Luận Văn Áp dụng phương pháp đơn hình quy hoạch phát triển hệ thống điện

TÓM TẮT: Tập thông số cấu trúc của hệ thống điện được hiểu là các thông số liên quan đến các
nguồn phát và đường dây truyền tải điện chủ đạo. Mức công suất máy phát và sản lượng điện năng tối
ưu của các nhà máy điện phụ thuộc vào chi phí nhiên liệu và chi phí lắp đặt tổ máy, và đồng thời cũng
phụ thuộc vào chi phí lắp đặt đường dây, có xét khấu hao thiết bị và tổn thất điện truyền tải hàng năm.
Thông thường thì bài toán tối ưu hóa cấu trúc của hệ thống điện thuộc lớp bài toán tối ưu đa mục tiêu
với hàm mục tiêu có dạng phi tuyến. Áp dụng phép tuyến tính hóa hàm mục tiêu cùng với các phương
trình ràng buộc dạng tuyến tính cho phép ứng dụng thuận lợi giải thuật quy hoạch tuyến tính để tối ưu
hóa cấu trúc của hệ thống điện. Một chương trình áp dụng phương pháp đơn hình cho phép tính toán
cực tiểu hàm tổng chi phí quy dẫn và thỏa mãn các điều kiện ràng buộc truyền tải công suất, có xét mức
dự trữ công suất của các nút và mức dự trữ nhiên liệu để phát triển mở rộng cấu trúc hệ thống điện.
1. GIỚI THIỆU
Mô hình toán quy hoạch hệ thống điện truyền tải thông thường là loại mô hình tổng hợp, được xem
như là một phương tiện tính toán khởi đầu từ việc nhập các số liệu dự báo, phối hợp mở rộng tính toán
theo một quy trình xác định trước nhằm đưa ra các phương án thiết kế tối ưu hoặc gần tối ưu. Mô hình
toán quy hoạch có thể thực hiện các luận lý phối hợp với chuyên gia thiết kế, các phối hợp này thường có
giới hạn ở mức hiệu chỉnh số liệu trong khi chương trình đang thi hành tính toán. Một số phương pháp
toán tối ưu hóa được ứng dụng nhiều trong quy hoạch mở rộng hệ thống điện, ví dụ như : quy hoạch
tuyến tính [1][2][3], quy hoạch động, quy hoạch phi tuyến, quy hoạch nguyên hỗn hợp, phương pháp cận
và nhánh, cũng như các kỹ thuật định vị, phân lập và phối hợp Tùy theo quy trình quy hoạch mở rộng
một hệ thống điện mà mô hình tính toán quy hoạch hệ thống có thể áp dụng phương pháp toán tối ưu
chặt chẽ hoặc chỉ có thể vận dụng các quy phạm kỹ thuật để áp dụng các giải pháp tính toán ước lượng,
dẫn đến kết quả chấp nhận gần tối ưu. Thực tế áp dụng một mô hình toán chặt chẽ sẽ cho ra một giải
pháp quy hoạch tối ưu, nhưng chỉ là tối ưu thỏa mãn các giả thiết theo thông tin dự báo chưa đủ chính
xác trong điều kiện biến động về kỹ thuật, về tài chính và về môi trường đầu tư.
Mô hình quy hoạch hệ thống điện truyền tải có thể phân biệt thành loại mô hình tĩnh hay mô hình
động. Mô hình tĩnh thường được áp dụng khi quy hoạch hệ thống điện trong một giai đoạn duy nhất,
không xét đầu tư vốn lắp đặt thiết bị ở nhiều thời điểm khác nhau, chỉ xác định một tình huống phương
án tối ưu quy dẫn về một năm. Trong bài viết này chúng tôi đưa ra kết quả áp dụng mô hình động với
phương pháp đơn hình trong việc quy hoạch phát triển mở rộng hệ thống điện, xem xét vài giai đoạn đầu
tư vốn lắp đặt thiết bị trong nhiều năm, xác định phương án phát triển tối ưu của các giai đoạn khác
nhau đối với một hệ thống điện cần quy hoạch.
2. THIẾT KẾ MỞ RỘNG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐƠN HÌNH
2.1. Vấn đề quy hoạch thiết kế mở rộng hệ thống điện
Công suất điện tiêu thụ cho phát triển sản xuất hàng hóa và phục vụ nhu cầu hoạt động văn hóa xã
hội ngày càng phát triển. Quy luật phát triển tương lai của phụ tải điện được cơ quan chức năng dự báo,
quy hoạch thành bản đồ phát triển MW/km2 của các đơn vị khu vực tiêu thụ điện tập trung. Thông
thường các số liệu khởi đầu để giải quyết bài toán này là các trị số P(MW) và cosj của tải điện được phát
Science & Technology Development, Vol 10, No.03 - 2007
Trang 64
triển theo thời gian tại các điểm nút trên lưới điện; Tập hợp các công trình điện hiện hữu và phương án
quy hoạch các công trình điện mới; Các đặc tính kỹ thuật của trang thiết bị điện và các chỉ số quy phạm
kinh tế –kỹ thuật, giá cả trang thiết bị và định mức chi phí vận hành. Để thiết kế mở rộng một sơ đồ hệ
thống điện tương lai thì cần định hướng các phương án sơ đồ cơ sở phát triển của hệ thống mạng lưới
điện; cần chọn lựa thành phần cấu trúc và thông số của các phần tử tham gia trong sơ đồ hệ thống điện
theo từng giai đoạn quy hoạch phát triển hệ thống và xác định thời hạn hoạt động hiệu quả kinh tế – kỹ
thuật của tổng sơ đồ quy hoạch hệ thống điện.
Bài toán tối ưu hóa cấu trúc hệ thống điện bao gồm tính toán đáp ứng cực tiểu chi phí đặt trang thiết
bị và cực tiểu chi phí vận hành các phần tử lưới điện, đồng thời đảm bảo tuân thủ các định mức quy
phạm kỹ thuật đối với chất lượng và độ tin cậy cung cấp điện trong các giai đoạn phát triển sơ đồ hệ
thống điện. Điều kiện tối ưu được thiết lập ở dạng cực tiểu tổng các chi phí quy dẫn xét trên tất cả các
phần tử lưới điện có xét đến tính chất động của sự biến đổi các chi phí này theo tiêu chuẩn kinh tế –kỹ
thuật. Khi so sánh các phương án khác nhau để xây dựng sơ đồ lưới điện thì có thể giả thiết rằng thành
phần chi phí cố định đối với các công trình hiện hữu là bằng nhau đối với các phương án, và có thể loại
bỏ ra khỏi hàm mục tiêu. Thực hiện tối ưu hóa về tiết diện dây dẫn truyền tải điện sau khi chọn được
phương án sơ đồ lưới điện. Tùy theo dòng công suất tải trên đường dây biến đổi ở vùng kinh tế –kỹ thuật
nào mà chọn được số lộ tối ưu, hàm chi phí tối ưu tùy thuộc vào số mạch song song của đường dây.
Bài toán thiết kế mở rộng hệ thống điện thường xuất phát từ các số liệu khởi điểm không đủ chính
xác về số lượng cũng như chất lượng. Bởi vậy, cho nên có thể chấp nhận các phương án gần tối ưu theo
các cách tiếp cận giải quyết bài toán như sau : Biến đổi bài toán tối ưu hóa hệ thống điện về dạng cho
phép áp dụng được một phương pháp toán tối ưu có giải thuật chặt chẽ, cho phép dẫn đến một dạng đáp
số tối ưu toàn cục; Có thể bỏ qua một số điều kiện ràng buộc, như thế cho phép giải được bài toán một
cách chặt chẽ về mặt toán học, tuy nhiên có thể chỉ nhận được lời giải gần tối ưu. Giải quyết bài toán quy
hoạch phát triển mở rộng hệ thống điện theo tình huống động của các giai đoạn phát triển kinh tế, xét
theo một quy trình nhiều giai đoạn tính toán liên tiếp lặp lại để tiến đến một giải pháp tốt nhất. Điều kiện
cho phép phát triển hệ thống theo từng giai đoạn phải được thỏa mãn trên mỗi giai đoạn phát triển hệ
thống điện, phải đảm bảo đủ các quy phạm kỹ thuật và phải cho phép phát triển chuyển biến từ một trạng
thái sơ đồ này sang một trạng thái sơ đồ khác. Trong trường hợp đầu tư vốn thực hiện cho phương án sơ
đồ phát triển trên các thời hạn khác nhau thì chi phí biến đổi theo thời gian, khi so sánh các phương án
khác nhau cần phải thực hiện một tiêu chuẩn tối ưu mà các chi phí ở mỗi thời điểm khác nhau phải được
quy dẫn về cùng một thời điểm.