luận văn kỹ thuật Điện Ứng dụng matlab lập trình tính toán phân bố công...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ỨNG DỤNG MATLAB LẬP TRÌNH TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

CHO HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN:

Ks. Trần Anh Nguyện Phạm Ngọc Minh (MSSV: 1091129)

Ngành: Kỹ thuật điện 1 – Khóa: 35

Tháng 05/2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

Cần Thơ, ngày 09 tháng 01 năm 2013

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA SINH VIÊN

HỌC KỲ II NĂM HỌC 2012 - 2013

1. Họ và tên sinh viên: Phạm Ngọc Minh MSSV: 1091129

Ngành: Kỹ Thuật Điện Khoá: 35

2. Tên đề tài: Ứng dụng MATLAB lập trình tính toán phân bố công suất cho hệ công

cho hệ thống truyền tải cao áp Đồng Bằng Sông Cửu Long.

3. Địa điểm thực hiện: Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ - Trường Đại

Học Cần Thơ.

4. Họ tên của người hướng dẫn khoa học (NHDKH): Kỹ sư.Trần Anh Nguyện

5. Mục tiêu của đề tài: Viết chương trình Matlab tính toán phân bố công suất và

tổn thất trên hệ thống truyền tải cao áp Đồng Bằng Sông Cửu Long dựa trên

phương pháp lặp Fast Decoupled, đồng thời hướng đến khả năng áp dụng

vào các hệ thống điện khác nhau trong thực tế.

6. Các nội dung chính và giới hạn của đề tài:

A. MỞ ĐẦU

B. NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MATLAB. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT. CHƯƠNG 3: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MATLAB TÍNH PHÂN BỐ CÔNG

SUẤT. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ĐỂ TÍNH PHÂN BỐ CÔNG

SUẤT CHO HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP THỰC TẾ. CHƯƠNG 5: KIỂM TRA LẠI CHƯƠNG TRÌNH BẰNG PHẦN MỀM POWERWORLD.

C. KẾT LUẬN

7. Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài: Do kiến thức của em còn hạn chế

cho nên cần có được sử hổ trợ của cán bộ hướng dẫn cũng như các thầy trong Bộ

môn để em có thể hoàn thành được đề tài này.

SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Ý KIẾN CỦA NHDKH

Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG LV&TLTN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẨN

1. Cán bộ hướng dẫn:

2. Đề tài: Ứng dụng MATLAB lập trình tính toán phân bố công suất cho hệ thống truyền tải cao áp Đồng Bằng Sông Cửu Long.

3. Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Minh MSSV: 1091129

4. Lớp: Kỹ Thuật Điện Khoá: 35

5. Nội dung nhận xét:

a. Nhận xét về hình thức của LVTN: ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ b. Nhận xét về bản vẽ: ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ c. Nhận xét về nội dung của LVTN:

Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài: ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................

Những vấn đề còn hạn chế: ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ d. Kết luận và đề nghị: ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ ............................................................................................................................................ 6. Điểm đánh giá: ............................................................................................................................................

Cần Thơ, ngày…tháng…năm 2013

Cán bộ hướng dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

1. Cán bộ phản biện: 2. Tên đề tài: Khảo sát tính ổn định mạng điện Quận Cái Răng bằng phần mềm Power-Word. 3. Sinh viên thực hiện: Lê Việt Tuấn (MSSV: 1091225)

Lớp: Kỹ Thuật Điện 2 – Khóa 35 4. Nội dung nhận xét:

a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh: ...................................................................................................................................................................................................................................................... b. Nhận xét về bản vẽ: ...................................................................................................................................................................................................................................................... c. Nhận xét về nội dung của tiểu luận:

Các công việc đã đạt được: ......................................................................................................................................................................................................................................................

Những vấn đề còn hạn chế: ...................................................................................................................................................................................................................................................... d. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài: ...................................................................................................................................................................................................................................................... e. Kết luận và đề nghị: ......................................................................................................................................................................................................................................................

5. Điểm đánh giá: Cần Thơ, ngày tháng năm 2013

CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh i

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự đổi mới và phát triển của đất nước trong giai đoạn hiện nay, nền

kinh tế của nước nhà đang tăng trưởng mạnh. Đảng và chính phủ rất quan tâm đến mọi mặt của xã hội, trong đó vấn đề truyền tải điện năng cũng nhận được sự quan tâm đặc biệt của nhà nước cũng như các tổ chức, thu hút nhiều dự án đầu tư và các công trình phát triển nhằm giải quyết một cách tốt nhất vấn đề về độ tin cậy của hệ thống điện nói chung và vấn đề cung cấp đầy đủ điện năng cho nhân dân cả về chất lẫn lượng nói riêng. Do đó, vấn đề cấp thiết bây giờ là phải luôn vận hành hệ thống điện tốt nhất dưới điều kiện cân bằng pha bình thường và điều kiện ổn định, muốn đạt được như vậy thì hệ thống điện phải đảm bảo được các yêu cầu như sau:

Nguồn điện (generation) cung cấp thỏa mãn yêu cầu công suất phụ tải và lượng công suất tổn thất trên hệ thống.

Độ lớn điện áp nút phải được duy trì gần với giá trị quy định.

Vận hành máy phát (generator) cung cấp công suất tác dụng và công suất phản kháng xác định tới hệ thống nằm trong giới hạn cho phép.

Tất cả đường dây truyền tải và máy biến áp điều không ở trạng thái quá tải. Bài toán khảo sát phân bố công suất áp dụng cho hệ thống điện ba pha cân bằng

dựa trên sơ đồ tương đương một pha. Thông thường sử dụng hệ đơn vị tương đối. Khảo sát phân bố công suất đòi hỏi các số liệu về hệ thống khá chi tiết cả giá trị và góc lệch pha.

Giải bài toán phân bố công suất cho chúng ta giá trị điện áp (biên độ diện áp) và góc pha (góc điện áp) của các điểm nút, dòng công suất trên các nhánh và tổn thất công suất trong mạng điện. Bài toán này phục vụ cho công tác thiết kế và vận hành hệ thống, điều chỉnh điện áp và công suất, tối ưu hóa kinh tế vận hành hệ thống, v.v…

Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh ii

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập thì luận văn tốt nghiệp cũng luôn là sự tổng hợp kiến

thức vốn có của mỗi sinh viên trong quá trình học tập, cũng là cơ hội để mỗi sinh viên kiểm chứng lại kiến thức của mình trước khi bước vào môi trường làm việc. Dưới sự hướng dẫn của quý thầy, cô trong bộ môn thì sinh viên sẽ có thêm kiến thức cũng như kỹ năng của mỗi sinh viên.

Sau hơn 14 tuần thực hiện, đến nay luận văn của em cũng cơ bản hoàn thành. Nhân đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trần Anh Nguyện, lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc về sự hướng dẫn chu đáo, nhiệt tình của thầy và cũng như cảm ơn quý thầy, cô đã dạy cho em những kiến thức vô cùng quý báu.

Em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy trong Bộ môn Kỹ Thuật Điện - Khoa Công Nghệ - Trường Đại Học Cần Thơ đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn này.

Nhân đây em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và động viên em trong suốt quá trình học.

Tuy nhiên, vì kiến thức còn hạn hẹp, cũng như không có kinh nghiệm thực tế và thời gian làm luận văn có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự thông cảm và nhận được sự đóng góp ý kiến quý báu của quý thầy, cô để luận văn của em hoàn thiện hơn.

Sinh Viên Thực Hiện

Phạm Ngọc Minh

MỤC LỤC CBHD: Trần Anh Nguyện

Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh iii

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... ….i LỜI CÁM ƠN ............................................................................................................ ....ii MỤC LỤC.................................................................................................................. ...iii MỤC LỤC HÌNH VÀ HÌNH VẼ............................................................................... ..vii MỤC LỤC BẢNG BIỂU........................................................................................... ...ix

A. MỞ ĐẦU 1. GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................................................... ..1 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI................................. ..1 3. KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................................... ..2

B. NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MATLAB

1.1. GIAO ĐIỆN CỦA CHƯƠNG TRÌNH............................................................. ..3 1.2. CÁC PHÉP TOÁN – TÊN BIẾN – CÁC HÀM CƠ BẢN .............................. ..5

1.2.1. Các phép toán........................................................................................... ..5 1.2.2. Cách đặt tên biến...................................................................................... ..5 1.2.3. Điều khiển vào ra ..................................................................................... ..5 1.2.4. Một số hàm toán học cơ bản .................................................................... ..6

1.3. SỐ PHỨC TRONG MATLAB ........................................................................ ..7 1.3.1. Nhập số phức............................................................................................ ..7 1.3.2. Các phép toán cơ bản với số phức ........................................................... ..7

1.4. MA TRẬN VÀ ỨNG DỤNG........................................................................... ..7 1.4.1. Ma trận ..................................................................................................... ..7 1.4.2. Các phép toán với ma trận trong Matlab.................................................. ..8 1.4.3. Ứng dụng ma trận vào giải hệ phương trình............................................ ..8

1.5. CẤU TRÚC ĐIỀU KIỆN ................................................................................. 10 1.5.1. Cấu trúc if-end ......................................................................................... 10 1.5.2. Cấu trúc if-elseif-else-end........................................................................ 11

1.6. CẤU TRÚC LẶP.............................................................................................. 12 1.6.1. Cấu trúc for-end ....................................................................................... 12 1.6.2. Cấu trúc while-end ................................................................................... 12


Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh iv

1.7. GIAO DIỆN ĐỒ HỌA GUIDE TRONG MATLAB....................................... 13 1.8. LIÊN KẾT GIỮA MATLAB VA MICROSOFT EXCEL .............................. 15

1.8.1. Các tiện ích của liên kết ........................................................................... 15 1.8.2. Chuyển dữ liệu từ Excel sang Matlab...................................................... 16 1.8.3. Chuyển dữ liệu từ Matlab sang Excel ...................................................... 17

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

2.1. GIỚI THIỆU..................................................................................................... 19 2.2. MÔ HÌNH NÚT LƯỚI ĐIỆN .......................................................................... 19 2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH LƯỚI ĐIỆN............................................ 24

2.3.1. Phương pháp lặp GAUSS-SEIDEL (GS) ................................................ 24 2.3.1.1. Giải phương trình bằng phương pháp lặp GS ................................. 25 2.3.1.2. Giải phương hệ trình bằng phương pháp lặp GS............................. 26 2.3.1.3. Áp dụng GS vào giải tích lưới điện................................................. 28

2.3.2. Phương pháp lặp NEWTON-RAPSHON (NR)....................................... 31 2.3.2.1 Sơ lược về phương pháp lặp NR ...................................................... 31 2.3.2.2. Giải phương trình bằng phương pháp lặp NR................................. 31 2.3.2.3. Giải phương hệ trình bằng phương pháp lặp NR ............................ 32 2.3.2.4. Áp dụng NR vào giải tích lưới điện ................................................ 34

2.3.3. Phương pháp lặp FAST-DECOUPLED (FD).......................................... 38 2.3.3.1. Sơ lược về phương pháp lặp FD...................................................... 38 2.3.3.2 Áp dụng FD vào giải tích lưới điện................................................. 41 2.3.3.3. Mô hình hóa phương pháp FD giải tích lưới điện........................... 45 2.3.3.4. Ví dụ áp dụng FD vào giải tích lưới điện........................................ 46

CHƯƠNG 3 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MATLAB TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

3.1. KHÁI QUÁT VỀ CHƯƠNG TRÌNH .............................................................. 49

3.1.1. Giới thiệu khái quát về chương trình con viết theo phương pháp FD ..... 49 3.1.2. Các thông số đầu vào ............................................................................... 50

3.2. CÁC CHƯƠNG TRÌNH CON TRONG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VIẾT THEO PHƯƠNG PHÁP FD............................... 52

3.2.1. Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Busdata ............................. 52 3.2.2. Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Linedata ............................ 53 3.2.3. Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Tranformerdata ................. 54 3.2.4. Chương trình con tạo ma trận Ybus......................................................... 55


Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh v

3.2.5. Chương trình con tính toán phân bố công suất trên hệ thống truyền tải cao áp Đồng Bằng Sông Cửu Long bằng phương pháp Fast Decouple ................... 57

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ĐỂ TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

CHO HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP THỰC TẾ

4.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG................................................................................................. 60 4.2. NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TOÁN............................................................. 61 4.3. NHẬN XÉT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN .................................................. 62

CHƯƠNG 5 KIỂM TRA LẠI CHƯƠNG TRÌNH BẰNG PHẦN MỀM POWERWORLD

5.1. NHẬP CÁC THÔNG SỐ TỪ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI THỰC TẾ VÀ XUẤT RA KẾT QUẢ ............................................................................................. 64

5.1.1. Một số lưu ý trong quá trình nhập thông số vào PowerWorld ................ 64 5.1.2. Kết quả mô phỏng sau khi chạy PowerWorld ........................................ 67 5.1.3. Ma trận Ybus của PowerWorld ............................................................... 68 5.1.4. Kết quả tại các Bus................................................................................... 69 5.1.5. Kết quả trên đường dây và MBA............................................................. 70 5.1.6. Tổng hợp các thông số của máy phát, phụ tải, tổn thất trên toàn hệ thống............................................................................................................................. 70

5.2. SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG POWERWORLD VỚI KẾT QUẢ TỪ CHƯƠNG TRÌNH MATLAB................................................................................. 71

5.2.1 Một số thông số ma trận Ybus ................................................................. 71 5.2.2. Các thông số tại 10 Bus đầu..................................................................... 72 5.2.3. Thông số công suất truyền trên đường dây và qua MBA ........................ 73 5.2.4. Công suất phát, phụ tải và tổn thất công suất trông hệ thống .................. 74

C.KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 77

PHỤ LỤC

Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Busdata............................................ 78 Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Linedata........................................... 78


Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh vi

Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Tranformerdata ............................... 79 Chương trình con tạo ma trận Ybus ........................................................................ 80 Chương trình con tính toán phân bố công suất và tổn thất trên hệ thống điện bằng phương pháp Fast Decoupled .................................................................................. 83 Chương trình con phân bố công suất trên đường dây và MBA............................... 88 Chương trình con xuất tất cả các kết quả đã tính toán được ................................... 90

MỤC LỤC HÌNH CBHD: Trần Anh Nguyện

Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh vii

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1: Các cửa sổ làm việc chính của Matlab ..................................................... ..3 Hình 1.2: Menu File > New > M-file ........................................................................ ..4 Hình 1.3: Cửa sổ M-file ............................................................................................. ..4 Hình 1.4: Cửa sổ GUIDE – MATLAB ....................................................................... 13 Hình 1.5: Vùng không gian làm việc của GUI........................................................... 14 Hình 1.6: File.m của chương trình Matlab tạo ra .................................................... 14 Hình 1.7: Hướng dẫn thiết lập Excel Link tại thư mục HELP của MATLAB............ 15 Hình 1.8: Các tiện ích của Excel Link – Matlab........................................................ 15 Hình 1.9 : Ma trận dữ liệu từ bảng tính Excel........................................................... 16 Hình 1.10: Yêu cầu đặt tên biến (tên ma trận) khi đưa dữ liệu vào Matlab .............. 16 Hình 1.11: Kết quả chuyển dữ liệu từ bảng tính Excel vào Matlab .......................... 17 Hình 1.12: Dữ liệu ma trận tại phần mềm Matlab .................................................... 17 Hình 1.13: Yêu cầu khai báo tên biến (tên ma trận) lấy ra từ Matlab ...................... 18 Hình 1.14: Kết quả chuyển dữ liệu từ Matlab ra bảng tính Excel............................. 18 Hình 2.1: Hệ thống điện đơn giản ............................................................................. 21 Hình 2.2: Các tính chất cơ bản về điện của thiết bị điện trên hệ thống .................... 21 Hình 2.3: Mô hình mạng của hệ thống điện .............................................................. 22 Hình 2.4: Sơ đồ tổng quát liên kết tại nút thứ i trong mạng điện .............................. 23 Hình 2.5: Sơ đồ khối thuật toán thành lập ma trận Ybus ............................................ 24 Hình 2.6: So sánh số điểm dao động trong quá lặp theo các phương pháp.............. 38 Hình 2.7: Sơ đồ thay thế của đường dây.................................................................... 43 Hình 2.8: Sơ đồ thay thế của MBA khi đầu phân áp ở mức 0 ................................... 43 Hình 2.9: Sơ đồ thay thế của MBA khi đầu phân áp ở mức khác 0........................... 44 Hình 2.10: Lưu đồ phương pháp Fast Decouple ....................................................... 45 Hình 2.11: Sơ đồ lưới điện 3 Bus............................................................................... 46 Hình 2.12: Mô hình Ybus của lưới điện 3bus ............................................................ 46 Hình 3.1: Ma trận Busdata ........................................................................................ 50 Hình 3.2: Ma trận Linedata ....................................................................................... 51 Hình 3.3: Ma trận Tranformerdata............................................................................ 51 Hình 3.4: Ma trận Busdata đã được đổi sang đơn vị tương đối................................ 52 Hình 3.5: Ma trận Linedata đã được đổi sang đơn vị tương đối............................... 53 Hình 3.6: Ma trận Tranformerdata đã được đổi sang đơn vị tương đối ................... 54 Hình 3.7: Ma trận Ybus trong Matlab ....................................................................... 55 Hình 3.8: Ma trận Ybus trong Matlab (tt) ................................................................. 56 Hình 3.9: Ma trận Ybus trong Matlab (tt) ................................................................. 56 Hình 3.10: Kết quả tính toán bằng chương trình Fast Decoupled ............................ 57

