Qui hoạch thiết kế hệ thống cung cấp điện có xét đến khả năng tham gia của nguồn điện phân tán và giá điện (TT)

Từ phân tích trên, hướng nghiên cứu chính của luận án là bài toán qui hoạch HTCCĐ xét đến khả năng tham gia của DG, đặc tính giá điện và đồ thị phụ tải ĐTPT cũng như đánh giá hiệu quả củ

Gần đây, tái cơ cấu thị trường điện (TTĐ) theo xu hướng cạnh tranh và công nghệ nguồn phân tán (DG) phát triển rất nhanh Nhiều công cụ với khả năng tính toán mạnh, nhiều phương pháp và thuật toán mới được đề xuất đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu tìm kiếm các mô hình, phương pháp qui hoạch hoàn thiện hơn nhằm nâng cao tính chính xác và đáp ứng được yêu cầu thực tiễn

Từ phân tích trên, hướng nghiên cứu chính của luận án là bài toán qui hoạch HTCCĐ xét đến khả năng tham gia của DG, đặc tính giá điện và đồ thị phụ tải (ĐTPT) cũng như đánh giá hiệu quả của DG trong HTCCĐ

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của luận án là xây dựng cơ sở lý thuyết và phát triển các phương pháp tính toán kinh tế kỹ thuật (KT-KT) nhằm giải quyết một số khía cạnh của bài toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến các DG như:

- Đề xuất mô hình qui hoạch HTCCĐ xét đến khả năng tham gia của DG với đặc tính công suất phát thay đổi phụ thuộc nguồn năng lượng sơ cấp, đặc tính giá bán điện và ĐTPT

- Xây dựng các chương trình tính toán và áp dụng cho HTCCĐ Việt Nam

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là các HTCCĐ trung áp, thuộc phạm vi quản lý và vận hành cấp địa phương hay công ty phân phối

Trong điều kiện HTCCĐ có tiềm năng của DG, luận án sẽ tập trung nghiên cứu phát triển lý thuyết và các phương pháp tính toán KT-KT của bài toán qui hoạch HTCCĐ Từ đó, xây dựng mô hình và chương trình tính toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng tham gia của DG

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Luận án nghiên cứu xây dựng mô hình qui hoạch HTCCĐ có xét đến các DG với đặc trưng công nghệ qua đặc tính công suất phát, tổng hợp ĐTPT và đặc tính giá điện Từ đó, xây dựng các chương trình tính toán theo mô hình đề xuất

Quá trình tái cơ cấu ngành điện nước ta đã từng bước được thực hiện, DG đã được ứng dụng và có tiềm năng phát triển lớn Các mô hình đề xuất trong luận án

đã được tính toán kiểm tra trên các HTCCĐ thực tế cho nhiều khu vực với đặc điểm sử dụng DG điển hình Kết quả cho thấy mô hình và chương trình tính toán phù hợp với những HTCCĐ thực tiễn tại Việt Nam

5 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của luận án gồm phần mở đầu, kết luận và 4 chương Chương 1 trình bày tổng quan về HTCCĐ Việt Nam, những vấn đề tồn tại và cơ

sở lý thuyết bài toán qui hoạch HTCCĐ Tổng hợp và đánh giá các mô hình, các thành phần của bài toán qui hoạch HTCCĐ Phân tích những tác động của giá bán điện và DG làm thay đổi hàm mục tiêu, các ràng buộc và mô hình hóa các thành phần của bài toán Từ đó, định hướng những vấn đề nghiên cứu

Chương 2 phân tích những mô hình qui hoạch HTCCĐ trước đây và đề xuất

mô hình toán hai bước qui hoạch HTCCĐ khi xét đến đặc tính giá điện, ĐTPT ngày điển hình và DG Trên cơ sở đó, xây dựng những mô hình qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng tham gia của DG với những đặc điểm riêng phụ thuộc vào từng loại nguồn năng lượng sơ cấp (máy phát diesel, tuabin khí, thủy điện nhỏ, tuabin gió hay pin mặt trời…) trong chương 3 Lập chương trình tính bằng ngôn ngữ lập trình GAMS và tính toán kiểm tra trong những ví dụ đơn giản Trên cơ sở các kết quả đã đạt được trong chương 2 và chương 3, luận án tính toán qui hoạch cho những HTCCĐ thực tế tại Việt Nam trong chương 4 Từ đó, phân tích sâu hơn những ưu điểm, khả năng ứng dụng của các mô hình và hiệu quả của DG trong qui hoạch HTCCĐ Việt Nam

6 Những đóng góp chính của luận án

Những đóng góp chính trong nghiên cứu của luận án bao gồm:

a) Luận án đã tổng hợp, đánh giá và xác định những yếu tố tác động làm thay đổi bài toán qui hoạch HTCCĐ hiện nay Trên cơ sở những phương pháp và

mô hình qui hoạch đã được phát triển trên thế giới, đề xuất những mô hình

và phương pháp qui hoạch phù hợp có thể áp dụng cho HTCCĐ Việt Nam b) Xây dựng mô hình toán hai bước qui hoạch HTCCĐ xét đến khả năng tham gia của DG, ĐTPT ngày điển hình và đặc tính giá điện Trên có sở đó, xây dựng những mô hình cho phép xét đến khả năng tham gia của các DG theo đặc trưng công nghệ riêng phụ thuộc nguồn năng lượng sơ cấp

c) Đề xuất phương pháp tách biến công suất phát của DG thành hai thành phần

là biến công suất tính toán và hệ số công suất phát của các DG theo đặc trưng công nghệ Số lượng biến, thời gian tính toán giảm nên có thể ứng dụng cho những HTCCĐ qui mô lớn với nhiều công nghệ DG

d) Sử dụng biến nhị phân để biểu diễn đặc tính chi phí đầu tư và quyết định nâng cấp của các thiết bị phù hợp hơn với điều kiện thực tiễn Hơn nữa, chương trình tính toán cho phép đánh giá rõ ràng hơn hiệu quả của các giải pháp qui hoạch HTCCĐ

e) Những mô hình qui hoạch HTCCĐ đề xuất có thể được sử dụng để tính toán qui hoạch HTCCĐ hay đánh giá hiệu quả của những chính sách khuyến khích phát triển nguồn năng lượng mới và tái tạo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUI HOẠCH HỆ THỐNG

CUNG CẤP ĐIỆN 1.1 Giới thiệu

Qui hoạch HTCCĐ là vấn đề không mới nhưng sự phát triển của các công cụ tính toán cũng như những thay đổi về môi trường công nghiệp điện lực, sự phát triển của công nghệ DG gần đây đã dẫn tới những thay đổi lớn trong công tác qui hoạch, thiết kế và vận hành HTCCĐ

1.2 HTCCĐ Việt Nam và một số vấn đề về qui hoạch

HTCCĐ trung áp Việt Nam do hoàn cảnh lịch sử dẫn đến một số cấp điện áp không còn phù hợp, nhiều đường dây xuống cấp, chắp vá Chất lượng điện năng

và độ tin cậy CCĐ trong nhiều khu vực không đảm bảo Vì vậy, qui hoạch HTCCĐ là bài toán cần được tập trung nghiên cứu và giải quyết

Những giải pháp qui hoạch cải tạo được sử dụng phổ biến là nâng cấp đường dây, TBA và đặt thiết bị bù Gần đây, qui hoạch HTCCĐ cần xem xét thêm một

số vấn đề như khả năng tham gia của DG với các nguồn năng lượng sơ cấp khác nhau và các yếu tố liên quan đến TTĐ như giá điện, ĐTPT…

1.3 Nguồn điện phân tán

1.3.1 Tổng quan về nguồn điện phân tán

DG có tác động tích cực tới HTCCĐ và đang được phát triển mạnh mẽ trên thế giới cũng như tại Việt Nam [13][45][119][121][161][169]

1.3.2 Công nghệ và đặc điểm của nguồn điện phân tán

Nhiều công nghệ DG đã được phát triển và thương mại thành công trong những năm gần đây với chỉ tiêu KT-KT ngày càng được nâng cao [19][20][22][87][121][158][159] Đặc tính công suất phát thường là hàm của thời gian phụ thuộc vào nguồn năng lượng sơ cấp như:

- Thủy điện nhỏ (TĐN): P 9, 81 Q H (1.1)

- Điện gió [55][67][113]:

m in 2

1.4 Bài toán qui hoạch phát triển HTCCĐ

1.4.1 Tổng quan bài toán qui hoạch HTCCĐ

Qui hoạch HTCCĐ nhằm xác định lộ trình nâng cấp thiết bị (đường dây và TBA), bổ sung nguồn hay thiết bị bù nhằm đáp ứng yêu cầu phụ tải trong tương lai đồng thời nâng cao các chỉ tiêu KT-KT của hệ thống [82][165]

Nhìn chung, việc giải các bài toán qui hoạch HTCCĐ là một quá trình phức tạp với nhiều nội dung cần nghiên cứu giải quyết như hình 1.1 [82][165] Quá trình cải tạo HTCCĐ thường nghiên cứu ứng dụng một số bài toán như nâng cấp thiết bị của hệ thống, bổ sung DG, bổ sung thiết bị bù, mở rộng sơ đồ hệ thống [24][82][165][127][89]…

Hình 1.1 Sơ đồ các bước qui hoạch HTCCĐ

1.4.2 Phân tích và lựa chọn phương pháp qui hoạch HTCCĐ

Qui hoạch các HTCCĐ thường được thực hiện theo hai hướng là qui hoạch theo tiêu chuẩn và qui hoạch toán học [24][25][26] Trong đó, phương pháp qui hoạch toán học ngày càng tỏ ra ưu thế

Tuy vậy, qui hoạch toán học hiện vẫn chưa thể thay thế hoàn toàn phương pháp qui hoạch theo tiêu chuẩn nên một số phương án không khả thi sẽ được loại bớt theo điều kiện thực tiễn Sau đó, phương pháp qui hoạch toán học được áp dụng để tính toán và lựa chọn phương án tối ưu

Lựa chọn giải pháp tốt nhất

Cần xác định rõ vấn đề của hệ thống, phạm vi ứng dụng

và những giới hạn của chúng Cần xác định rõ vấn đề của hệ thống, phạm vi ứng dụng

Cần đánh giá tất cả các lựa chọn và giải pháp thay thế

trong cùng điều kiện Cần đánh giá tất cả các lựa chọn và giải pháp thay thế

trong cùng điều kiện Cần xác định những giải pháp thay thế có sẵn và khả thi Cần xác định những giải pháp thay thế có sẵn và khả thi Cần lựa chọn được giải pháp tốt nhất đáp ứng những mục tiêu liên quan đến vấn đề cần giải quyết Cần lựa chọn được giải pháp tốt nhất đáp ứng những mục tiêu liên quan đến vấn đề cần giải quyết

Xác định các giải pháp

Xây dựng hàm mục tiêu

Nghiên cứu phương án cải tạo

Đánh giá các giải pháp

1.4.3 Bài toán qui hoạch toán học tổng quát

Xác định tập giá trị các biến X x x1 , 2 , ,x n sao cho J X( )  min(max) (1.8) đồng thời thỏa mãn các điều kiện g i(X)( ; ; )    b i x jX  R n,i  1, 2, ,m (1.9)

Trong đó, J(X) được gọi là hàm mục tiêu; g i (X); i =1,2,…,m được gọi là các ràng

buộc Tập hợp D xX g; i(X)( ; ; )    b i i  1, 2, ,m gọi là miền ràng buộc, mỗi điểm X x x1 , 2 , ,x nD gọi là một phương án

Một phương án có X* D đạt cực đại hay cực tiểu của hàm mục tiêu được

gọi là lời giải tối ưu Khi đó giá trị f(X*) được gọi là giá trị tối ưu hóa

Giải tổng quát bài toán trên thường khó thực hiện nên thường đơn giản hóa bằng cách chia nhỏ thành những bài toán có thể giải được với những tính chất và đối tượng cụ thể [25][26][98] như qui hoạch tuyến tính, qui hoạch phi tuyến, qui hoạch rời rạc, qui hoạch động, qui hoạch đa mục tiêu…

1.4.4 Những thay đổi gần đây trong qui hoạch HTCCĐ

Thời gian gần đây, phát triển của khoa học công nghệ và quá trình tái cơ cấu TTĐ dẫn đến những tác động mới trong bài toán qui hoạch HTCCĐ như:

- Sự tham gia của các nguồn điện phân tán [72][103][105][124]

- Sử dụng các hệ thống tích trữ năng lượng [48][81][123][125][152]

- Yếu tố giá điện [4][76][88]

1.4.5 Các chỉ tiêu kinh tế đánh giá phương án đầu tư

Qui hoạch HTCCĐ thường sử dụng các chỉ tiêu như qui đổi về giá trị hiện tại của lãi ròng (NPV), tỷ lệ hoàn vốn nội tại (IRR), tỷ số lợi nhuận/chi phí (B/C) và thời gian hoàn vốn [26][39][40] Tuy vậy, sử dụng các chỉ tiêu trên gặp khó khăn khi xác định lợi nhuận và thời gian đầu tư không đồng nhất

Do đó, phương pháp so sánh chi phí vòng đời được đề xuất để đánh giá hiệu quả kinh tế của phương án qui hoạch HTCCĐ [79][86][140][144][157]

1

1 (1 )

C , O M t

C và Et là chi phí đầu tư, vận hành, năng lượng; RNt là giá trị còn lại hay chi phí bổ sung của các thiết bị tại cuối giai đoạn tính toán

1.5 Qui hoạch HTCCĐ khi xét khả năng tham gia của DG

Nhiều mô hình qui hoạch HTCCĐ đã được đề xuất sử dụng hàm mục tiêu như chi phí tính toán hàng năm [14][26][30], cực tiểu chi phí đầu tư [96], cực tiểu tổn thất công suất (điện năng) [71][60][111][109] Khi xét đến DG, bài toán qui hoạch HTCCĐ xuất hiện một số thay đổi như bảng 1.1 [51][75][112][160][147]

Trong đó, mô hình hai bước được nhiều nghiên cứu quan tâm do giảm khối lượng tính toán mà vẫn đảm bảo tính chính xác cần thiết [61][62][138]

Bảng 1.1 Những thay đổi trong mô hình bài toán qui hoạch HTCCĐ

TT Mô hình qui hoạch HTCCĐ Mô hình qui hoạch HTCCĐ xét đến DG hiện nay

- Chi phí đầu tư, nâng cấp đường dây và TBA

- Chi phí đầu tư, vận hành và năng lượng của DG theo công nghệ

- Chi phí mua điện từ thị trường

2

Đối tượng quan tâm và các ràng

buộc:

- Tính toán trào lưu công suất

theo công suất cực đại

- RB công suất đường dây và

TBA theo công suất cực đại

- RB giới hạn điện áp nút

Đối tượng quan tâm và các ràng buộc:

- Tính toán trào lưu công suất và cân bằng công suất nút theo công suất cực đại

- RB công suất đường dây và TBA theo công suất cực đại

- Thời gian, vị trí, công suất nâng

cấp đường dây và TBA

Biến lựa chọn:

- Thời gian, vị trí, công suất nâng cấp đường dây và TBA

- Thời gian, vị trí, công suất đầu tư của DG theo công nghệ

- Công suất nhận từ HTĐ và công suất của DG

Vì vậy, mô hình hai bước sẽ được nghiên cứu và phát triển nhằm xây dựng

mô hình qui hoạch HTCCĐ khi xét đến đặc trưng công suất phát theo công nghệ của DG, đặc tính giá bán điện và ĐTPT ngày điển hình

1.6 Đánh giá và lựa chọn công cụ tính toán

Nhiều phương pháp đã được phát triển để giải các bài toán qui hoạch [64][100][111][139][156] trong đó phương pháp lặp kết hợp thuật toán reduced-gradient và quasi-Newton được giới thiệu gần đây trong ngôn ngữ lập trình GAMS với các solver cho phép giải những bài toán qui hoạch phi tuyến lớn và đã ứng dụng trong nhiều bài toán qui hoạch HTCCĐ [61][74][75][77][171]

1.7 Nhận xét và đề xuất những vấn đề cần nghiên cứu

Từ những phân tích trên, mục tiêu nghiên cứu của luận án bao gồm:

1- Khảo sát vấn đề qui hoạch HTCCĐ khi có DG từ đó xây dựng và đề xuất

mô hình tính toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng đầu tư DG nhằm đánh giá hiệu quả và những tác động của chúng tới HTCCĐ Phương pháp qui hoạch toán học sẽ được nghiên cứu ứng dụng, những đặc điểm KT-KT của từng loại DG cũng sẽ được xem xét

2- Khảo sát hiệu quả của các DG từ đó đề xuất những chính sách khuyến khích

và hỗ trợ phát triển các nguồn này

3- Nghiên cứu sử dụng ngôn ngữ lập trình GAMS lập chương trình tính toán qui hoạch HTCCĐ

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN QUI HOẠCH HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

2.1 Đặt vấn đề

Phương pháp qui hoạch toán học ngày càng chiếm ưu thế nên được sử dụng

để xây dựng mô hình qui hoạch HTCCĐ trong nghiên cứu này Hơn nữa, nhằm nâng cao tính chính xác của kết quả tính toán, bài toán qui hoạch HTCCĐ cần xét đến các yếu tố sau: i) chi phí điện năng cần được xây dựng dưới dạng hàm phụ thuộc ĐTPT và đặc tính giá mua điện ii) tính toán trào lưu công suất theo mô hình AC iii) tổng trở của HTCCĐ phải được tính toán theo thông số nâng cấp của thiết bị iv) xét đến khả năng tham gia của DG

2.2 Phân tích một số đặc điểm của bài toán qui hoạch HTCCĐ hiện nay

2.2.1 Lựa chọn mô hình qui hoạch HTCCĐ

Bài toán qui hoạch HTCCĐ có số lượng biến lớn và khó khăn khi giải nên mô hình hai bước đã được đề xuất và ứng dụng thành công trong nhiều nghiên cứu [59][85][94][98][126][134][136][137][138] Luận án cũng sử dụng giải pháp này nghiên cứu xây dựng mô hình qui hoạch HTCCĐ phù hợp với thực tiễn hiện nay

2.2.2 Những đặc điểm cần nghiên cứu bổ sung

Nhằm đáp ứng được yêu cầu thực tiễn, bài toán qui hoạch HTCCĐ cần xét đến đặc tính chi phí có dạng cố định của thiết bị, chi phí mua năng lượng, mô hình cân bằng công suất nút AC với ĐTPT và đặc tính công suất phát của DG

2.3 Xây dựng mô hình toán qui hoạch HTCCĐ

2.3.1 Sơ đồ khối và qui trình tính toán qui hoạch HTCCĐ

Sơ đồ khối và qui trình tính toán như hình 2.2

2.3.2 Xây dựng mô hình cơ sở (MCSD)

ij,t ij, m in ij,t 0; ij,t F ij,t 0 1, ,

Hình 2.2 Sơ đồ khối tính toán qui hoạch HTCCĐ

- C S t là chi phí nâng cấp TBA với i ,S

t

S

 là công suất cần bổ sung, i t, là biến

nhị phân [25][138] i t, được xác định theo điều kiện nâng cấp (2.24)

- Các chỉ tiêu kinh tế của HTCCĐ…

- Thông số nâng cấp đường dây và TBA

Nhập thông số đầu vào

- Dự báo phụ tải, đồ thị phụ tải điển hình và đặc tính giá điện

- Thông số đường dây và TBA

- Hệ số khấu hao, số nút HTCCĐ, số mùa, số năm tính toán…

- Dự báo phụ tải, đồ thị phụ tải điển hình và đặc tính giá điện

- Thông số đường dây và TBA

- Hệ số khấu hao, số nút HTCCĐ, số mùa, số năm tính toán…

Tính toán thông số HTCCĐ bước hiệu chỉnh

- Tổn thất công suất, công suất nhận từ HTĐ, điện áp nút

- Chi phí qui dẫn, chi phí vòng đời…

- Tổn thất công suất, công suất nhận từ HTĐ, điện áp nút

- Chi phí qui dẫn, chi phí vòng đời…

Tính toán thông số HTCCĐ bước cơ sở

- Thời gian và công suất nâng cấp của TBA nguồn

- Tiết diện, tổng trở và thời gian nâng cấp của đường dây

y3

2

- Thời gian và công suất nâng cấp của TBA nguồn

- Tiết diện, tổng trở và thời gian nâng cấp của

đường dây y3

- Biểu thức các ràng buộc của MCS

Giải mô hình cơ sở - MCSD

- Gọi solver GAMS/MINOS

- Gọi solver GAMS/MINOS

- Biểu thức các ràng buộc của MQH2

Giải mô hình hiệu chỉnh - MHCD

- Gọi solver GAMS/MINOS

- Gọi solver GAMS/MINOS

0 , , 1

t S i t S i t i

Các ràng buộc của mô hình gồm có: (2.1)(2.2)(2.3)(2.4)(2.5)(2.6)

- Ràng buộc cân bằng công suất nút sử dụng mô hình AC như (2.36) với |Yij,t|,

ij,t là modul và góc lệch của các phần tử trong ma trận tổng dẫn CSTD và CSPK của phụ tải làP D i t s h, , , , Q D i t s h, , ,

theo thông số tiêu chuẩn gồm công suất bổ sung và công suất của TBA sau nâng cấp * *

( S i t,S i t), thông số nâng cấp của đường dây * * * *

(F ij t,S ij t,R t,X t)

2.3.3 Xây dựng mô hình hiệu chỉnh (MHCD)

Hàm mục tiêu tương tự J1 với biến lựa chọn thông số nâng cấp đường dây và TBA được thay thế bằng tham số tiêu chuẩn của thiết bị đã xác định từ mô hình

cơ sở như biểu thức sau:

ij,t ij,t; i t S, i t,

Đồng thời, sử dụng các ràng buộc sau:

- Ràng buộc cân bằng công suất nút và giới hạn điện áp nút tương tự như MCSD nhưng tổng dẫn được xác định theo thông số nâng cấp

- Ràng buộc giới hạn công suất TBA và đường dây tránh quá tải như sau:

2.3.4 Đánh giá mô hình đề xuất

Mô hình sử dụng một số giả thiết và biến thực nhằm đơn giản hóa mô hình nên kết quả chỉ gần với giá trị tối ưu Tuy vậy, mô hình xét đến thay đổi của tổng trở đường dây theo tiết diện nâng cấp, ĐTPT, đặc tính giá điện và xét đến khả năng tham gia của DG nên nâng cao tính chính xác và đáp ứng gần hơn với điều kiện thực tiễn Bằng giải pháp hai bước, mô hình đã giảm được số biến và thời gian tính toán nên có thể áp dụng cho những HTCCĐ qui mô lớn

2.4 Tính toán áp dụng

2.4.1 Đặt vấn đề

Chương này tính toán áp dụng khi chỉ xét đến giải pháp nâng cấp đường dây

và TBA nguồn nhằm đánh giá khả năng tính toán, hiệu quả của mô hình hai bước đồng thời làm cơ sở so sánh khi tính toán có DG Hiệu quả và khả năng tham gia của DG với những đặc tính đặc trưng cho từng công nghệ của DG được trình bày trong chương 3

2.4.2 Sơ đồ khối và mô hình tính toán

Sơ đồ khối và mô hình tính toán như trình bày trong phần 2.3 và bỏ qua các thành phần của DG

2.4.3 Xây dựng chương trình tính toán

Lập chương trình theo sơ đồ khối như hình 2.2 trong GAMS gồm 3 phần: i) nhập thông số đầu vào, mô hình hóa cấu trúc của HTCCĐ từ đó mô tả bài toán qua hàm mục tiêu và các ràng buộc ii) sử dụng các solver trong GAMS giải bài toán tối ưu và tìm nghiệm iii) tính toán thông số chế độ và hiển thị kết quả

Bảng 2.5 Thông số nâng cấp của TBA nguồn

TBA i Công suất TBA ax

Bảng 2.7 Một số chỉ tiêu KT-KT khi qui hoạch HTCCĐ 4 nút

năng lượng được tính theo ĐTPT và đặc tính giá điện Hơn nữa, mô hình có thể được hiệu chỉnh để xét đến đặc trưng công nghệ riêng của từng loại DG sẽ được trình bày trong chương 3

CHƯƠNG 3 QUI HOẠCH HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN XÉT ĐẾN KHẢ NĂNG THAM GIA CỦA CÁC LOẠI NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN

3.1 Đặt vấn đề

Mỗi DG có đặc điểm riêng phụ thuộc công nghệ sử dụng nguồn năng lượng

sơ cấp do đó khi tham gia trong HTCCĐ sẽ làm thay đổi các chỉ tiêu KT-KT của

hệ thống Chương này nghiên cứu phát triển mô hình qui hoạch từ chương 2 nhằm xét đến khả năng tham gia, hiệu quả của từng loại DG với những đặc trưng

về công suất phát và các chỉ tiêu KT-KT của chúng theo từng công nghệ

3.2 Sơ đồ khối và qui trình tính toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến đặc điểm công nghệ của DG

Sơ đồ khối như hình 2.2, tổng hợp thêm các chỉ tiêu KT-KT của DG

3.3 Qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng tham gia của TBK hoặc máy phát diesel

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

Mô hình sử dụng các ràng buộc sau:

- Ràng buộc cân bằng công suất nút khi bổ sung công suất phát của TBK hay máy phát diesel ( ,T B

- Ràng buộc nâng cấp đường dây và TBA như MCSD

- Ràng buộc giới hạn điện áp nút

Khi TBK hay máy phát diesel được lựa chọn sẽ làm thay đổi lộ trình và thông

số đầu tư của đường dây, TBA nên mô hình là bài toán tối ưu MINLP Kết quả tính toán được sử dụng làm tham số đầu vào của bước hiệu chỉnh gồm lộ trình và thông số đầu tư thực tế của TBA * *

( S i t,S i t), đường dây * *

(F ij t,S ij t) và vị trí xây dựng tối ưu TBK hay máy phát diesel

3.3.1.2 Xây dựng mô hình hiệu chỉnh

Hàm mục tiêu của mô hình hiệu chỉnh tương tự như hàm J2 trong đó biến lựa chọn được thay thế bằng tham số tiêu chuẩn như MHCD Các ràng buộc của mô hình hiệu chỉnh như sau:

- Giới hạn công suất đường dây và TBA như MHCD

- Ràng buộc cân bằng công suất nút và giới hạn điện áp nút như MCSD

- Giới hạn mới của TBK hay máy phát diesel theo vị trí đã được lựa chọn từ bước cơ sở như (3.11) với *

