Một số vấn đề vận hành kinh tế hệ thống điện

Chia sẻ: Le Cu | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

274
lượt xem 63
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'một số vấn đề vận hành kinh tế hệ thống điện', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Một số vấn đề vận hành kinh tế hệ thống điện

Trường Đại học Bách khoa Hà Nôi Bộ môn Hệ Thống Điện - Khoa Điện =============================== PGS. TS. Lã Văn Út Một số vấn đề về vận hành kinh tế hệ thống điện ===========
Hà Nội 10 - 2002 Nội dung I. BÀI TOÁN VẬN HÀNH KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1. Các nội dung tính toán kinh tế kỹ thuật chủ yếu đối với HTĐ. 1.2. Vài đặc điểm về hiện trạng và sự phát triển của HTĐ Việt Nam (trên quan điểm vận hành kinh tế). 1.3. Vai trò, ý nghĩa của các bài toán tối ưu hóa chế độ vận hành c ủa h ệ thống điện II. BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU CÁC NGUỒN ĐIỆN 2.1. Nội dung bài toán. 2.2. Đặc điểm bài toán vận hành tối ưu nguốn trong HTĐ Việt Nam. Vấn đề lựa chọn mô hình và phương pháp tính toán. 2.3. Hiệu quả áp dụng các phương pháp tính toán, vận hành tối ưu các nhà máy điện trong hệ thống điện hợp nhất. 2.4. Hiệu quả xây dựng mạch hai đường dây siêu cao áp 500 kV Bắc - Trung - Nam 2.5. Đánh giá vai trò và hiệu quả của các dự án phát triển nguồn đi ện đối với hệ thống III. VẤN ĐỀ VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3.1. Giảm tổn thất điện năng - chỉ tiêu kinh tế chủ yếu trong vận hành tối ưu hệ thống cung cấp điện. 3.2. Đặc điểm bài toán vận hành tối ưu nguồn trong hệ thống điện Việt Nam. Vấn đề lựa chọn mô hình và phương pháp tính toán. 3.2. Lựa chọn vị trí và dung lượng bù tối ưu công suất phản kháng trong hệ thống cung cấp điện. 3.3. Các trang thiết bị mới và vấn đề điều khiển vận hành t ối ưu h ệ thống cung cấp điện. IV. VẤN ĐỀ KHAI THÁC TỐI ƯU NGUỒN THỦY NĂNG 4.1. Điều tiết dài hạn ở các nhà máy thủy điện 4.2. Hiệu quả của nhà máy thủy điện tích năng. Tài liệu tham khảo 2
I. BÀI TOÁN VẬN HÀNH KINH TẾ HỆ THỐNG ĐIỆN Những đặc điểm của hệ thống điện Việt Nam cần quan tâm khi tính toán vận hành tối ưu hệ thống 1.1. Các nội dung tính toán kinh tế kỹ thuật chủ yếu đối với HTĐ. TÍNH TOÁN KINH TẾ KỸ THUẬT Quy hoạch, thiết kế Điều khiển, vận hành Phát triển, Cải tạo, nâng Tối ưu hóa Tối ưu hóa mở rộng cấp thiết bị chế độ chế độ nguồn điện lưới điện Phân tích kinh tế, tài Xác định phương thức vận chính, lựa chọn phương hành tối ưu (cực tiểu hóa án khả thi chi phí vận hành) 1.2. Vài đặc điểm về hiện trạng và sự phát tri ển c ủa HTĐ Vi ệt Nam (trên quan điểm vận hành kinh tế). 1. Sự hình thành hệ thống điện hợp nhất. Hệ thống điện hợp nhất có những đặc điểm chính như sau: Góp phần giảm được dự trữ tổng về công suất . Cho phép phối hợp khai thác hợp lý công suất và năng lượng . của các nhà máy thủy điện nói riêng - các nhà máy điện nói 3
chung và nâng cao tính kinh tế tổng hợp của chúng do có nhiều phương án để lựa chọn. Giảm được phụ tải cực đại tổng của hệ thống điện hợp nhất. . Cho phép hỗ trợ lẫn nhau giữa các hệ thống điện khi công . suất các nhà máy điện thay đổi theo mùa nhất là đối v ới th ủy điện, khi phụ tải các hệ thống điện khác nhau thay đổi khác nhau, khi cần sửa chữa thiết bị và sự cố. Hệ thống điện hợp nhất làm tăng sự liên kết giữa các ph ần . tử, điều đó cũng có nghĩa là sự cố ở một nơi nào đó có th ể dẫn đến ảnh hưởng ở một nơi rất xa. Sự tăng trưởng nhảy vọt về nhu cầu tiêu thụ điện. 2. Kể từ khi hợp nhất hệ thống điện, phụ tải toàn hệ thống và - từng miền tăng khá nhanh dẫn đến hệ thống điện Việt nam luôn phải vận hành trong tình trạng căng thẳng về nguồn. Lưới cung cấp điện còn tồn tại nhiều vấn đề bất cập: có quá - nhiều cấp điện áp, tổn thất truyền tải cao, dung lượng bù công suất phản kháng rất thiếu, ... Một số nét đặc thù riêng của hệ thống điện Việt Nam. 3. Có chiều dài lớn (trải dài theo lãnh thổ Bắc - Nam), có chiều - ngang nhỏ. Điều này dẫn đến các đường dây tải điện tương đối dài. Nguồn điện trong hệ thống điện Việt nam rất nhiều ch ủng - loại: thủy điện, nhiệt điện than, nhiệt điện dầu, tuabin khí chu trình đơn và chu trình hỗn hợp, điện diesel, ... với các đ ặc tính vận hành rất khác nhau. Nguồn phân bố không đều theo khu vực: - miền Bắc chủ yếu là các nhà máy thủy điện và nhiệt . điện than; miền Nam: bao gồm các nhà máy nhiệt điện dầu, tuabin . khí và tuabin khí hỗn hợp; miền Trung: cho đến nay có ít nhà máy điện. . Lưới cung cấp điện có nhiều cấp điện áp (110, 66, 35, 22, 15, - 10, 6 kV), cũ nát phi tiêu chuẩn (thiếu bù và các phương tiện điều chỉnh điện áp). 1.3. Vai trò, ý nghĩa của các bài toán tối ưu hóa ch ế đ ộ v ận hành c ủa hệ thống điện Xét ví dụ đơn giản: Hệ thống điện có 2 khu vực: 4
Khu vực 1 có: Nhiệt điện than 500 MW, thủy điện 1000 MW. . Khu vực 2 có: Nhiệt điện dầu 800 MW, nhiệt điện khí 400 . MW, thủy điện nhỏ 200 MW. Liên kết qua đường dây siêu cao áp 500 kV, giới hạn truy ền . tải Pmin = 100 MW, Pmax= 400MW. Tổn thất công suất 8% khi công suất truyền tải 500 MW (tỉ l ệ . theo xấp xỉ bậc 2). Các số liệu nguồn: Chi phí vận Giới hạn Nhà máy Khu Pmax Pmin vực sản lượng MW MW hành USD/MWh ngày (MWh) Thủy điện I 1000 0 5 18000 Nhiệt điện than I 500 300 15 - Nhiệt điện khí II 400 100 30 - Nhiệt điện dầu II 800 200 60 - Thuỷ điện nhỏ II 200 0 5 3000 Biểu đồ phụ tải t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 796 774 767 766 778 814 840 884 937 1007 1034 951 P1 913 925 1031 969 1014 1110 1384 1440 1350 1178 965 839 718 699 690 691 702 735 758 798 846 909 934 859 P2 824 835 930 874 915 1002 1300 1250 1220 1064 871 757 TĐ1 N§D NĐK ĐDSCA T§2 NĐT P2 P1 5
Kết quả phân tích PDgh 0 100 200 300 400 500 600 1180480 998035 854472 770193 738574 730525 730442 CΣ 12783 15038 17317 18000 18000 18000 18000 TD1 7200 7369 7628 9278 10718 11545 11630 NT Eng ND 10706 8432 6919 6010 5696 5699 5710 7200 7098 6216 5006 4070 3380 3317 NK 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 TD2 Sự biến thiên của hàm mục tiêu 1400000 1200000 1000000 800000 600000 400000 200000 0 1 2 3 4 5 6 7 Nhận xét: Cùng đảm bảo cho một biểu đồ phụ tải ngày, các phương án phân bố 1. khác nhau về công suất cho các nhà máy, có chi phí khác nhau đáng kể. Nguyên nhân: các nhà máy khác nhau nhiều về ch ủng lo ại v ới chi phí sản xuất khác nhau nhiều. Đường dây liên kết với giả thiết có công suất truyền tải khác nhau 2. ảnh hưởng rất mạnh đến chi phí vận hành của toàn hệ th ống. Tuy nhiên khi tăng khả năng truyền tải đến một mức độ nào đó thì sự thay đổi giá trị của hàm mục tiêu không đáng kể. 6
Khi xét hệ thống như một khu vực thì giới hạn truyền tải công suất 3. sẽ có khả năng không đảm bảo. Không cho phép vận hành. II. BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU CÁC NGUỒN ĐIỆN 2.1. Nội dung bài toán. Bài toán vận hành tối ưu hệ thống điện cần được mô tả ở dạng quy hoạch tổng hợp, mô tả tổng quát như sau: Hàm mục tiêu Cực tiểu hoá chi phí sản xuất điện năng: m  k C = ∑ ∑ (C ji ( Pij ) + SUC ji + SDC ji ) ⇒ min (1-1) i =1  j =1  Trong đó: Khoảng thời gian tính toán, khảo sát. i = 1..k Số tổ máy có trong hệ thống điện. j = 1..m các hàm mô tả đặc tính chi phí theo công suất phát c ủa Cij (Pij) tổ máy phát điện . Chi phí khởi động của tổ máy j ở giờ i. SUCji Chi phí dừng máy của tổ máy j ở giờ i. SDCji Các ràng buộc: Cân bằng công suất tại mỗi nút của hệ thống điện (hệ - phương trình). Ràng buộc về lượng nước sử dụng trong chu kỳ khảo sát của - các nhà máy thuỷ điện (hệ phương trình). Đảm bảo yêu cầu dự phòng công suất quay trong hệ thống - (hệ bất phương trình). Ràng buộc về biểu đồ cung cấp khí của các nhà máy điện - tuabin khí (hệ phương trình). Giới hạn truyền tải công suất trên một số nhánh của lưới - điện. Giới hạn công suất phát (tối đa, tối thiểu) của các tổ máy; - Ràng buộc về tốc độ tăng giảm công suất của tổ máy; - Ràng buộc về khởi động và dừng tổ máy: số giờ chạy máy tối - thiểu, số lần khởi động nhiều nhất, số giờ dừng máy tối thiểu, các tổ máy phải chạy, phải dừng... 7
Phân loại bài toán vận hành tối ưu: Người ta thường phân loại bài toán theo khung thời gian khảo sát: Thời gian từ vài tháng đến vài năm là bài toán ph ương thức - vận hành dài hạn. Từ một ngày đến vài tuần là phương thức vận hành trung - hạn. Từ vài tiếng đến vài ngày là bài toán phương thức vận hành - ngắn hạn. Từ một vài phút đến một giờ là bài toán vận hành kinh t ế th ời - gian thực gắn với hệ thống SCADA/EMS. 2.2. Đặc điểm bài toán vận hành tối ưu ngu ốn trong HTĐ Việt Nam. Vấn đề lựa chọn mô hình và phương pháp tính toán. Đặc điểm đầu tiên cần nhận thấy, đó là sự đa dạng về chủng loại 1. các nhà máy điện: thuỷ điện, nhiệt điện than, nhiệt điện dầu, nhi ệt điện khí, nhiệt điện khí chu trình hỗn hợp, Diesel, ... Nh ư trên đã nói, trong HTĐ càng đa dạng về chủng loại nguồn thì hiệu quả bài toán tối ưu hoá vận hành càng có ý nghĩa cao hơn, bởi s ẽ có kh ả năng l ựa chọn các phương án có hiệu quả rất khác nhau về chi phí vận hành. Tốc độ tăng trưởng nhảy vọt về nhu cầu tiêu thụ điện, đ ặt h ệ th ống 2. vào các tình huống căng thẳng về nguồn, dự trữ điện năng thấp, lựa chọn phương thức vận hành tối ưu khi đó càng có ý nghĩa quy ết định. Đôi khi đó còn là cách duy nhất để tìm được phương án vận hành khả thi. Giới hạn truyển tải công suất giữa các khu vực đối với HTĐ Việt 3. Nam cũng là một yếu tố bắt buộc cần phải xét đến. Nếu không xét giới hạn này, lời giải sẽ hoàn toàn vô nghĩa (phương án vận hành không khả thi). Tồn tại những đặc điểm riêng về nguồn ở một số nhà máy cũng là 4. một yếu tố cần quan tâm giải quyết (vùng cấm vận hành trên đặc tính, giới hạn cung cấp khí theo biểu đồ...). Vần đề lựa chọn phương pháp giải Với các đặc điểm đã nêu, mô hình bài toán vận hành tối ưu HTĐ Việt Nam cần được xét ở dạng đầy đủ của bài toán quy hoạch phi tuy ến. Những chương trình tính toán lập trên cơ sở các phương pháp sau đều không áp dụng được (hoặc cần áp dụng có cải tiến): Phương pháp Lagrange; - 8
Phương pháp cân bằng suất tăng tương đối; - Phương pháp quy hoạch động xét hệ thống như một khu vực. - ... Thời gian vừa qua, Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia k ết hợp với bộ môn Hệ thống điện trường đại học Bách khoa Hà N ội nghiên cứu thuật toán và xây dựng chương trình tính toán phân bố tối ưu công suất trong hệ thống điện dựa trên cơ sở phương pháp quy hoạch phi tuyến xấp xỉ [3]. Phương pháp tỏ ra có triển vọng áp dụng tốt. Ưu điểm của chương trình: Tính đến giới hạn công suất truyền tải giữa các khu vực; - Xét đến mọi giới hạn kỹ thuật vận hành các tổ máy. - Xét đến tính phi tuyến của tổn thất trên đường dây, đặc tính - tiêu hao nhiên liệu. Xét đến giới hạn cung cấp khí theo biểu đồ. - Luôn cho lời giải duy nhất khi có nghiệm. - Chương trình đã được ứng dụng thử lập biểu đồ vận hành ngày đêm cho HTĐ hợp nhất. 2.3. Hiệu quả áp dụng các phương pháp tính toán, vận hành t ối ưu các nhà máy điện trong hệ thống điện hợp nhất. Dưới đây là một số kết quả so sánh chi phí vận hành (ch ủ yếu là chi phí nhiên liệu) phương thức tối ưu tính theo ch ương trình với ph ương thức vận hành đã qua lập thep phương pháp chuyên gia. (Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia thực hiện). Ngày cuối Ngày cuối Ngày mùa lũ Ngày mùa Chi phí mùa khô (15/08/00) mùa lũ khô (15/05/00) (15/09/00) (15/12/00) Tính theo phương pháp 1566506 933378 648565 1168107 chuyên gia (USD) Tính theo phương pháp 1551496 898088 612982 1166840 mới (USD) Chênh lệch (USD) 15010 35291 35583 1267 9
(1%) (3.8%) (5.5%) (0.1%) Từ kết quả tính toán cho ta thấy sử dụng chương trình tính toán rất có lợi, chi phí nhiên liệu tiết kiệm được có thể chiếm một vài phần trăm của chi phí phát điện tổng. 2.4. Hiệu quả xây dựng mạch hai đường dây siêu cao áp 500 kV B ắc - Trung - Nam 1. Nguyên tắc tính toán Để đánh giá hiệu quả của đường dây về mặt kinh tế cần so sánh - chênh lệch chi phí vận hành hệ thống trong cùng điều kiện t ải và nguồn phương án có và phương án không có mạch hai đường dây siêu cao áp 500 kV. Hiệu giảm được chi phí do s ự xuất hiện mạch hai là bởi 2 nguyên nhân: Mở rộng giới hạn truyền tải công suất giữa các khu vực, nh ờ - thế có thể phối hợp tốt hơn các nguồn phát điện, phương án tối ưu có chi phí nhỏ hơn. Giảm tổn thất truyền tải do có thêm mạch. - Thời điểm đưa đường dây vào vận hành được tính từ cuối năm 2000, - còn hiệu quả kinh tế được tính toán trong 5 năm t ừ năm 2001 - 2005, theo chi phí của từng năm một, ứng với biểu đồ ph ụ t ải d ự báo (nh ư nhau cho 2 phương án). Giới hạn truyền tải của đoạn đường dây Plâycu - Phú Lâm - được lấy để tính toán: + Khi chỉ có 1 mạch cũ : 700 MW + Khi có thêm mạch thứ 2 : 1100 MW . Tổn thất trên đường dây siêu cao áp được tính ra trên cơ s ở trị - số vận hành hiện tại và coi là phụ thuộc bậc 2 với công suất truyền tải cuối đường dây: ∆ PD = k PD2 , Với k là hệ số tổn thất; k = ∆ PD/PD ≈ 10% khi PD = 450 MW. Biểu đồ phụ tải 3 miền từ năm 2001 đến 2005 lấy theo só - liệu dự báo trong Tổng sơ đồ 4 (mùa khô và mùa mưa) Các số liệu khác như công suất khả dụng các nhà máy đi ện tham gia - vận hành, chi phí điện năng thanh cái (tính theo nhiên liệu tiêu hao), 10
lượng nước về hồ chứa các nhà máy thủy điện (mùa khô, mùa mưa)... lấy theo số liệu của Viện Năng lượng Việt Nam. Nội dung và các bước tính toán đã được thực hiện như sau: Sử dụng các số liệu đã thu thập tiến hành xác định ch ế đ ộ vận hành tối ưu của hệ thống từ năm 2001 đến năm 2005. Mỗi năm tính với biểu đồ phụ tải và lượng nước mùa khô, mùa mưa. Kết quả nhận được từ mỗi phương án là biểu đồ vận hành tối ưu từng nhà máy, chi phí nhiên liệu từng nhà máy và chi phí tổng cho hệ thống, tính bằng USD . 2. Kết quả so sánh tổng hợp Bảng 1: Kết quả tính toán chi phí vận hành tối ưu HTĐ ( đơn vị USD) Năm 2001 2002 2003 2004 2005 Mưa Mưa Mưa Mưa Mưa Mùa Khô Khô Khô Khô Khô PA 1D 1256332 712539 1750485 1002411 2017882 1176473 1993615 1462282 2516372 1558238 1250013 684417 1747398 986389 2011901 1093788 1972776 1330701 2509610 1414638 PA 2D Ch. lệch 6319 28122 3087 16022 5981 82685 20839 131581 6762 143600 ngày Ch. lệch 6.285.483 3.487.393 16.181.545 27.816.650 27.441.065 năm Chênh lệch chi phí tổng trong 5 năm : 81.212.135 USD Từ các kết quả tính toán có thể rút ra được các kết luận sau v ề hiệu quả kinh tế đường dây: Đường dây có hiệu quả kinh tế ngay từ năm đầu tiên đưa vào vận 1. hành, tuy nhiên 2 năm đầu hiệu quả chưa cao : Năm 2001 thu hồi 6,3 triệu USD; - Năm 2002 là 3,5 triệu USD; - Các năm tiếp theo : Năm 2003 là 16,2 triệu USD; - Năm 2004 là 27,8 triệu USD; - 11
Năm 2005 là 27,4 triệu USD. - Như vậy có thể coi đường dây phát huy hiệu quả cao từ năm 2003 trở đi. Theo số liệu tính toán, sau 5 năm đường dây chưa thu hồi được vốn 2. đầu tư. Tuy nhiên với mức hiệu quả tính nh ư năm 2004, 2005 thì sau 6 năm đường dây sẽ thu hồi được vốn.Cũng có thể coi đó là một công trình có hiệu quả kinh tế cao. Các tính toán trên đây được thực hiện vào năm 1998. Kết quả đã phần nào khẳng định phương án xây dựng mạch hai 500 kV Pleiku - Phú Lâm. Hiện nay, khi so sánh hiệu quả các phương án sơ đồ lưới điện khu công nghiệp Dung Quất, các đoạn mạch hai khác của đường dây 500 kV, cũng cần áp dụng các phương pháp tính toán so sánh hiệu quả kinh tế. Rất tiếc các nội dung nay chưa được quan tâm đúng mức. 2.5. Đánh giá vai trò và hiệu quả của các dự án phát tri ển ngu ồn đi ện đối với hệ thống 1. Nguyên tắc tính toán Ngoài yêu cầu đảm bảo cân bằng công suất và điện năng h ệ th ống (có xét đến các loại dự phòng), về phương diện hiệu quả kinh tế vận hành hệ, một nguồn mới đưa vào có thể mang lại : Làm giảm chi phí vận hành, do đó giảm giá thành sản xu ất - điện năng bình quân của hệ thống; Lý do: giảm căng thẳng về công suất, có thể chuyển các nguồn kém kinh tế, hiệu su ất thấp thành công suất dự phòng. Hiệu quả này sẽ được chương trình tính toán phân bố tối ưu thiết lập. Nâng cao công suất dự phòng, cho phép lập được kế hoạch - sửa chữa hợp lý hơn, giảm xác xuất thiếu hụt điện năng cho hệ thống. Khi so sánh hiệu quả chủ yếu tính toán yếu tố đầu. Cách thực hiện như sau: Theo biểu đồ phụ tải ngày dự báo tăng trưởng qua các năm - (thường cho theo mùa khô, mùa mưa) đưa vào chương trình nhằm thiết lập điều kiện cân bằng công suất và điện năng. Theo lượng nước tính toán 2 mùa (khô và mưa) thiết lập cân - bằng điện năng ngày cho các NMTĐ. 12
Xét đến mọi giới hạn về kỹ thuật công suất khả dụng của - các nguồn đã có Tính toán phân bố tối ưu công suất trong hệ thống, hai - phương án có và không có nguồn mới đưa vào. Các kết quả có thể nhận được: Chênh lệch chi phí vận hành tổng giữa hai ph ương án (tính - cho từng năm). Từ đó tính ra hiệu quả vận hành tổng trong chu kỳ tính toán. Sự biến thiên giá điện sản suất bình quan của từng phương án - theo thời gian. Thời gian sử dụng công suất lắp máy Tmax của nhà máy dự - kiến đưa vào. Các thông tin trên rất hữu ích để so sánh kinh t ế kỹ thuật dự án. Nếu nhà máy có Tmax nhỏ thì cũng đã th ể hiện vai trò thấp trong kệ thống trong thời gian xét. Phương pháp tính vừa nêu đã được áp dụng tính toán luận ch ứng hiệu quả dự án xây dựng nhà máy nhiệt điện Ô Môn và thủy điện Sơn La. III. VẤN ĐỀ VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3.1. Giảm tổn thất điện năng - chỉ tiêu kinh tế chủ yếu trong v ận hành tối ưu hệ thống cung cấp điện. Khi lưới điện đã vận hành thì việc giảm th ấp tổn th ất đi ện năng là nội dung cột yếu của bài toán vận hành. Hiệu quả thể hiện: Giảm được giá thành điện năng truyền tải; - Giảm vốn đầu tư phát triển công suất trạm. - Cải thiện chất lượng điện năng (tổn thất lớn thường kéo theo - sụt điện áp). 3.2. Đặc điểm bài toán vận hành tối ưu nguồn trong hệ thống đi ện Việt Nam. Vấn đề lựa chọn mô hình và phương pháp tính toán. Như trên đã nói lưới điện Việt Nam và nhất là lưới phân ph ối có nhiều vấn đề cần xem xét (do quá trình tăng trưởng quá nhanh c ủa nhu cầu công suất): Lưới cũ nát; - Quá nhiều cấp điện áp; - Thiết kế thiếu quy chẩn, - 13
Thiếu dung lượng bù. - Do đó tổn thất lớn là không tránh khỏi. Ngoài nội dung cải tạo phát triển (quy hoạch thiết kế), Bài toán vận hành kinh tế rất đáng được quan tâm. Các lý do chính là: Các biện pháp vận hành kinh tế đòi hỏi đầu tư ít hơn; - Hiệu quả phương pháp có ý nghĩa phổ cập bởi lưới phân phối - trải kháp mọi miền đát nước. Tổn thất tổng trong lưới phân phối rất lớn. Về nguyên tắc toàn bộ CS nguồn đều phải qua LPP trước khi cung cấp cho phụ tải. Do đó giảm được mộ vài phần trăm tổn thất nhờ những phương pháp phổ cập sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Về phương diện vận hành lưới điện phân phối thì vần đề bù công suất phản kháng vẫn là nội dung có ý nghĩa lớn. 3.2. Lựa chọn vị trí và dung lượng bù tối ưu công su ất phản kháng trong hệ thống cung cấp điện. 1. Suất giảm chi phí đặt thêm dung lượng bù Khi tính toán hiệu quả và xác định nhu cầu bù CSPK đối với các LPP điện đang vận hành, khái niệm suất giảm chi phí tổn thất do đặt thêm thiết bị bù rất có ý nghĩa. Trước hết hãy xét biểu thức xác định tổn thất công suất trên một nhánh có điện trở R và điện kháng X. Công suất truy ền t ải cu ối đ ường dây khi chưa bù là P + jQ , sau bù là P + j(Q-Qb). A P+j(Q-Qb) 1 A 1 2 3 -jQb I 4 P+jQ 5 a) b) Tổn thất công suất tác dụng xét đến hiệu quả bù: 14
P 2 + (Q − Qb ) 2 ∆P = 3RI 2 ≈ R 2 U dm R (Q − Qb ) 2 RP 2 = + ; 2 2 U dm U dm Trong đó P,Q - công suất 3 pha, Uđm điện áp dây. Chênh lệch tổn thất trước và sau bù có thể tính được : R[Q 2 − (Q − Qb ) 2 ] R( 2QQb − Qb2 ) δP = ∆P1 − ∆P2 ≈ = ;. (1) 2 2 U dm U dm Dấu dương của δP thể hiện độ giảm tổn thất do đặt thiết bị bù. Nếu xét mạng phức tạp hình tia, hiệu quả làm giảm tổn th ất do đặt dung lượng bù Qbj tại nút j bất kỳ có thể viết được ở dạng tổng quát: 1 ∑ R (2Q Q δPj = − Qbj ) 2 i i bj 2 U dm ∈ i D (2) Trong đó tổng được tính với tất cả các nhánh i nằm trên đường D xuất phát từ thanh cái nguồn A đến nút j . Để tiện trong cách viết, ở đây sử dụng số hiệu nhánh trùng với số hiệu nút cuối của nó, tính theo h ướng công suất cung cấp từ đầu nguồn. Ví dụ, với sơ đồ hình 1,b hi ệu qu ả làm giảm tổn thất khi đặt dung lượng bù tại nút 4: 1 δP4 = [ R1 ( 2Q1Qb 4 − Qb24 ) + R2 ( 2Q2Qb 4 − Qb 4 ) + R4 ( 2Q4Qb 4 − Qb24 )] ; 2 2 U dm Khi dung lượng bù đặt tại nhiều nút ta cũng viết được: N δPΣ = ∑ δPj ; (3) j =1 Hiệu quả làm giảm chi phí tổn thất tổng: ∆ C = g.τ.δPΣ ; Trong đó: giá bán điện; g- τ- thời gian tổn thất công suất lớn nhất; δPΣ độ giảm tổn thất công suất do đặt thiết bị bù. 15
Cũng có thể thiết lập hàm hiệu quả làm giảm tổn thất riêng cho thiết bị bù đặt tại nút j: g.τ ∑ Ri (2QiQbj − Qbj ) ∆C j = g.τ .δPj = 2 . 2 U dm i ∈D Các biểu thức ∆ Cj phụ thuộc Qbj có thể coi là các hàm hiệu quả riêng của thiết bị bù. Chúng có dạng hàm bậc 2 v ới trị s ố c ực ti ểu t ại Qb>0. Trị số đạo hàm của hàm này chính là hiệu quả giảm chi phí tổn thất tính cho 1 đơn vị công suất bù đặt thêm tại m ột nút cụ th ể khi gi ữ nguyên trị số công suất bù tại mọi điểm khác (do đó nếu tính theo (3) ph ải l ấy đạo hàm rêng): ∂∆C 2. g.τ = 2 .[ ∑ Ri Qi − Qbj ∑ Ri ] ; (4) ∂Qbj U dm i i Có thể gọi ∂∆ C/∂ Qbj là suất giảm chi phí tổn thất tính cho dung lượng bù đặt tại nút j, chúng có đơn vị là đồng/kVar. năm. Dễ th ấy rằng mỗi đơn vị công suất bù đặt thêm vào nút j nào đó đem lại hiệu quả kinh tế chỉ khi suất giảm chi phí tổn thất tính toán được theo (4) lớn h ơn suất vốn đầu tư của thiết bị bù (tính cho mỗi năm). Nút có trị s ố su ất gi ảm chi phí càng lớn thì hiệu quả bù càng cao. Từ kết quả nhận được nêu trên có thể trực tiếp suy ra cách giải của một số bài toán ứng dụng: a) Bài toán xác định tất cả các vị trí (nút) bù đảm b ảo th ời gian thu hồi vốn đầu tư nhỏ hơn thời hạn đã cho. Sơ đồ thuật toán trình bầy trên hình 2. Các bước thực hiện như sau: Bước 1. Tính suất giảm chi phí tổn thất ∂∆ C/∂ Qb cho mọi nút, thực chất là tính các đạo hàm riêng (4) với mọi nút, trị s ố Qbj lấy b ằng t ổng các dung lượng bù đặt thêm cho đến bước đang xét (bước đấu tiên Qbj = 0). Tìm nút có suất giảm chi phí tổn thất lớn nh ất (chẳng h ạn nh ận đ ược nút k). 16
Bước 2. Tính thời gian thu hồi Vào số vốn đầu tư tương ứng với lượng liệu công suất bù đặt thêm vào nút k: Tính ∂ ∆ C/∂ Qbj theo k0 T= , n¨m ; (4) ∂C / ∂Qbk j=1,2,...,N Trong đó k0 - suất vốn đầu tư cho Thay đổi T×m một đơn vị công suất bù đặt thêm, ∂ C/∂ Qbk =max(∂ C/∂ Qbj) Qbk = Qbk +∆ Qb còn ∂∆ C/∂ Qbk vừa xác định được j theo (4). So sánh T với thời hạn T=k0/(∂ C/∂ Qbk) thu hồi vốn đã cho Tth. Nếu T
Kết quả tính toán trị số ∂∆ C/∂ Qb cho mỗi nút và thời gian thu hồi vốn đầu tư nếu đặt thêm dung lượng bù vào nút đó được liệt kê trong bảng. Nút có dâu * thể hiện có hiệu quả cao. Sơ đồ LPP thuộc lộ 976 E11 trạm Thành Công Hà Nội Bảng 4-2: Kết quả phân tích bù Nhanh Ri Qi Qbi U dC/dQ Tth i j om kVar kVar kV ng.dg/kVar nam 1 2 0.03 378.03 0.00 10.43 0.011 8748.72 2 3 2.27 340.00 0.00 0.40 25.836 3.87 1 4 0.01 12168.19 0.00 10.37 0.019 5208.46 4 5 0.04 2282.37 0.00 10.35 0.023 4298.22 5 6 1.64 410.00 0.00 0.40 23.008 4.35 5 7 6.84 170.00 0.00 0.40 39.933 2.50 5 8 0.03 1628.88 0.00 10.34 0.026 3921.21 8 9 0.05 914.03 0.00 10.33 0.028 3585.16 9 10 13.89 100.00 0.00 0.40 48.209 2.07 9 11 0.05 801.61 0.00 10.32 0.030 3346.42 18
11 12 0.03 155.49 0.00 10.32 0.030 3322.57 12 13 9.60 140.00 0.00 0.40 46.890 2.13 11 14 0.02 645.62 0.00 10.32 0.030 3287.61 14 15 0.03 155.94 0.00 10.32 0.031 3260.69 15 16 9.60 140.00 0.00 0.40 46.891 2.13 14 17 0.04 490.13 0.00 10.31 0.031 3192.87 17 18 2.27 340.00 0.00 0.40 26.376 3.79 17 19 0.03 111.51 0.00 10.31 0.031 3177.25 19 20 13.89 100.00 0.00 0.40 48.457 2.06 8 21 0.03 713.13 0.00 10.34 0.026 3776.06 21 22 2.27 300.00 0.00 0.40 23.041 4.34 21 23 0.02 379.16 0.00 10.34 0.027 3717.51 23 24 0.02 189.44 0.00 10.33 0.027 3684.86 24 25 6.84 170.00 0.00 0.40 40.138 2.49 23 26 0.03 189.46 0.00 10.33 0.027 3674.00 26 27 6.84 170.00 0.00 0.40 40.138 2.49 4 28 0.03 9747.88 0.00 10.29 0.033 3045.78 28 29 0.02 333.21 0.00 10.29 0.033 3016.50 29 30 2.27 300.00 0.00 0.40 23.279 4.30 28 31 0.04 9229.67 0.00 10.16 0.053 1897.92 31 32 0.06 3394.75 0.00 10.10 0.064 1552.25 32 33 6.84 170.00 0.00 0.39 42.275 2.37 32 34 0.02 3197.01 0.00 10.08 0.068 1468.00 34 35 6.84 170.00 0.00 0.39 42.279 2.37 34 36 0.02 3000.76 0.00 10.06 0.072 1396.61 36 37 9.60 140.00 0.00 0.39 49.398 2.02 36 38 0.02 2837.24 0.00 10.04 0.075 1327.68 38 39 2.27 340.00 0.00 0.39 28.079 3.56 38 40 0.02 2452.48 0.00 10.03 0.079 1273.20 40 41 9.60 140.00 0.00 0.38 49.921 2.00 40 42 0.02 2292.53 0.00 10.02 0.081 1231.10 42 43 9.60 140.00 0.00 0.38 49.924 2.00 42 44 0.02 2134.02 0.00 10.01 0.083 1203.28 44 45 9.60 140.00 0.00 0.38 50.187 1.99 * 44 46 0.02 1974.86 0.00 9.99 0.085 1170.56 46 47 9.60 140.00 0.00 0.38 50.189 1.99 * 46 48 0.02 1817.31 0.00 9.99 0.087 1148.96 48 49 9.60 140.00 0.00 0.38 50.191 1.99 * 48 50 0.03 1657.61 0.00 9.97 0.090 1111.44 50 51 9.60 140.00 0.00 0.38 50.457 1.98 * 50 52 2.27 600.00 0.00 0.37 53.575 1.87 * 50 53 9.60 140.00 0.00 0.38 50.457 1.98 * 50 54 9.60 140.00 0.00 0.38 50.457 1.98 * 50 55 0.03 490.68 0.00 9.97 0.091 1100.79 55 56 4.69 220.00 0.00 0.38 38.335 2.61 55 57 0.04 245.49 0.00 9.96 0.091 1093.80 57 58 4.69 220.00 0.00 0.38 38.536 2.59 31 59 0.06 5701.66 0.00 10.04 0.071 1408.50 59 60 6.84 170.00 0.00 0.39 42.721 2.34 59 61 0.01 5489.04 0.00 10.01 0.075 1332.49 61 62 6.84 170.00 0.00 0.38 42.948 2.33 61 63 0.07 178.65 0.00 10.01 0.076 1319.86 63 64 6.84 160.00 0.00 0.39 40.217 2.49 61 65 0.01 5100.94 0.00 9.99 0.079 1268.57 65 66 6.84 170.00 0.00 0.38 43.176 2.32 65 67 0.02 4883.54 0.00 9.96 0.084 1186.27 67 68 1.64 480.00 0.00 0.38 29.751 3.36 67 69 2.27 340.00 0.00 0.38 28.528 3.51 67 70 0.02 1453.80 0.00 9.95 0.086 1168.34 70 71 6.84 170.00 0.00 0.38 43.636 2.29 70 72 0.02 1262.85 0.00 9.94 0.087 1153.17 19
72 73 4.69 220.00 0.00 0.38 38.531 2.60 72 74 4.69 220.00 0.00 0.38 38.531 2.60 72 75 0.01 770.90 0.00 9.94 0.087 1145.60 75 76 6.84 170.00 0.00 0.38 43.638 2.29 75 77 0.06 336.21 0.00 9.94 0.088 1131.86 77 78 3.20 300.00 0.00 0.38 36.065 2.77 75 79 0.04 245.55 0.00 9.94 0.088 1138.69 79 80 4.69 220.00 0.00 0.38 38.735 2.58 67 81 0.01 2498.71 0.00 9.95 0.086 1166.87 81 82 6.84 170.00 0.00 0.38 43.636 2.29 81 83 6.84 170.00 0.00 0.38 43.636 2.29 81 84 9.60 140.00 0.00 0.38 50.718 1.97 * 81 85 0.01 1961.00 0.00 9.94 0.087 1147.21 85 86 0.03 1544.76 0.00 9.93 0.090 1114.80 86 87 0.02 111.54 0.00 9.92 0.090 1113.54 87 88 13.89 100.00 0.00 0.38 52.690 1.90 * 86 89 0.02 1431.49 0.00 9.92 0.091 1093.94 89 90 0.02 245.30 0.00 9.91 0.092 1089.93 90 91 4.69 220.00 0.00 0.38 38.942 2.57 89 92 0.04 111.45 0.00 9.92 0.092 1091.34 92 93 9.60 100.00 0.00 0.38 35.693 2.80 89 94 0.03 1073.26 0.00 9.91 0.093 1075.06 94 95 4.69 240.00 0.00 0.38 42.925 2.33 94 96 0.04 803.21 0.00 9.90 0.095 1054.59 96 97 2.27 680.00 0.00 0.36 63.058 1.59 * 85 98 0.03 413.28 0.00 9.93 0.088 1139.61 98 99 6.84 170.00 0.00 0.38 43.638 2.29 98 100 0.02 223.39 0.00 9.93 0.088 1136.35 100 101 30.00 60.00 0.00 0.38 69.350 1.44 * 100 102 9.60 140.00 0.00 0.38 50.988 1.96 * 500 1 0.02 12916.25 0.00 10.50 0.011 9229.84 Ton that cong suat tac dung tong: 802.05 kW ; 3.3. Các trang thiết bị mới và vấn đề điều khi ển v ận hành t ối ưu h ệ thống cung cấp điện. IV. VẤN ĐỀ KHAI THÁC TỐI ƯU NGUỒN THỦY NĂNG 4.1. Điều tiết dài hạn ở các nhà máy thủy điện 4.2. Hiệu quả của nhà máy thủy điện tích năng. (các phần giới thiệu thêm) 20