1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------
LU K T
ẬN VĂN THẠC SỸ Ỹ THUẬ
TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
C I
ỦA HỆ THỐNG Đ ỆN
NGÀNH : MẠNG VÀ HỆ THỐ Đ Ệ
NG I N
MÃ SỐ :
SAVAY BOUNPHENG
Ng−êi h−íng dÉn khoa häc : TS. §INH QUANG HUY
Hµ NéI-2008
4. 2.3.3 Ma trận tổ ẫ ả
ng d n nút cho nhánh đơn gi n…………………………37
2.3.4 Hệ phương trình cân bằng dòng nút cho lưới đ ệ
i n phức tạp…...….39
2.3.5 Mô hình cân bằng công suất nút…………………………………...45
CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP
HỆ THÔNG Đ Ệ
I N……………………………………………52
3.1 Phương pháp Gauss - Seider ……………………………………………….52
3.1.1 Cơ ở ọ
s toán h c …………………………………………………….52
3.1.2 Áp dụng phương pháp Gauss - Seidel cho
bài toán giải tích chế độ xác lập…………………………………..54
3.1.3 Tố ộ
c độ h i tụ ủ
c a phương pháp Gauss - Seidel. Cơ ở
s và
kinh nghiệm cài đạt hệ ố ậ
s gia tóc trong phép l p………………….59
3.2 Phương pháp Newton - Raphson…………………………………………...60
3.2.1 Cơ ở ọ
s toán h c……………………………………………………...60
3.2.2 Áp dụng phương pháp Newton – Raphson cho
thi toán giải tích chế độ xác lập………………………………….....62
3.2.3 Cơ ở
s lý thuyết và áp dụng phương pháp tách biến
nhanh cho bài toán giải tích chế độ xác lập……………………….71
3.3 Các phương trình dòng đ ệ
i n và công suất trên các nhánh………………….76
CHƯƠNG 4: SO SÁNH HAI PHƯƠNG PHÁP
NEWTON - RAPHSON VÀ GAUSS – SEIDEL…………….........................80
4.1 So sánh hai phương pháp …………………………………...………………80
4.2 Kết luận………………...……………………………………………………82
CHƯƠNG 5: Sö dông ch¬ng tr×nh tÝnh to¸n chÕ ®é x¸c lËp
hÖ thèng ®iÖn Lµo …………………………………….........83
5.1 CÊu tróc ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n chÕ ®é x¸c lËp……………………………..83
5.1.1 Sè liÖu ®Çu vµo…………………………………………………………….83
5.1.2 TÝnh to¸n vµ xö lý sè liÖu………………………………………………….86
7. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật TĐHBK-HN 2006-2008
Tính toán chế độ làm việc của hệ thố đ ệ
ng i n Trang 2
Ch¬ng 3: C¸c ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch chÕ ®é x¸c lËp cña hÖ thèng ®iÖn.
Ch¬ng 4: So s¸nh hai ph−¬ng ph¸p Newton-Raphson vµ Gauss-Seidel
tÝnh to¸n chÕ ®é x¸c lËp cña hÖ thèng ®iÖn.
Ch¬ng 5: Sö dông ch−¬ng tr×nh tÝnh chÕ ®é x¸c lËp hÖ thèng ®iÖn Lµo.
KÕt luËn.
58. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật TĐHBK-HN 2006-2008
Tính toán chế độ làm việc của hệ thố đ ệ
ng i n Trang 53
dông ngay c¸c biÕn võa tÝnh ®−îc ë ngay b−íc ®ã lµm t¨ng tèc ®é héi tô cña
bµi to¸n.
XÐt hÖ ph−¬ng tr×nh:
A.X= B (22)
Chia c¶ hai vÕ cña hÖ (22) cho c¸c phÇn tö n»m trªn ®−êng chao chÝnh cña ma
trËn A t−¬ng öng ta cã
( E – F – L )X = C (23)
Trong ®ã :
E lµ ma trËn ®¬n vÞ.
F lµ ma tr¹n tam gi¸c trªn.
L lµ ma trËn tam gi¸c d−íi.
0 ƒ12 … ƒ1n
F = … … … …
0 … 0 ƒn-1,n
0 0 … 0
0 … … 0
L = l21 0 … 0
… … … …
ln1 … ln,n-1 0
n
j
n
i ..
2
;
1
..
1 =
−
=
ii
ij
ij
a
a
f −
=
1
..
1
;
..
2
−
=
=
n
j
n
i
ii
ij
ij
a
a
l −
=
59. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật TĐHBK-HN 2006-2008
Tính toán chế độ làm việc của hệ thố đ ệ
ng i n Trang 54
D¹ng khai triÓn cña hÖ (23) nh− sau:
⎪
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
=
+
+
+
=
+
+
+
=
+
+
+
nn
n
n
nn
n
nn
n
ii
i
n
ii
in
ii
i
n
a
b
x
x
a
a
x
a
a
a
b
x
a
a
x
x
a
a
a
b
x
a
a
x
a
a
x
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
2
2
1
1
1
2
1
1
11
1
11
1
11
12
1
Nh− −
vËy ta nhËn thÊy ®Ó tÝnh phÇn tö i+1 ë b íc k+1 th× sö dông c¸c
phÇn tö tõ 1 ®Õn i ë b−íc lÆp k+1 vµ c¸c phÇn tö tõ i+2 ®Õn n ë b−íc lÆp k, ta
cã:
X(k+1)
= L.X(k+1)
+ F.X(k)
+ C.
3.1.2. Áp dông ph−¬ng ph¸p Gauss – Seidel cho bài to¸n gi¶i tÝch
chÕ ®é x¸c lËp.
XuÊt ph¸t tõ ph−¬ng tr×nh ®iÖn thÕ nót:
Y.U = J (24)
Trong ®ã:
U*: lµ vÐc t¬ lÖch ¸p c¸c nót so víi nót c¬ së.
Y: lµ ma trËn tæng dÉn nót.
J : lµ vÐc t¬ dßng nót cho tr−íc, J = [Conj(U)]-1
.Conj(s).
U: là ma trËn ®−êng cheo ®iÖn ¸p nót.
S : là vÐc t¬ c«ng suÊt nót. Víi nguån cã +S, Víi phô t¶i -S.
NhËn hai vÕ cña (24) víi nghÞch ®¶o cña ma trËn tæng dÉn
60. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật TĐHBK-HN 2006-2008
Tính toán chế độ làm việc của hệ thố đ ệ
ng i n Trang 55
[Y]
-1
=
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
nn
y
y
y
1
...
...
...
...
...
...
...
0
...
1
0
0
...
0
1
22
11
Ta cã : [Y]-1
.Y.U* = [Y]-1
.J (25)
Vµ ®Ó ý r»ng [Y]-1
.Y = E- F – L thay vµo (25) ta ®−îc:
(E-F-L).U* = [Y]-1
.J (26)
Tõ (26) suy ra:
U*
(k+1)
= F.U*
(k)
+ L.U*
(k+1)
+ [Y]-1
.J (27)
Khai triÓn (27) ta cã phÇn tö thø i:
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
−
−
−
= ∑
∑ +
=
+
−
=
+ )
(
*
1
)
1
(
*
1
1
)
(
*
1
1
)
1
(
* .
.
(
1 k
j
n
i
j
ij
k
j
i
j
ij
k
i
ii
k
i U
y
U
y
U
con
jQ
P
y
U (28)
Qóa tr×nh lÆp ®− −
îc tiÕn hµnh theo c¸c b íc sau :
B1 : i= 1, max 0
)
0
(
=
∆U
TÝnh Ui t¹i b íc lÆp k+1 theo (28)
−
TÝnh sai sè ®iÖn ¸p nót gi÷a hai vßng lÆp liªn tiÕp:
)
(
)
1
(
)
( k
i
k
i
k
i U
U
U −
=
∆ +
NÕu max
)
(k
i
U
U ∆
<
∆ th× g¸n max
)
(k
i
U
U ∆
=
∆
NÕu i < n th× i=i+1 vµ quay lªn b−íc 2.
NÕu i= n th× chuyÓn sang b−íc 4.
NÕu max ε
>
∆U th× quay l¹i b−îc1.
NÕu
ε
<
∆U th× qu¶ t×nh lÆp kÕt thóc.
NhËn xÐt víi ph−¬ng ph¸p Gauss-Seidel ta thÊy:
61. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật TĐHBK-HN 2006-2008
Tính toán chế độ làm việc của hệ thố đ ệ
ng i n Trang 56
C«ng thøc lÆp (28) chØ dïng cho c¸c nót PQ, cßn víi c¸c nót PV th× c«ng
suÊt phÇn kh¸ng ch−a biÕt vµ ®iÖn ¸p nót nµy ph¶i gi÷ cè ®Þnh nªn chóng ta cÇn
hiÖu chØnh thªm nh− sau:
Ch¼ng h¹n nót (i) = PV ë b−íc k +1, cÇn ph¶I tÝnh c«ng suÊt ph¶n kh¸ng
t¹i mçi b−íc:
{ )}
.
).(
(
Im{
)
(
Im
)
(
1
)
1
( k
j
n
j
ij
i
i
k
i
U
Y
U
conj
S
Conj
Q ∑
=
+
−
=
−
=
Hay:
{ )}
.
.
).(
(
Im
)
(
1
)
(
1
1
)
1
( k
j
n
j
ij
k
j
i
j
ij
i
k
i
U
Y
U
Y
U
Conj
Q ∑
∑ =
−
=
+
+
−
=
Sau ®ã coi PV nµy nh− nót PQ ®Ó tÝnh theo c«ng thøc lÆp:
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
−
−
−
= ∑
∑
+
=
+
−
=
+ )
(
*
1
)
1
(
*
1
1
)
(
*
1
1
)
1
(
* .
.
(
1 k
j
n
i
j
ij
k
j
i
j
ij
k
i
ii
k
i U
y
U
y
U
con
jQ
P
y
U
Sau ®ã ph¶i hiÖu chØnh l¹i m« ®un ®iÖn ¸p nh− sau:
)
1
(
)
1
(
)
(
)
(
)
1
(
/
.
+
+
+
=
k
i
k
i
dat
i
k
ihc U
U
U
U
Trong ®ã )
(dat
i
U lµ ®iÖn ¸p ®Æt cho tr−íc t¹i nót PV.
Tr−êng hîp xÐt trong to¹ ®é vu«ng gãc víi nót PV, tÝnh c«ng suÊt ph¶n kh¸ng
®Ó gi÷ cho ®iÖn ¸p h»ng sè .
const
U i =
)
(
.
)
(
. i
Z
v
i
S
w
Q i
i
i −
=
Víi : )
.
.
(
)
( m
m
im
m
m B
w
G
v
i
S −
= ∑
)
.
.
(
)
( m
m
im
m
m B
v
G
w
i
Z +
=∑
Ph−¬ng tr×nh ®−êng trßn : const
U
w
v i
i
i =
=
+ 2
2
2
TÝnh gãc pha )
)
(
)
(
)
(
/
( k
i
k
i
k
i w
v
arctg
=
δ
62. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật TĐHBK-HN 2006-2008
Tính toán chế độ làm việc của hệ thố đ ệ
ng i n Trang 57
vi
wi
i
U
i
δ
Vµ hiÓu chØnh l¹i :
)
(
)
(
cos
. k
i
idat
k
ihc U
v δ
=
)
(
)
(
sin
. k
i
idat
k
ihc U
w δ
=
Sau ®ã tÝnh ®−îc
)
(k
i
Q vµ chuyÓn nót PV thµnh nót PQ ®Ó tÝnh
63. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật TĐHBK-HN 2006-2008
Tính toán chế độ làm việc của hệ thố đ ệ
ng i n Trang 58
ε
(PV)
TÝnh Yij
Cho xÊp xØ ®Çu Ui
(0)
; i=1..n , i ≠ r , i
K=0 ; i =1 ; max ∆U
(k)
= 0
Ui
(k)
= U(k)
i = r (SL)
i = c
δi
(k)
=arctg(vi
(k)
/ Wi
(k)
)
(
)
(
)
(
cos
. k
i
dat
i
k
ihc U
V δ
=
)
(
)
(
)
(
sin
. k
i
dat
i
k
ihc U
W δ
=
TÝnh Qi
(k)
sau hiÑu chØnh
Qi
(k) <
Qi Qi
(k)
≥ Qi
│∆Ui
(k)
│> max∆U
i ≤ n
Qi
(k)
= Qi
TÝnh Ui
(k)
Theo (28)
∆Ui
(k)
= Ui
(k+1)
+Ui
(k)
Qi
(k)
= Qi
i= i+1
k = k+1
Max ∆U ≤
max ∆U = │∆Ui
(k)
│
64. Luận văn thạc sỹ kỹ thuật TĐHBK-HN 2006-2008
Tính toán chế độ làm việc của hệ thố đ ệ
ng i n Trang 59
3.1.3. Tèc ®é héi tô cña ph ¬ng ph¸p Gauss – Seidel. C¬ së vµ kinh
−
nghiÖm cµi ®Æt hÖ sè gia tèc trong phÐp lÆp.
NhËn xÐt: − −
u ®iÓm cña ph ¬ng ph¸p Gauss – Seidel lµ ®¬n gi¶n, khèi
l−îng tÝnh nhá trªn mét b−íc lÆp, yªu cÇu bé nhí l−u tr÷ nhá, kh¶ n¨ng héi tô
lín.Tuy nhiªn, nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ tèc ®é héi tô chËm, nhÊt lµ
khi tÝnh to¸n cho l−íi ®iÖn lín vµi tr¨m nót trë lªn. Sè l−îng b−íc lÆp t¨ng theo
sè biÕn.
Tuy nhiªn ®Ó lµm t¨ng tèc ®é héi tô cña lÆp Gauss-Seidel ng−êi ta
th−êng ®−a vµo hÖ sè gia tèc a.
Gi¶ thiÕt Ui
(k)
,Ui
(k-1)
,Ui
(k-2)
lµ c¸c xÊp xØ ®iÖn ¸p t¹i nót i ë c¸c b−íc lÆp k
, k-1, k-2. Khi ®ã tÝnh xÊp xØ ë b−íc k+1, ta hiÖu chØnh Ui
(k)
theo c«ng thøc sau:
Ui.a
(k)
= Ui
(k-1)
+ a(Ui
(k)
– Ui
(k-1)
= (1-a).Ui.a
(k-1)
+ a.Ui
(k)
= Ui.a
(k-1)
+ a.(Ui
(k)
– Ui.a
(k-1)
)
NÕu a = 1 : lÆp Gauss- Seidel diÔn ra b×nh th−êng
NÕu 0 < a < 1: (Ui
(k-1)
- Ui
(k-2)
)(Ui
(k)
- Ui
(k-1)
) < 0.
NÕu 1 < a < 2: (Ui
(k-1)
- Ui
(k-2)
)(Ui
(k)
- Ui
(k-1)
) > 0.
Theo kinh nghiÖm ®èi víi bµi to¸n gi¶i tÝch chÕ ®é x¸c lËp l−íi ®iÖn th×
gi¸ trÞ a kho¶ng xung quanh 1,6 lµ t−¬ng ®èi tèt.
Ch¼ng h¹n trong ch− −
¬ng tr×nh t¸c gi¶ ch¹y thö mét l íi 220kV cã 190
nót dïng ph−¬ng ph¸p Gauss- Seidel khi ch−a ®−a hÖ sè gia tèc mÊt 1051 vßng
lÆp, trong khi thªm vµo hÖ sè gia tèc a = 1,6 th× sè vßng lÆp gi¶m xuèng ®¸ng
kÓ chØ cßn 402 vßng lÆp víi cïng mét sai sè. Tuy nhiÖn nÕu hÖ sè gia tè qu¸
lín (>2) th× xÏ cã ¶nh h−ëng kh«ng tèt tèi tèc ®é héi tô. Kinh nghiÖm ch¹y
còng cho thÊy víi mét sè b−íc lÆp ®Çu a cã thÓ lín (xÊp xØ 1,7 →1,8) vµ sau
mét sè phÐp lÆp ta ®−a hÖ sè gia tèc nhá (xÊp xØ 1,2 → 1,3) vµo th× tèc ®é héi
tô còng t¨ng ®¸ng kÓ so víi ®−a hÖ sè gia tèc cè ®Þnh trong phÐp lÆp.