Giáo trình Vận hành và điều khiển hệ thống điện: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 2 của giáo trình "Vận hành và điều khiển hệ thống điện" tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: tính toán phân bố tối ưu công suất trong hệ thống điện bằng phương pháp qui hoạch động; những khái niệm cơ bản về độ tin cậy; các phương pháp đánh giá độ tin cậy của các sơ đồ cung cấp điện; chất lượng điện năng và vấn đề điều chỉnh tần số, điện áp trong hệ thống điện;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Vận hành và điều khiển hệ thống điện: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh Chương 7 TÍNH TOÁN PHÂN BỐ TỐI ƯU CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUI HOẠCH ĐỘNG 7.1. Mở đầu Quy hoạch động là một phương pháp quy hoạch toán học nhằm tìm lời giải tối ưu của quá trình nhiều bước (hoặc nhiều giai đoạn). Tính từ động ở đây nhằm nhấn mạnh vai trò thời gian và sự xuất hiện các dãy quyết định trong quá trình giải bài toán, cũng như thứ tự các phép toán có ý nghĩa quan trọng. Quá trình khảo sát được chia thành nhiều bước, ở mỗi bước ta sử dụng một quyết định. Quyết định ở bước trước có thể điều khiển quá trình ở bước sau. Như vậy, quy hoạch động tạo nên một dãy quyết định. Dãy quyết định đó gọi là sách lược (hoặc có khi là chiến lược). Sách lược thỏa mãn mục tiêu quy định gọi là sách lược tối ưu. Chỉ tiêu tối ưu phải thể hiện đối với toàn bộ quá trình nhiều bước. Sau đây để chuẩn bị tìm hiểu nội dung cơ bản của phương pháp quy hoạch động ta khảo sát một ví dụ về quá trình điều khiển nhiều bước. Giả thiết cần tìm một sách lược tối ưu để phân phối nguồn vốn ban đầu X cho một hệ thống k xí nghiệp hoạt động trong n năm sao cho lợi nhuận thu được từ k xí nghiệp đó sau n năm là cực đại. Ở đây, nguồn vốn X có thể là nguồn vật tư, sức lao động, công suất đặt của máy móc... Ngoài ra, bài toán có thể xây dựng theo những mục tiêu khác như chi phí về nhiên liệu cực tiểu, hiệu quả tổng về lao động là cực đại. Sách lược tối ưu ở đây là bộ giá trị nguồn vốn đầu tư cho từng nhà máy ở mỗi năm sao cho lợi nhuận tổng sau n năm là cực đại. Giả thiết gọi Xj(i) là giá trị nguồn vốn đầu tư cho xí nghiệp i ở đầu năm j, trong đó: i = 1, 2, ... , k và j = 1, 2, ... , n, ngoài ra thỏa mãn điều kiện về cân bằng nguồn vốn ở mỗi năm. k X t 1 (i ) j  X j ; j  1,2,..., n ; (7-1) Trong đó: Xj - Là nguồn vốn tổng còn lại, đặt vào năm j cho k xí nghiệp. Lợi nhuận tổng của k xí nghiệp sau n năm ký hiệu là W, giá trị của W phụ thuộc vào nguồn vốn ban đầu X và số năm hoạt động n. Có thể biểu diễn W là hàm của các giá trị Xj(i). W(X,n) = W(X1(i), X2(i), ... , Xn(i)); (7-2) Đây là bài toán điển hình của quy hoạch động và có thể phát biểu như sau: Xác định tập giá trị {Xj(i)}, i == [1,..,k]; j = [1,...,n] sao cho: W(X,n) max ; (7-3) Và thỏa mãn: k X t 1 (i ) j  X j ; j  1,2,..., n ; (7-4) 99 X (j i )  0 ; (7-5) Trong đó: biểu thức (7-3) có thể biểu diễn bằng tổng lợi nhuận của n năm, nghĩa là: k W ( X , n)   Wj ( X j ) ; (7-6) t 1 Trong đó: Wj - Là lợi nhuận của k xí nghiệp năm thứ j. Như vậy, hàm mục tiêu W(X,n) có dạng một tổng, đây là một dạng thuận lợi khi sử dụng phương pháp quy hoạch động. Ở đây, giả thiết rằng nguồn vốn X đưa vào năm đầu tiên cho k xí nghiệp và hàng năm không được bổ sung. Không những thế lượng nguồn vốn của mỗi xí nghiệp qua từng năm đều bị hao hụt do sử dụng để sản xuất sinh lợi nhuận, nghĩa là đối với xí nghiệp i có: X1(i) > X2(i) > ... > Xn(i); (7-7) Lời giải tối ưu ở đây được xác định nhờ giải quyết mâu thuẫn sau: Thường xí nghiệp sản xuất đem lại lợi nhuận nhiều lại có tỉ lệ hao hụt về nguồn vốn cao (hư hỏng máy móc, sử dụng nhiều vật tư, thiết bị, lao động). Ngoài ra, cần đặc biệt lưu ý là lợi nhuận của k xí nghiệp phải đạt giá trị cực đại sau n năm, mà không phải chỉ xét từng năm riêng rẽ. Bài toán xác định sách lược tối ưu phân phối nguồn vốn X cho k xí nghiệp sản xuất trong n năm trên đây có thể giải quyết theo 2 hướng: + Hướng thứ nhất: Xác định đồng thời bộ giá trị {Xj(i)} để hàm lợi nhuận W(W1, W2, ..., Wn) đạt giá trị cực đại trong không gian n chiều. Trong trường hợp n nhỏ, các hàm Wj là giải tích, khả vi. Bài toán có thể giải được nhờ những phép tính vi, tích phân. Khi n lớn (chẳng hạn n = 10) bài toán đã trở nên rất phức tạp. + Hướng thứ hai: Giải quyết bài toán trên đây theo từng bước. Hướng này cho thuật toán đơn giản hơn, đặc biệt trong trường hợp số bước n (số giai đoạn, số năm) là lớn. Hướng này thể hiện nội dung tinh thần phương pháp quy hoạch động: Việc tối ưu hóa được thực hiện dần từng bước, nhưng phải đảm bảo nhận được lời giải tối ưu cho cả n bước. Đó là một đặc điểm quan trọng về nguyên lý tối ưu của quy hoạch động, nghĩa là trong quá trình tìm lời giải không được phép nhìn cục bộ, tìm tối ưu riêng rẽ cho từng bước mà phải nhìn rộng ra những bước sau, vì trong nhiều trường hợp một quyết định đem lại lợi nhuận cực đại riêng rẽ cho bước này có thể dẫn đến hậu quả tai hại cho bước sau. Chẳng hạn trong sách lược quản lý các xí nghiệp nêu trên nếu chỉ nhìn cục bộ trong một năm thì để đạt được lợi nhuận tối đa, ta đầu tư toàn bộ nguồn vốn X cho xí nghiệp nào mà sản xuất có nhiều lợi nhuận nhất mặc dù sau năm đó thiết bị hư hỏng nhiều gây thiệt hại sản xuất cho những năm sau. Theo tinh thần của phương pháp quy hoạch động nêu trên, ta thấy ở mỗi bước đều phải chọn quyết định sao cho dãy quyết định còn lại phải tạo thành một sách lược tối ưu. Đó chính là nguyên lý tối ưu của quy hoạch động, nguyên lý đó còn có thể phát ...