Nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh, tối ưu dòng chảy công suất và xác định phí trên lưới điện truyền tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM ĐẶNG QUANG VINH NGHIÊN CỨU THỊ TRƯỜNG BÁN BUÔN ĐIỆN CẠNH TRANH, TỐI ƯU DÒNG CHẢY CÔNG SUẤT VÀ XÁC ĐỊNH PHÍ TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM ĐẶNG QUANG VINH NGHIÊN CỨU THỊ TRƯỜNG BÁN BUÔN ĐIỆN CẠNH TRANH, TỐI ƯU DÒNG CHẢY CÔNG SUẤT VÀ XÁC ĐỊNH PHÍ TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành: 60520202 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGÔ CAO CƯỜNG TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2014 iii CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. NGÔ CAO CƯỜNG Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày …. tháng …… năm ………. Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận vă n Thạc sĩ) TT Họ và Tên Chức danh Hội đồng 1 TS. Võ Ngọc Điều Chủ tịch 2 TS. Nguyễn Hùng Phản biện 1 3 TS. Huỳnh Quang Minh Phản biện 2 4 PGS.TS. Lê Kim Hùng Ủy viên 5 TS. Trương Việt Anh Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV iv TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TP. HCM, ngày …. tháng … năm…… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐẶNG QUANG VINH Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 26/07/1977 Nơi sinh: Ninh Thuận Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1241830041 I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh, tối ưu dòng chảy công suất và xác định phí trên lưới điện truyền tải II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Chương 0: Mở đầu. Chương 1: Tổng quan về thị trường điện, chủ tr ương quy định về thị trường hóa thị trường điện bán buôn ở Việt Nam. Chương 2: Những vấn đề về truyền tải điện và các lựa chọn cho thị trường điện cạnh tranh. Chương 3: Nghiên cứu các phương pháp tối ưu dòng chảy công suất, đề xuất phương pháp ứng dụng cho thị trường điện Việt Nam. Chương 4: Nghiên cứ u các phương pháp xác định phí truyền tải, đề xuất phương pháp tính phí truyền tải cho thị trường điện Việt Nam. Chương 5: Mô phỏng bài toán tối ưu dòng chảy công suất dựa trên ràng buộc thị trường và tắt nghẽn, tính phí tương ứng cho hệ thống. Kết luận và kiến nghị III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 12/06/2013 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/12/2013 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Ngô Cao Cường CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TS. NGÔ CAO CƯỜNG v LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn ĐẶNG QUANG VINH vi LỜI CÁM ƠN Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn đối với thầy cô giáo Trường Đại học Công nghệ Tp Hồ Chí Minh, đã truyền đạt những kiến thức quý báo trong suốt quá trình học tập tại trường. Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Ngô Cao Cường - Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh, người đã luôn tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận vă n này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô khoa Cơ - Điện - Điện Tử, Phòng Quản lý Khoa học và Đào tạo sau Đại học đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia đình, bạn học cùng lớp và đồng nghiệp, những người luôn bên tôi, động viên tôi trong suốt quá trình hoàn thành khoá họ c và luận văn này. TP.Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm …… Tác giả ĐẶNG QUANG VINH vii TÓM TẮT Điện là một nguồn năng lượng không thể thiếu trong sự phát triển nền kinh tế của bất kỳ quốc gia nào trên thế giới, đặc biệt là đối với những quốc gia đang phát triển như Việt Nam. Nhằm đáp ứng sự phát triển của nền kinh tế cũng như sự hội nhập trong khu vực, ngành điện Việt Nam đã và đang có những sự chuyển biến đáng kể trong những năm qua, cụ thể là đang tiến hành thị trường hóa ngành điện. Hiện nay ngành điện Việt Nam đang ở cấp độ thị trường phát điện cạnh tranh (2005 - 2014), đây là cấp độ đầu tiên trong ba cấp độ của một quá trình thị trường hóa toàn phần ngành điện. Hai cấp độ tiếp theo đó là cấp độ thị trường bán buôn điện cạnh tranh (2015-2022) và thị trường bán lẻ điện cạnh tranh (sau 2022), cả hai cấp độ này sẽ có nhiều vấn đề mà chúng ta cần phải giải quyết, đặc biệt là cấp độ thị trường bán buôn điện cạnh tranh sắp tới. Trong cấp độ này, những vấn đề như là lựa chọn mô hình thị trường, nghiên cứu các phương pháp xác định phí, v.v, cũng như ứng dụng những thu ật toán để tối ưu hoạt động của hệ thống. Đó là lý do để chọn đề tài “Nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh, tối ưu dòng chảy công suất và xác định phí trên lưới điện truyền tải”, việc giải quyết vấn đề trong luận văn sẽ hướng đến một khía cạnh vấn đề cần giải quyết trong cấp độ thị trường bán buôn điện cạnh tranh ở Việt Nam sắp tới. Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh; trong đó tập trung vào việc lựa chọn mô hình thị trường, cấu trúc lưới truyền tải điện. Sau đó nghiên cứu các phương pháp tối ưu dòng chảy công suất (OPF) như phương pháp Gradient, Newton, ACO, PSO, v.v… trình bày ưu và nhược điểm của mỗi phương pháp, các ứng d ụng OPF trong thị trường điện và chọn phương pháp ứng dụng cho thị trường điện Việt Nam. Tiếp theo nghiên cứu các phương pháp xác định phí truyền tải như phương pháp “tem thư”, MW-km, v.v… đề xuất phương pháp tính phí truyền tải ứng dụng cho thị trường điện Việt Nam. Sau cùng là sự mô phỏng trên phần mềm PowerWorld Simulator thể hiện bài toán tối ưu và xác định phí tương ứng, thêm vào đó là sự phân tích các thành phầ n của giá biên nút (LMP) trong bài toán tối ưu của hệ thống điện. viii ABSTRACT Electricity is an energy source which is indispensable in economic development of any country in the world, especially in regard to developing countries like Vietnam. In order to meet the growth of the country’s economy as well as in regional integration, Vietnam’s power sector has had a remarkable transformation in recent years, namely marketization of power sector is in progress. Currently, Vietnam’s power sector is at the level of competitive electricity market (2005-2014) which is the first of the three levels of a fully marketizing process of electricity sector. The next two levels are those competitive wholesale electricity market (2015-2022) and competitive retail electricity market (after 2022), both of these levels will bring many issues that need to be solved, especially the level of coming competitive wholesale electricity market. In this level, issues such as market model selection, research of cost determining methods, etc… as well as the application of algorithms to optimize the operation of the system. That is the reason to choose the topic “Researching on competitive wholesale electricity market, optimal power flow and cost determination of electricity transmission grids”, the solution of issues mentioned in the thesis will address to an issue aspect that needs to be solved in the level of competitive wholesale electricity market in Vietnam in future. The thesis focuses on researching competitive wholesale electricity market; in which focusing on the selection of the market model, structure of transmission grid. Then, researching on the methods of Optimal Power Flow (OPF) such as Gradient, Newton, ACO, PSO, etc…, presenting the advantages and disadvantages of each method, applications of OPF in electricity markets and selecting application method for Vietnam’s power market. Next, researching on methods of transmission cost determination such as “postage-stamp”, MW-km, etc…, proposing method of applied transmission cost calculation for Vietnam’s power market. The final one is the simulation shown by PowerWorld Simulator software which presents an optimal problem and corresponding cost determination, in addition to the analysis on the compositions of Location Marginal Price (LMP) in the optimal problem of power system. ix MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xiii DANH MỤC CÁC BẢNG xv DANH MỤC CÁC HÌNH xvi CHƯƠNG 0. MỞ ĐẦU 1 0.1 Đặt vấn đề 1 0.2 Tính cấp thiết của đề tài 2 0.3 Mục tiêu của đề tài 3 0.4 Nội dung nghiên cứu 3 0.5 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 4 0.5.1 Phương pháp luận 4 0.5.2 Phương pháp nghiên cứu 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THỊ TRƯỜNG ĐIỆN, CHỦ TRƯƠNG QUY ĐỊNH VỀ THỊ TRƯỜNG HÓA THỊ TRƯỜNG ĐIỆN BÁN BUÔN Ở VIỆT NAM 6 1.1 Tổng quan về TTĐ 6 1.1.1 Giới thiệu chung 6 1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển ngành điện Việt Nam 7 1.1.3 Một số khái niệm chung 9 1.1.3.1 Độc quyền và độc quyền tự nhiên 9 1.1.3.2 Khái niệm TTĐ và TTĐ hoàn hảo 11 1.1.4 Tổng quan hoạt động HTĐ theo cơ chế kín và mở 12 1.1.4.1 Hệ thống điện kín 12 1.1.4.2 Hệ thống điện mở 13 1.1.5 Các lý do dẫn đến TTĐ 14 1.1.6 Các thành phần cơ bản của TTĐ bán buôn 15 1.1.6.1 Thị trường điện bán buôn 15 1.1.6.2 TTĐ mở rộng đến bán lẻ 17 1.2 Chủ trương quy định về thị trường hóa TTĐ bán buôn ở Việt Nam 18 1.2.1 Lộ trình triển khai TTĐ cạnh tranh ở Việt Nam 18 1.2.1.1 Cấp độ 1: Thị trường phát điện cạnh tranh (2005 - 2014) 18 1.2.1.2 Cấp độ 2: Thị trường bán buôn điện cạnh tranh (2015 - 2022) 19 1.2.1.3 Cấp độ 3: Thị trường bán lẻ điện cạnh tranh (từ sau 2022) 20 1.2.2 Chủ trương trong TTĐ bán buôn 21 1.2.2.1 Chủ trương của Chính phủ 21 1.2.2.2 Chủ trương của Bộ Công thương 22 1.2.2.3 Chủ trương trong Luật điện lực 23 CHƯƠNG 2. NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN VÀ CÁC LỰA CHỌN CHO THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH 24 2.1 Những vấn đề về truyền tải điện trong TTĐ 24 2.1.1 Vận hành HTĐ 24 2.1.2 Lưới điện trong TTĐ 25 x 2.1.2.1 Nhiệm vụ của lưới truyền tải điện 26 2.1.2.2 Các dịch vụ cấp cho khách hàng 27 2.1.2.3 Các nhiệm vụ của SO 28 2.1.3 Các giới hạn truyền tải vật lý 29 2.1.4 Tắt nghẽn truyền tải 31 2.1.5 SO và giảm tắt nghẽn 32 2.1.6 Giá truyền tải 33 2.2 Các lựa chọn cho TTĐ cạnh tranh ở Việt Nam 34 2.2.1 Hiện trạng ngành điện Việt Nam 34 2.2.1.1 Nguồn điện 34 2.2.1.2 Lưới điện truyền tải 38 2.2.1.3 Mô hình tổ chức của EVN 40 2.2.2 Mô hình quản lý kinh doanh lưới điện truyền tải Việt Nam 41 2.2.2.1 Nguyên nhân độc quyền tự nhiên của lưới điện truyền tải 41 2.2.2.2 Thực trạng mô hình tổ chức quản lý lưới điện truyền tải 42 2.2.2.3 Vị trí của NPT trong TTĐ cạnh tranh 43 2.2.3 Lựa chọn cấu trúc TTĐ 45 2.2.4 Lựa chọn cấu trúc lưới truyền tải điện 45 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU DÒNG CHẢY CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG CHO THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VIỆT NAM 48 3.1 Giới thiệu 48 3.1.1 Lịch sử tối ưu dòng chảy công suất 48 3.1.2 Khái niệm dòng chảy công suất 48 3.1.3 Khái niệm kiểm soát dòng chảy công suất 49 3.2 Mục đích và công thức chung 49 3.2.1 Mục đích 49 3.2.2 Công thức tổng quát 50 3.3 Các phương pháp giải quyết tối ưu dòng chảy công suất 51 3.3.1 Các phương pháp tối ưu xác định 54 3.3.1.1 Phương pháp Gradient 54 3.3.1.2 Phương pháp Newton 55 3.3.1.3 Phương pháp đơn hình 57 3.3.1.4 Phương pháp lập trình tuyến tính liên tục 59 3.3.1.5 Phương pháp lập trình bậc hai liên tục 60 3.3.1.6 Phương pháp điểm nội suy 62 3.3.1.7 Các phương pháp bổ sung 63 3.3.1.8 Tóm tắt các phương pháp tối ưu xác định 63 3.3.2 Các phương pháp tối ưu không xác định 66 3.3.2.1 Phương pháp tối ưu đàn kiến 66 3.3.2.2 Phương pháp mạng nơtron nhân tạo 68 3.3.2.3 Phương pháp giải thuật vi khuẩn tìm kiếm thức ăn 69 3.3.2.4 Phương pháp giải thuật tối ưu hỗn độn 70 3.3.2.5 Phương pháp giải thuật tiến hóa 71 [...]... phát triển thị trường bán buôn điện cạnh tranh ở Việt Nam - Các vấn đề liên quan đến thị trường bán buôn điện cạnh tranh như cấu trúc thị trường bán buôn, lưới điện truyền tải, v.v… - Quản lý lưới truyền tải như nghiên cứu các phương pháp tối ưu dòng chảy công suất cũng như việc tính phí trên lưới điện truyền tải và khả năng áp dụng 4 Để giải quyết các nhiệm vụ nêu trên, các nội dung nghiên cứu mà đề... dụng cho thị trường bán buôn điện cạnh tranh ở Việt Nam Nghiên cứu các phương pháp xác định phí truyền tải trong thị trường bán buôn điện cạnh tranh và đề xuất phương pháp tính phí truyền tải cho thị trường bán buôn điện cạnh tranh ở Việt Nam Mô phỏng HTĐ thể hiện dòng chảy công suất tối ưu và xác định phí tương ứng cũng như phân tích các thành phần của giá biên nút (LMP) trong bài toán tối ưu 0.5 Phương... 2005 – 2014: Thị trường phát điện cạnh tranh, 2/ 2015 – 2022: Thị trường bán buôn điện cạnh tranh, 3/ Từ sau 2022: Thị trường bán lẻ điện cạnh tranh Hiện nay, ở nước ta đã và đang áp dụng những bước thí điểm về cấp độ thị trường phát điện cạnh tranh nhưng số lượng và công suất còn nhỏ so với tổng cống suất cả nước, riêng phần thị trường bán buôn điện cạnh tranh và thị trường bán lẻ điện cạnh tranh chưa... hiện bao gồm: Nghiên cứu tổng quan thực trạng về TTĐ trên thế giới và ở Việt Nam, tập trung sâu vào thị trường bán buôn điện cạnh tranh Phân tích những vấn đề về truyền tải điện trong thị trường bán buôn điện cạnh tranh và lựa chọn cấu trúc lưới truyền tải điện cho thị trường bán buôn điện cạnh tranh phù hợp với HTĐ Việt Nam Nghiên cứu các phương pháp OPF, ứng dụng OPF trong thị trường điện và đề xuất... trúc lại có một phương pháp riêng dựa trên những đặc điểm riêng của mạng lưới đó Với lý do trình bày ở trên cho thấy, việc nghiên cứu đề tài Nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh, tối ưu dòng chảy công suất và xác định phí trên lưới điện truyền tải là một yêu cầu mang tính cấp thiết trên cả hai phương diện lý luận và thực tiễn trong việc phát triển TTĐ cạnh tranh cấp độ 2 (2015 – 2022) ở Việt... Tổng quan về TTĐ cạnh tranh nói chung và phân tích những vấn đề về truyền tải điện trong thị trường bán buôn điện cạnh tranh - Nghiên cứu các phương pháp tối ưu dòng chảy công suất (OPF), trình bày ưu và nhược điểm của mỗi phương pháp cũng như các ứng dụng của OPF trong TTĐ Đề xuất lựa chọn phương pháp tối ưu ứng dụng cho TTĐ Việt Nam - Nghiên cứu các phương pháp xác định phí truyền tải và đề xuất phương... thực hiện Để tiến tới xây dựng một TTĐ cạnh tranh hoàn toàn, cần có những nghiên cứu về TTĐ nói chung và những nghiên cứu về thị trường bán buôn điện cạnh tranh” nói riêng, cũng như thị trường bán lẻ điện cạnh tranh thích hợp cho từng giai đoạn để thị trường hóa toàn phần ngành điện Việt Nam Trong thị trường bán buôn điện cạnh tranh thì hệ thống lưới điện truyền tải đóng vai trò trung tâm, vì vậy một... hình, tối ưu dòng công suất hay tính phí truyền tải trên đường dây truyền tải còn là vấn đề có nhiều ý kiến khác nhau vì liên quan đến nhiều loại chi phí của các bên bán điện (nguồn phát) và bên phân phối Mặc dù phí truyền tải chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng chi phí của ngành điện, nhưng mạng lưới truyền tải vẫn đóng một vai trò hết sức quan trọng trong các TTĐ cạnh tranh Do đó, việc định phí truyền tải. .. ưu dòng chảy công suất và xác định phí trên lưới điện truyền tải là nghiên cứu các phương pháp mà đã được các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu và ứng dụng 0.5.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập thông tin - Thu thập các tài liệu tổng quan về TTĐ cạnh trạnh ở Việt Nam và trên thế giới Tài liệu qua mạng Internet, nghị định, thông tư, văn bản Chính phủ, Bộ Công thương, Cực Điều tiết Điện. .. vị điều hành giao dịch TTĐ) dưới dạng các công ty nhà nước độc lập, hoặc các công ty cổ phần Tổng công suất đặt của một đơn vị phát điện không vượt quá 25% công suất đặt của toàn hệ thống 1.2.1.2 Cấp độ 2: Thị trường bán buôn điện cạnh tranh (2015 - 2022) Bước 1: Thị trường bán buôn điện cạnh tranh thí điểm (2015 – 2016) Sẽ thực hiện thị trường bán buôn điện cạnh tranh thí điểm khi các điều kiện đã . Việc nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh, tối ưu dòng chảy công suất và xác định phí trên lưới điện truyền tải là nghiên cứu các phương pháp mà đã được các nhà khoa họ c trên thế. ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1241830041 I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh, tối ưu dòng chảy công suất và xác định phí trên lưới điện truyền tải II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM ĐẶNG QUANG VINH NGHIÊN CỨU THỊ TRƯỜNG BÁN BUÔN ĐIỆN CẠNH TRANH, TỐI ƯU DÒNG CHẢY CÔNG SUẤT VÀ XÁC ĐỊNH PHÍ TRÊN LƯỚI ĐIỆN