nghiên cứu áp dụng bài toán tối ưu công suất trong thị trường điện

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO ðẠI HỌC ðÀ NẴNG NGUYỄN LÊ ðỊNH NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG BÀI TOÁN OPF TRONG THỊ TRƯỜNG ðIỆN Chuyên ngành: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ðIỆN Mã số: 60.52.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ KIM HÙNG ðà Nẵng – Năm 2006 2 LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. ( * ) Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn NGUYỄN LÊ ðỊNH LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cám ơn Lãnh ñạo Công ty Truyền tải ñiện 2, Lãnh ñạo ðội ñiều ñộ ñã tạo nhiều ñiều kiện thuận lợi ñể tôi tham dự khóa học này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn ñối với PGS.TS Lê Kim Hùng, người ñã tận tâm hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn ñối với các thầy cô giáo khoa ñiện Trường ðại học Bách khoa Hà Nội, Trư ờng ðại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh, Trường ðại học Bách khoa ðà Nẵng ñã truyền thụ cho tôi những kiến thức quí báu trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng, vợ con tôi là nguồn ñộng viên tinh thần vô giá ñể tôi hoàn thành khóa học. ( * ) Luận văn do Công ty Truyền tải ñiện 2 tài trợ (2003 – 2006) 3 MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN 2 MỤC LỤC 3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU 6 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 8 DANH MỤC CÁC BẢNG 9 DANH MỤC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ 10 MỞ ðẦU 12 1. Lý do chọn ñề tài 12 2. Mục ñích nghiên cứu 14 3. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu 14 4. Mục ñích của bài toán OPF 14 5. Gói chương trình MATPOWER 15 6. Bố cục luận văn 17 Chương 1 19 THỊ TRƯỜNG ðIỆN, OPF VÀ NGHẼN MẠCH TRUYỀN TẢI 19 1.1. Tổng quan ngành ñiện Việt Nam giai ñoạn 2001-2010, ñịnh hướng ñến năm 2020 19 1.2. Thị trường ñiện 23 1.2.1. ðặt vấn ñề 23 1.2.2. Các mô hình thị trường ñiện 24 1.2.3. Cấu trúc thị trường ñiện 25 1.2.4. ðấu giá ñiện năng và chào giá cạnh tranh 26 1.2.5. Thị trường ñiện tập trung 32 1.2.6. Hoạt ñộng chào giá ở Việt nam trong giai ñoạn ñầu của thị trường ñiện 33 1.3. Bài toán OPF trong hệ thống ñiện 34 4 1.3.1. ðặt vấn ñề 34 1.3.2. Công thức toán học và các ñiều kiện tối ưu 35 1.3.3. Giải bài toán OPF 35 1.4. Cực ñại phúc lợi xã hội dùng OPF 37 1.5. Phân tích giá nút 39 1.5.1. ðặt vấn ñề 39 1.5.2. Xác ñịnh giá nút 40 1.5.3. Phân tích giá nút 40 1.6. Nghẽn mạch truyền tải trong thị trường ñiện 43 1.6.1. ðặt vấn ñề 43 1.6.2. Xác ñịnh nghẽn mạch 44 1.6.3. Tầm quan trọng của việc quản lý nghẽn mạch trong thị trường ñiện 45 1.6.4. Ảnh hưởng của nghẽn mạch 45 Chương 2 50 BÀI TOÁN OPF KHI HỆ THỐNG ðIỆN CÓ THIẾT BỊ FACTS 50 2.1. ðặt vấn ñề 50 2.2. Mô hình ñường dây 51 2.3. Mô hình máy biến áp có ñiều chỉnh 52 2.4. Mô hình tĩnh của thiết bị FACTS 53 2.4.1. Bộ bù nối tiếp ñiều khiển bằng Thyristor 53 2.4.2. Bộ ñiều chỉnh góc pha ñiều khiển bằng Thyristor 55 2.4.3. Bộ bù công suất phản kháng tĩnh 57 2.5. Công thức toán học 58 2.6. Áp dụng OPF 59 2.7. Trường hợp nghiên cứu 60 5 Chương 3 65 ÁP DỤNG OPF ðỂ CHÀO GIÁ VÀ QUẢN LÝ NGHẼN MẠCH TRONG THỊ TRƯỜNG ðIỆN 65 3.1. Phân tích các thay ñổi phúc lợi xã hội 65 3.1.1. ðặt vấn ñề 65 3.1.2. Mô hình tiêu thụ ñiện 65 3.1.3. Mô hình cung cấp ñiện 66 3.1.4. Cân bằng thị trường 67 3.1.5. Thặng dư 68 3.2. Phân tích thành phần nghẽn mạch 72 3.3. Áp dụng OPF ñể quản lý nghẽn mạch 77 3.4. Các trường hợp nghiên cứu 78 3.4.1. Thị trường ñiện 7 nút 78 3.4.2. Thị trường ñiện 14 nút 82 3.4.3. Thị trường ñiện 30 nút IEEE 88 Chương 4 92 KẾT LUẬN 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 PHỤ LỤC A 98 PHỤ LỤC B 99 PHỤ LỤC C 100 PHỤ LỤC D 101 6 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Các ký hiệu in ñậm là vectơ hoặc ma trận x - vectơ biến số, ñây là vectơ cột G - vectơ ràng buộc ñẳng thức, ñây là vectơ cột H - vectơ ràng buộc bất ñẳng thức, ñây là vectơ cột , λ µ - véctơ hệ số Lagrange, ñây là các véctơ hàng r λ - vectơ của hệ số Lagrange tương ứng với phương trình cân bằng công suất tác dụng và phản kháng tại nút cân bằng r. T T T d d ,   =   d P Q - vectơ công suất tác dụng và phản kháng tiêu thụ. T T T ,   =   g g g P Q - vectơ công suất tác dụng và phản kháng cung cấp. [ ] T ∆P,∆Q =∆Ł - vectơ tổn thất công suất toàn hệ thống gồm tổn thất công suất tác dụng và phản kháng. θ - vectơ góc pha ñiện áp nút, ñây là vectơ cột V - vectơ ñộ lớn ñiện áp nút, ñây là vectơ cột [ ] T r dr dr P Q= ,d - vectơ công suất phụ tải tại nút r T r gr gr P Q   = ,   g - vectơ công suất phát ñiện tại nút r [ ] T r r r θ ,V=x - vectơ ñiện áp nút tại nút r. a,b,c - các hằng số i, j, r - các nút trong hệ thống ñiện r - nút cân bằng (tham chiếu) F - hàm mục tiêu, ñây là ñại lượng vô hướng L - hàm Lagrange 7 g P - công suất tác dụng của máy phát g Q - công suất phản kháng của máy phát d P - công suất tác dụng của phụ tải d Q - công suất phản kháng của phụ tải п - giá nút 8 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT A0 - Trung tâm ðiều ñộ Hệ thống ñiện Quốc gia AC - Dòng ñiện xoay chiều DC - Dòng ñiện một chiều EVN - Tổng Công ty ðiện lực Việt Nam FACTS - Hệ thống truyền tải ñiện xoay chiều linh hoạt GDP - Tổng sản phẩm quốc nội ISO - ðơn vị ñiều hành hệ thống ñiện ñộc lập MCP - Giá minh bạch thị trường OPF - Tối ưu công suất Poolco - Thị trường ñiện tập trung PF - Phân bố công suất QP - Thuật toán qui hoạch bậc hai LP - Thuật toán qui hoạch tuyến tính SVC - Bộ bù công suất phản kháng tĩnh TCPAR - Bộ ñiều chỉnh góc pha ñiều khiển bằng Thyristor TCSC - Bộ bù nối tiếp ñiều khiển bằng Thyristor 9 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Bảng dự kê chào giá 28 Bảng 1.2 Hai Chiến lược chào giá 30 Bảng 2.1 Giá nút và tổng chi phí phát ñiện 62 Bảng 3.1 Kết quả khi các giá chào ứng với chi phí biên thật 80 Bảng 3.2 Thặng dư của nhà sản xuất trong thị trường 80 Bảng 3.3 Ảnh hưởng giá chào của nhà cung cấp tại nút 4 82 Bảng 3.4 Kết quả OPF trong Trường hợp 1 84 Bảng 3.5 Kết quả OPF trong Trường hợp 2 85 Bảng 3.6 Kết quả OPF trong Trường hợp 3 86 Bảng 3.7 Phân tích kinh tế lưới ñiện 14 nút 87 Bảng 3.8 Phân tích kinh tế tại nút 12 88 Bảng 3.9 Tổng chi phí phát ñiện 90 10 DANH MỤC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ Hình 1.1 Cấu trúc thị trường ñiện 25 Hình 1.2 ðường cung và cầu 27 Hình 1.3 ðường cung cấp từ các nhà thầu 29 Hình 1.4 Xác ñịnh giá minh bạch thị trường 30 Hình 1.5 Xác ñịnh giá minh bạch ñiện năng cho Chiến lược 1 31 Hình 1.6 Xác ñịnh giá minh bạch ñiện năng cho Chiến lược 2 32 Hình 1.7 Hệ thống 2 nút không ràng buộc 47 Hình 1.8 Hệ thống 2 nút có ràng buộc 47 Hình 2.1 Mô hình dường dây 51 Hình 2.2 Sơ ñồ tương ñương của máy biến áp 52 Hình 2.3 Mô hình máy biến áp 53 Hình 2.4 Sơ ñồ tương ñương của TCSC 54 Hình 2.5 Mô hình của TCSC 55 Hình 2.6 Sơ ñồ tương ñương của TCPAR 55 Hình 2.7 Mô hình của TCPAR 56 Hình 2.8 Mô hình của SVC 57 Hình 2.9 Hệ thống ñiện 7 nút, 3 vùng 60 Hình 2.10 ðường cong chi phí máy phát ñiện 61 Hình 2.11 Công suất và khả năng tải khi không có TCSC 62 Hình 2.12 Công suất và khả năng tải khi TCSC bù mức 1 63 Hình 2.13 Phân bố công suất khi TCSC bù mức 1 63 Hình 2.14 Công suất và khả năng tải khi TCSC bù mức 2 64 Hình 3.1 Cầu cá thể và cầu thị trường 66 Hình 3.2 Lợi ích của khách hàng và ñạo hàm của lợi ích 66 Hình 3.3 Cung cá thể và cung thị trường 67 Hình 3.4 ðiểm cân bằng thị trường 68 [...]... các hàm m c tiêu ñơn Gi i bài toán PF có th tìm ñư c nghi m c a bài toán t i ưu Có hai phương pháp khác nhau ñã ñư c tri n khai, ph thu c vào ph m vi mà thu t toán PF s d ng trong quá trình t i ưu hoá [12][14][36] Lo i 1: các thu t toán này s d ng thu t toán PF tách bi t v i thu t toán t i ưu hoá Bài toán phi tuy n ñư c x p x g n ñúng và tìm nghi m các ñi u ki n t i ưu c a bài toán g n ñúng ði m ban ñ... các công ty bán l , các công ty bán l l i ñư c quy n l a ch n mua ñi n t các nhà máy ñi n trong h th ng ñi n thông qua th trư ng bán buôn ñi n 14 2 M c ñích nghiên c u - Áp d ng bài toán OPF khi trên h th ng có thi t b FACTS - Nghiên c u hành vi chào giá trong th trư ng ñi n - Áp d ng bài toán OPF v i s giao d ch c a nh ng ngư i tham gia th trư ng ñi n - Áp d ng bài toán OPF ñ qu n lý ngh n m ch trong. .. tính toán OPF là công c có ích ñ i v i các ngành d ch v và n n công nghi p năng lư ng K t qu phân tích bài toán OPF là nh ng thông s ki m soát h th ng Vi c ki m soát này ñưa h th ng vào tr ng thái t i ưu v i các m c tiêu xác ñ nh 1.3.2 Công th c toán h c và các ñi u ki n t i ưu OPF là bài toán t i ưu phi tuy n và có d ng chung như sau [4][9][11]: min F ( x ) tuỳ thu c vào: G (x) = 0 H (x) ≤ 0 Trong. .. m PF v i m t quá trình l p, PF truy n th ng tìm nghi m m i trong m i bư c l p Lo i 2: các phương trình công su t ñư c tích h p trong thu t toán t i ưu như là các ràng bu c ñ ng th c Thay vì x p x g n ñúng bài toán phi tuy n, các ñi u ki n t i ưu c a bài toán ñư c gi i quy t Thu n l i c a thu t toán OPF Lo i 1 là chúng dùng phương pháp t i ưu n ñ nh v i k thu t tuy n tính và không theo qui lu t dò tìm... ñích nghiên c u, ñ i tư ng và ph m vi nghiên c u Gi i thi u chung v l trình hình thành th trư ng ñi n Vi t Nam Nêu lên s c n thi t c a bài toán OPF và s d ng MATPOWER làm công c nghiên c u trong lu n văn này Chương m t, t ng quan ngành ñi n Vi t Nam giai ño n 2001-2005, hư ng ñ n năm 2020 Trình bày th trư ng ñi n và c u trúc c a nó Nêu cơ sơ ng d ng bài toán OPF trong ñó có ñ c p ñ n thu t toán t i ưu. .. [25][38] Nó là m t công c mô ph ng dành cho nh ng ngư i nghiên c u và h c t p, d s d ng và s a ñ i Lu n văn này s d ng MATPOWER ñ gi i bài toán t i ưu công su t v i các ràng bu c và các k t qu tính toán trong lu n văn này ñư c th c hi n trong môi trư ng MATLAB 6.5 ho c MATLAB 7.0.4 R14SP2 (Release 14 with Service Pack 2) Hàm m c tiêu là t ng chi phí c a vi c s n sinh công su t tác d ng và/ho c công su t ph... d ch công su t tác d ng cũng như ñ nh giá các d ch v ph tr như ñi u khi n ñi n áp b ng cách ñi u khi n công su t ph n kháng Gi i bài toán OPF b ng phương pháp Newton-Raphson [1][3][7][9][20][27], d li u chi phí biên ñư c xác ñ nh như m t k t qu ph c a gi i pháp k thu t 5 Gói chương trình MATPOWER MATPOWER là m t gói chương trình g m các t p tin *.m c a MATLAB dùng ñ gi i các bài toán PF và bài toán. .. minh h a Chương hai, áp d ng bài toán OPF khi trong lư i ñi n có các d ch v ph tr như máy bi n áp d ch pha, thi t b FACTS S d ng các d ch v ph tr này là m t trong nh ng phương pháp qu n lý ngh n m ch truy n t i Chương này có xây d ng mô hình 7 nút, s d ng TCSC ñ làm gi m nh ngh n m ch Chương ba, áp d ng bài toán OPF ñ miêu t hành vi chào giá c a nh ng ngư i tham gia giao d ch trong th trư ng ñi n d... t công su t tác d ng c c ti u [2][5] ð xác ñ nh tr ng thái chi phí v n hành th p nh t thoã mãn các ñi u ki n ràng bu c, nh ng ngư i ho ch ñ nh và v n hành h th ng ñi n ph i quan tâm lư i ñi n v n hành an toàn và t i ưu có ràng bu c Bài toán OPF dùng ñ miêu t các v n ñ t i ưu trong h th ng ñi n Vi c phân tích t i ưu và an toàn là nhi m v khó khăn và ph c t p, các n l c tính toán có khuynh hư ng áp. .. a công su t phát V n ñ t i ưu có d ng sau [2][4][9][25][38]: Min (chi phí công su t phát ñi n tác d ng và ph n kháng) tuỳ thu c vào: các phương trình cân b ng công su t tác d ng; các phương trình cân b ng công su t ph n kháng; 16 gi i h n công su t bi u ki n c a ñư ng dây; các gi i h n ñi n áp nút; các gi i h n phát ñi n công su t tác d ng và ph n kháng ð ch c ch n r ng, OPF có th thi hành, m t trong . Áp dụng bài toán OPF khi trên hệ thống có thiết bị FACTS. - Nghiên cứu hành vi chào giá trong thị trường ñiện. - Áp dụng bài toán OPF với sự giao dịch của những người tham gia thị trường ñiện nghiên cứu và học tập, dễ sử dụng và sửa ñổi. Luận văn này sử dụng MATPOWER ñể giải bài toán tối ưu công suất với các ràng buộc và các kết quả tính toán trong luận văn này ñược thực hiện trong. bù công suất phản kháng tĩnh 57 2.5. Công thức toán học 58 2.6. Áp dụng OPF 59 2.7. Trường hợp nghiên cứu 60 5 Chương 3 65 ÁP DỤNG OPF ðỂ CHÀO GIÁ VÀ QUẢN LÝ NGHẼN MẠCH TRONG