TÍNH TOÁN ĐIỀU KHIỂN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN.TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HUỲNH PHÚC DƢƠNG TÍNH TỐN ĐIỀU KHIỂN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT TRÊN LƢỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN Chuyên ngành: n v H t Mã s : 60.52.50 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đ Nẵng - Năm 2013 n n ẬT Cơng trình đƣợc hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS ĐINH THÀNH VIỆT Phản biện 1: TS TRẦN TẤN VINH Phản biện 2: PGS.TS TRẦN BÁCH Luận văn đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ k thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 21 tháng 12 năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn ề tài Hệ thống điện Việt Nam nói chung hệ thống điện Miền Trung nói riêng năm qua phát triển đáng kể để đáp ứng nhu cầu ngày tăng cao phụ tải Bên cạnh đó, ngành điện bƣớc chuyển để đáp ứng yêu cầu kinh tế thị trƣờng Chính vậy, nhiệm vụ hàng đầu quan vận hành hệ thống điện ngày phải vận hành hệ thống điện cho vừa đáp ứng yêu cầu phụ tải, đảm bảo an ninh hệ thống vừa đem lại phúc lợi xã hội lớn Thị trƣờng điện xu hƣớng phát triển tất yếu hệ thống điện nhiều nƣớc giới Nƣớc ta chủ trƣơng bƣớc hình thành thị trƣờng cạnh tranh nƣớc tránh tình trạng độc quyền doanh nghiệp Đối với hệ thống điện giới nói chung Việt Nam nói riêng, vấn đề tiến trình tái cấu trúc ngành điện khả vận hành hệ thống truyền tải cách công thành phần tham gia thị trƣờng điện Sự hình thành thị trƣờng điện Việt Nam mở hƣớng việc vận hành hệ thống điện, thao tác điều khiển ảnh hƣởng đến trào lƣu công suất phải tính đến yếu tố kinh tế bên cạnh mục tiêu đảm bảo cung cấp điện an toàn liên tục Điều khiển phân bố công suất tối ƣu thao tác cần thiết nhằm đảm bảo chất lƣợng điện vừa đảm bảo chi phí vận hành bé Lƣới điện 110-220kV Bắc Miền Trung ‘điểm yếu” hệ thống điện Miền Trung việc cung cấp điện cho phụ tải cao điểm phụ tải tăng cao trƣờng hợp cố nguồn cung cấp Lƣới điện truyền tải Bắc Miền Trung bao gồm đƣờng dây trạm biến áp 220kV, 110kV khu vực địa lý tỉnh/thành phố Đồng Hới, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế Với đặc điểm nhƣ trên, việc vận hành lƣới điện 110kV-220kV Bắc Miền Trung gặp nhiều khó khăn với xác suất cố lớn Chính vậy, cần phải nghiên cứu tính tốn phân bố cơng suất để vận hành lƣới điện 110kV-220kV khu vực Bắc Miền Trung đạt hiệu kinh tế cao mô trƣờng thị trƣờng phát điện cạnh tranh hoạt động Đ tƣợng ph m vi nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài lƣới điện truyền tải vận hành thị trƣờng điện Từ lƣới điện đơn giản vài nút đến lƣới điện cụ thể lƣới truyền tải 110kV 220kV khu vực Bắc Miền Trung Trong đó, nghiên cứu tính tốn phân bố công suất cho lƣới điện 110kV-220kV khu vực Bắc Miền Trung gồm tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa thiên Huế Mục tiêu nội dung nghiên