MỤC LỤC HÌNH CBHD: Trần Anh Nguyện

Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh viii

Hình 4: Sơ đồ đơn tuyến hệ thống điện vùng ĐBSCL................................................ 60 Hình 5.1: Nhập thông số cho Máy Phát gắn vào Slack Bus ...................................... 64 Hình 5.2: Nhập thông số cho Slack Bus..................................................................... 65 Hình 5.3: Nhập thông số cho đường dây ................................................................... 66 Hình 5.4: Nhập thông số cho Máy Biến Áp ............................................................... 66 Hình 5.5: Sơ đồ mô phỏng bằng PowerWorld........................................................... 67 Hình 5.6: Ma trận Ybus trong PowerWorld .............................................................. 68 Hình 5.7: Ma trận Ybus trong PowerWorld (tt)......................................................... 68 Hình 5.8: Ma trận Ybus trong PowerWorld (tt)......................................................... 69 Hình 5.9: Kết quả tính toán tại các Bus của PowerWorld ........................................ 69 Hình 5.10: Kết quả tính toán trên đường dây và MBA của PowerWorld.................. 70 Hình 5.11: Công suất phát, phụ tải và tổn thất công suất trong hệ thống được tính toán bằng PowerWorld ...................................................................................................... 70 Hình 5.12: Một số thông số ma trận Ybus trong PowerWorld .................................. 71 Hình 5.13: Một số thông số ma trận Ybus trong Matlab ........................................... 71 Hình 5.14: Thông số 10 Bus đầu trong PowerWorld ................................................ 72 Hình 5.15: Thông số 10 Bus đầu trong Matlab ......................................................... 72 Hình 5.16: Thông số công suất truyền trên đường dây và MBA của 4 Bus trong PowerWorld ............................................................................................................... 73 Hình 5.17: Thông số công suất truyền trên đường dây và MBA của 4 Bus trong Matlab ........................................................................................................................ 73

MỤC LỤC BẢNG CBHD: Trần Anh Nguyện

Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh ix

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 2.1: Bảng phân loại nút trong hệ thống điện....................................................... 20 Bảng 2.2: So sánh kích thước ma trận Jacobian theo các phương pháp ..................... 38 Bảng 4.1: Công suất phát, phụ tải và tổn thất công suất trong hệ thống được tính toán bằng Matlab .................................................................................................................. 61 Bảng 4.2: Thống kê đường dây vận hành quá tải ......................................................... 62 Bảng 5: So sánh công suất phát, phụ tải và tổn thất công suất trong hệ thống ........... 74 Bảng 6: Ý nghĩa của các biến trong MFile “Dulieudauvao.m” ................................... 78 Bảng 7: Ý nghĩa của các biến trong MFile “donvituongdoi.m” .................................. 79 Bảng 8: Ý nghĩa của các biến trong MFile “Ybus.m”.................................................. 82 Bảng 9: Ý nghĩa của các biến trong MFile “FD.m” .................................................... 86 Bảng 10: Ý nghĩa của các biến trong MFile “phanbocongsuat.m” ............................. 89 Bảng 11: Ý nghĩa của các biến trong MFile “xuatketqua.m” ...................................... 91

MỞ ĐẦU CBHD: Trần Anh Nguyện

Sinh Viên TH: Phạm Ngọc Minh Trang 1

A. MỞ ĐẦU

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Nhiệm vụ của phân bố công suất là tính toán các thông số chế độ làm việc, chủ yếu là dòng điện và điện áp tại mỗi nút của mạng điện. Việc xác định các thông số chế độ mạng điện rất có ý nghĩa khi thiết kế, vận hành và điều khiển hệ thống điện.

Ngoài ra, tính toán phân bố công suất sẽ tìm được tổn thất công suất trên các nhánh rẽ và của toàn mạng, từ đó xác định được tổn thất điện năng, làm cơ sở để đánh giá các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.

Thêm vào đó, tính toán phân bố công suất còn xác định được khả năng đáp ứng công suất của nguồn cho phụ tải, khả năng tải của máy biến áp trung gian hoặc lưới truyền tải. Từ đó có các phương án cung cấp điện, vận hành thích hợp.

Tính toán phân bố điện áp tại các nút của mạng điện phân phối sẽ xác định được tổn thất điện áp trên các nhánh và điện áp tại các nút tải. Kết quả tính toán nhằm phục vụ công tác quy hoạch, thiết kế và vận hành mạng điện.

Trong quy hoạch, thiết kế, tổn thất điện áp dùng để lựa chọn hoặc kiểm tra dây dẫn.

Trong vận hành tổn thất điện áp dùng để tính toán điều chỉnh điện áp. Tính toán phân bố công suất xác định được phân bố dòng điện trên các nhánh.

Dòng điện nhánh cũng là một thông số quan trọng, dùng để kiểm tra dây dẫn và các thiết bị theo điều kiện phát nóng.

2. MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Viết chương trình Matlab tính toán phân bố công suất và tổn thất trên hệ thống truyền tải cao áp Đồng Bằng Sông Cửu Long. Chương trình xây dựng với mục tiêu chính: hướng đến khả năng ứng dụng trong tính toán cho hệ thống điện trên thực tế.

Quá trình thực hiện chương trình chú trọng các vấn đề sau: Có thể thực hiện tính toán phân bố công suất và tổn thất trên các hệ thống điện khác nhau. Đơn giản hóa khâu nhập dữ liệu, rút ngắn các bước tính tay để giảm thiểu sai số, kết quả tính toán đảm bảo yêu cầu chính xác. Dễ dàng sử dụng. Có thể kiểm được tra kết quả tính toán trên các phần mềm khác (Powerworld), qua đó làm tăng tính tiện ích, giảm thiểu sai sót.

MỞ ĐẦU CBHD: Trần Anh Nguyện


Để thực hiện được các yêu cầu trên thì cần có phương pháp tính toán phù hợp.

Quá trình thực hiện, em khảo sát phương phân lập nhanh (Fast Decoupled method) áp dụng trong giải tích hệ thống điện. Đưa ra mô hình hóa và viết chương trình ứng dụng theo phương pháp này.

Trên cơ sở thực hiện chương trình sẽ xác định phương pháp tính toán phù hợp cho tính toán phân bố công suất và tổn thất trên hệ thống truyền tải cao áp Đồng Bằng Sông Cửu Long.

3. KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI

A. MỞ ĐẦU B. NỘI DUNG

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN MATLAB. CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT. CHƯƠNG 3. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MATLAB TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT. CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ĐỂ TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CHO HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP THỰC TẾ. CHƯƠNG 5. KIỂM TRA LẠI CHƯƠNG TRÌNH BẰNG PHẦN MỀM POWERWORLD.

C. KẾT LUẬN

NỘI DUNG - CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MATLAB CBHD: Trần Anh Nguyện


B. NỘI DUNG

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN MATLAB

Matlab (Matrix laboratory) là chương trình lập trình ứng dụng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như điện, điện tử, điều khiển tự động…Matlab có thể giải quyết được nhiều bài toán đặc biệt là các bài toán về ma trận.

1.1. GIAO DIỆN CỦA CHƯƠNG TRÌNH

Sau khi cài đặt phần mềm thành công, lần đầu tiên khởi động Matlab, giao diện chương trình sẽ xuất hiện gồm nhiều khung làm việc (Workspace, Command History, Current Directory , Command Window,…).

Command window: cửa sổ để nhập các lệnh và dữ liệu, đồng thời là nơi xuất các kết quả tính toán.

Workspace

Current Directory

Hình 1.1: Các cửa sổ làm việc chính của Matlab

Command History

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MATLAB CBHD: Trần Anh Nguyện


Command history: cửa sổ lưu trữ các lệnh đã thực thi cùng với thời gian sử dụng.

Workspace : cho biết các thư mục đang lưu trữ. Vào menu File > New > M-file, lúc này sẽ có một cửa sổ mới xuất hiện.

Bạn có thể viết phần lập trình của mình (thuật ngữ gọi là “code”) trong cửa sổ M-file và chạy chương trình trong Command Window (bằng cách nhấn menu Debug > Save and Run (hay Run)).

Mỗi một file hàm của MATLAB (M_file) đều được bắt đầu với khai báo như sau:

Function [tên kết quả] = tên hàm (danh sách các biến)

Hình 1.3: Cửa sổ M-file

Hình 1.2: Menu File > New > M-file



File.m thường lấy tên là tên của hàm. Phần thân của chương trình trong hàm là các lệnh của MATLAB thực hiện việc

tính toán giá trị của đại lượng được nêu trong phần tên kết quả theo các biến được nêu trong phần danh sách các biến. Các biến chỉ có tác dụng nội trong hàm vừa được khai báo. Tên của các biến được ngăn cách nhau bằng dấu phẩy.

Ví dụ: tạo hàm giải phương trình bậc hai, tên tập tin hàm được đặt là bachai.m function [x1,x2]=bachai(a,b,c) delta=b^2-4*a*c; x1=(-b+sqrt(delta))/(2*a); x2=(-b-sqrt(delta))/(2*a); Giải phương trình bậc hai với a = 1, b = 0, c = -2, ta gõ: >> [x1,x2]=bachai(1,0,-2) x1 = 1.4142 x2 = -1.4142

1.2. CÁC PHÉP TOÁN – TÊN BIẾN – CÁC HÀM CƠ BẢN 1.2.1. Các phép toán

Các phép toán đại số: +, -, *,^, /, \ (chia trái), ' phép chuyển vị ma trận hay liên hợp phức.

Các toán tử quan hệ: <, <=, >, >=, == (bằng) , =~ (khác). Các toán tử logic: & (and), | (or), ~ (not). Các hằng: pi, j, inf (vô cùng), NaN (không xác định).

1.2.2. Cách đặt tên biến

Matlab có những quy định về tên biến: tên biến phải bắt đầu bằng chữ và không chứa các kí tự đặt biệt như @, %, /,…Ngoài ra Matlab còn phân biệt chữ hoa với chữ thường. 1.2.3. Điều khiển vào ra

o Các lệnh sau dùng để đưa số liệu vào và ra: o Nhập dữ liệu : input (cú pháp: tên biến = input(‘chuổi hiển thị’)).



o Hiển thị nội dung của mảng hay chuổi : disp (cú pháp disp(tên biến hoặc tên chuổi cần hiển thị).

o Điều khiển xuất kết quả tính toán : format

format short (5 số) Ví dụ: 50.833

format short g (chính xác hơn format short và format short e) Ví dụ: 50.833

o Lưu dữ liệu : save (cú pháp: save ‘tên file’ ‘tên biến’ ‘kiểu định dạng’). o Lệnh dưa dữ liệu ra file hoặc màn hình: fprintf

Ví dụ: >> R=45: >>fprintf(‘Dien tich = %7.3f m^2 \n’, pi*R^2) Giải thích: - Có %7.3f thì hiện thị ít nhất 7 ký tự với 3 chữ số thập phân.

- Có \n thì in xong xuống hàng, đưa dấu nhắc lệnh về dòng kế tiếp. Kết quả hiển thị: Dien tich = 6361.725 m^2

o Lệnh xóa màn hình trong Command Window: clc, tạo giao diện “thoáng mát” và “tươi mới” cho mỗi lần chạy.

o Lệnh xóa tất cả các biến đã gán trong chương trình: clear all, đảm bảo kết quả của lần chạy trước không gây ảnh hưởng đến lần chạy sau. Nếu bạn không muốn xóa hết tất cả các biến đã gán mà chỉ muốn xóa một vài biến, ví dụ biến a và biến b, khi đó câu lệnh trở thành:

clear a b (clear, a, b đều cách nhau một khoảng trắng)

1.2.4. Một số hàm toán học cơ bản

Hàm căn bậc hai của x : sqrt(x) Hàm sin của x : sin(x) Hàm cos của x : cos(x) Hàm chuyển từ chuổi sang số : str2num(x) Hàm chuyển từ số sang chuổi : num2str(x)

Hàm làm tròn x đến số nguyên gần nhất : round(x) Ví dụ: Hàm làm tròn round. >> round(1.4)



asn = 1

>> round(1.6) asn =

2 Trong các hàm lượng giác trên thì biến x có đơn vị là radian nếu x có đơn vị

là độ thì ta phải đổi sang radian. 1.3. SỐ PHỨC TRONG MATLAB 1.3.1. Nhập số phức

Để nhập số phức z=3+j4 ta có thể nhập từ của sổ Command Windown hoặc từ Mfile:

Nhập dưới dạng đại số: >> z=3+j*4

Nhập dưới dạng cực: >> z=5*exp(j*45*pi/180)

1.3.2. Các phép toán cơ bản với số phức

Lấy môđun số phức z :abs(z) Lấy acgumen số phức z :angle(z) Lấy phần thực số phức z :real(z) Lấy phần ảo số phức z :imag(z) Số phức liên hợp :conj(z) Các phép toán khác như +, -, *, / cũng giống như số thực.

1.4. MA TRẬN VÀ ỨNG DỤNG 1.4.1. Ma trận

Ma trận là một mảng các số liệu gồm có m hàng và n cột:

mnmm

n

n

aaa

aaa

aaa

A

...

....

...

...

21

22221

11211



Có các cách nhập ma trận: - Nhập ma trận từ bàn phím (liệt kê). - Nhập từ file dữ liệu. - Tạo ma trận từ các hàm có sẵn, các hàm tự tạo.

Nhập ma trận A theo kiểu liệt kê: >> A=[1 2 3 4; 5 6 7 8 9];

Nhập ma trận nhờ các hàm tự tạo: >>A=zeros(m,n) (ma trận A gồm toàn các phần tử 0, có m hàng n cột). >>A=ones(m,n) (ma trận A gồm toàn các phần tử 1)

Địa chỉ mảng: Để truy xuất đến phần tử nằm ở hàng i cột j của ma trận A ta dùng lệnh:

>>A(i,j) >>A(:,i) (Truy xuất tất cả các phần tử của cột i) >>A(i,:) (Truy xuất tất cả các phần tử của hàng i)

1.4.2. Các phép toán với ma trận trong Matlab

Phép cộng trừ hai ma trận: >>X=A+B (X=A-B). Các ma trận A, B phải cùng kích thước. Phép nhân hai ma trận: >>X=A*B. Số cột của A phải bằng với số hàng của B. Nhân theo mảng: >>X=A.*B. Khi nhân theo mảng thì A, B phải cùng kích thước. Với phép nhân

này thì các phần tử của hai ma trận này được nhân tương ứng với nhau. Phép chia ma trận: Nếu X*B=A thì X=A/B Nếu A*X=B thì X=A\B (phép chia trái). Chia theo mảng: >>X=A./B Phép lũy thừa ma trận: >>X=A^p (p là một số nguyên dương) . Ma trận X có được bằng cách nhân các

ma trận A với nhau p lần. >>X=A.^B Phép nghịch đảo ma trận: >>X=inv(A)

1.4.3. Ứng dụng ma trận vào giải hệ phương trình



Nghiệm của hệ phương trình tuyến tính có thể xác định thông qua các phép toán ma trận.

Xét hệ:

nnnnnn

nn

nn

bxaxaxa

bxaxaxa

bxaxaxa

....

............................................

....

....

2211

22222121

11212111

(1.1)

Hệ (1.1) biểu diển dưới dạng ma trận:

nnnnnn

n

n

b

.

b

b

x

.

x

x

a...aa

....

a...aa

a...aa

2

1

2

1

21

22221

11211

hay A.X=B (1.2)

Với A là ma trận hệ số, B và X là các vectơ cột. Nhân cả hai vế của hệ (1.2) với

A-1 ta được:

A-1.A.X = A-1.B hay X = A-1.B

Lúc này ta sử dụng hàm: inv(A) để xác định ma trận nghịch đảo A-1 , như vậy nghiệm của hệ là:

>>X=inv(A)*B

Tuy nhiên khi det(A)=0 việc xác định ma trận nghịch đảo A-1 không chính xác. Khi đó Matlab sẽ giải hệ (1.2) bằng một hàm được lập trình sẵn và cho kết quả tin cậy hơn:

>>X=A\B Giải hệ phương trình tuyến tính còn được ứng dụng để giải mạch điện thông

qua phương pháp xây dựng ma trận tổng dẫn nút: Y. U=J Y là ma trận tổng dẫn của mạch điện, có dạng:

nxnnnnn

n

n

YYY

YYY

YYY

Y

...

...

...

...

21

22221

11211

Yii: tổng dẫn riêng của nút i, bằng tổng các tổng dẫn nối vào nút i.

Yij: tổng dẫn tương hổ giữa nút i và j, bằng tổng các tổng dẫn nối giữa hai

nút i và j nhưng ngược dấu, n = (số nút) -1. Trong đó điện thế của một nút bất kì được chọn làm chuẩn.



U là vectơ điện thế tại các nút. Trừ thế của nút chọn làm chuẩn, có dạng:

xnn

U

1

2

1

...

J là vec tơ dòng điện bơm vào nút. Trừ dòng bơm vào nút chọn làm chuẩn, có dạng:

xnnJ

J

J

J

1

2

1

...

Giải hệ phương trình Y.U=J ta sẽ tìm được điện thế các nút, khi đã xác định được điện thế các nút ta sẽ tính được dòng điện và công suất chảy qua các nhánh.

Việc giải hệ này rất đơn giản với Matlab, ta sử dụng lệnh: >> U=Y\J Hoặc: >> U=inv(Y)*J

1.5. CẤU TRÚC ĐIỀU KIỆN 1.5.1. Cấu trúc if-end

Lệnh điều kiện hay dùng nhất trong Matlab là lệnh “if”. Lệnh “if: có cấu trúc như sau:

if <biểu thức điều kiện> lệnh 1; lệnh 2; …...… lệnh n;

end Khi biểu thức điều kiện đúng thì Matlab thực thi lệnh. Nếu sai thì thực thi các

lệnh phía sau end. Ví dụ: >> apple = 10 % số táo >> cost = apple*25 cost=



250 >> if apple > 5 cost = (1-20/100)*cost; % bỏ đi 20% end >> cost cost 200

1.5.2. Cấu trúc if-elseif-else-end

Cú pháp: if <biểu thức điều kiện 1>

<khối lệnh 1>; elseif<biểu thức điềukiện 2>

<khối lệnh 2>; else

<khối lệnh 3>; end Nếu điều kiện 1 đúng thì thực hiện khối lệnh 1, nếu sai Matlab sẽ kiểm tra

biểu thức điều kiện 2. Nếu điều kiện 2 sai thì Matlab sẽ thực hiện các lệnh nằm trong khối lệnh 3.

Ví dụ: Trong M-file, bạn gõ đoạn code sau, đây là một chương trình xếp loại học lập dựa vào điểm số trung bình bạn nhập ban đầu.

diem=input(‘Hay nhap vao diem so trung binh:’); if (diem>=1)&(diem<=4) fprintf(‘Loai yeu’) elseif (diem==5)|(diem==6) fprintf(‘Loai trung binh’) elseif(diem==7)|(diem==8) fprintf(‘Loai kha’) elseif(diem==9)|(diem==10) fprintf(‘Loai gioi’) else fprintf(‘So lieu khong hop le’) end (Ghi chú: để gõ dấu “|”, bạn nhấn đồng thời phím Shift và phím nằm ngay phía

trên phím Enter)



1.6. CẤU TRÚC LẶP 1.6.1. Cấu trúc for-end

Vòng lặp for: được dùng khi sự lặp lại xảy ra trong khoảng giới hạn xác định. Cú pháp: for <biếnchỉsố>=<chỉsốđầu>:<bướctăng>:<chỉsốcuối>

<khối lệnh>; end Bước tăng có thể được mặc định bằng 1 hoặc có giá trị dương hay âm nhưng

phải phù hợp với giá trị của chỉ số đầu và chỉ số cuối. Cho biến <biếnchỉsố> chạy từ giá trị <chỉsốđầu> đến giá trị <chỉsốcuối> với giá trị của <bướctăng> (<chỉsốđầu>, <bướctăng>, <chỉsốcuối> đều là các giá trị do bạn đưa vào). Nếu bạn không ghi <bướctăng> thì Matlab sẽ ngầm hiểu <bướctăng>=1.

Ví dụ: In ra màn hình các giá trị của x. >> for n = 1:10 x(n) = sin(n*pi/10); end >> x x = Columns 1 through 7 0.3090 0.5878 0.8090 0.9511 1.0000 0.9511 0.8090 Columns 8 through 10 0.5878 0.3090 0.0000

1.6.2. Cấu trúc while-end

Vòng lặp while: được dùng khi sự lặp lại xảy ra mà không xác định được khoảng giới hạn.

Cú pháp: While <biểu thức điều kiện> <khối lệnh>;

End Nếu còn thỏa điều kiện lặp thì vòng lặp còn hoạt động, nếu điều kiện không còn

thỏa thì thoát khỏi vòng lặp. Nếu điều kiện kiểm tra không rõ ràng thì chương trình có thể không thoát ra được. Trong trường hợp này nhấn tổ hợp phím Ctrl+C để dừng chương trình.



Ví dụ: >> num = 0; ESP = 1; >> while (1+ESP) > 1 ESP = ESP/ 2; num = num + 1; end >> num num= 53 >> ESP = 2*ESP ESP= 2.2204e-16.

1.7. GIAO DIỆN ĐỒ HỌA GUIDE TRONG MATLAB

GUI cung cấp các công cụ có khả năng liên kết các môi trường tính toán và đồ họa làm tăng tính trực quan và sinh động của vấn đề.

Để khởi động GUI, từ của sổ Command Windown ta gõ lệnh guide, khi đó cửa sổ GUI xuất hiện:

Muốn tạo một GUI ta chọn hộp ‘Create New GUI’. Không gian làm việc xuất hiện:

Hình 1.4: Cửa sổ GUIDE – MATLAB



Một số công cụ (đối tượng) của GUI như: - Push button: tạo nút ấn. - Edit text : tạo khung, tại khung này cho phép truy xuất dữ liệu. - Static text : cho phép hiển thị chuổi văn bản. - Popup menu: tạo menu đổ xuống. - Axes: tạo hệ trụ tọa độ, cho phép hiển thị các hình vẽ…. Để xây dựng GUI ta click chuột và kéo các đối tượng cần sử dụng vào vùng

không gian thiết kế. Mỗi đối tượng GUI có hai thuộc tính quan trọng: Thuộc tính String: hiển thị một chuổi kiểu văn bản‘text’ ngay trên vị trí đặt đối

tượng. Thuộc tính Tag: tên của đối tượng, tên Tag do người lập trình đặt. Sau khi đã xác định thuộc tính cho các đối tượng, ta click RUN để kiểm tra kết

quả. Lúc này Matlab sẽ tự động tạo hai file có phần mở rộng là file.m và file.fig. File.m chứa các chương trình con ‘callback’ mà người lập trình sẽ yêu cầu Matlab thực hiện khi click vào đối tượng. File.fig chứa giao diện của GUI vừa tạo ra.

Vùng không gian thiết kế.

Các công cụ (đối tượng GUI).

RUN Xem thuộc tính.

Hình 1.5: Vùng không gian làm việc của GUI.

Hình 1.6: File.m của chương trình



Hình 1.7: Hướng dẫn thiết lập Excel Link tại thư mục HELP của MATLAB

Hình 1.8: Các tiện ích của Excel Link – Matlab.

1.8. LIÊN KẾT GIỮA MATLAB VÀ MICROSORFT EXCEL

Matlab có khả năng liên kết với các phần mềm: Microsoft Office, C++, Visual Basic...

Với Microsoft Ofice 2003, Malab có thể liên kết với Excel thông qua tính năng Excel Link do đó có thể trao đổi dữ liệu (dạng ma trận) qua lại giữ hai phần mềm.

Để sử dụng tính năng này cần thiết lập cấu hình Excel Link của phần mềm Excel. Với Matlab tính năng Excel Link chứa trong hộp công cụ Tool Box. Các bước hướng dẫn thiết lập được trình bày khá cụ thể trong thư mục Help (Excel Link) của Matlab.

1.8.1. Các tiện ích của liên kết Sau khi thiết lập liên kết, trên thanh công cụ (Tool bars) của Excel xuất hiện các

tiện ích.



Chức năng như sau: - Startmatlab : khởi động Matlab từ Excel. - Putmatrix : đưa ma trận từ bảng tính của Excel vào Matlab. Ma trận

đưa vào Matlab phải được đặt tên biến (variable). - Getmatrix : lấy ma trận từ Matlab ra bảng tính Excel. Ma trận lấy ra từ

Matlab phải được khai báo đúng tên biến. - Evalstring : chạy các lệnh Matlab.

1.8.2. Chuyển dữ liệu từ Excel sang Matlab: Từ bảng tính Excel ta có các dữ liệu (dạng ma trận) như hình 1.13:

Để đưa dữ liệu vào Matlab trước hết ta đánh dấu (bôi đen) phần dữ liệu cần thực thi, click ‘startmatlab’ để khởi động Matlab, tiếp theo click ‘putmatrix’. Lúc này chương trình yêu cầu ta đặt tên biến cho các dữ liệu này, hộp hội thoại như sau xuất hiện: Ta đặt tên biến là ‘KHOALUAN’ sau đó click OK. Lúc này tại cửa sổ Command Windown của Matlab ta gõ lệnh ‘KHOALUAN’ thì các dữ liệu này sẽ hiện ra màn hình.

Hình 1.9 : Ma trận dữ liệu từ bảng tính Excel.

Hình 1.10: Yêu cầu đặt tên biến (tên ma trận) khi đưa dữ liệu vào Matlab.



1.8.3. Chuyển dữ liệu từ Matlab sang Excel: Muốn chuyển dữ liệu sang Excel thì biến cần đưa ra phải tồn tại trong Matlab.

Chẳng hạn tại Matlab ta có biến ‘DONGDIEN’:

Hình 1.11: Kết quả chuyển dữ liệu từ bảng tính Excel vào Matlab.

Hình 1.12: Dữ liệu ma trận tại phần mềm Matlab



Để lấy biến này ra bảng tính Excel ta click vào ‘getmatrix’ trên thanh công cụ

của Excel , lúc này chương trình yêu cầu nhập tên biến cần lấy ra bảng tính Excel.

Ta nhập vào ‘DONGDIEN’. Và chọn OK, lúc này trên bảng tính Excel sẽ xuất hiện dữ liệu của biến ‘DONGDIEN’ chuyển từ Matlab ra Excel.

Các dữ liệu chuyển ra nằm tại cột C và bắt đầu từ hàng 6 của bảng tính Excel.

Hình 1.13: Yêu cầu khai báo tên biến (tên ma trận) lấy ra từ Matlab

Hình 1.14: Kết quả chuyển dữ liệu từ Matlab ra bảng tính Excel.

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CBHD: Trần Anh Nguyện


CHƯƠNG 2

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

2.1. GIỚI THIỆU

Phân bố công suất là bài toán quan trọng trong quy hoạch, thiết kế phát triển hệ

thống trong tương lai nhằm xác định chế độ vận hành tốt nhất của hệ thống điện thực tế.

Trong chương này sẽ đưa ra các mô hình toán học của mạng điện, các phương pháp toán số chọn lọc và các phương pháp phân bố công suất.

Khảo sát phân bố công suất thường áp dụng cho hệ thống ba pha cân bằng. Khảo sát phân bố công suất đòi hỏi có tổng trở đường dây và máy biến áp, đầu phân áp của máy biến áp, điện dung đường dây, số liệu công suất của nguồn và phụ tải .Cơ sở lý thuyết của bài toán phân bố công suất dựa trên hai định luật Kirchoff về dòng điện tại nút và điện thế mạch vòng.

2.2. MÔ HÌNH NÚT CỦA LƯỚI ĐIỆN

Hệ thống điện là một hệ thống phức tạp gồm nhiều phần tử phi tuyến, tuyến tính được sắp xếp theo một trình tự nhất định để cung cấp, liên lạc và truyền tải công suất từ nơi sản xuất tới nơi tiêu thụ cuối cùng. Hệ thống có thể phân thành hai loại phần tử chủ yếu là phần tử thụ động là phần tử hấp thụ công suất từ nguồn (phụ tải); phần tử tích cực là phần tử sinh ra công suất điện (nhà máy điện). Trong hệ thống điện có rất nhiều điểm nút (bus) là giao điểm các phát tuyến.

Nhiệm vụ của đường dây và nút lưới điện là vận chuyển điện năng từ nhà máy điện tới nơi tiêu thụ. Giải tích đường dây tải điện đi xa là thiết lập những quan hệ nhằm xác định những thông số của chế độ đường dây dài trong các chế độ vận hành khác nhau.

Các thông số được quan tâm đến nhiều nhất là P, Q, điện áp U ở hai đầu và trên đường dây cũng như góc giữa các vectơ điện áp ở hai đầu đường dây.



#i

Bảng 2.1: Bảng phân loại nút trong hệ thống điện

Phân loại các điểm nút trong hệ thống điện: Nút phụ tải (Load bus) – [P,Q]

Biết: Công suất thực P và công suất kháng Q cấp cho tải. Chưa biết: Biên độ và góc điện áp.

Nút nguồn (Generator bus) – [P,U] hay [P,V] Biết: Công suất thực P phát vào hệ thống và biên độ điện áp V. Chưa biết: Công suất kháng và góc điện áp.

Nút cân bằng (Slack bus, Swing bus hoặc Reference bus) – [U, ] Biết: Biên độ và góc điện áp. Chưa biết: Công suất thực và công suất kháng.

Phải có 1 MF làm nút chuẩn và bù công suất vào hệ thống do bởi tổn thất.

Việc phân loại nút được thực hiện như sau:

Các thông số đã biết

Các thông số chưa biết Loại Bus

PD QD PG QG |V| PG QG |V|

Slack bus (Swing bus, Reference bus)

x x x x x x

Load bus (PQ bus)

x x x x x x

Voltage Controlled Bus (PV bus)

x x x x x x

#i |Vi|, i

SDi = PDi + jQDi

#i |Vi|, i

SGi = PGi + jQGi

|Vi| = 1.0 or 1.05

Sref = Pref + jQref

ref = 0



Hình 2.1: Hệ thống điện đơn giản

I1 I3

I2

Bus 2

Bus 1 Bus 3

Z23

Z13

Z12

y12

2

y23

2

y23

2

y13

2

y13

2

y12

2

Chú ý: Nếu một máy phát có đủ nguồn công suất để bảo đảm một mức điện áp nào đó, nó được xử lý như là một nút điều tiết điện áp. Trong phần này cung cấp một phương pháp đơn giản xác định ma trận tổng dẫn

nút từ cấu trúc cơ bản của những thiết bị điện trong mạng. Phương pháp phân tích cơ bản là lý thuyết mạch (graph theory) và trạng thái đa kết nối của nhiều mạng.

Xét một mạng điện đơn giản có 3 nút và 3 dây dẫn. Các tổng trở trên từng đường dây và các dòng điện đưa vào các nút như trình bày ở Hình 2.1.

Các đặc tính cơ bản của đường dây được trình bày ở Hình 2.2

Mô hình hóa các đặc tính cơ bản về điện của thiết bị điện trở thành mô hình mạng để xác định tổng dẫn nút của mạng được trình bài ở Hình 2.3

I1 I3

I2

Bus 2

Bus 1 Bus 3

Z23

Z13

Z12

Hình 2.2: Các tính chất cơ bản về điện của thiết bị điện trên hệ thống

Trở kháng đường dây

Dung kháng đường dây



Hình 2.3: Mô hình mạng của hệ thống điện

Áp dụng định luật KCL tại các Bus 1, 2 và 3 ta có: I1 = I11 + I12 + I13 = y11V1 + y12(V1 - V2) + y13(V1 - V3) I2 = I22 + I21 + I23 = y22V2 + y21(V2 - V1) + y23(V2 - V3) (2.1) I3 = I33 + I32 + I31 = y33V3 + y32(V3 - V2) + y31(V3 - V1) Rút gọn biểu thức (2.1) ta được: I1= (y11 + y12 + y13)V1 – y12V2 – y13V3 I2= – y21V1 + (y21 + y22 + y23)V2 – y23V3 (2.2) I1=– y31V1 – y32V2 + (y31 + y32 + y33)V3 Biểu diễn biểu thức (2.2) ở dạng ma trận ta được:

3

2

1

3332313231

2323222121

1312131211

3

2

1

)y y (yy-y-

y-)y y (y

y-y)y y (y

V

V

V

y

I

I

I

(2.3)

Rút gọn biểu thức (2.3) ta được:

3

2

1

333231

232221

131211

3

2

1

YYY

YY

YYY

V

V

V

Y

I

I

I

(2.4)

Biểu thức tổng quát như sau:

VYI bus (2.5)

Trong đó:

I là tập hợp dòng điện đưa vào nút

Y là ma trận tổng dẫn nút

V là tập hợp điện áp nút Những bước xác định ma trận tổng dẫn bằng kiểm tra. Xét nút thứ i của mạng

như trình bày ở Hình 2.4

I1 I3

I2

Bus 2

Bus 1 Bus 3

Y23

Y13

Y12

y22=

y23

2

y21

2+

y33=

y31

2

y32

2+y11=

y12

2

y13

2+

I21

I21

I12

I13 I31

I32

I23

V2

V1V3



Hình 2.4: Sơ đồ tổng quát liên kết tại nút thứ i trong mạng điện

1) Ybus là ma trận đối xứng 2) Yii là đường chéo chính của ma trận tổng dẫn nút, có giá trị bằng tổng điện

dẫn từng phần của tất cả các thành phần liên kết tại nút thứ i. 3) Yij là những thành phần không nằm trên đường chéo chính của ma trận tổng

dẫn nút, có giá trị bằng với điện dẫn thành phần liên kết giữa nút thứ i và nút thứ j nhưng ngược nhau về dấu. Nếu giữa nút i và nút thứ j có hai nhánh thành phần liên kết song song thì nên tính điện dẫn tương đương trước khi xác định tổng dẫn nút.

