Luận văn Cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN MINH ĐỨC CƯỜNG CỰC TIỂU CHI PHÍ PHÁT ĐIỆN CÁC TỔ MÁY NHIỆT ĐIỆN SỬ DỤNG ĐA NHIÊN LIỆU S K C 0 0 3 96 51 93 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 3 7 1 3 Tp. Hồ Chí Minh, 2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN MINH ĐỨC CƯỜNG CỰC TIỂU CHI PHÍ PHÁT ĐIỆN CÁC TỔ MÁY NHIỆT ĐIỆN SỬ DỤNG ĐA NHIÊN LIỆU NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Hướng dẫn khoa học: TS. LÊ CHÍ KIÊN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012
3. LVTN Lý lịch khoa học LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC. Họ và tên: Nguyễn Minh Đức Cường Giới tính: Nam. Ngày, tháng, năm sinh: 19/01/1985 Nơi sinh: Kiên Giang. Quê quán: TP. Hồ Chí Minh Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: H180/2 Khu Phố 2 Phường Tân Thới Hiệp Quận 12 Thành Phố Hồ Chí Minh. Điện thoại: 0988 847 874. E-mail: duccuong852002@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO. 2.1. Hệ đại học. Hệ đào tạo: chính quy. Thời gian đào tạo: 2003 đến 2008. Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, Quận Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh. Ngành học: Điêṇ khí hóa - Cung cấp điêṇ . 2.2. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/20010 đến 10/2012 Nơi học (trường, thành phố): ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM. Ngành học: Thiết bị, mạng và nhà máy điện Tên luận văn: Cực Tiểu Chi Phí Phát Điện Các Tổ Máy Nhiệt Điện Sử Dụng Đa Nhiên Liệu Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Tháng 10 năm 2012, ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM Người hướng dẫn: TS. LÊ CHÍ KIÊN. 2.3. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh trình độ B1 2.4. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: Bằng Kỹ Sư Điện và Chứng chỉ sư phạm bậc 2, cấp tại ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang i HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
4. LVTN Lý lịch khoa học III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC. Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Cty TNHH Vương Trần 03/2008 - 128/37/71 Bùi Hữu Nghĩa, Nhân Viên. 12/2009 Phường 2, Quận Bình Thạnh, TP. Hồ Chí Minh. Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Lý Tự 09/2009-nay Giảng Viên. Trọng Thành Phố Hồ Chí Minh GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang ii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
5. LVTN Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của 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. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2012 Người cam đoan Nguyễn Minh Đức Cường GVHD: TS. Lê Chí Kiện Trang iii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
6. LVTN Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS. Lê Chí Kiên đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Chân thành cảm ơn quí thầy cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã giảng dạy tôi trong suốt hai năm học. Và cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên tôi trong suốt quá trình học tập. GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang iv HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
