Vận hành tối ưu hệ thống điện có xét đến nguồn năng lượng tái tạo và cổ điển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ XÉT ĐẾN NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ CỔ ĐIỂN MÃ SỐ:T2019-42TĐ SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ XÉT ĐẾN NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ CỔ ĐIỂN Mã số: T2019-42TĐ Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Lê Chí Kiên Thành viên đề tài: TS Nguyễn Trung Thắng TP HCM, 12/2019 BM 08TĐ Thông tin kết nghiên cứu TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp HCM, ngày 16 tháng 12 năm 2019 THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: Vận hành tối ưu hệ thống điện có xét đến nguồn lượng tái tạo cổ điển - Mã số: T2019-42TĐ - Chủ nhiệm: PGS.TS Lê Chí Kiên - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM - Thời gian thực hiện: Nghiệm thu toán trước ngày 31/5/2020 Mục tiêu: Cải tiến hiệu thuật toán tối ưu hóa xã hội nhện cổ điển để tìm nghiệm tối ưu cho sáu hệ thống khác thuộc phạm trù toán điều độ tải kinh tế Tính sáng tạo: Phương pháp đề xuất cải tiến cách sửa đổi ba chế liên quan đến ba lần tạo nghiệm để khắc phục nhược điểm phương pháp cổ điển nhiều quy trình tính tốn, hội tụ chậm tìm kiếm dao động cao Do đó, phương pháp cải tiến đề xuất giảm tham số điều khiển, sử dụng chế tạo nghiệm tốt giảm lượng lớn q trình tính tốn Kết nghiên cứu: Phương pháp cải tiến tìm nghiệm tốt thuật tốn heuristic tiêu chuẩn, tối ưu hiệu nhiều, ổn định cao tìm kiếm nhanh Thơng tin chi tiết sản phẩm: - Sản phẩm khoa học: + Báo cáo khoa học (ghi rõ số lượng, giá trị khoa học): 01 báo cáo tổng kết + Bài báo khoa học (ghi rõ đầy đủ tên tác giả, tên báo, tên tạp chí, số xuất bản, năm xuất bản): 01 báo SCIE A Novel Social Spider Optimization Algorithm for Large-Scale Economic Load Dispatch Problem Le Chi Kien, Thang Trung Nguyen, Chiem Trong Hien, Minh Quan Duong Energies, Volume 12, Issue 6, March-2 2019, ISSN: 1996-1073 https://www.mdpi.com/1996-1073/12/6/1075 - Sản phẩm ứng dụng (bao gồm vẽ, mơ hình, thiết bị máy móc, phần mềm…, ghi rõ số lượng, quy cách, công suất….): Giải thuật đề xuất sử dụng cơng cụ tối ưu hóa mạnh mẽ để tìm kiếm giải pháp tối ưu cho tốn điều độ tải kinh tế, sử dụng để xử lý vấn đề tối ưu hóa khác lĩnh vực kỹ thuật điện lĩnh vực kỹ thuật khác Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Làm tài liệu tham khảo cho Nghiên cứu sinh nhà nghiên cứu lĩnh vực Kỹ thuật điện, Hệ thống điện Trưởng Đơn vị (ký, họ tên) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) BM 09TĐ Thông tin kết nghiên cứu tiếng Anh INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Optimal operation of power system using the renewable energy and traditional energy resource Code number: T2019-42TĐ Coordinator: Associate Professor Le Chi Kien, Ph.D Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Technology and Education Duration: from 24th May 2019 to 31st May 2020 Objective(s): The project develops an improved social spider optimization algorithm for finding optimal solutions of economic load dispatch problems Creativeness and innovativeness: The improved method is different from original social spider optimization algorithm by performing several modifications directly related to three processes of new solution generation Research results: - Scientific output: the proposed method can find much less generation cost and achieve faster search speeds than social spider optimization algorithm for all considered systems - Applied output: The proposed method can obtain approximate or better results and faster convergence than nearly all compared methods excluding for the last system Products: a SCIE paper A Novel Social Spider Optimization Algorithm for Large-Scale Economic Load Dispatch Problem Le Chi Kien, Thang Trung Nguyen, Chiem Trong Hien, Minh Quan Duong Energies, Volume 12, Issue 6, March-2 2019, ISSN: 1996-1073 https://www.mdpi.com/1996-1073/12/6/1075 Effects, transfer alternatives of research results and applicability: The proposed method can be recommended to be a strong method for economic load dispatch problem and it can be tried for other mathematical problems in engineering MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 01 1.1 Đặt vấn đề 01 1.2 Các nghiên cứu liên quan 01 1.3 Mục tiêu đề tài 05 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 05 1.5 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu 05 CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN ĐIỀU ĐỘ KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 06 2.1 Lý thuyết vận hành tối ưu 06 2.1.1 Phân bố tối ưu trao đổi công suất kinh tế 06 2.1.2 Yêu cầu vận hành kinh tế 08 2.1.3 Vai trò vận hành 09 2.1.4 Xây dựng chi phí phát điện tối ưu nhà máy nhiệt điện 10 2.2 Mơ hình tốn 19 2.2.1 Hàm mục tiêu tốn ELD 19 2.2.2 Các ràng buộc 20 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP SSO CẢI TIẾN 23 3.1 Giới thiệu 23 3.2 Phương pháp SSO 24 3.2.1 Cộng đồng loài nhện 24 3.2.2 Lần tạo nghiệm thứ 25 3.2.3 Lần tạo nghiệm thứ hai 26 3.2.4.Lần tạo nghiệm thứ ba 27 3.3 Phương pháp SSO cải tiến 29 3.4 Áp dụng thuật toán đề xuất toán ELD 29 3.4.1 Quá trình khởi tạo dân số 29 3.4.2 Xây dựng hàm đánh giá nghiệm 30 3.4.3 Tiêu chí dừng 32 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ÁP DỤNG 35 4.1 Kiểm tra sửa đổi đề xuất 35 4.2 Các so sánh kết hệ thống thứ 36 4.3 Các so sánh kết hệ thống thứ hai 39 4.4 Các so sánh kết hệ thống thứ ba 42 4.5 Các so sánh kết hệ thống thứ tư 43 4.6 Các so sánh kết hệ thống thứ năm 44 4.7 Các so sánh kết hệ thống thứ sáu 46 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC 54 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Đặt vấn đề Điều độ tải kinh tế (ELD) toán phức tạp vận hành tốt ưu hệ thống điện, mục tiêu cụ thể giảm chi phí nhiêu liệu sử dụng để phát điện xem xét thêm nhiều ràng buộc liên quan đến nhà máy điện Bài toán hướng đến đối tượng khác nhau, ví dụ nhà máy nhiệt điện, nhà máy thủy điện nhà máy lượng tái tạo tua-bin gió, nhà máy nhiệt mặt trời pin quang vontanic Trong báo cáo này, nhà máy nhiệt điện đối tượng ưu tiên nghiên cứu, mà đặc tính khác hàm mục tiêu ràng buộc khác nhà máy nhiệt điện xét đến Sau cùng, tốn mơ hình hóa tốn học diện hàm mục tiêu ràng buộc Mục tiêu mơ tả đồ thị thơng qua đường đặc tính dựa vào hàm chi phí nhiêu liệu cơng suất đầu ra, ràng buộc xem xét điều kiện vận hành ổn định nhà máy nhiệt điện Các nghiên cứu liên quan Trong nhiều thập kỉ qua, lượng lớn nghiên cứu tìm kiếm tham số vận hành tối ưu nhà máy nhiệt điện liên hợp tổ máy phát nhà máy nhiệt điện cách sử dụng nhiều thuật toán tối ưu, thuật toán tối ưu phát triển dựa vào lý thuyết tối ưu hay tượng tự nhiên Cơ bản, phương pháp phân tách thành hai nhóm lớn, đây, nhóm thứ phát tiển dựa mạng lưới nơ-ron chép nhóm thứ hai dựa tìm kiếm heuristic Những thuật tốn nhóm đầu hàm tối ưu Lagrange iterative algorithm based method (IR-IAM) [1-2], Hopfield modelling framework (HMF) [3], linear programming techniques (LPT) [4], hierarchical algorithm (HA) [5], Hopfield neural network (HNN) [6], improved Hopfield neural network (IHNN) [7], augmented Lagrangian Hopfield network (ALHN) [8-10] Mặc dù số lượng phương nhóm thứ nhiều đáng kể, lại so với nhóm thứ hai, số bao gồm differential evolution (DE) [11], colonial competitive differential evolution (CCDE) [12], hybrid differential evolution with biogeography-based optimization (HDE-BBO) [13], Cuckoo search -1- algorithm (CSA) [14], One rank cuckoo search algorithm (ORCSA) [15], Local random search technique based modified Particle swarm optimization (LRS-MPSO) [16], selfupdated parameter technique based PSO (SUP-PSO) [17], PSO with self-adaptively updated parameters (NAPSO) [18−19], iteration particle swarm optimization (IPSO) [20], Iteration PSO with time varying acceleration coefficients (IPSO-TVAC) [21], Species-based Quantum Particle Swarm Optimization (SQ-PSO) [22], krill herd algorithm (KHA) [23], Opposition-based krill herd algorithm (OKHA) [24], teaching technique and learning technique based algorithm (TLA) [25−26], Genetic Algorithm with updated multiplier (UM-GA) and modified Genetic Algorithm with updated multiplier (UM-MGA) [27], modified real-coded genetic algorithm (MRCGA ) [28], firefly algorithm (FA) [29], modified firefly algorithm (MFA) [30], improved firefly algorithm (IFA) [31], artificial immune system (AIS) [32], bacterial foraging algorithm (BFA) [33], multiple tabu search (MTS) [34], harmony search (HS) [35], natural updated harmony search harmony search (NUHS) [36], chaotic bat algorithm (CBA) [37], improved quantum-inspired evolutionary algorithm (IQEA) [38], exchange market algorithm (EMA) [39], biogeography-based optimization (BBO) [40], flower pollination algorithm (FPA) [41], competitive swarm optimizer (CSO) [42], Franklin law and Coulomb law based algorithm (FCA) [43], symbiotic organisms search (SOS) [44], improved symbiotic organisms search algorithm (ISOS) [44], and oppositional real coded chemical reaction optimization (ORCCRO) [45] Về bản, ứng dụng phương pháp thuộc nhóm thứ tốn ELD phức tạp dần sử dụng nhiều hạn chế phụ thuộc nhiều vào đặc trưng hệ thống quan tâm, không ổn định hệ thống lớn khơng có khả để giải hàm phi tuyến tính Thành cơng lớn nhóm thứ đạt áp dụng ALHN, thuật tốn khắc phục vài nhược điểm đề cập giải triệt để hàm phi tuyến Do đó, khơng có phát triển nhóm thuật tốn thứ năm gần Thay vào đó, ứng dụng thuật tốn heuristic toán ELD PSO, GA DE, liên tục phát triển Nhiều phương pháp heuristic cổ điển PSO, GA DE cải tiến cách thêm vào số thay đổi phương trình tạo nghiệm -2- kỹ thuật lựa chọn Phương pháp DE bao gồm kỹ thuật đột biến, lai chéo lựa chọn, nhược điểm phương pháp dễ rơi vào vùng tối ưu cục hiệu kỹ thuật đột biến Do đó, CCDE HDE-BBO tập trung nâng cao kỹ thuật đột biến để tìm nghiệm có triển vọng HDE-BBO đề xuất phương pháp lai tạo để chọn mơ hình khác cho kỹ thuật đột biến phương pháp khác DE không thay đổi sử dụng HDE-BBO CCDE phát triển cách sử dụng kỹ thuật đột