1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Tốc độ tăng trưởng phụ tải điện nước ta khá cao trong thập kỷ qua, giai đoạn
1999÷2010 đạt 13,84%[35] và dự báo giai đoạn 2016÷2020 đạt (11,3÷11,6)%.
Hệ thống cung cấp điện (HTCCĐ) còn nhiều bất cập nên qui hoạch HTCCĐ cần
được quan tâm thỏa đáng mới đáp ứng yêu cầu phụ tải [43][45].
Qui hoạch HTCCĐ là vấn đề phức tạp với nhiều mục tiêu, nhiều yếu tố mang
tính ngẫu nhiên và số lượng biến lớn. Nhiều mô hình và phương pháp qui hoạch
HTCCĐ đã được phát triển và ứng dụng. Tuy vậy, các mô hình và phương pháp
này có thể được cải thiện, nâng cao hiệu quả khi sử dụng những giải pháp hoàn
thiện hơn nên vẫn tiếp tục được nghiên cứu.
Gần đây, tái cơ cấu thị trường điện (TTĐ) theo xu hướng cạnh tranh và công
nghệ nguồn phân tán (DG) phát triển rất nhanh. Nhiều công cụ với khả năng tính
toán mạnh, nhiều phương pháp và thuật toán mới được đề xuất đã thúc đẩy các
nhà nghiên cứu tìm kiếm các mô hình, phương pháp qui hoạch hoàn thiện hơn
nhằm nâng cao tính chính xác và đáp ứng được yêu cầu thực tiễn.
Từ phân tích trên, hướng nghiên cứu chính của luận án là bài toán qui hoạch
HTCCĐ xét đến khả năng tham gia của DG, đặc tính giá điện và đồ thị phụ tải
(ĐTPT) cũng như đánh giá hiệu quả của DG trong HTCCĐ.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận án là xây dựng cơ sở lý thuyết và phát triển các
phương pháp tính toán kinh tế kỹ thuật (KT-KT) nhằm giải quyết một số khía
cạnh của bài toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến các DG như:
- Đề xuất mô hình qui hoạch HTCCĐ xét đến khả năng tham gia của DG với
đặc tính công suất phát thay đổi phụ thuộc nguồn năng lượng sơ cấp, đặc
tính giá bán điện và ĐTPT
- Xây dựng các chương trình tính toán và áp dụng cho HTCCĐ Việt Nam.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là các HTCCĐ trung áp, thuộc phạm vi

Trên cơ sở các kết quả đã đạt được trong chương 2 và chương 3, luận án tính
toán qui hoạch cho những HTCCĐ thực tế tại Việt Nam trong chương 4. Từ đó,
phân tích sâu hơn những ưu điểm, khả năng ứng dụng của các mô hình và hiệu
quả của DG trong qui hoạch HTCCĐ Việt Nam.
6. Những đóng góp chính của luận án
Những đóng góp chính trong nghiên cứu của luận án bao gồm:
a) Luận án đã tổng hợp, đánh giá và xác định những yếu tố tác động làm thay
đổi bài toán qui hoạch HTCCĐ hiện nay. Trên cơ sở những phương pháp và
mô hình qui hoạch đã được phát triển trên thế giới, đề xuất những mô hình
và phương pháp qui hoạch phù hợp có thể áp dụng cho HTCCĐ Việt Nam
b) Xây dựng mô hình toán hai bước qui hoạch HTCCĐ xét đến khả năng tham
gia của DG, ĐTPT ngày điển hình và đặc tính giá điện. Trên có sở đó, xây
dựng những mô hình cho phép xét đến khả năng tham gia của các DG theo
đặc trưng công nghệ riêng phụ thuộc nguồn năng lượng sơ cấp

3
c) Đề xuất phương pháp tách biến công suất phát của DG thành hai thành phần
là biến công suất tính toán và hệ số công suất phát của các DG theo đặc
trưng công nghệ. Số lượng biến, thời gian tính toán giảm nên có thể ứng
dụng cho những HTCCĐ qui mô lớn với nhiều công nghệ DG
d) Sử dụng biến nhị phân để biểu diễn đặc tính chi phí đầu tư và quyết định
nâng cấp của các thiết bị phù hợp hơn với điều kiện thực tiễn. Hơn nữa,
chương trình tính toán cho phép đánh giá rõ ràng hơn hiệu quả của các giải
pháp qui hoạch HTCCĐ.
e) Những mô hình qui hoạch HTCCĐ đề xuất có thể được sử dụng để tính toán
qui hoạch HTCCĐ hay đánh giá hiệu quả của những chính sách khuyến
khích phát triển nguồn năng lượng mới và tái tạo.

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUI HOẠCH HỆ THỐNG
CUNG CẤP ĐIỆN

- Điện gió [55][67][113]:
min
2
0 1 2 min
m ax
ax
0
( . . )
0
RR
v
RR
m
vv
P a a v a v v v v
P
P v v v
vv



   









dụng để tính toán và lựa chọn phương án tối ưu.
Lựa chọn giải pháp tốt nhất
Cần xác định rõ vấn đề của hệ thống, phạm vi ứng dụng
và những giới hạn của chúng

Cần xác định rõ vấn đề của hệ thống, phạm vi ứng dụng
và những giới hạn của chúng
Cần xác định mục tiêu cần đạt được là gì? Tối ưu chỉ
tiêu nào?

