4. Phương pháp nghiên cứu
3.3.3. Sơ đồ khối mô tả thuật toán
Để giải bài toán tối ưu ta lập trình trên MATLAB.
Xây dựng sơ đồ khối tiến trình tính toán của modul tối ưu hóa công suất phát để đạt lợi nhuận lớn nhất bằng cách đưa chi phí xuống thấp nhất.
3.4. Kết luận
Thuật toán UNIT DECOMMITTMENT đưa ra các phương án bật, tắt và công suất phát các tổ máy khác nhau tại các thời điểm khác nhau dựa vào các điều kiện ràng buộc cho trước, nhắm chọn lựa công suất phát tối ưu nhất để đưa chi phí vận hành về nhỏ nhất, đem lại doanh thu lớn nhất.
ff on o C C Bắt đầu chương trình Nhập số liệu Tính t Tính Pit max t t i i P P max t t i i P P min max t t t i i i P P P t t i i P P End min t t i i P P Tính chi phí bật tắt C Con, off 0 t i P t t i i P P
Chương 4
ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN TRONG BÀI TOÁN MINH HOẠ 4.1. Bài toán minh họa
Để giải bài toán này luận văn được lập trình chạy trong môi trường matlab. Cho hệ thống gồm 5 tổ máy, với các dữ kiện đầu vào cho trước ở bảng dưới đây. Vị trí đặt các tổ máy đều được giả thiết cho trước và có tính đến sự ảnh hưởng của tổn thất khi vận hành các tổ máy này. Hãy phối hợp 5 tổ máy này sao cho lợi nhuận trong 24 giờ đạt tối đa. Trong bài toán này luận văn giải theo phương pháp đề nghị với chi phí khởi động chưa cho trước và ta phải tính toán chi phí khởi động.
Trong đó tổ máy nguồn phân tán là từ thứ 1 đến thứ 5, nguồn thứ 6 là nguồn nhận từ lưới điện của các công ty điện lực.
Xét việc vận hành nguồn phân tán tại các thời điểm ngày khác nhau:
Trường hợp thứ nhất: ta đưa giá của ngày thứ 3 trong tuần vào mô phỏng trong chương trình MATLAB.
Trường hợp thứ 2: ta đưa giá của ngày thứ 6 trong tuần vào mô phỏng trong chương trình MATLAB.
Trường hợp thứ 3: ta đưa giá của ngày chủ nhật trong tuần vào mô phỏng trong chương trình MATLAB.
4.1.1. Trường hợp thứ nhất
Hình 4.2. Đồ thị giá điện trong ngày
Hình 4-2 thể hiện giá điện trong 24h của ngày thứ 3 trong tuần. Nhìn vào đồ thị ta có thể thấy từ 1h đến 5h; từ 15h đến 17h và từ 23h đến 24h là thời điểm giá điện xuống thấp, thấp nhất là tại thời điểm 3h: 1.568 (kVnd/kWh). Trong khi đó đỉnh điểm giá điện cao trong ngày vào lúc tứ 9h đến 10h và từ 20h đến 22h, giá cao nhất trong ngày là vào lúc 21h là 2.233 (kVnd/kWh).
0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Giá điện trong 24h
kvnđ
Hình 4.3. Đồ thị công suất tải trong ngày
Hình 4-3 là đồ thị công biểu thị công suất tải trong ngày. Trong đó tại thời điểm từ 1h đến 5h là thời điểm mức sử dụng tải thấp nhất, từ thời điểm 7h đến 13h và 20h đến 22h là thời điểm tải có công suất cao nhất. Do là ngày bình thường lên phủ tại tăng cao vào giờ làm việc. Công suất lớn nhất là lúc 12h đạt được 9552 kWh.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Công suất tải
kW
Hình 4.4. Đồ thị công suất phát khi chưa tối ưu hóa
Hình 4-4 biểu thị đường công suất phát khi chưa thực hiện thuật toán tối ưu. Các máy đều phát theo một đường đặc tính gần giống nhau. Tại thời điểm phụ tải thấp điểm và giá điện thấp các tổ máy phát với công suất nhỏ nhất. Tại thời điểm từ 8h đến 11h và 20h đến 22h các tổ máy gần như phát hết công suất lớn nhất do tại thời điểm này giá điện đang đạt ở mức cao nhất.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Công suất phát khi chưa tối ưu
TM 1 TM 2 TM 3 TM 4 TM 5 Nguồn lưới
kW
Hình 4.5. Đồ thị công suất phát khi tối ưu
Hình 4-5 biểu diễn công suất phát sau khi thực hiện thuật toán tối ưu. Ta thấy tại thời điểm từ 1h đến 5h và 14h đến 18h và 23h đến 24h hầu hết các tổ máy đều tắt để đảm bảo chi phí vận hành ở mức thấp nhất do giá tại thời điểm này thấp, lúc này điện được mua từ nguồn lưới của các công ty điện lực. Khi giá điện ở mức đỉnh điểm là 8h đến 11h và 20h đến 22h thì các tổ máy phát hết công suất.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Công suất phát sau khi tối ưu
TM 1 TM 2 TM 3 TM 4 TM 5 Nguồn lưới
kW
Hình 4.6. Đồ thị chi phí vận hành các tổ máy
Đồ thị hình 4-6 biểu thị chi phí vận hành các tổ máy giống đồ thị hình 4-5. Khi các tổ máy vận hành thì mới sinh ra chi phí để vận hành các tổ máy đó. Các tổ máy vận hành với công suất càng cao thì chi phí càng lớn. Nhưng bài toán đã xây dựng mô hình tối ưu đảm bảo các chi phí là thấp nhất khi vận hành giữa nguồn lưới và nguồn các tổ máy phát điện phân tán.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Chi phí vận hành các tổ máy TM 1 TM 2 TM 3 TM 4 TM 5 Nguồn lưới kVNĐ h
Hình 4.7. Doanh thu trong 24h
Tổng doanh thu trong 24h là: 337570 kVNĐ
Vậy lợi nhuận thu được trong một ngày khi vận hành tối ưu hóa các nguồn phân tán là: 47851 kVNĐ.
Nhận xét:
Sau khi sử dụng thuật toán tối ưu công suất phát tải mỗi tổ máy tại các thời điểm khác nhau. Tại một số thời điểm các tổ máy tắt, chủ yếu là thời điểm khi giá điện thấp và một số thời điểm các tổ máy phát với công suất cực đại. Ngoài ra không phải lúc nào các tổ máy cũng phát cúng nhau, có những thời điểm tổ máy 2, 3, 4, 5 tắt, chỉ tổ máy 1 phát điện với công suất nhỏ, khi đó việc mua điện từ các công ty điện lực lại kinh tế hơn so với việc phát điện.
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Doanh thu trong 24h của các tổ máy
kVNĐ
4.1.2. Trường hợp thứ 2 (TH2)
Hình 4.8. Giá điện trong 24h cho TH2
Hình 4-8 biểu diễn đô thị giá điện trong 24h của ngày thứ 6 trong tuần. Trong đó ta nhận thấy thới điểm giá điện thấp trong ngày là từ 1h đến 5h và 24h; thời điểm giá điện thấp nhất là lúc 3h sáng: 1.423 kVNĐ\kWh. Thời điểm từ 7h sáng đến 14h và 21h là thời điểm giá điện cao trong ngày; giá điện cao nhất là lúc 11h: 2.628 kVNĐ\kWh. Giá điện thời điểm ban ngày còn cao hơn giá điện vào thời điểm tối.
0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Giá điện trong 24h
kvnđ
Hình 4.9. Đồ thị công suất tải cho TH2
Hình 4-9 là đồ thị công biểu thị công suất tải trong ngày. Trong đó tại thời điểm từ 1h đến 5h là thời điểm mức sử dụng tải thấp nhất, từ thời điểm 7h đến 13h và 20h đến 22h là thời điểm tải có công suất cao nhất. Do là ngày bình thường lên phủ tại tăng cao vào giờ làm việc. Công suất lớn nhất là lúc 12h đạt được 9552 kWh.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Công suất tải
kW
Hình 4.10. Đồ thị công suất phát khi chưa tối ưu cho TH2
Hình 4-10 là đồ thị biểu diễn công suất phát khi chưa tối ưu cho TH2. Ta nhận thấy từ 1h đến 6h các tổ máy đều phát nhưng chỉ phát với công suất nhỏ nhất, còn lại toàn bộ điện năng thiếu hụt được mua từ nguồn lưới các công ty điện lực. Tại thời điểm từ 7h đến 14h các tổ máy đều phát từ 95% đến 100% công suất của máy. Từ 15h đến 20h tổ máy số 3 gần như phát 100% công suất các tổ máy còn lại chỉ phát khoảng 60% công suất, tổ máy số 5 tại thời điểm 19h và 20h chỉ còn phát với
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Công suất phát khi chưa tối ưu
TM 1 TM 2 TM 3 TM 4 TM 5 Nguồn lưới
kW
công suất nhỏ nhất. Tại thời điểm 21h khi giá điện cao nhất tổ máy 1, 3, 4 phát với công suất lớn nhất (100%), nhưng 2 tổ máy còn lại chỉ phát 80% công suất. Nhưng sang giờ thứ 23 và 24 khi giá điện giảm thì các tổ máy chỉ phát với công suất gần như nhỏ nhất.
Hình 4.11. Công suất phát các tổ máy sau khi tối ưu cho TH2
Hình 4-11 biểu diễn công suất phát của các tổ máy sau khi được tối ưu hóa bằng thuật toàn. Trong đó ta nhận thấy tại thời điểm từ 1h đến 6h toàn bộ các tổ máy đều tắt, điện năng được mua từ nguồn lưới. Tại thời điểm 7h đến 14h và 21h tất cả các tổ máy đều phát với mức công suất từ 95% đến 100%. Từ 15h đến 20h các tổ máy hoạt động với mức công suất từ 70% đến 80%. Chỉ có tổ máy số 3, trong suốt quá trình từ 7h đến 22h đều được bật với mức công suất từ 90% đến 100%.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Công suất phát sau khi tối ưu
TM 1 TM 2 TM 3 TM 4 TM 5 Nguồn lưới
kW
Hình 4.12. Chi phí vận hành các tổ máy trong TH2
Hình 4-12 biểu diễn chi phí vận hành các tổ máy. Hình 4-12 có dạng hình vẽ giống hình 4-11 là do chi vận hành các tổ máy phụ thuộc vào việc tổ máy phát hay không phát. Các tổ máy càng phát nhiều công suất thì chi phí càng lớn. Nhưng tại thời điểm khởi động các tổ máy thì chi phí vận hành còn phải tính thêm cả chỉ phí khởi động. Ta nhận thấy tại thời điểm lúc 7h và 8h công suất phát các tổ máy gần như giống nhau nhưng chi phí tại thời điểm 7h cao hơn chi phí lúc 8h. Chi phí lúc 7h là 20664 kVNĐ trong khi lúc 8h chi phí chỉ là 19815 kVNĐ.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Chi phí vận hành các tổ máy TM 1 TM 2 TM 3 TM 4 TM 5 Nguồn lưới kVNĐ h
Hình 4.13. Doanh thu trong 24h của các tổ máy
Tổng doanh thu trong 24h là: 281351 kVNĐ
Vậy lợi nhuận thu được trong một ngày khi vận hành tối ưu hóa các nguồn phân tán là: 27593 kVNĐ.
Nhận xét:
Trong trường hợp 2 này ta nhận thấy tại thời điểm giá điện thấp từ 1h đến 6h toàn bộ các tổ máy đều tắt. Khí đó chi phí vận hành tốn kém hơn so với việc mua điện từ các công ty điện lực. Tại thời điểm 7h khi giá điện tăng cao từ múc 1.705 kVNĐ lên 2.325 kVNĐ thì các tổ máy bắt đầu khởi động phát công suất, tổ máy 1, 3, 4 phát với công suất lớn nhất luôn; 2 tổ máy còn lại phát với 90% công suất. Từ thời điểm 8h đến 14h và 21h tất cả các tổ máy phát với công suất gần như tối đa, đây là lúc giá điện cao nhất trong ngày, lợi nhuận thu được lúc này cũng sẽ là thấp nhất. Từ 15h đến 20h các tổ máy đều phát với mức công suất từ 80% đến 95% đây là thời điểm giá điện ở múc trung bình. Do bài toán còn tính toán tới lợi ích về tổn thất và chi phí bật tắt các ổ tổ máy nên vẫn phải duy trì lượng công suất phát nhất định. Từ thời điểm 23h đến 24h giá điện có xu hướng xuống thấp các tổ máy 1, 2, 3 phát với công suất nhỏ nhất; tổ máy 4, 5 tắt.
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Doanh thu trong 24h của các tổ máy
kVNĐ
4.1.3. Trường hợp thứ 3 (TH3)
Hình 4.14. Giá điện trong 24h của TH3
Hình 4-14 biểu thị giá điện trong 24h của TH3. Đây là ngày chủ nhật trong tuần ta nhận thấy từ 1h đến 8h và 24 sáng giá điện ở mức thấp dao động từ 1.221 kVNĐ đến 1.538 kVNĐ ta nhận thấy có sự khác biệt trong giá điện ngày chủ nhật, thời gian giá điện xuống thấp vào ban ngày nhiều hơn và giá điện thấp nhất lúc 4h sáng. Từ 10h đến 22h đêm giá điện luôn ở mức cao nhất trong ngày dao động từ 1.947 kVNĐ đến 2.425 kVNĐ; giá điện cao nhất là lúc 21h, nhìn vào hình 4-13 ta thấy chỉ có lúc đỉnh điểm 21h giá điện đạt ngưỡng 2.425kVNĐ trong khí từ 10h đến 20h và 22h chỉ duy trì từ 1.947 kVNĐ đến 2.154 kVNĐ. 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Giá điện trong 24h
kvnđ
Hình 4.15. Công suất tải trong 24h của TH3
Hình 4-15 là đồ thị công biểu thị công suất tải trong ngày. Trong đó tại thời điểm từ 1h đến 5h là thời điểm mức sử dụng tải thấp nhất, từ thời điểm 7h đến 13h và 20h đến 22h là thời điểm tải có công suất cao nhất. Do là ngày bình thường lên phủ tại tăng cao vào giờ làm việc. Công suất lớn nhất là lúc 12h đạt được 9552 kWh.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Công suất tải
kW
Hình 4.16. Công suất phát khi chưa tối ưu trong TH3
Hình 4-16 biểu diễn công suất phát các tổ máy khi chưa được tối ưu hóa trong TH3, ta nhận thấy từ 1h đến 9h các tổ máy đều phát với mức công suất thấp nhất, nguồn công suất thiếu hụt còn lại được mua từ công ty điện lực.Từ 10h đến 20h các tổ máy 1, 2, 3, 4 phát với múc công suất từ 60% đến 80% riêng tổ máy thứ 5 lại luôn duy trì mức công suất phát nhỏ nhất. Tại thời điểm 21h tổ máy 1, 3, 4 phát với mức công suất lớn nhất trong khi tổ máy 2, 5 phát với mức cống suất chỉ 95%
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Công suất phát khi chưa tối ưu
TM 1 TM 2 TM 3 TM 4 TM 5 Nguồn lưới
kW
nguồn công suất thiếu hụt còn lại mua từ công ty điện lực. Tại thời điểm 22h chỉ có tổ máy thứ 3 duy trì công suất lớn nhất còn lại các tổ máy duy trì công suất mức 85% đến 95%. Từ 23h đến 24h các tổ máy lại quay về mức phát công suất bằng mức công suất nhỏ nhất.
Hình 4.17. Công suất phát các tổ máy sau khi tối ưu trong TH3
Hình 4-17 biểu diễn công suất phát các tổ máy sau khi tối ưu trong trường hợp 3. Ta nhận thấy từ 1h đến 8h tất cả các tổ máy đều tắt, không hoạt động; tại thời điểm 9h chỉ duy nhất 1 tổ máy số 1 bật và duy trì mức công suất gần như nhỏ nhất, các tổ máy còn lại vẫn ở chế độ tắt, không hoạt động. Từ 10h đến 20h các tổ máy 1, 2, 3, 4 đều bật và phát với mức công suất từ 50% đến 80% định mức. Tại thời điềm