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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN MINH ĐỨC CƯỜNG

CỰC TIỂU CHI PHÍ PHÁT ĐIỆN CÁC TỔ MÁY
NHIỆT ĐIỆN SỬ DỤNG ĐA NHIÊN LIỆU
S

K

C

0

0

3

9
6

5
1

9
3

NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250

S KC 0 0 3 7 1 3

Tp. Hồ Chí Minh, 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN MINH ĐỨC CƯỜNG

CỰC TIỂU CHI PHÍ PHÁT ĐIỆN CÁC TỔ MÁY NHIỆT
ĐIỆN SỬ DỤNG ĐA NHIÊN LIỆU

NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250
Hướng dẫn khoa học:
TS. LÊ CHÍ KIÊN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012


LVTN

Lý lịch khoa học

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC.
Họ và tên: Nguyễn Minh Đức Cường

Giới tính: Nam.

Ngày, tháng, năm sinh: 19/01/1985

Nơi sinh: Kiên Giang.

Quê quán: TP. Hồ Chí Minh

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: H180/2 Khu Phố 2 Phường Tân Thới Hiệp
Quận 12 Thành Phố Hồ Chí Minh.
Điện thoại: 0988 847 874.

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO.
2.1. Hệ đại học.
Hệ đào tạo: chính quy.

Thời gian đào tạo: 2003 đến 2008.

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, Quận Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh.
Ngành học: Điê ̣n khí hóa - Cung cấ p điê ̣n.
2.2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 10/20010 đến 10/2012

Nơi học (trường, thành phố): ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM.
Ngành học: Thiết bị, mạng và nhà máy điện
Tên luận văn: Cực Tiểu Chi Phí Phát Điện Các Tổ Máy Nhiệt Điện Sử
Dụng Đa Nhiên Liệu
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Tháng 10 năm 2012, ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.
HCM
Người hướng dẫn: TS. LÊ CHÍ KIÊN.
2.3. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh trình độ B1
2.4. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày &
nơi cấp: Bằng Kỹ Sư Điện và Chứng chỉ sư phạm bậc 2, cấp tại ĐH Sư Phạm Kỹ
Thuật TP. HCM

GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang i

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Lý lịch khoa học

III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC.
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Cty TNHH Vương Trần
03/2008 -

128/37/71 Bùi Hữu Nghĩa,

12/2009

Phường 2, Quận Bình Thạnh, TP.

Nhân Viên.

Hồ Chí Minh.
09/2009-nay

Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Lý Tự
Trọng Thành Phố Hồ Chí Minh

GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang ii

Giảng Viên.

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Lời cam đoan

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2012
Người cam đoan

Nguyễn Minh Đức Cường

GVHD: TS. Lê Chí Kiện

Trang iii

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS. Lê Chí Kiên đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn
thành luận văn này.
Chân thành cảm ơn quí thầy cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã
giảng dạy tôi trong suốt hai năm học.
Và cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên tôi trong
suốt quá trình học tập.

GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang iv

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Tóm tắt

TÓM TẮT
Bài toán điều độ tối ưu tổ máy phát với một nhiên liệu duy nhất cho mỗi tổ
máy đã được giải trong những năm gần đây. Tuy nhiên, trong thực tế ngày nay do sự
phát triển của khoa học – công nghệ tại các nhà máy nhiệt điện mỗi tổ máy có thể sử
dụng nhiều loại nhiên liệu và mỗi tổ máy được biểu diễn bởi các hàm bậc hai bị đứt
đoạn. Các tổ máy đa nhiên liệu này đang đối mặt với việc khó khăn xác định loại
nhiên liệu nào là kinh tế nhất để phát điện. Luận văn này trình bày ba phương pháp
giải bài toán phối hợp tối ưu các tổ máy phát điện sử dụng đa nhiên liệu sử dụng.
Thuận lợi của phương pháp sử dụng là thành lập hàm toán học Lagrange một cách dễ
dàng dựa trên lý thuyết cổ điển nhân tử Lagrange. Các kết quả mô phỏng trong luận
văn cho thấy đây là các phương pháp hiệu quả khi so sánh với các phương pháp khác.

GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang v

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Abstract

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.

GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang vi

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Mục lục

MỤC LỤC
Trang tựa

Trang

Quyết định giao đề tài
Lý lịch khoa học .................................................................................................... i
Lời cam đoan .......................................................................................................iii
Cảm tạ ................................................................................................................. iv
Tóm tắt .................................................................................................................. v
Mục lục .............................................................................................................. vii
Danh sách các chữ viết tắt .................................................................................... x
Danh sách các bảng ............................................................................................ xii
Danh sách các hình ............................................................................................ xiii
Chương 1. Tổng quan ....................................................................................... 01
1.1 Đặt vấn đề ................................................................................................ 01
1.2 Các nghiên cứu .......................................................................................... 02
1.3 Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................. 04
1.4 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 04
1.5 Phạm vi nghiên cứu ................................................................................... 04
1.6 Điểm mới của đề tài .................................................................................. 04
1.7 Giá trị thực tiễn ......................................................................................... 04
1.8 Bố cục của đề tài ....................................................................................... 05
Chương 2: Cở sở lý thuyết ................................................................................ 06
2.1 Phân bố nguồn phát và trao đổi công suất kinh tế ..................................... 06
2.1.1 Khái niệm chung về vận hành kinh tế .................................................... 06
2.1.2 Phân bố tối ưu ........................................................................................ 07
2.1.3 Trao đổi công suất kinh tế ...................................................................... 08
2.2 Yêu cầu của vận hành kinh tế ................................................................... 08
2.2.1 Chất lượng phục vụ ................................................................................ 09

GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang vii

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Mục lục

2.2.2 Chi phí sản xuất ..................................................................................... 09
2.3 Vai trò của vận hành kinh tế ..................................................................... 09
2.3.1 Giảm chi phí nhiên liệu trong vận hành ................................................. 09
2.3.2 Giảm tổn thất điện năng ......................................................................... 10
2.4 Xây dựng chi phí và phát điện tối ưu trong nhà máy nhiệt điện ................. 10
2.4.1 Cơ sở xác định giá điện .......................................................................... 10
2.4.2 Phát điện tối ưu trong nhà máy nhiệt điện .............................................. 14
Chương 3: Mô hình toán ................................................................................... 19
3.1. Bài toán nghiên cứu .................................................................................. 19
3.2. Các ký hiệu trong bài toán ........................................................................ 19
3.3. Xây dựng mô hình toán ............................................................................ 20
3.3.1. Bài toán đơn nhiên liệu .......................................................................... 20
3.3.2. Bài toán đa nhiên liệu ............................................................................ 22
3.4. Phương pháp giải bài toán đơn nhiên liệu ................................................. 33
3.4.1 Xây dựng hàm toán ................................................................................. 33
3.4.2.Lưu đồ giải thuật..................................................................................... 33
3.4.3 Thuật toán............................................................................................... 33
3.5. Phương pháp giải bài toán đa nhiên liệu ................................................... 34
3.5.1. Phương pháp 1: Phương pháp kết hợp .................................................... 34
3.5.2. Phương pháp 2: Phương pháp nhân tử Lagrange .................................... 38
3.5.3. Phương pháp 3: Phương pháp hàm chi phí tương đương ........................ 41
Chương 4: Bài toán nghiên cứu ........................................................................ 44

4.1. Bài toán nghiên cứu .................................................................................. 44
4.2. Kết quả ..................................................................................................... 45
4.2.1. Phương pháp 1: Phương pháp kết hợp .................................................... 45
4.2.2. Phương pháp 2: Phương pháp nhân tử Lagrange .................................... 46
4.2.3. Phương pháp 3: Phương pháp hàm chi phí tương đương ........................ 50
4.3. So sánh kết quả......................................................................................... 52
4.4. Nhận xét kết quả ....................................................................................... 55

GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang viii

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Mục lục

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển ......................................................... 57
5.1. Kết Luận .................................................................................................. 57
5.2. Hướng phát triển của đề tài ....................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 58
PHỤ LỤC ........................................................................................................... 60

GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang ix

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường

LVTN

Danh sách các chữ viết tắt

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
- 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
-

bth/p : Suất tiêu hao than ứng với mức công suất p (g/kWh).

-

Gthan: Giá than (đồng/g).

-

7000 (kcal/kg): Nhiệt trị than tiêu chuẩn.

-

Qth : Nhiệt trị than trung bình.

-

bFO : Suất tiêu hao dầu ứng (g/kWh).

-

GFO : Giá dầu (đồng/g)

-

cVLP : Chi phí vật liệu phụ.

-

Bp

: 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 được bán.
- Fj (Pj): Hàm chi phí nhiên liệu của tổ máy thứ j (Rs/h).

- Pj: Công suất phát của tổ máy thứ j.
- j: Tổ máy thứ j.

j = 1, 2,....,n.

- n: Tổng số tổ máy của nhà máy.
- aj, bj, cj: Các hệ số hàm chi phí nhiên liệu của tổ máy thứ j.
- PD: Công suất tải yêu cầu (MW).
- Pjmin , Pjmax : Giới hạn công suất phát nhỏ nhất, lớn nhất của tổ máy
thứ j (MW).

GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang x

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Danh sách các chữ viết tắt

- λj: Nhân tử Lagrange tương ứng với suất tăng tương đối tiêu hao
nhiên liệu của tổ máy thứ j.
- : Suất tăng tiêu hao nhiên liệu của toàn nhà máy nhiệt điện.
- Δλ: Sai số suất tăng tiêu hao nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện.
- Fjk (Pjk): Hàm chi phí nhiên liệu ứng với công suất phát tổ máy thứ j
nhiên liệu thứ k, (Rs/h).
- Pjk: 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.
- ajk, bjk, cjk: Các hệ số hàm chi phí của tổ máy thứ j ứng với nhiên liệu
thứ k.
- Pjkmin , Pjkmax : 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 nhà máy điện.
- L: Hàm toán học Lagrange

GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang xi

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Danh sách các bảng

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 4.1: Giới hạn công suất tương ứng với mỗi loại nhiên liệu của từng tổ máy.
.................................................................................................................. 44
Bảng 4.2: Các hệ số hàm chi phí tương ứng của các loại nhiên liệu của từng
tổ máy .............................................................................................................. 44
Bảng 4.3: Kết quả phân bố công suất ứng với các trường hợp phụ tải khác nhau áp
dụng phương pháp kết hợp. ............................................................................... 46
Bảng 4.4: Tổng chi phí với k = 1 ứng với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đến 0.8 .. 47
Bảng 4.5: Tổng chi phí với k = 2 với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đến 0.8 ......... 47

Bảng 4.6: Tổng chi phí với k = 3 với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đến 0.8. ........ 48
Bảng 4.7: Kết quả phân bố công suất ứng với các trường hợp phụ tải khác nhau áp
dụng phương pháp nhân tử Lagrange. ................................................................ 49
Bảng 4.8: Tổng chi phí phát điện với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đến 0.8. ........ 50
Bảng 4.9: Kết quả phân bố công suất ứng với các trường hợp phụ tải khác nhau áp
dụng phương pháp hàm chi phí tương đương. .................................................... 51
Bảng 4.10: So sánh kết quả chi phí và thời gian mô phỏng trong trường hợp tải
2400 MW. ......................................................................................................... 52
Bảng 4.11: So sánh kết quả chi phí và thời gian mô phỏng trong trường hợp tải
2500 MW. ......................................................................................................... 53
Bảng 4.12: So sánh kết quả chi phí và thời gian mô phỏng trong trường hợp tải
2600 MW .......................................................................................................... 54
Bảng 4.13: So sánh kết quả chi phí và thời gian mô phỏng trong trường hợp tải
2700 MW .......................................................................................................... 55

GVHD:TS. Lê Chí Kiên

Trang xii

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Danh sách các hình

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2. 1: Quy trình tính giá biến đổi ....................................................... 12
Hình 2.2 Đường cong vào-ra của mô ̣t tổ máy . ..................................................... 13

Hình 2.3: Suất tăng chi phí nhiên liệu tương ứng với công suấ t phát của tổ máy có
đường cong vào ra như (hình 2.2). ....................................................................... 16
Hình 3.1: Hàm chi phí của một tổ máy tương ứng với từng loại nhiên liệu. ......... 22
Hình 3.2: Hàm chi phí tương ứng với mỗi nhiên liệu của 2 tổ máy. ..................... 25
Hình 3.3: Đặc tuyến chi phí của tổ máy gồm 3 đoạn bậc hai ................................ 26
Hình 3.4: Đặc tuyến chi phí tương đương ............................................................ 27
Hình 3.5: Xây dựng đặc tuyến tương đương bằng cách bình phương cực tiểu ...... 30
Hình 3.6: Xây dựng đặc tuyến tương đương bằng phương pháp đồ thị trong matlab
............................................................................................................................ 31
Hình 3.7: Xây dựng đặc tuyến tương đương bằng lệnh polyfit trong matlab ........ 32
Hình 3.8: Lưu đồ giải thuật tối ưu nhà máy nhiệt điện sử dụng đơn nhiên liệu ..... 33
Hình 3.9: Lưu đồ giải thuật tối ưu nhà máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu dùng
phương pháp kết hợp. .......................................................................................... 36
Hình 3.10: Lưu đồ giải thuật tối ưu nhà máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu dùng
phương pháp nhân tử Lagrange ........................................................................... 38
Hình 3.11: Lưu đồ giải thuật tối ưu nhà máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu dùng
phương pháp hàm chi phí tương đương ............................................................... 41

GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang xiii

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Chương 1: Tổng quan

Chương 1

TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề.
Như ta biết, trong hệ thống điện tính liên tục cung cấp điện luôn được đưa
lên hàng đầu, nó ảnh hưởng đến tính kinh tế của một quốc gia hay vùng kinh tế sử
dụng điện. Để có thể đáp ứng đủ nhu cầu năng lượng cho việc phát triển kinh tế thì
tăng trưởng năng lượng điện phải gấp đôi tăng trưởng kinh tế (Việt Nam). Từ đó,
vấn đề được đặt ra với ngành điện là phải đảm bảo điều kiện làm việc cũng như các
quy tắc an toàn về nguồn, đường dây, bảo vệ, phụ tải….v.v. Bên cạnh tính đảm bảo
năng lượng điện thì chi phí phát điện cũng là một bài toán không kém phần quan
trọng. (Nếu có thể cực tiểu chi phí phát điện thì giá thành của điện năng cũng giảm
và lợi nhuận của nhà đầu tư được gia tăng.) Nếu ta cứ tiếp tục xây dựng nguồn cung
cấp để đáp ứng nhu cầu mà không quan tâm đến vấn đề kiểm toán năng lượng cũng
như làm như thế nào để sử dụng tốt các nguồn sẵn có, các nguồn sẵn có này đã được
sử dụng hiệu quả chưa, có thể khắc phục được hay không. Vậy tính kỹ thuật đã đạt
được nhưng trong khi tính kinh tế lại bị bỏ qua với một sai sót lớn.
Ngày nay, sự mất ổn định giá nhiên liệu đã tác động lớn đến việc cân bằng
năng lượng cho các hệ thống điện và đặc biệt có ý nghĩa rất lớn đối với các nhà
máy nhiệt điện. Do vậy, vận hành tối ưu các tổ máy phát nhiệt điện là bài toán cực
kỳ quan trọng nhằm tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời làm giảm bớt lượng khí thải
gây ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường xung quanh.
Như vậy: Phân bố tối ưu nguồn phát là sự bố trí phát công suất tại các nguồn
phát sao cho tổng chi phí tiêu hao nhiên liệu toàn hệ thống là thấp nhất, nhưng
phải đảm bảo các yêu cầu của ngồn phát như: chất lượng điện năng, nhu cầu phụ
tải, độ tin cậy cung cấp điện…
Một trong những bài toán kinh tế - kỹ thuật khi vận hành và thiết kế 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.
GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang 1

