Quy hoạch phát triển hệ thống điện tỉnh phú thọ giai đoạn 20152020, có xét điến năm 2025

1

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS Đàm Xuân Hiệp. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp
đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong
luận văn này đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Đinh Văn Bằng


2

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy
trong chương trình Cao học khoa quản lý năng lượng khóa 2012- 2014 Trường Đại
học Điện lực.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đàm Xuân Hiệp, cảm ơn các Thầy, Cô
khoa Quản lý Năng Lượng Trường Đại học Điện lực đã tận tình hướng dẫn cho tôi
trong thời gian thực hiện luận văn, chỉ bảo đã cho tôi nhiều kinh nghiệm trong thời
gian thực hiện đề tài.
Tôi xin cảm ơn các cán bộ công nhân viên Công ty điện lực Phú Thọ đã giúp
đỡ tôi trong quá trình thu thập dữ liệu và thông tin của luận văn.
Do thời gian có hạn và kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa nhiều nên
luận văn còn nhiều thiếu, rất mong nhận được ý kiến góp ý của Thầy, Cô và các anh
chị học viên.
Hà Nội, ngày 29 tháng 4 năm 2014.
Học viên
Đinh Văn Bằng


3

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 8
CHƯƠNG I: CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP LUẬN VỀ QUY HOẠCH PHÁT
TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN .................................................................................... 10
1.1. Quy hoạch và phát triển hệ thống năng lượng ...............................................10
1.2. Quy hoạch và phát triển hệ thống điện ...........................................................12
1.2.1. Khái niệm .................................................................................................12
1.2.2. Phân loại ..................................................................................................12
1.2.3. Nhiệm vụ ..................................................................................................13
1.3. Các phương pháp dự báo nhu cầu phụ tải ......................................................14
1.3.1. Phương pháp hệ số đàn hồi theo nhịp tăng GDP các thành phần kinh tế 14
1.3.2. Phương pháp ngoại suy theo thời gian ....................................................15
1.3.3. Phương pháp đối chiếu ............................................................................15
1.3.4. Phương pháp mạng nơ-ron nhân tạo ........................................................16
1.3.5. Phương pháp chuyên gia ..........................................................................17
1.3.6. Phương pháp tính trực tiếp ......................................................................17
1.4. Các phương pháp quy hoạch hệ thống điện ...................................................18
1.4.1. Bài toán quy hoạch ..................................................................................18
1.4.2. Phương pháp quy hoạch không chính quy...............................................20
1.4.3. Phương pháp quy hoạch toán học ............................................................22
1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quy hoạch ............................................................23
1.6. Quan hệ giữa năng lượng và môi trường........................................................24
1.6.1. Gây ô nhiễm tầng khí quyển ....................................................................25
1.6.2. Sự ô nhiễm nguồn nước ...........................................................................25
1.6.3. Hiệu ứng nhà kính ....................................................................................26


4

1.7. Kết luận ..........................................................................................................27
CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH CÁC CĂN CỨ XÂY DỰNG QUY HOẠCH HỆ
THỐNG ĐIỆN PHÚ THỌ ..................................................................................... 28
2.1. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội tỉnh Phú Thọ ..........................................28
2.1.1. Vị trí địa lý ...............................................................................................28
2.1.2. Hành chính ...............................................................................................28
2.1.3. Khí hậu, thuỷ văn .....................................................................................29
2.1.4. Tài nguyên khoáng sản ............................................................................29
2.2. Hiện trạng kinh tế - xã hội ..............................................................................30
2.2.1. Sản xuất nông, lâm nghiệp và thủy sản ...................................................30
2.2.2. Sản xuất công nghiệp ...............................................................................31
2.2.3. Bán lẻ hàng hóa, hoạt động các ngành dịch vụ........................................32
2.2.4. Phương hướng phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Phú Thọ giai đoạn
2015 – 2020 .......................................................................................................32
2.3. Hiện trạng hệ thống điện ................................................................................33
2.3.1. Lưới điện cao áp ......................................................................................33
2.3.2. Lưới điện trung thế ..................................................................................36
2.3.3. Lưới điện hạ áp và công tơ ......................................................................40
2.4. Tình hình phát triển điện năng .......................................................................41
2.5. Đánh giá tình hình quy hoạch phát triển hệ thống điện giai đoạn trước ........42
2.6. Dự báo nhu cầu điện tỉnh Phú Thọ .................................................................44
2.6.1. Dự báo nhu cầu phụ tải theo phương pháp trực tiếp................................44
2.6.2. Dự báo nhu cầu điện năng phương pháp ngoại suy .................................48
2.6.3. Dự báo nhu cầu phụ tải theo vùng ...........................................................55
2.7. Kết luận ..........................................................................................................56


5

CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN QUY HOẠCH HỆ THỐNG ĐIỆN

TỈNH PHÚ THỌ ..................................................................................................... 58
3.1. Đề xuất các phương án phát triển điện lực .....................................................58
3.2. Xây dựng quy hoạch và phát triển lưới điện cao thế ......................................60
3.2.1. Tiêu chuẩn thiết kế ...................................................................................60
3.2.2. Quy hoạch giai đoạn 2015-2020 ..............................................................61
3.2.3. Quy hoạch giai đoạn 2020-2025 ..............................................................65
3.2.4. Tính toán lưới điện sau khi quy hoạch ....................................................67
3.3. Xây dựng quy hoạch lưới điện phân phối ......................................................69
3.3.1. Lưới điện trung thế ..................................................................................69
3.3.2. Lưới điện hạ thế .......................................................................................72
3.4. Kết quả quy hoạch và mở rộng lưới điện tỉnh Phú Thọ .................................73
3.5. Phân tích tài chính – kinh tế ...........................................................................77
3.5.1. Các giả thiết đưa vào tính toán ................................................................77
3.5.2. Phân tích kinh tế: .....................................................................................81
3.5.3. Phân tích tài chính....................................................................................82
3.5.4. Phân tích độ nhạy .....................................................................................82
3.6. Kết luận ..........................................................................................................83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 84
Tóm tắt nội dung đồ án..........................................................................................84
1. Dự báo phụ tải ................................................................................................84
2. Quy hoạch lưới điện cao thế ..........................................................................84
3. Vốn đầu tư......................................................................................................86
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 90


6

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Hình
Hình 1.1. Hệ thống biến đổi và sử dụng năng lượng ..................................................9

Hình 1.2. Cấu trúc của quy hoạch hệ thống năng lượng ...........................................10
Hình 1.4. Nhiệm vụ quy hoạch Hệ thống điện ..........................................................14
Hình 1.5. Cấu trúc mạng nơron nhân tạo ..................................................................16
Hình 1.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quy hoạch Hệ thống điện ...............................24
Bảng
Bảng 2.1. Các chỉ tiêu chủ yếu kinh tế xã hội tỉnh Phú Thọ đến 2020 .....................33
Bảng 2.2. Tình hình vận hành các trạm biến áp 110kV ............................................34
Bảng 2.3. Tình hình vận hành các tuyến dây 110kV ................................................35
Bảng 2.4. Đường dây trung thế .................................................................................37
Bảng 2.5. Trạm biến áp trung thế ..............................................................................38
Bảng 2.6. Tổng hợp lưới điện nông thôn theo các huyện thị ....................................40
Bảng 2.7. Diễn biến tiêu thụ điện năng tỉnh Phú Thọ 2008-2013 ............................42
Bảng 2.8. Nhu cầu điện năng toàn tỉnh Phú Thọ theo cơ cấu 5 thành phần .............46
Bảng 2.9. Tổng hợp nhu cầu điện năng toàn tỉnh Phú Thọ theo các phương án (chi
tiết xem phụ lục) ........................................................................................................47
Bảng 2.10. Tình hình tiêu thụ điện năng tinh Phú Thọ 2008-2013 ..........................49
Bảng 2.11. Bảng tổng kết dự báo nhu cầu điện năng của các ngành ........................54
Bảng 2.12. Kết quả phân vùng phụ tải điện tỉnh Phú Thọ ........................................56
Bảng 3.1. Cân bằng nguồn cấp điện cho tỉnh Phú Thọ .............................................58
Bảng 3.2. Hệ số mang tải tại các trạm sau dự báo ....................................................62
Bảng 3.3. Hệ số mang tải tại các đường dây sau dự báo ..........................................62
Bảng 3.4. Quy mô, điện áp, tiến độ xây dựng các trạm 110kV tới 2025 ..................65


7

Bảng 3.5. Hệ số mang tải tại các trạm sau quy hoạch 2020.....................................68
Bảng 3.6. Hệ số mang tải tại các đường dây sau quy hoạch 2020 ...........................69
Bảng 3.7. Khối lượng xây dựng đường dây tỉnh Phú Thọ đến năm 2020 ................73
Bảng 3.8. Khối lượng xây dựng trạm biến áp tỉnh Phú Thọ tới 2020 .......................75

Bảng 3.9. Vốn đầu tư xây dựng mới, cải tạo lưới điện tỉnh Phú Thọ tới 2020 .........78
Bảng 3.10. Kết quả phân tích kinh tế tài chính .........................................................82
Phụ lục
Phụ lục 1. Nhu cầu công suất theo các huyện – thị tỉnh Phú Thọ đến năm 2020
(Phương án cơ sở) .....................................................................................................87
Phụ lục 2. Nhu cầu điện năng tỉnh Phú Thọ đến năm 2020 (Phương án cơ sở) .......88
Phụ lục 3. Nhu cầu điện năng tỉnh Phú Thọ đến năm 2020 (Phương án cao) ..........89


8

LỜI MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Quy hoạch phát triển Điện lực tỉnh Phú Thọ giai đoạn 2011-2015, có xét đến
năm 2020 đã được Hội đồng nhân dân tỉnh Phú Thọ phê duyệt tại Quyết định số
15/2011/NQ-HĐND. Sau hơn 3 năm thực hiện quy hoạch, đã triển khai xây dựng và
đưa vào vận hành các đường dây và trạm biến áp đáp ứng cho nhu cầu phục vụ sản
xuất, kinh doanh và tiêu dùng của tỉnh Phú Thọ. Đặc biệt là đưa vào các công trình
nguồn trạm 110kV Phù Ninh, trạm 110kV Trung Hà, nâng công suất trạm 110kV
Đồng Xuân, trạm 110kV Phú Thọ, cấp điện cho phụ tải của tỉnh.
Để Phú Thọ trở thành một tỉnh công nghiệp, tỉnh đã có chủ trương thu hút
đầu tư, đến nay đã có nhiều dự án lớn ở nhiều lĩnh vực đã và đang đầu tư vào địa
bàn tỉnh. Tỉnh Phú Thọ đã tiến hành lập đề án điều chỉnh, bổ sung quy hoạch khu
cụm công nghiệp và các quy hoạch chuyên ngành khác để đẩy nhanh tốc độ tăng
trưởng kinh tế nên nhu cầu sử dụng điện trong giai đoạn 2015-2020 định hướng
2025 sẽ tăng cao. Quy hoạch phát triển điện lực và hiệu chỉnh quy hoạch đã được
phê duyệt giai đoạn trước đến giai đoạn 2015-2020, định hướng 2025 sẽ không còn
phù hợp do sự phát triển cao của phụ tải. Vì vậy, đề đáp ứng nhu cầu điện cho phát
triển kinh tế - xã hội tỉnh Phú Thọ, tôi chọn đề tài: “Quy hoạch phát triển hệ thống

điện Tỉnh Phú Thọ giai đoạn 2015-2020, có xét đến năm 2025” để thực hiện luận
văn tốt nghiệp.
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn.
- Xây dựng Quy hoạch hệ thống điện tỉnh Phú Thọ giai đoạn 2015-2020, có
xét đến năm 2025.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn
- Hệ thống hóa và làm sáng tỏ những cơ sở lý luận về quy hoạch và phát
triển hệ thống điện.
- Phân tích tình hình thực hiện quy hoạch giai đoạn trước, thực trạng hệ
thống điện Phú Thọ, tình hình vận hành và phát triển điện năng qua các năm. Rút ra


9

được nhận xét về hiện trạng nguồn và lưới điện, kết hợp với dự báo nhu cầu tiêu thụ
điện của tỉnh Phú Thọ, từ đó đưa ra các phương án quy hoạch phù hợp.
- Đề xuất và đánh giá phương án Quy hoạch hệ thống điện tỉnh Phú Thọ.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn.
- Là hệ thống điện tỉnh Phú Thọ, bao gồm hiện trạng lưới điện và nguồn trên
địa bàn tỉnh cũng như dự báo nhu cầu phát triển hệ thống điện tỉnh đến giai đoạn
quy hoạch 2015-2020, có định hướng đến 2025.
5. Phương pháp nghiên cứu của luận văn.
Luận văn này sẽ sử dụng hai phương pháp dự báo nhu cầu điện năng là
phương pháp tính trực tiếp và phương pháp ngoại suy để đưa ra nhu cầu phụ tải
trong giai đoạn quy hoạch.
Từ đó, luận văn sẽ sử dụng các phương pháp phân tích lưới điện và quy
hoạch kiểm tra quá tải, kết hợp tra cứu qua tài liệu, tạp chí, sách báo chuyên ngành
cùng các báo cáo phản ánh thực trạng lưới điện của công ty, để từ đó đưa ra phương
án quy hoạch có hiệu quả nhất.
6. Cấu trúc của luận văn.

Ngoài các phần mở bài, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo, các phụ lục,
bảng chữ viết tắt, nội dung chính của luận văn có cấu trúc như sau:
- Chương 1: Cơ sở phương pháp luận về quy hoạch phát triển hệ thống điện.

- Chương 2: Phân tích các căn cứ xây dựng quy hoạch hệ thống điện tỉnh Phú Thọ.
- Chương 3: Đề xuất phương án Quy hoạch hệ thống điện tỉnh Phú Thọ.


10

CHƯƠNG I: CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP LUẬN VỀ QUY HOẠCH PHÁT
TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1. Quy hoạch và phát triển hệ thống năng lượng
Mục đích của quy hoạch phát triển hệ thống năng lượng là nhằm đảm bảo
cung cấp năng lượng cho nhu cầu của xã hội một cách tối ưu. Xuất phát từ định
hướng phát triển kinh tế-xã hội của đất nước, các ngành kinh tế quốc dân xây dựng
các quy hoạch phát triển ngành. Trên cơ sở đó, có thể tính được nhu cầu năng lượng
cuối cùng của xã hội (hình 1.1).

Năng lượng

Năng lượng

sơ cấp

cuối cùng

hữu ích

Thủy năng

Điện năng

Hạt nhân

Sản phẩmdầu

Dầu thô

Sản phẩm khí

Khí thiên
nhiên
Than đá

Than thương mại

Thiết bị sử dụng năng lượng

Năng lượng

Động lực
Hơi nước
Nhiệt
Chiếu sáng

Hình 1.1. Hệ thống biến đổi và sử dụng năng lượng
Từ nhu cầu năng lượng cuối cùng, có xét đến tổn thất năng lượng trong các
khâu truyền tải, phân phối và biến đổi năng lượng, có thể giải bải toán tối ưu để tính

được nhu cầu năng lượng thứ cấp dưới dạng điện năng, sản phẩm dầu, sản phẩm khí
hoặc than thương mại. Đến đây lại căn cứ vào nhu cầu các dạng năng lượng cuối
cùng, các loại tổn thất và khả năng cung ứng để giải bài toán tối ưu tìm ra các dạng
năng lượng sơ cấp như thủy năng, năng lượng hạt nhân, dầu thô, khí thiên nhiên,


11

than đá và các dạng năng lượng mới.

CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ NHÀ
NƯỚC VÀ CHÍNH SÁCH

NĂNG LƯỢNG
QUY HOẠCH NĂNG LƯỢNG
QUY
HOẠCH
THAN

QUY HOẠCH

HỆ THỐNG ĐIỆN

DỰ BÁO PHỤ TẢI ĐIỆN
QUY
HOẠCH
DẦU

QUY HOẠCH NGUỒN ĐIỆN

QUY
HOẠCH
NĂNG
LƯỢNG
MỚI

QUY HOẠCH LƯỚI ĐIỆN

KHÍ

CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
Hình 1.2. Cấu trúc của quy hoạch hệ thống năng lượng
Quy hoạch cung cấp năng lượng khu vực bao gồm các bước sau
- Phân tích tình hình tiêu thụ năng lượng: Thu thập các thông tin về tình hình
tiêu thụ các dạng năng lượng (than, dầu. điện, năng lượng mới, năng lượng truyền
thống, ...) theo các ngành kinh tế: công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, thương mạidịch vụ, ...
- Tình hình sản xuất và cung cấp năng lượng của khu vực:
+ Tình hình sản xuất năng lượng trong khu vực: Điện từ các nguồn khác
nhau (thuỷ điện, Diesel, Pin mặt trời, ...), Biogaz, Than, củi, ...
+ Hiện trạng của mạng lưới phân phối năng lượng: số trạm biến áp, công


12

suất, số Km đường dây, số điểm phân phối LPG, ...
- Lập bảng cân bằng năng lượng của khu vực
- Chiến lược phát triển kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu
+ Tổng sản phẩm quốc nội (GDP);
+ Cơ cấu kinh tế;
+ Dự kiến tốc độ tăng trưởng kinh tế, tăng trưởng thu nhập;

+ Dân số và cấu trúc dân số
+ Hệ số trang bị các thiết bị điện gia dụng;
+ Định mức tiêu hao năng lượng cho các nhu cầu sử dụng năng lượng;
+ Chính sách đô thị hoá, ...
- Dự báo nhu cầu năng lượng (Nhu cầu năng lượng và công suất cho từng thời
điểm quy hoạch)
- Đánh giá nguồn tài nguyên năng lượng và lập các phương án cung cấp
- Phân tích kinh tế và lựa chọn phương án cung cấp năng lượng
- Phân tích kinh tế-tài chính dự án đầu tư và lập báo cáo khả thi
1.2. Quy hoạch và phát triển hệ thống điện
1.2.1. Khái niệm
“ Quy hoạch phát triển điện lực là mục tiêu, định hướng, giải pháp và cơ chế
chính sách về phát triển ngành điện, phát triển và cải tạo nguồn, lưới điện, nhằm
đảm bảo cung cấp điện một cách an toàn, liên tục cho các ngành kinh tế, công ích,
đời sống của nhân dân và an ninh quốc phòng, trên cơ sở sử dụng tiết kiệm và hiệu
quả tài nguyên năng lượng của đất nước.” (Quyết định 42/2005/QĐ-BCN, 2005,tr2)
1.2.2. Phân loại
Quy hoạch phát triển điện lực bao gồm quy hoạch phát triển điện lực quốc gia
(lập cho mỗi giai đoạn 10 năm, có xét đến 10 năm tiếp theo) và quy hoạch phát triển
điện lực tỉnh, thành phố trực thuộc trung ương (lập cho mỗi giai đoạn 5 năm, có xét


13

đến triển vọng 5 năm tiếp theo).
Quy hoạch phát triển điện lực được lập, phê duyệt để làm cơ sở cho các hoạt
động đầu tư phát triển điện lực và được điều chỉnh phù hợp với điều kiện kinh tế xã hội trong từng thời kỳ. Quy hoạch phát triển điện lực phải hợp với quy hoạch các
nguồn năng lượng sơ cấp cho phát triển gồm cả nguồn năng lượng mới, năng lượng
tái tạo và có tính đến quy hoạch khác có liên quan theo quy định của pháp luật.
(Khoản 3 Điều 8 luật Điện lực bổ sung, 2012) (Quyết định 42/2005/QĐ-BCN,

2005, tr3)
1.2.3. Nhiệm vụ
Quy hoạch phát triển hệ thống điện là một bộ phận quan trọng nhất trong quy
hoạch hệ thống năng lượng. Nhiệm vụ của quy hoạch phát triển hệ thống điện là
nghiên cứu và lập luận chứng kinh tế - kỹ thuật, các giải pháp quyết định sự phát
triển của hệ thống điện khu vực, nhằm đảm bảo cung cấp đủ điện cho các hộ tiêu
thụ với chi phí nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng
điện năng (Trần Trung Nhân, 2008). Nhiệm vụ cụ thể của quy hoạch phát triển hệ
thống điện như sau:
- Dự báo nhu cầu điện năng của hệ thống cho tương lai có xét đến định hướng
phát triển kinh tế – xã hội của đất nước.
- Xác định tỉ lệ tối ưu giữa các loại nguồn năng lương sơ cấp: thủy năng, nhiên
liệu hóa thạch (than, dầu, khí tự nhiên), hạt nhân, các dạng năng lượng mới và tái
sinh dùng để chuyển thành điện năng trong từng giai đoạn tương lai.
- Xác định khả năng xây dựng và điều kiện đưa vào hoạt động của các loại nhà
máy điện khác nhau trong hệ thống điện sao cho đạt được hiệu quả tối ưu.
- Xây dựng những nguyên tắc cơ bản về phát triển hệ thống lưới điện truyền
tải và phân phối vấn đề liên kết hệ thống, tải điện đi xa, cấu trúc tối ưu của lưới
điện, vấn đề sử dụng hợp lý và tiết kiệm điện năng, vấn đề giảm thiểu ảnh hưởng
của việc phát triển điện năng lên môi trường...


14

Hình 1.4. Nhiệm vụ quy hoạch Hệ thống điện
(Trần Trung Nhân, 2008, tr.4)
1.3. Các phương pháp dự báo nhu cầu phụ tải
1.3.1. Phương pháp hệ số đàn hồi theo nhịp tăng GDP các thành phần kinh tế
Phương pháp này thích hợp với các dự báo trung và dài hạn. Phương pháp
luận của phương pháp dự báo này là trên cơ sở dự báo các kịch bản phát triển kinh

tế- xã hội, nhu cầu điện năng được mô tả phỏng theo quan hệ đàn hồi với tốc độ
tăng trưởng kinh tế. Dự báo trong ngắn và trung hạn từ 3 – 15 năm. Hệ số đàn hồi
tính như sau:
Hệ số đàn hồi điện=

(1.1)

Các hệ số đàn hồi được xác định theo từng ngành theo chuỗi phân tích quá
khứ.
+ Dữ liệu đầu vào: - tốc độ tăng nhu cầu điện (%)
- tốc độ tăng trưởng GDP (%)


15

+ Dữ liệu đầu ra: nhu cầu điện năng (A) & nhu cầu công suất (P) cho từng
giai đoạn
+ Đánh giá sai số: phương pháp này được thực hiện bằng phần mềm chuyên
dụng sai số sai khác của phương pháp này được so sánh với kết quả dự báo nhu cầu
phụ tải của phương pháp trực tiếp nằm trong khoảng 1÷ 5%
1.3.2. Phương pháp ngoại suy theo thời gian
Đây là phương pháp nghiên cứu sự diễn biến của nhu cầu điện năng trong thời
gian quá khứ tương đối ổn định để tìm ra 1 quy luật tăng trưởng của nhu cầu điện năng
trong quá khứ, sau đó kéo dài ra để dự báo cho tương lai.
Giả thiết có hàm số  ( a,b,c…., x) trong đó a, b, c… là các hệ số cần xác
định, x là biến số. Cần xác định các hệ số a, b, c… sao cho:
2
  yi   i (a, b, c...x)  tiến tới min
n

i 1

Để xác định được các giá trị của a, b, c… ta đạo hàm riêng hàm  theo a, b,
c… và giải hệ phương trình xác định được các giá trị của a, b, c…



 n

  yi  i ( a, b, c...x   a  0
 i 1
 n

0
  yi  i ( a, b, c...x  
b
 i 1
................................................



1.3.3. Phương pháp đối chiếu
Phương pháp này so sánh đối chiếu nhu cầu phát triển điện năng của các nước
có hoàn cảnh tương tự, phương pháp này tương đối đơn giản, thường được dùng
mang tính tham khảo, kiểm chứng.


16

1.3.4. Phương pháp mạng nơ-ron nhân tạo

Hình 1.5. Cấu trúc mạng nơron nhân tạo
(Điều 10, QĐ 07/QĐ-ĐTĐL, 2013, tr.6)
Trong đó:
- Pi là lớp vào bao gồm các tín hiệu đầu vào (nhiệt độ, độ ẩm, ngày nghỉ hoặc
làm việc…);
- b1 và b2 là lớp ẩn;
- b3 là lớp ra;
- d là hàm số điện năng, công suất ngày, giờ.
Việc chọn lựa số lượng các tín hiệu đầu vào phụ thuộc vào bài toán cụ thể và
chỉ có thể xác định dựa trên đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào và phụ tải điện.
Kết quả đầu ra phụ thuộc vào cấu trúc của mạng nơron và dữ liệu quá khứ. (Quyết định
07/QĐ-ĐTĐL, 2013, tr 6)
Để có thể mô phỏng bài toán cần giải quyết, mạng phải được huấn luyện với
các dữ liệu mẫu để điều chỉnh các trọng số cho phù hợp. Khi hoàn thành huấn
luyện, mạng nơron sẽ tạo ra hàm quan hệ giữa nhu cầu phụ tải điện với các yếu tố
ảnh hưởng (nhiệt độ, độ ẩm, ngày nghỉ hoặc làm việc…). (Quyết định 07/QĐĐTĐL, 2013, tr 6)


17

1.3.5. Phương pháp chuyên gia
Trong trường hợp có nhiều yếu tố không ổn định thì sử dụng phương pháp
chuyên gia có tham khảo ý kiến của hội đồng tư vấn. Việc lấy ý kiến được tiến hành
theo các bước sau:
- Chuyên gia cho điểm theo từng tiêu chuẩn. Mỗi tiêu chuẩn có một thang
điểm thống nhất.
- Lấy trọng số của các ý kiến của hội đồng tư vấn để tổng hợp.
(Quyết định 07/QĐ-ĐTĐL, 2013, tr 8)
1.3.6. Phương pháp tính trực tiếp

Nội dung của phương pháp này là xác định nhu cầu điện năng của năm dự báo
dựa trên tổng sản lượng kinh tế của các ngành năm đó và suất tiêu hao điện năng
của từng loại sản phẩm, phương pháp tỏ ra khá chính xác khi có tương đối đầy đủ
các thông tin về tốc độ pháp triển kinh tế, mức độ áp dụng tiến độ khoa học kỹ
thuật…Với ưu điểm về độ chính xác, bám sát thực tế phát triển của khu vực dự báo,
không quá phức tạp nên phương pháp này dùng được phổ biến cho các dự báo tầm
ngắn (1-2 năm) và tầm vừa (3-10 năm) trong các đề án quy hoạch tỉnh, thành phố,
huyện…
Dựa trên cơ sở chia các phụ tải ra làm 5 thành phần
+ Dữ liệu đầu vào:
Tổng sản lượng kinh tế các ngành, suất tiêu hao năng lượng từng loại sản phẩm.
Điện thương phẩm và nhu cầu điện năng của cở sở cần tính toán
+ Dữ liệu đầu ra: Công suất
Điện nhận
Điện thương phẩm
Tốc độ tăng trưởng điện năng
+ Đánh giá sai số: phương pháp trực tiếp dựa trên những số liệu thu thập thực
tế tại cơ sở cần tính toán. Các số liệu tăng trưởng điện năng trong những năm gần


18

nhất, những kế hoạch đầu tư trong giai đoạn quy hoạch cũng đã được tính đến, nhu
cầu điện và sản lượng điện thương phẩm của các ngành công nghiệp – xây dựng ,
dịch vụ, nông, lâm, ngư nghiệp, điện năng cho ánh sáng sinh hoạt trong những năm
gần nhất. Do có những số liệu thực tế đầy đủ và đã tính đến các phương án cao, cơ
sở, thấp nên phương pháp này luôn đáp ứng được nhu cầu phụ tải. Sai số của
phương pháp này trong khoảng 1÷10%.
1.4. Các phương pháp quy hoạch hệ thống điện
1.4.1. Bài toán quy hoạch

Bài toán quy hoạch tổng quát được phát biểu như sau:
Xác định tập giá trị các biến: X={x1, x2, …,xn}
Sao cho hàm f(xj)  min (max)

(j=1,2,…,n)

đồng thời thỏa mãn các điều kiện gi(X) (≤;=;≥) bi (i=1,2,…,m)

(1.4)
(1.5)

Xj Є X c R n
được gọi là 1 bài toán quy hoạch.
Hàm f(X) gọi là hàm mục tiêu.à
Các hàm gi(X); (i=1,2,…,m) được gọi là các ràng buộc.
Tập hợp D = { xЄ X ; gi(X) (≤;=;≥) bi} với i=1,2,…,m được gọi là miền ràng
buộc.
Mỗi điểm X={x1, x2, …,xn} Є D gọi là 1 phương án.
Một phương án có: X* Є D đạt cực trị của hàm mục tiêu.
Cụ thể: f(X* ) ≤ f(X), với mọi X Є D (đối với bài toán cực tiểu)
:f(X* ) ≥ f(X), với mọi X Є D (đối với bài toán cực đại)
Được gọi là lời giải tối ưu.
Khi đó giá trị f(X*) được gọi là giá trị tối ưu hóa của bài toán quy hoạch.
Một trong những phương pháp giải bài toán được đặt ra là phương pháp
duyệt toàn bộ, tìm giá trị hàm mục tiêu của tất cả các phương pháp có thể trong


19

miền ràng buộc. Sau đó so sánh các giá trị tính được của hàm mục tiêu f(X) để tìm

ra giá trị tối ưu và phương án tối ưu của bài toán quy hoạch. Tuy nhiên cách giải
quyết này khó có thể thực hiện được, ngay cả khi kích thước bài toán không lớn lắm
(số biến n và số ràng buộc m là không lớn) bởi vì tập D thông thường gồm một số
rất lớn các phần tử, trong nhiều trường hợp còn không đếm được.
Vì vậy cần có những nghiên cứu lý thuyết để có thể tách bài toán tổng quát
thành những bài toán có thể giải được. Các nghiên cứu lý thuyết đó thường là
nghiên cứu các tính chất của các thành phần bài toán (hàm mục tiêu, hàm ràng
buộc, các biến số, các hệ số). Các điều kiện tồn tại lời giải chấp nhận được, các điều
kiện cần và đủ của cực trị, tính chất của các đối tượng nghiên cứu.
Các tính chất của các thành phần bài toán và đối tượng nghiên cứu giúp ta
phân loại bài toán.
Một bài toán quy hoạch được gọi là bài toán:
+ Quy hoạch tuyến tính nếu hàm mục tiêu f(X) và tất cả các hàm ràng buộc
gi(X); I = 1,2,..,m là tuyến tính.
f(X) = ∑ cjxj  min (max)

(1.6)

gi(X) = ∑aịxj (≤;=;≥) bi, i=(1,2,…,m)

(1.7)

Trong đó: cj, aị, bi là các hằng số.
+ Quy hoạch tham số nếu các hệ số trong biểu thức hàm mục tiêu và các ràng
buộc phụ thuộc tham số.
+ Quy hoạch động nếu đối tượng xét là các quá trình có nhiều giai đoạn nói
chung hay các quá trình phát triển theo thời gian nói riêng. Mô hình quy hoạch động
thường được coi là công cụ tương đối vạn năng. Để giải bài toán (1.4), (1.5) người
ta thường rời rạc hóa các giá trị của biến. Thực chất của phương pháp này là liệt kê,
lựa chọn có quy tắc tổ hợp giá trị rời rạc của các biến thỏa mãn (1.5) sao cho giá trị

của hàm mục tiêu (1.4) đạt cực trị. Mỗi tổ hợp của các biến thỏa mãn (1.5) còn được
gọi là phương án chấp nhận được. Đối với bài toán quy hoạch phát triển nguồn điện
số phương án chấp nhận được thường rất lớn. Do đó bước đầu tiên trước khi thực
hiện liệt kê lựa chọn cần loại trừ bớt các phương án có thể là không khả thực, khi đó


20

lại hạn chế nhiều đến tính tối ưu của lời giải. Ngoài ra mô hình quy hoạch động đòi
hỏi những thuật toán phức tạp, công cụ tính toán hiện đại, và đặc biệt cần phải dựa
vào một số lượng lớn các số liệu ban đầu.
+ Quy hoạch phi tuyến nếu như hoặc f(X) hoặc ít nhất một trong các hàm
g(X) là phi tuyến. Về nguyên tắc quy hoạch phi tuyến cho phép mô phỏng bài toán
quy hoạch phát triển hệ thống điện chính xác hơn. Tuy nhiên khó khăn chủ yếu của
mô hình lại nằm trong các phương pháp giải. Cho đến nay chưa có một phương
pháp chung hiệu quả nào cho phép giải trọn vẹn bài toán (1.4), (1.5) trong trường
hợp phi tuyến. Trong trường hợp này để tìm cực trị hàm (1.4) thỏa mãn ràng buộc
(1.5) thường phải dùng các phương pháp lặp, phổ biến nhất là dùng phương pháp
tuyến tính hóa và phương pháp Gradient. Ngoài ra còn có thể sử dụng phương pháp
Lagrange và phương pháp hàm phạt.
+ Quy hoạch rời rạc nếu miền ràng buộc D là tập rời rạc. Trong trường hợp
riêng khi các biến chỉ nhận giá trị nguyên ta có quy hoạch nguyên. Một trường hợp
riêng của quy hoạch nguyên là quy hoạch biến Boole, khi các biến số chỉ nhận giá
trị 0 hay 1.
+ Quy hoạch đa mục tiêu nếu trên cùng một miền ràng buộc ta xét đồng thời
các hàm mục tiêu khác nhau.
Các phương pháp kể trên có nhược điểm chung là không đảm bảo được tính
hội tụ chắc chắn. Thông thường tính hội tụ đảm bảo được khi các giá trị đầu của lời
giải lựa chọn được gần với lời giải tối ưu. Nhược điểm quan trọng khác của phương
pháp giải bài toán quy hoạch phi tuyến là không đảm bảo lời giải tối ưu toàn cục.

Nhược điểm càng tăng khi số biến cần tìm của bài toán càng nhiều. Như vậy, do
tính phức tạp nhiều yếu tố của bài toán quy hoạch phi tuyến nên mô hình phi tuyến
thường được đưa về bài toán quy hoạch tuyến tính.
1.4.2. Phương pháp quy hoạch không chính quy
Phương pháp quy hoạch không chính quy được đặt trên cơ sở các phân tích
trực quan, có quan hệ chặt chẽ với suy nghĩ của các chuyên gia. Phương pháp này


21

có thể đưa ra một sơ đồ thiết kế tốt trên cơ sở kinh nghiệm và sự phân tích. Dù sao
nó cũng không phải là một phương pháp tối ưu hóa toán học chặt chẽ.
Phương pháp quy hoạch không chính quy được áp dụng rộng rãi trong quy
hoạch lưới điện vì tính chất dễ hiểu, mềm dẻo, tốc độ tính toán nhanh, dễ thu hút cá
nhân trong công việc thiết kế và có thể thu được một lời giải tối ưu tương đối mà
điều đó phù hợp với những yêu cầu thực tế của kỹ thuật.
Phương pháp không chính quy bao gồm việc kiểm tra quá tải, phân tích độ
nhạy và thành lập sơ đồ. Chúng được mô tả như sau:
1.4.2.1. Kiểm tra quá tải
Trong giai đoạn lập sơ đồ, vấn đề mấu chốt là liệu có đủ khả năng tải không,
tức là liệu có đường dây nào bị quá tải không. Vì vậy, kiểm tra quá tải là điều bắt
buộc. Theo sự vận hành bình thường và ngẫu nhiên của thiết bị, ta phải khẳng định
rằng không có đường dây nào bị quá tải trong điều kiện làm việc bình thường và đôi
khi thậm chí cả trong điều kiện sự cố một đường dây. Điều đó được gọi là “nguyên
lý kiểm tra N-1”. Vì vậy để kiểm tra một đường dây có bị quá tải hay không là việc
tính toán phân phối dòng tải và khả năng tải của một đường dây là rất quan trọng.
Sự cân bằng dòng tải xoay chiều có thể được dùng để thực hiện việc phân
tích dòng tải một cách chính xác và đưa ra một sự phân bố toàn diện của công suất
tác dụng và công suất phản kháng, điện áp và góc pha trong hệ thống. Phương pháp
này, dù sao cũng dẫn tới một khối lượng tính toán rất lớn khi nó cần phải tiến hành

phân tích và tính toán nhiều lần trong điều kiện đã biết sơ đồ. Vì vậy, nhiều nhà quy
hoạch hiện nay đã áp dụng việc cân bằng dòng tải một chiều để kiểm tra quá tải.
Việc cân bằng dòng một chiều là sự đơn giản hóa của việc cân bằng dòng xoay
chiều và có đặc điểm là tính toán nhanh và phân tích dễ dàng khả năng tải của
đường dây với độ chính xác cao.
1.4.2.2. Phân tích độ nhạy
Khi một đường dây bị quá tải, việc phân tích độ nhạy thường được mở rộng
ra lưới điện đó cho đường dây có ảnh hưởng nhất đối với việc giới hạn quá tải.
Đường dây có ảnh hưởng ở đây liên quan tới đường dây được đầu tư có hiệu quả


22

nhất. Việc giải thích từ “có ảnh hưởng” ở đây có khác nhau giữa các nhà quy hoạch
với những thể hiện khác nhau.
1.4.3. Phương pháp quy hoạch toán học
Quy hoạch toán học bằng phương pháp toán học là phương pháp mô hình
hóa bài toán quy hoạch lưới điện về dạng toán học rồi dùng các thuật toán tối ưu để
tìm ra lời giải tối ưu thỏa mãn tất cả các ràng buộc. Mô hình tối ưu toán học của bài
toán quy hoạch lưới điện sẽ bao gồm: biến, ràng buộc và một hàm mục tiêu.
- Biến: có hai nhóm sau: biến quyết định và biến tương lai. Biến quyết định
biểu diễn đường dây truyền tải nào được chọn để xây dựng mới vào lưới do đó đây
là sẽ là biến nguyên. Các biến này sẽ xác định cấu trúc hình học của lưới điện. Biến
trạng thái biểu diễn trạng thái vận hành của hệ thống như là dòng công suất, điện áp
nút, ... Chúng thường là các biến thực.
- Ràng buộc: bao gồm các điều kiện xây dựng của biến quyết định, cận trên
cận dưới của biến trạng thái... Hiện nay hầu hết các mô hình toán quy hoạch lưới
điện chỉ xét đến các ràng buộc về quá tải đường dây và cân bằng công suất mà
không xét đến các yêu cầu về điện áp, ổn định...
-Hàm mục tiêu: là một hàm của các biến quyết định và biến trạng thái. Nó

chủ yếu bao gồm chi phí đầu tư xây dựng và chi phí vận hành. Mục đích của bài
toán quy hoạch lưới điện là tối thiểu hóa hàm mục tiêu nói trên.
Để giải bài toán quy hoạch lưới điện có các công cụ như quy hoạch tuyến
tính, quy hoạch động, quy hoạch nguyên hỗn hợp, thuật toán nhánh và cận và
phương pháp hình học. Nhìn chung các công cụ trên đang ở trong quá trình phát
triển và hoàn thiện nên có một số hạn chế ứng dụng vào thực tế.
So với phương pháp quy hoạch bằng kinh nghiệm, phương pháp quy hoạch
bằng toán học có xét đến sự tác động lẫn nhau giữa các biến. Tuy nhiên, do số
lượng biến rất lớn và các ràng buộc là rất phức tạp nên các công cụ tối ưu hóa nêu
trên sẽ rất khó có thể giải quyết những bài toán cho lưới điện có quy mô lớn. Do đó
khi lập công thức toán cho một bài toán quy hoạch lưới, mỗi phương pháp đều có
những đơn giản hóa các vấn đề thực tế. Hơn nữa, có một số nhân tố có tính quyết


23

định rất khó có thể mô hình hóa dưới dạng toán học được dẫn đến một lời giải tối
ưu toán chưa chắc chắn là một phương án tối ưu trong thực tế. Hiện nay, xu hướng
của quy hoạch lưới điện là kết hợp phương pháp kinh nghiệm và phương pháp toán
học để đạt được kết quả tối ưu nhất
1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quy hoạch
- Đặc điểm kinh tế khu vực: yếu tố này ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng
của phụ tải điện.
- Chính sách phát triển quốc gia: bao gồm phát triển kinh tế, phát triển hệ
thống điện, phát triển dân số, chính sách hiện đại hóa đô thị,…
- Điều kiện tự nhiên xã hội của khu vực quy hoạch bao gồm: vị trí địa lý,
diện tích, dân số, các khu vực sản xuất ... Những đặc điểm về khí hậu, nhiệt độ khu
vực, tốc độ gió, hướng gió và mức độ ô nhiễm của không khí. Các yếu tố này ảnh
hưởng rất nhiều đến bài toán quy hoạch hệ thống điện như khí hậu sẽ ảnh hưởng
đến việc phân tuyến dây, chọn thiết bị, chọn phương án thi công, …

- Sự phát triển công nghệ: chủ yếu là công nghệ chế tạo thiết bị điện và tự
động bảo vệ, đóng cắt mạng điện, yếu tố này sẽ tác động đến việc chọn cấu trúc,
kiểu trạm biến áp, nguồn điện,…
- Các số liệu về hộ tiêu thụ điện năng, vị trí và công suất tiêu thụ của từng hộ
có xét đến tương lai 5 đến 10 năm. Chú ý đến các dạng nguồn năng lượng khác có
thể phát triển trong tương lai (năng lượng mặt trời, năng lượng gió, …)
- Hiện trạng hệ thống điện: đây là cơ sở quan trọng ban đầu để thiết kế quy
hoạch, giúp nhà thiết kế quy hoạch chọn lựa vị trí các trạm, nguồn, tuyến dây sao
cho vừa mang tính kế thừa vừa mang tính phát triển để giảm chi phí xây dựng trong
công trình.
- Các chế độ phụ tải: phụ tải cực đại, cực tiểu và chế độ sau sự cố
- Giá điện và giá thành các thiết bị điện và các thiết bị liên quan
- Tính chất của khu vực quy hoạch: ảnh hưởng đến việc xác định công suất
tính toán cho các phụ tải, chọn cấu trúc cho hệ thống điện (số lượng tuyến dây và


24

máy biến áp), biện pháp thi công,…
- Cơ sở hạ tầng: hệ thống điện khi thi công và vận hành không thể tách rời
với hệ thống giao thông, không thể tách rời các công trình mà nó cung cấp năng
lượng. Vì vậy, khi thiết kế quy hoạch hệ thống điện chúng ta phải kết hợp chặt chẽ
với các hệ thống công cộng khác để đảm bảo tính đồng bộ và phát triển bền vững.
- Định hướng phát triển: định hướng phát triển về mặt không gian, quy mô,
dân số, …
- Tính chất của hộ tiêu thụ: loại phụ tải (dân cư, trường học, bệnh viện, công
viên, khu công nghiệp,…) ảnh hưởng đến sự phân bố phụ tải và mật độ tải cũng như
hệ số sử dụng công suất của phụ tải đó.

Hình 1.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quy hoạch Hệ thống điện

(Trần Trung Nhân, 2008, tr.3)
1.6. Quan hệ giữa năng lượng và môi trường
Sự phát triển của ngành năng lượng có ảnh hưởng rất lớn đến môi trường. Khí
đốt, than, dầu và khí đốt để biến nhiệt năng thành điện năng trong các nhà máy điện
không thể tránh khỏi việc thải ra bầu khí quyển một lượng lớn bụi và các chất thài


25

độc hại khác.
Việc ảnh hưởng đến môi trường của quá trình sản xuất và tiêu thụ năng lượng
có thể kể ra các mặt chủ yếu sau:
1.6.1. Gây ô nhiễm tầng khí quyển
Các chất thải độc hại từ các nhà máy nhiệt điện có thể liệt kê như CO, CO 2,
NO, ... (ví dụ như đốt 1 tấn than sẽ sinh ra 66kg SO2). Phế thải vào trong không khí
do con người đốt nhiên liệu là trên 5 tỉ tấn, lượng SO2 là 200 triệu tấn, lượng NOx là
150 triệu tấn...
Ngày 5-12-1952 tại Luân Đôn của nước Anh đã xảy ra sự kiện “làn khói chết
người” làm chấn động thế giới, người ta đã đo đạc trên bầu trời Luân Đôn và thấy
rằng hàm lượng SO2 là 3,8mg/m3 cao gấp 6 lần so với bình thường và hàm lượng
bụi đã là 4,5mg/m3 cao gấp 10 lần so với mức bình thường nên chỉ trong 5 ngày đã
có hơn 4.000 người bị chết, trong đó phần lớn là người già và trẻ em, hai tháng tiếp
theo lại có thêm 8.000 người bị chết.
1.6.2. Sự ô nhiễm nguồn nước
Nước của các đại dương, hồ, ao, sông, suối ngày càng bị ô nhiễm nặng nề. Các
nhà máy nhiệt điện vừa thải khói ra môi trường lại vừa thải các chất độc hại xuống
nguồn nước gây ra sự axit hóa môi trường (ao, hồ, sông suối) chính là 1 nguy cơ ô
nhiễm nguồn nước. Hiện tượng axit hóa không phải bắt nguồn duy nhất từ nguồn
gốc tự nhiên mà nó là kết quả sự biến đổi thành axit của khí SO2 (tỷ lệ 2/3) và của
khí NOx (tỷ lệ 1/3) nhả ra từ cột ống khói của các nhà máy điện. Các axit này sẽ di

chuyển và rơi ngược xuống trái đất dưới dạng khô hoặc ẩm cùng với mưa và tuyết.
Các tàu trở dầu bị tai nạn trên biển cũng sẽ là nguồn gây ô nhiễm rất lớn cho đại
dương.
Các nhà máy điện nguyên tử cũng góp phần đáng kể vào việc làm ô nhiễm
nguồn nước. Chúng gây ra ô nhiễm từ ba nguồn chính như sau:
- Phế của công nghiệp khai thác điện hạt nhân. Theo thống kê, cứ khai thác
1.000 tấn quặng Urani thì sẽ có 2,6 triệu m3 nước thải và 20 vạn tấn phế liệu đều
mang tính phóng xạ khá cao. Để xử lý khối lượng lớn nước thải và phế liệu nguy