, m ax

T B i

P là công suất giới hạn

3.3.2 Lập chương trình giải bài toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến

khả năng tham gia của TBK, máy phát diesel

Chương trình được lập trong ngôn ngữ lập trình GAMS

để đánh giá khả năng tham gia và hiệu quả của nguồn này, luận án nghiên cứu đánh giá độ nhậy của phương án đầu tư theo suất chi phí nhiên liệu của chúng Hình 3.4 cho thấy, máy phát diesel chỉ được lựa chọn khi suất chi phí nhiên liệu nhỏ hơn 72%, tương ứng 64,8$/MWh và 3,6$/MVARh, máy phát diesel được lựa chọn đầu tư tại nút 4 và nút 6 là những nút xa nguồn với công suất 0,5MW trong năm thứ 8 và 10, chi phí vòng đời giảm còn 19,99x106

$

Bảng 3.10 Lộ trình đầu tư, nâng cấp thiết bị của HTCCĐ khi có máy phát diesel

TT Thiết bị đầu tư Vị trí Thông số

Hình 3.4 Phân tích độ nhậy theo suất chi phí nhiên liệu của máy phát diesel

Hơn nữa, kết quả so sánh các chỉ tiêu KT-KT của HTCCĐ trong bước cơ sở

và hiệu chỉnh trên bảng 3.14 cho thấy lộ trình nâng cấp đường dây và TBA nguồn không có sự sai khác Tuy nhiên, công suất lựa chọn đầu tư máy phát diesel trong bước hiệu chỉnh đã giảm 0,3MW tương ứng chi phí đầu tư giảm 0,17x106

$ và chi phí vòng đời giảm 3,57%

Bảng 3.14 So sánh chỉ tiêu KT-KT của HTCCĐ trong hai bước tính

TT Các chỉ tiêu và thông số Kết quả tính toán

bước cơ sở

Kết quả tính toán bước hiệu chỉnh So sánh

I So sánh quyết định đầu tư thiết bị

Quyết định đầu tư

thiết bị

Vị trí

Thông số hiện tại

Thông số đầu tư

Thời gian (năm)

Thông số đầu tư

Thời gian (năm)

Trong điều kiện giả thiết, máy phát diesel chỉ có hiệu quả và cạnh tranh khi suất chi phí nhiên liệu giảm dưới 69,3$/MWh tương ứng mức trợ giá khoảng 2,52cent/kWh Tuy nhiên, để sử dụng TBK tại những nơi có tiềm năng góp phần giảm ô nhiễm môi trường đồng thời giảm tổn thất điện năng trong HTCCĐ cần xây dựng chính sách trợ giá để phát triển nguồn này

3.3.4 Nhận xét

Mô hình đề xuất xác định được thông số nâng cấp của đường dây, TBA đồng thời lựa chọn được thông số đầu tư tối ưu TBK hoặc máy phát diesel Mô hình có thời gian tính toán nhỏ, kết quả phù hợp với yêu cầu bài toán cũng như đánh giá được hiệu quả của TBK hay máy phát diesel trong qui hoạch HTCCĐ Từ đó, xây dựng chính sách khuyến khích phát triển TBK tại những khu vực có tiềm năng nhằm giảm sức ép phát triển nguồn điện và ô nhiễm môi trường

3.4 Qui hoạch HTCCĐ khi xét khả năng tham gia của TĐN

TĐN có những đặc điểm riêng ảnh hưởng tới mô hình và kết quả qui hoạch [13][17][19][20][23][28] Vì vậy, mô hình đề xuất trong nghiên cứu này được bổ

sung ảnh hưởng của đặc tính công suất phát, chi phí đầu tư phụ thuộc vị trí xây dựng Sơ đồ khối và qui trình tính toán tương tự như hình 2.2

3.4.1 Xây dựng mô hình toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng

tham gia của TĐN

3.4.1.1 Xây dựng mô hình cơ sở

Mô hình sử dụng các ràng buộc sau: (3.1)

- Ràng buộc nâng cấp đường dây, TBA và giới hạn điện áp nút như phần 3.3

- Ràng buộc cân bằng công suất nút khi bổ sung công suất của TĐN như biểu thức (3.20) với công suất phát của TĐN là , , ,T D