nghiên cứu áp dụng bài toán tối ưu công suất trong thị trường điện

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT A0 - Trung tâm ðiều ñộ Hệ thống ñiện Quốc gia AC - Dòng ñiện xoay chiều DC - Dòng ñiện một chiều EVN - Tổng Công ty ðiện lực Việt Nam FACTS - Hệ thống truyền tả

BỘ GIÁO DỤC VÀ đÀO TẠO đẠI HỌC đÀ NẴNG

NGUYỄN LÊ đỊNH

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG BÀI TOÁN OPF

TRONG THỊ TRƯỜNG đIỆN

Chuyên ngành: MẠNG VÀ HỆ THỐNG đIỆN

Mã số: 60.52.50

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ KIM HÙNG

đà Nẵng Ờ Năm 2006

LỜI CAM đOAN Tôi xin cam ựoan ựây là công trình nghiên cứu của riêng tôi (*)

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ựược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

NGUYỄN LÊ đỊNH

LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cám ơn Lãnh ựạo Công ty

Truyền tải ựiện 2, Lãnh ựạo đội ựiều ựộ ựã tạo nhiều

ựiều kiện thuận lợi ựể tôi tham dự khóa học này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn ựối với PGS.TS Lê

Kim Hùng, người ựã tận tâm hướng dẫn tôi hoàn

thành luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn ựối với các thầy cô giáo

khoa ựiện Trường đại học Bách khoa Hà Nội,

Trường đại học Bách khoa Tp Hồ Chắ Minh,

Trường đại học Bách khoa đà Nẵng ựã truyền thụ

cho tôi những kiến thức quắ báu trong suốt quá trình

học tập

Cuối cùng, vợ con tôi là nguồn ựộng viên tinh thần

vô giá ựể tôi hoàn thành khóa học.

(*)Luận văn do Công ty Truyền tải ựiện 2 tài trợ (2003 Ờ 2006)

MỤC LỤC

LỜI CAM ðOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU 6

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 8

DANH MỤC CÁC BẢNG 9

DANH MỤC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ 10

MỞ ðẦU 12

1 Lý do chọn ñề tài 12

2 Mục ñích nghiên cứu 14

3 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu 14

4 Mục ñích của bài toán OPF 14

5 Gói chương trình MATPOWER 15

6 Bố cục luận văn 17

Chương 1 19

THỊ TRƯỜNG ðIỆN, OPF VÀ NGHẼN MẠCH TRUYỀN TẢI 19

1.1 Tổng quan ngành ñiện Việt Nam giai ñoạn 2001-2010, ñịnh hướng ñến năm 2020 19

1.2 Thị trường ñiện 23

1.2.1 ðặt vấn ñề 23

1.2.2 Các mô hình thị trường ñiện 24

1.2.3 Cấu trúc thị trường ñiện 25

1.2.4 ðấu giá ñiện năng và chào giá cạnh tranh 26

1.2.5 Thị trường ñiện tập trung 32

1.2.6 Hoạt ñộng chào giá ở Việt nam trong giai ñoạn ñầu của thị trường ñiện 33

1.3 Bài toán OPF trong hệ thống ñiện 34

1.3.1 ðặt vấn ñề 34

1.3.2 Công thức toán học và các ñiều kiện tối ưu 35

1.3.3 Giải bài toán OPF 35

1.4 Cực ñại phúc lợi xã hội dùng OPF 37

1.5 Phân tích giá nút 39

1.5.1 ðặt vấn ñề 39

1.5.2 Xác ñịnh giá nút 40

1.5.3 Phân tích giá nút 40

1.6 Nghẽn mạch truyền tải trong thị trường ñiện 43

1.6.1 ðặt vấn ñề 43

1.6.2 Xác ñịnh nghẽn mạch 44

1.6.3 Tầm quan trọng của việc quản lý nghẽn mạch trong thị trường ñiện 45

1.6.4 Ảnh hưởng của nghẽn mạch 45

Chương 2 50

BÀI TOÁN OPF KHI HỆ THỐNG ðIỆN CÓ THIẾT BỊ FACTS 50

2.1 ðặt vấn ñề 50

2.2 Mô hình ñường dây 51

2.3 Mô hình máy biến áp có ñiều chỉnh 52

2.4 Mô hình tĩnh của thiết bị FACTS 53

2.4.1 Bộ bù nối tiếp ñiều khiển bằng Thyristor 53

2.4.2 Bộ ñiều chỉnh góc pha ñiều khiển bằng Thyristor 55

2.4.3 Bộ bù công suất phản kháng tĩnh 57

2.5 Công thức toán học 58

2.6 Áp dụng OPF 59

2.7 Trường hợp nghiên cứu 60

Chương 3 65

ÁP DỤNG OPF ðỂ CHÀO GIÁ VÀ QUẢN LÝ NGHẼN MẠCH TRONG THỊ TRƯỜNG ðIỆN 65

3.1 Phân tích các thay ñổi phúc lợi xã hội 65

3.1.1 ðặt vấn ñề 65

3.1.2 Mô hình tiêu thụ ñiện 65

3.1.3 Mô hình cung cấp ñiện 66

3.1.4 Cân bằng thị trường 67

3.1.5 Thặng dư 68

3.2 Phân tích thành phần nghẽn mạch 72

3.3 Áp dụng OPF ñể quản lý nghẽn mạch 77

3.4 Các trường hợp nghiên cứu 78

3.4.1 Thị trường ñiện 7 nút 78

3.4.2 Thị trường ñiện 14 nút 82

3.4.3 Thị trường ñiện 30 nút IEEE 88

Chương 4 92

KẾT LUẬN 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

PHỤ LỤC A 98

PHỤ LỤC B 99

PHỤ LỤC C 100

PHỤ LỤC D 101

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Các ký hiệu in ñậm là vectơ hoặc ma trận

x - vectơ biến số, ñây là vectơ cột

G - vectơ ràng buộc ñẳng thức, ñây là vectơ cột

H - vectơ ràng buộc bất ñẳng thức, ñây là vectơ cột

θ - vectơ góc pha ñiện áp nút, ñây là vectơ cột

V - vectơ ñộ lớn ñiện áp nút, ñây là vectơ cột

r - nút cân bằng (tham chiếu)

F - hàm mục tiêu, ñây là ñại lượng vô hướng

L - hàm Lagrange

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT A0 - Trung tâm ðiều ñộ Hệ thống ñiện Quốc gia

AC - Dòng ñiện xoay chiều

DC - Dòng ñiện một chiều

EVN - Tổng Công ty ðiện lực Việt Nam

FACTS - Hệ thống truyền tải ñiện xoay chiều linh hoạt GDP - Tổng sản phẩm quốc nội

ISO - ðơn vị ñiều hành hệ thống ñiện ñộc lập

MCP - Giá minh bạch thị trường

OPF - Tối ưu công suất

Poolco - Thị trường ñiện tập trung

PF - Phân bố công suất

QP - Thuật toán qui hoạch bậc hai

LP - Thuật toán qui hoạch tuyến tính

SVC - Bộ bù công suất phản kháng tĩnh

TCPAR - Bộ ñiều chỉnh góc pha ñiều khiển bằng Thyristor TCSC - Bộ bù nối tiếp ñiều khiển bằng Thyristor

