Phân tích, đề xuất giải pháp quản lý tắc nghẽn của hệ thống truyền tải trong thị trường điện Việt Nam.PDF

Lý do chọn đề tài Tại điều 4 Luật Điện lực đề cập: “Xây dựng và phát triển thị trường điện lực theo nguyên tắc công khai, bình đẳng, cạnh tranh lành mạnh, có sự điều tiết của Nhà nước đ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN ANH TUẤN

PHÂN TÍCH, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ TẮC NGHẼN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI TRONG

THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VIỆT NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60.50.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng – Năm 2018

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS.Trần Tấn Vinh

Phản biện 1: PGS.TS Đinh Thành Việt

Phản biện 2: TS Vũ Phan Huấn

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp

thạc sĩ họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 30 tháng 6 năm

2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

− Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

− Thư viện Khoa Điện-Điện tử, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Tại điều 4 Luật Điện lực đề cập: “Xây dựng và phát triển thị trường điện lực theo nguyên tắc công khai, bình đẳng, cạnh tranh lành mạnh, có sự điều tiết của Nhà nước để nâng cao hiệu quả trong hoạt động điện lực; bảo đảm quyền và lợi ích hợp pháp của các đơn

vị điện lực và khách hàng sử dụng điện; thu hút mọi thành phần kinh

tế tham gia hoạt động phát điện, phân phối điện, bán buôn điện, bán

lẻ điện và tư vấn chuyên ngành điện lực Nhà nuớc độc quyền trong hoạt động truyền tải, điều độ hệ thống điện quốc gia, xây dựng và vận hành các nhà máy điện lớn, có ý nghĩa đặc biệt quan trọng về kinh tế - xã hội, quốc phòng, an ninh” Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 26/2006/QÐ-TTg ngày 26 tháng 1 năm 2006 (nay đã đuợc thay thế bằng Quyết định số 63/2013/QÐ-TTg ngày 8 tháng 11 năm 2013 của Thủ tướng Chính phủ) quy định về lộ trình, các điều kiện hình thành và phát triển các cấp độ thị truờng điện lực Việt Nam Theo đó, thị trường điện lực tại Việt Nam sẽ hình thành và phát triển theo 03 cấp độ: i)Thị trường phát điện cạnh tranh (dự kiến vận hành đến năm 2014); ii) Thị trường bán buôn cạnh tranh (từ năm

2015 đến năm 2021); và iii) Thị truờng bán lẻ điện cạnh tranh (từ năm 2021)

Thị trường phát điện cạnh tranh sau khi vận hành đã đạt được các kết quả tích cực Tuy nhiên, việc truyền tải công suất trong hệ thống truyền tải, xuất hiện hiện tượng nghẽn mạch đường dây truyền tải trong các chu kỳ cao điểm làm ảnh hưởng rất lớn đến kết quả vận hành thị truờng Ðây là những vần đề còn tồn tại, cần đặc biệt lưu tâm để giải quyết trong thời gian tới, đặc biệt khi Việt Nam đang chuyển sang thị trường bán buôn điện cạnh tranh

Sự tắc nghẽn ở lưới truyền tải có thể được giải quyết bằng sự hợp nhất những ràng buộc khả năng tải đường dây trong việc điều độ

và quá trình lập kế hoạch, bao gồm việc điều độ lại công suất phát hoặc cắt bớt phụ tải hoặc thực hiện một số biện pháp kỹ thuật khác Cho nên việc nghiên cứu, phân tích, đề xuất các giải pháp quản lý sự tắc nghẽn của hệ thống truyền tải trong thị trường điện và nhất là ở các mô hình thị trường điện khác nhau là thật sự cần thiết, có ý nghĩa

lý luận và thực tiễn cao đối với ngành điện Việt Nam hiện nay

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu ảnh hưởng của tắc nghẽn của hệ thống truyền tải đến hoạt động của thị trường điện Tính toán giá biên điểm nút (LMP), giá biên vùng Từ đó phân tích, đề xuất giải pháp quản lý tắc nghẽn của hệ thống truyền tải và ứng dụng vào thị trường điện Việt Nam

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu:

3.1 Đối tượng nghiên cứu:

- Mô hình thị trường điện phát điện cạnh tranh tại Việt Nam

- Ảnh hưởng của tắc nghẽn trong lưới truyền tải đến thị trường điện cạnh tranh

- Các giải pháp quản lý tắc nghẽn của hệ thống truyền tải trong thị trường điện cạnh tranh

3.2 Phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu ảnh hưởng của tắc nghẽn trong hệ thống truyền tải đến vận hành thị trường điện Phương pháp tính toán giá biên điểm nút và ứng dụng tính toán cho hệ thống điện truyền tải Việt Nam

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực tiễn

- Nghiên cứu bài toán phân bố công suất tối ưu để tính toán

điều độ tối ưu lưới truyền tải trong thị trường điện

- Sử dụng phương pháp Lagrange để tính toán LMP

- Sử dụng các phần mềm PSS/E; PowerWorld Simulator để tính toán phân bố công suất tối ưu và LMP

5 Đặt tên Đề tài

Căn cứ vào mục đích và nội dung nghiên cứu, chọ tên đề tài:

“Phân tích, đề xuất giải pháp quản lý tắc nghẽn cuả hệ thống truyền tải trong thị trường điện Việt Nam”

6 Bố cục luận văn

Chương 1: Phân tích ảnh hưởng của tắc nghẽn trong truyền tải điện đến thị trường điện cạnh tranh

Chương 2: Tính toán giá biên điểm nút

Chương 3: Các giải pháp quản lý tắc nghẽn

Chương 4: Ứng dụng trong thị trường điện Việt Nam Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA TẮC NGHẼN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐẾN THỊ TRƯỜNG ĐIỆN 1.1 Tổng quan về thị trường Điện:

1.1.1 Khái niệm chung về thị trường điện

1.1.2 Các mô hình tổ chức kinh doanh điện năng:

1.1.3 Tình hình phát triển của thị trường điện Việt Nam

Với xu thế hội nhập kinh tế toàn cầu đòi hỏi nước ta phải phát triển một thị trường điện cạnh tranh công khai, bình đẳng có sự điều tiết của nhà nước để nâng cao hiệu quả hoạt động điện lực, thu hút mọi thành phần kinh tế tham gia hoạt động phát điện, buôn bán điện

và tư vấn chuyên ngành điện

Nhận thấy việc hình thành một thị trường điện cạnh tranh như

các thị trường hàng hóa khác là điều không thể tránh khỏi Chính phủ

đã cụ thể hóa bằng Quyết định số 63/2013/QÐ-TTg ngày 8 tháng 11 năm 2013 của Thủ tướng Chính phủ) quy định về lộ trình, các điều kiện hình thành và phát triển các cấp độ thị truờng điện lực Việt Nam Theo đó, thị trường điện lực tại Việt Nam sẽ hình thành và phát triển theo 03 cấp độ:

i) Thị trường phát điện cạnh tranh (vận hành đến năm 2014) i) Thị trường bán buôn cạnh tranh (từ năm 2015 đến năm 2021)

iii) Thị truờng bán lẻ điện cạnh tranh (từ năm 2021)

1.1.4 Sơ lược Thị trường phát điện cạnh tranh Việt Nam

1.1.4.1 Sơ lược về thị trường phát điện cạnh tranh Việt Nam

Thị trường phát điện cạnh tranh Việt Nam (VCGM) - hiện đang áp dụng mô hình thị trường điện một người mua - là một thị trường điều độ tập trung chào giá ngày tới theo chi phí

Giá điện trả cho các tổ máy tham gia thị trường gồm hai thành phần: Giá biên hệ thống (SMP) của điện năng trong một chu kỳ giao dịch và Giá công suất (CAN) cho phần công suất trong một chu kỳ giao dịch

1.1.4.2 Nguyên tắc hoạt động của VCGM:

Toàn bộ điện năng của đơn vị phát điện tham gia vào thị trường điện được chào bán cho đơn vị mua duy nhất trên thị trường (SB), Công ty Mua bán điện và lịch huy động các tổ máy được sắp xếp dự trên các bản chào giá theo chi phí biến đổi

Điện năng mua bán được thanh toán theo giá hợp đồng và giá thị trường giao ngay của từng chu kỳ giao dịch thông qua hợp đồng sai khác

1.1.4.3 Các thành viên tham gia thị trường

Hình 1.1 Các nhóm thành viên của VCGM

1.2 Ảnh hưởng của tắc nghẽn truyền tải công suất trong thị trường điện

1.2.1 Giới thiệu chung về tắc ngẽn

Tắc ngẽn là tình huống khi nhu cầu dung lượng công suất truyền tải vượt quá giới hạn cho phép của đường dây Sự tắc nghẽn trong hệ thống dẫn đến một sự thay đổi từ thị trường điểm cân bằng đơn đến thị trường tại nút cân bằng khác

1.2.2 Phân tích ảnh hưởng của tắc nghẽn truyền tải công suất trong thị trường điện

Để phân tích sự ảnh hưởng của tắc nghẽn lưới truyền tải đến thị trường điện, chúng ta xem bài toán đơn giản sau:

Giả thiết rằng hàm chi phí máy phát ở mỗi nút như sau:

Ở nút A hàm này được cho bởi

=MCA=15+0,02PGA [$/MWh] (1.1) Trong khi ở nút B, nó được cho bởi

Hình 1.2 Mô hình lưới liên kết giữa hai nút

Khi thị trường điện hai nút vận hành độc lập, nguồn cung sẽ cung cấp cho tải tại chỗ thì giá lần lượt:

A =MCA=15+0,02x1400=43 [$/MWh] (1.3)

 =MCB=12+0,01x700 =19 [$/MWh] (1.4)

1.2.2.1 Truyền tải không ràng buộc

Khi thị trường điện của hai thị trường liên kết với nhau, đường dây liên kết giữa 2 vùng có khả năng truyền tải đến 2000MW, ta có phân bố công suất như sau:

C1 = Ax PGA +B x PGB =  (PGA +PGB) = 56.700 $/h (1.16)

Hình 1.3 Đồ thị miêu tả sự phối hợp của thị trường điện A và B

trong cùng một thị trường 1.2.2.2 Truyền tải có ràng buộc

Xét trường hợp đường dây có dung lượng truyền tải hạn chế ở

Đồ thị cung cấp

cho B

B =MC A

A =MC B

mức 500MW thì phải giảm một lượng công suất truyền tải trên đường dây xuống là: P = 800 - 500 = 300 MW

Như vậy lúc này công suất phát của 2 máy phát A và B lần lượt là: PGA = 900MW, PGB = 1200MW

Dùng công thức (1.15) và (1.16) chúng ta tìm được:

A=MCA=15+0,02x900=33$/MWh (1.17)

B=MCB =12+0,01x1200=24$/MWh (1.18) Tổng chi phí sản xuất của hệ thống là:

C2 = B x PGB + A x PGA = 58.500 $/h (1.19) Phí tổn tắc nghẽn AB cho đường dây liên kết là:

 

Từ đây chúng ta có:

AB = λA - λB (1.21) Như vậy, phí tổn tắc nghẽn cho đường dây liên kết AB là:

1.3 Tổng quan về phương pháp điều độ tối ưu

Vận hành công suất truyền tải giữa các thị trường sao cho vận hành hệ thống đem lại hiệu quả kinh tế cao Đây là bài toán tối ưu hoá chế độ vận hành hệ thống sao cho cực tiểu hoá hàm chi phí tính toán cho sản xuất, chi phí truyền tải…, đồng thời đảm bảo độ tin cậy của hệ thống điện

