Nghiên cứu xây dựng mô hình và chương trình tính toán qui hoạch lưới điện phân phối khi xét đến nguồn pin mặt trời. (tt)Nghiên cứu xây dựng mô hình và chương trình tính toán qui hoạch lưới điện phân phối khi xét đến nguồn pin mặt trời. (tt)Nghiên cứu xây dựng mô hình và chương trình tính toán qui hoạch lưới điện phân phối khi xét đến nguồn pin mặt trời. (tt)Nghiên cứu xây dựng mô hình và chương trình tính toán qui hoạch lưới điện phân phối khi xét đến nguồn pin mặt trời. (tt)Nghiên cứu xây dựng mô hình và chương trình tính toán qui hoạch lưới điện phân phối khi xét đến nguồn pin mặt trời. (tt)Nghiên cứu xây dựng mô hình và chương trình tính toán qui hoạch lưới điện phân phối khi xét đến nguồn pin mặt trời. (tt)Nghiên cứu xây dựng mô hình và chương trình tính toán qui hoạch lưới điện phân phối khi xét đến nguồn pin mặt trời. (tt)Nghiên cứu xây dựng mô hình và chương trình tính toán qui hoạch lưới điện phân phối khi xét đến nguồn pin mặt trời. (tt)Nghiên cứu xây dựng mô hình và chương trình tính toán qui hoạch lưới điện phân phối khi xét đến nguồn pin mặt trời. (tt)
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TỐN QUI HOẠCH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KHI XÉT ĐẾN NGUỒN PIN MẶT TRỜI Mã số: ĐH2015-TN02-03 Chủ nhiệm đề tài: TS Vũ Văn Thắng Thái Nguyên, 06/2017 1 TT DANH SÁCH NHỮNG NGƢỜI THAM GIA VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP Danh sách ngƣời tham gia Họ tên Đơn vị công tác lĩnh vực chuyên môn TS Bạch Quốc Khánh Viện điện - Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội ThS Nguyễn Văn Lâm Điện lực TP Thái Nguyên TS Nguyễn Đức Tƣờng Viện nghiên cứu Công nghệ cao – Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp ThS Lê Tiên Phong ThS Dƣơng Hòa An TT Bộ mơn Hệ thống điện – Khoa điện – Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Danh sách đơn vị phối hợp Đơn vị cơng tác lĩnh vực chuyên môn Điện lực TP Thái Nguyên Bộ môn Hệ thống điện – Viện Điện - Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU INFORMATION ON RESEARCH RESULTS MỞ ĐẦU Tổng quan Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ QUI HOẠCH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1 Giới thiệu 1.2 Hiện trạng qui hoạch LĐPP 1.3 Nguồn pin mặt trời 1.4 Qui hoạch, cải tạo LĐPP 1.5 Qui hoạch LĐPP xét đến khả tham gia nguồn pin mặt trời 1.6 Nhận xét đề xuất vấn đề cần nghiên cứu CHƢƠNG QUI HOẠCH TOÁN HỌC 2.1 Bài toán qui hoạch toán học tổng quát 2.2 Ngôn ngữ lập trình GAMS 10 2.3 Ví dụ 10 2.4 Nhận xét 10 CHƢƠNG MƠ HÌNH VÀ CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TỐN QUI HOẠCH LĐPP XÉT ĐẾN NGUỒN PIN MẶT TRỜI 10 3.1 Đặt vấn đề 10 3.2 Đặc tính giá điện, tải công suất nguồn pin mặt trời 10 3.3 Xây dựng mơ hình tốn qui hoạch LĐPP 11 3.3.1 Sơ đồ khối qui trình tính toán qui hoạch LĐPP 11 3.3.2 Xây dựng mơ hình sở (MH1) 11 3.3.3 Xây dựng mơ hình hiệu chỉnh (MH2) 12 3.3.4 Đánh giá mô hình đề xuất 12 3.4 Ví dụ 13 3.5 Nhận xét kết luận 13 CHƢƠNG TÍNH TỐN ÁP DỤNG 13 4.1 4.2 4.3 4.4 Đặt vấn đề 13 Những giả thiết thông số tính tốn 13 Chƣơng trình tính tốn 13 Kết tính tốn 13 4.5 Những đánh giá kết luận 15 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 15 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CCĐ CSPK CSTD CTPP DG ĐTPT GAMS LĐPP HTĐ KT-KT NLP MBA MINLP TBA TTĐ Cung cấp điện Công suất phản kháng Công suất tác dụng Công ty phân phối Nguồn điện phân tán (Distributed Generator) Đồ thị phụ tải Chƣơng trình The General Algebraic Modeling System Lƣới điện phân phối Hệ thống điện Kinh tế kỹ thuật Qui hoạch phi tuyến (Nonlinear Programming) Máy biến áp Qui hoạch phi tuyến nguyên thực hỗn hợp (Mixed Integer Nonlinear Programming) Trạm biến áp Thị trƣờng điện DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Bảng 1.1 Cƣờng độ xạ trung bình tháng Thái Ngun Bảng 4.1 Thơng số lộ trình nâng cấp đƣờng dây Bảng 4.2 Lộ trình thơng số đầu tƣ nguồn pin mặt trời Bảng 4.3 Một số tiêu KT-KT Hình 3.1 Sơ đồ khối tính tốn qui hoạch LĐPP Hình 4.1 Đặc tính giá bán điện Hình 4.3 So sánh tổn thất điện ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Đơn vị: Trƣờng Đại học KTCN THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu xây dựng mơ hình chƣơng trình tính tốn qui hoạch lƣới điện phân phối xét đến nguồn pin mặt trời - Mã số: ĐH2015-TN02-03 - Chủ nhiệm: TS Vũ Văn Thắng - Cơ quan chủ trì: Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Thời gian thực hiện: 2015-2016 Mục tiêu: - Xây dựng mơ hình chƣơng trình tính tốn qui hoạch LĐPP có xét đến khả tham gia nguồn pin mặt trời với đặc tính cơng suất phát mang tính ngẫu nhiên, đặc tính giá điện đồ thị phụ tải - Tính toán đánh giá hiệu nguồn pin mặt trời qui hoạch LĐPP Thái Nguyên Kết nghiên cứu: - Đã xây dựng đƣợc mơ hình tốn hai bƣớc qui hoạch LĐPP tổng hợp ĐTPT ngày điển hình, đặc tính giá điện nguồn pin mặt trời với cơng suất mang tính ngẫu nhiên phụ thuộc vào điều kiện khí hậu - Đã lập đƣợc chƣơng trình tính tốn theo mơ hình đề xuất ngơn ngữ lập trình GAMS cho phép xét đƣợc đồng thời nhiều giải pháp toán qui hoạch LĐPP nhƣ đánh giá đƣợc rõ ràng hiệu giải pháp qua tiêu KT-KT hệ thống - Đã tính tốn áp dụng qui hoạch LĐPP Thái Ngun từ đánh giá hiệu sách khuyến khích phát triển nguồn lƣợng tái tạo Sản phẩm: - Sản phẩm khoa học: + 02 báo quốc tế: V V Thang (2017), “An optimization model for distribution system reinforcement integrated uncertainties of photovoltaic systems”, Electrical Engineering (SCI), Online, April 2017, pp 1-10; V V Thang, B Q Khanh, H T Tung (2016), “A Two-Stage Optimization Model for Distribution System Planning Integrated Distributed Generator”, Journal of Science and Technology of Energy Sources, Vol 1, Is 1, 2016, pp 20-28 + 01 hội thảo quốc tế: V.V Thang (2016), “The Optimization Model for Calculating Distribution System Planning Integrated Photovoltaic”, Proceedings of the International Conference Advances in Information and Communication Technology – ICTA, Thainguyen, Vietnam 2016, pp 622-632 + 02 báo quốc gia: Vũ Văn Thắng, Nguyễn Quang Thuấn, Bạch Quốc Khánh (2016), “Tính tốn công suất dung lƣợng tối ƣu BESS hệ thống nguồn pin mặt trời nối lƣới”, Tạp chí KHCN Đại học Công nghiệp Hà Nội, Số 35, 2016, tr 24-27; Vũ Văn Thắng, Bạch Quốc Khánh, Đặng Quốc Thống (2015), “Qui hoạch hệ thống phân phối điện xét đến khả tham gia nguồn pin mặt trời”, Tạp chí KHCN Các trường Đại học kỹ thuật, Số 115, 2016, tr 20-25 - Sản phẩm ứng dụng: + Mơ hình tốn tính tốn qui hoạch lƣới điện phân phối xét đến nguồn pin mặt trời + Chƣơng trình tính tốn Hiệu quả: - Đề tài xây dựng đƣợc mơ hình tốn qui hoạch LĐPP xét đến đặc tính ngẫu nhiên nguồn pin mặt trời Do đó, nâng cao tính xác kết tính tốn - Chƣơng trình tính tốn cho phép nhà qui hoạch tính tốn nhanh, đầy đủ xác toán qui hoạch LĐPP xét đến nguồn pin mặt trời khu vực Thái Nguyên nói riêng Việt Nam nói chung Khả áp dụng phƣơng thức chuyển giao kết nghiên cứu: - Khả áp dụng: Mơ hình tốn chƣơng trình tính tốn đƣợc xây dựng với sở toán học chặt chẽ điều kiện cụ thể Thái Nguyên Hơn nữa, đề tài đƣợc nghiên cứu kết hợp với thành viên làm việc Cơng ty Điện lực Thái Ngun Do đó, chƣơng trình tính tốn đảm bảo tin cậy, phù hợp có khả ứng dụng cao Thái Nguyên nhƣ phạm vi nƣớc - Phƣơng thức chuyển giao: Đào tạo chuyển giao quyền Cơ quan chủ trì KT.HIỆU TRƢỞNG PHĨ HIỆU TRƢỞNG Ngày tháng năm 2017 Chủ nhiệm đề tài TS Vũ Văn Thắng PGS.TS Vũ Ngọc Pi INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Research on the model and software of distribution system planning considering photovoltaic Code number: ĐH2015-TN02-03 Coordinator: PhD Vu Van Thang Implementing institution: TNU - Thainguyen University of Technology Duration: from 2015 to 2016 Objective(s): - The objective of this research is proposition a model of distribution system planning that considers photovoltaic systems The stochastic power characteristic of photovoltaic, typical load chart of each day and each seasion as well as electrical energy price according to time of use are integrated in the model - The effect of photovoltaic systems is evaluated in the distribution system planning of Thai Nguyen Research results: - The two-stage mathematical model for distribution system planning integrated load, electricity price characteristics and photovoltaic systems with stochastic power characteristic is proposed - The software are created in GAMS program that is suitable for simultaneous planning solutions and evaluated more clearly the effectiveness of each solution - The distribution system planning of Thai Nguyen is tested and thence evaluating the effectiveness of policies that encourage the development of renewable sources Products: - Science: + 02 article in International Journal: V V Thang (2017), “An optimization model for distribution system reinforcement integrated uncertainties of photovoltaic systems”, Electrical Engineering (SCI), Online, April 2017, pp 1-10; V V Thang, B Q Khanh, H T Tung (2016), “A Two-Stage Optimization Model for Distribution System Planning Integrated Distributed Generator”, Journal of Science and Technology of Energy Sources, Vol 1, Is.1, 2016, pp 20-28 + 01 article in International Conference: V.V Thang (2016), “The Optimization Model for Calculating Distribution System Planning Integrated Photovoltaic”, Proceedings of the International Conference Advances in Information and Communication Technology – ICTA, Thainguyen, Vietnam, 2016, pp 622-632 + 02 articles in National Journal: Vu Van Thang, Nguyen Quang Thuan, Bach Quoc Khanh (2016), “Optimal Power and Capacity of BESS for Grid Connected Phototvoltaic System”, Journal of science and technology – Hanoi University of Industry, Vol 35, August 8, 2016, pp 24-27; Vu Van Thang, Bach Quoc Khanh, Dang Quoc Thong (2015), “Distribution System Planning Intergrated Photovoltaic”, Journal of Science and Technology Technical Universities, No 115, 2016, pp 20-25 - Application: + The mathematical model + The program Effects: - This study proposed a model of distribution system planning that considers the random properties of photovoltaic system Therefore, the accuracy of the calculation results are improved - The introduced software is a tool that helps in calculation of distribution system planning more accurately when the photovoltaic system with stochastic power characteristic is considered at distribution system of Thai Nguyen as well as Vietnam Transfer alternatives of reserach results andapplic ability: - Applicability: The model and calculation program has been developed with strict mathematical foundation and specific conditions of Thai Nguyen distribution system Moreover, this research was made in conjunction with the members of Power Company of Thai Nguyen Therefore, the calculation program is reliable and suitable in distribution system of Thai Nguyen as well as nationwide - Transfer alternatives: Training or transfer of copyright 7 MỞ ĐẦU Tổng quan Qui hoạch LĐPP vấn đề phức tạp với nhiều mục tiêu khác nhƣ đảm bảo hiệu kinh tế, cung cấp lƣợng tin cậy không tác động xấu đến mơi trƣờng Ngồi ra, nhiều yếu tố mang tính ngẫu nhiên không chắn, số lƣợng biến lớn làm tăng tính phức tạp tốn Cùng với trình phát triển ngành điện, nhiều mơ hình phƣơng pháp qui hoạch LĐPP đƣợc phát triển ứng dụng thành công thực tiễn với kết giải pháp phù hợp Tuy vậy, mơ hình phƣơng pháp đƣợc cải thiện, nâng cao hiệu sử dụng giải pháp hồn thiện Do đó, nghiên cứu nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn chƣơng trình tính tốn qui hoạch LĐPP nhằm lựa chọn thơng số đầu tƣ tối ƣu (tiết diện dây dẫn, công suất TBA thời gian nâng cấp) thiết bị đồng thời xét đến khả tham gia nguồn pin mặt trời với đặc tính cơng suất thay đổi theo thời gian ngày, mùa năm mang tính ngẫu nhiên Mơ hình sử dụng hàm mục tiêu chi phí vòng đời để đánh giá hiệu phƣơng án qui hoạch, giá điện theo thời gian ngày đồ thị phụ tải ngày điển hình cho mùa đƣợc xét tới nhằm đáp ứng gần với điều kiện thực tiễn giảm sai số Tính cấp thiết đề tài Phụ tải điện luôn phát triển tƣơng lai nên thiết bị LĐPP cần phải đƣợc qui hoạch nâng cấp thƣờng xuyên để đáp ứng nhu cầu phụ tải Khu vực Thái Nguyên có tiềm lớn sử dụng pin mặt trời với cƣờng độ xạ cực đại đạt 1909W/m2 thời gian có nắng đạt 3000h/năm Tuy nhiên, hiệu nguồn thƣờng đƣợc đánh giá độc lập mà chƣa xét đến hiệu chúng đến tiêu kinh tế kỹ thuật hệ thống Hơn nữa, sử dụng nguồn pin mặt trời dẫn đến thay đổi lớn toán qui hoạch cải tạo LĐPP nhƣ thay đổi lộ trình qui hoạch đƣờng dây, trạm biến áp nhƣ tiêu kinh tế kỹ thuật hệ thống Những thay đổi làm tăng tính phức tạp tốn nhƣng mở hội để nâng cao hiệu kinh tế cải thiện tiêu kỹ thuật LĐPP Từ phân tích trên, hƣớng nghiên cứu đề tài tốn qui hoạch LĐPP có xét đến khả tham gia nguồn pin mặt trời với cơng suất phát mang tính ngẫu nhiên phụ thuộc vào cƣờng độ xạ mặt trời, tổng hợp đặc tính giá điện đồ thị phụ tải Từ đó, xây dựng mơ hình chƣơng trình tính tốn, đánh giá hiệu khả ứng dụng nguồn pin mặt trời qui hoạch LĐPP thành phố Thái Nguyên Mục tiêu Đề tài tập trung nghiên cứu mơ hình qui hoạch LĐPP có xét đến khả tham gia DG nói chung nguồn pin mặt trời với đặc tính cơng suất phát thay đổi phụ thuộc nguồn lƣợng sơ cấp Mơ hình tổng hợp đặc tính giá bán điện ĐTPT nhằm nâng cao tính xác kết tính tốn Trên sở đó, xây dựng chƣơng trình tính tốn áp dụng cho tốn qui hoạch LĐPP Việt Nam Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu Bài toán qui hoạch LĐPP xét đến DG ngày vấn đề khoa học đại đƣợc nhiều nhà khoa học giới nhƣ Việt Nam quan tâm nghiên cứu Đề tài nghiên cứu xây dựng mơ hình tính tốn qui hoạch LĐPP xét đến nguồn pin mặt trời với đặc trƣng cơng nghệ qua đặc tính cơng suất phát, tổng hợp ĐTPT đặc tính giá điện Chƣơng trình tính tốn đƣợc mơ máy tính ngơn ngữ lập trình GAMS Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu đề tài LĐPP trung áp nguồn pin mặt trời 8 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ QUI HOẠCH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1 Giới thiệu Qui hoạch lƣới điện phân phối vấn đề không đƣợc thực từ hình thành phát triển ngành cơng nghiệp điện lực Tuy nhiên, thay đổi gần đòi hỏi tốn qui hoạch LĐPP cần xác định lộ trình nâng cấp thiết bị LĐPP đồng thời vấn đề lựa chọn cơng nghệ, vị trí, cơng suất thời gian đầu tƣ nguồn pin mặt trời thay cho mua điện hoàn toàn từ HTĐ cần đƣợc quan tâm nghiên cứu Hiện trạng qui hoạch LĐPP LĐPP Việt Nam nói chung Thái Ngun nói riêng tồn nhiều bất cập theo khu vực theo miền nhƣ nhiều cấp điện áp, không đồng gây khó khăn xây dựng vận hành Mật độ phụ tải tăng cao thời gian gần dẫn đến số cấp điện áp khơng phù hợp tổn thất công suất điện lớn Gần đay, giải pháp đƣợc khuyến khích sử dụng đầu tƣ DG đặc biệt nguồn pin mặt trời số điều kiện cạnh tranh với giải pháp truyền thống 1.2 Nguồn pin mặt trời Năng lƣợng mặt trời có tiềm lớn Tổng công suất đặt Pin trời năm 2008 toàn cầu đạt 13.1GW Việt Nam nằm khu vực có cƣờng độ xạ mặt trời số ngày nắng năm cao nên tiềm nguồn lƣợng mặt trời lớn Tổng xạ trung bình ngày dao động từ 8.21MJ/m2.ngày đến 24.26 MJ/m2.ngày trải toàn lãnh thổ quốc gia Thái Nguyên thuộc khu vực trung du miền núi phía bắc nên có tiềm lớn pin mặt trời Cƣờng độ xạ mặt trời tƣơng đối lớn nhƣ khảo sát đƣợc bảng 1.1 đƣợc nội suy theo đặc tính 24h Do đó, cần nghiên cứu ứng dụng nguồn qui hoạch LĐPP 1.3 Bảng 1.1 Cƣờng độ xạ trung bình tháng Thái Nguyên Cường độ xạ (W/m2) Giờ T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 6.5 29 14 31 61 211 146 155 101 9.5 405 334 469 876 1479 1063 1083 919 12.5 530 849 1085 1580 1909 1584 1387 1255 15.5 388 681 860 1175 1461 1365 1068 820 18.5 38 20 27 48 156 58 40 68 T9 42 724 1061 800 T10 T11 T12 32 36 725 506 169 915 689 353 681 454 271 0 Qui hoạch, cải tạo LĐPP Nhiều toán phƣơng pháp qui hoạch đƣợc đề xuất, qui hoạch toán học đƣợc nghiên cứu mạnh mẽ toán qui hoạch LĐPP với sơ đồ cấu trúc giai đoạn qui hoạch đƣợc xác định trƣớc 1.4 Tƣơng tự, nhiều tiêu kinh tế đƣợc ứng dụng qui hoạch LĐPP, chi phí vòng đời tiêu đánh giá đƣợc tồn diện phƣơng án qui hoạch, xác định nhƣ (1.2) T Zvd t 1 CtC CtR CtOM Et RNt Min t T t (1 r ) (1.2) Trong đó: CtC , CtR chi phí đầu tƣ thay thiết bị năm t; CtOM chi phí vận hành bảo dƣỡng hệ thống năm t; Et chi phí lƣợng năm t; RNt giá trị lại hay chi phí bổ sung thiết bị cuối giai đoạn tính tốn với tổng số năm tính tốn T Qui hoạch LĐPP xét đến khả tham gia nguồn pin mặt trời Nhiều mơ hình qui hoạch LĐPP đƣợc giới thiệu với hàm mục tiêu chi phí tính tốn hàng năm, cực tiểu chi phí đầu tƣ LĐPP cực tiểu chi phí sản xuất nhà máy Nhiều ràng buộc kỹ thuật đƣợc sử dụng nhƣ cân công suất nút, giới hạn điện áp nút, giới hạn công suất truyền tải đƣờng dây TBA nguồn Những nghiên cứu giả thiết LĐPP có 1.5 nguồn khơng hạn chế với giá điện nguồn nhƣ nhau, tổn thất cơng suất đƣợc tính tốn theo cơng suất cực đại thời gian chịu tổn thất công suất lớn Gần đây, nhiều mơ hình qui hoạch LĐPP tổng hợp DG nói chung nguồn pin mặt trời đƣợc nghiên cứu phát triển với mục tiêu xác định lộ trình, cơng suất vị trí đầu tƣ tối ƣu DG nhƣ thông số nâng cấp đƣờng dây, TBA trung gian trạm kết nối với LĐPP khác Trong đó, mơ hình hai bƣớc qui hoạch dài hạn LĐPP xét đến phƣơng án đầu tƣ DG đƣợc giới thiệu nhiều nghiên cứu có nhiều ƣu điểm Tuy vậy, nghiên cứu chƣa xét đến thay đổi giá điện phụ tải hàm theo thời gian Công suất phản kháng tổn thất cơng suất thành phần có ảnh hƣởng lớn tới thông số nâng cấp thiết bị (đƣờng dây, TBA), cân cơng suất chi phí hàm mục tiêu bị bỏ qua Một hạn chế lớn nghiên cứu dẫn đến kết tính tốn gặp sai số lớn chƣa xét tính ngẫu nhiên nguồn lƣợng sơ cấp cung cấp cho DG có nguồn pin mặt trời Nhiều thuật toán giải toán qui hoạch đƣợc giới thiệu nhƣ phƣơng pháp lặp (tuyến tính hóa, gradient), phƣơng pháp Lagrange, phƣơng pháp Lagrange kết hợp với hệ phƣơng trình Euler, phƣơng pháp tìm kiếm Tabu, phƣơng pháp Newton, phƣơng pháp Newton-Raphson phƣơng pháp Quasi-Newton, thuật toán di truyền (Genetic Algorithm-GA) Gần đây, phƣơng pháp lặp kết hợp thuật toán reducedgradient thuật toán quasi-Newton giải thuật (solver) MINOS chƣơng trình GAMS đƣợc giới thiệu giải đƣợc tốn qui hoạch phi tuyến lớn Vì vậy, đề tài nghiên cứu xây dựng mơ hình lập chƣơng trình tính tốn qui hoạch LĐPP xét đến đặc tính cơng suất phát nguồn pin mặt trời với tính ngẫu nhiên, đặc tính giá bán điện ĐTPT điển hình chƣơng trình GAMS Phƣơng pháp phân vùng Benders đƣợc sử dụng để giảm thời gian tính toán toán qui hoạch LĐPP lớn Nhận xét đề xuất vấn đề cần nghiên cứu LĐPP Việt Nam nhiều bất cập sơ đồ cấu trúc, nhiều cấp điện áp, chất lƣợng điện độ tin cậy CCĐ Hơn nữa, phụ tải tăng cao dẫn đến tải thiết bị điện nên cần tiến hành qui hoạch, cải tạo nhằm đáp ứng yêu cầu phụ tải tƣơng lai đồng thời nâng cao chất lƣợng điện năng, độ tin cậy CCĐ tiêu kinh tế hệ thống Nhiều mơ hình, phƣơng pháp qui hoạch LĐPP đƣợc nghiên cứu trƣớc giới thiệu 1.6 Từ phân tích trên, đề tài nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn chƣơng trình tính tốn qui hoạch LĐPP xét đến khả đầu tƣ nguồn pin mặt trời Từ đó, nhằm đánh giá hiệu quả, tác động chúng tới LĐPP đề xuất sách khuyến khích hỗ trợ phát triển nguồn qui hoạch LĐPP CHƢƠNG QUI HOẠCH TỐN HỌC Bài tốn qui hoạch tốn học tổng quát Bài toán qui hoạch toán học đƣợc đề xuất Kantorovich từ năm 1939 đƣợc ứng dụng nhiều ngành kinh tế quốc dân với mơ hình tổng quát nhƣ sau: 2.1 Xác định tập giá trị biến: X x1 , x2 , , xn , cho: J ( x j ) min(max) đồng thời thỏa mãn điều kiện gi ( X )(; ; ) bi j 1, 2, , n (2.1) i 1, 2, , m (2.2) x j X Rn Trong đó: J(X) đƣợc gọi hàm mục tiêu; gi(X); i =1,2,…,m đƣợc gọi ràng buộc Tập hợp D x X ; gi ( X )(; ; ) bi i 1, 2, , m gọi miền ràng buộc Mỗi điểm X x1 , x2 , , xn D gọi phƣơng án Một phƣơng án có X * D đạt cực đại hay cực 10 tiểu hàm mục tiêu, cụ thể J ( X *) J ( X ).X D (đối với toán min) hay J ( X *) J ( X ).X D (đối với toán max) đƣợc gọi lời giải tối ƣu Khi giá trị f(X*) đƣợc gọi giá trị tối ƣu hóa tốn qui hoạch Bài tốn qui hoạch tổng qt giải cách tính giá trị hàm mục tiêu J(X) tất phƣơng án miền ràng buộc sau so sánh để tìm phƣơng án tối ƣu Tuy nhiên, phƣơng pháp khó thực số phần tử tập D thƣờng lớn Do đó, tốn qui hoạch thƣờng đƣợc đơn giản hóa để thuận lợi q trình tính tốn cách chia nhỏ thành tốn giải đƣợc với tính chất đối tƣợng nghiên cứu cụ thể nhƣ qui hoạch tuyến tính, qui hoạch phi tuyến, qui hoạch rời rạc, qui hoạch động, qui hoạch đa mục tiêu… Nhiều phƣơng pháp đƣợc nghiên cứu để giải toán qui hoạch hệ thống điện Bài toán qui hoạch tuyến tính giải thuật tốn đơn hình, thuật tốn nhánh-cận… Bài tốn qui hoạch phi tuyến đƣợc giải phƣơng pháp lặp (tuyến tính hóa, gradient), phƣơng pháp Lagrange, tìm kiếm Tabu, phƣơng pháp Newton Quasi-Newton… Giải thuật (solver) MINOS chƣơng trình GAMS sử dụng phƣơng pháp lặp kết hợp thuật toán Reduced-Gradient thuật toán Quasi-Newton giải toán qui hoạch phi tuyến lớn phù hợp với toán qui hoạch LĐPP xét đến khả tham gia nguồn điện phân tán hay pin mặt trời toán phức tạp, thƣờng trở thành toán qui hoạch phi tuyến với số lƣợng biến lớn Vì vậy, nghiên cứu nghiên cứu lập chƣơng trình tính tốn qui hoạch LĐPP xét đến đặc trƣng công suất phát theo công nghệ nguồn điện phân tán hay pin mặt trời, đặc tính giá bán điện ĐTPT điển hình chƣơng trình GAMS Ngơn ngữ lập trình GAMS Gần đây, chƣơng trình cho phép lập toán tối ƣu đƣợc phát triển có ứng dụng rộng rãi tốn tối ƣu nói chung qui hoạch HTĐ chƣơng trình The General Algebraic Modeling System (GAMS) GAMS có khả giải tốt tốn tối ƣu HTĐ thuật toán giải đƣợc xây dựng sẵn chƣơng trình (solver) 2.2 Do đó, nghiên cứu sử dụng chƣơng trình GAMS lập chƣơng trình tính tốn qui hoạch LĐPP xét đến ĐTPT điển hình đặc tính giá điện Chƣơng trình đƣợc xây dựng mang tính linh hoạt, đáp ứng yêu cầu ngƣời dùng chƣơng trình ứng dụng có sẵn Ví dụ So sánh kết tính tốn giải tích LĐPP, toán toán qui hoạch LĐPP, chƣơng trình lập GAMS phần mềm PSS/Adept (đang đƣợc sử dụng phổ biến ngành điện) cho thấy kết tính tốn tin cậy 2.3 Nhận xét Chƣơng trình bày tổng quan mơ hình tốn tốn qui hoạch, phƣơng pháp cơng cụ tính tốn tốn qui hoạch LĐPP 2.4 CHƢƠNG MƠ HÌNH VÀ CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TỐN QUI HOẠCH LĐPP XÉT ĐẾN NGUỒN PIN MẶT TRỜI Ch ƣơn g 1, Đặt vấn đề Từ phân tích tỏng chƣơng 2, nghiên cứu sử dụng chi phí vòng đời để xây dựng hà mục tiêu mơ hình tính tốn qui hoạch LĐPP đồng thời xét đến khả tham gia nguồn pin mặt trời với đặc tính cơng suất thay đổi theo thời gian ngày, mùa năm mang tính ngẫu nhiên Giá điện theo thời gian ngày đồ thị phụ tải ngày điển hình cho mùa đƣợc xét tới nhằm đáp ứng gần với điều kiện thực tiễn giảm sai số 3.1 Đặc tính giá điện, tải cơng suất nguồn pin mặt trời Giá điện Việt Nam đƣợc tính tốn theo thời gian sử dụng ngày gồm cao điểm, bình thƣờng thấp điểm 3.2 11 Công suất nguồn pin mặt trời phụ thuộc vào cƣờng độ xạ mặt trời nhiệt độ làm việc Trong đó, cƣờng độ xạ mặt trời đại lƣợng ngẫu nhiên thƣờng đƣợc biểu diễn hàm phân phối xác suất Beta nhƣ biểu thức (3.1) Trong đó, SI cƣờng độ xạ; α, β tham số hàm Beta đƣợc tính tốn nhƣ biểu thức (3.2); giá trị trung bình độ lệch chuẩn đại lƣợng bƣớc xạ SI ( ) SI ( 1) (1 SI )( 1) if SI 1;0 , fb ( SI ) ( )( ) 0 else (3.1) Do đó, trạng thái g công suất nguồn pin mặt trời đƣợc tính tốn theo biểu thức sau với kF hệ số phụ thuộc vào thông số modul nguồn pin mặt trời P PV (SI ) n.kF U (SI ).I (SI ) (3.3) 3.3 Xây dựng mơ hình toán qui hoạch LĐPP 3.3.1 Sơ đồ khối qui trình tính tốn qui hoạch LĐPP Một mơ hình qui hoạch phân cấp hai bƣớc mơ q trình qui hoạch LĐPP thực tế đƣợc đề hình 3.1 3.3.2 Xây dựng mơ hình sở (MH1) 3.3.2.1 Hàm mục tiêu mơ hình sở Hàm mục tiêu cực tiểu chi phí vòng đời phƣơng án qui hoạch LĐPP bƣớc sở đƣợc trình bày biểu thức (3.7) Trong đó: CFt , CSt chi phí đầu tƣ xây dựng đƣờng dây TBA nguồn; CPVt chi phí đầu tƣ nguồn pin mặt trời; EPVt chi phí vận hành nguồn pin mặt trời; ESt chi phí mua điện từ hệ thống qua TBA nguồn bao gồm chi phí điện cung cấp cho phụ tải tổn thất điện năng; RNt thành phần lại hay chi phí bổ sung cuối giai đoạn tính tốn T J1 t 1 CFt CSt CPVt EPVt ESt RNt ) Min (1 r )t Hình 3.1 Sơ đồ khối tính tốn qui hoạch LĐPP t T (3.7) 12 Tất chi phí đƣợc qui đổi năm sở với hệ số chiết khấu r qua biểu thức 1/ (1 r )t với T tổng số năm giai đoạn tính tốn 3.3.2.2 Các ràng buộc mơ hình sở Mơ hình sử dụng ràng buộc sau: Ràng buộc cân công suất nút Ràng buộc cân công suất nút AC nhƣ biểu thức sau: S Pi ,PV t , s , h , g Pi ,t , s , h , g PDi ,t , s , h N Y j 1 ij ,t U i ,t , s , h, g U j ,t , s , h, g cos(ij ,t j ,t , s, h, g i,t , s, h, g ) N S (3.1) QiPV ,t , s , h , g Qi ,t , s , h , g QDi ,t , s , h Yij ,t U i ,t , s , h , g U j ,t , s , h , g sin(ij , t j , t , s , h , g i , t , s , h , g ) j 1 ij N , t T , s SS , h H , g G S S PV PV Trong đó: Pi ,t , s ,h , g , Qi ,t , s ,h , g CSTD CSPK nhận từ HTĐ qua TBA nguồn i; Pi ,t , Qi ,t công suất phát nguồn pin mặt trời nút i; PDi,t,s,h, QDi,t,s,h công suất phụ tải i thay đổi theo thời gian ngày, mùa năm theo năm qui hoạch t; |Ui,t,s,h,g|, j,t,s,h,g modul góc lệch điện áp nút theo thời gian tính tốn; |Yij,t|, ij,t modul góc lệch ma trận tổng dẫn năm qui hoạch t Ràng buộc nâng cấp đƣờng dây Ràng buộc nâng cấp TBA nguồn Ràng buộc giới hạn công suất nguồn pin mặt trời Ràng buộc giới hạn điện áp nút 3.3.2.3 Phân tích nhận dạng mơ hình sở Mơ hình với cá ràng buộc phi tuyến biến nhi phân nên toán qui hoạch phi tuyến nguyên thực hỗn hợp (MINLP) 3.3.3 Xây dựng mô hình hiệu chỉnh (MH2) 3.3.3.1 Hàm mục tiêu mơ hình hiệu chỉnh Mục tiêu bƣớc lựa chọn thời gian công suất cần đầu tƣ nguồn pin mặt trời thông số nâng cấp đƣờng dây (tiết diện, tổng trở) TBA nguồn (công suất bổ sung) đƣợc hiệu chỉnh theo giá trị tiêu chuẩn nhƣ biểu thức (3.44) hàm mục tiêu J1 Fij,t Fij,*t 3.3.3.2 ij N , t T ; SiS,t Si*,t i NS , t T (3.44) Các ràng buộc mô hình hiệu chỉnh Ràng buộc cân cơng suất nút giới hạn điện áp nút Ràng buộc giới hạn công suất TBA Ràng buộc giới hạn công suất đƣờng dây Ràng buộc giới hạn công suất nguồn pin mặt trời 3.3.3.3 Phân tích nhận dạng mơ hình hiệu chỉnh Mơ hình bƣớc xét đến khả tham gia nguồn pin mặt trời với cơng suất phát mang tính ngẫu nhiên, ĐTPT ngày điển hình đặc tính giá điện NLP 3.3.4 Đánh giá mơ hình đề xuất Mơ hình xét đến thay đổi tổng trở đƣờng dây theo tiết diện nâng cấp, ĐTPT ngày điển hình, đặc tính giá bán điện cơng suất nguồn pin mặt trời mang tính ngẫu nhiên đƣợc tổng hợp nhằm đáp ứng gần với điều kiện thực tiễn Chƣơng trình tính tốn đƣợc lập ngn ngữ lập trình GAMS 13 Ví dụ Kết tính tốn ví dụ cho thấy, mơ hình xác định đƣợc thơng số đầu tƣ tối ƣu thiết bị đồng thời đảm bảo đƣợc yêu cầu kỹ thuật sơ đồ đơn giản 3.4 Nhận xét kết luận Chƣơng xây dựng mơ hình tốn hai bƣớc (bƣớc sở, bƣớc hiệu chỉnh) qui hoạch LĐPP xét đến khả tham gia nguồn pin mặt trời, ĐTPT ngày điển hình đặc tính giá điện Giải pháp hai bƣớc với biến lựa chọn biến thực bƣớc sở đƣợc sử dụng làm giảm thời gian tính tốn tăng khả hội tụ tốn qui hoạch LĐPP từ xét đến khả tham gia nguồn pin mặt trời với đặc tính cơng suất phát ngẫu nhiên, ĐTPT, đặc tính giá điện kết tính tốn đáp ứng gần với thực tiễn Hơn nữa, chƣơng trình tính tốn theo mơ hình đề xuất đƣợc nghiên cứu xây dựng ngơn ngữ lập trình GAMS cho phép xét đƣợc đồng thời nhiều giải pháp toán qui hoạch nhƣ đánh giá đƣợc rõ ràng hiệu giải pháp qua tiêu KT-KT hệ thống 3.5 CHƢƠNG TÍNH TỐN ÁP DỤNG Ch ƣơn g 3, Đặt vấn đề Chƣơng xây dựng đƣợc mơ hình chƣơng trình tính toán qui hoạch LĐPP xét đến khả tham gia nguồn pin mặt trời với nguồn lƣợng sơ cấp mang tính ngẫu nhiên Chƣơng áp dụng mơ hình tốn chƣơng trình lập chƣơng để tính tốn hiệu nguồn pin mặt trời LĐPP thuộc thành phố Thái Nguyên 4.1 Những giả thiết thơng số tính tốn Nghiên cứu sử dụng số giả thiết khía cạnh kinh tế kỹ thuật nhằm xây dựng đƣợc lộ trình qui hoạch LĐPP xác đồng thời giảm đƣợc khối lƣợng tính tốn nhƣ giá điện theo thời gian sử dụng nhƣ hình 4.1, hệ số chiết khấu 10% năm, tiêu chuẩn độ lệch điện áp cho phép dao động (0.91.05)p.u, chi phí đầu tƣ pin mặt trời (1÷2)x106$/MWp, chi phí nâng cấp TBAlà 0.2M$ 0.05M$/MVA, đƣờng dây 22kV 0.15M$/km 0.001M$/MVA.km, cƣờng độ xạ mặt trời nhƣ giới thiệu chƣơng Giá điện, $/MWh $/MVARh 4.2 120 Theo P Theo Q 100 80 60 40 20 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Thời gian, h Hình 4.1 Đặc tính giá bán điện 4.3 Chƣơng trình tính tốn Chƣơng trình tính tốn nhƣ chƣơng Kết tính tốn Sơ đồ LĐPP hình tia gồm 47 nút (lộ 478, TBA 110kV Thịnh Đán) đƣợc lựa chọn làm LĐPP điển hình khu vực để tính tốn với trƣờng hợp: i) Khơng xét đến nguồn pin mặt trời; ii) xét đến nguồn pin mặt trời; iii) xét đến tính ngẫu nhiên nguồn pin mặt trời Kết nhƣ bảng 4.1 4.2 4.4 Một số tiêu KT-KT phƣơng án đầu tƣ tính tốn đƣợc giai đoạn qui hoạch trình bày bảng 4.3 Khi đầu tƣ nguồn pin mặt trời, tổng chi phí vòng đời giảm đƣợc 4.71x106$ tƣơng ứng giảm 15.49% Khi xét đến tính ngẫu nhiên cƣờng độ xạ mặt trời, công suất đầu tƣ 14 nguồn pin mặt trời giảm dẫn đến tổng chi phí mua điện từ hệ thống LĐPP giảm đƣợc 4.65x106$ tƣơng ứng giảm đƣợc 15.43% Mặc dù, tổng chi phí đầu tƣ giảm 3x106$ nhƣng tổng chi phí vòng đời giảm đƣợc 2.88x106$ tƣơng ứng giảm đƣợc 9.47% Bảng 4.1 Thông số lộ trình nâng cấp đƣờng dây Thời gian đầu tư, nâng cấp (năm) Thơng số TT Vị trí Trƣờng hợp 1-2 185 240 2-3 185 3-4 185 4-5 185 9-10 35 9-21 70 95 21-22 70 Trƣờng hợp 1-2 185 2-3 185 3-4 185 4-5 185 9-10 35 9-21 70 95 21-22 70 Bảng 4.2 Lộ trình thơng số đầu tƣ nguồn pin mặt trời Trƣờng hợp Trƣờng hợp TT Nút Công suất Thời gian Công suất Thời gian (MW) (Năm) (MW) (Năm) 17 1.0 18 1.0 19 1.0 20 1.0 31 1.0 32 1.0 33 1.0 34 1.0 35 1.0 10 45 1.0 Tổng: 10.0 10 240 240 240 50 95 240 240 240 240 50 95 Trƣờng hợp Công suất (MW) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 8.0 Thời gian (Năm) 1 1 1 1 Bảng 4.3 Một số tiêu KT-KT Giá trị Trƣờng hợp Trƣờng hợp Trƣờng hợp Chi phí vòng đời (10 6$) 30.41 25.70 27.53 Chi phí đầu tƣ đƣờng dây, TBA (10 $) 1.34 1.31 1.31 Chi phí đầu tƣ DG (10 6$) 15.00 12.00 Chi phí vận hành lƣợng 30.14 20.34 25.49 (106$) Giá trị lại thiết bị đầu tƣ 11.27 11.27 1.07 (106$) Tƣơng tự, tổn thất điện xét đến đầu tƣ nguồn pin mặt trời ln giảm nhƣ hình 4.3 Tổn thất điện áp điện áp nút theo khoảng thời gian ĐTPT đƣợc xác định Tuy nhiên, điện áp cực tiểu xuất phụ tải cực đại 18h, thời điểm công suất nguồn pin TT Chỉ tiêu 15 Tổn thất điện (10e6kWh) mặt trời nhỏ nên hiệu hỗ trợ điện áp trƣờng hợp không cao Điện áp tất nút LĐPP đƣợc đảm bảo yêu cầu giới hạn điện áp nút ràng buộc 10 Trường hợp Trường hợp Trường hợp 1 Thời gian qui hoạch (năm) 10 Hình 4.3 So sánh tổn thất điện Những đánh giá kết luận Kết tính tốn cho thấy, nguồn pin mặt trời tham gia LĐPP nâng cao đƣợc hiệu kinh tế giảm đƣợc chi phí vòng đời, giảm tổn thất cơng suất, tổn thất điện đồng thời hỗ trợ điện áp nút Khi xét đến tính ngẫu nhiên cƣờng độ xạ mặt trời, hiệu nguồn pin mặt trời có giảm nhƣng cạnh tranh đƣợc với phƣơng án nâng cấp đƣờng dây TBA nguồn Ngoài ra, mơ hình tính tốn trào lƣu cơng suất theo ĐTPT ngày điển hình nên kết tính tốn tổn thất cơng suất tổn thất điện xác Đặc tính cơng suất phát nguồn pin mặt trời với phân bố ngẫu nhiên đƣợc xem xét khả làm việc hay độ tin cậy CCĐ LĐPP đƣợc nâng cao 4.5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Từ kết nghiên cứu, đề tài có đóng góp sau: 1- Nghiên cứu tổng hợp, đánh giá xác định yếu tố tác động làm thay đổi toán qui hoạch LĐPP Từ đó, nghiên cứu đề xuất mơ hình phƣơng pháp qui hoạch phù hợp áp dụng cho qui hoạch LĐPP Việt Nam 2- Xây dựng đƣợc mơ hình toán hai bƣớc qui hoạch LĐPP tổng hợp ĐTPT ngày điển hình, đặc tính giá điện nguồn pin mặt trời với cơng suất mang tính ngẫu nhiên phụ thuộc điều kiện khí hậu Lộ trình nâng cấp đƣờng dây TBA nguồn đƣợc xác định đồng thời với thông số đầu tƣ tối ƣu nguồn pin mặt trời Các tiêu kinh tế, thông số chế độ hệ thống đƣợc xác định Do đó, kết tính tốn đáp ứng gần với điều kiện thực tiễn 3- Sử dụng biến nhị phân để biểu diễn đặc tính chi phí phi tuyến có thành phần cố định đƣờng dây TBA nguồn phù hợp với đặc tính chi phí thực tế 4- Lập chƣơng trình tính tốn theo mơ hình đề xuất ngơn ngữ lập trình GAMS cho phép xét đƣợc đồng thời nhiều giải pháp toán qui hoạch LĐPP nhƣ đánh giá đƣợc rõ ràng hiệu giải pháp qua tiêu KT-KT hệ thống 5- Nguồn pin mặt trời có hiệu cao qui hoạch LĐPP Thái Nguyên giảm đƣợc chi phí vòng đời, giảm tổn thất cơng suất tổn thất điện đồng thời hỗ trợ điện áp nút 6- Mơ hình qui hoạch LĐPP đề xuất đƣợc sử dụng để tính tốn qui hoạch LĐPP hay đánh giá hiệu sách khuyến khích phát triển nguồn lƣợng tái tạo Kết tính tốn bƣớc đầu cho thấy tính phù hợp thuận lợi mơ hình đề xuất Tuy vậy, để nâng cao tính xác kết tính tốn, mơ hình cần đƣợc tiếp tục nghiên cứu sử dụng biến lựa chọn biến rời rạc theo thông số thiết bị xét đến ảnh tính ngẫu nhiên giá điện, phụ tải đáp ứng gần với thực tiễn ... lƣới điện phân phối xét đến nguồn pin mặt trời + Chƣơng trình tính tốn Hiệu quả: - Đề tài xây dựng đƣợc mơ hình tốn qui hoạch LĐPP xét đến đặc tính ngẫu nhiên nguồn pin mặt trời Do đó, nâng cao tính. .. giá hiệu nguồn pin mặt trời qui hoạch LĐPP Thái Nguyên Kết nghiên cứu: - Đã xây dựng đƣợc mơ hình toán hai bƣớc qui hoạch LĐPP tổng hợp ĐTPT ngày điển hình, đặc tính giá điện nguồn pin mặt trời.. . tâm nghiên cứu Đề tài nghiên cứu xây dựng mơ hình tính tốn qui hoạch LĐPP xét đến nguồn pin mặt trời với đặc trƣng cơng nghệ qua đặc tính cơng suất phát, tổng hợp ĐTPT đặc tính giá điện Chƣơng trình