Cần xác định mục tiêu cần đạt được là gì? Tối ưu chỉ
tiêu nào?
Cần đánh giá tất cả các lựa chọn và giải pháp thay thế
trong cùng điều kiện

Cần đánh giá tất cả các lựa chọn và giải pháp thay thế
trong cùng điều kiện
Cần xác định những giải pháp thay thế có sẵn và khả thi

Cần xác định những giải pháp thay thế có sẵn và khả thi
Cần lựa chọn được giải pháp tốt nhất đáp ứng những
mục tiêu liên quan đến vấn đề cần giải quyết

Cần lựa chọn được giải pháp tốt nhất đáp ứng những
mục tiêu liên quan đến vấn đề cần giải quyết
Xác định các giải pháp
Xây dựng hàm mục tiêu
Nghiên cứu phương án cải tạo
Đánh giá các giải pháp


n
X x x x D
gọi là một phương án.
Một phương án có
*XD
đạt cực đại hay cực tiểu của hàm mục tiêu được
gọi là lời giải tối ưu. Khi đó giá trị f(X*) được gọi là giá trị tối ưu hóa.
Giải tổng quát bài toán trên thường khó thực hiện nên thường đơn giản hóa
bằng cách chia nhỏ thành những bài toán có thể giải được với những tính chất và
đối tượng cụ thể [25][26][98] như qui hoạch tuyến tính, qui hoạch phi tuyến, qui
hoạch rời rạc, qui hoạch động, qui hoạch đa mục tiêu…
1.4.4 Những thay đổi gần đây trong qui hoạch HTCCĐ
Thời gian gần đây, phát triển của khoa học công nghệ và quá trình tái cơ cấu
TTĐ dẫn đến những tác động mới trong bài toán qui hoạch HTCCĐ như:
- Sự tham gia của các nguồn điện phân tán [72][103][105][124]
- Sử dụng các hệ thống tích trữ năng lượng [48][81][123][125][152]
- Yếu tố giá điện [4][76][88].
1.4.5 Các chỉ tiêu kinh tế đánh giá phƣơng án đầu tƣ
Qui hoạch HTCCĐ thường sử dụng các chỉ tiêu như qui đổi về giá trị hiện tại
của lãi ròng (NPV), tỷ lệ hoàn vốn nội tại (IRR), tỷ số lợi nhuận/chi phí (B/C) và
thời gian hoàn vốn [26][39][40]. Tuy vậy, sử dụng các chỉ tiêu trên gặp khó khăn
khi xác định lợi nhuận và thời gian đầu tư không đồng nhất.
Do đó, phương pháp so sánh chi phí vòng đời được đề xuất để đánh giá hiệu
quả kinh tế của phương án qui hoạch HTCCĐ [79][86][140][144][157].
 
1
1
.
(1 )
T

1.5 Qui hoạch HTCCĐ khi xét khả năng tham gia của DG
Nhiều mô hình qui hoạch HTCCĐ đã được đề xuất sử dụng hàm mục tiêu
như chi phí tính toán hàng năm [14][26][30], cực tiểu chi phí đầu tư [96], cực tiểu
tổn thất công suất (điện năng) [71][60][111][109]. Khi xét đến DG, bài toán qui
hoạch HTCCĐ xuất hiện một số thay đổi như bảng 1.1 [51][75][112][160][147].

6
Trong đó, mô hình hai bước được nhiều nghiên cứu quan tâm do giảm khối lượng
tính toán mà vẫn đảm bảo tính chính xác cần thiết [61][62][138].
Bảng 1.1 Những thay đổi trong mô hình bài toán qui hoạch HTCCĐ
TT
Mô hình qui hoạch HTCCĐ
Mô hình qui hoạch HTCCĐ xét đến DG hiện nay
1
Hàm mục tiêu gồm:
- Chi phí đầu tư, nâng cấp đường
dây và TBA
- Chi phí tổn thất điện năng theo
P
max
và 
Hàm mục tiêu gồm:
- Chi phí đầu tư, nâng cấp đường dây và TBA
- Chi phí đầu tư, vận hành và năng lượng của DG theo
công nghệ
- Chi phí mua điện từ thị trường
2
Đối tượng quan tâm và các ràng
buộc:
- Tính toán trào lưu công suất

