phối hợp vận hành các tổ máy phát nhiệt điện trong thị trường điện

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LƯU HOÀNG VIÊN

PHỐI HỢP VẬN HÀNH CÁC TỔ MÁY PHÁT NHIỆT ĐIỆN
TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250

S K C0 0 4 3 1 5

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014


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

LU Ậ N V Ă N TH Ạ C S Ĩ

LƯU HOÀNG VIÊN

Đề tài:

PHỐI HỢP VẬN HÀNH
CÁC TỔ MÁY PHÁT NHIỆT ĐIỆN
TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN

C H U Y ÊN N G À N H : K Ỹ TH U Ậ T Đ I ỆN - 6 0 5 2 5 0

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2014


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

LU Ậ N V Ă N TH Ạ C S Ĩ
LƯU HOÀNG VIÊN

Đề tài:

PHỐI HỢP VẬN HÀNH
CÁC TỔ MÁY PHÁT NHIỆT ĐIỆN
TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN
C H U Y ÊN N G À N H : K Ỹ TH U Ậ T Đ I ỆN - 6 0 5 2 5 0
Hướng dẫn khoa học: TS.LÊ CHÍ KIÊN

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2014


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: LƯU HOÀNG VIÊN

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 16-01-1971

Nơi sinh: Bạc liệu

Quê quán: Bạc liệu

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 22A2 khu Tập thể Nhiệt điện Ô Môn, đ.Nguyễn
Chí Thanh, Trà Nóc, Bình Thủy, TP.Cần Thơ
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng: 0918391040

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp: không
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Mở rộng

Thời gian đào tạo từ 1991 đến 1995

Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh
Ngành học: Điện – Điện tử

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thi Tốt nghiệp
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp:
Người hướng dẫn:
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:
Thời gian

Từ năm 10/1995 20 12
Từ 1/2013 đến n a y
Từ năm
2012- 2014

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Công ty Nhiệt điện Cần Thơ.

Vận hành Nhà máy điện

Tổng công ty Phát điện 2

Tổ chức – Nhân sự

Học cao học trường Đại
học SPKTP.HCM, chuyên
ngành: Kỹ thuật điện.

i

Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

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 19 tháng 7 năm 2014

Lưu Hoàng Viên

ii


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô đã giảng dạy, truyền đạt
tri thức khoa học và giúp em trưởng thành trong suốt quá trình theo học cao học.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Lê Chí Kiên, người đã tận tình
hướng dẫn, cung cấp những tài liệu vô cùng quí giá và giúp đỡ em trong suốt quá
trình nghiên cứu thực hiện luận văn này.
Cảm ơn gia đình và tất cả các bạn bè luôn giúp đỡ, động viên trong suốt khoá
học đến khi hoàn thành luận văn.
Tuy nhiên, do còn hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm thực tế, về tài liệu tham
khảo, thời gian thực hiện đề tài, nên không tránh khỏi những sai lầm, thiếu sót. Kính

mong thầy hướng dẫn, quí thầy, cô cùng các bạn học viên góp ý để luận văn này
được hoàn thiện hơn.
Chân thành cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, tháng .... năm 2014

Lưu Hoàng Viên

iii


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Nước ta đang trong giai đoạn thực hiện vận hành theo cơ chế thị trường ở
khâu phát điện (nhà máy điện), sẽ tiến tới thị trường bán buôn và sau đó là thị
trường bán lẽ theo lộ trình Chính phủ đã đề ra (đang chuyển từ độc quyền Nhà nước
sang cơ cấu thị trường cạnh tranh). Để tăng tính cạnh tranh, đòi hỏi vận hành các
nhà máy điện không những đáp ứng yêu cầu đặt ra về về số lượng, chất lượng và độ
tin cậy cao với giá thành thấp nhất mà còn chú ý đến các điều kiện ràng buộc khi
phối hợp các tổ máy phát trong cùng một nhà máy điện, giữa các nhà máy điện
trong hệ thống điện.
Đứng ở góc độ nhà đầu tư thì phải tính toán chi phí phát điện của nhà máy
sao cho thấp nhất để khi tham gia vào việc mua bán điện, chào giá và phát điện vào
thị trường lớn nhất, nhằm thu được lợi nhuận tối đa, nhưng người sử dụng điện chi
phí cho việc sử dụng điện với giá rẻ nhất có thể, đặc biệt là các nhà máy nhiệt điện
do giá thành sản xuất 1 kW điện cao hơn so với các loại nhà máy điện khác.

Muốn được như vậy, các nhà máy phát nhiệt điện phải tính toán đưa ra kế
hoạch vận hành các tổ máy phát điện một cách hợp lý nhất. Để giải quyết bài toán
vận hành tối ưu các tổ máy phát điện thì trước hết phải dựa vào hàm chi phí phát
điện của từng tổ máy. Từ đó, thành lập mô hình toán học để tính lợi nhuận tối đa
của các tổ máy phát điện với giá điện trên thị trường xác định tại mỗi thời điểm.
Từ tính cần thiết này, đề tài “Phối hợp vận hành các tổ máy phát nhiệt điện
trong thị trường điện” được đặt ra và ứng dụng các thuật toán để tìm lời giải phân
bố công suất tối ưu giữa các tổ máy trong nhà máy. Trong nghiên cứu của đề tài sẽ
xét trên các nhà máy nhiệt điện, vận hành ổn định (có công suất nhỏ) và xem công
suất nguồn từ các nhà máy điện luôn luôn đáp ứng đủ tải.

iv


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

ABSTRACT
Our country is in the implementation stage operating under the market
mechanism at the stage generator (power plants), will advance to the wholesale
market and then the retail market under the Government route set (is transition from
state monopoly to a competitive market structure). To increase competition, which
requires operators of power plants not only meet the requirements set out in terms
of quantity, quality and reliability with the lowest price but also pay attention to the
constraints when coordinate generators in the power plant, between the plants in the
power system.
Standpoint, investors must calculate the cost of power generation plants to
the lowest so involved in the purchase and sale of electricity, and generators bid into
the largest market, so as to obtain the maximum profit, but the cost of using

electrical power using the cheapest possible, especially thermal power plants due to
the production cost of 1 kW high power than other types of power plants.
Want to be so, the thermoelectric generator to calculate given the
organization plans to operate a generator the most logical way. To solve the
problem of optimal operation of power generating units, the first to be based on the
cost function of each generator unit. Since then, the establishment of a mathematical
model to calculate the maximum profits of the electricity generators to power on the
market price determined at each time point.
From this necessity, titled "Coordinate operational thermal power generators
in electricity markets" was coined and applied the algorithm to find a solution
optimal power distribution between the units in the plant. In the study of the subject
will be considered on the power plant, stable operation (small capacity) and see
output from power plants always meet the load.

v


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
HTĐ

:

Hệ thống điện

NMĐ

:

Nhà máy điện

NMNĐ

:

Nhà máy nhiệt điện

NMTĐ

:

Nhà máy thủy điện

vi


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Lý lịch khoa học .......................................................................................................... i
Lời cam đoan .............................................................................................................. ii

Lời cảm ơn ................................................................................................................. iii
Tóm tắt luận văn ........................................................................................................ iv
Abstract .......................................................................................................................v
Danh sách các chữ viết tắt ......................................................................................... vi
Mục lục ..................................................................................................................... vii
Mục lục hình ............................................................................................................. ix
Mục lục bảng ............................................................................................................. xi
Chương 0: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN ....................................................................1
0.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................1
0.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .............................................................................3
0.3. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ............................................................................3
0.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: ...................................................................3
0.5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...............................................................................3
0.6. NỘI DUNG LUẬN VĂN.................................................................................3
Chương I: TỔNG QUAN .........................................................................................5
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................5
1.1.1. Bài toán chọn tối ưu các tổ máy phát ........................................................6
1.1.2. Vai trò của chọn tối ưu các tổ máy phát trong hệ thống điện ....................6
1.2. MÔ TẢ BÀI TOÁN NGHIÊN CỨU ...............................................................7
1.3. CÁC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ................................................................11
1.4. KẾT LUẬN ....................................................................................................14
Chương II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC ..............................................15
2.1. HƯỚNG TIẾP CẬN.......................................................................................15
2.1.1. Mô hình toán học .....................................................................................15

vii


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

2.1.2. Giải quyết bài toán ...................................................................................19
2.1.3. Nhận xét ...................................................................................................23
2.1.4. Các phương pháp tính toán để giải quyết bài toán ..................................24
2.2. GIẢI THUẬT BÀI TOÁN .............................................................................32
2.2.1. Sơ đồ khối của bài toán............................................................................32
2.2.2. Lưu đồ thuật toán .....................................................................................35
2.2.3. Nhận xét ...................................................................................................36
Chương III: KIỂM TRA CÁC VÍ DỤ MẪU VÀ NHẬN XÉT ...........................37
3.1. BÀI TOÁN 1 ..................................................................................................37
3.1.1. Tính toán phân bố công suất tối ưu theo tài liệu ....................................38
3.1.2. Tính toán theo phương pháp đề nghị của tác giả luận văn ......................41
3.2. BÀI TOÁN 2 ..................................................................................................44
Chương IV: KẾT LUẬN .........................................................................................71
4.1. KẾT LUẬN ....................................................................................................71
4.2. HẠN CHẾ CỦA LUẬN VĂN .......................................................................71
4.3. ĐỀ NGHỊ PHÁT TRIỂN ................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................73

viii


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1: Xác định lợi nhuận và chi phí ràng buộc chi phí nhiên liệu .......................8
Hình 1.2: Đường cong nhiên liệu đầu vào- công suất phát ra.....................................9

Hình 2.1: Nguyên tắc phối hợp các tổ máy phát điện trên cơ sở giá điện thị trường
...................................................................................................................................15
Hình 2.2: Quan hệ giữa Công suất và Giá điện ........................................................17
Hình 2.3: Sơ đồ trạng thái của tổ máy với Tiup = 3 (h ) và Tidown = 4 (h ) .....................19
Hình 2.4: Quan hệ giữa Giá điện – Trạng thái – Công suất và Lợi nhuận ...............22
Hình 2.5: Đồ thị giá điện ...........................................................................................24
Hình 2.6: Công suất phát theo giá điện ( ) ...............................................................24
Hình 2.7: Công suất phát theo khả năng thực tế của máy phát .................................25
Hình 2.8: Công suất phát thực tế của máy phát ........................................................26
Hình 2.9: Quan hệ giữa công suất và lợi nhuận thực tế khả năng máy phát.............27
Hình 2.9.1: Quan hệ giá điện và công suất ...............................................................28
Hình 2.9.2: Quan hệ giữa công suất và lợi nhuận .....................................................29
Hình 2.9.3: Quan hệ giữa công suất và lợi nhuận thực tế khả năng máy phát..........30
Hình 2.9.4: Quan hệ giữa công suất và lợi nhuận sau khi điều chỉnh công suất ......31
Hình 3.1: Đồ thị giá điện trong 24 giờ ......................................................................46
Hình 3.2: Lợi nhuận của tổ máy 1 .............................................................................50
Hình 3.3: Lợi nhuận của tổ máy 2 .............................................................................50
Hình 3.4: Lợi nhuận của tổ máy 3 .............................................................................51
Hình 3.5: Lợi nhuận của tổ máy 4 .............................................................................51
Hình 3.6: Tổng lợi nhuận của 4 tổ máy ....................................................................52
Hình 3.7: Lợi nhuận của Tổ máy 1 ...........................................................................59
Hình 3.8: Lợi nhuận của Tổ máy 2 ...........................................................................59
Hình 3.9: Lợi nhuận của Tổ máy 3 ...........................................................................60
Hình 3.10: Lợi nhuận của Tổ máy 4 .........................................................................60
Hình 3.11: Tổng lợi nhuận của 4 Tổ máy .................................................................60
ix


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

Hình 3.12: Lợi nhuận của Tổ máy 1 .........................................................................66
Hình 3.13: Lợi nhuận của Tổ máy 2 .........................................................................66
Hình 3.14: Lợi nhuận của Tổ máy 3 .........................................................................67
Hình 3.15: Lợi nhuận của Tổ máy 4 .........................................................................67
Hình 3.16: Tổng lợi nhuận của 4 Tổ máy .................................................................67
Hình 3.17: Tổng công suất các Tổ máy trong 3 trường hợp vận hành .....................69
Hình 3.18: Giá điện trung bình trong 3 trường hợp vận hành ..................................69
Hình 3.19: Tổng lợi nhuận các Tổ máy trong 3 trường hợp vận hành .....................69

x


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2.1: So sánh kết quả của 3 phương pháp điều chỉnh .......................................32
Bảng 3.1: Dữ của các tổ máy ....................................................................................37
Bảng 3.2: Dữ liệu vận hành tổ máy...........................................................................37
Bảng 3.3: Dữ liệu về thị trường giá điện trong khoảng thời gian 6 giờ. ...................37
Bảng 3.4: Dữ liệu tổ máy từ ......................................................................................39
Bảng 3.5: Kết quả tính toán.......................................................................................40
Bảng 3.6: Kết quả tính toán theo phương pháp đề nghị............................................43
Bảng 3.7: So sánh kết quả của 2 phương pháp giải ..................................................43
Bảng 3.8: Dữ của các tổ máy ....................................................................................44
Bảng 3.9: Dữ liệu vận hành tổ máy: .........................................................................44
Bảng 3.10: Giá cho 24 giờ ........................................................................................45

Bảng 3.11: Chi phí khởi động của các tổ máy. .........................................................46
Bảng 3.12: Công suất tính toán và công suất phát của 4 tổ máy ..............................47
Bảng 3.13: Trạng thái của các tổ máy .......................................................................48
Bảng 3.14: Chi phí và lợi nhuận của các tổ máy ......................................................49
Bảng 3.15: Công suất phát của các tổ máy sau điều chỉnh DC1 ...............................55
Bảng 3.16: Trạng thái của các tổ máy sau điều chỉnh DC1 ......................................56
Bảng 3.17: Chi phí các tổ máy sau điều chỉnh DC1 ..................................................57
Bảng 3.18: Lợi nhuận các tổ máy sau điều chỉnh DC 1 ............................................58
Bảng 3.19: Công suất phát của các tổ máy sau điều chỉnh DC 2 ..............................62
Bảng 3.20: Trạng thái của các tổ máy sau điều chỉnh DC 2 .....................................63
Bảng 3.21: Chi phí các tổ máy sau điều chỉnh DC 2.................................................64
Bảng 3.22: Lợi nhuận các tổ máy sau điều chỉnh DC 2 ............................................65

xi


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên
Chương 0

GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
0.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay công nghiệp điện lực giữ vai trò rất quan trọng trong công cuộc
xây dựng và bảo vệ đất nước. Đất nước ta đang tiến hành công nghiệp hoá để hiện
đại hoá. Trong công nghiệp hoá thì điện khí hoá là nhiệm vụ rất quan trọng, tiến tới
toàn dân đều có điện dùng, một lưới điện chằng chịt sẽ bao phủ từ Bắc đến Nam
phục vụ cho đời sống và sản xuất. Bên cạnh đó với chính sách mở cửa của Nhà
nước đã tạo điều kiện thúc đẩy sự phát triển ngày càng nhanh của các ngành công
nghiệp… hàng loạt các khu công nghiệp, khu chế xuất, nhà máy ra đời và phát triển

theo dây chuyền sản xuất khép kín và công nghệ hiện đại. Do vậy nhu cầu sử dụng
điện dân dụng và công nghiệp của cả nước rất lớn, đòi hỏi hệ thống điện phải đáp
ứng kịp thời nhu cầu phát triển đó. Có thể nói mọi lĩnh vực, mọi ngành nghề trong
sản xuất và đời sống đều liên quan đến ngành công nghiệp điện lực. Điện năng được
sử dụng rộng rãi, thuận tiện trong đời sống và sản xuất là bởi vì có thể truyền tải đi
xa, nhanh, hiệu suất cao và dễ dàng biến đổi thành các dạng năng lượng khác.
Hệ thống điện (HTĐ) bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường
dây tải điện và các thiết bị khác (như các thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo
vệ…) nối liền với nhau thành hệ thống nhất làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và
phân phối điện năng. Nhiệm vụ của nhà máy điện (NMĐ) là sản xuất điện năng đáp
ứng được nhu cầu phụ tải theo sự dự đoán với giá thành hợp lý nhất, liên tục, chất
lượng và độ tin cậy cao nhất.
Nước ta đang trong giai đoạn thực hiện vận hành theo cơ chế thị trường ở
khâu phát điện (NMĐ), sẽ tiến tới thị trường bán buôn và sau đó là thị trường bán lẻ
theo lộ trình Chính phủ đã đề ra (đang chuyển từ độc quyền Nhà nước sang cơ cấu
thị trường cạnh tranh). Để tăng tính cạnh tranh, đòi hỏi vận hành các NMĐ không
những đáp ứng yêu cầu đặt ra về về số lượng, chất lượng và độ tin cậy cao với giá
thành thấp nhất mà còn chú ý đến các điều kiện ràng buộc khi phối hợp các tổ máy
phát trong cùng một NMĐ, giữa các NMĐ.
1


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

Quy hoạch chiến lược phát triển NMĐ là một nhiệm vụ rất khó khăn vì có
quá nhiều yếu tố không thể xác định chính xác như ngân sách đầu tư, những khó
khăn về nơi xây dựng, nguồn nhiên liệu cung cấp, dự đoán phụ tải… Với những đặc
điểm luôn thay đổi trên, những nhà hoạch định chiến lược phát triển NMĐ dài hạn

cấp quốc gia gặp rất nhiều khó khăn hiện nay ở các nước đang phát triển nói chung
và Việt Nam nói riêng.
Ở nước ta, nguồn phát điện chủ yếu bao gồm nhà máy thuỷ điện (NMTĐ) và
nhà máy nhiệt điện (NMNĐ): nhiệt điện than và nhiệt điện dầu, tua bin khí... So với
NMNĐ thì NMTĐ có tổng công suất lớn hơn, giá thành thấp hơn do các NMTĐ
không phải chịu cảnh tăng giá của nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí thiên nhiên
hay than đá, và không cần phải nhập nhiên liệu. Các NMTĐ cũng có tuổi thọ lớn
hơn các nhà máy nhiệt điện, một số NMTĐ đang hoạt động hiện nay đã được xây
dựng từ 50 đến 100 năm trước. Chi phí nhân công cũng thấp bởi vì các nhà máy này
được tự động hoá cao và có ít người làm việc tại chỗ khi vận hành thông thường
nhưng sản lượng cung cấp không ổn định, phụ thuộc quá nhiều vào thời tiết, đặt biệt
khi trong mùa khan nước, mùa khô kéo dài như ở nước ta, gây thiếu điện ảnh hưởng
rất nhiều đến đời sống và quá trình sản xuất.
Thời gian gần đây một số dự án sử dụng nguồn năng lượng tái tạo như gió
và mặt trời được ứng dụng nhiều hơn, góp phần tạo thêm ung cấp điện năng.
Nhu cầu điện cho phát triển kinh tế - xã hội: năm 2010 đạt sản lượng từ
khoảng 88 đến 93 tỷ kWh và năm 2020 đạt sản lượng từ 201 đến 250 tỷ kWh.
Tổng công suất lắp đặt tính đến ngày 31/12/2010 là 21.250 MW, trong
đó thủy điện chiếm 38%, nhiệt điện là 56%, diesel và nguồn điện nhỏ khác là
2% và điện nhập khẩu là 4%.
Tổng công suất lắp đặt tính dự kiến đến 2020 là 32.000 MW, trong đó thủy
điện chiếm 46%, nhiệt điện là 42%, điện hạt nhân 6% và điện nhập khẩu là 6%.
Nguồn phát của các NMNĐ hiện nay chưa được qui động công suất phát tối
đa do giá thành 1 kWh cao hơn rất nhiều so với giá thành của NMTĐ, nhưng khi đã
bước vào thị trường điện sắp hình thành thì điều này phải cân nhắc, đặt ra mục tiêu

2


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

cho các NMNĐ phải xác định được chi phí phát điện bé nhất của các tổ máy phát
điện và dựa vào giá điện xác định trên thị trường, tính toán và phối hợp các tổ máy
phát điện để đạt được lợi nhuận lớn nhất. Việc phối hợp các tổ máy phát điện phải
dựa vào các ràng buộc từ các thông số đầu vào của các tổ máy, các thông số vận
hành tổ máy phát điện và các giới hạn về công suất phát của các tổ máy phát…
Việc vận hành sao cho kinh tế nhất trong việc phối hợp giữa các tổ máy
trong NMNĐ, giữa các NMNĐ với nhau là một vấn đề cấp thiết cần xem xét. Xuất
phát từ lý do trên, đề tài “Phối hợp vận hành các tổ máy phát nhiệt điện trong thị
trường điện” được nghiên cứu.
0.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu giải thuật cực tiểu chi phí phát điện trong cơ chế thị trường,
thông qua việc xây dựng hàm mục tiêu với lợi nhuận cực đại của các tổ máy phát
điện, có xét đến chi phí khởi động máy và chi phí tắt máy trong quá trình vận hành
và sử dụng Hàm chi phí phát điện của tổ máy phát điện để giải quyết bài toán lợi
nhuận nhằm đưa ra phương án vận hành tối ưu.
0.3. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
- Xây dựng hàm mục tiêu của bài toán phối hợp các tổ máy phát.
- Xây dựng các ràng buộc của các tổ máy phát.
- Xây dựng hàm chi phí mở máy (lên máy) và tắt máy (xuống máy).
- Xây dựng giải thuật cực tiểu hàm chi phí.
- Kiểm tra trên ví dụ mẫu.
0.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Giải tích toán học và mô phỏng
0.5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Chỉ khảo sát trên các NMNĐ và vận hành ổn định (có công suất nhỏ). Công
suất nguồn từ các NMNĐ luôn luôn đáp ứng đủ tải.
0.6. NỘI DUNG LUẬN VĂN

1. Chương 0: Giới thiệu
2. Chương 1: Tổng quan

3


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

3. Chương 2: Xây dựng mô hình toán học
4. Chương 3: Kiểm tra các ví dụ mẫu và nhận xét
5. Chương 4: Kết luận
6. Tài liệu tham khảo

4


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên
Chương I

TỔNG QUAN
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trên thế giới, thị trường điện đã hình thành rất lâu, những quốc gia như Mỹ,
Anh… đã phát triển trên 60 năm. Đến nay nhiều nước đã có thị trường điện phát
triển ở mức độ cao và quy mô lớn, có thị trường bán lẻ điện đến hộ tiêu dùng. Thị
trường điện không chỉ mua bán điện trong phạm vi nội bộ của một nước mà còn
trao đổi mua điện giữa các nước trong vùng như Mỹ (trao đổi mua bán điện với

Canada và Mexico), các nước Bắc Âu trao đổi mua bán điện với các nước Nga,
Pháp, Đức… thông qua giá cả cạnh tranh để đạt lợi ích chung cho người bán và
người tiêu dùng. Đến nay đã có hơn 120 quốc gia có thị trường điện. Đây là sự
chuyển biến quan trọng trong khoa học quản lý lĩnh vực điện lực.
Nước ta đang trong giai đoạn thực hiện vận hành theo cơ chế thị trường ở
khâu phát điện (nhà máy điện - NMĐ), sẽ tiến tới thị trường bán buôn và sau đó là
thị trường bán lẻ theo lộ trình Chính phủ đã đề ra (đang chuyển từ độc quyền Nhà
nước sang cơ cấu thị trường cạnh tranh). Khi đã bước vào thị trường, để tăng tính
cạnh tranh, đòi hỏi vận hành các NMĐ không những đáp ứng yêu cầu đặt ra về số
lượng, chất lượng và độ tin cậy cao (đảm bảo năng lượng điện) thì chi phí phát điện
cũng là một bài toán không kém phần quan trọng. Nếu ta cứ tiếp tục xây dựng mới
các nguồn cung cấp (NMĐ mới) để đáp ứng nhu cầu mà không quan tâm đến vấn
đề kiểm toán năng lượng, làm như thế nào để sử dụng tốt các nguồn sẵn có, các
nguồn sẵn có này đã được sử dụng hiệu quả chưa, nếu chưa thì làm thế nào để hiệu
quả hơn… Hay nói cách khác, chúng ta phải xét đến tính kinh tế khi mà tính kỹ
thuật đã đảm bảo.
Do đó, đứng ở góc độ nhà đầu tư thì phải tính toán chi phí phát điện của nhà
máy sao cho thấp nhất để khi tham gia vào việc mua bán điện, chào giá và phát điện
vào thị trường lớn nhất, nhằm thu được lợi nhuận tối đa, nhưng người sử dụng điện
chi phí cho việc sử dụng điện với giá rẻ nhất có thể, đặc biệt là các nhà máy nhiệt
điện do giá thành sản xuất 1 kW điện cao hơn so với các loại NMĐ khác.
5


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

Muốn được như vậy, các nhà máy phát nhiệt điện phải tính toán đưa ra kế
hoạch vận hành các tổ máy phát điện một cách hợp lý nhất. Để giải quyết bài toán

vận hành tối ưu các tổ máy phát điện thì trước hết phải dựa vào hàm chi phí phát
điện của từng tổ máy. Từ đó, thành lập mô hình toán học để tính lợi nhuận tối đa
của các tổ máy phát điện với giá điện trên thị trường xác định tại mỗi thời điểm.
Từ tính cần thiết này, bài toán “Phối hợp vận hành các tổ máy phát nhiệt điện
trong thị trường điện” được đặt ra và ứng dụng các thuật toán để tìm lời giải phân
bố công suất tối ưu giữa các tổ máy trong nhà máy. Trong nghiên cứu của đề tài sẽ
xét trên các nhà máy nhiệt điện và vận hành ổn định (có công suất nhỏ) và xem
công suất nguồn từ các nhà máy điện luôn luôn đáp ứng đủ tải.
1.1.1. Bài toán chọn tối ưu các tổ máy phát (UC – Unit Commitment)
Phân bố tối ưu các tổ máy phát điện (nguồn phát) là sự bố trí phát công suất
tại các nguồn phát sao cho chi phí tiêu hao nhiên liệu là thấp nhất, nhưng phải đảm
bảo về độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng. 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 giữa các nhà máy điện trong hệ thống điện nhằm đáp ứng giá trị phụ
tải tổng cộng đã qui định.
Việc nghiên cứu phương thức phân bố 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 lí khi qui hoạch, thiết kế hệ thống điện.
1.1.2. Vai trò của chọn tối ưu các tổ máy phát trong hệ thống điện
Yêu cầu của vận hành kinh tế hệ thống điện là đảm bảo an toàn tuyệt đối cho
hệ thống điện, đảm bảo chất lượng phục vụ, có chi phí sản xuất, truyền tải và phân
phối thấp nhất. Do đó, việc giảm tối thiểu chi phí sản xuất điện năng là mục tiêu của
việc phân bố tối ưu nguồn phát trong hệ thống điện, đặc biệt khi đã bước vào thị
trường cạnh tranh đang từng bước hình thành như ở nước ta hiện nay. Chi phí sản
xuất điện bao gồm:
- Chi phí nhiên liệu.
- Tổn thất điện năng.
- Chi phí bảo dưỡng định kỳ.
6

Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

- Chi phí để khắc phục hậu quả, sửa chữa thiết bị hỏng do sự cố.
- Chi phí tiền lương.
- Khấu hao thiết bị.
Các yếu tố cấu thành chi phí sản xuất điện thì yếu tố chính của nhà máy là
chi phí nhiên liệu, trong khi đó các yếu tố còn lại chỉ góp phần nhỏ. Chi phí nhiên
liệu có ý nghĩa đặc biệt trong trường hợp nhà máy nhiệt điện.
Trong đó, việc giảm chi phí sản xuất điện năng chủ yếu liên quan đến việc
giảm chi phí nhiên liệu và giảm tổn thất điện năng.
Để giảm chi phí nhiên liệu trong vận hành, thì chú ý đến các vấn đề sau:
- Ưu tiên tăng lượng công suất phát tại các nhà máy gần phụ tải nhằm giảm
tổn hao truyền tải dẫn đến giảm chi phí tiêu hao nhiên liệu trong toàn hệ thống.
- Ưu tiên tăng lượng công suất phát ra tại các nhà máy nhiệt điện có tiêu hao
nhiên liệu thấp.
- Lập kế hoạch vận hành chi tiết cho từng tuần lễ gồm: thành phần tổ máy
tham gia vận hành trong ngày, trong giờ.
- Lập kế hoạch vận hành ngày đêm bằng cách xác định công suất phát
từng giờ của từng nhà máy tham gia vận hành, kế hoạch ngừng và khởi động lại
các tổ máy. Kế hoạch sản xuất bao gồm cả kế hoạch bảo dưỡng định kỳ các tổ
máy trong năm.
Vấn đề giảm tổn thất điện năng: việc này có ý nghĩa rất lớn trong vận hành
lưới điện. Giảm tổn thất điện năng bao gồm các biện pháp cần thêm vốn đầu tư và
các biện pháp không cần vốn đầu tư. Có những biện pháp thực hiện một lần khi quy
hoạch thiết kế hệ thống điện như khi chọn dây dẫn kết hợp điều kiện tổn thất vầng
quang; có biện pháp được chuẩn bị trong quy hoạch thiết kế và được thực hiện trong
vận hành như phân bố tối ưu công suất phản kháng, điều chỉnh điện áp.

1.2. MÔ TẢ BÀI TOÁN NGHIÊN CỨU
Bài toán sẽ phối hợp vận hành kinh tế các tổ máy phát điện để đạt lợi nhuận
cực đại. Từ các số liệu ban đầu của từng tổ máy như: công suất cực đại, công suất
cực tiểu, các hằng số chi phí nhiên liệu của tổ máy, khả năng tăng công suất, khả
năng giảm công suất của tổ máy,… và giá điện sàn trên thị trường.
7


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

Trong quá trình tính toán để giải quyết bài toán, giả thuyết thị trường điện là
thị trường cạnh tranh hoàn hảo, không có sự chi phối của EVN, không có sự làm giá
của các nhà máy điện có công suất lớn (có khả năng chi phối đến an ninh hệ thống),
tổng nguồn điện của hệ thống là dư thừa mà các nhà máy điện cạnh tranh phát điện
một cách công bằng dựa vào giá điện trên thị trường điện.
Lợi nhuận phát điện chính bằng số dư của giá bán trừ cho chi phí phát điện,
để lợi nhuận tối đa thì chi phí phát điện phải tối thiểu, quan hệ này được thể hiện
qua biểu thức sau:
Lợi nhuận = Giá bán x Lượng điện năng được bán - chi phí phát điện
Trong đề tài, giá bán là giá thị trường hoặc giá ước lượng.
Chi phí nhiên liệu của từng tổ máy được xác định theo công thức:
C i (Pit ) = a i (Pit ) 2 + b i (Pit ) + c i

với: ai, bi, ci là các hằng số phụ thuộc vào nhiên liệu
Pit là công suất phát của tổ máy i tại thời điểm t
Giá điện thị trường là λ(t), giá điện này ta xét có sự thay đổi theo từng giờ
(∆t = 1). Nên khi xét suất tăng công suất ta cũng phải xét theo từng thời điểm (giờ).

Hình 1.1: Xác định lợi nhuận và chi phí ràng buộc chi phí nhiên liệu
8


Lun vn Thc s

CBHD: TS. Lờ Chớ Kiờn

Trong hỡnh 1.1. ta thy trong cỏc vựng m giỏ in th trng nm phớa trờn
chi phớ phỏt in thỡ s t li nhun trong khong ú, ngha l tng chi phớ t
mỏy phỏt cụng sut lờn li thp hn giỏ in th trng nờn t li nhun. Cũn cỏc
vựng m giỏ in th trng nm phớa di chi phớ phỏt in thỡ khụng thu c li
nhun khi ta cho t mỏy phỏt cụng sut lờn li, ngha l giỏ in th trng ti thi
im xột thp hn chi phớ phỏt in ca cỏc t mỏy.
Yu t chớnh ca chi phớ vn hnh mỏy phỏt l nhiờn liu u vo/gi, trong
khi ú cỏc yu t cũn li ch gúp phn nh. Chi phớ nhiờn liu cú ý ngha trong trng
hp nh mỏy nhit in v nh mỏy in nguyờn t, cũn ngc li vi nh mỏy thy

Chi phớ vaọn haứnh (Rs/hr)
Hay nhieõn lieọu (trieọu kcl/hr)

in khi nng lng l min phớ thỡ chi phớ vn hnh khụng cũn ý ngha na.

Cụng sut phỏt ra (MW)

Hỡnh 1.2: ng cong nhiờn liu u vo- cụng sut phỏt ra
ng cong u vo u ra ca 1 t mỏy cú th c th hin bng n v
triu kilocalo mi gi, ngc li u ra c s dng n v MW. ng cong chi
phớ ny cú th c thc hin bng thc nghim. ng cong in hỡnh c biu
din trong hỡnh 1.2, trong ú (MW)min l cụng sut phỏt nh nht ca t mỏy phỏt,

v (MW)max l cụng sut phỏt ln nht ca t mỏy phỏt, ng cong nhiờn liu u
vo-cụng sut u ra khụng liờn tc ti cỏc quỏ trỡnh m van hi.

9


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

Các ràng buộc của từng tổ máy:
- Ràng buộc về suất tăng công suất từng tổ máy trong quá trình khởi động tổ
máy (UR). Phụ thuộc vào từng loại tổ máy khác nhau. Giả sử tại thời điểm t với giá
điện là λ(t) thì tổ máy thứ i phát công suất là Pt, tại thời điểm (t +1) giả sử với giá
điện λ(t +1) > λ(t) thì lúc bây giờ tổ máy này sẽ phát công suất là P(t+1) vì ràng buộc
về suất tăng công suất nên P(t+1) ≤ Pt + UR.
- Ràng buộc về suất giảm công suất từng tổ máy trong quá trình xuống máy
tổ máy (DR). Giả sử tại thời điểm t với giá điện là λ(t) thì tổ máy thứ i phát công
suất là Pt, tại thời điểm (t +1) giả sử với giá điện λ(t +1) < λ(t) và với giá điện này
thì không đủ để chi phí nhiên liệu cho tổ máy nghĩa là lúc này nếu ta phát công suất
thì phải chịu lỗ như vậy ta phải giảm công suất phát hay dừng tổ máy này lại. Nếu
như Pmax > DR thì muốn dừng tổ máy ta phải giảm công suất phát của tổ máy từng
cấp DR (tức P(t+1) ≥ Pt + DR) cho đến khi công suất phát = 0.
- Ràng buộc về công suất phát cực đại của tổ máy thứ i (Pmax): là công suất
phát lớn nhất của tổ máy thứ i có khả năng phát khi thỏa các điều kiện ràng buộc.
- Ràng buộc về công suất nhỏ nhất của tổ máy thứ i (Pmin): là công suất nhỏ
nhất của tổ máy thứ i nếu tổ máy này muốn phát công suất lên lưới.
- Ràng buộc về thời gian lên máy và xuống máy của tổ máy thứ i: từ ràng
buộc này cho phép ta tính toán thời gian phát công suất của tổ máy cũng như thời
gian xuống máy của tổ máy thứ i.

Vấn đề đặt ra trong quá trình vận hành các tổ máy là: tại thời gian t, chi phí
phát điện của các tổ máy lớn hơn so với giá điện thị trường nhưng trong các khoảng
thời gian khác thì chi phí phát điện thấp hơn so giá điện thị trường, vậy tại thời điểm
t là xuống máy hay chấp nhận chịu lỗ để sau đó phát bù lại khoảng thời gian phát
công suất bị lỗ này. Để giải quyết vấn đề này ta phải xét tiếp đến chi phí khởi động
và thời gian lên máy của tổ máy thứ i. Lúc đó không những tính lợi nhuận của tổ
máy thứ i tại thời điểm t mà phải tính lợi nhuận của tổ máy trong khoảng thời gian
∆t = tkđ. Nghĩa là ta phải cộng lợi nhuận trong khoảng thời gian ∆t. Nếu lợi nhuận
này nhỏ hơn 0 thì ta không phát công suất tại thời điểm t mà xuống máy, còn nếu
10


Luận văn Thạc sĩ

CBHD: TS. Lê Chí Kiên

lợi nhuận này lớn hơn 0 thì ta chấp nhận chịu lỗ tại thời để t mà không cần phải
xuống máy. Ta chấp nhận chi phí nhiên liệu tại thời điểm này nhằm đáp ứng cho
khả năng phát công suất tại thời điểm tiếp theo.
Dựa vào các chi phí nhiên liệu của từng tổ máy và các ràng buộc của từng tổ
máy, đề tài xây dựng giải thuật để giải bài toán trên nhằm mục đích xác định công
suất phát tại mỗi thời điểm ứng với từng giá điện thị trường để ra lệnh điều khiển các
tổ máy phát điện sao cho lợi nhuận mang về trong quá trình phối hợp là lớn nhất.
1.3. CÁC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Phối hợp các tổ máy phát điện sao cho đạt lợi nhuận cực đại là vấn đề lớn
trong quá trình vận hành, giải pháp với lợi nhuận đạt cực đại được gọi là giải pháp
tối ưu. Xét trên toàn thời gian đủ lớn, nếu giải pháp nào vẫn đạt tối ưu thì giải pháp
được tìm gọi là tối ưu. Một số tác giả đã nghiên cứu vấn đề này với các phương
pháp khác nhau. Một trong những phương pháp toán học phổ biến được sử dụng là
Lagrangian relaxation cải tiến [4, 5], quy hoạch động [9, 10], các phương pháp trí

tuệ nhân tạo như giải thuật di truyền học [2, 6, 12], mạng nơ ron nhân tạo [18, 19],
giải thuật mờ [14]…
Trong [4, 5] tác giả đề xuất một phương pháp Lagrangian relaxation cải tiến
cho vấn đề phối hợp các tổ máy phát. Thuật toán Lagrangian relaxation cải tiến đưa
ra được kiểm tra và so sánh với Lagrangian Relaxation thông thường (LR), thuật
toán di truyền (GA), lập trình tiến hóa (EP), Lagrangian Relaxation và thuật toán di
truyền (LRGA), và thuật toán di truyền dựa trên phân loại đặc trưng đơn vị (GAUC)
trên hệ thống với số tổ máy phát từ 10 đến 100. Kết quả đạt được của phương pháp
này là chi phí thấp hơn và thời gian tính toán nhanh hơn các phương pháp kia khi áp
dụng cho cùng một hệ thống.
Quy hoạch động (Dynamic Programming, DP) [9, 10] là nền tản kỹ thuật
được ứng dụng trong vấn đề tối ưu hóa các tổ máy và được sử dụng rộng rãi trên cả
thế giới. Kỹ thuật quy hoạch động sử dụng một giải thuật tìm kiếm gồm nhiều giai
đoạn để đạt được giải pháp tối ưu trong việc liên kết các hệ thống lại với nhau. Ưu

11