Trang chủ / Tài liệu miễn phí / Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Điện

Vận Hành Hệ Thống Điện Trong Thị Trường Điện


kiện tối ưu của bài toán gần đúng. Điểm ban đầu là một nghiệm PF với một quá trình lặp, PF truyền thống tìm nghiệm mới trong mỗi bước lặp.

Loại 2: Các phương trình công suất được tích hợp trong thuật toán tối ưu như là các ràng buộc đẳng thức. Thay vì xấp xỉ gần đúng bài toán phi tuyến, các điều kiện tối ưu của bài toán được giải quyết.

Thuận lợi của thuật toán OPF Loại 1 là sử dụng phương pháp tối ưu ổn định với kỹ thuật tuyến tính và không theo quy luật dò tìm. Các ràng buộc đẳng thức và bất đẳng thức được tuyến tính hóa và hàm mục tiêu được thay thế bởi xấp xỉ tuyến tính hoặc xấp xỉ bậc hai của nó. Do đó, thuật toán Loại 1 sử dụng kỹ thuật tối ưu LP hoặc QP mà kiểm soát các ràng buộc đẳng thức và bất đẳng thức.

Thuật toán OPF Loại 2 bắt đầu với công thức đầy đủ các điều kiện tối ưu. Mục đích là tìm nghiệm cho các điều kiện tối ưu mà chứa các đạo hàm của hàm mục tiêu vá các ràng buộc. Phần lớn các ràng buộc đẳng thức là các phương trình công suất, vì vậy mỗi bước lặp của thuật toán tối ưu tiến đến gần nghiệm PF và nghiệm OPF. Việc kiểm soát các ràng buộc bất đẳng thức là vấn đề chủ yếu trong khi giải bài toán .


* Cực đại phúc lợi xã hội dùng OPF

Thuật toán OPF truyền thống chỉ xem xét chi phí của nhà sản xuất trong thị trường điện. Để xem xét nhà tiêu thụ trong mô hình thị trường, khái niệm lợi ích của nhà tiêu thụ được mô tả là giá trị mà nhà tiêu thụ thu được từ việc dùng sản phẩm. Trong toán học, lợi ích của nhà tiêu thụ được biểu diễn như là một hàm nhu cầu B(d) mà có dạng tương tự như hàm chi phí của nhà sản xuất nhưng mang dấu âm. Khi lợi ích của nhà tiêu thụ được xác định, phúc lợi xã hội xác định như là tổng lợi ích của nhà tiêu thụ trừ đi tổng chi phí của nhà sản xuất: B(d) – C(g).

Để cực đại phúc lợi xã hội trong phạm vi hệ thống điện, hàm mục tiêu đối với OPF truyền thống chỉ cần sửa đổi có tính đến hàm lợi ích của nhà tiêu thụ B(d). Hàm này mô hình hóa lợi ích mà nhà tiêu thụ thu được nhờ tiêu thụ


công suất tác dụng và phản kháng theo nhu cầu. Do đó, vấn đề vận hành hệ thống điện là bài toán OPF:

Min F(g, d) = C(g) – B(d) (3.8)

Ràng buộc:

G(x, g, d) =∆L – g + d = 0 (3.9)

S S max

min

V

V

V V max

H ( x, g, d ) g min g 0


(3.10)

g g max

min

d

d

dd max


Trong đó:

x = [, V]T: Vectơ điện áp nút bao gồm độ lớn điện áp và góc pha.


Để giải bài toán OPF này, hàm Lagrange có dạng như sau:

s

L Cg Bd L g d S S max

V

V

V min S min V V max max

(3.11)

g min g min g g max max

g g

d min d min d d max max

d d


Dạng tổng quát của hàm Lagrange có thể biểu diễn như sau:

Lx, g, d , , F g, d Gx, g, d H x, g, d


(3.12)


Thực tế, hàm số Lagrange L cũng có thể được coi như chi phí của một hệ thống tương đương. Vì vậy, việc cực tiểu có thể được xác định bằng cách giải bài toán với các điều kiện Krush - Kuhn - Tucker:

LGx, g, d H x, g, d 0

(3.13)

x x

x

LF g, d Gx, g, d H x, g, d 0


(3.14)

g

g g g


LF g, d Gx, g, d H x, g, d 0


(3.15)

d d

d

d

LGx, g, d 0

x

H x, g, d 0; H x, g, d 0; 0


(3.16)


(3.17)


Nghiệm có được từ việc giải các phương trình trên sẽ là kết quả cực đại hóa (hoặc cực tiểu mang dấu âm) phúc lợi xã hội đối với thị trường điện.


3.8. Vận hành hệ thống điện trong thị trường điện

Điện năng sản xuất ở các nhà máy điện được truyền tải qua lưới điện đến người tiêu thụ. Đơn vị điều độ các cấp điều khiển quá trình vận hành từ khâu dự báo phụ tải, chuẩn bị chương trình vận hành đến điều khiển vận hành trong thời gian thực.

Vận hành hệ thống điện là điều khiển hoạt động của hệ thống điện sao cho điện năng được truyền từ các nguồn điện đến các phụ tải đúng như yêu cầu của họ với các chất lượng phục vụ đạt yêu cầu và với chi phí sản xuất và truyền tải nhỏ nhất trong điều kiện hiện có của lưới điện và hệ thống điện.

Hệ thống điện thông qua hệ thống điều độ giải quyết liên tục các vấn đề như

sau:

(1) Công suất tác dụng nguồn điện phát ra phải lớn hơn công suất yêu cầu

của phụ tải do có tổn thất công suất trên lưới điện.

(2) Điều chỉnh liên tục công suất tác dụng phát ra của các nguồn điện để cân bằng sự biến thiên liên tục của phụ tải điện từ đó để giữ tần số trong phạm vi cho phép.

(3) Phải điều chỉnh liên tục điện áp bằng cách điều chỉnh nguồn công suất phản kháng và dòng công suất phản kháng trên lưới điện.

(4) Phải dự phòng công suất tác dụng và phản kháng đủ đáp ứng các trường hợp sự cố nguồn điện. Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống điện ở mức hợp lý. Có thể có cả dự phòng lạnh.

(5) Khi sự cố, nguồn điện kể cả dự phòng không đủ đáp ứng phụ tải thì


phải sa thải phụ tải để giữ vững hệ thống điện.

(6) Khi xảy ra nghẽn mạch (quá tải nhiệt một đường dây nào đó, điện áp nút nào đó thấp hơn yêu cầu hay chế độ chạm giới hạn ổn định) cần phải điều chỉnh chế độ phát của các nhà máy điện hoặc sa thải phụ tải nếu cần để giữ vững hệ thống điện.

Trong hệ thống điện duy nhất thuộc sở hữu Nhà nước (hệ thống điện độc quyền có điều tiết- regulated monopoly) những vấn đề trên được giải quyết chung bởi đơn vị điều độ hệ thống điện, mọi chi phí được bù đắp bởi tiền thu từ bán điện. Nhà nước lập ra các quy định về pháp lý để vận hành hệ thống điện này. Giá điện cũng được quy định sao cho hệ thống điện có lãi suất hợp lý.

Khi hệ thống điện mở cửa cho tư nhân đầu tư vào khâu sản xuất và phân phối điện, thì hình thành thị trường điện và các vấn đề trên được giải quyết trên nguyên tắc theo cơ chế thị trường: Thị trường điện xuất hiện. Nhà nước phải đưa ra các đưa ra các quy định mới để kiểm soát và điều tiết thị trường điện đồng thời khuyến khích đầu tư vào ngành điện.

Để tránh sụp đổ hệ thống điện khi sự cố máy phát, SO yêu cầu mỗi GENCO một lượng công suất dự phòng nóng nhất định. Khi xảy ra sự cố máy phát ở bất kỳ GENCO nào thì huy động công suất này để bù vào. Lượng công suất dự phòng này được tính toán trước và được thông báo đến các GENCO. Đơn vị vận hành lưới điện SO xác định lượng công suất dự phòng cần thiết cho toàn hệ thống điện trong khoảng thời gian nhất định, sau đó phân bổ cho khách hàng.

Lượng công suất này GENCO có thể tự đảm bảo, mua của SO hay của GENCO khác. Chẳng hạn như một GENCO được yêu cầu dự trữ nóng 100 MW trong khoảng thời gian nhất định. Nhưng trong khoảng thời gian đó họ có hợp đồng phát hết công suất. Do đó, họ phải mua của SO hay của GENCO khác.

Trong các dịch vụ phụ có hai dịch vụ 1 và 2 do SO độc quyền cung cấp vì nó gắn liền với công việc vận hành hệ thống điện, các dịch vụ 3, 4, 5, 6 SO có thể cấp hoặc khách hàng tự lo liệu. Các dịch vụ trên bắt buộc phải có.


Ngoài ra, các dịch vụ khác có thể có, có thể không, khách hàng có thể mua của SO hoặc tự lo. Các dịch vụ đó là: Dự trữ cung cấp điện cho trường hợp bên bán không đủ công suất cấp; cấp tín hiệu giám sát và điều khiển phụ tải; khởi động nhà máy từ đầu (khởi động đen);...


Bảng 3.1. Các dịch vụ truyền tải chính, phụ và các yêu cầu của chúng


TT

Các dịch vụ đề

nghị

SO chịu trách nhiệm

Yêu cầu

SO

cấp

Mua của

SO

Mua khác

1

Tải điện năng

Tải điện năng từ nơi

này đến nơi khác



2

Vận hành công suất

Giám

khiển

sát

và

điều


3

Công kháng

suất

phản

Cân bằng công suất phản kháng địa

phương và cục bộ


4

Bù tổn suất

thất

công

Cấp công suất để bù vào tổn thất công suất

khi tải điện

5

Mất cân bằng

Xảy ra khi sụt giảm

nguồn hoặc tải

6

Bù phụ tải biến đổi

Bù tức thời sự dao

động nhỏ của phụ tải tác dụng

7

Dự phòng vận hành

Hỗ trợ hệ thống khi

sự cố nguồn điện

8

Dự phòng cung cấp

Tái cấp điện cho phụ

tải khi sự cố máy phát




9

Chương trình động

Tín hiệu giám sát và




Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 112 trang tài liệu này.

Nghiên cứu dự phòng trong thị trường điện - 8




điều khiển cho phụ

tải biến đổi




10

Khởi động đen

Cấp trợ giúp cho nhà máy điện khởi động lạnh (không có tự

dùng)




11

Các dịch vụ khác

Cho phép chọn các dịch vụ khác: theo dõi dòng công suất,

giám sát độ tin cậy





3.9. Chỉ số đánh giá cân bằng cung cầu

Các chỉ số đánh giá cân bằng cung cầu bao gồm:

- Chỉ số dự phòng hệ thống tính theo công suất khả dụng (hàng giờ);

- Chỉ số dự phòng hệ thống tính theo công suất chào (hàng giờ);

- Công suất dự phòng hệ thống (MW) tính theo hiệu số giữa tổng công suất sẵn sàng trừ đi phụ tải cực đại (hàng giờ);

- Công suất dự phòng thị trường (MW) tính theo hiệu số giữa tổng công suất chào trừ đi phụ tải cực đại (hàng giờ);


- Chỉ số dự phòng hệ thống tính theo công suất khả dụng:

RMI (AC) = ACT/MD - 1 (3.18)

Trong đó:

RMI (AC) = Chỉ số dự phòng hệ thống tính theo công suất khả dụng; ACT = tổng công suất khả dụng của hệ thống;

MD = phụ tải cực đạicủa hệ thống;


- Chỉ số dự phòng hệ thống tính theo công suất chào:

RMI (OC) = OCT/MD - 1 (3.19)

Trong đó:

RMI (OC) = Chỉ số dự phòng hệ thống tính theo công suất chào;


OCT = tổng công suất chào (bao gồm cả công suất công bố của các nhà máy gián tiếp giao dịch,...);

MD = phụ tải cực đại của hệ thống.


3.10. Tắc nghẽn và quản lý tắc nghẽn

Mục đích của thị trường điện là nâng cao tính cạnh tranh, mang đến nhiều lựa chọn và lợi ích kinh tế cho người người tiêu dùng và lợi ích xã hội. Vấn đề đặt ra là phải thiết lập mô hình các hoạt động kiểm soát và vận hành hệ thống điện, đó là các hoạt động kiểm soát hệ thống, an toàn, quản lý truyền tải, chào giá tối ưu.

Quản lý nghẽn mạch là một trong những thách thức trong hệ thống nhiều nhà cung cấp và nhiều nhà tiêu thụ. Trong cấu trúc liên kết dọc, tất cả các khâu phát điện, truyền tải và phân phối ở trong phạm vi hệ thống quản lý năng lượng tập trung. Việc phát điện được huy động công suất nhằm mục tiêu vận hành chi phí tối thiểu hệ thống. Trong hệ thống này, quản lý nghẽn mạch thường được quan tâm bằng cách xác định giải pháp điều độ tối ưu, sử dụng OPF hoặc vấn đề điều độ kinh tế với ràng buộc an toàn. Mô hình máy phát điện được xác định như vậy không làm quá tải đường dây.

Việc này không đơn giản trong thị trường điện. Giả sử trong thị trường điện, mỗi nhà tiêu thụ ở phía Nam muốn mua điện giá rẻ từ nhà máy thủy điện phía Bắc, các nhà cung cấp ở phía Bắc cũng muốn bán điện cho các nhà tiêu thụ phía Nam. Nếu có nhiều kiểu mua bán như vậy sẽ dẫn đến quá tải đường dây.


3.10.1. Khái niệm tắc nghẽn

Tắc nghẽn hay nghẽn mạch là tên gọi của các hiện tượng như sau.

- Quá tải: Dòng điện trên một phần tử nào đó của lưới truyền tải điện như đường dây, máy biến áp vượt quá giới hạn nhiệt của chúng. Giới hạn nhiệt là giới hạn nhiệt độ của dây dẫn và máy biến áp, với dòng điện bao thì nhiệt độ dây dẫn đạt giới hạn và phụ thuộc vào thời tiết, mưa gió, nhiệt độ môi trường. Như vậy, giới hạn dòng điện theo điều kiện nhiệt phụ thuộc môi trường. Máy


biến áp có thể quá tải ở mức nhất định. Tuy nhiên, dòng điện qua máy biến áp chỉ chịu được giới hạn nhiệt nhất định.

- Quá áp: Điện áp trên một số nút tải nào đó thấp hơn hoặc cao hơn giới hạn cho phép.

- Giới hạn ổn định bị vượt qua. Các giới hạn này được gọi chung là giới hạn an toàn và khả năng tải của lưới truyền tải điện. Khi bị quá tải các thiết bị phân phối điện sẽ lão hoá nhanh hơn và sẽ giảm tuổi thọ, nếu quá tải cao có thể các thiết bị điện bị hỏng ngay gây mất điện và tổn hại kinh tế. Khi bị điện áp cao thiết bị lão hóa nhanh, nếu quá cao có thể gây hỏng thiết bị phân phối, gây mất điện và dẫn đến thiệt hại về kinh tế. Khi bị mất ổn định hay xảy ra nhất là mất ổn định điện áp, có thể gây mất điện diện rộng, gây thiệt hại kinh tế rất lớn. Ổn định điện áp xảy ra trong vài giây nếu dòng công suất chạm ngưỡng ổn định điện áp, nhưng để khôi phục lại hoạt động của lưới truyền tải điện có thể mất hàng giờ thậm chí hàng ngày nếu phải khởi động đen các máy phát điện .

Do đó, mất ổn định điện áp là hiện tượng hiếm nhưng được chú ý nhiều nhất khi thiết kế và vận hành hệ thống điện.


3.10.2 Xác định nghẽn mạch

Bất kể khi nào, ràng buộc vật lý hoặc ràng buộc vận hành trong hệ thống lưới truyền tải bị vi phạm thì hệ thống được coi là đang ở trạng thái nghẽn mạch. Các giới hạn trong vấn đề nghẽn mạch là giới hạn nhiệt của đường dây, mức cảnh báo của máy biến áp, giới hạn điện áp nút, ổn định quá độ hoặc ổn định dao dộng. Các giới hạn này ràng buộc lượng công suất mà có thể truyền tải giữa hai vị trí thông qua lưới truyền tải. Công suất truyền tải không được phép tăng lên mức mà khi có xảy ra sự cố sẽ làm tan rã lưới điện vì không ổn định điện áp. Trong cấu trúc thị trường điện, những người tham gia thị trường điện (nhà cung cấp và tiêu thụ điện năng) tự do cam kết trong việc giao dịch và hành xử thông qua ảnh hưởng của thị trường, nhưng theo cách không được báo trước tình trạng vận hành của hệ thống điện. Vì vậy, không quan tâm đến mức cấu trúc thị trường, quản lý nghẽn mạch trở thành hoạt động quan trọng của các đơn vị điều hành hệ thống điện. Nói chung, hai mục tiêu phối hợp quản lý

Xem tất cả 112 trang.

Ngày đăng: 04/10/2023
Trang chủ Tài liệu miễn phí