Tài liệu Nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh, tối ưu dòng chảy công suất và xác định phí trên lưới điện truyền tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM -------------------- ĐẶNG QUANG VINH NGHIÊN CỨU THỊ TRƯỜNG BÁN BUÔN ĐIỆN CẠNH TRANH, TỐI ƯU DÒNG CHẢY CÔNG SUẤT VÀ XÁC ĐỊNH PHÍ TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM -------------------- ĐẶNG QUANG VINH NGHIÊN CỨU THỊ TRƯỜNG BÁN BUÔN ĐIỆN CẠNH TRANH, TỐI ƯU DÒNG CHẢY CÔNG SUẤT VÀ XÁC ĐỊNH PHÍ TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành: 60520202 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGÔ CAO CƯỜNG TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2014 iii CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. NGÔ CAO CƯỜNG Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày ..…. tháng …… năm ………. Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT 1 2 3 4 5 Họ và Tên TS. Võ Ngọc Điều TS. Nguyễn Hùng TS. Huỳnh Quang Minh PGS.TS. Lê Kim Hùng TS. Trương Việt Anh Chức danh Hội đồng Chủ tịch Phản biện 1 Phản biện 2 Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV iv TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------------------ ------------------ TP. HCM, ngày …. tháng ….. năm…… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐẶNG QUANG VINH Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 26/07/1977 Nơi sinh: Ninh Thuận Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1241830041 I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh, tối ưu dòng chảy công suất và xác định phí trên lưới điện truyền tải II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Chương 0: Mở đầu. Chương 1: Tổng quan về thị trường điện, chủ trương quy định về thị trường hóa thị trường điện bán buôn ở Việt Nam. Chương 2: Những vấn đề về truyền tải điện và các lựa chọn cho thị trường điện cạnh tranh. Chương 3: Nghiên cứu các phương pháp tối ưu dòng chảy công suất, đề xuất phương pháp ứng dụng cho thị trường điện Việt Nam. Chương 4: Nghiên cứu các phương pháp xác định phí truyền tải, đề xuất phương pháp tính phí truyền tải cho thị trường điện Việt Nam. Chương 5: Mô phỏng bài toán tối ưu dòng chảy công suất dựa trên ràng buộc thị trường và tắt nghẽn, tính phí tương ứng cho hệ thống. Kết luận và kiến nghị III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 12/06/2013 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/12/2013 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Ngô Cao Cường CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) TS. NGÔ CAO CƯỜNG KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) v LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn ĐẶNG QUANG VINH vi LỜI CÁM ƠN Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn đối với thầy cô giáo Trường Đại học Công nghệ Tp Hồ Chí Minh, đã truyền đạt những kiến thức quý báo trong suốt quá trình học tập tại trường. Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Ngô Cao Cường - Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh, người đã luôn tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô khoa Cơ - Điện - Điện Tử, Phòng Quản lý Khoa học và Đào tạo sau Đại học đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia đình, bạn học cùng lớp và đồng nghiệp, những người luôn bên tôi, động viên tôi trong suốt quá trình hoàn thành khoá học và luận văn này. TP.Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm …… Tác giả ĐẶNG QUANG VINH vii TÓM TẮT Điện là một nguồn năng lượng không thể thiếu trong sự phát triển nền kinh tế của bất kỳ quốc gia nào trên thế giới, đặc biệt là đối với những quốc gia đang phát triển như Việt Nam. Nhằm đáp ứng sự phát triển của nền kinh tế cũng như sự hội nhập trong khu vực, ngành điện Việt Nam đã và đang có những sự chuyển biến đáng kể trong những năm qua, cụ thể là đang tiến hành thị trường hóa ngành điện. Hiện nay ngành điện Việt Nam đang ở cấp độ thị trường phát điện cạnh tranh (2005 - 2014), đây là cấp độ đầu tiên trong ba cấp độ của một quá trình thị trường hóa toàn phần ngành điện. Hai cấp độ tiếp theo đó là cấp độ thị trường bán buôn điện cạnh tranh (2015-2022) và thị trường bán lẻ điện cạnh tranh (sau 2022), cả hai cấp độ này sẽ có nhiều vấn đề mà chúng ta cần phải giải quyết, đặc biệt là cấp độ thị trường bán buôn điện cạnh tranh sắp tới. Trong cấp độ này, những vấn đề như là lựa chọn mô hình thị trường, nghiên cứu các phương pháp xác định phí, v.v, cũng như ứng dụng những thuật toán để tối ưu hoạt động của hệ thống. Đó là lý do để chọn đề tài “Nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh, tối ưu dòng chảy công suất và xác định phí trên lưới điện truyền tải”, việc giải quyết vấn đề trong luận văn sẽ hướng đến một khía cạnh vấn đề cần giải quyết trong cấp độ thị trường bán buôn điện cạnh tranh ở Việt Nam sắp tới. Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh; trong đó tập trung vào việc lựa chọn mô hình thị trường, cấu trúc lưới truyền tải điện. Sau đó nghiên cứu các phương pháp tối ưu dòng chảy công suất (OPF) như phương pháp Gradient, Newton, ACO, PSO, v.v… trình bày ưu và nhược điểm của mỗi phương pháp, các ứng dụng OPF trong thị trường điện và chọn phương pháp ứng dụng cho thị trường điện Việt Nam. Tiếp theo nghiên cứu các phương pháp xác định phí truyền tải như phương pháp “tem thư”, MW-km, v.v… đề xuất phương pháp tính phí truyền tải ứng dụng cho thị trường điện Việt Nam. Sau cùng là sự mô phỏng trên phần mềm PowerWorld Simulator thể hiện bài toán tối ưu và xác định phí tương ứng, thêm vào đó là sự phân tích các thành phần của giá biên nút (LMP) trong bài toán tối ưu của hệ thống điện. viii ABSTRACT Electricity is an energy source which is indispensable in economic development of any country in the world, especially in regard to developing countries like Vietnam. In order to meet the growth of the country’s economy as well as in regional integration, Vietnam’s power sector has had a remarkable transformation in recent years, namely marketization of power sector is in progress. Currently, Vietnam’s power sector is at the level of competitive electricity market (2005-2014) which is the first of the three levels of a fully marketizing process of electricity sector. The next two levels are those competitive wholesale electricity market (2015-2022) and competitive retail electricity market (after 2022), both of these levels will bring many issues that need to be solved, especially the level of coming competitive wholesale electricity market. In this level, issues such as market model selection, research of cost determining methods, etc… as well as the application of algorithms to optimize the operation of the system. That is the reason to choose the topic “Researching on competitive wholesale electricity market, optimal power flow and cost determination of electricity transmission grids”, the solution of issues mentioned in the thesis will address to an issue aspect that needs to be solved in the level of competitive wholesale electricity market in Vietnam in future. The thesis focuses on researching competitive wholesale electricity market; in which focusing on the selection of the market model, structure of transmission grid. Then, researching on the methods of Optimal Power Flow (OPF) such as Gradient, Newton, ACO, PSO, etc…, presenting the advantages and disadvantages of each method, applications of OPF in electricity markets and selecting application method for Vietnam’s power market. Next, researching on methods of transmission cost determination such as “postage-stamp”, MW-km, etc…, proposing method of applied transmission cost calculation for Vietnam’s power market. The final one is the simulation shown by PowerWorld Simulator software which presents an optimal problem and corresponding cost determination, in addition to the analysis on the compositions of Location Marginal Price (LMP) in the optimal problem of power system. ix MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ xiii DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................xv DANH MỤC CÁC HÌNH....................................................................................... xvi CHƯƠNG 0. MỞ ĐẦU .............................................................................................1 0.1 Đặt vấn đề ...............................................................................................1 0.2 Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................2 0.3 Mục tiêu của đề tài ..................................................................................3 0.4 Nội dung nghiên cứu...............................................................................3 0.5 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu......................................4 0.5.1 Phương pháp luận...................................................................................4 0.5.2 Phương pháp nghiên cứu........................................................................4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THỊ TRƯỜNG ĐIỆN, CHỦ TRƯƠNG QUY ĐỊNH VỀ THỊ TRƯỜNG HÓA THỊ TRƯỜNG ĐIỆN BÁN BUÔN Ở VIỆT NAM .....................................................................................................................................6 1.1 Tổng quan về TTĐ ..................................................................................6 1.1.1 Giới thiệu chung ....................................................................................6 1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển ngành điện Việt Nam ........................7 1.1.3 Một số khái niệm chung.........................................................................9 1.1.3.1 Độc quyền và độc quyền tự nhiên ..................................................9 1.1.3.2 Khái niệm TTĐ và TTĐ hoàn hảo ................................................11 1.1.4 Tổng quan hoạt động HTĐ theo cơ chế kín và mở..............................12 1.1.4.1 Hệ thống điện kín ..........................................................................12 1.1.4.2 Hệ thống điện mở .........................................................................13 1.1.5 Các lý do dẫn đến TTĐ ........................................................................14 1.1.6 Các thành phần cơ bản của TTĐ bán buôn ..........................................15 1.1.6.1 Thị trường điện bán buôn..............................................................15 1.1.6.2 TTĐ mở rộng đến bán lẻ...............................................................17 1.2 Chủ trương quy định về thị trường hóa TTĐ bán buôn ở Việt Nam ....18 1.2.1 Lộ trình triển khai TTĐ cạnh tranh ở Việt Nam ..................................18 1.2.1.1 Cấp độ 1: Thị trường phát điện cạnh tranh (2005 - 2014) ............18 1.2.1.2 Cấp độ 2: Thị trường bán buôn điện cạnh tranh (2015 - 2022) ....19 1.2.1.3 Cấp độ 3: Thị trường bán lẻ điện cạnh tranh (từ sau 2022) ..........20 1.2.2 Chủ trương trong TTĐ bán buôn .........................................................21 1.2.2.1 Chủ trương của Chính phủ ............................................................21 1.2.2.2 Chủ trương của Bộ Công thương ..................................................22 1.2.2.3 Chủ trương trong Luật điện lực.....................................................23 CHƯƠNG 2. NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN VÀ CÁC LỰA CHỌN CHO THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH ...........................................................24 2.1 Những vấn đề về truyền tải điện trong TTĐ.........................................24 2.1.1 Vận hành HTĐ .....................................................................................24 2.1.2 Lưới điện trong TTĐ............................................................................25 x 2.1.2.1 Nhiệm vụ của lưới truyền tải điện.................................................26 2.1.2.2 Các dịch vụ cấp cho khách hàng...................................................27 2.1.2.3 Các nhiệm vụ của SO....................................................................28 2.1.3 Các giới hạn truyền tải vật lý ...............................................................29 2.1.4 Tắt nghẽn truyền tải .............................................................................31 2.1.5 SO và giảm tắt nghẽn ...........................................................................32 2.1.6 Giá truyền tải........................................................................................33 2.2 Các lựa chọn cho TTĐ cạnh tranh ở Việt Nam ....................................34 2.2.1 Hiện trạng ngành điện Việt Nam .........................................................34 2.2.1.1 Nguồn điện ....................................................................................34 2.2.1.2 Lưới điện truyền tải.......................................................................38 2.2.1.3 Mô hình tổ chức của EVN ............................................................40 2.2.2 Mô hình quản lý kinh doanh lưới điện truyền tải Việt Nam................41 2.2.2.1 Nguyên nhân độc quyền tự nhiên của lưới điện truyền tải ...........41 2.2.2.2 Thực trạng mô hình tổ chức quản lý lưới điện truyền tải .............42 2.2.2.3 Vị trí của NPT trong TTĐ cạnh tranh ...........................................43 2.2.3 Lựa chọn cấu trúc TTĐ ........................................................................45 2.2.4 Lựa chọn cấu trúc lưới truyền tải điện .................................................45 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU DÒNG CHẢY CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG CHO THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VIỆT NAM.....................................................................................................48 3.1 Giới thiệu...............................................................................................48 3.1.1 Lịch sử tối ưu dòng chảy công suất .....................................................48 3.1.2 Khái niệm dòng chảy công suất ...........................................................48 3.1.3 Khái niệm kiểm soát dòng chảy công suất...........................................49 3.2 Mục đích và công thức chung ...............................................................49 3.2.1 Mục đích...............................................................................................49 3.2.2 Công thức tổng quát .............................................................................50 3.3 Các phương pháp giải quyết tối ưu dòng chảy công suất .....................51 3.3.1 Các phương pháp tối ưu xác định ........................................................54 3.3.1.1 Phương pháp Gradient ..................................................................54 3.3.1.2 Phương pháp Newton....................................................................55 3.3.1.3 Phương pháp đơn hình ..................................................................57 3.3.1.4 Phương pháp lập trình tuyến tính liên tục.....................................59 3.3.1.5 Phương pháp lập trình bậc hai liên tục..........................................60 3.3.1.6 Phương pháp điểm nội suy ...........................................................62 3.3.1.7 Các phương pháp bổ sung.............................................................63 3.3.1.8 Tóm tắt các phương pháp tối ưu xác định.....................................63 3.3.2 Các phương pháp tối ưu không xác định .............................................66 3.3.2.1 Phương pháp tối ưu đàn kiến .......................................................66 3.3.2.2 Phương pháp mạng nơtron nhân tạo ............................................68 3.3.2.3 Phương pháp giải thuật vi khuẩn tìm kiếm thức ăn .....................69 3.3.2.4 Phương pháp giải thuật tối ưu hỗn độn ........................................70 3.3.2.5 Phương pháp giải thuật tiến hóa ...................................................71 xi 3.3.2.6 Phương pháp tối ưu bầy đàn .........................................................72 3.3.2.7 Phương pháp mô phỏng luyện kim ...............................................73 3.3.2.8 Phương pháp tìm kiếm Tabu.........................................................75 3.3.2.9 Tóm tắt các phương pháp tối ưu không xác định..........................76 3.3.3 Các phương pháp lai ............................................................................80 3.3.3.1 Các phương pháp xác định kết hợp...............................................80 3.3.3.2 Các phương pháp xác định và không xác định kết hợp ................80 3.3.3.3 Các phương pháp không xác định kết hợp....................................81 3.3.3.4 Logic mờ kết hợp với OPF............................................................81 3.4 Các ứng dụng thông thường của OPF...................................................82 3.4.1 OPF trong EMS ...................................................................................82 3.4.2 OPF đối với quy hoạch hệ thống..........................................................83 3.5 Các ứng dụng của OPF trong TTĐ .......................................................84 3.5.1 Thị trường giao dịch ngay minh bạch và giá cả ..................................85 3.5.2 Giá truyền tải........................................................................................85 3.5.3 Quản lý tắt nghẽn .................................................................................85 3.5.4 Đánh giá khả năng truyền tải khả dụng................................................86 3.5.5 Mua sắm dịch vụ phụ trợ .....................................................................86 3.5.6 Phân bổ quyền truyền tải tối ưu ...........................................................87 3.6 Đề xuất phương pháp “tối ưu dòng chảy công suất sử dụng giải thuật tối ưu bầy đàn” ứng dụng cho TTĐ Việt Nam..................................................87 3.6.1 Tổng quan.............................................................................................87 3.6.2 Giải thuật PSO......................................................................................88 3.6.3 Kết quả giải thuật PSO.........................................................................91 3.6.3.1 Trường hợp 1: Giảm thiểu chi phí nhiên liệu................................91 3.6.3.2 Trường hợp 2: Cải thiện hồ sơ điện áp hệ thống ..........................93 3.6.3.3 Trường hợp 3: Tăng sự ổn định điện áp........................................93 3.6.4 Kết luận ................................................................................................94 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHÍ TRUYỀN TẢI, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHÍ TRUYỀN TẢI CHO THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VIỆT NAM.....................................................................................................95 4.1 Những vấn đề cơ bản khi tính phí truyền tải.........................................95 4.1.1 Mục đích và yêu cầu đối với phí truyền tải..........................................95 4.1.1.1 Mục đích........................................................................................95 4.1.1.2 Yêu cầu..........................................................................................95 4.1.2 Các thành phần của phí truyền tải........................................................95 4.1.3 Sơ đồ tính phí truyền tải.......................................................................97 4.1.4 Doanh thu yêu cầu về sử dụng lưới truyền tải .....................................98 4.2 Các phương pháp tính phí truyền tải...................................................100 4.2.1 Phương pháp “tem thư”......................................................................100 4.2.1.1 Phương pháp “tem thư” công suất đỉnh (MW) ...........................101 4.2.1.2 Phương pháp “tem thư” công suất đỉnh kết hợp điện năng ........102 4.2.1.3 Phương pháp “tem thư” công suất đỉnh tháng trước...................103 4.2.2 Phương pháp MW-km........................................................................104 xii 4.2.2.1 Phương pháp MW-km cơ bản.....................................................105 4.2.2.2 Phương pháp MW-km theo module............................................105 4.2.2.3 Phương pháp MW-km với chi phí bằng không cho dòng chảy công suất ngược chiều......................................................................................106 4.2.2.4 Phương pháp MW-km với dòng chảy công suất vượt trội .........106 4.2.3 Phương pháp tính thành phần công suất do khách hàng u gây ra trên đường dây k. ................................................................................................107 4.2.3.1 Phương pháp tham gia trung bình...............................................107 4.2.3.2 Phương pháp tham gia biên.........................................................109 4.3 Ví dụ tính phí sử dụng lưới truyền tải bằng một số phương pháp ......111 4.3.1 Tính phí sử dụng lưới truyền tải bằng phương pháp MW-km...........111 4.3.2 Tính phí sử dụng lưới truyền tải bằng phương pháp tham gia biên...117 4.4 So sánh các phương pháp tính phí truyền tải ......................................120 4.5 Giá biên nút trong quản lý tắt nghẽn truyền tải ..................................122 4.5.1 Tắt nghẽn truyền tải ...........................................................................122 4.5.1.1 Khái niệm tắt nghẽn ....................................................................122 4.5.1.2 Nguyên nhân gây ra tắt nghẽn.....................................................122 4.5.2 Giá biên nút .....................................................................................123 4.5.2.1 Khái niệm giá biên nút ................................................................123 4.5.2.2 Xác định giá biên nút trong quản lý tắt nghẽn truyền tải............124 4.6 Đề xuất phương pháp tính phí truyền tải cho TTĐ Việt Nam ............127 CHƯƠNG 5. MÔ PHỎNG BÀI TOÁN TỐI ƯU DÒNG CHẢY CÔNG SUẤT DỰA TRÊN RÀNG BUỘC THỊ TRƯỜNG VÀ TẮT NGHẼN, TÍNH PHÍ TƯƠNG ỨNG CHO HỆ THỐNG .........................................................................................129 5.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng và bài toán OPF...............................129 5.1.1 Giới thiệu PowerWorld Simulator .....................................................129 5.1.2 Giới thiệu Primal LP của OPF trong Powerworld Simulator. ...........129 5.2 Mô phỏng bài toán trên PowerWorld Simulator.................................130 5.2.1 Bài toán OPF với giải thuật Primal LP không có ràng buộc và có ràng buộc .............................................................................................................130 5.2.1.1 Bài toán OPF với giải thuật Primal LP không có ràng buộc.......131 5.2.1.2 Bài toán OPF với giải thuật Primal LP có ràng buộc..................132 5.2.2 Bài toán dùng giải thuật tối ưu Primal LP OPF và xác định phí tương ứng...............................................................................................................135 5.2.2.1 Bài toán với phương pháp phân bổ kinh tế (ED) thông thường..136 5.2.2.2 Bài toán với phương pháp Primal LP OPF .................................138 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................141 Kết luận: ..........................................................................................................141 Kiến nghị:........................................................................................................142 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................143 xiii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AC ACO AGC AIS ANN AP ATC BFA CG COA DC DE DISCO EA ED EMS EP EVN FACTS FTR GA GENCO GRG HTĐ IEEE IPM IPP ISO LDC LMP LP MO MP NLP Alternating Current: Dòng điện xoay chiều Ant Colony Optimization: Tôi ưu đàn kiến Automatic Generation Control: Kiểm soát nguồn phát tự động Artificial Immune System: Hệ thống miễn nhiễm nhân tạo Artificial Neural Network: Mạng nơtron nhân tạo Average Participation: Tham gia trung bình Available Transmission Capability: Khả năng truyền tải khả dụng Bacterial Foraging Algorithm: Giải thuật vi khuẩn tìm kiếm thức ăn Conjugate Gradient: Gradient liên hợp Chaos Optimization Algorithms: Giải thuật tối ưu hỗn độn Direct Current: Dòng điện một chiều Differential Evolution: Tiến hóa vi phân Distribution Company: Công ty phân phối điện Evoluation Algorithms: Giải thuật tiến hóa Economic Dispatch: Phân bổ kinh tế Energy Management System: Hệ thống quản lý năng lượng Evolutionary Programming: Lập trình tiến hóa Vietnam Electricity: Tập đoàn Điện lực Việt Nam Flexible AC Transmission System: Hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt Firm Transmission Right: Quyền truyền tải chắc chắn Genetic Algorithm: Giải thuật Gen Generation Company: Công ty phát điện Generalized Reduced Gradient: Gradient suy giảm tổng quát Hệ thống điện Institute of Electrical and Electronics Engineers: Viện các kỹ sư điện và điện tử Interior Point Method: Phương pháp điểm nội suy Independent Power Producer: Nhà máy phát điện độc lập Independent System Operator: Đơn vị vận hành hệ thống điện độc lập Local Distribution Company: Công ty phân phối địa phương Locational Marginal Price: Giá biên nút Linear Programming: Lập trình tuyến tính Market Operator: Đơn vị điều hành thị trường điện. Marginal Participation: Tham gia biên Nonlinear Programming: Lập trình phi tuyến tính xiv NPT National Power Transmission Corporation: Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia OPF Optimal Power Flow: Tối ưu dòng chảy công suất PSO Particle Swarm Optimization: Tối ưu bầy đàn RESCO Retail Sale Company: Công ty bán lẻ RG Reduced Gradient: Gradient suy giảm SA Simulated Annealing: Rèn luyện bắt chước SLP Sequential Linear Programming: Lập trình tuyến tính liên tục SO System Operator: Đơn vị vận hạnh hệ thống điện SQP Sequential Quadratic Programming: Lập trình bậc hai liên tục TRANSCO Transmission Company: Công ty truyền tải điện TRIPMs Trust Region Interior Point Methods: Các phương pháp điểm nội suy vùng tin cậy. TS Tabu Search: Tìm kiếm Tabu TTC Total Transfer Capability: Khả năng tải tổng TTĐ Thị trường điện xv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Nguồn phát điện toàn quốc năm 2012......................................................35 Bảng 2.2: Phụ tải điện toàn quốc năm 2012 .............................................................36 Bảng 2.3: Khối lượng lưới điện truyền tải dự kiến xây dựng theo từng giai đoạn...40 Bảng 3.1: So sánh các kỹ thuật tối ưu xác định ........................................................64 Bảng 3.2. So sánh các kỹ thuật không xác định........................................................78 Bảng 3.3: Các ứng dụng của OPF trong TTĐ...........................................................84 Bảng 3.4. Thiết lập tối ưu của các biến kiểm soát của PSO .....................................92 Bảng 3.5: Các hệ số chi phí nguồn phát....................................................................93 Bảng 4.1 Dữ liệu hệ thống kiểm tra 5 nút...............................................................112 Bảng 4.2 Các kết quả dòng chảy công suất tương ứng cho từng phương án..........115 Bảng 4.3 Phí cơ bản và phí bổ sung........................................................................115 Bảng 4.4 Phí R1(1) nhà máy điện G1 phải trả.........................................................116 Bảng 4.5 Phí R1(4) nhà máy điện G4 phải trả.........................................................116 Bảng 4.6 Phí R2(1) nhà máy điện G1 phải trả.........................................................116 Bảng 4.7 Phí R2(4) nhà máy điện G4 phải trả.........................................................117 Bảng 4.8 Công suất tại các nút tải và phát ..............................................................117 Bảng 4.9 Dòng công suất các đường dây chế độ cơ sở và tăng thêm 1MW ..........119 Bảng 4.10 Tính hệ số tham gia (uil) của nút i trên đường dây l .............................119 Bảng 4.11 Tính hệ số tham gia biên (Kil) của nút i và đường dây l........................119 Bảng 4.12 Tỷ lệ trả phí của mỗi nút i cho từng đường dây l ..................................120 Bảng 4.13 So sánh các phương pháp tính phí truyền tải trong TTĐ ......................121 Bảng 5.1: Thông số nguồn phát hệ thống 3 nút ......................................................131 Bảng 5.2: Thông số đường dây hệ thống 3 nút .......................................................131 Bảng 5.3: Thông số nguồn phát hệ thống điện 7 nút ..............................................135 Bảng 5.4: Thông số đường dây hệ thống điện 7 nút ...............................................135 Bảng 5.5: Giá biên nút theo phương pháp ED ........................................................137 Bảng 5.6: Giá biên nút theo phương pháp Primal LP OPF không ràng buộc tải đường dây................................................................................................................139 Bảng 5.7: Giá biên nút theo phương pháp Primal LP OPF có ràng buộc tải đường dây ...........................................................................................................................140 xvi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Lợi ích xã hội ròng trong điều kiện thị trường cạnh tranh........................11 Hình 1.2: Mô hình HTĐ kín......................................................................................12 Hình 1.3: Mô hình HTĐ mở (TTĐ cạnh tranh).......................................................13 Hình 1.4: TTĐ bán buôn có 1 TRANSCO. ..............................................................16 Hình 1.5: TTĐ bán buôn có nhiều TRANSCO.........................................................17 Hình 1.6: TTĐ bán buôn + bán lẻ .............................................................................18 Hình 2.1: Các nhiệm vụ của SO................................................................................28 Hình 2.2: Nguồn phát điện toàn quốc năm 2012 ......................................................35 Hình 2.3: Phụ tải điện toàn quốc 5 năm gần đây ......................................................36 Hình 3.1: Các phương pháp OPF..............................................................................53 Hình 3.2: Quan hệ giữa OPF và các ứng dụng EMS chủ yếu khác. .........................83 Hình 4.1: Sơ đồ tính phí truyền tải............................................................................98 Hình 4.2: Mô tả tỷ lệ công suất vào/ra tại một nút .................................................108 Hình 4.3: Ví dụ tính theo phương pháp AP ............................................................109 Hình 4.4: Phương pháp tham gia biên ....................................................................111 Hình 4.5 Hệ thống điện đơn giản 5 nút...................................................................112 Hình 4.6 Phương án cơ bản.....................................................................................113 Hình 4.7 Phương án chỉ có nhà máy G1 phát .........................................................114 Hình 4.8 Phương án chỉ có nhà máy G4 phát .........................................................114 Hình 4.9 Hệ thống điện 5 nút với công suất tại các nút..........................................118 Hình 4.10 Hệ thống điện 5 nút với dòng công suất trên các đường dây trong chế độ cơ sở. .......................................................................................................................118 Hình 5.1: Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện 3 nút ......................................................131 Hình 5.2: Kết quả mô phỏng hệ thống điện 3 nút khi không có ràng buộc tải đường dây ...........................................................................................................................132 Hình 5.3: Kết quả mô phỏng hệ thống điện 3 nút khi có ràng buộc tải đường dây 133 Hình 5.4: Kết quả mô phỏng hệ thống điện 3 nút có ràng buộc với tải tăng thêm .134 Hình 5.5: Sơ đồ hệ thống điện 7 nút .......................................................................136 Hình 5.6: Sơ đồ hệ thống điện 7 nút phân bổ kinh tế (ED) ....................................137 Hình 5.7: Sơ đồ hệ thống điện 7 nút Primal LP OPF không có ràng buộc tải đường dây. ..........................................................................................................................138 Hình 5.8: Sơ đồ hệ thống điện 7 nút Primal LP OPF có ràng buộc tải đường dây.139 1 CHƯƠNG 0 MỞ ĐẦU 0.1 Đặt vấn đề Hiện đã có một xu hướng trên toàn thế giới đối với việc tái cơ cấu và bãi bỏ quy định của ngành công nghiệp điện năng trong thập kỷ qua. Sự cạnh tranh trong thị trường sản xuất, bán buôn và thị trường bán lẻ cùng với việc tiếp cận với mạng truyền tải có thể mang lại nhiều lợi ích cho người tiêu dùng cuối cùng, chẳng hạn như giá điện thấp hơn và dịch vụ tốt hơn. Tuy nhiên, sự cạnh tranh này cũng mang lại nhiều vấn đề kỹ thuật mới và thách thức đối với hoạt động của HTĐ, được coi là "độc quyền tự nhiên" do các đặc tính đặc biệt của điện như một thứ hàng hóa. Mặt khác, điều này có nghĩa là cơ hội và thách thức thực sự đối với các kỹ sư điện và các nhà nghiên cứu. Ở các nước này, mục tiêu là nâng cao hiệu quả hoạt động và hiệu quả đầu tư của các công ty Điện lực Quốc gia (hầu hết là sở hữu Nhà nước), tăng cường tính cạnh tranh ở cả 3 khâu của thị trường bằng cách thiết lập TTĐ và tư nhân hóa một hay nhiều bộ phận của Công ty Điện lực Quốc gia. Kết quả cho thấy đây là một tiến bộ của khoa học quản lý trong ngành năng lượng. Bởi vì, thị trường điện tạo ra môi trường kinh doanh cạnh tranh bình đẳng giữa các doanh nghiệp và là giải pháp hữu hiệu huy động vốn trong việc đầu tư xây dựng nguồn cũng như hệ thống truyền tải điện. Mặc dù quá trình cải tổ cơ cấu tổ chức và thiết lập cạnh tranh trong ngành công nghiệp điện ở một số nước trên thế giới đã thực hiện được nhiều năm và còn nhiều nước khác đang và sẽ tiếp tục triển khai, nhưng cho đến nay chưa có một mô hình thống nhất cho TTĐ ở tất cả các Quốc gia. Xuất phát từ yêu cầu thực tế, khi nền kinh tế Việt Nam phát triển mạnh trong những năm gần đây và đang hội nhập với nền kinh tế trong khu vực và trên thế giới thì việc hình thành TTĐ là một tất yếu. Khi đó, cơ cấu tổ chức và phương thức hoạt động của ngành điện nói chung và của Công ty Truyền tải điện nói riêng sẽ phải có những thay đổi cơ bản để đáp ứng phù hợp với các quy định mới trong hoạt động điện lực, cũng như các quy luật của cơ chế thị trường. 2 Ở Việt Nam, lộ trình cho việc áp dụng TTĐ đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt gồm 3 cấp độ: 1/ 2005 – 2014: Thị trường phát điện cạnh tranh, 2/ 2015 – 2022: Thị trường bán buôn điện cạnh tranh, 3/ Từ sau 2022: Thị trường bán lẻ điện cạnh tranh. Hiện nay, ở nước ta đã và đang áp dụng những bước thí điểm về cấp độ thị trường phát điện cạnh tranh nhưng số lượng và công suất còn nhỏ so với tổng cống suất cả nước, riêng phần thị trường bán buôn điện cạnh tranh và thị trường bán lẻ điện cạnh tranh chưa được thực hiện. Để tiến tới xây dựng một TTĐ cạnh tranh hoàn toàn, cần có những nghiên cứu về TTĐ nói chung và những nghiên cứu về “thị trường bán buôn điện cạnh tranh” nói riêng, cũng như thị trường bán lẻ điện cạnh tranh thích hợp cho từng giai đoạn để thị trường hóa toàn phần ngành điện Việt Nam. Trong thị trường bán buôn điện cạnh tranh thì hệ thống lưới điện truyền tải đóng vai trò trung tâm, vì vậy một yêu cầu đặt ra là cần lựu chọn mô hình quản lý vận hành phù hợp; tối ưu dòng chảy công suất, tắt nghẽn truyền tải, cơ chế tính phí sử dụng, v.v… trên lưới điện truyền tải phải được tiến hành khẩn trương để bắt kịp xu hướng phát triển của ngành điện, đồng thời thực hiện Quyết định của Thủ tướng Chính phủ thực hiện thị trường bán buôn điện cạnh tranh ở cấp độ 2 (2015-2020), cũng như nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh và mang lại nhiều lợi ích cho người tiêu dùng cuối cùng. 0.2 Tính cấp thiết của đề tài Quá trình xây dựng mô hình, tối ưu dòng công suất hay tính phí truyền tải trên đường dây truyền tải còn là vấn đề có nhiều ý kiến khác nhau vì liên quan đến nhiều loại chi phí của các bên bán điện (nguồn phát) và bên phân phối. Mặc dù phí truyền tải chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng chi phí của ngành điện, nhưng mạng lưới truyền tải vẫn đóng một vai trò hết sức quan trọng trong các TTĐ cạnh tranh. Do đó, việc định phí truyền tải là một chỉ số kinh tế quan trọng để có thể quyết định việc phân bổ nguồn lực, phát triển và củng cố hệ thống. Tuy nhiên, việc có được một hệ thống định phí truyền tải hiệu quả, phù hợp với tất cả các cơ cấu thị trường ở những nơi khác nhau là rất khó khăn. Những nghiên cứu về định phí truyền tải đang được tiến hành chỉ ra rằng không có một sự thống nhất chung nào về phương pháp định phí. Trên thực tế, mỗi Quốc gia hoặc mỗi mô hình 3 cấu trúc lại có một phương pháp riêng dựa trên những đặc điểm riêng của mạng lưới đó. Với lý do trình bày ở trên cho thấy, việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh, tối ưu dòng chảy công suất và xác định phí trên lưới điện truyền tải” là một yêu cầu mang tính cấp thiết trên cả hai phương diện lý luận và thực tiễn trong việc phát triển TTĐ cạnh tranh cấp độ 2 (2015 – 2022) ở Việt Nam hiện nay. 0.3 Mục tiêu của đề tài Mục tiêu chính của đề tài là: - Tổng quan về TTĐ cạnh tranh nói chung và phân tích những vấn đề về truyền tải điện trong thị trường bán buôn điện cạnh tranh. - Nghiên cứu các phương pháp tối ưu dòng chảy công suất (OPF), trình bày ưu và nhược điểm của mỗi phương pháp cũng như các ứng dụng của OPF trong TTĐ. Đề xuất lựa chọn phương pháp tối ưu ứng dụng cho TTĐ Việt Nam. - Nghiên cứu các phương pháp xác định phí truyền tải và đề xuất phương pháp khả dụng cho thị trường bán buôn điện cạnh tranh ở Việt Nam. - Sau cùng là sự mô phỏng thể hiện bài toán tối ưu và xác định phí tương ứng, cũng như phân tích các thành phần của giá biên nút (LMP) trong bài toán tối ưu. 0.4 Nội dung nghiên cứu Để đạt được mục tiêu đề ra của đề tài, quá trình nghiên cứu cần giải quyết các nhiệm vụ cụ thể sau đây: - Thực trạng TTĐ cạnh tranh trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay. Việc phát triển thị trường bán buôn điện cạnh tranh ở Việt Nam. - Các vấn đề liên quan đến thị trường bán buôn điện cạnh tranh như cấu trúc thị trường bán buôn, lưới điện truyền tải, v.v… - Quản lý lưới truyền tải như nghiên cứu các phương pháp tối ưu dòng chảy công suất cũng như việc tính phí trên lưới điện truyền tải và khả năng áp dụng. 4 Để giải quyết các nhiệm vụ nêu trên, các nội dung nghiên cứu mà đề tài cần thực hiện bao gồm: ƒ Nghiên cứu tổng quan thực trạng về TTĐ trên thế giới và ở Việt Nam, tập trung sâu vào thị trường bán buôn điện cạnh tranh. ƒ Phân tích những vấn đề về truyền tải điện trong thị trường bán buôn điện cạnh tranh và lựa chọn cấu trúc lưới truyền tải điện cho thị trường bán buôn điện cạnh tranh phù hợp với HTĐ Việt Nam. ƒ Nghiên cứu các phương pháp OPF, ứng dụng OPF trong thị trường điện và đề xuất phương pháp ứng dụng cho thị trường bán buôn điện cạnh tranh ở Việt Nam. ƒ Nghiên cứu các phương pháp xác định phí truyền tải trong thị trường bán buôn điện cạnh tranh và đề xuất phương pháp tính phí truyền tải cho thị trường bán buôn điện cạnh tranh ở Việt Nam. ƒ Mô phỏng HTĐ thể hiện dòng chảy công suất tối ưu và xác định phí tương ứng cũng như phân tích các thành phần của giá biên nút (LMP) trong bài toán tối ưu. 0.5 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 0.5.1 Phương pháp luận Phương pháp nghiên cứu là những nguyên tắc và cách thức hoạt động khoa học nhằm đạt tới chân lý khách quan dựa trên cơ sở của sự chứng minh khoa học. Điều này có nghĩa rằng, các nghiên cứu khoa học cần phải có những nguyên tắc và phương pháp cụ thể, mà dựa theo đó các vấn đề sẽ được giải quyết. Việc nghiên cứu thị trường bán buôn điện cạnh tranh, tối ưu dòng chảy công suất và xác định phí trên lưới điện truyền tải là nghiên cứu các phương pháp mà đã được các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu và ứng dụng. 0.5.2 Phương pháp nghiên cứu ƒ Phương pháp thu thập thông tin - Thu thập các tài liệu tổng quan về TTĐ cạnh trạnh ở Việt Nam và trên thế giới. Tài liệu qua mạng Internet, nghị định, thông tư, văn bản Chính phủ, Bộ Công thương, Cực Điều tiết Điện lực và EVN. - Thu thập, tổng hợp các tài liệu báo cáo khoa học, các sách báo, tạp chí chuyên ngành, các luận án, luận văn trong và ngoài nước.