Qui hoạch thiết kế hệ thống cung cấp điện có xét đến khả năng tham gia của nguồn điện phân tán và giá điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Vũ Văn Thắng

QUI HOẠCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

CÓ XÉT ĐẾN KHẢ NĂNG THAM GIA CỦA NGUỒN ĐIỆN

PHÂN TÁN VÀ GIÁ ĐIỆN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội - 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Vũ Văn Thắng

QUI HOẠCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

CÓ XÉT ĐẾN KHẢ NĂNG THAM GIA CỦA NGUỒN ĐIỆN

PHÂN TÁN VÀ GIÁ ĐIỆN

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 62520202

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1. PGS. TS Đặng Quốc Thống

2. TS. Bạch Quốc Khánh

Hà Nội - 2015

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,

kết quả trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong

bất kỳ công trình nào khác.

TẬP THỂ HƯỚNG DẪN

Người hướng dẫn

khoa học 1

PGS.TS Đặng Quốc Thống

Người hướng dẫn

khoa học 2

TS. Bạch Quốc Khánh

Tác giả luận án

Vũ Văn Thắng

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện nghiên cứu của mình, tôi đã nhận được nhiều ý

kiến đóng góp, động viên từ các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp và người thân

trong gia đình.

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS.TS Đặng Quốc Thống và

TS. Bạch Quốc Khánh đã tận tình hướng dẫn, luôn hỗ trợ và khích lệ trong suốt

bốn năm qua để tôi có thể hoàn thành được luận án của mình.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GS.TSKH Trần Đình Long, GS.TS

Lã Văn Út, PGS.TS Trần Bách, PGS.TS Nguyễn Lân Tráng, TS Đinh Quang

Huy, TS Đỗ Xuân Khôi cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện -

Viện Điện - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã cho tôi những ý kiến quý báu

trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ thuật Công

nghiệp cùng các đồng nghiệp ở bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện - Trường Đại

học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện về thời gian và có những ý kiến đóng

góp bổ sung cho luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Bách khoa Hà

Nội, Viện đào tạo sau đại học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo những

điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành nội dung nghiên cứu.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cha mẹ tôi, vợ tôi và

những người thân trong gia đình đã luôn động viên, khích lệ cho tôi động lực để

có thể hoàn thành được luận án này.

Tác giả luận án

Vũ Văn Thắng

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ i

LỜI CẢM ƠN.....................................................................................................ii

MỤC LỤC.........................................................................................................iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT......................................... vii

DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................... viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ............................................................. ix

MỞ ĐẦU ........................................................................................................... xi

1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................... xi

2. Mục đích nghiên cứu .............................................................................. xii

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................... xii

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn............................................................... xiii

5. Nội dung nghiên cứu.............................................................................. xiii

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUI HOẠCH HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN1

1.1 Giới thiệu ................................................................................................ 1

1.2 HTCCĐ Việt Nam và một số vấn đề về qui hoạch................................ 1

1.2.1 Hiện trạng HTCCĐ Việt Nam.......................................................... 1

1.2.2 Những tồn tại và vấn đề qui hoạch HTCCĐ..................................... 2

1.3 Nguồn điện phân tán.............................................................................. 3

1.3.1 Tổng quan về nguồn điện phân tán................................................... 3

1.3.2Công nghệ và đặc điểm của nguồn điện phân tán ............................. 3

1.3.2.1 Thủy điện nhỏ................................................................................4

1.3.2.2 Điện gió.........................................................................................4

1.3.2.3 Điện mặt trời .................................................................................5

1.3.2.4 Tuabin khí và máy phát diesel........................................................6

1.4 Bài toán qui hoạch phát triển HTCCĐ ................................................. 6

1.4.1 Tổng quan bài toán qui hoạch HTCCĐ ............................................ 6

1.4.1.1 Mục tiêu.........................................................................................6

1.4.1.2 Những bước cơ bản của bài toán qui hoạch HTCCĐ .....................6

1.4.1.3 Một số bài toán qui hoạch HTCCĐ................................................6

1.4.2 Phân tích và lựa chọn phương pháp qui hoạch HTCCĐ ................... 8

1.4.2.1 Qui hoạch theo tiêu chuẩn .............................................................8

1.4.2.2 Qui hoạch toán học........................................................................8

1.4.2.3 Phân tích và lựa chọn phương pháp qui hoạch ..............................9

1.4.3Bài toán qui hoạch toán học tổng quát.............................................. 9

1.4.3.1 Mô hình toán .................................................................................9

1.4.3.2 Phân loại bài toán qui hoạch .......................................................10

1.4.4 Những thay đổi gần đây trong qui hoạch HTCCĐ.......................... 11

iv

1.4.4.1 Sự tham gia của các nguồn điện phân tán....................................11

1.4.4.2 Yếu tố giá điện.............................................................................12

1.4.5Các chỉ tiêu kinh tế đánh giá phương án đầu tư.............................. 12

1.5 Qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng tham gia của các DG........ 15

1.5.1 Mô hình bài toán qui hoạch HTCCĐ.............................................. 15

1.5.2 Phương pháp, thuật toán giải bài toán qui hoạch HTCCĐ .............. 18

1.6 Đánh giá và lựa chọn công cụ tính toán .............................................. 19

1.6.1 Giới thiệu chương trình GAMS...................................................... 19

1.6.2 Thuật toán và solver MINOS trong chương trình GAMS............... 21

1.6.3 Những yêu cầu khi lập bài toán qui hoạch HTCCĐ trong GAMS .. 25

1.7 Nhận xét và đề xuất những vấn đề cần nghiên cứu ............................ 26

CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN

QUI HOẠCH HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN................................................. 28

2.1 Đặt vấn đề ............................................................................................. 28

2.2 Phân tích một số đặc điểm của bài toán qui hoạch HTCCĐ hiện nay30

2.2.1 Lựa chọn mô hình qui hoạch HTCCĐ............................................ 30

2.2.2 Những đặc điểm cần nghiên cứu bổ sung....................................... 32

2.2.2.1 Ràng buộc nâng cấp và hàm chi phí nâng cấp đường dây, TBA ...32

2.2.2.2 Mô hình cân bằng công suất nút AC ............................................33

2.2.2.3 Sử dụng ĐTPT điển hình trong tính toán chi phí..........................34

2.3 Xây dựng mô hình toán qui hoạch HTCCĐ........................................ 35

2.3.1 Sơ đồ khối và qui trình tính toán qui hoạch HTCCĐ...................... 35

2.3.2 Xây dựng mô hình cơ sở (MCSD) ................................................. 39

2.3.2.1 Hàm mục tiêu của mô hình cơ sở .................................................39

2.3.2.2 Các ràng buộc của mô hình cơ sở................................................46

2.3.2.3 Phân tích và nhận dạng mô hình cơ sở.........................................50

2.3.3 Xây dựng mô hình hiệu chỉnh (MHCD)......................................... 50

2.3.3.1 Hàm mục tiêu của mô hình hiệu chỉnh .........................................50

2.3.3.2 Các ràng buộc của mô hình hiệu chỉnh ........................................51

2.3.3.3 Phân tích và nhận dạng mô hình hiệu chỉnh.................................51

2.3.4 Đánh giá mô hình đề xuất .............................................................. 53

2.4 Tính toán áp dụng ................................................................................ 53

2.4.1 Đặt vấn đề...................................................................................... 53

2.4.2 Sơ đồ khối và mô hình tính toán .................................................... 53

2.4.3 Xây dựng chương trình tính toán ................................................... 54

2.4.3.1 Lập modul nhập thông số đầu vào và mô tả bài toán....................54

2.4.3.2 Sử dụng solver giải bài toán tìm nghiệm tối ưu ............................56

2.4.3.3 Lập modul hiển thị kết quả...........................................................56

v

2.4.4 Ví dụ 1........................................................................................... 56

2.4.4.1 Lập mô hình và tính toán bước cơ sở ...........................................57

2.4.4.2 Lập mô hình và tính toán bước hiệu chỉnh ...................................61

2.4.4.3 Đánh giá hiệu quả của mô hình đề xuất .......................................64

2.5 Nhận xét và kết luận chương 2 ............................................................ 65

CHƯƠNG 3. QUI HOẠCH HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN XÉT ĐẾN KHẢ

NĂNG THAM GIA CỦA CÁC LOẠI NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ................ 67

3.1 Đặt vấn đề ............................................................................................. 67

3.2 Sơ đồ khối và qui trình tính toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến đặc

điểm công nghệ của DG ....................................................................... 68

3.3 Qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng tham gia của TBK hoặc máy

phát diesel ............................................................................................. 68

3.3.1 Xây dựng mô hình toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng

tham gia của TBK hoặc máy phát diesel .......................................... 68

3.3.1.1 Xây dựng mô hình cơ sở...............................................................68

3.3.1.2 Xây dựng mô hình hiệu chỉnh.......................................................74

3.3.2 Lập chương trình giải bài toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả

năng tham gia của TBK, máy phát diesel ......................................... 76

3.3.3 Ví dụ 2........................................................................................... 76

3.3.3.1 Sơ đồ và thông số của HTCCĐ ....................................................76

3.3.3.2 Khai báo biến và dữ liệu đầu vào.................................................77

3.3.3.3 Kết quả tính toán .........................................................................78

3.3.4 Nhận xét ........................................................................................ 82

3.4 Qui hoạch HTCCĐ khi xét khả năng tham gia của TĐN................... 83

3.4.1 Xây dựng mô hình toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng

tham gia của TĐN............................................................................ 84

3.4.1.1 Xây dựng mô hình cơ sở...............................................................84

3.4.1.2 Xây dựng mô hình hiệu chỉnh.......................................................87

3.4.2 Lập chương trình tính toán qui hoạch HTCCĐ khi xét khả năng tham

gia của TĐN .................................................................................... 88

3.4.3 Ví dụ 3........................................................................................... 88

3.4.3.1 Sơ đồ và thông số của HTCCĐ ....................................................88

3.4.3.2 Khai báo biến và dữ liệu đầu vào.................................................89

3.4.3.3 Kết quả tính toán .........................................................................89

3.4.4 Nhận xét ........................................................................................ 91

3.5 Qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng tham gia của nhiều loại DG

............................................................................................................... 92

3.5.1 Xây dựng mô hình toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng

tham gia của nhiều loại DG.............................................................. 93

3.5.1.1 Xây dựng mô hình cơ sở...............................................................93

vi

3.5.1.2 Xây dựng mô hình hiệu chỉnh.......................................................96

3.5.2 Lập chương trình tính toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng

tham gia của nhiều loại DG.............................................................. 98

3.5.3 Ví dụ 4........................................................................................... 98

3.5.3.1 Sơ đồ và thông số HTCCĐ...........................................................98

3.5.3.2 Khai báo biến và dữ liệu đầu vào.................................................99

3.5.3.3 Kết quả tính toán .........................................................................99

3.5.4 Nhận xét ...................................................................................... 102

3.6 Nhận xét và kết luận chương 3 .......................................................... 103

CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO QUI HOẠCH HỆ THỐNG CUNG

CẤP ĐIỆN VIỆT NAM .................................................................................. 105

4.1 Đặt vấn đề ........................................................................................... 105

4.2 Những giả thiết và thông số tính toán ............................................... 105

4.2.1 Những giả thiết chung.................................................................. 105

4.2.2 Suất chi phí của DG theo công nghệ ............................................ 106

4.2.3 Suất chi phí đầu tư đường dây và TBA ........................................ 107

4.2.4 Đặc tính giá bán điện ................................................................... 107

4.3 Tính toán qui hoạch HTCCĐ trong khu vực 1 ................................. 108

4.3.1 Sơ đồ và thông số tính toán của hệ thống ..................................... 108

4.3.2 Kết quả tính toán và thảo luận...................................................... 110

4.4 Tính toán qui hoạch HTCCĐ trong khu vực 2 ................................. 114

4.4.1 Sơ đồ HTCCĐ và thông số tính toán............................................ 114

4.4.2 Kết quả tính toán và thảo luận...................................................... 116

4.5 Những đánh giá và kết luận chương 4............................................... 120

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 121

1. Những nội dung cơ bản của luận án .................................................... 121

2. Những đóng góp của luận án................................................................ 122

3. Hướng nghiên cứu tiếp theo ................................................................. 123

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 124

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN............. 134

PHỤ LỤC ....................................................................................................... 135

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CCĐ Cung cấp điện

CF Hệ số sử dụng DG (Capacity Factor)

CSPK Công suất phản kháng

CSTD Công suất tác dụng

CTPP Công ty phân phối

DG Nguồn điện phân tán (Distributed Generator)

ĐTPT Đồ thị phụ tải

GAMS Chương trình The General Algebraic Modeling System

HTCCĐ Hệ thống cung cấp điện

HTĐ Hệ thống điện

KT-KT Kinh tế kỹ thuật

LNP Qui hoạch phi tuyến (Nonlinear Programming)

LP Qui hoạch tuyến tính (Linear Programming)

MBA Máy biến áp

MCSD Mô hình cơ sở xét đến khả năng tham gia của DG

MHCD Mô hình hiệu chỉnh xét đến khả năng tham gia của DG

MINLP Qui hoạch phi tuyến nguyên thực hỗn hợp (Mixed Integer Nonlinear

Programming)

MIP Qui hoạch nguyên (Mixed Integer Programming)

PMT Nguồn pin mặt trời (PV)

TBA Trạm biến áp

TBK Tuabin khí

TĐN Thủy điện nhỏ

TTĐ Thị trường điện

viii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Những thay đổi trong mô hình bài toán qui hoạch HTCCĐ................ 16

Bảng 1.2 Modul các thuật toán giải trong GAMS.............................................. 20

Bảng 2.1 Khai báo biến và tham số của HTCCĐ trong MCSD.......................... 49

Bảng 2.2 Khai báo biến và tham số của HTCCĐ trong MHCD......................... 52

Bảng 2.3 Thông số đường dây của HTCCĐ 4 nút ............................................. 56

Bảng 2.4 Thông số nâng cấp của đường dây ..................................................... 61

Bảng 2.5 Thông số nâng cấp của TBA nguồn ................................................... 61

Bảng 2.6 Kết quả qui hoạch HTCCĐ 4 nút ....................................................... 63

Bảng 2.7 Một số chỉ tiêu KT-KT khi qui hoạch HTCCĐ 4 nút.......................... 63

Bảng 2.8 So sánh một số chỉ tiêu KT-KT khi tính theo Pmax và t....................... 64

Bảng 3.1 Khai báo biến và tham số của MCSD khi xét đến khả năng tham gia của

TBK hoặc máy phát diesel................................................................. 73

Bảng 3.2 Khai báo biến và tham số của MHCD khi xét đến khả năng tham gia

của TBK hoặc máy phát diesel........................................................... 75

Bảng 3.3 Phụ tải của HTCCĐ 7 nút .................................................................. 76

Bảng 3.4 Thông số đường dây của HTCCĐ 7 nút ............................................. 76

Bảng 3.5 Khai báo mảng dữ liệu và tham số của HTCCĐ 7 nút........................ 77

Bảng 3.6 Khai báo tham số của máy phát diesel................................................ 77

Bảng 3.7 Khai báo giới hạn của biến và tham số của mô hình........................... 78

Bảng 3.8 Khai báo biến của chương trình.......................................................... 78

Bảng 3.9 Tổng dẫn nhánh đơn vị năm cơ sở...................................................... 78

Bảng 3.10 Lộ trình đầu tư, nâng cấp thiết bị của HTCCĐ khi xét khả năng tham

gia của máy phát diesel...................................................................... 79

Bảng 3.11 Quyết định nâng cấp đường dây và TBA.......................................... 79

Bảng 3.12 Công suất lớn nhất cần đáp ứng của thiết bị trong HTCCĐ 7 nút ..... 79

Bảng 3.13 Một số chỉ tiêu KT-KT khi qui hoạch HTCCĐ 7 nút....................... 80

Bảng 3.14 So sánh chỉ tiêu KT-KT của HTCCĐ trong hai bước tính ................ 81

Bảng 3.15 Khai báo biến và tham số của MCSD khi xét đến khả năng tham gia

của TĐN............................................................................................ 86

Bảng 3.16 Khai báo biến và tham số của MHCD khi xét đến khả năng tham gia

của TĐN............................................................................................ 88

Bảng 3.17 Tham số của TĐN............................................................................ 89

ix

Bảng 3.18 Khai báo biến của mô hình khi xét khả năng tham gia của TĐN ...... 89

Bảng 3.19 Quyết định đầu tư TĐN.................................................................... 90

Bảng 3.20 Lộ trình qui hoạch HTCCĐ 7 nút khi xét khả năng tham gia của TĐN

.......................................................................................................... 90

Bảng 3.21 So sánh chỉ tiêu KT-KT của HTCCĐ khi có TĐN............................ 90

Bảng 3.22 Khai báo biến và tham số của MCSD khi xét đến khả năng tham gia

của nhiều loại DG.............................................................................. 96

Bảng 3.23 Khai báo biến và tham số của MHCD khi xét đến khả năng tham gia

của nhiều loại DG.............................................................................. 97

Bảng 3.24 Giới hạn công suất của các DG trong HTCCĐ 7 nút ........................ 98

Bảng 3.25 Suất chi phí đầu tư và vận hành của các DG..................................... 99

Bảng 3.26 Khai báo biến của bài toán qui hoạch HTCCĐ 7 nút ........................ 99

Bảng 3.27 Kết quả lựa chọn công suất DG và TBA nguồn trong bước cơ sở... 100

Bảng 3.28 Lộ trình đầu tư, nâng cấp thiết bị của HTCCĐ khi xét khả năng đầu tư

nhiều DG......................................................................................... 100

Bảng 3.29 So sánh chỉ tiêu KT-KT của HTCCĐ khi có nhiều loại DG............ 100

Bảng 4.1 Suất chi phí xây dựng, vận hành và nhiên liệu của các DG............... 107

Bảng 4.2 Suất chi phí đầu tư, nâng cấp TBA và đường dây............................. 107

Bảng 4.3 Tuổi thọ của các thiết bị điện ........................................................... 107

Bảng 4.4 Lộ trình nâng cấp đường dây, TBA và đầu tư TĐN của HTCCĐ Ba Bể

........................................................................................................ 110

Bảng 4.5 Lộ trình nâng cấp thiết bị HTCCĐ Ba Bể khi không xét khả năng tham

gia của TĐN .................................................................................... 111

Bảng 4.6 So sánh một số chỉ tiêu KT-KT của HTCCĐ Ba Bể ......................... 112

Bảng 4.7 Thông số và lộ trình nâng cấp tối ưu đường dây và TBA lộ 478, TBA

Thịnh Đán ....................................................................................... 116

Bảng 4.8 Một số chỉ tiêu KT-KT của lộ 478, TBA Thịnh Đán ........................ 117

Bảng 4.9 So sánh quyết định đầu tư trong các bước tính lộ 478, TBA Thịnh Đán

........................................................................................................ 119

Bảng 4.10 So sánh chỉ tiêu KT-KT trong các bước tính lộ 478, TBA Thịnh Đán

........................................................................................................ 119

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ các bước qui hoạch HTCCĐ...................................................... 7

Hình 1.2 Sơ đồ khối của solver MINOS giải bài toán phi tuyến ....................... 25

x

Hình 2.1 Mô hình hai bước qui hoạch HTCCĐ................................................ 31

Hình 2.2 Sơ đồ khối tính toán qui hoạch HTCCĐ ............................................ 36

Hình 2.3 Sơ đồ HTCCĐ 4 nút.......................................................................... 56

Hình 2.4 Đồ thị phụ tải ngày điển hình giả thiết............................................... 57

Hình 2.5 Đặc tính giá bán điện......................................................................... 57

Hình 2.6 Tổn thất công suất lớn nhất của HTCCĐ 4 nút .................................. 64

Hình 2.7 Tổn thất điện áp lớn nhất của HTCCĐ 4 nút...................................... 64

Hình 2.8 So sánh tổn thất điện năng................................................................. 65

Hình 3.1 Sơ đồ HTCCĐ 7 nút.......................................................................... 76

Hình 3.2 Tổn thất công suất lớn nhất của HTCCĐ 7 nút .................................. 80

Hình 3.3 Phân tích độ nhậy theo suất chi phí nhiên liệu của máy phát diesel.... 81

Hình 3.4 Sơ đồ và thông số HTCCĐ hình tia 7 nút .......................................... 88

Hình 3.5 Đặc tính công suất phát của TĐN...................................................... 89

Hình 3.6 So sánh tổn thất công suất lớn nhất khi đầu tư TĐN .......................... 91

Hình 3.7 So sánh điện áp nhỏ nhất tại nút 4 khi đầu tư TĐN............................ 91

Hình 3.8 Đặc tính công suất phát của PMT (PV).............................................. 98

Hình 3.9 So sánh tổn thất công suất lớn nhất khi đầu tư nhiều DG................. 101

Hình 3.10 So sánh tổn thất điện áp lớn nhất khi đầu tư nhiều DG .................. 101

Hình 3.11 Phân tích độ nhậy theo suất chi phí đầu tư của PMT...................... 102

Hình 4.1 Sơ đồ HTCCĐ huyện Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn ..................................... 109

Hình 4.2 Đồ thị phụ tải ngày điển hình của HTCCĐ Bắc Kạn [7].................. 110

Hình 4.3 So sánh tổn thất công suất trong HTCCĐ Ba Bể.............................. 112

Hình 4.4 So sánh tổn thất điện năng của HTCCĐ Ba Bể................................ 113

Hình 4.5 So sánh điện năng nhận từ HTĐ của HTCCĐ Ba Bể ....................... 113

Hình 4.6 So sánh điện áp nút nhỏ nhất của HTCCĐ Ba Bể ............................ 113

Hình 4.7 Sơ đồ lộ 478, TBA 110kV Thịnh Đán ............................................. 115

Hình 4.8 Đồ thị phụ tải ngày điển hình của HTCCĐ Thái Nguyên................. 116

Hình 4.9 Tổn thất công suất lớn nhất của lộ 478, TBA Thịnh Đán ................. 117

Hình 4.10 So sánh tổn thất điện năng của lộ 478, TBA Thịnh Đán................. 118

Hình 4.11 Điện áp nút nhỏ nhất của lộ 478, TBA Thịnh Đán ......................... 118

Hình 4.12 Độ nhậy của phương án đầu tư lộ 478, TBA Thịnh Đán ................ 118

xi

MỞ ĐẦU

Qui hoạch HTCCĐ là vấn đề phức tạp với nhiều mục tiêu khác nhau như

đảm bảo hiệu quả kinh tế, cung cấp năng lượng tin cậy và không tác động xấu

đến môi trường. Ngoài ra, nhiều yếu tố mang tính ngẫu nhiên và không chắc

chắn, số lượng biến rất lớn cũng làm tăng tính phức tạp của bài toán.

Cùng với quá trình phát triển của ngành điện, nhiều mô hình và phương

pháp qui hoạch HTCCĐ đã được phát triển và ứng dụng thành công trong thực

tiễn với kết quả và giải pháp phù hợp. Tuy vậy, các mô hình và phương pháp này

có thể được cải thiện, nâng cao hiệu quả khi sử dụng những giải pháp hoàn thiện

hơn nên các nghiên cứu vẫn tiếp tục được thực hiện bởi nhiều nhà khoa học trên

thế giới. Trong những năm gần đây, quá trình tái cơ cấu TTĐ theo xu hướng

cạnh tranh và công nghệ DG phát triển rất nhanh. Nhiều công cụ với khả năng

tính toán mạnh, nhiều phương pháp và thuật toán mới đã được phát triển. Do đó,

cần nghiên cứu các mô hình và phương pháp qui hoạch mới, hoàn thiện hơn

nhằm nâng cao tính chính xác và đáp ứng được yêu cầu thực tiễn.

1. Tính cấp thiết của đề tài

Tốc độ tăng trưởng phụ tải điện nước ta khá cao trong hơn thập kỷ qua.

Trong giai đoạn (1999÷2010) tốc độ tăng trưởng đạt 13,84% [34], dự báo trong

giai đoạn (2010÷2015) đạt (14,1÷16,0)% và đạt khoảng (11,3÷11,6)% trong giai

đoạn (2016÷2020) tương ứng sản lượng năm 2020 đạt khoảng (330÷362)tỷ kWh

[44]. HTCCĐ còn nhiều bất cập như nhiều cấp điện áp chồng chéo, thiết bị lạc

hậu, chất lượng điện năng và độ tin cậy CCĐ kém [42][44]. Do đó, qui hoạch

HTCCĐ cần phải được quan tâm thỏa đáng mới đáp ứng yêu cầu hiện nay.

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và đưa ra những giải pháp như xây

dựng lộ trình qui hoạch dài hạn, thống nhất cho từng khu vực và từng miền. Đầu

tư nâng cấp đường dây và TBA, từng bước nâng cấp và thay thế các hệ thống cũ,

thiết bị lạc hậu, bổ sung các thiết bị mới và giảm bán kính cấp điện nhằm nâng

cao chất lượng điện và độ tin cậy CCĐ [3][23][42]. Tuy vậy, thực hiện các giải

pháp trên đòi hỏi lượng vốn đầu tư lớn, thời gian thực hiện dài nên qui hoạch

HTCCĐ nước ta trong thời gian tới cần những giải pháp hiệu quả và đột phá.

Trong thập kỷ tới, phụ tải của HTĐ Việt Nam vẫn tăng khá cao, các nguồn

năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt, gây ô nhiễm môi trường và làm thay

đổi hệ sinh thái [44]. Nghiên cứu phát triển và ứng dụng các công nghệ phát điện

mới có khả năng tái tạo, không gây ô nhiễm môi trường trong qui hoạch HTĐ nói

chung và qui hoạch HTCCĐ là yêu cầu cấp thiết hiện nay. Hơn nữa, TTĐ đã

được xây dựng thành công tại nhiều quốc gia trên thế giới trong những năm gần

đây và đang từng bước được ứng dụng để tái cơ cấu ngành điện Việt Nam theo

xu hướng cạnh tranh [10][11][33][36]. Công nghệ phát điện đã phát triển rất

xii

nhanh với nhiều nguồn năng lượng mới và tái tạo được thương mại hóa thành

công, có thể cạnh tranh với các nguồn năng lượng truyền thống [88][101][106]

[111][112][128][131][138][146][148][154]. Khi DG tham gia trong HTCCĐ sẽ

dẫn đến những thay đổi trong bài toán qui hoạch và cải tạo. Những thay đổi này

làm tăng tính phức tạp của bài toán nhưng cũng mở ra những cơ hội để nâng cao

hiệu quả kinh tế và cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật của HTCCĐ [66][74][76].

Bài toán qui hoạch HTCCĐ đã được nghiên cứu và phát triển từ rất sớm với

nhiều phương pháp và mô hình qui hoạch được đề xuất. Nâng cấp thiết bị của hệ

thống (đường dây, TBA), bổ sung các đường dây mới và mở rộng sơ đồ hay bổ

sung thiết bị bù là bài toán qui hoạch cải tạo HTCCĐ đã được nhiều tác giả

nghiên cứu và đề xuất các mô hình tính toán [68][79][104][137][139]. Ứng dụng

DG trong HTCCĐ và đặc tính giá điện thay đổi theo thời gian phụ thuộc vào cơ

cấu tải rất được quan tâm gần đây. Do đó, nhiều mô hình qui hoạch HTCCĐ xét

đến khả năng tham gia DG đã được nghiên cứu và giới thiệu [50][60][70][71]

[122][124]. Những nghiên cứu này đã xét đến nhiều khía cạnh của bài toán qui

hoạch HTCCĐ khi tổng hợp DG. Tuy vậy, công suất của các DG thường thay đổi

phụ thuộc vào nguồn năng lượng sơ cấp, giá điện của các nguồn cung cấp cũng

thay đổi theo thời gian và vị trí kết nối trong HTĐ thì chưa được đề cập đầy đủ.

Từ phân tích trên, hướng nghiên cứu chính của luận án là bài toán qui

hoạch HTCCĐ có xét đến khả năng tham gia của DG với đặc tính công suất phát

theo từng công nghệ, tổng hợp đặc tính giá điện và ĐTPT.

2. Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của luận án là xây dựng cơ sở lý thuyết và phát triển

các phương pháp tính toán KT-KT nhằm giải quyết một số khía cạnh của bài toán

qui hoạch HTCCĐ khi xét đến các DG. Luận án sẽ tập trung nghiên cứu các mô

hình qui hoạch HTCCĐ có xét đến khả năng tham gia của DG với đặc tính công

suất phát thay đổi phụ thuộc nguồn năng lượng sơ cấp. Mô hình sẽ tổng hợp đặc

tính của giá bán điện và ĐTPT nhằm nâng cao tính chính xác của kết quả tính

toán. Trên cơ sở đó, xây dựng các chương trình tính toán và áp dụng cho bài toán

qui hoạch HTCCĐ Việt Nam.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là các HTCCĐ trung áp, thuộc phạm vi

quản lý và vận hành cấp địa phương (các điện lực quận, huyện, thành phố, nhà

máy xí nghiệp…) hay CTPP.

Trong điều kiện HTCCĐ có các DG, luận án sẽ tập trung nghiên cứu phát

triển lý thuyết và các phương pháp tính toán KT-KT của bài toán qui hoạch

xiii

HTCCĐ. Từ đó, xây dựng được mô hình và chương trình tính toán qui hoạch

HTCCĐ khi xét đến khả năng tham gia của DG.

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Bài toán qui hoạch HTCCĐ xét đến các DG ngày nay là vấn đề khoa học

hiện đại đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới cũng như tại Việt Nam quan

tâm nghiên cứu. Luận án nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán qui hoạch

HTCCĐ xét đến các DG với đặc trưng công nghệ qua đặc tính công suất phát,

tổng hợp ĐTPT và đặc tính giá điện. Biến nhị phân được sử dụng để biểu diễn

đặc tính chi phí phi tuyến có thành phần cố định của đường dây và TBA nguồn

phù hợp hơn với đặc tính chi phí thực tế đồng thời biểu diễn các ràng buộc nâng

cấp thiết bị từ dạng logic về các bất phương trình trong mô hình toán.

Chương trình tính toán theo mô hình đề xuất được lập trong chương trình

GAMS cho phép xét được đồng thời nhiều giải pháp trong bài toán qui hoạch

HTCCĐ cũng như đánh giá được rõ ràng hơn hiệu quả của từng giải pháp qua

các chỉ tiêu KT-KT của hệ thống.

Quá trình tái cơ cấu ngành điện nước ta đã được từng bước thực hiện, DG

đã được ứng dụng và có tiềm năng phát triển lớn. Các mô hình đề xuất trong luận

án đã được tính toán kiểm tra trên các HTCCĐ thực tế cho nhiều khu vực với đặc

điểm sử dụng DG điển hình bằng chương trình lập trong GAMS. Kết quả cho

thấy mô hình và chương trình tính toán phù hợp với những HTCCĐ thực tiễn. Do

đó, có thể được ứng dụng trong qui hoạch HTCCĐ Việt Nam.

5. Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của luận án gồm có phần mở đầu, phần kết luận và 4

chương. Tổng quan về HTCCĐ Việt Nam, những vấn đề tồn tại cần giải quyết và

cơ sở lý thuyết bài toán qui hoạch HTCCĐ được trình bày trong chương 1.

Chương này sẽ tổng hợp và đánh giá các mô hình, các thành phần của bài toán

qui hoạch HTCCĐ. Phân tích những tác động của giá bán điện và DG làm thay

đổi hàm mục tiêu, các ràng buộc và mô hình hóa các thành phần của bài toán. Từ

đó, định hướng những vấn đề nghiên cứu của luận án.

Chương 2 trình bày những nghiên cứu trước đây về bài toán qui hoạch

HTCCĐ từ đó đề xuất mô hình toán hai bước qui hoạch HTCCĐ khi xét đến đặc

tính giá điện, ĐTPT ngày điển hình và DG. Mô hình sử dụng hàm mục tiêu cực

tiểu chi phí vòng đời của phương án đầu tư với các ràng buộc đảm bảo yêu cầu

kỹ thuật. Trong bước cơ sở, mô hình xác định tiết diện nâng cấp đường dây và

công suất bổ sung của TBA nguồn với biến lựa chọn sử dụng biến thực đồng thời

với thông số đầu tư tối ưu của DG. Kết quả tính toán được lựa chọn lại theo

thông số tiêu chuẩn của thiết bị, tổng trở của hệ thống được cập nhật theo thông