Nghiên cứu bài toán cực tiểu chi phí tái điều độ khi giải quyết tắc nghẽn trong thị trường điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - PHẠM NGỌC HIỆP NGHIÊN CỨU BÀI TỐN CỰC TIỂU CHI PHÍ TÁI ĐIỀU ĐỘ KHI GIẢI QUYẾT TẮC NGHẼN TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - PHẠM NGỌC HIỆP NGHIÊN CỨU BÀI TỐN CỰC TIỂU CHI PHÍ TÁI ĐIỀU ĐỘ KHI GIẢI QUYẾT TẮC NGHẼN TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN HÙNG TP HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : Tiến sĩ 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 ngày 12 tháng năm 2016 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) TT Họ tên Chức danh Hội đồng PGS TS Ngô Cao Cường Chủ tịch TS Phạm Đình Anh Khơi Phản biện PGS TS Quyền Huy Ánh Phản biện PGS TS Nguyễn Văn Nhờ Ủy viên TS Võ Công Phương Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT PHÒNG QLKH – ĐTSĐH NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày…… tháng… năm 20 … NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phạm Ngọc Hiệp Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 23/6/1970 Nơi sinh: Tp.Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1441830006 I- Tên đề tài: Nghiên cứu toán cực tiểu chi phí tái điều độ giải tắc nghẽn thị trường điện II- Nhiệm vụ nội dung: - Tổng quan thị trường điện giới học kinh nghiệm - Mơ hình thị trường điện bán buôn Việt Nam - Phương pháp xác định giá điện nút tối ưu - Nghiên cứu tốn giải tắc nghẽn cực tiểu chi phí tái điều độ thị trường cực tiểu chi phí điều chỉnh kế hoạch ban đầu - Mô thị trường điện phần mềm Power World III- Ngày giao nhiệm vụ : Tháng 5/2015 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ : Tháng 12/2015 V- Cán hướng dẫn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) : TS Nguyễn Hùng KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn (Ký ghi rõ họ tên) ii LỜI CẢM ƠN Trước hết xin bày tỏ lòng cảm ơn TS Nguyễn Hùng người hướng dẫn tận tình tơi suốt q trình thực Luận văn Thầy có định hướng cho báo cáo luận văn quan tâm giúp đỡ tơi gặp khó khăn Tơi xin chân thành cảm ơn tất thầy cô giáo môn khoa truyền đạt kiến thức quý báu suốt thời gian học tập Trường Trong trình thực tập làm báo cáo trình độ lý luận kinh nghiệm thực tiễn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận ý kiến đóng góp từ Thầy, Cơ để tơi học thêm nhiều kinh nghiệm hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! TĨM TẮT Tìm hiểu q trình phát triển thị trường điện cạnh tranh Việt Nam, mơ hình thị trường phương pháp tổ chức hoạt động thị trường điện cạnh tranh Việt Nam Đồng thời nghiêm cứu chế vận hành thị trường điện giao phương pháp xác định giá truyền tải điện Xây dựng cơng thức tính tốn giá nút, mơ hệ thống điện nút Để hệ thống điện hoạt động hiệu tin cậy số kỹ thuật phát triển để tính tốn xác định dự báo cơng suất mức công suất phát ABSTRACT Understanding the development of the competitive electricity market in Vietnam, the market model and methods of organizing activities of a competitive electricity market in Vietnam At the same time investigating the operational mechanism of electricity spot market and the valuation method transmission Construction price calculation formula buttons, power system simulation of the power system button For electrical systems operate efficiently and reliably, several techniques have been developed to determine the forecast calculation capacity and transmission power level DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT OPF : Bài tốn trào lưu cơng suất tối ưu ISO : Cơ quan vận hành thị trường điện VCGM : Thị trường phát điện cạnh tranh Việt Nam VWCM : Thị trường bán buôn điện cạnh tranh Việt Nam ERVA : Cục Điều tiết Điện lực EVN : Tập đoàn Điện lực Việt Nam DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Tỷ lệ hợp đồng vesting (dự kiến thực tế) Singapore 17 Bảng 4.1 Thông số HTĐ .48 Bảng 4.2 Thông số đường dây HTĐ 48 Bảng 4.3 Giá nút thị trường điện nút hoạt động 100% tải 50 dịch pha máy biến áp, điều khiển chuyển mạch rẽ nhánh tất thiết bị FACT OPF xác định liệu chi phí biên hệ thống Dữ liệu chi phí dùng để phân tích định giá giao dịch cơng suất tác dụng định giá dịch vụ phụ trợ điều khiển điện áp cách điều khiển cơng suất phản kháng Chương trình tính tốn OPF cơng cụ có ích ngành dịch vụ cơng nghiệp lượng Kết phân tích tốn OPF thơng số kiểm sốt hệ thống Việc xác định kiểm soát đưa hệ thống vào trạng thái tối ưu với mục tiêu xác định 4.3 Thành lập tốn OPF tính tốn giá điện nút thị trường điện Mục đích OPF nói chung cực tiểu chi phí cho việc cung cấp công suất cho tải bảo đảm an tồn cho hệ thống Chi phí hệ thống tùy thuộc vào trường hợp, nhìn chung chúng hồn tồn phụ thuộc vào chi phí nhà máy, chi phí mạng điện vấn đề liên quan khác Theo quan điểm OPF, bảo đảm ổn định cho hệ thống giữ cho thiết bị hệ thống nằm giới hạn hoạt động cho trước trạng thái hoạt động bình thường Nó bao gồm cơng suất cực đại cực tiểu máy phát, công suất truyền cực đại dây dẫn máy biến áp, giữ cho điện áp nằm phạm vi định trước Để thực mục đích đó, OPF thực tất hàm điều khiển ổn định hệ thống Đối với nguồn phát, OPF điều khiển công suất tác dụng điện áp phát Đối với hệ thống truyền tải, OPF thực thông qua việc điều khiển tỉ số biến áp, độ lệch pha máy biến áp, điều khiển bù ngang tất thiết bị điều khiển dòng xoay chiều linh hoạt khác Mục đích thứ hai toán OPF xác giá điện cận biên nút thị trường điện làm sở cho việc toán giao dịch mua bán thị trường phát tín hiệu cạnh tranh việc thu hút đầu tư vào mạng truyền tải, điều khiển phụ tải,… 4.4 Hàm mục tiêu Hàm mục tiêu toán OPF cực tiểu tổng chi phí máy phát điện thị trường điện kèm theo ràng buộc đẳng thức bất đẳng thức f : hàm tổng chi phí nhiên liệu hệ thống, biến thiên theo hàm số n n f ( X , P, Q)   f ( X , P, Q)  i  i 1 i  b i p gi  ci pgi2 a (4.1) i 1 fi : chi phí nhiên liệu của máy phát thứ i n: số tổ máy phát Pgi: công suất tác dụng máy phát thứ i ai, bi, ci: hệ số chi phí máy phát thứ i Chú ý: f biểu diễu hàm số lợi nhuận, chi phí 4.5 Các điều kiện ràng buộc - Ràng buộc đẳng thức Phương trình cân cơng suất tính tốn cân công suất mà tồn hệ thống suốt trình vận hành ổn định hệ thống Các ràng buộc cân cho công suất nút theo công thức N N  DFi Gi i 1   DFi Di i 1  Ploss  (4.2) - Các ràng buộc bất đẳng thức Giới hạn giới hạn công suất máy phát Gimin ≤ Gi ≤ Gimax , i= 1,2,… ,N (4.3) Giới hạn dòng cơng suất Pij đường dây i-j N GSFk i (Gi  Di )  Llim itk i 1 ,k = 1,2,3,….,M (4.4) Giới hạn độ lớn điện áp Vimin ≤ Vi ≤ Vimax 4.6 (4.5) Các thành phần tham gia vào giá điện nút 4.6.1 Hệ số tổn thất LFi hệ số phân phối DFi Điểm để xem xét giá tổn thất cận biên hệ số tổn thất biên, gọi hệ số tổn thất (LF) cho đơn giản, hệ số phân phối cận biên, gọi hệ số phân phối cho đơn giản (DF) Chúng viết dạng toán sau: DF i  LF i   Ploss Pi (4.6) Trong đó: DFi : hệ số phân phối nút i LFi : hệ số tổn thất nút i Ploss: tổng công suất tổn thất hệ thống Pi = Gi – Di : công suất bơm vào nút i Hệ số tổn thất (LF) hệ số phân phối (DF) tính sau Căn vào định nghĩa hệ số tổn thất, chúnh ta có: Ploss   M Fk2.Rk k 1   M  Pi   k 1 P    k k F R loss Pi  Trong đó: (4.7) (4.8)  Fk : dòng cơng suất đường dây k Rk : điện trở đường dây k Dòng cơng suất mạng chiều tuyến tính tập hợp từ tất nguồn phát viết dạng sau: N N Fk   GSFk i  Gi  Di    GSFk i Pi i 1 (4.9) i 1 Cơng thức (4.8) sử dụng mở rộng hệ số LF sau: Ploss M   Pi k 1 Pi k 1 M k k R  F M  F R k k 2F Pi k  N   2.Rk GSFk i   GSFk i Pi  k 1 j 1  (4.10)  Do đó, dựa vào cơng thức (4.6) hệ số tổn thất dương, tương ứng hệ số phân phối âm ngược lại 4.7 Cách xác định giá nút ( LMP) Sau giải tốn phân bố cơng suất tối ưu, giá nút (LMP) định nghĩa theo dạng hàm Lagrangian Hàm Lagrangian viết sau:  N  M N      ci Gi      DFi Gi   DFi Di  Ploss    k   GSFk i  Gi  Di   Llimitk  i 1 i 1 i 1 i 1 k 1   N N (4.11) Giá nút LMP nút i viết sau:  M  M  LMPi   .DFi    k GSFk i       k GSFk i     DFi 1 k 1 k 1   Di (4.12) Theo công thức (2.12) nút i: Vậy giá nút bao gồm có ba thành phần: LMPi  LMPi ref  LMPi cong  LMPiloss (4.13) Trong LMPi: Giá nút i LMPiref : Chi phí cận biên máy phát, chi phí để cung cấp MW LMPi ref   (4.14) LMPicong :Chi phí cận biên giới hạn truyền tải M i  k i k GSF  LMP cong  (4.15) k 1 LMPi loss : Chi phí cận biên tổn thất loss LMPi Trong đó: ( 1)  DFi   Di :Công suất tải nút i(MWh) DFi : hệ số phát nút i Gi :Công suất phát nút i(MWh) Ploss: Tổng công suất tổn thất hệ thống N: Số nút Llmk: Giới hạn truyền dẫn đường dây k (4.16) Vi: Điện áp nút i M: số đường dây GSFk-i : hệ số thay đổi phát đến đường dây k từ nút i  k : nhân tử Lagrangian ứng với ràng buộc không cân giới hạn truyền tải đường dây k  : nhân tử Lagrangian ứng với ràng buộc cân công suất 4.8 Nghiên cứu giá nút thị trường điện sau chạy OPF 4.8.1 Tổng quan OPF phần mềm POWER WORLD OPF toán tối ưu ứng dụng nhiều quan trọng lĩnh vực sống Trong hệ thống điện OPF toán quan trọng việc xác định mục đích, yêu cầu, kết quả, phân tích yếu tố hệ thống điện Trong phần mềm Power World OPF phần quan trọng, phần phần mềm OPF Power World có nhiều phần nhỏ như: tối theo khu vực, tối ưu theo bus, tối ưu theo máy phát, tối ưu theo công suất đường dây máy biến áp…Trong yếu tố khác tốn OPF xét tới cách đầy đủ như: giới hạn đường dây, giới hạn máy phát, giới hạn ổn định…Cách thay đổi yếu tố, thành phần hệ thống dễ dàng thuận lợi cho người sử dụng Để giải tốn OPF ngày có nhiều cơng cụ hỗ trợ máy tính, phần mểm Và phần quan trọng thiếu việc giải toan OPF thuật tốn Từ thuật tốn như: phương pháp tuyến tính, thâut toán Gradient, thuật toán Newton – Raphson, phương pháp gradient liên hợp thuật toán đại như: giải thuật di truyền, giải thuật tiến hoá, hay giải thuật tiến hoá bầy đàn ( PSO ) Trong phần mềm Power World dùng phương pháp tuyến tính để giải toán OPF Trong phần đường cong chi phí tuyến tính hóa LP phương pháp giải toán tối ưu lâu đời ( khoảng 50 năm ) Ngày kết hợp với phương pháp khác LP ngày hoàn thiện trở thành cơng cụ hữu ích cho việc giả tốn OPF Trong Power World phương pháp LP công cụ cho việc giả tốn OPF hệ thống điện Các phương trình đường cong chi phí tuyến tính hố thành đường thẳng Các phương trình giới hạn, hệ số dạng bất đẳng thức đuợc chuyển đổi thành véctơ Do việc giải tốn OPF trở nên thuận lợi Hình Tuyến tnh hoá đường cong 4.9 Khảo sát giá nút thị trường điện Mơ tốn giải tắc nghẽn tái điều độ tối ưu cho thị trường điện nút sau: - Ba máy phát: G(A), G(B), G(C) - Bốn nút hệ thống: A, B, C, D - Phụ tải tiêu thụ nút: A, B, C, D - Đường dây nối mạch nút có thơng số sơ đồ sau: GC Nút C Tải C Tải D Nút D Nút A GA Nút B GB Tải A Tải B Hình 4.2 Sơ đồ hệ thống điện mơ Thanh A B C D PL (MW) 300 420 210 300 PG (MW) 800 1500 1000 Bảng 4.1 Thông số HTĐ Từ Đến L (Km) Pmax (MW) A B 150 300 0.001575 0.003151 A C 80 300 0.000735 0.012392 B D 80 300 0.009942 0.019884 C Ro Xo D 120 300 0.014913 0.029826 Bảng 4.2 Thông số đường dây HTĐ Trường hợp 1: Tải hoạt động 70% công suất Hình 4.3 Mơ hình thị trường điện nút hoạt động 70% tải Kết chạy mô phần mềm Power World phân bố công suất máy phát ta thấy tải hoạt động 70% công suất khơng có đường dây bị q tải Như có cân cơng suất nguồn phát dẫn đến giá điện thấp nút đồng nút 20.91 $/MWh Trường hợp 2: Tải hoạt động 100% cơng suất Hình 4.4 Mơ hình thị trường điện nút hoạt động 100% tải Kết chạy mô phần mềm Power World phân bố lại công suất máy phát cho thấy đường dây A-B có tải 100% Như có cân cơng suất nguồn phát dẫn đến chi phí giá điện cao nút có chênh lệch sau: Thanh A B C D Giá nút ($/MWh) 889.49 889.49 23.07 529.22 Bảng 4.3 Giá nút thị trường điện nút hoạt động 100% tải CHƯƠNG KẾT LUẬN 5.1 Kết kuận Đề tài giới thiệu tổng quan thị trường điện giới Một số khái niệm, cấu trúc mơ hình chế vận hành thị trường điện Những học kinh nghiệm rút từ trình phát triển nước Nghiên cứu trình phát triển thị trường điện Việt Nam Đặc biệt tập trung nghiên cứu thị trường điện bán bn cạnh tranh (Cấp độ 2) Tìm hiểu mơ hình thị trường điện giao vấn đề tắc nghẽn truyền tải Nghiên cứu xây dựng mơ hình giá điện nút nhằm đem lại hiệu vận hành nâng cao tnh cạnh tranh Sử dụng phần mềm PowerWorld Simulator mơ cho thị trường điện bán bn có nút Kết mô cho trường hợp phụ tải hệ thống 70% tải đỉnh 100% tải đỉnh Trường hợp tải đỉnh xảy tắc nghẽn đường dây truyền tải làm giá điện nút tăng cao, ISO phải tái điều độ lại nhà máy điện hệ thống để giải khơng xảy tắc nghẽn cực tiểu chi phí 5.2 Hướng phát triển đề tài Hiện nước ta giai đoạn vận hành thí điểm thị trường điện bán buôn từ 2015-2017 Vấn đề giải tắc nghẽn thị trường có hợp đồng mua bán song phương mua bán qua Pool vấn đề cần nghiên cứu tới Hơn tương lai mạng điện truyền tải có lắp thêm nhiều thiết bị FACTS khác TCSC STATCOM, SSSC, UPFC vào thị trường điện để giải tắc nghẽn tốn tối ưu vị trí dung lượng thiết bị FACTS vấn đề quan trọng Do huớng nghiên cứu sâu giá điện, giải tắc nghẽn thiết bị FACTS hướng phát triển đề tài TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 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 2006-2015 có xét đến 2025 [2] Bộ Công thương (2010), Thông tư số 14/2010/TT-BCT ngày 15 tháng 04 năm 2010 Bộ Công thương quy định phương pháp lập, trình tự, thủ tục xây dựng, ban hành quản lý giá điện truyền tải điện [3] Viện lượng (2005), Tổng sơ đồ VI – Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006-2015 có xét triển vọng đến 2025 [4] Trương Tấn Hải – ĐH BKHN (2013), Nghiên cứu quản lý lưới điện truyền tải thị trường điện [5] TS Nguyễn Anh Tuấn – ThS Nguyễn Anh Dũng – Viện Năng Lượng , Nghiên cứu phương pháp xác định giá truyền tải điện phương thức chống tắc nghẽn phù hợp điều kiện thị trường điện Việt Nam [6] Lê Minh Trân (2015), Nghiên Cứu giá điện thị trường dịch vụ phụ trợ thị trường điện Hutech [7] Bùi Thế Huy (2015), Nghiên Cứu đánh giá khả truyền tải cho phép ATC giao dịch vùng thị trường điện Hutech [8] www.nldc.evn.vn Trung tâm điều độ Hệ thống điện Quốc gia ( ĐĐQG) [9].www.vietlawnetwork.com/luat-dien-luc/chuong-iv-thi-truong-dien-luc.nd5dt.524.080.html - Luật điện lực [10].www.eptc.vn Công ty mua bán điện [11] www.powerworld.com [12] Seyed Abbas Taher, Hadi Besharat Department of Electrical Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran (American Journal of Applied Sciences (3): 242-247, 2008)_Transmission Congestion Management by Determining Optimal Locaton of FACTS Devices in Deregulated Power Systems ... nghiệm - Mơ hình thị trường điện bán buôn Việt Nam - Phương pháp xác định giá điện nút tối ưu - Nghiên cứu toán giải tắc nghẽn cực tiểu chi phí tái điều độ thị trường cực tiểu chi phí điều chỉnh kế... quan thị trường giá điện - Các vấn đề liên quan đến vận hành thị trường điện - Phương pháp xác định giá điện nút - Nghiên cứu toán cực tiểu chi phí tái điều độ thị trường cực tiểu chi phí điều. .. cứu mơ hình chi phí máy phát điện, nghiên cứu giá điện nút, nghiên cứu toán giải tắc nghẽn dựa phương pháp tái điều độ cực tiểu chi phí điều chỉnh kế hoạch ban đầu Nội dung nghiên cứu: - Giới