ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA tối ưu hóa NGUỒN PHÁT CHO NHA máy NHIỆT điện

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 1

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 2

Chương 1:
TỔNG QUAN
1.1.

NHẬN ĐỊNH VẤN ĐỀ
Khi nền kinh tề của một quốc gia ngày càng phát triển thì nhu cầu về mặt năng

lượng cũng ngày càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết đặc biệt là điện năng. Như đã biết
với các tiến bộ về mặt khoa học kĩ thuật hiện nay thì người ta có thể tạo ra điện từ rất
nhiều cách khác nhau có thể kể đến như: dùng sức nước – Thủy điện, đốt các nguồn sinh
khối hoặc nhiên liệu hóa thạch – Nhiệt điện, dùng sức gió - Phong điện, dùng bức xạ
nhiệt từ mặt trời – Quang điện hoặc dùng năng lượng từ việc phân rã các liên kết của một
số loại nguyên tố hóa học – Điện nguyên tử…. Tuy nhiên, tùy vào thực tế của mỗi quốc
gia mà các phương thức vừa nêu trên có thể được lựa chọn và chiếm tỉ trọng khác nhau
trong cơ cấu ngành công nghiệp sản xuất điện năng của quốc gia đó. Trong bối cảnh hiện
nay, khi mà các nhà máy nhiệt điện vẫn chiếm một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo
an ninh năng lượng của rất nhiều quốc gia và các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần
cạn kiệt cùng với việc giá của chúng luôn biến động một cách khó dự đoán do nhiều

nguyên nhân thì việc giải quyết tốt bài toán vận hành tối ưu là công việc vô cùng cấp
thiết!
Có thể hiểu một cách đơn giản thì vận hành tối ưu đối nhà máy nhiệt điện chính là
việc làm sao để cung cấp đủ điện năng cho các nhu cầu của tải nhưng đồng thời phải giữ
cho chi phí vận hành của các tổ máy phát là nhỏ nhất để nâng cao hiệu quả kinh tế và
nhanh chóng thu hồi vốn xây dựng ban đầu
Việt Nam cũng là một trong những quốc gia đang vận hành một số lượng lớn các
nhà nhiệt điện ở nhiều cấp công suất khác nhau và chúng chiếm một tỉ trọng lớn trong
nghành điện và theo dự đoán thì trong tương lai, nhiệt điện sẽ chiếm hơn một nửa sản

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 3

lượng hằng năm. Do đó việc vận hành tối ưu các nhà máy nhiệt điện cũng đang được
quan tâm và xem xét một cách cực kì nghiêm túc!
1.2.

CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ
Do tính chất quan trọng của bài toán vận hành tối ưu, nhiều năm trước đây đã có

một số lượng lớn các công trình nghiên cứu được công bố để giải quyết một cách có hiệu
quả vần đề này bằng cách áp dụng các thuật toán tối ưu. Đây là một trong những phương
pháp đầy hứa hẹn và đã chứng minh tính hiệu quả của nó khi được đem ra áp dụng ở rất
nhiều lĩnh vực quan trọng của đời sống con người như: kinh tế, cơ khí chính xác, công
nghệ thông tin, dân số,…
Các thuật toán tối ưu về cơ bản được chia thành hai nhóm chủ đạo:

- Hueristic (Single Hueristic)
- Meta – Hueristic
Các thuật toán thuộc nhóm Hueristic đã được nghiên cứu và áp dụng thành công
trong lĩnh vực giải quyết các bài toán vận hành tối ưu cho các nhà máy nhiệt điện có thể
kể đến như: phương pháp lặp dựa trên là tối ưu Lagrange [1], Hopfield Neutral Network
[2], ,… Các phương pháp này thường được gọi với cái tên phương pháp “Tiền định”.
Điều này có thể được hiểu là để giải quyết bài toán tối ưu chúng sẽ dựa trên các hàm tối
ưu được xây dựng từ trước dựa trên các thông số kĩ thuật của các tổ máy phát đã biết.
Nghiệm của bài toán kiểu này thường được xác định bằng cách đạo hàm và giải các hệ
phương trình đa biết dựa trên phương pháp lặp. Tại mỗi vòng lặp thì phương pháp này
chỉ xác định duy nhất một nghiệm và nghiệm này có xu hướng cải thiện vệ cả độ chính
xác và sai số sau mỗi vòng lặp.
Các thuật toán thuộc nhóm Meta - Hueristic có thể dẫn ra như: Practicle Swarm
Optimization (PSO) [3], Biogeography – Base Optimization (BBO)[4], Conventional
Gennetic Algorithm (CGA)[5], Fuzzy Logic Control Gennetic (FLCG) [6], Differential
Evolution (DE)[7], Modified Differential Evolution (MDE)[8], Cooku Search Algorithm
ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 4

(CSA)[9], Adaptive Cooku Search Algorithm (ACSO)[10], Taboo Search (TS)[11], One
Ranked Cooku Search Algorithm (ORCSA)[12], Bat Algorithm (BA)[13],… Các thuật
toán kiểu này sẽ xây dựng một tập nghiệm và thường được gọi là dân số sau đó tiến hành
đánh giá chất lượng của các nghiệm này dựa trên các hàm mục tiêu và lượng phạt của các
nghiệm phát sinh trong quá trình chạy giải thuật.
Trong hơn hai thập kỉ vừa qua, việc nghiên cứu và ứng dụng các thuật toán kiểu
Meta – Hueristic diễn ra rất mạnh mẽ trong tất cả các lĩnh vực nói chung và giải quyết bài

toán tối ưu hóa các tổ máy phát cho nhà máy nhiệt điện nói riêng khi mà các thuật toán
kiểu Hueristic trở nên kém hiệu quả hơn khi đem áp dụng cho những bài toán có không
gian tìm kiếm lớn và phải đảm bảo các ràng buộc không tuyến tính rất phức tạp.
Luận văn này sẽ trình bày và giải thích một cách chi tiết về việc áp dụng một thuật
toán mới có tên Coyotes Optimization Algorithm (COA) [14]. COA được lấy cảm hứng
từ tập tính sống của loài loài Canid Latran (Coyotes) – một loài chó thuộc họ chó sói cư
ngụ chủ yếu ở khu vực Bắc Mĩ. Do tập tính thường hay di chuyển, để tìm nguồn sống
thích hợp và duy trì lối sống bầy đàn chúng luôn phải tìm cách để có thể thích nghi với
các điều kiện sống mới một cách nhanh chóng và những cá thể không làm được điều này
sẽ phải rời đàn để gia nhập một đàn khác hoặc là chết. Tuy nhiên COA được xây dựng
dựa trên việc xem xét cách mà các cá thể coyote thích nghi với môi trường sống chứ
không tập trung vào cách thức tìm mồi và săn mồi như các thuật toán khác kiểu meta –
hueristic khác đã được công bố trước đây!
1.3.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

-

Áp dụng COA vào trong bài toán điều độ công suất phát cho các tổ máy trong các

-

hệ thống lớn để cho ra kết quả tối ưu
Để xuất cải tiến ICOA dựa trên quá trình nghiên cứu và chạy giải thuật của COA

-

nguyên bản
Áp dụng thành công ICOA cho các bài toán đã thực hiện và thu được kết quả vượt

trội so với COA nguyên bản và với các thuật toán đẫ được công bố trước đó

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 5

1.4.

PHẠM VI VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN

-

Xác định chi phí tối ưu cho hệ thống các tổ máy phát đơn nhiên liệu, đa nhiên liệu

-

của nhà máy nhiệt điện với hàm chi phí là hàm bậc hai
Có xét đến tổn hao khi vận hành của các tổ máy đối với bài toán đơn nhiên liệu
Bỏ qua sự dao động của các đại lượng trên đường dây truyền tải như tần số, điện

-

áp,…
Bỏ qua hiệu ứng xả van của các tổ máy trong nhà máy nhiệt điện trong quá trình
vận hành

1.5.