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng dự kê chào giá 28

Bảng 1.2 Hai Chiến lược chào giá 30

Bảng 2.1 Giá nút và tổng chi phí phát ñiện 62

Bảng 3.1 Kết quả khi các giá chào ứng với chi phí biên thật 80

Bảng 3.2 Thặng dư của nhà sản xuất trong thị trường 80

Bảng 3.3 Ảnh hưởng giá chào của nhà cung cấp tại nút 4 82

Bảng 3.4 Kết quả OPF trong Trường hợp 1 84

Bảng 3.5 Kết quả OPF trong Trường hợp 2 85

Bảng 3.6 Kết quả OPF trong Trường hợp 3 86

Bảng 3.7 Phân tích kinh tế lưới ñiện 14 nút 87

Bảng 3.8 Phân tích kinh tế tại nút 12 88

Bảng 3.9 Tổng chi phí phát ñiện 90

DANH MỤC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ

Hình 1.1 Cấu trúc thị trường ñiện 25

Hình 1.2 ðường cung và cầu 27

Hình 1.3 ðường cung cấp từ các nhà thầu 29

Hình 1.4 Xác ñịnh giá minh bạch thị trường 30

Hình 1.5 Xác ñịnh giá minh bạch ñiện năng cho Chiến lược 1 31

Hình 1.6 Xác ñịnh giá minh bạch ñiện năng cho Chiến lược 2 32

Hình 1.7 Hệ thống 2 nút không ràng buộc 47

Hình 1.8 Hệ thống 2 nút có ràng buộc 47

Hình 2.1 Mô hình dường dây 51

Hình 2.2 Sơ ñồ tương ñương của máy biến áp 52

Hình 2.3 Mô hình máy biến áp 53

Hình 2.4 Sơ ñồ tương ñương của TCSC 54

Hình 2.5 Mô hình của TCSC 55

Hình 2.6 Sơ ñồ tương ñương của TCPAR 55

Hình 2.7 Mô hình của TCPAR 56

Hình 2.8 Mô hình của SVC 57

Hình 2.9 Hệ thống ñiện 7 nút, 3 vùng 60

Hình 2.10 ðường cong chi phí máy phát ñiện 61

Hình 2.11 Công suất và khả năng tải khi không có TCSC 62

Hình 2.12 Công suất và khả năng tải khi TCSC bù mức 1 63

Hình 2.13 Phân bố công suất khi TCSC bù mức 1 63

Hình 2.14 Công suất và khả năng tải khi TCSC bù mức 2 64

Hình 3.1 Cầu cá thể và cầu thị trường 66

Hình 3.2 Lợi ích của khách hàng và ñạo hàm của lợi ích 66

Hình 3.3 Cung cá thể và cung thị trường 67

Hình 3.4 ðiểm cân bằng thị trường 68

Hình 3.5 Mối liên hệ giữa giá và công suất 70

Hình 3.6 Chào giá cung cấp ñiện phụ thuộc tuyến tính 70

Hình 3.7 Chào giá lớn hơn k lần chi phí biên thật 71

Hình 3.8 Hệ thống ñiện 7 nút 79

Hình 3.9 Hệ thống ñiện 14 nút 83

Hình 3.10 Hệ thống ñiện 30 nút, 6 máy phát của IEEE 89

Hình 3.11 Biểu ñồ ñiện áp nút 90

Hình 3.12 Biểu ñồ giá nút 91

Bước 1 (2001-2005): Chuẩn bị hình thành thị trường ñiện cạnh tranh EVN là chủ sở hữu nhà nước chịu trách nhiệm ñối với toàn bộ dây chuyền sản xuất của hệ thống ñiện: sản xuất - truyền tải - phân phối Khối sản xuất theo cơ chế hạch toán ñộc lập nhằm chủ ñộng trong chi phí sản xuất và hạ thấp tổn thất, thi hành cơ chế hạch toán trên cơ sở lợi nhuận, huy ñộng vốn thuận lợi, ña dạng hóa quyền sở hữu vốn ñầu tư Khối truyền tải là thành viên thường trực của việc quản lý ñối với các dự án mở rộng lưới truyền tải ñiện Khối phân phối mua ñiện từ EVN, bán ñiện cho khách hàng tiêu thụ

và chịu trách nhiệm ñối với vốn ñầu tư trong mạng lưới phân phối Ngoài

các công ty phân phối của EVN, sự hình thành các công ty phân phối ñộc lập theo thể thức cổ phần, tư nhân hoặc liên doanh cũng ñược khuyến khích Bước 2 (2006-2014): Thị trường phát ñiện cạnh tranh, là giai ñoạn ñầu tiên ñưa cạnh tranh vào khâu phát ñiện Các công ty phát ñiện sẽ phải cạnh tranh với nhau ñể bán ñiện cho EVN ðể tăng mức ñộ cạnh tranh, tạo

sự lựa chọn cho các công ty phát ñiện, EVN dự kiến sẽ cho phép các công

ty phát ñiện ngoài EVN ñược bán ñiện trực tiếp ñến một cụm các khách hàng tiêu thụ ñiện trên một khu vực ñịa lý hành chính, trên cơ sở EVN sẽ cho các công ty này thuê lưới truyền tải, phân phối và chỉ phải trả EVN chi phí quản lý, ñầu tư lưới truyền tải, phân phối

Bước 3 (sau 2014): sau giai ñoạn ñầu tiên, thị trường ñiện Việt Nam tiếp tục triển khai giai ñoạn 2 và giai ñoạn 3

Giai ñoạn 2 (2015-2022) - Thị trường bán buôn ñiện cạnh tranh, tạo

sự cạnh tranh trong khâu phát và bán buôn ñiện; các công ty kinh doanh phân phối bán lẻ ñược quyền lựa chọn mua ñiện từ bất cứ công ty phát ñiện nào; tạo ñộng lực ñể các công ty phát ñiện phải nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh; cho phép các công ty phân phối quyền ñược kết nối lưới truyền tải và lựa chọn nhà sản xuất

Giai ñoạn 3 (sau 2022) - Thị trường bán lẻ ñiện cạnh tranh, cho phép cạnh tranh trong tất cả các khâu phát, bán buôn và bán lẻ ñiện; quyền tự do kết nối lưới ñiện ñược mở rộng từ lưới truyền tải quốc gia ñến lưới ñiện phân phối; tất cả các khách hàng mua ñiện ñều ñược quyền lựa chọn người bán là các công ty bán lẻ, các công ty bán lẻ lại ñược quyền lựa chọn mua ñiện từ các nhà máy ñiện trong hệ thống ñiện thông qua thị trường bán buôn ñiện

2 Mục ñích nghiên cứu

- Áp dụng bài toán OPF khi trên hệ thống có thiết bị FACTS

- Nghiên cứu hành vi chào giá trong thị trường ñiện

- Áp dụng bài toán OPF với sự giao dịch của những người tham gia thị trường ñiện

- Áp dụng bài toán OPF ñể quản lý nghẽn mạch trong thị trường ñiện

3 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Nhà cung cấp: gồm các dữ liệu liên quan ñến hàm chi phí, giới hạn công suất cung cấp, vị trí kết nối vào lưới ñiện

- Nhà tiêu thụ: gồm các dữ liệu hàm lợi ích, vị trí kết nối vào lưới ñiện

- Mạng lưới ñiện: gồm dữ liệu ñường dây, giới hạn khả năng tải của ñường dây, nút kết nối lưới ñiện

4 Mục ñích của bài toán OPF

- Thứ nhất, ñặc ñiểm chung của OPF là cực tiểu các chi phí của hệ thống ñiện ñể ñáp ứng nhu cầu phụ tải nhưng phải duy trì ñộ an toàn của hệ thống Theo quan ñiểm của OPF, duy trì ñộ an toàn của hệ thống ñòi hỏi phải giữ cho mỗi thiết bị của hệ thống nằm trong phạm vi vận hành mong muốn ở chế ñộ xác lập [2][4][5][36] ðiều này sẽ tính ñến công suất phát cực ñại và cực tiểu của máy phát, dòng công suất biểu kiến cực ñại trên ñường dây truyền tải và máy biến áp, cũng như giữ ñiện áp nút của hệ thống nằm trong giới hạn xác ñịnh Lưu ý rằng, OPF chỉ quan tâm ñến sự vận hành ở chế ñộ xác lập của hệ thống ñiện Các vấn ñề như ổn ñịnh quá ñộ, ổn ñịnh ñộng và việc phân tích sự kiện xảy ra ngẫu nhiên của chế ñộ xác lập là không quan tâm ðể ñạt ñược mục ñích này OPF sẽ thực thi mọi chức năng ñiều khiển chế ñộ xác lập của hệ thống ñiện Các chức năng này bao gồm ñiều khiển máy phát và ñiều khiển hệ thống truyền tải ðối với máy phát,

