Các Ràng Buộc Dự Phòng Của Các Khu Vực Trong Thị Trường Điện

LMP = Giá năng lượng + Giá tắc nghẽn + Giá tổn thất (3.20) Trong đó:

- Giá năng lượng: Giá này được đưa ra bởi các nhà máy điện mà chính là giá tại các nút có máy phát điện. Giá này bao gồm những chi phí của nhà máy điện như vốn đầu tư, chi phí vận hành, nhiên liệu,... Giá này được Nhà nước quản lý bằng cách giới hạn giá trần trên và dưới. Giá này thay đổi theo cách chào giá của nhà máy điện mà cũng phụ thuộc nhiều vào tính chất của nhà máy điện đó. Chẳng hạn như đối với nhà máy thủy điện, giá điện vào mùa mưa thông thường rẻ hơn giá điện vào mùa hè. Trong khi đó, nhà máy nhiệt điện ít thay đổi theo mùa nhưng hay thay đổi theo thị trường cung cầu.

- Giá tổn thất: Đây là giá trên một đơn vị công suất gây ra tổn thất trên các thiết bị, đường dây truyền tải. Giá này đặc trưng bởi yếu tố vật lý của các thiết bị trên đường dây như tiết diện đường dây, tổn thất máy biến áp và các thiết bị đo đếm…

- Giá tắc nghẽn: Giá này xuất hiện khi hiện tượng tắc nghẽn xảy ra. Giá này được đơn vị vận hành tính toán sau khi phân bố công suất. Kết quả thặng dư mua và bán đều giảm đây chính là tổn thất xã hội.

Sau khi giải quyết được bài toán phân bố công suất tối ưu, giá nút (LMP) có thể được định nghĩa theo dạng hàm Lagrange.

i i i i loss 

limitk 

Hàm Lagrange có thể được viết như sau:

N



N

c .G 

DF .G 

DF .D P

M

N



k 

k i i i

GSF

.G D L 

N

i i 

i1

i1

i1

k 1

i1



(3.21)

Giá nút LMP tại một nút bất kỳ i có thể được viết như sau:

i k k i k k i i

M M 

LMPi D .DF .GSF .GSF DF 1

(3.22)

i k 1 k 1 

Khi ấy, giá nút tại một nút bất kỳ i, được biểu diễn như sau:

i i i i

LMP LMPref LMPcong LMPloss

Trong đó:

LMPi: Giá tại nút i;

(3.23)

i

LMPref : Chi phí cận biên của máy phát, là chi phí để cung cấp MW tiếp theo.

i

LMPref  (3.24)

i

LMPcong : Chi phí cận biên của giới hạn truyền tải.

M

LMPcong GSF .

(3.25)

i k i k

k 1

i

LMPloss : Chi phí cận biên của tổn thất.

i i

LMPloss  (DF

Trong đó:

1)

(3.26)

Di: Công suất của tải tại nút i (MWh); DFi: Hệ số phát tại nút i;

Gi: Công suất phát tại nút i(MWh); Ploss: Tổng công suất tổn thất hệ thống; N: Số nút;

Llmk: Giới hạn truyền dẫn của đường dây k; Vi: Điện áp tại nút i;

M: Số đường dây;

GSFk-i: Hệ số thay đổi phát đến đường dây k từ nút i;

k

: Nhân tử Lagrange ứng với ràng buộc không cân bằng của giới hạn truyền tải đường dây k.

: Nhân tử Lagrange ứng với ràng buộc cân bằng công suất.

Điểm chính để xem xét giá tổn thất cận biên là hệ số tổn thất biên, hoặc có thể được gọi là hệ số tổn thất (LF) cho đơn giản và hệ số phân phối cận biên, hoặc có thể gọi là hệ số phân phối cho đơn giản (DF).

Khi ấy, biểu diễn toán học được thể hiện như sau:

P

DF  1LF  1loss(3.27)

i i

Trong đó:

Pi

DFi: Hệ số phân phối tại nút i; LFi: Hệ số tổn thất tại nút i;

Ploss: Tổng công suất tổn thất của hệ thống; Pi = Gi – Di: Công suất bơm vào tại nút i;

Hệ số tổn thất (LF) và hệ số phân phối (DF) có thể được biểu diễn như sau. Căn cứ vào định nghĩa của hệ số tổn thất:

M

P F 2 .R

(3.28)

loss k k

k 1

P M 2 

loss

F .R

(3.29)

P P k k 

i i k 1 

Trong đó:

Fk: Dòng công suất trên đường dây k; Rk : Điện trở của đường dây k.

Dòng công suất trên mạng một chiều tuyến tính là tập hợp từ tất cả các nguồn phát và được viết dưới dạng như sau:

N N

FkGSFki .GiDiGSFki .Pi

(3.30)

i1

Suy ra:

P

M

loss

F

2 .R 

i 1

Pi

k 1

k k

i

M

P

.2 . F

(3.31)

k 1

Rk Fk

k

Pi

M N 

 2. . . .

Rk GSFk i GSFk i Pi 

k 1

j 1 

Nhận thấy rằng nếu hệ số tổn thất dương thì tương ứng hệ số phân phối là âm và ngược lại.

3.11.2. Điều khiển nguồn điện dự phòng

Các nhà máy điện và phụ tải có thể cung cấp cho các loại dự phòng như sau:

+ Dự phòng điều chỉnh (Regulation Reserve, RR);

+ Dự phòng quay (Dự phòng nóng, Spinning Reserve, SR);

+ Dự phòng lạnh (Dự phòng hỗ trợ, Non-Spinning Reserve, Supplemental Reserve, XR).

Trong đó:

- Dự phòng nóng và lạnh là các đại lượng có giá trị dương.

- Dự phòng điều chỉnh theo phương thức điều khiển hai hướng. Có 2 phương thức để mô hình các điều khiển này mà bao gồm: (1) 2 dạng điều khiển độc lập với điều chỉnh dự phòng tăng (RR+) và điều chỉnh dự phòng giảm (RR-); (2) 1 dạng điều khiển, trong trường hợp này, một nhà máy điện cung cấp cùng một lượng công suất của việc điều chỉnh dự phòng theo cả 2 hướng.

Dự phòng nóng và lạnh được kết hợp cùng nhau để cung cấp một lượng dự phòng khẩn cấp (Contingency Reserve, CR). Khi ấy, dự phòng khẩn cấp (CR) được cộng với dự phòng điều chỉnh (RR) và hình thành dự phòng vận hành (Operating Reserve, OR).

RR+ + SR + XR = OR

(3.32)
RR+ + CR = OR	(3.33)
Trong đó: SR + XR = CR	(3.34)

Có thể bạn quan tâm!

• Nguyên Tắc Xây Dựng Tổ Chức Của Cơ Quan Điều Tiết Điện Lực
• Vận Hành Hệ Thống Điện Trong Thị Trường Điện
• Ứng Xử Của Đơn Vị Quản Lý Vận Hành Khi Xảy Ra Nghẽn Mạch
• Thị Trường Điện Có Tắc Nghẽn Mạch Do Quá Tải Đường Dây
• Nghiên cứu dự phòng trong thị trường điện - 12
• Nghiên cứu dự phòng trong thị trường điện - 13

Xem toàn bộ 112 trang tài liệu này.

Hình 3.4. Mô hình điều khiển và ràng buộc dự phòng

3.11.3. Các ràng buộc dự phòng của các khu vực trong thị trường điện

Các ràng buộc dự phòng được xác định cụ thể tại một vùng hoặc khu vực mà được biểu diễn như sau:

+ Dự phòng vận hành, OR  ORReq

+ Dự phòng điều chỉnh, RR  RRReq

+ Dự phòng khẩn cấp, CR  CRReq

Một vài hệ thống yêu cầu rằng một phần của dự phòng khẩn cấp là dự phòng quay, SR  %CR.

Chương 4

Mô phỏng dự phòng trong thị trường điện

4.1. Giới thiệu

Cơ sở lý thuyết dự phòng trong thị trường điện đã được trình bày trong các chương trước.

Các mô phỏng dự phòng trong thị trường điện sẽ được thực hiện và phân tích chi tiết hơn trong chương này bằng việc sử dụng phần mềm mô phỏng Power World.

Power World là phần mềm mô phỏng của tập đoàn Power World Corpration. Power World Corpration được thành lập trong những năn 1990 bởi Giáo sư Thomas Overbye. Thomas Overbye đã thấy được sự cần thiết của công cụ mô phỏng một hệ thống điện lớn một cách hoàn chỉnh và dễ hiểu. Trên cơ sở đó, thực hiện phân tích đầy đủ các hiện tượng và yếu tố trong hệ thống điện. Phần mềm mô phỏng Power World ra đời nhằm mục đích trên. Hiện nay, phần mềm mô phỏng Power World ngày càng hoàn thiện và được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điện trên toàn thế giới với khoảng 700 khách hàng của 68 quốc gia. Phần mềm mô phỏng Power World còn là công cụ nghiên cứu và học tập của các nhà khoa học, các nghiên cứu viên về hệ thống điện. Nó đáp ứng đầy đủ mọi yêu cầu của hệ thống điện.

Một trong các bài toán quan trọng trong vận hành và điều khiển hệ thống điện là bài toán phân bố công suất tối ưu (Optimal Power Flow, OPF) mà cũng đã được phần mềm mô phỏng Power World nghiên cứu và thể hiện rất chi tiết, đặc biệt các vấn đề liên quan đến vận hành hệ thống điện trong thị trường điện.

Trong phần mềm Power World, bài toán OPF là một phần quan trọng, nó là phần chính của phần mềm này. Bài toán OPF trong phần mềm mô phỏng Power World có nhiều phần nhỏ như tối ưu theo khu vực, tối ưu theo các nút, tối ưu theo các máy phát, tối ưu theo công suất đường dây, máy biến áp,... Trong đó, các yếu tố khác trong bài toán OPF cũng được xét tới một cách đầy

đủ như giới hạn đường dây, giới hạn máy phát, giới hạn ổn định…Cách thay

đổi các yếu tố, thành phần của hệ thống dễ dàng thuận lợi cho người sử dụng.

Các giải thuật cơ bản cho phép giải bài toán OPF có thể là giải thuật quy hoạch tuyến tính (Linear Programming, LP), giải thuật Gradient, giải thuật Newton – Raphson, giải thuật Gradient liên hợp và các giải thuật hiện đại khác như giải thuật di truyền, giải thuật tiến hoá hay giải thuật tối ưu hóa bầy đàn,...

Phần mềm mô phỏng Power World sử dụng phương pháp quy hoạch tuyến tính để giải bài toán OPF. Khi ấy, các đường cong chi phí sẽ được tuyến tính hóa.

LP là phương pháp giải bài toán tối ưu lâu đời, trên 50 năm. Ngày nay, phương pháp LP được kết hợp với các phương pháp khác và ngày càng hoàn thiện hơn để trở thành một công cụ hữu ích cho việc giải bài toán OPF. Trong Power World, phương pháp LP là công cụ chính cho việc giải bài toán OPF của hệ thống điện. Các phương trình đường cong chi phí được tuyến tính hoá thành các đường thẳng. Các phương trình giới hạn, các hệ số dưới dạng bất đẳng thức được chuyển đổi thành các vector. Do đó, việc giải bài toán OPF trở nên thuận lợi hơn.

a)

b)

c)

Hình 4.1. Các đường cong USD/h và USD/MWh được tuyến tính hóa

4.2. Mô phỏng giá điện có xét đến dự phòng trong thị trường điện

Các mô phỏng được thực hiện có xét các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến giá điện cận biên, LMP.

Giá điện cận biên LMP bao gồm 03 thành phần chính. Trong đó, giá năng lượng của nút là cố định. Vì vậy, chỉ cần xét hai thành phần còn lại là giá biên khi tắc nghẽn và giá biên tổn thất. Đặc biệt, dự phòng cũng được xét đến trong các mô phỏng này.

Phần mềm mô phỏng Power World được sử dụng cho việc khảo sát trên hai hệ thống điện cụ thể 3 nút và 7 nút.