Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
291
NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH THỊ TRƯỜNG ĐIỆN NHẰM
NÂNG CAO KHẢ NĂNG TÍCH HỢP NGUỒN NĂNG LƯỢNG
TÁI TẠO TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Nguyễn Minh Ý
Trường Đại học Thủy lợi, email: ynm@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Hệ thống điện (HTĐ) ngày nay không
những có nhiệm vụ đảm bảo cung cấp điện
năng cho phát triển kinh tế - xã hội mà còn
phải góp phần giảm ô nhiễm môi trường, làm
chậm sự nóng lên của trái đất và biến đổi khí
hậu [1]. Với yêu cầu như trên, các nguồn
năng lượng tái tạo (NLTT) như điện gió, điện
mặt trời, v.v... là giải pháp quan trọng trong
quy hoạch phát triển ngành Điện ở Việt Nam
và trên thế giới. Tính đến năm 2022 tại Việt
Nam, tổng công suất lắp đặt điện mặt trời là
16.567 MW chiếm 20,5% công suất toàn hệ
thống, điện gió là 5.059 MW (6,2%); dự kiến
đến năm 2030 các nguồn NLTT sẽ chiếm 30-
39% hệ thống, trong đó điện mặt trời là
20,591 MW, điện gió là 27.880 MW [1].
Tuy nhiên khác với các nguồn năng lượng
truyền thống, NLTT không ổn định, phụ thuộc
điều kiện tự nhiên như bức xạ mặt trời, tốc độ
gió, nhiệt độ, v.v. Các yếu tố này rất khó dự
báo và thường cho sai số lớn hơn nhiều so với
dự báo phụ tải. Với công cụ hỗ trợ hiện đại
như dữ liệu ảnh vệ tinh và các phần mềm trí
tuệ nhân tạo, sai số trong dự báo nguồn NLTT
là 10-15% so với phụ tải chỉ dưới 5%. Do đó
để khai thác các nguồn điện này, HTĐ cần
đảm bảo độ dự trữ lớn để cân bằng công suất,
đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn, ổn định.
Để quy hoạch phát triển HTĐ bền vững
cần lượng hóa được hiệu quả mang lại và các
ảnh hưởng của nguồn NLTT để từ đó có cơ
chế khuyến khích hợp lý, tạo môi trường
công bằng, minh bạch cho tất cả các tổ chức,
cá nhân đầu tư và tham gia kinh doanh, mua,
bán điện từ nguồn NLTT trên hệ thống.
Nghiên cứu này đề xuất mô hình thị trường
điện gồm các thị trường con: thị trường điện
(năng lượng), thị trường cân bằng công suất,
thị trường điều khiển tần số tải và thị trường
phát thải CO2. Trong đó, mỗi tổ chức, cá
nhân có thể tham gia vào một hoặc nhiều thị
trường con nhằm cung cấp (bán) hoặc sử
dụng (mua) dịch vụ theo giá trị trường.
2. MÔ HÌNH THỊ TRƯỜNG ĐIỆN
2.1. Thị trường điện
Thị trường điện (Electricity market) là thị
trường cho mua bán điện năng, đo bằng MWh
hay kWh. Trong thị trường bán buôn, người
bán là các công ty phát điện (Genco) và người
mua là các công ty phân phối điện (Disco)
hoặc các hộ tiêu thụ lớn (khu công nghiệp lớn)
tham gia đấu giá (Auction) thông qua đặt giá
(Bidding): giá và sản lượng người bán muốn
bán, người mua muốn mua; điểm cân bằng xác
định giá thị trường và sản lượng được phép
giao dịch của người mua/bán trên thị trường
điện. Thị trường điện thường được thiết kế cho
khoảng thời gian 30 phút hoặc 1 giờ.
2.2. Thị trường cân bằng công suất
Thị trường cân bằng công suất (Load
balancing market) là thị trường cho mua bán
dịch vụ công bằng công suất tải, đo bằng
MWh hay kWh. Người bán là các Genco có
dự phòng công suất, được huy động để tăng
hay giảm công suất phát theo nhu cầu thực tế
trên hệ thống. Người mua là các Disco, các
nhà máy NLTT (thị trường bán buôn) hay các
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
292
hộ tiêu thụ, nguồn DG có công suất phát
không ổn định (thị trường bán lẻ). Thị trường
cân bằng công suất là thị trường thời gian
thực được thiết kế cho khoảng thời gian 5, 10
hoặc 15 phút.
2.3. Thị trường điều khiển tần số tải
Thị trường điều khiển tần số tải (Load
frequency control market) là thị trường cho
mua bán dịch vụ điều chỉnh tần số tải, đo
bằng MW/h hay kW/h. Người bán là các
Genco có khả năng điều tần, hệ thống tích
năng hay các VPP tự động điều chỉnh. Người
mua là phụ tải, NLTT gây dao động tần số
(mất cân bằng công suất). Phí dịch vụ được
tính dựa trên biên độ công suất thay đổi
(người mua) và điều chỉnh (người bán), thị
trường cũng được chia thành thị trường bán
buôn và bán lẻ dựa trên quy mô, phạm vi
tham gia trên lưới điện. Thị trường điện
khiển tần số tải được thiết kế với khoảng thời
gian như thị trường cân bằng công suất
nhưng hoạt động theo thời gian thực.
2.4. Thị trường phát thải CO2
Thị trường phát thải CO2 (CO
2 emission
market) là thị trường cho mua bán quyền phát
khí thải CO2 vào môi trường, đo bằng tấn
CO2. Do yêu cầu về việc cắt giảm khí thải
(Net-zero carbon), chi phí phát thải là một
vấn đề quan trọng cần lượng hóa trong quy
hoạch phát triển và vận hành HTĐ. Để phát
điện, các Genco cần mua quyền phát thải
CO2, gọi là tín chỉ CO2 (tương đương 1 tấn
CO2 phát thải). Người bán tín chỉ CO2 là các
tổ chức, cá nhân được cấp hạn ngạch nhưng
không sử dụng hết hoặc thu được tín chỉ CO2
thông qua các dự án bảo vệ môi trường.
3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Mô hình thị trường điện đề xuất được mô
phỏng với lưới điện phân phối mẫu IEEE 19
nút, 11-kV, 575-kVA, tải không đối xứng [2].
Giả thiết tại nút số 7, 13, 16 tích hợp các
nguồn DG mặt trời một pha (DG1,2,3) công
suất đặt lần lượt là 100, 50, 50 kW tại các
pha a, b, c (Hình 1).
1246
8
910
11
12
14
18
15
13
19
37
5
17
Substation
bus
16
DG
1
DG
2
DG
3
Hình 1. Lưới điện phân phối IEEE 19 nút
Thuật toán tiến-lùi (Backward-forward
algorithm) cho phép tính toán trạng thái lưới
điện phân phối hình tia với thông số và tải
không đổi xứng. Thuật toán gồm bước lùi:
tính toán dòng điên chạy trên dây dẫn từ tải
về nguồn, và bước tiến: tính điện áp tại các
nút từ nguồn đến tải, 2 bước lùi-tiến được
tính toán lặp cho đến khi đạt giá trị hội tụ.
Kết quả mô phỏng thuật toán trong Matlab
cho ta phân bố điện áp các nút trên lưới trong
trường hợp không có và có nguồn DG như
Hình 2.
Ta thấy nguồn DG làm tăng sự mất cân
bằng trong lưới điện tuy nhiên vẫn trong
phạm vi cho phép (2%).
Hình 2. Điện áp lưới điện trong trường hợp
không có và có DG
Giả thiết hồ sơ phụ tải (load profile) tham
khảo từ lưới điện mẫu Châu Âu [3]. Với mô
hình thị trường điện đề xuất, phụ tải không
những chịu chi phí tiêu thụ điện năng mà còn
phải chi trả cho việc cân bằng công suất hệ
thống và điều chỉnh tần số gây ra do sự biến
thiên phụ tải theo thời gian. Công suất và chi
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
293
phí phụ tải trong từng thị trường điện con
được mô phỏng trong Hình 3. Giá điện trong
mô phỏng lấy theo biểu giá TOU bán buôn
cho tổ hợp thương mại - dịch vụ - sinh hoạt
và được điều chỉnh phù hợp.
Hình 3. Phụ tải trong thị trường điện (PE),
thị trường cân bằng công suất (PCB)
và thị trường điều chỉnh tần số tải (PTST)
Hồ sơ phát điện mặt trời tham khảo từ lưới
điện mẫu Châu Âu và được điều chỉnh cho
phù hợp [3]. Với mô hình thị trường điện đề
xuất, ngoài việc bán điện vào hệ thống với
giá thị trường, nguồn DG phải chịu chi phí
gây ra do sự biến động công suất phát theo
thời gian. Việc này sẽ được tính toán trong
hai thị trường khác nhau là thị trường cân
bằng công suất và thị trường điều chỉnh tần
số tải (Hình 4).
Hình 4. DG trong thị trường điện (PE),
thị trường cân bằng công suất (PCB)
và thị trường điều chỉnh tần số tải (PTST)
Chi phí, doanh thu của phụ tải và nguồn
DG trong mô phỏng cho trong Bảng 1. Với
mô hình thị trường điện đề xuất, chi phí cho
phụ tải tăng 11,72% trong khi doanh thu của
DG giảm 11,07% so với khi chỉ xét trong thị
trường điện truyền thống.
Bảng 1. Giao dịch của phụ tải,
điện mặt trời trong các thị trường điện
Thị trường Phụ tải
(103 VNĐ)
DG1
(103 VNĐ)
Thị trường 1 ˗ 17.496,7 + 2.611,5
Thị trường 2 ˗ 1.103,1 ˗ 138,1
Thị trường 3 ˗ 947,4 ˗ 151,1
Tổng ˗ 19.546,3 + 2.322,3
Chênh lệch (%) ˗ 11,72 ˗ 11,07
Ghi chú: Thị trường điện truyền thống chỉ gồm
thị trường mua bán điện năng (thị trường 1).
4. KẾT LUẬN
Bài báo trình bày mô hình thị trường điện
nhằm cụ thể hóa ảnh hưởng của các phần tử
khác nhau đối với hoạt động của hệ thống
điện, trong đó nguồn NLTT vừa đóng vai trò
người bán trong thị trường điện, vừa là người
mua trong thị trường cân bằng công suất,
điều khiển tần số tải. Mô hình được mô
phỏng với lưới điện IEEE 19 nút và số liệu từ
các mô hình mẫu. Kết quả mô phỏng bước
đầu là cơ sở cho nghiên cứu tiếp theo về thiết
kế chi tiết mô hình thị trường điện đề xuất.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Quyết định 500/QĐ-TTg ngày 15/5/2023
của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quy
hoạch phát triển điện lực quốc gia thời kỳ
2021 - 2030, tầm nhìn đến năm 2050.
[2] Ulas KILIC (2024). 19 node unbalanced
radial distribution system Simulink,
MATLAB Central File Exchange.
Retrieved July 20, 2024.
[3] Graham Dudgeon (2024). Distribution
System Model in Simscape: European Test
Feeder, MATLAB Central File Exchange.
Retrieved July 20, 2024.