1- Khảo sát vấn đề qui hoạch HTCCĐ khi có DG từ đó xây dựng và đề xuất
mô hình tính toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng đầu tư DG nhằm
đánh giá hiệu quả và những tác động của chúng tới HTCCĐ. Phương pháp
qui hoạch toán học sẽ được nghiên cứu ứng dụng, những đặc điểm KT-KT
của từng loại DG cũng sẽ được xem xét.
2- Khảo sát hiệu quả của các DG từ đó đề xuất những chính sách khuyến khích
và hỗ trợ phát triển các nguồn này.
3- Nghiên cứu sử dụng ngôn ngữ lập trình GAMS lập chương trình tính toán
qui hoạch HTCCĐ.
7
CHƢƠNG 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ PHƢƠNG PHÁP GIẢI
BÀI TOÁN QUI HOẠCH HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2 Equation Section 2
2.1 Đặt vấn đề
Phương pháp qui hoạch toán học ngày càng chiếm ưu thế nên được sử dụng
để xây dựng mô hình qui hoạch HTCCĐ trong nghiên cứu này. Hơn nữa, nhằm
nâng cao tính chính xác của kết quả tính toán, bài toán qui hoạch HTCCĐ cần xét
đến các yếu tố sau: i) chi phí điện năng cần được xây dựng dưới dạng hàm phụ
thuộc ĐTPT và đặc tính giá mua điện. ii) tính toán trào lưu công suất theo mô
hình AC. iii) tổng trở của HTCCĐ phải được tính toán theo thông số nâng cấp
của thiết bị. iv) xét đến khả năng tham gia của DG.
2.2 Phân tích một số đặc điểm của bài toán qui hoạch HTCCĐ
hiện nay
2.2.1 Lựa chọn mô hình qui hoạch HTCCĐ
Bài toán qui hoạch HTCCĐ có số lượng biến lớn và khó khăn khi giải nên mô
hình hai bước đã được đề xuất và ứng dụng thành công trong nhiều nghiên cứu
[59][85][94][98][126][134][136][137][138]. Luận án cũng sử dụng giải pháp này

CF
là chi phí nâng cấp đường dây [29][82] với biến nhị phân
ij.t

, tiết diện
nâng cấp
ij,t
F
[25][138] và phản ánh đặc tính chi phí có thành phần cố định.
ij.t

được xác định theo điều kiện nâng cấp (2.16) với
ij,min
F
là tiết diện nâng
cấp nhỏ nhất và hệ số đủ lớn M
F
. Biến lựa chọn tiết diện dây dẫn được biểu
diễn theo biến công suất nâng cấp của đường dây như (2.19) và (2.20).
0 ij. ,
11
( . . ) , , ,
NN
t ij F t F ij t
i j i
CF L C C F i j N i j t T

  
     


F F m F F F
t t ij t t t S
S S S S S S M
t ij N t T


         
   
(2.20)
 
ax 2 2
ij, ij, , , ij, , , ij, , , ij, , ,
ax ;
m F F
t s t h s t h s t h s t h
S m S S P Q  
(2.21)

Hình 2.2 Sơ đồ khối tính toán qui hoạch HTCCĐ
-
t
CS
là chi phí nâng cấp TBA với
i,
S
t
S
là công suất cần bổ sung,
,it


T
Năm

Năm
Nhập thông số đầu vào
- Dự báo phụ tải, đồ thị phụ tải điển hình và đặc tính giá điện
- Thông số đường dây và TBA
- Hệ số khấu hao, số nút HTCCĐ, số mùa, số năm tính toán…

- Dự báo phụ tải, đồ thị phụ tải điển hình và đặc tính giá điện
- Thông số đường dây và TBA
- Hệ số khấu hao, số nút HTCCĐ, số mùa, số năm tính
toán…
Tính toán thông số HTCCĐ bước hiệu chỉnh
- Tổn thất công suất, công suất nhận từ HTĐ, điện áp nút
- Chi phí qui dẫn, chi phí vòng đời…

- Tổn thất công suất, công suất nhận từ HTĐ, điện áp nút
- Chi phí qui dẫn, chi phí vòng đời…
Tính toán thông số HTCCĐ bước cơ sở
- Thời gian và công suất nâng cấp của TBA nguồn
- Tiết diện, tổng trở và thời gian nâng cấp của đường dây
y3

2

- Thời gian và công suất nâng cấp của TBA nguồn
- Tiết diện, tổng trở và thời gian nâng cấp của
đường dây
y3

- Gọi solver GAMS/MINOS

9
0 , ,
1
( . . ) 1, ,
NS
S
t S i t S i t
i
CS C C S t i NS t T


      

(2.23)
i, i, i,t
0; . 0 1, ,
SS
tt
S S M t i NS t T

        
(2.24)
-
t
CDG
là chi phí đầu tư DG với
,
,

DG
N
DG DG DG DG
t P i t Q i t DG
i
EDG P Q i N t T


    

(2.27)
-
t
ES
là chi phí mua điện với
, , , , , ,
,
SS
i t s h i t s h
PQ
là CSTD và CSPK nhận từ HTĐ.
. , , , . , , ,
1 1 1
( . . ) , , ,
NS SS H
S S S S
t s P h i t s h Q h i t s h
i s h
ES D P Q i NS t T s SS h H



ij,t
là modul và góc lệch của các phần tử trong ma trận tổng dẫn. CSTD và
CSPK của phụ tải là
, , ,i t s h
PD
,
, , ,i t s h
QD
.
, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,
1
, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,
1
. . .cos( )
. . .sin( )
, , ,
N
DG S
i t i t s h i t s h ij t i t s h j t s h ij t j t s h i t s h
j
N
DG S
i t i t s h i t s h ij t i t s h j t s h ij t j t s h i t s h
j
P P PD Y U U
Q Q QD Y U U
ij N t T s SS h H
  
  

;
i t s h i t s h
U constant i NS U U U i NL      
(2.46)
Mô hình đề xuất trên là bài toán qui hoạch phi tuyến nguyên thực hỗn hợp
(MINLP). Kết quả tính toán thông số nâng cấp của thiết bị phải hiệu chỉnh lại

10
theo thông số tiêu chuẩn gồm công suất bổ sung và công suất của TBA sau nâng
cấp
**
,,
( , )
i t i t
SS
, thông số nâng cấp của đường dây
* * * *
, , ij, ij,
( , , , )
ij t ij t t t
F S R X
.
2.3.3 Xây dựng mô hình hiệu chỉnh (MHCD)
Hàm mục tiêu tương tự J
1
với biến lựa chọn thông số nâng cấp đường dây và
TBA được thay thế bằng tham số tiêu chuẩn của thiết bị đã xác định từ mô hình
cơ sở như biểu thức sau:
**
ij, ij, , ,

i t i t i t DG
P P Q P i N t T

      
(2.51)
Mô hình của bài toán có dạng NLP xác định được chi phí vòng đời và các chỉ
tiêu KT-KT của HTCCĐ. Kết quả tính toán sẽ chính xác hơn và tiệm cận với kết
quả tối ưu do tổng dẫn xét đến thay đổi của tiết diện dây dẫn.
2.3.4 Đánh giá mô hình đề xuất
Mô hình sử dụng một số giả thiết và biến thực nhằm đơn giản hóa mô hình
nên kết quả chỉ gần với giá trị tối ưu. Tuy vậy, mô hình xét đến thay đổi của tổng
trở đường dây theo tiết diện nâng cấp, ĐTPT, đặc tính giá điện và xét đến khả
năng tham gia của DG nên nâng cao tính chính xác và đáp ứng gần hơn với điều
kiện thực tiễn. Bằng giải pháp hai bước, mô hình đã giảm được số biến và thời
gian tính toán nên có thể áp dụng cho những HTCCĐ qui mô lớn.
2.4 Tính toán áp dụng
2.4.1 Đặt vấn đề
Chương này tính toán áp dụng khi chỉ xét đến giải pháp nâng cấp đường dây
và TBA nguồn nhằm đánh giá khả năng tính toán, hiệu quả của mô hình hai bước
đồng thời làm cơ sở so sánh khi tính toán có DG. Hiệu quả và khả năng tham gia
của DG với những đặc tính đặc trưng cho từng công nghệ của DG được trình bày
trong chương 3.
2.4.2 Sơ đồ khối và mô hình tính toán
Sơ đồ khối và mô hình tính toán như trình bày trong phần 2.3 và bỏ qua các
thành phần của DG.

11
2.4.3 Xây dựng chƣơng trình tính toán
Lập chương trình theo sơ đồ khối như hình 2.2 trong GAMS gồm 3 phần: i)
nhập thông số đầu vào, mô hình hóa cấu trúc của HTCCĐ từ đó mô tả bài toán

1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1-2
5,42
6,01
6,61
7,22
7,84
0
0
0
1
0
0
0
0
43,0

0
0
0
Bảng 2.5 Thông số nâng cấp của TBA nguồn
TBA i
Công suất TBA
ax
i,t
m
S
(MVA)
Biến
i,t


Biến lựa chọn
i,t
S
(MVA)
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1

Chi phí đầu tư thiết bị (10
6
$)
1,18
3
Chi phí vận hành và năng lượng (10
6
$)
11,43
4
Tổng tổn thất điện năng (10
6
kWh)
6,31
5
Tổng điện năng nhận từ HTĐ (10
6
kWh)
196,06
6
Giá trị còn lại ở cuối giai đoạn tính toán (10
6
$)
0,93
2.5 Nhận xét và kết luận chƣơng 2
Chương này đã xây dựng được mô hình toán hai bước qui hoạch HTCCĐ khi
xét đến khả năng tham gia của DG, ĐTPT ngày điển hình và giá điện. Mô hình
cho kết quả chính xác hơn do chi phí tổn thất điện năng trong thành phần chi phí
1


CHƢƠNG 3. QUI HOẠCH HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN XÉT ĐẾN KHẢ
NĂNG THAM GIA CỦA CÁC LOẠI NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN
3 Equation Section 3
3.1 Đặt vấn đề
Mỗi DG có đặc điểm riêng phụ thuộc công nghệ sử dụng nguồn năng lượng
sơ cấp do đó khi tham gia trong HTCCĐ sẽ làm thay đổi các chỉ tiêu KT-KT của
hệ thống. Chương này nghiên cứu phát triển mô hình qui hoạch từ chương 2
nhằm xét đến khả năng tham gia, hiệu quả của từng loại DG với những đặc trưng
về công suất phát và các chỉ tiêu KT-KT của chúng theo từng công nghệ.
3.2 Sơ đồ khối và qui trình tính toán qui hoạch HTCCĐ khi xét
đến đặc điểm công nghệ của DG
Sơ đồ khối như hình 2.2, tổng hợp thêm các chỉ tiêu KT-KT của DG.
3.3 Qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng tham gia của TBK
hoặc máy phát diesel
3.3.1 Xây dựng mô hình toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng
tham gia của TBK hoặc máy phát diesel
3.3.1.1 Xây dựng mô hình cơ sở
Hàm mục tiêu là

2
1
1
.)
(1 )
T
t t t t t t
t
t
J CF CS CTB ETB ES RN Min
r

CTB C P i N t T

   

(3.2)
,,
1
8760. ( . . ) ,
TB
N
TB TB TB TB
t P i t Q i t TB
i
ETB P Q i N t T


    

(3.3)
-
t
RN
là giá trị còn lại hay chi phí bổ sung với
,
FS
tt
RN RN
tương tự MCSD và
TB
t

Mô hình sử dụng các ràng buộc sau:
- Ràng buộc cân bằng công suất nút khi bổ sung công suất phát của TBK hay
máy phát diesel (
,
TB
it
P
,
,
TB
it
Q
) như biểu thức (3.7).
, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,
1
, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,
1
. . .cos( )
. . .sin( )
, , ,
N
TB S
i t i t s h i t s h ij t i t s h j t s h ij t j t s h i t s h
j
N
TB S
i t i t s h i t s h ij t i t s h j t s h ij t j t s h i t s h
j
P P PD Y U U
Q Q QD Y U U

- Ràng buộc nâng cấp đường dây và TBA như MCSD
- Ràng buộc giới hạn điện áp nút
, , , min , , , ax
ons tan ;
i t s h i t s h m
U c t i NS U U U i NL      
(3.10)
Khi TBK hay máy phát diesel được lựa chọn sẽ làm thay đổi lộ trình và thông
số đầu tư của đường dây, TBA nên mô hình là bài toán tối ưu MINLP. Kết quả
tính toán được sử dụng làm tham số đầu vào của bước hiệu chỉnh gồm lộ trình và
thông số đầu tư thực tế của TBA
**
,,
( , )
i t i t
SS
, đường dây
**
,,
( , )
ij t ij t
FS
và vị trí xây
dựng tối ưu TBK hay máy phát diesel.
3.3.1.2 Xây dựng mô hình hiệu chỉnh
Hàm mục tiêu của mô hình hiệu chỉnh tương tự như hàm J
2
trong đó biến lựa
chọn được thay thế bằng tham số tiêu chuẩn như MHCD. Các ràng buộc của mô
hình hiệu chỉnh như sau:

tải đều có thể lựa chọn xây dựng máy phát diesel, công suất giới hạn tại mỗi vị trí
là 1MW. Thời gian tính toán là 10 năm với ĐTPT ngày điển hình.

Hình 3.2 Sơ đồ HTCCĐ 7 nút
Kết quả tính toán không lựa chọn máy phát diesel mà phụ tải trong tương lai
được đáp ứng bằng giải pháp nâng cấp các đường dây và TBA nguồn như bảng
3.10. Máy phát diesel không được lựa chọn đầu tư do hiệu quả kinh tế kém nhưng
để đánh giá khả năng tham gia và hiệu quả của nguồn này, luận án nghiên cứu
đánh giá độ nhậy của phương án đầu tư theo suất chi phí nhiên liệu của chúng.
Hình 3.4 cho thấy, máy phát diesel chỉ được lựa chọn khi suất chi phí nhiên
liệu nhỏ hơn 72%, tương ứng 64,8$/MWh và 3,6$/MVARh, máy phát diesel
được lựa chọn đầu tư tại nút 4 và nút 6 là những nút xa nguồn với công suất
0,5MW trong năm thứ 8 và 10, chi phí vòng đời giảm còn 19,99x10
6
$.
Bảng 3.10 Lộ trình đầu tư, nâng cấp thiết bị của HTCCĐ khi có máy phát diesel
TT
Thiết bị đầu tư
Vị trí
Thông số
hiện tại
Thời gian đầu tư, nâng cấp (năm)
1
2
3
4
5
6
7
8


50 …
…

2
Công suất bổ sung TBA (MVA),
*
,it
S

1
10 10


2
3

3
U
dm
= 22kV

5

5
HT

HT
SD
5 SD
5

4

4
7

7
SD
6

SD
7

6

6
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
100% 76% 75% 74% 73% 72% 71% 70% 69%
Suất chi phí nhiên liệu của máy phát diesel
Chi phí vòng đời, 10e6$
19,90
19,95
20,00
20,05
20,10
20,15
20,20
20,25
Công suất, MW
Công suất máy phát
diesel
Chi phí vòng đời


Thời gian
(năm)

1
Tiết diện đường dây
cần nâng cấp (mm
2
)
1-2
50
70
9
70
9

2-3
50 3-4
35 1-5

3
Công suất đầu tư của
máy phát diesel
(MW)
3
0
0,1
8
4
0
0,1
8
0,1
10
6
0
0,3
8
0,2
8
6
0
0,3
9
0,2
10
II. So sánh các chỉ tiêu KT-KT

2,52cent/kWh. Tuy nhiên, để sử dụng TBK tại những nơi có tiềm năng góp phần
giảm ô nhiễm môi trường đồng thời giảm tổn thất điện năng trong HTCCĐ cần
xây dựng chính sách trợ giá để phát triển nguồn này.
3.3.4 Nhận xét
Mô hình đề xuất xác định được thông số nâng cấp của đường dây, TBA đồng
thời lựa chọn được thông số đầu tư tối ưu TBK hoặc máy phát diesel. Mô hình có
thời gian tính toán nhỏ, kết quả phù hợp với yêu cầu bài toán cũng như đánh giá
được hiệu quả của TBK hay máy phát diesel trong qui hoạch HTCCĐ. Từ đó, xây
dựng chính sách khuyến khích phát triển TBK tại những khu vực có tiềm năng
nhằm giảm sức ép phát triển nguồn điện và ô nhiễm môi trường.
3.4 Qui hoạch HTCCĐ khi xét khả năng tham gia của TĐN
TĐN có những đặc điểm riêng ảnh hưởng tới mô hình và kết quả qui hoạch
[13][17][19][20][23][28]. Vì vậy, mô hình đề xuất trong nghiên cứu này được bổ

16
sung ảnh hưởng của đặc tính công suất phát, chi phí đầu tư phụ thuộc vị trí xây
dựng. Sơ đồ khối và qui trình tính toán tương tự như hình 2.2.
3.4.1 Xây dựng mô hình toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng
tham gia của TĐN
3.4.1.1 Xây dựng mô hình cơ sở
Hàm mục tiêu là

3
1
1
.)
(1 )
T
t t t t t t
t

, , ,
TD
i t s h
Q
là công suất phát được biểu diễn theo hệ số công suất
phát
,
TD
sh
k
như biểu thức (3.16).
,
1
.,
TD
N
TD TD
t i i t TD
i
CTD C P i N t T

   

(3.14)
, , , , , ,
1 1 1
( . . ) , , ,
TD
N
H SS

RN RN RN RN  
(3.17)
()
.,
TD
TD
kh TD
t t TD
TD
tT
RN CTD i N t T
T

   
(3.18)
Mô hình sử dụng các ràng buộc sau: (3.1)
- Ràng buộc nâng cấp đường dây, TBA và giới hạn điện áp nút như phần 3.3
- Ràng buộc cân bằng công suất nút khi bổ sung công suất của TĐN như biểu
thức (3.20) với công suất phát của TĐN là
, , ,
TD
i t s h
P
,
, , ,
TD
i t s h
Q
.
, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

TD TD TD TD
i t i i t i t TD
P P Q P i N t T

      
(3.21)
Mô hình được phát triển và bổ sung những đặc điểm riêng của TĐN từ phần
3.3 nên mô hình cơ sở là bài toán MINLP cho phép xác định lộ trình nâng cấp
của đường dây và TBA nguồn đồng thời lựa chọn vị trí và thời gian đầu tư TĐN.

17
3.4.1.2 Xây dựng mô hình hiệu chỉnh (3.2)
Sử dụng hàm mục tiêu J
3
trong mô hình cơ sở nhưng biến lựa chọn được thay
thế bằng tham số tiêu chuẩn của thiết bị như MHCD và giới hạn TĐN như sau:
**
, , ax
; i ,
TD TD
i t i m TD
P P N t T   
(3.22)
Ràng buộc cân bằng công suất nút như mô hình cơ sở, các ràng buộc còn lại
tương tự MHCD. Do đó, mô hình hiệu chỉnh là bài toán NLP. Kết quả tính toán
gồm lộ trình và công suất đầu tư tối ưu các TĐN
*
,
()
TD

6
7
8
9
10
1
Tiết diện đường dây (mm
2
),
*
,ij t
F

1-2
50

…
…

it
P

2
0 1

4
0
1
6
0
1

Chi phí vòng đời (10
6
$)
20,21
15,84
-4,37
-21,62%
2
Chi phí đầu tư đường dây, TBA (10
6
$)
1,26
0,93
-0,33

3
Chi phí đầu tư TĐN (10
6
$)
0
4,5
4,5

4
Chi phí vận hành và năng lượng (10
6
$)
19,89
14,23
-5,66

dụ minh họa cho thấy sự phù hợp của mô hình trong qui hoạch HTCCĐ có TĐN.
3.5 Qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng tham gia của nhiều
loại DG
Mô hình qui hoạch HTCCĐ được phát triển sau đây nhằm tính toán cho
những khu vực qui hoạch có tiềm năng của nhiều loại DG. Sơ đồ khối và qui
trình tính toán qui hoạch như hình 2.2.
3.5.1 Xây dựng mô hình toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng
tham gia của nhiều loại DG
3.5.1.1 Xây dựng mô hình cơ sở
Nhiều công nghệ DG được xét đồng thời nên biến lựa chọn công suất của các
DG được bổ sung thêm chỉ số biến công nghệ k. Hàm mục tiêu như (3.23).

4
1
1
.)
(1 )
T
t t t t t t
t
t
J CF CS CDG EDG ES RN Min t T
r

        


(3.23)
Trong đó:
-


    

(3.24)
. , , , , . , , , ,
1 1 1 1
( . . )
, , , ,
DG DG
NK
SS H
DG DG DG DG
t s P k i k t s h Q k i k t s h
i k s h
DG DG
EDG D P Q
i N k K t T s SS h H

   

     
   
(3.25)
, , , , , , , ,
, , , , , , , ,
.,
.,
DG DG DG
i k h s t i k t k s h D G DG
DG DG DG

. , ,
DG DG
DG
KN
kh k DG k
DG DG DG
t i k i k t DG DG
ki
DG k
tT
RN C P i N k K t T
T


    

(3.28)
Các ràng buộc của mô hình gồm:
- Ràng buộc cân bằng công suất như biểu thức sau:

19
, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,
1
, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,
1
. . .cos( )
. . .sin( )
, , ,
N
DG S

i k t i k i k t k i k t DG DG
P P Q P i N k K t T

       
(3.31)
- Ràng buộc nâng cấp đường dây, TBA và giới hạn điện áp nút như phần 3.3
Mô hình cơ sở là bài toán tối ưu MINLP xác định thông số đầu tư tối ưu của
các DG đồng thời với tiết diện nâng cấp của đường dây và công suất bổ sung của
TBA nguồn. Kết quả được sử dụng làm thông số đầu vào của mô hình hiệu chỉnh
gồm thông số nâng cấp của đường dây, TBA và vị trí, lộ trình đầu tư DG.
3.5.1.2 Xây dựng mô hình hiệu chỉnh
Hàm mục tiêu tương tự như hàm J
4
nhưng biến lựa chọn nâng cấp tiết diện
đường dây, công suất bổ sung TBA nguồn được thay thế bằng các tham số tiêu
chuẩn của thiết bị. Các ràng buộc của mô hình gồm:
- Giới hạn công suất đường dây, TBA và giới hạn điện áp nút như phần 3.3
- Ràng buộc cân bằng công suất nút như mô hình cơ sở
- Ràng buộc giới hạn công suất của các DG phụ thuộc vào công nghệ của
nguồn và đã lựa chọn trong mô hình cơ sở.
Mô hình hiệu chỉnh là bài toán NLP, kết quả tính toán xác định được thông số
đầu tư của đường dây, TBA và DG theo công nghệ k
*
,,
()
DG
i k t
P
.
3.5.2 Lập chƣơng trình tính toán qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả

8
9
10
1
Tiết diện đường dây (mm
2
)
1-2
50

…
…

…

4
Công suất TĐN (MW)
4
0
1
6
0
1
3
Chi phí đầu tư DG (10
6
$)
0
3,0
3,0

4
Chi phí vận hành và năng lượng (10
6
$)
19,89
15,63
-4,26

5
Tổn thất điện năng (10
6
kWh)
9,05
5,84
-3,21

6
Điện năng nhận từ HTĐ (10
6
kWh)
435,21
337,47

2
2,5
3
3,5
4
5.5
5.4
5.3
5.2
5.1
5.0
4.9
4.8
4.7
Suất chi phí đầu tƣ PV, 10e6$/MW
Chi phí vòng đời, 10e6$
16,71
16,715
16,72
16,725
16,73
16,735
16,74
16,745
16,75
Công suất, MW
Công suất PV
Chi phí vòng đời

21

6
7
8
9
10
1
Tiết diện đường dây (mm
2
),
*
,ij t
F

8-9
70
95
2
Công suất TBA (MVA),
*
,it
S

36
0
1

Bảng 4.5 Lộ trình nâng cấp thiết bị HTCCĐ Ba Bể khi không xét TĐN
TT
Thiết bị đầu tư
Vị trí
Thông số
hiện tại
Thời gian đầu tư, nâng cấp (năm)
1
2
3
4
5
6
7 120

3-4
95 120

4-5
95 120

95
9-10
70

95 10-11
70 95


Có TĐN
So sánh
Ghi chú
1
Chi phí vòng đời phương án đầu tư (10
6
$)
24,09
20,16
-3,93
-16,31%
2
Chi phí đầu tư đường dây, TBA (10
6
$)
3,16
0,69
-2,47

3
Chi phí đầu tư TĐN (10
6
$)
0
3
3

4
Chi phí vận hành và năng lượng (10
6

HTCCĐ 47 nút khu vực Thái Nguyên được lựa chọn để tính toán áp dụng,
PMT và máy phát diesel được xem xét đầu tư tại tất cả các nút phụ tải. Kết quả
tính toán trên bảng 4.7 cho thấy, PMT và máy phát diesel không được lựa chọn
đầu tư do chỉ tiêu kinh tế kém. Nhu cầu phụ tải tăng trong tương lai được đáp ứng
bằng giải pháp nâng cấp các đường dây và TBA nguồn. Ngoài ra, chỉ tiêu KT-KT
của hệ thống cũng được xác định như bảng 4.8.
Bảng 4.7 Thông số và lộ trình nâng cấp tối ưu lộ 478, TBA Thịnh Đán
TT
Thiết bị đầu tư
Vị trí
Thông số
hiện tại
Thời gian đầu tư, nâng cấp (năm)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
Tiết diện đường dây (mm
2
),
*
,ij t
F
240

4-5
185
240
9-10
35 50


1
10
10

Bảng 4.8 Một số chỉ tiêu KT-KT của lộ 478, TBA Thịnh Đán
TT
Chỉ tiêu
Giá trị
TT
Chỉ tiêu
Giá trị
1
Chi phí vòng đời (10
6
$)
30,41
4
Chi phí vận hành và năng lượng(10
6
$)

6
$ nhưng tổng điện năng nhận từ HTĐ
giảm 2,82x10
6
kWh, chi phí mua điện từ HTĐ giảm dẫn đến chi phí vòng đời
giảm được 0,03%. Ngoài ra, tổn thất công suất lớn nhất giảm được 0,42%, tổn
thất điện năng cũng giảm được 0,22x10
6
kWh.

Hình 4.12 Độ nhậy của phương án đầu tư lộ 478, TBA Thịnh Đán
4.5 Những đánh giá và kết luận chƣơng 4
Mô hình đề xuất có thể được ứng dụng phù hợp và thuận lợi trong qui hoạch
HTCCĐ qui mô lớn. Trong điều kiện giả thiết, TĐN có tác động tích cực tới các
chỉ tiêu KT-KT của HTCCĐ còn PMT và máy phát diesel không cạnh tranh. Tuy
nhiên, trước sức ép về phát triển năng lượng bền vững và vấn đề ô nhiễm môi
trường cần những chính sách hỗ trợ để phát triển các nguồn này trong tương lai.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Hiện trạng HTCCĐ Việt Nam còn nhiều bất cập, quá trình tái cơ cấu TTĐ,
khoa học công nghệ phát triển và ứng dụng của DG những năm gần đây đã dẫn
đến những thay đổi trong bài toán qui hoạch HTCCĐ. Vì vậy, qui hoạch HTCCĐ
cần xét đến khả năng tham gia của DG với các đặc trưng công nghệ, đặc tính
công suất phát phụ thuộc nguồn năng lượng sơ cấp, đặc tính giá bán điện và
ĐTPT. Từ kết quả nghiên cứu, luận án có những đóng góp như sau:
1- Luận án đã tổng hợp, đánh giá và xác định những yếu tố tác động làm thay
đổi bài toán qui hoạch HTCCĐ hiện nay. Trên cơ sở khái quát những
phương pháp và mô hình qui hoạch đã được phát triển trên thế giới, luận án
đề xuất những mô hình và phương pháp qui hoạch phù hợp áp dụng cho qui
hoạch HTCCĐ Việt Nam

4- Đề xuất các mô hình toán hai bước qui hoạch HTCCĐ khi xét đến khả năng
tham gia của các DG theo đặc trưng công nghệ sử dụng nguồn năng lượng
sơ cấp (TBK hoặc máy phát diesel, TĐN, PMT và máy phát điện gió…),
ĐTPT ngày điển hình và đặc tính giá điện. Mô hình cho phép đánh giá được
khả năng tham gia và hiệu quả của các DG theo từng công nghệ với đặc
trưng riêng trong qui hoạch HTCCĐ
5- Đề xuất phương pháp tách biến công suất của DG thành biến công suất tính
toán và hệ số công suất phát của các DG theo đặc trưng công nghệ. Do đó,
số lượng biến, thời gian tính toán giảm và mô hình có thể ứng dụng cho
những HTCCĐ qui mô lớn với nhiều công nghệ DG
6- Lập chương trình tính toán theo mô hình đề xuất trong ngôn ngữ lập trình
GAMS cho phép xét được đồng thời nhiều giải pháp trong bài toán qui
hoạch HTCCĐ cũng như đánh giá được rõ ràng hơn hiệu quả của từng giải
pháp qua các chỉ tiêu KT-KT của hệ thống
7- Những mô hình qui hoạch HTCCĐ đề xuất có thể được sử dụng để tính toán
qui hoạch HTCCĐ hay đánh giá hiệu quả của những chính sách khuyến
khích phát triển nguồn năng lượng mới và tái tạo.
Kết quả tính toán bước đầu đã cho thấy tính phù hợp và thuận lợi của các mô
hình đề xuất. Tuy vậy, để nâng cao tính chính xác của kết quả tính toán, những
mô hình trên cần được tiếp tục nghiên cứu sâu hơn:
1- Nghiên cứu này sử dụng biến lựa chọn là biến thực để đơn giản trong tính
toán, kết quả chỉ gần tối ưu do phải được lựa chọn lại thông số thiết bị theo
giá trị tiêu chuẩn. Do đó, cần nghiên cứu sử dụng biến lựa chọn là biến rời
rạc theo thông số thiết bị
2- Trong bước cơ sở, tổng trở của đường dây được giả thiết không đổi và bằng
tổng trở năm cơ sở. Khi phụ tải tăng cao và tiết diện nâng cấp lớn, tổng dẫn
nhánh của hệ thống sẽ có sai số lớn. Vì vậy, tổng trở của đường dây thay đổi
phụ thuộc tiết diện nâng cấp ngay từ bước cơ sở cần được khảo sát
3- Các mô hình đề xuất chỉ sử dụng đặc tính công suất phát điển hình, nghiên
cứu tiếp theo có thể xem xét sử dụng các mô hình xác suất để đánh giá chính

Nội
[13] Đặng Đình Thống, Lê Danh Liên (2006), Cơ sở năng lượng mới và tái tạo, Nhà xuất
bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
[14] Đặng Quốc Thống (1992), Áp dụng nguyên lý tự động thiết kế để phân tích và lựa chọn
cấu trúc các hệ thống CCĐ đô thị, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa
Hà Nội
[15] Đỗ Xuân Khôi (1998), Tính toán phân tích hệ thống điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ
thuật, Hà Nội
[16] GIZ wind energy project (2011), Thông tin về năng lượng gió ở Việt Nam, Dự án Năng
lượng gió, GIZ/MoIT 2011
[17] Hồ Sỹ Dự, Nguyễn Duy Hạnh, Huỳnh Tấn Lượng, Phan Kỳ Nam (2003), Công trình
trạm thủy điện, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội
[18] Lã Văn Út (2000), Phân tích & Điều khiển ổn định Hệ thống điện, Nhà xuất bản khoa
học & Kỹ thuật, Hà Nội
[19] Lã Văn Út, Đặng Quốc Thống, Ngô Văn Dưỡng (2007), Nhà máy thủy điện, Nhà xuất
bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
[20] Lương Văn Đài (2007), Vài nét về nguồn điện Việt Nam, tiềm năng và kế hoạch khai
thác thủy điện, Hội đập lớn và phát triển nguồn nước Việt Nam,