BÁO cáo môn học QUY HOẠCH VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN

Báo Cáo Môn Học GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh BÁO CÁO MÔN HỌC: QUY HOẠCH VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN TIÊU ĐỀ BÀI BÁO: IMPACT OF TRANSMISSION RELIABILITY ON NODAL PRICE IN ELECTRIC POWER MARKET (Peng Wang, member, IEEE, and Hua Cai) GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh HVTH: Nguyễn Văn Hải – 1520614 Lê Duy Đoan Chi – 1520605 TP.Hồ Chí Minh 11/2015 Nguyễn Văn Hải – Lê Duy Đoan Chi Page Báo Cáo Môn Học GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘ TIN CẬY TRUYỀN TẢI GIÁ NÚT TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN NĂNG Tóm tắt: Bài báo phân tích cách hệ thống tác động lỗi truyền tải xảy tái cấu hệ thống điện giá nút Giá trị dự kiến độ lệch chuẩn giá nút giới thiệu để đánh gía ảnh hưởng cố ngẫu nhiên Sự biến động giá xác xuất tương ứng cho trạm hệ thống trình bày Hệ thống kiểm tra đánh giá để minh họa cho kỹ thuật I GIỚI THIỆU Tại phải thành lập giá nút? Cần có thay đổi quan điểm xã hội mặt lượng điện Năng lượng điện phải chế biến hàng hóa mua, bán kinh doanh, xét đến thay đổi không gian-thời gian giá trị chi phí Phương pháp trung bình phương pháp tính tổn thất trung bình tất khách hàng, khơng quan tâm đến vị trí khách hàng, khách hàng có mức giá điện Vì tổn thất trung bình tất khách hàng không tạo nên yếu tố cạnh tranh thị trường điện Giá nút đưa cấu hoàn chỉnh cho thành lập thị trường điện Giá nút cung cấp thông tin kinh tế hữu ích truyền tải nguồn phát hệ thống điện phi điều tiết Thơng tin sử dụng cho người điều hành hệ thống để tạo cách điều khiển tối ưu, cho nhà cung cấp điện người sử dụng có lựa chọn để thầu chào giá, cho nhà đầu tư, nhà hoạch định chọn thời điểm vị trí để mở rộng truyền tải Vickerry Scheppe phát triển lý thuyết cho giá điện thực tế Lý thuyết mở rộng bao gồm giá bảo vệ hệ thống Baughman Hao thảo luận giá thời gian thực công suất phản kháng Baughman tạo trước lý thuyết toàn diện giá nâng cao hệ thống điện, bao gồm dịch vụ phụ trợ lựa chọn kết hợp ràng buộc chất lượng điện ảnh hưởng mơi trường Aganagic hình thành giá chỗ máy phát khả truyền tải Singh xem xét quản lý tắc nghẽn truyền tải giá truyền tải Độ tin cậy phân biệt giá theo thời gian thực hệ thống điện Siddiqi nhắc đến, có phần dự trữ khác khả chắn giá thời gian thực Nỗ lực giá nút việc vào phát triển thuật toán sử dụng để giải vấn đề tối ưu hóa phức tạp với hệ thống vật lý khác hạn chế kinh tế, mơ hình sử dụng để định giá phụ Nguyễn Văn Hải – Lê Duy Đoan Chi Page Báo Cáo Môn Học GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh thực tế công suất phản kháng, đền bù tổn thất truyền tải, dự trữ, tần số điều khiển điện áp,… Tác động cố ngẫu nhiên xảy hệ thống điện giá nút xem xét Bài báo xét đến kỹ thuật thường sử dụng đưa dự kiến giá nút, ảnh hưởng lỗi ngẫu nhiên xảy hệ thống truyền tải Độ tin cậy kĩ thuật đánh giá phương pháp tối ưu hóa hệ thống điện phối hợp để tính tốn dự kiến giá nút Hệ thống kiểm tra sử dụng để minh họa kỹ thuật II CÔNG THỨC CHUNG CỦA GIÁ NÚT Nodal Price Marginal Cost of Generation Marginal Cost of Losses Marginal Cost of Transmission Congestion Với:  Nodal Price: Giá nút  Marginal Cost of Generator: Chi phí cận biên máy phát, chi chí để cung cấp MW  Marginal Cost of Losses: Chi phí cận biên tổn thất  Margial Cost of Transmission Congestion: Chi phí cận biên giới hạn truyền tải Giá nút công thức đặc trưng cho phát điện bao gồm ràng buộc an toàn chi phí cung cấp dựa sở giá người mua giá người bán Nhiệm vụ hoạt động kinh tế hệ thống điện lập biểu cho ngõ máy phát, việc cần thiết để cung cấp hệ thống dự báo nhu cầu thực tế công suất phản kháng bù lại tổn thất truyền tải, để đáp ứng hạn chế điều hành khác hành động khắc phục cho nguồn cấp đáng tin cậy trường hợp lỗi xảy tải tăng đột ngột hệ thống sử dụng nguồn dự phịng có sở phụ trợ Mục tiêu hoạt động kinh tế hệ thống là: Min f(V,P,Q (1) Khó hơn: G(V,P,Q) = H(V,P,Q) ≤ Nguyễn Văn Hải – Lê Duy Đoan Chi Page Báo Cáo Môn Học GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh Với f(V,P,Q) chi phí vận hành hệ thống, G(V,P,Q) = (g1(X,P,Q), g2(X,P,Q,…)T biểu diễn cân dịng cơng suất, H(V,P,Q) = (h1(X,P,Q), h2(X,P,Q),…)T biểu diễn không cân giá trị, bao gồm tất an toàn giới hạn nhiệt giới hạn dung lượng đường truyền, ngõ máy phát,…P=(P1,…Pn), Q=(Q1,…Qn) and V=(V1,…Vn), Pi Qi nhu cầu công suất phản kháng nút i tương ứng, Vi điện áp bus i Các giải pháp tối ưu phương trình thu cách giải hàm Lagrangian sau đây: 𝐿 = 𝑓 (𝑉, 𝑃, 𝑄) + 𝜆𝐺 (𝑉, 𝑃, 𝑄) + 𝜇𝐻 (𝑉, 𝑃, 𝑄) Khi λ = (λ1,…,λm) µ = (µ1,…,µm) hệ số Lagrangian Cho tập hợp P Q, giá nút thực tế công suất phản kháng giải pháp tối ưu tính tốn sử dụng công thức sau: 𝜌𝑝𝑖 = 𝜌𝑞𝑖 = 𝜕𝐿 𝜕𝑃𝑖 𝜕𝐿 𝜕𝑄𝑖 (2) (3) III XÂY DỰNG MỨC GIÁ NÚT DỰ KIẾN Giá nút bus xác định công thức dựa trạng thái hoạt động bình thường hệ thống Một hệ thống điện nhiều đường truyền cố ngẫu nhiên xảy hệ thống truyền dẫn Sự cố làm thay đổi cấu hình hệ thống, gây nghẽn truyền tải vi phạm khác mạng điện Một số biện pháp khắc phục việc tái cấu hệ thống, bù công suất phản kháng, thay đổi thẻ biến áp tải để bẽ gãy công suất không phù hợp sai phạm khác mạng Các hành động khắc phục dẫn tới phân bố biến đổi nút Người sử dụng hệ thống phải biết giá nút bao gồm hệ thống hoạt động bình thường bất thường định mua bán Giá nút, đó, biến ngẫu nhiên theo xác xuất phân phối Giá trị kỳ vọng độ lệch giá nút phải sử dụng để nhận tác dụng Với hệ thống điện n bus với m thành phần độc lập, trạng thái hệ thống xác định cách sử dụng phân phối nhị thức Xác xuất trạng thái hệ thống j với r thành phần lỗi tính sau: Nguyễn Văn Hải – Lê Duy Đoan Chi Page Báo Cáo Môn Học GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh 𝑟 𝑚 𝑝𝑗 = ∏ 𝑈𝑖 ∏ 𝐴𝑖 𝑖=1 𝑖=𝑟+1 Với Ai Ui tương ứng thành phần i sẵn có khơng sẵn có Kỹ thuật đánh giá độ tin cậy cho việc giải hệ thống cơng suất lớn sử dụng để xác định vi phạm hệ thống hoạt động khác phục liên quan tái cấu hình lưới đổ tải để giải phóng vi phạm Cấu hình thơng số cho trạng thái j sử dụng đầu vào để xác định giá nút Với trạng thái hệ thống j, tối ưu hóa vấn đề xây dựng sau: 𝑁𝑔 𝑀𝑖𝑛𝑓𝑖 = ∑ (𝐶𝑝𝑖 (𝑃𝑔𝑖𝑗 ) + 𝐶𝑞𝑖 (𝑄𝑔𝑖𝑗 )) 𝑖=𝑙 Một số ràng buộc: Ràng buộc cân cho nút i: 𝑛 𝑔𝑝𝑖𝑗 = 𝑃𝑔𝑖𝑗 − 𝑃𝑑𝑖𝑗 − ∑ 𝑉𝑖𝑗 𝑉𝑘𝑗 |𝑌𝑖𝑘𝑗 |𝑐𝑜𝑠(𝜃𝑖𝑗 − 𝜃𝑘𝑗 − 𝛿𝑖𝑘𝑗 ) = 𝑘=1 𝑛 𝑔𝑞𝑖𝑗 = 𝑄𝑔𝑖𝑗 − 𝑄𝑑𝑖𝑗 − ∑ 𝑉𝑖𝑗 𝑉𝑘𝑗 |𝑌𝑖𝑘𝑗 |𝑐𝑜𝑠(𝜃𝑖𝑗 − 𝜃𝑘𝑗 − 𝛿𝑖𝑘𝑗 ) = 𝑘=1 Ràng buộc không cân cho nút i:  Ràng buộc công suất máy phát: 𝑃𝑔𝑖 𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑃𝑔𝑖𝑗 ≤ 𝑃𝑔𝑖 𝑚𝑎𝑥 𝑄𝑔𝑖 𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑄𝑔𝑖𝑗 ≤ 𝑄𝑔𝑖 𝑚𝑎𝑥  Ràng buộc điện áp: 𝑉𝑖 𝑚𝑖𝑛 ≤ |𝑉𝑖𝑗 | ≤ 𝑉𝑖 𝑚𝑎𝑥  Ràng buộc công suất cho đường dây i: 𝑃𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑃𝑙𝑖𝑗 ≤ 𝑃𝑙𝑖𝑚𝑎𝑥 Với Pgij Qgij tương ứng với tổng công suất thực công suất phản khán, Cij(Pgij) Cqi(Qgij) tương ứng hàm chi phí công suất thực công suất phản kháng, Ng số bus máy phát, Pgimin Pgimax tương ứng công suất thực đầu max Qgimin Qgimax tương ứng công suất phản kháng đầu max, Vimin Vimax tương ứng Nguyễn Văn Hải – Lê Duy Đoan Chi Page Báo Cáo Môn Học GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh với áp nhỏ lớn nhất, Plimin Plimax công suất nhỏ lớn chạy qua đường dây I Pdij Qdij tương ứng nhu cầu công suất thực phản kháng bus i trạng thái j Hàm lagrangian cho công thức từ đầu phần III: 𝑁𝑔 𝑁𝑛 𝑁𝑛 𝐿𝑗 = ∑ (𝐶𝑝𝑖 (𝑃𝑔𝑖𝑗 ) + 𝐶𝑞𝑖 (𝑄𝑔𝑖𝑗 )) − ∑ 𝜆𝑝𝑖𝑗 𝑔𝑝𝑖𝑗 − ∑ 𝜆𝑞𝑖𝑗 𝑔𝑞𝑖𝑗 𝑖=1 𝑖=1 𝑖=1 𝑁𝑔 𝑁𝑔 − ∑ 𝜇𝑝𝑖𝑗1 (𝑃𝑔𝑖𝑗 − 𝑃𝑔𝑖 𝑚𝑖𝑛 ) + ∑ 𝜇𝑝𝑖𝑗𝑢 (𝑃𝑔𝑖𝑗 − 𝑃𝑔𝑖 𝑚𝑎𝑥 ) 𝑖=1 𝑁𝑔 𝑖=1 𝑁𝑔 − ∑ 𝜇𝑝𝑖𝑗1 (𝑄𝑔𝑖𝑗 − 𝑄𝑔𝑖 𝑚𝑖𝑛 ) + ∑ 𝜇𝑝𝑖𝑗𝑢 (𝑄𝑔𝑖𝑗 − 𝑄𝑔𝑖 𝑚𝑎𝑥 ) 𝑖=1 𝑁𝑙𝑗 𝑖=1 𝑁𝑙𝑗 𝑁𝜋 − ∑ ƞ𝑙𝑖1 (𝑃𝑙𝑖𝑗 − 𝑃𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛 ) + ∑ ƞ𝑙𝑖𝑢 (𝑃𝑔𝑖𝑗 − 𝑃𝑙𝑖𝑚𝑎𝑥 ) − ∑ 𝑉𝑖𝑙 (|𝑉𝑖𝑗 | − 𝑉𝑖 𝑚𝑖𝑛 ) 𝑖=1 𝑁𝜋 𝑖=1 𝑖=1 + ∑ ƞ𝑖𝑢 (|𝑉𝑖𝑗 | − 𝑉𝑖 𝑚𝑎𝑥 ) 𝑖=1 Giá nút công suất thực công suất phản kháng giải pháp tối ưu cho nút i trạng thái j tương ứng 𝜌𝑝𝑖𝑗 𝜌𝑞𝑖𝑗 𝜌𝑝𝑖𝑗 = 𝜕𝐿𝑗 𝜕𝑃𝑖𝑗 𝜌𝑞𝑖𝑗 = 𝜕𝐿𝑗 𝜕𝑄𝑖𝑗 Sau giá nút số độn ti cho trạng thái xác định Giá nút kỳ vọng cho bus i tính sau: Giá nút kì vọng: 𝑁𝑠 𝜌𝑝𝑖 = ∑ 𝑝𝑗 𝜌𝑝𝑖𝑗 𝑗=1 Nguyễn Văn Hải – Lê Duy Đoan Chi Page Báo Cáo Môn Học GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh 𝑁𝑠 𝜌𝑞𝑖 = ∑ 𝑝𝑗 𝜌𝑞𝑖𝑗 𝑗=1 Độ lệch tiêu chuẩn giá nút: 𝑁𝑠 𝜎𝑝𝑖 = ∑ (𝜌𝑝𝑖𝑗 − 𝜌𝑝𝑖 ) 𝑝𝑗 𝑗=1 𝑁𝑠 𝜎𝑞𝑖 = ∑ (𝜌𝑞𝑖𝑗 − 𝜌𝑞𝑖 ) 𝑝𝑗 𝑗=1 IV NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG Hệ thống kiểm tra sử dụng để minh họa kỹ thuật Hệ thống bao gồm hai bus máy phát với 11 đơn vị phát, đường dây truyền tải bus tải Sơ đồ đường dây đơn hệ thống vẽ hình Dữ liệu cấu hình hệ thống thành phần thông số tin cho [14] Hàm giá: 𝐺1: 𝐶𝑝1 (𝑃𝑔1 ) = 0.02𝑃𝑔1 + 2.45𝑃𝑔1 +1 𝐺2: 𝐶𝑝2 (𝑃𝑔2 ) = 0.0175𝑃𝑔2 + 3.75𝑃𝑔2 +1 Hình Hệ thống kiểm tra Nguyễn Văn Hải – Lê Duy Đoan Chi Page Báo Cáo Môn Học GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh Sự cố truyền tải đến lần thứ xem xét để đánh giá Giá nút cơng suất phản kháng khơng xem xét phân tích Giá nút cơng suất thực nút cho hình đến hình Xác xuất tần số trạng thái bảng Hình Biến động giá nút cơng suất thực bus Hình Biến động giá nút công suất thực bus Nguyễn Văn Hải – Lê Duy Đoan Chi Page Báo Cáo Mơn Học GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh Hình Biến động giá nút công suất thực bus Hình Biến động giá nút cơng suất thực bus Nguyễn Văn Hải – Lê Duy Đoan Chi Page Báo Cáo Môn Học GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh Hình Biến động giá nút cơng suất thực bus Hình Biến động giá nút công suất thực bus Bảng Trạng thái xác xuất tần số Trạng thái Đường dây No Nguyễn Văn Hải – Lê Duy Đoan Chi Xác xuất 0.976360 Page 10 Báo Cáo Môn Học 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh L8 L5 L4 L3 L2 L7 L1 L6 L9 L1 L6 L1(hoặc L6) L2 (hoặc L7) L1(hoặc L6) L3 L1(hoặc L6) L4 L1(hoặc L6) L5 L1(hoặc L6) L8 L1(hoặc L6) L9 L2 L7 L2(hoặc L7) L3 L2(hoặc L7) L4 L2(hoặc L7) L5 L2(hoặc L7) L8 L2(hoặc L7) L9 L3 L4 L3 L5 L3 L8 L3 L9 L4 L5 L4 L8 L4 L9 L5 L8 L5 L9 L8 L9 0.001115 0.001115 0.001115 0.004458 0.011146 0.003344 0.001115 2.9E-06 0.000038 1.52E-05 3.8E-06 3.8E-06 3.8E-06 3.8E-06 3.18E-05 5.08E-05 1.28E-05 1.28E-05 1.28E-05 1.28E-05 5.1E-06 5.1E-06 5.1E-06 5.1E-06 1.3E-06 1.3E-06 1.3E-06 1.3E-06 1.3E-06 1.3E-06 Từ hình đến hình 7, cố đường dây xảy nút nguyên nhân gây biến đổi lớn giá nút Giá nút trạm phát giảm xuống đường dây gặp cố Sự cố đường dây dẫn đến suy giảm giá trạm phát Tất vấn đề gây hạn chế dung lượng truyền dẫn đến điểm tải Giá nút