CHƯƠNG PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH TỐI ƯU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN I Phân phối tối ưu vận hành tức thời hệ thống gồm nhà máy nhiệt điện II Phân phối tối ưu vận hành hệ thống có nhà máy nhiệt điện nhà máy thuỷ điện III Áp dụng hàm phạt phân phối tối ưu vận hành hệ thống điện IV Lập kế hoạch chế độ làm việc nhà máy điện hệ thống Đặt vấn đề  Tối ưu hoá quy hoạch phát triển đề cập đến việc quy hoạch nguồn lưới điện  Tối ưu hoá vận hành liên quan đến việc giải vấn đề phân phối phụ tải cho nhà máy nhằm đáp ứng yêu cầu phụ tải với chí tối thiểu cho hệ thống 9.1 PHÂN PHỐI TỐI ƯU VẬN HÀNH TỨC THỜI HỆ THỐNG GỒM CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 9.1.1 PHÂN PHỐI TỐI ƯU CÔNG SUẤT TÁC DỤNG * Phương pháp xếp hạng Phương pháp phân phối phụ tải cách kinh tế vấn đề tĩnh Nhà máy có chi phí vận hành thấp xếp thứ tự ưu tiên mang tải Từng nhà máy theo thứ tự xếp mang tải tới công suất lớn đáp ứng đủ yêu cầu phụ tải b Phương pháp JACOBY để xác định vị trí làm việc nhà máy thuỷ điện (tiếp) Ví dụ : Cho hệ thống điện gồm nhà máy nhiệt điện nhà máy thuỷ điện Các đặc tính nhà máy cho bảng sau: Nhà máy Nhiên liệu G1 G2 G3 G4 G5 Than Dầu Than Than Gas Chi phí vận hành $104/MW tháng 1,0 2,4 0,8 1,3 3,2 Công suất MW 150 100 50 100 200 Cho đường đồ thị phụ tải đường thẳng từ 500MW đến 300MW Xác định vị trí làm việc nhà máy HT cho kinh tế ? * Phương pháp suất tăng chi phí Suất tăng chi phí (Incremental Cost) chi phí tăng thêm sản suất thêm đơn vị điện mức công suất định ∂ chi phÝ/ h ∂ chi phÝ $ = = ∂ c«ng suÊt ∂ diÖn n¨ng MWh Bài toán: Một hệ thống gồm (n) nhà máy nhiệt điện Phụ tải nhà máy (Pi) Chi phí sản xuất tương ứng với phụ tải nhà máy Fi(Pi) Tổng nhu cầu tức thời hệ thống (D) Hãy phân phối tối ưu phụ tải cho nhà máy hệ thống Bỏ qua tổn thất truyền tải phân phối hệ thống Tổng chi phí sản xuất hệ thống n TPC = ∑ Fi ( Pi ) → i =1 n ∑ Pi = Ràng buộc: Pi = Pimin ≤ Pi ≤ Pimax i =1 Hàm Lagrăng n   L = ∑ Fi ( Pi ) + λ D - ∑ Pi  →min i=0 i =1   n *Phân phối tối ưu phụ tải tác dụng có xét đến tổn thất mạng Hàm chi phí hệ thống biểu diễn sau: n TPC = ∑ Fi ( Pi ) → i =1 Ràng buộc: n ∑ P − ∆P = D ⇒ i =1 i n D - ∑ Pi + ∆P = Với Pi : công suất nhà máy (i) D : nhu cầu phụ tải hệ thống thời điểm xét ∆P = f(P1, P2, Pn) : tổng tổn thất mạng ∆P = f(P, Q, U, R, cosử) với cosử: góc lệch pha véc tơ điện áp nút Bài tâập ví du  Cho hệ thống bao gồm nhà máy với chi phí:  F1(P1)=80+7P1+0,002P1^2  F2(P2)=130+7P2+0,002P2^2; 70≤P1, P2≤400  Ploss=0,0002P1^2 Yêu cầu: Dùng PP Lagrăng, phân phối tối ưu phụ tải cho nhà máy biết yêu cầu phụ tải hệ thống: D=500, trường hợp: a) Không xét đến tổn thất mạng b) Có xét đến tổn thất mạng P1=178,882 MW P2=327,496 MW; Ploss?; TPC? 9.1.2 Phân phối tối ưu công suất phản kháng Việc phát công suất phản kháng không liên quan đến chi phí hệ thống Tuy nhiên, phân phối tối ưu công suất phản kháng dẫn đến giảm tổn thất tác dụng mạng, làm giảm chi phí cho hệ thống 10 Các nhà máy điện hệ thống xếp vị trí làm việc sau: 24 b Phương pháp JACOBY để xác định vị trí làm việc nhà máy thuỷ điện  Bản chất phương pháp mở rộng phương pháp phân phối phụ tải theo xếp hạng  Phương pháp coi nhà máy thuỷ điện nhà máy nhiệt điện tìm vị trí cho nhà máy đồ thị phụ tải hệ thống cho khai thác sử dụng tối đa đồng thời Điện Công suất dòng nước 25 b Phương pháp JACOBY để xác định vị trí làm việc nhà máy thuỷ điện (tiếp) Xét giá trị nước nhà máy thuỷ điện qua ba trường hợp sau: PH = PH PH < PH PH = PH EH = EH P EH = EH EH < EH H PH EH EH xả PH EH t (a) (b) (c) PH , E H :khả dòng nước PH, EH: phát thực tế nhà máy (a): Không tận dụng hết công suất dòng nước (b): Không tận dụng hết điện dòng nước (c): Tận dụng toàn công suất điện 26 b Phương pháp JACOBY để xác định vị trí làm việc nhà máy thuỷ điện (tiếp) Ví dụ : Cho hệ thống điện gồm nhà máy nhiệt điện nhà máy thuỷ điện Các đặc tính nhà máy cho bảng sau: Nhà máy Nhiên liệu G1 G2 G3 G4 G5 G6 Than Dầu Than Than Gas T.điện Chi phí vận hành $104/MW tháng 1,0 2,4 0,8 1,3 3,2 _ Công suất MW 150 100 50 100 200 200 Cho đường đồ thị phụ tải đường thẳng từ 700MW đến 300MW Giới hạn nhà máy thuỷ điện 100MWtháng Hãy tìm phạm vi phụ tải hệ thống để nhà máy thuỷ điện làm việc kinh tế Tính toán vẽ đường SMC mức phụ tải hệ thống 27 c Phương pháp mô hình động Bellman Phương pháp Bellman giúp phân phối công suất làm việc tối ưu cho nhà máy hệ thống thời gian ngày, tuần Bài tập 1: Một hệ thống điện gồm nhà máy nhiệt điện Công suất chi phí tương ứng nhà máy thể bảng sau: Nhà máy Công suất (MW) Chi phí biên ($/ Tổn thất cố định MWh) ($/ h) Chi phí khởi động($) Chi phí ngừng máy($) A 10 20 150 10 B 10 20 30 200 40 C 40 60 50 15 Giả thiết nhà máy có suất tăng chi phí không đổi chi phí biên bảng 28 Phụ tải dự yêu cầu cho thời kỳ ngày (8h-1 thời kỳ) cho bảng sau: Thời kỳ I II III Phụ tải (MW) 10 16 Dự trữ (MW) Yêu cầu: Phân phối phụ tải tối ưu cho nhà máy thời kỳ ngày Giả thiết việc phân phối tối ưu phụ tải tiến hành theo phương pháp xếp hạng Bỏ qua tổn thất truyền tải phân phối hệ thống 29 Đáp án Vậy chi phí cực tiểu HT ngày 6160($) Kế hoạch làm việc nhà máy hệ thống theo thời gian ngày theo trật tự: AB → AB → ABC Phân phối công suất giai đoạn ngày: GĐ (I) MW (1MW dự trữ) A = MW B = MW GĐ (II) 12 MW (2 MW dự trữ) A = MW B = MW GĐ (III) 19 MW (3 MW dự trữ) A : MW B = 10 MW C = 1MW Chi phí biên ngắn hạn hệ thống (SMC) tương ứng với thời gian ngày MC1: 20 $/ MWh ; MC2 : 20$/ MWh ; MC3 : 40$/ MWh 30 Yêu cầu: Phân phối phụ tải tối ưu cho nhà máy thời kỳ ngày Giả thiết việc phân phối tối ưu phụ tải tiến hành theo phương pháp xếp hạng Bỏ qua tổn thất truyền tải phân phối hệ thống 31 9.4.2 Phân phối tối ưu phụ tải hệ thống trung hạn  Phân phối tối ưu phụ tải hệ thống trung hạn vấn đề đặt cực tiểu hoá chi phí hệ thống cho thời kỳ  Trong HTĐ gồm số NMTĐ số NMNĐ phân phối tối ưu phụ tải trung hạn, điều quan trọng cần phải định mức sản xuất tối ưu TĐ NĐ thời kỳ khả thay đổi dòng nước thời kỳ xét  Cụ thể, cần xét mức nước dự trữ mức nước sử dụng cho thời kỳ ? 9.4.2 Phân phối tối ưu phụ tải hệ thống trung hạn (tiếp) Coi nhà máy thuỷ điện HT tương đương với nhà máy thuỷ điện Xét mô St :hình: Mức dự trữ lượng thuỷ điện cuối thời kỳ (t) Dt : Nhu cầu điện thời kỳ (t) Ht : Tổng lượng thuỷ điện phát thời kỳ (t) Ht (= Si + It - Sj) ht : Điện thuỷ điện sản xuất nhà máy thời kỳ (t) It : Dòng lượng thuỷ chảy vào nhà máy thời kỳ (t) θt : Điện sản xuất nhà máy nhiệt điện thời kỳ (t) Xả thừa St (spill) = Ht - ht Hiện tượng xả thừa: + Xảy đôi khi, công suất dự trữ hồ chứa không đủ 33 Do điện thuỷ điện sản xuất thời kỳ (t) (ht) phụ thuộc vào mức dự trữ định trước St cuối thời kỳ, hàm mục tiêu thể sau: T MinS1 , S , ST ∑ φt ( St ) t =1 φ t ( S t ) Chi phí vận hành hệ thống thời kỳ t thể hàm dự trữ lượng thuỷ điện cuối thời kỳ Vấn đề kế hoạch vận hành trung hạn cho nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện hệ thống thường định mô hình quy hoạch động Bellman Ví dụ: Cho hệ thống điện gồm nhà máy thuỷ điện nhiệt điện, nhu cầu điện dòng nước chảy dự tính có sẵn năm theo hai tháng : Các thông số Nhu cầu Dt (Twh) Dòng nước It (Twh) 5 Thời kỳ (2 tháng) 3 6 5 Điện thuỷ điện nhà máy thuỷ điện hệ thống xem tương đương với hồ chứa tổng hợp với công suất dự trữ TWh không hạn chế công suất sản xuất Mức cực tiểu cho phép hồ chứa TWh Bốn nhà máy nhiệt điện với khả sản xuất nhà máy TWh thời kỳ với mức chi phí tương ứng cho bảng 35 36 Nhà máy Điện sản xuất thời kỳ (TWh) 1 1 Chi phí (106$/ TWh) 10 11 13 16 (i) Xây dựng kế hoạch vận hành tối ưu cho nhà máy hệ thống Biết hệ thống bắt đầu hoạt động với TWh dự trữ hồ chứa yêu cầu mức dự trữ cuối cùng TWh hồ chứa (ii) Chi phí biên ngắn hạn thời kỳ Giả thiết việc phân phối phụ tải cho nhà máy nhiệt điện hệ thống sử dụng phương pháp xếp hạng 37 Bài tập  Cho hệ thống gồm tổ máy với hàm chi phí sau: C1(P1) = 1/2 P12 + 3,85P1 + 0,41 C2(P2) = 1/2 P22 + 3,61P2 + 0,45  Phụ tải tối thiểu tổ máy 0,3 MW 2,4 MW Phụ tải cực đại tổ máy MW phụ tải cực đại tổ máy 5MW  Xác định phân phối công suất cho tổ máy để thỏa mãn nhu cầu phụ tải MW với chi phí nhỏ