Ý NGHĨA THỰC TIỄN
Nghiên cứu này là một trong những phương pháp được đề xuất để giải quyết bài

toán vận hành tối ưu cho các nhà máy nhiệt điện đang được vận hành hoặc cho những
nhà hoạch định chiến lược phát triển nguồn cung năng lượng điện về việc làm sao vừa có
thể đảm bảo đáp ừng đủ nhu cầu của tải trong khi vẫn đảm bảo lợi ích về kinh tế và mau
chóng thu hồi vốn đầu tư.
Với các kết quả đã đạt được trong phạm vi nghiên cứu của luận văn này, có thể:
- Có thể sử dụng đồ án này như là một liệu tham khảo cho việc áp dụng COA
để giải quyết một bài toán với các ràng buộc cụ thể trong thực tế
- Có thể đem ứng dụng ngay với một số chỉnh sửa nhỏ để phù hợp hơn với
các yêu cầu trong các trường hợp cụ thể trong thực tế
- Làm nên tảng cho việc tiến hành các cải tiến để COA đối với các bài toán
cụ thể khác trong tương lai, thông qua đó cũng giúp cho việc ứng dụng thuật toán
trở nên rộng rãi hơn
- …

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 6

CHƯƠNG 2:
CƠ SỞ LÍ THUYẾT
2.1. TRAO ĐỔI CÔNG SUẤT VÀ PHÂN BỔ KINH TẾ NGUỒN PHÁT

2.1.1. Vận hành kinh tế các tổ máy phát

Vận hành hệ thống điện là tiến hành hàng loạt các thao tác, tiến trình với mục đích
duy trì chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện để đáp ứng các tiêu chuẩn được
yêu cầu về mặt chất lượng, độ tin cậy và tính kinh tế. Thực tế cho thấy rằng hệ thống điện
là một tập hợp của rất nhiều phần tử khác nhau và giữa chúng có mối quan hệ vô cùng
chặt chẽ. Cho nên khi độ tin cậy và tính kinh tế của các phần tử khi vận hành được đảm
bảo nó sẽ quyết định đến độ tin cậy và tính kinh tế của toàn bộ hệ thống điện. Với sự tiến
bộ mạnh mẽ của khoa học và kĩ thuật, ngày càng xuất hiện nhiều thiết bị mới tham gia
vào quá trình vận hành hệ thống điện với các đặc điểm vượt trội vê mặt kinh tế lẫn kĩ
thuật, tuy nhiên nhiên bản thân chùng cũng cần được đảm bảo nghiêm ngặt các yếu tố về
và kĩ thuật khi vận hành. Do đó các qui trình kĩ thuật của các thiết bị phải được tuân thủ
một cách nghiêm ngặt theo yêu cầu và khuyến cáo bởi nhà sản xuất. Bất kì một sai sót
nhỏ nào xuất phát từ việc không tuân thủ đúng các qui định khi vận hành các phần tử
trong hệ thống đều có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng không thể dự đoán trước!
Một số đặc điểm khi vận hành hệ thống điện cần lưu í như sau:
• Quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng gần như xảy ra một cách đồng thời

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 7

Hiểu một cách đơn giản thì điện năng một khi được sản xuất ra cần được tiêu thụ
ngay và không thể cất vào kho được. Điều này làm xuất hiện một vấn đề cơ bản của vận
hành hệ thống điện chính là làm sao để cân bằng giữa công suất phát của các nhà máy với
công suất tiêu thụ của tải, bởi sự mất cân bằng sẽ làm ảnh hưởng một cách tiêu cực đến
các đặc điểm kĩ thuật cần được đảm bảo của hệ thống điện như: làm giảm chất lượng điện
năng, gây mất ổn định hệ thống, thậm chí có thể làm ngừng quay hoặc hỏng máy phát…
Mặt khác công suất tiêu thụ của tải luôn luôn thay đổi trong giới hạn giữa giá trị cực đại

và cực tiểu do đó cần có phương pháp tinh chỉnh thích hợp đối với công tác vận hành của
các nhà máy điện.
• Hệ thống điện là một thể thống nhất
Do các thành phần trong hệ thống điện luôn có sự liên kết hết sức chặt chẽ như đã
trình bày nên sự thay đổi hoạt động, trạng thái, đóng cắt của bất kì một phần tử nào ở bất
kì vị trí nào đều ít nhiều ảnh hưởng đến chế độ hoạt động của các phần tử khác. Công
việc đánh giá những diễn biến đang diễn ra trong lúc vận hành hệ thống điện chưa bao
giờ là điều đơn giản đối với các kĩ sư vận hành tại một nhà máy điện hay một mạng điện
độc lập. Chính vì điều này cần có một cơ chế hành động thống nhất giữa các nhà máy
điện để duy trì các đặc tính kĩ thuật yêu cầu của hệ thống điện.
• Các tiến trình trong hệ thống điện diễn ra rất nhanh
Điều này đòi hỏi hệ thống điện phải được trang bị các thiết bị có khả năng tác động
một cách nhanh chóng và chính xác để đáp ứng kịp thời để duy trì tính ỏn định của toàn
bộ hệ thống trong trường hợp sự cố.
• Vai trò to lớn của hệ thống điện

