Bài giảng Kinh tế vận hành hệ thống: Chương 8 - Dự trữ công suất trong hệ thống điện

Bài giảng Kinh tế vận hành hệ thống: Chương 8 - Dự trữ công suất trong hệ thống điện được biên soạn với các nội dung chính sau: Khái niệm và phân loại dự trữ công suất; Các biến cố ngẫu nhiên gây thiếu hụt công suất trong hệ thống; Xác định xác suất thiếu hụt công suất hệ thống; Xác định công suất dự trữ tối ưu. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng!

CHƯƠNG 8 DỰ TRỮ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 8.1 Khái niệm và phân loại dự trữ công suất

8.1.1 Khái niệm dự trữ công suất trong hệ thống

- Hệ thống cần có dự trữ công suất để đảm bảo vận hành

an toàn và liên tục

- Bài toán dự trữ công suất là bài toán tối ưu phức tạp

+ Công suất dự trữ quá nhỏ, giảm chi phí, độ tin cậy thấp+ Công suất dự trữ quá cao, độ tin cậy cao hơn, lãng phí

- Dự trữ công suất: Tối ưu kinh tế và kỹ thuật

- Dự trữ công suất tùy thuộc đặc điểm và yêu cầu từngvùng, hệ thống, quốc gia

- Dự trữ công suất theo kinh nghiệm 10-15% PHT và lớnhơn công suất tổ máy lớn nhất của hệ thống

8.1.2 Phân loại dự trữ công suất

Phân loại tùy thuộc mục đích nghiên cứu và quản lý

Phân loại theo mục đích:

Công suất dự trữ sửa chữa:

- Đưa vào khi có tổ máy cần sửa chữa theo kế hoạch

- Công suất dự trữ sửa chữa tùy thuộc đặc điểm hệ thống

- Thường sửa chữa vào thời kỳ phụ tải hệ thống thấp

- Diện tích vùng lõm của đồ thị phụ tải > Diện tích sửachữa không cần dự trữ công suất sửa chữa và ngược lại

Phân loại dự trữ công suất theo chế độ làm việc

- Dự trữ nóng

- Dự trữ nguội

Dự trữ nóng:

- Các thiết bị có thể không mang tải hoặc chưa mãn tải

- Luôn sẵn sàng làm việc và tăng tải nhanh

Dự trữ nguội:

- Các thiết bị thường ở trạng thái không làm việc

- Các thiết bị cần thời gian để tăng công suất theo yêu cầu

8.2 Các biến cố ngẫu nhiên gây thiếu hụt công suất trong hệ thống

▪ Giảm công suất vì sự cố các phần tử trong hệ thống

▪ Giảm phụ tải hệ thống so với phụ tải cực đại

▪ Sai số dự báo nhu cầu

8.2.1 Xác suất giảm công suất vì sự cố

8.2.1.1 Dãy xác suất giảm công suất vì sự cố

▪ Công suất các tổ máy là đại lượng rời rạc

▪ Công suất giảm vì sự cố là đại lượng rời rạc

▪ Xác suất giảm sự công suất vì sự cố là đại lượng rời rạc

Ví dụ: Hệ thống có 2 tổ máy 100MW, 2 tổ máy 50 MW

và 4 tổ máy 25 MW, thì lượng công suất giảm vì sự cố chỉ

có thể thay đổi rời rạc 0, 25, 50, 75, , 400 MW

▪ Xác suất giảm công suất do sự cố cũng là dãy rời rạctương ứng với công suất giảm

▪ Giả sử mức giảm là  (MW)

▪ Dãy xác suất giảm công suất vì sự cố

8.2.1.2 Xác định xác suất giảm công suất vì sự cố

▪ Dãy phân bố xác suất giảm công suất vì sự cố phụ thuộc

- Số lượng tổ máy

- Công suất tổ máy

- Xác suất xảy ra sự cố của các tổ máy

(MW) suÊt

c«ng m

gi¶

lµm cè

sù

ra y

x¶

suÊt X¸c

S

S

S

S

S S

S , ,

S , S

S ,

S

SC

SC n

SC 3

SC 2

SC SC

0

SC n

SC 3

SC 2

SC SC

0

ε :

1 ,

ε

ε ε

ε ε

ε ε

ε ε

= +

+ +

+ +

▪ Xác suất xảy ra sự cố tính trung bình từng loại tổ máy

▪ Nếu trong một hệ thống tất cả các tổ máy cùng loại

và xác suất xảy ra sự cố như nhau thì dãy phân bố xác

suất giảm công suất vì sự cố được xác định theo công thứcphân bố nhị thức

▪ Giả sử hệ thống gồm (n) nhà máy, xác suất xảy ra sự cố của các tổ máy là như nhau và bằng (q), xác suất làm việc

là (p)

▪ Các xác suất xảy ra sự cố của hệ thống là thành phần

khai triển (p+q) n = 1

lv SC

SC

T T

T q

+

=

2

) 1

p

n

n q

np p

VÝ dô: HÖ thèng cã 4 tæ m¸y, c«ng suÊt mçi tæ (MW) vµ

x¸c suÊt x¶y ra sù cè 1 tæ m¸y lµ q=0.01 TÝnh x¸c suÊtx¶y ra sù cè gi¶m c«ng suÊt 0; 2; 3; 4(MW)

( )

8 4

4 4

6 3

3

2 2

2

3 1

4 4

0

1001

.0

1096

.301

.099

0

!1

!

3

!4

000588

001

.099

0

!2

!

2

!4

!

!

!

0388

001

.099

.04

96.099

.001

.01

S

q

p m

n m

n S

q np

S

p S

SC

SC

m m n Sc

n SC

n SC

Sai số của công thức Poisson so với công thức nhị thức là2% khi số tổ máy (n =10) và (n) càng lớn thì sai số cànggiảm

Hệ thống điện gồm một số nhóm các tổ máy cùng loại

▪ Mỗi nhóm gồm các tổ máy có công suất và xác suất xảy

▪ Khai triển biểu thức trên thành các tích

▪ Tập hợp các tích có các công suất giảm vì sự cố bằngnhau

▪ Được dãy phân bố xác suất giảm công suất giảm vì sự cố

2 2

1

k k

n n

q p

q p

q p

▪ Ví dụ: Trong hệ thống có hai tổ máy 100MW, xác

suất xảy ra sự cố một tổ máy là q1 = 0.02; Hai tổ máy

0.015; Bốn tổ máy 25MW với xác suất xảy ra sự cố

suất là 25 MW Hãy tính xác suất xảy ra sự cố giảm công suất 25MW, 50MW và 75 MW?

▪ Giải: Xác suất xảy ra sự cố mất 25MW có thể do sự

cố 1 trong 4 tổ máy 25 MW, còn các tổ máy khác vẫn làm việc bình thường.

Xác suất sự cố này được tính bằng biểu thức sau:

0361

001

.099

.04

985

098

3

3 3 3

2 2

Xác suất xảy ra sự cố giảm 50MW có thể do 2 trường hợp:

▪ 1 trong 2 tổ máy 50 MW bị sự cố, các tổ máy khác làm việc hoặc

2 tổ máy trong 4 tổ máy 25 MW xảy ra sự cố, các tổ máy khác làm việc Xác suất xảy ra sự cố:

Xác suất xảy ra sự cố giảm 75 MW có thể do 2 trường hợp:

▪ 1 trong 2 tổ máy 50 MW và 1 trong 4 tổ máy 25 MW xảy ra sự cố, các tổ máy khác làm việc hoặc 3 trong số 4 tổ máy 25 MW sự cố, các tổ máy khác làm việc Xác suất xảy ra sự cố:

2 3 3

3 2

2

2 1

4 3 2 2 2

2 1

! 2

! 2

!

q

p n

n p

p p

q p n p

−

 +

=

SC 2

S 

0275 0

01 0 99

0 2

2

4 985

0 98

0 994 0

015 0

985 0

.

.

3 3

2 2

1 3

2

3 3 3

2 2

2 1

1 3

3 3 2

0 3

2 1

4 3 2 1 015 0 985 0 2

98

.

0

! 4

!.

3

! 4

! 3

!.

1

! 4 2

▪ Nếu trị số công suất tổ máy hay xác suất xảy ra sự cốkhông khác nhau nhiều có thể sử dụng trị số trung bình đểtính xác suất xảy ra sự cố của hệ thống.

▪ Trị số công suất trung bình :

Trị số trung bình xác suất xảy ra sự cố trong hệ thống:

▪ Xác suất xảy ra sự cố trên đường dây phụ thuộc vào xácsuất xảy ra sự cố trên từng đường dây và độ dài đườngdây đang xét

(MW)

n

P n

P

Pi = HT =  i

HT

i i

i

i i

binh

tr

P

P q

P

P

q q

l

l q

q

8.2.2 Xác suất giảm phụ tải hệ thống so với phụ tải cực đại

8.2.2.1 Dãy xác suất giảm phụ tải hệ thống so với phụ tải cực đại

▪ Đại lượng giảm phụ tải hệ thống so với phụ tải cực đại

là đại lượng biến thiên liên tục

▪ Giả thiết rằng phụ tải giảm so với phụ tải cực đại theotừng bậc - Trị số mỗi bậc giảm là cố định và bằng  (MW)

▪ Thay đổi phụ tải đường liên tục thành đường bậc thangmỗi bậc  (MW)

▪ S-nεpt: Xác suất phụ tải thực tế hệ thống giảm so với phụtải cực đại là nε (MW)

S , S

S

,

S0pt -pt , -pt2 -pt3

8.2.2.2 Xác định xác suất giảm phụ tải so với phụ tải cực đại

▪ Sử dụng đồ thị phụ tải khai triển đã được bậc thang hoá,với độ cao mỗi bậc là  (MW)

▪ Đồ thị phụ tải khai triển và đồ thị đã được bậc thang hóaphải đảm bảo có lượng điện năng như nhau (diện tíchphần nằm dưới đường cong phụ tải bằng nhau)

▪ Thực tế sử dụng đồ thị phụ tải từ điểm cực đại đến điểmphụ tải bằng 15-20% Pmax

T

T S

;

T

T S

;

TT

S0pt = 0 -pt = 1 -pt2 = 2

8.2.3 Xác suất sai số dự báo S db

8.2.3.1 Dãy xác suất sai số do dự báo

▪ Sai số dự báo là đại lượng biến thiên liên tục

▪ Coi xác suất sai số dự báo là đại lượng rời rạc và không đổi khi xét trong một khoảng nhất định

S0db : Xác suất sai số dự báo có sai số trung bình bằng 0

Sεdb : Xác suất sai số dự báo có sai số dự báo trung bình 

Snεdb : Xác suất phụ tải thực tế lớn hơn phụ tải dự báo

8.3 Xác định xác suất thiếu hụt công suất hệ thống

▪ Biểu thức tổng quát xác định xác suất xảy ra thiếu hụtcông suất của hệ thống:

▪ Mỗi tích của 3 xác suất là xác suất xảy ra thiếu hụt côngsuất của hệ thống ở những mức khác nhau

▪ Các sự kiện mới này mang tính loại trừ nhau

▪ Xét 2 trường hợp:

▪ Hệ thống có dự trữ công suất tại phụ tải cực đại

▪ Hệ thống không có dự trữ công suất tại phụ tải cựcđại

(S S S )( S S S S S ) 1 (*) )

S

S

(SSC0 + SC + SC2 + pt0 + -pt + -pt2 + + db-2 + db- + db0 + db + db2 + =

▪ Khi hệ thống không có dự trữ ở phụ tải cực đại

1 0

) 2 ( 2 1

0 0

+ +

+ +

+ +

+ +

−

db k

pt db

k

pt db

k

pt SC

db k

pt db

k

pt db

k

pt SC

k

S S

S S

S S S

S S

S S S

S S

pt db

k r

pt db

k r

pt SC

S S

S S

S S

8.4 Xác định công suất dự trữ tối ưu

8.4.1 Kỳ vọng tổn thất khi ngừng cung cấp điện

▪ Phụ thuộc vào tính chất của hộ tiêu thụ, trị số công suất thiếu hụt

▪ Tầm quan trọng của các hộ phụ thuộc vào từng quốc gia và từng thời kỳ nhất định; Yêu cầu độ tin cậy các hộ cũng rất khác nhau

▪ Bài toán: Giả sử các hộ tiêu thụ trong hệ thống được chia

thành các nhóm hộ tiêu thụ: hộ tiêu thụ loại 1, có công suất

(MW), với suất tổn thất do ngừng cung cấp điện là a1(đ/MWh); Hộ loại 2,3 n, có công suất (MW), suất tổn thất

do ngừng cung cấp điện là a2 an (đ/MWh) Công suất dự trữ lúc phụ tải cực đại là r(MW) Xác định kỳ vọng tổn thất khi ngừng cung cấp điện của hệ thống trong khoảng thời gian T(h).

▪ Kỳ vọng tổn thất do ngừng cung cấp điện với công suất

dự trữ r(MW) trong khoảng thời gian T(h):

▪ Xét thay đổi kỳ vọng tổn thất do ngừng cung cấp điện khi công suất dự trữ hệ thống tăng từ r(MW) lên (r+1) (MW)

y

yT = rT − Tr =

8.4.2 Xác định công suất dự trữ tối ưu

▪ Giả thiết chi phí để tăng thêm dự trữ ε(MW) của hệthống là b(đ/MWh) (bao gồm cả chi phí đầu tư và chi phívận hành trong năm)

▪ So sánh với kỳ vọng tổn thất giảm được do tăng dự trữ

▪ Nếu chi phí cho hệ thống để tăng thêm dự trữ lớn hơn sovới kỳ vọng tổn thất kinh tế giảm được thì việc tăng dự trữkhông có hiệu quả và ngược lại

▪ Vòng lặp được tiến hành liên tục và ngừng khi việc đưathêm tổ máy vào hoặc đưa bớt tổ máy ra không có lợi

∆yT > b Tăng dự trữ có lợi

∆yT < b Tăng dự trữ không có lợi

Tóm tắt các bước tiến hành tính toán dự trữ công suất tối ưu:

1 Xác định dãy phân bố xác suất giảm công suất vì sự cố

2 Xác định dãy phân bố xác suất giảm phụ tải so với phụ tải cực đại

3 Xác định dãy phân bố xác suất sai số dự báo

4 Xác định dãy phân bố xác suất thiếu hụt công suất

5 Xác định kỳ vọng tổn thất do ngừng cung cấp điện trong thời gian T

6 Xác định chi phí tăng (giảm) của hệ thống khi tăng (giảm) tổ máy