404216 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM LURE 018 University TƠ TRÍ THỨC
NGHIEN CUU VAN HANH DAM BAO ON DINH TRONG THI TRUONG DIEN
CANH TRANH
LUAN VAN THAC SI
Trang 2CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : Cy TS NGUYEN HUNG
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 2l tháng 03 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 PGS.TS Lé Minh Phuong Chủ tịch
2 PGS.TS Trương Việt Anh Phản biện 1
3 TS Huỳnh Minh Quang Phản biện 2
4 PGS.TS Ngô Văn Dưỡng Ủy viên
5 TS Võ Viết Cường Ủy viên, Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)
Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn
Trang 3TRUONG BH CONG NGHE TP.HCM CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
TP HCM, ngày 18 tháng 08 năm 2014
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: TÔ TRÍ THỨC Giới tính: Nam
Ngày tháng, năm sinh: 10/06/1975 Nơi sinh: Yên Bái
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1341830038
I- Tên đề tài:
Nghiên cứu vận hành đảm bảo ốn định trong thị trường điện cạnh tranh II- Nhiệm vụ và nội dung:
Nghiên cứu bài toán vận hành ổn định hệ thống điện bao gồm bài tốn tối ưu
cơng suất (OPF) và én định quá độ
Nghiên cứu cơ chế vận hành thị trường điện, đặc biệt thị trường điện bán bn Nghiên cứu bài tốn trào lưu công suất tối wu (OPF) bằng phần mềm Matpower Mô phỏng bài toán OPF đảm bảo ổn định cho thị trường điện khi xảy ra ngắn mạch bằng phần mềm Power World
IH- Ngày giao nhiệm vụ:18/8/2014
Trang 4LOI CAM DOAN
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 bat ky công trình nao khac
Tôi xin cam đoan răng 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 nguôn pốc
Học viên thực hiện Luận văn
a
Af
Trang 5it
LOI CAM ON
Tôi xin chân thành cảm ơn và tri ân:
- TS NGUYÉN HÙNG đã tận tình giảng dạy, hướng dẫn khoa học và tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn - Quy Thay, Cô đã giảng dạy, hướng dẫn trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM
- Ban Giám Hiệu và các Thầy Cô đồng nghiệp Trường Cao đẳng Điện lực
Tp.HCM đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành khóa học
- Va tat cả các anh, các bạn học viên cùng lớp, những người thân đã giúp đỡ,
đóng góp ý kiến, động viên tôi trong suốt thời gian học tập
Trân trọng
1p.HCM, ngày 20 tháng 1 năm 2015
4 lu
Trang 6iii
TOM TAT
Điện là một nguồn năng lượng không thể thiếu trong sự phát triển nền kinh tế của
bắt kỳ quốc gia nào trên thế giới, đặc biệt là đối với những quốc gia đang phát triển
trong đó có Việt Nam Bên cạnh đó giá thành điện năng tại các nút và các vùng trong
thị trường điện có ảnh hưởng rất lớn đến xã hội Qui hoạch thị trường điện là một
trong những bước quan trọng đẻ xây dựng giá điện
Luận văn trình bày các vấn đề liên quan đến việc thị trường điện và qui hoạch thị
trường điện, cấu trúc lưới truyền tải , đồng thời nghiên cứu cách vận hành và phương
pháp tính giá điện , giá nút và giá vùng
Sử dụng mô hình hệ thống điện 7 nút có nguồn dự phòng trong PowerWorld để khảo sát và đánh giá giá điện tại các nút ( vùng ) có xét đến những yếu tố ảnh hưởng
Trang 7iv
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 Beside the power cost at the node or area ( zone ) in the market power have a huge impact on society Arrangement market power is one of the important step to make power cost
Trang 8MUC LUC
9090607900776 7Š ẽẽ.ẽ.ẽ i
LỜI CẢM ƠN, 5< seo EHY CA S2 E.SEEkegzt 2E epEeeretreerserserseree ii
TOM TAT ecsssssessssssscssssssssssssssssesesecnsesssssssnansesensessesssssnsssevesccsnssesessssssussonsessesssseuunssssoonssnseeee iii
.) ý) (0 4: iv 10/9000 ố < VY
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮTT s22 se + sex exe vs eeeeceeszee vii )79);:010/929 98:01) viii DANH MỤC CÁC BẢNG -cs se S9 oxy eExovxevseevseseeree X
CHƯƠNG I1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN . - 5< se ke re eo 1 can 1 1.1 Đặt vấn đề St HH HH ng g1 121gr ung ườc 1 1.2 Tính cấp thiết của đề tài án HH 11011171102112111 001 2111x711 1x SE ree 2 2 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cỨu cv nh v nhe 2 2.1 Mục tiêu của để tài ác tà HH H221 11011011 1 ve 2 2.2 Nội dung nghiên cứu -:-22- 22 x22 + S211221127121171102117112T1.T111 11111 Exr 3 2.3 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu .- Ác Sàn c2 reg 3 P N 5.0 0 nh a.Ả Ả 3 2.3.2 Phương pháp nghiÊn CỨU - hT 2v S2 S2 12111111111 1111011 1 11H HH Hy 3 3 Gía trị thực tiễn của đề tài .-s- cv vn TH HH 112221 T1 2g Hee ereg 3
4 Bố ði9ãv).80)0 0n 3
CHUONG 2: TONG QUAN VE THI TRUONG DIEN, NGHEN MACH TRUYEN xì H ,ÔÓỎ 4 FC nh a4 4 2.2 Các mô hình thị trường điện Sàn HT HH HH HH HT TH TH TH HH HH ưyt 4 2.2.1 Mô hình thị trường điện thế giới ¿- 5< x13 1121101177121121 E111 xe 4 2.2.2 Mô hình thị trường điện Việt Nam - 2© St +2 3212711 71211 re 6 2.3 Những vấn đề về truyền tải điện trong thị trường điện ¿- 52 Scccccscnrerrerree 7 2.4 Nghẽn mạch truyền tải trong thị trường điỆn - nh nành HH Hà, 9
2.4.1 Đặt vấn đề HH1 22 12110121212 eeeeke 9
VP VI Co J0 na 4 10
Trang 9VI
2.4.4, Quan ly mạch trong thị trường điện - LH HH HH TH Hy nen rey ll CHUONG 3: TINH TOAN PHAN BO CONG SUAT TOI UU CHO TH] TRƯỜNG
i0 1a HA 14
3.1 Mục tiêu của bài tốn phân bố cơng suất tối ưu (Optimal Power Flow ¿ 14 3.2.Thiết lập bài toán phân bố công suất tối ưu theo phương pháp Newton 14
3.2.1 phurong phap nén cita newton ccsssssssessssssssssessessesessssssseesssessssssessevsssssstsescese 14
3.2.2 Sự phát triển hàm LAGRANGE, GRADIENT và HESSIAN te 14 3.2.3 Ap dung Phương pháp Newton thực hiện OPF 1 cuc nen ercrreey 17
3.3 Ứng dụng Matpower để giải bài toán phân bố công suất tối ưu 2 c7sz¿c: 17 3.3.1 Giới thiệu MatpoWe cv nh nh TH 10101 re reo 22
3.3.2 Biểu diễn hệ thống trong MatpowWer 2-2: 2 222nn 222021112 22T 22
3.3.3.Một số file.m trong MafpoWer - 22 t2 22222111 22.11 nnreeeeree 23 3.3.4 Mô phỏng sử dụng MatpoWer - su TT ng ng nen reeee 23 3.4 Mô phỏng trén phan mém PowerWorld .0-cscccccssccssscecsssesssessssesssssesssseseseesseccesececcseee 30
3.5, Kết luận cu 022 2 T21 0g rraHrrreeeererseeeee 34
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ÔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ CHO THỊ TRƯỜNG ĐIỆN 35 4.1 Vấn đề ôn định hệ thống điện 22222222222 n2212 2 HH Hee 35 4.2 Ôn định quá độ hệ thống điện 220 2222222E2Tn218211 2222 nghe 36 4.3.Các phương trình hệ thống điện 22220 2222 2 2E 2211121 2n nrec 37
4.3.1 Phương trình dao động -.-L Ln S H122 1211212 37
4.3.2 Phương trình máy điện 2-5 TH E317 T1 HH TH rsy 41 4.3.3 Phương trình hệ thong Gi6n csccccsescssssescsssesesssveccssssssarecesssserssssuscsssseseessvecce 46
4.4 Ôn định quá độ của hệ thống điện đơn “+13 48
4.4.1 Đặc tính công suất -s-ccs TH T1 02711 211 nen 48 4.4.2 Quá trình quá độ trong máy phát điện khi xảy ra ngắn mạch 50 4.5 Kết qua m6 phong trén phan mém PowerWorld .:cccccssscccssscsssseccsssssessssssessstessessecece 51 4.5.1, Y€u CAM CONG VIC ee ceeecccccccsssssssessssesssssesvessesessssssisesesssssssessssssssssisessesssevveeseeesse 51 4.5.2 Cài đặt chung cho mô phỏng và các kịch bản thời gian .cecccccsccccsessecseesesesees 52 CHƯƠNG 5: KET LUAN .22 C+e9SSESSe9EEV2EtEESEE2SEEEEES2SEeV2222E5.10122255 59
0 - 59
Trang 10vil
DANH MUC CAC TU VIET TAT
Trang 11vill
DANH MUC CAC HiNH
Hình 2.1 Các cấp độ phát triển thị trường điện Việt Nam 2222 ng 7 Hình 2.2 Mô hình công ty điện lực độc quyền liên kết dọc truyền thống § Hình 2.3 Hình cấu trúc thị trường in . -:â22s 2S 2212221211212 EEEEEnnee Đ
Hình 2.4 Hệ thống 2 nút không ràng buộc n HH HH re sưu 12
Hình 2.5 Hệ thống 2 nút bị ràng DUOC oo csscccscsseessseesesssesstecessecssscsssecsssesssecessesssses 13
Hình 3.1.Sơ đồ thuật toán phương pháp Newton-Raphson - se se 16 Hình 3.2 Trao đổi công suất giữa các 1u: 18
1 20
a) Hàm penalty cho điện áp
b) Hàm Penalty cho đòng công suất giới hạn
Hình 3.4 Sơ đồ lưới điện IEEE 14 nút - 2- 22v E2112221111211522151211xcEEEere 24 Hình 3.5 Đỗ thị giá nút của hệ thống IEEE - 14 bus -2- 22222222 2EEEEc ren 30
Hình 3.6 Hệ thống 7 nút, 3 vùng, điều khiển OPFE, giao dịch 0MW, 31
Hình 3.7 Hệ théng 7 nut, 3 vùng, điều khiển OPF, giao địch 20MW 31
Hình 3.8 Hệ thống 7 nút, 3 vùng, điều khiển OPF, giao dịch 2SMW 32
Hình 3.9 Hệ thống 7 nút, 3 vùng, điều khiển OPF, giao dịch 25MW ( thay đổi nhu cầu tải vùng bên phải) - ccc St t2 12 1 E1 E11011221111 1111 1101E-ETEE-EEEEEEesree 32 Hình 3.10 Hệ thống 7 nút, 3 vùng, điều khiển OPF, giao dịch 30MW, 33
Hình 4.1 Phân loại ồn định hệ thống điện S 2Se SE TE2E12E121xcEEEcerrrrrre 36
Hình 4.2a, b: Sự biểu diễn của máy điện đồng bộ 22s 222v 222nrv2EErccree 4I Hình 4.3a, b: Sự biểu diễn của máy điện đồng bộ - 2 2s 22S22SE222252EEcce 42 Hình 4.4 Đề thị góc pha để xác định thành phần ngang trục của điện áp sau điện
kháng quá đỘ TL nnn TH 12 HH TH HT 010011 x1 rrếy 4 Hình 4.5 Đặc trưng đơn giản hóa máy điện cảm ứng . 2-5-5 cx+xvzy 44 Hình 4.6.Sơ đồ mạch tương đương của máy điện cảm ứng ở trạng thái ổn định 45
Trang 12ix
Hình 4.11 Hệ thống điện 6 bus với máy phát có day van điều tiết 51 Hinh 4.12 Chon loai may phat cho hé thong .ccecccsccsccscssccssssesssssstessessesecereescescese 52
Hình 4.13 Định nghĩa bus v6 han cccccccecscessssscsecessessessesrsesessessesssesesseesseueescesceec, 33
Hình 4 I4 Thiết lập chung cho các kịch bản thời gian 2 He 54
Hình 1 G6c Roto csccecsscseesesessesessssssesssssessessessesassussavesssssssssssessssaessestssseereessescese 55
Trang 13DANH MUC CAC BANG
Trang 14CHUONG 1: GIGI THIEU LUAN VAN
1 Giới thiện 1.1 Dat van dé
Quá trình cải tổ và cơ cấu lại ngành điện đã và đang diễn ra ở nhiều nước phát triển trên thế giới Ở các nước này, ngành công nghiệp điện theo xu hướng cạnh tranh và thị trường điện đang dân thay thế các phương pháp vận hành truyền thống Mục tiêu của thị trường điện chính là giảm giá điện thông qua sự cạnh tranh, nâng cao hiệu quả hoạt động và hiệu quả đầu tư của các công ty Điện lực Quốc gia (hầu hết là sở hữu Nhà nước), tăng cường tính cạnh tranh ở cả 3 khâu: sản xuất, bán buôn và bán lẻ
điện năng bằng cách thiết lập thị trường điện và tư nhân hóa một hay nhiều bộ phận
của Công ty Điện lực Quốc gia Kết quả cho thấy đây là một tiến bộ của khoa học quản lý trong ngành năng lượng Bởi vì, thị trường điện tạo ra môi trường kinh doanh cạnh tranh bình đăng giữa các doanh nghiệp và là giải pháp hữu hiệu huy động vốn
trong việc đầu tư xây dựng nguồn phát cũng như hệ thống truyền tải điện
Mặc dù quá trình cải tô cơ câu tổ chức và thiết lập cạnh tranh trong ngành công
nghiệp điện ở một số nước trên thế giới đã thực hiện được nhiêu năm và còn nhiêu
nước khác đang và sẽ tiệp tục triển khai, nhưng cho đến nay chưa có một mô hình thống nhất cho thị trường điện & tat cả các quốc gia
Xuất phát từ yêu cầu thực tế, khi nền kinh tế Việt Nam đã và đang hội nhập với
nền kinh tế trong khu vực và trên thế giới thì việc hình thành thị trường điện là một tất yếu Khi đó, cơ cấu tổ chức và phương thức hoạt động của ngành điện nói chung
và của Công ty Truyền tải điện nói riêng sẽ phải có những thay đổi cơ bản để đáp ứng
phù hợp với các quy định mới trong hoạt động điện lực, cũng như các quy luật của cơ
chế thị trường
Ở Việt Nam, lộ trình cho việc áp dụng thị trường điện đã được Thủ tướng Chính
phủ phê duyệt Hiện nay, đang áp dụng những bước thí điểm và sau đó tiến tới xây
dựng một thị trường điện cạnh tranh hoàn toàn Thị trường điện là một vấn để rất mới
Trang 15áp dụng một cách linh hoạt, hợp lý để từng bước xây dựng thị trường điện Việt Nam thích hợp trong từng giai đoạn
1.2 Tính cấp thiết của đề tài
Hệ thống truyền tải thường bị điều khiển bằng hoặc thậm chí vượt quá giới hạn
nhiệt của chúng để đáp ứng gia tăng nhu cầu tiêu thụ điện năng và thương mại do sự gia tăng công suất không có trong kế hoạch Nếu sự thay đổi không được kiểm soat,
một số đường dây có thể trở nên quá tải, hiện tượng này có thể gay mat ổn định hệ thống Khi hệ thống mắt ổn định có thẻ phải cắt hàng loạt các tổ máy, các phụ tải có
thể tan rã hệ thống và gây thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế Do đó cần nghiên
cứu ôn định trong khi thiết kế, vận hành hệ thống nhằm đảm bảo:
- On định trong mọi tình huống vận hành bình thường và sau sự cố
- _ Có thể vận hành bình thường trong mọi tình huống thao tác vận hành và kích
động của sự cố Việc mất ổn định hệ thống là một vấn đề lớn trong thị trường
điện cạnh tranh và dẫn đến nhiều tranh chấp Mat én dinh hé thống có thể được cải thiện thông qua nhiều cách khác nhau Một số nghiên cứu đã được
thực hiện dé giải quyết các vấn đề bằng cách sử dụng các tiêu chuẩn én định
Vấn đề mắt ổn định là rõ rệt hơn trong thị trường phi điều tiết và có tính cạnh
tranh và nó cần một xử lý đặc biệt Trong môi trường này, nhà điều hành hệ thống
độc lập (SO) phải làm giảm sự mắt ổn định, để hệ thống được duy trì ở trạng thái an toàn
Với lý do trình bày ở trên cho thấy, việc nghiên cứu đề tài “NGHIÊN CỨU VẬN HANH DAM BAO ON ĐỊNH TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH
TRANH” là một yêu cầu mang tính cấp thiết trên cả hai phương diện lý luận và thực
tiễn, phù hợp với việc phát triển thị trường điện tại Việt Nam
2 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
2.1 Mục tiêu của đề tài:
Nghiên cứu bài toán vận hành ổn định hệ thống điện bao gồm bài toán tối ưu
Trang 162.2 Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu cơ chế vận hành thị trường điện, đặc biệt thị trường điện bán buôn
- Nghiên cứu bài tốn trào lưu cơng suất tối ưu (OPF) bằng phần mềm Matpower và
Power world
- Cở sở lý thuyết về phân tích đánh giá ổn định quá độ
- Mô phỏng bài toán OPF đảm bảo ổn định cho thị trường điện khi xảy ra ngắn mạch bằng phần mềm Power world
2.3 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứn 2.3.1 Phương pháp luận
Tìm hiểu tổng quan về cơ chế vận hành thị trường điện Các vấn đề liên quan
đến bài toán vận hành đảm bảo ổn định thị trường điện
2.3.2 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tài liệu về vận hành thị trường điện
- Nghiên cứu vấn đẻ vận hành đảm bảo ổn định lưới điện
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về ồn định quá độ
- Giải bài toán phân bố công suất tối ưu ràng buộc én định cho thị trường điện trong
vận hành xác lập và quá độ
3 Gia tri thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở cho việc thiết kế quy hoạch và vận
hành thị trường điện bán buôn của Việt Nam dự kiến tiến hành thực hiện từ năm 2015
4 Bố cục của luận văn
Chương 1: Giới thiệu dé tai
Chương 2: Tổng quan thị trường điện, nghẽn mạch truyền tải
Chương 3: Tính toán trào lưu công suất tối ưu cho thị trường điện Chương 4: Nghiên cứu ổn định quá độ cho thị trường điện
Trang 17CHUONG 2: TONG QUAN VE THI TRUONG DIEN, NGHEN MACH TRUYEN TAI
2.1 Giới thiệu
Khái niệm về thị trường điện: Cũng như các giao dịch thương mại khác, các
giao dịch điện năng cũng cần có các thiết chế như: Người mua, người bán, các hợp
đồng, các cơ chế quản lý thị trường, cơ cấu giá thành, người vận hành thị trường và người vận hành hệ thống
Đối với các quốc gia đang phát triển thì đang gặp phải vấn đề là phụ tải tăng
nhanh kết hợp với việc quản lý hệ thống không hiệu quả, hợp lý đã làm ảnh hưởng đến
khả năng nguồn tài chính để hỗ trợ đầu tư trong việc cải tạo nâng cấp công suất phát điện và khả năng truyền tải Do đó nhiều quốc gia buộc phải xắp xếp lại ngành điện của họ để nâng cao hiệu quả kinh tế trong vận hành hệ thống điện
Mặt khác, ở các quốc gia phát triển, vấn đề đặt ra là phải cung cấp điện năng
với giá thấp hơn và tạo điều kiện cho nhà tiêu thụ có nhiều lựa chọn hơn trong việc
mua điện năng giá rẻ
Mục tiêu của việc thay đổi cách thức vận hành, nghĩa là điều tiết lại để nâng cao tính cạnh tranh và mang đến cho người tiêu thụ những chọn lựa mới và lợi ích kinh tế
Dưới môi trường điều tiết, cơ cấu tổ chức ngành dọc mà điều hành tất cả các chức năng bao gồm phát điện, truyền tải, phân phối và bán lẻ bị tách ra thành các công ty
riêng biệt phục vụ cho mỗi chức năng
2.2 Các mô hình thị trường điện
2.2.1 Mô hình thị trường điện thế giới
Ở các nước Tây Âu, Mỹ và các nước khác, với nền kinh tế thị trường, không
thể tránh khỏi việc tổ chức thị trường trong ngành điện Vào cuối thế kỷ XX, thị
trường điện được phân chia thành 4 mô hình cơ bản và được các nước sử dụng dưới dạng này hoặc dạng khác: Mô hình 1, độc quyền điều tiết tự nhiên (không có cạnh
Trang 18Đổi với mô hình ï, Độc quyên điều tiết (không có cạnh tranh): những công ty độc quyền tự nhiên phân cấp theo ngành đọc, chiếm lĩnh toàn bộ lĩnh vực sản xuất,
truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng Nhà nước điều khiển những công ty này để
họ không lợi dụng được thế độc quyền của mình Sự phát triển của hệ thống điện
(HTD) được đảm bảo nhờ việc đưa thành phần vốn đầu tư vào giá đối với hộ tiêu thụ
Giá điện được xác lập theo mức chỉ phí sản xuất điện trung bình của HTĐ cộng với
một thành phần vốn đầu tư mới trong giá thành Mô hình này được áp dụng ở nước ta
cho đến cuối thập niên đầu của thế kỷ này
Trong mô hình 2, Hãng mua điện độc quyền: các nhà sản xuất điện độc lập về tài chính cạnh tranh với nhau trong việc cung cấp điện năng cho một hãng mua duy nhất Các lĩnh vue con lai cia HTD được giữ nguyên cơ cấu phân ngành theo chiều đọc và đối với người tiêu thụ nó được giữ độc quyên như trước Hoạt động của Hãng
mua điện (kể cả việc quyết định giá điện mua của nhà sản xuất và bán cho hộ tiêu thụ) được điều tiết bởi Nhà nước Mô hình này sẽ hiện thực hóa hiệu quả cạnh tranh giữa
các nhà sản xuất điện năng Khi có sự điều tiết đúng của nhà nước, giá điện cho các hộ
tiêu dùng sẽ thấp hơn so với điều tiết độc quyền Đây chính là ưu thế cơ bản của mô
hình này so với mô hình trên
Ở mô hình 3, Cạnh tranh trên thị trường bán buôn: lĩnh vực phân phối và tiêu
thụ điện năng được chia theo vùng với sự thành lập một số công ty phân phối - tiêu thụ
điện, độc quyền cung cấp điện cho tất cả các hộ tiêu dùng trong lãnh thổ của mình
Thị trường bán buôn điện được tổ chức với một Nhà điều hành hệ thống thương
mại, trong đó, các nhà sản xuất và nhà phân phối - tiêu thụ điện cạnh tranh với nhau,
và như vậy sẽ chấm dứt tình trạng điều tiết giá bán buôn Đồng thời, cũng thành lập Nhà điều độ hệ thống độc lập thực thi nhiệm vụ điều độ vận hành HTĐ Mô hình nay
vận hành khá phức tạp do có hai nhà điều hành hệ thống điện, một nhà điều hành
thương mại và một nhà điều độ kỹ thuật hệ thống điện Trong quá trình hoạt động dễ gặp rủi ro gây mắt én định và độ tin cậy cung cấp điện Hơn nữa việc thêm 1 nhà điều
hành hệ thống thương mại sẽ có thể làm tăng thêm giá bán điện
Mô hình 4, Thị trường cạnh tranh cả bán buôn và bán lẻ: lĩnh vực phân phối và
Trang 19được tổ chức, trong đó các công ty bán lẻ điện (mua điện trên thị trường bán buôn)
cạnh tranh với nhau, chấm dứt việc điều tiết giá bán lẻ
2.2.2 Mô hình thị trường điện Việt Nam
Năm 1994, chính phủ từng bước cải thiện ngành điện bằng cách tách rời chức năng quản lý nhà nước và chức năng quản lý doanh nghiệp Năm 1995, chính phủ
quyết định thành lập EVN như; là một doanh nghiệp nhà nước quản lý khối nguồn, khối truyền tải, khối phân phối và các dịch vụ phụ trợ Luật điện lực có hiệu lực thi
ngành từ ngày 01 tháng 7 năm 2005 Cục điều tiết điện lực được thành lập theo quyết
định số 258/2005/qđ-ttg ngày 19/10/2005 Thủ tướng chính phủ vừa phê duyệt lộ trình các điều kiện hình thành và phát triển các cấp độ thị trường điện lực tại việt nam theo quyết định số 26/2006/qđ-ttg ngày 26/01/2006 Lộ trình cải tổ ngành điện nước ta theo
ba bước sau:
Bước I (2001-2005): chuẩn bị hình thành thị trường điện cạnh tranh
Evn là chủ sở hữu nhà nước chịu trách nhiệm với toàn bộ dây chuyên sản xuất
của hệ thống điện: sản xuất — truyền tải — phân phối Khối sản xuất theo cơ chế hạch
toán độc lập nhằm chủ động trong chỉ phí sản xuất và hạ thấp tôn thất, thi hành cơ chế
hạch toán trê cơ sở lợi nhuận, huy động vốn thuận lợi, đa dạng hóa quyền sở hữu vốn
đầu tư Khối truyền tải là thành viên thường trực của việc quản lý đối với các dự án nở
rộng lưới truyền tải điện Khối phân phối mua điện từ evn, bán điện cho khách hàng tiêu thụ và chịu trách nhiệm đối với vốn đầu tư trong mạng lưới phân phối Ngồi các
cơng ty phân phối của evn, sự hình thành các công ty phân phối độc lập theo thể thức cỗ phần, tư nhân hoặc liên doanh cũng được khuyến khích
Bước 2 (2006-2014): thị trường phát triển điện cạnh tranh, là giai đoạn đầu tiên đưa cạnh tranh vào khâu phát điện Các công ty phát điện sẽ phải cạnh tranh với nhau
để bán điện cho EVN Đề tăng mức độ canh tranh, tạo sự lựa chọn cho các công ty
phát điện, EVN dự kiến sẽ cho phép các công ty phát điện ngoài EVN được bán điện trực tiếp đến một cụm các khách hàng tiêu thụ điện trên một khu vực địa lí hành chính,
Trang 20Đước 3 (sau 2014): sau giai đoạn đầu tiên, thị trường điện Việt Nam tiếp tục
triển khai giai đoạn 2 và giai đoạn 3
Giai đoạn 2 (2015-2022): thị trường bán buôn điện cạnh tranh, tạo sự cạnh
tranh trong khâu phát và bán buôn điện: các công ty kinh doanh phân phối bán lẻ được quyền lựa chọn mua điện từ bất cứ công ty phát điện nào: tạo động lực đề các công ty phát điện nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh: cho phép các công ty phân phối quyền được kết nối lưới truyền tải và lựa chọn nhà sản xuất
Giai đoạn 3 (sau 2022): thị trường bán lẻ điện cạnh tranh, cho phép cạnh tranh trong tất cả các khâu phát, bán buôn và bán lẻ điện: quyền tự do; kết nối lưới điện được mở rộng từ lưới truyền tải quốc gia đến lưới điện phân phối: tất cả các khách hàng mua điện đều được quyền lựa chọn người bán là các công ty bán lẻ, các công ty
bán lẻ lại được quyền lựa chọn mua điện từ các nhà máy điện trong hệ thống điện
thông qua thị trường bán buôn điện ey Đán buôn điện i cenhtranh TT bán bn hồn chính >
Chuan bj Chuan bj Chuan bj
cho cho 24+2B cho 3A+38
†Aa+1Ð
Hình 2.1 Các cấp độ phát triển thị trường điện Việt Nam
2.3 Những vấn đề về truyền tải điện trong thị trường điện
- Vận hành hệ thống điện là điều khiển hoạt động của hệ thống điện sao cho
điện năng được truyền từ các nguồn điện đến các phụ tải đúng như yêu cầu của họ với các chất lượng phục vụ đạt yêu cầu và với chỉ phí sản xuất và truyền tải nhỏ nhất trong
điều kiện hiện có của lưới điện và hệ thống điện Hệ thống điện thông qua hệ thống
Trang 21tục điện áp; phải dự phòng công suất tác dụng và phản kháng đủ đáp ứng cáctrường hợp sự cố nguồn điện; khi sự cố, nguồn điện kể cả dự phòng không đủ đáp ứng phụ tải thì phải sa thải phụ tải để giữ vững hệ thống điện và khi xây ra nghẽn mạch cần phải
điều chỉnh chế độ phát của các nhà máy điện hoặc sa thải phụ tải nếu cần để giữ vững hệ thống điện Hình 2.2 Mô hình công ty điện lực độc quyền liên kết đọc truyền thống a Truyền tải Phát điện = Phân phối va —= Tiêu thy —_— _ \\ Z7 = > Đơn vị bán lẻ
== CÔNGSUÁI.: 6> THÔNGT: ——> TIỀN TỆ:
Hình 2.3 Hình cấu trúc thị trưởng điện
- Lưới điện trong thị trường điện: là lưới điện mở cho mọi khách hàng, trong
khi HTĐ độc quyền, lưới điện cùng với nhà máy điện và các đơn vị phân phối điện là
Trang 22công bố chỉ phí sử dụng lưới điện, phí vận hành; bảo đảm cơ hội sử dụng lưới điện
một cách công bằng cho mọi khách hàng, không có sự phân biệt đối xử nào; mở thị trường thứ cấp đấu thầu quyền truyền tải chắc chắn và thực hiện các biện pháp nâng cao khả năng tải Bên cạnh đó, lưới truyền tải điện làm các dịch vụ cho người sử dụng bao gồm: Dịch vụ chính là tải điện từ điểm này đến điểm khác của lưới điện theo yêu câu của người bán và người mua
Từ hình 2.3 có thể thấy rằng, khách hàng tiêu thụ thực hiện việc giao dịch của
họ thông qua đơn vị bán lẻ hoặc giao dịch trực tiếp với công ty phát điện, phụ thuộc
vào mô hình thị trường điện những đơn vị bán điện khác nhau sẽ phân phối điện năng
của họ tới khách hàng của họ (qua đơn vị bán lẻ) trên các đường dây truyền tải và phân
phối được điều hành bởi ISO Nhà sản xuất, công ty truyền tải và phân phối, và đơn vị bán lẽ lien lạc với ISO Phần lớn, khách hàng lien lạc bán lẽ về nhu cầu điện năng
Đơn vị bán lẻ hợp đồng với công ty phát điện và mua điện năng từ họ và chuyển tải điện năng tới khách hàng thong qua đường dây truyền tải và phân phối
2.4 Nghẽn mạch truyền tải trong thị trường điện
2.4.1 Đặt vấn đề
- Khái quát về nghẽn mạch: Nghẽn mạch là tên gọi hiện tượng quá tải, quá áp và giới hạn ôn định bị vượt qua
Quản lý nghẽn mạch là một trong những thách thức trong hệ thống nhiều nhà
cung cấp và nhiều nhà tiêu thụ Trong cấu trúc liên kết đọc, tất cả các khâu phát điện,
truyền tải và phân phối ở trong phạm vi hệ thống quản lý năng lượng tập trung Việc phát hiện được huy động công suất nhằm mục tiêu vận hành chỉ phí tối thiểu hệ thống Trong hệ thống này, quản lý nghẽn mạch thường được quan tâm bằng cách
xác định giải pháp điều độ tối ưu, sử dụng OPF hoặc vấn đề điều độ kinh tế với rang
buộc an tồn Mơ hình phát điện được xác định như vậy không làm quá tải đường dây
Trang 2310
2.4.2 Xác định nghẽn mạch
Bất kế khi nào, ràng buộc vật lý hoặc ràng buộc vận hành trong lưới truyền tải bị vi phạm thị hệ thống được coi là đang ở trạng thái nghẽn mạch Các giới hạn trong
van để nghẽn mạch là giới hạn nhiệt của đường dây, mức cảnh báo của máy biến áp,
giới hạn điện áp nút, ổn định quá độ hoặc ổn định giao động Các giới hạn này ràng buộc lượng công suất có thể truyền tải giữa hai vị trí thông qua lưới truyền tải Công suất truyền tải không được tăng lên đến mức mà khi có xảy ra sự cố sẽ làm tan rã
lưới điện vì không ổn định điện áp Trong cấu trúc thị trường điện, những người
tham gia thị trường (nhà cung cấp và nhà tiêu thụ điện năng) tự do cam kết trong việc giao dịch và hành xử thông qua ảnh hưởng của thị trường, nhưng theo cách không được báo trước tình trạng vận hành của hệ thống điện Vì vậy, không quan tâm đến cấu trúc thị trường, quản lý nghẽn mạch trở thành hoạt động quan trọng của
các đơn vị điều hành hệ thống điện Nói chung, hai mục tiêu phối hợp quản lý nghẽn mạch là giảm tối thiểu sự can thiệp vào lưới truyền tải trong thị trường điện, đồng
thời vận hành an ninh hệ thống điện
2.4.3 Ảnh hưởng của nghẽn mạch
Luật kirchoff kết hợp với độ lớn và vị trí của nguồn phát và phụ tải, trở kháng đường dây và hình dạng lưới điện xác định nên dòng công suất trên mỗi đường dây Do đó, các ràng buộc an toàn hệ thống điện cần phải có một sự thay đổi kế hoạch phát điện từ việc huy đông công suất hiện quả nhất Trong môi trường liên kết đọc
truyền thống, mô hình phát điện có sựn ổn định rõ ràng và việc mở rộng mạng lưới
truyền tải có thể được hoạch định cùng với việc xâ dựng mới các nhà máy điện Trường hợp này, nghẽn mạch hiếm khi xảy ra và mô hình phân bố công suất có thể dự báo trước Tuy nhiên trong cấu trúc thị trường điện, với việc các công ty phát điện (GenCos) cạnh tranh trong môi trường tự do kết nếi vào lưới truyền tải, việc phát
điện hay phân bố công suất có thể thay đổi rất nhiều trong một thời gian ngắn với tác
động của thị trường Trong tình huống đó, cần thiết phải phối hợp quản lý nghẽn
Trang 2411
2.4.4 Quan ly mach trong thi trường điện
Hiệu quả thị trường được đo lường bởi phúc lợi xã hội của nó Phúc lợi xã hội
là sự kết hợp của chỉ phí điện năng và lợi ích điện năng đối với xã hội cũng như được đo lường bởi sự bằng lòng thanh toán lượng điện năng tiêu thụ của xã hội Sự khác nhau trong phúc lợi xã hội giữa một thị trường hoàn toàn và một thị trường thật là việc đo lường hiệu quả của thị trường thật Tác dụng của nghẽn mạch truyền tải làm cho thị trường không hiệu quả
Việc sử dụng OPF và LMP đã được đưa vào thực tiền để quản lý nghẽn mạch ở
một số quốc gia trên thế giới Nhà cung cấp giới thiệu hàm chỉ phí phát điện, được
xem như hàm chào giá đến ISO với mong muốn bán lượng điện năng của họ ISO có toàn bộ mô hình lưới truyền tải và có thể thực hiện tính tốn OPF
Phân bố cơng suất tối ưu (OPF) là kỹ thuật quan trọng nhất đẻ đạt được các mô hình phát điện chỉ phí nhỏ nhất trong một hệ thống điện với các điều kiện rằng buộc
truyền tải và vận hành có sẵn Vai trò của trung tâm vận hành hệ thống độc lập (ISO)
trong thị trường cạnh tranh là điều độ điện năng đáp ứng hợp đồng giữa các bên tham gia thi trường Giá nút xác định bởi OPE được sử dụng theo cách thức sau:
+ Các máy phát được thanh toán theo giá điện tại nút
+ Các phụ tải cần phải thanh toán theo giá điện tại nút
Nếu không có nghẽn mạch, tất cả các nút trong hệ thống có cùng giá nút, các máy phát được thanh toán cùng giá điện năng của họ cũng như các phụ tải càn thanh toán cùng giá điện năng cua họ Khi có nghẽn mạch xảy ra, các giá nút khác nhau, mỗi máy phát được thanh toán theo giá nút của nó và mỗi phụ tải phải thanh toán tiền điện năng theo giá nút của nó
ISO nhận đường cong chào giá từ những người tham gia thị trường Đường cong chào giá cung cấp chỉ ra mức giá tối tiểu mà nhà cung cấp sẽ sản xuất một lượng công suất Đường cong chào giá tiêu thụ chỉ ra mức giá tối đa có thể chấp nhận mà nhà tiêu thụ có thể mua một lượng công suất Thông qua chương trình tính toán bài toán tối
ưu, giá tại mỗi nút trên tên toàn bộ hệ thống được tính toán Các giá cuối cùng mà chi
phối bất kỳ sự giao dịch nào dựa trên cơ sở các giá chào đã đệ trình và được điều chỉnh
Trang 2512
ràng buộc hệ thống Đơn vị điều hành hệ thống tính toán gid nut bing OPF và tất cả
các nhà cung cấp và nhà tiêu thụ phải chấp nhận giá này Tuy nhiên, trong thực tế không phải lúc nào cũng theo tình huống như vậy
Giả sử có vài người tham gia thị trường, vì một lý do nào đó, không muốn bị điều chỉnh công suất phát của họ trong tình huống nghẽn mạch truyền tải Điều này tùy thuộc vào tỉnh trạng thị trường truyền tải tách rời với nhau Với tình huéng này, những người tham gia thị trường mong muốn đưa ra các giá chào riêng biệt, cung cấp các giá
chào cho thị trường điện và điều chỉnh các giá chào cho thị trường truyền tải Sự tham
gia ở cả hai thị trường là tự nguyện Một số người tham gia chỉ chào giá vào thị trường điện, trong khi những người tham gia khác chỉ cung cấp giá chào điều chỉnh và một số
khác tham gia chào giá ở cả hai thị trường Trước tiên thị trường điện được minh bạch
không xét các ràng buộc truyền tải Nếu có bất kỳ sự vi phạm giới hạn truyền tải nào
sau khi minh bạch thị trường điện, thì đơn vị điều hành hệ thống sử dụng giá chào điều
chỉnh theo hướng kinh tế nhất dé giảm nhẹ nghẽn mạch trước khi chấp thuận các giá
chào từ thị trường điện Vi du minh hoa:
Trwong hgp 1: Xét hệ thống 2 nút đơn giản như hình 2.4 Giả thuyết hệ thống có tổng
thất công suất không đáng kể Với điều kiện giao dịch được xác định với thị trường
không bị giới hạn khả năng truyền tải
Đường dây không rừng buộc L2 100 MW 0 Mvar Hình 2.4 Hệ thống 2 nút không ràng buộc
Hệ thống có nhà cung cấp gồm 2 nút và 2 máy phát: GI tại nút 1 và nhà G2 tại nút 2
Khách hàng L2 tại nút 2 dự kiến mua 100MW GI đưa ra bản chào giá cung cấp
Trang 2613
vậy G2 sẽ không được huy động công suất G1sẽ bán 100MW cho khách hàng L2 tại
nút 2 Do đó tổng chỉ phí mỗi gid 1a 1000$/MWh
Trường hợp 2: tương tự như trường hợp I nhưng có xét đến giới hạn khả năng truyền tải trên đường dây giữa nút lvà nút 2
Đường dây bị giới hợn rùng buộc
0 Mvar
Hình 2.5 Hệ thống 2 nút bị ràng buộc
Giả sử ta huy động công suất tối ưu nhằm cực tiểu tổng chi phí như trường hợp 1: nhà cung cấp GI tại nút I được huy động 100MW bán cho khách hàng D2 tại nút 2 và G2 tại nút 2 không được huy động công suất Trong trường hợp này, việc giao dịch I00MW giữa GI tại nút I và L2 tại nút 2 không thể thực hiện được vì sẽ xảy ra quá tải do khả năng tải của đường dây là 80 MW
Để loại trừ hiện tượng quá tải này, G1 chỉ được huy động 80 MW và huy động thêm công suất của G2 với mức giá cao hơn Với việc huy động này, tổng chi phi sé 1a 11003/h Ràng buộc giới hạn truyền tải của đường đây làm tăng thêm tổng chỉ phí của
hệ thống là 1.1%,
Về cơ bản ta có thể xử lý nghẽn mạch bằng hai phương pháp Một mặt, ta phân bố lại công suất trên đường dây truyền tải và khả năng truyền tải thực tế trên đường dây không vi phạm bat kỳ rang buộc nào Mặt khác, ta có thể xác định chi phí nghẽn
mạch như là sự chênh lệch giữa chỉ phí đảm bảo cung cấp cho phụ tải hệ thống không
xét đến bất kỳ điều kiện ràng buộc nào và chỉ phí cung cấp cho phụ tải không vi phạm
Trang 2714
CHUONG 3: TINH TOAN PHAN BO CONG SUAT TOI UU
CHO THI TRUONG DIEN
3.1 Mục tiêu của bài tốn phân bố cơng suắt tối ưu (Optimal Power Flow)
Nhìn chung, mục tiêu của bài toán phân bố công suất tối ưu (OPF) là cực tiểu chỉ phí vận hành trong khi vẫn bảo đảm được én định hệ thống Chỉ phí vận hành của
hệ thống chủ yếu phụ thuộc vào hàm chỉ phí của máy phát Trong khi, việc bảo đảm én
định hệ thống trong bài toán OPF là giữ cho mỗi thiết bị của hệ thống nằm trong giới
hạn hoạt động ở trạng thái bình thường Nó bao gồm công suất cực đại và cực tiểu của
máy phát, công suất truyền cực đại của dây din va máy biến áp, cũng như giữ cho điện
áp năm trong giới hạn cho phép
Để thực hiện những mục tiêu đó, OPF sẽ điều khiển tất cả các hàm ổn định của
hệ thống Đối với máy phát, OPF sẽ điều khiển công suất tác dụng cũng như điện áp
phát Đối với hệ thống truyền tải, OPF có thể thực hiện thông qua việc điều khiển tỉ số
biến áp, độ lệch pha của máy biến áp, điều khiển bù ngang và tất cả các thiết bị điều
khiển dòng xoay chiều linh hoạt khác
3.2 Thiết lập bài tốn phân bố cơng suất tối ưu theo phương nháp Newton 3.2.1 phương pháp nền của newton
Phương pháp Newton là một thuật toán mạnh vì nó hội tụ nhanh về lời giải
Tính chất này đặc biệt hữu ích cho việc áp dụng trong hệ thống điện bởi vì các điều
kiện ban đầu dễ xác định Điện áp sẽ nằm quanh giá trị định mức, công suất phát của máy phát có thể tìm từ các dữ liệu trong quá khứ và tỉ số phân áp của máy biến áp gần với giá trị 1,00 pu
3.2.2 Sự phát triển hàm LAGRANGE, GRADIENT và HESSIAN
Để giải bài toán phân bố tối ưu công suất bằng phương pháp Newton chúng ta phải dựa vào công cụ biến đổi của hàm Lagrange:
L(z) = f(x)+u Lr A(x) + AT g(x) =ham Lagrange Trong đó: f{x) là hàm mục tiêu
Trang 2815
#(%) là ràng buộc không cân bằng
z=[x w %] ,H Và ^ là các vectơ của nhân tử Lagrange Gradient va Hessian cia ham Lagrange có thể được xác định: Gradient = VL(z)= 2@ Oz; là véctơ đạo hàm bậc nhất của hàm Lagrange ô°L() ?L(z) 82L(z) Ơx¡ơx; Ơx¡ÐH; OxjdA; ‘an = V2 ~ya— 2L@) _ ð?LŒ) Hessian=V°L z =H = 2xiơx; — Ơmiơx/ 0 0 8?L(z) 8¡ôx¡ 0 0
là ma trận đạo hàm bậc hai của hàm Lagrange
Ta thay ma trận Hesian có cấu trúc là một ma trận thưa, điều này sẽ được khai
thác trong việc xây dựng thuật giải
Theo lý thuyết tối ưu, điều kiện cần Kunhn-Tucker cho tối ưu là
* * ik & Z *
Vy⁄Œ )=VxL(x, ÀA ,u )=0 ; Aj 20 néug(x )=0
VaL(z )=V_ L(x" au *)=0 ; À; >0 nếu g(x )=0
Vụ Lz”)= VI(xŸ,A*,u") =0 ; uy = sd thuc
Trong đó - z” =[x`, A`,u `] là nghiệm tối ưu
Như vậy việc giải phương trình V z L@œ` )=0 sẽ cho được phương án tối ưu a Ràng buộc không cân bằng
Đối với vấn đề này thì ràng buộc không cân bằng được quan tâm nhiều hơn, và
cũng cần chú y la ham Lagrange chi áp dụng các ràng buộc này khi mà chúng có hiệu
lực
Chẳng hạn như: nếu điện áp năm trong vùng hoạt động định trước, khi đó không cần phải có các hàm ràng buộc không cân bằng về điện ap
b Phương pháp giải
Theo phân tích ở trên, việc giải quyết vấn đề cực tiểu có thể thực hiện
Trang 2916
Sơ đồ thuật toán cho quá trình này được trình bày ở ?ình 3.1, và sơ đồ thuật toán này áp dụng cho bất kỳ hàm cực tiểu nói chung Nhập giá trị ban đầu cho vectơ z=+H Ä" phân mà ràng buộc không cân băng không chê Ỷ Lập hàm lagrange có ràng buộc không cân băng Ỷ Tính Hessian và Radient ctia ham < Xác định tập Lagrange ràng buộc 1 khong can _ ” bằng mới đề Tính z mới thúc ép nhân Zméi = ZeatAz tur Lagrange “a * Giải phương trình H Az = VL(2)
Trang 3017 3.2.3 Ap dung Phương pháp Newton thực hiện OPE a Hàm mục tiêu Mục tiêu của OPF là cực tiểu chỉ phí vận hành Hàm chỉ phí thường dùng cho máy phát là hàm bậc hai:
Cpạ, = a¡ + bịBại + c¡Pậi
Trong đó Pạ¡: là lượng công suất phát ra (MW) từ máy phát thứ ¡ Hàm mục tiêu
cho toàn bộ hệ thống khi đó có thể viết là tổng hàm chỉ phí bậc hai của mỗi máy phát: JŒ)= ¡(pạ, = a¡ + bịPạ¡ + c¡Pấi)
b Ràng buộc cân bằng
Ràng buộc cân bằng của OPF thẻ hiện tính vật lý của hệ thống Tính vật lý
được áp đặt thông qua sự cân bằng dòng công suất Điều này được trình bày bằng tổng công suất tác dụng và phản kháng bơm vào tại một nút bằng không
Pye =O=Vq m=i Vm EkmCOS Ưy—Ơm +bựmsin Ôy—ỗm — Pex + Que N
Q„ = 0 = Ù, Yin Semin ôy — ôm + bưmc0S Ôy — Ổm — Qcy + Q.„
m=1
Trong dé: P, là công suất tác dụng bơm vào nút k
Q, la công suất phân kháng bơm vào nút k
Một điều thường gặp cho người vận hành hệ thống là cần phải cài đặt điện áp
cho mỗi máy phát Trong trường hợp này ràng buộc cân bằng cho mỗi máy phát được
thêm vào:
Vo: ~ Voie = 9
V6i Vis Voiaat 4 dién ap dau cuc máy phát ¡ và điện áp đặt của máy phát ¡
Cuối cùng, đối với hệ thống có nhiều vùng, thêm các ràng buộc là công suất truyền tải phải theo đỗ thị truyền tải công suất
Trang 3118
Vùng cuối cùng không cần có ràng buộc cân bằng và trở thành “§laek area” Xem hệ thống 3 vùng, đơn giản với đồ thị trao đổi công suất được chỉ ở hình 3.2 Với ràng buộc cung cấp cho các tải, ràng buộc cho hai vùng, vùng thứ 3 sẽ được áp đặt để
có đồ thị trao đổi Do vậy, thêm một ràng buộc nữa là không cần thiết
Tải 3 Tải 2
Hình 3.2 - Trao đổi công suất giữa các vung ce Rang buộc không cân bằng
Ràng buộc không cân bằng của OPF thể hiện giới hạn vật lý của thiết bị trong
hệ thống cũng như các giới hạn được tạo ra để đảm bảo én định cho hệ thống Các giới
hạn đó bao gồm: Máy phát, Máy biến áp (MBA), đầu phân áp MBA, và MBA dịch
pha
Máy phát có giá trị công suất đầu ra max và min, khi đó ràng buộc được thêm vào là:
PG@imm S Pei S PGima Qci min <S Qoi <S Qomạ
Trang 3219
< <
Ít min ~ Com — on max
A mmin SA jog Spm max
Trong việc bảo đảm an ninh cho hệ thống, hệ thống có các giới hạn của đường dây và MBA Những giới hạn này có thể là do giới hạn nhiệt của dây dẫn hoặc chúng
có thể được tạo ra để đảm bảo ổn định cho hệ thống Việc xác định các giới hạn đó
không được đề cập ra ở đây, chúng được xem như đã biết trước Để đơn giản, ràng buộc được dùng cho OPF là bình phương giới hạn của đường dây và MBA,
Sem” S Stm max ˆ
Để bảo đảm an ninh hệ thống, điện áp tại các thanh cái thường có các giá trị
biên độ max, min, những giá trị này sẽ được thêm vào cho hàm ràng buộc không cân
bằng
Vị mạ Š Vị Vimax
d Ràng buộc mềm bằng cách sử dụng hàm Penalty (hệ số công suất) Một kết quả thỉnh thoảng gặp phải khi giải quyết vấn để cực tiểu là
không có lời giải Thực tế là, có quá nhiều ràng buộc được đưa vào và không có kết quả nào thốa mãn hết tắt cả các ràng buộc Một cách để tránh trường hợp này là thực hiện ràng buộc mềm từ hàm phạt Penalty Từ “mềm” ở đây muốn nói rằng
các ràng buộc không tuyệt đối có hiệu lực
Hàm penalty được đưa vào hàm mục tiêu của vấn đề cực tiểu chỉ phí,
Bình thường thì một hàm Penalty sẽ có giá trị rất nhỏ khi gần giới hạn và tăng rất
nhanh khi giới hạn bị vi phạm Loại hàm Penalty phù hợp với phương pháp Newton la ham Penalty bậc hai, nó thoả mãn được yêu cầu về hàm Penalty và
nó cũng rất dé tao nên sự khác nhau cho việc sử dụng phương pháp Newton Van
đề OPF thể hiện trong phần này là hàm ràng buộc mềm được dùng cho giới hạn
công suất (MVA) của đường dây truyền tải và giới hạn điện áp tại các thanh cái
Wim =k Skm 2~ Sim max 22 V.<V
2 i imin
Ham penalty: yy, Yimin MSW <0, Vina '
Vi > Vimax
Trang 3320 Gia ty ham Penanky ding công suất MVA ao l„ a) b)
Hinh 3.3 a) Ham penalty cho dién dp b) Hàm Penalty cho dòng công suất giới han
Chú ý rằng hàm Penalty đáp ứng hoàn toàn mọi yêu cầu Trong khi ràng
buộc không cân bằng không bị vi phạm thì hàm Penalty có giá trị bằng không Khi
sự ràng buộc bắt đầu bị vi phạm, hàm Penalty tăng rất nhanh sự thuận lợi khác của
hàm Penalty bậc hai là khả năng điều khiển cứng hay mềm để làm ràng buộc
Đối với giá trị rất lớn của K, hàm Penalty trở thành ràng buộc cứng, Bằng cách
điều chỉnh K nhỏ xuống thì có thể điều chỉnh vấn đề quan tâm tới giá trị giới hạn
Giải quyết vẫn đề tối ưu công suất
Thuật toán Newton được tóm tắt ở hình 3.1 Áp dụng phương pháp Newton cho thuật toán OPF này được tóm tắt như sau:
Bước 1: Bước ban đầu
a Giá trị giả định ban đầu mà ràng buộc không cân bằng vi phạm
b Giá trị giả định ban đầu cho vec tơ Z (điện áp và góc pha ở thanh cái,
công suất máy phát, tỉ số biến áp và lệch pha MBA, tất cả các nhân tử lagrange)
Bước 2: Đánh giá sự không cân bằng để có thể thêm vào hay bớt đi bằng cách
sử dụng thông tin từ các nhân tử lagrange cho ràng buộc cứng và sự đánh giá trực tiếp ràng buộc mềm
Bước 3: Đánh giá khả năng của việc giải bài toán OPF Thể hiện khả năng mà có
ít nhất 1 máy phát không nằm ở giới hạn
Bước 4: Tính toán gradient and Hessian của hàm Lagrange Bước 5: Giải phương trình:
Trang 3421
Bước 6 : Cập nhật lời giải: Zmới = Zcũ - Az
Bước 7 : Kiểm tra liệu ||Az|| < e, nếu không quay lại bước 4, đúng thì tiếp tục Bước 8 : Kiểm tra xem các ràng buộc không cân bằng đã đạt chưa, nếu không quay về bước hai, đạt thì vấn đề đã được giải quyết
Thông tin nhận được từ việc giải bài toán OPE
Việc giải OPF tuy gặp nhiều khó khăn nhưng có rất nhiều thuận lợi trong
việc vận hành kinh tế trong hệ thống điện OPF có thể phù hợp với tất cả các hàm
điều khiển cần thiết cho hệ thống điện Trong việc vận hành kinh tế hệ thống
điện mà không điều khiển công suất nguồn thì OPF cũng có thể để thay đổi tỉ số phân áp và góc pha cha MBA OPF cũng có thể giám sát sự an ninh của hệ thống bao gồm quá tải đường dây hay vấn đề quá điện áp Nếu bất kỳ vấn đề nào xây ra, OPE sẽ thay đổi phù hợp để đảm bảo an ninh của hệ thống chẳng hạn như loại bỏ quá tải trên đường dây
Bên cạnh việc nâng cao tính năng kỹ thuật, OPF còn có sự thuận lợi nữa
là có thể đem lại hiệu quả về kinh tế trong hệ thống điện Trong việc nghiên
cứu các nhân tử Lagrange gắn với mỗi ràng buộc Do vậy, các nhân tử lagrange Hpẹ Và Àpy có thể xem như chi phí của công suât tác dụng và công suất phản
MVARhr và MWhr ” những giá trị đó có thể SẼ `
kháng của máy phát ở thanh cái K,
dùng để tính giá điện ở thanh cái K Nhân tử lagrange Hịn , gắn với ràng buộc
trao đổi miền, được xem như chi phí cho phép một vùng quyết định sự trao đổi của nó, nếu giá trị là dương thì vùng có lợi từ việc mua điện, ngược lại chỉ phí âm
thì vùng đó có thể dùng để tính giá mà một vùng nhận công suất giao dịch với
một vùng khác
Trong khi dữ liệu kinh tế rất có ích cho việc lập thuật toán định giá theo thời gian thì loại dữ liệu khác cũng được dùng cho việc lập kế hoạch truyền tải
trong hệ thống Chú ý nhân tử lagrange gắn với ràng buộc cứng MVA của đường
dây truyền tải ^ S¿„ Điều này có thể diễn giải là chỉ phí tiết kiệm trong một gid cho méi MBA tăng thêm ở trong giới hạn đường dây Thông tin này có thể
HUTECH LIBRARY
A_ 1029
Trang 3522
dùng để thực hiện kế hoạch ở đường dây truyền tải có tác động kinh tế lớn nhất
trong hệ thống điện
Rất nhiều thông tin có thể nhận được từ việc giải quyết một vấn đề OPF Những điểm chú ý nhiều nhất nằm ở sự mô phỏng hệ thống điện theo thời gian
bằng cách sử dụng bộ mô phỏng hệ thống điện với một công cụ giải quyết vấn
dé OPF
3.3 Ung dung Matpower dé giải bài tốn phân bố cơng suất tối ưu
3.3.1 Giới thiệu Matpower
Matpower được Ray Zimmerman and Deqiang Gan thuộc trung tâm nghiên cứu kỹ thuật điện (PSERC) thuộc trường đại học Cornell phát triển từ chương trình của Robert Thomas
Matpower là tập hợp các file.m, được sử dụng để giải quyết bài tốn phân bố cơng suất tối ưu Matpower như là một công cụ dung mô phỏng dùng trong nghiên cứu và giáo dục, Matpower được xây dựng thành file.m trong Matlab nên dễ dàng sử dụng và hiệu chỉnh
3.3.2 Biểu diễn hệ thống trong Matpower
Dữ liệu hệ thống được lưu giữ trong “case” file Mỗi hệ thống được lưu giữ
trong mỗi “case” file để thực hiện việc tính toán Mỗi “case” file bao gồm bốn ma
trận riêng lẽ Ma trận đầu tiên lưu trữ dữ liệu nút của hệ thống Mỗi một hàng thể
hiện một nút khác nhau, mỗi một cột thể hiện thuộc tính khác nhau của nút
Ma trận thứ hai là ma trận dữ liệu máy phát Mỗi một nút là một loại nút PQ
hoặc là nút PV , toàn bộ các loại nút đều nằm trong ma trận này
Ma trận thứ ba là ma trận dữ liệu nhánh Ma trận này lưu giữ thông tin mỗi
nhánh Quan trong nhất là thông số r, x và b của đường dây Ma trận này cũng được
sử dụng để xác định máy biến áp
Trang 3623
3.3.3 Một số file.m trong Matpower
Runopf: chạy chương trình tối ưu phân bố công suất dựa trên số liệu đầu vào, kết quả là giá trị công suất tác dụng, công suất phản kháng, giá trị điện áp, góc pha của điện áp được lưu vào ma trận Ngoài kết quả còn cho biết giá trị hàm mục tiêu, thời gian thực hiện chương trình và cho biết chương trình có hội tụ hay không
idx_brch: định nghĩa hằng số cho ma trận nhánh Hàm “idx_brch” trả về các
giá trị: ƒ bus, bus, br_r, br_x, br_b, rate_a, rate_b, rate_c, tap, shift, br_status
idx_bus: dinh nghia hang sé cho ma tran nut Ham “idx_bus” tra về các giá trị: Pq, PV, ref, none, bus_i, bus_type, pd, qd, gs, bs, vm, va, base_kv, vmax, vmin, lam_p, lam_q
idx_cost: định nghĩa hằng số cho ma tran chi phi Ham “idx_cost” tra vé cdc gia tri: pq_linear, polynomial, model, startup, shutdown, ncost, cost
idx_gen: dinh nghia hang sé cho ma trận máy phat Ham “idx_gen” tra vé cdc gid tri: gen_bus, pg, qg, qmax, qmin, vg, mbase, gen_status, pmax, pmin, mu_pmax, mu_pmin, mu_qmax, mu_qmin, pcl, pe2, qclmin, qclmax,
qc2min, qc2max, ramp age, ramp_10, ramp_30, ramp_q, apf
MackeSbus: Xây dựng vecto ma trận phức Sbus=makeSbus(baseMVA, bus, gen) công suất được biểu diễn trong đơn vị tương đối
MackeYbus: Xây dựng vecto ma trận tổng dẫn nút và tổng dẫn nhánh [Ybus,
YÍ, YtlFmakeYbus(baseMVA, bus, branch) công suất được biễu điễn trong đơn vị tương đối
3.3.4 Mô phỏng sử dụng Matpower
Để chạy phân bố công suất tối ưu, tại dòng lệnh Command Window gõ lệnh >>
runopf(‘casenam')
Mô phông trên hệ thống dién IEEE-14 nut
Hệ thống điện TEEE-14 nút được chỉ ra như hình 3.4 Mạng điện có 20 đường dây,
Trang 3724 12 11 10 3 1 2 © Generator ‘© © Synchronous Condensers
Hình 3.4: So đô lưới điện IEEE 14 nit
Trường hợp 1 : OPF bỏ qua giới hạn đường dây (THỊ)
Tiến hành chạy mô phỏng phân bố công suất tối ưu (OPE) giữa các nhà máy với các
điều kiện ràng buộc:
» (3.1)
Poi, <PaiS Pa (3.2) Vinin S Vi S Vụ, (3.3)
- Sir dung chuong trinh Matpower chay trén Matlab - Quá trình thực hiện như sau:
Chọn thư mục làm việc của Matlab dẫn đến thư mục chứa chương trình
Matpower
Tại dòng lệnh Command Window g6 lénh >> runopf('case14') >> runopf('casel4') Enter
Trang 4027 Branch Data