Cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu

LVTN Tóm tắt
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang v HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường

TÓM TẮT

BƠi toán điều độ tối u tổ máy phát với một nhiên liệu duy nhất cho mỗi tổ
máy đư đợc giải trong những năm gần đơy. Tuy nhiên, trong thực t ngày nay do sự
phát triển của khoa học – công nghệ tại các nhƠ máy nhiệt điện mỗi tổ máy có thể sử
dụng nhiều loại nhiên liệu vƠ mỗi tổ máy đợc biểu diễn bởi các hƠm bậc hai bị đứt
đoạn. Các tổ máy đa nhiên liệu nƠy đang đối mặt với việc khó khăn xác định loại
nhiên liệu nƠo lƠ kinh t nhất để phát điện. Luận văn này trình bày ba phng pháp
giải bƠi toán phối hợp tối u các tổ máy phát điện sử dụng đa nhiên liệu sử dụng.
Thuận lợi của phng pháp sử dụng lƠ thƠnh lập hƠm toán học Lagrange một cách dễ
dƠng dựa trên lý thuyt cổ điển nhơn tử Lagrange. Các kt quả mô phỏng trong luận
văn cho thấy đơy lƠ các phng pháp hiệu quả khi so sánh với các phng pháp khác.

LVTN Abstract
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang vi HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
ABSTRACT

The optimal generation dispatch problem with only one fuel option for each
generating unit has been solven for many recent years. However, it is more realistic to
represent the fuel cost function for each fossil fired plants as a segmented piece-wise
quadratic functions. This is because of development of technology in thermal plants to
reach maximum fuel save. Those units are faced with the difficulty of determining
which is the most economical fuel to burn. This thesis presents three approaches to
solve the unit commitment problem with multiple fuel options. An advantage of the
methods is to formulate Lagrangie mathematical function easily based on the
Lagrange multiplier theory. The simulations result show that the approach is an
effective methods compared to others.

LVTN Mục lục
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang vii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


Trang tựa Trang
Quyt định giao đề tƠi
Lý lịch khoa học i
Lời cam đoan iii
Cảm tạ iv
Tóm tắt v
Mục lục vii
Danh sách các chữ vit tắt x
Danh sách các bảng xii
Danh sách các hình xiii
 01
1.1 Đặt vấn đề 01
1.2 Các nghiên cứu 02
1.3 Mục tiêu nghiên cứu 04
1.4 Phng pháp nghiên cứu 04
1.5 Phạm vi nghiên cứu 04
1.6 Điểm mới của đề tƠi 04
1.7 Giá trị thực tiễn 04
1.8 Bố cục của đề tƠi 05
 06
2.1 Phơn bố nguồn phát vƠ trao đổi công suất kinh t 06
2.1.1 Khái niệm chung về vận hƠnh kinh t 06
2.1.2 Phơn bố tối u 07
2.1.3 Trao đổi công suất kinh t 08
2.2 Yêu cầu của vận hƠnh kinh t 08
2.2.1 Chất lợng phục vụ 09

LVTN Mục lục
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang viii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
2.2.2 Chi phí sản xuất 09
2.3 Vai trò của vận hƠnh kinh t 09
2.3.1 Giảm chi phí nhiên liệu trong vận hƠnh 09
2.3.2 Giảm tổn thất điện năng 10
2.4 Xơy dựng chi phí vƠ phát điện tối u trong nhƠ máy nhiệt điện 10
2.4.1 C sở xác định giá điện 10
2.4.2 Phát điện tối u trong nhƠ máy nhiệt điện 14
Mô hình toán 19
3.1. Bài toán nghiên cứu 19
3.2. Các ký hiệu trong bƠi toán 19
3.3. Xơy dựng mô hình toán 20
3.3.1. BƠi toán đn nhiên liệu 20
3.3.2. BƠi toán đa nhiên liệu 22
3.4. Phng pháp giải bƠi toán đn nhiên liệu 33
3.4.1 Xơy dựng hƠm toán 33
3.4.2.Lu đồ giải thuật 33
3.4.3 Thuật toán 33
3.5. Phng pháp giải bƠi toán đa nhiên liệu 34
3.5.1. Phng pháp 1: Phng pháp kt hợp 34
3.5.2. Phng pháp 2: Phng pháp nhơn tử Lagrange 38
3.5.3. Phng pháp 3: Phng pháp hƠm chi phí tng đng 41
 44
4.1. BƠi toán nghiên cứu 44
4.2. Kt quả 45
4.2.1. Phng pháp 1: Phng pháp kt hợp 45
4.2.2. Phng pháp 2: Phng pháp nhơn tử Lagrange 46
4.2.3. Phng pháp 3: Phng pháp hƠm chi phí tng đng 50
4.3. So sánh kt quả 52

4.4. Nhận xét kt quả 55
LVTN Mục lục
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang ix HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
C 57
5.1. Kt Luận 57
5.2. Hớng phát triển của đề tƠi 57
  58
 60

LVTN Danh sách các chữ viết tắt
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang x HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
DANH SÁCH 

- HNUM: hierarchical approach based the numerical method
- HNN: Hopfield neural network
- ELANN: Enhanced Lagrangian Artificial Neural Network
- AHNN: Adaptive Hopfield neural network
- GA: genetic algorithm
- EP: evolutionary programming
- PSO: particle swarm optimization
- ETQ: Tabu search and Quadratic programming
- b
th/p
: Suất tiêu hao than ứng với mức công suất p (g/kWh).
- G
than
: Giá than (đồng/g).
- 7000 (kcal/kg): Nhiệt trị than tiêu chuẩn.
- Q
th

: Nhiệt trị than trung bình.
- b
FO
: Suất tiêu hao dầu ứng (g/kWh).
- G
FO
: Giá dầu (đồng/g)
- c
VLP
: Chi phí vật liệu phụ.
- B
p
: Suất tiêu dầu/khí ứng với mức công suất p (g/kWh với dầu
hoặc BTU/kWh với khí).
- G : Giá nhiên liệu (than/dầu) (đồng/g với dầu, đồng/BTU với khí).
- E (MWh): Điện năng đợc bán.
- F
j
(P
j
): HƠm chi phí nhiên liệu của tổ máy thứ j (Rs/h).
- P
j
: Công suất phát của tổ máy thứ j.
- j: Tổ máy thứ j. j = 1, 2, ,n.
- n: Tổng số tổ máy của nhƠ máy.
- a
j
, b
j

, c
j
: Các hệ số hƠm chi phí nhiên liệu của tổ máy thứ j.
- P
D
: Công suất tải yêu cầu (MW).
-
min
j
P
,
max
j
P
: Giới hạn công suất phát nhỏ nhất, lớn nhất của tổ máy
thứ j (MW).
LVTN Danh sách các chữ viết tắt
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang xi HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
- λ
j
: Nhơn tử Lagrange tng ứng với suất tăng tng đối tiêu hao
nhiên liệu của tổ máy thứ j.
- : Suất tăng tiêu hao nhiên liệu của toƠn nhƠ máy nhiệt điện.
- Δλ: Sai số suất tăng tiêu hao nhiên liệu của nhƠ máy nhiệt điện.
- F
jk
(P
jk
): HƠm chi phí nhiên liệu ứng với công suất phát tổ máy thứ j
nhiên liệu thứ k, (Rs/h).

- P
jk
: Công suất tổ máy thứ j ứng với nhiên liệu thứ k.
- k: Nhiên liệu thứ k, k = 1,2, ,m.
- m: Tổng số nhiên liệu của hệ thống.
- a
jk
, b
jk
, c
jk
: Các hệ số hƠm chi phí của tổ máy thứ j ứng với nhiên liệu
thứ k.
-
min
jk
P
,
max
jk
P
: Giới hạn công suất phát nhỏ nhất, lớn nhất của tổ máy
thứ j ứng với nhiên liệu thứ k (MW).
- ε : sai số cho phép.
- W: tổn thất trong nhƠ máy điện.
- L: Hàm toán học Lagrange

LVTN Danh sách các bảng
GVHD:TS. Lê Chí Kiên Trang xii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
DANH SÁCH CÁC 

Trang
Bảng 4.1: Giới hạn công suất tng ứng với mỗi loại nhiên liệu của từng tổ máy.
44
Bảng 4.2: Các hệ số hƠm chi phí tng ứng của các loại nhiên liệu của từng
tổ máy 44
Bảng 4.3: Kt quả phơn bố công suất ứng với các trờng hợp phụ tải khác nhau áp
dụng phng pháp kt hợp. 46
Bảng 4.4: Tổng chi phí với k = 1 ứng với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đn 0.8 47
Bảng 4.5: Tổng chi phí với k = 2 với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đn 0.8 47
Bảng 4.6: Tổng chi phí với k = 3 với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đn 0.8. 48
Bảng 4.7: Kt quả phơn bố công suất ứng với các trờng hợp phụ tải khác nhau áp
dụng phng pháp nhơn tử Lagrange. 49
Bảng 4.8: Tổng chi phí phát điện với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đn 0.8. 50
Bảng 4.9: Kt quả phơn bố công suất ứng với các trờng hợp phụ tải khác nhau áp
dụng phng pháp hƠm chi phí tng đng. 51
Bảng 4.10: So sánh kt quả chi phí vƠ thời gian mô phỏng trong trờng hợp tải
2400 MW. 52
Bảng 4.11: So sánh kt quả chi phí vƠ thời gian mô phỏng trong trờng hợp tải
2500 MW. 53
Bảng 4.12: So sánh kt quả chi phí vƠ thời gian mô phỏng trong trờng hợp tải
2600 MW 54
Bảng 4.13: So sánh kt quả chi phí vƠ thời gian mô phỏng trong trờng hợp tải
2700 MW 55


LVTN Danh sách các hình
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang xiii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang
Hình 2.1: Quy trình tính giá bin đổi 12
Hình 2.2 Đờng cong vƠo-ra cu
̉
a mô
̣
t tô
̉
ma

y. 13
Hình 2.3: Suất tăng chi phí nhiên liệu tng 

ng v

i công suơt pha

t cu
̉
a tô
̉
ma

y co


đ

ng cong va


o ra nh (hình 2.2). 16
Hình 3.1: HƠm chi phí của một tổ máy tng ứng với từng loại nhiên liệu. 22
Hình 3.2: HƠm chi phí tng ứng với mỗi nhiên liệu của 2 tổ máy. 25
Hình 3.3: Đặc tuyn chi phí của tổ máy gồm 3 đoạn bậc hai 26
Hình 3.4: Đặc tuyn chi phí tng đng 27
Hình 3.5: Xây dựng đặc tuyn tng đng bằng cách bình phng cực tiểu 30
Hình 3.6: Xơy dựng đặc tuyn tng đng bằng phng pháp đồ thị trong matlab
31
Hình 3.7: Xơy dựng đặc tuyn tng đng bằng lệnh polyfit trong matlab 32
Hình 3.8: Lu đồ giải thuật tối u nhƠ máy nhiệt điện sử dụng đn nhiên liệu 33
Hình 3.9: Lu đồ giải thuật tối u nhƠ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu dùng
phng pháp kt hợp. 36
Hình 3.10: Lu đồ giải thuật tối u nhƠ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu dùng
phng pháp nhơn tử Lagrange 38
Hình 3.11: Lu đồ giải thuật tối u nhƠ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu dùng
phng pháp hàm chi phí tng đng 41


LVTN Chương 1: Tổng quan
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 1 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường



1.1. .
Nh ta bit, trong hệ thống điện tính liên tục cung cấp điện luôn đợc đa
lên hƠng đầu, nó ảnh hởng đn tính kinh t của một quốc gia hay vùng kinh t sử
dụng điện. Để có thể đáp ứng đủ nhu cầu năng lợng cho việc phát triển kinh t thì
tăng trởng năng lợng điện phải gấp đôi tăng trởng kinh t (Việt Nam). Từ đó,
vấn đề đợc đặt ra với ngƠnh điện lƠ phải đảm bảo điều kiện lƠm việc cũng nh các
quy tắc an toƠn về nguồn, đờng dơy, bảo vệ, phụ tải….v.v. Bên cạnh tính đảm bảo

năng lợng điện thì chi phí phát điện cũng lƠ một bƠi toán không kém phần quan
trọng. (Nu có thể cực tiểu chi phí phát điện thì giá thƠnh của điện năng cũng giảm
vƠ lợi nhuận của nhƠ đầu t đợc gia tăng.) Nu ta cứ tip tục xơy dựng nguồn cung
cấp để đáp ứng nhu cầu mƠ không quan tơm đn vấn đề kiểm toán năng lợng cũng
nh lƠm nh th nƠo để sử dụng tốt các nguồn sẵn có, các nguồn sẵn có nƠy đư đợc
sử dụng hiệu quả cha, có thể khắc phục đợc hay không. Vậy tính kỹ thuật đư đạt
đợc nhng trong khi tính kinh t lại bị bỏ qua với một sai sót lớn.
NgƠy nay, sự mất ổn định giá nhiên liệu đư tác động lớn đn việc cơn bằng
năng lợng cho các hệ thống điện vƠ đặc biệt có ý nghĩa rất lớn đối với các nhƠ
máy nhiệt điện. Do vậy, vận hƠnh tối u các tổ máy phát nhiệt điện lƠ bƠi toán cực
kỳ quan trọng nhằm tit kiệm nhiên liệu, đồng thời lƠm giảm bớt lợng khí thải
gơy ảnh hởng trực tip đn môi trờng xung quanh.
: Phơn bố tối u nguồn phát lƠ sự bố trí phát công suất tại các nguồn
phát sao cho tổng chi phí tiêu hao nhiên liệu toƠn hệ thống lƠ thấp nhất, nhng
phải đảm bảo các yêu cầu của ngồn phát nh: chất lợng điện năng, nhu cầu phụ
tải, độ tin cậy cung cấp điện…
Một trong những bƠi toán kinh t - kỹ thuật khi vận hƠnh vƠ thit k hệ thống
điện là: Xác định sự phân bố tối ưu công suất phát giữa các tổ máy nhiện điện
trong nhà máy nhiện điện nhằm đáp ứng một giá trị phụ tải tổng cộng đã qui định.
LVTN Chương 1: Tổng quan
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 2 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
Hay nói cách khác là cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện trong nha
máy nhiệt điện.
Việc nghiên cứu phng thức phơn phối tối u công suất trong hệ thống điện
không những nơng cao tính kinh t trong vận hƠnh mƠ còn đóng góp vào tính
chính xác vƠ hợp lý khi qui hoạch, thit k hệ thống điện.

Bài toán phối hợp tối u các tổ máy phát nhiệt điện lƠ một bƠi toán quan
trọng trong hệ thống điện nhằm giảm chi phí phát điện đn mức thấp nhất có thể đư
đợc nghiên cứu vƠ đa ra nhiều phng pháp giải trong những thập niên gần đơy.

Với thời gian vận hƠnh các nhƠ máy nhiệt điện lơu dƠi, nhiên liệu hóa thạch lƠ
nguồn hữu hạn. Từ đó bƠi toán đặt ra lƠ phải sử dụng loại nhiên liệu nƠo lƠ hợp lý
cho mức công suất yêu cầu. Trớc đơy, mỗi tổ máy chỉ sử dụng một loại nhiên liệu
để đốt, điều nƠy có nghĩa mỗi tổ máy chỉ có một hƠm chi phí bậc hai duy nhất. Tuy
nhiên, ngƠy nay mỗi tổ máy có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu, vƠ mỗi nhiên liệu
đợc dùng s tng ứng với mức công suất phát ra. Do đó, mỗi tổ máy đợc biểu
diễn xấp xỉ thƠnh nhiều hƠm bậc hai tng ứng với các giới hạn công suất vƠ nhiên
liệu khác nhau. Khó khăn cho vận hƠnh các tổ máy nƠy lƠ lƠm nh th nƠo để xác
định đợc nguồn nhiên liệu để đốt mang lại hiệu quả kinh t nhất. VƠ cũng do đặc
tính chi phí không liên tục vƠ nhiều tối u cục bộ nên các phng pháp thông
thờng thì rất khó giải bƠi toán nƠy. Một phng pháp để giải bƠi toán với các tổ
máy có nhiều nhiên liệu lƠ tuyn tính hóa từng đoạn vƠ giải chúng bằng các phng
pháp truyền thống [1]. Phng pháp hay hn lƠ vẫn giữ giả thit các hƠm chi phí
bậc hai theo từng đoạn vƠ giải chúng. Sự dò tìm phơn cấp dựa vƠo phng pháp số
(hierarchical approach based the numerical method _ HNUM) đợc giới thiệu trong
[2] lƠ một cách để giải bƠi toán. Tuy nhiên, việc giải bƠi toán bằng phng pháp số
s khó khăn hn rất nhiều với những hệ thống lớn, đặc biệt với các rƠng buộc không
cực trị. Việc ứng dụng mạng noron Hopfield (Hopfield neural network _HNN) [3]
với u điểm lƠ đn giản thì lại gặp những khó khăn trong xử lý một số rƠng buộc
bất đẳng thức, vƠ những bƠi toán lớn với nhiều rƠng buộc bởi bất đẳng thức. Ngoài
LVTN Chương 1: Tổng quan
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 3 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
ra, sự hội tụ của HNN cũng phụ thuộc vƠo sự lựa chọn các hệ số phạt cho các rƠng
buộc. Trong mạng noron Lagrange tăng cờng (Enhanced Lagrangian Artificial
Neural Network ELANN) [4], các nhơn tử Lagrange đợc cải thiện nhằm đảm bảo
tính hội tụ vƠ cho các kt quả tối u, vƠ việc xúc tác cũng đợc sử dụng để đạt đợc
sự hội tụ nhanh. Tuy nhiên, cả hai HNN vƠ ELANN đều có số vòng lặp lớn cho sự
hội tụ vƠ thờng dao động suốt quá trình quá độ. Mạng noron Hopfield thích nghi
(Adaptive Hopfield neural network _AHNN) [5], [6] lƠ một sự cải tin của HNN
bằng việc điều chỉnh độ dốc vƠ độ lệch của các noron suốt quá trình hội tụ nhằm đạt

đợc kt quả nhanh hn.
Gần đơy, các kỹ thuật tối u phỏng đoán đư đợc áp dụng để giải bƠi toán
nh thuật toán di truyền (genetic algorithm_GA) [7], [8], qui hoạch tin hóa
(evolutionary programming _EP) [9], [10], vƠ tối u hóa bầy đƠn (particle swarm
optimization _PSO) [11], [12]. GA phụ thuộc nhiều vƠo hƠm tng thích, nhạy
với tỉ lệ lai vƠ đột bin, s đồ mư hóa các bit của nó, vƠ độ dốc của đờng cong
không gian dò tìm dẫn đn lời giải. Với c ch dò tìm song song, phng pháp EP
có xác suất cao để tìm các lời giải tối u. Đối với những bƠi toán quá phức tạp thì
kt quả chỉ gần tối u. Các phng pháp nƠy có số vòng lặp lớn vƠ nhạy với các
thông số điều khiển liên quan [11], [12]. NgoƠi ra gần đơy, tối u hóa bầy đƠn
(PSO) đư đợc áp dụng rộng rải trong các bƠi toán tối u hóa hệ thống điện. Mặc
dù phng pháp nƠy cho ra lời giải tối u trong khoảng thời gian tính toán ngắn
vƠ đặc điểm hội tụ ổn định hn một số phng pháp khác [13], nhng nó lại nhạy
với việc thay đổi các thông số. Phng pháp nƠy vẫn đang đợc nghiên cứu về
khả năng giải các bƠi toán hệ thống điện phức tạp. Một thuật toán kt hợp của
Evolutionary programming, Tabu search and Quadratic programming (ETQ) đợc
đa ra trong [14] để khắc phục những khó khăn của những phng pháp đn giản.
Tóm lại, các phng pháp đều có những u vƠ nhợc điểm riêng, phng
pháp cho kt quả tối u thì quá trình thƠnh lập bƠi toán khó khăn, số vòng lặp hội tụ
lớn. Phng pháp giải đn giản thì cho kt quả không nh mong đợi. Từ đơy luận
LVTN Chương 1: Tổng quan
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 4 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
văn đề xuất ba phng pháp giải bƠi toán dựa vƠo hƠm toán Lagrange đợc thƠnh
lập để cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu.
.

 Phng pháp nhơn tử Lagrange đợc áp dụng để giải bƠi toán tối u đem lại
kt quả chấp nhận đợc.
 Giảm đn mức nhỏ nhất chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa
nhiên liệu mƠ vẫn đảm bảo an ninh năng lợng.


Giải tích vƠ mô phỏng toán học trên c sở hƠm mục tiêu lƠ cực tiểu chi phí
phát điện với thuật toán ứng dụng lƠ nhơn tử Lagrange.
1
 Cực tiểu chi phí phát điện giữa các tổ máy phát đn nhiên liệu, các hàm chi
phí của các tổ máy phát lƠ bậc hƠm bậc hai, bỏ qua tổn hao các tổ máy.
 Cực tiểu chi phí phát điện giữa các tổ máy phát có nhiều loại nhiên liệu, các
hàm chi phí của các tổ máy phát lƠ bậc hƠm bậc hai theo từng đoạn nhiên liệu, bỏ
qua tổn hao các tổ máy.

 Đa ra hƠm chi phí phát điện tại các tổ máy nhiệt điện vƠo hƠm mục tiêu
phát điện, từ đó tìm đợc chi phí phát điện thấp.
 Xơy dựng lu đồ giải thuật dựa trên toán tử nhơn tử Lagrange.

Nghiên cứu phng thức vận hƠnh các nhƠ máy điện trong hệ thống nhằm đáp
ứng đủ nhu cầu phụ tải vƠ có thể cực tiểu chi phí phát điện. Điều nƠy có ý nghĩa to
lớn cho nguồn năng lợng điện hiện nay khi nguồn tƠi nguyên khoáng sản đang đi
đn hồi cạn kiệt vƠ đối với môi trờng đang bị phá huỷ nghiêm trọng. Chính vì vậy
mƠ đề tƠi “Cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu”
s góp phần giải quyt vấn đề nƠy.
Với kt quả nghiên cứu thì đề tƠi có thể:
 ng dụng cho các tổ máy nhiệt điện trong hệ thống.
LVTN Chương 1: Tổng quan
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 5 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
 Sử dụng tƠi liệu cho bƠi toán tối u.
 Sử dụng thuật toán cũng nh phng pháp nghiên cứu chó các nghiên cứu
khác.
1.8 
Cấu trúc luận văn gồm 5 chng cụ thể nh sau:
1. 

Tóm tắt những nghiên cứu trớc đơy, trình bƠy các hớng nghiên trớc đơy,
trình bƠy phng pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, điểm
mới, ý nghĩa vƠ bố cục của đề tƠi.
2. 
Trình bƠy đặc tính của phối hợp tối u vƠ lợi ích đem lại. Xơy dựng chi phí
vƠ phát điện tối u trong nhƠ máy nhiệt điện.
3. 
Xơy dựng mô hình toán học cho các tổ máy nhiệt điện. HƠm mục tiêu, các
rƠng buộc đợc đặt ra, từ đó xơy dựng hƠm Lagrange vƠ thuật toán giải cho bƠi toán
cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện.
4. 
Trình bày bƠi toán ứng dụng, kt quả nghiên cứu vƠ so sánh kt quả với các
phng pháp khác.
5. lvà hng phát tctài.
Đánh giá kt quả vƠ nêu hớng nghiên cứu tip theo của đề tƠi.
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 6 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường



2.1. 
2.1.1. 
Vận hƠnh hệ thống điện lƠ tập hợp các thao tác nhằm duy trì ch độ lƠm việc
bình thờng của hệ thống điện đáp ứng các yêu cầu chất lợng, tin cậy vƠ kinh t.
Nh đư bit, hệ thống điện bao gồm các phần tử có mối liên hệ chặt ch với nhau.
Sự lƠm việc tin cậy vƠ kinh t của hệ thống xuất phát từ sự tin cậy vƠ ch độ lƠm
việc kinh t của từng phần tử. Cùng với sự ra đời của các thit bị công nghệ mới,
những yêu cầu về vận hƠnh các thit bị nói chung ngƠy cƠng trở nên nghiêm ngặt.
Cũng nh đối với tất cả các thit bị, vấn đề vận hƠnh hệ thống điện trớc ht phải
cần phải thực hiện theo đúng quy trình quy phạm. Các quy trình sử dụng thit bị do

nhà ch tạo cung cấp vƠ hớng dẫn. Quy trình vận hƠnh các thit bị của hệ thống
đợc xơy dựng trên c sở các quy trình sử dụng thit bị có xét đn những đặc điểm
công nghệ của hệ thống. Nh ta đư bit hệ thống điện có hƠng loạt các đặc điểm
khác biệt, mƠ dới đơy lƠ một số đặc điểm nổi bật nhất có liên quan trực tip đn
quá trình vận hƠnh hệ thống điện:
 
Đặc điểm nƠy cho thấy điện năng không thể cất giữ dới dạng dự trữ. Điều đó
dẫn đn sự cần thit phải duy trì sao cho tổng công suất phát của tất cả các nhƠ máy
điện phải luôn luôn phù hợp với nhu cầu tiêu thụ của tất cả hộ dùng điện. Sự mất
cơn đối s lƠm giảm chất lợng điện mƠ một số trờng hợp có thể dẫn đn sự cố vƠ
mất ổn định hệ thống. Do phụ tải luôn thay đổi từ giá trị cực tiểu đn cực đại, cần có
các biện pháp điều chỉnh ch độ lƠm việc hợp lý của các nhƠ máy điện.
 
Giữa các phần tử hệ thống điện luôn luôn có những mối quan hệ ht sức mật
thit với nhau. Sự thay đổi phụ tải của một nhƠ máy điện bất kỳ, sự đóng cắt một
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 7 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
phần tử bất kỳ của mạng điện nh trạm bin áp, đờng dơy truyền tải, v.v…đều dẫn
đn sự thay đổi ch độ lƠm việc của các nhƠ máy điện khác. Nhơn viên vận hƠnh
của một nhƠ máy điện hoặc một mạng điện độc lập không phải bao giờ cũng đánh
giá đợc tất cả những gì diễn ra trong hệ thống điện, bởi vậy phải thống nhất hƠnh
động của họ khi có sự thay đổi ch độ lƠm việc của hệ thống điện. Sự thống nhất
nƠy cần thit để duy trì chất lợng điện ở mức cho hợp lý.
 
Nh chúng ta đư bit, tất cả các diễn bin xẩy ra trong hệ thống cực kỳ nhanh
vƠ phức tạp. Điều đó đòi hỏi phải nơng cao những yêu cầu đối với hệ thống điện.
Một hệ thống điện phải đợc trang bị các thit bị tự động để duy trì chất lợng điện
vƠ độ tin cậy cung cấp điện.
 
Hệ thống điện có liên quan mật thit đn tất cả các ngƠnh vƠ mọi lĩnh vực sản

xuất sinh hoạt của nhơn dơn. Đặc điểm nƠy đòi hỏi phải nơng cao những yêu cầu đối
với hệ thống điện nhằm giảm đn mức tối thiểu thiệt hại đối với nền kinh t do chất
lợng điện vƠ độ tin cậy giảm.
 
Sự mở rộng của hệ thống điện đợc thực hiện trên c sở mở rộng vƠ phát triển
của nền kinh t quốc dơn. Việc mở rộng vƠ phát triển hệ thống điện phải đợc thực
hiện dựa trên c sở phát triển của các ngƠnh sản xuất để mang lại hiệu quả cao nhất.
Quá trình vận hƠnh hệ thống điện đợc thực hiện với sự quán triệt chặt ch các đặc
điểm trên nhằm đáp ứng đợc những yêu cầu c bản của hệ thống điện.
2.1.2. 



.
Phơn bố tối u nguồn phát lƠ sự bố trí phát công suất tại các nguồn phát sao
cho chi phí tiêu hao nhiên liệu lƠ thấp nhất, nhng phải đảm bảo về độ tin cậy cung
cấp điện vƠ chất lợng điện năng.
Một trong những bƠi toán kinh t - kỹ thuật khi vận hƠnh vƠ thit k hệ thống
điện lƠ: xác định sự phơn bố tối u công suất giữa các tổ máy nhiệt điện trong nhà
máy điện của hệ thống điện nhằm đáp ứng tổng giá trị phụ tải tổng đư đợc bit.
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 8 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
Hay nói cách khác lƠ cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện trong nhƠ máy
nhiệt điện.
Việc nghiên cứu phng thức phơn bố tối u công suất trong nhà máy điện
không những nơng cao tính kinh t trong vận hƠnh mƠ còn đóng góp vƠo tính chính
xác vƠ hợp lý khi qui hoạch, thit k hệ thống điện.
2.1.3. .
Trao đổi công suất kinh t thực chất lƠ việc mua bán điện sao cho cả hai bên
đều có lợi, việc trao đổi công suất kinh t có thể diễn ra khi có sự chênh lệch có

mức độ giữa suất tăng chi phí nhiên liệu của hai hệ thống.
Trao đổi công suất kinh t xảy ra khi có sự lựa chọn nguồn cung cấp điện cho
phép, lấy ví dụ, trong việc sản xuất, bán hoặc mua điện. Trong những trờng hợp
nh vậy, quyt định mua hoặc không mua điện đợc dựa trên c sở tng quan
kinh t trong mỗi trờng hợp vƠ các chi phí tăng trởng kèm theo vƠ các giá trị
giảm phát, các tổn hao truyền tải (hệ số phạt) cũng đợc tính đn trong việc phơn bố
điện đn điểm kt nối giữa các hệ thống.
2.2. 
Tất cả các yêu cầu của vận hƠnh hệ thống điện trực tuyn phải đợc thực hiện
ngay lập tức, vƠ việc sản xuất, phơn phối năng lợng s đợc vận hƠnh với giá
thƠnh nhỏ nhất. Các yu tố nƠy thông thờng không đợc chú ý của cộng đồng dơn
chúng, vƠ họ rất ít khi nghĩ đn hệ thống, trừ khi có rắc rối sự cố hay mất điện, dù lƠ
thoáng qua.
Các yu tố kinh t bị ảnh hởng bởi các tác động của ngời vận hƠnh bao gồm
phơn bố tải cho thit bị nguồn phát, thờng lƠ của nhƠ máy nhiệt điện ni mƠ các
hiệu suất vƠ giá thánh nhiên liệu lƠ các yu tố chính trong giá thƠnh sản xuất điện.
Việc vận hƠnh trong các nhƠ máy nhiệt điện cũng có thể ảnh hởng đn giá thƠnh
phát điện, khi mƠ giá nhiên liệu tăng nhanh. Khả năng mua đợc điện vƠ lịch đại tu
hoặc sữa chữa thit bị, tất cả có ảnh hởng đn giá thƠnh vận hƠnh. Ngời điều
khiển hệ thống phải điều khiển một cách cơn nhắc với những yu tố nƠy.
Tóm lại, yêu cầu của vận hƠnh kinh t hệ thống điện lƠ đảm bảo an toƠn tuyệt
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 9 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
đối cho hệ thống điện, đảm bảo chất lợng phục vụ, có chi phí sản xuất, truyền tải
vƠ phơn phối thấp nhất.
2.2.1. .
Chất lợng điện năng theo pháp định:
- Chất lợng tần số.
- Chất lợng điện áp.
Độ tin cậy cung cấp điện hợp lý.

2.2.2. .
Chi phí 
- Chi phí nhiên liệu.
- Tổn thất điện năng.
- Chi phí bảo dỡng định kỳ.
- Chi phí để khắc phục hậu quả, sửa chữa thit bị hỏng do sự cố.
- Chi phí tiền lng.
- Khấu hao thit bị.
2.3. 
Giảm đn nhỏ nhất chi phí sản xuất điện năng lƠ mục tiêu của việc phơn bố tối u
nguồn phát trong hệ thống điện, bao gồm:
1- Giảm chi phí do nhiên liệu.
2- Giảm tổn thất điện năng.
Các mục tiêu trên đợc thực hiện bằng cách:
- Qui hoạch thit k hệ thống điện với các ch độ kinh t nhất vƠ có đủ các
trang thit bị cần thit để điều khiển các ch độ vận hƠnh. Đồng thới, có tính đn k
hoạch phát triển điện trong tng lai.
- Trong vận hƠnh, lập k hoạch vận hƠnh đúng đắn vƠ thực hiện đợc k hoạch
đó.
2.3.1. h.
Giảm chi phí nhiên liệu trong vận hƠnh bao gồm:
- u tiên tăng lợng công suất phát ra tại các nhƠ máy nhiệt điện gần phụ
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 10 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
tải nhằm giảm tổn hao truyền tải dẫn đn giảm chi phí tiêu hao nhiên liệu trong toƠn
hệ thống.
- u tiên tăng lợng công suất phát ra tại các nhƠ máy nhiệt điện có tiêu
hao nhiên liệu thấp.
- Tối u công suất các tổ máy nhiệt điện trong nhƠ máy nhiệt điện.
K hoạch vận hƠnh hệ thống điện đợc thực hiện nh sau:

- Lập k hoạch vận hƠnh chi tit cho từng tuần lễ gồm: thƠnh phần tổ máy
tham gia vận hƠnh trong tuần, trong ngƠy, trong giờ.
- Lập k hoạch vận hƠnh ngƠy đêm bằng cách xác định công suất phát từng
giờ của từng nhƠ máy tham gia vận hƠnh, k hoạch ngừng vƠ khởi động lại các tổ
máy.
K hoạch sản xuất bao gồm cả k hoạch bảo dỡng định kỳ các tổ máy
trong năm.
Để lập đợc các k hoạch trên có hai bƠi toán c sở phải sử dụng thờng
xuyên lƠ phơn bố công suất tối u giữa các tổ máy trong nhƠ máy nhiệt điện vƠ giữa
các nhƠ máy nhiệt điện.
2.3.2. 
Giảm tổn thất điện năng có ý nghĩa rất lớn trong vận hƠnh lới điện. Giảm
tổn thất điện năng bao gồm các biện pháp cần thêm vốn đầu t vƠ các biện pháp
không cần vốn đầu t. Có những biện pháp thực hiện một lần khi quy hoạch thit k
hệ thống điện nh chọn dơy dẫn, chống tổn thất vầng quang; có biện pháp đợc
chuẩn bị trong quy hoạch thit k vƠ đợc thực hiện trong vận hƠnh nh phơn bố tối
u công suất phản kháng, điều chỉnh điện áp.
2.4. 

 
Giá thƠnh sản xuất điện lƠ toƠn bộ chi phí bằng tiền của nhƠ máy điện bỏ ra
trong quá trình sản xuất vƠ tiêu thụ sản phẩm điện bao gồm: giá trị của nguyên liệu,
vật liệu, máy móc, thit bị vƠ các tƠi sản cố định khác đư tiêu hao trong sản xuất; chi
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 11 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
phí trả công lao động (tiền lng, phụ cấp lng vƠ thởng); vƠ một số chi phí bằng
tiền khác (trích nộp bảo hiểm xư hội, trả lợi tức, chi phí quản lí, vv ). Giá thành là
một chỉ tiêu chất lợng quan trọng, phản ánh một cách tổng hợp và toàn năng suất
lao động; nó chi phối c bản hiệu quả kinh t vƠ kt quả hoạt động sản xuất, kinh
doanh của nhƠ máy điện vƠ có ý nghĩa đặc biệt đối với nhƠ máy nhiệt điện.

Thông thờng giá thƠnh đợc tính theo yu tố chi phí sản xuất hoặc tính theo
khoản mục chi phí. Mỗi nhƠ máy điện có chi phí sản xuất điện gồm chi phí cố định
vƠ chi phí bin đổi khác nhau. Dựa trên chi phí sản xuất điện của từng nhƠ máy,
ngời ta xơy dựng k hoạch huy động phát của các nhƠ máy điện trong hệ thống.
Trong thị trờng điện cạnh tranh, các công ty phát điện luôn đặt mục tiêu tối
đa hóa lợi nhuận bằng cách tăng doanh thu vƠ giảm chi phí sản xuất. Đầu vƠo của
sản xuất điện lƠ nguyên liệu, vật liệu phụ, lƠ sửa chữa lớn thit bị, lƠ hƠng hóa dịch
vụ mua ngoƠi… MƠ những yu tố đầu vƠo nƠy thay đổi theo thị trờng nên việc tính
mức giá điện, xác định các chi phí sản xuất đóng vai trò rất quan trọng trong việc
vận hƠnh tối u nhƠ máy điện, hệ thống điện.
 
Giá chƠo bao gồm chi phí cố định, chi phí bin đổi, lợi nhuận mong
muốn:
Giá chƠo = Chi phí cố định + Chi phí bin đổi + Lợi nhuận.
 
Chi phí cố định cho phát điện gồm các chi phí:
- Chi phí khấu hao c bản.
- Chi phí vận hƠnh cố định.
- Chi phí sửa chữa.
- Thu đất, tƠi nguyên.
- Lưi vay (nu có).
- Các chi phí khác (nu có).
 Chi phí 
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 12 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
Tuỳ thuộc vƠo từng loại hình nhƠ máy, cách thức hoạt động của các tổ
máy mà có cách tính chi phí bin đổi khác nhau. Ví dụ: đối với nhƠ máy
nhiệt điện chi phí bin đổi đợc tính dựa trên quy trình gồm ba bớc sau:
- Tính giá trung bình.
- Tính chi phí vƠ nội suy đờng cong chi phí về đờng cong bậc hai.

- Tính giá biên.


Hình 2.1: Quy trình tính giá bin đổi.
 Tính giá trung bình:
Tuỳ thuộc vƠo từng loại hình tổ máy khác nhau, phng thức hoạt động khác
nhau mà có cách tính khác nhau:
- 
Với nhƠ máy nhiệt điện than, giá trung bình đợc xác định nh sau:
/
*7000*
*
th p than
P FO FO VLP
th
bG
G b G c
Q
  
(2.1)
Trong đó:
b
th/p
: Suất tiêu hao than ứng với mức công suất p (g/kWh).
G
than
: Giá than (đồng/g).
7000 (kcal/kg): Nhiệt trị than tiêu chuẩn.
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 13 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường

Q
th
: Nhiệt trị than trung bình.
b
FO
: Suất tiêu hao dầu ứng (g/kWh).
G
FO
: Giá dầu (đồng/g)
c
VLP
: Chi phí vật liệu phụ.
- 
G
p
= B
p
xG + c
VLP
(2.2)
Trong đó:
B
p
: Suất tiêu dầu/khí ứng với mức công suất p (g/kWh với dầu
hoặc BTU/kWh với khí).
G : Giá nhiên liệu (than/dầu) (đồng/g với dầu, đồng/BTU với khí).
c
VLP
: Chi phí vật liệu phụ (đ/kWh)
 :

Nhơn giá trung bình với các mức công suất ta đợc chi phí trong 1
giờ. Các điểm rời rạc trên đồ thị chi phí thể hiện mối quan hệ giữa công suất phát
vƠ chi phí trong 1 giờ.
Nội suy đờng cong chi phí nƠy về đờng cong bậc hai chính lƠ đờng đặc
tuyn.
Ta s lƠm rõ hn quy trình xấp xỉ đờng cong chi phí về đờng cong bậc
hai, ta cần xấp xỉ:
2
()G P AP BP C  

Sử dụng phng pháp trung bình bình phng cực tiểu, nghĩa lƠ ta cần
tìm A, B, C sao cho hƠm số sau đạt cực tiểu:
2
234
0 0 0
n n n
i i i i
i
i i i
P A P B P C F P
  
     
  
     
     
   

23
0 0 0
n n n

i i i i
i
i i i
P A P B P C F P
  
     
  
     
     
   

 
00
nn
i i i
ii
n A P B P C F

   
  
   
   
  

LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 14 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
22
0
( , , ) ( )
n

i i i i
i
F a b c aP bP c PG

   

(2.3)
 Tính giá biên:
Ta xác định đờng cong giá biên bằng cách lấy đạo hƠm của đờng
cong chi phí:
()
2AP+B
m
d GP
G
dP

(2.4)
 
Giá lợi nhuận lƠ phần giá tuỳ chọn do nhƠ máy thêm vƠo. Có 3 cách
tính giá lợi nhuận nh sau:
- Không tính giá lợi nhuận.
- Giá lợi nhuận = Giá bin đổi * Tỷ lệ phần trăm giá bin đổi.
- Giá lợi nhuận = Hằng số (Ngời dùng nhập).
Lợi nhuận phát điện chính bằng số d của giá bán trừ cho chi phí phát điện, để
lợi nhuận tối đa thì chi phí phát điện phải tối thiểu, quan hệ nƠy đợc thể hiện qua
biểu thức sau:
Lợi nhuận bán điện = (Giá bán x E ) - chi phí sản xuất.
Trong đó:
Giá bán (Rs/MWh): Giá điện đợc bán ra.

E (MWh): Điện năng đợc bán.

Yu tố chính của chi phí vận hƠnh máy phát lƠ nhiên liệu đầu vƠo/giờ, trong
khi đó các yu tố còn lại chỉ góp phần nhỏ. Chi phí nhiên liệu có ý nghĩa trong
trờng hợp nhƠ máy nhiệt điện vƠ nhƠ máy điện nguyên tử, còn ngợc lại với nhƠ
máy thủy điện. nhƠ máy phong điện,… kho năng lợng lƠ miễn phí thì chi phí nhiên
liệu không còn ý nghĩa nữa. Vì vậy cực tiểu chi phí phát điện có một ý nghĩa cực kỳ
quan trọng trong nhƠ máy nhiệt điện.
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 15 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
Chi phí vận hành (Rs/hr)
Hay nhiên liệu (triệu kcl/
hr)
(MW)
min
(MW)
max
Công suất phát ra MW

2.2: Đờng cong vƠo-ra cu
̉
a mô
̣
t tô
̉
ma

y.
Đờng cong đầu vƠo của 1 tổ máy [18] (gồm nồi hi, tuabin vƠ máy phát) có
thể đợc thể hiện bằng đn vị triệu Kilocalo mỗi giờ hoặc đồng rupi (tiền ấn độ)

trong 1 giờ, ngợc lại đầu ra đợc sử dụng đn vị MW. Đờng cong chi phí nƠy có
thể đợc quyt định qua thực nghiệm. Đờng cong điển hình đợc biểu diễn trong
hình 2.2. Trong đó (MW)
min

lƠ công suất giới hạn tải nhỏ nhất lƠ giá trị mƠ không
kinh t để vận hƠnh hệ thống, vƠ (MW)
max

lƠ giới hạn công suất tải lớn nhất, đờng
cong đầu vƠo- đầu ra không liên tục tại các quá trình mở van hi mƠ không đợc chỉ
ra trong hình. Bởi sự điều chỉnh một đa thức có bậc hợp lý thì một biểu thức đại số
đối với chi phí vận hƠnh đợc vit nh sau:
F
j
(P
j
) Rs/hour tại giá trị đầu ra P
j

Trong đó j lƠ số nhƠ máy (tổ máy). Thông thờng, một đa thức bậc hai đủ để
đáp ứng, tức lƠ:
jjjjjjj
cPbPaPF 
2
)(

(2.5)
Độ dốc của đờng cong, tức lƠ,
j

j
P
F


đợc gọi suất tăng chi phí nhiên liệu (IC)
vƠ đợc biểu diễn bằng đn vị tiền ấn độ trên một MWh (Rs/MWh). Đồ thị diễn
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 16 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
suất tăng chi phí nhiên liệu tng ứng với công suất ngõ ra trong (hình 2.3). Nu
đờng cong chi phí xấp xỉ lƠ bậc hai nh trong phng trình (2.5), ta có:
(IC)
j
=2a
j
.P
j
+b
j
(2.6)
Chi phí nhiên liệu gia tăng (IC)
Rs/MWh
(MW)
min
(MW)
max
Công suất phát ra, MW
Đường cong chi phí
gia tăng thực tế
Đường

tuyến tính
xấp xỉ

Hình 2.3: Suất tăng chi phí nhiên liệu tng 

ng v

i công suơt pha

t cu
̉
a tô
̉
ma

y co


đ

ng cong va

o ra nh (hình 2.2).
Ta có, suất tăng chi phí nhiên liệu lƠ một quan hệ tuyn tính. Để thu đợc suất
tăng chi phí nhiên liệu chính xác hn có thể đợc biểu diễn bởi số phơn đoạn đờng
dơy ngắn (mức độ chia nhỏ tuyn tính). Nh một sự lựa chọn, ta có thể điều chỉnh
đa thức có bậc phù hợp để miêu tả đờng cong IC dới dạng ngợc lại:
)()(
2
 ICICP

jjjjj

(2.7)
 
Giả sử rằng các máy phát đợc phát ra để cung cấp cho tải P
D
bit trớc, tức lƠ
những máy phát phải lƠm việc để đáp ứng công suất yêu cầu của tải, tức lƠ:

Dj
PP 

max

(2.8)
Trong đó P
j
max
lƠ công suất định mức của máy phát thứ j vƠ P
D
lƠ tổng công
suất yêu cầu của tải. Hn nữa, công suất mỗi máy phát phát ra phải thỏa mưn điều
kiện giới hạn công suất, tức lƠ:
P
j
min


P
j


P
j
max

j=1, 2, 3…., n (2.9)