Phần tử trên đường chéo chính có tổng dẫn nối nút thứ i là:

n

jioj iiii

n

jioj ii

n

jioj

iiiijxrz

yY11

(2.6)

Phần tử ngoài đường chéo chính có tổng dẫn tương hỗ giữa nút thứ i và thứ j là:

Yij = Yji = -yji (i j) (2.7)



2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH LƯỚI ĐIỆN

2.3.1. Phương pháp lặp GAUSS - SEIDEL (GS)

Bắt đầu

Nhập ro, x0, L

k:=1

Tính các phần tử nằm ngoài đường chéo chính của Ybus - phần tử nằm trên hàng thứ k

ijij zY /1 j ≠ i.

k<nh đúng

k:=k+1

k:=1

Tính các phần tử nằm trên đường chéo

chính – tổng dẫn riêng thứ k

n

ikikk YY

1

k<n

k:=k+1

đúng

Sai

In kết quả tính toán Ybus

Kết thúc

Sai

r0 : điện trở đơn vị x0 : điện kháng đơn vị L : chiều dài nh: số nhánh. n: số nút.

Hình 2.5: Sơ đồ khối thuật toán thành lập ma trận Ybus



2.3.1.1. Giải phương trình bằng phương pháp lặp GS

Các bước lặp: - Chọn một hàm và sắp xếp lại theo dạng x = g(x) (có thể có nhiều cách

sắp xếp).

- Chọn một điểm đánh giá ban đầu của x: x(0)

= giá trị ban đầu.

- Tìm sự cải tiến giá trị của x thông qua vòng lặp, tức là x(k+1)

= g(x(k)

). - Lời giải tìm được khi sự khác biệt giữa hai vòng lặp nhỏ hơn một giá trị cho

trước: |x(k+1)-x(k)|< ε. Hệ số tăng tốc

- Có thể cải thiện tốc độ hội tụ thông qua hệ số tăng tốc: : α>1 - Bước lặp được hiệu chỉnh như sau:

))((1 kkkk xxgxx

Ví dụ: Tìm nghiệm của phương trình: f(x) = x3 - 6x2 + 9x - 4 = 0

- Bước 1: Chuyền phương trình về dạng chuẩn: x = g(x)

)(9

4

9

6

9

1

469

23

23

xgxxx

xxx

- Bước 2: Từ giá trị ban đầu x(0)

= 2, các vòng lặp như sau:

000.4

998.3

967.3

739.3

338.3

897.29

4517.2

9

6517.2

9

1)517.2(

517.29

4222.2

9

6222.2

9

1)222.2(

222.29

42

9

62

9

1)2(

8

7

6

5

4

2323

2312

2301

x

x

x

x

x

xgx

xgx

xgx



2.3.1.2. Giải hệ phương trình bằng phương pháp lặp GS

Xem xét hệ n phương trình như sau: f1(x1,x2,……………,xn) = c1

f2(x1,x2,……………,xn) = c2 ………………………….. (2.8) fn(x1,x2,……………,xn) = cn

Sắp xếp lại sao cho mỗi phương trình cho một trong các biến:

),,,(

),,,(

),,,(

21

21222

21111

nnnn

n

n

xxxgcx

xxxgcx

xxxgcx

(2.9)

Các bước: - Giả sử lời giải xấp xỉ cho các biến độc lập là:

00

2

0

1 ,..., nxxx

- Tìm các kết quả trong một lời giải xấp xỉ mới: 11

2

1

1 ,..., k

n

kkxxx

- Trong phương pháp Gauss Seidel, các giá trị được cập nhật của các biến được tính toán trong các phương trình trước được sử dụng ngay tức thì trong lời giải của các phương trình tiếp theo.

- Quá trình lặp diễn ra cho đến khi thỏa mãn điều kiện:

|x(k+1)

-x(k)

|< ε (i=1:n) Ví dụ 3: Dùng phương pháp Gauss Seidel giải hệ phương trình sau:

012

012

211

211

XXX

XXX

- Ý tưởng:

25.0

25.0

12

11

2

12

11

1

kkk

kkk

XXX

XXX



- Phương trình cập nhật:

25.0

25.0

12

11

2

12

11

1

kkk

kkk

XXX

XXX

Lời giải theo phương pháp Gauss Seidel:

25.0

25.0

121

2

12

11

1

kkk

kkk

XXX

XXX

- Điểm dự đoán ban đầu:

0

00

2

01

X

X

- Vòng lặp 1:

5.0

5.01

2

11

X

X

- Vòng lặp 2:

625.02

5.0625.05.0

625.02

5.05.05.0

22

21

xX

xX

- Vòng lặp 3:

731.02

705.0625.05.0

705.02

625.0625.05.0

2

31

xX

xX

k



Ý tưởng giải hệ phương trình của phương pháp Gauss Seidel:

),.....,,( 211

1

1

k

n

kkkXXXFX

),.....,,( 2

1

12

1

2

k

n

kkkXXXFX

),....,,,.....,,( 11

1

1

2

1

1

1 kn

km

km

k

m

kk

m

k

m XXXXXXFX

),.,..............................,.........(

1

1

1

1

1 kn

k

n

k

n

k

n XXXFX

2.3.1.3. Áp dụng GS vào giải tích lưới điện

Các phương trình được dẫn ra ra như sau:

n

jjij

n

jiji

i

ii

i

iiiiiii

ijVyyVV

jQP

V

jQPIIVjQP

10*

*

*

Viết phương trình dưới dạng Gauss Seidel

n

jij

n

j

kjijk

i

ii

k

in

jij

n

jjij

i

ii

i

y

VyV

jQP

Vij

y

VyV

jQP

V

0

1*

1

0

1*

Viết lại phương trình công suất để tìm P và Q:

n

j

kjij

n

jij

ki

ki

ki

n

j

kjij

n

jij

ki

ki

ki

VyyVVQ

VyyVVP

10

*1

10

*1

Im

Re

Các công suất thực và kháng cung cấp cho tải được giữ cố định. Chiều dòng điện và công suất ở các nút được mô tả như sau:

- Đối với nguồn phát: công suất là dương. - Đối với tải: công suất là âm. - Công suất điều độ (scheduled) là tổng công suất phát và tải

(2.10)

(2.11)

(2.12)



Tập các phương trình trở thành:

ij

y

VyV

jQP

Vn

jij

n

j

kjijk

i

schi

schi

k

i

0

1*

1

ijVyyVVQ

ijVyyVVP

n

j

kjij

n

jij

ki

ki

ki

n

j

kjij

n

jij

ki

ki

ki

10

*1

10

*1

Im

Re

trong đó Pi[sch]

và Qi[sch]

là các công suất hoạch định đã biết trước ở nút i.

Viết lại công thức dưới dạng Ybus:

ij

Y

VYV

jQP

Vn

jij

n

j

kjijk

i

schi

schi

k

i

0

1*

1

ijVYYVVQ

ijVYYVVP

n

j

kjij

n

jij

ki

ki

ki

n

j

kjij

n

jij

ki

ki

ki

10

*1

10

*1

Im

Re

Các đặc tính của hệ thống:

- Vì cả hai thành phần (V và ) là biết trước ở slack bus (nút chuẩn) vì vậy chỉ có 2(n-1) phương trình phải được giải theo cách lặp.

- Đối với mỗi load bus (nút tải), công suất thực và ào đều biết trước (scheduled):

+ Biên độ và góc điện áp phải được đánh giá (tính toán). + Trong đơn vị tương đối, biên độ điện áp danh định là 1. + Các góc điện áp ở các nút thường gần nhau, vì thế giá trị khởi động ban đầu 0 là thích hợp.

(2.13)

(2.14)

(2.15)

(2.16)

(2.17)



- Đối với các nút máy phát, công suất thực và biên độ điện áp là biết được: + Công suất thực đã được hoạch định (scheduled). + Công suất kháng được tính toán dựa trên các giá trị điện áp đã được đánh giá. + Điện áp được tính toán bằng phương pháp Gauss Seidel, chỉ phần ảo được giữa lại. + Điện áp phức được xác định từ biên độ và phần ảo theo vòng lặp

iiik

ischk jfeVfVe 2121

Hệ số tăng tốc:

21

21

)(

)(

11.

11.

kp

kp

kp

knewp

kp

kp

kp

knewp

ffff

eeee

Các hệ số α và β có thể chọn bằng nhau. Theo thực nghiệm, các hệ số tăng tốc α và β giúp phương pháp

hội tụ nhanh hơn. Giá trị tốt nhất của α và β tùy thuộc vào hệ thống. Tính toán có PV bus trong Gauss Seidel

- Để giải Vi ở PV bus trước hết phải đoán giá trị của Qi

ii

n

jkikii jQPVYVS

0

**

- Vì thế

n

k

vkik

vi

vi VYVQ

1

*Im

- Trong vòng lặp sử dụng: v

iv

iv

i jQPS

- Giải tìm

n

kk

vkikv

i

vi

ii

v

k

VYV

S

YV

1,1*)(

*)(1~ 1

- Nhưng vì |Vi| là biết được, thay )1(~ v

iV bằng |Vi|.

(2.18)

(2.19)

(2.20)

(2.21)



2.3.2. Phương pháp lặp NEWTON-RAPSHON (NR)

2.3.2.1. Sơ lược về phương pháp lặp NR

Về mặt toán học phương pháp Newton-Raphson (NR) vượt trội hơn hẳn phương pháp Gauss Seidel.

Phương pháp NR hiệu quả hơn cho những mạng điện lớn: số vòng lặp tùy thuộc vào kích cỡ mạng.

Phương pháp NR được dùng để giải tìm biên độ và góc điện áp với công suất thực và kháng bơm vào mạng đã biết.

2.3.2.2. Giải phương trình bằng phương pháp lặp NR

NR là phương pháp xấp xỉ liên tục sử dụng khai triển Taylor.

- Xem xét một hàm f(x) = c, trong đó c đã biết và x chưa biết.

- Lấy x[0]

là điểm đánh giá ban đầu, thì ∆x[0]

là độ lệch nhỏ từ lời giải chính xác.

cxxf )( 00

- Khai triển vế trái thành chuỗi Taylor xung quanh điểm x

[0]

cxdx

fdx

dx

dfxf

...

2

1)(

20

2

200

- Giả sử sai số ∆x[0]

là nhỏ và bỏ qua các thành phần bậc cao, kết quả:

0000 )( xdx

dfccx

dx

dfxf

trong đó: )( 00 xfcc

- Sắp xếp lại các phương trình:

dx

df

cx

00

001 xxx

(2.21)



Ví dụ: Tìm nghiệm của phương trình sau dùng NR với giá trị điểm ban đầu là

x[0]

= 6. f(x) = x3 - 6x2 + 9x - 4 = 0

- Đạo hàm f(x) theo x

9123 2 xx

dx

xdf

- Vòng lặp 1:

1111.145

50

504696660

45961262

0

00

2300

20

dx

df

cx

xfcc

dx

df

- Kết quả sau vòng lặp 1: 8889.41111.16001 xxx

- Các vòng lặp tiếp theo:

0000.40126.9

0095.00011.4

0011.44914.9

3748.00405.4

0405.45797.12

9981.22789.4

2789.4037.22

4431.138889.4

445

334

223

112

xxx

xxx

xxx

xxx

2.3.2.3. Giải hệ phương trình bằng phương pháp lặp NR

Xét hệ : f1(x1,x2,……………,xn) = c1 f2(x1,x2,……………,xn) = c2 ………………………………… fn(x1,x2,……………,xn) = cn

Lặp NR dùng để giải hệ phương trình cũng giống như giải phương trình:

Chọn (x1(0),x2

(0),…,xn(0)) là các nghiệm ban đầu và nếu

(Δx1(0),Δx2

(0),…, Δxn(0)) là độ lệch so với các nghiệm chính xác.



Khi đó ta có:

f1(x1(0)+ Δx1

(0),x2(0)+ Δx2

(0),……………, xn(0)+ Δxn

(0)) = c1

f2(x1(0)+ Δx1

(0),x2(0)+ Δx2

(0),……………, xn(0)+ Δxn

(0)) = c2 …………………………………………………………………………….

fn(x1(0)+ Δx1

(0),x2(0)+ Δx2

(0),……………, xn(0)+ Δxn

(0)) = cn Khai triển vế trái của hệ phương trình trên thành chuổi Taylor và bỏ qua các

thành phần bậc cao ta có:

nn

n

nnnn

n

n

n

n

cxdx

dfx

dx

dfx

dx

dff

cxdx

dfx

dx

dfx

dx

dff

cxdx

dfx

dx

dfx

dx

dff

0

0

02

0

2

01

0

1

0

20

0

202

0

2

201

0

1

202

10

0

102

0

2

101

0

1

101

...........................................................................................

Trong đó : fi(0) = fi(x1

(0),x2(0),…,xn

(0))

Viết dưới dạng ma trận:

0

022

011

0

02

01

00

2

0

1

0

2

0

2

2

0

1

2

0

1

0

2

1

0

1

1

...

...

...

...

......

...............

................

nnn

n

nnn

n

n

fc

fc

fc

x

x

x

dx

df

dx

df

dx

df

dx

df

dx

df

dx

df

dx

df

dx

df

dx

df

Hay J(0). ∆X(0) = ∆C(0)

Sử dụng phép nghịch đảo ma trận ta tính được: ∆X(0) = [J(0)]-1. ∆C(0)

Và các giá trị của buớc lặp tiếp theo là: X(1) = X(0)+ ∆X(0)

Tổng quát giá trị của bước lặp thứ k+1 là: X(k+1) = X(k)+ ∆X(k)

Trong đó: ∆X(k) = [J(k)]-1. ∆C(k)



knn

k

k

k

n

n

k

n

k

n

k

n

kk

k

n

kk

kn

k

k

kkk

fc

fc

fc

dx

df

dx

df

dx

df

dx

df

dx

df

dx

df

dx

df

dx

df

dx

df

x

x

x

JCX

...

...

......

...............

...................

....22

11

21

2

2

2

1

2

1

2

1

1

1

2

1

J(k) : là ma trận Jacobi. Các phần tử của ma trận này có đạo hàm riêng xác

định tại các phần tử của vectơ X(k)

Với Matlab việc giải hệ (2.21) thực hiện hiệu quả hơn bằng phép chia ma trận

∆X(k) = J(k)\ ∆C(k) Quá trình lặp cứ tiếp tục cho đến khi thỏa mản điều kiện:

|∆ci(k)| (i=1;n)

2.3.2.4. Áp dụng NR vào giải tích lưới điện Dòng điện tại nút i của hệ thống điện biểu diễn bởi:

n

j

jiji UYI1

(2.22)

Trong (2.23) j bao gồm cả nút i. Giả sử ijijij YY và jjj UU

thay vào

(2.23) ta có:

n

jjijjiji UYI

1

. (2.24)

Mặt khác ta có:

ii

ii

i

iiiiiiii

U

QjP

U

QjPIIUQjPS

...

*

**

(2.25)

Thay (2.25) vào (2.24) ta có:

n

jjiijijji

n

jjijjij

i

iiii YUUUYUQjP11

....

Tách ra phần thực và phần ảo:

n

jjiijijjii YUUP

1

)cos(.. (2.26)



n

jjiijijjii YUUQ

1

)sin(.. (2.27)

Khai triển (2.26) và (2.27) thành chuổi Taylor và bỏ qua các thành phần bậc cao ta được:

chonn

n

nnn

n

nnn

chon

n

n

n

chonn

n

nnn

n

nnn

chon

n

n

n

QUUd

dQU

Ud

dQ

d

dQ

d

dQQ

QUUd

dQU

Ud

dQ

d

dQ

d

dQQ

PUUd

dPU

Ud

dP

d

dP

d

dPP

PUUd

dPU

Ud

dP

d

dP

d

dPP

)0(

)0(

)0(

1

)0(

1

)0(

)0(

)0(1

)0(

1

)0(

1

)0(

)0(

1)0(

1

)0(

1

1)0(

)0(

1)0(1

)0(

1

1)0(1

)0(

)0(

)0(

1

)0(

1

)0(

)0(

)0(1

)0(

1

)0(

1

)0(

)0(

1)0(

1

)0(

1

1)0(

)0(

1)0(1

)0(

1

1)0(1

.........

.......................................................................................................................................................

.........

.........

.....................................................................................................................................................

.........

Biểu diển dưới dạng ma trận:

)(1

)(11

)(

)(11

)(

)(

1

)(

)(1

)()(

1

)()(

1

)(

1

)(

1

1

)(

1

)(

1

1

)()(

1

)()(

1

)(

1

)(

1

1

)(

1

)(

1

1

.

.

.

.

.

.

.

.

..........

......

......

..........

..........

......

......

..........

kn

chon

kcho

kn

chon

kcho

k

n

k

kn

k

k

n

n

k

n

k

n

n

k

n

k

n

kk

n

k

k

n

n

k

n

k

n

n

k

n

k

n

kk

n

k

QQ

QQ

PP

PP

U

U

Ud

dQ

Ud

dQ

d

dQ

d

dQ

Ud

dQ

Ud

dQ

d

dQ

d

dQ

Ud

dP

Ud

dP

d

dP

d

dP

Ud

dP

Ud

dP

d

dP

d

dP

Hệ trên có thể viết dưới dạng rút gọn:

UJJJJ

QP

k

k

kk

kk

k

k

)(

)(

)(

4

)(

3

)(

2

)(

1)(

)( (2.28)

XJCkkk

)()()( . (2.29)



Từ (2.29) ta tìm được ΔX(k) và các giá trị của bước lặp thứ k+1 cũng được xác định: δi

(k+1)= δi(k) +Δδi

(k) và |Ui|(k+1)=|Ui|

(k)+Δ|Ui|(k). Quá trình lặp tiếp tục cho đến khi

thỏa mản điều kiện:

)(

)(

ki

ki

Q

P (2.30)

ε: là giá trị chính xác mong muốn. Đối với công suất ε=0,001pu Nhận xét: Với mỗi nút PQ ta có 2 phương trình ràng buộc công suất cho bởi (2.26) và

(2.27), với mỗi nút PV CSTD đã biết vì vậy ta cũng có 1 phương trình cho bởi (2.26). Theo cách lập luận như trên ma trận Jacobi sẽ có cấp (2n × 2n), tuy nhiên

thực tế: - Với nút cân bằng (nút Vq) môđun |Ui| và góc lệch δi của điện áp đã biết,

công suất Pi, Qi chưa xác định nên các cột và các hàng tương của ma trận Jacobi cũng như ma trận ΔC và ΔX sẽ bị loại trừ.

- Với nút PV môđun |Ui| đã xác định, CSPK Qi chưa biết. Vì vậy nếu hệ thống có m nút PV thì ma trận Jacobi sẽ m cột có đạo hàm theo |Ui| và m hàng chứa Qi

cho bị loại trừ.

Như vậy ma trận J có cấp (2n-2-m) × (2n-2-m), ma trận J1 sẽ có cấp (n-1)×(n-1), J2 có cấp (n-1) ×(n-1-m), J3 có cấp (n-1-m) ×(n-1) và J4 có cấp (n-1-m) ×(n-1-m).

Ma trận Jk )(

có các phần tử là đạo hàm riêng của (2.26) và (2.27) theo các biến

δi(k), |Ui|

(k) chưa xác định tại các nút, các phần tử này xác định như sau: Các phần tử trên đường chéo và ngoài đường chéo chính của ma trận J1:

ijYUUd

dP

YUUd

dP

jiijijji

j

i

n

ijj

jiijijji

i

i

sin

sin1

(2.31)

Các phần tử trên đường chéo và ngoài đường chéo của ma trận J2:

ijYUUd

dP

YUYUUd

dP

jiijiji

j

i

n

ijj

jiijijjiiiii

i

i

cos

coscos21

(2.32)




ijYUUd

dQ

YUUd

dQ

jiijijji

j

i

n

ijj

jiijijji

i

i

cos

cos1

(2.33)


ijYUUd

dQ

YUYUUd

dQ

jiijiji

j

i

jiij

n

ijj

ijjiiiii

i

i

sin

sinsin21

(2.34)



Hình 2.6: So sánh số điểm dao động trong quá lặp theo các phương pháp

Bảng 2.2: So sánh kích thước ma trận Jacobian theo các phương pháp

2.3.3. Phương pháp lặp FAST-DECOUPLED (FD)

2.3.3.1. Sơ lược về phương pháp lặp FD

Khi tính phân bố công suất của một hệ thống truyền tải với quy mô lớn, cần có một phương pháp thay thế để nâng cao hiệu quả tính toán và giảm yêu cầu tính toán và giảm dung lượng bộ nhớ máy tính đó là phương pháp phân lặp nhanh (Fast Decoupled), đây là phương pháp gần giống với phương pháp Newton-Raphson.

Phương pháp phân lập nhanh đòi hỏi số lần lặp nhiều hơn phương pháp Newton-Raphson, nhưng thời gian cho mỗi lần lặp ít hơn mà kết quả tính toán lại rất nhanh. Phương pháp này rất hữu ích cho việc mô phỏng và tính toán phân bố công suất trên hệ thống điện lớn.

(Ghi chú: thông tin được lấy từ bài viết “Fast Decoupled Power Flow for

Unbalanced Radial Distribution Systems” của Ray D. Zimmerman, Hsiao-Dong Chiang,School of Electrical Engineering Cornell University, Ithaca, NY 14853 USA, Table II”, pp. 6).

(Ghi chú: thông tin được lấy từ bài viết “Fast Decoupled Power Flow for

Unbalanced Radial Distribution Systems” của Ray D. Zimmerman, Hsiao-Dong Chiang,School of Electrical Engineering Cornell University, Ithaca, NY 14853 USA, Figure 6”, pp. 6).

(Đơn vị: 10^6)



Đối với hệ thống điện với quy mô lớn, thường là các đường dây truyền tải có tỉ lệ X/R rất lớn. Trong trương hợp như vậy, sự thay đổi góc Δδ điện áp ở một thanh cái ảnh hưởng chủ yếu đến dòng công suất tác dụng ΔP, tương tự công suất phản kháng ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi góc pha Δδ. Sự thay đổi trị số điện áp |V| ở một thanh cái ảnh hưởng chủ yếu đến dòng công suất phản kháng Q trên đường dây và dòng công suất tác dụng coi như không thay đổi.

Việc đưa các gần đúng nói trên vào ma trận Jacobian làm cho các phần tử của ma trận con J12 , J21 bằng không và phân lập hai hệ phương trình riêng biệc như

sau:

nn

n

nn

n

P

P

PPJ

PP

22

2

11

2

2

2

(2.35)

n

n

n

n

nn

n

n

n

Q

Q

V

V

V

V

V

QV

V

QV

J

V

QV

V

QV

22

2

2

2

22

2

2

22

(2.36)

Các phương trình được lập theo định nghĩa là các hiệu chỉnh góc pha điện

áp được tính từ các sai số công suất tác dụng P trong khi các hiệu chỉnh về trị số điện áp được tính toán từ các công suất phản kháng Q . Tuy vậy các phần tử của hai ma trận J11 và J22 vẫn còn phụ thuộc lẫn nhau. Dĩ nhiên hai hệ phương trình

này có thể được giải tuần tự kết quả lời giải này để tính toán các phần tử của ma trận trong hệ kia. Để đơn giản trong tính toán, cần đưa vào các yếu tố làm cho đơn giản hơn nữa dựa và otính chất vật lý của dòng công suất trên đường dây truyền tải được giải thích như sau:

Trong một hệ thống được truyền tải và vận hành thích hợp thì: - Hiệu số pha giữa các nút trong hệ thống thường nhỏ sao cho:

0sin

1cos

ij

ij

jiij



- Điện dẫn kháng của đường dây Bij lớn gấp nhiều lần so với điện dẫn

tác dụng Gij sao cho:

ijijij BG sin

- Công suất phản kháng Qi đi vào nút i trong chế độ vận hành bình

thường nhỏ hơn nhiều so với công suất phản kháng nếu tất cả các đường dây từ nút này bị ngắn mạch:

ijijijij

i

ij

jiijijii

i

i

iiij

YVVV

QV

YVVP

BVQ

sin

sin

2



2.3.3.2. Áp dụng FD vào giải tích lưới điện

- Do tỉ lệ X/R rất lớn (đối với hệ thống điện với quy mô lớn, thường là các đường dây truyền tải).

VQ

P

- Hơn nữa phương pháp này không cần tính lại J1 và J4 sau mỗi vòng lặp

VV

QVJQ

PJP

VJ

J

Q

P

4

1

4

1

0

0

Một cách tổng quát

mnmnmnmnnmn

mnnnn

mn

n

JJ

JJ

Q

P

2222114113

112111

1

1

Ma trận [J1]:

ijiii

n

jjiijijji

i

i YVYVVP

J

sinsin:2

11

iiii

ijiiii

BVQ

YVQ

2

2sin

→ Tổng các giá trị liên quan tới bus i.

- Vì iii BQ chúng ta bỏ qua Qi và ii VV 2

iii

i

i BVP

- Do ji là rất nhỏ nên ijjiij

ijiijji

j

i BVBVVP

(giả thuyết Vj 1)

(2.37)

(2.38)

(2.39)



- Ma trận [J4]:

1sin

sinsin:1

4

i

iiiiii

iiiii

n

jjiijijj

i

i

V

QYV

YVYVV

QJ

Do

n

jjiijijj

i

i YVV

Q

1

sin

- Mà lại vì iiiiii YB sin

iii

i

i BVV

Q

- Giả thuyết cho ijjiij

iji

j

i BVV

Q

- Với những giả định như trên suy ra được:

VBV

Q

BV

P

mni

ni

1

''

1

'

- Ma trận B’ và B’’ được suy ra từ ma trận Ybus

V

QBV

V

PB

1''

1'

Ma trận B’ và B” là các ma trận đối xứng, có nhiều số không, các phần tử không đổi và là số thực, trái dấu với ma trận Ybus. Như vậy ma trận B’ dễ dàng được

thành lập ngay từ đầu và có thể phân tích thành các thừa số tam giác cần thiết để giải hệ phương trình.

Một khi được thành lập ma trận B’ không cần phải tính toán lại trong khi ma trận Jacobian phải được tính lại trong mỗi lần lặp. Điều này cho phép trong mỗi lần lặp được thực hiện nhanh chóng.

(2.40)



Hình 2.7: Sơ đồ thay thế của đường dây

Hình 2.8: Sơ đồ thay thế của MBA khi đầu phân áp ở mức 0

Đối với các nút điều chỉnh điện áp, thì công suất Q không được định trước và Δ|V| bằng không nên bỏ bớt hàng và cột tương ứng với các nút này.

Sau khi giải tìm biên độ và góc điện áp, phân bố công suất và tổn thất trên các nhánh đường dây sẽ được tính toán:

- Các đường dây truyền tải và MBA là các nhánh trong mạng. - Hướng dương của dòng điện được định nghĩa cho các phần tử nhánh trong

mạng (xem xét ở đây chủ yếu là đường dây chiều dài trung bình). - Phân bố công suất được định nghĩa cho mỗi đầu cuối các nút.

Ví dụ: Công suất rời nút i và chảy vào nút j

- Dòng chảy dòng điện và công suất

**0

2*

0

)(

)(

jijiiijiijiij

iijiijioLij

VyVyyVIVS

VyVVyIII

ji

**0

2*

0

)(

)(

iijjiijjjijji

jjijijjoLji

VyVyyVIVS

VyVVyIII

ij

- Tổn thất công suất

jiijLossij SSS

Theo bài giảng “Phần mềm tính toán hệ thống điện của Ts.Nguyễn Đăng Toản, Khoa Hệ Thống Điện – Đại Học Điện Lực”, tr 32:

- Trong tính toán trao lưu công suất, MBA được biểu diễn bởi mô hình pi thông thường

- Khi tỷ số biến đổi bằng 1 ( đầu phân áp vận hành ở mức 0) sơ đồ tương đương được mô tả như hình vẽ:

i j

MBA

i j

yMBA



Hình 2.9: Sơ đồ thay thế của MBA khi đầu phân áp ở mức khác 0

- Khi dùng đầu phân áp (điều chỉnh vận hành ở mức khác 0) sơ đồ tương đương được mô tả như hình vẽ:

a

yMBA

MBAya

a

1 MBAy

a

a

2

1

1:a Bus i Bus j



Hình 2.10: Lưu đồ phương pháp Fast Decouple

2.3.3.3. Mô hình hóa phương pháp FD giải tích lưới điện

Chọn ||Ui||(0), δi

(0), i=1:n

Tính Ybus

Kiểm tra điều kiện dừng Max(||ΔC(k)||) ≤ ε

δi

(k+1)= δi(k)+ Δδi

(k)

||Vj||(k+1)=||Vj||

(k)+ ΔVj(k)

i=1:n-1 j=1:n-1-m

đúng

Sai

Tính ΔX(k) =[Δδ(k) ;ΔU(k)] =(| B (k)|-1)*( ΔC(k)/V(k))

Thành lập ma trận B (k) từ ma trận Ybus và Nghịch đảo ma trận

B (k)→| B (k)|-1

Tính độ lệch CS: ΔP(k), ΔQ(k) →ΔC(k)=[ΔP(k); ΔQ(k)]

Lưu MAX (||ΔC(k)||)

k:=0 k=k+1

Nhập dữ liệu

Kiểm tra dữ liệu sai

đúng

Begin

δi=δi(k), ||Vj||=||Vj||

(k)

End

Tính QiPV, CS phát, tổng CS tiêu thụ, cân bằng CS, CS tổn thất

trên toàn hệ thống…



Hình 2.11: Sơ đồ lưới điện 3 Bus

Hình 2.12: Mô hình Ybus của lưới điện 3bus

2.3.3.4. Ví dụ áp dụng FD vào giải tích lưới điện

Cho sơ đồ hệ thống điện với các thông số như sau:

- Bus 1 (Slack): 0,0,05,1 1111 DD QPV

?11 GG QP

- Bus 2 (PQ): 5,2,4,0 2222 DDGG QPQP

?& 22 V

- Bus 3 (PV): 0,04,1,2 3333 DDG QPVP

?& 33 GQ

jjj

jj

jjj

Ybus

622632163010

321652262010

301020105020

Bus 1(slack)

Z = 0,02+j0,0412

Bus 3

Bus 2

Z = 0,01+j0,0313

Z = 0,0125+j0,02523

V = 1,05 0°1

P = 2; |V| = 1,04G3 sch 3

P + jQD2

= 4 + j2,5D2

Y = 10 - j2012

Y = 10 - j3013

Y = 16 - j3223

21

3



Bus 1 là bus chuẩn, tính B’ cho 2 và 3

2

3

2

4

1

2

3

2

0

0

6232

3252'

VJ

J

Q

P

P

B

Ta có:

322323322222

2

212212112

3

122222

coscoscos

cos

YVVYVYVV

YVVPj

jjjj

3333

2

323323223133131133 coscoscos YVYVVYVVP

322323322222

2

212212112

3

122222

cossinsin

sin

YVVYVYVV

YVVQj

jjjj

Ta lại có:

2

5,24

3

222222

sch

DDGGschsch

P

jjQPjQPjQP

Bắt đầu với 01)0(

2V và 0)0(

3

22.032.04,15220.05,15,2

4384,126.04,116.04,110.05,1.04,12

86.216.04,12610.05,14

022

)0(

2

2033

)0(

3

022

)0(

2

QQQ

PPP

PPP

sch

sch

sch

008909,0

06048,0

04,1

4384,11

86,2

02366,0014545,0

014545,0028182,0

3

2

023636,0014545,0

014545,0028182,0'

1B



Vì Bus 3 là bus PV sẽ tương ứng với số hàng và số cột của ma trận B’ được loại bỏ, ta được:

52'' B

0042308,00,1

22,0

52

12

V

995769,0)0042308,0(1

008909,0)008909,0(0

060483,0)060483,0(0

0

2

0

2

1

2

0

3

0

3

1

3

0

2

0

2

1

2

VVV

Đơn vị của góc pha điện áp là radian, Quá trình lặp sẽ tiếp tục cho đến khi

thỏa mãn điều kiện: ., kk QPMax

CHƯƠNG 3: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MATLAB TÍNH PBCS CBHD: Trần Anh Nguyện


CHƯƠNG 3

VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MATLAB TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

3.1. KHÁI QUÁT VỀ CHƯƠNG TRÌNH 3.1.1. Giới thiệu khái quát về chương trình con viết theo phương pháp FD

Chương trình được viết để tính phân bố công suất và tổn thất trên hệ thống điện có n nút. Chương trình chính gồm có sáu phần cơ bản, đó là các chương trình con:

1. Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối của Busdata. 2. Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối của Linedata. 3. Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối của Tranformerdata. 4. Chương trình con tạo ma trận Ybus. 5. Chương trình con tính phân bố công suất và tổn thất trên hệ thống điện

bằng phương pháp Fast Decoupled. 6. Chương trình con xuất ra tất cả các kết quả đã tính được.

Chú ý: Dữ liệu đầu vào của chương trình được phân làm ba loại là thông số

linedata, thông số busdata và thông số transformerdata: - Thông số tại Busdata bao gồm: số thứ tự nút, điện áp chuẩn, công suất PD

và PQ của phụ tải , công suất PG, PGmax, PGmin, QGmax, QGmin của máy phát, điện áp định mức của mạng điện Uđm (KV), mã nút.

- Thông số Linedata bao gồm: số đường dây, số nút vào và nút ra, điện trở, điện kháng đơn vị, điện trở shunt (dung kháng), chiều dài đường dây, dòng điện lớn nhất của đường dây, số mạch của đường dây.

- Thông số Transformerdata gồm: số thứ tự MBA, số nút vào và nút ra, điện áp vào điện áp ra, % điện kháng, công suất cao nhất của MBA.





3.1.2. Các thông số đầu vào

Đây là các đại lương cơ bản ta phải đổi sang đơn vị tương đối để hạn chế sai số trong các khâu tính toán. Các dữ liệu được thể hiện dưới dạng ma trận, đó là ba ma trận:

- Busdata: ma trận có dạng như hình 3.1 - Linedata: ma trận có dạng như hình 3.2. - Transformerdata: ma trận có dạng như hình 3.3

Các hình 3.1, 3.2 và 3.3 là các số liệu cơ bản đầu vào chưa được đổi sang đơn vị tương đối (Nguồn dữ liệu tổng hợp nên mang tính chất tương đối).

Hình 3.1: Ma trận Busdata



Hình 3.2: Ma trận Linedata

Hình 3.3: Ma trận Tranformerdata



3.2. CÁC CHƯƠNG TRÌNH CON TRONG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VIẾT THEO PHƯƠNG PHÁP FD

3.2.1. Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Busdata

Ta thực hiện viết chương trình con đổi sang đơn vị sang đơn vị tương đối Busdata dựa trên mối quan hệ giữa các giá trị cơ bản, giá trị tương đối và giá trị thực của các đại lượng được xác định như sau:

[Giá trị trong đơn vị tương đối (đvtđ)] = [Giá trị thực(thuc)]/[Giá trị cơ bản (cb)]

cb

thucđvtđ

S

SS ;

cb

thucđvtđ

V

VV

Chú ý: để đơn giản hóa trong quá trình tính toán nên trong chương trình con đổi sang đơn vị sang đơn vị tương đối Busdata ta chọn giá trị cơ bản của các loại công suất bằng 100 và giá trị cơ bản của điện áp tại các bus thì bằng giá trị điện áp tại bus đó. Hình 3.4: Ma trận Busdata đã được đổi sang đơn vị tương đối



3.2.2. Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Linedata

Tương tự như chương trình con đổi sang đơn vị sang đơn vị tương đối Busdata thì chương trình con đổi sang đơn vị sang đơn vị tương đối Linedata cũng có các công thức chuyển đổi như sau:

- Đối với điện trở: cb

cbthucthuc

cb

thucđvtđ

U

SlR

R

RR

2..

- Đối với điện kháng: cb

cbthucthuc

cb

thucđvtđ

U

SlX

X

XX

2..

- Đối với điện trở Shunt (dung dẫn): cb

cbthucthucShunt

cbShunt

thucShuntđvtđShunt

U

SlR

R

RR

2.

.

.. )./(

- Đối với dòng điện:

cb

cb

thuc

cb

thucđvtđ

U

SI

I

II

.3

Hình 3.5: Ma trận Linedata đã được đổi sang đơn vị tương đối



3.2.3. Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Tranformerdata

Tương tự như chương trình con đổi sang đơn vị sang đơn vị tương đối Busdata và chương trình con đổi sang đơn vị sang đơn vị tương đối Linedata thì chương trình con đổi sang đơn vị sang đơn vị tương đối Tranformerdata cũng có các công thức chuyển đổi như sau:

Đối với điện kháng:

2

.

.

.100

buscb

MBAđm

MBAđm

cbthuc

cb

thucđvtđ

U

U

S

SX

X

XX

vì chúng ta mô hình hóa máy biến áp giống như đường dây (Hình 2.9: Sơ đồ thay thế của MBA khi đầu phân áp ở mức khác 0) nên máy biến áp cũng có điện trở Shunt (dung dẫn) và sẽ được trình bày ở phần chương trình con tạo ma trận Ybus.

Hình 3.6: Ma trận Tranformerdata đã được đổi sang đơn vị tương đối



3.2.4. Chương trình con tạo ma trận Ybus

Ma trận Ybus được thành lập như sơ đồ thuật toán Hình 2.6. Đầu tiên thành lập các tổng dẫn tương hổ Yij giữa các nút (các phần tử nằm ngoài đường chéo chính của Ybus) , sau khi tất cả các tổng dẫn tương hổ được xác định thì các tổng dẫn riêng cũng được xác định Yii = – ∑Yij với j≠i.

Hình 3.7: Ma trận Ybus trong Matlab



Hình 3.8: Ma trận Ybus trong Matlab (tt)

Hình 3.9: Ma trận Ybus trong Matlab (tt)



3.2.5. Chương trình con tính phân bố công suất và tổn thất trên hệ thống truyền tải cao áp Đồng Bằng Sông Cửu Long bằng phương pháp Fast Decoupled.

Sau khi cho thực hiện các chương trình con ở trên bao gồm các chương trình

“Dulieudauvao.m”,“donvituongdoi.m”, “Ybus.m”, “FD.m”, “phanbocongsuat.m”,

“xuatketqua.m” bằng cách click chuột trái vào biểu tượng trên thanh công cụ hoặc vào Debug\Run hoặc nhấn F5 của cửa sổ Editor, chúng ta sẽ có được kết quả tính toán của chương trình trên bằng phương pháp Fast Dedoupled trên giao diện Command Window của phần mềm Matlab:



Hình 3.10: Kết quả tính toán bằng chương trình Fast Decoupled

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ĐỂ TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CHO HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP THỰC TẾ


CHƯƠNG 4

ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH ĐỂ TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CHO HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP THỰC TẾ

4.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP DỒNG BẰNG

SÔNG CỬU LONG

Vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) là một trong những vùng kinh tế trọng điểm của quốc gia đang có xu hướng phát triển các ngành công nghiệp về mặt hàng nông sản, hải sản từ đó các dây chuyền sản xuất ra đời nhu cầu sử dụng điện càng cao. Vì nếu không có điện thì các dây chuyền này không sản xuất được, chất lượng điện không đảm bảo sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất. Để đáp ứng nhu cầu đó quy hoạch và mở rộng hệ thống điện ở ĐBSCL là phần rất quan trọng của sự phát triển kinh tế vùng, đặc biệt là khâu quy hoạch và mở rộng hệ thống truyền tải ở ĐBSCL.

Hiện trạng hệ thống nguồn và lưới điện truyền tải cao áp ĐBSCL bao gồm các mạng điện 220kV , 110kV và tuyến 500kV Phú Lâm – Ô Môn đang vận hành 220kV.

Trong quy mô của luận văn này sẽ áp dụng lý thuyết cho lưới điện có mức điện áp từ 110KV trở lên trong vùng ĐBSCL .

Hình 4: Sơ đồ đơn tuyến hệ thống điện vùng ĐBSCL



4.2. NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

Việc cân bằng công suất đảm bảo yêu cầu: tổng công suất phát (công suất của nút 1 – nút cân bằng (Cai Lậy) , nút 2 – nút PV (Ô Môn), nút 3 – nút PV (Trà Nóc), nút 4 – nút PV (NMĐ Cà Mau) và công suất của thiết bị bù) bằng tổng công suất tiêu thụ (tổng công suất của phụ tải và tổng tổn thất công suất qua máy biến áp, trên đường dây trong toàn hệ thống truyền tải).

Giá trị điện áp tính toán bằng chương trình phù hợp với lý thuyết và thực tiển, điện áp tại các nút xa nguồn nhỏ hơn điện áp tại các nút gần nguồn.

Quá trình tính toán tổn thất công suất có xét đến tổn thất trong MBA mặt khác XB>>RB (bỏ qua RB) và tổn thất trên đường dây. Mặt khác, do các phụ tải sau MBA không tiêu thụ CSPK nên tổng tổn thất CSTD lớn hơn so với tổng tổn thất CSPK.

Phương pháp tính: FAST DECOUPLED

Công Suất Tác Dụng

(MW) Công Suất Phản Kháng

(Mvar)

Máy Phát: 1703.11 147.14

Phụ Tải: 1540 0

Tổn Thất:

- Đường Dây: 163.11 98.43

- Máy Biến Áp: 0 49.17

Tổng Tổn Thất: 163.11 147.6

Bảng 4.1: Công suất phát, phụ tải và tổn thất công suất trong hệ thống được tính toán bằng Matlab



Hầu hết các MBA trong hệ thống truyền tải điều vận hành ở trạng thái non tải khi bình thường. Ngoài ra, cũng có một số đường dây vận hành ở trạng thái quá tải như:

STT Từ Nút

Đến Nút

Từ Thanh Cái

Đến Thanh Cái

Công Suất Định Mức

(MVA)

CôngSuất Thực Tế (MVA)

Tỉ lệ Quá Tải

(%)

1 1 7 Cai Lậy 220kV

Cao Lãnh 2 220kV

339.898 386.018 113.569

2 2 5 Ô Môn 220kV

Thốt Nốt 220kV

339.898 379.388 111.618

3 5 7 Thốt Nốt 220kV

Cao Lãnh 220kV

339.898 444.991 130.919

(Ghi chú: các số liệu trong bảng được tính toán và trích ra từ các chương trình

con có trong cửa sổ Workspace, không được hiển thị trong cửa sổ Command Window). 4.3. NHẬN XÉT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Phương pháp Fast Decoupled mặc dù chương trình hóa phức tạp, không gian lưu trữ lớn, tuy nhiên sai số tính toán có thể chấp nhận được, thời gian lặp cũng đảm bảo yêu cầu. Khi kích thước lưới thay đổi, phương pháp Fast Decouple vẫn đảm bảo tốc độ hội tụ cao, sai số cũng như thời gian lặp không có biến động hay dao động lớn. Nhược điểm của Fast Decoupled là quá trình lặp có thể phân kì nếu sai số của xấp xĩ ban đầu lớn (tức là chọn giá trị nghiệm ban đầu xa nghiệm chính xác). Tuy nhiên với HTĐ, trong điều kiện vận hành bình thường, độ lớn điện áp tại các nút thường gần với giá trị Uđm (1.0+j0 pu) hoặc lân cận giá trị điện áp tại nút cân bằng. Vì vậy chọn các giá trị ban đầu của điện áp là Ui

(0) = Uđm (i = 1:n) sẽ đảm bảo lặp Fast

Decoupled tốt.

Bảng 4.2: Thống kê đường dây vận hành quá tải

CHƯƠNG 5:KIỂM TRA CHƯƠNG TRÌNH VỚI PHẦN MỀM POWERWORLD CBHD: Trần Anh Nguyện


CHƯƠNG 5

KIỂM TRA CHƯƠNG TRÌNH VỚI PHẦN MỀM POWERWORLD

PowerWorld Simulator là một trong những phần mềm mô phỏng hệ thống điện của hãng PTI. Phần mềm cung cấp các công cụ mô phỏng hiệu quả và quan trọng cho phép khảo sát các đối tượng, hệ thống hay quá trình kỹ thuật - vật lý giúp người kỹ sư điện có khả năng rút ngắn thời gian và giảm được chi phí nghiên cứu. Điều quan trọng nhất của phần mềm này là khả năng tính toán bài toán giá thành điện năng và hiển thị trực tiếp giá thành này tại các thanh cái cũng như trên các đường dây tải điện. Đây là một công cụ rất hữu ích trong việc tính toán thiết kế và định chế độ vận hành cho hệ thống điện và hơn nữa là hướng tới mục tiêu thị trường điện ở Việt Nam.

Các bài toán mà phần mềm PowerWorld có thể hỗ trợ phân tích bao gồm: Phân bố công suất trong hệ thống điện. Khảo sát và vận hành đường dây tải điện trên không trong hệ thống điện. Giảm tổn thất công suất (tổn thất kỹ thuật) trong hệ thống điện. Tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện. Điều khiển tần số trong hệ thống điện. Điều khiển điện áp trong hệ thống điện. Điều phối kinh tế trong hệ thống điện.

Những công cụ mở rộng khác của phần mềm (Simulator Add-On Tools): Công cụ đánh giá tính ổn định và tương thích của điện áp (Voltage

Adequacy Stability Tool). Công cụ xác định dòng công suất tối ưu (Optimal Power Flow Tool). Công cụ xác định tính an toàn dòng công suất tối ưu (Security

Constrained Optimal Power Flow Tool). Công cụ phân tích khả năng truyền tải của hệ thống (Available Transfer

Capability Analysis Tool). Khả năng tự động hoá (Simulator Automation Server).



5.1. NHẬP CÁC THÔNG SỐ TỪ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI THỰC TẾ VÀ XUẤT RA KẾT QUẢ.

5.1.1. Một số lưu ý trong quá trình nhập thông số vào PowerWorld

Sau khi vẽ sơ đồ hệ thống truyền tải cao áp ĐBSCL, chúng ta tiến hành nhập thông số trên các Bus, máy phát, đường dây và MBA nhưng sẽ có một số lưu ý sau:

- Các thông số của máy phát:

+ Đối với máy phát gắn vào Slack Bus chỉ cần nhập thông số vào ô Min.MW Output, Max.MW Output, Min Mvars, Max Mvars và check chọn Available for AGC, Enforce MW Limits, Available for AVR trong khi đó chỉ cần nhập không vào vào ô MW Output, Mvar Output (các giái trị này sẽ tự động điều chỉnh khi chạy mô phỏng).

+ Đối với các máy phát gắn Bus PV thì nhập các thông số bình thường như trong Hình 3.1.

Hình 5.1: Nhập thông số cho Máy Phát gắn vào Slack Bus



- Các thông số của Bus:

+ Đối với Slack Bus sau khi đặt số thanh cái vào ô BusNumber, tên thanh cái vào ô BusName, điện áp định mức vào ô NominalVoltage, thì sau đó chúng ta sẽ nhập 1 vào ô Voltage (p.u.), 0 vào ô Angle (degrees) và check chọn System Slack Bus.

+ Đối với các Bus PV và Bus PQ thì chúng ta nhập đúng theo thông số như trong Hình 3.1.

- Các thông số của đường dây:

+ Các thông số trên đường dây chỉ được chấp nhận trong đơn vị tương đối như trong Hình 3.5.

+ Khi nhập dữ liệu vào ô Shunt Charging (B) thì dữ liệu điện trở Shunt (Dung dẫn) ở cột thứ sáu như trong Hình 3.5 phải được xử lý bằng cách lấy 1 chia cho giá trị đó đồng thời phải bỏ dấu trừ ở phía trước.

+ Khi nhập dữ liệu vào ô MVA Limits cho đường dây ta sử dụng dòng điện

cực đại (Imax) tương ứng ở Hình 3.2 và sử dụng công thức maxmax .3 IUS

Ví dụ: Trên đường dây từ Bus1 (Cai Lậy) đến Bus2 (Ô Môn) có các thông số đã đổi sang đơn vị tương đối Hình 3.5 như sau: Rs = 0.01028, Xs = 0.03946, C = - 3.619 và dòng Imax tương ứng ở Hình 3.2 là 1784 (A) thì ta sẽ nhập vào thông số trên đường dây của PowerWorld như Hình 5.3.

Hình 5.2: Nhập thông số cho Slack Bus



- Các thông số của MBA:

+ Giống như các thông số trên đường dây thì các thông số trên MBA cũng chỉ được chấp nhận trong đơn vị tương đối như trong Hình 3.5.

+ Khi nhập dữ liệu vào ô MVA Limits cho MBA ta sử dụng số liệu công suất cực đại của MBA tương ứng trong Hình 3.3.

Ví dụ: Trên MBA từ Bus1 (Cai Lậy) đến Bus17 có thông số điện kháng đã đổi sang đơn vị tương đối Hình 3.6 là 0.05246 và Smax tương ứng ở Hình 3.3 là 250 (MVA) thì ta sẽ nhập vào thông số trên đường dây của PowerWorld như Hình 5.4.

Hình 5.3: Nhập thông số cho đường dây

Hình 5.4: Nhập thông số cho Máy Biến Áp



5.1.2. Kết quả mô phỏng sau khi chạy Powerworld

Sau khi quá trình nhập các thông số cho các phần tử trong sơ đồ, chúng ta sẽ cho chạy chương trình bằng cách click vào và tiếp tục click vào thì chương trình PowerWorld sẽ khởi động quá trình mô phỏng, kết quả xuất hiện trên giao diện chính của phần mềm sẽ như Hình 5.5.

Hình 5.5: Sơ đồ hệ thống truyền tải cao áp ĐBSCL mô phỏng bằng PowerWorld



Hình 5.7: Ma trận Ybus trong PowerWorld (tt)

5.1.3. Ma trận Ybus của PowerWorld

Hình 5.6: Ma trận Ybus trong PowerWorld



5.1.4. Kết quả tại các Bus

Hình 5.8: Ma trận Ybus trong PowerWorld (tt)

Hình 5.9: Kết quả tính toán tại các Bus của PowerWorld



Hình 5.10: Kết quả tính toán trên đường dây và MBA của PowerWorld

Hình 5.11: Công suất phát, phụ tải và tổn thất công suất trong hệ thống được tính toán bằng PowerWorld

5.1.5. Kết quả trên đường dây và MBA 5.1.6. Tổng hợp các thông số của máy phát, phụ tải, tổn thất trên toàn hệ thống



Hình 5.12: Một số thông số ma trận Ybus trong PowerWorld

Hình 5.13: Một số thông số ma trận Ybus trong Matlab

5.2. SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG POWERWORLD VỚI KẾT QUẢ TỪ CHƯƠNG TRÌNH MATLAB

Để so sánh kết quả tính toán phân bố công suất trong hệ thống truyền tải cao áp

ĐBSCL bằng phương pháp Fast Decoupled trong Matlab và bằng phương pháp Single Solution – Full Newton trong PowerWorld, ở đây chúng ta chỉ đưa ra một số thông số điển hình để tiện cho việc so sánh được dễ dàng hơn.

5.2.1. Một số thông số ma trận Ybus



Hình 5.14: Thông số 10 Bus đầu trong PowerWorld

Hình 5.14: Thông số 10 Bus đầu trong Matlab

5.2.2. Các thông số tại 10 Bus đầu



Hình 5.15: Thông số công suất truyền trên đường dây và MBA của 4 Bus đầu trong PowerWorld

Hình 5.16: Thông số công suất truyền trên đường dây và MBA của 4 Bus đầu trong Matlab

5.2.3. Thông số công suất truyền trên đường dây và qua MBA



Bảng 5: So sánh công suất phát, phụ tải và tổn thất công suất trong hệ thống

5.2.4. Công suất phát, phụ tải và tổn thất công suất trong hệ thống

Công suất phát, phụ tải và tổn thất công suất trong hệ thống giữa hai phần mềm, thông số cụ thể sẽ được trình bày trong Bảng 5.1.

Nhận xét: Thông qua việc tiến hành so sánh các thông số như trên chúng ta

có thể nhận thấy các kết quả được trích suất ra từ chương trình tính toán phân bố công suất bằng phương pháp Fast Decoupled trong Matlab so với các kết quả được mô phỏng trong PowerWorld là tương đối phù hợp và có thể chấp nhận được với các sai số như trên. Từ đó, mở ra triển vọng áp dụng trên các hệ thống điện khác nhau.

STT Kết Quả MatLab

Kết Quả PowerWorld

Sai Số (%)

Máy Phát:

P (MW) 1703.11 1703.4 0.017 1

Q (Mvar) 147.14 150.1 1.952

Phụ Tải:

P (MW) 1540 1540 0 2

Q (Mvar) 0 0 0

Tổn Thất:

P (MW) 163.11 163.4 0.177 3

Q (Mvar) 147.6 150.1 1.665

KẾT LUẬN CBHD: Trần Anh Nguyện


C. KẾT LUẬN

Phân bố công suất là một công cụ rất quan trọng và cơ bản cho phân tích của bất kỳ hệ thống điện nào và được sử dụng trong các hoạt động cũng như các giai đoạn lập kế hoạch. Một số ứng dụng, nhất là trong phân phối tự động hóa (Simulator Automation Server), tối ưu hóa hệ thống điện (Optimal Power Flow), tính toán ngắn mạch, điều độ kinh tế v.v.

Trong vận hành và quản lý hệ thống điện hay trong thiết kế và truyền tải trên hệ thống điện việc tính toán phân bố công suất và tổn thất trên hệ thống điện rất quan trọng. Tính toán phân bố công suất còn xác định được khả năng đáp ứng công suất của nguồn cho phụ tải, khả năng tải của máy biến áp trung gian hoặc lưới truyền tải. Từ đó có các phương án cung cấp điện, vận hành thích hợp.

Vì vậy tính toán phân bố công suất, điện áp và tổn thất là một vấn đề thiết yếu có ứng dụng cao. Do đó, việc ứng dụng các phần mềm tính toán vào sản xuất đã góp phần rút ngắn thời gian tính toán và tăng độ chính xác. Tính toán phân bố công suất thì có nhiều chương trình để viết nên như: Matlab, Visual Basic, CAD,… Trong đề tài này thì tôi tính toán phân bố công suất và tổn thất viết trên phần mềm Matlab và được kiểm chứng bằng phần mềm PowerWord12.0.

Chương trình tính phân bố công suất và điện áp cho hệ thống truyền tải cao áp Đồng Bằng Sông Cửu Long được viết theo phương pháp Fast Decoupled, là một phương pháp được sử dụng khá phổ biến trong lập trình, kết quả tính toán đảm bảo độ chính xác được chấp nhận, tính ổn định đảm bảo, thời gian được rút ngắn, rất đơn giản khâu nhập thông số đầu vào, dễ dàng sử dụng và quan trọng là vẫn đảm bảo đầy đủ các kết quả cần quan tâm.

Những vấn đề đã thực hiện được của đề tài: - Xác định được biên độ điện áp tại các bus. - Xác định được góc điện áp (δ). - Xác định được các loại công suất truyền trên đường dây và qua MBA. - Xác định được tỷ lệ phần trăm công suất đang sử dụng thực tế của đường

dây và MBA, qua đó biết được đường dây hay MBA đang hoạt động ở trạng thái nào (Ví dụ: non tải, đầy tải hay quá tải).

- Xác định được tổng các loại tổn thất công suất trên toàn hệ thống. Những vấn đề còn hạn chế của đề tài:

- Chương trình viết còn quá dài, phải quá các bước tính toán trung gian. - Chưa hoàn thiện được tính năng nhập thống số đầu vào thông qua phần

mềm Microsoft Excel Worksheet cho nên chưa rút ngắn được thời gian nhập thông số.

KẾT LUẬN CBHD: Trần Anh Nguyện


- Chưa tạo được giao diện đồ họa GUIDE trong Matlab làm giảm tính tiện ích của chương trình.

- Chưa xuất ra được số vòng lặp cũng như thời gian của quá trình tính toán.

Đối với riêng bản thân em, sau khi hoàn thành đề tài này đã giúp em có thêm

kiến thức hệ thống truyền tải cao áp Đồng Bằng Sông Cửu Long, về tính toán phân bố công suất, về các phương pháp tính toán phân bố công suất (Newton Rapshon, Gauss Seidel, đặc biệt là Fast Decoupled), cũng như biết như thế nào viết chương trình bằng phần mềm Matlab và sử dụng phần mềm PowerWord 12.0.

TẠI LIỆU THAM KHẢO CBHD: Trần Anh Nguyện


TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt [1] Võ Ngọc Điều, Bài giảng môn học Giải Tích Hệ Thống Điện Nâng Cao,

Trường Đại Học Bách Khoa. [2] Lê Kim Hùng, Giải Tích Mạng, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng. [3] TS. Trần Trung Tính (9/2009), Bài giảng môn học Hệ Thống Điện 1, Trường

Đại Học Cần Thơ. [4] TS. Trần Trung Tính (2010), Bài giảng môn học Ổn Định Hệ Thống Điện,

Trường Đại Học Cần Thơ. [5] TS. Nguyễn Đăng Toản, Bài giảng môn học Phần Mềm Tính Toán Hệ Thống

Điện, tr. 32, Trường Đại Học Điện Lực. [6] Nguyễn Trọng Toàn & Vũ Anh Mỹ, Đề cương bài giảng môn học Phương

Pháp Tính Toán Số, Bộ Môn Toán, Khoa Công Nghệ Thông Tin. [7] Nguyễn Hoài Sơn, Đỗ Thanh Việt, Bùi Xuân Lâm (2002), Ứng Dụng

Matlab Trong Tính Toán Kỹ Thuật (Tập I), Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh.

Tiếng Anh

[8] Prof. J. Nanda, P.R. Bijwe, J. Henry, V. Bapi Raju, (March 1992) “General

purpose fast decoupled power flow”, IEE PROCEEDINGS-C, Vol. 139, No. 2, pp. 91. [9] Ray D. Zimmerman, Hsiao-Dong Chiang, “Fast Decoupled Power Flow for

Unbalanced Radial Distribution”, Systems School of Electrical Engineering ,Cornell University, Ithaca, NY 14853 USA, pp. 6.

[10] B. Stott and O. Alsaç, “Fast Decoupled Load Flow”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-93, May/June 1974.

PHỤ LỤC CBHD: Trần Anh Nguyện


Bảng 6: Ý nghĩa của các biến trong MFile “Dulieudauvao.m”

PHỤ LỤC

Danh sách các biến trong Mfile “Dulieudauvao.m”

STT Tên Biến Giải thích Mô tả

1 busdata Chứa các thông số của các Bus.

2 linedata Chứa các thông số của các đường dây.

3 transdata Chứa các thông số của các máy biến áp.

4 -donvituongdoi Liên kết dữ liệu của file “Dulieudauvao.m” với file “donvituongdoi.m”

5 -Ybus Liên kết dữ liệu của file “Dulieudauvao.m” với file “Ybus.m”

6 -FD Liên kết dữ liệu của file “Dulieudauvao.m” với file “FD.m”

7 -phanbocongsuat Liên kết dữ liệu của file “Dulieudauvao.m” với file “phanbocongsuat.m”

8 -xuatketqua Liên kết dữ liệu của file “Dulieudauvao.m” với file “xuatketqua.m”

Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Busdata:

%BUSDATA [g,h]=size(busdata);base=100 %g=24,h=11 pubus=zeros(g,h); pubus(:,1)=busdata(:,1); pubus(:,11)=busdata(:,11); for i=1:g pubus(i,2)= 1 pubus(i,10)=busdata(i,10)*pubus(i,2) for j=3:9 pubus(i,j)=busdata(i,j)/base; end end

Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Linedata: %LINEDATA [g,h]=size(busdata);[v,w]=size(linedata); %g=24,h=11,v=18,w=9 puline=zeros(v,7); for i=1:v for j=1:7 puline(i,j)=linedata(i,j);



Bảng 7: Ý nghĩa của các biến trong MFile “donvituongdoi.m”

end end for i=1:v for x=1:g if linedata(i,2)==busdata(x,1) puline(i,4)=(linedata(i,4)*linedata(i,7))/(busdata(x,2)^2/100); puline(i,5)=(linedata(i,5)*linedata(i,7))/(busdata(x,2)^2/100); puline(i,6)=- ((linedata(i,6)/linedata(i,7))*1e6) /(busdata(x,2)^2/100); %xuat dien “1e6” la do don vi cua Rshunt la Mohm/km puline(i,7)=(linedata(i,8))/(base*1000/(sqrt(3)*busdata(x,2)));% xuat hien 1000 la do don vi cua Scb là 1e6 con cua Ucb la 1e3 don gian voi nhau end end end

Chương trình con đổi sang đơn vị tương đối Tranformerdata: %MBA [t,s]=size(transdata);%t=11,s=7 putrans=zeros(t,4); putrans(:,1:3)=transdata(:,1:3); for i=1:t for x=1:g if transdata(i,3)==busdata(x,1) putrans(i,4)=(transdata(i,6)/100)*((transdata(i,5)^2)/transdata(i,7))*(100/busdata(x,2)^2); end end end

Danh sách các biến trong Mfile “donvituongdoi.m”


1 g Số hàng của busdata.

2 h Số cột của busdata.

3 v Số hàng của linedata.

4 w Số cột của linedata.

5 t Số hàng của transdata.

6 s Số cột của transdata.

7 pubus Ma trận busdata đã được đổi sang đơn vị tương đối.

8 puline Ma trận linedata đã được đổi sang đơn vị



tương đối.

9 putrans Ma trận transdata đã được đổi sang đơn vị tương đối.

10 base Có giá trị bằng 100.

11 luly Chuỗi các thông tin muốn hiển thị.

Chương trình con tạo ma trận Ybus:

clc %g=24,h=11,v=18,w=9,x=11,y=7 [g,h]=size(busdata);[v,w]=size(linedata);[x,y]=size(transdata); Zdata=zeros(v,3);Ye=zeros(x,6);Y=zeros(g,g); Z=zeros(v,1);Zsh=zeros(v,1); for i=1:v Z(i,1)= complex(puline(i,4),puline(i,5)); Zsh(i,1)= complex(0,puline(i,6)); Zdata(i,1)=linedata(i,2);Zdata(i,2)=linedata(i,3);Zdata(i,3)=Z(i,1); end nl=Zdata(:,1); nr=Zdata(:,2); for i=1:v for j=1:3 y(i,j)=linedata(i,j); end end for i=1:v for j=1:6 y(i,4)=1/Z(i,1); ysh(i,1)=1/Zsh(i,1); y(i,5)=ysh(i,1)*0.5; y(i,6)=y(i,5); end end d=zeros(x,2); for i=1:x for j=1:g if transdata(i,2)==busdata(j,1) d(i,1)= transdata(i,4)/busdata(j,2); end if transdata(i,3)==busdata(j,1) d(i,2)= transdata(i,5)/busdata(j,2); end end



end Zt=zeros(x,1);ye=zeros(x,1); ratio=zeros(x,1); for i=1:x ratio(i,1)= d(i,1)/d(i,2); end for i=1:x for j=1:3 Ye(i,j)=transdata(i,j); end end for i=1:x Zt(i,1)= complex(0,putrans(i,4)); ye(i,1)= 1/Zt(i,1); Ye(i,4)= ye(i,1)/ratio(i,1); Ye(i,5)=(1-(1/ratio(i,1)))*ye(i,1); Ye(i,6)=((1/(ratio(i,1)^2))-(1/ratio(i,1)))*ye(i,1); end % Ma tran Ybus ngoai duong cheo chinh for i=1:v if nl(i) > 0 & nr(i) > 0 Y(nl(i),nr(i))= Y(nl(i),nl(i))-y(i,4); Y(nr(i),nl(i))= Y(nl(i),nr(i)); end end for j=1:x if Ye(j,2) > 0 & Ye(j,3)> 0 Y(Ye(j,2),Ye(j,3))=Y(Ye(j,2),Ye(j,3))-Ye(j,4); Y(Ye(j,3),Ye(j,2))=Y(Ye(j,2),Ye(j,3)); end end % Ma tran Ybus tren duong cheo chinh for i=1:g for j=1:x if Ye(j,2)==i Y(i,i)=Y(i,i)+Ye(j,4)+Ye(j,6); elseif Ye(j,3)== i Y(i,i)=Y(i,i)+Ye(j,4)+Ye(j,5); end end end for i=1:g for j=1:v if y(j,2)==i Y(i,i)=Y(i,i)+y(j,4)+y(j,5); elseif y(j,3)==i Y(i,i)=Y(i,i)+y(j,4)+y(j,5);



Bảng 8: Ý nghĩa của các biến trong MFile “Ybus.m”

end end end

Danh sách các biến trong Mfile “Ybus.m”


1 Zdata Ma trận chứa các giá trị: số thứ tự, từ bus đầu đến bus cuối của đường dây trong ma trận linedata.

2 Ye Ma trận chứa các giá trị: số thứ tự, từ bus đầu đến bus cuối, điện kháng, dung dẫn ở hai phía của MBA.

3 Y Ma trận Ybus của cả hệ thống điện.

4 Z Ma trận chứa số phức của điện trở và điện kháng trong ma trận puline.

5 Zsh Ma trận chứa số phức của dung kháng trong ma trận puline.

6 y Ma trận chứa các giá trị: số thứ tự, từ bus đầu đến bus cuối, điện dẫn (1/Z), một nữa dung dẫn (ysh) của đường dây.

7 ysh Ma trận dung dẫn (1/Zsh) của đường dây.

8 d

Ma trận chứa giá trị: tỷ số (điện áp sơ cấp MBA và điện áp bus phía trước MBA) và tỷ số (điện áp thứ cấp MBA và điện áp bus phía sau MBA).

9 Zt Ma trận chứa giá trị số phức điện kháng MBA.

10 nl Ma trận chứa các giá trị của cột thứ 1 trong ma trận Zdata.

11 nr Ma trận chứa các giá trị của cột thứ 2 trong ma trận Zdata.

12 ratio Ma trận chứa tỷ số của 2 cột của ma trận d.



Chương trình con tính toán phân bố công suất và tổn thất trên hệ thống điện bằng phương pháp Fast Decoupled: clear v angle1 deltaP deltaQ deltaangle deltav P jj j l clear Psch Qsch Bp Bq iter Bp1 Bq1 Pk Qk Pg Pd Qg Qd DP P1 Q1 Ps Qs nbus=length(busdata(:,1));nbr=length(linedata(:,1));[g,h]=size(busdata); base=100;index=1; nb=0;nload=0; format short g Ybus=abs(Y); t=angle(Y); %%%Vong lap bac dau%%%%%% Psch=[];Pg=[];Pd=[];Qsch=[];Qg=[];Qd=[];kb=[]; for i=1:g if pubus(i,10)<=0,pubus(i,10)=1;end n=pubus(i,1);kb(n)=pubus(i,11); v(i,1)=pubus(i,10);angle1(i,1)=0; Pg(i,1)=pubus(i,5);Pd(i,1)=pubus(i,3); Qg(i,1)=0;Qd(i,1)=pubus(i,4); end while index==1 for i=1:g%%%Tính Psch va Qsch%%% Psch(i,1)=Pg(i,1)-Pd(i,1); Qsch(i,1)=Qg(i,1)-Qd(i,1); end i=0; for ii=1:nbus if kb(ii)==0|kb(ii)==2 i=i+1;j=0; for jj=1:nbus if kb(jj)==0|kb(jj)==2 j=j+1;Bp(i,j)=imag(Y(ii,jj)); else,end end else,end end i=0; for ii=1:nbus if kb(ii)==0 i=i+1;j=0; for jj=1:nbus if kb(jj)==0 j=j+1;Bq(i,j)=imag(Y(ii,jj)); else,end end else,end end



iter=0; maxiter=200;acc=0.000001;maxerror=1; while iter<=maxiter & maxerror>=acc%%%%%%Su lap di lap lai chuan bi bac dau%%%%%% iter=iter+1;%%%Tính P(k) va Q(k)%%% for i=1:g if kb(i)==0|kb(i)==2 nb=nb+1;end, if kb(i)==0 nload=nload+1;end end Bp1=inv(Bp);Bq1=inv(Bq); j=0; for i=1:g if kb(i)==0|kb(i)==2 j=j+1; Ps(j,1)=Psch(i,1);end end j=0; for i=1:g if kb(i)==0 j=j+1; Qs(j,1)=Qsch(i,1);end end nn=length(Ps);Px=zeros(g,1);%%%Tinh P(k)%%% for i=1:g for j=1:g P(i,1)=v(i,1)*v(j,1)*Ybus(i,j)*cos(t(i,j)-angle1(i,1)+angle1(j,1)); Px(i,1)=Px(i,1)+P(i,1); end end P1=zeros(nn,1);j=0; for i=1:g if kb(i)==0|kb(i)==2 j=j+1; P1(j,1)=Px(i,1); V1(j,1)=v(i,1); end end for i=1:nn%%%Tinh deltaP(k)%%%% deltaP(i,1)=Ps(i,1)-P1(i,1); decoy(i,1)=deltaP(i,1)/V1(i,1); end



deltaangle=-Bp1*decoy j=0; for i=1:g if kb(i)==0|kb(i)==2 j=j+1; angle1(i,1)=angle1(i,1)+deltaangle(j,1); end end mm=length(Qs);Qx=zeros(g,1);%%%Tinh Q(k)%%% for i=1:g for j=1:g Q(i,1)=-(v(i,1)*v(j,1)*Ybus(i,j)*sin(t(i,j)-angle1(i,1)+angle1(j,1))); Qx(i,1)=Qx(i,1)+Q(i,1); end end j=0; for i=1:g if kb(i)==0 j=j+1; Q1(j,1)=Qx(i,1); V2(j,1)=v(i,1); end end for i=1:mm%%%Tinh deltaQ(k)%%% deltaQ(i,1)=Qs(i,1)-Q1(i,1); decoy1(i,1)=deltaQ(i,1)/V2(i,1); end deltav=-Bq1*decoy1; j=0; for ii=1:g%%%Thay the gia tri moi cua "v" %%% if kb(ii)==0 j=j+1; v(ii,1)=v(ii,1)+deltav(j,1); end end maxerror=max(max(abs(deltaP)),max(abs(deltaQ))); nb=0;nload=0; end Qgen=zeros(g,1); for i=1:g if kb(i)==2 Qgen(i,1)=Qx(i,1)+Qd(i,1);



Bảng 9: Ý nghĩa của các biến trong MFile “FD.m”

if Qgen(i,1)<=pubus(i,6) Qg(i,1)=pubus(i,6); kb(i)=0; index=1; end if Qgen(i,1)>=pubus(i,7) Qg(i,1)=pubus(i,7); kb(i)=0; index=1; end if Qgen(i,1)>pubus(i,6)& Qgen<pubus(i,7) index=0; end end end end

Danh sách các biến trong Mfile “FD.m”


1 nbus Số bus trong hệ thống điện.

2 nbr Số đường dây trong hệ thống điện.

3 index

Biến dùng để xét kết quả cho quá trình lặp và để kết thúc chương trình (khi các kết quả đã đạt yêu cầu thì biến này cho kết thúc quá trình lặp).

4 nb,nload Biến chạy để tính P(k) và Q(k).

5 Ybus Ma trận chứa modul của từng giá trị phức trong ma trận Y.

=|a+jb|

6 t Ma trận chứa góc của từng giá trị phức trong ma trận Y.

7 Psch, Qsch Ma trận công suất điều độ, công suất hoạch định đã biết trước ở nút thứ i.

Psch=Pg-Pd Qsch=Qg-Qd

8 Pg, Qg Ma trận công suất máy phát.

9 Pd, Qd Ma trận công suất phụ tải.

10 kb Ma trận số thứ tự từ 1 đến nbus của ma trận pubus.

11 n Ma trận từ 1 đến nbus trong hệ thống

12 v Ma trận lấy giá trị Vhold(pu) ở ma trận pubus khi nhập dữ liệu đầu vào mà ta cho



trước.

13 angle1 Ma trận góc của các bus lúc đầu bằng 0.

14 Bp Ma trận lấy phần ảo của ma trận Y khi nút là nút máy phát (PV) hoặc nút tải (PQ) mục đích là để tính toán deltaangle.

15 Bq Ma trận lấy phần ảo của ma trận Y (khi nút là nút PQ) mục đích là để tính toán deltav.

16 iter, maxiter, acc, maxerror

Là các biến điều kiện cho quá trình lặp để tính P(k) hoặc Q(k).

17 Bp1 Ma trận nghịch đảo của ma trận Bp.

18 Bq1 Ma trận nghịch đảo của ma trận Bq.

19 Ps Tương tư như Psch nhưng giá trị chỉ là ở các bus PV và PQ.

20 Qs Tương tư như Qsch nhưng giá trị chỉ là ở các bus PQ.

21 nn Hiện thị ma trận Ps có bao nhiêu cột.

22 Px,Qx Ma trận công suất tại các bus.

23 P1 Nhận các giá trị của ma trận Px khi là các nút PV hoặc PQ.

24 V1 Nhận giá trị của ma trận v khi là các nút PV hoặc PQ.

25 deltaP

Ma trận độ lệch công suất tác dụng tại bus. Bằng công suất hoạch định P trừ công suất thực tế.

26 decoy Ma trận tỷ số giữa ma trận deltaP và ma trận V1.

27 deltaangle Ma trận delta góc lệch pha tại bus. = -Bp1*decoy

28 mm Hiện thị ma trận Qs có bao nhiêu cột.

29 Q1 Nhận các giá trị của Px khi là các nút PQ.

30 V2 Nhận giá trị của v khi là các nút PQ.

31 deltaQ

Ma trận độ lệch công suất phản kháng tại bus.

Bằng công suất hoạch định Q trừ công suất thực tế.

32 decoy1 Ma trận tỷ số giữa ma trận deltaQ và ma



trận V2.

33 deltav Ma trận delta điện áp tại bus. = -Bq1*decoy1

34 Qgen

Ma trận công suất phản kháng của máy phát, đây cũng là ma trận quyết định để dừng quá trình lặp nếu giá trị này nằm trong khoảng giá trị mà ta đã cho trước trong ma trận busdata.

Bằng tổng công suất tại bus và công suất của tải.

Chương trình con phân bố công suất trên đường dây và MBA:

%Phan Bo Cong Suat tren Tung Day va Tung MBA linen=puline; trans=putrans; base=100; [a b]=size(linen); [d e]=size(trans);%a=18,b=8,d=11,e=4 currentline=zeros(a,4); sourceline=zeros(a,6); currenttrans=zeros(d,4); sourcetrans=zeros(d,6); voltage=zeros(24,1); for i=1:24 voltage(i)=complex(v(i,1)*cos(angle1(i,1)),v(i,1)*sin(angle1(i,1))); end % Tren Duong Day for i=1:a fir=linen(i,2); sec=linen(i,3); currentline(i,1)=fir; currentline(i,2)=sec; currentline(i,3)=(voltage(fir)-voltage(sec))*y(i,4)+(voltage(fir)*y(i,5)); currentline(i,4)=(voltage(sec)-voltage(fir))*y(i,4)+(voltage(sec)*y(i,5)); sourceline(i,1:2)=currentline(i,1:2); sourceline(i,3)=voltage(fir).*conj(currentline(i,3)); sourceline(i,4)=voltage(sec).*conj(currentline(i,4)); sourceline(i,5)=abs(currentline(i,3))/puline(i,7); sourceline(i,6)=abs(currentline(i,4))/puline(i,7); end % Tren MBA for j=1:d fir2=trans(j,2); sec2=trans(j,3); currenttrans(j,1)=fir2; currenttrans(j,2)=sec2; currenttrans(j,3)=(voltage(fir2)-voltage(sec2))*Ye(j,4)+(voltage(fir2)*Ye(j,6)); currenttrans(j,4)=(voltage(sec2)-voltage(fir2))*Ye(j,4)+(voltage(sec2)*Ye(j,5)); sourcetrans(j,1:2)=currenttrans(j,1:2); sourcetrans(j,3)=voltage(fir2).*conj(currenttrans(j,3)); sourcetrans(j,4)=voltage(sec2).*conj(currenttrans(j,4)); sourcetrans(j,5)=abs(sourcetrans(j,3))/transdata(j,7)*base;



Bảng 10: Ý nghĩa của các biến trong MFile “phanbocongsuat.m”

sourcetrans(j,6)=abs(sourcetrans(j,4))/transdata(j,7)*base; end %Tren cac BUS for x=1:24 Pg(x)=(Px(x,1)+Pd(x,1))*base;Qg(x)=(Qx(x,1)+Qd(x,1))*base; if round(Pg(x))==0 Pg(x)=0; end if round(Qg(x))==0 Qg(x)=0 end end

Danh sách các biến trong Mfile “phanbocongsuat.m”


1 a Số hàng của ma trận linen.

2 b Số cột của ma trận linen.

3 c Số hàng của ma trận trans.

4 d Số cột của ma trận trans.

5 linen Ma trận nhận tất cả các giá trị của ma trận puline kể các số hàng và số cột.

6 trans Ma trận nhận tất cả các giá trị của ma trận putrans kể các số hàng và số cột.

7 voltage Ma trận chứa phức độ lớn và góc điện áp tại các bus.

=[(|v|.sinδ) + j(|v|.cos δ)]

8 fir Ma trận tên bus đầu đường dây.

9 sec Ma trận tên bus cuối đường dây.

10 currentline

Ma trận chứa các giá trị: tên bus đầu đường dây và cuối đường dây, dòng chạy từ bus đầu đến bus cuối đường dây, dòng điện chạy từ bus cuối đến bus đầu đường dây.

11 sourceline

Ma trận chứa các giá trị: tên bus đầu đường dây và cuối đường dây, công suất truyền từ bus đầu đến bus cuối đường dây, công suất truyền từ bus cuối đến bus đầu đường dây, tỷ lệ dòng điện thực từ bus đầu đến bus cuối trên dòng điện cực đại của đường dây, tỷ lệ dòng điện thực từ bus cuối đến bus đầu trên dòng điện cực đại của đường dây.



12 fir2 Ma trận tên bus đầu của MBA.

13 sec2 Ma trận tên bus cuối của MBA.

14 currenttrans

Ma trận chứa các giá trị: tên bus đầu MBA và cuối MBA, dòng chạy từ bus đầu đến bus cuối của MBA, dòng điện chạy từ bus cuối đến bus đầu của MBA.

15 sourcetrans

Ma trận chứa các giá trị: tên bus đầu đường dây và cuối MBA, công suất truyền từ bus đầu đến bus cuối của MBA, công suất truyền từ bus cuối đến bus đầu của MBA, tỷ lệ công suất thực truyền từ bus đầu đến bus cuối MBA và công suất cực đại của MBA, tỷ lệ công suất thực truyền từ bus cuối đến bus đầu MBA và công suất cực đại của MBA.

16 Pg,Qg Ma trận công suất của máy phát. Pg=Px-Pd

Qg=Qx-Qd

17 Px,Qx Ma trận công suất tại các bus.

18 Pd,Qd Ma trận công suất của tải.

Chương trình con xuất tất cả các kết quả đã tính toán được:

clc format short g base=100; a=length(v);[b,c]=size(sourceline);[d,e]=size(sourcetrans);%a=24,b=18,c=6,d=11,e=6%%% alldata=zeros((b+d)*2,4);%ma tran the hien cong suat truyen di tren duong day va mba theo 2chieu,co 58hang 4cot%%%%% disp('-----------------------------------------------------------------------------------------------------') disp('From Voltage Voltage Generation Load To Line Flow RATIO OF') disp('Bus Magnitude Angle Real Reactive Real Reactive Bus Real Reactive USE (%)') disp(' (KV) (DEG) (MW) (MVAR) (MW) (MVAR) (MW) (MVAR) ') disp('-----------------------------------------------------------------------------------------------------') alldata(1:b,1:3)=sourceline(:,1:3);alldata(1:b,4)=sourceline(:,5);%tu hang 1 den hang 18



Bảng 11: Ý nghĩa của các biến trong MFile “xuatketqua.m”

alldata(b+1:b+b,1)=sourceline(:,2);alldata(b+1:b+b,2)=sourceline(:,1);alldata(b+1:b+b,3)=sourceline(:,4);alldata(b+1:b+b,4)=sourceline(:,6);%tu hang 19 den hang 36 alldata(b+b+1:b+b+d,1:3)=sourcetrans(:,1:3);alldata(b+b+1:b+b+d,4)=sourcetrans(:,5);%tu hang 37 den hang 47 alldata(2*b+d+1:(b+d)*2,1)=sourcetrans(:,2);alldata(2*b+d+1:(b+d)*2,2)=sourcetrans(:,1);alldata(2*b+d+1:(b+d)*2,3)=sourcetrans(:,4);alldata(2*b+d+1:(b+d)*2,4)=sourcetrans(:,6);%tu hang 48 hang 58 totalploss=sum(real(alldata(:,3))*base);%tong ton that P totalqloss=sum(imag(alldata(:,3))*base);%tong ton that Q for k=1:a%a=24=so bus cua he thong fprintf('%2d %6.2f %6.2f %6.2f %6.2f %6.2f %6.2f\n',k,v(k)*busdata(k,2),angle1(k)*180/pi,Pg(k),Qg(k),Pd(k)*base,Qd(k)*base) fprintf(' Standard KV: %6.2f\n',busdata(k,2)) fprintf(' ') for j=1:(b+d)*2%i chay tu 1 den 58 if alldata(j,1)==k fprintf(' %2d %6.2f %6.2f %6.2f %% \n',alldata(j,2),real(alldata(j,3))*base,imag(alldata(j,3))*base,alldata(j,4)*100) fprintf(' ') if alldata(j,2)==k fprintf(' %2d %6.2f %6.2f %6.2f %% \n',alldata(j,1),real(alldata(j,3))*base,imag(alldata(j,3))*base,alldata(j,4)*100) fprintf(' ') end end end fprintf('\n') end disp('-----------------------------------------------------------------------------------------------------') fprintf(' The Total Loss is %6.2f (MW)\n ',totalploss) fprintf(' %6.2f (MVAR) ',totalqloss).

Danh sách các biến trong Mfile “xuatketqua.m”


1 a Thể hiện số hàng của ma trận v.

2 b Số hàng của ma trận sourceline.

3 c Số cột của ma trận sourceline.



4 d Số hàng của ma trận sourcetrans.

5 e Số cột của ma trận sourcetrans.

6 alldata

Ma trận chứa tất cả các thống trên đường dây và MBA bao gồm các giá trị: +Từ hàng 1 đến hàng 18: tên bus đầu đường dây và cuối đường dây, công suất truyền từ bus đầu đến bus cuối đường dây, tỷ lệ dòng điện thực từ bus đầu đến bus cuối trên dòng điện cực đại của đường dây. +Từ hàng 19 đến hàng 36: tên bus đầu đường dây và cuối đường dây, công suất truyền từ bus đầu đến bus cuối đường dây, tỷ lệ dòng điện thực từ bus cuối đến bus đầu trên dòng điện cực đại của đường dây. +Từ hàng 37 đến hàng 47: tên bus đầu MBA và cuối MBA, công suất truyền từ bus đầu đến bus cuối MBA, tỷ lệ công suất thực từ bus đầu đến bus cuối trên công suất cực đại của MBA. +Từ hàng 48 đến hàng 58: tên bus cuối MBA và cuối MBA, công suất truyền từ bus cuối đến bus đầu MBA, tỷ lệ công suất thực từ bus cuối đến bus đầu trên công suất cực đại của MBA.

7 totalploss

Tổng tổn thất P trên toàn hệ thống. = tổng công suất P gởi và nhận của tất cả các đường dây và MBA trên toàn hệ thống.

8 totalqloss

Tổng tổn thất Q trên toàn hệ thống. = tổng công suất Q gởi và nhận của tất cả các đường dây và MBA trên toàn hệ thống.

--- HẾT ---

luận văn kỹ thuật Điện Ứng dụng matlab lập trình tính toán phân bố công...

Documents