OPF sẽ ñiều khiển công suất tác dụng ñầu ra của máy phát cũng như ñiện áp của máy phát ðối với hệ thống truyền tải, OPF có thể ñiều khiển tỉ số nấc phân áp của máy biến áp ñiều áp dưới tải hoặc góc dịch pha của máy biến

áp dịch pha, ñiều khiển chuyển mạch rẽ nhánh và tất cả các thiết bị FACTS

- Thứ hai, OPF xác ñịnh dữ liệu chi phí biên của hệ thống [2][4] Dữ liệu chi phí biên này có thể giúp ñỡ trong việc ñịnh giá của sự giao dịch công suất tác dụng cũng như ñịnh giá các dịch vụ phụ trợ như ñiều khiển ñiện áp bằng cách ñiều khiển công suất phản kháng Giải bài toán OPF bằng phương pháp Newton-Raphson [1][3][7][9][20][27], dữ liệu chi phí biên ñược xác ñịnh như một kết quả phụ của giải pháp kỹ thuật

5 Gói chương trình MATPOWER

MATPOWER là một gói chương trình gồm các tập tin *.m của MATLAB dùng ñể giải các bài toán PF và bài toán OPF [25][38] Nó là một công cụ mô phỏng dành cho những người nghiên cứu và học tập, dễ sử dụng và sửa ñổi Luận văn này sử dụng MATPOWER ñể giải bài toán tối

ưu công suất với các ràng buộc và các kết quả tính toán trong luận văn này ñược thực hiện trong môi trường MATLAB 6.5 hoặc MATLAB 7.0.4 R14SP2 (Release 14 with Service Pack 2)

Hàm mục tiêu là tổng chi phí của việc sản sinh công suất tác dụng và/hoặc công suất phản kháng Các chi phí có thể ñược xác ñịnh như hàm

ña thức hoặc hàm tuyến tính từng khúc của công suất phát Vấn ñề tối ưu có dạng sau [2][4][9][25][38]:

Min (chi phí công suất phát ñiện tác dụng và phản kháng) tuỳ thuộc vào:

các phương trình cân bằng công suất tác dụng;

các phương trình cân bằng công suất phản kháng;

giới hạn công suất biểu kiến của ñường dây;

các giới hạn ñiện áp nút;

các giới hạn phát ñiện công suất tác dụng và phản kháng

ðể chắc chắn rằng, OPF có thể thi hành, một trong những nút (hoặc vùng) ñược gán một góc pha 0 ñộ bằng cách thiết lập các giới hạn trên và dưới của góc pha tiến tới 0 ñộ (nút cân bằng hay nút tham chiếu)

Các giới hạn công suất ñường dây khi dự kiến tình huống sự cố xảy ra

ñã ñược tính toán trong OPF Nếu có tất cả n-1 tình huống sự cố ñược xem xét thì có một ràng buộc cho mỗi ñường dây Vấn ñề này có khối lượng tính toán quá lớn ðể giới hạn một số ràng buộc, giải bài toán OPF không có ràng buộc sự cố Sau khi phân tích sự cố và giải lại bài toán OPF với các ràng buộc mới chỉ bổ sung thêm tình huống quá tải

Các hàm chi phí của máy phát ñược miêu tả như các hàm bậc hai:

C P =cP +bP + aCác hàm chi phí bậc hai ñặt ra vấn ñề giải bài toán OPF với thuật toán

QP [2][12][38] Thuật toán QP có thể chấp nhận các giới hạn cận trên và cận dưới theo mỗi biến số

Mô hình DC OPF giả thiết rằng chỉ có góc của các ñiện áp nút phức là thay ñổi trong phạm vi nhỏ [11][25][38] ðộ lớn ñiện áp ñược giả thiết là hằng số Các ñường dây truyền tải ñược giả thiết là không có ñiện trở, do ñó không có tổn thất ðiều này là hợp lý cho việc xấp xỉ bậc nhất hệ thống công suất tác dụng mà có thể ñược xem xét vấn ñề phi tuyến không ñáng kể trong vận hành ở chế ñộ xác lập bình thường Trong MATPOWER, phân bố công suất DC ñược mô hình bằng cách thiết lập ñiện trở của các ñường dây truyền tải tiến ñến 0 Phân bố công suất AC ñược mô hình bằng việc sử dụng các giá trị của cả ñiện trở và kháng trở

Trong thị trường ñiện các phụ tải thường phản ứng tương ñối chậm so với những thay ñổi của thị trường, nghĩa là chúng không thay ñổi nhiều khi giá thay ñổi Với trường hợp này, mục tiêu của OPF là cực tiểu tổng chi phí phát ñiện phụ thuộc vào tất cả các ràng buộc có liên quan MATPOWER có khả năng xác ñịnh nhu cầu phụ tải phản ứng chậm tại một nút Một nhu cầu phản ứng nhanh là phụ tải giảm khi giá tăng, hàm nhu cầu có dạng

d

п=2cP + b

6 Bố cục luận văn

Phần mở ñầu, nêu lý do chọn ñề tài, mục ñích nghiên cứu, ñối tượng

và phạm vi nghiên cứu Giới thiệu chung về lộ trình hình thành thị trường ñiện ở Việt Nam Nêu lên sự cần thiết của bài toán OPF và sử dụng MATPOWER làm công cụ nghiên cứu trong luận văn này

Chương một, tổng quan ngành ñiện Việt Nam giai ñoạn 2001-2005, hướng ñến năm 2020 Trình bày thị trường ñiện và cấu trúc của nó Nêu cơ

sơ ứng dụng bài toán OPF trong ñó có ñề cập ñến thuật toán tối ưu có sự tham gia của nhà tiêu thụ Cơ sở phân tích giá nút và nêu lên vấn ñề nghẽn mạch truyền tải Chương này có ñưa ra một vài ví dụ ñơn giản, dễ hiểu ñể minh họa

Chương hai, áp dụng bài toán OPF khi trong lưới ñiện có các dịch vụ phụ trợ như máy biến áp dịch pha, thiết bị FACTS Sử dụng các dịch vụ phụ trợ này là một trong những phương pháp quản lý nghẽn mạch truyền tải Chương này có xây dựng mô hình 7 nút, sử dụng TCSC ñể làm giảm nhẹ nghẽn mạch

Chương ba, áp dụng bài toán OPF ñể miêu tả hành vi chào giá của những người tham gia giao dịch trong thị trường ñiện ở dạng ñơn giản và

phương pháp quản lý nghẽn mạch truyền tải Chương này nghiên cứu trên các mô hình 7 nút, 14 nút và nghiên cứu trên mô hình 30 nút của IEEE Chương bốn, kết luận và hướng phát triển của ñề tài

Giai ñoạn 2001-2005: ñã hoàn thành sớm trước thời hạn chỉ tiêu ñiện sản xuất và ñiện thương phẩm của kế hoạch 5 năm

