quy hoạch nguồn điện trong dự báo phụ tải điện

5.1 Kh¸i niÖm chung 5.2 Mô hình toán qui hoạch nguồn điện phương pháp qui hoạch tuyến tính 5.3 Mô hình toán qui hoạch nguồn điện phương pháp qui hoạch nguyên hỗn hợp 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG Bài toán qui hoạch phát triển nguồn phần tách rời toán tổng hợp phát triển tối ưu hệ thống điện Tuy nhiên chừng mực định toán qui hoạch phát triển nguồn xem xét độc lập với nội dung khác (dự báo nhu cầu điện năng, qui hoạch phát triển lưới điện, cân lượng-nhiên liệu…) Mặc dù nằm modun lớn qui hoạch lượng (qui hoạch hệ thống điện) mà nội dung có nhiều modun (dự báo nhu cầu lượng, qui hoạch lưới điện, qui hoạch nguồn điện, cân lượng, nhiên liệu…) ảnh hưởng modun chủ yếu mang ý nghĩa hiệu chỉnh sau bước lặp 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG Qui hoạch phát triển nguồn toán để trả lời câu hỏi sau: Nhà máy điện loại (nhiệt điện, thủy điện, tuabin khí…)? Chúng xây dựng đâu? Khi khởi công? Công suất bao nhiêu? Tiến độ sao? Và nguồn vốn nào? Một yếu tố đầu vào quan trọng qui hoạch nguồn nguồn lượng sơ cấp Bài toán qui hoạch nguồn đồng nghĩa với việc chọn cấu trúc tối ưu nguồn điện qui hoạch phát triển hệ thống điện Bài toán chọn cấu trúc tối ưu qui hoạch phát triển nguồn thường sử dụng phương pháp mô hình hóa toán học kết hợp với máy tính Quá trình giải gồm ba bước: 1, Thống kê, gia công, xử lý số liệu ban đầu 2, Thành lập hàm mục tiêu hàm ràng buộc 3, Chọn phương pháp giải áp dụng giải TĐ1 CS đăt Cs Max: 800 MW CS vh (9 ẩn) NĐ1 CS đăt Cs Max: 1200 CS vh (9 ẩn) Hiện năm 10 năm 15 năm 800 0 U1h051 U1h052 U1h053 U1h101 U1h102 U1h103 U1h151 U1h152 U1h153 0 U2h051 U2h052 U2h053 U1h101 U1h102 U1h103 U1h151 U1h152 U1h153 1200 TĐ3 CS đăt Cs Max: 2000 CS vh (18 ẩn) Hiện năm 10 năm 15 năm X305 X310 X315 U305051 U305052 U305053 U310101 U310102 U310103 U315151 U315152 U315153 U305101 U305102 U305103 U310151 U310152 U310153 U305151 U305152 U305153 NĐ4 CS đăt Cs Max: 1500 CS vh (18 ẩn) Hiện năm 10 năm 15 năm X405 X410 X415 U405051 U405052 U405053 U410101 U410102 U410103 U415151 U415152 U415153 U405101 U405102 U405103 U410151 U410152 U410153 U405151 U405152 U405153 TB KHí CS đăt Cs Max: 900 CS vh (18 ẩn) Hiện năm 10 năm 15 năm X505 X510 X515 U505051 U505052 U505053 U510101 U510102 U510103 U515151 U515152 U515153 U505101 U505102 U505103 U510151 U510152 U510153 U505151 U505152 U505153 Ng Tử CS đăt Cs Max: 2000 CS vh (18 ẩn) Hiện năm 10 năm 15 năm X605 X610 X615 U605051 U605052 U605053 U610101 U610102 U610103 U615151 U615152 U615153 U605101 U605102 U605103 U610151 U610152 U610153 U605151 U605152 U605153 Xét ba giai đoạn, ba bậc phụ tải * Nhà máy có: - Không có ẩn công suất đặt X - 09 ẩn công suất vận hành U * Nhà máy đưa vào mới: - 03 ẩn công suất đặt X - 18 ẩn công suất vận hành U Với hai nhà máy có, bốn nhà máy mới: - 12 ẩn công suất đặt X - 9x2 + 18x4 = 94 ẩn công suất vận hành U Vậy tổng ẩn : 106 ẩn 10 Nhu cầu phụ tải: Thời gian làm việc miền phụ tải GIAI ĐOẠN Giờ/năm năm 10 năm 15 năm Phụ tải đỉnh 500 2400 3300 6000 Phụ tải 3100 1800 2600 3700 Phụ tải gốc 8760 800 1800 2500 11 5.2 MÔ HÌNH QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH Hàm mục tiêu J T t D 1 Z = ∑∑ (C jv − S jv ).X jv + ∑∑∑∑ Fjvtd U jvtt θd → v − vo v − vo j=1 v = v1 (1 + r) j=1 t =1 v = v1 d =1 (1 + r) J t j : Chỉ số thứ tự nhà máy v: Năm đưa nhà máy vào vận hành, lấy hai số cuối năm t: Giai đoạn xét giai đoạn quy hoạch, lấy số cuối năm d: Chỉ số miền đồ thị phụ tải năm kéo dài ( d = 1, 2, 3) θd: Thời gian miền đồ thị phụ tải d Xjv: Công suất nhà máy j đưa vào năm v 12 Hàm mục tiêu J T t D 1 Z = ∑∑ (C jv − S jv ).X jv + ∑∑∑∑ Fjvtd U jvtt θd → v − vo v − vo j=1 v = v1 (1 + r) j=1 t =1 v = v1 d =1 (1 + r) J t Cjv: Suất vốn đầu tư cho nhà máy j đưa vào năm v Sjv: Giá trị lý đơn vị công suất nhà máy j đưa vào năm v Fjvtd: Suất chi phí vận hành nhà máy j đưa vào năm v, vận hành giai đoạn t miền đồ thị phụ tải d Ujvtd: Công suất thực phát nhà máy j đưa vào năm v, vận hành giai đoạn t miền đồ thị phụ tải d 13 5.2 MÔ HÌNH QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH 1, Điều kiện thỏa mãn phụ tải đỉnh hệ thống J t ∑∑ a jv X jv ≥ Ptd (1 + m) j=1 v = v1 ;t = 1, T Trong đó: ajv : Hệ số khả dụng công suất nhà máy j Ptd : Phụ tải cực đại giai đoạn đưa nhà máy vào hoạt động m : Hệ số dự trữ công suất (thường lấy m = 1,15) 2, Ràng buộc công suất phát thực tế J t ∑ ∑U j=1 v = v1 d=1÷P t=1÷T Ptd : Phụ tải giai đoạn t bậc d jvtd ≥ Ptd 14 5.2 MÔ HÌNH QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH 3, Ràng buộc khả phát công suất nhà máy ≤ U jvtd ≤ a jv X jv j = ÷ J; v = v1 ÷ t; t = 1÷ T; d = ÷ D 4, Ràng buộc lượng phát nhà máy thủy điện D ∑U jvtd θd ≤ H vt d =1 v = v1 ÷ t; t = 1÷ T 5, Ràng buộc công suất đặt nhà máy Xjv ≤ Xjvmax Xjvmax : công suất đặt giới hạn nhà máy j năm v 15 5.2 MÔ HÌNH QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH 6, Ràng buộc đảm bảo cân lượng J2  J1  D ∑∑  ∑ a jv X jv θd + ∑ β jv U jvtd θd ÷ ≥ ∑ Ptd θd d =1 v = v1  j=1 j=1  d =1 D t Trong đó: J1 : số nhà máy thủy điện; J2 : số nhà máy thủy điện; βjv :hệ số mùa nhà máy thủy điện βjv = Năng lượng năm nước giai đoạn thống kê; Năng lượng năm nước trung bình giai đoạn thống kê; 16 5.3 MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP Mô hình QHTT giải toán QHPT nguồn điện đơn giản, lại có nhược điểm lớn là: coi vốn đầu tư tỷ lệ với công suất đặt, điều chấp nhận hệ thống điện mà nhiệt điện chiếm ưu thuỷ điện không đáng kể Còn hệ thống có thuỷ điện chiếm ưu (như hệ thống điện Việt Nam) việc sử dụng mô hình tuyến tính không hợp lý (do vốn đầu tư cố định cho công trình cột nước nhà máy thuỷ điện thường chiếm từ 60-70% tổng vốn đầu tư) Do vậy, để khắc phục nhược điểm áp dụng mô hình QHTT –nguyên hỗn hợp cho toán trên, sau đối chiếu nhận xét kết thu so với sử dụng mô hình QHTT tuý 17 5.3 MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP Để nhận công suất nhỏ chi phí vốn đầu tư V đt phải lớn phần vốn đầu tư cố định ban đầu V0 cho công trình đập, hồ chứa,… so với trị số tính toán V tt Nếu gọi đường đặc tuyến V1(p) V1(p) có dạng đường thẳng quan hệ tuyến tính bị gián đoạn điểm (0, V0): V0 + K.P , Khi P > V1 =  , Khi P < 0 Đối với nhà máy nhiệt điện, quan hệ lượng tiêu hao nhiên liệu B với công suất P mang tính phi tuyến rõ rệt: công suất lớn suất tiêu hao nhiên liệu bé Nếu có kể đến tổn thất quan hệ có dạng đường cong 18 5.3 MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP Quan hệ lượng tiêu hao nhiên liệu công suất phát 19 5.3 MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP Nếu toán qui hoạch có hàm mục tiêu dạng: n f (X) = ∑ K 'oj + C jX j → j=1 Thì toán không giải thuật toán qui hoạch tuyến tính túy hàm mục tiêu xuất số K’oj mà mô hình tuyến tính không mô tả Trước hết ta đưa mô hình toán n biến nhị phân yj , j = 1÷n để biểu diễn định có không tiến hành hoạt động j tương ứng Khi hàmn mục tiêu có dạng: f (X) = ∑ (K j y j + C jX j ) → j=1 Trong đó: yj = xj > yj = xj = 20 5.3 MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP Để áp dụng thuật toán qui hoạch nguyên hỗn hợp cần thực vài biến đổi Giả thiết xj hữu hạn, ta đưa thêm vào toán loạt ràng buộc dạng: X j ≤ M.y j Trong M số đủ lớn (lớn giá trị bất kì) Các ràng buộc tương đương với điều kiện Thật vậy, ràng buộc đảm bảo yj = xj > 0, phải xét xj = yj =0 hay Tuy nhiên với hàm mục tiêu tìm cực tiểu điều kiện yj = xj = điều đương nhiên, xj = hàm mục tiêu yj = có giá trị nhỏ yj =1 21 5.3 MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP Từ toán qui hoạch có xét đến vốn đầu tư ban đầu lớn đưa toán qui hoạch tuyến tính nguyên hỗn hợp chuẩn có dạng: Xác định tập X cho: n f (X) = ∑ (K j y j + C jX j ) → j=1 Thỏa mãn ràng buộc: x j − M.y j ≤ 0 ≤ yj ≤ yj số nguyên, j = 1÷n 22 [...]...Nhu cầu phụ tải: Thời gian làm việc của miền phụ tải GIAI ĐOẠN Giờ/năm 5 năm 10 năm 15 năm Phụ tải đỉnh 500 2400 3300 6000 Phụ tải giữa 3100 1800 2600 3700 Phụ tải gốc 8760 800 1800 2500 11 5.2 MÔ HÌNH QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH Hàm mục tiêu J T t D 1 1 Z = ∑∑ (C jv − S jv ).X jv + ∑∑∑∑ Fjvtd U jvtt θd → min v −... miền đồ thị phụ tải d Ujvtd: Công suất thực phát của nhà máy j đưa vào năm v, vận hành ở giai đoạn t trên miền đồ thị phụ tải d 13 5.2 MÔ HÌNH QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH 1, Điều kiện thỏa mãn phụ tải đỉnh của hệ thống J t ∑∑ a jv X jv ≥ Ptd (1 + m) j=1 v = v1 ;t = 1, T Trong đó: ajv : Hệ số khả dụng công suất của nhà máy j Ptd : Phụ tải cực đại ở giai đoạn đưa nhà máy vào hoạt động m : Hệ số dự trữ công... giai đoạn thống kê; 16 5.3 MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP Mô hình QHTT khi giải bài toán QHPT nguồn điện tuy đơn giản, nhưng lại có một nhược điểm lớn là: coi vốn đầu tư tỷ lệ với công suất đặt, điều này chỉ có thể chấp nhận đối với hệ thống điện mà nhiệt điện chiếm ưu thế và thuỷ điện là không đáng kể Còn khi hệ thống có thuỷ điện chiếm ưu thế (như hệ thống điện Việt Nam) thì việc sử dụng mô hình... v 15 5.2 MÔ HÌNH QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH 6, Ràng buộc đảm bảo cân bằng năng lượng J2  J1  D ∑∑  ∑ a jv X jv θd + ∑ β jv U jvtd θd ÷ ≥ ∑ Ptd θd d =1 v = v1  j=1 j=1  d =1 D t Trong đó: J1 : số các nhà máy không phải thủy điện; J2 : số các nhà máy thủy điện; βjv :hệ số mùa của nhà máy thủy điện βjv = Năng lượng năm nước ít trong giai đoạn thống kê; Năng lượng năm nước trung bình trong giai đoạn thống... =1 (1 + r) J t j : Chỉ số thứ tự của nhà máy v: Năm đưa nhà máy vào vận hành, lấy hai số cuối của năm t: Giai đoạn con đang xét trong cả giai đoạn quy hoạch, lấy 2 số cuối của năm d: Chỉ số của miền đồ thị phụ tải năm kéo dài ( d = 1, 2, 3) θd: Thời gian của miền đồ thị phụ tải d Xjv: Công suất của nhà máy j đưa vào năm v 12 Hàm mục tiêu J T t D 1 1 Z = ∑∑ (C jv − S jv ).X jv + ∑∑∑∑ Fjvtd U jvtt θd... toán qui hoạch tuyến tính thuần túy vì trong hàm mục tiêu xuất hiện các hằng số K’oj mà mô hình tuyến tính không mô tả được Trước hết ta đưa mô hình bài toán n biến nhị phân yj , j = 1÷n để biểu diễn quy t định có hoặc không tiến hành hoạt động j tương ứng Khi đó hàmn mục tiêu có dạng: f (X) = ∑ (K j y j + C jX j ) → min j=1 Trong đó: yj = 1 nếu xj > 0 yj = 0 nếu xj = 0 20 5.3 MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN... Đối với nhà máy nhiệt điện, quan hệ giữa lượng tiêu hao nhiên liệu B với công suất P cũng mang tính phi tuyến rõ rệt: công suất càng lớn thì suất tiêu hao nhiên liệu càng bé Nếu có kể đến tổn thất thì quan hệ sẽ có dạng đường cong 18 5.3 MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP Quan hệ giữa lượng tiêu hao nhiên liệu và công suất phát 19 5.3 MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP Nếu bài toán qui hoạch có hàm mục tiêu... 1,15) 2, Ràng buộc về công suất phát thực tế J t ∑ ∑U j=1 v = v1 d=1÷P t=1÷T Ptd : Phụ tải giai đoạn t bậc d jvtd ≥ Ptd 14 5.2 MÔ HÌNH QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH 3, Ràng buộc về khả năng phát công suất từng nhà máy 0 ≤ U jvtd ≤ a jv X jv j = 1 ÷ J; v = v1 ÷ t; t = 1÷ T; d = 1 ÷ D 4, Ràng buộc năng lượng phát của nhà máy thủy điện D ∑U jvtd θd ≤ H vt d =1 v = v1 ÷ t; t = 1÷ T 5, Ràng buộc công suất đặt từng... hợp lý (do vốn đầu tư cố định cho các công trình cột nước của nhà máy thuỷ điện thường chiếm từ 60-70% tổng vốn đầu tư) Do vậy, để khắc phục nhược điểm này sẽ áp dụng mô hình QHTT –nguyên hỗn hợp cho bài toán trên, sau đó sẽ đối chiếu và nhận xét kết quả thu được so với khi sử dụng mô hình QHTT thuần tuý 17 5.3 MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP Để nhận được công suất nhỏ thì chi phí vốn đầu tư V đt... tiểu thì điều kiện yj = 0 khi xj = 0 là điều đương nhiên, vì khi xj = 0 hàm mục tiêu khi yj = 0 sẽ có giá trị nhỏ hơn khi yj =1 21 5.3 MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP Từ đó bài toán qui hoạch khi có xét đến vốn đầu tư ban đầu lớn được đưa về bài toán qui hoạch tuyến tính nguyên hỗn hợp chuẩn có dạng: Xác định tập X sao cho: n f (X) = ∑ (K j y j + C jX j ) → min j=1 Thỏa mãn các ràng buộc: x j − M.y ... Hiện năm 10 năm 15 năm X5 05 X510 X5 15 U5 050 51 U5 050 52 U5 050 53 U510101 U510102 U510103 U5 151 51 U5 151 52 U5 151 53 U5 051 01 U5 051 02 U5 051 03 U510 151 U510 152 U510 153 U5 051 51 U5 051 52 U5 051 53 Ng Tử CS đăt... năm 15 năm X3 05 X310 X3 15 U3 050 51 U3 050 52 U3 050 53 U310101 U310102 U310103 U3 151 51 U3 151 52 U3 151 53 U3 051 01 U3 051 02 U3 051 03 U310 151 U310 152 U310 153 U3 051 51 U3 051 52 U3 051 53 NĐ4 CS đăt Cs Max: 150 0... Hiện năm 10 năm 15 năm X4 05 X410 X4 15 U4 050 51 U4 050 52 U4 050 53 U410101 U410102 U410103 U4 151 51 U4 151 52 U4 151 53 U4 051 01 U4 051 02 U4 051 03 U410 151 U410 152 U410 153 U4 051 51 U4 051 52 U4 051 53 TB KHí CS đăt