Bài giảng Kinh tế vận hành hệ thống: Chương 8 - Dự trữ công suất trong hệ thống điện

Bài giảng Kinh tế vận hành hệ thống: Chương 8 - Dự trữ công suất trong hệ thống điện được biên soạn với các nội dung chính sau: Khái niệm và phân loại dự trữ công suất; Các biến cố ngẫu nhiên gây thiếu hụt công suất trong hệ thống; Xác định xác suất thiếu hụt công suất hệ thống; Xác định công suất dự trữ tối ưu. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng!

CHƯƠNG DỰ TRỮ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 8.1 Khái niệm phân loại dự trữ công suất 8.1.1 Khái niệm dự trữ công suất hệ thống - Hệ thống cần có dự trữ cơng suất để đảm bảo vận hành an toàn liên tục - Bài tốn dự trữ cơng suất tốn tối ưu phức tạp + Công suất dự trữ nhỏ, giảm chi phí, độ tin cậy thấp + Cơng suất dự trữ cao, độ tin cậy cao hơn, lãng phí - Dự trữ cơng suất: Tối ưu kinh tế kỹ thuật - Dự trữ công suất tùy thuộc đặc điểm yêu cầu vùng, hệ thống, quốc gia - Dự trữ công suất theo kinh nghiệm 10-15% PHT lớn công suất tổ máy lớn hệ thống 8.1.2 Phân loại dự trữ công suất Phân loại tùy thuộc mục đích nghiên cứu quản lý Phân loại theo mục đích: - Dự trữ cố - Dự trữ sửa chữa Dự trữ cố: - Đưa vào có cố tổ máy - Psự cố > max{Pi} Công suất dự trữ sửa chữa: - Đưa vào có tổ máy cần sửa chữa theo kế hoạch - Công suất dự trữ sửa chữa tùy thuộc đặc điểm hệ thống - Thường sửa chữa vào thời kỳ phụ tải hệ thống thấp - Diện tích vùng lõm đồ thị phụ tải > Diện tích sửa chữa khơng cần dự trữ cơng suất sửa chữa ngược lại Phân loại dự trữ công suất theo chế độ làm việc - Dự trữ nóng - Dự trữ nguội Dự trữ nóng: - Các thiết bị khơng mang tải chưa mãn tải - Luôn sẵn sàng làm việc tăng tải nhanh Dự trữ nguội: - Các thiết bị thường trạng thái không làm việc - Các thiết bị cần thời gian để tăng công suất theo yêu cầu Công suất dự trữ: R = Ptrbị - Pyêu cầu Lý thuyết xác suất sử dụng tính tốn dự trữ cơng suất So sánh chi phí cho tăng (giảm) dự trữ kỳ vọng tổn thất ngừng cung cấp điện 8.2 Các biến cố ngẫu nhiên gây thiếu hụt công suất hệ thống ▪ Giảm cơng suất cố phần tử hệ thống ▪ Giảm phụ tải hệ thống so với phụ tải cực đại ▪ Sai số dự báo nhu cầu 8.2.1 Xác suất giảm cơng suất cố 8.2.1.1 Dãy xác suất giảm cơng suất cố ▪ Cơng suất tổ máy đại lượng rời rạc ▪ Công suất giảm cố đại lượng rời rạc ▪ Xác suất giảm cơng suất cố đại lượng rời rạc Ví dụ: Hệ thống có tổ máy 100MW, tổ máy 50 MW tổ máy 25 MW, lượng cơng suất giảm cố thay đổi rời rạc 0, 25, 50, 75, , 400 MW ▪ Xác suất giảm công suất cố dãy rời rạc tương ứng với công suất giảm ▪ Giả sử mức giảm  (MW) ▪ Dãy xác suất giảm công suất cố SC SC SC SC S SC , S , S , S , ., S ε 2ε 3ε nε SC SC SC SC S SC + S + S + S + + S ε 2ε 3ε nε = S : X¸c suÊt xảy cố làm giảm công suất (MW) SC ε 8.2.1.2 Xác định xác suất giảm công suất cố ▪ Dãy phân bố xác suất giảm cơng suất cố phụ thuộc - Số lượng tổ máy - Công suất tổ máy - Xác suất xảy cố tổ máy ▪ Xác suất xảy cố tính trung bình loại tổ máy TSC q= TSC + Tlv ▪ Nếu hệ thống tất tổ máy loại xác suất xảy cố dãy phân bố xác suất giảm cơng suất cố xác định theo công thức phân bố nhị thức ▪ Giả sử hệ thống gồm (n) nhà máy, xác suất xảy cố tổ máy (q), xác suất làm việc (p) ▪ Các xác suất xảy cố hệ thống thành phần khai triển (p+q)n = p + np n n −1 n(n − 1) n − 2 q+ p q + + q n = n k n−k k C  n p q =1 k =0 n! C = k! ( n − k )! k n VÝ dô: Hệ thống có tổ máy, công suất tổ (MW) xác suất xảy cố tổ máy q=0.01 Tính xác suất xảy cố giảm công suất 0; 2; 3; 4(MW) S SC = p = (1 − 0.01) = 0.99 = 0.96 n 4 SSC = np n −1q =  0.99  0.01 = 0.0388 4! n! n −m m  0.99  0.012 = 0.000588 p q = S = 2!.2! m! (n − m )! 4! SC 0.99  0.013 = 3.96  10 −6 S 3 = 3!.1! S 4SC = q = 0.014 = 10 −8 Sc 2 Công thức gần Poisson S SC m ( nq ) = m! m e − nq Sai số công thức Poisson so với công thức nhị thức 2% số tổ máy (n =10) (n) lớn sai số giảm Hệ thống điện gồm số nhóm tổ máy loại ▪ Mỗi nhóm gồm tổ máy có cơng suất xác suất xảy cố giống ▪ Giả sử có (k) nhóm gồm tổ máy loại, số tổ máy nhóm (n1, n2, nk) ▪ Xác suất giảm công suất cố tính khai triển: (p1 + q1 ) (p + q ) n1 n2 (p k + q k ) nk =1 ▪ Khai triển biểu thức thành tích ▪ Tập hợp tích có cơng suất giảm cố ▪ Được dãy phân bố xác suất giảm cơng suất giảm cố ▪ Ví dụ: Trong hệ thống có hai tổ máy 100MW, xác suất xảy cố tổ máy q1 = 0.02; Hai tổ máy 50MW có xác suất xảy cố tổ máy q2 = 0.015; Bốn tổ máy 25MW với xác suất xảy cố tổ máy tương ứng q3 = 0.01 Với lượng giảm cơng suất 25 MW Hãy tính xác suất xảy cố giảm công suất 25MW, 50MW 75 MW? ▪ Giải: Xác suất xảy cố 25MW cố tổ máy 25 MW, tổ máy khác làm việc bình thường Xác suất cố tính biểu thức sau: S SC = p12 p 22 n3 p33 q3 = 0.98  0.985   0.99  0.01 = 0.0361 Xác suất xảy cố giảm 50MW trường hợp: ▪ tổ máy 50 MW bị cố, tổ máy khác làm việc tổ máy tổ máy 25 MW xảy cố, tổ máy khác làm việc Xác suất xảy cố: S SC 2 n3 ! = p n2 p q p + p p  p32 q32 2!(n3 − )! 2 0.98   0.985  0.015  0.994 + 0.98  0.985  4!  0.99  0.012 = 0.0275 2!.2! Xác suất xảy cố giảm 75 MW trường hợp: ▪ tổ máy 50 MW tổ máy 25 MW xảy cố, tổ máy khác làm việc số tổ máy 25 MW cố, tổ máy khác làm việc Xác suất xảy cố: 4! 4! p q + p12 p 22  p q 33 1!.3! 3!.4! 1   0.98   0.985  0.015   0.99  0.011 + 0.98  0.985   0.99  0.013 = 1.105  10 −3 1  S 3SCε = p12   p q  ▪ Nếu trị số công suất tổ máy hay xác suất xảy cố khơng khác nhiều sử dụng trị số trung bình để tính xác suất xảy cố hệ thống Pi P  HT ▪ Trị số cơng suất trung bình : Pi = = (MW) n n Trị số trung bình xác suất xảy cố hệ thống: q tr binh q P  =q= P i i i q  = i  Pi PHT ▪ Xác suất xảy cố đường dây phụ thuộc vào xác suất xảy cố đường dây độ dài đường dây xét qi  li  q=  li 8.2.2 Xác suất giảm phụ tải hệ thống so với phụ tải cực đại 8.2.2.1 Dãy xác suất giảm phụ tải hệ thống so với phụ tải cực đại ▪ Đại lượng giảm phụ tải hệ thống so với phụ tải cực đại đại lượng biến thiên liên tục ▪ Giả thiết phụ tải giảm so với phụ tải cực đại theo bậc - Trị số bậc giảm cố định  (MW) ▪ Thay đổi phụ tải đường liên tục thành đường bậc thang bậc  (MW) S pt pt - , S , S pt -2  , S pt -3 ▪ S-nεpt: Xác suất phụ tải thực tế hệ thống giảm so với phụ tải cực đại nε (MW) 8.2.2.2 Xác định xác suất giảm phụ tải so với phụ tải cực đại ▪ Sử dụng đồ thị phụ tải khai triển bậc thang hoá, với độ cao bậc  (MW) ▪ Đồ thị phụ tải khai triển đồ thị bậc thang hóa phải đảm bảo có lượng điện (diện tích phần nằm đường cong phụ tải nhau) T0 T1 pt S = ; S - = T T pt ; S pt -2  T2 = T ▪ Thực tế sử dụng đồ thị phụ tải từ điểm cực đại đến điểm phụ tải 15-20% Pmax P(Mw) T0  T1 T2 Pmax Pmin t 8760 h (24) 8.2.3 Xác suất sai số dự báo Sdb 8.2.3.1 Dãy xác suất sai số dự báo ▪ Sai số dự báo đại lượng biến thiên liên tục ▪ Coi xác suất sai số dự báo đại lượng rời rạc không đổi xét khoảng định −  −  2   S0db : Xác suất sai số dự báo có sai số trung bình Sεdb : Xác suất sai số dự báo có sai số dự báo trung bình  Snεdb : Xác suất phụ tải thực tế lớn phụ tải dự báo n(MW) S-nεdb : Xác suất phụ tải thực tế nhỏ phụ tải dự báo –nε (MW) 8.3 Xác định xác suất thiếu hụt công suất hệ thống ▪ Biểu thức tổng quát xác định xác suất xảy thiếu hụt công suất hệ thống: ( )( ) SC SC pt pt pt db db db db db (S SC + S  + S  + .) S + S - + S -2  + + S -2  + S - + S + S  + S  + = (*) ▪ Mỗi tích xác suất xác suất xảy thiếu hụt công suất hệ thống mức khác ▪ Các kiện mang tính loại trừ ▪ Xét trường hợp: ▪ Hệ thống có dự trữ cơng suất phụ tải cực đại ▪ Hệ thống khơng có dự trữ công suất phụ tải cực đại ▪ Khi hệ thống khơng có dự trữ phụ tải cực đại ▪ Thiếu hụt k (MW): Sk   Sk = S0SC S0pt Skdb + S−pt S(dbk+1) + S−pt2 S(dbk+ ) + +   SSC S0pt S(dbk−1) + S−pt Skdb + S−pt2 S(dbk+1) + + ▪ Khi hệ thống có dự trữ phụ tải cực đại ▪ Dự trữ rε (MW) ▪ Thiếu hụt k (MW): Sk rε S kε = S  SC S pt S db (r + k )ε +S S pt −ε db (r + k +1)ε +S pt −2ε S  + + . + db (r + k + )ε S SC S 0pt S (dbr + k −1) + S −pt S (dbr + k ) + S −pt2 S (dbr + k +1) ▪ Kỳ vọng toán học thiếu hụt điện khoảng thời gian (T): A = (S. + S2.2 + + Sk.k )T (MWh) 8.4 Xác định công suất dự trữ tối ưu 8.4.1 Kỳ vọng tổn thất ngừng cung cấp điện ▪ Phụ thuộc vào tính chất hộ tiêu thụ, trị số công suất thiếu hụt ▪ Tầm quan trọng hộ phụ thuộc vào quốc gia thời kỳ định; Yêu cầu độ tin cậy hộ khác ▪ Bài toán: Giả sử hộ tiêu thụ hệ thống chia thành nhóm hộ tiêu thụ: hộ tiêu thụ loại 1, có cơng suất (MW), với suất tổn thất ngừng cung cấp điện a1 (đ/MWh); Hộ loại 2,3 n, có cơng suất (MW), suất tổn thất ngừng cung cấp điện a2 an (đ/MWh) Công suất dự trữ lúc phụ tải cực đại r(MW) Xác định kỳ vọng tổn thất ngừng cung cấp điện hệ thống khoảng thời gian T(h) ▪ Kỳ vọng tổn thất ngừng cung cấp điện với công suất dự trữ r(MW) khoảng thời gian T(h): y = S a1 + S 2 (a1 + a2 ) + S3 (a1 + a2 + a3 ) +  T r T yTr = T a1 (S + S 2 + ) + a2 (S 2 + S3 + ) +  I = S + S2 + I2 = S2 + S3 + Ik = Sk + S(k+1) + yTr = T a1 I  + a2 I 2 +  y = aT I  + I 2 +  r T ▪ Xét thay đổi kỳ vọng tổn thất ngừng cung cấp điện công suất dự trữ hệ thống tăng từ r(MW) lên (r+1) (MW) ▪ Kỳ vọng tổn thất ngừng cung cấp điện: yT( r +1) = aT I  + I 2 +  I’ = S’+ S2’+ I2’ = S2’+ S3’+ Ik’ = Sk’ + S(k+1)’ + ▪ Kỳ vọng tổn thất ngừng cung cấp điện tăng mức dự trữ lên ε (MW): I 2 = I  ; I 3 = I 2 (r +1) yT = aT I 2 + I 3 +  y T = y rTε − y (Tr +1)ε = aεTI ε 8.4.2 Xác định công suất dự trữ tối ưu ▪ Giả thiết chi phí để tăng thêm dự trữ ε(MW) hệ thống b(đ/MWh) (bao gồm chi phí đầu tư chi phí vận hành năm) ▪ So sánh với kỳ vọng tổn thất giảm tăng dự trữ ▪ Nếu chi phí cho hệ thống để tăng thêm dự trữ lớn so với kỳ vọng tổn thất kinh tế giảm việc tăng dự trữ khơng có hiệu ngược lại ▪ Vòng lặp tiến hành liên tục ngừng việc đưa thêm tổ máy vào đưa bớt tổ máy khơng có lợi ∆yT > b Tăng dự trữ có lợi ∆yT < b Tăng dự trữ khơng có lợi Tóm tắt bước tiến hành tính tốn dự trữ cơng suất tối ưu: Xác định dãy phân bố xác suất giảm cơng suất cố Xác định dãy phân bố xác suất giảm phụ tải so với phụ tải cực đại Xác định dãy phân bố xác suất sai số dự báo Xác định dãy phân bố xác suất thiếu hụt công suất Xác định kỳ vọng tổn thất ngừng cung cấp điện thời gian T Xác định chi phí tăng (giảm) hệ thống tăng (giảm) tổ máy dự trữ Tính mức thay đổi kỳ vọng tổn thất ngừng cung cấp điện thay đổi công suất dự trữ So sánh mức thay đổi kỳ vọng tổn thất ngừng cung cấp điện với mức chi phí tăng thêm (giảm đi) tăng công suất dự trữ Tiến hành tăng hay giảm công suất dự trữ việc đưa vào đưa khơng có lợi, mức dự trữ tối ưu hệ thống ... chữa không cần dự trữ công suất sửa chữa ngược lại Phân loại dự trữ công suất theo chế độ làm việc - Dự trữ nóng - Dự trữ nguội Dự trữ nóng: - Các thiết bị khơng mang tải chưa mãn tải - Luôn sẵn.. .8. 1.2 Phân loại dự trữ công suất Phân loại tùy thuộc mục đích nghiên cứu quản lý Phân loại theo mục đích: - Dự trữ cố - Dự trữ sửa chữa Dự trữ cố: - Đưa vào có cố tổ máy - Psự cố > max{Pi} Công. .. max{Pi} Công suất dự trữ sửa chữa: - Đưa vào có tổ máy cần sửa chữa theo kế hoạch - Công suất dự trữ sửa chữa tùy thuộc đặc điểm hệ thống - Thường sửa chữa vào thời kỳ phụ tải hệ thống thấp - Diện