CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA TẮC NGHẼN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐẾN THỊ TRƯỜNG ĐIỆN
1.2. Ảnh hưởng của tắc nghẽn truyền tải công suất trong thị trường điện
Tắc ngẽn là tình huống khi nhu cầu dung lượng công suất truyền tải vượt quá giới hạn cho phép của đường dây, vi phạm các giới hạn cho phép về nhiệt, ổn định điện áp, đáp ứng tiêu chí độ tin cậy N-1…,
Trong thị trường phi điều tiết, tắc nghẽn trong hệ thống truyền tải là một vấn đề lớn và có thể dẫn đến biến động giá điện tại các nút khác nhau trong hệ thống.
Tắc nghẽn truyền tải xuất hiện khi đường dây không đủ khả năng truyền tải công suất đáp ứng nhu cầu tất cả các khách hàng. Trong những điều kiện tắc nghẽn nặng nề, tắc nghẽn truyền tải có thể được giảm bằng cách tiết giảm một phần những giao dịch.
slack
Bus 1 Bus 2
107%A
MW
48 MW
48 MW
Hình 1.6. Hệ thống có 2 nút tắt ngẽn
slack
Bus 1 Bus 2
100%A
MW
45 MW
45 MW
Hình 1.7. Hệ thống có 2 nút không tắt ngẽn
Hình 1.6 là ví dụ giải thích tắc nghẽn truyền tải rong hệ thống điện gồm hai nút. Công suất cực đại của máy phát là 50MW và giới hạn công suất truyền tải của đường dây truyền tải là 45 MW. Khi phụ tải 48 MW quá tải đường dây truyền tải bị quá tải và dẫn đến tắc nghẽn. Tắc nghẽn sẽ được giảm bằng cách tiết giảm một phần phụ tải. Ví dụ khi tiết giảm tải từ 48 MW xuống còn 45 MW thì hệ thống hết bị tắc nghẽn (Hình 1.7).
Sự tắc nghẽn trong hệ thống dẫn đến một sự thay đổi từ thị trường điểm cân bằng đơn đến thị trường tại nút cân bằng khác. Sự tắc nghẽn làm thay đổi biểu đồ lập sẵn đối với yêu cầu cân bằng cung - cầu có thể dẫn đến cắt bớt công suất sản xuất hoặc tiêu thụ. Ngoài ra, sự tắc nghẽn còn tác động làm tăng thêm chi phí kết nối chậm trễ của các nhà máy mới, làm giảm độ tin cậy của hệ thống và làm ô nhiễm môi trường từ những nhà máy cũ và ít hiệu quả mà phải vận hành chỉ vì mục đích đảm bảo độ tin cậy.
1.2.2. Phân tích ảnh hưởng của tắc nghẽn truyền tải công suất trong thị trường điện.
Để phân tích sự ảnh hưởng của tắc nghẽn lưới truyền tải đến thị trường điện, chúng ta xem bài toán đơn giản sau:
Giả thiết rằng hàm chi phí máy phát ở mỗi nút như sau:
Ở nút A hàm này được cho bởi.
A=MCA=15+0,02PGA [$/MWh] (1.1)
PB PA
~ ~
B
DB=700MW
A
DA=1400MW
Trong khi ở nút B, nó được cho bởi
=MCB=12+0,01PGB [$/MWh] (1.2)
Hình 1.8. Mô hình lưới liên kết giữa hai nút
Khi thị trường điện hai nút vận hành độc lập, nguồn cung sẽ cung cấp cho tải tại chỗ thì giá lần lượt:
A =MCA=15+0,02x1400=43 [$/MWh] (1.3)
=MCB=12+0,01x700 =19 [$/MWh] (1.4) 1.2.2.1. Truyền tải không ràng buộc
Khi thị trường điện của hai thị trường liên kết với nhau, đường dây liên kết giữa 2 vùng có khả năng truyền tải đến 2000MW, ta có phân bố công suất như sau:
PA = 0 MW PB = 2100 MW
Chúng ta tính được giá của 2 máy phát như sau:
A =MCA=15$/MWh (1.5)
=MCB=33$/MWh (1.6)
Khi vận hành chung một thị trường thì cần có một giá chung cho cả thị trường và giá này được tính như sau:
= = (1.7)
Tổng nhu cầu của hai nút:
PGB+PGA = DB+DA =700+1400=2100MW (1.8) {CA+CB = (15PGA + 0,02 PGA2 +12PGB+ 0,01 PGB2)} → min (1.9) Thỏa mãn:
PGB + PGA = DB + DA = 2100 MW Để giải bài toán này ta lập hàm Lagrange:
= ( + ) + ( + − − ) () Ta có:
12+0,01PGB = 15+0,02PGA (1.11)
Giải hệ phương trình (1.8) và (1.11), ta có:
PGA= 600MW (1.12)
PGB= 1500MW (1.13)
= ==27 $/MWh (1.14)
Công suất chạy trong lưới liên kết là:
PAB = PGB - PDB = PDA - PGA =800MW (1.15) Khi đó tổng chi phí sản xuất của hệ thống là:
C1 = Ax PGA + B x PGB = (PGA +PGB) = 56.700 $/h (1.16)
Hình 1.9. Đồ thị miêu tả sự phối hợp của thị trường điện A và B trong cùng một thị trường
1.2.2.2. Truyền tải có ràng buộc
Xét trường hợp đường dây có dung lượng truyền tải hạn chế ở mức 500MW thì phải giảm một lượng công suất truyền tải trên đường dây xuống là:
P = 800 - 500 = 300 MW
Như vậy lúc này công suất phát của 2 máy phát A và B lần lượt là: PGA = 900MW, PGB = 1200MW.
Dùng công thức (1.15) và (1.16) chúng ta tìm được:
A=MCA =15+0,02x900=33$/MWh (1.17)
B=MCB =12+0,01x1200=24$/MWh (1.18) Tổng chi phí sản xuất của hệ thống là:
C2 = B x PGB + A x PGA = 58.500 $/h (1.19) Phí tổn tắc nghẽn AB cho đường dây liên kết là:
AB = A - B (1.20)
Từ đây chúng ta có:
AB = λA - λB (1.21)
Như vậy, phí tổn tắc nghẽn cho đường dây liên kết AB là:
AB = 33 - 24 = 9 $/MWh
DB+DA=2100MW
DB=600MW DA=1500MW
FBA=900MW
PB=1500MW PA=600MW
27 $/MWh 27 $/MWh
Đồ thị cung cấp cho A
Đồ thị cung cấp cho B
B =MCA
A=MCB
và chi phí tắc nghẽn:
CAB = 9 x 500 =4500 $/h