Cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu

LVTN Tóm tắt GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang v HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường TÓM TẮT BƠi toán điều độ tối u tổ máy phát với một nhiên liệu duy nhất cho mỗi tổ máy đư đợc giải trong những năm gần đơy. Tuy nhiên, trong thực t ngày nay do sự phát triển của khoa học – công nghệ tại các nhƠ máy nhiệt điện mỗi tổ máy có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu vƠ mỗi tổ máy đợc biểu diễn bởi các hƠm bậc hai bị đứt đoạn. Các tổ máy đa nhiên liệu nƠy đang đối mặt với việc khó khăn xác định loại nhiên liệu nƠo lƠ kinh t nhất để phát điện. Luận văn này trình bày ba phng pháp giải bƠi toán phối hợp tối u các tổ máy phát điện sử dụng đa nhiên liệu sử dụng. Thuận lợi của phng pháp sử dụng lƠ thƠnh lập hƠm toán học Lagrange một cách dễ dƠng dựa trên lý thuyt cổ điển nhơn tử Lagrange. Các kt quả mô phỏng trong luận văn cho thấy đơy lƠ các phng pháp hiệu quả khi so sánh với các phng pháp khác. LVTN Abstract GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang vi HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường ABSTRACT The optimal generation dispatch problem with only one fuel option for each generating unit has been solven for many recent years. However, it is more realistic to represent the fuel cost function for each fossil fired plants as a segmented piece-wise quadratic functions. This is because of development of technology in thermal plants to reach maximum fuel save. Those units are faced with the difficulty of determining which is the most economical fuel to burn. This thesis presents three approaches to solve the unit commitment problem with multiple fuel options. An advantage of the methods is to formulate Lagrangie mathematical function easily based on the Lagrange multiplier theory. The simulations result show that the approach is an effective methods compared to others. LVTN Mục lục GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang vii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường  Trang tựa Trang Quyt định giao đề tƠi Lý lịch khoa học i Lời cam đoan iii Cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh sách các chữ vit tắt x Danh sách các bảng xii Danh sách các hình xiii  01 1.1 Đặt vấn đề 01 1.2 Các nghiên cứu 02 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 04 1.4 Phng pháp nghiên cứu 04 1.5 Phạm vi nghiên cứu 04 1.6 Điểm mới của đề tƠi 04 1.7 Giá trị thực tiễn 04 1.8 Bố cục của đề tƠi 05  06 2.1 Phơn bố nguồn phát vƠ trao đổi công suất kinh t 06 2.1.1 Khái niệm chung về vận hƠnh kinh t 06 2.1.2 Phơn bố tối u 07 2.1.3 Trao đổi công suất kinh t 08 2.2 Yêu cầu của vận hƠnh kinh t 08 2.2.1 Chất lợng phục vụ 09 LVTN Mục lục GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang viii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường 2.2.2 Chi phí sản xuất 09 2.3 Vai trò của vận hƠnh kinh t 09 2.3.1 Giảm chi phí nhiên liệu trong vận hƠnh 09 2.3.2 Giảm tổn thất điện năng 10 2.4 Xơy dựng chi phí vƠ phát điện tối u trong nhƠ máy nhiệt điện 10 2.4.1 C sở xác định giá điện 10 2.4.2 Phát điện tối u trong nhƠ máy nhiệt điện 14 Mô hình toán 19 3.1. Bài toán nghiên cứu 19 3.2. Các ký hiệu trong bƠi toán 19 3.3. Xơy dựng mô hình toán 20 3.3.1. BƠi toán đn nhiên liệu 20 3.3.2. BƠi toán đa nhiên liệu 22 3.4. Phng pháp giải bƠi toán đn nhiên liệu 33 3.4.1 Xơy dựng hƠm toán 33 3.4.2.Lu đồ giải thuật 33 3.4.3 Thuật toán 33 3.5. Phng pháp giải bƠi toán đa nhiên liệu 34 3.5.1. Phng pháp 1: Phng pháp kt hợp 34 3.5.2. Phng pháp 2: Phng pháp nhơn tử Lagrange 38 3.5.3. Phng pháp 3: Phng pháp hƠm chi phí tng đng 41  44 4.1. BƠi toán nghiên cứu 44 4.2. Kt quả 45 4.2.1. Phng pháp 1: Phng pháp kt hợp 45 4.2.2. Phng pháp 2: Phng pháp nhơn tử Lagrange 46 4.2.3. Phng pháp 3: Phng pháp hƠm chi phí tng đng 50 4.3. So sánh kt quả 52 4.4. Nhận xét kt quả 55 LVTN Mục lục GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang ix HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường C 57 5.1. Kt Luận 57 5.2. Hớng phát triển của đề tƠi 57   58  60 LVTN Danh sách các chữ viết tắt GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang x HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường DANH SÁCH  - HNUM: hierarchical approach based the numerical method - HNN: Hopfield neural network - ELANN: Enhanced Lagrangian Artificial Neural Network - AHNN: Adaptive Hopfield neural network - GA: genetic algorithm - EP: evolutionary programming - PSO: particle swarm optimization - ETQ: Tabu search and Quadratic programming - b th/p : Suất tiêu hao than ứng với mức công suất p (g/kWh). - G than : Giá than (đồng/g). - 7000 (kcal/kg): Nhiệt trị than tiêu chuẩn. - Q th : Nhiệt trị than trung bình. - b FO : Suất tiêu hao dầu ứng (g/kWh). - G FO : Giá dầu (đồng/g) - c VLP : Chi phí vật liệu phụ. - B p : Suất tiêu dầu/khí ứng với mức công suất p (g/kWh với dầu hoặc BTU/kWh với khí). - G : Giá nhiên liệu (than/dầu) (đồng/g với dầu, đồng/BTU với khí). - E (MWh): Điện năng đợc bán. - F j (P j ): HƠm chi phí nhiên liệu của tổ máy thứ j (Rs/h). - P j : Công suất phát của tổ máy thứ j. - j: Tổ máy thứ j. j = 1, 2, ,n. - n: Tổng số tổ máy của nhƠ máy. - a j , b j , c j : Các hệ số hƠm chi phí nhiên liệu của tổ máy thứ j. - P D : Công suất tải yêu cầu (MW). - min j P , max j P : Giới hạn công suất phát nhỏ nhất, lớn nhất của tổ máy thứ j (MW). LVTN Danh sách các chữ viết tắt GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang xi HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường - λ j : Nhơn tử Lagrange tng ứng với suất tăng tng đối tiêu hao nhiên liệu của tổ máy thứ j. - : Suất tăng tiêu hao nhiên liệu của toƠn nhƠ máy nhiệt điện. - Δλ: Sai số suất tăng tiêu hao nhiên liệu của nhƠ máy nhiệt điện. - F jk (P jk ): HƠm chi phí nhiên liệu ứng với công suất phát tổ máy thứ j nhiên liệu thứ k, (Rs/h). - P jk : Công suất tổ máy thứ j ứng với nhiên liệu thứ k. - k: Nhiên liệu thứ k, k = 1,2, ,m. - m: Tổng số nhiên liệu của hệ thống. - a jk , b jk , c jk : Các hệ số hƠm chi phí của tổ máy thứ j ứng với nhiên liệu thứ k. - min jk P , max jk P : Giới hạn công suất phát nhỏ nhất, lớn nhất của tổ máy thứ j ứng với nhiên liệu thứ k (MW). - ε : sai số cho phép. - W: tổn thất trong nhƠ máy điện. - L: Hàm toán học Lagrange LVTN Danh sách các bảng GVHD:TS. Lê Chí Kiên Trang xii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường DANH SÁCH CÁC  Trang Bảng 4.1: Giới hạn công suất tng ứng với mỗi loại nhiên liệu của từng tổ máy. 44 Bảng 4.2: Các hệ số hƠm chi phí tng ứng của các loại nhiên liệu của từng tổ máy 44 Bảng 4.3: Kt quả phơn bố công suất ứng với các trờng hợp phụ tải khác nhau áp dụng phng pháp kt hợp. 46 Bảng 4.4: Tổng chi phí với k = 1 ứng với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đn 0.8 47 Bảng 4.5: Tổng chi phí với k = 2 với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đn 0.8 47 Bảng 4.6: Tổng chi phí với k = 3 với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đn 0.8. 48 Bảng 4.7: Kt quả phơn bố công suất ứng với các trờng hợp phụ tải khác nhau áp dụng phng pháp nhơn tử Lagrange. 49 Bảng 4.8: Tổng chi phí phát điện với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đn 0.8. 50 Bảng 4.9: Kt quả phơn bố công suất ứng với các trờng hợp phụ tải khác nhau áp dụng phng pháp hƠm chi phí tng đng. 51 Bảng 4.10: So sánh kt quả chi phí vƠ thời gian mô phỏng trong trờng hợp tải 2400 MW. 52 Bảng 4.11: So sánh kt quả chi phí vƠ thời gian mô phỏng trong trờng hợp tải 2500 MW. 53 Bảng 4.12: So sánh kt quả chi phí vƠ thời gian mô phỏng trong trờng hợp tải 2600 MW 54 Bảng 4.13: So sánh kt quả chi phí vƠ thời gian mô phỏng trong trờng hợp tải 2700 MW 55 LVTN Danh sách các hình GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang xiii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Quy trình tính giá bin đổi 12 Hình 2.2 Đờng cong vƠo-ra cu ̉ a mô ̣ t tô ̉ ma  y. 13 Hình 2.3: Suất tăng chi phí nhiên liệu tng   ng v  i công suơt pha  t cu ̉ a tô ̉ ma  y co  đ  ng cong va  o ra nh (hình 2.2). 16 Hình 3.1: HƠm chi phí của một tổ máy tng ứng với từng loại nhiên liệu. 22 Hình 3.2: HƠm chi phí tng ứng với mỗi nhiên liệu của 2 tổ máy. 25 Hình 3.3: Đặc tuyn chi phí của tổ máy gồm 3 đoạn bậc hai 26 Hình 3.4: Đặc tuyn chi phí tng đng 27 Hình 3.5: Xây dựng đặc tuyn tng đng bằng cách bình phng cực tiểu 30 Hình 3.6: Xơy dựng đặc tuyn tng đng bằng phng pháp đồ thị trong matlab 31 Hình 3.7: Xơy dựng đặc tuyn tng đng bằng lệnh polyfit trong matlab 32 Hình 3.8: Lu đồ giải thuật tối u nhƠ máy nhiệt điện sử dụng đn nhiên liệu 33 Hình 3.9: Lu đồ giải thuật tối u nhƠ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu dùng phng pháp kt hợp. 36 Hình 3.10: Lu đồ giải thuật tối u nhƠ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu dùng phng pháp nhơn tử Lagrange 38 Hình 3.11: Lu đồ giải thuật tối u nhƠ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu dùng phng pháp hàm chi phí tng đng 41 LVTN Chương 1: Tổng quan GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 1 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường   1.1. . Nh ta bit, trong hệ thống điện tính liên tục cung cấp điện luôn đợc đa lên hƠng đầu, nó ảnh hởng đn tính kinh t của một quốc gia hay vùng kinh t sử dụng điện. Để có thể đáp ứng đủ nhu cầu năng lợng cho việc phát triển kinh t thì tăng trởng năng lợng điện phải gấp đôi tăng trởng kinh t (Việt Nam). Từ đó, vấn đề đợc đặt ra với ngƠnh điện lƠ phải đảm bảo điều kiện lƠm việc cũng nh các quy tắc an toƠn về nguồn, đờng dơy, bảo vệ, phụ tải….v.v. Bên cạnh tính đảm bảo năng lợng điện thì chi phí phát điện cũng lƠ một bƠi toán không kém phần quan trọng. (Nu có thể cực tiểu chi phí phát điện thì giá thƠnh của điện năng cũng giảm vƠ lợi nhuận của nhƠ đầu t đợc gia tăng.) Nu ta cứ tip tục xơy dựng nguồn cung cấp để đáp ứng nhu cầu mƠ không quan tơm đn vấn đề kiểm toán năng lợng cũng nh lƠm nh th nƠo để sử dụng tốt các nguồn sẵn có, các nguồn sẵn có nƠy đư đợc sử dụng hiệu quả cha, có thể khắc phục đợc hay không. Vậy tính kỹ thuật đư đạt đợc nhng trong khi tính kinh t lại bị bỏ qua với một sai sót lớn. NgƠy nay, sự mất ổn định giá nhiên liệu đư tác động lớn đn việc cơn bằng năng lợng cho các hệ thống điện vƠ đặc biệt có ý nghĩa rất lớn đối với các nhƠ máy nhiệt điện. Do vậy, vận hƠnh tối u các tổ máy phát nhiệt điện lƠ bƠi toán cực kỳ quan trọng nhằm tit kiệm nhiên liệu, đồng thời lƠm giảm bớt lợng khí thải gơy ảnh hởng trực tip đn môi trờng xung quanh. : Phơn bố tối u nguồn phát lƠ sự bố trí phát công suất tại các nguồn phát sao cho tổng chi phí tiêu hao nhiên liệu toƠn hệ thống lƠ thấp nhất, nhng phải đảm bảo các yêu cầu của ngồn phát nh: chất lợng điện năng, nhu cầu phụ tải, độ tin cậy cung cấp điện… Một trong những bƠi toán kinh t - kỹ thuật khi vận hƠnh vƠ thit k hệ thống điện là: Xác định sự phân bố tối ưu công suất phát giữa các tổ máy nhiện điện trong nhà máy nhiện điện nhằm đáp ứng một giá trị phụ tải tổng cộng đã qui định. [...]... tiểu chi phí phát điện với thuật toán ứng dụng lƠ nhơn tử Lagrange 1.5 Ph m Vi Nghiên Cứu  Cực tiểu chi phí phát điện giữa các tổ máy phát đ n nhiên liệu, các hàm chi phí của các tổ máy phát lƠ bậc hƠm bậc hai, bỏ qua tổn hao các tổ máy  Cực tiểu chi phí phát điện giữa các tổ máy phát có nhiều loại nhiên liệu, các hàm chi phí của các tổ máy phát lƠ bậc hƠm bậc hai theo từng đoạn nhiên liệu, bỏ qua tổn... nhƠ máy điện đ ợc bỏ qua vì xem nh lƠ khởi động lần đầu vƠ không ngừng hoạt động Cực tiểu chi phí phát điện lƠ xác định công suất phát vƠ loại nhiên liệu sử dụng của từng tổ máy sao cho tổng chi phí phát điện lƠ nhỏ nhất  Mô t bài toán Nhiên liệu 3 Nhiên liệu 2 Nhiên liệu 1 P1max P max  P2min 1 Hình 3.1: Hàm chi phí của một tổ máy t P2max  P3min P3max ng ứng với từng loại nhiên liệu Một tổ máy đ ợc... suất của mỗi tổ máy thứ j ứng với nhiên liệu thứ k vƠ điều kiện cơn bằng công suất  Sắp xếp hàm chi phí và công suất Mỗi tổ máy với nhiều loại nhiên liệu, cùng một loại nhiên liệu nh ng giới hạn công suất trong các tổ máy không nh nhau Điều nƠy đ ợc giải thích nh hình v bên d ới: Nhiên liệu 2 Nhiên liệu 3 Nhiên liệu 1 Tổ máy 1 Nhiên liệu 3 Nhiên liệu 2 Nhiên liệu 1 Tổ máy 2 Hình 3.2: Hàm chi phí t ng... cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu 1.3 M c Tiêu Nghiên Cứu  Ph ng pháp nhơn tử Lagrange đ ợc áp dụng để giải bƠi toán tối u đem lại k t quả chấp nhận đ ợc  Giảm đ n mức nhỏ nhất chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu mƠ vẫn đảm bảo an ninh năng l ợng 1.4 Phương Pháp Nghiên Cứu Giải tích vƠ mô phỏng toán học trên c sở hƠm mục tiêu lƠ cực tiểu. .. từng tổ máy cũng nh toƠn nhƠ máy ta sử dụng ph ng pháp lặp BƠi toán s dừng lại khi sai số nhỏ h n sai số cho phép của toƠn nhƠ máy (ε) 3.3.2 Bài toán đa nhiên li u HƠm mục tiêu lƠ cực tiểu chi phí của nhƠ máy nhiệt điện (các tổ máy) sử dụng nhiều loại nhiên liệu vƠ mỗi loại nhiên liệu t ng ứng với một đ ờng cong bậc hai khác nhau trong tất cả các khoảng thời gian phát điện Các chi phí khởi động nhƠ máy. .. giá điện, xác định các chi phí sản xuất đóng vai trò rất quan trọng trong việc vận hƠnh tối u nhƠ máy điện, hệ thống điện  Cơ sở tính giá chào Giá chƠo bao gồm chi phí cố định, chi phí bi n đổi, lợi nhuận mong muốn: Giá chƠo = Chi phí cố định + Chi phí bi n đổi + Lợi nhuận  Chi phí cố định Chi phí cố định cho phát điện gồm các chi phí: - Chi phí khấu hao c bản - Chi phí vận hƠnh cố định - Chi phí sửa... công suất phát nhỏ nhất, lớn nhất của tổ máy thứ j ứng với nhiên liệu thứ k (MW) - ε : sai số cho phép - W: tổn thất trong nhƠ máy điện - L: Hàm toán học Lagrange 3.3 Xây Dựng Mô Hình Toán 3.3.1 Bài toán đơn nhiên li u HƠm mục tiêu lƠ cực tiểu chi phí của nhƠ máy nhiệt điện (các tổ máy) sử dụng một loại nhiên liệu trong tất cả các khoảng thời gian phát điện Các chi phí khởi động nhƠ máy điện đ ợc bỏ... điện - Δλ: Sai số suất tăng tiêu hao nhiên liệu của nhƠ máy nhiệt điện - Fjk (Pjk): HƠm chi phí nhiên liệu ứng với công suất phát tổ máy thứ j nhiên liệu thứ k, (Rs/h) - Pjk: Công suất tổ máy thứ j ứng với nhiên liệu thứ k - k: Nhiên liệu thứ k, k = 1,2, ,m - m: Tổng số nhiên liệu của hệ thống - ajk, bjk, cjk: Các hệ số hƠm chi phí của tổ máy thứ j ứng với nhiên liệu thứ k GVHD: TS Lê Chí Kiên Trang... sử dụng một hoặc m loại nhiên liệu khác nhau với hƠm chi phí nhiên liệu của mỗi tổ máy lƠ hƠm bậc hai vƠ mỗi tổ máy đ ợc giới hạn bởi công suất phát LƠm th nƠo để chi phí pháp điện lƠ nhỏ nhất mƠ vẫn đảm bảo an ninh năng l ợng cho hệ thống 3.2 Các Ký Hi u Trong Bài Toán Các ký hiệu trong bƠi toán: - Fj (Pj): HƠm chi phí nhiên liệu của tổ máy thứ j (Rs/h) - Pj: Công suất phát của tổ máy thứ j - j: Tổ. .. ờng hợp nhƠ máy nhiệt điện vƠ nhƠ máy điện nguyên tử, còn ng ợc lại với nhƠ máy thủy điện nhƠ máy phong điện, … kho năng l ợng lƠ miễn phí thì chi phí nhiên liệu không còn ý nghĩa nữa Vì vậy cực tiểu chi phí phát điện có một ý nghĩa cực kỳ quan trọng trong nhƠ máy nhiệt điện GVHD: TS Lê Chí Kiên Trang 14 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chi phí vận hành (Rs/hr) Hay nhiên liệu (triệu . qua tổn hao các tổ máy.  Cực tiểu chi phí phát điện giữa các tổ máy phát có nhiều loại nhiên liệu, các hàm chi phí của các tổ máy phát lƠ bậc hƠm bậc hai theo từng đoạn nhiên liệu, bỏ qua tổn. tiểu chi phí phát điện với thuật toán ứng dụng lƠ nhơn tử Lagrange. 1  Cực tiểu chi phí phát điện giữa các tổ máy phát đn nhiên liệu, các hàm chi phí của các tổ máy phát. liệu, bỏ qua tổn hao các tổ máy.   Đa ra hƠm chi phí phát điện tại các tổ máy nhiệt điện vƠo hƠm mục tiêu phát điện, từ đó tìm đợc chi phí phát điện thấp.  Xơy dựng