Tài liệu Lựa chọn vận hành tối ưu các tổ máy trong nhà máy điện sử dụng phương pháp danh sách ưu tiên cải tiến và quy hoạch toàn phương

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------- NGUYỄN HỮU NHÂN LỰA CHỌN VẬN HÀNH TỐI ƯU CÁC TỔ MÁY TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP DANH SÁCH ƯU TIÊN CẢI TIẾN VÀ QUY HOẠCH TOÀN PHƯƠNG Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện Mã số: 605251 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 5 năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc -----o0o----- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: NGUYỄN HỮU NHÂN MSHV: 12820137 Ngày, tháng, năm sinh: 21/8/1973 Nơi sinh: Hậu Giang Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện Mã số: 605251 I. TÊN ĐỀ TÀI: Lựa chọn vận hành tối ưu các tổ máy trong nhà máy điện sử dụng phương pháp danh sách ưu tiên cải tiến và quy hoạch toàn phương II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG - Nghiên cứu về phương pháp danh sách ưu tiên cải tiến và quy hoạch toàn phương. - Dựa trên phương pháp danh sách ưu tiên cải tiến và quy hoạch toàn phương để xây dựng thuật toán với mục đích vận hành tối ưu về mặt kinh tế các tổ máy trong nhà máy điện. - Thu thập số liệu thực tế và áp dụng thuật toán để thực hiện tính toán dựa trên số liệu này. - So sánh kết quả tính toán theo phương pháp đề xuất với thực tế từ đó rút ra kết luận. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/7/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/5/2015 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Lê Kỷ Cần Thơ, ngày CÁN BỘ HƯỚNG DẪN tháng năm 2015 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ i CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Lê Kỷ Cán bộ chấm nhận xét 1 : ........................................................................... Cán bộ chấm nhận xét 2 : ........................................................................... Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Cần Thơ, ngày . . tháng . . năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. .............................................................. 2. .............................................................. 3. .............................................................. 4. .............................................................. 5. .............................................................. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi muốn gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS Lê Kỷ giáo viên hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Thầy đã rất tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong từng bước nghiên cứu để hiểu và hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến với quý Thầy,Cô thuộc Đại Học Bách Khoa TpHCM cũng như quý Thầy,Cô thuộc trường Đại học Cần Thơ đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức quan trọng giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cám ơn quý Thầy, Cô phòng sau đại học Đại Học Bách Khoa TpHCM cũng như quý Thầy, Cô phòng quản lý sau đại học thuộc trường Đại học Cần Thơ đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập của mình. Tôi cũng xin chân thành cám ơn Ban Giám Đốc nhà máy nhiệt điện Ô Môn cũng như tất cả các đồng nghiệp đã quan tâm giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi vừa học vừa hoàn thành tốt công việc của mình tại công ty. Tôi cũng xin gửi lời cám ơn đến bạn bè, gia đình và đồng nghiệp đã động viên, hỗ trợ cho tôi về nhiều mặt trong quá trình học tập và nghiên cứu Cuối cùng là lời cám ơn đến gia đình nhỏ của tôi, nguồn động lực để tôi luôn phấn đấu. Tuy bản thân đã cố gắng rất nhiều nhưng do những hạn chế về mặt kiến thức nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được sự góp ý từ phía thầy cô và các bạn đồng nghiệp. Học viên NGUYỄN HỮU NHÂN iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Bài toán vận hành tối ưu các tổ máy phát là một trong những dạng toán cơ bản nhất của ngành Hệ thống điện. Mục tiêu của bài toán là xác định lịch trình làm việc cho các tổ máy, vận hành theo yêu cầu phụ tải với các ràng buộc kỹ thuật sao cho kinh tế nhất. Dựa vào những nghiên cứu của các nhà khoa học đi trước, chúng tôi đã xây dựng một thuật toán mới để giải quyết bài toán ấy. Phương pháp mới này phát triển dựa trên phương pháp thứ tự ưu tiên cải tiến kết hợp với thuật toán quy hoạch toàn phương. Qua các kiểm nghiệm trên những mô hình hệ thống điện đã được đề xuất trước đây, áp dụng với các số liệu của nhà máy Cần Thơ – Ô Môn, so sánh kết quả trên phương pháp mới với thực tế vận hành của nhà máy trong thời gian vừa qua thì phương pháp mới mang lại hiệu quả cao về mặt kinh tế và tiết kiệm thời gian tính toán. Tất cả những vấn đề nêu trên được luận văn trình bày trong 7 chương: Chương 1: MỞ ĐẦU: Giới thiệu sơ lược về bài toán vận hành tối ưu các tổ máy phát và mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn. Chương 2: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU CÁC TỔ MÁY PHÁT: Giới thiệu sơ lược các phương pháp giải bài toán đã được công bố trong những công trình của các nhà khoa học đi trước. Chương 3: PHƯƠNG PHÁP DANH SÁCH ƯU TIÊN CẢI TIẾN VÀ QUY HOẠCH TOÀN PHƯƠNG Chương 4: BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU TỔ MÁY PHÁT: Giới thiệu cụ thể về bài toán vận hành tối ưu tổ máy phát. Chương 5: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP DANH SÁCH ƯU TIÊN CẢI TIẾN VÀ QUY HOẠCH TOÀN PHƯƠNG CHO BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU TỔ MÁY: Áp dụng và xây dựng thuật toán hoàn chỉnh cho bài toán vận hành tối ưu tổ máy phát dựa trên phương pháp danh sách ưu tiên cải tiến và quy hoạch toàn phương. Chương 6: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Ô MÔN – CẦN THƠ: Áp dụng và xây dựng thuật toán hoàn chỉnh cho bài toán vận hành tối ưu tổ máy phát dựa trên phương pháp danh sách ưu tiên cải tiến và quy hoạch toàn phương. Đưa ra kết quả tính toán cụ thể. Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁP TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI: Rút ra những kết luận chung từ chương 6 và định hướng khả năng phát triển của đề tài. iv LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan bản thuyết minh luận văn này do em thực hiện. Các số liệu sử dụng trong thuyết minh, kết quả phân tích và tính toán được tìm hiểu qua các tài liệu và từ số liệu thực tế. v MỤC LỤC CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1 1.1 Giới thiệu chung ................................................................................................. 1 1.2 Bài toán vận hành kinh tế công suất phát ........................................................... 1 1.3 Vận hành tối ưu các tổ máy ................................................................................ 2 1.4 Đặt vấn đề ........................................................................................................... 3 1.5 Tính cấp thiết của đề tài...................................................................................... 4 1.6 Mục tiêu của đề tài.............................................................................................. 5 1.7 Đối tượng và phạm vị nghiên cứu ...................................................................... 5 1.8 Ý nghĩa khoa học của đề tài ............................................................................... 6 1.9 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: ............................................................................... 6 CHƯƠNG 2 ..................................................................................................................... 7 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU CÁC TỔ MÁY PHÁT ............................................................................................................... 7 2.1 Giới thiệu chung ................................................................................................. 7 2.2 Các phương pháp cổ điển ................................................................................... 7 2.2.1 2.3 Phương pháp quy hoạch động (dynamic programming) ................................. 7 Các phương pháp hiện đại ................................................................................ 10 CHƯƠNG 3 ................................................................................................................... 14 PHƯƠNG PHÁP DANH SÁCH ƯU TIÊN CẢI TIẾN VÀ QUY HOẠCH TOÀN PHƯƠNG ....................................................................................................................... 14 3.1 Phương pháp danh sách ưu tiên cổ điển ........................................................... 14 3.2 Đề xuất phương pháp danh sách ưu tiên cải tiến ............................................. 17 CHƯƠNG 4 ................................................................................................................... 28 BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU TỔ MÁY PHÁT.................................................... 28 Đặt vấn đề ................................................................................................................... 28 Tìm hiểu về bài toán vận hành tối ưu tổ máy: ............................................................ 29 Tổng kết: ..................................................................................................................... 36 CHƯƠNG 5 ................................................................................................................... 37 ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP DANH SÁCH ƯU TIÊN CẢI TIẾN VÀ QUY HOẠCH TOÀN PHƯƠNG CHO BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU TỔ MÁY ....................... 37 vi Giới thiệu .................................................................................................................... 37 Quá trình xây dựng lịch trình huy động và ngừng tổ máy.......................................... 38 CHƯƠNG 6 ................................................................................................................... 46 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Ô MÔN – CẦN THƠ ...... 46 6.1 Giới thiệu về NMNĐ chu trình đơn Ô Môn – Cần Thơ ................................... 46 6.4 Kết quả tính toán ................................................................................................. 60 6.4.1 Giới thiệu phương pháp tính ......................................................................... 60 CHƯƠNG 7 ................................................................................................................... 68 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI.............................................. 68 7.1 Kết luận ................................................................................................................ 68 7.2 Hướng phát triển của đề tài .................................................................................. 68 Tài liệu tham khảo………………………………………………………………..…70 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 5.1: Mô tả sự hiệu chỉnh chi phí khởi động…………………....…….…………..39 Hình 5.2: Mô tả ý tưởng tắt bớt tổ máy thừa……………………………….………….40 Hình 6.1: Sơ đồ các tổ máy .GT……………………………………………………….45 Hình 6.2: Sơ đồ đấu nối tổ máy S1……………………………………………………46 Hình 6.3: Sơ đồ kết nối lưới điện trong nhà máy nhiệt điện Ô Môn- Cần Thơ…….…47 Hình 6.4 : Nhà máy nhiệt điện Cần Thơ, tổ máy S1(33MW)…………………………48 Hình 6.5: Nhà máy nhiệt điện Cần Thơ, các tổ máy GT(4 X 34MW)……… ….…….49 Hình 6.6: Nhà máy nhiệt điện Cần Thơ, tổ máy S1(330MW)…… ………………….50 Hình 6.7: Chi phí tổ máy S1……………………………………….……………..……53 Hình 6.8: Chi phí tổ máy S4…………………………………………………….……..53 Hình 6.9: Chi phí tổ máy GT1……….………………………………………………..54 Hình 6.10: Chi phí tổ máy GT2……………………………………………...………..54 Hình 6.11: Chi phí tổ máy GT3…………………………………………………...…..55 Hình 6.12: Chi phí tổ máy GT4…………………………………………...…………..55 viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.5: Các bước lặp để tìm nghiệm……………………………………….……….25 Bảng 5.1: Dữ liệu về đặc tính các tổ máy cho bài toán 4 tổ máy……….……….…….34 Bảng 5.2: Công suất phụ tải cho bài toán 4 tổ máy……….……………………….…..35 Bảng 5.3: Danh sách thứ tự ưu tiên cho bài toán 4 tổ máy…………………..………..36 Bảng 5.4: Trạng thái làm việc ban đầu của 4 tổ máy…………….………….…….......37 Bảng 5.5: Tính toán thời gian chạy của các tổ máy phát…………….………….…….37 Bảng 5.6: Tính toán thời gian tắt của các tổ máy phát………….…………….……….38 Bảng 5.7: Trạng thái làm việc của các tổ máy phát sau khi hiệu chỉnh…………...…..39 Bảng 6.1: Chi phí khởi động cho các trạng thái của từng tổ máy …………………….51 Bảng 6.2: Thông số của các tổ máy…………………………………………..……….57 Bảng 6.3: So sánh kết quả tính toán theo phương pháp đề xuất với thực tế ………….57 Bảng 6.4: Bảng tổng hợp kết quả so sánh chi phí vận hành theo phương pháp UC_EMOQP và thực tế ………………………………………………………...……..67 ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT UC: unit commitment ED: economic dispatch LR: Lagrange relaxtion UC-EMOQP: unit commitment enhance merit order quadratic programming x CBHD: TS. Lê Kỷ CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung Vận hành kinh tế là công tác rất quan trọng trong hệ thống năng lượng, nhằm thu hồi lợi nhuận từ vốn đầu tư ban đầu. Dưới sức ép từ giá cả năng lượng ngày càng tăng cao và tính cạnh tranh gay gắt trên thị trường điện, nên bắt buộc các nhà máy cần phải cực đại hiệu suất sản xuất nhằm giảm thiểu chi phí cho mỗi kilowat giờ đến các công ty phân phối và người tiêu dùng. Vận hành kinh tế bao gồm hai phần: sản xuất và phân phối. Phần thứ nhất là cực tiểu chi phí sản xuất hay còn gọi là bài toán vận hành kinh tế công suất phát và phần thứ hai là cực tiểu năng lượng tổn thất trong quá trình truyền tải năng lượng từ các nhà máy đến phụ tải. Mục tiêu của bài toán vận hành kinh tế công suất phát là xác định công suất phát cho mỗi nhà máy (và cho mỗi tổ máy trong nhà máy) nhằm cực tiểu hóa chi phí nhiên liệu cần thiết phục vụ cho hệ thống phụ tải. Vì vậy, những bài toán vận hành kinh tế công suất phát tập trung vào việc sắp xếp chi phí sản xuất của tất cả các tổ nhà máy trong hệ thống sao cho tối ưu về kinh tế nhất. Bài toán cực tiểu tổn thất có rất nhiều dạng phụ thuộc vào cách thức điều khiển dòng công suất trong hệ thống. Cả hai bài toán cực tiểu chi phí lẫn cực tiểu tổn thất năng lượng đều được giải quyết dựa trên khả năng phân bố tối ưu công suất. Ta có thể thấy bài toán vận hành kinh tế công suất phát là một trong những bài toán cơ bản nhất của ngành hệ thống, từ xưa đến nay các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu nhằm tìm ra những phương pháp tính toán tối ưu và tiết kiệm thời gian nhất. Ta có thể điểm qua một vài phương pháp cổ điển như: Lagrange Relaxation, Newton – Raphson, quy hoạch tuyến tính, quy hoạch toàn phương, … và những phương pháp hiện đại như: mạng neuron, lý thuyết mờ, thuật toán di truyền,… 1 HVTH: Nguyễn Hữu Nhân CBHD: TS. Lê Kỷ 1.2 Bài toán vận hành kinh tế công suất phát Đây là dạng toán xuất hiện sớm nhất, nó xuất phát từ yêu cầu cung cấp năng lượng sao cho hiệu quả nhất cho các phụ tải. Khi phụ tải tăng, năng lượng sẽ được cung cấp bởi tổ máy có hiệu suất cao nhất cho đến lượng công suất đạt đến giá trị hiệu suất lớn nhất của tổ máy có thể đạt được. Sau đó, phụ tải lại tiếp tục tăng, ta phải thêm vào hệ thống những tổ máy mới. Và cũng theo quy tắc đó, tổ máy thứ 3 sẽ không được huy động công suất nếu tổ máy thứ 2 chưa đạt đến điểm cực đại hiệu suất. Rõ ràng thậm chí khi bỏ qua công suất tổn hao trong truyền tải thì phương pháp này cũng thất bại trong việc cực tiểu hóa chi phí sản xuất. Để xác định sự vận hành tối ưu giữa các loại tổ máy khác nhau, chi phí vận hành của mỗi tổ máy phải được biểu diễn theo công suất phát. Trong các nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch, chi phí nhiên liệu chiếm tỷ lệ lớn trên tổng chi phí vận hành của tổ máy. Như vậy, ta nhận thấy rằng tất cả các chi phí vận hành, bao gồm cả chi phí cho nhiên liệu, đều được biểu diễn theo công suất phát. Khi đó, ta hình thành đường đặc tuyến biểu diễn mối quan hệ giữa công suất phát ra và chi phí nguyên liệu vào. Nếu đường đặc tính được biểu diễn theo hàm bậc 2 thì ta có thể viết biểu thức chi phí nguyên liệu như sau: fi ai ci .Pi 2 bi .Pi (1.1) Biểu thức (1.1) cũng là biểu thức tính toán chi phí nguyên liệu thông dụng nhất trong hầu hết các bài toán vận hành kinh tế công suất phát hiện nay. Trong luận văn này, biểu thức (1.1) cũng được sử dụng để tính toán chi phí cho các tổ máy. 1.3 Vận hành tối ưu các tổ máy Bởi vì tổng phụ tải của hệ thống điện thay đổi liên tục trong ngày và có thể đạt giá trị đỉnh khác nhau trong những ngày khác nhau. Do đó, kỹ sư vận hành hệ thống phải quyết định những tổ máy nào được huy động, khi nào hòa điện vào lưới, khi nào 2 HVTH: Nguyễn Hữu Nhân CBHD: TS. Lê Kỷ tách lưới,… Một tổ máy được vận hành như vậy ta nói nó được vận hành tối ưu và chương trình máy tính giúp ta quyết định chuỗi vận hành của tổ máy ta gọi là vận hành tối ưu các tổ máy (unit commitment – UC). Ở đây ta chỉ xem xét vận hành tối ưu các tổ máy nhiệt điện. Không giống như bài toán vận hành kinh tế công suất phát, bài toán vận hành tối ưu các tổ máy thường phức tạp hơn rất nhiều. Đối với bài toán vận hành kinh tế công suất phát, tại mỗi thời điểm xét, ta chỉ cần chú ý đến phụ tải hệ thống hiện đang hoạt động. Trong khi bài toán vận hành tối ưu các tổ máy lại quyết định thời điểm kinh tế nhất để khởi động hoặc dừng tổ máy, đồng thời vẫn phải đảm bảo tính kinh tế trong từng thời điểm vận hành. Như vậy bài toán vận hành tối ưu các tổ máy ngoài ý nghĩa là sự kết hợp của nhiều bài toán vận hành kinh tế công suất trong mỗi thời điểm xét, dạng toán này còn xét đến các điều kiện ràng buộc khác đảm bảo các tổ máy phát cũng như hệ thống điện vận hành an toàn như thời gian ngừng/khởi động tổ máy tối thiểu, dự trữ công suất, giới hạn tốc độ tăng/giảm công suất phát, các điều kiện giới hạn về nhân lực,… Bên cạnh đó, khi vận hành tối ưu các tổ máy phát ta cũng phải tính đến dự báo phụ tải của hệ thống trong một khoảng thời gian nhất định. Nói chung bài toán vận hành tối ưu các tổ máy phát là dạng toán mang tính thực tế cao nhưng có khối lượng tính toán lớn, không tuyến tính và phức hợp nhiều biến số ảnh hưởng lẫn nhau. Giải bài toán là quá trình đưa ra những quyết định phức tạp nhằm thỏa mãn nhiều yêu cầu. 1.4 Đặt vấn đề Thực hiện theo Quyết định số 63/2013/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 08/11/2013 phê duyệt lộ trình, các điều kiện và cơ cấu ngành điện để hình thành và phát triển các cấp độ thị trường điện lực tại Việt Nam, Theo đó, ba Tổng công ty Phát điện được thành lập, thị trường điện Việt Nam vận hành và phát triển theo ba cấp độ, hiện nay đang trong giai đoạn vận hành theo cơ chế thị trường phát điện cạnh tranh, từ đó, các Tổng công ty Phát điện đã đưa ra nhiều chủ trương, trong đó xác định thực hiện 3 HVTH: Nguyễn Hữu Nhân CBHD: TS. Lê Kỷ chủ trương tối ưu hóa chi phí trong sản xuất kinh doanh, giảm chi phí sản xuất, đem lại lợi nhuận cao nhất cho Tổng công ty là yếu tố then chốt quyết định khả năng cạnh tranh và sự tồn tại lâu dài, để thực hiện được các vấn đề nêu trên, một trong các giải pháp để giảm chi phí vận hành, góp phần tăng lợi nhuận là vận hành tối ưu các tổ máy trong một nhà máy từ đó đưa ra chiến lược chào giá tốt nhất cho từng tổ máy ở các dãy công suất khác nhau là một vấn đề quan trọng được đặt ra. 1.5 Tính cấp thiết của đề tài Nhà máy nhiệt điện Cần Thơ – Ô Môn bao gồm các tổ máy như sau: Tổ máy S1 có công suất lắp đặt 330 MW. Tổ máy S4 có công suất lắp đặt 33 MW. Tổ máy GT1 có công suất lắp đặt 34 MW. Tổ máy GT2 có công suất lắp đặt 34 MW. Tổ máy GT3 có công suất lắp đặt 34 MW. Tổ máy GT4 có công suất lắp đặt 34 MW. Chi phí sản xuất nói chung bao gồm chi phí cố định và chi phí biến đổi. Chi phí cố định rất quan trọng trong việc quyết định giá công suất khi thương thảo các hợp đồng. Phần lớn là chi phí biến đổi (chi phí vận hành) là những chi phí liên quan đến việc huy động các tổ máy và phụ thuộc vào các chế độ khác nhau của hệ thống điện. Các chi phí biến đổi phụ thuộc vào các quyết định vận hành của nhân viên vận hành. Chi phí biến đổi bao gồm: chi phí nhiên liệu, chi phí khởi động, dừng máy và chi phí dừng dự phòng. Chính vì thế, để tối ưu hóa chi phí cần có một công cụ giúp cho điều hành viên theo dõi, giám sát, ra quyết định để lựa chọn phù hợp các tổ máy phát nhằm giảm chi phí vận hành, giảm sự cố, để tối ưu hóa lợi nhuận. Trước tình hình thực tế như vậy, tôi quyết định chọn đề tài “ Lựa chọn vận hành tối ưu các tổ máy trong nhà máy điện sử dụng phương pháp danh sách ưu tiên cải tiến và quy hoạch toàn phương” với mục đích xây dựng lịch trình vận hành tối ưu các tổ 4 HVTH: Nguyễn Hữu Nhân CBHD: TS. Lê Kỷ máy trong nhà máy điện, từ đó tối ưu hóa chi phí sản xuất tiến đến đưa ra chiến lược chào giá tối ưu. 1.6 Mục tiêu của đề tài Bài toán ED( economic dispatch) đã có lịch sử phát triển từ lâu đời, nó có ý nghĩa quan trọng trong quy hoạch và điều khiển hệ thống điện. Tuy nhiên cho đến nay nhiều vấn đề liên quan đến bài toán ED vẫn còn đang trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện. Chẳng hạn như sự đảm bảo tính hội tụ và tìm đến lời giải tối ưu đối với bài toán ED không lồi dạng tổng quát cũng như độ tin cậy của thuật toán mà các phương pháp cổ điển và hiện tại chưa giải quyết được. Bài toán điều độ tối ưu sử dụng phương pháp danh sách ưu tiên cải tiến và quy hoạch toàn phương là sự kết hợp hoàn hảo trong việc giải quyết những vấn đề như tối ưu chi phí sản xuất, vận hành an toàn, tin cậy. Xây dựng lịch trình khởi động, vận hành và ngừng các tổ máy phát trong nhà máy điện sao cho đạt hiệu quả kinh tế nhất để giúp cho các kỹ sư vận hành ra các quyết định lựa chọn vận hành tối ưu các tổ máy đáp ứng các yêu cầu phụ tải. Một trong những hỗ trợ đó là một chương trình dựa trên phương pháp danh sách ưu tiên cải tiến và quy hoạch toàn phương để lập lịch huy động, cải thiện phân bố công suất tối ưu. Việc tính toán có khả năng thông báo, cập nhật cho các vận hành viên các kịch bản huy động các tổ máy. Đề tài sẽ là công cụ cơ sở cho các vận hành viên ra quyết định vận hành cho các tổ máy trong nhà máy. 1.7 Đối tượng và phạm vị nghiên cứu Nghiên cứu điều độ tối ưu dùng phương pháp danh sách ưu tiên cải tiến và quy hoạch toàn phương để áp dụng cho việc điều độ nhà máy điện Cần Thơ – Ô Môn. Với số liệu thiết kế, các thông số vận hành thực tế và kinh nghiệm vận hành trong các năm qua của nhà máy điện Cần Thơ – Ô Môn sẽ được sử dụng để làm số liệu đầu vào cho bài toán. 5 HVTH: Nguyễn Hữu Nhân CBHD: TS. Lê Kỷ Mô hình hóa các số liệu để đảm bảo sự phối kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Đảm bảo tính đúng đắn của các kịch bản nhằm tạo tiền đề cho các nghiên cứu chuyên sâu và áp dụng thực tế. Sử dụng phần mềm MATLAB để mô phỏng tính toán và phân tích, đánh giá kết quả. 1.8 Ý nghĩa khoa học của đề tài Kết quả nghiên cứu đề xuất được một thuật toán mới để giải quyết bài toán vận hành tố ưu các tổ máy phát. Thuật toán mới này thể hiện tính ưu việt khi tìm lời giải tối ưu cho bài toán lựa chọn vận hành tối ưu. 1.9 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Kết quả nghiên cứu của đề tài là nền tảng để phát triển việc lập lịch huy động tối ưu áp dụng cho nhiều tổ máy phục vụ công tác vận hành, nâng cao hiệu quả sản xuất điện, tối ưu hóa chi phí của các nhà máy điện. 6 HVTH: Nguyễn Hữu Nhân CBHD: TS. Lê Kỷ CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU CÁC TỔ MÁY PHÁT 2.1 Giới thiệu chung Bài toán vận hành tối ưu các tổ máy là một trong những bài toán trọng tâm của việc vận hành hệ thống điện. Do tổng công suất phụ tải của hệ thống theo từng ngày, từng tuần là khác nhau và giá trị phụ tải đỉnh giữa các ngày cũng không giống nhau, vì vậy người vận hành cần phải xác định được những tổ máy nào cần được huy động và huy động công suất bao nhiêu để đáp ứng được bài toán kinh tế. Đã có rất nhiều các phương pháp được áp dụng để giải quyết bài toán này, ta có thể điểm qua một vài phương pháp như sau: thứ tự ưu tiên (priority list), quy hoạch động (dynamic programming), Lagrange relaxation, ... Mỗi phương pháp đều có những ưu và khuyết điểm riêng khi áp dụng vào bài toán. Phần trình bày trong chương này sẽ giới thiệu sơ lược một số phương pháp cũng như ưu và khuyết điểm của nó. 2.2 Các phương pháp cổ điển 2.2.1 Phương pháp quy hoạch động (dynamic programming) Phương pháp này được áp dụng khi cần vận hành tối ưu một hệ thống được phân cấp. Nó phù hợp khi một quyết định ở cấp sau không ảnh hưởng gì đến quyết định ở các cấp trước đó. Dynamic programming dựa trên nguyên tắc vận hành tối ưu do Bellman đưa ra năm 1957. Trong nguyên tắc vận hành này thì quyết định chia thành nhiều cấp và một quyết định đưa ra không ảnh hưởng đến các cấp phía trước nó mà chỉ ảnh hưởng đến các cấp phía sau. Nguyên tắc và phương pháp nghiên cứu dựa vào cách đi đường truyền dẫn. Chọn sơ đồ đường truyền như hình dưới đây. Giá trị trên đường truyền là chi phí truyền dẫn 7 HVTH: Nguyễn Hữu Nhân CBHD: TS. Lê Kỷ dọc theo đường truyền. Giả sử G là điểm muốn đến từ các điểm A, B, C, D, E, F. Chiều dịch chuyển theo hướng mũi tên. F 1 E 6 1 1 A G H 1 3 2 B 3 C 2 D Chi phí đến G như sau: Từ D đến G 0 CDG  3  CDG Từ H đến G thông qua D 0 0 CHG  CHD  CDG  1 3  4 Từ C đến G thông qua D 0 0 CCG  CCD  CDG  235 Tương tự vậy 0 0 CFG  min(CFG , CFH  CHG )  min(6,1  4)  5 0 0 0 CEG  min(CEF  CFG , CEC  CCG )  min(1  5, 4  5)  6 theo EFHDG 0 0 CBG  min(CBC  CCG )  min(3  5)  8 theo BCDG 0 0 0 C AG  min(C AB  CBG , C AE  CEG )  min(2  8,1  6)  7 theo AEFHDG 8 HVTH: Nguyễn Hữu Nhân CBHD: TS. Lê Kỷ Ta có thể tìm chi phí nhỏ nhất từ điểm P đến điểm R thông qua điểm Q như sau: 0 0 CPR  CPQ  CQR 0 với CPQ là chi phí đi từ P tới Q và CQR là chi phí tối ưu (nhỏ nhất) để đi từ Q đến R. Chi phí tối ưu tại Q là : 0 CQR  min(CQ1R , CQ 2 R ,...., CQNR ) với Q1R, Q2R,..., QNR là N đường có thể đi từ R tới Q. 2.2.2 Phương pháp cận và nhánh Ý tưởng cơ bản của phương pháp cận – nhánh là chia bài toán ban đầu thành nhiều bài toán nhỏ và liệt kê chúng theo một trật tự logic. Quá trình tìm kiếm được tổ chức thành một “cây cận – nhánh”, trong đó mỗi nhánh là một bài toán nhỏ được phân chia từ bài toán ban đầu và mỗi “lá” là một giải pháp khả dĩ cho bài toán lớn. Kết quả tối ưu của mỗi bài toán nhỏ tạo nên cận dưới cho các nhánh con của nó, đồng thời giá trị cực tiểu của hàm mục tiêu là cận trên của các nhánh con. Nếu tại thời điểm nào đó, cận dưới của nhánh con lớn hơn cận trên thì nhánh con đó sẽ không được xem xét tiếp. Quá trình tìm kiếm kết thúc khi ta tìm được nhánh có cận trên bằng cận dưới. Phương pháp cận – nhánh đã được áp dụng để giải quyết bài toán UC. 2.2.3 Phương pháp quy hoạch tuyến tính Phương pháp quy hoạch tuyến tính đã được sử dụng từ rất lâu để giải quyết các bài toán vận hành trong hệ thống điện. Ưu điểm của phương pháp này là tính đơn giản và hiệu quả của nó. Phương pháp quy hoạch tuyến tính không những có lợi thế trong việc giải quyết những bài toán có điều kiện là những đẳng thức hoặc bất đẳng thức tuyến tính mà nó còn giải quyết khá tốt các bài toán phi tuyến bằng cách tuyến tính đường cong chi phí thành những đoạn gấp khúc. 9 HVTH: Nguyễn Hữu Nhân