Đề xuất mô hình toán mô phỏng quy luật vận hành cho các nhà máy nhiệt điện việt nam

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO TÓM TẮT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH TỐN
MƠ PHỎNG QUY LUẬT VẬN HÀNH
CHO CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VIỆT NAM

Mã số: B2019-DN-02-56

Chủ nhiệm đề tài: TS. LÊ HỒNG LÂM

Đà Nẵng, 04/2021


ĐẠI HỌC ĐÀ NẢNG
TRƯỊNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO TĨM TẮT
ĐÈ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CÁP ĐẠI HỌC ĐÀ NẲNG

ĐÈ XUẤT MƠ HÌNH TỐN
MƠ PHỎNG QUY LUẬT VẬN HÀNH
CHO CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VIỆT NAM

Mã số: B2019-DN-02-56

PGS. TS. LE THỊ KIM OANH

Đà Nang, 04/2021


DANH SÁCH THAM GIA

• Các cá nhân tham gia:
o PGS. TS. Ngô Văn Dưỡng, Đại học Đà Nẵng - Thành viên
chính
o TS. Phạm Văn Kiên, Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa,
Đại học Đà Nẵng - Thư ký/Thành viên chính
o Th.S. Nguyễn Văn Tấn, Khoa Điện, Trường Đại học Bách
khoa, Đại học Đà Nẵng - Thành viên chính
o Th.S. Trần Anh Tuấn, Khoa Điện, Trường Đại học Bách
khoa, Đại học Đà Nẵng - Thành viên chính

1


MỤC LỤC
.....................................................................................................................- 1 MỞ ĐẦU................................................................................................ 1
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

1

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

1

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2

BỐ CỤC ĐỀ TÀI

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ THỊ TRƯỜNG HÓA CỦA NGÀNH
ĐIỆN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM..................................................... 3
CHƯƠNG 2: NHÀ MÁY MÁY NHIỆT ĐIỆN TRONG THỊ TRƯỜNG
ĐIỆN NGÀY TỚI .......................................................................................... 3
2.1. Các ràng buộc của nhà máy nhiệt điện ......................................................... 3
2.2. Sự tích hợp của nhà máy nhiệt điện trong bài toán ngày tới ở Việt
Nam ................................................................................................................ 5
CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN TỐI ƯU VÀ CÁC CHƯƠNG TRÌNH MƠ
PHỎNG PHỔ BIẾN ...................................................................................... 6
3.1. Bài tốn tối ưu thị trường cơ bản................................................................... 6
CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN NGUỒN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI LÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ
NẴNG ............................................................................................................ 7
4.1. Hàm mục tiêu: ................................................................................................ 8
4.2. Ràng buộc của hệ thống ................................................................................ 8
4.3. Ràng buộc tỷ lệ chấp nhận đơn hàng mơ hình một người mua .................... 9
4.4. Ràng buộc Nam Công Sơn: ........................................................................... 9
4.5. Điều kiện dốc tải: ........................................................................................... 9
CHƯƠNG 5: PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH TỐN CỦA NHÀ MÁY NHIỆT
ĐIỆN TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VÀ PHÂN TÍCH ............................. 9
5.1. Hàm mục tiêu ................................................................................................. 9

5.2. Các ràng buộc .............................................................................................. 10


5.3. Phương trình cân bằng.................................................................................. 11
5.4. Thuật tốn loại bỏ nhà máy có điều kiện thu nhập tối thiểu MIC ... 11
CHƯƠNG 6: PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH TỐN MỚI CHO THỊ TRƯỜNG
ĐIỆN, PHÂN TÍCH VÀ KẾT LUẬN CHUNG..........................................13
6.1. Mơ hình toán ................................................................................................ 13
6.2. Thử nghiệm và kết quả ................................................................................ 13
6.2.1. Thử nghiệm
13
6.2.2. Kết quả
14
Kết luận và kiến nghị.................................................................................... 15


DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Lộ trình hình thành và phát triển thị trường Điện Việt Nam ...... 3
Hình 2.1: Chi phí khởi động phụ thuộc vào thời gian. ................................ 4
Hình 3.1: Đường cung và cầu....................................................................... 6
Hình 3.2: Phúc lợi xã hội của thị trường ...................................................... 7
Hình 4.1: Sơ đồ thị trường điện Việt Nam ................................................... 8
Hình 5.1: Thuật tốn loại bỏ nhà máy có MIC ............................................
12
Hình 6.1: Mơ hình tốn đề xuất (NUPP) .....................................................
13
Hình 6.2: Mơ hình lưới thử nghiệm..............................................................14


DANH SÁCH BẢNG

Bảng 6.1: So sánh mơ hình chính thức và mơ hình đề xuất ...................... 14
Bảng 6.2: Ba cấu hình để kiểm tra.............................................................. 15
Danh mục các từ viết tắt
SW Phúc lợi xã hội (Social Welfare)
UPM Mơ hình giá đồng nhất (Uniform Price Model)
NUPM Mơ hình giá khơng đồng nhất (Non Uniform Price Model)
MIC
Điều kiện thu nhập tối thiểu (Minimum Income
Condition)
LGC
Điều kiện tăng giảm (Load Gradient Condition)
SSC
Điều kiện dừng máy phát (Schedule Stop Conditon)
DAM
Thị trường ngày tới (Day-Ahead Market)
MCP Giá thanh toán thị trường (Market Clearing Price) VWAP Giá
thanh toán trung bình theo khối lượng (Volume Weighted Average
Price)
TTĐ
Thị trường điện
NMNĐ
Nhà máy nhiệt điện
IG
Tăng độ dốc (Increase Gradient)
DG
Giảm dộ dốc (Decrease Gradient)
AR Doanh thu có được (Acquire Revenue)
RR Doanh thu tối thiểu (Require Revenue)
SMP
Giá biên hệ thống (System Marginal Price)

Danh mục các ký hiệu toán học
Thiết lập
t ET
Thiết lập thời gian gửi trong một ngày
aEA
Khu vực đấu thầu
Tập hợp các kiểu chào giá
bEB
Thiết lập đơn hàng Block nộp vào khu vực a
pb E b Thiết lập các Profile Block có trong Block b lb E LB
các Block liên kết
pEP
Tập hợp các nhà máy điện p
mĩc

p E P^gc
eg E EG
sEs

Tập hợp các nhà máy điện p có MIC, LGC
Tập hợp Exclusive Groups
lập hợp các đơn hàng chào giá bậc thang

Thiết lập


cpx E CPX
Tập hợp các đơn hàng phức tạp
Biến
xb

Tỉ lệ chấp nhận của một Khối
Xs
Tỉ lệ chấp nhận của một Khối bậc thangthuộc bên chào mua
Xa
Tỉ lệ chấp nhận của một Khối bậc thang thuộc bên chào bán
p™'m
Tỉ lệ chấp nhận tối thiểu của một Khối
Mcpt
Giá thanh toán thị trưc ngcho khu vực đấu thấu a trong thời
gian t
Biến nhị phân
Yb
Biến nhị phân liên kết tới n ột Block
Tham số
Pb, Qpb
Giá và khối lượng của một P.ofilC Block Order trong một
Block Order ($/MWh, MWh)
Ps, Qs
Giá và khối lượng của một đơn hàng bậc thangstrong thời
gian t ($/MWh, MWh)
Pd, Qd
Giá và khối lượng của một đơn hàng bậc thangdtrong thời
gian t ($/MWh, MWh)
Tpb, Ppb
Thời gian bắt đầu và kết thúc của một Profile Block trong
Block
Upb, Upb
Bước thời gian bắt đầu và kết thúc của một Profile Block
trong Block
IM1^

Ma trận tỷ lệ liên kết các khối.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Đơn vị: Trường Đại học Bách Khoa
THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thơng tin chung:
- Tên đề tài:
Đề xuất mơ hình tốn mơ phỏng quy luật vận hành
cho các nhà máy nhiệt điện trong thị trường điện Việt Nam
- Mã số:
B2019-DN-02-56
- Chủ nhiệm đề tài:
TS. Lê Hồng Lâm
- Tổ chức chủ trì:
Trường đại học Bách khoa Đà Nẵng
Từ tháng 8 năm 2019 đến tháng
- Thời gian thực hiện:
8
năm 2021
2. Mục tiêu:
Đề xuất mơ hình toán cho các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam tham gia vào
thị trường ngày tới có tham khảo các nghiên cứu đã được thực hiện trên thế
giới như ở Pháp, Tây Ban Nha và Italia. Mơ hình tốn học đề xuất có thể


được tham khảo bởi các chuyên gia chịu trách nhiệm ban hành các luật thị
trường điện tại Việt Nam.
3. Tính mới và sáng tạo:
Hiện nay, nhà máy nhiệt điện vẫn đang chiếm một tỷ trọng lớn trong tổng
công suất phát của Việt Nam. Theo quy hoạch điện VII tính đến năm 2030,
nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên chiếm tỷ trọng 10.5% sản lượng điện;

nhiệt điện than sẽ chiếm 56,4% sản lượng điện sản xuất. Về mặt toán học,
nhà máy nhiệt điện được yêu cầu phải mô phỏng được chi phi khởi động,
thời gian khởi động ít nhất, hoặc thời gian khởi động nhiều nhất, kèm theo
đó là chi phí tối ưu về sản xuất. Thông thường, các vấn đề này sẽ dẫn đến
các yếu tố non-convex (còn gọi là phi tuyến) trong việc giải các bài toán tối
ưu. Kết quả của các yếu tố lồi lõm này là sự phức tạp trong việc giải tìm
phương án tối ưu nên các nước trên thế giới thường đưa về tuyến tính để mơ
phỏng nhà máy nhiệt điện trong bài tốn tối ưu. Sự đơn giản này giúp tìm ra
phương án tốt nhất trong thời gian ngắn nhất. Đây là sự cần thiết cho bài
toán thị trường ngày trước khi mà thời gian phải cung cấp giải pháp thị
trường là cực kỳ ngắn.
Theo luật vận hành thị trường điện hiện tại của Việt Nam, các thông số của
nhà máy nhiệt điện chưa được biểu hiện một cách cụ thể trong Mục 1Chương 4 thuộc thông tư số 28/2018/TT-BCT của Bộ Công Thương dẫn đến
việc khó khăn cho các nhà máy này tham gia vào thị trường điện cạnh tranh
do khả năng tổn thất về kinh tế có thể xảy ra. Do đó, đề tài tập trung phát
triển một mơ hình tốn có thể giải quyết được cả hai yếu tố kinh tế - kỹ thuật
của các tổ máy nhiệt điện khi tham gia vào thị trường điện cạnh tranh. Kết
quả nghiên cứu của đề tài là cần thiết cho thị trường điện mới phát triển tại
Việt Nam.
Tính mới và sáng tạo của đề tài được thể hiện qua mơ hình tốn đề xuất với
các quy luật vận hành của nhà máy nhiệt điện trong thị trường điện và cơ
chế thanh tốn khơng hoàn toàn phụ thuộc vào giá thị trường.
4. Kết quả nghiên cứu:
Sau khi hồn thành đề tài, nhóm tác giả đã tìm hiểu và xây dựng thành cơng
mơ hình tốn mô phỏng thị trường điện Việt Nam và chỉ ra các hạn chế hiện
nay về quy luật vận hành của các nhà máy nhiệt điện về mặt kinh tế và kỹ
thuật. Từ đó, nhóm tác giả tìm hiểu thị trường điện ở các nước tiên tiến và đã
thành công trong việc mô phỏng lại quy luật vận hành của các nhà máy nhiệt
điện (Block Order, Complex Order) ở Tây Âu (Pháp, Đức, Tây Ban Nha ...).
Đóng góp chính của đề tài chỉ ra được các điểm bất cập mà các quy luật vận

hành này đang gặp phải chính là non-convex khi mà biến quyết định cũng là
biến của mơ hình toán (Giá thành toán thị trường - Market Clearing Price),
dẫn đến sự không công bằng cho nhà máy nhiệt điện khi tham gia và đồng


thời làm thời gian tính tốn của mơ hình tốn mất nhiều thời gian. Tuy
nhiên, các quy luật vận hành này là cần thiết cho các nhà máy Nhiệt Điện
khi mà ràng buộc kinh tế - kỹ thuật của tổ máy cần phải được thể hiện một
cách rõ ràng trong mơ hình tốn thị trường điện nhằm đảm bảo sự công bằng
đối với các nhà máy điện khác (thủy điện, gió, mặt trời, địa nhiệt ...). Dựa
trên, các nghiên cứu trên thế giới về điểm cân bằng Warasian (tất cả người
mua và bán đều cảm thấy thỏa mãn), đề tài đề xuất một cơ chế hoàn toàn
mới cho thị trường điện khi mà giá thanh toán được cộng thêm một sự chênh
lệch từ người mua nhằm giúp cho các nhà máy nhiệt điện thỏa mãn được
yếu tố kinh tế - kỹ thuật một cách dễ dàng. Mơ hình tốn đề xuất được kiểm
tra với dữ liệu thực tế trong 1 năm từ Châu Âu nhằm đảm bảo sự ổn định của
mơ hình tốn đề xuất. Đề tài đề xuất hai điểm:
- Cần phải đưa ra quy luật vận hành của nhà máy nhiệt điện trong thị
trường điện cụ thể hơn so với quy luật hiện nay chỉ dựa vào cách
chào giá bậc than;
- Sử dụng cơ chế thanh toán mới (giá thanh toán thị trường cộng với
một khoản chênh lệch), không phải dựa trên giá chung như hiện nay
sẽ nâng cao được sự công bằng cho các nhà máy nhiệt điện.
5. Sản phẩm:
- 01 bài báo đăng tạp chí nước ngoài thuộc danh mục SCIE:
[1] Le Lam, H., Ilea, V., & Bovo, C. (2020). New Clearing Model to
Mitigate the Non-Convexity in European Day-ahead Electricity
Market. Energies, 13(18), 4716.
- 01 bài báo đăng tạp chí trong nước uy tín thuộc danh mục được hội
đồng Chức Danh Nhà Nước chấm điểm:

[1]
Lê Hồng Lâm, Đinh Xn Bách, Ngơ Văn Dưỡng, “Nghiên
cứu mơ hình mơ phỏng quy luật vận hành cho các nhà máy nhiệt
điện trong thị trường”, Tạp chí Khoa học và cơng nghệ, Đại học Đà
Nẵng. 18(3).2020, trang 10-15, 2020.
- 01 nhóm sinh viên NCKH:
[1] Trần Bá Nam và Phan Quốc Vũ: “Nghiên cứu mơ hình mơ
phỏng quy luật vận hành cho các nhà máy nhiệt điện trong thị
trường điện Việt Nam”, bảo vệ năm 2020.
- 01 chương trình máy tính được hội đồng khoa học thông qua.
6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích
mang lại của kết quả nghiên cứu:
6.1. Phương thức chuyển giao
Báo cáo toàn bộ đề tài và chương trình mơ phỏng trên máy tính là một tài
liệu tham khảo quan trọng cho các đơn vị đầu tư, vận hành và quản lý nguồn
năng lượng tại Việt Nam. Mơ hình tốn có thể được tham khảo bởi các


chuyên gia chịu trách nhiệm ban hành các luật thị trường điện tại Việt Nam.
6.2. Địa chỉ ứng dụng: Trường đ ại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng
6.3. Đối với lĩnh vực giáo dục và đào tạo
Đề tài bổ sung thêm các kết quả nghiên cứu ứng với thực tế phát triển thị
trường điện ở Việt Nam trong tương lai.
6.4. Đối với lĩnh vực khoa học và công nghệ có liên quan
Các mơ hình của đề tài nghiên cứu này có thể áp dụng trong các mơn học:
Thị trường điện, thông tin và điều độ trong thị trường điện... giúp cho sinh
viên thực hành và nghiên cứu phát triển thêm.
6.5. Đối với phát triển kinh tế-xã hội
Thị trường điện cạnh tranh được chú trọng nghiên cứu nhiều hơn để đáp ứng
nhu cầu của người tiêu dùng Việt Nam trong thời gian đến. Đề tài giúp cho

việc thúc đẩy sự công bằng và minh bách của thị trường buôn bán điện cạnh
tranh được nâng cao hơn và đảm bảo tính ổn định, góp phần giảm bớt chi
phí vận hành lưới điện, giảm giá thành điện năng trong tương lai. Các mơ
hình làm ra nhằm giúp cho các nhà máy nhiệt điện được vận hành tốt hơn
trong thị trường điện cạnh tranh tại Việt Nam. Việc này cũng góp phần lớn


giảm thiếu các tác động đến môi trường đầu tư nguồn khi mà cơ cấu năng lượng chủ
yếu ở Việt Nam là nhiệt điện.
6.6. Đối với tổ chức chủ trì và các cơ sở ứng dụng kết quả nghiên cứu
Các nguồn tài liệu tham khảo có chất lượng và uy tín được đề cập đến nâng cao
chất lượng giảng dạy - đào tạo cũng như áp dụng vào thực tiễn. Các sinh viên tham
gia nghiên cứu được hướng dẫn một cách chuyên sâu về thị trường điện từ đó ứng
dụng vào mơ hình thực trong đời sống.

Ngày 26 tháng 04 năm 2021

Chủ nhiệm đề tài

TS. Lê Hồng Lâm

PGS.TS.LÊTHỊKIMOANH

X


INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: Proposed a mathematic model to simulate market rules of
thermal unit in Vietnam electricity market

Code number:
B2019-DN-02-56
Coordinator:
PhD. Le Hong Lam
Implementing institution: The University of Da Nang - University of
Science and Technology
Duration: from 8/2019
to 8/2021
2. Objective(s):
Proposing the mathematical model for thermal power plants in Vietnam to
participate in the day-ahead electricity market, referring to the studies that
have been done in the world such as in France, Spain and Italy. The
proposed mathematical model can be consulted by experts responsible for
enacting electricity market rules in Vietnam.
3. Creativeness and innovativeness:
Currently, thermal power plants still account for a large proportion of the
total generation capacity of Vietnam. According to the VII master plan by
2030, thermoelectricity using natural gas accounts for 10.5% of the
electricity output; coal will account for 56.4% of the electricity produced.
Mathematically, a thermal power plant is required to simulate the startup
cost, the minimum running time, or the maximum running time, along with
optimal production costs. Typically, these problems will lead to non-convex
issue (also called non-linear problem) in solving optimal problems. The
result of these market rules is the complexity in solving the optimal plan, so
countries around the world often bring linearity to simulate thermal power
plants in the optimal problem. This simplicity helps find the best solution in
the shortest possible time. This is the need for the day-ahead market problem
since the time required to provide market solutions was extremely short.
According to Vietnam's current electricity market operation law, parameters
of a thermal power plant have not been specifically shown in Section 1Chapter 4 of Circular No. 28/2018 / TT-BCT of the Ministry of Industry and

Trade. This makes it difficult for these plants to participate in the
competitive electricity market due to the possibility of economic losses.
Therefore, the project focuses on developing a mathematical model that can
solve both economic and technical constraints of thermal unit sets when
participating in the competitive electricity market. Research results of the
project are necessary for the newly developed electricity market in Vietnam.

11


The novelty and creativity of the project is reflected in the proposed
mathematical model with the operating rules of thermal power plants in the
electricity market and the payment mechanism is not entirely dependent on
the market price.
4. Research results:
After finishing the project, the authors researched and successfully
implemented the Vietnam electricity market model and figure out the
limitations of the current market rules of thermal power plants regarding to
the technical and economic point of view. Therefore, the authors have
researched the market rules of thermal power plant in developed countries,
then successfully developed a mathematical model that simulates the market
rules of thermal units (Block Order, Complex Order) in Western Europe
(France, Germany, Spain ...). From there, the project that points out the
inadequacies that these operating rules are facing is non-convex when the
decision variable is also a variable of the mathematical model (Market
Clearing Price), leading to inequity for thermal power plants to participate
and at the same time, it is time consupming. However, these operating rules
are necessary for thermal power plants when the economic-technical
constraints of the set need to be clearly shown in the electricity market
mathematical model to ensure the impartiality towards other power plants

(hydroelectric, wind, solar, geothermal ...). Based on the worldwide studies
of the Warasian equilibrium (all buyers and sellers feel satisfied), the project
proposes a completely new mechanism for the electricity market when the
payment “uplift” is added to buyers to help thermal power plants satisfy the
economic - technical factors easily. The proposed mathematical model is
checked with one year real data from Europe to ensure the stability of the
proposed mathematical model. The project proposes two points:
- It is necessary to set rules for operation of thermal power plants in the
electricity market more specifically than the current rule based on
step-wise orders;
- Using a new payment mechanism (“uplift payment” mechanism), not
based on the current electricity price (uniform price), will improve
the fairness of thermal power plants.
5. Products:
- 01 international article indexed by SCIE:
[1]Le Lam, H., Ilea, V., & Bovo, C. (2020). New Clearing Model to
Mitigate the Non-Convexity in European Day-ahead Electricity Market.
Energies, 13(18), 4716.
- 01 national articles:

12


[1] Le Hong Lam, Dinh Xuan Bach, Ngo Van Duong, “Studying a
model to simulate markets rules for thermal power plants in electricity
market”, Journal of Science and Technology. 18(3).2020, page 10-15, 2020.
- Educational result: 1 graduate student group successfully defended:
[1] Tran Ba Nam and Phan Quoc Vu, project: “Research simulation model of
market rules for thermal power plants in Vietnam's electricity market”,
defended in 2020.

- 01 computer program approved by the Falcuty scientific council.
6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and
benefits of research results:
6.1. Transfer alternatives:
The entire report and computer simulation program is an important reference
for energy investment, operation and management units in Vietnam. The
mathematical model can be consulted by experts responsible for enacting
electricity market laws in Vietnam.
6.2. Application institutions: The University of Da Nang - University of
Science and Technology
6.3. Education and Tranning: The project adds research results corresponding
to the actual development of the electricity market in Vietnam in the future.
6.4. Related science and technology fields: The models of this research project
can be applied in the subjects: Electricity market, information and
moderation in the electricity market ... helping students practice and research
and develop more.
6.5. Socio-economic development: The competitive electricity market is paying
more attention to researching to meet the Vietnamese consumers in the
future. The project helps promote the fairness and transparency of the
competitive electricity trading market to be more advanced and ensure
stability, contributing to reducing the cost of operating the grid and reducing
the cost of electricity in the future. hybrid. Models designed to help thermal
power plants perform better in the competitive electricity market in Vietnam.
This also contributes greatly to reducing the impact on the investment
environment when the main energy structure in Vietnam is thermal power.
6.6. The host organization and the application basis of research results:
Quality and reputable reference resources are mentioned to improve the
quality of teaching - training as well as practical applications. The students
participating in the study are guided in depth from the electricity market to
apply it to real life models.

13


MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay, nhà máy nhiệt điện vẫn đang chiếm một tỷ trọng lớn
trong tổng công suất phát của Việt Nam. Theo quy hoạch điện VII [1] tính
đến năm 2030, nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên chiếm tỷ trọng 10.5% sản
lượng điện; nhiệt điện than sẽ chiếm 56,4% sản lượng điện sản xuất. Về mặt
toán học, nhà máy nhiệt điện được yêu cầu phải mô phỏng được chi phi khởi
động, thời gian khởi động ít nhất, hoặc thời gian khởi động nhiều nhất, kèm
theo đó là chi phí tối ưu về sản xuất. Thơng thường, các vấn đề này sẽ dẫn
đến các yếu tố lồi lõm (còn gọi là phi tuyến) trong việc giải các bài toán tối
ưu. Kết quả của các yếu tố lồi lõm này là sự phức tạp trong việc giải tìm
phương án tối ưu nên các nước trên thế giới thường đưa về tuyến tính để mơ
phỏng nhà máy nhiệt điện trong bài toán tối ưu. Sự đơn giản này giúp tìm ra
phương án tốt nhất trong thời gian ngắn nhất. Đây là sự cần thiết cho bài
toán thị trường ngày trước khi mà thời gian phải cung cấp giải pháp thị
trường là cực kỳ ngắn.
Theo luật vận hành thị trường điện hiện tại của Việt Nam, các thông
số của nhà máy nhiệt điện chưa được biểu hiện một cách cụ thể trong Mục
1-Chương 4 thuộc thông tư số 28/2018/TT-BCT của Bộ Cơng Thương dẫn
đến việc khó khăn cho các nhà máy này tham gia vào thị trường điện cạnh
tranh do khả năng tổn thất về kinh tế có thể xảy ra.
[1] Quyết định số 428/QĐ-TTg của Thủ tướng chính phủ về: Phê
duyệt quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến
năm 2030.
[2] Thơng tư số 28/2018/TT-BCT của Bộ công thương về: quy định
vận hành thị trường phát điện cạnh tranh.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đề xuất mơ hình tốn cho các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam
tham gia vào thị trường ngày tới có tham khảo các nghiên cứu đã được thực
hiện trên thế giới như ở Pháp, Tây Ban Nha và Italia. Mơ hình tốn học đề
xuất có thể được tham khảo bởi các chuyên gia chịu trách nhiệm ban hành
các luật thị trường điện tại Việt Nam.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
a. Đối tượng nghiên cứu
✓ Mơ hình tốn tối ưu để giải bài toán thị trường ngày tới của thị
trường điện, trong đó có quan tâm đến các rành buộc về mạng
truyền tải và công suất phát của nhà máy. Đặc biệt, mơ hình có
bao gồm luật vận hành của nhà máy nhiệt điện nhằm nâng cao sự
công bằng và minh bạch cho thị trường.
b. Phạm vi nghiên cứu

1


✓ Mơ hình tốn và mơ phỏng.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
✓ Đọc các tài liệu tham khảo về thị trường điện và mơ phỏng thị
trường điện trên thế giới, từ đó xây dựng mơ mình tốn cho thị
trường ngày tới. Tiếp theo, hiểu rõ các ràng buộc của nhà máy
nhiệt điện về mặt kinh tế và kỹ thuật nhằm mô phỏng các ràng
buộc này trên phương diện toán học. Cuối cùng, đề tài đề xuất
một phương pháp mô phỏng các ràng buộc của nhà máy nhiệt
điện phù hợp với thị trường điện tại Việt Nam.
Quá trình nghiên cứu được triển khai theo trình tự sau đây:
✓ Nghiên cứu về mặt lý thuyết để xây dựng mơ hình tốn học đề ứng
dụng thực tế.

BỐ CỤC ĐỀ TÀI
Nội dung đề tài được chia làm 5 Chương
Chương 1: Tổng quan về sự thị trường hóa của ngành điện trên thế
giới và của Việt Nam
Chương 2: Nhà máy nhiệt điện trong thị trường điện ngày tới
Chương 3: Bài toán tối ưu và các phần mềm mơ phỏng phổ biến
Chương 4: Mơ hình cho thị trường điện Việt Nam
Chương 5: Phát triển mơ hình tốn của nhà máy nhiệt điện trong thị
trường điện và phân tích
Chương 6: Phát triển mơ hình tốn mới cho thị trường điện mới,
phân tích và kết luận chung

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ THỊ TRƯỜNG HÓA CỦA
NGÀNH ĐIỆN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
Trong chương này, lịch sử và sự phát triển của thị trường điện trên thế
giới và Việt Nam được khái quát một cách cụ thể về cơ cấu tổ chức, mơ hình
hoạt động, các bên liên quan và hướng đi trong tương lai đối với thị trường
điện vừa mới phát triển tại Việt Nam.

Phát điện cạnh
tranh

Độc quyền

z

\

- Quản lí bởi cơ quan
nhà nước
- Khơng có sự cạnh

Bán bn điện
cạnh tranh

tranh

đơn vị phát điện

k______________)
(\

điện
lựa
\________)
nhà
cung

- Một người mua
- Cạnh tranh giữa các

Bán lẻ điện cạnh
tranh

,A
qua
thị

- Các đơn vị ngày
phân phối

chọn cấp trường giao và
hợp đồng song phương
- Người tiêu dùng lựa
chọn nhà cung cấp điện

Hình 1.1: Lộ trình hình thành và phát triển thị trường Điện Việt Nam
CHƯƠNG 2: NHÀ MÁY MÁY NHIỆT ĐIỆN TRONG THỊ TRƯỜNG
ĐIỆN NGÀY TỚI
2.1. Các ràng buộc của nhà máy nhiệt điện
Các tổ máy nhiệt điện thường yêu cầu một nhóm để vận hành chúng,
đặc biệt là khi bật và tắt. Một tổ máy chỉ có thể trải qua những thay đổi nhiệt
độ dần dần, và điều này chuyển thành khoảng thời gian cần thiết để đưa thiết
bị lên lưới. Do những hạn chế như vậy trong hoạt động của một nhà máy
nhiệt điện, nhiều hạn chế khác nhau nảy sinh, như là:
- Thời gian hoạt động tối thiểu: một khi thiết bị đang chạy, khơng nên
tắt nó ngay lập tức;
- Thời gian chết tối thiểu: một khi thiết bị ngừng hoạt động, có một thời
gian tối thiểu trước khi nó có thể được hoạt đơng lại;
- Hạn chế của nhóm vận hành: nếu một nhà máy bao gồm hai hoặc
nhiều đơn vị, cả hai không thể được bật cùng một lúc vì khơng có đủ
thành viên vận hành để tham dự cả hai đơn vị trong khi bắt đầu.
Ngoài ra, do nhiệt độ và áp suất nên công suất của nhà máy nhiệt
điện phải được di chuyển chậm, một lượng năng lượng nhất định phải được
sử dụng để đưa thiết bị lên lưới. Năng lượng này không dẫn đến bất kỳ sự
phát sinh ra MW nào từ thiết bị và được đưa vào vấn đề cam kết của đơn vị
như là một chi phí khởi động (start-up cost).

•

•

Chi phí bắt đầu có thể thay đổi từ giá trị tối đa khởi động lạnh (coldstart) tối đa thành một giá trị nhỏ hơn nhiều nếu thiết bị chỉ bị tắt gần đây và
vẫn tương đối gần với nhiệt độ hoạt động. Có hai cách tiếp cận để xử lý một
đơn vị nhiệt trong giai đoạn xuống của nó. Đầu tiên cho phép nồi hơi đơn vị
làm mát và sau đó làm nóng trở lại nhiệt độ hoạt động trong thời gian bật
theo lịch trình (được gọi là cooling). Thứ hai (gọi là banking) đòi hỏi đủ
năng lượng đầu vào lị hơi để duy trì nhiệt độ hoạt động. Chi phí cho cả hai
có thể là so sánh để có thể chọn phương pháp tốt nhất (cooling or banking).
Chí phí bắt đầu khi cooling = Cc (1 — £-t/a)xFx Cf
Trong đó: Cc = chí phí khởi đơng lạnh (MBtu)
F = chi phí nhiên liệu
Cf = chi phí sửa chữa ($)
a = hằng số thời gian
t = thời giai (h)
Chi phí bắt đầu khi banking = Ct X t X Fx Cf
Trong đó: Ct = chi phí duy trì nhiệt độ duy trì nhiệt độ hoạt động
(Mbtu/h)
Đến một số giờ nhất định, chi phí banking sẽ thấp hơn chi phí
cooling,

12345h

•

•

Hình 2.1: Chi phí khởi động phụ thuộc vào thời gian.
Cuối cùng, giới hạn công suất của các thiệt bị nhiệt điện có thể thay
đổi thường xun, do bảo trì hoặc mất điện đột xuất của các thiết bị khác
nhau trong nhà máy.
Ngồi ra cịn có các rằng buộc khác:
Phải chạy: Một số thiết bị được cung cấp trạng thái phải chạy trong
những thời điểm nhất định trong năm vì lý do hỗ trợ điện áp trên
mạng truyền dẫn hoặc cho các mục đích khác;
Rằng buộc về nhiên liệu: Một hệ thống trong đó một số đơn vị có
nhiên liệu hạn chế hoặc các hệ thống khác có các ràng buộc yêu cầu
chúng đốt một lượng nhiên liệu xác định trong một thời gian nhất
định;


• Rằng buộc với nhà máy thủy điện: Cam kết đơn vị khơng thể tách rời

hồn tồn với việc lập lịch trình của các đơn vị thủy điện.
2.2. Sự tích hợp của nhà máy nhiệt điện trong bài toán ngày tới ở Việt
Nam
a. Xác định giá trần của tổ máy nhiệt điện
Giá trần bản chào của tổ máy nhiệt điện được xác định hàng năm, điều chỉnh
hàng tháng và được tính tốn căn cứ trên các yếu tố sau:
- Suất hao nhiệt của tổ máy phát điện;
- Hệ số suy giảm hiệu suất theo thời gian vận hành của tổ máy phát
điện;
- Giá nhiên liệu;
- Giá biến đổi theo hợp đồng mua bán điện;
- Giá sàn bản chào của tổ máy nhiệt điện là 01 đồng/kWh.
b. Điều chỉnh giá trần bản chào giá của tổ máy nhiệt điện
Giá nhiên liệu (bao gồm các thành phần: Giá nhiên liệu chính, phụ, đá vơi,

vận chuyển nhiên liệu chính) tháng tới được xác định theo thứ tự ưu tiên
như sau:
- Giá nhiên liệu áp dụng cho tháng tới được cơ quan có thẩm quyền
công bố hoặc hướng dẫn xác định;
- Giá nhiên liệu áp dụng cho tháng tới trong hợp đồng mua bán nhiên
liệu;
- Giá nhiên liệu theo hồ sơ thanh toán tiền điện của tháng gần nhất trước
thời điểm lập kế hoạch tháng tới;
- Đối với nhà máy nhiệt điện sử dụng than nhập khẩu, giá nhiên liệu
tháng tới là giá nhiên liệu theo hồ sơ thanh toán của tháng gần nhất
trước thời điểm lập kế hoạch tháng tới.
Giá biến đổi (đã bao gồm giá vận chuyển nhiên liệu chính) trong tháng tới
của các nhà máy nhiệt điện. Đơn vị mua điện có trách nhiệm cập nhật các
thay đổi về giá biến đổi của các nhà máy nhiệt điện và cung cấp cho Đơn vị
vận hành hệ thống điện và thị trường điện.
c. Bản chào giá
- Công suất trong bản chào giá là công suất tại đầu cực máy phát điện;
- Công suất chào của dải chào sau không được thấp hơn công suất của
dải chào liền trước;
- Giá chào trong khoảng từ giá sàn đến giá trần của tổ máy và không
giảm theo chiều tăng của công suất chào;
- Bản chào của tổ máy nhiệt điện trong quá trình khởi động và dừng
máy;
- Công suất chào được thấp hơn mức công suất phát ổn định thấp nhất;
- Giá chào bằng giá sàn bản chào của tổ máy nhiệt điện cho toàn bộ dải


công suất từ 0 MW đến công suất phát ổn định thấp nhất.

CHƯƠNG 3: BÀI TỐN TỐI ƯU VÀ CÁC CHƯƠNG TRÌNH MƠ
PHỎNG PHỔ BIẾN
3.1. Bài tốn tối ưu thị trường cơ bản
Mạng truyền tải được đặc trưng bởi một số điểm nghẽn. Tắc nghẽn
trong thị trường điện dẫn đến thay đổi: từ một điểm cân bằng thị trường
duy nhất đến các điểm cân bằng các nút khác nhau, doanh thu/thanh toán
cho người bán và người mua. Đường cong cung cầu mô tả ở Hình 3.1. Bài
tốn tối ưu đặt ra là: tối ưu hóa phúc lợi xã hội. Phúc lợi xã hội: tổng lợi
ích của người mua trừ cho tổng chi phí của người bán. Từ đó, ta xét các
bài tốn tối ưu sau:
Đường cong nhu cầu
Pj

D

C

QDj

—►

MWh

Hình 3.1: Đường cung và cầu
Lợi ích của người bán S:
(3.1)
cs = r' • pts *QỈ
Trong đó:
cs: tổng lợi ích của người bán s
Qf: khối lượng chào giá của bậc thứ ĩ của rgười bán s

Pị: giá chào bậc thứ ĩ của người bán s
Ns: số bậc chào giá của người bán s
Chi phí của người mua:
cd = yN'1Pd * pd
(3.2)
Trong
Do đó,đó:
phúc lợi xã hội chính là tổng lợi ích của người mua trừ cho
d
c
lợi người
ích củabán.
người mua d
tổng chi: tổng
phí của
Qý: khối lượng chào giá của bậc thứ j của người mua d
pd: giá mua của bậc thứ j của người mua d
Nd: số bậc chào giá của người mua d


MWh
$/MWh

Phúc lợi xã hội
(SW)

LMP

KLGD

Hình 3.2: Phúc lợi
xã hội của thị
trường
Tổng phúc lợi xã
hội:
S\y\de yNy>d.Qd
yợ;
(3.3)
Trong
đó:
SW là phúc lợi xã

hội (social welfare)
Nói cách khác thì phúc lợi xã hội là tổng thặng dư của người bán và
người mua.
Giả sử rằng, khối lượng được chấp nhận giao dịch của người bán Qs thì
giá trị thặng dư (surplus) của người bán s chính là hiệu của giá thanh toán
nhân với khối lượng được chấp nhận trừ đi cho chi phí của người bán.
Ss = GTT * Qs -C(QS)
(3.4)
Với: GTT giá thanh toán
Tương tự, giả sử rằng khối lượng được chấp nhận giao dịch của người
mua Qd thì giá trị thặng dư của người mua:
Sd = C(Qd) - GTT * Qs
(3.5)
Với: GTT giá thanh tốn
Nói cách khác thì, phúc lợi xã hội:
W = Ss + s d *
(3.6)
CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN NGUỒN NĂNG

LƯỢNG MẶT TRỜI LÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ
ĐÀ NẴNG
Theo tìm hiểu của nhóm tác giả thì hiện nay, mơ hình tốn của thị
trường điện Việt Nam chỉ được mơ tả trên các văn bản và chưa có một cơng
trình cụ thể từ các nhà nghiên cứu. Tức là, mơ hình tốn hiện nay cịn mới
đối với các nhà nghiên cứu học thuật. Trong đề tài này, để chứng minh các
tuyên bố về luật thị trường đang sử dụng tại Việt Nam trong Chương 2 thì
nhóm tác giả đã phát triển độc lập mơ hình thị trường điện ngày tới của Việt
Nam bao gồm 3 vùng là Bắc - Trung - Nam được kết nối với nhau bởi hai
đường liên kết có thể truyển tải năng lượng qua lại Bắc - Trung và Trung Nam như trong Hình 4.1.


Hình 4.1: Sơ đồ thị trường điện Việt Nam
4.1. Hàm mục tiêu:
MÌn[ỉ,aEA XteT(XseSa xs * Qs * Ps) + ^leBrf^teT ci(fi ’ - fl ' )] (4.1) Hàm mục tiêu (4.1)
được trình bày dưới dạng hàm cực tiểu vì mơ hình hiện nay là cho một
người mua. Do đó, hàm mục tiêu là tối thiểu chi phí của các máy phát tham
gia thị trường, trong khi đó thì người mua khơng được thể hiện trong hàm
mục tiêu này vì khơng có sự thay đổi về giá trị mà đã được xác định trước
bởi công ty điều độ.
4.2. Ràng buộc của hệ thống
ZseSa Qs * xi - QD - ppf +

(4.2)
• (1 - lOSSt) - ft’-) - ^(ff - fl’- ■
(
1 - loss if) = 0 (4.3)
Ràng buộc (4.2) xác định công suất xuất hay nhập đối với mỗi khu vực a tại
khoảng thời gian t. Giá trị âm của pf có nghĩa là khu vực đang nhập năng

lượng, trong khi pf có giá trị dương cho bi ết khu vực đó đang xuất năng
lượng. Đặc biệt, giá cận biên LMP được cho bởi hệ số nhân Lagrange của
ràng buộc cân bằng công suất (4.2)
Ràng buộc số (4.3) đảm bảo rằng các luồng công suất luôn luôn được cân
bằng tại mỗi khu vực, nó bao gồm các thành phần đáng chú ý sau: flt’+và ft’để thể hiện các luồng công suất được nhập vào hay xuất ra ứng với mỗi
miền, hệ số lossi là hệ số để tính đến lượng tổn thất cơng suất trong q trình
truyền tải để tăng tính chính xác hơn cho mơ hình tốn.
fl - fit,+ + fl’- = 0
Yl e Bri 'teT
(4.4)
(4.5)
- Br
0
Yl e Br teT
fl l,min
l'
Br
ỉ’max - fl ^0
Yle Brl 'teT(4.6) Ràng buộc từ (4.4) kết hợp với phần
phạt của hàm mục tiêu để đảm bảo rằng công suất được phân ra làm hai
phần dương và âm. Bên cạnh đó, các ràng buộc (4.5) và (4.6) đảm bảo công

9


suất không thể vượt quá giới hạn truyền tải trong thời gian t.
4.3. Ràng buộc tỷ lệ chấp nhận đơn hàng mơ hình một người mua
1— '
>0
Vs E Sa

(4.7)
Ràng buộc bất bình đẳng (4.7) mơ hình giới hạn trên của tỷ lệ được chấp
nhận xị của mỗi khối chào giá thuộc người bán trong thời gian t.
4.4. Ràng buộc Nam Cơng Sơn:
Nguồn khí Nam Cơn Sơn là nguồn khí thiên nhiên được lấy từ bể khí Nam
Cơn Sơn, cung cấp cho các nhà máy điện tuabin khí khu vực Đơng Nam Bộ
(Phú Mỹ 1, Phú Mỹ 2.1, Phú Mỹ 2.1 mở rộng, BOT - Phú Mỹ 2.2, BOT Phú Mỹ 3, Phú Mỹ 4, Nhơn Trạch 1, Nhơn Trạch 2, Bà Rịa) và các hộ tiêu
thụ khác.
(4 8)
S
SENCSQS * xs — NCSĨímít — 0
.
Tổng sản lượng các nhà máy điện chạy bằng nguồn khí thiên nhiên từ bể khí
Nam Cơn Sơn sẽ nhỏ hơn giới hạn Nam Côn Sơn.
4.5. Điều kiện dốc tải:
Là việc tăng hoặc giảm lượng năng lượng được chấp nhận trong một khoảng
thời gian bị giới hạn bởi đơn hàng phụ hằng giờ trong giai đoạn trước đây.
Tham số này được xác định bởi mức tăng (giảm) tối đa cho phép (cùng một
giá trị cho tất cả các giai đoạn).
SsesJ&l *xĩ — (ZsesjerN * xs-1) + ỈGt
tET (4.9)
SsesJ&l **! — (ZsesjerN *xs-1) — DG*
tET (4.10)
Ràng buộc (4.9) thể hiện giới hạn tăng qua mỗi thời điểm t và ngược lại thì
ràng buộc (4.10) là giới hạn giảm dưới.
CHƯƠNG 5: PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH TỐN CỦA NHÀ MÁY
NHIỆT ĐIỆN TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VÀ PHÂN TÍCH
5.1. Hàm mục tiêu
Min SW
= (Sb E Bb Cb + St ETScpx ECPX Ccpx — St ET Sss ESS Css) (5.1)

Công thức (5.1) trình bày hàm mục tiêu cho bài tốn tối ưu nhằm tối ưu hóa
phúc lợi xã hội (Social Welfare - SW). Thông thường, theo luật thị trường
hàm mục tiêu là tối đa (maximize) phúc lợi xã hội, tuy nhiên trong phần này
chúng tơi trình bày hàm mục tiêu theo phương pháp tối thiếu (minimum)
nghĩa là hiệu giữa nhà cung cấp và nhu cầu.
Trong đó:

1
0