PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

CHƯƠNG 9. PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

I. Phân phối tối ưu vận hành tức thời hệ thống gồm
các nhà máy nhiệt điện
II. Phân phối tối ưu vận hành trong hệ thống có nhà
máy nhiệt điện và nhà máy thuỷ điện
III. Áp dụng hàm phạt trong phân phối tối ưu vận
hành hệ thống điện
IV. Lập kế hoạch chế độ làm việc các nhà máy điện
trong hệ thống


Đặt vấn đề

 Tối ưu hoá trong quy hoạch phát triển đề cập
đến việc quy hoạch nguồn và lưới điện.
 Tối ưu hoá trong vận hành liên quan đến việc
giải quyết vấn đề phân phối phụ tải cho các nhà
máy nhằm đáp ứng yêu cầu phụ tải và với chí
tối thiểu cho hệ thống.

2


9.1. PHÂN PHỐI TỐI ƯU VẬN HÀNH TỨC THỜI
HỆ THỐNG GỒM CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
9.1.1. PHÂN PHỐI TỐI ƯU CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

* Phương pháp xếp hạng
Phương pháp này phân phối phụ tải một cách kinh tế như một vấn

đề tĩnh.
Nhà máy có chi phí vận hành thấp nhất sẽ được xếp đầu tiên trong
thứ tự ưu tiên mang tải.
Từng nhà máy lần lượt theo thứ tự đã sắp xếp được mang tải tới
công suất lớn nhất có thể cho đến khi đáp ứng đủ yêu cầu phụ tải.

3


b. Phương pháp JACOBY để xác định vị trí làm việc nhà
máy thuỷ điện (tiếp)

Ví dụ : Cho một hệ thống điện gồm 5 nhà máy nhiệt điện và một nhà
máy thuỷ điện. Các đặc tính của nhà máy cho ở bảng sau:
Nhà máy

Nhiên liệu

G1
G2
G3
G4
G5

Than
Dầu
Than
Than
Gas

Chi phí vận hành
$104/MW tháng
1,0
2,4
0,8
1,3
3,2

Công suất
MW
150
100
50
100
200

Cho đường đồ thị phụ tải là đường thẳng từ 500MW đến
300MW.
Xác định vị trí làm việc của các nhà máy trong HT cho kinh tế
nhất ?
4


* Phương pháp suất tăng chi phí
Suất tăng chi phí (Incremental Cost) là chi phí
tăng thêm khi sản suất thêm một đơn vị điện năng
ở một mức công suất nhất định.

∂ chi phÝ/ h
∂ chi phÝ

$
=
=
∂ c«ng suÊt ∂ diÖn n¨ng MWh

5


Bài toán:
Một hệ thống gồm (n) nhà máy nhiệt điện.
Phụ tải của mỗi nhà máy là (Pi).
Chi phí sản xuất tương ứng với phụ tải của từng nhà máy là Fi(Pi).
Tổng nhu cầu tức thời của hệ thống là (D).
Hãy phân phối tối ưu phụ tải cho các nhà máy trong hệ thống. Bỏ
qua các tổn thất truyền tải và phân phối trong hệ thống.

6


Tổng chi phí sản xuất của hệ thống
n

TPC = ∑ Fi ( Pi ) → min
i =1

n

∑ Pi = 0

Ràng buộc:

Pi = 0 hoặc Pimin ≤ Pi ≤ Pimax

i =1

Hàm Lagrăng
n


L = ∑ Fi ( Pi ) + λ D - ∑ Pi  →min
i=0
i =1


n

7


*Phân phối tối ưu phụ tải tác dụng có xét đến tổn
thất trong mạng
Hàm chi phí của hệ thống được biểu diễn như sau:
n

TPC = ∑ Fi ( Pi ) → min
i =1

Ràng buộc:

n

∑ P − ∆P = D ⇒
i =1

i

n

D - ∑ Pi + ∆P = 0
1

Với Pi : công suất nhà máy (i)
D : nhu cầu phụ tải của hệ thống tại thời điểm xét
∆P = f(P1, P2, ..........Pn) : tổng tổn thất trên mạng
∆P = f(P, Q, U, R, cosử)
với cosử: góc lệch pha véc tơ
điện áp các nút

8


Bài tâập ví du
 Cho hệ thống bao gồm 2 nhà máy với chi phí:
 F1(P1)=80+7P1+0,002P1^2
 F2(P2)=130+7P2+0,002P2^2; 70≤P1, P2≤400
 Ploss=0,0002P1^2
Yêu cầu: Dùng PP Lagrăng, phân phối tối ưu phụ tải
cho các nhà máy trên khi biết yêu cầu phụ tải của hệ
thống: D=500, trong trường hợp:
a) Không xét đến tổn thất mạng

b) Có xét đến tổn thất mạng
P1=178,882 MW
P2=327,496 MW; Ploss?; TPC?


9.1.2. Phân phối tối ưu công suất phản kháng

Việc phát ra công suất phản kháng không liên quan đến
bất kỳ chi phí nào của hệ thống.
Tuy nhiên, phân phối tối ưu công suất phản kháng sẽ dẫn
đến giảm tổn thất tác dụng trong mạng, do đó làm
giảm chi phí cho hệ thống.

10


Bài toán:
Giả thiết công suất tác dụng đã biết và không đổi
(điều này là gần đúng vì thực ra sự thay đổi tổn
thất mạng sẽ làm thay đổi công suất tác dụng của
nhà máy).
Chỉ xét tổn thất công suất tác dụng phụ vào công
suất phản kháng nghĩa là cần phân phối công suất
phản kháng sao cho tổn thất công suất tác dụng
trong hệ thống là thấp nhất.
11


Hàm mục tiêu: F = ∆P( Q .......Q ) → min
1

n
n

Ràng buộc :

∑Q
1

n

i

− ∆Q = Q ∑ hay Q ∑ − ∑ Q i + ∆Q = 0
1

∆Q = ∆Q( Q1 , Q2 .......Qn )
Trong đó:
Q∑ : tổng công suất phản kháng cần phân
phối
∆Q : tổn thất công suất phản kháng
12


9.1.3. Phân phối tối ưu đồng thời công suất tác
dụng và công suất phản kháng

Hàm mục tiêu là cực tiểu hoá chi phí của hệ thống
F = F (P,Q) →
min
Ràng buộc về công

suất :
n
∑ Pi − ∆P = P∑
1
n
∑ Q i − ∆Q = Q ∑
1
P∑ , Q ∑ : Const

∆P = f ( P, Q ) ; ∆Q = g( P, Q )
13


9.2. PP TƯVH TRONG HỆ THỐNG CÓ
NM NHIỆT ĐIỆN VÀ NM THỦY ĐIỆN

Nguyên tắc:
- Cần xem xét hạn chế lượng nước đối với NMTĐ
- Sử dụng tối đa nguồn thủy điện đảm bảo chi phí
vận hành của hệ thống là nhỏ nhất.
- Các nhà máy làm việc trong giới hạn công suất
cho phép và công suất được xem xét là trong 1
ngày, 1 tuần.

14


Bài toán:
Xét 1 hệ thống điện gồm (n) nhà máy nhiệt điện
và (m) nhà máy thuỷ điện.

Hãy phân phối tối ưu công suất công suất cho hệ
thống và đảm bảo yêu cầu phụ tải.
Bỏ qua các tổn thất trong truyền tải và phân
phối.

15


Ký hiệu:
Dt : nhu cầu phụ tải trong từng giai đoạn (t)
Pit : Đầu ra công suất của nhà máy nhiệt điện ở giai đoạn (t)
Wjt: Lượng nước qua nhà máy thuỷ điện j ở giai đoạn (t)
Hj(Wjt): Điện năng sản xuất từ nhà máy thuỷ điện (j)
trong giai đoạn (t)
Fit(Pit): Chi phí sản xuất điện năng từ nhà máy
i trong giai đoạn (t)
Kj : Tổng lượng nước có thể cho phép qua nhà máy trong
thời kỳ được xem xét ở nhà máy thuỷ điện (j)
T : thời kỳ được xem xét (1 ngày) và được
chia thành các giai đoạn nhỏ (t)
t : các giai đoạn nhỏ được xem xét trong
thời kỳ đã cho (giờ trong ngày)

16


T

n

∑∑ Fit (Pit ) → min
Hàm mục tiêu
t =1 i =1
Các ràng buộc của bài
toán:

Tổng công suất phải bằng nhu cầu phụ tải ở mỗi giai đoạn
n

m

i =1

j =1

∑ Pit + ∑ H jt (Wjt ) = Dt

t = 1, T

Tổng lượng nước tiêu hao cho nhà máy
T

∑ Wjt = K j
t =1

j = 1, m → ∑∑ Wjt = ∑ K j
t

j

U

17


Ví dụ:
Cho một hệ thống điện gồm 2 NM thuỷ điện và 3 NM nhiệt điện.
Công suất tổng phụ tải trong từng giờ trong từng ngày là P∑t.
Tổng tiêu hao nước của từng NMTĐ ngày đêm là K1, K2 (m3).
Tổn thất trong mạng tương ứng là ∆Pt ; (t=1-24).
Biết đặc tuyến tiêu hao nước của nhà máy thuỷ điện là Wjt=f(Hjt)
(Wjt: lượng nước tiêu hao mỗi giờ; Hjt: công suất của NMTĐ j mỗi
giờ t).
Hãy tìm điều kiện cần thoả mãn phân phối opt phụ tải cho các nhà
máy trong hệ thống theo các giờ trong ngày.

18


9.3. LẬP KẾ HOẠCH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CÁC
NHÀ MÁY ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG
 Lập Kế hoạch làm việc của các nhà máy trong HT trong khoảng
thời gian dài.
 Việc xây dựng chế độ làm việc bao gồm: (1) xác định rõ vị trí
làm việc và (2) công suất yêu cầu đối với mỗi NM trong HT.
 Việc PP tối ưu cho các NM trong HT phải đảm bảo thỏa mãn:
 Yêu cầu phụ tải theo thời gian;
 Chú ý khả năng mang tải của lưới
 Phạm vi cho phép làm việc của các nhà máy
 Sử dụng tối đa nguồn TĐ

 Sử dụng tối đa khả năng phát theo phương thức cung nhiệt
 Chi phí khởi động, tắt lò,…
 Các chi phí khác.

19


9.3.1. Sắp xếp các nhà máy trong đồ thị phụ tải HT

 Các phương pháp sắp xếp các NM trong đồ thị phụ
tải HT bao gồm:
Bảng danh sách thứ tự ưu tiên
Quy hoạch động
Quy hoạch nguyên

20


a. Bảng danh sách thứ tự ưu tiên

 Các tổ máy được phân loại theo trật tự nhất định
(ví dụ trật tự tăng dần của chi phí nhiên liệu cho 1
MWh) & yêu cầu của hệ thống.
 Khi phân phối sẽ thực hiện cho các tổ máy theo
công suất lớn nhất các tổ máy có thể mang được
đến khi đáp ứng nhu cầu phụ tải của hệ thống
 Khi muốn ngừng tổ máy nào thì danh sách bảng ưu
tiên này sẽ được thể hiện ngược lại.

21

Đối với các nhà máy thuỷ điện
(Lựa chọn chế độ làm việc phụ thuộc mùa nước)
 Mùa nước nhiều : nhà máy thuỷ điện chủ yếu làm việc ở
phần nền đồ thị phụ tải.
 Mùa nước ít: chạy chủ yếu phần đỉnh nhọn và dưới đỉnh
một chút để tận dụng cả công suất và điện năng có khả
năng sản xuất điện của đường nước.

22


Đối với nhà máy nhiệt điện
(Lựa chọn chế độ làm việc phụ thuộc mùa và đặc điểm
từng nhà máy)
 Trung tâm nhiệt điện:
• Phần công suất bắt buộc ở nền đồ thị phụ tải.
•

Phần công suất tự do có thể chạy ở bất cứ vùng nào tuỳ
đặc điểm của nhà máy

 Nhà máy điện ngưng hơi: có thể làm việc ở bất cứ vùng
nào của đồ thị phụ tải, tuỳ thuộc đặc điểm của nhà máy và
yêu cầu hệ thống.
23


Các nhà máy điện trong hệ thống có thể được sắp xếp vị trí làm việc

như sau:

24


b. Phương pháp JACOBY để xác định vị trí làm
việc nhà máy thuỷ điện

 Bản chất phương pháp này là sự mở rộng của
phương pháp phân phối phụ tải theo xếp hạng
 Phương pháp này coi nhà máy thuỷ điện như một
nhà máy nhiệt điện và tìm một vị trí cho nhà máy
trong đồ thị phụ tải hệ thống sao cho khai thác sử
dụng được tối đa đồng thời cả Điện năng và Công
suất của dòng nước.

25