Nghiên cứu phương pháp xác định chiến lược đặt giá điện tối ưu trong thị trường điện song phương bằng giải thuật cân bằng nash

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐINH NGỌC SANG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHIẾN LƯỢC ĐẶT GIÁ ĐIỆN TỐI ƯU TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN SONG PHƯƠNG BẰNG GIẢI THUẬT CÂN BẰNG NASH CHUYÊN NGÀNH MÃ SỐ NGÀNH : MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN : 2.06.07 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 06 NĂM 2005 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tực - Hạnh phúc ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐINH NGỌC SANG Phái: NAM Ngày, tháng, năm sinh: 03/01/1972 Nơi sinh: Ninh Thuận Chuyên ngành: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN Khoá: 12 I Tên đề tài: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHIẾN LƯỢC ĐẶT GIÁ ĐIỆN TỐI ƯU TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN SONG PHƯƠNG BẰNG GIẢI THUẬT CÂN BẰNG NASH II Nhiệm vụ nội dung: Tìm hiểu thị trường điện - thị trường điện song phương Tìm hiểu lý thuyết trò chơi cân Nash Nghiên cứu xây dựng giải thuật lựa chọn chiến lược đặt giá điện tối ưu thị trường điện song phương giải thuật cân Nash Lập chương trình Đánh giá khả ứng dụng phương pháp lựa chọn chiến lược đặt giá điện tối ưu thị trường điện song phương giải thuật cân Nash vào thị trường điện Việt Nam III Ngày giao nhiệm vụ: ngày …… tháng …… năm 2005 IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ngày …… tháng …… năm 2005 V Họ tên cán hướng dẫn: ThS LÊ MINH PHƯƠNG VI Họ tên cán chấm nhận xét 1: VII Họ tên cán chấm nhận xét 2: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ThS Lê Minh Phương CÁN BỘ NHẬN XÉT CÁN BỘ NHẬN XÉT Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ hội đồng chun ngành thơng qua TP Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 2005 PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC CHỦ NHIỆM NGÀNH CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: ThS LÊ MINH PHƯƠNG Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …… năm 2005 Có thể tham khảo luận văn tại: Thư viện TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LỜI MỞ ĐẦU Xin chân thành cảm ơn Q Thầy, Cơ trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, Khoa Điện - Điện Tử, Thầy, Cô Bộ môn Cung Cấp Điện, Hệ Thống Điện nhiệt tình giảng dạy suốt khóa học vừa qua Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS Lê Minh Phương TS Phan Thị Thanh Bình tận tình hướng dẫn em suốt q trình nghiên cứu để hồn thành luận văn Đồng thời xin chân thành cảm ơn anh chị Ban Thị Trường Điện (Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam), Trung Tâm Điều Độ Miền Nam đồng nghiệp Cơng Ty Điện Lực TP.Hồ Chí Minh nhiệt tình hỗ trợ, cung cấp tài liệu cần thiết để luận văn hoàn thành TP Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng năm 2005 Đinh Ngọc Sang Đặt vấn đề ĐẶT VẤN ĐỀ Xu hướng chuyển từ độc quyền điện sang thị trường cạnh tranh điều tất yếu ngành công nghiệp điện nay, cạnh tranh có nhiều ưu điển dẫn đến nhiều bất lợi cho phát triển xã hội Trong việc giảm giá điện tiến gần đến chi phí biên nâng cao chất lượng dịch vụ lợi mà thị trường điện mang lại Tuy nhiên khơng có qui định, luật pháp ràng buộc chặt chẽ dẫn đến công ty lớn chiếm lĩnh thị trường điều tiết lượng cung để nâng cao giá điện phá giá để đẩy công ty nhỏ đến chỗ phá sản tạo nên độc quyền Sự đặt giá người mua bán điện thị trường điện hoạt động khách quan Mỗi người tham gia thị trường mong muốn cho có lợi nhiều Do gặp thị trường, cạnh tranh lành mạnh giao dịch mua bán kết thúc tất người tham gia thị trường thỏa mãn mang cho lợi ích Đó kết cân Nash lý thuyết trò chơi Như lý thuyết trò chơi phù hợp để phân tích hoạt động thị trường điện cân Nash chiến lược đặt giá tối ưu mà tất người chơi thỏa mãn có lợi nhiều định chung tất người tham gia thị trường Trong mơ hình thị trường hợp đồng song phương, giá điện chọn sở thỏa thuận người mua người bán Việc người mua lựa chọn người bán để mua điện người bán chọn người mua để bán thị trường kết hoạt động thị trường Trong đề tài luận văn cao học lựa chọn phương pháp dùng giải thuật cân Nash lý thuyết trò chơi để chọn chiến lược đặt giá điện tối ưu thị trường hợp đồng song phương (*) Mục tiêu nhiệm vụ luận văn : Mục tiêu luận văn xây dựng giải thuật lựa chọn chiến lược đặt giá điện tối ưu thị trường điện song phương phương pháp giải thuật cân Nash nghiên cứu ứng dụng vào thị trường điện Việt Nam Để đạt mục tiêu này, nhiệm vụ luận văn phải thực : - Tìm hiểu thị trường điện - thị trường điện song phương Trang Đặt vấn đề - Tìm hiểu lý thuyết trò chơi cân Nash - Nghiên cứu xây dựng giải thuật lựa chọn chiến lược đặt giá điện tối ưu thị trường điện song phương giải thuật cân Nash Lập chương trình - Đánh giá khả ứng dụng phương pháp lựa chọn chiến lược đặt giá điện tối ưu thị trường điện song phương giải thuật cân Nash vào thị trường điện Việt Nam (*) Phạm vi nghiên cứu đề tài : Do thời gian có hạn, luận văn nghiên cứu ứng dụng phạm vi định, cụ thể sau: - Thị trường điện: tìm hiểu hoạt động thị trường điện giới Trong sâu vào thị trường điện song phương - Giải thuật cân Nash: tìm hiểu nguyên tắc lý thuyết trò chơi Nghiên cứu giải thuật cân Nash lý thuyết trò chơi khả ứng dụng - Chiến lược đặt giá điện tối ưu thị trường điện song phương: Quan hệ cân Nash chiến lược đặt giá điện Xây dựng giải thuật tìm chiến lược đặt giá điện tối ưu lập chương trình - Tìm hiểu hoạt động định hướng thị trường điện Việt Nam tương lai Từ đánh giá khả ứng dụng kết nghiên cứu vào thị trường điện Việt Nam Ngoài luận văn có số giả thiết để đơn giản trình xây dựng giải thuật lập chương trình Các giả thiết nêu chi tiết chương xây dựng giải thuật (*) Giá trị thực tiễn: với việc nghiên cứu phương pháp xác định chiến lược đặt giá điện tối ưu thị trường điện song phương ứng dụng vào thị trường điện Việt Nam đặt một giá trị thực tiễn thiết thực điều kiện thị trường điện chưa phát triển Việt Nam (*) Nội dung luận văn : Luận văn gồm chương gồm : - Chương : TỔNG QUAN - Chương : THỊ TRƯỜNG ĐIỆN - THỊ TRƯỜNG SONG PHƯƠNG Trang Đặt vấn đề - Chương : LÝ THUYẾT TRÒ CHƠI VÀ CÂN BẰNG NASH - Chương nghiên cứu ứng dụng giải thuật cân Nash chương vào thị trường điện song phương giới thiệu chương Đó chương : GIẢI THUẬT TÌM CHIẾN LƯỢC ĐẶT GIÁ ĐIỆN TỐI ƯU - Chương lại chủ yếu đánh giá khả ứng dụng thực tiễn luận văn Chương : ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI VÀO THỊ TRƯỜNG VIỆT NAM Trang MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.Xu hướng phát triển ngành điện Độc quyền ngành dọc Tái cấu trúc ngành điện thị trường điện cạnh tranh tất yếu Thị trường điện song phương II Lý thuyết trò chơi giải thuật cân Nash III Xây dựng giải thuật xác định chiến lược đặt giá điện tối ưu thị trường điện song phương Chương II: THỊ TRƯỜNG ĐIỆN - THỊ TRƯỜNG SONG PHƯƠNG I Giới thiệu Công nghiệp điện truyền thống Gia tăng phát triển công nghiệp điện Cởi bỏ ràng buộc phát điện, truyền tải phân phối Thành phần thị trường điện II.Các mô hình thị trường điện giá thị trường Mơ hình PoolCo Mô hình Bilateral Mơ hình Hybrid III Xu tái cấu trúc thị trường điện giới IV Một số thị trường điện điển hình giới Thị trường điện Na Uy 2.Thị trường điện Thái Lan V.Nhận xét Chương III: LÝ THUYẾT TRÒ CHƠI VÀ CÂN BẰNG NASH I Giới thiệu lý thuyết trò chơi II.Mơ hình trị chơi khơng hợp tác III.Chiến lược trội cân Nash Chiến lược trội Cân Nash IV.Ứng dụng cân Nash để xác định chiến lược đặt giá điện tối ưu thị trường điện song phương Chương IV: GIẢI THUẬT XÁC ĐỊNH CHIẾN LƯỢC ĐẶT GIÁ ĐIỆN TỐI ƯU I Sự cần thiết xây dựng giải thuật II.Các đặc điểm yêu cầu giải thuật III Lý thuyết sở để xây dựng giải thuật IV Giải thuật Dữ liệu đầu vào Dữ liệu đầu Diễn giải chi tiết Lưu đồ V.Ngơn ngữ lập trình chương trình VI.Chương trình định giá điện VII.Ví dụ ứng dụng VIII Đồng nguồn phụ tải Chương V: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI VÀO THỊ TRƯỜNG VIỆT NAM I.Ngành điện Việt Nam II Tái cấu trúc thị trường hóa ngành điện Việt Nam III Định hướng thị trường điện Việt Nam IV Các hợp đồng song phương thị trường điện Việt Nam giai đoạn V Khả ứng dụng chương trình lựa chọn chiến lược định giá điện tối ưu VI Kết luận Đánh giá kết luận Phụ lục Tài liệu tham khảo Chương 1: Tổng quan Chương I  TỔNG QUAN I.Xu hướng phát triển ngành điện Độc quyền ngành dọc Theo truyền thống, ngành điện hầu hết quốc gia xuất phát từ độc quyền Có nhiều nước giới, kể nước phát triển Nhật Bản, Hàn Quốc năm 2000 cịn độc quyền điện Cơng ty điện lực Hàn quốc (KEPCO) công ty cung cấp điện chủ yếu Hàn Quốc, chiếm tới 94,2% tổng cơng suất đặt 43.175 MW Đồng thời, KEPCO cịn sở hữu vận hành tất hệ thống truyền tải phân phối điện Một biểu giá thống áp dụng cho tất khách hàng toàn lãnh thổ Hàn Quốc Việc độc quyền bán điện có ưu điểm định phát sinh nhiều bất lợi, thời kỳ xã hội ngày phát triển theo chiều hướng cạnh tranh Một số nguyên nhân dẫn đến quốc gia giữ độc quyền điện : a Điện sản phẩm đặc biệt có tầm quan trọng chi phối hoạt động phần lớn ngành công nghiệp khác Do việc cung ứng điện thường phủ quản lý để điều tiết phát triển kinh tế công nghiệp quốc gia b Vốn đầu tư ban đầu dự án điện thường lớn, đầu tư nhà máy điện, hệ thống truyền tải điện hoạt động kinh doanh lại phụ thuộc vào điều tiết mặt phủ đặc biệt giá điện Do hiệu kinh doanh trở nên không ổn định Đối với khu vực mà phủ khơng thể đầu tư xây dựng sở hạ tầng điện nhiều nguyên nhân khác chấp nhận độc quyền cung cấp điện nhóm khách hàng liên minh hay tư nhân đầu tư xây dựng Tuy nhiên hình thức độc quyền mang tính địa phương Trang ResultMatrix(i, j) = CostMatrixRoot(i, j) Next j End If Next i GenNumber = GenNumberRoot Call TranNashDePrice(ResultMatrix) 'Tinh Tong gia dieu chinh NashCost = For i = To GenNumber + For j = To LoadNumber + If wsNashSit.Cells(i, j).Value = Then NashCost = NashCost + wsNashDePrice.Cells(i, j).Value End If Next j Next i wsNashDePrice.Cells(GenNumber + 4, 1).Value = "Sum Regulated Nash Prices : " & NashCost Call HighLight(wsNashDePrice) cTime = Time - cTime wsNashDePrice.Cells(GenNumber + 5, 1).Value = "Calculated time : " & Minute(cTime) & "'" & Second(cTime) & "''" EndPro: End Sub '===Chung trinh tinh trang thai gia tri Nash========== Public Sub MainCalNash() Dim CostMatrixRoot(1 To SizeOfMatrix, To SizeOfMatrix) As Variant Dim GenNumberRoot As Integer, LoadNumberRoot As Integer Dim MinStateRoot(1 To SizeOfMatrix, To SizeOfMatrix) As Integer Dim Nash(SizeOfMatrix) As Variant Dim i As Integer Dim Pi(1 To SizeOfMatrix) As Variant Dim cTime As Variant cTime = Time Call PRG_AssignSheets If GenNumber < LoadNumber Or LoadNumber < Then MsgBox "GenCo Or Load number wrong Cost sheet must be checked." Trang 71 GoTo EndPro1 End If 'Set nhung gia tri ban dau Call TranDataCost(wsCost, CostMatrix) Call ZeroMatrixVa(ResultMatrix) 'Tinh toan Nash cho trang thai goc - tat ca cac may phat tham gia NashCost = SumCostNash(CostMatrix, GenNumber, LoadNumber) Call HighLight(wsCost) cTime = Time - cTime wsCost.Cells(GenNumber + LoadNumber + 6, 1).Value = "Calculated time : " & Minute(cTime) & "'" & Second(cTime) & "''" EndPro1: End Sub ‘=== Giới thiệu chương trình =========== Sub AboutPro() MsgBox "This program find out the Optimal Bidding Strategy in the Bilateral Electricity Market." & Chr(13) & Chr(10) & "Author : Dinh Ngoc Sang." & Chr(13) & Chr(10) & "Mail : sangdn04@yahoo.com", vbOKOnly, "About program" End Sub II Thư viện hàm (FuncCal) ‘=== Đặt ma trận đơn vị =========== Public Sub SetUnitMatrix(Matrix() As Integer) Dim i, j As Integer For i = To SizeOfMatrix For j = To SizeOfMatrix Matrix(i, j) = Next j Matrix(i, i) = Next i End Sub ‘=== Đặt ma trận Zero =========== Public Sub ZeroMatrixVa(Matrix() As Variant) Dim i, j As Integer For i = To SizeOfMatrix For j = To SizeOfMatrix Matrix(i, j) = Next j Trang 72 Next i End Sub ‘=== Đặt ma trận Zero =========== Public Sub ZeroMatrixIn(Matrix() As Integer) Dim i, j As Integer For i = To SizeOfMatrix For j = To SizeOfMatrix Matrix(i, j) = Next j Next i End Sub '===Chuyen du lieu tu ma tran sang ma tran 2======= Public Sub SetMatrixEquoteIn(Matrix1() As Integer, Matrix2() As Integer) Dim i, j As Integer For i = To SizeOfMatrix For j = To SizeOfMatrix Matrix2(i, j) = Matrix1(i, j) Next j Next i End Sub '===Chuyen du lieu tu ma tran sang ma tran 2======= Public Sub SetMatrixEquoteVa(Matrix1() As Variant, Matrix2() As Variant) Dim i, j As Integer For i = To SizeOfMatrix For j = To SizeOfMatrix Matrix2(i, j) = Matrix1(i, j) Next j Next i End Sub '=== Đặt trạng thái ban đầu cho ma trận trạng thái ======= Public Sub BeginState(Matrix() As Integer, GenNumber As Integer, LoadNumber As Integer) Dim i As Integer Dim Tam As Variant Call SetUnitMatrix(Matrix) For i = To LoadNumber Matrix(i, 0) = Trang 73 Next i End Sub '===Tim tat ca cac trang thai va tinh tong chi phi thi truong tuong ung cac trang thai Public Function SumCostNash(CostMatrix() As Variant, GenNumber As Integer, LoadNumber As Integer) As Variant 'Tuong ung ma tran trang thai State(), matran chi phi Cost(), so luong may phat Gen va 'so luong phu tai Load, ham SumCost tinh tong chi phi cua trang thai 'Cac bien x (hang) va y (cot) la toa vi tri dang xet Dim UnitMatrix(1 To SizeOfMatrix, SizeOfMatrix) As Integer Dim i As Integer, j As Integer, k As Integer, l As Integer Dim Tamp As Variant, NashCost As Variant Dim Check As Boolean If LoadNumber > And LoadNumber Cost(Gen + i, i) Then re = False End If Loop CheckLoadPrice = re End Function '===Kiem tra xem may phat co tai khong ?======= Public Function CheckGenLoad(State() As Integer, GenCo As Integer) As Boolean 'Ket qua neu CheckGenLoad = True may phat GenCo co tai Trang 76 Dim i As Integer Dim re As Boolean re = False For i = To LoadNumber If State(GenCo, i) = Then re = True End If Next i CheckGenLoad = re End Function '===Tinh toan chi phi cua mot trang thai========== Public Function SumCost1(State() As Integer, Cost() As Variant, Gen As Integer, Load As Integer) As Variant Dim i, j As Integer Dim re As Variant re = For i = To Gen For j = To Load re = re + State(i, j) * Cost(i, j) Next j Next i SumCost1 = re End Function '===Bo hang x tram ma tran============= Public Sub DeleteRowMatrix(Matrix() As Variant, X As Integer) Dim i, j As Integer For i = X To GenNumber + LoadNumber + For j = To LoadNumber Matrix(i, j) = Matrix(i + 1, j) Next j Next i End Sub III Module xử lý liệu (DataBase) '===Truy xuat du lieu tu Excel ma tran========= Public Sub TranDataCost(ws As Worksheet, Matrix() As Variant) If GenNumber > LoadNumber And LoadNumber > Then Trang 77 For i = To GenNumber + LoadNumber For j = To LoadNumber Matrix(i, j) = ws.Cells(i + 2, j + 1) Next j Next i Else MsgBox "GenCo Or Load number wrong " End If End Sub '===Chuyen ket qua tinh trang thai Nash tu ma tran Matrix sang Excel========= Public Sub TranNashSituation(Matrix() As Integer) Dim i As Integer Dim j As Integer wsNashSit.Cells.Delete 'Tieu de wsNashSit.Cells(1, 1).Value = "Situation matrix with Nash Equilibrium, calculated date : " & Day(Now) & "/" & Month(Now) & "/" & Year(Now) 'bat dau chuyen du lieu For i = To GenNumber wsNashSit.Cells(i + 2, 1).Value = "GenCo " & i For j = To LoadNumber wsNashSit.Cells(i + 2, j + 1).Value = Matrix(i, j) Next j Next i 'Format Sheet wsNashSit.Activate wsNashSit.Cells.Font.Name = "Times New Roman" wsNashSit.Cells.Font.Size = 13 wsNashSit.Range(Cells(2, 1), Cells(GenNumber + 2, LoadNumber + 1)).Select Call FormatBorder With wsNashSit.Cells(1, 1).Font Size = 17 Bold = True End With End Sub Trang 78 '===Chuyen ket qua tinh ma tran gia theo trang thai Nash tu ma tran Matrix sang Excel==== Public Sub TranNashDePrice(Matrix() As Variant) Dim i As Integer Dim j As Integer wsNashDePrice.Cells.Delete 'Tieu de wsNashDePrice.Cells(1, 1).Value = "Regulated bidding prices matrix with Nash Equilibrium, calculated date : " & Day(Now) & "/" & Month(Now) & "/" & Year(Now) For j = To LoadNumber wsNashDePrice.Cells(2, j + 1).Value = "Load " & j Next j 'bat dau chuyen du lieu For i = To GenNumber wsNashDePrice.Cells(i + 2, 1).Value = "GenCo " & i For j = To LoadNumber wsNashDePrice.Cells(i + 2, j + 1).Value = Matrix(i, j) Next j Next i 'Format Sheet wsNashDePrice.Cells.Font.Name = "Times New Roman" wsNashDePrice.Cells.Font.Size = 13 wsNashDePrice.Range(Cells(2, 1), Cells(GenNumber + 2, LoadNumber + 1)).Select Call FormatBorder With wsNashDePrice.Cells(1, 1).Font Size = 17 Bold = True End With End Sub '===Chuyen du lieu tu mot file Excel sang sheet Cost file Data.xls========= Public Sub TranCost() Dim i As Integer Dim j As Integer Dim St As String Call PRG_AssignSheets Trang 79 If ActiveWorkbook.Name DataFName Then 'Xac dinh so luong phu tai i=2 St = ActiveWorkbook.Sheets(1).Cells(2, i).Value LoadNumber = i - 'Xac dinh so luong may phat GenNumber = ActiveWorkbook.Sheets(1).Cells(3, 1).CurrentRegion.Rows.Count - - LoadNumber If GenNumber < LoadNumber Or LoadNumber < Then MsgBox "GenCo Or Load number wrong Cost sheet must be checked." GoTo NotTran End If wsCost.Cells.Delete 'Tieu de wsCost.Cells(1, 1).Value = "The augmented cost matrix" For j = To LoadNumber wsCost.Cells(2, j + 1).Value = "Load " & j Next j 'bat dau chuyen du lieu For i = To GenNumber + LoadNumber If i