Nội dung

PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỐI ƢU ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH CHO THỊ TRƢỜNG ĐIỆN TRONG TÌNH TRẠNG KHẨN CẤP Nguyễn Tấn Hƣng1,a, Đinh Thành Việt2,b, Nguyễn Hùng3,c 1 Tổng Công ty Điện lực TP.HCM 2 3 Đại học Đà Nẵng Trƣờng Đại học Công nghệ TP.HCM Email: ahungnguyentan1981@gmail.com, bdtviet@ac.udn.vn, cn.hung@hutech.edu.vn TÓM TẮT Bài báo trình bày phƣơng pháp tính toán phân bố công suất tối ƣu đảm bảo ổn định (SCOPF) cho thị trƣờng điện có nhiều vùng do sự tăng tải của hệ thống hay xảy ra tình trạng kh n cấp do sự cố trên lƣới điện. Mô hình tính toán giá cận biên (LMP) cũng đƣợc xem xét khi xét đến sự tắc nghẽn truyền tải và tổn thất vào mô hình giá điện nút. Các kết quả mô phỏng và phân tích đạt đƣợc cho thấy rằng việc nghiên cứu và mô phỏng các kịch bản vận hành hệ thống điện và thị trƣờng điện là cần thiết cho công tác vận hành do tính chất phức tạp của vận hành hệ thống điện trong thị trƣờng điện cạnh tranh. Từ khóa: Trào lƣu công suất tối ƣu đảm bảo ổn định (SCOPF), Giá cận biên (LMP), Tắc nghẽn truyền tải, Thị trƣờng điện. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Vận hành an toàn, ổn định hệ thống điện trong thị trƣờng điện là một công việc rất quan trong, khó khăn và phức tạp. Và càng phức tạp hơn khi có các nguồn năng lƣợng tái tạo tham gia thị trƣờng điện nhƣ: năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt trời …Hoạt động kiểm soát, ngăn ngừa và khắc phục sự cố sẽ phụ thuộc lớn vào các chính sách lập kế hoạch, hoạt động của đơn vị bán điện; theo kinh tế và kỹ thuật vận hành, dự phòng mất điện. Điều này nhằm đảm bảo tính an toàn, ổn định hệ thống nâng cao chất lƣợng truyền tải phân phối điện trong tình hình phát triển ngành điện quốc gia hiện nay [1,2]. Trên cơ sở những tham số, những biến số, hàm mục tiêu của hệ thống điện đƣợc OPF đƣa ra một thông điệp đến nhà hoạch định kế hoạch vận hành nhà máy, chiến lƣợc của nhà đầu tƣ mua bán điện một cách có hiệu quả nhất đối với chế độ vận hành bình thƣờng cũng nhƣ sự cố. Thông qua OPF để có thể tự động đánh giá hoặc can thiệp kiểm soát hệ thống điện một cách trung thực nhƣ là liên quan đến công suất phát, bù công suất kháng, điều chỉnh tỉ lệ nấc máy biến áp, chi phí nhiên liệu,… Điều này giúp ngƣời vận hành kịp thời đánh giá đƣợc mức độ tin cậy hệ thống điện cũng nhƣ đánh giá cấp độ an ninh. Giám sát an ninh truyền các thông tin liên quan đến các kỹ sƣ điều khiển, sau đó ngƣời này phải quyết định có nên tham gia hành động phòng ngừa, hoặc dựa vào sự kiện để khắc phục hành động [3-5]. Bài báo trình bày phƣơng pháp tính toán phân bố công suất tối ƣu đảm bảo ổn định (SCOPF) cho thị trƣờng điện có nhiều vùng do sự tăng tải của hệ thống hay xảy ra tình trạng kh n cấp do sự cố trên lƣới điện. Mô hình tính toán giá cận biên (LMP) cũng đƣợc xem xét khi xét đến sự tắc nghẽn truyền tải và tổn thất vào mô hình giá điện nút. Kết quả của nghiên cứu này không những góp phần điều tiết năng lƣợng trong hệ thống điện hiệu quả hơn mà còn tăng cƣờng tính hợp lý trong việc sử dụng tài nguyên lƣới điện và quan trọng hơn hết chính là cơ sở định hƣớng cho việc khuyến khích các nhà đầu tƣ đầu tƣ vào ngành điện trong tƣơng lai. 1464 2. BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỐI ƢU Đ Ả M B Ả O Ổ N Đ Ị N H ( S C O P F ) Bài toán tối ƣu (OPF) là cực tiểu hàm chi phí các máy phát điện trong thị trƣờng điện với các ràng buộc đ ng thức và bất đ ng thức [6,7]. - Hàm mục tiêu N f   ai Pgi2  bi Pgi  ci i 1 (1) - Phƣơng trình cân bằng công suất tác dụng của hệ thống: N N  DF .P i i 1 gi   DFi .Di  PL  0 (2) i 1 - Giới hạn trên và giới hạn dƣới công suất ra của máy phát: Pgimin ≤ Pgi ≤ Pgimax , i= 1, 2,….., N (3) - Giới hạn công suất truyền tải trên đƣờng dây k bất kỳ: N  GSF i 1 với k i .(Pi  Di )  Pk , k=1,2,….,M (4) f : hàm tổng chi phí các máy phát trong thị trƣờng điện ai, bi, ci: hệ số chi phí của máy phát thứ i. N: tổng số nút trong thị trƣờng điện. M: tổng số đƣờng dây truyền tải Pgi: công suất tác dụng của máy phát thứ i trong thị trƣờng điện. Di : công suất tải tại nút i DFi : hệ số phân bố tổn thất của công suất tại nút i. GSFk-i : hệ số phân bố công suất đến đƣờng dây k do thay đổi công suất tại nút i. Pk: giới hạn truyền tải đƣờng dây k PL là tổng tổn thất của hệ thống. 3. PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỐI ƢU ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH THỊ TRƢỜNG ĐIỆN Mô hình mô phỏng thị trƣờng điện cho lƣới điện mẫu 7 nút trên môi trƣờng PowerWorld Simulator 18 nhƣ trên Hình 1. Các thông số của hệ thống điện 7 nút trình bày trong Bảng 1. Hình 1. Thị trƣờng điện 7 nút 1465 Bảng 1. Thông số đƣờng dây của hệ thống điện 7 nút Đƣờng dây Từ nút Đến nút Điện (pu) trở Điện kháng (pu) Giới hạn truyền tải (MW) 12 1 2 0.01 0.06 65 13 1 3 0.04 0.24 150 23 2 3 0.03 0.16 80 24 2 4 0.03 0.18 100 25 2 5 0.02 0.12 100 26 2 6 0.01 0.06 200 34 3 4 0.005 0.03 100 45 4 5 0.04 0.24 70 57 5 7 0.01 0.24 200 67(1) 6 7 0.04 0.24 200 67(2) 6 7 0.04 0.24 200 Kết quả chạy bài toán OPF tính toán giá điện cận biên (LMP) của thị trƣờng điện có xét đến tổn thất mà bỏ qua tắc nghẽn truyền tải nhƣ trên Hình 2. Bảng 2 trình bày kết quả giá cận biên và các thành phần cấu thành nên giá điện nút khi không xét đến giá tắc nghẽn truyền tải. Giá điện tại các nút khác nhau nhƣng khá đồng đều. Bảng 2. Giá LMP khi không có sự tắc nghẽn truyền tải trong thị trƣờng điện TT Nút Khu vực ($/MWh) Giá năng lƣợng ($/MWh) Giá tắc nghẽn ($/MWh) Giá tổn thất ($/MWh) Ràng buộc khu vực 1 (MW) Ràng buộc khu vực 2 (MW) Ràng buộc khu vực 3 (MW) Giá cận biên 1 1 Top 13.00 13.18 0 -0.18 13.00 0 0 2 2 Top 13.10 13.18 0 -0.07 13.10 0 0 3 3 Top 13.32 13.18 0 0.14 13.32 0 0 4 4 Top 13.30 13.18 0 0.12 13.30 0 0 5 5 Top 13.27 13.18 0 0.09 13.27 0 0 6 6 Left 17.60 17.60 0 0 0 17.60 0 7 7 Right 21.80 21.80 0 0 0 0 21.80 3.1. SCOPF khi xảy ra tắc nghẽn trong thị trƣờng điện do tăng tải Giả sử tăng tải tại nút 3 lên 320 (MW). Lúc này sẽ xảy ra tắc nghẽn truyền tải trên đƣờng dây 1-2 (101%) và 2-3 (105%), sau khi chạy các kết quả mô phỏng nhƣ Hình 3. Kết quả cho thấy giá điện tại nút 2 tăng lên 13,91$/MWh; nút 3,4 tăng lên 14$/MWh; nút 5 tăng lên 14,06$/MWh. 1466 Để đảm bảo ổn định hệ thống điện ta thực hiện bài toán SCOPF ràng buộc ổn định cho kết quả nhƣ Hình 4. Sau khi chạy SCOPF thì hệ thống đƣợc tái điều độ đảm bảo ổn định mà không còn đƣờng dây nào quá tải. Giá cận biên tại các nút đƣợc trình bày trên Bảng 3. Bảng 3 cho thấy giá cận biên tại các nút 3, 5 thay đổi tăng so với ban đầu, nguyên nhân có sự tham gia của thành phần giá tắc nghẽn vào giá cận biên, đây là chi phí gia tăng do việc tái điều độ nguồn phát nhằm đảm bảo ổn định cho thị trƣờng điện. Hình 3. Giá điện nút khi có sự tắc nghẽn do phụ tải tại nút số 3 tăng lên 320 (MW) Hình 4. Thị trƣờng điện sau khi chạy SCOPF đảm bảo ổn định Bảng 3. Giá LMP khi có sự tắc nghẽn trong thị trƣờng điện TT Nút Khu vực ($/MWh) Giá năng lƣợng ($/MWh) Giá tắc nghẽn ($/MWh) Giá tổn thất ($/MWh) Ràng buộc khu vực 1 (MW) Ràng buộc khu vực 2 (MW) Ràng buộc khu vực 3 (MW) Giá cận biên 1 1 Top 13.00 13.99 -0.77 -0.22 13.77 0 0 2 2 Top 13.94 13.99 0.03 -0.08 13.92 0 0 3 3 Top 14.07 13.99 -0.18 0.25 14.25 0 0 4 4 Top 14.00 13.99 -0.13 0.14 14.13 0 0 5 5 Top 14.08 13.99 -0.01 0.10 14.09 0 0 6 6 Left 17.60 17.58 0.02 0 0 17.58 0 7 7 Right 21.80 21.80 0 0 0 0 21.80 1467 3.2. SCOPF khi xảy ra tắc nghẽn trong thị trƣờng điện trong tình trạng khẩn cấp Công cụ SCOPF đƣợc dùng với phân tích tình trạng kh n cấp để giúp điều chỉnh hệ thống hiệu quả khi xảy ra tình trạng kh n cấp sơ cấp hoặc thứ cấp. SCOPF đƣợc vận hành với sự kết hợp biến điều khiển khác nhau. Biến điều khiển bao gồm tái điều độ nguồn phát, sa thải phụ tải, điều chỉnh máy biến áp dịch pha, sự thay đổi kế hoạch mua của vùng điều khiển. Xét trƣờng hợp xảy ra tình trạng kh n cấp thứ cấp sự cố mất điện giữa nút 4 và nút 5 trong tình trạng kh n cấp sơ cấp. Sự cố mất điện giữa nút 7 và nút 5 trong tình trạng kh n cấp thứ cấp, kết quả làm tắc nghẽn trên đƣờng dây nối nút 2 và nút 5 nhƣ trên Hình 6a. (a) (b) Hình 6. Trạng thái thị trƣờng điện trƣớc và sau khi xảy ra tình trạng kh n cấp Sau khi chạy bài toán SCOPF, tải tại nút 5 bị cắt và ngoài ra máy phát nút 1 và 7 đƣợc lần lƣợt điều chỉnh nhƣ trong Hình 6.b. Kết quả thị trƣờng điện trở lại trạng thái ổn định nhƣ trƣớc khi xảy ra sự cố. Kết quả mô phỏng trên PowerWorld Simulator 18 cho thấy hiệu quả của SCOPF trong việc phân tích các kịch bản xảy ra sự cố nhằm đƣa ra các biện pháp điều khiển tối ƣu đảm bảo ổn định thị trƣờng giá điện một cách nhanh chóng trên máy tính, trực quan và dễ hiểu. 4. KẾT LUẬN Bài báo trình bày phƣơng pháp tính toán phân bố công suất tối ƣu đảm bảo ổn định (SCOPF) cho thị trƣờng điện có nhiều vùng do sự tăng tải của hệ thống hay xảy ra tình trạng kh n cấp do sự cố trên lƣới điện. Mô hình tính toán giá cận biên (LMP) cũng đƣợc xem xét khi xét đến sự tắc nghẽn truyền tải và tổn thất vào mô hình giá điện nút. Các kết quả mô phỏng và phân tích đạt đƣợc cho thấy rằng việc nghiên cứu và mô phỏng các kịch bản vận hành hệ thống điện và thị trƣờng điện là cần thiết cho công tác vận hành do tính chất phức tạp của vận hành hệ thống điện trong thị trƣờng điện cạnh tranh. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P. L. Joskow, ―Electricity Market Reform‖, Elsevier Science, 2006. [2] F. P. Sioshansi, ―Competitive Electricity Markets‖, Elsevier Science, 2008. [3] Thủ tƣớng Chính phủ, ―Quy định về lộ trình, các điều kiện và cơ cấu ngành điện để hình thành và phát triển các cấp độ thị trƣờng điện lực tại Việt Nam‖, Thủ tướng Chính phủ, 63/2013/QĐ-TTG. Hà Nội 2013. [4] Bộ Công Thƣơng, ―Phê duyệt thiết kế tổng thể thị trƣờng bán buôn điện cạnh tranh Việt Nam‖, Bộ Công Thương, 6463/QĐ-BCT. Hà Nội 2014. 1468 [5] Bộ Công Thƣơng, ―Phê duyệt phƣơng án vận hành thị trƣờng bám buôn cạnh tranh thí điểm năm 2018, Bộ Công Thương”, 4804/QĐ-BCT. Hà Nội 2017. [6] M. Murali, M. S. Kumari and M. Syduru , ―An Overview of Transmission Pricing Methods in A Pool Based Power Market‖, International Journal of Advances in Science Engineering and Technology, Vol. 1, No. 2, October 2013. [7] Basanta Kumar Panigrahi, ―Locational Marginal Pricing (LMP) in Deregulated Electricity Market‖, International Journal of Electronics Signals and Systems (IJESS), ISSN No. 2231- 5969, Volume1, Issue-2, pp. 101-105, 2012. 1469