Bài báo này tập trung hai vấn đề gồm: phân tích yếu tố ảnh hưởng và phương pháp giải quyết tắc nghẽn truyền tải cho thị trường điện bán buôn cạnh tranh. Đầu tiên phương pháp giá điện nút được lựa chọn như là mô hình hiệu quả, minh bạch, kích thích cạnh tranh trong thị trường điện bán buôn. Thứ hai là các phương pháp giải quyết tắc nghẽn truyền tải dựa trên việc sử dụng phân phối các nguồn phát, dựa trên cực tiểu tổng chi phí trong vận hành và lắp đặt đường dây mới trong qui hoạch dài hạn. Kết quả cho thấy sự hiệu quả về kinh tế lẫn kỹ thuật. Để giải quyết được hai vấn đề trên, nhóm tác giả đã áp dụng mô phỏng thị trường điện giá nút cho lưới điện mẫu 9 nút trên phần mềm Power World Simulator V.20. Các kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của mô hình giá điện nút phản ảnh đúng trạng thái khi vận hành thị trường và phương pháp giải quyết tắc nghẽn đảm bảo thị trường điện vận hành ổn định.
• Tính toán hiệu quả kinh tế hệ lưu trữ năng lượng mặt trời
• Tính toán tổn thất công suất hệ thống điện mặt trời áp mái nối lưới
• Kiểm tra lựa chọn thiết bị bảo vệ cho điện mặt trời mái nhà
Hiện nay thị trường điện đã hình thành và phát triển ở nhiều nước trên thế giới. Thị trường điện với cơ chế mở, cạnh tranh đã hoạt động có hiệu quả ở các nước và cho thấy những ưu điểm về mặt kinh tế và kỹ thuật hơn hẳn hệ thống điện tập trung cơ cấu theo chiều dọc truyền thống. Thu nhận kết quả từ các nước chuyển sang thị trường điện như: Anh, Mỹ, Canada, Argentina, Brasil, Úc, Nhật, Trung Quốc, Thái Lan,… cho thấy hệ thống điện không ngừng phát triển không chỉ về số về số lượng, chất lượng mà còn cả về giá bán điện cho người sử dụng rẻ hơn. Khi mà các nguồn tài nguyên thiên nhiên sẵn có không đủ đáp ứng nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng của con người. Bên cạnh việc tìm kiếm những nguồn tài nguyên và nhiên liệu mới thay thế thì việc quy hoạch, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên sẵn có cũng là vấn đề quan tâm hàng đầu của ngành công nghiệp điện năng.
Một trong những khía cạnh đó là việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào quản lý và vận hành lưới điện sao cho tổng chi phí sản xuất vận hành lưới điện là nhỏ nhất để giá thành tới người sử dụng là thấp nhất. Điều này là hợp lý khi hình thành một thị trường điện. Đặc điểm chung của bài toán trào lưu công suất tối ưu (OPF) là cực tiểu các chi phí của hệ thống điện để đáp ứng nhu cầu phụ tải nhưng phải duy trì ổn định của hệ thống. Trên cơ sở của OPF, duy trì ổn định của hệ thống đòi hòi phải giữ cho mỗi thiết bị của hệ thống nằm trong phạm vi vận hành mong muốn ở chế độ xác lập. Điều này sẽ tính đến công suất phát cực đại và cực tiểu của máy phát, dòng công suất biểu kiến cực đại trên đường dây truyền tải và máy biến áp, cũng như điện áp nút của hệ thống nằm trong giới hạn xác định. OPF chỉ quan tâm đến sự vận hành ở chế độ xác lập của hệ thống điện. Các vấn đề khác như ổn định quá độ, ổn định động và việc phân tích các sự kiện xảy ra ngẫu nhiên của chế độ xác lập
Để đạt được mục đích này OPF sẽ thực thi mọi chức năng điều khiển chế độ xác lập của hệ thống điện. Các chức năng này bao gồm điều khiển máy phát điện và điều khiển hệ thống truyền tải. Đối với máy phát, OPF sẽ điều khiển công suất tác dụng đầu ra của máy phát cũng như điện áp của máy phát. Đối với hệ thống truyền tải, OPF có thể điều khiển tỉ số nấc phân áp của máy biến áp điều áp dưới tải hoặc góc dịch pha của máy biến áp, điều khiển chuyển mạch rẽ nhánh và tất cả các thiết bị FACT. Bài toán OPF xác định dữ liệu chi phí biên của hệ thống. Dữ liệu chi phí này dùng để phân tích định giá của sự giao dịch công suất tác dụng cũng như định giá các dịch vụ phụ trợ như điều khiển điện áp bằng cách điều khiển công suất phản kháng.
Trong phần này, chúng ta tiến hành mô phỏng Mô hình hệ thống điện 9 nút bằng phần mềm Power World Simulator nhằm đánh giá thị trường giá điện. Sơ đồ hệ thống điện 9 nút như sau:
Hàm chi phí của máy phát điện được tuyến tính hóa từng được được trình bày trong hình 2.
Các thông số của nguồn và tải của hệ thống điện 9 nút được trình bày trong bảng 2:
Khi tải hoạt động đúng yêu cầu thiết kế xây dựng ban đầu thì hệ thống điện 9 nút ổn định với giá điện thị trường là 47,90 $/MWh. Điện áp các nút đạt yêu cầu cho phép.
2.3 Kết quả mô phỏng hiện tượng trào lưu công suất khi phát sinh nhu cầu tăng tải: xét một trường hợp cụ thể tại nút thứ 5
Khi tăng tải tại nút 5 từ 75 MW lên 235 MW thì thị trường điện 9 nút bị tắc nghẽn đường dây, kết quả mô phỏng được thể hiện trong Hình 4. Khi đó xuất hiện tắc nghẽn trên đường dây nút 7 – nút 5 (104%). Theo đó, giá điện nút tại các nút cũng có sự biến động. Trong đó, biến động nhiều ở nút 5 (47,90 $/MWh lên 51,06 $/MWh). Điện áp sụt giảm tại nút 5 (từ 0,97 p.u xuống 0,94 p.u) gây mấy ổn định tĩnh.
2.4 Giải pháp giảm thiểu tắc nghẽn
Phương pháp: Tiến hành lắp thêm tụ bù và triển khai bổ trợ đường lộ kép để xử lý các vấn đề tắc nghẽn trên đường dây nhằm ổn định thị trường giá điện tại các nút tắc nghẽn.
Để giải quyết tắc nghẽn và giảm điện áp, thực hiện lắp thêm đường dây song song từ nút 7 – nút 5, đồng thời lắp thêm 01 tụ bù 75 kVar. Kết quả mô phỏng như Hình 5.
Như vậy, sau thời điểm này, hiện tượng tắc nghẽn trên đường dây của hệ thống đã được xử lý. Giá điện thị trường sẽ ổn định trở lại ở mức giá có thể chấp nhận được tại 50.78 $/MWh; mặc dù, giá điện vẫn chưa đạt được đơn giá mong muốn ban đầu 47.90 $/MWh. Các mô hình và giải pháp mới sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển nhằm cải thiện hơn nữa tình trạng tắc nghẽn của hệ thống điện và thị trường giá điện theo thời thực.
Để giải bài toán OPF ngày nay có nhiều công cụ hỗ trợ như máy tính, các phần mềm. Và một phần quan trọng không thể thiếu trong việc giải các bài toán OPF đó là các thuật toán. Từ những thuật toán cơ bản như: phương pháp tuyến tính, thuật toán Gradient, thuật toán Newton – Raphson, phương pháp gradient liên hợp cho đến những thuật toán hiện đại như: giải thuật di truyền, giải thuật tiến hoá, hay giải thuật tiến hoá bầy đàn (PSO),…
Hiện nay, trong phần mềm Power World dùng phương pháp tuyến tính để giải bài toán OPF bằng cách tuyến tính hóa các đường cong chi phí. Phương pháp quy hoạch tuyến tính (Linear Programming) là phương pháp giải bài toán tối ưu đã phổ biến từ lâu (khoảng 50 năm). Ngày nay, kết hợp với các phương pháp khác LP ngày càng hoàn thiện và trở thành một công cụ hữu ích cho việc giả bài toán OPF. Trong Power World phương pháp LP là công cụ chính cho việc giả bài toán OPF của hệ thống điện. Các phương trình đường cong chi phí được tuyến tính hoá thành các đường thẳng. Các phương trình giới hạn, các hệ số dưới dạng bất đẳng thức phức tạp đuợc chuyển đổi thành các véc tơ giảm thiểu độ phức tạp trong tính toán, giảm thiểu hao tổn tài nguyên tính toán.
Bài báo nghiên cứu mô hình giá điện và giải quyết vấn đề phổ biến – tắc nghẽn trong thị trường điện. Để giải quyết các vấn đề trên, nhóm tác giả sử dụng phần mềm Power World Simulator V.20 mô phỏng giá điện nút và giải quyết tắc nghẽn cho hệ thống thị trường điện 9 nút, phân tích ảnh hưởng của tắc nghẽn đến giá điện trong thị trường trong các kịch bản khác nhau như tải tăng. Kết quả tổng hợp cân bằng năng lượng chào giá từ các thành phần tham gia thị trường sẽ dẫn đến một số đường dây xảy ra tắc nghẽn nên giá điện tăng cao tại các nút gây nên tắc nghẽn. Lúc này cơ quan vận hành hệ thống điện phải đảm bảo ổn định bằng cách ra lệnh tái điều độ các nguồn phát tham gia thị trường. Kết quả thực hiện giải pháp đề xuất giúp cho hệ thống hoạt động tốt hơn, giảm thiểu tác động các đường dây bị tắc nghẽn. Theo đó, giá điện ở các nút không chênh lệch lớn so với trạng thái bình thường. Để giải quyết tắc nghẽn triệt để, ta có thể phát triển các giải pháp mới, như qui hoạch lắp thêm đường dây mới, một số trường hợp bị mất ổn định điện áp thì phải lắp thêm tụ bù để cải thiện biên độ điện áp và chia nhỏ giải quyết từng phần nguyên nhân gây ra tắc nghẽn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] P. L. Joskow, “Electricity Market Reform”, Elsevier Science, 2006.
[2] F. P. Sioshansi, “Competitive Electricity Markets”, Elsevier Science, 2008.
[3] Loi Le Lai, “Power System Restructuring and Deregulation: Trading, Performance and Information Deregulation”, John Wiley& Sons 2001.
[4] M. Shahidehpour and M. Alomoush, “Restructured Electrical Power Systems: Operation, Trading, and Volatility”, Marcel Dekker, Inc 2001.
[5] M. Murali, M. S. Kumari and M. Syduru, “An Overview of Transmission Pricing Methods in A Pool Based Power Market”, International Journal of Advances in Science Engineering and Technology, Vol. 1, No. 2, October 2013.
[6] W. W. Hogan, “Competitive Electricity Market Design: A wholesale Primer”, John F. Kennedy School of Government, Harvard University, 1998.
[7] Basanta Kumar Panigrahi, “Locational Marginal Pricing (LMP) in Deregulated Electricity Market”, International Journal of Electronics Signals and Systems (IJESS), ISSN No. 2231- 5969, Volume-1, Issue-2, pp. 101-105, 2012.
[8] S. A. Taher and H. Besharat, “Transmission Congestion Management by Determining Optimal Location of FACTS Devices in Deregulated Power Systems” American Journal of Applied Sciences, Vol. 5, No.3, pp.242-247, 2008.
[9] A. Yousefifi, T.T. Nguyen, H. Zareipour, O.P. Malik, “Congestion Management using Demand Response and FACTS devices”, International Journal of Electrical Power and Energy Systems, Vol 37, No.1, pp.75-85, May 2012.
[10] Hoàng Công Đức, “Nghiên cứu và xây dựng mô hình giá điện nút cho thị trường điện cạnh tranh”, Hutech 2013.
[11] Lê Minh Trân, “Nghiên cứu giá điện và thị trường các dịch vụ phụ trợ trong thị trường điện”, Hutech 2015.
[12] Nguyễn Kim Long, “Mô phỏng thị trường điện bán buôn: giải quyết tắc nghẽn và các yếu tố ảnh hưởng giá điện”, Hutech.
Ngô Đăng Lưu (Công ty Anh Minh Global)
Nguyễn Đình Long (Trường Đại học Đồng Nai)
Nguyễn Hùng (Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh)