- Trong 5 năm 2001-2005, EVN ñã cơ bản ñáp ứng nhu cầu ñiện, góp phần quan trọng cho sự phát triển kinh tế và ñời sống nhân dân ðặc biệt ngày 10 tháng 12 năm 2004, Tổng công ty ñã ñạt ñược chỉ tiêu ñiện năng sản xuất 44 tỷ kWh, hoàn thành chỉ tiêu năm 2005 của kế hoạch 5 năm 2001-2005 do ðại hội ñại biểu toàn quốc lần thứ IX của ðảng ñề ra trước 1 năm 21 ngày Tốc ñộ tăng trưởng ñiện thương phẩm bình quân giai ñoạn 2001-2005 ñạt 15%/năm, cao hơn 4% so với mục tiêu của kế hoạch 5 năm 2001-2005 ñề ra

- Doanh thu thực hiện tăng từ 17.521 tỷ ñồng năm 2001 lên 37.595 tỷ ñồng năm 2005 Tổng doanh thu trong 5 năm (từ 2001-2005) ñạt 135.568 tỷ ñồng Tổng công ty ñã phấn ñấu giảm tổn thất ñiện năng từ 14,03% năm

2000 xuống còn 12% năm 2005, tiết kiệm hơn 500 tỷ ñồng Mặc dù trong

những năm qua các ựiều kiện sản xuất kinh doanh khó khăn và giá cả ựầu vào không ngừng tăng cao nhưng Tổng công ty ựã cố gắng phân ựấu sản xuất kinh doanh có lãi, thực hiện tốt nghĩa vụ nộp ngân sách Nhà nước, ựã bảo toàn và phát triển ựược vốn

định hướng phát triển ựến năm 2020:

đáp ứng ựầy ựủ nhu cầu ựiện cho phát triển kinh tế - xã hội Phấn ựấu ựến năm 2010 sản lượng ựiện thương phẩm khoảng 97 tỷ kWh, năm 2020 ựạt sản lượng 260 tỷ kWh và ựến năm 2025 ựạt 380 tỷ kWh điện sản xuất năm 2010 ựạt 112 tỷ kWh, năm 2020 ựạt 290 tỷ kWh và năm 2025 ựạt 430

tỷ kWh đưa ựiện năng bình quân ựầu người từ 550 kWh/người năm 2005 lên 2600 kWh/người năm 2020 và 3.700 kWh/người năm 2025

Do tốc ựộ khai thác và sử dụng quy mô lớn trên toàn cầu nên các dạng năng lượng sơ cấp như than, dầu, khắ, thủy năng sẽ dần dần bị cạn kiệt, dẫn ựến nhiều quốc gia bị thiếu ựiện Trong ựó ựối với nước ta, theo tắnh toán vào năm 2015 do thiếu nguồn năng lượng trong nước nên sẽ thiếu hụt lượng ựiện năng khoảng 9 tỷ kWh, năm 2020 thiếu 64 tỷ kWh và năm 2030 thiếu

190 tỷ kWh (gấp 4 lần sản lượng ựiện sản xuất năm 2005) Trong khi các nguồn năng lượng mới như gió, mặt trời, ựịa nhiệt, thủy triều có tiềm năng không lớn và suất vốn ựầu tư cao hơn từ 2-4 lần so với suất ựầu tư các nhà máy ựiện truyền thống

Công suất lắp ựặt của các nhà máy ựiện trong toàn hệ thống năm 2020

dự kiến khoảng 62.000 MW, năm 2025 khoảng 90.000 MW Trong ựó kế hoạch phát triển các nhà máy ựiện theo nguồn năng lượng như sau:

- Thủy ựiện: ưu tiên tập trung khai thác về thủy ựiện đến nay Việt Nam ựã quy hoạch xong về thủy ựiện trong phạm vi toàn quốc nhưng ựến nay mới khai thác ựược khoảng 25% tiềm năng, dự kiến ựến cuối năm 2008

sẽ ựầu tư xây dựng hầu hết các nhà máy thủy ựiện với tổng công suất

khoảng 12.100 MW, ựưa công suất các nhà máy thủy ựiện ựến năm 2020 khoảng 16.000 MW và ựến năm 2025 khoảng 20.000 MW Với việc phát triển các dự án thuỷ ựiện không chỉ ựáp ứng nhu cầu năng lượng cho phát triển kinh tế mà còn ựạt ựược nhiều mục tiêu như tận dụng và khai thác có hiệu quả nguồn năng lượng tái tạo, tiết kiệm nguồn nhiên liệu trong nước như than, dầu, khắ; cung cấp nhu cầu nước cho nông nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải và sinh hoạt của người dân nhất là vào mùa khô; tạo ựiều kiện sắp xếp bố trắ lại dân cư, có chế ựộ ựền bù thỏa ựáng sẽ góp phần cải thiện ựời sống, nâng cao dân trắ cho nhân dân ở những khu vực ảnh hưởng của các dự án; và ựặc biệt nâng cao hệ thống phòng thủ an ninh do ựặc ựiểm các dự án thường ở các vùng sâu, vùng biên giới của ựất nước đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển dịch cơ cấu sang công nghiệp, tăng nhanh GDP của khu vực miền núi

- Nhiệt ựiện than: Việt Nam có chiều dài trên 3000 km nên cần nhanh chóng bố trắ các nhà máy chạy than vào miền Nam và miền Trung, có thể dùng than VN hoặc nhập khẩu (ựể dành than) nhằm hỗ trợ cho các nhà máy thủy ựiện khi vào mùa khô (3Ờ5 tháng) và phục vụ ựiện tại chỗ khi có sự cố xẩy ra, ựảm bảo an ninh ựiện năng Sẽ lần lượt xây dựng các nhà máy quy

mô lớn tại Nghi Sơn (3.000 MW), Quảng Ninh (4.000 MW), Vũng Áng (3.000 MW), Nhơn Trạch (2.500 MW), miền Tây Nam bộ khoảng 5.000-6.000 MW, miền Trung (2.000Ờ3.000 MW) Tổng công suất nguồn nhiệt ựiện than ựến năm 2020 khoảng 21.000 MW, ựến năm 2025 khoảng 36.000

MW

- Nhiệt ựiện khắ: đến nay số lượng khắ ựã thăm dò là 394 tỷ m3 Ngoài Trung tâm điện lực Phú Mỹ 3.900 MW, sẽ xây dựng tại Cần Thơ 4 nhà máy khoảng 3.000 MW, Bình Thuận 3.000 MW Tổng công suất các nhà máy nhiệt ựiện khắ ựến năm 2020 khoảng 14.000 MW, ựến năm 2025

khoảng 17.000 MW và một số khu vực khác khoảng 5000 MW Tuy nhiên nhiệt ñiện khí sẽ gặp phải khó khăn khi tính ñến ñời sống mỏ khí chỉ tồn tại

2025, tiếp tục xây dựng các nhà máy mới giai ñoạn 2025-2050 ðây là chủ trương lớn quan trọng, do ñó ñề nghị ðảng, Quốc hội, Chính phủ nên xem xét sớm có chủ trương vì có liên quan ñến một số nước láng giềng và một

số cường quốc hạt nhân ñang muốn giữ vai trò chi phối Cần phải khởi ñộng sớm ngay từ bây giờ thì ñến năm 2020 mới ñưa vào vận hành ñược

- Hợp tác ñiện lực với các nước:

+ Hợp tác với Lào: Theo tài liệu khảo sát thì tiềm năng thủy ñiện tại Lào lớn, trong khi dân số ít, không có khả năng tiêu thụ hết ñiện Tổng công

ty ñang tiến hành giúp bạn lập quy hoạch ñể liên doanh ñầu tư các nhà máy thủy ñiện và nhận bao tiêu sản phẩm

+ Hợp tác với Căm Pu Chia: EVN cũng ñang khảo sát thủy ñiện hạ du sông Sê San và Sêrêpok tại Campuchia ñể xây dựng nhà máy ñiện và mua ñiện Triển khai nhanh kế hoạch bán ñiện ñến Phnômpênh ñể tạo quan hệ hợp tác kinh tế và an ninh chính trị

+ Hợp tác với Trung Quốc: EVN ñang ñấu nối lưới ñiện với Trung Quốc ở cấp ñiện áp 110 kV, ñang xây dựng lưới ñiện cấp ñiện áp 220 kV và ñang xúc tiến ñàm phán nối lưới trao ñổi ñiện cấp ñiện áp 500 kV bằng ñường dây tải ñiện một chiều nhằm chủ ñộng và vận hành an toàn 2 hệ thống ñiện ñộc lập của hai nước Dự kiến ñến năm 2025 nhập khẩu khoảng 4.800 MW

1.2 Thị trường ñiện

1.2.1 ðặt vấn ñề

Trong thập niên 1990, nhiều công ty truyền tải và ñiện lực bị thúc ép

ñể thay ñổi cách thức vận hành và kinh doanh ñiện năng của họ, từ cơ cấu hợp nhất theo ngành dọc thành hệ thống thị trường mở [15] ðiều này có thể thấy rõ ở các quốc gia như Vương Quốc Anh, Thụy ðiển, Phần Lan, Na Uy,

Mỹ và vài quốc gia Nam Mỹ Có nhiều lý do ñể thay ñổi và sự thay ñổi là khác nhau ở các vùng và các quốc gia

ðối với các quốc gia ñang phát triển, vấn ñề chính là phụ tải tăng nhanh kết hợp với việc quản lý hệ thống không hiệu quả và các chính sách thuế không hợp lý ðiều này ảnh hưởng khả năng nguồn tài chính ñể hỗ trợ ñầu tư trong việc cải tạo nâng cấp công suất phát ñiện và khả năng truyền tải Hoàn cảnh ñã bắt buộc nhiều quốc gia phải sắp xếp lại ngành ñiện của

họ dưới sức ép của các tổ chức ñầu tư quốc tế

Mặt khác, ở các quốc gia phát triển, vấn ñề ñặt ra là phải cung cấp ñiện năng với giá thấp hơn và tạo ñiều kiện cho nhà tiêu thụ có nhiều lựa chọn hơn trong việc mua ñiện năng giá rẻ

Mục tiêu của việc thay ñổi cách thức vận hành, nghĩa là ñiều tiết lại hoặc phi ñiều tiết ñể nâng cao tính cạnh tranh và mang ñến cho người tiêu thụ những chọn lựa mới và lợi ích kinh tế Dưới môi trường phi ñiều tiết, cơ

cấu tổ chức ngành dọc mà ựiều hành tất cả các chức năng bao gồm phát ựiện, truyền tải, phân phối và bán lẻ, bị tách ra thành các công ty riêng biệt phục vụ theo mỗi chức năng Hoá ựơn tiền ựiện cho người dùng cuối cùng gồm ắt nhất hai phần: một, từ ựơn vị ựiều hành lưới ựiện truyền tải và phân phối chịu trách nhiệm nối kết lưới ựiện và phục vụ bảo dưỡng; hai, từ các công ty (hay nhà máy) chịu trách nhiệm phát ựiện năng

1.2.2 Các mô hình thị trường ựiện

Năm 1996, Hunt và Shuttleworth [34] ựã ựưa ra bốn mô hình thị trường ựiện Các mô hình này tương ứng với mức ựộ khác nhau của sự ựộc quyền và cạnh tranh trong nền công nghiệp ựiện; tương ứng với cấu trúc tổ chức nền công nghiệp của mỗi quốc gia Bốn mô hình này có các ựặc tắnh như sau:

Mô hình 1: độc quyền liên kết dọc Cả ba khâu sản xuất, truyền tải và phân phối ựiện năng cho khách hàng ựều do một công ty kiểm soát Không

có cạnh tranh trong bất kỳ khâu nào Mô hình này ựược sử dụng ở các nước: Pháp, Bồ đào Nha, Italy, Malaixia

Mô hình 2: Duy nhất một ựại lý mua bán sỉ Các nhà máy ựiện của nhà nước cũng như của tư nhân cạnh tranh sản xuất với nhau còn khâu truyền tải và phân phối ựược kiểm soát bởi một công ty ựộc quyền Công ty truyền tải có quyền lựa chọn nhà cung cấp cho mình, nhưng khách hàng dùng ựiện không ựược chọn nhà cung cấp Mô hình này thường ựược sử dụng trong giai ựoạn ựầu của quá trình cải tổ

Mô hình 3: Cạnh tranh bán buôn Khách hàng công nghiệp lớn có thể

ký hợp ựồng trực tiếp mua ựiện từ công ty truyền tải Các công ty phân phối

có thể lựa chọn nhà cung cấp cho mình, có thể mua ựiện từ nhiều công ty bán buôn khác nhau tuy nhiên vẫn ựộc quyền trong khâu phân phối cho các khách hàng dùng ựiện Khâu truyền tải có thể ựộc quyền sở hữu nhà nước

và việc mua bán ñiện ñược thông qua thị trường ñiện Mô hình này ñược sử dụng ở các nước: Chi lê, Argentina, Anh, ðan Mạch, Hà lan

Mô hình 4: Cạnh tranh bán lẻ Tất cả các khách hàng ñều có quyền lựa chọn nhà cung cấp ñiện, thanh toán phí thuê mướn lưới truyền tải và phân phối Giá cả ở ñây hoàn toàn ñược xác ñịnh dựa trên mối quan hệ cung cầu ñiện năng thông qua Cục ñiều tiết ñiện lực

1.2.3 Cấu trúc thị trường ñiện

Hình 1.1 chỉ ra cấu trúc ñiển hình của thị trường ñiện với các liên kết thông tin và dòng tiền tệ giữa những người tham gia thị trường Cấu hình chỉ ra trong hình vẽ không phải là phổ biến, mà có sự khác nhau tuỳ thuộc vào mỗi quốc gia và hệ thống lưới ñiện

Hình 1.1 Cấu trúc thị trường ñiện ðơn vị ñiều hành hệ thống (hoặc ISO) có trách nhiệm ñối với toàn bộ

hệ thống và có nhiệm vụ trong việc giữ cân bằng hệ thống, nghĩa là phải ñảm bảo việc sản xuất và nhập khẩu ñiện năng cân xứng với việc tiêu thụ và

Truyền tải

và Phân phối

Tiêu thụ Phát ñiện

ISO

ðơn vị bán lẻ

xuất khẩu ñiện năng Tất nhiên, ISO phải có quyền hạn ñộc lập không có sự dính líu trong cạnh tranh thị trường và cũng không sở hữu các nhà máy ñiện với mục ñích kinh doanh

Như trong Hình 1.1, khách hàng tiêu thụ thực hiện việc giao dịch của

họ thông qua ñơn vị bán lẻ hoặc giao dịch trực tiếp với công ty phát ñiện, phụ thuộc vào mô hình thị trường ñiện Những ñơn vị bán ñiện khác nhau sẽ phân phối ñiện năng của họ tới khách hàng của họ (qua ñơn vị bán lẻ) trên các ñường dây truyền tải và phân phối ñược ñiều hành bới ISO Nhà sản xuất, công ty truyền tải và phân phối và ñơn vị bán lẻ liên lạc với ISO Phần lớn, khách hàng liên lạc với ñơn vị bán lẻ về nhu cầu ñiện năng ðơn vị bán

lẻ hợp ñồng với các công ty phát ñiện và mua ñiện năng từ họ và chuyển tải ñiện năng tới khách hàng thông qua ñường dây truyền tải và phân phối 1.2.4 ðấu giá ñiện năng và chào giá cạnh tranh

Trong thị trường ñiện cạnh tranh, nhà cung cấp và nhà tiêu thụ ñưa ra giá chào ñể mua và bán ñiện năng Sự chào giá, nói chung, theo hình thức bảng dự kê giá và công suất, ñịnh rõ cách thức mà nhà cung cấp hoặc nhà tiêu thụ sẽ mua hoặc bán ñiện năng tại một mức giá Sau khi bản chào giá

ñã sẵn sàng gửi ñến ñơn vị ñiều hành thị trường, nó ổn ñịnh thị trường trên

cơ sở vài tiêu chuẩn Một khi thị trường ñược minh bạch, tất cả những người tham gia bán ñiện sẽ nhận cùng mức giá ñối với lượng công suất ñã bán, nghĩa là giá thị trường từ những người tham gia mua ñiện năng

Trong trường hợp ñấu giá, ở nơi mà những người chào giá thành công ñược xem xét cùng mức giá không có sự phân biệt ñối xử và không quan tâm giá chào riêng biệt của họ, ñược biết ñến như ñấu giá không phân biệt ñối xử hay ñấu giá thứ cấp Thông thường, giá chào cao nhất trở thành giá minh bạch thị trường ðấu giá không phân biệt ñối xử khuyến khích những

người chào giá đưa ra giá chào với chi phí thật của họ và tránh việc phỏng đốn giá chào của những người chào giá khác

Mặt khác, trong đấu giá phân biệt đối xử hay đấu giá sơ cấp, tất cả những người chào giá khơng được đưa ra cùng mức giá sau khi thị trường

đã ổn định Những người chào giá nhận mức giá mà họ đã chào thực tế Sự bất lợi của hệ thống này là cĩ thể nâng cơ hội mưu đồ, mánh khoé cho những người tham gia, do đĩ đưa ra phạm vi rộng đối với việc quá chào và đẩy giá minh bạch thị trường lên cao

đường cầu

điểm giao nhau

đường cung

MCP là giá ñiện năng mà nhà tiêu thụ phải thanh toán ở mọi vị trí Nhà cung cấp cũng ñược thanh toán với giá bằng MCP Ta hãy xét ñấu giá trao ñổi công suất MCP là giá chào bán cao nhất hay giá chào mua thấp nhất ñã chấp thuận trong ñấu giá Vì vậy, nhà cung cấp tin chắc rằng anh ta sẽ ñược thanh toán không ít hơn chi phí sản suất nếu anh ta chào giá với chi phí biên của mình và có thể ñược thanh toán nhiều hơn Nếu nhà cung cấp chào giá thấp hơn chi phí biên của mình, anh ta sẽ mất tiền (bị lỗ vốn) bởi vì giá chào của anh ta có thể thiết lập MCP Nếu anh ta chào giá cao hơn chi phí biên của mình, anh ta có thể chào giá nhiều hơn những nhà cung cấp khác và không bán ñược ñiện năng do bị loại khỏi cuộc ñấu giá Nếu giá chào của người cung cấp thiết lập MCP thì anh ta sẽ trang trải ñược chi phí sản xuất

và nếu MCP cao hơn chi phí biên của anh ta thì anh ta sẽ có lợi nhuận (thặng dư) hoặc bổ sung vào chi phí cố ñịnh Nhà tiêu thụ cũng ñược xét tương tự

► Ví dụ minh hoạ:

♣ Ví dụ 1:

Xét trường hợp ñơn giản về cách thức chào giá và cách xác ñịnh giá ñiện trong thị trường gồm 5 nhà cung cấp Xét bản chào giá gồm công suất

và giá chào tương ứng xảy ra trong một giờ như trong Bảng 1.1

Bảng 1.1 Bảng dự kê chào giá Nhà

cung cấp

Công suất (MW)

Giá chào ($/MWh)

MW với giá 5 $/MWh Tiếp theo là nhà cung cấp B có giá cao hơn cung cấp 50 MW với giá 15 $/MWh, nhà cung cấp C cung cấp 35 MW với giá 20

$/MWh, nhà cung cấp D cung cấp 25 MW với giá 35 $/MWh và cuối cùng nhà cung cấp E cung cấp 60 MW với giá 40 $/MWh

Giá minh bạch thị trường ñược xác ñịnh bởi ñiểm cân bằng mà tại ñó cung và cầu gặp nhau Vì vậy, nhà cung cấp sẽ bán một lượng ñiện năng ñã chào thầu với giá bằng hoặc thấp hơn giá này và khách hàng sẽ mua với giá bằng hoặc cao hơn giá này Tất cả ñiện năng mua và bán ñã ñược ñịnh giá tại giá minh bạch thị trường giống như nhau Lượng ñiện năng tương ứng giữa bán và mua gọi là lượng ñiện năng minh bạch thị trường Cách hiểu giá minh bạch thị trường là giá năng lượng biên trong thị trường

Trong trường hợp này nhà thầu E ñược huy ñộng 20 MW, nhưng công suất chào thầu là 60 MW Do vậy, lượng công suất ñược huy ñộng tiếp theo

sẽ ñược cung cấp bởi nhà thầu E, bằng việc xác ñịnh giá chào của E là 40

$/MWh ðiều này ñược miêu tả ở Hình 1.4

mà có ảnh hưởng ñáng kể ñến giá minh bạch ñiện năng

♣ Ví dụ 2:

Giả thiết có hai chiến lược chào giá của các nhà cung cấp Chiến lược

1 và Chiến lược 2 cho ở Bảng 1.2

Bảng 1.2 Hai Chiến lược chào giá

Nhà

cung cấp

Công suất (MW)

Giá ($/MWh)

Nhà cung cấp

Công suất (MW)

Giá ($/MWh)

ðường cung cấp chào giá của Chiến lược 1 như Hình 1.5 ðầu tiên A cung cấp 20 MW với giá 5 $/MWh, B cung cấp 50 MW với giá 15 $/MWh,

C cung cấp 35 MW với giá 20 $/MWh, D cung cấp 25 MW với giá 35

$/MWh và E cung cấp 60 MW với giá 40 $/MWh

Hình 1.5 Xác ñịnh giá minh bạch ñiện năng cho Chiến lược 1

Với phụ tải hệ thống là 100 MW, nhà cung cấp A, B và C sẽ ñược xem xét ñể huy ñộng công suất Nhà cung cấp D, E không cần phải huy ñộng công suất Trong Chiến lược 1, tổng thặng dư của B và D là 250 $/h

Giả thiết nhà cung cấp B và D cùng một Công ty B và D có thể phát ñiện từ hai nhà máy khác nhau hoặc từ hai tổ máy khác nhau của một nhà máy Xét Chiến lược 2 theo hướng tối ña hoá lợi nhuận của nhà cung cấp, công ty tham gia chào giá chiến lược, ñưa ra bản chào giá mà B chỉ cung cấp 40 MW thay vì 50 MW Do ñó, cần phải bổ sung thêm 10 MW ñể ñáp ứng nhu cầu phụ tải ðể ñạt ñược mục tiêu này, nhà cung cấp D phải ñược huy ñộng công suất Hình 1.6 chỉ ra tình huống mới và kết quả giá minh bạch ñiện năng

Hình 1.6 Xác ñịnh giá minh bạch ñiện năng cho Chiến lược 2

Giá ñiện mới ñược thanh toán cho tất cả các tổ máy ñã huy ñộng công suất là giá chào của MW tiếp theo mà sẽ ñược huy ñộng theo lịch trình, do phụ tải tăng thêm một MW Vì vậy, nhà cung cấp D xác ñịnh giá minh bạch ñiện năng và giá thay ñổi ñến 35 $/MWh Trong Chiến lược 2, tổng thặng

dư của B và D là 800 $/h

Hành vi chào giá chiến lược của B và D với việc không tham gia huy ñộng 10 MW ñã làm cho giá ñiện tăng từ 20 $/MWh trong Chiến lược 1 lên ñến 35 $/MWh và làm tăng tổng thặng dư 550 $/MWh cho hai nhà cung cấp

B và D Với việc tham gia cung cấp một lượng công suất nhỏ (5 MW), nhà cung cấp D có thể thiết lập giá thanh toán giống nhau cho tất cả các nhà cung cấp

1.2.5 Thị trường ñiện tập trung

Hiện nay có hai mô hình thị trường ñiện chủ yếu ñược ưa thích ở các quốc gia khác nhau trên toàn thế giới Mô hình Poolco ñược thông qua ñầu tiên ở Vương quốc Anh và mô hình ISO ñược thông qua ở thị trường Bắc

Âu và California ở Mỹ Các quốc gia khác nhau như Úc, New Zealand và Liên minh Châu Âu ñang thực hiện một trong hai mô hình với một số thay ñổi không quan trọng ñể ñáp ứng nhu cầu phụ tải ñặc trưng của họ

Mô hình thị trường ñiện tập trung dựa trên một sự dàn xếp tập trung ñể thu ñược hiệu quả kinh tế tối ưu của thị trường ðặc trưng chính của thị trường ñiện tập trung là công suất ñược bán thông qua thị trường chứ không mua bán trực tiếp giữa nhà sản xuất và khách hàng tiêu thụ Thị trường ñược ñiều hành hoặc bởi ñơn vị ñiều hành giao dịch hoặc một cách trực tiếp bởi ISO Nhiệm vụ của người ñiều hành thị trường là ñưa thị trường ñiện tập trung ñến sự tối ưu kinh tế ðể ñạt ñược mục tiêu này, người ñiều hành thị trường chọn lựa giá chào thầu ñiện năng từ nhà cung cấp cũng như từ khách hàng tiêu thụ Giá chào thầu có liên quan ñến khoảng thời gian nào

ñó, thường là nửa giờ hoặc một giờ, chúng ñược ñưa ra ñể ISO xem xét trước một ngày Do ñó mô hình thị trường ñiện tập trung cũng ñược biết ñến như thị trường sớm một ngày Khi giá chào thầu ñược ñưa ra, người ñiều hành thị trường chạy chương trình OPF có xem xét các ràng buộc của lưới ñiện Mục tiêu của chương trình OPF là cực tiểu tổng chi phí hay cực ñại phúc lợi xã hội OPF tính toán giá giao ngay tại mỗi nút của lưới ñiện cũng như số lượng công suất mà mỗi thành phần tham gia thị trường ñã cung cấp hoặc ñã mua Khách hàng và nhà cung cấp ñược làm hoá ñơn giá giao ngay của nút tương ứng với lượng công suất giao dịch

1.2.6 Hoạt ñộng chào giá ở Việt nam trong giai ñoạn ñầu của thị trường ñiện

Thị trường ñiện nước ta thực hiện việc chào giá ñiện cạnh tranh cho từng tổ máy theo từng giờ trong ngày, theo ñó chi phí sản xuất, giá thành ñiện năng trở nên hợp lý hơn [6] Trước 10 giờ sáng hàng ngày, các nhà máy ñiện ñồng loạt gửi bản công bố công suất và chào giá về A0 Các bản chào gồm công suất và giá tương ứng cho từng tổ máy ứng với từng giờ (từ

0 giờ ñến 24 giờ) của ngày hôm sau ðến 14 giờ, căn cứ vào bản chào của các nhà máy và dự báo nhu cầu phụ tải, A0 lập phương thức và gửi các nhà

máy lịch huy ñộng ngày hôm sau (bao gồm công suất phát dự kiến của từng

tổ máy cho từng giờ và tổng chi phí ñiện năng của toàn hệ thống) Căn cứ vào bản chào theo nguyên tắc nhà máy có giá rẻ ñược huy ñộng trước, giá cao ñược huy ñộng sau, cho ñến khi ñáp ứng ñược yêu cầu dự báo và công

bố giá mua ñiện vào 15 giờ cùng ngày Việc chào công suất sẵn sàng của các nhà máy ñược ñảm bảo và chuẩn bị trước qua việc bảo dưỡng, ñại tu thiết bị, chuẩn bị nhiên liệu, nhân lực, phân công ca kíp Các nhà máy thủy ñiện chào chi phí ñiện năng (ñ/kWh) giao tại các xuất tuyến của nhà máy (không phân biệt mức công suất phát); các nhà máy nhiệt ñiện chào chi phí ñiện năng ứng với 5 dải công suất của từng tổ máy giao tại các xuất tuyến

và phân theo dạng nhiên liệu sử dụng EVN ñã tính toán các ñịnh mức chi phí và phê duyệt một mức giá trần ứng với từng dạng nhiên liệu, các nhà máy ñiện chỉ ñược phép cạnh tranh trong khung giá, không ñược vượt trần

1.3 Bài toán OPF trong hệ thống ñiện

1.3.1 ðặt vấn ñề

Yêu cầu cơ bản của bất kỳ xã hội hiện ñại nào cũng là vận hành kinh tế

và an toàn hệ thống ñiện Vận hành an toàn hệ thống ñiện có thể ñược xem như là khả năng chịu ñựng chắc chắn các sự kiện bất thường xảy ra Vận hành kinh tế trong luận văn này hiểu theo nghĩa lưới ñiện vận hành với chi phí phát ñiện thấp nhất hoặc với tổn thất công suất tác dụng cực tiểu [2][5]

ðể xác ñịnh trạng thái chi phí vận hành thấp nhất thoã mãn các ñiều kiện ràng buộc, những người hoạch ñịnh và vận hành hệ thống ñiện phải quan tâm lưới ñiện vận hành an toàn và tối ưu có ràng buộc Bài toán OPF dùng

ñể miêu tả các vấn ñề tối ưu trong hệ thống ñiện Việc phân tích tối ưu và

an toàn là nhiệm vụ khó khăn và phức tạp, các nỗ lực tính toán có khuynh hướng ñáp ứng nhanh cùng với sự phát triển của khoa học-kỹ thuật [8]

Chương trình tính toán OPF là công cụ có ích ñối với các ngành dịch

vụ và nền công nghiệp năng lượng Kết quả phân tích bài toán OPF là những thông số kiểm soát hệ thống Việc kiểm soát này ñưa hệ thống vào trạng thái tối ưu với các mục tiêu xác ñịnh

1.3.2 Công thức toán học và các ñiều kiện tối ưu

OPF là bài toán tối ưu phi tuyến và có dạng chung như sau [4][9][11]:

min F( )x tuỳ thuộc vào:

H x 0 Trong ñó: x là véctơ dùng cho cả biến ñiều khiển và biến phụ thuộc Giả sử rằng tất cả các hàm số ñều có ñạo hàm cấp hai và tất cả các biến ñều liên tục ðiều kiện tối ưu có thể ñược trình bày theo hàm Lagrange:

L x λ µ, , =F x +G x λ H x µ (1.1) +ðiều kiện ñể L ñạt ñược giá trị cực tiểu ñịa phương là:

( )

LL

1.3.3 Giải bài toán OPF

Thực tế, bài toán OPF không thoã mãn các ñiều kiện Tucker, cụ thể [2][4][36]:

Krush-Kuhn hàm mục tiêu là không trơn hoặc không lồi (ñường cong chi phí phát ñiện của nhà máy nhiệt ñiện);

- biến số thay ñổi theo các bước rời rạc (nấc phân áp, ñiện kháng rẽ nhánh kiểu truyền thống);

- thực tế yêu cầu bài toán vừa thoã mãn nhiều mục tiêu, ñồng thời phải ñược tối ưu

