BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - HUỲNH NGỌC TÙNG NGHIÊN CỨU DỰ PHÒNG TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - HUỲNH NGỌC TÙNG NGHIÊN CỨU DỰ PHÒNG TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Nguyễn Hùng TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Hùng (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn Thạc sĩ bảo vệ 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 Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ tên Chức danh Hội đồng Chủ tịch Phản biện Phản biện Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp HCM, ngày tháng năm 20 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Huỳnh Ngọc Tùng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh: Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: I- Tên đề tài: Nghiên cứu dự phòng thị trường điện II- Nhiệm vụ nội dung: III- Ngày giao nhiệm vụ: IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: V- Cán hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Hùng CÁN BỘ HUỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa đuợc công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn đuợc cảm ơn thông tin trích dẫn Luận văn đuợc rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn Huỳnh Ngọc Tùng LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, em xin chân thành cám ơn Thầy Cô Trường Đại học Công nghệ Tp HCM, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Khoa học Kỹ thuật HUTECH hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành khóa học đề tài luận văn Đặc biệt, em xin chân thành cám ơn Thầy, PGS TS Nguyễn Hùng tận tình hướng dẫn, giúp đỡ đóng góp ý kiến quý báo cho việc hoàn thành Luận văn Cuối cùng, em xin cảm ơn tập thể lớp 16SMĐ12, đồng nghiệp gia đình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho trình thực Luận văn em Huỳnh Ngọc Tùng Tóm tắt Năng lượng điện nguồn lượng thiếu sản xuất, sinh hoạt sống Trong cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, mức tiêu thụ lượng điện thước đo lực kinh tế quốc gia Trong bối cảnh nay, Tập đoàn điện lực Việt Nam thực tiến trình đổi mới, cải cách ngành điện chuyển sang cổ phần hóa thành viên Tập đồn điện lực, bước chuyển sang thị trường điện Việc nghiên cứu vấn đề thị trường điện, xác định giá điện nút hệ thống điện dịch vụ phụ trợ dự phòng làm sở cho việc hình thành phát triển Rõ ràng rằng, thị trường điện Việt Nam giai đoạn hình thành phát triển Vì vậy, đề tài luận văn “Nghiên cứu dự phòng thị trường điện” cần thiết Kết nghiên cứu khơng góp phần điều tiết lượng hệ thống điện hiệu mà tăng cường tính hợp lý việc sử dụng tài nguyên lưới điện quan trọng hết sở định hướng cho việc khuyến khích nhà đầu tư đầu tư vào ngành điện Đề tài luận văn bao gồm nội dung sau: + Chương 1: Giới thiệu chung + Chương 2: Tổng quan nghiên cứu liên quan đến thị trường điện dự phòng thị trường điện + Chương 3: Nghiên cứu dự phòng thị trường điện + Chương 4: Mô dự phòng thị trường điện + Chương 5: Kết luận hướng phát triển tương lai Abstract Electric energy is an indispensable energy source in production, living and life In the industrialization and modernization of the country, electricity consumption is a measure of the