PHÂN TÍCH và điều KHIỂN các CHẾ độ hệ THỐNG điện NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG THỊ TRƯỜNG điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

-------  -------

TRẦN PHƢƠNG NAM

PHÂN TÍCH VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC CHẾ ĐỘ
HỆ THỐNG ĐIỆN NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ
HOẠT ĐỘNG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

-------  -------

TRẦN PHƢƠNG NAM

PHÂN TÍCH VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC CHẾ ĐỘ
HỆ THỐNG ĐIỆN NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ
HOẠT ĐỘNG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN

Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện
Mã Số

: 62.52.50.05

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Ngƣời hƣớng dẫn : 1. PGS.TS ĐINH THÀNH VIỆT
2. GS.TS LÃ VĂN ÚT

Đà Nẵng - 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu được sử dụng trong luận án là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng. Những
kết quả trình bày trong luận án chưa từng được công bố trong bất cứ công
trình nào khác.

Tác giả luận án

TRẦN PHƢƠNG NAM


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài............................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ......................................................................................2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................2
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN THỊ TRƢỜNG ĐIỆN VÀ VẬN HÀNH
HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG ĐIỀU KIỆN THỊ TRƢỜNG ĐIỆN .................4
1.1. Xu thế xóa bỏ mô hình độc quyền của ngành điện và hƣớng đến TTĐ
cạnh tranh. .........................................................................................................4

1.2. Giới thiệu một số mô hình TTĐ cạnh tranh. ................................................6
1.3. Giới thiệu một số TTĐ trên thế giới và tại Việt Nam. ..................................8
1.4. Vận hành TTĐ. ......................................................................................... 13
1.5. Phân tích và điều khiển các chế độ HTĐ trong hoạt động TTĐ ................. 20
1.6. Các công trình khoa học liên quan đến phân tích và điều khiển nghẽn
mạch và ổn định điện áp HTĐ trong hoạt động TTĐ ........................................ 25
1.7. Các mô hình và công cụ tính toán .............................................................. 32
1.8. Nhận xét và kết luận chƣơng 1 .................................................................. 37
CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP
HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG HOẠT ĐỘNG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN ............39
2.1. Đặt vấn đề ................................................................................................. 39
2.2. Ổn định điện áp hệ thống điện ................................................................... 39
2.3. Phân tích và đánh giá ổn định điện áp HTĐ trong hoạt động TTĐ giao
ngay ................................................................................................................. 41
2.4. Nhận xét và kết luận chƣơng 2 .................................................................. 69
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ FACTS NHẰM
ĐIỀU KHIỂN CÁC CHẾ ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN NÂNG CAO
PHÚC LỢI THỊ TRƢỜNG ĐIỆN................................................................. 70
3.1. Đặt vấn đề ................................................................................................. 70
3.2. Tổng quan về thiết bị FACTS .................................................................... 71
3.3. Ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều khiển các chế độ HTĐ trong hoạt
động TTĐ ....................................................................................................... 74


3.4. Phân tích, lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị FACTS với TTĐ IEEE 39 nút..... 87
3.5. Phân tích, lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị FACTS với TTĐ Việt Nam năm
2016 ............................................................................................................... 106
3.6. Nhận xét và kết luận chƣơng 3 ................................................................ 122
CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT VÀ
ĐIỀU KHIỂN CÁC CHẾ ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG

HOẠT ĐỘNG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN .......................................................... 124
4.1. Đặt vấn đề .............................................................................................. 124
4.2. Tổng quan về hệ thống SCADA/EMS .................................................... 125
4.3. Giới thiệu hệ thống SCADA/EMS của HTĐ Việt Nam ........................... 127
4.4. Kết nối hệ thống SCADA/EMS với hệ thống vận hành TTĐ ................... 130
4.5. Xây dựng mô hình website giám sát nghẽn mạch và ổn định điện áp
HTĐ trong hoạt động TTĐ giao ngay............................................................. 134
4.6. Đề xuất mô hình giám sát và điều khiển nghẽn mạch HTĐ trong hoạt
động TTĐ giao ngay ...................................................................................... 139
4.7. Đề xuất mô hình giám sát và điều khiển ổn định điện áp HTĐ trong hoạt
động TTĐ giao ngay ...................................................................................... 141
4.8. Nhận xét và kết luận chƣơng 4 ................................................................ 142
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 144
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ .............. 149
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 151


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Nguyên nghĩa

ANN

Artificial Neural Network (Mạng nơron nhân tạo)

CBP

Cost-Based Pool (Thị trƣờng điện tập trung chào giá theo chi phí)

CĐXL

Chế độ xác lập

CfD

Contract for Difference (hợp đồng sai khác)

CNTT

Công nghệ thông tin

CPF

Continuation Power Flow (phƣơng pháp phân tích trào lƣu công suất
liên tục)

CSPK

Công suất phản kháng

CSTD

Công suất tác dụng

DISCO

Distribution Company (Công ty phân phối điện)

EPTC

Electric Power Trading Company (Công ty mua bán điện)

ERAV

Electricity Regulatory Authority of Vietnam (Cục điều tiết điện lực
Việt Nam)

EPTC

Electric Power Trading Company (Công ty mua bán điện)

Epoch

Vòng lặp huấn luyện mạng nơron

EVNIT

Vietnam Electricity Information Technology (Công ty thông tin viễn
thông điện lực)

FACTS

Flexible Alternating Current Transmission System (Hệ thống truyền
tải điện xoay chiều linh hoạt)

FTR

Financial Transmission Right (Quyền truyền tải tài chính)

VSA-PM

Voltage Stability Assessement - Power Market (Phƣơng pháp đánh
giá ổn định điện áp thị trƣờng điện giao ngay)

GENCO

Generation Company (Công ty phát điện)

HTĐ

Hệ thống điện

IPP

Independent Power Producer (Nhà máy phát điện độc lập)

LMP

Locational Marginal Price (Giá biên nút)

LUF

Line Utilization Factor (Hệ số mang tải của đƣờng dây)

MAE

Mean Absolute Error (Sai số tuyệt đối trung bình)

MAPE

Mean Absolute Percentage Error (Sai số tƣơng đối trung bình)

MCP

Market Clearing Price (Giá biên thị trƣờng)

MLP

Multi Layer Perceptron (Mạng nơron MLP)

MSE

Mean Squared Error (Sai số trung bình bình phƣơng)

NLDC

National Load Dispatch Centre (Trung tâm điều độ hệ thống điện
quốc gia)

NMĐ

Nhà máy điện

NMNĐ

Nhà máy nhiệt điện

NMTĐ

Nhà máy thủy điện

NPT

National Power Transmission Corporation (Tổng công ty truyền tải
điện quốc gia)

PBP

Price-Based Pool (Thị trƣờng điện tập trung chào giá tự do)

PPA

Power Purchase Agreement (Hợp đồng song phƣơng)

PX

Power Exchange (Trung tâm giao dịch)

SB

Single Buyer (Đơn vị mua buôn duy nhất)

SMO

System and Market Operation (Đơn vị vận hành hệ thống điện và thị
trƣờng điện)

STACOM

Static synchronous compensator (Tụ bù đồng bộ kiểu tĩnh)

SVC

Static Var Compensator (Tụ bù ngang có điều khiển)

TRANSCO Transmission Company (Công ty truyền tải điện)
TBA

Trạm biến áp

TCSC

Thyristor Controlled Series Capacitor (Tụ bù nối tiếp có điều khiển)

TSĐ

Tổng sơ đồ

TTĐ

Thị trƣờng điện

UPFC

Unified Power Flow Controller (Thiết bị điều chỉnh dòng công suất
hợp nhất)

VCGM

Vietnam Competitive Generation Market (Thị trƣờng phát điện cạnh
tranh Việt Nam)

WEB-

Website for Congestion and Voltage Monitoring in Power Market

CVM-PM

(Website giám sát nghẽn mạch và ổn định điện áp thị trƣờng điện)


DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG
SỐ HIỆU

TÊN BIỂU BẢNG

TRANG

2.1

Sơ đồ nơron trong các lớp của hai cấu trúc

53

2.2

Hàm truyền của hai cấu trúc

53

2.3

Biểu diễn giá trị các lớp nơron của hai cấu trúc

55

3.1

Đánh giá một số chỉ tiêu kỹ thuật của một số thiết bị

71

FACTS
3.2

Độ nhạy dV/dPtotal các nút tải trƣớc khi đặt SVC

88

3.3

Chỉ tiêu thay đổi đƣờng cong P-V với các trƣờng hợp đặt

89

SVC
3.4

Các chỉ tiêu của các GenCo trƣớc khi đặt SVC

90

3.5

Các chỉ tiêu của các DisCo trƣớc khi đặt SVC

91

3.6

Các chỉ tiêu của các GenCo khi đặt SVC tại nút 26

92

3.7

Các chỉ tiêu của các DisCo khi đặt SVC tại nút 26

93

3.8

Sự thay đổi phúc lợi thị trƣờng với các trƣờng hợp đặt

95

SVC điều chỉnh V=1,02pu trong kịch bản 0

3.9

Giá đầu tƣ hàng năm cho SVC với các trƣờng hợp đặt

95

SVC điều chỉnh V=1,02pu trong kịch bản 0
3.10

Sự thay đổi phúc lợi thị trƣờng với các trƣờng hợp đặt

96

SVC điều chỉnh V=1,02pu trong kịch bản 1 và kịch bản 2
3.11

So sánh phúc lợi thị trƣờng tăng thêm hàng năm và giá

97

đầu tƣ hàng năm của SVC (tỷ số B/C) với các trƣờng hợp
đặt SVC điều chỉnh V=1,02pu
3.12

So sánh phúc lợi thị trƣờng tăng thêm hàng năm và giá

98

đầu tƣ hàng năm của SVC (tỷ số B/C) với các trƣờng hợp
đặt SVC điều chỉnh V=1,03pu

3.13

Hệ số LUF trên một số nhánh điển hình

99

3.14

Các chỉ tiêu với các trƣờng hợp đặt TCSC điều chỉnh

103


XTCSC=0,5XL
3.15

So sánh phúc lợi thị trƣờng tăng thêm hàng năm và giá

104

đầu tƣ hàng năm của TCSC (tỷ số B/C) với các trƣờng
hợp đặt TCSC điều chỉnh XTCSC=0,5XL
3.16

So sánh phúc lợi thị trƣờng tăng thêm hàng năm và giá

104

đầu tƣ hàng năm của TCSC (tỷ số B/C) với các trƣờng
hợp đặt TCSC điều chỉnh XTCSC=0,7XL

3.17

Chỉ tiêu thay đổi đƣờng cong P-V với các trƣờng hợp đặt

110

SVC của TTĐ Việt Nam 2016
3.18

Phúc lợi một số GenCo và DisCo với các trƣờng hợp đặt

112

SVC điều chỉnh V=1,02pu theo kịch bản mùa mƣa của
TTĐ Việt Nam 2016
3.19

Sự thay đổi phúc lợi thị trƣờng trong mùa mƣa với các

113

trƣờng hợp đặt SVC điều chỉnh V=1,02pu
3.20

Giá đầu tƣ cho SVC trong mùa mƣa với các trƣờng hợp

113

đặt SVC điều chỉnh V=1,02pu
3.21

Phúc lợi thị trƣờng với các trƣờng hợp đặt SVC điều

114

chỉnh V=1,02pu theo kịch bản mùa nắng của TTĐ Việt
Nam 2016
3.22

Sự thay đổi phúc lợi thị trƣờng trong mùa nắng với các

115

trƣờng hợp đặt SVC điều chỉnh V=1,02pu
3.23

Giá đầu tƣ cho SVC trong mùa nắng với các trƣờng hợp

115

đặt SVC điều chỉnh V=1,02pu
3.24

So sánh phúc lợi thị trƣờng tăng thêm hàng năm và giá

116

đầu tƣ hàng năm của SVC với các trƣờng hợp đặt SVC
điều chỉnh V=1,02pu
3.25

So sánh phúc lợi thị trƣờng tăng thêm hàng năm và giá
đầu tƣ hàng năm của SVC với các trƣờng hợp đặt SVC
điều chỉnh V=1,03pu

117


3.26

Hệ số LUF các nhánh 500kV HTĐ miền Nam năm 2016

118

3.27

Phân bố tụ bù dọc trên HTĐ 500kV miền Nam năm 2016

119

3.28

Sự thay đổi phúc lợi thị trƣờng trong các mùa với các

120

trƣờng hợp đặt TCSC điều chỉnh XTCSC=0,7XL
3.29

Giá đầu tƣ cho TCSC trong các mùa với các trƣờng hợp

120

đặt TCSC điều chỉnh XTCSC=0,7XL
3.30

So sánh phúc lợi thị trƣờng tăng thêm hàng năm và giá

120

đầu tƣ cho TCSC với các trƣờng hợp đặt TCSC điều
chỉnh XTCSC=0,7XL
3.31

Sự thay đổi phúc lợi thị trƣờng trong các mùa với các

121

trƣờng hợp đặt TCSC điều chỉnh XTCSC=0,75XL
3.32

Giá đầu tƣ cho TCSC trong các mùa với các trƣờng hợp

121

đặt TCSC điều chỉnh XTCSC=0,75XL
3.33

So sánh phúc lợi thị trƣờng tăng thêm hàng năm và giá
đầu tƣ cho TCSC với các trƣờng hợp đặt TCSC điều

chỉnh XTCSC=0,75XL

121


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
SỐ HIỆU

TÊN HÌNH VẼ

TRANG

1.1

Quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện

4

năng
1.2

Mô hình thị trƣờng phát điện cạnh tranh với 1 đơn vị

6

mua duy nhất
1.3

Mô hình thị trƣờng bán buôn điện cạnh tranh

7

1.4

Mô hình thị trƣờng bán lẻ điện cạnh tranh

7

1.5

Các cấp độ phát triển của TTĐ Việt Nam

10

1.6

Thị trƣờng phát điện cạnh tranh của Việt Nam
giai đoạn 2005 - 2014

11

1.7

Thị trƣờng điện ngày tới và các ngày tiếp theo

13

1.8

Hoạt động trong thị trƣờng điện giao ngay

14

1.9

Chào giá và đấu giá nguồn điện

15

1.10

Chào giá và đấu giá nhu cầu

15

1.11

Lập lịch huy động trong một chu kỳ giao dịch

15

1.12

Phúc lợi của các GenCo và DisCo trong một chu kỳ giao
dịch

19

1.13

Phƣơng pháp phân tích trào lƣu công suất liên tục

24

1.14

HTĐ IEEE 39 nút mô phỏng bằng PowerWorld

33

1.15

HTĐ Việt Nam năm 2016 đƣợc mô phỏng bằng
PowerWorld

34

1.16

Biểu đồ phụ tải ngày 3 miền năm 2016

36

2.1

Điều kiện cân bằng công suất nút

40

2.2

HTĐ 4 nút

43

2.3

HTĐ 4 nút với GenCo 3 thay đổi chiến lƣợc chào giá

43

2.4

Sơ đồ mạng nơron sinh học

45

2.5

Mạng nơron nhân tạo 1 đầu vào

46

2.6

Mô hình mạng MLP với cấu trúc cơ bản

50

2.7

Mô hình mạng MLP với cấu trúc đề xuất

52

2.8

Mạng MLP 3 lớp rút gọn

53

2.9

Lƣu đồ đồ thuật toán quá trình huấn luyện mạng nơron

57


trong đánh giá ổn định điện áp HTĐ trong hoạt động
TTĐ giao ngay
2.10

Cấu trúc dữ liệu HTĐ IEEE 39 nút của cấu trúc mạng
nơron đề xuất

58

2.11

Sai số MSE

59

2.12

Đánh giá dV/dQ với cấu trúc mạng cơ bản

59

2.13

Sai số thực của đánh giá dV/dQ với cấu trúc mạng cơ
bản

2.14

59

Phân bố sai số thực, sai số tuyệt đối và sai số tƣơng đối
với cấu trúc mạng cơ bản

60

2.15

Đánh giá dV/dQ với cấu trúc mạng đề xuất

61

2.16

Sai số thực của đánh giá dV/dQ với cấu trúc mạng đề

61

xuất
2.17

Phân bố sai số thực, sai số tuyệt đối và sai số tƣơng đối
với cấu trúc mạng đề xuất

2.18

62

HTĐ IEEE 39 nút với trƣờng hợp đứt mạch đƣờng dây
9-39

62

2.19

Đánh giá dV/dQ với cấu trúc mạng cơ bản

63

2.20

Cấu trúc mạng cơ bản

63

2.21

Đánh giá dV/dQ với cấu trúc mạng đề xuất

64

2.22

Cấu trúc mạng đề xuất

64

2.23

Sai số MSE

65

2.24

Phân bố sai số tuyệt đối, sai số tƣơng đối với cấu trúc
mạng cơ bản

2.25

Phân bố sai số tuyệt đối, sai số tƣơng đối với cấu trúc
mạng đề xuất

2.26

65
66

Đánh giá dV/dQ, sai số MAE và sai số MAPE của cấu
trúc mạng cơ bản với trƣờng hợp đứt mạch đƣờng dây
220KV Mỹ Tho - Long An

2.27

66

Đánh giá dV/dQ, sai số MAE và sai số MAPE của cấu
trúc mạng đề xuất với trƣờng hợp đứt mạch đƣờng dây
220KV Mỹ Tho - Long An

67


2.28

Đánh giá dV/dQ, sai số MAE và sai số MAPE của cấu
trúc mạng cơ bản với trƣờng hợp đứt mạch đƣờng dây
500KV Tân Định - Song Mây

2.29

67

Đánh giá dV/dQ, sai số MAE và sai số MAPE của cấu
trúc mạng đề xuất với trƣờng hợp đứt mạch đƣờng dây
500KV Tân Định - Song Mây

68

3.1

So sánh giá đầu tƣ tính theo KVAr của thiết bị FACTS

72

3.2

Thiết bị SVC

73

3.3

Thiết bị TCSC

74

3.4

HTĐ 4 nút khi chƣa đặt thiết bị FACTS

76

3.5

HTĐ 4 nút khi đặt thiết bị SVC nút 4

76

3.6

HTĐ 4 nút khi đặt thiết bị TCSC nhánh 2-3

77

3.7

HTĐ 2 khu vực liên kết qua 2 mạch đƣờng dây

80

3.8

HTĐ 3 nút

81

3.9

Phƣơng pháp lựa chọn vị trí lắp đặt SVC trong TTĐ

85

3.10

Phƣơng pháp lựa chọn vị trí lắp đặt TCSC trong TTĐ

86

3.11

Đƣờng cong P-V của một số nút tải trƣớc khi đặt SVC

87

3.12

Đƣờng cong P-V của các nút khảo sát khi đặt SVC tại
nút 26

88

3.13

Tác động SVC với giá biên nút - LMP

89

3.14

HTĐ IEEE 39 nút với 2 vùng A và B trong các kịch bản
1 và 2

3.15

Tỷ số B/C trong năm với các trƣờng hợp đặt SVC điều
chỉnh V=1,02pu và V=1,03pu

3.16

100

Nghẽn mạch trên các nhánh khi đặt TCSC tại nhánh 4-14
với kịch bản 1

3.19

100

Nghẽn mạch trên các nhánh khi đặt TCSC tại nhánh 4-14
với kịch bản 0

3.18

98

Nghẽn mạch trên các nhánh khi chƣa đặt TCSC với kịch
bản 0

3.17

95

102

Nghẽn mạch trên các nhánh khi đặt TCSC tại nhánh 4-14
với kịch bản 2

102


3.20

Tác động TCSC với giá biên nút - LMP

3.21

Tỷ số B/C trong năm với các trƣờng hợp đặt SVC điều
chỉnh XTCSC=0,5XL và XTCSC=0,7XL

3.22

108

Công suất phát của các NMTĐ điển hình miền Trung
theo 12 tháng

3.25

106

Công suất phát của các NMTĐ điển hình miền Bắc theo
12 tháng

3.24

105

HTĐ miền Nam năm 2016 đƣợc mô phỏng bằng
PowerWorld

3.23

103

108

Công suất phát của các NMTĐ điển hình miền Nam theo
12 tháng

108

3.26

Đƣờng cong P-V một số nút 500kV miền Nam

110

3.27

Đƣờng cong P-V của một số nút 500kV miền Nam sau
khi: (a) Đặt SVC nút Phú Lâm, (b) Đặt SVC nút Cầu
Bông, (c) Đặt SVC nút Mỹ Tho

3.28

Tỷ số B/C trong năm với các trƣờng hợp đặt SVC điều
chỉnh V=1,015 và V=1,02

3.29

110
117

Tỷ số B/C trong năm với các trƣờng hợp đặt TCSC điều
chỉnh XTCSC=0,7XL và XTCSC=0,75XL

122

4.1

Cấu trúc tổng quan hệ thống SCADA/EMS

125

4.2

Trao đổi thông tin trong hệ thống SCADA/EMS

126

4.3

Cấu trúc kết nối hệ thống SCADA/EMS với hệ thống
vận hành TTĐ tại Việt Nam

4.4

131

Sơ đồ cấu trúc tổng thể cơ sở hạ tầng công nghệ thông
tin phục vụ thị trƣờng phát điện cạnh tranh Việt Nam

132

4.5

Cấu trúc thông tin của WEB-CVM-PM

135

4.6

Cấu trúc tổ chức của WEB-CVM-PM

136

4.7

Trang dữ liệu thu thập nghẽn mạch

137

4.8

Trang đánh giá nghẽn mạch

138

4.9

Trang dữ liệu thu thập ổn định điện áp

138

4.10

Trang đánh giá ổn định điện áp

139

4.11

Mô hình giám sát và điều khiển nghẽn mạch HTĐ trong

140


hoạt động TTĐ giao ngay
4.12

Mô hình giám sát và điều khiển ổn định điện áp HTĐ
trong hoạt động TTĐ giao ngay

142


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, mô hình hệ thống điện (HTĐ) tích hợp dọc tại nhiều quốc gia trên
thế giới là mô hình không có tính cạnh tranh và minh bạch, không thu hút đƣợc các
nhà đầu tƣ tham gia đầu tƣ vào các khâu của hoạt động điện lực. Mặt khác, nếu vẫn
duy trì mô hình tích hợp dọc thì giá điện không thể có cơ chế cạnh tranh, giá điện
không phản ánh đúng giá thành, và khó đạt đƣợc tính minh bạch cao trong hoạt
động kinh doanh của ngành điện. Do đó, xóa bỏ mô hình độc quyền của ngành điện
để hƣớng tới mô hình thị trƣờng điện (TTĐ) cạnh tranh là điều tất yếu. Hiện nay,
TTĐ trên thế giới đã có những bƣớc phát triển quan trọng. Các vấn đề nghiên cứu
trong TTĐ đã đƣợc nhiều tài liệu và công trình trên thế giới nghiên cứu đề cập [56],
[57], [58], [59], [60], [61], [62], [63]. Tại Việt Nam, bắt đầu từ ngày 1/7/2012 thị
trƣờng phát điện cạnh tranh đã chính thức vận hành với việc ban hành các quyết
định và thông tƣ của Thủ tƣớng Chính phủ, Tập đoàn điện lực Việt Nam để thành
lập Cục điều tiết điện lực, Công ty mua bán điện, Tổng công ty truyền tải điện và rất
nhiều văn bản có liên quan đến TTĐ; đã cho thấy một giai đoạn mới trong cơ chế
vận hành và kinh doanh của ngành điện Việt Nam [2], [3], [4], [7], [70].
Với sự mở rộng về quy mô của HTĐ, sự gia tăng phát triển của phụ tải, cũng
nhƣ sự ra đời của cơ chế TTĐ đã dẫn đến các HTĐ vận hành với các nguy cơ vi
phạm giới hạn tải và mất ổn định là rất lớn. Trong vận hành TTĐ, vấn đề phân tích
và điều khiển các chế độ HTĐ nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động TTĐ có ý nghĩa
rất quan trọng. Các vấn đề về phân tích và điều khiển HTĐ bao gồm các vấn đề nhƣ
nghẽn mạch, ổn định, tổn thất…Trong đó vấn đề quản lý nghẽn mạch và ổn định
điện áp luôn đƣợc chú trọng quan tâm nhằm đảm bảo HTĐ vận hành an toàn và

TTĐ vận hành kinh tế. Trong các vấn đề nghiên cứu này, bên cạnh sự kế thừa trên
các phƣơng pháp nghiên cứu truyền thống thì cần có những cách tiếp cận mới phù
hợp với HTĐ đƣợc vận hành trong điều kiện TTĐ. Do đó, trong phạm vi của luận
án sẽ giới hạn nhằm tập trung phân tích và điều khiển nghẽn mạch cũng nhƣ ổn
định điện áp HTĐ nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động TTĐ.


2

Do đó luận án tiến sĩ kỹ thuật với đề tài: “Phân tích và điều khiển các chế
độ hệ thống điện nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động thị trường điện“ nhằm giải
quyết các vấn đề nêu trên.

2. Mục đích nghiên cứu
Xuất phát từ các vấn đề đã đặt ra, luận án sẽ chủ yếu giải quyết một số vấn
đề có liên quan đến nội dung về phân tích và điều khiển các chế độ HTĐ nhằm nâng
cao hiệu quả hoạt động TTĐ. Trong đó, đối với vấn đề phân tích và điều khiển các
chế độ HTĐ, luận án sẽ tập trung phân tích, điều khiển nghẽn mạch và ổn định điện
áp HTĐ. Đối với vấn đề nâng cao hiệu quả hoạt động TTĐ, luận án tập trung phân
tích giá biên nút và phúc lợi thị trƣờng. Ngoài ra, bên cạnh tính kế thừa các phƣơng
pháp nghiên cứu truyền thống, các nghiên cứu của luận án sẽ tiếp cận các phƣơng
pháp nghiên cứu mới đang là xu hƣớng trên thế giới. Do đó, mục đích chính của
luận án sẽ giải quyết các vấn đề sau:
- Nghiên cứu và phân tích nghẽn mạch cũng nhƣ ổn định điện áp HTĐ trong
hoạt động TTĐ.
- Nghiên cứu ứng dụng thiết bị FACTS để điều khiển nghẽn mạch cũng nhƣ
ổn định điện áp HTĐ nhằm nâng cao phúc lợi TTĐ.
- Xây dựng mô hình website giám sát nghẽn mạch cũng nhƣ ổn định điện áp
HTĐ trong hoạt động TTĐ giao ngay.
- Nghiên cứu xây dựng mô hình giám sát và điều khiển nghẽn mạch cũng

nhƣ ổn định điện áp HTĐ trong hoạt động TTĐ giao ngay.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Hệ số mang tải của đƣờng dây - LUF và chỉ số độ nhạy dV/dQ.
- Giá biên nút - LMP và phúc lợi TTĐ.
- Mạng nơron nhân tạo.
- Thiết bị SVC và TCSC.
- Cơ sở hạ tầng CNTT của TTĐ.


3

3.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu, phân tích và điều khiển nghẽn mạch cũng nhƣ ổn định điện áp
HTĐ trong hoạt động TTĐ và áp dụng các nghiên cứu này đối với HTĐ mẫu IEEE
39 nút và HTĐ 500kV, 220kV Việt Nam đến năm 2016.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: Thu thập, chọn lọc và phân tích các tài liệu có liên
quan về giá biên nút - LMP, phúc lợi TTĐ, nghẽn mạch, ổn định điện áp, mạng
nơron, thiết bị FACTS, cơ sở hạ tầng CNTT TTĐ.
- Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình toán:
+ Lập trình, phân tích các vấn đề có liên quan về HTĐ và TTĐ bằng
phần mềm toán học Matlab.
+ Mô phỏng, mô hình hóa và phân tích các vấn đề có liên quan về
HTĐ và TTĐ bằng phần mềm PowerWorld.
+ Lập trình và mô phỏng các vấn đề có liên quan về HTĐ và TTĐ
bằng ngôn ngữ thiết kế website ASP.net.

5. Cấu trúc của luận án
Luận án đƣợc trình bày gồm phần mở đầu, 4 chƣơng và kết luận:
 Mở đầu
 Chƣơng 1: Tổng quan về thị trƣờng điện và vận hành hệ thống điện trong
điều kiện thị trƣờng điện
 Chƣơng 2: Phân tích và đánh giá ổn định điện áp hệ thống điện trong hoạt
động thị trƣờng điện
 Chƣơng 3: Nghiên cứu ứng dụng thiết bị FACTS nhằm điều khiển các chế
độ hệ thống điện nâng cao phúc lợi thị trƣờng điện
 Chƣơng 4: Nghiên cứu xây dựng mô hình giám sát và điều khiển các chế độ
hệ thống điện trong hoạt động thị trƣờng điện
 Kết luận và kiến nghị


4

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THỊ TRƢỜNG ĐIỆN VÀ
VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG ĐIỀU KIỆN
THỊ TRƢỜNG ĐIỆN
1.1. Xu thế xóa bỏ mô hình độc quyền của ngành điện và hƣớng đến thị
trƣờng điện cạnh tranh
Hệ thống điện thực hiện các quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu
thụ điện năng (hình 1.1). Trong thế kỷ 20, tại nhiều quốc gia trên thế giới, khách
hàng không có sự lựa chọn khi muốn mua điện. Điện năng đƣợc quản lý bởi các
công ty độc quyền trong việc sản suất, truyền tải và phân phối, đây hầu hết đều là
các mô hình tích hợp theo chiều dọc. Mô hình tích hợp dọc là mô hình không có
tính cạnh tranh, nhà nƣớc không đảm bảo tốt vốn đầu tƣ vào ngành điện, không
khuyến khích đƣợc mọi thành phần kinh tế tham gia vào hoạt động điện lực. Mặt
khác với mô hình tích hợp dọc thì giá điện đƣợc thiết lập không qua cơ chế cạnh
tranh, chƣa tách bạch đƣợc chi phí ở các khâu, giá điện không phản ánh đúng giá

thành, khó thuyết phục xã hội về tính minh bạch và tiết kiệm chi phí.

Hình 1.1: Quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng


5

Từ những năm đầu thập kỷ 70 của thế kỷ trƣớc, với cuộc khủng hoảng dầu
lửa thì các mô hình truyền thống đã không còn phù hợp. Với những nghiên cứu của
các nhà khoa học trong lĩnh vực TTĐ, quá trình cải tổ ngành điện đã và đang diễn ra
ở nhiều nƣớc trên thế giới. Tùy thuộc vào đặc điểm HTĐ, thể chế chính trị, mục
đích cải tổ,... của mỗi nƣớc khác nhau, do đó quá trình cải tổ ngành điện lực giữa
các nƣớc và giữa các châu lục có sự khác nhau, nhƣng xu thế chung của trào lƣu cải
tổ là tìm cách xóa bỏ mô hình độc quyền của các Công ty Điện lực quốc gia, từng
bƣớc hình thành TTĐ cạnh tranh nhằm tạo môi trƣờng cạnh tranh mạnh mẽ. Với
việc phát triển ngành điện theo cơ chế thị trƣờng cạnh tranh thì nhà nƣớc sẽ giảm
đƣợc gánh nặng đầu tƣ do thu hút sự tham gia của nhiều thành phần kinh tế; các đơn
vị trong ngành điện sẽ tăng tính tự chủ, phát huy khả năng sản xuất kinh doanh;
khách hàng sẽ đƣợc hƣởng lợi từ cơ chế cạnh tranh. Tuy nhiên, việc phát triển TTĐ
cạnh tranh hoàn chỉnh đòi hỏi phải có lộ trình nhất định và thực hiện từng bƣớc một
cách cẩn trọng [59], [60], [61], [62].
Mô hình TTĐ là mô hình với sự điều tiết của chính phủ là thấp nhất, giá điện
sẽ đƣợc xác định bởi các quy luật của thị trƣờng giữa ngƣời bán và ngƣời mua chứ
không phải bởi nhà nƣớc hay cơ quan quản lý khác. Tuy nhiên hệ thống truyền tải
và phân phối vẫn đƣợc xem là độc quyền tự nhiên, việc điều tiết của nhà nƣớc vẫn
cần thiết cho các hoạt động truyền tải và phân phối. Tất cả đều hƣớng đến mục đích
cuối cùng là hoạt động phi điều tiết của nhà nƣớc và cho phép ngƣời sử dụng đƣợc
lựa chọn nhà cung cấp có giá thấp nhất.
Trong TTĐ cạnh tranh để tồn tại và thu đƣợc lợi nhuận đòi hỏi các đơn vị
phải giảm chi phí trong sản xuất, cải tiến kỹ thuật nhằm nâng cao chất lƣợng phục

vụ. Trong môi trƣờng cạnh tranh sản phẩm trên thị trƣờng có giá bán phản ánh mối
tƣơng quan với giá thành. Phúc lợi xã hội nói chung cũng nhƣ phúc lợi của nhà sản
xuất và ngƣời tiêu dùng nói riêng cùng đƣợc đề cao và quan tâm. Điều tiết hoạt
động truyền tải và phân phối là nhằm hài hòa các lợi ích, sao cho cạnh tranh mua
bán điện giúp mở rộng và phát triển hệ thống truyền tải và phân phối, đem lại giá
thành điện năng thấp cho các khách hàng.


6

1.2. Giới thiệu một số mô hình thị trƣờng điện cạnh tranh
Do thể chế chính trị, nền kinh tế và đặc điểm lịch sử của mỗi quốc gia khác
nhau nên khi áp dụng mô hình TTĐ sẽ có sự khác nhau và không có một mô hình
chuẩn nào. Tuy nhiên, với các nghiên cứu trên thế giới và nhìn từ góc độ tổng quát
có thể phân thành ba loại mô hình tổng quát sau [59]:

1.2.1. Mô hình thị trường phát điện cạnh tranh với 1 đơn vị mua duy nhất
Mô hình này là giai đoạn đầu của TTĐ cạnh tranh (hình 1.2). Trong mô hình
này, điện năng của các công ty phát điện đƣợc bán cho đơn vị mua duy nhất SB
thông qua các hợp đồng song phƣơng - PPA (Power Purchase Agreement) và thị
trƣờng giao ngay. Các công ty phân phối mua điện từ SB và bán lẻ đến khách hàng.
Genco

Genco

Genco

Genco

Genco

SB

D/R

D/R

D/R

D/R

D/R

C

C

C

C

C

GenCo: Công ty phát điện

SB (Single buyer): Đơn vị mua buôn duy nhất

C (Customer): Khách hàng D/R (Distribution/retail): Công ty phân phối/bán lẻ
Hình 1.2: Mô hình thị trường phát điện cạnh tranh với 1 đơn vị mua duy nhất

1.2.2. Mô hình thị trường bán buôn điện cạnh tranh
Trong mô hình này (hình 1.3), các công ty phân phối bán lẻ và các khách
hàng lớn có thể mua điện từ thị trƣờng, từ các công ty bán buôn hoặc mua điện trực
tiếp từ các công ty phát điện thông qua các hợp đồng song phƣơng. Nhƣ vậy sự
cạnh tranh đã phát triển ở khâu bán buôn điện. Tuy nhiên các công ty phân phối vẫn
độc quyền về bán điện cho khách hàng, do đó khách hàng không đƣợc lựa chọn nhà
cung cấp điện, nên việc điều tiết giá bán lẻ vẫn là cần thiết.


7

Genco

Genco

Genco

Genco

Genco

Thị trƣờng bán buôn điện

D/R

D/R

D/R

D/R

C

C

C

C

Hình 1.3: Mô hình thị trường bán buôn điện cạnh tranh

1.2.3. Mô hình thị trường bán lẻ điện cạnh tranh
Trong mô hình này, các công ty phân phối đƣợc tách ra thành hai công ty với
chức năng độc lập là công ty phân phối và công ty bán lẻ. Các khách hàng sử dụng
điện đều có quyền lựa chọn nhà cung cấp chứ không bắt buộc phải mua điện từ các
công ty phân phối độc quyền nhƣ trƣờng hợp mô hình cạnh tranh bán buôn. TTĐ
cạnh tranh từ khâu bán buôn đến khâu bán lẻ, đòi hỏi quyền thâm nhập không chỉ ở
hệ thống truyền tải mà còn đến trực tiếp đến cả hệ thống lƣới điện phân phối, trong
đó diễn ra rất nhiều giao dịch song phƣơng trên toàn lƣới điện (hình 1.4).
Genco

Genco

Genco

Genco

Genco

Thị trƣờng bán buôn điện

R

R

R

R

R

C

C

Thị trƣờng bán lẻ điện

C

C

C

Hình 1.4: Mô hình thị trường bán lẻ điện cạnh tranh


8

1.3. Giới thiệu một số thị trƣờng điện trên thế giới và tại Việt Nam
1.3.1. Thị trường điện Châu Á

- Thị trƣờng điện Nhật Bản: Thực hiện 2 loại thị trƣờng là thị trƣờng hợp
đồng và thị trƣờng giao ngay (thị trƣờng thời gian thực). Thị trƣờng hợp đồng là các
hợp đồng song phƣơng đƣợc ký kết giữa các công ty bán buôn điện hoặc các công
ty phát điện độc lập với các công ty cung cấp điện và các công ty điện lực. Thị
trƣờng thời giao ngay áp dụng thị trƣờng giờ tới với sự điều hành của trung tâm
giao dịch JEPX (Japan Electric Power Exchange) với các đơn vị khác.
- Thị trƣờng điện Hàn Quốc: Đơn vị vận hành TTĐ là KPX (Korea Power
Exchange), đơn vị mua buôn duy nhất trong TTĐ là KEPCO. Toàn bộ sản lƣợng
điện năng đƣợc giao dịch trên thị trƣờng giao ngay. Thị trƣờng giao ngay đƣợc thiết
kế theo mô hình thị trƣờng tập trung chào giá theo chi phí biến đổi - CBP (CostBased Pool). Không áp dụng cơ chế mua bán điện qua hợp đồng song phƣơng PPA (Power Purchase Agreement). Tất cả các nhà máy điện có công suất đặt lớn 20
MW phải tham gia TTĐ.
- Thị trƣờng điện Philippines (WESM): Đơn vị vận hành TTĐ là PEMC
(Philippine Electricity Market Corporation). TTĐ đƣợc thiết kế theo mô hình thị
trƣờng chào giá tự do - PBP (Price Based Pool), đòi hỏi các nhà máy phát điện chào
giá cho tất cả công suất sẵn sàng và không phụ thuộc vào việc họ có các hợp đồng
song phƣơng với bên mua hay không. Để đảm bảo tính ổn định ở giai đoạn đầu, thị
trƣờng khuyến khích các bên mua và bán ký các hợp đồng song phƣơng và phải
đảm bảo có ít nhất 10% nhu cầu của mình thanh toán bằng giá thị trƣờng.

1.3.2. Thị trường điện Châu Úc
-Thị trƣờng điện New Zealand (NZEM): Là TTĐ tập trung chào giá tự do PBP, cạnh tranh trong cả 3 khâu: phát điện, bán buôn và bán lẻ. Trong thị trƣờng
NZEM các nhà máy điện cạnh tranh với nhau theo giá các bản chào, chu kỳ giao
dịch là 30 phút.
- Thị trƣờng điện Úc (NEM): Là thị trƣờng bán lẻ điện cạnh tranh, NEM là
thị trƣờng giao ngay vận hành theo mô hình điều độ tập trung chào giá tự do - PBP


9

có kèm theo hợp đồng sai khác - CfD (Contract for Difference) giữa các công ty

phát điện và khách hàng mua điện. Các hợp đồng song phƣơng đƣợc thực hiện độc
lập bởi hai bên mua và bán. Với đặc điểm của thị trƣờng

c có độ dự phòng công

suất lớn khoảng 25% và tốc độ tăng trƣởng phụ tải thấp khoảng 3% năm, cơ cấu
nguồn năng lƣợng đa dạng, cơ sở hạ tầng của HTĐ phát triển ở mức cao (hệ thống
SCADA, hệ thống đo đếm) đã giúp dễ dàng xây dựng thị trƣờng giao ngay. Giá thị
trƣờng đƣợc xác định theo chu kỳ 30 phút, là giá bình quân của 6 chu kỳ điều độ
liên tục (5 phút 1 chu kỳ điều độ).

1.3.3. Thị trường điện Hoa Kỳ
Tại Hoa Kỳ, HTĐ đƣợc thiết lập và quy định bởi Ủy ban điều tiết năng lƣợng
liên bang (FERC). Căn cứ vào các hƣớng dẫn của FERC các bang tiến hành tái cấu
trúc ngành điện của mình. Điển hình là TTĐ các bang nhƣ California [71],
Pennsylvania - New Jersey - Maryland (PJM) [72], Texas (ERCOT), New England
[73] và Midwest ISO (MISO). Trong đó, TTĐ PJM là tiêu biểu với sự vận hành
HTĐ của 6 tiểu bang. Nó quản lý và vận hành TTĐ bán buôn lớn nhất trên thế giới
với HTĐ mở và các quyền truyền tải tài chính - FTR. Trách nhiệm của PJM là hoạt
động thị trƣờng ngày tới, thị trƣờng giao ngay, các hợp đồng song phƣơng và dịch
vụ phụ trợ đƣợc uỷ quyền bởi FERC. Giá biên nút đƣợc áp dụng để quản lý nghẽn
mạch.

1.3.4. Thị trường điện Châu Âu
- Thị trƣờng điện Vƣơng Quốc Anh: Vƣơng quốc Anh là quốc gia tiên phong
trong TTĐ tại Châu Âu. Thị trƣờng bán buôn điện cạnh tranh thực hiện phƣơng
thức thị trƣờng giao ngay với chu kỳ giao dịch 30 phút. Thị trƣờng các dịch vụ phụ
trợ khác nhƣ dự phòng quay, ổn định điện áp, khởi động đen cũng đƣợc áp dụng.
- Thị trƣờng điện Bắc Âu [74]: Thực hiện giao dịch khoảng 60% tổng lƣợng
điện năng tiêu thụ của toàn khu vực Bắc Âu. HTĐ các quốc gia đƣợc kết nối thông

qua hệ thống truyền tải điện cao áp áp một chiều và đƣợc điều hành bởi TSO là đơn
vị vận hành HTĐ độc lập; dƣới đó là các đơn vị vận hành HTĐ của từng quốc gia
nhƣ Statnett (Na Uy), Svenska Kraftnat (Thụy Điển), FindGrid (Phần Lan), Elkraft


10

(Đông Đan Mạch) và Eltra (Tây Đan Mạch). Nordpool là mô hình thị trƣờng bán
buôn điện cạnh tranh thực hiện 2 phƣơng thức thị trƣờng hợp đồng và thị trƣờng
giao ngay, trong đó thị trƣờng giao ngay không phải là bắt buộc. Thị trƣờng các
dịch vụ phụ trợ nhƣ dự phòng quay đƣợc thực hiện tại từng quốc gia riêng rẽ.

1.3.5. Thị trường điện Việt Nam
1.3.5.1. Lộ trình phát triển thị trường điện Việt Nam
Thị trƣờng điện tại Việt Nam đƣợc từng bƣớc phát triển để tăng khả năng
cạnh tranh một cách ổn định, xóa bỏ cơ chế bao cấp trong ngành điện, tăng quyền
lựa chọn nhà cung cấp điện cho khách hàng sử dụng điện. Mặt khác, sự phát triển
của TTĐ sẽ thu hút vốn đầu tƣ từ mọi thành phần kinh tế trong và ngoài nƣớc tham
gia hoạt động điện lực, giảm dần đầu tƣ của Nhà nƣớc cho ngành điện. Đồng thời,
TTĐ sẽ tăng cƣờng hiệu quả hoạt động sản xuất kinh doanh của ngành điện, giảm
áp lực tăng giá điện. Theo lộ trình đã đƣợc Thủ tƣớng Chính phủ phê duyệt thì TTĐ
Việt Nam đƣợc phát triển theo 3 cấp độ (hình 1.5) [7]:
- Cấp độ 1 (2005 - 2014): Thị trƣờng phát điện cạnh tranh.
- Cấp độ 2 (2015 - 2022): Thị trƣờng bán buôn điện cạnh tranh.
- Cấp độ 3 (từ sau 2022): Thị trƣờng bán lẻ điện cạnh tranh.
Thị trƣờng phát điện
2005

2009

Thí điểm

Thị trƣờng bán buôn

2014

Hoàn chỉnh

2016

Thí điểm

Thị trƣờng bán lẻ

2022

Hoàn chỉnh

2024

Thí điểm

Hoàn chỉnh

Hình 1.5: Các cấp độ phát triển của TTĐ Việt Nam

1.3.5.2. Thị trường phát điện cạnh tranh Việt Nam giai đoạn 2005-2014
Từ ngày 01 tháng 01 năm 2012 đã chính thức khởi động thị trƣờng phát điện
cạnh tranh tại Việt Nam (VCGM). Các đơn vị tham gia cạnh tranh phát điện gồm
các nhà máy điện có công suất đặt từ 30 MW trở lên đấu nối vào lƣới điện quốc gia

Hình 1.6 mô tả thị trƣờng phát điện cạnh tranh Việt Nam giai đoạn 2005 - 2014.
Các đơn vị tham gia vào thị trƣờng phát điện cạnh tranh bao gồm: