quy hoạch nguồn điện trong dự báo phụ tải điện

5.1. Kh¸i niÖm chung
5.2. Mô hình bài toán qui hoạch nguồn điện
bằng phương pháp qui hoạch tuyến tính
5.3. Mô hình bài toán qui hoạch nguồn điện
bằng phương pháp qui hoạch nguyên hỗn
hợp
1


5.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Bài toán qui hoạch phát triển nguồn là một phần không thể
tách rời của bài toán tổng hợp về sự phát triển tối ưu hệ thống
điện. Tuy nhiên trong chừng mực nhất định bài toán qui hoạch
phát triển nguồn có thể được xem xét độc lập với các nội dung
khác (dự báo nhu cầu điện năng, qui hoạch phát triển lưới
điện, cân bằng năng lượng-nhiên liệu…).
Mặc dù nằm trong modun lớn là qui hoạch năng lượng (qui
hoạch hệ thống điện) mà nội dung này có nhiều modun con
(dự báo nhu cầu năng lượng, qui hoạch lưới điện, qui hoạch
nguồn điện, cân bằng năng lượng, nhiên liệu…) nhưng sự ảnh
hưởng giữa các modun chủ yếu mang ý nghĩa hiệu chỉnh sau
các bước lặp.
2


5.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Qui hoạch phát triển nguồn là bài toán để trả lời các câu
hỏi sau:
Nhà máy điện mới loại gì (nhiệt điện, thủy điện, tuabin
khí…)?
Chúng sẽ được xây dựng ở đâu? Khi nào khởi công?

Công suất bao nhiêu? Tiến độ ra sao? Và nguồn vốn thế
nào?
Một trong các yếu tố đầu vào quan trọng của qui hoạch
nguồn là các nguồn năng lượng sơ cấp.

3


Bài toán qui hoạch nguồn đồng nghĩa với việc
chọn cấu trúc tối ưu nguồn điện trong qui hoạch
phát triển hệ thống điện.
Bài toán chọn cấu trúc tối ưu trong qui hoạch phát
triển nguồn thường sử dụng phương pháp mô hình
hóa toán học kết hợp với máy tính. Quá trình giải
gồm ba bước:
1, Thống kê, gia công, xử lý số liệu ban đầu.
2, Thành lập hàm mục tiêu và những hàm ràng
buộc.
3, Chọn phương pháp giải và áp dụng giải
4


TĐ1

CS đăt

Cs Max: 800
MW

CS vh

(9 ẩn)

NĐ1

CS đăt

Cs Max:
1200

CS vh
(9 ẩn)

Hiện tại

5 năm

10 năm

15 năm

800

0

0

0

U1h051
U1h052

U1h053

U1h101
U1h102
U1h103

U1h151
U1h152
U1h153

0

0

0

U2h051
U2h052
U2h053

U1h101
U1h102
U1h103

U1h151
U1h152
U1h153

1200

5


TĐ3

CS đăt

Cs Max:
2000

CS vh
(18 ẩn)

Hiện tại

5 năm

10 năm

15 năm

0

X305

X310

X315

U305051

U305052
U305053

U310101
U310102
U310103

U315151
U315152
U315153

U305101
U305102
U305103

U310151
U310152
U310153
U305151
U305152
U305153
6


NĐ4

CS đăt

Cs Max:
1500

CS vh
(18 ẩn)

Hiện tại

5 năm

10 năm

15 năm

0

X405

X410

X415

U405051
U405052
U405053

U410101
U410102
U410103

U415151
U415152

U415153

U405101
U405102
U405103

U410151
U410152
U410153
U405151
U405152
U405153
7


TB KHí

CS đăt

Cs Max:
900

CS vh
(18 ẩn)

Hiện tại

5 năm

10 năm

15 năm

0

X505

X510

X515

U505051
U505052
U505053

U510101
U510102
U510103

U515151
U515152
U515153

U505101
U505102
U505103

U510151
U510152
U510153

U505151
U505152
U505153
8


Ng Tử

CS đăt

Cs Max:
2000

CS vh
(18 ẩn)

Hiện tại

5 năm

10 năm

15 năm

0

X605

X610

X615

U605051
U605052
U605053

U610101
U610102
U610103

U615151
U615152
U615153

U605101
U605102
U605103

U610151
U610152
U610153
U605151
U605152
U605153
9


Xét ba giai đoạn, ba bậc phụ tải
* Nhà máy hiện có:
- Không có ẩn công suất đặt X

- 09 ẩn công suất vận hành U
* Nhà máy đưa vào mới:
- 03 ẩn công suất đặt X
- 18 ẩn công suất vận hành U
Với hai nhà máy hiện có, bốn nhà máy mới:
- 12 ẩn công suất đặt X
- 9x2 + 18x4 = 94 ẩn công suất vận hành U
Vậy tổng ẩn : 106 ẩn
10


Nhu cầu phụ tải:
Thời gian làm
việc của
miền phụ tải

GIAI
ĐOẠN

Giờ/năm

5 năm

10 năm

15 năm

Phụ tải
đỉnh

500

2400

3300

6000

Phụ tải
giữa

3100

1800

2600

3700

Phụ tải
gốc

8760

800

1800

2500
11

5.2. MÔ HÌNH QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH
Hàm mục tiêu
J
T
t
D
1
1
Z = ∑∑
(C jv − S jv ).X jv + ∑∑∑∑
Fjvtd .U jvtt .θd → min
v − vo
v − vo
j=1 v = v1 (1 + r)
j=1 t =1 v = v1 d =1 (1 + r)
J

t

j : Chỉ số thứ tự của nhà máy.
v: Năm đưa nhà máy vào vận hành, lấy hai số cuối của năm
t: Giai đoạn con đang xét trong cả giai đoạn quy hoạch, lấy 2
số cuối của năm.
d: Chỉ số của miền đồ thị phụ tải năm kéo dài. ( d = 1, 2, 3)
θd: Thời gian của miền đồ thị phụ tải d.
Xjv: Công suất của nhà máy j đưa vào năm v.
12

Hàm mục tiêu
J
T
t
D
1
1
Z = ∑∑
(C jv − S jv ).X jv + ∑∑∑∑
Fjvtd .U jvtt .θd → min
v − vo
v − vo
j=1 v = v1 (1 + r)
j=1 t =1 v = v1 d =1 (1 + r)
J

t

Cjv: Suất vốn đầu tư cho nhà máy j đưa vào năm v.
Sjv: Giá trị thanh lý 1 đơn vị công suất của nhà máy j đưa
vào năm v.
Fjvtd: Suất chi phí vận hành của nhà máy j đưa vào năm v,
vận hành ở giai đoạn t trên miền đồ thị phụ tải d.
Ujvtd: Công suất thực phát của nhà máy j đưa vào năm v, vận
hành ở giai đoạn t trên miền đồ thị phụ tải d.
13


5.2. MÔ HÌNH QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH

1, Điều kiện thỏa mãn phụ tải đỉnh của hệ thống
J

t

∑∑ a

jv

.X jv ≥ Ptd (1 + m)

j=1 v = v1

;t = 1, T

Trong đó:
ajv : Hệ số khả dụng công suất của nhà máy j.
Ptd : Phụ tải cực đại ở giai đoạn đưa nhà máy vào hoạt
động.
m : Hệ số dự trữ công suất (thường lấy m = 1,15).
2, Ràng buộc về công suất phát thực tế
J

t

∑ ∑U

j=1
v = v1
d=1÷P

t=1÷T
Ptd : Phụ tải giai đoạn t bậc d.

jvtd

≥ Ptd

14


5.2. MÔ HÌNH QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH
3, Ràng buộc về khả năng phát công suất từng nhà máy
0 ≤ U jvtd ≤ a jv X jv

j = 1 ÷ J; v = v1 ÷ t; t = 1÷ T; d = 1 ÷ D
4, Ràng buộc năng lượng phát của nhà máy thủy điện
D

∑U

jvtd

θd ≤ H vt

d =1

v = v1 ÷ t; t = 1÷ T
5, Ràng buộc công suất đặt từng nhà máy
Xjv ≤ Xjvmax
Xjvmax : công suất đặt giới hạn của nhà máy j năm v

15


5.2. MÔ HÌNH QUI HOẠCH TUYẾN TÍNH
6, Ràng buộc đảm bảo cân bằng năng lượng
J2
 J1
 D
∑∑
 ∑ a jv .X jv .θd + ∑ β jv .U jvtd .θd ÷ ≥ ∑ Ptd θd
d =1 v = v1  j=1
j=1
 d =1
D

t

Trong đó:
J1 : số các nhà máy không phải thủy điện;
J2 : số các nhà máy thủy điện;
βjv :hệ số mùa của nhà máy thủy điện.

βjv = Năng lượng năm nước ít trong giai đoạn thống kê;

Năng lượng năm nước trung bình trong giai đoạn thống kê;

16


5.3. MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP

Mô hình QHTT khi giải bài toán QHPT nguồn điện tuy đơn
giản, nhưng lại có một nhược điểm lớn là: coi vốn đầu tư tỷ lệ
với công suất đặt, điều này chỉ có thể chấp nhận đối với hệ
thống điện mà nhiệt điện chiếm ưu thế và thuỷ điện là không
đáng kể. Còn khi hệ thống có thuỷ điện chiếm ưu thế (như hệ
thống điện Việt Nam) thì việc sử dụng mô hình tuyến tính đó
sẽ không hợp lý (do vốn đầu tư cố định cho các công trình cột
nước của nhà máy thuỷ điện thường chiếm từ 60-70% tổng
vốn đầu tư).
Do vậy, để khắc phục nhược điểm này sẽ áp dụng mô hình
QHTT –nguyên hỗn hợp cho bài toán trên, sau đó sẽ đối chiếu
và nhận xét kết quả thu được so với khi sử dụng mô hình
QHTT thuần tuý.
17


5.3. MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP
Để nhận được công suất nhỏ thì chi phí vốn đầu tư V đt vẫn
phải khá lớn do phần vốn đầu tư cố định ban đầu V0 cho các
công trình như đập, hồ chứa,… so với trị số tính toán V tt. Nếu
gọi đường đặc tuyến đó là V1(p) thì mặc dù V1(p) có dạng
đường thẳng nhưng nó không phải là quan hệ tuyến tính vì nó
bị gián đoạn tại điểm (0, V0):
V0 + K.P , Khi P > 0
V1 = 
, Khi P < 0
0
Đối với nhà máy nhiệt điện, quan hệ giữa lượng tiêu hao
nhiên liệu B với công suất P cũng mang tính phi tuyến rõ rệt:
công suất càng lớn thì suất tiêu hao nhiên liệu càng bé. Nếu có

kể đến tổn thất thì quan hệ sẽ có dạng đường cong.
18


5.3. MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP

Quan hệ giữa lượng tiêu hao nhiên liệu và công suất phát
19


5.3. MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP
Nếu bài toán qui hoạch có hàm mục tiêu dạng:
n

f (X) = ∑ K 'oj + C jX j → min
j=1

Thì bài toán đó sẽ không giải được bằng các thuật toán qui
hoạch tuyến tính thuần túy vì trong hàm mục tiêu xuất hiện
các hằng số K’oj mà mô hình tuyến tính không mô tả được.
Trước hết ta đưa mô hình bài toán n biến nhị phân yj , j = 1÷n
để biểu diễn quyết định có hoặc không tiến hành hoạt động j
tương ứng. Khi đó hàmn mục tiêu có dạng:
f (X) = ∑ (K j y j + C jX j ) → min
j=1

Trong đó: yj = 1 nếu xj > 0
yj = 0 nếu xj = 0
20

5.3. MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP
Để áp dụng các thuật toán của qui hoạch nguyên hỗn hợp
cần thực hiện một vài biến đổi.
Giả thiết xj hữu hạn, ta có thể đưa thêm vào bài toán một
loạt các ràng buộc dạng:
X j ≤ M.y j
Trong đó M là 1 số đủ lớn (lớn hơn mọi giá trị bất kì). Các
ràng buộc này tương đương với các điều kiện ở trên. Thật
vậy, các ràng buộc đảm bảo yj = 1 khi xj > 0, chỉ còn phải xét
khi xj = 0 thì yj =0 hay 1. Tuy nhiên với hàm mục tiêu tìm cực
tiểu thì điều kiện yj = 0 khi xj = 0 là điều đương nhiên, vì khi
xj = 0 hàm mục tiêu khi yj = 0 sẽ có giá trị nhỏ hơn khi yj =1
21


5.3. MÔ HÌNH QUI HOẠCH NGUYÊN HỖN HỢP
Từ đó bài toán qui hoạch khi có xét đến vốn đầu tư ban đầu
lớn được đưa về bài toán qui hoạch tuyến tính nguyên hỗn
hợp chuẩn có dạng:
Xác định tập X sao cho:
n

f (X) = ∑ (K j y j + C jX j ) → min
j=1

Thỏa mãn các ràng buộc:
x j − M.y j ≤ 0
0 ≤ yj ≤ 1
yj là số nguyên, j = 1÷n

22