I 5o hi 1
4.3.4 Tóm tắt yêu cầu vận hành hệ thống trong thị trường điện
Cơ chế vận hành trong thị trường điện cho phép nhà cung cấp và hộ tiêu
thụ tìm kiếm lợi nhuận cho riêng họ, trong khi ISO đảm bảo ổn định. Khi hệ
thống có xu hướng mất ổn định thì ISO ra quyết định cắt tải. Tất cả người tham
gia cộng tác để duy trì ổn định nhờ thông tin cung cấp từ ISO. Bởi vì duy trì ổn
định là trách nhiệm chung, tất cả thông tin về ổn định được gởi lên hệ thống
thông tin công cộng.
Nhà cung cấp và hộ tiêu thụ thực hiện chức năng kinh tế, ra quyết định liên quan đến giá và số lượng công suất mua bán. Dựa vào thông tin về giá mà người tham gia ra quyết định kinh tế riêng. Do tất cả giao dịch được sắp xếp độc lập nên cần phải tính toán và xác định tổn thất truyền tải.
Tóm lại, mục đích cơ chế vận hành mới là: (1) sắp xếp giao dịch đạt hiệu qủa kinh tế, và (2) khuyến khích phát triển hệ thống thông tin và đổi mới kỹ thuật.
82
4.4 MÔ HÌNH GIAO DỊCH ĐA PHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN NGHẼN MẠCH
TẢI TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN
Giao dịch đa phương là giao dịch gồm 2 hay nhiều bên mà tổng nguồn
phát trừ tổng phụ tải bằng tổn thất do chúng gây ra. Người sắp xếp hợp đồng
gọi là người môi giới (broker). Người môi giới có thể là máy phát hay hộ tiêu thụ trong hợp đồng hoặc bên thứ ba không liên quan. Giao dịch đa phương là tổng quát của mô hình giao dịch song phương. Nhưng để giảm nghẽn mạch
truyền tải thì cần thiết phải phối hợp giao dịch giữa 3 hay nhiều phía.
4.4.1 Giao dịch có tổn thất
Tổng quát, mỗi giao dịch phải bao gồm thành phần tổn thất của chúng.
Nói cách khác, nguồn phát phải bằng tổng phụ tải và tổn thất truyền tải của
giao dịch. Tổng tổn thất truyền tải của tất cả các giao dịch trong mạng có thể
đo lường hay tính toán. Nhưng việc xác định tổn thất của từng giao dịch là
không thể. Đó là do bản chất phi tuyến của tổn thất, nên không thể xác định
tổn thất giao dịch theo cách gân đúng. Nếu tổn thất truyền tải là hàm tuyến
tính của nguồn phát, thì có thể xác định được. Áp dụng xấp xĩ tuyến tính của
tổn thất vì vậy tính được tổn thất của các giao dịch.
Như trình bày trong phụ lục A, trong khi không thể tổng quát được hàm
phi tuyến của tổn thất, phương pháp có thể xác định chính xác nếu quan hệ tổn
thất là hàm bậc hai (quadratic). Biết rằng quan hệ tổn thất truyền tải gần như
là hàm bậc hai. Nên sai số của xấp xĩ bậc hai thường rất nhỏ. Dùng xấp xĩ bậc
hai ta được công thức cho phép người môi giới đánh giá tổn thất truyền tải cho
bất kỳ giao dịch và ảnh hưởng của giao dịch này đến tổn thất của giao dịch
khác.
Broker đánh giá tổn thất truyền tải từng giao dịch dựa trên tính toán véc
tơ tổn thất nhận được từ ISO. Với mạng điện n nút, véctơ tổn thất là tập n nút. Nếu broker muốn đánh giá ảnh hưởng của các giao dịch khác đến tổn thất của
chúng, ISO tính toán và thông báo ma trận tổn thất Q, dựa vào đó broker có
thể đánh giá ảnh hưởng của chúng.
