5. Nội dung nghiên cứ u
2.4.4.2 Lập mô hình và tính toán bước hiệu chỉnh
a) Lập mô hình hiệu chỉnh
*) Hàm mục tiêu
J1 = [- 6,63*10-3*P(1,1,1,1) - 6,63*10-3*P(1,1,1,2) - 6,63*10-3*P(1,1,1,3) - 6,63* 10-3*P(1,1,1,4) - 10,62*10-3*P(1,1,1,5) - 10,62*10-3*P(1,1,1,6) - 10,62*10-3*
P(1,1,1,7) - 10,62*10-3*P(1,1,1,8) - 10,62*10-3*P(1,1,1,9) - 10,62*10-3*P(1,1,1,10) - 19,33*10-3*P(1,1,1,11) - 19,33*10-3*P(1,1,1,12) - 10,62*10-3*P(1,1,1,13) - 10,62*10-3*P(1,1,1,14) - 10,62*10-3*P(1,1,1,15) - 10,62*10-3*P(1,1,1,16) - 19,33*10-3*P(1,1,1,17) - 19,33*10-3*P(1,1,1,18) - 19,33*10-3*P(1,1,1,19) - 19,33*10-3*P(1,1,1,20) - 6,63*10-3*P(1,1,1,21) - 6,63*10-3*P(1,1,1,22) - 6,63*10-3* P(1,1,1,23) - 6,63*10-3*P(1,1,1,24) - ... - 0,226*10-3*Q(1,5,2,1) - 0,226*10-3* Q(1,5,2,2) - 0,226*10-3*Q(1,5,2,3) - 0,226*10-3*Q(1,5,2,4) - 0,362*10-3*Q(1,5,2,5) - 0,362*10-3*Q(1,5,2,6) - 0,362*10-3*Q(1,5,2,7) - 0,362*10-3*Q(1,5,2,8) - 0,362* 10-3*Q(1,5,2,9) - 0,362*10-3*Q(1,5,2,10) - 0,66*10-3*Q(1,5,2,11) - 0,66*10-3* Q(1,5,2,12) - 0,362*10-3*Q(1,5,2,13) - 0,362*10-3*Q(1,5,2,14) - 0,362*10-3* Q(1,5,2,15) - 0,362*10-3*Q(1,5,2,16) - 0,66*10-3*Q(1,5,2,17) - 0,66*10-3*Q(1,5,2,18) - 0,66*10-3*Q(1,5,2,19) - 0,66*10-3*Q(1,5,2,20) - 0,226*10-3*Q(1,5,2,21) - 0,226* 10-3*Q(1,5,2,22) - 0,226*10-3*Q(1,5,2,23) - 0,226*10-3*Q(1,5,2,24) - 0,133]®min *) Các ràng buộc § Ràng buộc cân bằng công suất nút
- Ràng buộc cân bằng công suất tại nút nguồn được lập tương tự như mô hình cơ sở
+ Cân bằng công suất tác dụng
P(1,1,1) - 10,33*U(1,1,1,1)*U(2,1,1,1)*Cos(2,63 + Delta(2,1,1,1) - Delta(1,1,1,1)) - 55,66*U(1,1,1,1)*U(4,1,1,1)*Cos(2,53 + Delta(4,1,1,1) - Delta(1,1,1,1)) = 0
+ Cân bằng công suất phản kháng
Q(1,1,1,1) - 10,33*U(1,1,1,1)*U(2,1,1,1)*Sin(2,63 + Delta(2,1,1,1) - Delta(1,1,1,1)) - 55,66*U(1,1,1,1)*U(4,1,1,1)*Sin(2,53 + Delta(4,1,1,1) - Delta(1,1,1,1)) = 0
- Ràng buộc cân bằng công suất tại các nút tải trong mô hình này tương tự
như mô hình cơ sở (nút 2).
+ Cân bằng công suất tác dụng
- 0,14 - 10,33*U(1,1,1,1)*U(2,1,1,1)*Cos(2,63 + Delta(1,1,1,1) - Delta(2,1,1,1)) - 10,53*U(2,1,1,1)*U(3,1,1,1)*Cos(2,63 + Delta(3,1,1,1) - Delta(2,1,1,1)) = 0
+ Cân bằng công suất phản kháng
- 0,11 + 10,33*U(1,1,1,1)*U(2,1,1,1)*Sin(2,63 + Delta(1,1,1,1) - Delta(2,1,1,1)) + 10,53*U(2,1,1,1)*U(3,1,1,1)*Sin(2,63 + Delta(3,1,1,1) - Delta(2,1,1,1)) = 0
§ Ràng buộc điện áp nút
Tương tự như bước cơ sở
§ Ràng buộc giới hạn công suất đường dây
Ràng buộc này được lập cho đường dây 1-2 (i = 1, j = 2), những đường dây còn lại được lập tương tự.
SFa(1,2,1,1,1) £ SF*(1,2,1); ...; SFa(1,2,5,2,24) £ SF*(1,2,5)
§ Ràng buộc giới hạn công suất TBA nguồn
*) Các biến và nhận dạng mô hình hiệu chỉnh
- Biến trung gian:
P(1,1,1,1) ... P(1,5,2,24); Q(1,1,1,1) ... Q(1,5,2,24)
U(1,1,1,1) ... U(1,5,2,24); Delta(1,1,1,1) ... Delta(1,5,2,24)
- Bài toán dạng NLP
Các biến trung gian của mô hình cho phép xác định được thông số chế độ
của hệ thống dẫn đến các chỉ tiêu KT-KT được xác định.
b) Kết quả tính toán bước hiệu chỉnh
Kết quả tính toán bước này bằng chương trình lập trong GAMS cũng là kết quả qui hoạch của HTCCĐđã xác định lộ trình nâng cấp đường dây, TBA nguồn
đồng thời xác định được một số chỉ tiêu KT-KT của HTCCĐ như trình bày trên bảng 2.6 và bảng 2.7. Đường dây 1-2 cần nâng cấp ở năm thứ 4 với tiết diện 50mm2, các đường dây còn lại vẫn đáp ứng được nhu cầu của phụ tải nên không cần phải nâng cấp. Tương tự, TBA nguồn cần phải nâng cấp năm thứ 3 với công suất là 10MVA. Chi phí vòng đời của phương án đầu tư là 11,68x106$, tổn thất
điện năng trong cả giai đoạn tính toán là 6,31x106kWh tương ứng 3,22% tổng
điện năng nhận từ HTĐ là 196,06x106kWh. Chi phí đầu tư thiết bị trong 5 năm là 1,18x106$ nhưng giá trị còn lại của các thiết bị đầu tư ở cuối thời gian tính toán là 0,93x106$ do các đường dây và TBA nguồn được lựa chọn đầu tư ở những năm cuối nhằm tận dụng tối đa đường dây và TBA hiện có.
Bảng 2.6 Kết quả qui hoạch HTCCĐ 4 nút
Thời gian đầu tư, nâng cấp (năm)
TT Thiết bị nâng cấp Vị trí Thông số
hiện tại 1 2 3 4 5
1-2 35 50
2-3 35 1 Tiết diện đường dây (mm2),Fij t*,
1-4 50 2 Công suất bổ sung TBA
(MVA),DSi t*, 1 10 10
Bảng 2.7 Một số chỉ tiêu KT-KT khi qui hoạch HTCCĐ 4 nút
TT Chỉ tiêu Kết quả tính toán 1 Chi phí vòng đời (106$) 11,68 2 Chi phí đầu tư thiết bị (106$) 1,18 3 Chi phí vận hành và năng lượng (106$) 11,43 4 Tổng tổn thất điện năng (106kWh) 6,31 5 Tổng điện năng nhận từ HTĐ (106kWh) 196,06 6 Giá trị còn lại ở cuối giai đoạn tính toán (106$) 0,93
Tổn thất công suất lớn nhất của hệ thống xuất hiện trong giờ cao điểm cũng
được xác định như hình 2.6. Năm đầu tiên tổn thất là 5,03%, những năm tiếp theo phụ tải tăng cao nên tổn thất công suất tăng nhanh và đạt giá trị cực đại là 6.23%
năm thứ 3. Từ năm thứ 4 tổn thất công suất giảm do đường dây được nâng cấp, tổng trở của đường dây giảm dẫn đến tổn thất công suất giảm. Tương tự, tổn thất
điện áp lớn nhất cũng xuất hiện trong giờ cao điểm và tăng cao khi phụ tải tăng. Tổn thất điện áp lớn nhất tại nút 3 trong năm thứ 5 là 10,4%, nút 1 là nút nguồn nên có điện áp không đổi với tổn thất 0% như hình 2.7.
Từ ví dụ minh họa cho thấy, mô hình đề xuất và chương trình tính toán đã lập có thể phù hợp cho bài toán qui hoạch HTCCĐ. Thời gian và thông số nâng cấp đường dây và TBA nguồn được lựa chọn. Ngoài ra, kế hoạch mua điện từ hệ
thống cũng như các chỉ tiêu KT-KT khác cũng được xác định. Hình 2.6 Tổn thất công suất lớn nhất của HTCCĐ 4 nút Hình 2.7 Tổn thất điện áp lớn nhất của HTCCĐ 4 nút 2.4.4.3 Đánh giá hiệu quả của mô hình đề xuất
Nhằm đánh giá hiệu quả của mô hình đề xuất cũng như ảnh hưởng của
ĐTPT và đặc tính giá điện tới kết quả tính toán qui hoạch. Luận án so sánh các chỉ tiêu KT-KT của HTCCĐ khi tính toán theo mô hình đề xuất và khi tính toán theo công suất lớn nhất, thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất (Pmax, t) cùng giá điện trung bình ngày. Kết quả so sánh trên bảng 2.8 cho thấy, không có sự sai khác trong chi phí đầu tư cũng như lộ trình nâng cấp thiết bị của HTCCĐ. Tuy nhiên, khi tính toán theo ĐTPT tổn thất điện năng sai khác tới 15,06% và tổng
điện năng nhận từ HTĐ giảm 2,36% tương ứng chi phí vòng đời của hệ thống sai lệch 8,9%.
Bảng 2.8 So sánh một số chỉ tiêu KT-KT khi tính theo Pmax và t
TT Chỉ tiêu Kết quả tính
theo Pmax, t Ktheo ết quĐả tính TPT
So sánh (%) 1 Chi phí vòng đời (106$) 10,64 11,68 8,9 2 Chi phí đầu tư thiết bị (106$) 1,18 1,18 0 3 Chi phí vận hành và năng lượng (106$) 10,69 11,43 6,47 4 Tổng tổn thất điện năng (106kWh) 7,26 6,31 -15,06 5 Tổng điện năng nhận từ HTĐ (106kWh) 200,69 196,06 -2,36
Hơn nữa, tổn thất điện năng trong tính toán theo ĐTPT luôn giảm so với khi tính toán theo Pmax, t như trình bày trên hình 2.8. Lượng giảm này đạt được
0 2 4 6 8 10 12 Năm 1 Năm 2 Năm 3 Năm 4 Năm 5 T ổ n th ấ t đ i ệ n á p nú t, % Nút 1 Nút 2 Nút 3 Nút 4 0 1 2 3 4 5 6 7 Năm 1 Năm 2 Năm 3 Năm 4 Năm 5 T ổ n th ấ t côn g su ấ t, %
thấp nhất là 13,98% ở năm thứ nhất và đạt được lớn nhất tới 15,44% ở năm qui hoạch thứ 3.
Hình 2.8 So sánh tổn thất điện năng
Kết quả tính toán cho thấy, tổn thất điện năng tính gần đúng theo Pmax và t
có sai số lớn bởi công suất truyền tải trên hệ thống là hàm của thời gian thay đổi theo ĐTPT và tổn thất công suất phụ thuộc vào công suất truyền tải theo hàm bậc 2. Tuy nhiên, theo phương pháp này t thường được xác định phụ thuộc vào Tmax qua công thức kinh nghiệm 4 2
ax
(0,124 Tm .10 ) .8760
t = + - [28] nên dẫn đến có sai số lớn hơn so với tính toán chi tiết theo ĐTPT. Hơn nữa, giá điện cũng là hàm của thời gian nên kết quả tính toán chi phí năng lượng, chi phí vòng đời của HTCCĐ cũng có sai số.
2.5 Nhận xét và kết luận chương 2
Qui hoạch HTCCĐ là bài toán cơ bản trong ngành điện và đã được quan tâm nghiên cứu từ rất sớm. Nhiều phương pháp và mô hình qui hoạch đã được nghiên cứu và giới thiệu. Trong thời gian gần đây, phương pháp qui hoạch toán học dần chiếm ưu thế và được ứng dụng mạnh mẽ trong qui hoạch HTCCĐ. Hơn nữa, khả năng tham gia của DG, thay đổi của phụ tải và giá điện cần được xét
đến trong các mô hình qui hoạch nhằm nâng cao tính chính xác của kết quả tính toán và gần hơn với điều kiện thực tiễn.
Chương này đã tổng hợp, phân tích các mô hình qui hoạch HTCCĐđã được giới thiệu từ đó lựa chọn mô hình qui hoạch hai bước áp dụng cho bài toán qui hoạch HTCCĐ. Trên có sở đó, nghiên cứu xây dựng mô hình toán hai bước (bước cơ sở, bước hiệu chỉnh) qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng tham gia của DG, ĐTPT ngày điển hình và đặc tính giá điện. Bước 1 sử dụng mô hình qui hoạch phi tuyến nguyên thực hỗn hợp (MINLP) lựa chọn thông số nâng cấp của
đường dây và TBA nguồn theo điều kiện giới hạn nhiệt đồng thời với thông số đầu tư tối ưu của DG. Kết quả tính toán thông số của đường dây, TBA nguồn
được làm tròn theo thông số tiêu chuẩn và sử dụng làm tham sốđầu vào của bước hiệu chỉnh. Mô hình sử dụng hàm mục tiêu cực tiểu chi phí vòng đời của phương án đầu tư cùng các ràng buộc đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Bước 2 tính toán thông sốđầu tư tối ưu của DG cùng các thông số chếđộ của HTCCĐ khi tổng trở của 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 1 2 3 4 5 Thời gian qui hoạch, năm T ổ n th ấ t đ i ệ n n ă n g , 10 e6 kWh 11 12 13 14 15 16 C h ên h l ệ ch , % Chênh lệch
Tính theo Pmax, Tmax Tính theo ĐTPTt
đường dây được xác định theo tiết diện nâng cấp tiêu chuẩn, hiệu quả kinh tế của phương án nâng cấp qua chi phí vòng đời cũng được xác định. Mô hình qui hoạch phi tuyến (NLP) được sử dụng với hàm mục tiêu tương tự như bước cơ sở
nhưng biến lựa chọn thông số nâng cấp của đường dây và TBA nguồn được thay thế bằng tham số tiêu chuẩn đã lựa chọn trong bước cơ sở.
Mô hình đề xuất đã sử dụng biến nhị phân để biểu diễn đặc tính chi phí có thành phần cố định của đường dây và TBA nguồn phù hợp hơn với đặc tính chi phí thực tế của thiết bị. Giải pháp hai bước với biến lựa chọn là biến thực trong bước cơ sởđược sử dụng đã làm giảm thời gian tính toán và tăng khả năng hội tụ
của bài toán qui hoạch HTCCĐ từ đó có thể xét đến khả năng tham gia của DG,
ĐTPT, đặc tính giá điện và kết quả tính toán sẽ đáp ứng gần hơn với thực tiễn. Hơn nữa, chương trình tính toán theo mô hình đề xuất được nghiên cứu xây dựng trong chương trình GAMS cho phép xét được đồng thời nhiều giải pháp trong bài toán qui hoạch cũng nhưđánh giá được rõ ràng hơn hiệu quả của từng giải pháp qua các chỉ tiêu KT-KT của hệ thống.
Kết quả tính toán trong ví dụ minh họa cho thấy mô hình và chương trình
đề xuất có thể áp dụng thuận lợi trong tính toán qui hoạch HTCCĐ. Lộ trình nâng cấp đường dây và TBA nguồn với thông số tiêu chuẩn được xác định cùng các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống. Hiệu quả kinh tế của hệ thống cũng được xác
định đồng thời.
Tuy nhiên, kết quả tính toán tiết diện nâng cấp của dây dẫn và công suất nâng cấp TBA nguồn phải được làm tròn theo thông số tiêu chuẩn của thiết bị
dẫn đến kết quả có thể chỉ gần với giá trị tối ưu. Hơn nữa, mô hình chỉ áp dụng
được cho những khu vực đã có HTCCĐ với sơ đồ xác định và ít thay đổi trong tương lai.
CHƯƠNG 3. QUI HOẠCH HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN XÉT ĐẾN KHẢ NĂNG THAM GIA CỦA CÁC LOẠI NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN
3
3.1 Đặt vấn đề
DG trong đó có nguồn sử dụng năng lượng mới và tái tạo đã được ứng dụng trong HTCCĐ do phát triển của khoa học công nghệ và sức ép về ô nhiễm môi trường. Khi tham gia trong hệ thống, DG sẽ làm thay đổi trào lưu công suất, lộ
trình và thông số nâng cấp của đường dây, TBA nguồn. Tổn thất công suất, tổn thất điện năng, chi phí mua điện của HTCCĐ sẽ thay đổi và phụ thuộc vào DG, giá bán điện cũng nhưĐTPT. Hơn nữa, công suất phát của DG thường không ổn
định phụ thuộc vào nguồn năng lượng sơ cấp và mỗi công nghệ sử dụng nguồn năng lượng sơ cấp của DG sẽ cho những đặc tính công suất phát khác nhau (pin mặt trời, thủy điện nhỏ, máy phát điện gió, máy phát tuabin khí hay diesel…). Do
đó, cần nghiên cứu khả năng tham gia và đánh giá hiệu quả của các DG với nhưng đặc trưng riêng theo từng công nghệ trong bài toán qui hoạch HTCCĐ.
Nhiều mô hình qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng đầu tư, đánh giá hiệu quả của DG đã được đề xuất trong đó mô hình hai bước qui hoạch HTCCĐ
có nhiều ưu điểm nhưđã giới thiệu trong chương 1. Trong chương 2 đã xây dựng
được mô hình hai bước qui hoạch HTCCĐ cho phép tổng hợp DG. Tuy nhiên, mỗi DG có chỉ tiêu KT-KT cũng như đặc tính công suất phát khác nhau phụ
thuộc nguồn năng lượng sơ cấp dẫn tới khả năng ứng dụng của chúng bị hạn chế
trong những điều kiện cụ thể thì chưa được đề cập. Vì vậy, chương này sẽ nghiên cứu phát triển mô hình hai bước qui hoạch HTCCĐ đã xây dựng trong chương 2 nhằm xét đến khả năng tham gia, hiệu quả của từng loại nguồn DG với những
đặc trưng về khả năng phát và chỉ tiêu KT-KT. Chi phí năng lượng được sử dụng làm chỉ tiêu tổng hợp thay cho chi phí tổn thất điện năng do công suất phát của DG không những làm thay đổi tổn thất điện năng mà còn giảm công suất nhận từ
HTĐ. ĐTPT ngày điển hình và đặc tính giá bán điện theo thời gian trong ngày
được xem xét cùng ràng buộc cân bằng công suất nút AC. Chỉ tiêu chi phí vòng
đời cũng được sử dụng để đánh giá hiệu quả của phương án đầu tư khi thời gian khấu hao của thiết bịđiện thường khác nhau [129][130][132].
Bài toán qui hoạch HTCCĐ trong điều kiện mới khi xét đến khả năng tham gia của các DG với những đặc điểm riêng của từng loại DG như TBK hoặc máy phát diesel, TĐN, máy phát điện gió hay PMT nhằm lựa chọn được thông số
nâng cấp tối ưu của đường dây, TBA nguồn đồng thời xác định được vị trí, công suất và lộ trình đầu tư DG. Từđó, xây dựng chương trình tính toán bằng chương trình GAMS và tính toán kiểm tra trong những ví dụ đơn giản. Qui trình tính và chi tiết của từng mô hình được trình bày sau đây.
3.2 Sơ đồ khối và qui trình tính toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến đặc điểm công nghệ của DG xét đến đặc điểm công nghệ của DG
Mô hình hai bước qui hoạch HTCCĐ xét đến khả năng tham gia của các DG với đặc trưng công nghệ riêng của từng loại được phát triển từ mô hình trong chương 2 nên sơđồ khối và qui trình tính toán như trình bày trên hình 2.2. Trong
đó, tham số của DG phải được xây dựng cho từng loại nguồn cụ thể phụ thuộc vào công nghệ sử dụng nguồn năng lượng sơ cấp.
Do đó, mô hình toán và chương trình tính được xây dựng cho những DG với đặc trưng riêng về công nghệđược trình bày chi tiết như sau.
3.3 Qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng tham gia của TBK hoặc máy phát diesel TBK hoặc máy phát diesel
Như phân tích trong chương 1, mặc dù TBK hoặc máy phát diesel có chi phí sản xuất rất cao nhưng ít bị hạn chế bởi vị trí xây dựng. Công suất và chi phí
đầu tư thường không thay đổi theo vị trí xây dựng. Vì vậy, khả năng tham gia và hiệu quả của các nguồn này trong qui hoạch HTCCĐ cần được nghiên cứu với những đặc điểm riêng biệt.
3.3.1 Xây dựng mô hình toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả
năng tham gia của TBK hoặc máy phát diesel
3.3.1.1 Xây dựng mô hình cơ sở
a) Hàm mục tiêu
Hàm mục tiêu cực tiểu chi phí vòng đời của phương án đầu tư gồm chi phí
đầu tư nâng cấp thiết bị (đường dây, TBA), chi phí đầu tư và vận hành TBK hoặc máy phát diesel, chi phí mua điện từ hệ thống và giá trị còn lại của thiết bịở cuối giai đoạn tính toán trình bày trong biểu thức (3.1). Tất cả chi phí này được qui
đổi về năm cơ sở với hệ số chiết khấu r qua biểu thức 1/ (1+r)t[77] với T là tổng