biến đề xuất khác dựa mơ hình tốn học tiến hóa trị xã hội nhằm mục đích đa dạng hóa chiến lược tìm kiếm khai thác hiệu tìm kiếm cục Phương pháp đề xuất số lượng lớn công thức đột biến giá trị khác tham số điều khiển, tham số điều chỉnh để đạt nghiệm tốt hệ thống khác Các nghiệm tìm thấy dẫn đến kết luận thay đổi đột biến lựa chọn phù hợp CSA phương pháp áp dụng rộng rãi thành công cho vấn đề ELD khai thác khám phá tương ứng với khả tìm kiếm cục tồn Phương pháp có lần tạo nghiệm lần lặp phải có hai lựa chọn lần lặp Tính dường nhiều thời gian để CSA tìm kiếm nghiệm cho lần lặp mang lại kết hiệu nhanh chóng Trên thực tế, CSA nhìn thấy điểm mạnh thơng qua lượng lớn trường hợp thử nghiệm [14] Mặc dù CSA đạt kết số hứa hẹn tốt so với phương pháp có khác, cải thiện tốt liên quan đến chất lượng nghiệm tốc độ tìm kiếm ORCSA xây dựng để rút ngắn thời gian tìm kiếm giảm bước tìm kiếm sử dụng CSA nói trên, chẳng hạn hai hệ hai lựa chọn lần lặp Hầu hết sửa đổi PSO để thay đổi công thức tính vận tốc giữ cơng thức xác định vị trí cá thể NAPSO [1819] đề xuất cơng thức tính tốn vận tốc điều chỉnh trọng lượng quán tính cách sử dụng nguyên lý mờ Ngoài ra, tham số khác tự thiết lập để thích nghi Phương pháp chạy với cổ điển PSO PSO với chế mờ (FPSO) để chứng minh hiệu suất vượt trội LRS-MPSO [16] thêm kỹ thuật tìm kiếm cục ghi nhớ vị trí xấu hạt Hai sửa đổi tăng cường khả khai thác thăm dò Trong [16], LRS-MPSO so sánh với GA, PSO, Modified -3- PSO (MPSO) PSO với tìm kiếm ngẫu nhiên cục (LRS-PSO) Các so sánh kết LRS-MPSO cải thiện hiệu số thử nghiệm, số trường hợp, phương pháp khơng thể tìm nghiệm tối ưu tốt SUP-PSO [17] sử dụng hệ số co thắt cải thiện hệ số gia tốc tự thích ứng với thay đổi vận tốc tính tốn Do đó, phương pháp vượt trội so với PSO để tìm kiếm nghiệm tối ưu cho toán ELD IPSO [20] phiên lạ PSO vị trí ngoại trừ vị trí sở hữu giá trị hàm đánh giá tố bổ sung thêm bước nhảy phù hợp Hơn nữa, nghiên cứu đề xuất công thức tính tốn vận tốc cực đại, khác hồn toàn với tất phiên khác PSO Hai sửa đổi làm tăng khả nhảy khỏi vùng tối ưu cục đạt đến vùng tối ưu tồn cục Vì vậy, phương pháp tốt nhiều so với PSO IPSO-TVAC [21] sử dụng IPSO [20] hệ số tăng tốc thích ứng để làm đa dạng khả tìm kiếm tồn cục PSO Kết IPSO-TVAC hiệu IPSO [20] PSO SQPSO, phiên mới khác Quantum PSO (QPSO), phân loại nghiệm thành nhóm khác dựa chất lượng nghiệm bán kính Các chiến lược khác áp dụng để tạo nghiệm cho nghiệm xem xét dựa đánh giá chất lượng bán kính Phương pháp cho thấy cải thiện so với QPSO PSO thơng qua số hệ thống thử nghiệm KHA sử dụng [23] việc tích hợp thuật tốn KHA phương pháp học hỏi dựa đối lập (KHA-OL) phát triển [24] cho toán ELD MRCGA, phiên cải tiến RCGA, sử dụng kỹ thuật giao thoa ràng buộc trung bình số học kỹ thuật đột biến dạng sóng sin, hồn toàn khác với RCGA Ưu điểm phương pháp chứng minh tốt UM-GA UM-MGA phiên khác GA MFA IFA hai phiên cải tiến FA hai phiên có hai sửa đổi giống biến đổi cơng thức tính tốn bán kính kỹ thuật tính tốn đột biến MFA sử dụng tham số thích ứng liên quan đến vịng lặp IFA đề xuất cải tiến khác để tìm kiếm nghiệm Cả MFA IFA cho thấy kết tốt FA hiệu suất chúng khiêm tốn so sánh với phương pháp khác Đối với phương pháp lại, hầu hết số chúng thuật tốn ban đầu, chúng tìm kiếm nghiệm cho vấn đề ELD ngoại trừ -4- ISOS [44], phiên sửa đổi SOS ISOS sử dụng hai mơ hình khác nhau, lấy từ CCDE, để thay cho kỹ thuật đột biến cổ xưa SOS Những thay đổi mang lại lợi cho ISOS so với SOS giảm bớt bước tính tốn thời gian mơ Mục tiêu đề tài - Đề xuất phương pháp cải tiến SSO cách hiệu - Cực tiểu chi phí phát thải cho nhà máy nhiệt điện - Kết tốt tin cậy so với nghiên cứu trước Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các hệ thống nhiệt điện - Phạm vi nghiên cứu: Xét hiệu ứng xả van, vùng hoạt động bị cấm tổ máy, công suất dự trữ trường hợp cần thiết Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu - Cách tiếp cận: Thông qua báo khoa học tạp chí chuyên ngành - Phương pháp nghiên cứu: Dựa lý thuyết phương pháp SSO để đề xuất cải tiến -5- CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN ĐIỀU ĐỘ KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN Lý thuyết vận hành tối ưu 2.1.1 Phân bố tối ưu trao đổi công suất kinh tế 2.1.1.1 Khái niệm chung vận hành kinh tế Vận hành hệ thống điện tập hợp thao tác nhằm trì chế độ làm việc bình thường hệ thống điện đáp ứng yêu cầu chất lượng, tin cậy kinh tế Như biết, hệ thống điện bao gồm phần tử có mối liên hệ chặt chẽ với Sự làm việc tin cậy kinh tế hệ thống xuất phát từ tin cậy chế độ làm việc kinh tế phần tử Cùng với đời thiết bị công nghệ mới, yêu cầu vận hành thiết bị nói chung ngày trở nên nghiêm ngặt Cũng tất thiết bị, vấn đề vận hành hệ thống điện trước hết phải cần phải thực theo quy trình quy phạm Các quy trình sử dụng thiết bị nhà chế tạo cung cấp hướng dẫn Quy trình vận hành thiết bị hệ thống xây dựng sở quy trình sử dụng thiết bị có xét đến đặc điểm cơng nghệ hệ thống Như ta biết hệ thống điện có hàng loạt đặc điểm khác biệt, mà số đặc điểm bật có liên quan trực tiếp đến trình vận hành hệ thống điện: • Quá trình sản xuất tiêu thụ điện diễn đồng thời Đặc điểm cho thấy điện cất giữ dạng dự trữ Điều dẫn đến cần thiết phải trì cho tổng cơng suất phát tất nhà máy điện phải luôn phù hợp với nhu cầu tiêu thụ tất hộ dùng điện Sự cân đối làm giảm chất lượng điện mà số trường hợp dẫn đến cố ổn định hệ thống Do phụ tải thay đổi từ giá trị cực tiểu đến cực đại, cần có biện pháp điều chỉnh chế độ làm việc hợp lý nhà máy điện • Hệ thống điện hệ thống thống Giữa phần tử hệ thống điện ln ln có mối quan hệ mật thiết với Sự thay đổi phụ tải nhà máy điện bất kỳ, đóng cắt phần tử mạng điện trạm biến áp, đường dây truyền tải, v.v…đều dẫn đến thay đổi chế độ làm việc nhà máy điện khác Nhân viên vận hành nhà máy điện mạng điện độc lập đánh giá tất -6- diễn hệ thống điện, phải thống hành động họ có thay đổi chế độ làm việc hệ thống điện Sự thống cần thiết để trì chất lượng điện mức cho hợp lý • Các trình diễn hệ thống điện diễn nhanh Như biết, tất diễn biến xẩy hệ thống nhanh phức tạp Điều địi hỏi phải nâng cao yêu cầu hệ thống điện Một hệ thống điện phải trang bị thiết bị tự động để trì chất lượng điện độ tin cậy cung cấp điện • Tầm quan trọng hệ thống điện Hệ thống điện có liên quan mật thiết đến tất ngành lĩnh vực sản xuất sinh hoạt nhân dân Đặc điểm đòi hỏi phải nâng cao yêu cầu hệ thống điện nhằm giảm đến mức cực tiểu thiệt hại kinh tế chất lượng điện độ tin cậy giảm • Hệ thống điện phát triển liên tục không gian thời gian Sự mở rộng hệ thống điện thực sở mở rộng phát triển kinh tế quốc dân Việc mở rộng phát triển hệ thống điện phải thực dựa sở phát triển ngành sản xuất để mang lại hiệu cao Quá trình vận hành hệ thống điện thực với quán triệt chặt chẽ đặc điểm nhằm đáp ứng yêu cầu hệ thống điện 2.1.1.2 Phân bố tối ưu Phân bố tối ưu nguồn phát bố trí phát cơng suất nguồn phát cho chi phí tiêu hao nhiên liệu thấp nhất, phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện chất lượng điện Một toán kinh tế - kỹ thuật vận hành thiết kế hệ thống điện là: xác định phân bố tối ưu công suất tổ máy nhiệt điện nhà máy điện hệ thống điện nhằm đáp ứng tổng giá trị phụ tải tổng biết Hay nói cách khác cực tiểu chi phí phát điện tổ máy nhiệt điện nhà máy nhiệt điện -7- Việc nghiên cứu phương pháp phân bố tối ưu công suất nhà máy điện nâng cao tính kinh tế vận hành mà cịn đóng góp vào tính xác hợp lý qui hoạch, thiết kế hệ thống điện 2.1.1.3 Trao đổi công suất kinh tế Trao đổi công suất kinh tế thực chất việc mua bán điện cho hai bên có lợi, việc trao đổi cơng suất kinh tế diễn có chênh lệch có mức độ suất tăng chi phí nhiên liệu hai hệ thống Trao đổi công suất kinh tế xảy có lựa chọn nguồn cung cấp điện cho phép, lấy ví dụ, việc sản xuất, bán mua điện Trong trường hợp vậy, định mua không mua điện dựa sở tương quan kinh tế trường hợp chi phí tăng trưởng kèm theo giá trị giảm phát, tổn hao truyền tải (hệ số phạt) tính đến việc phân bố điện đến điểm kết nối hệ thống 2.1.2 Yêu cầu vận hành kinh tế Tất yêu cầu vận hành hệ thống điện trực tuyến phải thực lập tức, việc sản xuất, phân phối lượng vận hành với giá thành nhỏ Các yếu tố thông thường không ý cộng đồng dân chúng, họ nghĩ đến hệ thống, trừ có rắc rối cố hay điện, dù thoáng qua Các yếu tố kinh tế bị ảnh hưởng tác động người vận hành bao gồm phân bố tải cho thiết bị nguồn phát, thường nhà máy nhiệt điện nơi mà hiệu suất giá thánh nhiên liệu yếu tố giá thành sản xuất điện Việc vận hành nhà máy nhiệt điện ảnh hưởng đến giá thành phát điện, mà giá nhiên liệu tăng nhanh Khả mua điện lịch đại tu sữa chữa thiết bị, tất có ảnh hưởng đến giá thành vận hành Người điều khiển hệ thống phải điều khiển cách cân nhắc với yếu tố Tóm lại, yêu cầu vận hành kinh tế hệ thống điện đảm bảo an toàn tuyệt đối cho hệ thống điện, đảm bảo chất lượng phục vụ, có chi phí sản xuất, truyền tải phân phối thấp -8- 2.1.2.1 Chất lượng phục vụ Chất lượng điện theo pháp định: - Chất lượng tần số - Chất lượng điện áp Độ tin cậy cung cấp điện hợp lý 2.1.2.2 Chi phí sản xuất Chi phí sản xuất bao gồm - Chi phí nhiên liệu - Tổn thất điện - Chi phí bảo dưỡng định kỳ - Chi phí để khắc phục hậu quả, sửa chữa thiết bị hỏng cố - Chi phí tiền lương - Khấu hao thiết bị 2.1.3 Vai trò vận hành Giảm đến nhỏ chi phí sản xuất điện mục tiêu việc phân bố tối ưu nguồn phát hệ thống điện, bao gồm: 1- Giảm chi phí nhiên liệu 2- Giảm tổn thất điện Các mục tiêu thực cách: - Qui hoạch thiết kế hệ thống điện với chế độ kinh tế có đủ trang thiết bị cần thiết để điều khiển chế độ vận hành Đồng thới, có tính đến kế hoạch phát triển điện tương lai - Trong vận hành, lập kế hoạch vận hành đắn thực kế hoạch 2.1.3.1 Giảm chi phí nhiêu liệu vận hành Giảm chi phí nhiên liệu vận hành bao gồm: -9- - Ưu tiên tăng lượng công suất phát nhà máy nhiệt điện gần phụ tải nhằm giảm tổn hao truyền tải dẫn đến giảm chi phí tiêu hao nhiên liệu toàn hệ thống - Ưu tiên tăng lượng công suất phát nhà máy nhiệt điện có tiêu hao nhiên liệu thấp - Tối ưu cơng suất tổ máy nhiệt điện nhà máy nhiệt điện - Kế hoạch vận hành hệ thống điện thực sau: - Lập kế hoạch vận hành chi tiết cho tuần lễ gồm: thành phần tổ máy tham gia vận hành tuần, ngày, - Lập kế hoạch vận hành ngày đêm cách xác định công suất phát từng nhà máy tham gia vận hành, kế hoạch ngừng khởi động lại tổ máy Kế hoạch sản xuất bao gồm kế hoạch bảo dưỡng định kỳ tổ máy năm Để lập kế hoạch có hai tốn sở phải sử dụng thường xuyên phân bố công suất tối ưu tổ máy nhà máy nhiệt điện nhà máy nhiệt điện 2.1.3.2 Giảm tổn thất điện Giảm tổn thất điện có ý nghĩa lớn vận hành lưới điện Giảm tổn thất điện bao gồm biện pháp cần thêm vốn đầu tư biện pháp không cần vốn đầu tư Có biện pháp thực lần quy hoạch thiết kế hệ thống điện chọn dây dẫn, chống tổn thất vầng quang; có biện pháp chuẩn bị quy hoạch thiết kế thực vận hành phân bố tối ưu công suất phản kháng, điều chỉnh điện áp 2.1.4 Xây dựng chi phí phát điện tối ưu nhà máy nhiệt điện 2.1.4.1 Cơ sở xác định giá điện • Giá thành sản xuất điện Giá thành sản xuất điện tồn chi phí tiền nhà máy điện bỏ trình sản xuất tiêu thụ sản phẩm điện bao gồm: giá trị nguyên liệu, vật liệu, máy móc, thiết bị tài sản cố định khác tiêu hao sản xuất; chi phí trả -10- cơng lao động (tiền lương, phụ cấp lương thưởng); số chi phí tiền khác (trích nộp bảo hiểm xã hội, trả lợi tức, chi phí quản lí, vv ) Giá thành tiêu chất lượng quan trọng, phản ánh cách tổng hợp tồn suất lao động; chi phối hiệu kinh tế kết hoạt động sản xuất, kinh doanh nhà máy điện có ý nghĩa đặc biệt nhà máy nhiệt điện Thơng thường giá thành tính theo yếu tố chi phí sản xuất tính theo khoản mục chi phí Mỗi nhà máy điện có chi phí sản xuất điện gồm chi phí cố định chi phí biến đổi khác Dựa chi phí sản xuất điện nhà máy, người ta xây dựng kế hoạch huy động phát nhà máy điện hệ thống Trong thị trường điện cạnh tranh, công ty phát điện ln đặt mục tiêu cực đại hóa lợi nhuận cách tăng doanh thu giảm chi phí sản xuất Đầu vào sản xuất điện nguyên liệu, vật liệu phụ, sửa chữa lớn thiết bị, hàng hóa dịch vụ mua ngồi… Mà yếu tố đầu vào thay đổi theo thị trường nên việc tính mức giá điện, xác định chi phí sản xuất đóng vai trị quan trọng việc vận hành tối ưu nhà máy điện, hệ thống điện • Cơ sở giá chào Giá chào bao gồm chi phí cố định, chi phí biến đổi, lợi nhuận mong muốn: Giá chào = Chi phí cố định + Chi phí biến đổi + Lợi nhuận Ø Chi phí cố định Chi phí cố định cho phát điện gồm chi phí: - Chi phí khấu hao - Chi phí vận hành cố định - Chi phí sửa chữa - Thuế đất, tài nguyên - Lãi vay (nếu có) - Các chi phí khác (nếu có) -11- Ø Chi phí biến đổi Tuỳ thuộc vào loại hình nhà máy, cách thức hoạt động tổ máy mà có cách tính chi phí biến đổi khác Ví dụ: nhà máy nhiệt điện chi phí biến đổi tính dựa quy trình gồm ba bước sau: - Tính giá trung bình - Tính chi phí nội suy đường cong chi phí đường cong bậc hai - Tính giá biên Hình 2.1 Quy trình tính giá biến đổi ü Tính giá trung bình Tùy thuộc vào loại hình tổ máy khác nhau, phương pháp hoạt động khác có cách tính khác nhau: - Nhà máy nhiệt điện than Với nhà máy nhiệt điện than, giá trung bình xác định sau: GP = bth / p *7000* Gthan Qth + bFO * GFO + cVLP Trong đó: bth/p : Suất tiêu hao than ứng với mức công suất p (g/kWh) -12- (2.1) Gthan: Giá than (đồng/g) 7000 (kcal/kg): Nhiệt trị than tiêu chuẩn Qth : Nhiệt trị than trung bình bFO : Suất tiêu hao dầu ứng (g/kWh) GFO : Giá dầu (đồng/g) cVLP : Chi phí vật liệu phụ - Nhà máy nhiệt điện hỗn hợp Gp = Bp xG + cVLP (2.2) Trong đó: Bp : Suất tiêu dầu/khí ứng với mức cơng suất p (g/kWh với dầu BTU/kWh với khí) G : Giá nhiên liệu (than/dầu) (đồng/g với dầu, đồng/BTU với khí) cVLP : Chi phí vật liệu phụ (đ/kWh) ü Nội suy đường cong chi phí Nhân giá trung bình với mức cơng suất ta chi phí Các điểm rời rạc đồ thị chi phí thể mối quan hệ cơng suất phát chi phí Nội suy đường cong chi phí đường cong bậc hai đường đặc tuyến Ta làm rõ quy trình xấp xỉ đường cong chi phí đường cong bậc hai, ta cần xấp xỉ: G( P) = AP + BP + C Sử dụng phương pháp trung bình bình phương cực tiểu, nghĩa ta cần tìm A, B, C cho hàm số sau đạt cực tiểu: -13- ⎛ n 2⎞ ⎛ n 3⎞ ⎛ n 4⎞ P A + P B + P C = F P ∑ ∑ ∑ ∑ i ⎟ i ⎟ i ⎟ i i ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ i =0 ⎠ ⎝ i =0 ⎠ ⎝ i =0 ⎠ ⎛ n ⎞ ⎛ n 2⎞ ⎛ n 3⎞ P A + P B + ⎜∑ i ⎟ ⎜∑ i ⎟ ⎜ ∑ Pi ⎟ C = ∑ Fi P i ⎝ i =0 ⎠ ⎝ i =0 ⎠ ⎝ i =0 ⎠ ⎛ n ⎞ ⎛ n ⎞ n A + P B + ( ) ⎜ ∑ i ⎟ ⎜ ∑ Pi ⎟ C = ∑ Fi ⎝ i =0 ⎠ ⎝ i =0 ⎠ n F (a, b, c) = ∑ (aPi + bPi + c − PG i i) (2.3) i =0 ü Tính giá biên Ta xác định đường cong giá biên cách lấy đạo hàm đường cong chi phí: Gm = d (GP) = 2AP+B dP (2.4) • Lợi nhuận Giá lợi nhuận phần giá tuỳ chọn nhà máy thêm vào Có cách tính giá lợi nhuận sau: - Khơng tính giá lợi nhuận - Giá lợi nhuận = Giá biến đổi * Tỷ lệ phần trăm giá biến đổi - Giá lợi nhuận = Hằng số (Người dùng nhập) Lợi nhuận phát điện số dư giá bán trừ cho chi phí phát điện, để lợi nhuận cực đại chi phí phát điện phải cực tiểu, quan hệ thể qua biểu thức sau: Lợi nhuận bán điện = (Giá bán x E ) - chi phí sản xuất Trong đó: Giá bán (Rs/MWh): Giá điện bán E (MWh): Điện bán -14- 2.1.4.2 Phát tối ưu nhà máy điện Yếu tố chi phí vận hành máy phát nhiên liệu đầu vào/giờ, yếu tố cịn lại góp phần nhỏ Chi phí nhiên liệu có ý nghĩa trường hợp nhà máy nhiệt điện nhà máy điện nguyên tử, ngược lại với nhà máy thủy điện nhà máy phong điện,… kho lượng miễn phí chi phí nhiên liệu khơng cịn ý nghĩa Vì cực tiểu chi phí phát điện có ý nghĩa quan trọng nhà máy nhiệt Chi phí vận hành (Rs/hr) Hay nhiên liệu (triệu kcl/hr) điện (MW)max (MW)min Công suất phát MW Hình 2.2 Đường cong vào-ra tổ máy Đường cong đầu vào tổ máy [18] (gồm nồi hơi, tuabin máy phát) thể tổ máy triệu Kilocalo đồng rupi (tiền ấn độ) giờ, ngược lại đầu sử dụng tổ máy MW Đường cong chi phí định qua thực nghiệm Đường cong điển hình biểu diễn hình 2.2 Trong (MW)min cơng suất giới hạn tải nhỏ giá trị mà không kinh tế để vận hành hệ thống, (MW)max giới hạn công suất tải lớn nhất, đường cong đầu vào- đầu khơng liên tục q trình mở van mà khơng hình Bởi điều chỉnh đa thức có bậc hợp lý biểu thức đại số chi phí vận hành viết sau: -15- S K L 0 ... KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ XÉT ĐẾN NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ CỔ ĐIỂN Mã số: T2019-42TĐ Chủ... phúc KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp HCM, ngày 16 tháng 12 năm 2019 THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: Vận hành tối ưu hệ thống điện có xét đến nguồn lượng tái tạo cổ điển - Mã... BÀI TOÁN ĐIỀU ĐỘ KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN Lý thuyết vận hành tối ưu 2.1.1 Phân bố tối ưu trao đổi công suất kinh tế 2.1.1.1 Khái niệm chung vận hành kinh tế Vận hành hệ thống điện tập hợp thao tác