Một số vấn đề vận hành kinh tế hệ thống điện

Trường Đại học Bách khoa Hà Nôi
Bộ môn Hệ Thống Điện - Khoa Điện
===============================
PGS. TS. Lã Văn Út
Một số vấn đề về
vận hành kinh tế hệ thống điện
===========

Hà Nội 10 - 2002
Nội dung
I. BÀI TOÁN VẬN HÀNH KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1. Các nội dung tính toán kinh tế kỹ thuật chủ yếu đối với HTĐ.
1.2. Vài đặc điểm về hiện trạng và sự phát triển của HTĐ Việt Nam (trên
quan điểm vận hành kinh tế).
1.3. Vai trò, ý nghĩa của các bài toán tối ưu hóa chế độ vận hành của hệ
thống điện
II. BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU CÁC NGUỒN ĐIỆN
2.1. Nội dung bài toán.
2.2. Đặc điểm bài toán vận hành tối ưu nguốn trong HTĐ Việt Nam. Vấn
đề lựa chọn mô hình và phương pháp tính toán.
2.3. Hiệu quả áp dụng các phương pháp tính toán, vận hành tối ưu các nhà
máy điện trong hệ thống điện hợp nhất.
2.4. Hiệu quả xây dựng mạch hai đường dây siêu cao áp 500 kV Bắc -
Trung - Nam
2.5. Đánh giá vai trò và hiệu quả của các dự án phát triển nguồn điện đối
với hệ thống
III. VẤN ĐỀ VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
3.1. Giảm tổn thất điện năng - chỉ tiêu kinh tế chủ yếu trong vận hành tối
ưu hệ thống cung cấp điện.
3.2. Đặc điểm bài toán vận hành tối ưu nguồn trong hệ thống điện Việt
Nam. Vấn đề lựa chọn mô hình và phương pháp tính toán.

3.2. Lựa chọn vị trí và dung lượng bù tối ưu công suất phản kháng trong
hệ thống cung cấp điện.
3.3. Các trang thiết bị mới và vấn đề điều khiển vận hành tối ưu hệ thống
cung cấp điện.
IV. VẤN ĐỀ KHAI THÁC TỐI ƯU NGUỒN THỦY NĂNG
4.1. Điều tiết dài hạn ở các nhà máy thủy điện
4.2. Hiệu quả của nhà máy thủy điện tích năng.
Tài liệu tham khảo
2
I. BÀI TOÁN VẬN HÀNH KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN
Những đặc điểm của hệ thống điện Việt Nam cần quan tâm khi tính
toán vận hành tối ưu hệ thống

1.1. Các nội dung tính toán kinh tế kỹ thuật chủ yếu đối với HTĐ.
1.2. Vài đặc điểm về hiện trạng và sự phát triển của HTĐ Việt Nam
(trên quan điểm vận hành kinh tế).
1. Sự hình thành hệ thống điện hợp nhất.
Hệ thống điện hợp nhất có những đặc điểm chính như sau:
. Góp phần giảm được dự trữ tổng về công suất
. Cho phép phối hợp khai thác hợp lý công suất và năng lượng
của các nhà máy thủy điện nói riêng - các nhà máy điện nói
3
Quy hoạch, thiết kế Điều khiển, vận hành
Phát triển,
mở rộng
Cải tạo, nâng cấp
thiết bị
TÍNH TOÁN KINH TẾ
KỸ THUẬT
Tối ưu hóa

chế độ
nguồn điện
Tối ưu hóa
chế độ lưới
điện
Phân tích kinh tế, tài
chính, lựa chọn phương án
khả thi
Xác định phương thức vận
hành tối ưu (cực tiểu hóa chi
phí vận hành)
chung và nâng cao tính kinh tế tổng hợp của chúng do có nhiều
phương án để lựa chọn.
. Giảm được phụ tải cực đại tổng của hệ thống điện hợp nhất.
. Cho phép hỗ trợ lẫn nhau giữa các hệ thống điện khi công suất
các nhà máy điện thay đổi theo mùa nhất là đối với thủy điện,
khi phụ tải các hệ thống điện khác nhau thay đổi khác nhau, khi
cần sửa chữa thiết bị và sự cố.
. Hệ thống điện hợp nhất làm tăng sự liên kết giữa các phần tử,
điều đó cũng có nghĩa là sự cố ở một nơi nào đó có thể dẫn đến
ảnh hưởng ở một nơi rất xa.
2. Sự tăng trưởng nhảy vọt về nhu cầu tiêu thụ điện.
- Kể từ khi hợp nhất hệ thống điện, phụ tải toàn hệ thống và từng
miền tăng khá nhanh dẫn đến hệ thống điện Việt nam luôn phải
vận hành trong tình trạng căng thẳng về nguồn.
- Lưới cung cấp điện còn tồn tại nhiều vấn đề bất cập: có quá
nhiều cấp điện áp, tổn thất truyền tải cao, dung lượng bù công
suất phản kháng rất thiếu, ...
3. Một số nét đặc thù riêng của hệ thống điện Việt Nam.
- Có chiều dài lớn (trải dài theo lãnh thổ Bắc - Nam), có chiều

ngang nhỏ. Điều này dẫn đến các đường dây tải điện tương đối
dài.
- Nguồn điện trong hệ thống điện Việt nam rất nhiều chủng loại:
thủy điện, nhiệt điện than, nhiệt điện dầu, tuabin khí chu trình
đơn và chu trình hỗn hợp, điện diesel, ... với các đặc tính vận
hành rất khác nhau.
- Nguồn phân bố không đều theo khu vực:
. miền Bắc chủ yếu là các nhà máy thủy điện và nhiệt điện
than;
. miền Nam: bao gồm các nhà máy nhiệt điện dầu, tuabin
khí và tuabin khí hỗn hợp;
. miền Trung: cho đến nay có ít nhà máy điện.
- Lưới cung cấp điện có nhiều cấp điện áp (110, 66, 35, 22, 15,
10, 6 kV), cũ nát phi tiêu chuẩn (thiếu bù và các phương tiện
điều chỉnh điện áp).
1.3. Vai trò, ý nghĩa của các bài toán tối ưu hóa chế độ vận hành của hệ
thống điện
Xét ví dụ đơn giản:
Hệ thống điện có 2 khu vực:
4
. Khu vực 1 có: Nhiệt điện than 500 MW, thủy điện 1000 MW.
. Khu vực 2 có: Nhiệt điện dầu 800 MW, nhiệt điện khí 400 MW,
thủy điện nhỏ 200 MW.
. Liên kết qua đường dây siêu cao áp 500 kV, giới hạn truyền tải
Pmin = 100 MW, Pmax= 400MW.
. Tổn thất công suất 8% khi công suất truyền tải 500 MW (tỉ lệ
theo xấp xỉ bậc 2).
Các số liệu nguồn:
Nhà máy Khu
vực

Pmax
MW
Pmin
MW
Chi phí vận
hành
USD/MWh
Giới hạn sản
lượng ngày
(MWh)
Thủy điện I 1000 0 5 18000
Nhiệt điện than I 500 300 15 -
Nhiệt điện khí II 400 100 30 -
Nhiệt điện dầu II 800 200 60 -
Thuỷ điện nhỏ II 200 0 5 3000
Biểu đồ phụ tải
t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
P 1
796 774 767 766 778 814 840 884 937 1007 1034 951
913 925 1031 969 1014 1110 1384 1440 1350 1178 965 839
P 2
718 699 690 691 702 735 758 798 846 909 934 859
824 835 930 874 915 1002 1300 1250 1220 1064 871 757
5
TĐ1
T§2
NĐT
N§D
NĐK
P1

P2
ĐDSCA
Kết quả phân tích
P
Dgh
0 100 200 300 400 500 600
C
Σ
1180480 998035 854472 770193 738574 730525 730442
E
ng
TD1
12783 15038 17317 18000 18000 18000 18000
NT
7200 7369 7628 9278 10718 11545 11630
ND
10706 8432 6919 6010 5696 5699 5710
NK
7200 7098 6216 5006 4070 3380 3317
TD2
4000 4000 4000 4000 4000 4000 4000
Sự biến thiên của hàm mục tiêu
Nhận xét:
1. Cùng đảm bảo cho một biểu đồ phụ tải ngày, các phương án phân bố
khác nhau về công suất cho các nhà máy, có chi phí khác nhau đáng kể.
Nguyên nhân: các nhà máy khác nhau nhiều về chủng loại với chi phí
sản xuất khác nhau nhiều.
2. Đường dây liên kết với giả thiết có công suất truyền tải khác nhau ảnh
hưởng rất mạnh đến chi phí vận hành của toàn hệ thống. Tuy nhiên khi
tăng khả năng truyền tải đến một mức độ nào đó thì sự thay đổi giá trị

của hàm mục tiêu không đáng kể.
6
0
200000
400000
600000
800000
1000000
1200000
1400000
1 2 3 4 5 6 7
3. Khi xét hệ thống như một khu vực thì giới hạn truyền tải công suất sẽ
có khả năng không đảm bảo. Không cho phép vận hành.
II. BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU CÁC NGUỒN ĐIỆN
2.1. Nội dung bài toán.
Bài toán vận hành tối ưu hệ thống điện cần được mô tả ở dạng quy
hoạch tổng hợp, mô tả tổng quát như sau:
Hàm mục tiêu
Cực tiểu hoá chi phí sản xuất điện năng:

min))((
1 1
⇒






++=

∑ ∑
= =
k
i
jiji
m
j
ijji
SDCSUCPCC
(1-1)
Trong đó:
i = 1..k Khoảng thời gian tính toán, khảo sát.
j = 1..m Số tổ máy có trong hệ thống điện.
Cij (Pij) các hàm mô tả đặc tính chi phí theo công suất phát của
tổ máy phát điện .
SUCji Chi phí khởi động của tổ máy j ở giờ i.
SDCji Chi phí dừng máy của tổ máy j ở giờ i.
Các ràng buộc:
- Cân bằng công suất tại mỗi nút của hệ thống điện (hệ phương
trình).
- Ràng buộc về lượng nước sử dụng trong chu kỳ khảo sát của các
nhà máy thuỷ điện (hệ phương trình).
- Đảm bảo yêu cầu dự phòng công suất quay trong hệ thống (hệ
bất phương trình).
- Ràng buộc về biểu đồ cung cấp khí của các nhà máy điện tuabin
khí (hệ phương trình).
- Giới hạn truyền tải công suất trên một số nhánh của lưới điện.
- Giới hạn công suất phát (tối đa, tối thiểu) của các tổ máy;
- Ràng buộc về tốc độ tăng giảm công suất của tổ máy;
- Ràng buộc về khởi động và dừng tổ máy: số giờ chạy máy tối

thiểu, số lần khởi động nhiều nhất, số giờ dừng máy tối thiểu,
các tổ máy phải chạy, phải dừng...
Phân loại bài toán vận hành tối ưu:
7
Người ta thường phân loại bài toán theo khung thời gian khảo sát:
- Thời gian từ vài tháng đến vài năm là bài toán phương thức vận
hành dài hạn.
- Từ một ngày đến vài tuần là phương thức vận hành trung hạn.
- Từ vài tiếng đến vài ngày là bài toán phương thức vận hành
ngắn hạn.
- Từ một vài phút đến một giờ là bài toán vận hành kinh tế thời
gian thực gắn với hệ thống SCADA/EMS.
2.2. Đặc điểm bài toán vận hành tối ưu nguốn trong HTĐ Việt Nam.
Vấn đề lựa chọn mô hình và phương pháp tính toán.
1. Đặc điểm đầu tiên cần nhận thấy, đó là sự đa dạng về chủng loại các
nhà máy điện: thuỷ điện, nhiệt điện than, nhiệt điện dầu, nhiệt điện khí,
nhiệt điện khí chu trình hỗn hợp, Diesel, ... Như trên đã nói, trong HTĐ
càng đa dạng về chủng loại nguồn thì hiệu quả bài toán tối ưu hoá vận
hành càng có ý nghĩa cao hơn, bởi sẽ có khả năng lựa chọn các phương
án có hiệu quả rất khác nhau về chi phí vận hành.
2. Tốc độ tăng trưởng nhảy vọt về nhu cầu tiêu thụ điện, đặt hệ thống vào
các tình huống căng thẳng về nguồn, dự trữ điện năng thấp, lựa chọn
phương thức vận hành tối ưu khi đó càng có ý nghĩa quyết định. Đôi khi
đó còn là cách duy nhất để tìm được phương án vận hành khả thi.
3. Giới hạn truyển tải công suất giữa các khu vực đối với HTĐ Việt Nam
cũng là một yếu tố bắt buộc cần phải xét đến. Nếu không xét giới hạn
này, lời giải sẽ hoàn toàn vô nghĩa (phương án vận hành không khả thi).
4. Tồn tại những đặc điểm riêng về nguồn ở một số nhà máy cũng là một
yếu tố cần quan tâm giải quyết (vùng cấm vận hành trên đặc tính, giới
hạn cung cấp khí theo biểu đồ...).

Vần đề lựa chọn phương pháp giải
Với các đặc điểm đã nêu, mô hình bài toán vận hành tối ưu HTĐ Việt
Nam cần được xét ở dạng đầy đủ của bài toán quy hoạch phi tuyến. Những
chương trình tính toán lập trên cơ sở các phương pháp sau đều không áp
dụng được (hoặc cần áp dụng có cải tiến):
- Phương pháp Lagrange;
- Phương pháp cân bằng suất tăng tương đối;
- Phương pháp quy hoạch động xét hệ thống như một khu vực.
...
8