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Chương 1: Tổng quan

Hay nói cách khác là cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện trong nha
máy nhiệt điện.
Việc nghiên cứu phương thức phân phối tối ưu công suất trong hệ thống điện
không những nâng cao tính kinh tế trong vận hành mà còn đóng góp vào tính
chính xác và hợp lý khi qui hoạch, thiết kế hệ thống điện.
1.2 Các Nghiên Cứu.
Bài toán phối hợp tối ưu các tổ máy phát nhiệt điện là một bài toán quan
trọng trong hệ thống điện nhằm giảm chi phí phát điện đến mức thấp nhất có thể đã
được nghiên cứu và đưa ra nhiều phương pháp giải trong những thập niên gần đây.
Với thời gian vận hành các nhà máy nhiệt điện lâu dài, nhiên liệu hóa thạch là
nguồn hữu hạn. Từ đó bài toán đặt ra là phải sử dụng loại nhiên liệu nào là hợp lý
cho mức công suất yêu cầu. Trước đây, mỗi tổ máy chỉ sử dụng một loại nhiên liệu
để đốt, điều này có nghĩa mỗi tổ máy chỉ có một hàm chi phí bậc hai duy nhất. Tuy
nhiên, ngày nay mỗi tổ máy có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu, và mỗi nhiên liệu
được dùng sẽ tương ứng với mức công suất phát ra. Do đó, mỗi tổ máy được biểu
diễn xấp xỉ thành nhiều hàm bậc hai tương ứng với các giới hạn công suất và nhiên
liệu khác nhau. Khó khăn cho vận hành các tổ máy này là làm như thế nào để xác
định được nguồn nhiên liệu để đốt mang lại hiệu quả kinh tế nhất. Và cũng do đặc
tính chi phí không liên tục và nhiều tối ưu cục bộ nên các phương pháp thông
thường thì rất khó giải bài toán này. Một phương pháp để giải bài toán với các tổ
máy có nhiều nhiên liệu là tuyến tính hóa từng đoạn và giải chúng bằng các phương

pháp truyền thống [1]. Phương pháp hay hơn là vẫn giữ giả thiết các hàm chi phí
bậc hai theo từng đoạn và giải chúng. Sự dò tìm phân cấp dựa vào phương pháp số
(hierarchical approach based the numerical method _ HNUM) được giới thiệu trong
[2] là một cách để giải bài toán. Tuy nhiên, việc giải bài toán bằng phương pháp số
sẽ khó khăn hơn rất nhiều với những hệ thống lớn, đặc biệt với các ràng buộc không
cực trị. Việc ứng dụng mạng noron Hopfield (Hopfield neural network _HNN) [3]
với ưu điểm là đơn giản thì lại gặp những khó khăn trong xử lý một số ràng buộc
bất đẳng thức, và những bài toán lớn với nhiều ràng buộc bởi bất đẳng thức. Ngoài

GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang 2

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Chương 1: Tổng quan

ra, sự hội tụ của HNN cũng phụ thuộc vào sự lựa chọn các hệ số phạt cho các ràng
buộc. Trong mạng noron Lagrange tăng cường (Enhanced Lagrangian Artificial
Neural Network ELANN) [4], các nhân tử Lagrange được cải thiện nhằm đảm bảo
tính hội tụ và cho các kết quả tối ưu, và việc xúc tác cũng được sử dụng để đạt được
sự hội tụ nhanh. Tuy nhiên, cả hai HNN và ELANN đều có số vòng lặp lớn cho sự
hội tụ và thường dao động suốt quá trình quá độ. Mạng noron Hopfield thích nghi
(Adaptive Hopfield neural network _AHNN) [5], [6] là một sự cải tiến của HNN
bằng việc điều chỉnh độ dốc và độ lệch của các noron suốt quá trình hội tụ nhằm đạt
được kết quả nhanh hơn.
Gần đây, các kỹ thuật tối ưu phỏng đoán đã được áp dụng để giải bài toán

như thuật toán di truyền (genetic algorithm_GA) [7], [8], qui hoạch tiến hóa
(evolutionary programming _EP) [9], [10], và tối ưu hóa bầy đàn (particle swarm
optimization _PSO) [11], [12]. GA phụ thuộc nhiều vào hàm tương thích, nhạy
với tỉ lệ lai và đột biến, sơ đồ mã hóa các bit của nó, và độ dốc của đường cong
không gian dò tìm dẫn đến lời giải. Với cơ chế dò tìm song song, phương pháp EP
có xác suất cao để tìm các lời giải tối ưu. Đối với những bài toán quá phức tạp thì
kết quả chỉ gần tối ưu. Các phương pháp này có số vòng lặp lớn và nhạy với các
thông số điều khiển liên quan [11], [12]. Ngoài ra gần đây, tối ưu hóa bầy đàn
(PSO) đã được áp dụng rộng rải trong các bài toán tối ưu hóa hệ thống điện. Mặc
dù phương pháp này cho ra lời giải tối ưu trong khoảng thời gian tính toán ngắn
và đặc điểm hội tụ ổn định hơn một số phương pháp khác [13], nhưng nó lại nhạy
với việc thay đổi các thông số. Phương pháp này vẫn đang được nghiên cứu về
khả năng giải các bài toán hệ thống điện phức tạp. Một thuật toán kết hợp của
Evolutionary programming, Tabu search and Quadratic programming (ETQ) được
đưa ra trong [14] để khắc phục những khó khăn của những phương pháp đơn giản.
Tóm lại, các phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng, phương
pháp cho kết quả tối ưu thì quá trình thành lập bài toán khó khăn, số vòng lặp hội tụ
lớn. Phương pháp giải đơn giản thì cho kết quả không như mong đợi. Từ đây luận

GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang 3

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Chương 1: Tổng quan

văn đề xuất ba phương pháp giải bài toán dựa vào hàm toán Lagrange được thành
lập để cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu.
1.3 Mục Tiêu Nghiên Cứu.
 Phương pháp nhân tử Lagrange được áp dụng để giải bài toán tối ưu đem lại
kết quả chấp nhận được.
 Giảm đến mức nhỏ nhất chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa
nhiên liệu mà vẫn đảm bảo an ninh năng lượng.
1.4 Phương Pháp Nghiên Cứu.
Giải tích và mô phỏng toán học trên cơ sở hàm mục tiêu là cực tiểu chi phí
phát điện với thuật toán ứng dụng là nhân tử Lagrange.
1.5 Phạm Vi Nghiên Cứu.
 Cực tiểu chi phí phát điện giữa các tổ máy phát đơn nhiên liệu, các hàm chi
phí của các tổ máy phát là bậc hàm 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 là bậc hàm bậc hai theo từng đoạn nhiên liệu, bỏ
qua tổn hao các tổ máy.
1.6 Điểm Mới Của Đề Tài
 Đưa ra hàm chi phí phát điện tại các tổ máy nhiệt điện vào hàm mục tiêu
phát điện, từ đó tìm được chi phí phát điện thấp.
 Xây dựng lưu đồ giải thuật dựa trên toán tử nhân tử Lagrange.
1.7 Giá Trị Thực Tiễn
Nghiên cứu phương thức vận hành các nhà máy điện trong hệ thống nhằm đáp
ứng đủ nhu cầu phụ tải và có thể cực tiểu chi phí phát điện. Điều này có ý nghĩa to
lớn cho nguồn năng lượng điện hiện nay khi nguồn tài nguyên khoáng sản đang đi
đến hồi cạn kiệt và đối với môi trường đang bị phá huỷ nghiêm trọng. Chính vì vậy
mà đề tài “Cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu”
sẽ góp phần giải quyết vấn đề này.
Với kết quả nghiên cứu thì đề tài có thể:
 Ứng dụng cho các tổ máy nhiệt điện trong hệ thống.
GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang 4

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Chương 1: Tổng quan

 Sử dụng tài liệu cho bài toán tối ưu.
 Sử dụng thuật toán cũng như phương pháp nghiên cứu chó các nghiên cứu
khác.
1.8 Bố Cục Của Đề Tài.
Cấu trúc luận văn gồm 5 chương cụ thể như sau:
1. Chương 1: Tổng quan.
Tóm tắt những nghiên cứu trước đây, trình bày các hướng nghiên trước đây,
trình bày phương pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, điểm
mới, ý nghĩa và bố cục của đề tài.
2. Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Trình bày đặc tính của phối hợp tối ưu và lợi ích đem lại. Xây dựng chi phí
và phát điện tối ưu trong nhà máy nhiệt điện.
3. Chương 3: Mô hình toán.
Xây dựng mô hình toán học cho các tổ máy nhiệt điện. Hàm mục tiêu, các
ràng buộc được đặt ra, từ đó xây dựng hàm Lagrange và thuật toán giải cho bài toán
cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện.
4. Chương 4: Bài toán nghiên cứu.
Trình bày bài toán ứng dụng, kết quả nghiên cứu và so sánh kết quả với các
phương pháp khác.
5. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài.

Đánh giá kết quả và nêu hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài.

GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang 5

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường


LVTN

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chƣơng 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Phân Bố Nguồn Phát Và Trao Đổi Công Suất Kinh Tế.
2.1.1. Khái niệm chung về vận hành kinh tế.
Vận hành hệ thống điện là tập hợp các thao tác nhằm duy trì chế độ làm việc
bình thường của hệ thống điện đáp ứng các yêu cầu chất lượng, tin cậy và kinh tế.
Như đã biết, hệ thống điện bao gồm các phần tử có mối liên hệ chặt chẽ với nhau.
Sự làm việc tin cậy và kinh tế của hệ thống xuất phát từ sự tin cậy và chế độ làm
việc kinh tế của từng phần tử. Cùng với sự ra đời của các thiết bị công nghệ mới,
những yêu cầu về vận hành các thiết bị nói chung ngày càng trở nên nghiêm ngặt.
Cũng như đối với tất cả các thiết bị, vấn đề vận hành hệ thống điện trước hết phải
cần phải thực hiện theo đúng quy trình quy phạm. Các quy trình sử dụng thiết bị do
nhà chế tạo cung cấp và hướng dẫn. Quy trình vận hành các thiết bị của hệ thống
được xây dựng trên cơ sở các quy trình sử dụng thiết bị có xét đến những đặc điểm
công nghệ của hệ thống. Như ta đã biết hệ thống điện có hàng loạt các đặc điểm
khác biệt, mà dưới đây là một số đặc điểm nổi bật nhất có liên quan trực tiếp đến

quá trình vận hành hệ thống điện:
 Quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng diễn ra hầu nhƣ đồng thời.
Đặc điểm này cho thấy điện năng không thể cất giữ dưới dạng dự trữ. Điều đó
dẫn đến sự cần thiết phải duy trì sao cho tổng công suất phát của tất cả các nhà máy
điện phải luôn luôn phù hợp với nhu cầu tiêu thụ của tất cả hộ dùng điện. Sự mất
cân đối sẽ làm giảm chất lượng điện mà một số trường hợp có thể dẫn đến sự cố và
mất ổn định hệ thống. Do phụ tải luôn thay đổi từ giá trị cực tiểu đến cực đại, cần có
các biện pháp điều chỉnh chế độ làm việc hợp lý của các nhà máy điện.
 Hệ thống điện là một hệ thống thống nhất.
Giữa các phần tử hệ thống điện luôn luôn có những mối quan hệ hết sức mật
thiết với nhau. Sự thay đổi phụ tải của một nhà máy điện bất kỳ, sự đóng cắt một

GVHD: TS. Lê Chí Kiên

Trang 6

HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường