LVTN Tóm tắt
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang v HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường

TÓM TẮT

BƠi toán điều độ tối u tổ máy phát với một nhiên liệu duy nhất cho mỗi tổ
máy đư đợc giải trong những năm gần đơy. Tuy nhiên, trong thực t ngày nay do sự
phát triển của khoa học – công nghệ tại các nhƠ máy nhiệt điện mỗi tổ máy có thể sử
dụng nhiều loại nhiên liệu vƠ mỗi tổ máy đợc biểu diễn bởi các hƠm bậc hai bị đứt
đoạn. Các tổ máy đa nhiên liệu nƠy đang đối mặt với việc khó khăn xác định loại
nhiên liệu nƠo lƠ kinh t nhất để phát điện. Luận văn này trình bày ba phng pháp
giải bƠi toán phối hợp tối u các tổ máy phát điện sử dụng đa nhiên liệu sử dụng.
Thuận lợi của phng pháp sử dụng lƠ thƠnh lập hƠm toán học Lagrange một cách dễ
dƠng dựa trên lý thuyt cổ điển nhơn tử Lagrange. Các kt quả mô phỏng trong luận
văn cho thấy đơy lƠ các phng pháp hiệu quả khi so sánh với các phng pháp khác.

LVTN Abstract
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang vi HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
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.


LVTN Mục lục
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang viii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
2.2.2 Chi phí sản xuất 09
2.3 Vai trò của vận hƠnh kinh t 09
2.3.1 Giảm chi phí nhiên liệu trong vận hƠnh 09
2.3.2 Giảm tổn thất điện năng 10
2.4 Xơy dựng chi phí vƠ phát điện tối u trong nhƠ máy nhiệt điện 10
2.4.1 C sở xác định giá điện 10
2.4.2 Phát điện tối u trong nhƠ máy nhiệt điện 14
Mô hình toán 19
3.1. Bài toán nghiên cứu 19
3.2. Các ký hiệu trong bƠi toán 19
3.3. Xơy dựng mô hình toán 20
3.3.1. BƠi toán đn nhiên liệu 20
3.3.2. BƠi toán đa nhiên liệu 22
3.4. Phng pháp giải bƠi toán đn nhiên liệu 33
3.4.1 Xơy dựng hƠm toán 33
3.4.2.Lu đồ giải thuật 33
3.4.3 Thuật toán 33
3.5. Phng pháp giải bƠi toán đa nhiên liệu 34
3.5.1. Phng pháp 1: Phng pháp kt hợp 34
3.5.2. Phng pháp 2: Phng pháp nhơn tử Lagrange 38
3.5.3. Phng pháp 3: Phng pháp hƠm chi phí tng đng 41
 44
4.1. BƠi toán nghiên cứu 44
4.2. Kt quả 45
4.2.1. Phng pháp 1: Phng pháp kt hợp 45
4.2.2. Phng pháp 2: Phng pháp nhơn tử Lagrange 46
4.2.3. Phng pháp 3: Phng pháp hƠm chi phí tng đng 50
4.3. So sánh kt quả 52

: Nhiệt trị than trung bình.
- b
FO
: Suất tiêu hao dầu ứng (g/kWh).
- G
FO
: Giá dầu (đồng/g)
- c
VLP
: Chi phí vật liệu phụ.
- B
p
: 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 đợc bán.
- F
j
(P
j
): HƠm chi phí nhiên liệu của tổ máy thứ j (Rs/h).
- P
j
: Công suất phát của tổ máy thứ j.
- j: Tổ máy thứ j. j = 1, 2, ,n.
- n: Tổng số tổ máy của nhƠ máy.
- a
j
, b
j

- P
jk
: 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.
- a
jk
, b
jk
, c
jk
: Các hệ số hƠm chi phí của tổ máy thứ j ứng với nhiên liệu
thứ k.
-
min
jk
P
,
max
jk
P
: 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 nhƠ máy điện.
- L: Hàm toán học Lagrange

LVTN Danh sách các bảng
GVHD:TS. Lê Chí Kiên Trang xii HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
DANH SÁCH CÁC 

Trang
Hình 2.1: Quy trình tính giá bin đổi 12
Hình 2.2 Đờng cong vƠo-ra cu
̉
a mô
̣
t tô
̉
ma

y. 13
Hình 2.3: Suất tăng chi phí nhiên liệu tng 

ng v

i công suơt pha

t cu
̉
a tô
̉
ma

y co


đ

ng cong va


năng lợng điện thì chi phí phát điện cũng lƠ một bƠi toán không kém phần quan
trọng. (Nu có thể cực tiểu chi phí phát điện thì giá thƠnh của điện năng cũng giảm
vƠ lợi nhuận của nhƠ đầu t đợc gia tăng.) Nu ta cứ tip tục xơy dựng nguồn cung
cấp để đáp ứng nhu cầu mƠ không quan tơm đn vấn đề kiểm toán năng lợng cũng
nh lƠm nh th nƠo để sử dụng tốt các nguồn sẵn có, các nguồn sẵn có nƠy đư đợc
sử dụng hiệu quả cha, có thể khắc phục đợc hay không. Vậy tính kỹ thuật đư đạt
đợc nhng trong khi tính kinh t lại bị bỏ qua với một sai sót lớn.
NgƠy nay, sự mất ổn định giá nhiên liệu đư tác động lớn đn việc cơn bằng
năng lợng cho các hệ thống điện vƠ đặc biệt có ý nghĩa rất lớn đối với các nhƠ
máy nhiệt điện. Do vậy, vận hƠnh tối u các tổ máy phát nhiệt điện lƠ bƠi toán cực
kỳ quan trọng nhằm tit kiệm nhiên liệu, đồng thời lƠm giảm bớt lợng khí thải
gơy ảnh hởng trực tip đn môi trờng xung quanh.
: Phơn bố tối u nguồn phát lƠ sự bố trí phát công suất tại các nguồn
phát sao cho tổng chi phí tiêu hao nhiên liệu toƠn hệ thống lƠ thấp nhất, nhng
phải đảm bảo các yêu cầu của ngồn phát nh: chất lợng điện năng, nhu cầu phụ
tải, độ tin cậy cung cấp điện…
Một trong những bƠi toán kinh t - kỹ thuật khi vận hƠnh vƠ thit k 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.
LVTN Chương 1: Tổng quan
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 2 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
Hay nói cách khác là cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện trong nha
máy nhiệt điện.
Việc nghiên cứu phng thức phơn phối tối u công suất trong hệ thống điện
không những nơng cao tính kinh t trong vận hƠnh mƠ còn đóng góp vào tính
chính xác vƠ hợp lý khi qui hoạch, thit k hệ thống điện.

Bài toán phối hợp tối u các tổ máy phát nhiệt điện lƠ một bƠi toán quan
trọng trong hệ thống điện nhằm giảm chi phí phát điện đn mức thấp nhất có thể đư
đợc nghiên cứu vƠ đa ra nhiều phng pháp giải trong những thập niên gần đơy.

đợc kt quả nhanh hn.
Gần đơy, các kỹ thuật tối u phỏng đoán đư đợc áp dụng để giải bƠi toán
nh thuật toán di truyền (genetic algorithm_GA) [7], [8], qui hoạch tin hóa
(evolutionary programming _EP) [9], [10], vƠ tối u hóa bầy đƠn (particle swarm
optimization _PSO) [11], [12]. GA phụ thuộc nhiều vƠo hƠm tng thích, nhạy
với tỉ lệ lai vƠ đột bin, s đồ mư hóa các bit của nó, vƠ độ dốc của đờng cong
không gian dò tìm dẫn đn lời giải. Với c ch dò tìm song song, phng pháp EP
có xác suất cao để tìm các lời giải tối u. Đối với những bƠi toán quá phức tạp thì
kt quả chỉ gần tối u. Các phng pháp nƠy có số vòng lặp lớn vƠ nhạy với các
thông số điều khiển liên quan [11], [12]. NgoƠi ra gần đơy, tối u hóa bầy đƠn
(PSO) đư đợc áp dụng rộng rải trong các bƠi toán tối u hóa hệ thống điện. Mặc
dù phng pháp nƠy cho ra lời giải tối u trong khoảng thời gian tính toán ngắn
vƠ đặc điểm hội tụ ổn định hn một số phng pháp khác [13], nhng nó lại nhạy
với việc thay đổi các thông số. Phng pháp nƠy vẫn đang đợc nghiên cứu về
khả năng giải các bƠi toán hệ thống điện phức tạp. Một thuật toán kt hợp của
Evolutionary programming, Tabu search and Quadratic programming (ETQ) đợc
đa ra trong [14] để khắc phục những khó khăn của những phng pháp đn giản.
Tóm lại, các phng pháp đều có những u vƠ nhợc điểm riêng, phng
pháp cho kt quả tối u thì quá trình thƠnh lập bƠi toán khó khăn, số vòng lặp hội tụ
lớn. Phng pháp giải đn giản thì cho kt quả không nh mong đợi. Từ đơy luận
LVTN Chương 1: Tổng quan
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 4 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
văn đề xuất ba phng pháp giải bƠi toán dựa vƠo hƠm toán Lagrange đợc thƠnh
lập để cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa nhiên liệu.
.

