Đánh giá độ dự trữ vận hành hệ thống điện
Bạn đang xem tài liệu "Đánh giá độ dự trữ vận hành hệ thống điện", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tài liệu đính kèm:
danh_gia_do_du_tru_van_hanh_he_thong_dien.pdf
Nội dung text: Đánh giá độ dự trữ vận hành hệ thống điện
- ĐÁNH GIÁ ĐỘ DỰ TRỮ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN Assessment operating reserve of power system PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt (Đại Học Bách Khoa TP.HCM), Trịnh Kim Tiến (Học Viên Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM). Tóm tắt optimal plan. Perform calculations for two cases: the rainy season and dry Bài báo này trình bày một phương pháp season. đánh giá độ dự trữ vận hành hệ thống điện dựa trên tính toán xác suất. Ứng I. Giới thiệu dụng đánh giá độ dự trữ vận hành hệ Mạng lưới điện luôn là một phần quan thống điện tỉnh Bình Dương. Sau đó, sử trọng trong cấu trúc hệ thống năng lượng. dụng kết quả đã tính toán được, xây dựng Chúng ta có trách nhiệm quản lý, cải tiến và chương trình hỗ trợ vận hành chạy trên phát triển chúng để đáp ứng nhu cầu khách phần mềm Matlab. Căn cứ vào đồ thị phụ hàng. Quá trình phát triển mạng lưới phải tải thực tế và hệ thống nguồn cấp để xác hướng đến tầm nhìn dài hạn phù hợp với sự định độ dự trữ vận hành hệ thống điện. mong đợi của khách hàng ở hiện tại và Thực hiện tính toán ở ba thời điểm mà tương lai. phụ tải có giá trị khác nhau: đỉnh phụ tải, Vấn đề chính mà ngành điện nước ta, lưng phụ tải và đáy phụ tải. Dựa trên các đang phải đối mặt hiện nay là nhu cầu sử số liệu của hệ thống nguồn cấp và phụ tải dụng điện tăng nhanh. Trong khi đó, nguồn được dự báo, sử dụng phương pháp tính cung bị hạn chế bởi nguồn tài nguyên khan toán xác suất, đưa ra các phương án vận hiếm, vấn đề môi trường và các vấn đề liên hành khác nhau. Sau đó, tổng hợp, so quan khác. Vì thế, hầu hết các sự cố mất sánh các phương án để chọn ra phương điện ở nước ta chủ yếu là do thiếu nguồn án tối ưu nhất. Thực hiện tính toán cho cung và do sửa chữa. hai trường hợp: mùa mưa và mùa khô. Tỉnh Bình Dương phát triển kinh tế chủ Abstract yếu dựa vào ngành công nghiệp và dịch vụ là chính. Vì vậy, nhu cầu điện năng của Tỉnh This paper presents a method of là rất lớn bên cạnh đó chất lượng điện năng assessment of the operational reserve phải cao. Nhưng thực tế là tỷ lệ mất điện ở power system based on probability Bình Dương trong những năm qua vẫn còn calculations. Application to assess the cao cả về thời gian và số lần. Điều này cho operation reserves of power system Binh thấy độ tin cậy còn thấp, dẫn đến chi phí mất Duong province. Then use the results to điện cao, nếu không sớm khắc phục sẽ làm calculate, program development support hạn chế sự phát triển của Tỉnh. operations run on Matlab. Author Based Chính vì thế, đề tài đánh giá độ dự trữ on the actual load graph and the power vận hành hệ thống điện là rất cần thiết. Từ supply system to determine the operation kết quả nghiên cứu, giúp tìm ra phương án reserve of power system. Perform vận hành tốt hơn thông qua việc đưa ra các calculations in three times with different quyết định huy động tổ máy vào làm việc và value: peak load, back load and base load. dự trữ. Qua đó, nâng cao độ tin cậy cho hệ Based on the data from the system power thống điện, góp phần mang lại các lợi ích supply and load forecasting, using the kinh tế xã hội. method calculates the probability, given the different operating plans. Then, II. Hệ thống điện tỉnh Bình Dương và nhu synthesize, compare plans to select the cầu điện năng 1
- 2.1. Nhu cầu điện năng và nhiệm vụ của III. Đánh giá độ dự trữ vận hành hệ ngành điện tỉnh Bình Dương hiện nay thống điện tỉnh Bình Dương và đề xuất Thống kê cho thấy, năm 2010 ngành phương án vận hành công nghiệp chiếm 65,5% trong cơ cấu kinh 3.1 Đặt vấn đề và hướng giải quyết tế của tỉnh Bình Dương. Qua đó, có thể thấy rằng ngành công nghiệp đóng vai trò then 3.1.1 Đặt vấn đề chốt trong kế hoạch phát triển kinh tế của Để đánh giá độ dự trữ vận hành cần đặt Tỉnh. Điều này cũng đồng nghĩa với việc ra các giả thuyết về hệ thống nguồn cung nhu cầu điện năng của ngành công nghiệp cấp và nhu cầu điện năng của phụ tải: nói riêng và của cả tỉnh Bình Dương nói chung là rất lớn. - Giả thuyết rằng hệ thống điện tỉnh Bình Hiện nay độ tin cậy của hệ thống điện Dương được cấp nguồn từ hệ thống nguồn Việt Nam nói chung và tỉnh Bình Dương nói phát gồm 8 tổ máy có đặc tính cho ở bảng 1 riêng còn thấp. Do đó, cần có các biện pháp và tốc độ mang tải của các tổ máy được cho để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. trong bảng 2 Dự trữ công suất là biện pháp quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của nguồn điện và hệ thống điện. 2.2 Hệ thống điện tỉnh Bình Dương 2.2.1 Nguồn cấp Hệ thống điện tỉnh Bình Dương được cấp nguồn từ các nhà máy nhiệt điện và thủy điện: NMĐ Phú Mỹ, Nhơn Trạch, Thủy điện Trị An, Thác Mơ, Cần Đơn và Srok Phu Miêng. Bảng1: Mô hình nguồn phát 2.2.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tỉnh Bình Dương Bảng 2: Tốc độ mang tải của các tổ máy - Đồ thị phụ tải của tỉnh Bình Dương : Hình 1: Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tỉnh Bình Dương Hình 2: Đồ thị phụ tải ngày tỉnh Bình Dương 2
- Từ đồ thị phụ tải được dự báo, áp dụng cho trong bảng 3 đánh giá độ dự trữ vận hành hệ thống điện và tìm phương án vận hành để đảm bảo nhu cầu của phụ tải và dự trữ. Thực hiện tính toán độ dự trữ vận hành cho các thời điểm: 1 – 2 giờ, 12 – 13 giờ, 22 – 23 giờ. 3.1.2 Giải pháp cho vấn đề đặt ra Trên cơ sở phụ tải được dự báo, điều độ viên sẽ xác định phương án tối ưu cho việc quyết định huy động tổ máy nào nhận tải và tổ máy nào sẽ làm dự trữ. Phương án vận hành được chọn phải thỏa mãn các điều kiện: Công suất khả phát đáp ứng được nhu Bảng 3: Công suất khả dụng và tốc độ mang cầu của phụ tải, độ dự trữ cao, tốc độ mang tải của các tổ máy phát trong mùa mưa tải lớn và chi phí vận hành thấp. 3.2.1. Xét thời gian từ 1 giờ - 2 giờ (Tải ở Tiêu chí đánh giá: đỉnh ĐTPT) - Độ dự trữ cao: công suất mang tải (R) của Thông số phụ tải và công suất dự trữ tự các tổ máy dự trữ lớn do: L = 545 MW, C = G – L = 735 – 545 = - Tốc độ mang tải lớn: tốc độ mang tải của 190 MW. Trên cơ sở đó, đánh giá các các tổ dự trữ cao phương án: - Chi phí vận hành thấp: công suất được huy Phương án 1: Phân phối dự trữ cho tổ động vào làm việc của các tổ máy nhiệt điện máy 180 MW, 250 MW thấp Phương án 2: Phân phối dự trữ cho các tổ Phân bổ dự trữ, theo điều kiện vận hành máy 75, 100, 180 MW này ta qui ước: Phương án 3: Phân phối dự trữ cho các tổ G: Công suất khả dụng của máy phát máy 100, 180 MW L: Công suất của tải Phương án 4: Phân phối dự trữ cho các tổ C: Công suất dự trữ tự do máy 100, 180, 250 MW R: Công suất mang tải của tổ máy làm dự trữ tại thời điểm T Phương án 5: Phân phối dự trữ cho các tổ Ở nước ta, Miền Nam mỗi năm phân làm máy 40, 75, 100 MW hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô, nên Phương án 6: Phân phối dự trữ cho tổ 25, công tác vận hành trong mỗi mùa cũng khác 40, 75, 100 MW nhau. Vì vậy, đề tài này nghiên cứu cho hai Phương án 7: Phân phối dự trữ cho tất cả trường hợp: các tổ máy - Trường hợp 1: xây dựng kế hoạch vận Để chọn ra phương án tối ưu nhất trong hành cho mùa mưa bảy phương án đưa ra, lập bảng so sánh các - Trường hợp 2: xây dựng kế hoạch vận phương án để đánh giá: hành cho mùa khô 3.2 Xây dựng kế hoạch vận hành cho mùa mưa Vào mùa mưa, nguồn nước dồi dào, các nhà máy thủy điện có thể chạy hết công suất. Vì vậy, ta giả sử trong trường hợp này các nhà máy thủy điện hoạt động với 100% công suất thiết kế. Công suất từng tổ máy được 3
- Để chọn ra phương án tối ưu nhất trong bảy phương án đưa ra, lập bảng so sánh các phương án để đánh giá: Bảng 4: Bảng so sánh giữa bảy phương án - Kết luận và chọn phương án vận hành: Từ bảng so sánh ta thấy, phương án 4 là Bảng 5: Bảng so sánh giữa năm phương án phương án tối ưu nhất trong bảy phương án. - Kết luận và chọn phương án vận hành: Phương án vận hành này đã thỏa mãn tiêu Từ bảng so sánh ta thấy phương án 2 là chí: Công suất phát đáp ứng được nhu cầu phương án tối ưu nhất trong năm phương án. của phụ tải, độ dự trữ cao, tốc độ mang tải Phương án vận hành này đã thỏa mãn tiêu lớn và chi phí vận hành thấp. R4min = 110, chí: Công suất phát đáp ứng được nhu cầu R4max = 190 (MW). của phụ tải, độ dự trữ cao, tốc độ mang tải Chiến lược vận hành phương án đề ra: lớn và chi phí vận hành thấp. R2min = 135, - Chạy nền đồ thị phụ tải: 250MW R2max = 235 (MW). (200/250), 25MW, 2x40MW, 75 MW Chiến lược vận hành phương án đề ra: - Chạy lưng đồ thị phụ tải: 180 MW - Chạy nền của đồ thị phụ tải: 2x25 MW, (120/180) 2x40 MW, 75 MW, 250 MW (175/250) - Chạy đỉnh của đồ thị phụ tải: 25 MW, 100 - Dự trữ: 100 MW, 180 MW, 250 MW MW (20/100) (75/250) - Dự trữ: 100 MW (80/100), 180 MW 3.2.3. Xét thời gian từ 22 giờ - 23 giờ (Tải (60/180), 250 MW (50/250). ở lưng ĐTPT) 3.2.2. Xét thời gian từ 12 giờ - 13 giờ (Tải Thông số phụ tải và công suất dự trữ tự ở đáy ĐTPT) do: L = 490 MW, C = G – L = 735 – 490 = Thông số phụ tải và công suất dự trữ 245 MW. Trên cơ sở đó, đánh giá các tự do: L = 380 MW, C = G – L = 735 – phương án: 380 = 355 MW. Trên cơ sở đó, đánh giá Phương án 1: Phân phối dự trữ cho các tổ các phương án: máy 180 MW, 250 MW Phương án 1: Phân phối dự trữ cho các tổ Phương án 2: Phân phối dự trữ cho các tổ máy 180 MW, 250 MW máy 100 MW, 250 MW Phương án 2: Phân phối dự trữ cho các tổ Phương án 3: Phân phối dự trữ cho các tổ máy 100, 180, 250 MW máy 75, 100, 180 MW Phương án 3: Phân phối dự trữ cho các tổ Phương án 4: Phân phối dự trữ cho tổ 75, máy 75, 100, 180 MW 100, 250 MW Phương án 4: Phân phối dự trữ cho các tổ Phương án 5: Phân phối dự trữ cho các tổ máy 75, 100, 250 MW máy 40, 75, 100 MW Phương án 5: Phân phối dự trữ cho tất cả Phương án 6: Phân phối dự trữ cho các tổ các tổ máy. 25, 40, 75, 100 MW 4
- Phương án 7: Phân phối dự trữ cho tất cả các tổ máy. Để chọn ra phương án tối ưu nhất trong bảy phương án đưa ra, lập bảng so sánh các phương án để đánh giá: Bảng 7: Công suất khả dụng và tốc độ mang tải của các tổ máy Thực hiện các tính toán tương tự như trường hợp tính toán vận hành cho mùa mưa, kết quả tính toán được tóm tắt như sau: 3.3.1 Xét thời gian từ 1 giờ - 2 giờ (Tải ở Bảng 6: Bảng so sánh giữa bảy phương án đỉnh ĐTPT) - Kết luận và chọn phương án vận hành: Thông số phụ tải và công suất dự trữ tự Từ bảng so sánh ta thấy phương án 4 là do: L = 545 MW; C = G – L = 650 – 545 = phương án tối ưu nhất trong bảy phương án. 105 MW. Đánh giá các phương án: Phương án vận hành này đã thỏa mãn tiêu chí: Công suất phát đáp ứng được nhu cầu của phụ tải, độ dự trữ cao, tốc độ mang tải lớn và chi phí vận hành thấp. R4min = 145, R4max = 245 (MW). Chiến lược vận hành phương án đề ra: - Chạy nền đồ thị phụ tải: 2x25 MW, 180 MW, 250 MW (150/250) - Chạy lưng đồ thị phụ tải: 2x40 MW, 75 MW (30/75) - Dự trữ: 100 MW, 75 MW (45/75), 250 MW (100/250) 3.3 Xây dựng kế hoạch vận hành cho mùa khô Vào mùa khô, nguồn nước bị cạn kiệt, Bảng 8: Bảng so sánh giữa bảy phương án các nhà máy thủy điện không thể chạy hết - Kết luận và chọn phương án vận hành: công suất. Vì vậy, ta giả sử trong trường hợp Từ bảng so sánh ta thấy phương án 4 là này các nhà máy thủy điện hoạt động chỉ với tối ưu nhất trong bảy phương án. Phương án 70 – 75 % công suất thiết kế. Công suất từng vận hành này đã thỏa mãn tiêu chí: Công tổ máy được cho trong bảng 7 suất phát đáp ứng được nhu cầu của phụ tải, độ dự trữ cao, tốc độ mang tải lớn và chi phí vận hành thấp. R = 55 MW, R = 105 4min 4max MW. Chiến lược vận hành phương án đề ra: 5
- - Chạy nền của đồ thị phụ tải: 2x20 MW, 180 MW (140/180), 250 MW (200/250) - Chạy lưng của đồ thị phụ tải: 2x30 MW, 50 MW, 70 MW (10/70) - Chạy đỉnh của đồ thị phụ tải: 70 MW (45/70) - Dự trữ: 70 MW (15/70), 180 MW (40/180), 250 MW (50/250) 3.3.2 Xét thời gian từ 12 giờ - 13 giờ (Tải ở đáy ĐTPT) Thông số phụ tải và công suất dự trữ tự do: L = 380 MW; C = G – L = 650 – 380 = 270 MW. Đánh giá các phuong án: Bảng 10: Bảng so sánh giữa bảy phương án - Kết luận và chọn phương án vận hành: Từ bảng so sánh ta thấy phương án 4 là phương án tối ưu nhất trong bảy phương án. Phương án vận hành này đã thỏa mãn tiêu chí: Công suất phát đáp ứng được nhu cầu của phụ tải, độ dự trữ cao, tốc độ mang tải lớn và chi phí vận hành thấp. R4min = 110, R4max = 160 (MW). Chiến lược vận hành phương án đề ra: - Chạy nền của đồ thị phụ tải: 250 MW (200/250); 180 MW (135/180); 70 MW (45/70) Bảng 9: Bảng so sánh giữa năm phương án - Chạy lưng của đồ thị phụ tải: 2x20 MW; - Kết luận và chọn phương án vận hành: 2x30 MW; 70 MW (10/70) Từ bảng so sánh ta thấy, phương án 2 là - Dự trữ: 50MW; 70MW(15/70); 180 MW phương án tối ưu nhất trong năm phương án. (45/180); 250 MW (50/250) Phương án vận hành này đã thỏa mãn tiêu chí: Công suất phát đáp ứng được nhu cầu IV. Ứng dụng xây dựng chương trình hỗ của phụ tải, độ dự trữ cao, tốc độ mang tải trợ vận hành hệ thống điện tỉnh Bình lớn và chi phí vận hành thấp. R2min = 90, Dương trên phần mềm Matlab R = 150 (MW). 2max 4.1. Xây dựng giải thuật chương trình Chiến lược vận hành phương án đề ra: - Chạy nền của đồ thị phụ tải: 2x20 MW, Trên cơ sở các phương án vận hành được 2x30 MW, 50 MW, 70 MW (30/70), 250 lựa chọn, viết chương trình vận hành cho MW (200/250) mùa mưa và mùa khô. Giải thuật chương - Dự trữ: 70 MW (40/70), 180 MW, 250 trình được trình bày ở hình 3. MW (50/250) Chia đồ thị phụ tải ra làm 3 vùng: - Vùng đáy: 230 L 380 MW 3.3.3 Xét thời gian từ 22 giờ - 23 giờ (Tải ở lưng ĐTPT) Thông số phụ tải và công suất dự trữ tự - Vùng lưng: 380 L 500 MW do: L = 490 MW; C = G – L = 650 – 490 = 160 MW. Đánh giá các phương án: - Vùng đỉnh: 500 < L 600 MW Qui ước các ký hiệu được sử dụng trong chương trình: 6
- - G: Công suất khả dụng của máy phát Trường hợp 1: tải thuộc đỉnh của đồ thị (MW) phụ tải, 500 L 600 MW. - L: Công suất tải (MW) - C: Công suất dự trữ tự do (MW) Kết quả chạy chương trình vận hành: - R: Công suất mang tải của máy phát (MW) - t: Công suất chạy đỉnh đồ thị phụ tải (MW) - m: Công suất chạy lưng đồ thị phụ tải (MW) - b: Công suất chạy đáy đồ thị phụ tải (MW) Trường hợp 2: tải thuộc lưng của đồ thị phụ tải, 380 L 500 MW. Kết quả chạy chương trình vận hành: Hình 3: Lưu đồ giải thuật tính toán vận hành máy phát 4.2. Kết quả chạy chương trình Matlab 4.2.1 Kết quả chạy chương trình vận hành cho mùa mưa 7
- Trường hợp 3: tải thuộc đáy của đồ thị Trường hợp 2: tải thuộc lưng của đồ thị phụ tải, 230 L 380 MW phụ tải, 380 L 500 MW Kết quả chạy chương trình vận hành: Kết quả chạy chương trình vận hành: Trường hợp 3: tải thuộc đáy của đồ thị 4.2.2 Kết quả chạy chương trình vận hành phụ tải, 230 L 380 MW cho mùa khô Kết quả chạy chương trình vận hành: Trường hợp 1: tải thuộc đỉnh của đồ thị phụ tải, 500 L 600 MW Kết quả chạy chương trình vận hành: 8
- V. Kết luận 3. PGS.TS Phan Văn Khôi, Cơ sở đánh giá Kết quả nghiên cứu dự trữ vận hành độ tin cậy, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ HTĐ đưa đến các kết luận: thuật, 2001. - Thực hiện phân phối dự trữ cho các tổ máy 4. PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt, Đánh giá sẽ đạt được công suất dự trữ lớn hơn so với độ tin cậy trong hệ thống điện, Nhà xuất bản tập trung dự trữ cho một vài tổ máy. ĐHQG TP.HCM, 2004. - Sử dụng các tổ máy thủy điện có tốc độ TIẾNG ANH mang tải cao cho phép tăng công suất dự trữ 5. Billinton Roy., and Allan N. Ronald., lên đáng kể so với tổ nhiệt điện. Reliability Evaluation of Power Systems, - Các tổ máy thủy điện có chi phí vận hành Plenum Press, New York, 1996. thấp thích hợp cho chạy nền của đồ thị phụ 6. Prada F. Jose., The Value of Reliability in tải. Ngược lại, các tổ máy nhiệt điện có chi Power Systems - Pricing Operating phí vận hành cao thích hợp cho việc chạy Reserves -, EL99-005 WP, July 1999. đỉnh của đồ thị phụ tải. 7. Ameli T. Mohammad., Moslehpour - Các tổ máy 100 MW, 180 MW, 250 MW Saeid., Golnazsadat Mahdavikhah., có công suất lớn và tốc độ mang tải cao nên Determining the Spinning Reserve In Power thích hợp làm dự trữ. Systems By Corrected Recursive PJM - Khi tải ở lưng và đỉnh của đồ thị phụ tải thì Method, Proceedings of The 2008 IAJC- công suất dự trữ vận hành (R) bằng công IJME International Conference. suất dự trữ tự do (C). Nhưng, khi tải ở đáy 8. Bassotti Guido., Olsina Fernando., Garces của đồ thị phụ tải thì công suất dự trữ vận Francisco., VaR-based operating reserve hành (R) nhỏ hơn công suất dự trữ tự do (C). assessment in composite power systems, Nguyên nhân làm cho R < C là do: khi tải ở IEE-UNSJ, Argentina, March 2009. đáy của đồ thị phụ tải, công suất dự trữ tự do 9. Jin Zhong., and Felix F. Wu., Operating lớn, trong khi đó với thời gian 5 phút, ta Reserve Value at Risk, Power Engineering chưa thể huy động hết công suất dự trữ của Society General Meeting, IEEE, June 2006. các tổ máy 180 MW, 250 MW. - Thực hiện dự trữ càng lớn thì độ tin cậy càng cao nhưng chi phí vận hành cũng rất cao. Vì vậy, lựa chọn phương án vận hành phải cân bằng giữa độ tin cậy và chi phí vận hành một cách hợp lý. Những kết quả đã đạt được của luận văn: - Đã áp dụng được phương pháp tính toán xác suất để đánh giá độ dự trữ vận hành hệ thống điện, đây là một điểm mới của đề tài này. - Ứng dụng đánh giá độ dự trữ vận hành hệ thống điện Bình Dương và xây dựng phương án dự trữ vận hành cho HTĐ của Tỉnh. - Xây dựng chương trình hỗ trợ vận hành hệ thống cung cấp điện bằng phần mềm Matlab. TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT 1. PGS.TS Trần Bách, Lưới điện và hệ thống điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2005. 2. TS. Trần Quang Khánh, Vận hành hệ thống điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2006. 9
- BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.