thấp cao xảy tương ứng nút nút đường (hoặc 6) (hoặc 7) gặp cố Thơng tin sử dụng để hỗ trợ chủ đầu tư định mở rộng truyền tải Nguyễn Văn Hải – Lê Duy Đoan Chi Page 11 Báo Cáo Môn Học GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh Giá nút, giá trị kỳ vọng độ lệch tiêu chuẩn giá nút bảng Giá trị kỳ vọng thấp nút 2, cao nút nút có độ lệch giá cao Giá nút cao giá nút kỳ vọng nút 2, nhỏ so với tất nút khác Bảng Giá nút độ lệch tiêu chuẩn liên quan Bus V 𝜌𝑝𝑖 6.7175 6.6250 6.9715 6.9905 7.0410 7.1020 𝜌𝑝𝑖 6.712083 6.631316 6.993759 7.010315 7.062434 7.116115 𝜎𝑝𝑖 0.011315 0.015893 0.133496 0.101437 0.119303 0.179089 LỜI KẾT Kỹ thuật sử dụng để tính tốn giá nút kỳ vọng thị trường điện phát triển Tác động cố truyền tải giá nút tìm kiếm Kết có thể qua cố xảy hệ thống truyền tải tác động lớn đến giá nút giúp xem xét kế hoạch phương thức hoạt động nguồn điện Trong thị trường điện cạnh tranh:  Giá nút phản ánh trung thực chi phí sản xuất điện  Giá nút thay đổi theo thời gian, vào cao điểm giá điện cao thúc đẩy khách hàng điều chỉnh cách sử dụng lượng điện phù hợp với giá biên khách hàng lựa chọn việc sử dụng lượng cho hiệu từ điều tiết phụ tải  Giá nút phân phối chi phí tổn thất dựa vào vị trí cho tín hiệu giá hiệu quả, có tính cạnh tranh thị trường điện, từ tạo phát triển thị trường điện  Tạo nên công bằng: Giảm trợ giá…, ví dụ: tính chi phí khách hàng dựa vào chi phí mà cơng ty điện lực bỏ để phục vụ cho khách hàng Với ưu điểm mà giá nút mang lại việc tính tốn giá điện nút phức tạp phải xét đến nhiều yếu tố: vị trí, ràng buộc,… Nguyễn Văn Hải – Lê Duy Đoan Chi Page 12 Báo Cáo Môn Học GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh TÀI LIỆU THAM KHẢO VỚI BÁO CÁO NÀY Luonan Chen, Hideiki Components of Nodal Prices for Electric Power Systems Trans Power Syst., vol 17,no.1, 2002 Drew Phillips, Nodal Pricing Basics, Market Evolution Program Nguyễn Văn Hải – Lê Duy Đoan Chi Page 13 ... Chi Page Báo Cáo Môn Học GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh Hình Biến động giá nút cơng suất thực bus Hình Biến động giá nút công suất thực bus Nguyễn Văn Hải – Lê Duy Đoan Chi Page Báo Cáo Mơn Học GVHD:... vị trí, ràng buộc,… Nguyễn Văn Hải – Lê Duy Đoan Chi Page 12 Báo Cáo Môn Học GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh TÀI LIỆU THAM KHẢO VỚI BÁO CÁO NÀY Luonan Chen, Hideiki Components of Nodal Prices for.. .Báo Cáo Môn Học GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘ TIN CẬY TRUYỀN TẢI GIÁ NÚT TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN NĂNG Tóm tắt: Bài báo phân tích cách hệ thống tác