Bài toán dùng giải thuật tối ưu Primal LP OPF và xác định phí tương

ứng

Xét bài toán 7 nút của IEEE, có thông số dữ liệu như sau (bảng 5.3 và 5.4): Bảng 5.3: Thông số nguồn phát hệ thống điện 7 nút

Nguồn Điện áp (pu) Pmin (MW) Pmax (MW)

G1 1.05000 100.00 400.00 G2 1.04000 150.00 500.00 G4 1.00000 50.00 200.00 G6 1.04000 150.00 500.00 G7 1.04000 0.00 600.00 Bảng 5.4: Thông sốđường dây hệ thống điện 7 nút

Đường

dây ^{Từ nút Đến nút R (pu) X (pu) B (pu)} (MVA) ^Pmax

1-2 1 2 0.01000 0.06000 0.06000 150.0 1-3 1 3 0.04000 0.24000 0.05000 65.0 2-3 2 3 0.03000 0.18000 0.04000 80.0 2-4 2 4 0.03000 0.18000 0.04000 100.0 2-5 2 5 0.02000 0.12000 0.03000 100.0 2-6 2 6 0.01000 0.06000 0.05000 200.0 3-4 3 4 0.00500 0.03000 0.02000 100.0 4-5 4 5 0.04000 0.24000 0.05000 60.0 7-5 7 5 0.01000 0.06000 0.04000 200.0 6-7(a) 6 7 0.04000 0.24000 0.05000 200.0 6-7(b) 6 7 0.04000 0.24000 0.05000 200.0

Sơđồ HTĐ 7 nút được chia thành 3 vùng và có giá trị ban đầu như hình 5.5 sau:

Hình 5.5: Sơđồ hệ thống điện 7 nút

Nhằm thấy được sự khác biệt khi dùng giải thuật tối ưu Primal LP OPF cũng như

xác định giá biên nút (LMP), chúng ta thực hiện mô phỏng và so sánh giữa giải thuật Primal LP và phương pháp ED thông thường để thấy được sự tối ưu của phương pháp này.

5.2.2.1Bài toán với phương pháp phân bổ kinh tế (ED) thông thường.

Để thể hiện bằng phương pháp ED, chúng ta đặt các vùng ở chếđộ ED, giải quyết bài toán với dòng chảy công suất chuẩn, và lựa chọn phương pháp giải quyết là Newton. Kết quả thể hiện ở hình 5.6:

Hình 5.6: Sơđồ hệ thống điện 7 nút phân bổ kinh tế (ED)

Từ kết quả mô phỏng ở hình 5.6 trên, ta thấy tổng chi phí cho hệ thống trên là 16890 $/h, đặc biệt là giá biên nút (LMP) không tính đến giá nhiên liệu (Energy), phí tắt nghẽn (Congestion) và phí tổn thất (Losses), được thể hiện trong kết quả sau (bảng 5.5):

Bảng 5.5: Giá biên nút theo phương pháp ED

Trong trường hợp này, phân bổ kinh tế (ED) thì giá biên nút tại các nút trong một vùng (Area) là bằng nhau, nhưng khác vùng là khác nhau; cụ thể là giá biên nút từ nút 1 đến nút 5 là 16.49 $/h, nút 6 là 17.23 $/h và nút 7 là 21.80 $/h là vì mỗi vùng có sự ép buộc riêng của nó.

Tiếp theo chứng minh phương pháp Primal LP OPF là tối ưu hơn so với phương pháp ED thông thường, được thể hiện trong mục tiếp theo.

5.2.2.2Bài toán với phương pháp Primal LP OPF

Cũng từ hệ thống mô phỏng trên, trước tiên chúng ta kết hợp 3 vùng thành một vùng duy nhất để không còn ràng buộc chuyển công suất giữa các vùng với nhau và chuyển trạng thái AGC từ ED sang OPF. Và chúng ta xét 2 trường hợp sau:

- Phương pháp Primal LP OPF không có ràng buộc giới hạn đường dây truyền tải

- Phương pháp Primal LP OPF có ràng buộc giới hạn đường dây truyền tải.

ƒ Phương pháp Primal LP OPF không có ràng buộc giới hạn đường dây truyền tải

Khi hệ thống không có ràng buộc giới hạn đường dây truyền tải, kết quả mô phỏng như hình 5.7 sau:

Hình 5.7: Sơđồ hệ thống điện 7 nút Primal LP OPF không có ràng buộc tải đường dây.

Khi không có ràng buộc giới hạn đường dây truyền tải nên đường dây 2-5 bị quá tải (152%). Trong khi đó giá biên nút tại các nút khác nhau và giá biên nút không bao gồm phí tắt nghẽn truyền tải, thể hiện ở bảng 5.6 sau. Tuy nhiên tổng chi phí so với phương pháp ED giảm xuống đáng kể là 688 $/h (từ 16890 $/h xuống 16202 $/h).

Bảng 5.6: Giá biên nút theo phương pháp Primal LP OPF không ràng buộc tải

đường dây

Chú ý rằng, giá trị âm (-) là giá tổn thất của nút khác gây ra và giá trị dương là giá tổn thất của chính nút đó gây ra.

ƒ Phương pháp Primal LP OPF có ràng buộc đường dây truyền tải

Khi có ràng buộc giới hạn đường dây truyền tải, kết quả mô phỏng như hình 5.8 sau:

Hình 5.8: Sơđồ hệ thống điện 7 nút Primal LP OPF có ràng buộc tải đường dây. Khi có ràng buộc giới hạn đường dây thì đường dây 2-5 không còn quá tải nữa. Thay vào đó thì tổng chi phí tăng lên so với trường hợp không có ràng buộc giới

hạn tải đường dây là 345 $/h (từ 16202 $/h lên 16547 $/h), nhưng vẫn thấp hơn so với phương pháp ED thông thường là 343 $/h (từ 16890 $/h xuống 16547 $/h). Và giá LMP đã bao gồm phí tắt nghẽn, thể hiện ở bảng 5.7 sau.

Bảng 5.7: Giá biên nút theo phương pháp Primal LP OPF có ràng buộc tải đường dây

Chú ý ở cột Congestion rằng, dấu âm (-) là thể hiện dòng công suất đi tới cung cấp cho nút đó, và dấu dương (+) là thể hiện dòng công suất phát từ nút đó đi.

Tóm lại: Qua kết quả mô phỏng ta thấy rằng, phương pháp Primal LP OPF tối ưu hơn phương pháp ED thông thường, thể hiện ở tổng chi phí thấp hơn như tính toán

ở trên. Trong đó, phương pháp Primal LP OPF phân bổ công suất tối ưu hơn và giá LMP tốt hơn, không tạo ra sự tắt nghẽn đường dây cũng như tính toán được giá LMP chi tiết; bao gồm giá năng lượng, phí tắt nghẽn truyền tải và phí tổn thất truyền tải tương ứng cho mỗi nút. Điều đó dẫn đến giá LMP tại mỗi nút là khác nhau, tạo nên sự công bằng trong việc sử dụng lưới truyền tải và công suất của mỗi nguồn phát tham gia vào TTĐ cạnh tranh, cũng như phân bổ công suất trên hệ

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.3 Kết luận:

Luận văn đã trình bày những vấn đề và những ứng dụng mà TTĐ Việt Nam đang hướng tới, đó là cấp độ 2 (2015 – 2022): cấp độ thị trường bán buôn điện cạnh tranh mà theo đúng lộ trình đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt. Trong đó, luận văn tập trung nghiên cứu và giải quyết những vấn đề sau:

ƒ Tổng quan về thị trường điện và những vấn đề về truyền tải điện trong thị

trường điện bán buôn. Trong phần này, chủ yếu trình bày hiện trạng ngành điện Việt Nam, chủ trương quy định về thị trường bán buôn; phân tích các mô hình thị trường, lựa chọn mô hình và cấu trúc lưới truyền tải.

ƒ Nghiên cứu các phương pháp OPF, khái niệm tổng quát của mỗi phương pháp, sau đó trình bày ưu và nhược điểm của mỗi phương pháp. Trình bày các ứng dụng của OPF trong thị trường điện và chọn phương pháp

ứng dụng cho thị trường điện Việt Nam. Qua đó, từ việc nghiên cứu các phương pháp OPF, luận văn lựa chọn phương pháp PSO để tối ưu dòng chảy công suất hệ thống điện Việt Nam trong tương lai, đây là phương pháp khả thi đã được công bố trong nhiều công trình nghiên cứu.

ƒ Nghiên cứu các phương pháp xác định phí truyền tải, đề xuất phương pháp tính phí truyền tải cho thị trường điện Việt Nam. Qua đó, từ việc nghiên cứu các phương pháp tính phí truyền tải, luận văn lựa chọn phương pháp tính phí truyền tải cho thị trường điện Việt Nam là phương pháp tham gia biên (MP). Khi có tắt nghẽn thì việc tính toán phí nghẽn mạch dùng phương pháp giá biên nút (LMP).

ƒ Mô phỏng bài toán OPF cho hệ thống điện 3 nút và 7 nút trên PowerWorld Simulator dựa trên ràng buộc thị trường và tắt nghẽn, tính phí tương ứng cho hệ thống; bên cạnh đó là sự phân tích các thành phần của giá biên nút (LMP) trong bài toán tối ưu. Từ đó, xác định được việc

ứng dụng OPF để tối ưu hệ thống điện là cần thiết, thể hiện sự phân bổ

công suất tối ưu hơn, ổn định hệ thống hơn khi sử dụng OPF trong hệ

Qua phần mô phỏng ta cũng thấy rằng PowerWorld Simulator là một phần mềm

ứng dụng cho việc mô phỏng, phân tích HTĐ mà có các tính năng như: OPF, PV, QV, tắt nghẽn, ổn định, v.v…được PowerWorld thiết kế chi tiết và đầy đủ để phát triển nghiên cứu thị trường điện và các lĩnh vực khác của ngành điện. Do

đó, nghiên cứu sâu phần mềm này để dùng trong học tập, nghiên cứu cũng như

giảng dạy là rất cần thiết.

5.4 Kiến nghị:

Nghiên cứu sâu hơn vào việc phân tích các phương pháp OPF, từđó đưa ra giải thuật tối ưu đểứng dụng vào lĩnh vực truyền tải nói riêng và các ứng dụng khác của ngành điện Việt Nam nói chung.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Le Quang Hai (2013). Nghiên cứu quản lý lưới điện truyền tải trong thị trường điện Việt Nam. Luận án (Tiến sĩ), Mạng và Hệ thống điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

[2] EVN EIC (2011). Những bước ngoặt lịch sử [online], xem 12/11/2013, từ: <http://evn.com.vn>.

[3] Huỳnh Hoài Nhật (2012). Nghiên cứu thị trường điện cạnh tranh khu vực nguồn phát, định hướng ứng dụng tại Việt Nam. Luận văn (Cao học), Mạng và Hệ thống

điện, Trường Đại học Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh.

[4] Thủ tướng Chính phủ (2006). Quyết định phê duyệt lộ trình, các điều kiện hình thành và phát triển các cấp độ thị trường điện lực tại Việt Nam, số 26/2006/QĐ-TTg ngày 26/01/2006. Hà Nội.

[5] Bộ Công Thương (2010). Ban hành Thông tư quy định hệ thống điện truyền tải, số 12/2010/TT-BCT ngày 15/04/2010. Hà Nội.

[6] Bộ Công Thương (2010). Ban hành Thông tư quy định phương pháp lập, trình tự, thủ tục xây dựng chi phí vận hành hệ thống điện và thị trường điện, số

13/2010/TT-BCT ngày 15/04/2010. Hà Nội.

[7] Bộ Công Thương (2010). Ban hành Thông tư quy định phương pháp lập, trình tự, thủ tục xây dựng, ban hành và quản lý giá truyền tải điện, số 14/2010/TT-BCT ngày 15/04/2010. Hà Nội.

[8] Bộ Công Thương (2012). Ban hành Thông tư sửa đổi, bổ sung một sốđiều của Thông tư số 14/2010/TT-BCT ngày 15/04/2010 của Bộ Công Thương quy định phương pháp lập, trình tự, thủ tục xây dựng, ban hành và quản lý giá truyền tải điện, số 03/2012/TT-BCT ngày 19/01/2012. Hà Nội.

[9] Quốc Hội (2004). Quốc hội ban hành Luật Điện lực, số 28/2004/QH11 ngày 03/12/2004. Hà Nội.

[10] Quốc Hội (2012). Quốc hội ban hành sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật

Điện lực, số 24/2012/QH13 ngày 20/11/2012. Hà Nội.

[11] Xing Wang, Mphil (2001). Market-Based Transmission Congestion

Department of Electronic and Computer Engineering, Brunel University, West London, UK.

[12] Trung tâm điều độ Hệ thống điện Quốc gia A0 (2012), Báo cáo tổng kết năm 2012.

[13] EVN (2012), EVN tổng kết năm 2013 và triển khai kế hoạch năm 2013.

[14] Thủ tướng Chính phủ (2011). Quyết định phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030 (Quy hoạch điện VII), số

1208/QĐ-TTg ngày 21/07/2011. Hà Nội.

[15] EVNNPT. Quá trình hình thành lưới Điện truyền tải Việt Nam [online], from <www.npt.com.vn/Pages/npt-luoitruyentaidien-nptstatic-22-nptsite-2.html>.

[16] Mary B. Cain, Rechard P. O’Neil and Anya Castillo (2012). History of Optimal Power Flow and Formulations.

[17] Bhabani Sankar Hota & Amit Kumar Mallick (2011). Load Flow Study in Power System. Department of Electrical Engineering, National Institute of Technology, Rourkela.

[18] Katherine Margaret Rogers (2009). Power System Control with Distributed Flexible AC Transmission System Devices. Dissertation (Master), Electrical and Computer Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign, Illinois, USA. [19] K.S.Pandya and S.K.Joshi (2005-2008). ‘A survey of optimal Power Flow Methods’. Journal of Theoretical and Applied Information Technology.

[20] M.A. Abido (2002). ‘Optimal power flow using particle swarm optimization’.

Electrical Power and Energy Systems 24, 2002, 563-571.

[21] Stephen Frank, Ingrida Steponavice and Steffen Rebennack (2012). Optimal Power Flow: A Bibliographic Survey I, Formulations and Deterministic Methods, Springer Published online: 24 April 2012, USA.

[22] R.V. Amarmath and N.V. Ramana (2011). ‘State of Art in Optimal Power Flow Solution Methodologies’. Journal of Theoretical and Applied Information Technology, 31^st August 2011. Vol 30 No. 2.

[23] The Simplex Method [online], from

[24] Stephen Frank, Ingrida Steponavice and Steffen Rebennack (2012). Optimal Power Flow: A Bibliographic Survey II, Formulations and Deterministic Methods, Springer Published online: 24 April 2012, USA.

[25] V. Selvi and R.Umarani (2010). ‘Comparative Analysis of Ant Colony and Particle Swarm’. International Journal of Computer Applications (0975 – 8887), Volume 5 – No. 4, August 2010.

[26] What is an artificial neural network [online], from

<www.technicalsymposium.com/Biomedi_Sem7_BM2401NOL.doc>

[27] Chun-Tian Cheng, Wen-Chuan Wang, Dong-Mei Xu and K. W. Chau (2007). ‘Optimizing Hydropower Reservoir Operation Using Hybrid Genetic Algorithm and Chaos’. Water Resources Management, Vol. 22, No. 7, 2008, pp 895-909.

[28] A Report on Chaos Theory as requirement of Communication and Presentation Techniques syllabus (2012), A Report Writting by Sardar Patel Institute of Technology, October 2012. India.

[29] Giuseppe Narzisi (2008). Evolutionary Algorithms – A short introduction, Courant Institute of Mathematical Sciences, New York University.

[30] Carlos A. Coello Coello, Gary B. Lamont and David Al Van Veldhuizen (2002). Alternative. In: Evolutionary Algorithms for Solving Multi-Objective Problems. 2^nd Ed., © 2007 Springer Science + Business Media, LLC, USA.

[31] Thomas Weise (2009). Tabu Search. In: Thomas Weise, Global Optimization Algorithms – Theory and Application [online], from <http://www.it-weise.de>, pp. 273-274.

[32] Lai LL, Ma JT. Improved genetic algorithm for optimal power flow under both normal and contingent operation states. Int J Elect Pwr Energy System 1997; 19(5): 287-92.

[33] Lee K, Park Y, Ortiz J. A united approach to optimal real and reactive power dispatch. IEEE Trans Pwr Appar Syst 1985; 104(5):1147-53.

[34] Lê Quang Hải và Đtg (2013). ‘Nghiên cứu tính phí truyền tải trong thị trường

điện theo phương pháp tham gia biên’. Tạp chí Khoa Học và Công Nghệ, 102(02): 21-25

[35] Drew Phillips (2004). Nodal Pricing Basics. Market Evolution Program. [36] PJM State and Member Training (2013). Locational Marginal Pricing.

[37] MRTU – California ISO (2005), Locational Marginal Pricing (LMP): Basics of Nodal Price Calculation.

[38] Frontier Economics (2009). International Transmission Pricing Review. A report preppared for the New Zealand Electricity Commission, July 2009. [39] PowerWorld, Online: http://www.powerworld.com

[40] Jajendra B Sadaphale and Vikram S Patil (2013). ‘Optimal power flow of IEEE 14 bus system using FACTS device with voltage constraints’. International Journal of Advances in Electrical and Electronics Engineering, ISSN 2319-1112.

[41] PowerWorld Help, Online: http://www.powerworld.com

[42] Tom Overbye (1999), PowerWorld Simulator OPF, Dept. Electrical and Computer Engineering, Illinois.