Phân bố công suất tối ưu có ràng buộc ổn định trong thị trường điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - HÀ NGỌC HỞI PHÂN BỐ CƠNG SUẤT TỐI ƯU CĨ RÀNG BUỘC ỔN ĐỊNH TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - HÀ NGỌC HỞI PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỐI ƯU CÓ RÀNG BUỘC ỔN ĐỊNH TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Nguyễn Hùng TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Hùng (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ Tp HCM ngày18 tháng năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) T T1 C hC P bP b Ủy v Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp HCM, ngày tháng năm 20 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Hà Ngọc Hởi Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 14/01/1977 Nơi sinh: Cà Mau Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1641830010 I- Tên đề tài: Phân bố công suất tối ưu có ràng buộc thị trường điện II- Nhiệm vụ nội dung: - Tổng quan thị trường điện giới Việt Nam - Nghiên cứu mơ hình giá điện nút (LMP) - Nghiên cứu xây dựng mục tiêu tốn phân bố cơng suất tối ưu (OPF) thị trường điện - Nghiên cứu khả truyền tải cho phép ATC vùng dựa OPF - Nghiên cứu toán SCOPF cho thị trường điện đảm bảo ổn định - Mô cho thị trường điện nút phần mềm Power World Simulator 18 cho toán OPF, SCOPF, ATC, phân tích giá điện nút III- Ngày giao nhiệm vụ: IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: V- Cán hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Hùng CÁN BỘ HUỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa đuợc công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn đuợc cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn đuợc rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn Hà Ngọc Hởi LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, em xin chân thành cám ơn Thầy Cô Trường Đại học Công nghệ Tp HCM, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Khoa học Kỹ thuật HUTECH hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành khóa học đề tài luận văn Đặc biệt, em xin chân thành cám ơn Thầy PGS.TS Nguyễn Hùng tận tình hướng dẫn, giúp đỡ đóng góp ý kiến quý báo cho việc hoàn thành Luận văn Cuối cùng, em xin cảm ơn tập thể lớp 16SMĐ12, đồng nghiệp gia đình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho trình thực Luận văn em Hà Ngọc Hởi Tóm tắt Luận văn tập trung vấn đề liên quan đến “Phân bố công suất tối ưu có ràng buộc thị trường điện” mà bao gồm nội dung sau: + Chương 1: Giới thiệu chung + Chương 2: Tổng quan thị trường điện Việt Nam + Chương 3: Giới thiệu toán phân bố cơng suất tối ưu có ràng buộc ổn định + Chương 4: Mô OPF SCOPF thị trường điện + Chương 5: Kết luận hướng phát triển tương lai Abstract This thesis focuses on issues relating to " Security Constrained OPF in power system markets" that includes the following contents: + Chapter 1: Introduction + Chapter 2: Literature review of power system markets + Chapter 3: Security Constrained OPF in power system markets + Chapter 4: Simulations + Chapter 5: Conclusions and future works i MỤC LỤC Mục lục i Danh mục từ viết tắt iv Danh sách hình vẽ v Danh sách bảng vii Chương – GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Bố cục luận văn 1.8 Kết luận Chương – TỔNG QUAN THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VIỆT NAM 2.1 Giới thiệu 2.2 Mục tiêu nguyên tắc Thị trường bán buôn điện cạnh tranh 10 2.3 Cấu trúc thị trường bán buôn điện cạnh tranh Việt Nam 11 2.4 Thành viên tham gia VWEM 12 2.4.1 Bên bán điện 13 2.4.2 Bên mua điện 22 2.4.3 Công ty Mua bán điện (thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam) 23 2.4.4 Các đơn vị cung cấp dịch vụ 23 2.5 Thị trường điện giao 24 2.6 Bản chào giá giá trần 25 2.6.1 Chào mua chào bán 25 2.6.2 Các mức giá trần VWEM 25 ii 2.6.3 Xác định mức giá trần giá CAN 26 2.6.4 Nguyên tắc xác định giá trần chào bán lớn giá trần thị trường 26 2.6.5 Giá trần chào lớn 28 2.6.6 Chuyển đổi từ mô hình chào giá theo chi phí sang mơ hình chào giá tự 31 2.6.7 Giá trần chào tổ máy nhiệt điện 32 2.6.8 Giá trị nước giá trần chào tổ máy thủy điện 32 2.6.9 Giá trần chào tổ máy thủy điện 34 2.6.10 Các điều kiện để chuyển đổi sang mơ hình chào giá tự 35 2.6.11 Chuyển đổi sang mơ hình chào giá tự 35 2.6.12 Bản chào giá đơn vị phát điện 39 2.6.13 Chào giá phía phụ tải 40 2.7 Lập phương thức vận hành thị trường điện 40 2.7.1 Lập phương thức vận hành năm tới (YAPs) 40 2.7.2 Lập phương thức vận hành tháng tới (MAPs) 45 2.7.3 Lập phương thức vận hành tuần tới (WAPs) 48 2.7.4 Lập phương thức vận hành ngày tới (DAPs) 50 Chương – GIỚI THIỆU BÀI TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT TỐI ƯU CĨ RÀNG BUỘC ỔN ĐỊNH 54 3.1 Giới thiệu tổng quan tốn phân bố cơng suất tối ưu 54 3.2 Các mô tả toán học vấn đề OPF 55 3.2.1 Hàm mục tiêu cho chi phí nhiên liệu tối thiểu 55 3.2.2 Hàm mục tiêu cho chi phí nhiên liệu tối thiểu OPF có ràng buộc 56 3.2.3 Hàm mục tiêu tổn thất công suất tối thiểu OPF 57 3.2.4 Hàm mục tiêu tổn thất công suất tối thiểu OPF có ràng buộc 58 3.3 Bài tốn OPF thị trường điện 58 3.3.1 Mục tiêu 58 3.3.2 Yêu cầu 59 3.3.3 Các trường hợp OPF mô thị trường điện 60 Hình 4.16 Tạo cố khẩn cấp Hình 4.17: lựa chọn dạng cố khẩn cấp Hình 4.18 Phân tích tình trạng khẩn cấp N-1 Khi mở đường dây nối nút đến nút tải 131% đường dây 1-3 Khi mở đường dây nối nút đến nút tải 128,7% đường dây 1-2 Khi mở đường dây nối nút đến nút tải 106,3% đường dây 2-5 Hình 4.19 minh họa chi tiết trình phân tích tình trạng khẩn cấp thứ cấp Cơng cụ OPF SCOPF dùng với phân tích tình trạng khẩn cấp để giúp nhận điều chỉnh hệ thống hiệu xảy tình trạng khẩn cấp sơ cấp thứ cấp Việc điều chỉnh hệ thống diễn sau: - Sau xảy tình trạng khẩn cấp thứ cấp, đáp ứng theo trạng thái hệ thống N-1-1 - Sau xảy tình trạng khẩn cấp sơ cấp, điều chỉnh hệ thống để xảy vi phạm giới hạn xảy tình trạng khẩn cấp thứ cấp - Hệ thống vận hành mà kết hợp tình trạng khẩn cấp sơ cấp thứ cấp không làm vi phạm giới hạn truyền tải Bên cạnh đó, OPF SCOPF vận hành với kết hợp biến điều khiển khác Biến điều khiển bao gồm tái điều độ nguồn phát, sa thải phụ tải, điều chỉnh máy biến áp dịch pha, thay đổi kế hoạch mua vùng điều khiển Điều chỉnh theo sau trường hợp bình thường, tình trạng khẩn cấp sơ cấp thứ cấp Phân tích tình trạng khẩn cấp chạy mơ tả trước để hồn thiện hệ thống theo yêu cầu quy hoạch Phương pháp mô tả theo sau ứng dụng công cụ mô trường hợp khác 4.4.3 Điều chỉnh hệ thống sau tình trạng khẩn cấp thứ cấp Trong trường hợp này, toán OPF ứng dụng để giảm vi phạm trạng thái hệ thống sau tình trạng khẩn cấp, bỏ qua xem xét vi phạm tồn tình trạng khẩn cấp tương lai Hình 4.20 minh hoạ thủ tục cho q trình phân tích Hình 4.21 Phân tích tình trạng khẩn cấp thứ cấp Hình 4.22 Trạng thái thị trường điện sau xảy tình trạng khẩn cấp Sau chạy toán OPF, tải nút bị cắt máy phát nút điều chỉnh minh minh hoạ hộp thoại OPF sau đây: Hình 4.23 Hộp thoại OPF Hình 4.24 minh hoạ thay đổi tải nguồn phát sơ đồ đơn tuyến Sự điều chỉnh hệ thống sau kết hợp vào tình trạng khẩn cấp thứ cấp chạy phân tích tình trạng khẩn cấp theo tiêu chuẩn N-1-1 Hình 4.24 Điều chỉnh hệ thống dựa vào OPF đảm bảo ổn định 4.4.4 Điều chỉnh hệ thống sau tình trạng khẩn cấp sơ cấp Trong trường hợp hệ thống chịu tình trạng khẩn cấp thứ cấp kế sau tình trạng khẩn cấp sơ cấp mà không xảy vi phạm Lúc phân tích SCOPF áp dụng cho trạng thái sau tình trạng khẩn cấp sơ cấp, xem xét tình trạng khẩn cấp thứ cấp để xác định điều chỉnh hệ thống cần thiết sau tình trạng khẩn cấp sơ cấp mà tình trạng khẩn cấp thứ cấp xảy khơng làm tắc nghẽn hệ thống Hình 4.25 minh hoạ cho q trình phân tích 4.4.5 Khơng điều chỉnh hệ thống sau tình trạng khẩn cấp sơ cấp Trong trường hợp này, giả định từ trường hợp xảy chuỗi tình trạng khẩn cấp sơ cấp thứ cấp mà không xảy q tải Vì tốn SCOPF áp dụng cho trường hợp với mục tiêu nhận dạng điều chỉnh hệ thống trường hợp Hình 4.26 minh hoạ cho q trình phân tích Mở trường hợp tình trạng khẩn cấp sơ cấp thứ cấp Định nghĩa tất kết hợp tình trạng khẩn cấp sơ cấp thứ cấp cố kép Chạy mơ tình trạng khẩn cấp Vi phạm ? Có Lưu thành trường hợp Khơng Chọn hàm chi phí máy phát hàm lợi nhuận cho tải Cực tiểu chi phí Chọn hàm mục tiêu OPF Cực tiểu thay đổi biến điều khiển Chọn máy phát tải điều độ có hàm chi phí MW Chọn biến điều khiển OPF Chạy toán SCOPF biến điều khiển Lấy trường hợp thành chuẩn để phân tích tình trạng khẩn cấp Kết hợp biến điều khiển mong muốn vào trường hợp Kết hợp biến điều độ vào trường hợp thành SCOPF Lưu, trường hợp Hình 4.26 Điều chỉnh hệ thống từ trường hợp với SCOPF Mơ tốn OPF có hai lựa chọn cho hàm mục tiêu: Cực tiểu tổng chi phí máy phát cực tiểu thay đổi biến điều khiển Khi xem xét trường hợp điều độ nguồn phát trường hợp tình trạng khẩn cấp cực tiểu thay đổi biến điều khiển xu hướng thực Vì tốn OPF giải tắc nghẽn mà cực tiểu chi phí điều độ từ điểm vận hành ban đầu Việc tăng công suất ngõ máy phát máy phát chi phí với việc giảm cơng suất ngõ máy phát Thêm vào tất máy phát điều khiển có chi phí Tuy nhiên, trường hợp chi phí cắt tải cao việc tái điều độ máy phát thìhàm mục tiêu cực tiểu tổng cho phí sử dụng trường hợp Các tải cho phép cắt sau xem hàm lợi ích tuyến tính phần Các máy phát huy động có hàm chi phí dạng bậc hai dạng khối 4.5 Kết luận Mục tiêu nhà cung cấp thu lợi nhuận cao trình sản xuất truyền tải điện Muốn vậy, nhà máy cần phải xác định chi phí phát điện chi phí truyền tải để làm tiền đề cho việc định giá điện Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình phát điện với chi phí nhỏ vận hành hiệu tổ máy phát điện, chi phí nhiên liệu tổn thất đường dây truyền tải Hầu hết, tổ máy có hiệu suất cao hệ thống thường khơng đảm bảo chi phí nhỏ chúng thường nằm vùng có chi phí nhiên liệu cao Bên cạnh đó, tổn thất đường dây truyền tải lớn đáng kể vị trí nhà máy xa trung tâm phụ tải, gây lãng phí điện năng, đặc biệt hệ thống điện có nhiều liên kết, điện truyền tải qua khoảng cách dài, với mật độ tải vùng thấp, tổn thất đường dây yếu tố ảnh hưởng đến vận hành tối ưu hệ thống Vì vậy, xác định hợp lý điện phát tổ máy có phương thức vận hành hệ thống phù hợp định đến chi phí phát điện chi phí truyền tải hệ thống có nhiều nguồn lượng khác thủy điện, nhiệt điện khơng tái tạo (than, dầu, khí, ) Sử dụng phần mềm PowerWorld Simulator ta nhận thấy việc tính tốn tốn trào lưu công suất tối ưu đảm bảo ổn định toán thị trường giá điện cho ta kết cần thiết nhanh chóng máy tính, cho phép xây dựng mơ hình cách trực quan dễ hiểu Từ phần mềm ta xây dựng mơ hình mơ phỏng, phân tích q trình làm việc hệ thống với mục đích nghiên cứu khác 99 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯƠNG LAI 5.1 Kết luận Luận văn thực công việc sau đây: - Tổng quan thị trường điện nước giới Việt Nam - Nghiên cứu tốn phân bố cơng suất tối ưu (OPF) đảm bảo ổn định cho thị trường điện có nhiều vùng có xét đến tắc nghẽn truyền tải tổn thất vào mơ hình giá điện nút - Nghiên cứu phân tích đánh giá tình trạng khẩn cấp cố phần tử hệ thống với toán phân bố công suất tối ưu ràng buộc ổn định (SCOPF) cho thị trường điện - Nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp đánh giá giao dịch gia tăng cho phép (ATC) vùng đảm bảo ổn định sử dụng phương pháp độ nhạy tuyến tính Kết kiểm chứng mô cho thị trường điện nút cho phương pháp cho thấy độ xác hiệu trường hợp thị trường điện vận hành bình thường tình trạng khẩn cấp cố điện đường dây nhằm cung cấp thông tin cho thành phần tham gia thị trường nhằm nâng cao hiệu kinh tế đảm bảo ổn định Các kết mơ phân tích đạt cho thấy việc nghiên cứu mô kịch vận hành hệ thống thị trường điện cần thiết cho công tác vận hành hệ thống điện thực tế tính chất phức tạp vận hành hệ thống điện thị trường điện cạnh tranh 5.2 Hướng phát triển tương lai Hướng nghiên cứu phát triển đề tài nghiên cứu mơ hình giá điện cho dịch vụ phụ trợ dự phòng, điều chỉnh điện áp… nhằm đảm bảo vận hành ổn định thị trường điện Xem xét tích hợp thiết bị FACTS nhằm nâng cao linh hoạt hiệu vận hành hệ thống điện, giúp nâng cao hiệu mua bán điện 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Luật Điện lực Quốc Hội ngày 03 tháng 12 năm 2004 [2] Luật Sửa đổi, bổ sung số điều Luật Điện lực Quốc Hội ngày 20 tháng 11 năm 2012 [3] Chính phủ (2007), Quyết định số 110/2007/QĐ-TTg ngày 18 tháng 07 năm 2007 phê duyệt quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 20062015 có xét đến 2025 [4] Quyết định số 63/2013/QĐ-TTg ngày 08 tháng 11 năm 2013 Thủ tướng Chính phủ việc Quy định lộ trình, điều kiện cấu ngành điện để hình thành phát triển cấp độ thị trường điện lực Việt Nam [5] Bộ Công thương (2014), Quyết định số 6463/2014/QĐ-BCT ngày 22 tháng 07 năm 2014 Bộ Công thương Phê duyệt Thiết kế tổng thể Thị trường bán buôn điện cạnh tranh Việt Nam [6] www.erav.vn [7] Loi Lei Lai, “Power System Restructuring and Deregulation: Trading, Performance and Information Technology” John Wiley&Son, LTD 2001 [8] Mohammad Shahidehpour, Muwaffad and Alomoush, “Restructured Electrical Power Systems: Operation, Trading and Volatility” – Marcel Dekker, INC, 2001 [9] http://www.powerworld.com [10] Li F., Bo R (2007), DCOPF base LMP simulation: Algorithm, Comparion with ACOPF and Sensitivity, IEEE Transmission on Power System [11] Ejebe, G C., Tong, J., Waight, J.G and et al “Available Transfer Capability Calculations”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol 13(4), pp 1521-6, November 1998 [12] Ou, Y., Singh, C., “Assessment of available transfer capability and margins”, IEEE Trans Power System, Vol 17 (2), pp 463–8, 2002 [13] Hamoud, G., “Assessment of available transfer capability of transmission systems”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol 15(1), pp 27-32, February 2000 [14] King, R L., “Artificial neural networks and computational intelligence,” IEEE Comput Appl Power, vol 11, pp 14–25, 1998 [15] Ying-Yi Hong, and Chien-Yang Hsiao, “On-Line ATC estimator using hybrid principal component analysis network”, Journal of the Chinese Institute of Engineers, Vol 30, No 5, pp 781-789, 2007 [16] Kumar, A., Srivastava, S C., and Singh S N., “Available Transfer Capability Assessment in a Competitive Electricity Market Using a Bifurcation Approach”, IEE Proc on Generation, Transmission and Distribution, vol 151, No 2, pp 133 – 140, March 2004 ... Tổng quan thị trường điện Việt Nam + Chương 3: Giới thiệu tốn phân bố cơng suất tối ưu ràng buộc ổn định thị trường điện + Chương 4: Mô phân bố công suất tối ưu (OPF) phân bố công suất tối ưu. .. Tìm hiểu, nghiên cứu thị trường điện thành phần trình phát triển thị trường điện bán buôn cạnh tranh - Tìm hiểu tốn phân bố cơng suất tối ưu có ràng buộc ổn định thị trường điện Phương pháp nghiên... Nghiên cứu mơ hình thị trường bán buôn điện cạnh tranh Việt Nam - Dùng phần mềm Power World mô phân bố công suất tối ưu ràng buộc ổn định thị trường điện minh họa 1.7 Bố cục luận văn Bố cục luận văn