PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

 Tối ưu hoá trong quy hoạch phát triển đề cập đến việc quy hoạch nguồn và lưới điện. Tối ưu hoá trong vận hành liên quan đến việc giải quyết vấn đề phân phối phụ tải cho các nhà má

I Phân phối tối ưu vận hành tức thời hệ thống gồm

các nhà máy nhiệt điện

II Phân phối tối ưu vận hành trong hệ thống có nhà

máy nhiệt điện và nhà máy thuỷ điện

III Áp dụng hàm phạt trong phân phối tối ưu vận

 Tối ưu hoá trong quy hoạch phát triển đề cập đến việc quy hoạch nguồn và lưới điện.

 Tối ưu hoá trong vận hành liên quan đến việc giải quyết vấn đề phân phối phụ tải cho các nhà máy nhằm đáp ứng yêu cầu phụ tải và với chí tối thiểu cho hệ thống.

Đặt vấn đề

9.1 PHÂN PHỐI TỐI ƯU VẬN HÀNH TỨC THỜI

HỆ THỐNG GỒM CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

9.1.1 PHÂN PHỐI TỐI ƯU CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

Ví dụ : Cho một hệ thống điện gồm 5 nhà máy nhiệt điện và một nhà

máy thuỷ điện Các đặc tính của nhà máy cho ở bảng sau:

Nhà máy Nhiên liệu Chi phí vận hành

b Phương pháp JACOBY để xác định vị trí làm việc nhà

máy thuỷ điện (tiếp)

* Phương pháp suất tăng chi phí

Suất tăng chi phí (Incremental Cost) là chi phí tăng thêm khi sản suất thêm một đơn vị điện năng

ở một mức công suất nhất định

MWh

$ n¨ng

diÖn

phÝ

chi suÊt

c«ng

h phÝ/

Bài toán:

Một hệ thống gồm (n) nhà máy nhiệt điện

Phụ tải của mỗi nhà máy là (Pi)

Chi phí sản xuất tương ứng với phụ tải của từng nhà máy là Fi(Pi) Tổng nhu cầu tức thời của hệ thống là (D)

Hãy phân phối tối ưu phụ tải cho các nhà máy trong hệ thống Bỏ qua các tổn thất truyền tải và phân phối trong hệ thống

Tổng chi phí sản xuất của hệ thống

min)

i

F TPC

Ràng buộc: ∑ = 0

=

n

1 i

i

n

0 i

i

F

*Phân phối tối ưu phụ tải tác dụng có xét đến tổn

=

n 1 i

P -

D

1

P D

P P

n i i

Với Pi : công suất nhà máy (i)

D : nhu cầu phụ tải của hệ thống tại thời điểm xét

∆P = f(P1, P2, Pn) : tổng tổn thất trên mạng

∆P = f(P, Q, U, R, cosử) với cosử: góc lệch pha véc tơ

Bài tâập ví du

 Cho hệ thống bao gồm 2 nhà máy với chi phí:

a) Không xét đến tổn thất mạng

b) Có xét đến tổn thất mạng

P1=178,882 MWP2=327,496 MW; Ploss?; TPC?

Việc phát ra công suất phản kháng không liên quan đến

bất kỳ chi phí nào của hệ thống

Tuy nhiên, phân phối tối ưu công suất phản kháng sẽ dẫn

đến giảm tổn thất tác dụng trong mạng, do đó làm giảm chi phí cho hệ thống.

9.1.2 Phân phối tối ưu công suất phản kháng

Bài toán:

Giả thiết công suất tác dụng đã biết và không đổi (điều này là gần đúng vì thực ra sự thay đổi tổn thất mạng sẽ làm thay đổi công suất tác dụng của nhà máy)

Chỉ xét tổn thất công suất tác dụng phụ vào công suất phản kháng nghĩa là cần phân phối công suất phản kháng sao cho tổn thất công suất tác dụng trong hệ thống là thấp nhất.

; Q,PfP

Const:

Q,P

QQ

Q

PP

P

n

i

n i

1 1

9.1.3 Phân phối tối ưu đồng thời công suất tác

dụng và công suất phản kháng

9.2 PP TƯVH TRONG HỆ THỐNG CÓ

NM NHIỆT ĐIỆN VÀ NM THỦY ĐIỆN

Nguyên tắc:

- Cần xem xét hạn chế lượng nước đối với NMTĐ

- Sử dụng tối đa nguồn thủy điện đảm bảo chi phí

vận hành của hệ thống là nhỏ nhất.

- Các nhà máy làm việc trong giới hạn công suất

cho phép và công suất được xem xét là trong 1

ngày, 1 tuần.

Bài toán:

Xét 1 hệ thống điện gồm (n) nhà máy nhiệt điện

và (m) nhà máy thuỷ điện

Hãy phân phối tối ưu công suất công suất cho hệ thống và đảm bảo yêu cầu phụ tải

Bỏ qua các tổn thất trong truyền tải và phân phối.

Ký hiệu:

Dt : nhu cầu phụ tải trong từng giai đoạn (t)

Pit : Đầu ra công suất của nhà máy nhiệt điện ở giai đoạn (t)

Wjt: Lượng nước qua nhà máy thuỷ điện j ở giai đoạn (t)

Hj(Wjt): Điện năng sản xuất từ nhà máy thuỷ điện (j)

trong giai đoạn (t)

Fit(Pit): Chi phí sản xuất điện năng từ nhà máy

i trong giai đoạn (t)

Kj : Tổng lượng nước có thể cho phép qua nhà máy trong

thời kỳ được xem xét ở nhà máy thuỷ điện (j)

T : thời kỳ được xem xét (1 ngày) và được

chia thành các giai đoạn nhỏ (t)

t : các giai đoạn nhỏ được xem xét trong

T 1, t

)

K

W

1

m 1, j

Ví dụ:

Cho một hệ thống điện gồm 2 NM thuỷ điện và 3 NM nhiệt điện

Công suất tổng phụ tải trong từng giờ trong từng ngày là P∑t

Tổng tiêu hao nước của từng NMTĐ ngày đêm là K1, K2 (m3)

Tổn thất trong mạng tương ứng là ∆Pt ; (t=1-24)

Biết đặc tuyến tiêu hao nước của nhà máy thuỷ điện là Wjt=f(Hjt) (Wjt: lượng nước tiêu hao mỗi giờ; Hjt: công suất của NMTĐ j mỗi giờ t)

Hãy tìm điều kiện cần thoả mãn phân phối opt phụ tải cho các nhà máy trong hệ thống theo các giờ trong ngày

9.3 LẬP KẾ HOẠCH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CÁC

NHÀ MÁY ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG

 Lập Kế hoạch làm việc của các nhà máy trong HT trong khoảng

thời gian dài

 Việc xây dựng chế độ làm việc bao gồm: (1) xác định rõ vị trí

làm việc và (2) công suất yêu cầu đối với mỗi NM trong HT

 Việc PP tối ưu cho các NM trong HT phải đảm bảo thỏa mãn:

 Yêu cầu phụ tải theo thời gian;

 Chú ý khả năng mang tải của lưới

 Phạm vi cho phép làm việc của các nhà máy

 Sử dụng tối đa nguồn TĐ

 Sử dụng tối đa khả năng phát theo phương thức cung nhiệt

 Chi phí khởi động, tắt lò,…

 Các chi phí khác.

 Các phương pháp sắp xếp các NM trong đồ thị phụ

tải HT bao gồm:

 Bảng danh sách thứ tự ưu tiên

Quy hoạch động

Quy hoạch nguyên

9.3.1 Sắp xếp các nhà máy trong đồ thị phụ tải HT

 Các tổ máy được phân loại theo trật tự nhất định

(ví dụ trật tự tăng dần của chi phí nhiên liệu cho 1 MWh) & yêu cầu của hệ thống.

 Khi phân phối sẽ thực hiện cho các tổ máy theo

công suất lớn nhất các tổ máy có thể mang được đến khi đáp ứng nhu cầu phụ tải của hệ thống

 Khi muốn ngừng tổ máy nào thì danh sách bảng ưu

tiên này sẽ được thể hiện ngược lại.

a Bảng danh sách thứ tự ưu tiên

Đối với các nhà máy thuỷ điện

(Lựa chọn chế độ làm việc phụ thuộc mùa nước)

 Mùa nước nhiều : nhà máy thuỷ điện chủ yếu làm việc ở

phần nền đồ thị phụ tải.

 Mùa nước ít: chạy chủ yếu phần đỉnh nhọn và dưới đỉnh

một chút để tận dụng cả công suất và điện năng có khả năng sản xuất điện của đường nước.

Đối với nhà máy nhiệt điện

(Lựa chọn chế độ làm việc phụ thuộc mùa và đặc điểm từng nhà máy)

 Trung tâm nhiệt điện:

• Phần công suất bắt buộc ở nền đồ thị phụ tải.

• Phần công suất tự do có thể chạy ở bất cứ vùng nào tuỳ

đặc điểm của nhà máy

 Nhà máy điện ngưng hơi: có thể làm việc ở bất cứ vùng

nào của đồ thị phụ tải, tuỳ thuộc đặc điểm của nhà máy và yêu cầu hệ thống.

Các nhà máy điện trong hệ thống có thể được sắp xếp vị trí làm việc

như sau:

 Bản chất phương pháp này là sự mở rộng của

phương pháp phân phối phụ tải theo xếp hạng

 Phương pháp này coi nhà máy thuỷ điện như một

nhà máy nhiệt điện và tìm một vị trí cho nhà máy trong đồ thị phụ tải hệ thống sao cho khai thác sử

dụng được tối đa đồng thời cả Điện năng và Công

suất của dòng nước.

b Phương pháp JACOBY để xác định vị trí làm

việc nhà máy thuỷ điện

Xét giá trị nước ở nhà máy thuỷ điện qua ba trường hợp

H H

H H

E E

H H

E E

H H

E E

(a): Không tận dụng hết công suất dòng nước

(b): Không tận dụng hết điện năng của dòng nước

(c): Tận dụng toàn bộ công suất và điện năng

b Phương pháp JACOBY để xác định vị trí làm việc nhà

máy thuỷ điện (tiếp)

Ví dụ : Cho một hệ thống điện gồm 5 nhà máy nhiệt điện và một nhà

máy thuỷ điện Các đặc tính của nhà máy cho ở bảng sau:

Nhà máy Nhiên liệu Chi phí vận hành

Cho đường đồ thị phụ tải là đường thẳng từ 700MW đến 300MW

Giới hạn của nhà máy thuỷ điện là 100MWtháng

1 Hãy tìm phạm vi phụ tải hệ thống để nhà máy thuỷ điện làm việc kinh tế nhất

2 Tính toán và vẽ đường SMC của mức phụ tải trong hệ thống.

b Phương pháp JACOBY để xác định vị trí làm việc nhà

máy thuỷ điện (tiếp)

c Phương pháp mô hình động Bellman

Phương pháp Bellman giúp phân phối công suất làm việc tối ưu cho các nhà máy trong hệ thống trong thời gian ngày, tuần

Bài tập 1: Một hệ thống điện gồm 3 nhà máy nhiệt điện Công suất và chi

phí tương ứng của các nhà máy được thể hiện ở bảng sau:

Giả thiết rằng các nhà máy có suất tăng chi phí không đổi và bằng chi phí biên trong bảng trên

Phụ tải và dự dữ được yêu cầu cho 3 thời kỳ trong ngày (8h-1 thời kỳ) được cho trong bảng sau:

Vậy chi phí cực tiểu của HT trong một ngày là 6160($).

Kế hoạch làm việc của các nhà máy trong hệ thống theo từng thời gian trong ngày theo trật tự: AB → AB → ABC

Phân phối công suất từng giai đoạn trong ngày:

MC1: 20 $/ MWh ; MC2 : 20$/ MWh ; MC3 : 40$/ MWh

Đáp án

 Phân phối tối ưu phụ tải hệ thống ở trung hạn thì vấn đề

đặt ra vẫn là cực tiểu hoá chi phí của hệ thống cho cả

thời kỳ.

 Trong 1 HTĐ gồm một số NMTĐ và một số NMNĐ thì

trong phân phối tối ưu phụ tải trung hạn, điều quan trọng cần phải quyết định mức sản xuất tối ưu của TĐ và NĐ ở mỗi thời kỳ và cả khả năng thay đổi của dòng nước trong thời kỳ được xét.

 Cụ thể, cần xét mức nước dự trữ và mức nước được sử dụng cho mỗi thời kỳ là như thế nào ?

9.4.2 Phân phối tối ưu phụ tải hệ thống ở trung hạn

St : Mức dự trữ năng lượng thuỷ điện ở cuối mỗi thời kỳ (t)

Dt : Nhu cầu điện năng ở mỗi thời kỳ (t)

Ht : Tổng năng lượng thuỷ điện có thể phát ra trong thời kỳ (t)

Ht (= Si + It - Sj)

ht : Điện thuỷ điện sản xuất nhà máy trong thời kỳ (t)

It : Dòng năng lượng thuỷ năng chảy vào nhà máy trong thời kỳ (t)

θt : Điện năng sản xuất của nhà máy nhiệt điện trong thời kỳ (t)

Xả thừa St (spill) = Ht - ht

Hiện tượng xả thừa:

+ Xảy ra đôi khi, khi công suất dự trữ hồ chứa không đủ

+ Thông thường khi NMTĐ sản xuất ht < Ht

Coi các nhà máy thuỷ điện trong HT tương đương với 1 nhà máy

thuỷ điện duy nhất

Xét mô hình:

9.4.2 Phân phối tối ưu phụ tải hệ thống ở trung hạn (tiếp)

Do điện năng thuỷ điện sản xuất trong thời kỳ (t) (ht) phụ thuộc vào mức dự trữ định trước St ở cuối mỗi thời kỳ, hàm mục tiêu được thể hiện như sau:

Chi phí vận hành hệ thống trong thời kỳ t được thể hiện như hàm của dự trữ năng lượng thuỷ điện ở cuối mỗi thời kỳ

Vấn đề kế hoạch vận hành trung hạn cho nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện trong hệ thống thường được quyết định bằng mô hình quy hoạch động Bellman

t t

S S

Ví dụ: Cho một hệ thống điện gồm các nhà máy thuỷ điện và nhiệt điện, nhu cầu

điện và dòng nước chảy dự tính là có sẵn trong năm theo hai tháng một :

Bốn nhà máy nhiệt điện với khả năng sản xuất có thể của mỗi nhà máy là 1 TWh

ở mỗi thời kỳ và với mức chi phí tương ứng cho trong bảng.

Nhà máy Điện năng sản xuất trong thời kỳ

cuối cùng là 1 TWh trong hồ chứa.

(ii) Chi phí biên ngắn hạn của mỗi thời kỳ Giả thiết việc phân phối phụ tải cho

các nhà máy nhiệt điện trong hệ thống sử dụng phương pháp xếp hạng.

 Phụ tải tối thiểu của tổ máy 1 và 2 là 0,3 MW và 2,4

MW Phụ tải cực đại của tổ máy 1 là 3 MW và phụ tải cực đại của tổ máy 2 là 5MW.

 Xác định phân phối công suất cho 2 tổ máy để thỏa

mãn nhu cầu phụ tải là 4 MW với chi phí nhỏ nhất.