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 8

Dễ dàng nhận ra rằng hoạt động của hệ thống điện có ảnh hưởng quan trọng đối với
mọi mặt của đời sống xã hội và cả an ninh của một quốc gia cụ thể.
• Liên tục phát triển theo cả không gian và thời gian
Nền kinh tế ngày càng phát triển, tiến bộ về mặt khoa học kĩ thuật diễn ra mạnh mẽ,
đời sống con người không ngừng được cải thiện kéo theo nhu cầu về mặt năng lượng
ngày một gia tăng và càng trở nên vô cùng quan trọng, cấp bách. Điều này làm cho qui
mô của hệ thống điện liên tục được mở rộng về cả diện và lượng. Tuy nhiên việc mở

trọng qui mô của hệ thống điện cần phải được thực hiện dựa trên sự quan sát từ thực tế và
tính toán khoa học cộng với việc nhất quán trong hành động cùng sự giám sát chặt chẽ từ
các cấp chuyên môn để không gây ra lãng phí, bất hợp lí,…

2.1.2. Phân bố công suất tối ưu
Phân bố công suất tối ưu là hoạt động bố trí lại nguồn phát công suất sao cho chi phí
nhiên liệu để chạy máy phát là nhỏ nhất tuy nhiên các đặc điểm kĩ thuật của hệ thống
điện như chất lượng điện năng, tính liên tục cung cấp điện, độ tin cậy của hệ thống vẫn
được đảm bảo trong giới hạn cho phép. Điều này làm xuất hiện một vấn đề vô cùng phổ
biến khi vận hành các nhà máy nhiệt điện chính là: làm sao để vận hành các tổ máy phát
với chi phí thấp nhất nhưng vẫn phải đáp ứng đủ nhu cầu của tải hay vấn đề này thường
được gọi là Tìm cực tiểu chi phí vận hành các tổ máy cho nhà máy nhiệt điện

2.1.4. Trao đổi kinh tế công suất
Thực chất trao đổi kinh tế công suất là công việc cần được tiến hành giữa hai bên
mua điện và bán điện sao cho cả hai cùng có lợi. Công việc này diễn ra khi :

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 9

- Bên mua có nhiều hơn một lựa chọn để cung cấp điện cho việc cung cấp
điện cho hệ thống của mình
- Có sự chênh lệch tương đối nhiều giữa suất chi phí nhiên liệu giữa các lựa
chọn
Ngoài ra quyết định mua hay không còn phải xem xét đến các chi phí phát sinh liên
quan, tổn hao khi kết nối giữa hai hệ thống, việc phân bổ các điểm nút trung gian…

2.2. TIÊU CHUẨN CỦA VẬN HÀNH KINH TẾ

2.2.1. Chất lượng
Chất lượng điện năng cung cấp bởi hệ thống điện được qui định ở các yếu tố sau
-

Chất lượng điện áp cung cấp cho tải
Tần số
Độ liên tục cung cấp điện

2.2.2. Chi phí
Chi phí vận hành của hệ thống điện bao gồm
-

Chi phí nhiên liệu chạy máy phát
Chi phí tiền lương cho nhân viên , kĩ sư vận hành
Tổn hao giá trị của thiết bị qua thời gian vận hành
Chi phí bảo dưỡng định kì cho các thiết bị
Tổn thất điện năng

2.3. LỢI ÍCH CỦA VẬN HÀNH KINH TẾ

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 10

Công tác phân bố tối ưu công suất phát của các tổ máy với phí vận hành nhỏ nhất sẽ

được thực hiện qua hai phương pháp chính đó là:
1.
2.

giảm tổn thất điện năng
giảm chi phí nhiên liệu

2.3.1. Chi phí nhiên liệu trong vận hành các tổ máy phát
Công việc này có thể được thực hiện theo các phương án sau:
-

Lập kế hoạch vận hành một cách chi tiết cho từng mốc thời gian cụ thể, ở mỗi mốc
thời gian đó qui định rõ các tổ máy nào sẽ được vận hành và vận hành trong bao

-

lâu với mức công suất phát là bao nhiêu
Ưu tiên phát công suất tại các nhà máy nhiệt điện có suất tiêu hao nhiên liệu thấp
Tăng lượng công suất phát tại các nguồn phát nằm gần phụ tải để hạn chế tối đa
tổn thất trên đường dây truyền tải

2.3.2. Tổn thất điện năng
Đây cũng là một công việc không kém phần quan trọng trong việc vận hành hệ
thống điện mà có thể được thực hiện theo nhiều phương án được nêu ra dưới đây:
- Xem xét chọn dây hợp lí so với lượng công suất truyền tải
- Giảm tổn hao vần quang
- Qui hoạch phát triển một cách hợp lí
- Tinh chỉnh linh hoạt dòng công suất hợp lí theo yêu cầu luôn thay đổi của
tải
-…

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 11

2.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHI PHÍ VÀ PHÁT ĐIỆN TỐI ƯU CHO CÁC
TỔ MÁY PHÁT

2.4.1. Phương pháp xác định giá điện
• Cơ sở xác định giá điện đối với đơn vị sản xuất
Giá điện sản xuất là tổng chi bằng tiền của đơn vị sản xuất phải bỏ ra cho hoạt
động sản xuất và tiêu thụ điện trên các mặt nguyên liệu, nhiên liệu đầu vào để chạy máy
phát, sự hao mòn theo thời gian của các tài sản cố định được đầu tư ban đầu, tiền lương
chi trả cho người lao động tham gia vào các quá trình trong hoạt động sản xuất điện năng,
các khoảng thuế, phí phải trả cho các công tác phục hồi và bảo vệ môi trường,… Đối với
hoạt động của các nhà máy nhiệt điện giá điện sản xuất có một í nghĩa vô cùng quan
trọng về mặt kinh tế lẫn kĩ thuật bởi nó phản ánh một cách rõ nét về hiệu quả hoạt động
của toàn bộ các quá trình, thiết bị được vận hành bên trong nhà máy!
• Giá điện khi dem bán (giá bán điện)
Giá bán điện = Chi phí biến đổi + Chi phí cố định + Lợi nhuận đặt ra
Với :
Chi phí biến đổi gồm:
Tùy thuộc vào phương thức vận hành và đặc điểm cụ thể của từng loại hình nhà
máy mà chi phí biến đổi sẽ khác nhau. Thông thường chi phí biến đổi sẽ được các định
theo các bước cơ bản sau đây:
-

Tính giá trung bình
Nội suy đường cong chi phí về đường cong bậc hai

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 12

-

Tính giá trị biên

Hình 2. 1 Tiến trình đình giá biến đổi
 Tính giá trung bình
-

Đối với nhà máy nhiệt điện chạy than, giá trung bình được xác định như sau:

(Eq 2.1)
Trong đó:
+
+
+
+
+
+
+

bth/p
7000(kcal/h)
Gthan
Qth
bFO
GFO
cVLP

-

Nhà máy nhiệt điện hỗn hợp

:
:
:
:
:
:
:

suất tiêu hao than ứng với mức công suất p (g/kWh)
nhiệt trị than tiêu chuẩn
giá than (g/đồng)
nhiệt trị than trung bình
suất tiêu hao dâu ưng (g/kWh)
giá dầu (đồng/g)
chi phí vật liệu phụ

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 13

(Eq 2.2)
Trong đó:
+ BP

:

suât tiêu hao dầu/khí ừng với mức công suât p(g/kWh đối với

dầu hoặc BTU/kWh đối với khí)
+ G
:
giá nhiên liệu
+ cVLP
:
chi phí cho vật liệu phụ (đ/kWh)
 Nội suy đường cong chi phí
Chi phí chạy máy phát trong một giờ được tính bằng tích của giá trung bình với
mức công suất tương ứng. Mối quan hệ giữa công suât phát và chi phí trong một giờ
được thể hiện một cách chi tiết bằng các điểm rời rạc trên đồ thị
Đường đặc tuyến được tạo ra bằng cách nội suy đường cong chi phí về đường cong
bậc 2
Qui trình này được tiến hành một cách tương đối chính xác như sau:

Đến đây ta cần tìm các hệ số A, B, C sao cho hàm số trên đạt cực tiểu

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 14

(Eq 2.3)
 Tính giá trị biên
Giá trị biên được xác định bằng cách đạo hàm đường cong chi phí

(Eq 2.4)
 Lợi nhuận
Thông thường có 03 phương thức tính lợi nhuận cơ bản như sau:
-

Không tính lợi nhuận (lợi nhuận bằng 0)
Giá lợi nhuận = giá biến đổi * tỉ lệ phần trăm giá biến đổi
Giá lợi nhuận = một hằng số do bên bán chọn

Lợi nhuận của việc bán điện bằng hiệu giữa số tiến bán điện và tổng chi phí bằng
tiền bỏ ra để chạy máy phát, chi phí chạy máy phát càng nhỏ thì lợi nhuận càng cao, cụ
thể:

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 15

Lợi nhuận bán điện = Giá bán điện * E – Tổng chi phí chạy máy phát
Với:
E(MWh)

:

tổng điện năng bán ra

Giá bán điện (Rs/MWh)

:

giá bán điện

Chi phí cố định gồm:
-

Chi phí cố định khi vận hành máy phát
Chi phí sửa chữa, bảo dưỡng
Chi phí tổn hao cơ bản
Phí thuê thiết bị (nếu có)’
Chi phí vay cho đầu tư (nếu có)

2.4.2. Phương án phát điện tối ưu các tổ máy
Nhân tổ chính quyết định đến chi phí nhiên liệu khi vận hành các tổ máy phát đó là lượng
nhiên liệu đầu vào tính trên một đơn vị thời gian cụ thể (giờ). Chi phí nhiên liệu có ảnh
hưởng quan trọng đối với công tác vận hành của các nhà máy nhiệt điện các loại, các nhà
máy điện hạt nhân,… Do đó yếu tổ cực tiểu chi phí luôn được quan tâm hàng đầu.

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 16

Hình 2. 2 Đặc tuyến công suất ngõ vào/ ra của một tổ máy phát

Đường cong thể hiện suất tăng nhiên liệu đầu vào cho một tổ máy phát (tuabin khí,
nồi hơi) trong vòng một giờ. Chi phí này được tính bằng đơn vị triệu kilocalo/một giờ
hoặc rupi/giờ (rupi – đơn vị tiền tệ của Ấn Độ). Đối với ngõ ra công suất được tính toán
bằng MW
Đối với hình 2.2
- MW (min): là giờ hạn công suất phát nhỏ nhất mà tại điểm này đơn vị vận
hành sẽ không bị lỗ về mặt chi phí phát điện
- MW (max): là giới hạn công suất phát lớn nhất theo như thiết kết mà khi
phát công suất ở mức này các đặc điểm kĩ thuật, các đặc tính cơ học, vật lí của
máy phát vẫn được đảm bảo
Trên thực tế đường cong chi phí của tổ máy phát sẽ được chia thành nhiều đoạn nhỏ
do hiệu ừng mở van hơi của các máy phát. Một đa thức được xây dựng để tiến hành hiệu
chỉnh một cách hợp lí về mặt đại số đối với chi phí vận hành được nêu ra dưới đây:

(Eq. 2.5)

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRANG 17

Trong đó:
-

j
Fj(Pj) (RS/kWh)

Đại lượng

: là số tổ máy phát
: là giá trị công suất phát đầu ra của tổ máy thứ j

thể hiện suất tăng chi phí nhiên liệu (IC) hay hiểu một cách đơn giản là

độ dốc của hàm chi phí được tính bằng tiền trên một kWh. Nếu đường cong chi phí được
xem như là một hàm bậc hai như đã trình bày (Eq 2.5) thì ta được:

(Eq 2.6)

Hình 2. 3 Suất tăng chi phí nhiên liệu tương ứng cho tổ máy có đặc tuyến đường
cong như ở hình 2.1

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 18

Dễ dàng nhận ra rằng suất tăng chi phí nhiên liệu là một hàm tuyến tính, nếu muốn
tìm được suất tăng chi phí một cách chính xác hơn ta có thể chia đường cong này ra thành
nhiều đoạn nhỏ và sử dụng đa thức có bậc phù hợp để đáp ứng:

(Eq 2.7)
• Vận hành tối ưu
Giả sử ràng các máy phát được vận hành để cung cấp cho một tải yêu cầu đã biết trước
(PD) và các máy phát có khả năng phát chính xác đến dơn vị KW. Điều này được hiểu
như sau:

(Eq 2.8)

Với

là công suất phát định mức của tổ máy thứ j và PD là công suất yêu cầu của tải.

hơn nữa công suất phát của mỗi tổ máy phải nằm trong vùng giữa giá trị Min và Mã của
chúng, tức là :

(Eq 2.9)
Với j = 1, 2, 3, …
Nếu quan tâm đến công suất dự trữ thì công thức 2.8 sẽ được viết lại như sau:

(Eq 2.10)
ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 19

Dến dây vấn đề được đặt ra chính là: làm sao điều phối công suất phát của các tổ máy để
đáp ừng nhu cầu của tải với chi phí tối thiểu, có thể hiểu đơn gian là:

(Eq 2.11)
Ràng buộc về mặt cần bằng công suất cần được đáp ứng là:

(Eq 2.12)
Với N là số tổ máy của một nhà máy hay số nhà máy của một hệ thống
Mặt khác công suất phát của mỗi tổ máy bị ràng buộc bởi Eq 2.9
Giả sử bỏ qua ràng buộc về công suất dự trữ được nêu ở Eq 2.10 thì bài toán tối ưu nguồn
phát nhiệt điện có thê giải bằng phương pháp Lagrange như sau:
Đầu tiên số Lagrange được định nghĩa như sau:

(Eq 2.13)
Với
là nhân tử Lagrange
Điều kiện cực tiểu đạt được khi:

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 20

hay

(Eq 2.14)

Trong đó là suất tăng nhiên liệu của tổ máy phát thứ j (Rs/MWh). Công thức 2.14 có
thể được viết lại như sau:

(Eq 2.15)
Tương tự
là nhân tử Lagrange
Đối với bài toán điều phối tối ưu công suât phát thì suất tăng chi phi nhiên liệu ở
các tỏ mấy trong một nhà máy phải bằng nhau. (Eq 2.12) và (Eq 2.15) là các phương
trình kết hợp. Số n được giải đồng thời với (Eq 2.14) để có thể thu được kết quả cho nhân
tử

Lagrange

(

) và công suất tối ưu mà mỗi tổ máy cần phát.
Tóm lại phương pháp Lagrange cho bải toán phân bố công suất tối ưu có thể được
trình bày tuần tự như sau:

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 21

- Bước

1:

Chọn

một

giá

trị

ngẫu

nhiên

cho

nhân

tử

- Bước 2: Giải Pj (I = 1, 2, 3, …N) được trình bày ở (Eq 2.6)
- Bước

3:

Khi

(với

là sai số có thể chấp nhận được) thì lúc đó bài toán đạt kết quả tối ưu

(IC) sẽ được tăng cho tới khi bằng

nếu

và ngược lại

Khi tiến hành áp dụng phương pháp Lagrange cần xem xét ảnh hưởng của (Eq 2.9).
Khi IC tăng hoặc giảm trong quá trình lập làm cho một tổ máy nào đó trong hệ thống đạt
đến ngưỡng giá trị ràng buộc của công suất phát PMin hoặc PMax thì công suất phát của tổ
máy đó phải được giữ cố định tại giá trị này và tải cân bằng sẽ được chia ra cho các tổ
máy khác trong hệ thống trên cơ sở suất tiêu hao nhiên liệu bằng nhau

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 22

CHƯƠNG 3:
BÀI TOÁN TỐI ƯU HÓA NGUỒN PHÁT NHIỆT ĐIỆN
3.1. BÀI TOÁN ĐA NHIÊN LIỆU CHO HỆ THỐNG 10 TỔ MÁY BỎ QUA TỔN
THẤT (MULTI – FUEL )

3.1.1. Hàm mục tiêu

(Eq 3.1)
Trong đó:
-

ai, bi, ci

aik, bik, cik

:
:

hệ số hàm chi phí của tổ máy thứ i với i = 1, 2, 3, ….N
là hệ số của hàm chi phí nhiên liệu khi sử dụng loại nhiên liệu

-

thứ k của tổ máy thứ i
Pi (MW)
:
công suất của tổ máy thứ i với i = 1, 2, 3, ….N
N
:
số tổ máy

3.1.2. Ràng buộc vệ mặt công suất

(Eq 3.2)
Với
-

(MW)

:

tổng công suất của tất cả các tổ máy phát

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 23

-

PD (MW)

:

tổng công suất cấn được đáp ứng

3.1.3. Ràng buộc về giới hạn công suất phát của các tổ máy
Như đã đề cập ở chương 2 thì các tổ máy phải đáp ừng các giới hạn về mặt kỹ thuật
khi vận hành. Có nghĩa là mỗi tổ máy chỉ có thể vận hành trong khoảng [Pmin, Pmax].
Cụ thể:

(Eq 3.3)
Trong thực tế vẫn có lúc các máy phát được vận hành có các mức nhỏ hơn mức
công suất cực tiểu theo tiêu chuẩn nhắm đáp ứng các yêu cầu của tải tại các thời điểm
nhất định nhưng vẫn đảm bảo yếu tố an toàn cho người và thiết bị. Thay vì phải khởi
động lại và công việc này phải mất rất nhiều thời gian do tiến trình khởi động của các tổ
máy trước khi đạt đến mức công suất yêu cầu là khá lâu nên việc vận hành các tổ máy
dưới mức giới hạn của công suất phát cực tiểu là nhằm mục đích đảm bảo tiêu chí kinh
tế. Tuy nhiên vượt vận hành các tổ máy vượt qua các giới hạn cực đại là điều không thể
và cực kì nguy hiểm bởi khả năng gây hư hỏng thiết bị và nguy hại cho con người là rất
cao!

3.2. BÀI TOÁN VẬN HÀNH VỚI VÙNG CẤM CHO HỆ THỐNG 15 TỔ MÁY BỎ
QUA TỔN THẤT (PROHIBITE OPERATING ZONE - POZ)

3.2.1. Hàm mục tiêu

(Eq 3.4)

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 24

3.2.2. Ràng buộc về mặt cân bằng công suất
Tương tự như bài toán Multi – Fuel khi bỏ quả tổn thất thì ta cũng có ràng buộc về
mặt cân bằng công suất cần được đáp ứng như sau:

(Eq 3.5)
Với
-

(MW)
PD (MW)

:
:

tổng công suất của tất cả các tổ máy phát
tổng công suất cấn được đáp ứng

3.2.3. Ràng buộc về công suất phát của các tổ máy trong hệ thống

(Eq 3.6)
Trong đó:

-

(MW)

:

(MW)
:
k = 2 đến Zi :

giới hạn dưới của vùng cấm thứ k
giới hạn trên của vùng cầm thứ k
vùng cấm thứ k của tổ máy phát thứ i

3.3. BÀI TOÁN CHI PHÍ NHIÊN LIỆU CHO HỆ THỐNG 20 TỔ MÁY

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRANG 25

3.3.1. Hàm mục tiêu

(Eq 3.7)

3.3.2. Các ràng buộc về mặt công suất

(Eq 3.8)
Với
-

(MW)
PD (MW)
PL (MW)

:
:
:

tổng công suất của tất cả các tổ máy phát
tổng công suất cấn được đáp ứng
tông công suất thất thoát trong quá trình truyền tải

Tương tự như hai bài toán được trình bày ở trên ta cũng có

(Eq 3.9)
Trong đó các hệ số Bij, B01, B00 được lấy từ ma trận B cho tổn thất công suât truyền tải

3.2.3. Ràng buộc về công suất phát của các tổ máy trong hệ thống
Tương tự như hai bài toán đã trình bày ở trên đối với hệ thống 20 tổ máy, ràng buộc
về mặt công suất phát của các tổ máy phát cũng phải được thõa mãn
(Eq 3.10)

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN COA TỐI ƯU HÓA NGUỒN
PHÁT CHO NHA MÁY NHIỆT ĐIỆN