cứu ề tài 1) Tìm hiểu phƣơng pháp tính tốn điều khiển phân bố cơng suất tối ƣu vận hành kinh tế hệ thống điện 2) Tìm hiểu yếu tố thị trƣờng điện ảnh hƣởng đến phân bố công suất lƣới truyền tải 3) Tìm hiểu thị trƣờng điện Việt Nam phƣơng thức vận hành để huy động, phân bố công suất thị trƣờng điện phát điện cạnh tranh 4) Nghiên cứu phƣơng pháp giải tốn phân bố cơng suất tối ƣu phần mềm Power World 5) Áp dụng tính tốn phân bố công suất tối ƣu lƣới điện 110kV-220kV Bắc Miền Trung thị trƣờng điện P ƣơn p áp n ên cứu Tìm hiểu điều khiển phân bố công suất tối ƣu, đặc biệt điều độ kinh tế vận hành hệ thống điện Tìm hiểu yếu tố thị trƣờng điện ảnh hƣởng đến điều khiển phân bố công suất lƣới truyền tải Tìm hiểu thị trƣờng điện Việt Nam phƣơng thức vận hành để huy động, phân bố công suất thị trƣờng điện phát điện cạnh tranh VCGM Nghiên cứu phƣơng pháp giải toán phân bố công suất tối ƣu thị trƣờng điện phần mềm Power World Mơ hình hóa lƣới điện 110kV-220kV Bắc Miền Trung phần mềm Power World Từ tính tốn điều khiển phân bố cơng suất tối ƣu cho lƣới điện 110kV-220kV Bắc Miền Trung bối cảnh hệ thống điện đƣợc vận hành thị trƣờng phát điện cạnh tranh Việt Nam Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu kết luận chung, nội dung đề tài đƣợc biên chế thành chƣơng: Chƣơng 1: Điều khiển phân bố công suất hệ thống điện Chƣơng 2: Phân bố công suất lƣới truyền tải thị trƣờng điện Chƣơng 3: Tính tốn điều khiển phân bố cơng suất tối ƣu lƣới điện 110kV-220kV Bắc Miền Trung thị trƣờng điện CHƢƠNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT 1.1.1 Đ ều khiển phân b cơng suất t i tr m biến áp n máy n Tại nhà máy điện trạm biến áp điều khiển thƣờng đƣợc thực thông qua điều tốc máy phát điều chỉnh điện áp Ngƣời ta thƣờng dùng thiết bị nhƣ điều áp dƣới tải, tụ bù hệ thống bù tĩnh tự động điều chỉnh điện áp nút xác định Thiết bị thuộc hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) ngày đƣợc sử dụng rộng rãi Đặc biệt, UPFC điều khiển cơng suất tác dụng công suất phản kháng cách độc lập dải điều chỉnh rộng 1.1.2 Đ ều khiển t i trung tâm ều khiển Tại trung tâm điều khiển, nhân viên vận hành hệ thống điện theo dõi thơng số vận hành có tần số, cơng suất phát tổ máy, trào lƣu công suất nhánh liên kết khu vực để điều khiển hệ thống đáp ứng biểu đồ phụ tải ngày khu vực Công suất (MW) Tổng phụ tải Dự phòng quay Các tổ máy phủ đỉnh Các tổ máy đƣợc điều khiển Các tổ máy chạy 12 18 Hình 1.1: Điều khiển máy phát theo biểu đồ phụ tải ngày 1.2 PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỐI ƢU 1.2.1 Khái quát phân b cơng suất t ƣu a) Hàm mục tiêu Tính tốn phân bố cơng suất tối ƣu với hàm mục tiêu tiểu tổng chi phí phát điện: N Ci ( Pi )  C (1.1) i b) Chi phí vận hành máy phát Chi phí vận hành Ci máy phát phụ thuộc vào công suất đầu Ci biPi ci Pi (1.2) c) Các ràng buộc đẳng thức Các ràng buộc đẳng thức phƣơng trình cân cơng suất nút điện áp điều chỉnh nút máy phát d) Các ràng buộc bất đẳng thức Các ràng buộc bất đẳng thức thể giới hạn vận hành phần tử nhƣ giới hạn thông số vận hành để đảm bảo hệ thống điện vận hành an toàn 1.2.2 Đ ều ộ kinh tế bằn p ƣơn p áp La range a) Khi bỏ qua ràng buộc giới hạn công suất tổn thất truyền tải Lập hàm Lagrange ta có N L C ( PD Pi ) (1.14) i Từ điều kiện cực trị ta có chi phí biên tất máy phát nhau: dCN dC1 dC2 dP1 dP2 dPN (1.17) b) Khi xét đến ràng buộc giới hạn công suất Mỗi máy phát phải vận hành dải giới hạn cơng suất phát Pi Pi Pi max i = 1,2,…,N (1.18) c) Khi xét đến tổn thất truyền tải Ràng buộc: N Pi PL PD (1.20) i Hàm Lagrange có dạng: N L C ( PD PL (1.22) Pi ) i dCi dPi ( Li ) dCi dPi 1 PL i = 1,2,…N (1.26) Pi 1.2.3 Đ ều ộ kinh tế bằn p ƣơn p áp qu o ch tuyến tính a) Xác định tốn điều độ kinh tế ED có xét đến ràng buộc phương pháp qui hoạch tuyến tính Cực tiểu hóa hàm mục tiêu: N F fi ( PGi ) (1.27) i b) Tuyến tính hóa Tuyến tính hóa hàm mục tiêu fi ( PGi ) b PGi Tuyến tính hóa phương trình cân công suất (1.31) NG PL PGi i PGi P (1.35) 0 Gi Tuyến tính hóa ràng buộc trào lưu cơng suất nhánh (1.41) Pb B ' PG H Pb B' (1.46) B'H PG (1.47) D PG Ràng buộc giới hạn công suất máy phát PGi P0Gi PGi PGi max P0Gi i NG (1.51) c) Phương pháp tuyến tính đoạn Nếu hàm mục tiêu đƣợc chia nhỏ thành N đoạn nhỏ, biến công suất máy phát đƣợc chia thành N biến f(PG) b3 b2 b1 PGmin PG1max PG2max PG3max PG Hình 1.3: Hàm mục tiêu tuyến tính hóa đoạn d) Các bước thực điều độ kinh tế phương pháp qui hoạch tuyến tính Chọn biến điều khiển Giải tốn trào lƣu cơng suất thơng thƣờng Bắt đầu V0i, V0j, P0Gi, Trạng thái xác lập 0 i, Tuyến tính hóa hàm mục tiêu ràng buộc xung quanh điểm xác lập Giải toán qui hoạch tuyến tính j PGi Cập nhật biến điều khiển P( k 1) Gi P k Gi P Gi Giải tốn trào lƣu cơng suất với biến điều khiển cập nhật Đúng Sai Kiểm tra ∆PGi ≤ ε Dừng Hình 1.4: Các bước thực LP ED 1.2.4 Phân b công suất t ƣu bằn p ƣơn p áp qu ho ch tuyến tính KẾT LUẬN CHƢƠNG CHƢƠNG PHÂN BỐ CƠNG SUẤT TRÊN LƢỚI TRUYỀN TẢI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN 2.1 GIAO DỊCH KHÔNG TẬP TRUNG TRÊN LƢỚI TRUYỀN TẢI 2.1.1 Qui luật tr o lƣu côn suất chi ph i giao dịc lƣới truyền tải Các giao dịch thị trƣờng điện lƣới truyền tải đƣợc xác định dựa vào quyền lợi bên liên quan hợp đồng mà phải tuân theo quy luật vật lý tự nhiên, tiêu 10 Trong hệ thống mua bán tập trung ngƣời sản xuất ngƣời dùng cung cấp giá chào bán chào mua cho ngƣời vận hành hệ thống Ngƣời vận hành hệ thống dùng thông tin để tìm giải pháp vận hành tối ƣu, vừa đảm bảo tiêu chuẩn k thuật vừa đạt hiệu kinh tế cao nhất, hay gọi điều độ kinh tế Với tổng phụ tải 410MW ta có cơng suất huy động tổ máy nhƣ sau: PA = 125MW; PB = 285MW; PC = 0MW; PD = 0MW Công suất nhánh 1-2 (156MW) vƣợt khả tải cho phép đƣờng dây (126MW) với công suất tải 30MW Điều rõ ràng không đƣợc phép 2.2.2 Truyền tải có ràng buộc, nghẽn m ch Với điều độ kinh tế cực tiểu chi phí sản xuất mà khơng tính đến ràng buộc kết kết phân bố công suất không thỏa mãn yêu cầu để đảm bảo hệ thống vận hành an tồn Vì cần phải điều chỉnh phân bố công suất, với thay đổi giá nhƣng đảm bảo ràng buộc lƣới truyền tải Công suất huy động tổ máy: PA = 50MW; PB = 285MW; PC = 0MW; PD = 75MW 2.2.3 Giá biên nút Vậy giá nút chi phí sản xuất để cung cấp thêm đơn vị công suất cho phụ tải nút phƣơng tiện có chi phí sản xuất rẻ thực đƣợc thời điểm xét = MCA = 7,5 $/MWh = MCD = 10 $/MWh = 1,5 - 0,5 = 11,25 $/MWh 11 2.3 TỔN THẤT TRÊN LƢỚI TRUYỀN TẢI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN Vì tổn thất biến đổi tỉ lệ với bình phƣơng cơng suất nên giá trị tổn thất lớn phụ tải cực đại Vì có tổn thất nên phân bố cơng suất tính tốn ED khác so với trƣờng hợp không xét tổn thất Cụ thể công suất truyền từ nút đến (P12) giảm so với trƣờng hợp không xét đến tổn thất; đồng thời giá nút khơng cịn giống mà có chênh lệch - Tổn thất cần phải đƣợc tất bên chi trả cách công Cơ cấu công cấu mà bên tham gia góp phần gây nên tổn thất lớn (máy phát phụ tải xa) phải trả chi phí tổn thất nhiều thành phần khác thị trƣờng 2.4 PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VÀ GIÁ NÚT TRONG LƢỚI TRUYỀN TẢI 2.4.1 Phân b công suất giá thị trƣờng không xét tổn thất ràng buộc Cực đại B(D) – C(P) cho P – D = Hàm Lagrange toán: £ = B(D) – C(P) + λ(P – D) B C D P (2.14) Các máy phát phát đến công suất mà chi phí biên tổ máy với lợi nhuận biên từ việc bán điện cho khách hàng Tại điểm có trạng thái cân giá điện với giá trị hệ số Lagrange tốn tối ƣu hóa 2.4.2 Phân b công suất h th ng không ràng buộc có tổn thất 12 Mục tiêu tốn cực tiểu chi phí sản xuất điện có dạng: n min( W ) (2.19) Ck ( I k ) k Sao cho thỏa mãn phƣơng trình cân công suất nút: n Ik (2.20) L ( I1 , I , I n ) k Hàm Lagrange toán: n n Ck I k L ( I1 , I , I n ) (2.21) Ik k k Cn (2.25) In Ck Ik L Cn Ik In L k =1…n-1 (2.26) Ik chi phí biên hay lợi nhuận Hệ số Lagrange biên nút cân Giá nút nút k nhỏ giá nút cân để phạt cho việc làm tăng tổn thất hệ thống tăng công suất nút 2.4.3 Phân b cơng suất h th ng có ràng buộc có tổn thất Các ràng buộc khả truyền tải đƣờng dây đƣợc mô hình nhƣ sau: Fl ( I1 , I , I n ) Fl max l=1 m (2.27) Hàm Lagrange nhƣ sau: n n Ck I k k Cn In L( I1 , I , I n ) m Ik k l Fl max Fl ( I1 , I , I n ) (2.28) l (2.34) 13 Ck Fi L Ik i Ik Ik Cn In Fi L i Ik (2.35) Ik Giá nút nút, ngoại trừ nút cân bằng, bị ảnh hƣởng ràng buộc nhánh i Sự ảnh hƣởng phụ thuộc vào chi phí ràng buộc 2.5 i độ nhậy Fi / I k trào lƣu công suất nhánh i ĐIỀU KHIỂN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG VẬN HÀNH THỊ TRƢỜNG PHÁT ĐIỆN CẠNH TRANH VIỆT NAM 2.5.1 Tổng quan thị trƣờn p át n c nh tranh Vi t Nam a) Nguyên tắc mục tiêu VCGM b) Các thành viên VCGM Khách hàng CÁC ĐƠN VỊ KHÁC Các nhà máy điện nhỏ (