4.4.2 Giao dịch cho phép
Giao dịch bao gồm nhà cung cấp và người tiêu thụ. Giao dịch đảm bảo
lợi nhuận khi tổng tất cả lợi nhuận từ phụ tải lớn hơn chỉ phí của tất cả máy phát. Trong trường hợp này, broker có lợi nhuận nhờ sắp xếp giao dịch. Giả
định rằng mục tiêu của broker là sắp xếp giao dịch cho phép có lợi nhuận. Giả sử ổn định mạng truyễn tải không ràng buộc đến thị trường nguồn cung cấp hay nhu câu. Bởi vì tổn thất truyền tải được tính vào trong hợp đồng nên bỏ qua mạng truyền tải. Xét trường hợp thị trường nguồn cung cấp và nhu cầu cạnh tranh và áp dụng lý thuyết kinh tế. Giả sử không có người tham gia
có năng lực thị trường (market power) lớn thì có thể đạt được lời giải tối ưu.
€luuog 4: /Wô lanh: giao dịch: đa piutơng điều Kiuể nghẽn mạch tải
Tại lời giải tối ưu, giá cận biên của tất cả các máy phát và người tiêu thụ là
bằng nhau nếu bỏ qua tổn thất, ngược lại chúng khác nhau do các hệ số phạt tổn thất. Nói cách khác, nếu broker sắp xếp giao dịch có lợi nhuận cho các người tham gia mà không dẫn đến nghẽn mạch truyền tải thì đạt được lời giải
tối ưu mà không có sự can thiệp của ISO.
Nếu kết qủa hợp đông dẫn đến nghẽn mạch truyền tải, trong mô hình
hợp đồng phương, ISO có trách nhiệm duy trì ổn định, cắt bớt lượng nhu cầu trong hợp đồng đến giá trị mà không còn nghẽn mạch truyền tải. Theo cơ chế
cắt tải, nguồn phát bị giảm và số lượng bao nhiêu không dựa vào thông tin lợi
ích hay chi phí của người tham gia bởi vì ISO chỉ quan tâm đến ổn định, và chức năng của ISO là loại trừ nghẽn mạch, không cần thỏa mãn lợi ích kinh tế.
Cơ chế cắt tải công bằng và hợp lý là lựa chọn cách hiệu qủa nhất để giảm
nghẽn mạch. Bởi vì quyết định kinh tế là riêng biệt, người tham gia sẽ ø1a tăng
giao dịch để nâng cao hiệu qủa kinh tế sau khi bị cắt tải bởi ISO.
Để đảm bảo sự gia tăng các giao dịch mà không dẫn đến qúa tải hệ
thống truyền tải cần có sự phối hợp của ISO. ISO hướng dẫn cho tất cả người
tham gia các giao dịch nào cho phép. Hơn nữa ISO đưa lên thông tin đại chúng
dựa vào đó người môi giới sắp xếp các giao dịch đảm bảo lợi nhuận mà thỏa
mãn điều kiện hệ thống vận hành ổn định. Điều này có thể thực hiện bằng
cách sử dụng độ nhạy gia tăng công suất trên đường dây nghẽn mạch nếu
IMW phát vào tải một nút. ISO có trách nhiệm xác định tập đữ liệu độ nhạy tại các nút gọi là véctơ độ nhạy. Thành phần thứ k của véctơ độ nhạy nụ là giá trị công suất gia tăng trên đường dây nghẽn mạch nếu 1MW phát vào nút k.
Biết được véctơ độ nhạy, người môi giới sẽ đễ dàng kiểm tra giao dịch theo kế
hoạch. Tóm lại qúa trình giao dịch đa phương thực hiện như sau: ISO tính véctơ độ nhạy và thông báo đến các nút. Dựa vào véctơ độ nhạy, người môi
giới có thể sắp xếp các giao dịch cho phép mà có lợi nhuận, đó là các giao dịch không dẫn đến nghẽn mạch truyền tải.
Có thể giao dịch có lợi nhuận giữa người tham gia dẫn đến nghẽn mạch đường dây truyền tải khác bên cạnh đường dây nghẽn mạch lúc đầu. Nếu giao
dịch này vượt qúa giới hạn truyền tải gia tăng, ISO phải cắt giao dịch để đảm
bảo giới hạn truyền tải gia tăng không bị qúa tải và sau đó gởi véc tơ độ nhạy tương ứng cho ràng buộc này. Vì thế ISO gởi đến người tham gia thị trường hai
véctơ: véctơ độ nhạy cho nghẽn mạch truyền tải lúc đầu và véctơ độ nhạy cho
nghẽn mạch gia tăng. Với hai véc tơ này, người tham gia mặc cả giao dịch có
lợi nhuận mà không dẫn đến qúa tải cho đường dây truyền tải lúc đầu và giới
hạn truyền tải gia tăng. Trường hợp tổng quát, nếu nhiễu đường dây bị qúa tải,
ISO cung cấp véctơ độ nhạy cho từng giới hạn truyền tải và người tham gia
dựa vào đây để đảm bảo giao dịch của họ không gây ra qúa tải bất kỳ đường dây nào.
Citươg 4: (Mô ftình giao dịch: đa phutơdaug điều khiến ngitẽn trach tải
Vậy mặc dù không có quyển chủ yếu, nhưng người tham gia trong mô
hình giao dịch đa phương có thể đạt được điểm vận hành tối ưu. Như trình bày
trong phụ lục A, nếu điểm vận hành hiện tại không tối ưu, người tham gia luôn
tìm được giao dịch cho phép và có lợi nhuận, tất cả các bên trong giao dịch sẽ có lời. Vì vậy người tham gia có động cơ để tìm kiếm các giao dịch như vậy.
Qúa trình kinh doanh đa phương tiếp tục cho đến khi không thể kiếm thêm lợi nhuận và đạt được lời giải tối ưu (định lý 1).
4.4.3 Sắp xếp giao dịch
Trong phụ lục chứng minh rằng nếu điểm vận hành không tối ưu, người tham gia luôn có thể tìm kiếm giao dịch cho phép và có lợi nhuận (bổ để 3). Vậy bằng cách nào xác định và sắp xếp các giao dịch? Chúng ta hãy trả lời các
câu hỏi sau đây:
Có bao nhiêu người tham gia cần thiết trong giao dịch ?
Ai sẽ tiếp xúc để mặc cả ?
Lời giải tối u cho mỗi bên trong giao dịch ?
Trả lời chi tiết cho các câu hỏi này được trình bày trong phần 5 phụ lục
A. Trước hết chúng ta minh họa thông tin cung cấp bởi véctơ độ nhạy. Cho mạng điện, ví dụ 8 nút, véctơ độ nhạy cho các người tham gia nghẽn mạch truyền tải là véctơ n =(n¡,n;,n;,n¿,n;,n¿,n;,nạ). Thành phần n; là số lượng
dòng công suất gia tăng trên đường dây nghẽn mạch nếu 1MW phát vào tại nút 1. Giả sử chỉ có một đường dây nghẽn mạch. Xét giao dịch gồm nguồn phát
tại nút 1 và 3, phụ tải tại nút 5. số lượng nguồn phát tại nút 1 là q¡(MW), tại
nút 3 là qa(MW), và tải tiêu thụ tại nút 5 là qz(MW). Ta có tổng nguồn phát
của giao dịch phải bằng tổng phụ tải và tổn thất.
đ@ị +43 ~đs = địass
Ràng buộc ổn định hệ thống truyền tải dùng véctơ độ nhạy là:
mi +nạđ3 —nsqs S0
Hai phương trình ở trên ràng buộc q¡, q; và qs. Broker phải tìm kiếm hợp đồng có lợi nhuận trong những ràng buộc này. Hợp đồng có lợi nhuận đạt được dùng
giá biên của nguồn phát (hay phụ tải) MC;. Hợp đồng có lợi nhuận là hợp đồng
mà giảm tổng chỉ phí, dùng xấp xĩ tuyến tính là:
MCiai + MC4¿ SMCsq;
Nếu chỉ có một đường dây nghẽn mạch truyển tải, hợp đồng 3 bên cần
để tìm kiếm giao dịch cho phép (tiên để 1). Nếu hai đường dây nghẽn mạch
truyền tải, hợp đồng 4 bên là cần thiết. Dĩ nhiên, nếu nhiều bên tham gia thì sẽ
tìm thấy được lời giải có lợi nhuận hơn.