ðể áp dụng các ñiều kiện Krush-Kuhn-Tucker, các hàm số không trơn ñược biến ñổi gần giống với các mô hình trơn và mọi biến số ñược xem là liên tục Sau khi tìm ñược nghiệm của bài toán liên tục, cần phải ñiều chỉnh chính xác theo các biến rời rạc hoặc các ñiểm gấp khúc của hàm số Nhiều mục tiêu có thể ñược tối ưu ñồng thời bằng cách tối ưu một hàm mục tiêu

vô hướng, mà hàm này là tổng trọng số của các hàm mục tiêu ñơn Giải bài toán PF có thể tìm ñược nghiệm của bài toán tối ưu Có hai phương pháp khác nhau ñã ñược triển khai, phụ thuộc vào phạm vi mà thuật toán PF sử dụng trong quá trình tối ưu hoá [12][14][36]

Loại 1: các thuật toán này sử dụng thuật toán PF tách biệt với thuật toán tối ưu hoá Bài toán phi tuyến ñược xấp xỉ gần ñúng và tìm nghiệm các ñiều kiện tối ưu của bài toán gần ñúng ðiểm ban ñầu là một nghiệm PF với một quá trình lặp, PF truyền thống tìm nghiệm mới trong mỗi bước lặp Loại 2: các phương trình công suất ñược tích hợp trong thuật toán tối

ưu như là các ràng buộc ñẳng thức Thay vì xấp xỉ gần ñúng bài toán phi tuyến, các ñiều kiện tối ưu của bài toán ñược giải quyết

Thuận lợi của thuật toán OPF Loại 1 là chúng dùng phương pháp tối

ưu ổn ñịnh với kỹ thuật tuyến tính và không theo qui luật dò tìm Các ràng buộc ñẳng thức và bất ñẳng thức ñược tuyến tính hoá và hàm mục tiêu ñược thay thế bởi xấp xỉ tuyến tính hoặc xấp xỉ bậc hai của nó Do ñó, thuật toán

Loại 1 sử dụng kỹ thuật tối ưu LP hoặc QP mà kiểm soát tốt các ràng buộc ñẳng thức và bất ñẳng thức

Thuật toán OPF Loại 2 bắt ñầu với công thức ñầy ñủ các ñiều kiện tối

ưu Mục ñích là tìm nghiệm cho các ñiều kiện tối ưu mà chứa các ñạo hàm của hàm mục tiêu và các ràng buộc Phần lớn các ràng buộc ñẳng thức là các phương trình công suất, vì vậy mỗi bước lặp của thuật toán tối ưu tiến ñến gần nghiệm PF và nghiệm OPF Việc kiểm soát các ràng buộc bất ñẳng thức là vấn ñề chủ yếu trong khi giải bài toán

1.4 Cực ñại phúc lợi xã hội dùng OPF

Thuật toán OPF truyền thống chỉ xem xét chi phí của nhà sản xuất trong thị trường ñiện ðể xem xét nhà tiêu thụ trong mô hình thị trường, khái niệm lợi ích của nhà tiêu thụ ñược miêu tả là giá trị mà nhà tiêu thụ thu ñược từ việc dùng sản phẩm Trong toán học, lợi ích của nhà tiêu thụ ñược viết như là một hàm nhu cầu B( )d Nó có dạng tương tự như hàm chi phí của nhà sản xuất nhưng mang dấu âm Khi lợi ích của nhà tiêu thụ ñược xác ñịnh, phúc lợi xã hội xác ñịnh như là tổng lợi ích của nhà tiêu thụ trừ ñi tổng chi phí của nhà sản xuất: B( ) C( )d − g [29][37]

ðể cực ñại phúc lợi xã hội trong phạm vi hệ thống ñiện, hàm mục tiêu ñối với OPF truyền thống chỉ cần sửa ñổi có tính ñến hàm lợi ích của nhà tiêu thụ B( )d Hàm này mô hình hoá lợi ích mà nhà tiêu thụ thu ñược nhờ tiêu thụ công suất tác dụng và phản kháng theo nhu cầu Do ñó, vấn ñề vận hành hệ thống ñiện là bài toán OPF:

min F ,(g d)=C( ) B( )g − d (1.3) tuỳ thuộc vào:

( , , )=∆ − + =

G x g d Ł g d 0 (1.4)

( )

max min max min max min max

hệ thống tương ñương Vấn ñề cực tiểu có thể ñược xác ñịnh bằng cách giải

bài toán với các ñiều kiện Krush-Kuhn-Tucker:

1.5 Phân tích giá nút

1.5.1 ðặt vấn ñề

Giá nút ñược tính toán bởi OPF bị chi phối bởi các hệ số khác nhau [16] Nói chung, cơ sở của giá nút là chi phí phát ñiện hay chi phí sản xuất Tổn thất hệ thống ñiện dẫn ñến sự khác nhau của giá nút, phụ thuộc vào vị trí Hơn nữa, nghẽn mạch hệ thống có ý nghĩa lớn khi tính toán giá nút Giá nút ñược phân tích thành các phần vì mỗi thành phần này làm sáng tỏ ý nghĩa kinh tế và vật lý theo một cách nào ñó Nhờ hiểu biết các thành phần này, ñơn vị ñiều hành thị trường ñiện tập trung có thể áp dụng chính sách thích hợp cũng như ñạt ñược việc thi hành thị trường tối ưu

Có nhiều yếu tố ràng buộc ảnh hưởng tới việc vận hành hệ thống ñiện như máy phát ñiện, giới hạn ñiện áp, giới hạn khả năng tải của ñường dây, các ñiều kiện cân bằng công suất (ñịnh luật Kirchoff) [16] Một vài giới hạn coi như là ràng buộc “mềm” (như giới hạn ñiện áp nút) có thể giao dịch tuỳ thuộc vào nhu cầu của thị trường Các ràng buộc “mềm” này có thể khắc phục bằng cách ñổi mới công nghệ hoặc ñầu tư nâng cấp lưới ñiện Nhưng cũng có vài giới hạn không thể giao dịch khi chúng vi phạm giới hạn ràng buộc, chẳng hạn ñiều kiện cân bằng công suất tại mỗi nút, tổng tất cả công suất tại mỗi nút bằng không Do ñó, về mặt lý thuyết ta có thể phân tích các thành phần liên quan hệ thống ñiện ñối với giá mỗi nút Giá nút còn ñược hiểu theo các thuật ngữ giá giao ngay, giá biên vị trí, giá biên cơ bản vị trí

1.5.2 Xác ñịnh giá nút

Giá nút là phương pháp xác ñịnh giá mà trong ñó giá minh bạch thị trường ñược tính toán cho một số vị trí trên lưới truyền tải gọi là nút Mỗi nút biểu diễn một vị trí vật lý trên hệ thống truyền tải kể cả máy phát và phụ tải Giá tại mỗi nút phản ánh giá trị của ñiện năng tại vị trí gồm có chi phí phát ñiện biên, chi phí tổn thất biên và chi phí nghẽn mạch truyền tải biên [11][13][16] Giá nút ñược xác ñịnh bằng cách tính toán chi phí tăng thêm của việc cung cấp thêm 1 MW của phụ tải tại mỗi vị trí tương ứng phụ thuộc vào các ràng buộc của hệ thống (như giới hạn truyền tải, công suất phát cực ñại ) ðộ chênh lệch giá giữa các nút phản ánh chi phí truyền tải 1.5.3 Phân tích giá nút

Mục ñích của phần này, trước tiên, là chia giá nút thành hai phần: phát ñiện-tổn thất và nghẽn mạch Với mục ñích này, ñiều cần thiết là phải chọn một nút r trong hệ thống làm nút cân bằng (nút tham chiếu) Bài toán OPF của (1.3), (1.4) và (1.5) có thể ñược biểu diễn như sau [13][16][33]:

bằng r Kể từ ñây, trong vectơ G x g d không chứa các phương trình của ( , , )

nút cân bằng r Tương tự, các vectơ , ,x g d không chứa các biến số x g d r, r, rcủa nút cân bằng r Từ (1.6), hàm Lagrange ñược viết dưới dạng sau ñây: