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

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
ðẠI HỌC ðÀ NẴNG




NGUYỄN LÊ ðỊNH



NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG BÀI TOÁN OPF
TRONG THỊ TRƯỜNG ðIỆN


Chuyên ngành: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ðIỆN
Mã số: 60.52.50



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT



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

ðà Nẵng – Năm 2006


2

LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
(
*
)

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


NGUYỄN LÊ ðỊNH

LỜI CÁM ƠN
Tôi xin chân thành cám ơn Lãnh ñạo Công ty
Truyền tải ñiện 2, Lãnh ñạo ðội ñiều ñộ ñã tạo nhiều
ñiều kiện thuận lợi ñể tôi tham dự khóa học này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn ñối với PGS.TS Lê
Kim Hùng, người ñã tận tâm hướng dẫn tôi hoàn
thành luận văn này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn ñối với các thầy cô giáo
khoa ñiện Trường ðại học Bách khoa Hà Nội,
Trư

ờng ðại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh,
Trường ðại học Bách khoa ðà Nẵng ñã truyền thụ
cho tôi những kiến thức quí báu trong suốt quá trình
học tập.
Cuối cùng, vợ con tôi là nguồn ñộng viên tinh thần
vô giá ñể tôi hoàn thành khóa học.




(
*
)

Luận văn do Công ty Truyền tải ñiện 2 tài trợ (2003 – 2006)



3

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



4

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




5

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



6

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

,
λ µ
- véctơ hệ số Lagrange, ñây là các véctơ hàng
r
λ
- vectơ của hệ số Lagrange tương ứng với phương trình cân bằng
công suất tác dụng và phản kháng tại nút cân bằng r.
T
T T
d d
,
 
=
 
d P Q
- vectơ công suất tác dụng và phản kháng tiêu thụ.
T
T T
,
 
=
 
g g

g P Q
-

vectơ công suất tác dụng và phản kháng cung cấp.
[ ]
T
∆P,∆Q
=∆Ł
- vectơ tổn thất công suất toàn hệ thống gồm tổn thất
công suất tác dụng và phản kháng.
θ
- vectơ góc pha ñiện áp nút, ñây là vectơ cột
V
- vectơ ñộ lớn ñiện áp nút, ñây là vectơ cột
[ ]
T
r dr dr
P Q= ,d
- vectơ công suất phụ tải tại nút r
T
r gr gr
P Q
 
= ,
 
g
- vectơ công suất phát ñiện tại nút r
[ ]
T
r r r

θ ,V=x
- vectơ ñiện áp nút tại nút r.
a,b,c
- các hằng số
i, j, r
- các nút trong hệ thống ñiện
r
- nút cân bằng (tham chiếu)
F
- hàm mục tiêu, ñây là ñại lượng vô hướng
L
- hàm Lagrange


7

g
P
- công suất tác dụng của máy phát
g
Q
- công suất phản kháng của máy phát
d
P
- công suất tác dụng của phụ tải
d
Q
- công suất phản kháng của phụ tải
п
- giá nút

8

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


9

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



10

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



11

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



12

MỞ ðẦU
1. Lý do chọn ñề tài
Hình thành và phát triển thị trường ñiện lực cạnh tranh là xu thế tất yếu
ñang diễn ra ở nhiều nước trên thế giới. Ở nước ta, ñể hội nhập kinh tế quốc
tế và khu vực, ngay từ bây giờ, phải từng bước nghiên cứu, xây dựng và
phát triển thị trường ñiện lực cạnh tranh.
Năm 1994, Chính phủ từng bước cải tổ ngành ñiện bằng cách tách rời
chức năng quản lý Nhà nước và chức năng quản lý doanh nghiệp. Năm
1995, Chính phủ quyết ñịnh thành lập EVN như là một doanh nghiệp nhà
nước quản lý khối nguồn, khối truyền tải, khối phân phối và các dịch vụ
phụ trợ. Luật ñiện lực có hiệu lực thi hành từ ngày 01 tháng 7 năm 2005.
Cục ðiều tiết ñiện lực ñược thành lập theo Quyết ñịnh số 258/2005/Qð-
TTg ngày 19/10/2005. Thủ tướng Chính phủ vừa phê duyệt lộ trình các ñiều
kiện hình thành và phát triển các cấp ñộ thị trường ñiện lực tại Việt Nam
theo Quyết ñịnh số 26/2006/QÐ-TTg ngày 26/01/2006. Luận văn sẽ khái
quát lộ trình cải tổ ngành ñiện nước ta theo ba bước như sau:
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


13

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.




14

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,


15

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;


16

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:
(
)
2
g g g
C P cP bP a
= + +

Các 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.


17

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

18

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.


19

Chương 1
THỊ TRƯỜNG ðIỆN, OPF VÀ NGHẼN MẠCH
TRUYỀN TẢI
1.1. Tổng quan ngành ñiện Việt Nam giai ñoạn 2001-2010,
ñịnh hướng ñến năm 2020
Ngày 5 tháng 10 năm 2004 Thủ tướng Chính phủ ñã ký quyết ñịnh số
176/2004/Qð-TTG phê duyệt chiến lược phát triển ngành ðiện Việt Nam
giai ñoạn 2004-2010, ñịnh hướng ñến 2020. Mùa xuân Bính Tuất (2006),
nhân dịp Tổng bí thư Nông ðức Mạnh và ñoàn công tác ñến thăm và làm
việc tại EVN, EVN ñã báo cáo một số kết quả chính ñã ñạt ñược và ñịnh
hướng phát triển ñiện lực trong tương lai.
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


20

những năm qua các ñiều kiện sản xuất kinh doanh khó khăn và giá cả ñầu
vào không ngừng tăng cao nhưng Tổng công ty ñã cố gắng phân ñấu sản
xuất kinh doanh có lãi, thực hiện tốt nghĩa vụ nộp ngân sách Nhà nước, ñã
bảo toàn và phát triển ñược vốn.
ðịnh hướng phát triển ñến năm 2020
:
ðáp ứng ñầy ñủ nhu cầu ñiện cho phát triển kinh tế - xã hội. Phấn ñấu
ñến năm 2010 sản lượng ñiện thương phẩm khoảng 97 tỷ kWh, năm 2020
ñạt sản lượng 260 tỷ kWh và ñến năm 2025 ñạt 380 tỷ kWh. ðiện sản xuất
năm 2010 ñạt 112 tỷ kWh, năm 2020 ñạt 290 tỷ kWh và năm 2025 ñạt 430
tỷ kWh. ðưa ñiện năng bình quân ñầu người từ 550 kWh/người năm 2005
lên 2600 kWh/người năm 2020 và 3.700 kWh/người năm 2025.
Do tốc ñộ khai thác và sử dụng quy mô lớn trên toàn cầu nên các dạng
năng lượng sơ cấp như than, dầu, khí, thủy năng sẽ dần dần bị cạn kiệt, dẫn
ñến nhiều quốc gia bị thiếu ñiện. Trong ñó ñối với nước ta, theo tính toán
vào năm 2015 do thiếu nguồn năng lượng trong nước nên sẽ thiếu hụt lượng
ñiện năng khoảng 9 tỷ kWh, năm 2020 thiếu 64 tỷ kWh và năm 2030 thiếu
190 tỷ kWh (gấp 4 lần sản lượng ñiện sản xuất năm 2005). Trong khi các
nguồn năng lượng mới như gió, mặt trời, ñịa nhiệt, thủy triều có tiềm năng
không lớn và suất vốn ñầu tư cao hơn từ 2-4 lần so với suất ñầu tư các nhà

máy ñiện truyền thống.
Công suất lắp ñặt của các nhà máy ñiện trong toàn hệ thống năm 2020
dự kiến khoảng 62.000 MW, năm 2025 khoảng 90.000 MW. Trong ñó kế
hoạch phát triển các nhà máy ñiện theo nguồn năng lượng như sau:
- Thủy ñiện: ưu tiên tập trung khai thác về thủy ñiện. ðến nay Việt
Nam ñã quy hoạch xong về thủy ñiện trong phạm vi toàn quốc nhưng ñến
nay mới khai thác ñược khoảng 25% tiềm năng, dự kiến ñến cuối năm 2008
sẽ ñầu tư xây dựng hầu hết các nhà máy thủy ñiện với tổng công suất


21

khoảng 12.100 MW, ñưa công suất các nhà máy thủy ñiện ñến năm 2020
khoảng 16.000 MW và ñến năm 2025 khoảng 20.000 MW. Với việc phát
triển các dự án thuỷ ñiện không chỉ ñáp ứng nhu cầu năng lượng cho phát
triển kinh tế mà còn ñạt ñược 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, khí; 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 ñiều
kiện sắp xếp bố trí lại dân cư, có chế ñộ ñền bù thỏa ñáng sẽ góp phần cải
thiện ñời sống, nâng cao dân trí cho nhân dân ở những khu vực ảnh hưởng
của các dự án; và ñặc biệt nâng cao hệ thống phòng thủ an ninh do ñặc ñiểm
các dự án thường ở các vùng sâu, vùng biên giới của ñất nước. ðóng vai trò
quan trọng trong việc chuyển dịch cơ cấu sang công nghiệp, tăng nhanh
GDP của khu vực miền núi.
- Nhiệt ñiện than: Việt Nam có chiều dài trên 3000 km nên cần nhanh
chóng bố trí các nhà máy chạy than vào miền Nam và miền Trung, có thể
dùng than VN hoặc nhập khẩu (ñể dành than) nhằm hỗ trợ cho các nhà máy
thủy ñiện khi vào mùa khô (3–5 tháng) và phục vụ ñiện tại chỗ khi có sự cố
xẩy ra, ñảm bảo an ninh ñiện 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 (2.000–3.000 MW). Tổng công suất nguồn nhiệt
ñiện than ñến năm 2020 khoảng 21.000 MW, ñến năm 2025 khoảng 36.000
MW.
- Nhiệt ñiện khí: ðến nay số lượng khí ñã thăm dò là 394 tỷ m3. Ngoài
Trung tâm ðiện 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 ñiện khí ñến năm 2020 khoảng 14.000 MW, ñến năm 2025


22

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
10 - 20 năm.
- Các nhà máy ñiện sử dụng các dạng năng lượng mới và tái tạo: gió,
mặt trời, thuỷ triều, ñịa nhiệt, sinh khối chỉ phát công suất tối ña 200-2000
MW nhưng suất vốn ñầu tư rất lớn, nên khả năng ñáp ứng nhu cầu ñiện
không ñáng kể.
- Nhà máy ñiện nguyên tử: Sau khi khai thác hầu hết nguồn năng
lượng sơ cấp trên thì Việt Nam vẫn thiếu ñiện quy mô ngày càng lớn. Do
vậy, việc tiến hành xây dựng nhà máy ñiện nguyên tử gần như là giải pháp
tất yếu. Chính phủ ñang xem xét báo cáo tiền khả thi dự án ñiện nguyên tử
ñầu tiên có công suất 2.000 MW nhưng do mức thiếu hụt ñiện quá lớn, nên
cần xem xét ñầu tư xây dựng ở quy mô lớn hơn, khoảng 8.000 MW năm
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.


23

+ 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


24

cấu tổ chức ngành dọc mà ñiều hành tất cả các chức năng bao gồm phát
ñiện, truyền tải, phân phối và bán lẻ, bị tách ra thành các công ty riêng biệt
phục vụ theo mỗi chức năng. Hoá ñơn tiền ñiện cho người dùng cuối cùng
gồm ít nhất hai phần: một, từ ñơn vị ñiều hành lưới ñiện truyền tải và phân
phối chịu trách nhiệm nối kết lưới ñiện và phục vụ bảo dưỡng; hai, từ các
công ty (hay nhà máy) chịu trách nhiệm phát ñiện năng.
1.2.2. Các mô hình thị trường ñiện
Năm 1996, Hunt và Shuttleworth [34] ñã ñưa ra bốn mô hình thị
trường ñiện. Các mô hình này tương ứng với mức ñộ khác nhau của sự ñộc
quyền và cạnh tranh trong nền công nghiệp ñiện; tương ứng với cấu trúc tổ
chức nền công nghiệp của mỗi quốc gia. Bốn mô hình này có các ñặc tính
như sau:
Mô hình 1:
ðộc quyền liên kết dọc. Cả ba khâu sản xuất, truyền tải và
phân phối ñiện năng cho khách hàng ñều do một công ty kiểm soát. Không
có cạnh tranh trong bất kỳ khâu nào. Mô hình này ñược sử dụng ở các nước:

Pháp, Bồ ðào Nha, Italy, Malaixia
Mô hình 2:
Duy nhất một ñại lý mua bán sỉ. Các nhà máy ñiện của nhà
nước cũng như của tư nhân cạnh tranh sản xuất với nhau còn khâu truyền
tải và phân phối ñược kiểm soát bởi một công ty ñộc quyền. Công ty truyền
tải có quyền lựa chọn nhà cung cấp cho mình, nhưng khách hàng dùng ñiện
không ñược chọn nhà cung cấp. Mô hình này thường ñược sử dụng trong
giai ñoạn ñầu của quá trình cải tổ.
Mô hình 3:
Cạnh tranh bán buôn. Khách hàng công nghiệp lớn có thể
ký hợp ñồng trực tiếp mua ñiện từ công ty truyền tải. Các công ty phân phối
có thể lựa chọn nhà cung cấp cho mình, có thể mua ñiện từ nhiều công ty
bán buôn khác nhau tuy nhiên vẫn ñộc quyền trong khâu phân phối cho các
khách hàng dùng ñiện. Khâu truyền tải có thể ñộc quyền sở hữu nhà nước


25

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
Công
su
ất

Thông
tin

Tiền tệ