1.3.1 Phương pháp giải bài toán tối ưu với các điều kiện ràng buộc đẳng thức và bất đẳng thức

Trong những bài toán tối ưu, các biến số của hàm mục tiêu thường bị ràng buộc do những điều kiện kỹ thuật khác nhau Sau đây,

ta sẽ xét phương pháp Lagrange thường được dùng khi nghiên cứu bài toán tối ưu hoa phân phối công suất trong hệ thống điện

1.3.1.2 Hệ số nhân Lagrange trong các mô hình thị trường

Hệ số nhân Lagrange λ đối với ràng buộc đẳng thức

thay đổi nhỏ là ε thì một bài toán tối ưu mới tạo ra kết quả sẽ là:



 f (1.25)

1.3.2 Công thức bài toán điều độ tối ưu

Ta xét một hệ thống gồm n thị trường điện địa phương như

mô tả trên hình 2.1 Giả thiết rằng ở thị trường thứ i (i = 1, 2, … , n) tại thời điểm t đã biết được:

Cân bằng công suất cho toàn bộ thị trường i là:

) (, 1 , 1

1

ij n

j i j ij n

i Dj n

* Hàm lợi nhuận phụ tải:

Hàm chi phí của một phụ tải được cho bởi:

P b P b b P

PGj

Cj(PGj) )

Trong đó b0, b1, b2 là các hệ số

PDi là công suất phụ tải thứ i

Như vậy hàm mục tiêu của bài toán tối ưu trở thành:

 PGi PDj   Ci  PGi   Bj  PDj

thoả mãn điều kiện ràng buộc:

max min

Gi Gi

Gi P P

P   , i = 1, …, k (1.31)

max min

ij ij

ij P P

1.3.3 Mạng lưới có ràng buộc về giới hạn công suất truyền tải

Chúng ta có sự ràng buộc về khả năng truyền tải như sau:

Pijmin  Pij  Pijmax (1.33)

1.3.3.1 Lưới không có tổn thất công suất

Nếu không có tắc nghẽn trong hệ thống, thì phương trình giá biên trở thành:

 

i i Gi

Gi i

1.3.3.2 Lưới có tổn thất công suất

Nếu không có tắc nghẽn trong hệ thống, thì phương trình giá biên trở thành

i Gi

Gi i

P

L P

P C

P

L





cho biết tốc độ biến thiên của tổn thất truyền

tải theo công suất phát

1.3.4 Phương pháp dòng chảy công suất một chiều

1.4 Một số phương pháp quản lý tắc nghẽn

1.5 Ứng dụng giá biên điểm nút trong quản lý tắc nghẽn

1.6 Kết luận

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN GIÁ BIÊN ĐIỂM NÚT (LMP)

2.1 Mở đầu

2.2 Giá biên điểm nút (LMP)

Giá biên điểm nút tại một điểm cụ thể là tổng chi phí để phát 1MW tiếp theo nhằm cung cấp cho tiêu thụ tại một nơi cụ thể

2.3 Lý thuyết kinh tế cơ bản về LMP

2.3.1 Đặc tính giá biên điểm nút (LMP)

LMP = Chi phí biên tại nút chọn làm gốc + Chi phí biên tổn thất do tổn thất công suất truyền tải + Chi phí biên tắc nghẽn do ràng buộc về giới hạn truyền tải

2.4 Phương pháp xác định giá biên điểm nút

2.4.1 Phương pháp xác định giá biên điểm nút trong bài toán không xét tổn thất

Xét một ví dụ đơn giản là lưới liên kết hệ thống năng lượng

như hình 2.1

Bảng 2.1 Thông số đường dây

Đường dây Từ Đến Điện kháng (p.u) Giới hạn (p.u)

- Trường hợp đường dây không ràng buộc:

Đối với trường hợp không bị ràng buộc, chỉ có máy phát G1 điều phối và được thiết lập giá 10$/MWh Trong trường hợp này, LMP1 = LMP2 = LMP3 = 10$/MWh

- Trường hợp đường dây bị ràng buộc:

Đối với trường hợp bị ràng buộc (xét đến giới hạn truyền tải đường dây), máy phát G1 và G3 cùng điều phối và theo đó máy phát G1 giảm xuống Giá trị LMP sẽ khác nhau tại mỗi nút LMP2(15$/MWh) và LMP3 (20$/MWh) tính theo trào lưu công suất của các máy phát được mô tả theo hình (2.4) và (2.5)

2.4.2 Phương pháp xác định giá biên điểm nút trong hệ thống có xét tổn thất và ràng buộc

2.4.3 Tính toán chi phí tắc nghẽn truyền tải

Dùng LMP, tính toán chi phí mà mỗi phụ tải Dj trả cho tổn thất truyền tải và tắc nghẽn sử dụng quan hệ sau

2.4.4 Tác động của chi phí tắc nghẽn trong thị trường điện

Sự tắc nghẽn trong hệ thống dẫn đến một sự thay đổi từ thị trường điểm cân bằng đơn đến thị trường tại nút cân bằng khác Sự tắc nghẽn làm thay đổi biểu đồ lập sẵn đối với yêu cầu cân bằng cung

- cầu có thể dẫn đến cắt bớt công suất phát hoặc tiêu thụ Ngoài ra, việc tắc nghẽn nếu đem xét sự tác động của nó đến giá biên điểm nút (LMP) thì giá biên điểm nút gần như chỉ bị tác động bởi chi phí tắc nghẽn, các thành phần chi phí tổn thất gần như là không đổi vì ảnh hưởng đến chi phí đầu tư hệ thống Chính vì vậy, việc sử dụng hiệu quả giá biên điểm nút sẽ ảnh hưởng nhiều đến cán cân cung cầu và xa hơn nữa sẽ giải quyết vấn đề tắc nghẽn

CHƯƠNG 3 CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ TẮC NGHẼN

3.1 Mở đầu

Trong chương này sẽ giới thiệu phương pháp luận để giải quyết tắc nghẽn hệ thống, đưa ra một cách nhìn tổng quan về những phương pháp luận khác nhau thể giúp làm giảm tắc nghẽn

3.2 Sự tắc nghẽn hệ thống truyền tải

Trào lưu công suất trên đường dây bị tắc nghẽn làm giảm sản lượng điện năng ở các vùng gần tắc nghẽn Do đó sẽ gây ra sự khác nhau về giá trong vùng Sự khác nhau về giá được thể hiện theo sự ràng buộc của hệ thống giữa các vùng này TSO cố gắng giảm đến mức thấp nhất ảnh hưởng của tắc nghẽn về mặt kinh doanh và loại trừ tắc nghẽn hoàn toàn

3.3 Giảm tắc nghẽn hệ thống

3.3.1 Phương pháp ngắn hạn

3.3.2 Phương pháp dài hạn

3.3.3 Hệ thống dựa vào cạnh tranh

3.3.4 Phương pháp sử dụng công cụ giá để quản lý tắc nghẽn

3.4 Giải pháp quản lý tải kinh tế

Giải pháp cho quản lý tắc nghẽn trong phương pháp này là tìm những khách hàng tình nguyện hạ thấp tiêu thụ của họ khi sự tắc nghẽn truyền tải xuất hiện Phương pháp này có ba chỉ số để tính chỉ số toàn bộ cho việc quản lý tải Có ba nhân tố được xem xét trong việc tính toán chỉ số:

 Hiệu ứng trào lưu công suất thông qua chỉ số nhạy cảm

 Hệ số kinh tế của chỉ số LMP

 Ưu tiên giảm tải cho chỉ số cắt bớt tải khách hàng