7. LVTN Tóm tắt TÓM TẮT Bài toán điều độ tối ưu tổ máy phát với một nhiên liệu duy nhất cho mỗi tổ máy đã được giải trong những năm gần đây. Tuy nhiên, trong thực tế ngày nay do sự phát triển của khoa học – công nghệ tại các nhà máy nhiệt điện mỗi tổ máy có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu và mỗi tổ máy được biểu diễn bởi các hàm bậc hai bị đứt đoạn. Các tổ máy đa nhiên liệu này đang đối mặt với việc khó khăn xác định loại nhiên liệu nào là kinh tế nhất để phát điện. Luận văn này trình bày ba phương pháp giải bài toán phối hợp tối ưu các tổ máy phát điện sử dụng đa nhiên liệu sử dụng. Thuận lợi của phương pháp sử dụng là thành lập hàm toán học Lagrange một cách dễ dàng dựa trên lý thuyết cổ điển nhân tử Lagrange. Các kết quả mô phỏng trong luận văn cho thấy đây là các phương pháp hiệu quả khi so sánh với các phương pháp khác. GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang v HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
8. LVTN Abstract ABSTRACT The optimal generation dispatch problem with only one fuel option for each generating unit has been solven for many recent years. However, it is more realistic to represent the fuel cost function for each fossil fired plants as a segmented piece-wise quadratic functions. This is because of development of technology in thermal plants to reach maximum fuel save. Those units are faced with the difficulty of determining which is the most economical fuel to burn. This thesis presents three approaches to solve the unit commitment problem with multiple fuel options. An advantage of the methods is to formulate Lagrangie mathematical function easily based on the Lagrange multiplier theory. The simulations result show that the approach is an effective methods compared to others. GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang vi HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
9. LVTN Mục lục MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan iii Cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh sách các chữ viết tắt x Danh sách các bảng xii Danh sách các hình xiii Chương 1. Tổng quan 01 1.1 Đặt vấn đề 01 1.2 Các nghiên cứu 02 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 04 1.4 Phương pháp nghiên cứu 04 1.5 Phạm vi nghiên cứu 04 1.6 Điểm mới của đề tài 04 1.7 Giá trị thực tiễn 04 1.8 Bố cục của đề tài 05 Chương 2: Cở sở lý thuyết 06 2.1 Phân bố nguồn phát và trao đổi công suất kinh tế 06 2.1.1 Khái niệm chung về vận hành kinh tế 06 2.1.2 Phân bố tối ưu 07 2.1.3 Trao đổi công suất kinh tế 08 2.2 Yêu cầu của vận hành kinh tế 08 2.2.1 Chất lượng phục vụ 09 GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang vii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
10. LVTN Mục lục 2.2.2 Chi phí sản xuất 09 2.3 Vai trò của vận hành kinh tế 09 2.3.1 Giảm chi phí nhiên liệu trong vận hành 09 2.3.2 Giảm tổn thất điện năng 10 2.4 Xây dựng chi phí và phát điện tối ưu trong nhà máy nhiệt điện 10 2.4.1 Cơ sở xác định giá điện 10 2.4.2 Phát điện tối ưu trong nhà máy nhiệt điện 14 Chương 3: Mô hình toán 19 3.1. Bài toán nghiên cứu 19 3.2. Các ký hiệu trong bài toán 19 3.3. Xây dựng mô hình toán 20 3.3.1. Bài toán đơn nhiên liệu 20 3.3.2. Bài toán đa nhiên liệu 22 3.4. Phương pháp giải bài toán đơn nhiên liệu 33 3.4.1 Xây dựng hàm toán 33 3.4.2.Lưu đồ giải thuật 33 3.4.3 Thuật toán 33 3.5. Phương pháp giải bài toán đa nhiên liệu 34 3.5.1. Phương pháp 1: Phương pháp kết hợp 34 3.5.2. Phương pháp 2: Phương pháp nhân tử Lagrange 38 3.5.3. Phương pháp 3: Phương pháp hàm chi phí tương đương 41 Chương 4: Bài toán nghiên cứu 44 4.1. Bài toán nghiên cứu 44 4.2. Kết quả 45 4.2.1. Phương pháp 1: Phương pháp kết hợp 45 4.2.2. Phương pháp 2: Phương pháp nhân tử Lagrange 46 4.2.3. Phương pháp 3: Phương pháp hàm chi phí tương đương 50 4.3. So sánh kết quả 52 4.4. Nhận xét kết quả 55 GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang viii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
11. LVTN Mục lục Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 57 5.1. Kết Luận 57 5.2. Hướng phát triển của đề tài 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC 60 GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang ix HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
12. LVTN Danh sách các chữ viết tắt DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT - HNUM: hierarchical approach based the numerical method - HNN: Hopfield neural network - ELANN: Enhanced Lagrangian Artificial Neural Network - AHNN: Adaptive Hopfield neural network - GA: genetic algorithm - EP: evolutionary programming - PSO: particle swarm optimization - ETQ: Tabu search and Quadratic programming - bth/p : Suất tiêu hao than ứng với mức công suất p (g/kWh). - Gthan: Giá than (đồng/g). - 7000 (kcal/kg): Nhiệt trị than tiêu chuẩn. - Qth : Nhiệt trị than trung bình. - bFO : Suất tiêu hao dầu ứng (g/kWh). - GFO : Giá dầu (đồng/g) - cVLP : Chi phí vật liệu phụ. - Bp : Suất tiêu dầu/khí ứng với mức công suất p (g/kWh với dầu hoặc BTU/kWh với khí). - G : Giá nhiên liệu (than/dầu) (đồng/g với dầu, đồng/BTU với khí). - E (MWh): Điện năng được bán. - Fj (Pj): Hàm chi phí nhiên liệu của tổ máy thứ j (Rs/h). - Pj: Công suất phát của tổ máy thứ j. - j: Tổ máy thứ j. j = 1, 2, ,n. - n: Tổng số tổ máy của nhà máy. - aj, bj, cj: Các hệ số hàm chi phí nhiên liệu của tổ máy thứ j. - PD: Công suất tải yêu cầu (MW). min max - Pj , Pj : Giới hạn công suất phát nhỏ nhất, lớn nhất của tổ máy thứ j (MW). GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang x HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
13. LVTN Danh sách các chữ viết tắt - λj: Nhân tử Lagrange tương ứng với suất tăng tương đối tiêu hao nhiên liệu của tổ máy thứ j. - : Suất tăng tiêu hao nhiên liệu của toàn nhà máy nhiệt điện. - Δλ: Sai số suất tăng tiêu hao nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện. - Fjk (Pjk): Hàm chi phí nhiên liệu ứng với công suất phát tổ máy thứ j nhiên liệu thứ k, (Rs/h). - Pjk: Công suất tổ máy thứ j ứng với nhiên liệu thứ k. - k: Nhiên liệu thứ k, k = 1,2, ,m. - m: Tổng số nhiên liệu của hệ thống. - ajk, bjk, cjk: Các hệ số hàm chi phí của tổ máy thứ j ứng với nhiên liệu thứ k. min max - Pjk , Pjk : Giới hạn công suất phát nhỏ nhất, lớn nhất của tổ máy thứ j ứng với nhiên liệu thứ k (MW). - ε : sai số cho phép. - W: tổn thất trong nhà máy điện. - L: Hàm toán học Lagrange GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang xi HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
14. LVTN Danh sách các bảng DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 4.1: Giới hạn công suất tương ứng với mỗi loại nhiên liệu của từng tổ máy. 44 Bảng 4.2: Các hệ số hàm chi phí tương ứng của các loại nhiên liệu của từng tổ máy 44 Bảng 4.3: Kết quả phân bố công suất ứng với các trường hợp phụ tải khác nhau áp dụng phương pháp kết hợp. 46 Bảng 4.4: Tổng chi phí với k = 1 ứng với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đến 0.8 47 Bảng 4.5: Tổng chi phí với k = 2 với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đến 0.8 47 Bảng 4.6: Tổng chi phí với k = 3 với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đến 0.8. 48 Bảng 4.7: Kết quả phân bố công suất ứng với các trường hợp phụ tải khác nhau áp dụng phương pháp nhân tử Lagrange. 49 Bảng 4.8: Tổng chi phí phát điện với giá trị lamda thay đổi từ 0.1 đến 0.8. 50 Bảng 4.9: Kết quả phân bố công suất ứng với các trường hợp phụ tải khác nhau áp dụng phương pháp hàm chi phí tương đương. 51 Bảng 4.10: So sánh kết quả chi phí và thời gian mô phỏng trong trường hợp tải 2400 MW. 52 Bảng 4.11: So sánh kết quả chi phí và thời gian mô phỏng trong trường hợp tải 2500 MW. 53 Bảng 4.12: So sánh kết quả chi phí và thời gian mô phỏng trong trường hợp tải 2600 MW 54 Bảng 4.13: So sánh kết quả chi phí và thời gian mô phỏng trong trường hợp tải 2700 MW 55 GVHD:TS. Lê Chí Kiên Trang xii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
15. LVTN Danh sách các hình DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Quy trình tính giá biến đổi 12 Hình 2.2 Đường cong vào-ra của môṭ tổ máy. 13 Hình 2.3: Suất tăng chi phí nhiên liệu tương ứ ng với công suất phát của tổ máy có đường cong vào ra như (hình 2.2). 16 Hình 3.1: Hàm chi phí của một tổ máy tương ứng với từng loại nhiên liệu. 22 Hình 3.2: Hàm chi phí tương ứng với mỗi nhiên liệu của 2 tổ máy. 25 Hình 3.3: Đặc tuyến chi phí của tổ máy gồm 3 đoạn bậc hai 26 Hình 3.4: Đặc tuyến chi phí tương đương 27 Hình 3.5: Xây dựng đặc tuyến tương đương bằng cách bình phương cực tiểu 30 Hình 3.6: Xây dựng đặc tuyến tương đương bằng phương pháp đồ thị trong matlab 31 Hình 3.7: Xây dựng đặc tuyến tương đương bằng lệnh polyfit trong matlab 32 Hình 3.8: Lưu đồ giải thuật tối ưu nhà máy nhiệt điện sử dụng đơn nhiên liệu 33 Hình 3.9: Lưu đồ giải thuật tối ưu nhà máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu dùng phương pháp kết hợp. 36 Hình 3.10: Lưu đồ giải thuật tối ưu nhà máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu dùng phương pháp nhân tử Lagrange 38 Hình 3.11: Lưu đồ giải thuật tối ưu nhà máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu dùng phương pháp hàm chi phí tương đương 41 GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang xiii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
16. LVTN Chương 1: Tổng quan Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề. Như ta biết, trong hệ thống điện tính liên tục cung cấp điện luôn được đưa lên hàng đầu, nó ảnh hưởng đến tính kinh tế của một quốc gia hay vùng kinh tế sử dụng điện. Để có thể đáp ứng đủ nhu cầu năng lượng cho việc phát triển kinh tế thì tăng trưởng năng lượng điện phải gấp đôi tăng trưởng kinh tế (Việt Nam). Từ đó, vấn đề được đặt ra với ngành điện là phải đảm bảo điều kiện làm việc cũng như các quy tắc an toàn về nguồn, đường dây, bảo vệ, phụ tải .v.v. Bên cạnh tính đảm bảo năng lượng điện thì chi phí phát điện cũng là một bài toán không kém phần quan trọng. (Nếu có thể cực tiểu chi phí phát điện thì giá thành của điện năng cũng giảm và lợi nhuận của nhà đầu tư được gia tăng.) Nếu ta cứ tiếp tục xây dựng nguồn cung cấp để đáp ứng nhu cầu mà không quan tâm đến vấn đề kiểm toán năng lượng cũng như làm như thế nào để sử dụng tốt các nguồn sẵn có, các nguồn sẵn có này đã được sử dụng hiệu quả chưa, có thể khắc phục được hay không. Vậy tính kỹ thuật đã đạt được nhưng trong khi tính kinh tế lại bị bỏ qua với một sai sót lớn. Ngày nay, sự mất ổn định giá nhiên liệu đã tác động lớn đến việc cân bằng năng lượng cho các hệ thống điện và đặc biệt có ý nghĩa rất lớn đối với các nhà máy nhiệt điện. Do vậy, vận hành tối ưu các tổ máy phát nhiệt điện là bài toán cực kỳ quan trọng nhằm tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời làm giảm bớt lượng khí thải gây ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường xung quanh. Như vậy: Phân bố tối ưu nguồn phát là sự bố trí phát công suất tại các nguồn phát sao cho tổng chi phí tiêu hao nhiên liệu toàn hệ thống là thấp nhất, nhưng phải đảm bảo các yêu cầu của ngồn phát như: chất lượng điện năng, nhu cầu phụ tải, độ tin cậy cung cấp điện Một trong những bài toán kinh tế - kỹ thuật khi vận hành và thiết kế hệ thống điện là: Xác định sự phân bố tối ưu công suất phát giữa các tổ máy nhiện điện trong nhà máy nhiện điện nhằm đáp ứng một giá trị phụ tải tổng cộng đã qui định. GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 1 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
17. LVTN Chương 1: Tổng quan Hay nói cách khác là cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện trong nha máy nhiệt điện. Việc nghiên cứu phương thức phân phối tối ưu công suất trong hệ thống điện không những nâng cao tính kinh tế trong vận hành mà còn đóng góp vào tính chính xác và hợp lý khi qui hoạch, thiết kế hệ thống điện. 1.2 Các Nghiên Cứu. Bài toán phối hợp tối ưu các tổ máy phát nhiệt điện là một bài toán quan trọng trong hệ thống điện nhằm giảm chi phí phát điện đến mức thấp nhất có thể đã được nghiên cứu và đưa ra nhiều phương pháp giải trong những thập niên gần đây. Với thời gian vận hành các nhà máy nhiệt điện lâu dài, nhiên liệu hóa thạch là nguồn hữu hạn. Từ đó bài toán đặt ra là phải sử dụng loại nhiên liệu nào là hợp lý cho mức công suất yêu cầu. Trước đây, mỗi tổ máy chỉ sử dụng một loại nhiên liệu để đốt, điều này có nghĩa mỗi tổ máy chỉ có một hàm chi phí bậc hai duy nhất. Tuy nhiên, ngày nay mỗi tổ máy có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu, và mỗi nhiên liệu được dùng sẽ tương ứng với mức công suất phát ra. Do đó, mỗi tổ máy được biểu diễn xấp xỉ thành nhiều hàm bậc hai tương ứng với các giới hạn công suất và nhiên liệu khác nhau. Khó khăn cho vận hành các tổ máy này là làm như thế nào để xác định được nguồn nhiên liệu để đốt mang lại hiệu quả kinh tế nhất. Và cũng do đặc tính chi phí không liên tục và nhiều tối ưu cục bộ nên các phương pháp thông thường thì rất khó giải bài toán này. Một phương pháp để giải bài toán với các tổ máy có nhiều nhiên liệu là tuyến tính hóa từng đoạn và giải chúng bằng các phương pháp truyền thống [1]. Phương pháp hay hơn là vẫn giữ giả thiết các hàm chi phí bậc hai theo từng đoạn và giải chúng. Sự dò tìm phân cấp dựa vào phương pháp số (hierarchical approach based the numerical method _ HNUM) được giới thiệu trong [2] là một cách để giải bài toán. Tuy nhiên, việc giải bài toán bằng phương pháp số sẽ khó khăn hơn rất nhiều với những hệ thống lớn, đặc biệt với các ràng buộc không cực trị. Việc ứng dụng mạng noron Hopfield (Hopfield neural network _HNN) [3] với ưu điểm là đơn giản thì lại gặp những khó khăn trong xử lý một số ràng buộc bất đẳng thức, và những bài toán lớn với nhiều ràng buộc bởi bất đẳng thức. Ngoài GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 2 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
18. LVTN Chương 1: Tổng quan ra, sự hội tụ của HNN cũng phụ thuộc vào sự lựa chọn các hệ số phạt cho các ràng buộc. Trong mạng noron Lagrange tăng cường (Enhanced Lagrangian Artificial Neural Network ELANN) [4], các nhân tử Lagrange được cải thiện nhằm đảm bảo tính hội tụ và cho các kết quả tối ưu, và việc xúc tác cũng được sử dụng để đạt được sự hội tụ nhanh. Tuy nhiên, cả hai HNN và ELANN đều có số vòng lặp lớn cho sự hội tụ và thường dao động suốt quá trình quá độ. Mạng noron Hopfield thích nghi (Adaptive Hopfield neural network _AHNN) [5], [6] là một sự cải tiến của HNN bằng việc điều chỉnh độ dốc và độ lệch của các noron suốt quá trình hội tụ nhằm đạt được kết quả nhanh hơn. Gần đây, các kỹ thuật tối ưu phỏng đoán đã được áp dụng để giải bài toán như thuật toán di truyền (genetic algorithm_GA) [7], [8], qui hoạch tiến hóa (evolutionary programming _EP) [9], [10], và tối ưu hóa bầy đàn (particle swarm optimization _PSO) [11], [12]. GA phụ thuộc nhiều vào hàm tương thích, nhạy với tỉ lệ lai và đột biến, sơ đồ mã hóa các bit của nó, và độ dốc của đường cong không gian dò tìm dẫn đến lời giải. Với cơ chế dò tìm song song, phương pháp EP có xác suất cao để tìm các lời giải tối ưu. Đối với những bài toán quá phức tạp thì kết quả chỉ gần tối ưu. Các phương pháp này có số vòng lặp lớn và nhạy với các thông số điều khiển liên quan [11], [12]. Ngoài ra gần đây, tối ưu hóa bầy đàn (PSO) đã được áp dụng rộng rải trong các bài toán tối ưu hóa hệ thống điện. Mặc dù phương pháp này cho ra lời giải tối ưu trong khoảng thời gian tính toán ngắn và đặc điểm hội tụ ổn định hơn một số phương pháp khác [13], nhưng nó lại nhạy với việc thay đổi các thông số. Phương pháp này vẫn đang được nghiên cứu về khả năng giải các bài toán hệ thống điện phức tạp. Một thuật toán kết hợp của Evolutionary programming, Tabu search and Quadratic programming (ETQ) được đưa ra trong [14] để khắc phục những khó khăn của những phương pháp đơn giản. Tóm lại, các phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng, phương pháp cho kết quả tối ưu thì quá trình thành lập bài toán khó khăn, số vòng lặp hội tụ lớn. Phương pháp giải đơn giản thì cho kết quả không như mong đợi. Từ đây luận GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 3 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
19. LVTN Chương 1: Tổng quan văn đề xuất ba phương pháp giải bài toán dựa vào hàm toán Lagrange được thành lập để cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu. 1.3 Mục Tiêu Nghiên Cứu. Phương pháp nhân tử Lagrange được áp dụng để giải bài toán tối ưu đem lại kết quả chấp nhận được. Giảm đến mức nhỏ nhất chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu mà vẫn đảm bảo an ninh năng lượng. 1.4 Phương Pháp Nghiên Cứu. Giải tích và mô phỏng toán học trên cơ sở hàm mục tiêu là cực tiểu chi phí phát điện với thuật toán ứng dụng là nhân tử Lagrange. 1.5 Phạm Vi Nghiên Cứu. Cực tiểu chi phí phát điện giữa các tổ máy phát đơn nhiên liệu, các hàm chi phí của các tổ máy phát là bậc hàm bậc hai, bỏ qua tổn hao các tổ máy. Cực tiểu chi phí phát điện giữa các tổ máy phát có nhiều loại nhiên liệu, các hàm chi phí của các tổ máy phát là bậc hàm bậc hai theo từng đoạn nhiên liệu, bỏ qua tổn hao các tổ máy. 1.6 Điểm Mới Của Đề Tài Đưa ra hàm chi phí phát điện tại các tổ máy nhiệt điện vào hàm mục tiêu phát điện, từ đó tìm được chi phí phát điện thấp. Xây dựng lưu đồ giải thuật dựa trên toán tử nhân tử Lagrange. 1.7 Giá Trị Thực Tiễn Nghiên cứu phương thức vận hành các nhà máy điện trong hệ thống nhằm đáp ứng đủ nhu cầu phụ tải và có thể cực tiểu chi phí phát điện. Điều này có ý nghĩa to lớn cho nguồn năng lượng điện hiện nay khi nguồn tài nguyên khoáng sản đang đi đến hồi cạn kiệt và đối với môi trường đang bị phá huỷ nghiêm trọng. Chính vì vậy mà đề tài “Cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu” sẽ góp phần giải quyết vấn đề này. Với kết quả nghiên cứu thì đề tài có thể: Ứng dụng cho các tổ máy nhiệt điện trong hệ thống. GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 4 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
20. LVTN Chương 1: Tổng quan Sử dụng tài liệu cho bài toán tối ưu. Sử dụng thuật toán cũng như phương pháp nghiên cứu chó các nghiên cứu khác. 1.8 Bố Cục Của Đề Tài. Cấu trúc luận văn gồm 5 chương cụ thể như sau: 1. Chương 1: Tổng quan. Tóm tắt những nghiên cứu trước đây, trình bày các hướng nghiên trước đây, trình bày phương pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, điểm mới, ý nghĩa và bố cục của đề tài. 2. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Trình bày đặc tính của phối hợp tối ưu và lợi ích đem lại. Xây dựng chi phí và phát điện tối ưu trong nhà máy nhiệt điện. 3. Chương 3: Mô hình toán. Xây dựng mô hình toán học cho các tổ máy nhiệt điện. Hàm mục tiêu, các ràng buộc được đặt ra, từ đó xây dựng hàm Lagrange và thuật toán giải cho bài toán cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện. 4. Chương 4: Bài toán nghiên cứu. Trình bày bài toán ứng dụng, kết quả nghiên cứu và so sánh kết quả với các phương pháp khác. 5. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài. Đánh giá kết quả và nêu hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài. GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 5 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
21. LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Phân Bố Nguồn Phát Và Trao Đổi Công Suất Kinh Tế. 2.1.1. Khái niệm chung về vận hành kinh tế. Vận hành hệ thống điện là tập hợp các thao tác nhằm duy trì chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện đáp ứng các yêu cầu chất lượng, tin cậy và kinh tế. Như đã biết, hệ thống điện bao gồm các phần tử có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Sự làm việc tin cậy và kinh tế của hệ thống xuất phát từ sự tin cậy và chế độ làm việc kinh tế của từng phần tử. Cùng với sự ra đời của các thiết bị công nghệ mới, những yêu cầu về vận hành các thiết bị nói chung ngày càng trở nên nghiêm ngặt. Cũng như đối với tất cả các thiết bị, vấn đề vận hành hệ thống điện trước hết phải cần phải thực hiện theo đúng quy trình quy phạm. Các quy trình sử dụng thiết bị do nhà chế tạo cung cấp và hướng dẫn. Quy trình vận hành các thiết bị của hệ thống được xây dựng trên cơ sở các quy trình sử dụng thiết bị có xét đến những đặc điểm công nghệ của hệ thống. Như ta đã biết hệ thống điện có hàng loạt các đặc điểm khác biệt, mà dưới đây là một số đặc điểm nổi bật nhất có liên quan trực tiếp đến quá trình vận hành hệ thống điện: Quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng diễn ra hầu nhƣ đồng thời. Đặc điểm này cho thấy điện năng không thể cất giữ dưới dạng dự trữ. Điều đó dẫn đến sự cần thiết phải duy trì sao cho tổng công suất phát của tất cả các nhà máy điện phải luôn luôn phù hợp với nhu cầu tiêu thụ của tất cả hộ dùng điện. Sự mất cân đối sẽ làm giảm chất lượng điện mà một số trường hợp có thể dẫn đến sự cố và mất ổn định hệ thống. Do phụ tải luôn thay đổi từ giá trị cực tiểu đến cực đại, cần có các biện pháp điều chỉnh chế độ làm việc hợp lý của các nhà máy điện. Hệ thống điện là một hệ thống thống nhất. Giữa các phần tử hệ thống điện luôn luôn có những mối quan hệ hết sức mật thiết với nhau. Sự thay đổi phụ tải của một nhà máy điện bất kỳ, sự đóng cắt một GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 6 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường