Là một phần của EMS, chức năng OPF được thiết kế để hoạt động ở chế độ thời gian thực (real time) hoặc chế độ nghiên cứu (study), để lên lịch kiểm soát công suất phản kháng và công suất thực hoặc cả hai, và để tối ưu một hàm mục tiêu hoạt
động được xác định. Mối quan hệ giữa OPF và các ứng dụng khác trong EMS được thể hiện trong hình 3.2.
Ở chế độ nghiên cứu, OPF thu được các trường hợp nghiên cứu (với những ràng buộc vi phạm) từ phân tích dòng chảy công suất hoặc dự phòng và tạo ra các kết quả tối ưu với những mực tiêu khác nhau và loại bỏ tất cả các ràng buộc vi phạm. Những kết quả đó được thể hiện như là sựđề nghị với điều độ viên. Ngoài ra, OPF có thể giúp người hướng dẫn để tạo ra một kịch bản cụ thể trong mô phỏng huấn luyện phân bổ (Dispatch Training Simulator - DTS). Ví dụ, nếu người hướng dẫn muốn xây dựng một kịch bản mà chứa đựng một vài đường dây quá tải, OPF có thể
giúp anh ta tìm thấy các hành động kiểm soát khắc phục hậu quả cho kịch bản đó. Trong chếđộ thời gian thực, kiểm soát vòng lặp đóng (close loop) có thểđược thực hiện thông qua hệ thống SCADA của EMS. Thu thập dữ liệu dòng chảy công suất thực từ sự dựđoán trạng thái, OPF được chạy để có được các kiểm soát điều chỉnh thời gian thực (ví dụ, điều khiển VAR/điện áp tự động), mà được gửi trực tiếp tới SCADA. Một ứng dụng trực tuyến khác của OPF là hệ thống phân cấp điều khiển OPF-ED-AGC. Mục tiêu tổng quát là để áp đặt sự an toàn ràng buộc kế hoạch MW tạo ra bởi OPF để điều khiển nguồn phát tựđộng (AGC) thông qua ED. Một cách
tiếp cận đầy hứa hẹn là cài đặt một phân bổ kinh tế ràng buộc an toàn (Security Constrained Economic Dispatch – SCED) mà đóng vai trò kết hợp của OPF và ED. Trong SCED, tổng chi phí nguồn phát được giảm thiểu trong khi các giới hạn dòng chảy công suất nhánh và giới hạn MW đơn vị được sử dụng như là những ràng buộc.
Hình 3.2: Quan hệ giữa OPF và các ứng dụng EMS chủ yếu khác.
3.4.2OPF đối với quy hoạch hệ thống [11]
Bên cạnh các ứng dụng thời gian thực và ngắn hạn (short-term) trong EMS, dựa trên các công sụ OPF ngoại tuyến (off-line), mà sử dụng dữ liệu hệ thống dự báo, có thểđược áp dụng cho việc quy hoạch hệ thống trung hạn (medium-term) và dài hạn (long-term), chẳng hạn như lập kế hoạch nguồn phát và kế hoạch truyền tải. Mục tiêu của kế hoạch mở rộng truyền tải dài hạn là để xác định các phương án có thể
mà phải thể hiện khả năng truyền tải công suất thích hợp với kế hoạch nguồn phát và dự báo tải. Sử dụng các công cụ dựa trên OPF, bài toán được xây dựng xem xét cả các mục tiêu kinh tế và luật truyền tải điện. Thông thường, độ chính xác dòng chảy công suất thu được bao gồm mô hình dòng chảy công suất DC trong bài toán tối ưu này. Một ứng dụng điển hình khác của OPF cho quy hoạch VAR hệ thống là việc lắp đặt tối ưu các tụ. Kích thước và vị trí của những tụ mới để đảm bảo một mức độ nhất định về an toàn ổn định (stead-security) đối với điều kiện vận hành cơ
bản đã cho là dễ dàng thể hiện và giải quyết như một bài toán OPF ràng buộc ngẫu nhiên. Hệ thống huấn luyện điều độ viên Phân tích ngẫu nhiên Đơn vị cam kết Dự báo phụ tải Điều độ kinh tế AGC SCADA Đánh giá trạng thái Dòng công suất Hệ thống điện OPF Ràng buộc bắt buộc Kiểm soát Chếđộ thời gian thực Chếđộ nghiên cứu Bộ xử lý Tôpô
3.5 Các ứng dụng của OPF trong TTĐ
Trong TTĐ cạnh tranh, một số các ứng dụng thông thường của OPF vẫn có thể hữu ích, như OPF trong AGC và OPF trong kiểm soát điện áp/VAR, v.v. Tuy nhiên, sự
cạnh tranh và truy cập truyền tải mở đã mang lại nhiều ứng dụng tiềm năng mới và những thách thức kỹ thuật với OPF. Hệ thống truyền tải, mà dường như có những
đặc điểm của một sự độc quyền tự nhiên, là nguyên nhân chính của sự rắc rối kỹ
thuật trong một TTĐ canh tranh. Các kỹ thuật OPF tham gia vào với sự công nhận rõ ràng của nó về các đặc tính của mạng trong bối cảnh rộng lớn hơn của việc tối ưu HTĐ. Vai trò tiềm năng của OPF trong TTĐ được thể hiện trong bảng 3.3 . Trong phần này, chúng ta sẽ xem lại ngắn gọn các ứng dụng quan trọng của các kỹ thuật OPF mở rộng trong TTĐ tái cấu trúc.
Bảng 3.3: Các ứng dụng của OPF trong TTĐ [11]
Các bài toán OPF mở rộng Các ứng dụng
trong TTĐ
Hàm mục tiêu Mô hình mạng Các ràng bubiệt ộc đặc Các kiểbim soát ệt đặc Thị trường giao ngay minh bạch và giá cả Tối đa hóa phúc lợi xã hội DC/AC Các ràng buộc biến đổi tỷ lệ và các ràng buộc dự trữ liên quan Mời cung cấp và hồ sơ dự thầu theo yêu cầu (chủ yếu là các chức năng đấu thầu tuyến tính “từng phần (Piece-Wise)” Giá truyền tải
Tối thiểu hóa chi phí nguồn phát / tối đa hóa lợi nhuận thực người tiêu dùng
DC/AC nhiên Các ràng buộc ngẫu thiNguết bồn phát, tị FACTS ải, và
Quản lý tắt nghẽn
Tối thiểu hóa chi phí quản lý tắt nghẽn DC/AC Các ràng buộc vận hành, các ràng buộc ngẫu nhiên, các ràng buộc ổn định Điều chỉnh tăng giảm, thiết bị FACTS, cắt giảm các hợp đồng song phương
Đánh giá ATC Tối đa hóa TTC AC
Các ràng buộc ngẫu nhiên, các ràng buộc ổn định, các ràng buộc xác suất vận hành Thiết bị FACTS Mua sắm các dịch vụ phụ trợ
Tối thiểu hóa chi phí cho các dịch vụ phụ trợ
DC Các ràng butrước liên quan ộc đặt
Khả năng dự trữ từ nguồn phát và phụ tải Phân bố các quyền truyền tải Tối đa hóa tổng doanh thu đấu giá các quyền truyền tải DC Các ràng buộc bỏ thầu liên quan, các ràng buộc ngẫu nhiên Nộp và rút hồ sơ thầu cho các quyền truyền tải, thiết bị FACTS
3.5.1 Thị trường giao dịch ngay minh bạch và giá cả[11]
Một thị trường giao ngay (spot market) yêu cầu một OPF để so sánh và minh bạch, mà khuyến khích sử dụng các công cụ và thủ tục có hệ thống. TTĐ giao ngay minh bạch cũng là một bài toán tối ưu với các ràng buộc mạng. Nhưng có sự khác nhau từ các mô hình OPF thông thường, hàm mục tiêu của nó là để tối đa hóa lợi nhuận TTĐ dựa trên cơ sở giá thầu (bidding price) thay vì chi phí nguồn phát (generation cost). Giá thị trường minh bạch cho các vị trí khác nhau có thểđược tính toán từ các phép nhân Lagrangian của các ràng buộc trong giải pháp OPF.
TTĐ bán buôn New Zealand đang sử dụng một OPF mở rộng để thực hiện một hệ
thống đấu thầu minh bạch (bid-clearing) ràng buộc an toàn (sucurity-contrainted), bao gồm các ràng buộc mạng DC, các ràng buộc tỷ giá biến đổi (ramp-rate) và các ràng buộc dự trữ liên quan (reserve-related). Bài toán này được giải quyết bởi giải thuật điểm nội suy (IPM) và giải thuật đơn hình đối ngẫu nâng cao (Advanced Dual Simplex). TTĐ Interim New England cũng được sử dụng một kỹ thuật OPF mở
rộng để thực hiện việc kết nối năng lượng và phân bổ dự trữ. Các hình thức khác của các bài toán OPF xuất hiện trong những bài báo về giá cả của công suất thực và công suất phản kháng.
3.5.2 Giá truyền tải [11]
Trong các TTĐ tái cấu trúc, giá biên ngắn hạn (Short Run Marginal Pricing - SRMC) đã được áp dụng để định giá truyền tải kể từ khi nó được đề xuất đầu tiên bởi Schweppe et al.. Theo kế hoạch này, giá truyền tải hoặc tỷ lệ sự quay vòng là sự
khác biệt giữa các địa điểm của người bán và người mua. OPF có thểđược sử dụng
để tạo ra SRMC, do đó được sử dụng trong giá truyền tải. Farmer và Cory đã đề
xuất một cách tiếp cận mới khác bằng cách làm giảm bớt những thiếu sót vốn có của SRMC dựa trên giá trong khi vẫn duy trì hiệu quả kinh tế của các tín hiệu giá. Trong phương pháp của họ, mục tiêu của bài toán giá cả tối ưu là để tối đa hóa “người mua lợi ích ròng” và các ràng buộc dự phòng được xem xét bởi ấp xỉ DC.
3.5.3 Quản lý tắt nghẽn [11]
Trong thời gian thực, quản lý tắt nghẽn thực sự là một bài toán tái phân bổ tối ưu. Hàm mục tiêu của nó có thể là giảm thiểu chi phí điều chỉnh hoặc giảm thiểu cắt giảm giao dịch song phương (bilateral transaction). Các nguồn phát và người tiêu dùng có thể gửi đường cong đấu thầu tuyến tính tăng hoặc giảm đến SO. Những
ràng buộc bao gồm tất cả các ràng buộc mạng, thêm các ràng buộc dự phòng và ràng buộc ổn định. Một OPF mở rộng có thể giải quyết bài toán này một cách hoàn hảo và tạo ra một mức giá tắt nghẽn tương ứng.
Trong TTĐ California, việc quản lý tắt nghẽn giữa các vùng (interzonal) được mô hình với một OPF DC với những ràng buộc tách biệt thị trường trong khi quản lý tắt nghẽn giữa các vùng được mô hình với một OPF AC xem xét các ràng buộc điện áp.
3.5.4 Đánh giá khả năng truyền tải khả dụng [11]
ATC là thước đo khả năng kết nối của các HTĐ với sự chuyển động tin cậy hoặc truyền công suất từ vùng này sang vung khác trên các đường dây truyền tải hoặc
đường đi giữa các vùng dưới những điều kiện hệ thống được định rõ. Có ít nhất 3 cách tiếp cận có thể cho việc tính toán TTC và ATC. Cách thứ nhất là dựa vào các yếu tố phân phối hoặc các yếu tố nhạy cảm được tính toán từ dòng chảy công suất DC. Phương pháp thứ 2 được gọi giải thuật dòng chảy công suất liên tục, mà lần theo đường cong giải pháp dòng chảy công suất, bắt đầu ở tải cơ sở, dẫn đến trạng thái giới hạn ổn định điện áp hoặc điểm tải tối đa của hệ thống. Cách thứ 3 là dựa vào các kỹ thuật OPF. Trong suốt quá trình phân tích này, tất cả các ràng buộc an toàn và các ràng buộc dự trữ được bao gồm. Các ràng buộc dự phòng sau biến cố
(Post-contingency) cũng có thểđược xem xét vào mô hình.
ATC có thể được đánh giá như là một bài toán tối ưu thực sự sử dụng một mạng lưới DC cùng với lập trình tuyến tính. Tuy nhiên, mức độ chính xác của mô hình có thể không đáng tin cậy, và vì điện áp và VARs thường xác định các giới hạn truyền MW, kết quả có thể lạc quan một cách nguy hiểm. Một dự án được tài trợ bởi EPRI*
đã đánh giá ATC dựa trên một bài toán OPF ràng buộc an toàn mô hình AC (SCOPF**).
3.5.5 Mua sắm dịch vụ phụ trợ[11]
Dịch vụ phụ trợ bao gồm dự trữ quay vòng (spinning), dự trữ không quay vòng (non-spinning), AGC, dự trữ thay thế, hỗ trợ điện áp và khởi động đen (black start).
Đối với SO, có 2 cách tiếp cận đối với dự trữ mua sắm. Cách thứ nhất là đồng thời mua dự trữ và năng lượng trong một phiên đấu giá kết hợp duy nhất và bồi thường
* EPRI: Electric Power Research Institute - Viện nghiên cứu năng lượng điện. ** SCOPF: Security Contrainted OPF – Ràng buộc an toàn OPF.
cho các đơn vị cung cấp dự trữ với chi phí cơ hội của họđược suy ra từ phiên đấu giá năng lượng. Cách tiếp cận thứ hai là thiết lập một cuộc đấu giá riêng cho việc mua dự trữ. Cả hai cách tiếp cận có thể được trình bày như những bài toán OPF. Trong cách tiếp cận đầu tiên yêu cầu dự trữ được coi là một ràng buộc trong khi trong cách tiếp cận thứ hai thì chi phí dự trữ là hàm mục tiêu.
3.5.6 Phân bổ quyền truyền tải tối ưu [11]
Phân bổ quyền truyền tải hoặc dự trữ khả năng truyền tải là rất quan trọng đối với
điện thương mại và quản lý tắt nghẽn. Tất cả các quyền truyền tải thương mại phải có khả năng thực hiện đồng thời (simultaneously). Thông thường, SO sẽ chạy một phiên đấu giá để phân bổ các quyền truyền tải. Các thành phần tham gia thị trường có thể đặt giá vào phiên đấu giá để mua hoặc bán các quyền truyền tải. Cuộc bán
đấu giá có thểđược thực hiện bằng một OPF sửa đổi. Các quyền truyền tải được coi như là một cặp bơm (injection) công suất vào và rút (withdrawal) công suất ra. Mục tiêu là để tối đa hóa doanh thu từ các quyền truyền tải trong khi vẫn giữ được hệ
thống trong các giới hạn khi tất cả các quyền truyền tải tồn tại đồng thời trong hệ
thống. Mô hình mạng DC thường được sử dụng ở đây, bởi vì đấu giá quyền truyền tải thường tổ chức lâu trước khi sự vận hành thời gian thực và chỉ có công suất thực là liên quan.
3.6 Đề xuất phương pháp “tối ưu dòng chảy công suất sử dụng giải thuật tối
ưu bầy đàn” ứng dụng cho TTĐ Việt Nam [20]
3.6.1Tổng quan
Giống như giải thuật tiến hóa, kỹ thuật tối ưu bầy đàn (PSO) nhưđã được trình bày trong mục 3.3.2.6, PSO tiến hành tìm kiếm bằng cách sử dụng một tập hợp các phần tử, tương ứng với các cá nhân. Mỗi một phần tử đại diện cho một giải pháp
ứng cử cho vấn đề kiểm soát. Trong một hệ thống PSO, các phần tử thay đổi vị trí của nó bằng cách bay xung quanh một không gian tìm kiếm đa chiều cho đến khi một vị trí tương đối không thay đổi đã gặp phải, hoặc cho đến khi các giới hạn tính toán bị vượt quá. Trong bối cảnh khoa học xã hội, hệ thống PSO kết hợp với một mô hình xã hội duy nhất (social-only model) và một mô hình nhận thức duy nhất (cognition-only model). Chỉ riêng thành phần xã hội cho thấy rằng các cá nhân bỏ
qua kinh nghiệm của mình và điều chỉnh hành vi của mình theo niềm tin thành công của các cá nhân trong miền lân cận. Mặt khác, chỉ thành phần nhận thức xử lý các
cá nhân như đang bị cô lập. Một phần tử thay đổi vị trí của nó bằng cách sử dụng các mô hình này.
3.6.2Giải thuật PSO
Các yếu tố cơ bản của kỹ thuật PSO được thể hiện ngắn gọn và được định nghĩa như sau:
Phần tử (Particle), X(t): Là một giải pháp ứng cử được đại diện bởi một vector m-chiều (dimension), trong đó m là số tham số tối ưu. Tại thời điểm t, phần tửXj(t) thứj có thểđược mô tả là Xj(t) = [xj,1(t),…,xj,m(t)], trong đó xs là các thông số tối ưu hóa và xj,k(t) là vị trí của phần tử thứj liên quan đến chiều thứk, tức là giá trị của thông số tối ưu thứk trong giải pháp ứng cử thứj.
Tập hợp (Population), pop(t): Là một tập hợp các phần tửn tại thời điểm t, tức là pop(t) = [X1(t),…,Xn(t)]T.
Đàn (Swarm): Là một tập hợp dường như vô tổ chức của việc di chuyển phần tử mà có xu hướng chụm lại với nhau (cluster) trong khi mỗi phần tử
dường nhưđang di chuyển theo một hướng ngẫu nhiên (random).
Vận tốc phần tử (Particle velocity), V(t): Là vận tốc của việc di chuyển các phần tử được biểu diễn bởi 1 vector m-chiều. Tại thời điểm t, vận tốc Vj(t)
của phần tử thứj có thểđược mô tả là Vj(t) = [vj,1(t),…,vj,m(t)], trong đó vj,k(t)
là thành phần vận tốc của phần tử thứjth liên quan đến chiều thứk.
Trọng lượng quán tính (Inertia weight), w(t): Là một tham số kiểm soát
được sử dụng để kiểm soát sự tác động của các vận tốc trước đó đến vận tốc hiện tại. Do đó, nó ảnh hưởng đến sự cân bằng (trade-off) giữa những khả
năng thăm dò địa phương và toàn cục của phần tử. Đối với giai đoạn đầu của quá trình tìm kiếm, trọng lượng quán tính lớn để tăng cường sự thăm dò toàn cục được đề nghị, trong khi các giai đoạn cuối trọng lượng quán tính giảm
đối với sự thăm dò địa phương tốt hơn.
Cá nhân tốt nhất (Individual best), X*(t): Khi một phần tử di chuyển qua không gian tìm kiếm, nó so sánh giá trị tương ứng (fitness value) của nó tại vị trí hiện tại với giá trị tương ứng tốt nhất (best fitness value) nó từng đạt
được bất cứ lúc nào cho đến thời điểm hiện tại. Vị trí tốt nhất đó được kết