economic power of each country In the current context, the Electricity of Vietnam has been implementing the reform process, transforming the electricity industry into equitization of the members of the Electricity Group, as well as gradually moving to the electricity market The study of the problems in the electricity market, the determination of electricity prices at the nodes in the power system and auxiliary services such as backup will be the basis for the formation and development It is clear that the electricity market in Vietnam is in the stage of formation and development Therefore, the topic thesis "Reserve analysis in electricity markets" is necessary The results of this study not only contribute to the more efficient regulation of energy in the electricity system, but also to the rational use of grid resources and, more importantly, the basis for the promotion Encourage investors to invest in the power sector The thesis topics include the following contents: + Chapter 1: Introduction + Chapter 2: Literature review of electricity markets + Chapter 3: Reserve analysis in electricity markets + Chapter 4: Simulations + Chapter 5: Conclusions and future works i MỤC LỤC Mục lục i Danh sách hình vẽ .iv Danh sách bảng vi Chương - Giới thiệu chung 1.1 Giới thiệu 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu .3 1.5 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu .4 1.7 Bố cục luận văn 1.8 Kết luận Chương - Tổng quan nghiên cứu liên quan đến thị trường điện dự phòng thị trường điện 2.1 Giới thiệu 2.2 Tình hình nghiên cứu nước 11 2.3 Tình hình nghiên cứu nước 15 2.4 Thị trường điện nước giới 18 2.4.1 Thị trường điện quốc gia thuộc khối EU 19 2.4.2 Thị trường điện Hoa Kỳ 19 2.5 Kết luận 21 Chương - Nghiên cứu dự phòng thị trường điện 22 3.1 Khái niệm thị trường điện 22 3.2 Mơ hình cơng ty điện lực độc quyền truyền thống 23 3.3 Một số mơ hình thị trường điện cạnh tranh 24 ii 3.3.1 Mô hình có tham gia bên thứ ba 25 3.3.2 Mơ hình người mua 27 3.3.3 Mơ hình thị trường bán bn điện cạnh tranh 29 3.3.4 Mơ hình thị trường bán lẻ điện cạnh tranh 30 3.4 Điều tiết hoạt động điện lực thị trường 32 3.4.1 Vai trò điều tiết hoạt động điện lực thị trường điện 32 3.4.2 Nguyên tắc hoạt động quan điều tiết điện lực 32 3.4.3 Nguyên tắc xây dựng tổ chức quan điều tiết điện lực 35 3.4.4 Các mơ hình quan điều tiết hoạt động điện lực 36 3.5 Giá thị trường điện 37 3.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến giá điện 38 3.6.1 Giá nhiên liệu thị trường điện 38 3.6.2 Các điều kiện khí hậu thời tiết 39 3.6.3 Định mức giá điện quy định Nhà nước 39 3.6.4 Khả khai thác nguồn điện giá rẻ 39 3.6.5 Kế hoạch cắt điện 39 3.6.6 Nhu cầu phụ tải 39 3.6.7 Khả đưa vào nguồn phát điện 39 3.6.8 Quản lý hệ thống 40 3.6.9 Điều kiện lưới truyền tải 40 3.6.10 Lợi nhuận biên phận thị trường điện 40 3.6.11 Tính chất trò chơi thị trường điện 40 3.7 Phân bố công suất tối ưu thị trường điện 41 3.8 Vận hành hệ thống điện thị trường điện 45 3.9 Chỉ số đánh giá cân cung cầu 48 3.10 Tắc nghẽn quản lý tắc nghẽn 49 3.10.1 Khái niệm tắc nghẽn 49 3.10.2 Xác định nghẽn mạch 50 3.10.3 Nguyên nhân nghẽn mạch 51 3.10.4 Ứng xử đơn vị quản lý vận hành xảy nghẽn mạch 51 3.10.5 Tác hại nghẽn mạch 52 78 Nếu so sánh giá trị này, nhận thấy khác biệt rõ ràng hai phương án truyền tải Qua đó, vấn đề xây dựng đuờng dây cho khu vực tải phát triển mạnh tương lai cần thiết 4.2.6.2 Nâng cấp đường dây cũ Việc nâng cấp đường dây cũ tùy thuộc vào nhiều yếu tố như: dung lượng cho phép máy biến áp, khả chịu lực thay đổi kết cấu cấu đường dây, khả phát triển tải tương lai…Nhưng ta bỏ qua yếu tố để phân tích tính ta nâng cấp dung lượng đường dây giá LMP ảnh hưởng trường hợp nghẽn mạch Tiếp tục, xét tốn nút trên.Thơng số đường dây cần ý trường hợp thông số đường dây nối nút với nút Thông số đường dây trước nâng cấp Bảng 4.10 Bảng 4.10 Thông số đường dây trước nâng cấp Đường dây Từ nút Tới nút Điện trở Điện kháng Giới hạn 12 0.01 0.06 65 13 0.04 0.24 150 23 0.03 0.16 80 24 0.03 0.18 100 25 0.02 0.12 100 26 0.01 0.06 200 34 0.005 0.03 100 45 0.04 0.24 70 57 0.01 0.24 200 67(1) 0.04 0.24 200 67(2) 0.04 0.24 200 Điện kháng Giới hạn Bảng 4.11 Thông số đường dây nâng cấp Đường dây Từ nút Tới nút Điện trở 79 12 0.01 0.06 65 13 0.04 0.24 150 23 0.03 0.16 80 24 0.03 0.18 100 25 0.02 0.12 150 26 0.01 0.06 200 34 0.005 0.03 100 45 0.04 0.24 70 57 0.01 0.24 200 67(1) 0.04 0.24 200 67(2) 0.04 0.24 200 Hình 4.11 Giá LMP chưa nâng cấp đường dây 80 Hình 4.12 Giá LMP nâng cấp đường dây Bảng 4.12 Giá LMP chưa nâng cấp đường dây TT Nút Giá cận Giá điện Giá tắc nghẽn Giá tổn thất biên ($/MWh) ($/MWh) ($/MWh) ($/MWh) 1 16.56 512.68 -478.33 -17.79 2 16.53 512.68 -485.57 -10.58 3 18.04 512.68 -486.76 -7.87 4 18.30 512.68 -482.66 -11.73 5 697.58 512.68 174.76 10.13 6 17.23 341.66 -325.98 1.55 7 21.80 21.80 0.00 0.00 Bảng 4.13 Giá LMP sau nâng cấp đường dây TT Nút Giá biên Giá điện ($/MWh) ($/MWh) Giá tắc nghẽn Giá tổn thất ($/MWh) ($/MWh) 1 16.56 17.28 0.00 -0.71 2 16.89 17.28 0.00 -0.39 81 3 17.21 17.28 0.00 -0.07 4 17.15 17.28 0.00 -0.13 5 17.65 17.28 0.00 0.37 6 17.23 17.15 -0.00 0.08 7 21.80 21.80 0.00 0.00 Kết mô cho thấy trường hợp với tải nút 250 (MW) xảy tắc nghẽn đường dây - (131%) giá nút lên đến 697.58 ($/MWh), Bảng 4.12 Giá nút so với nút lại cao kết phát triển tải nút không cân xứng với khả tải đường dây Trong trường hợp này, có nhiều phương án xử lý cho cân phương án tăng khả tải đường dây phương án tốt Bảng 4.13 cho thấy sau tăng khả tải đường dây - lên 150 (MW) thay cho đường dây cũ 100 (MW) giá nút giảm xuống 17 ($/MWh) tượng tắc nghẽn khơng xảy 4.2.7 Thị trường điện có dự phòng Tương tự, xét hệ thống điện nút Hình 4.13 Hình 4.13 Hệ thống điện nút thị trường điện có dự phòng Để khảo sát tốn thị trường điện có dự phòng, giả sử rằng: + Nguồn điện bao gồm máy phát điện; + Các điều khiển máy phát điện bao gồm dự phòng điều chỉnh; 82 + Các ràng buộc thiết lập mức độ khu vực có ràng buộc điều chỉnh Khi ấy, khảo sát đề cập bao gồm: + Điều khiển dự phòng hỗ trợ quay; + Các ràng buộc khẩn cấp vận hành; + Các ràng buộc vùng Việc thiết lập đường cong yêu cầu dự phòng thực Hình 4.14 Trong trường hợp này, đường cong nhu cầu cho dự phòng điều chỉnh khu vực có đặc tính dương tương ứng với giá trị giảm dần, Hình 4.15 Hình 4.14 Thiết lập đường cong u cầu dự phòng 83 a) b) Hình 4.15 Đường cong nhu cầu cho dự phòng điều chỉnh khu vực với đặc tính dương giảm dần Thiết lập bỏ thầu dự phòng tương ứng với việc thiết lập giá, công suất tác dụng tăng giảm tương ứng máy phát 1, Hình 4.16; máy phát 2, Hình 4.17 - Máy phát 1: + Giá thiết lập, Price = ($/MWh); 84 + Công suất tác dụng tăng lớn nhất, Maximum MW Increase = 55 (MW); + Công suất tác dụng giảm lớn nhất, Maximum MW Decrease = 40 (MW) a) b) 85 Hình 4.16 Thiết lập bỏ thầu dự phòng cho máy phát - Máy phát 2: + Giá thiết lập, Price = 7.5 ($/MWh); + Công suất tác dụng tăng lớn nhất, Maximum MW Increase = 75 (MW); + Công suất tác dụng giảm lớn nhất, Maximum MW Decrease = 60 (MW) a) 86 b) Hình 4.17 Thiết lập bỏ thầu dự phòng cho máy phát - Máy phát 3: Không thực điều chỉnh dự phòng Khi ấy, thiết lập hiển thị Hình 4.18 Giới hạn điều chỉnh tất máy phát Giá điều khiển dự phòng máy phát Ngõ dự phòng Các giới hạn điều khiển Thiết lập dự phòng cho máy phát dự phòng máy phát máy phát Hình 4.18 Các thiết lập điều khiển dự phòng cho máy phát 87 Bài tốn điều khiển dự phòng khảo sát liên quan đến việc cực đại hóa tổng thặng dư mà biểu diễn hàm mục tiêu sau: - Hàm mục tiêu: Tổng thặng dư = Thặng dư dự phòng điều chỉnh tăng + Thặng dư dự phòng điều chỉnh giảm - Tổng chi phí vận hành máy phát điện - Chi phí dự phòng điều chỉnh tăng - Chi phí dự phòng điều chỉnh giảm (4.1) - Các biến điều khiển: P1, P2, P3: Công suất phát tác dụng máy phát 1, (MW); P1RR+, P2RR+: Dự phòng điều chỉnh tăng máy phát 2; P1RR-, P2RR-: Dự phòng điều chỉnh giảm máy phát 2; A1RR+: Dự phòng điều chỉnh tăng khu vực; A1RR-: Dự phòng điều chỉnh giảm khu vực - Các ràng buộc: + Cân công suất: Giả sử hệ thống điện khảo sát tổn thất, ấy: P1 + P2 + P3 = PLoad (4.2) + Giới hạn nhiệt (MVA) Sik ≤ Sikmax (4.3) + Cân dự phòng điều chỉnh tăng: P1RR+ + P2RR+ = A1RR+ (4.4) + Cân dự phòng điều chỉnh giảm: P1RR- + P2RR- = A1RR+ Giới hạn cực đại máy phát: (4.5) 88 Pi + PiRR+ ≤ Pimax (4.6) + Giới hạn cực tiểu máy phát: Pimin ≤ Pi - PiRR- (4.6) Khi ấy, phân bố công suất tối ưu thị trường dự phòng thể sau, Hình 4.19 Kết phân bố công suất tối ưu thị trường điện dự phòng Các biến chuẩn bỏ thầu Hình 4.19 Phân bố công suất tối ưu thị trường điện dự phòng Tất dự phòng thỏa REG+=40+562.5=602.5 G1:5×8=40 G2:75×7.5=562.5 REG-=160+450=610 G1:20×8=160 G2:60×7.5=450 Lợi nhuận thu tương ứng với việc tích hợp đường cong nhu cầu điều chỉnh khu vực: 20×400 + 20×300 + 20×200 + 20×100 = 20000 Hình 4.20 Lợi ích dự phòng thị trường điện 92 Chương Kết luận hướng phát triển tương lai 5.1 Kết luận Luận văn hoàn thành: - Tổng quan thực trạng thị trường điện nước giới - Tổng quan thực trạng thị trường điện Việt Nam - Nghiên cứu mơ hình thị trường điện - Tổng quan nghiên cứu liên quan đến dự phòng thị trường điện - Nghiên cứu xây dựng tốn phân bố cơng suất tối ưu tương ứng với kịch khác ràng buộc, có ràng buộc, khơng xét đến tắc nghẽn, xét đến tắc nghẽn dự phòng thị trường điện - Nghiên cứu mơ hình mơ kịch khác thị trường điện - Nghiên cứu, phân tích đánh giá kịch vận hành hệ thống điện thị trường điện Các kết mô phân tích đạt cho thấy việc nghiên cứu mô kịch vận hành hệ thống thị trường điện cần thiết cho công tác vận hành hệ thống điện thực tế tính chất phức tạp vận hành hệ thống điện thị trường điện 5.2 Hướng phát triển tương lai - Khảo sát phân tích chi tiết kịch vận hành hệ thống điện hệ thống điện liên quan đến khơng có ràng buộc, có ràng buộc, không xét đến tắc nghẽn, xét đến tắc nghẽn dự phòng thị trường điện 93 - Phân tích chi tiết yếu tố ảnh hưởng tác động giải pháp khắc phục tương ứng với kịch vận hành hệ thống điện khác thị trường điện 93 Tài liệu tham khảo [1] Luật Điện lực Quốc Hội ngày 03 tháng 12 năm 2004 [2] Luật Sửa đổi, bổ sung số điều Luật Điện lực Quốc Hội ngày 20 tháng 11 năm 2012 [3] Quyết định số 26/2006/QĐ-TTg ngày 26 tháng 01 năm 2006 Thủ tướng Chính phủ việc phê duyệt lộ trình hình thành phát triển thị trường điện lực Việt Nam [4] Trần Phương Nam, Nghiên cứu giá điện có xét yếu tố dự phòng cố thị trường điện, Luận văn Thạc Sĩ, Trường Đại học công nghệ Tp HCM, 2014 [5] Lê Minh Trân, Nghiên cứu giá điện cận biên dịch vụ phụ trợ thị trường điện cạnh tranh, Luận văn Thạc Sĩ, Trường Đại học cơng nghệ Tp HCM, 2015 [6] Tơ Trí Thức, Nghiên cứu vận hành đảm bảo ổn định thị trường điện cạnh tranh, Luận văn Thạc Sĩ, Trường Đại học công nghệ Tp HCM, 2015 [7] Phạm Ngọc Hiệp, Nghiên cứu tốn cực tiểu chi phí tái điều độ giải tắc nghẽn thị trường điện, Luận văn Thạc Sĩ, Trường Đại học công nghệ Tp HCM, 2016 [8] Trần Hồ Khắc Tuấn Khải, Nghiên cứu mơ hình giá điện truyền tải thị trường điện bán buôn Việt Nam, (VWEM), Luận văn Thạc Sĩ, Trường Đại học công nghệ Tp HCM, 2016 [9] Ngô Xn Anh, Nghiên cứu mơ hình thị trường điện giao chế toán cho thị trường điện bán buôn Việt Nam, Luận văn Thạc Sĩ, Trường Đại học công nghệ Tp HCM, 2016 [10] F Stacke and P Cuervo, “A combined pool/bilateral/reserve electricity market operating under pay-as-bid pricing”, IEEE Transaction on Power Systems, vol 23, iss 4, pp 1601 - 1610, 2008 [11] Y Tao, “Operating reserves with flexible loading in electricity market”, IEEE PES General Meeting, 2014 94 [12] T R Limbu, T K Saha and J D F Mcdonald, “Value-based allocation and settlement of reserves in electricity markets”, IET Generation, Transmission and Distribution, vol 5, iss 4, pp 489 - 495, 2011 [13] P Wang, Y Liu, L Goel, Q Wu, Y Ding and W Qin, “A reliabilitybased reserve criterion for market settlement with interruptible loads”, IEEE Power and Energy Society General Meeting, 2009 [14] J Wang and Y He, “Study on model of interruptible load to participate in reserve market”, Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference, 2009 [15] S G Kim, “LMP as market signal for reserve supply in energy and reserve integrated market”, IEEE PES Power Systems Conference and Exposition, 2007 ... Nghiên cứu dự phòng thị trường điện” thực với mục tiêu nội dung sau: - Tổng quan nghiên cứu liên quan đến dự phòng thị trường điện - Nghiên cứu xây dựng mục tiêu tốn dự phòng thị trường điện - Nghiên. .. chung + Chương 2: Tổng quan nghiên cứu liên quan đến thị trường điện dự phòng thị trường điện + Chương 3: Nghiên cứu dự phòng thị trường điện + Chương 4: Mơ dự phòng thị trường điện + Chương 5: Kết... phần trình phát triển thị trường điện + Tìm hiểu nghiên cứu mơ hình thị trường điện + Tìm hiểu nghiên cứu dự phòng thị trường điện + Tìm hiểu nghiên cứu ảnh hưởng dự phòng thị trường điện - Về mô