+1; Qloss(k,k+1) – tổn thất công suất phản kháng trên đƣờng dây kết nối giữa k và k+1. Tổng công suất tổn thất của nguồn PT,loss có thể đƣợc xác định bằng tổng tổn thất trên tất cả các đƣờng dây, đƣợc tính nhƣ sau: (2.