BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM ĐẶNG QUANG VINH NGHIÊN CỨU THỊ TRƯỜNG BÁN BUÔN ĐIỆN CẠNH TRANH, TỐI ƯU DÒNG CHẢY CÔNG SUẤT VÀ XÁC ĐỊNH PHÍ TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI LUẬN VĂN THẠ[.]
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
-
ĐẶNG QUANG VINH
NGHIÊN CỨU THỊ TRƯỜNG BÁN BUÔN ĐIỆN CẠNH TRANH, TỐI ƯU DÒNG CHẢY CÔNG SUẤT VÀ XÁC ĐỊNH PHÍ TRÊN LƯỚI ĐIỆN
TRUYỀN TẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã số ngành: 60520202
TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2014
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
-
ĐẶNG QUANG VINH
NGHIÊN CỨU THỊ TRƯỜNG BÁN BUÔN ĐIỆN CẠNH TRANH, TỐI ƯU DÒNG CHẢY CÔNG SUẤT VÀ XÁC ĐỊNH PHÍ TRÊN LƯỚI ĐIỆN
TRUYỀN TẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã số ngành: 60520202
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGÔ CAO CƯỜNG
TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2014
Trang 3iii
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS NGÔ CAO CƯỜNG
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày … tháng …… năm ………
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
TT Họ và Tên Chức danh Hội đồng
2 TS Nguyễn Hùng Phản biện 1
3 TS Huỳnh Quang Minh Phản biện 2
4 PGS.TS Lê Kim Hùng Ủy viên
5 TS Trương Việt Anh Ủy viên, Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
Trang 4iv
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH
-
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
TP HCM, ngày … tháng … năm……
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: ĐẶNG QUANG VINH Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 26/07/1977 Nơi sinh: Ninh Thuận Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1241830041
I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh, tối ưu dòng chảy công suất và xác định phí trên lưới điện truyền tải
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Chương 0: Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về thị trường điện, chủ trương quy định về thị trường hóa thị trường điện bán buôn ở Việt Nam
Chương 2: Những vấn đề về truyền tải điện và các lựa chọn cho thị trường điện
cạnh tranh
Chương 3: Nghiên cứu các phương pháp tối ưu dòng chảy công suất, đề xuất
phương pháp ứng dụng cho thị trường điện Việt Nam
Chương 4: Nghiên cứu các phương pháp xác định phí truyền tải, đề xuất phương pháp tính phí truyền tải cho thị trường điện Việt Nam
Chương 5: Mô phỏng bài toán tối ưu dòng chảy công suất dựa trên ràng buộc thị trường và tắt nghẽn, tính phí tương ứng cho hệ thống
Kết luận và kiến nghị
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 12/06/2013
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/12/2013
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Ngô Cao Cường
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
TS NGÔ CAO CƯỜNG
Trang 5v
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc
Học viên thực hiện Luận văn
ĐẶNG QUANG VINH
Trang 6vi
LỜI CÁM ƠN
Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn đối với thầy cô giáo Trường Đại học Công nghệ Tp Hồ Chí Minh, đã truyền đạt những kiến thức quý báo trong suốt quá trình học tập tại trường Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc tới
thầy giáo TS Ngô Cao Cường - Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh,
người đã luôn tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô khoa Cơ - Điện - Điện Tử, Phòng Quản
lý Khoa học và Đào tạo sau Đại học đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia đình, bạn học cùng lớp và đồng nghiệp, những người luôn bên tôi, động viên tôi trong suốt quá trình hoàn thành khoá học và luận văn này
TP.Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm ……
Tác giả
ĐẶNG QUANG VINH
Trang 7vii
TÓM TẮT
Điện là một nguồn năng lượng không thể thiếu trong sự phát triển nền kinh tế của bất kỳ quốc gia nào trên thế giới, đặc biệt là đối với những quốc gia đang phát triển như Việt Nam Nhằm đáp ứng sự phát triển của nền kinh tế cũng như sự hội nhập trong khu vực, ngành điện Việt Nam đã và đang có những sự chuyển biến đáng kể trong những năm qua, cụ thể là đang tiến hành thị trường hóa ngành điện Hiện nay ngành điện Việt Nam đang ở cấp độ thị trường phát điện cạnh tranh (2005 - 2014), đây là cấp độ đầu tiên trong ba cấp độ của một quá trình thị trường hóa toàn phần ngành điện Hai cấp độ tiếp theo đó là cấp độ thị trường bán buôn điện cạnh tranh (2015-2022) và thị trường bán lẻ điện cạnh tranh (sau 2022), cả hai cấp độ này sẽ có nhiều vấn đề mà chúng ta cần phải giải quyết, đặc biệt là cấp độ thị trường bán buôn điện cạnh tranh sắp tới Trong cấp độ này, những vấn đề như là lựa chọn mô hình thị trường, nghiên cứu các phương pháp xác định phí, v.v, cũng như ứng dụng những thuật toán để tối ưu hoạt động của hệ thống Đó là lý do để chọn đề tài
“Nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh, tối ưu dòng chảy công suất và xác định phí trên lưới điện truyền tải”, việc giải quyết vấn đề trong luận văn sẽ
hướng đến một khía cạnh vấn đề cần giải quyết trong cấp độ thị trường bán buôn điện cạnh tranh ở Việt Nam sắp tới
Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh; trong
đó tập trung vào việc lựa chọn mô hình thị trường, cấu trúc lưới truyền tải điện Sau
đó nghiên cứu các phương pháp tối ưu dòng chảy công suất (OPF) như phương pháp Gradient, Newton, ACO, PSO, v.v… trình bày ưu và nhược điểm của mỗi phương pháp, các ứng dụng OPF trong thị trường điện và chọn phương pháp ứng dụng cho thị trường điện Việt Nam Tiếp theo nghiên cứu các phương pháp xác định phí truyền tải như phương pháp “tem thư”, MW-km, v.v… đề xuất phương pháp tính phí truyền tải ứng dụng cho thị trường điện Việt Nam Sau cùng là sự mô phỏng trên phần mềm PowerWorld Simulator thể hiện bài toán tối ưu và xác định phí tương ứng, thêm vào đó là sự phân tích các thành phần của giá biên nút (LMP) trong bài toán tối ưu của hệ thống điện
Trang 8viii
ABSTRACT
Electricity is an energy source which is indispensable in economic development of any country in the world, especially in regard to developing countries like Vietnam In order to meet the growth of the country’s economy as well as in regional integration, Vietnam’s power sector has had a remarkable transformation in recent years, namely marketization of power sector is in progress Currently, Vietnam’s power sector is at the level of competitive electricity market (2005-2014) which is the first of the three levels of a fully marketizing process of electricity sector The next two levels are those competitive wholesale electricity market (2015-2022) and competitive retail electricity market (after 2022), both of these levels will bring many issues that need to be solved, especially the level of coming competitive wholesale electricity market In this level, issues such as market model selection, research of cost determining methods, etc… as well as the application of algorithms to optimize the operation of the system That is the
reason to choose the topic “Researching on competitive wholesale electricity market,
optimal power flow and cost determination of electricity transmission grids”, the
solution of issues mentioned in the thesis will address to an issue aspect that needs to
be solved in the level of competitive wholesale electricity market in Vietnam in future The thesis focuses on researching competitive wholesale electricity market; in which focusing on the selection of the market model, structure of transmission grid Then, researching on the methods of Optimal Power Flow (OPF) such as Gradient, Newton, ACO, PSO, etc…, presenting the advantages and disadvantages of each method, applications of OPF in electricity markets and selecting application method for Vietnam’s power market Next, researching on methods of transmission cost determination such as “postage-stamp”, MW-km, etc…, proposing method of applied transmission cost calculation for Vietnam’s power market The final one is the simulation shown by PowerWorld Simulator software which presents an optimal problem and corresponding cost determination, in addition to the analysis on the compositions of Location Marginal Price (LMP) in the optimal problem of power system
Trang 9ix
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xiii
DANH MỤC CÁC BẢNG xv
DANH MỤC CÁC HÌNH xvi
CHƯƠNG 0 MỞ ĐẦU 1
0.1 Đặt vấn đề 1
0.2 Tính cấp thiết của đề tài 2
0.3 Mục tiêu của đề tài 3
0.4 Nội dung nghiên cứu 3
0.5 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 4
0.5.1 Phương pháp luận 4
0.5.2 Phương pháp nghiên cứu 4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THỊ TRƯỜNG ĐIỆN, CHỦ TRƯƠNG QUY ĐỊNH VỀ THỊ TRƯỜNG HÓA THỊ TRƯỜNG ĐIỆN BÁN BUÔN Ở VIỆT NAM .6
1.1 Tổng quan về TTĐ 6
1.1.1 Giới thiệu chung 6
1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển ngành điện Việt Nam .7
1.1.3 Một số khái niệm chung 9
1.1.3.1 Độc quyền và độc quyền tự nhiên 9
1.1.3.2 Khái niệm TTĐ và TTĐ hoàn hảo 11
1.1.4 Tổng quan hoạt động HTĐ theo cơ chế kín và mở 12
1.1.4.1 Hệ thống điện kín 12
1.1.4.2 Hệ thống điện mở 13
1.1.5 Các lý do dẫn đến TTĐ 14
1.1.6 Các thành phần cơ bản của TTĐ bán buôn 15
1.1.6.1 Thị trường điện bán buôn 15
1.1.6.2 TTĐ mở rộng đến bán lẻ 17
1.2 Chủ trương quy định về thị trường hóa TTĐ bán buôn ở Việt Nam 18
1.2.1 Lộ trình triển khai TTĐ cạnh tranh ở Việt Nam 18
1.2.1.1 Cấp độ 1: Thị trường phát điện cạnh tranh (2005 - 2014) 18
1.2.1.2 Cấp độ 2: Thị trường bán buôn điện cạnh tranh (2015 - 2022) 19
1.2.1.3 Cấp độ 3: Thị trường bán lẻ điện cạnh tranh (từ sau 2022) 20
1.2.2 Chủ trương trong TTĐ bán buôn 21
1.2.2.1 Chủ trương của Chính phủ 21
1.2.2.2 Chủ trương của Bộ Công thương 22
1.2.2.3 Chủ trương trong Luật điện lực 23
CHƯƠNG 2 NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN VÀ CÁC LỰA CHỌN CHO THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH 24
2.1 Những vấn đề về truyền tải điện trong TTĐ 24
2.1.1 Vận hành HTĐ 24
2.1.2 Lưới điện trong TTĐ 25
Trang 10x
2.1.2.1 Nhiệm vụ của lưới truyền tải điện 26
2.1.2.2 Các dịch vụ cấp cho khách hàng 27
2.1.2.3 Các nhiệm vụ của SO 28
2.1.3 Các giới hạn truyền tải vật lý 29
2.1.4 Tắt nghẽn truyền tải 31
2.1.5 SO và giảm tắt nghẽn 32
2.1.6 Giá truyền tải 33
2.2 Các lựa chọn cho TTĐ cạnh tranh ở Việt Nam 34
2.2.1 Hiện trạng ngành điện Việt Nam 34
2.2.1.1 Nguồn điện 34
2.2.1.2 Lưới điện truyền tải 38
2.2.1.3 Mô hình tổ chức của EVN 40
2.2.2 Mô hình quản lý kinh doanh lưới điện truyền tải Việt Nam 41
2.2.2.1 Nguyên nhân độc quyền tự nhiên của lưới điện truyền tải 41
2.2.2.2 Thực trạng mô hình tổ chức quản lý lưới điện truyền tải 42
2.2.2.3 Vị trí của NPT trong TTĐ cạnh tranh 43
2.2.3 Lựa chọn cấu trúc TTĐ 45
2.2.4 Lựa chọn cấu trúc lưới truyền tải điện 45
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU DÒNG CHẢY CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG CHO THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VIỆT NAM 48
3.1 Giới thiệu 48
3.1.1 Lịch sử tối ưu dòng chảy công suất 48
3.1.2 Khái niệm dòng chảy công suất 48
3.1.3 Khái niệm kiểm soát dòng chảy công suất 49
3.2 Mục đích và công thức chung 49
3.2.1 Mục đích 49
3.2.2 Công thức tổng quát 50
3.3 Các phương pháp giải quyết tối ưu dòng chảy công suất 51
3.3.1 Các phương pháp tối ưu xác định 54
3.3.1.1 Phương pháp Gradient 54
3.3.1.2 Phương pháp Newton 55
3.3.1.3 Phương pháp đơn hình 57
3.3.1.4 Phương pháp lập trình tuyến tính liên tục 59
3.3.1.5 Phương pháp lập trình bậc hai liên tục 60
3.3.1.6 Phương pháp điểm nội suy 62
3.3.1.7 Các phương pháp bổ sung 63
3.3.1.8 Tóm tắt các phương pháp tối ưu xác định 63
3.3.2 Các phương pháp tối ưu không xác định 66
3.3.2.1 Phương pháp tối ưu đàn kiến 66
3.3.2.2 Phương pháp mạng nơtron nhân tạo 68
3.3.2.3 Phương pháp giải thuật vi khuẩn tìm kiếm thức ăn 69
3.3.2.4 Phương pháp giải thuật tối ưu hỗn độn 70
3.3.2.5 Phương pháp giải thuật tiến hóa 71
Trang 11xi
3.3.2.6 Phương pháp tối ưu bầy đàn 72
3.3.2.7 Phương pháp mô phỏng luyện kim 73
3.3.2.8 Phương pháp tìm kiếm Tabu 75
3.3.2.9 Tóm tắt các phương pháp tối ưu không xác định 76
3.3.3 Các phương pháp lai 80
3.3.3.1 Các phương pháp xác định kết hợp 80
3.3.3.2 Các phương pháp xác định và không xác định kết hợp 80
3.3.3.3 Các phương pháp không xác định kết hợp 81
3.3.3.4 Logic mờ kết hợp với OPF 81
3.4 Các ứng dụng thông thường của OPF 82
3.4.1 OPF trong EMS 82
3.4.2 OPF đối với quy hoạch hệ thống 83
3.5 Các ứng dụng của OPF trong TTĐ 84
3.5.1 Thị trường giao dịch ngay minh bạch và giá cả 85
3.5.2 Giá truyền tải 85
3.5.3 Quản lý tắt nghẽn 85
3.5.4 Đánh giá khả năng truyền tải khả dụng 86
3.5.5 Mua sắm dịch vụ phụ trợ 86
3.5.6 Phân bổ quyền truyền tải tối ưu 87
3.6 Đề xuất phương pháp “tối ưu dòng chảy công suất sử dụng giải thuật tối ưu bầy đàn” ứng dụng cho TTĐ Việt Nam 87
3.6.1 Tổng quan 87
3.6.2 Giải thuật PSO 88
3.6.3 Kết quả giải thuật PSO 91
3.6.3.1 Trường hợp 1: Giảm thiểu chi phí nhiên liệu 91
3.6.3.2 Trường hợp 2: Cải thiện hồ sơ điện áp hệ thống 93
3.6.3.3 Trường hợp 3: Tăng sự ổn định điện áp 93
3.6.4 Kết luận 94
CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHÍ TRUYỀN TẢI, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHÍ TRUYỀN TẢI CHO THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VIỆT NAM 95
4.1 Những vấn đề cơ bản khi tính phí truyền tải 95
4.1.1 Mục đích và yêu cầu đối với phí truyền tải 95
4.1.1.1 Mục đích 95
4.1.1.2 Yêu cầu 95
4.1.2 Các thành phần của phí truyền tải 95
4.1.3 Sơ đồ tính phí truyền tải 97
4.1.4 Doanh thu yêu cầu về sử dụng lưới truyền tải 98
4.2 Các phương pháp tính phí truyền tải 100
4.2.1 Phương pháp “tem thư” 100
4.2.1.1 Phương pháp “tem thư” công suất đỉnh (MW) 101
4.2.1.2 Phương pháp “tem thư” công suất đỉnh kết hợp điện năng 102
4.2.1.3 Phương pháp “tem thư” công suất đỉnh tháng trước 103
4.2.2 Phương pháp MW-km 104
Trang 12xii
4.2.2.1 Phương pháp MW-km cơ bản 105
4.2.2.2 Phương pháp MW-km theo module 105
4.2.2.3 Phương pháp MW-km với chi phí bằng không cho dòng chảy công suất ngược chiều 106
4.2.2.4 Phương pháp MW-km với dòng chảy công suất vượt trội 106
4.2.3 Phương pháp tính thành phần công suất do khách hàng u gây ra trên đường dây k 107
4.2.3.1 Phương pháp tham gia trung bình 107
4.2.3.2 Phương pháp tham gia biên 109
4.3 Ví dụ tính phí sử dụng lưới truyền tải bằng một số phương pháp 111
4.3.1 Tính phí sử dụng lưới truyền tải bằng phương pháp MW-km 111
4.3.2 Tính phí sử dụng lưới truyền tải bằng phương pháp tham gia biên 117
4.4 So sánh các phương pháp tính phí truyền tải 120
4.5 Giá biên nút trong quản lý tắt nghẽn truyền tải 122
4.5.1 Tắt nghẽn truyền tải 122
4.5.1.1 Khái niệm tắt nghẽn 122
4.5.1.2 Nguyên nhân gây ra tắt nghẽn 122
4.5.2 Giá biên nút 123
4.5.2.1 Khái niệm giá biên nút 123
4.5.2.2 Xác định giá biên nút trong quản lý tắt nghẽn truyền tải 124
4.6 Đề xuất phương pháp tính phí truyền tải cho TTĐ Việt Nam 127
CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG BÀI TOÁN TỐI ƯU DÒNG CHẢY CÔNG SUẤT DỰA TRÊN RÀNG BUỘC THỊ TRƯỜNG VÀ TẮT NGHẼN, TÍNH PHÍ TƯƠNG ỨNG CHO HỆ THỐNG 129
5.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng và bài toán OPF 129
5.1.1 Giới thiệu PowerWorld Simulator 129
5.1.2 Giới thiệu Primal LP của OPF trong Powerworld Simulator .129
5.2 Mô phỏng bài toán trên PowerWorld Simulator 130
5.2.1 Bài toán OPF với giải thuật Primal LP không có ràng buộc và có ràng buộc 130
5.2.1.1 Bài toán OPF với giải thuật Primal LP không có ràng buộc 131
5.2.1.2 Bài toán OPF với giải thuật Primal LP có ràng buộc 132
5.2.2 Bài toán dùng giải thuật tối ưu Primal LP OPF và xác định phí tương ứng 135
5.2.2.1 Bài toán với phương pháp phân bổ kinh tế (ED) thông thường 136
5.2.2.2 Bài toán với phương pháp Primal LP OPF 138
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 141
Kết luận: 141
Kiến nghị: 142
TÀI LIỆU THAM KHẢO 143