Xét trường hợp chỉ có một đường dây nghẽn mạch truyền tải và bỏ qua tổn thất. Để xác định giao dịch ba bên có lợi nhuận, máy phát 1, máy phát 3, và người tiêu thụ 5, là q¡ +q; = qs, lợi nhuận biên gia tăng cho người tiêu thụ
85
5 phải cao hơn chi phí biên của máy phát 1, MC; > MC¡. Giả sử rằng máy phát
1 cũng được xem như người môi giới. Nếu nạ > nụ thì (m -ns)g; <0 với bất kỳ số lượng q¡ từ nút 1 đến nút 5. Giao dịch từ nút 1 đến nút 5 giúp giảm nghẽn
mạch truyền tải, vì vậy bất kỳ giao dịch giữa hai nút này đều cho phép và không cần thu hút sự tham gia của máy phát khác. Trường hợp quan tâm hơn là khi n; <n¡, vì vậy hợp đồng song phương giữa máy phát 1 và người tiêu thụ 5 là không cho phép. Luật đơn giản (tiên để 3) trong trường hợp này sẽ giúp người môi giới tìm kiếm máy phát khác (máy phát 3) để mặc cả giao địch cho
phép và có lợi nhuận. Luật phát biểu rằng nếu n; > nạ thì người môi giới sẽ
mặc cả cho máy phát 3 tăng công suất, ngược lại nạ < n; thì người môi giới sẽ
mặc cả cho máy phát 3 giảm công suất.
Vậy trong trường hợp nghẽn mạch truyền tải đơn, số lượng tối ưu nguồn phát và tải tiêu thụ trong giao dịch 3 bên có thể xác định nếu hàm lợi nhuận
hay chi phí rõ ràng. Tổng quát, nếu có nhiễu đường dây nghẽn mạch thì phải
có nhiều bên tham gia vào giao dịch. Bài toán tìm kiếm giao dịch được tổng quát như bài toán điều độ tối ưu ràng buộc ổn định trong thị trường điện.
4.5 BÀI TOÁN GIAO DỊCH ĐA PHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN NGHẼN MẠCH
TRUYỀN TẢI TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN
Mô hình giao dịch đa phương được minh họa trên hệ thống điện 3 nút trong [14]. Dữ liệu của hệ thống trình bày trong bảng 4.1.
@ Bảng 4.1 Thông số đường dây truyền tải (pu)
-_ Đường dây R X 1-2 0.0600 0.520 2-3 0.0315 0.250 C4) (;) 1-3 0.0400 0.320 Hình 4.1 Hệ thống điện 3 nút Hàm chi phí tại các nút ($/hr) c¡(4¡) = 64804 +12847 ca(g;) = 6620.84; +1160g2 (43) = 6684.84: 4.5.1 ĐIỀU KHIỂN NGHÉN MẠCH 4.5.1.2 Các giao dịch lúc đâu
Giả sử rằng máy phát 1 và máy phát 2 thực hiện các hợp đồng với hộ
tiêu thụ 3, giá sử bỏ qua tổn thất xem như không có mạng truyền tải. Số lượng công suất theo hợp đồng cho mỗi giao dịch là giá trị mà chỉ phí biên của máy
phát bằng với lợi nhuận biên của hộ tiêu thụ. Kết qủa chạy chương trình
inidal_trades.m cho thấy trạng thái các giao dịch lúc đâu: giao dịch A từ máy phát 1 đến hộ tiêu thụ 3 là TA =0.8§pu (80MW), khi chỉ phí biên của máy phát 1 và lợi nhuận biên của người tiêu thụ 3 bằng 6684.8 (c/KWh) và giao dịch B từ máy phát 2 đến hộ tiêu thụ 3 là TB =0.2pu (20MW), khi chỉ phí biên của máy phát 2 và lợi nhuận biên của người tiêu thụ 3 cũng bằng 6684.8 (c/kWh). Giao dịch A biểu thị bằng véc tơ TA=(0.8, 0, -0.8). Vị trí trong véctơ TA tương ứng
với 3 nút, số dương tướng ứng số lượng công suất phát vào mạng và số âm tương ứng với công suất lấy ra từ mạng. Tương tự giao dịch B được viết là TB =(0, 0.2, -0.2).
Kết qủa chương trình tính toán dòng chảy công suất cho thấy dòng công suất thực tế trên đường dây 1-2 là 12.51MW (hay 0.1251pu), vượt qúa giới hạn
truyền tải của đường dây là 5MW (hay 0.05 pu). Dòng chảy công suất thực tế của hai giao dịch này dẫn đến qúa tải đường dây truyền tải 1-2 như trình bày
trên hình 4.2.
Dòng công suất hợp đông Dòng công suất thực tế
S0 MW §0MW 68.04MW 12.51IMW 20MW 100MW 3196MW_ ` “S⁄20wW 20MW
Hình 4.2 Trạng thái các giao dịch lúc đầu
Các giao dịch là: Giao dịch A: TA = §0MVW từ nút 1 đến nút 3 Giao dịch B: TB = 20MW từ nút 2 đến nút 3 Giá tại các nút là: Nút 1: MC) = 6684.8§ c/kWh Nút 2: MC; = 6684.8§ c/KWh Nút 3: MC;: = 6684.8§ c/KWh 4.5.1.2 Cắt bớt giao dịch
Để đảm bảo ổn định, ISO phải cắt bớt giao dịch đến giới hạn cho phép
để giảm nghẽn mạch truyền tải. Đầu tiên ISO tính véctơ độ nhạy xác định theo
phương trình (20) trong phụ lục A. Véctơ độ nhạy chỉ ra rằng cắt bớt giao dịch
Qlurơdug 4: (Mô lult giao dịch đa pÍtuteetg điều kiểm ghhếm ngạc: tải
A sẽ giảm nghẽn mạch và số lượng bao nhiêu được tính toán dựa vào véctơ độ nhạy. Kết qủa chạy chương trình curtailment.m ta được lượng công suất giao
dịch A được yêu cầu cắt bớt là:
Aq¡ = - 0.327 pu = - 32.7MW
Sau khi cắt bớt tải các giao dịch được viết lại là: TA=(0.473, 0, -0.473) và TB=(0, 0.2, -0.2), sau đó ISO thông báo véctơ độ nhạy đến tất cả các bên
tham gia thị trường.
Dòng công suất hợp đồng Dòng công suất thực tế
47.3MW
473 MW (2)
20MW 67.3MW 24.4MW 20 MW
20 MW
Hình 4.3 Sau khi cắt bớt giao dịch
Các giao địch trong mạng là: Giao dịch A: TA = 47.3MW từ nút 1 đến nút 3 Giao dịch B: TB = 20MV từ nút 2 đến nút 3 Giá tại các nút là: Nút 1: MC;: = 6601.1 c/kWh Nút 2: MC; = 6684.8§ c/KWh Nút 3: MC: = 6684.§ c/KWh 4.5.1.3 Gia tăng giao dịch
Tại điểm làm việc này, giá cận biên tại 3 nút là MC¡ = 6601.1 c/KWh, MG; = 6684.8 c/KWh, MC: = 6684.8 c/KWh. Bởi vì MC¡ < MC, máy phát 1 vẫn còn cơ hội để gia tăng giao dịch có lợi nhuận. Nhưng véctơ độ nhạy cho
thấy bất kỳ hợp đồng song phương giữa hai bên sẽ làm tăng thêm nghẽn mạch trên đường dây 1-2, vì thế không khả thi. Lúc này hợp đồng ba bên là cần thiết
để giải quyết nghẽn mạch (tiên để 2).