 Phng pháp nhơn tử Lagrange đợc áp dụng để giải bƠi toán tối u đem lại
kt quả chấp nhận đợc.
 Giảm đn mức nhỏ nhất chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện sử dụng đa
nhiên liệu mƠ vẫn đảm bảo an ninh năng lợng.

Tóm tắt những nghiên cứu trớc đơy, trình bƠy các hớng nghiên trớc đơy,
trình bƠy phng pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, điểm
mới, ý nghĩa vƠ bố cục của đề tƠi.
2. 
Trình bƠy đặc tính của phối hợp tối u vƠ lợi ích đem lại. Xơy dựng chi phí
vƠ phát điện tối u trong nhƠ máy nhiệt điện.
3. 
Xơy dựng mô hình toán học cho các tổ máy nhiệt điện. HƠm mục tiêu, các
rƠng buộc đợc đặt ra, từ đó xơy dựng hƠm Lagrange vƠ thuật toán giải cho bƠi toán
cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện.
4. 
Trình bày bƠi toán ứng dụng, kt quả nghiên cứu vƠ so sánh kt quả với các
phng pháp khác.
5. lvà hng phát tctài.
Đánh giá kt quả vƠ nêu hớng nghiên cứu tip theo của đề tƠi.
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 6 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường



2.1. 
2.1.1. 
Vận hƠnh hệ thống điện lƠ tập hợp các thao tác nhằm duy trì ch độ lƠm việc
bình thờng của hệ thống điện đáp ứng các yêu cầu chất lợng, tin cậy vƠ kinh t.
Nh đư bit, hệ thống điện bao gồm các phần tử có mối liên hệ chặt ch với nhau.
Sự lƠm việc tin cậy vƠ kinh t của hệ thống xuất phát từ sự tin cậy vƠ ch độ lƠm
việc kinh t của từng phần tử. Cùng với sự ra đời của các thit bị công nghệ mới,
những yêu cầu về vận hƠnh các thit bị nói chung ngƠy cƠng trở nên nghiêm ngặt.
Cũng nh đối với tất cả các thit bị, vấn đề vận hƠnh hệ thống điện trớc ht phải
cần phải thực hiện theo đúng quy trình quy phạm. Các quy trình sử dụng thit bị do

xuất sinh hoạt của nhơn dơn. Đặc điểm nƠy đòi hỏi phải nơng cao những yêu cầu đối
với hệ thống điện nhằm giảm đn mức tối thiểu thiệt hại đối với nền kinh t do chất
lợng điện vƠ độ tin cậy giảm.
 
Sự mở rộng của hệ thống điện đợc thực hiện trên c sở mở rộng vƠ phát triển
của nền kinh t quốc dơn. Việc mở rộng vƠ phát triển hệ thống điện phải đợc thực
hiện dựa trên c sở phát triển của các ngƠnh sản xuất để mang lại hiệu quả cao nhất.
Quá trình vận hƠnh hệ thống điện đợc thực hiện với sự quán triệt chặt ch các đặc
điểm trên nhằm đáp ứng đợc những yêu cầu c bản của hệ thống điện.
2.1.2. 



.
Phơn bố tối u nguồn phát lƠ sự bố trí phát công suất tại các nguồn phát sao
cho chi phí tiêu hao nhiên liệu lƠ thấp nhất, nhng phải đảm bảo về độ tin cậy cung
cấp điện vƠ chất lợng điện năng.
Một trong những bƠi toán kinh t - kỹ thuật khi vận hƠnh vƠ thit k hệ thống
điện lƠ: xác định sự phơn bố tối u công suất giữa các tổ máy nhiệt điện trong nhà
máy điện của hệ thống điện nhằm đáp ứng tổng giá trị phụ tải tổng đư đợc bit.
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 8 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
Hay nói cách khác lƠ cực tiểu chi phí phát điện các tổ máy nhiệt điện trong nhƠ máy
nhiệt điện.
Việc nghiên cứu phng thức phơn bố tối u công suất trong nhà máy điện
không những nơng cao tính kinh t trong vận hƠnh mƠ còn đóng góp vƠo tính chính
xác vƠ hợp lý khi qui hoạch, thit k hệ thống điện.
2.1.3. .
Trao đổi công suất kinh t thực chất lƠ việc mua bán điện sao cho cả hai bên
đều có lợi, việc trao đổi công suất kinh t có thể diễn ra khi có sự chênh lệch có

2.2.2. .
Chi phí 
- Chi phí nhiên liệu.
- Tổn thất điện năng.
- Chi phí bảo dỡng định kỳ.
- Chi phí để khắc phục hậu quả, sửa chữa thit bị hỏng do sự cố.
- Chi phí tiền lng.
- Khấu hao thit bị.
2.3. 
Giảm đn nhỏ nhất chi phí sản xuất điện năng lƠ mục tiêu của việc phơn bố tối u
nguồn phát trong hệ thống điện, bao gồm:
1- Giảm chi phí do nhiên liệu.
2- Giảm tổn thất điện năng.
Các mục tiêu trên đợc thực hiện bằng cách:
- Qui hoạch thit k hệ thống điện với các ch độ kinh t nhất vƠ có đủ các
trang thit bị cần thit để điều khiển các ch độ vận hƠnh. Đồng thới, có tính đn k
hoạch phát triển điện trong tng lai.
- Trong vận hƠnh, lập k hoạch vận hƠnh đúng đắn vƠ thực hiện đợc k hoạch
đó.
2.3.1. h.
Giảm chi phí nhiên liệu trong vận hƠnh bao gồm:
- u tiên tăng lợng công suất phát ra tại các nhƠ máy nhiệt điện gần phụ
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 10 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
tải nhằm giảm tổn hao truyền tải dẫn đn giảm chi phí tiêu hao nhiên liệu trong toƠn
hệ thống.
- u tiên tăng lợng công suất phát ra tại các nhƠ máy nhiệt điện có tiêu
hao nhiên liệu thấp.
- Tối u công suất các tổ máy nhiệt điện trong nhƠ máy nhiệt điện.
K hoạch vận hƠnh hệ thống điện đợc thực hiện nh sau:

Thông thờng giá thƠnh đợc tính theo yu tố chi phí sản xuất hoặc tính theo
khoản mục chi phí. Mỗi nhƠ máy điện có chi phí sản xuất điện gồm chi phí cố định
vƠ chi phí bin đổi khác nhau. Dựa trên chi phí sản xuất điện của từng nhƠ máy,
ngời ta xơy dựng k hoạch huy động phát của các nhƠ máy điện trong hệ thống.
Trong thị trờng điện cạnh tranh, các công ty phát điện luôn đặt mục tiêu tối
đa hóa lợi nhuận bằng cách tăng doanh thu vƠ giảm chi phí sản xuất. Đầu vƠo của
sản xuất điện lƠ nguyên liệu, vật liệu phụ, lƠ sửa chữa lớn thit bị, lƠ hƠng hóa dịch
vụ mua ngoƠi… MƠ những yu tố đầu vƠo nƠy thay đổi theo thị trờng nên việc tính
mức giá điện, xác định các chi phí sản xuất đóng vai trò rất quan trọng trong việc
vận hƠnh tối u nhƠ máy điện, hệ thống điện.
 
Giá chƠo bao gồm chi phí cố định, chi phí bin đổi, lợi nhuận mong
muốn:
Giá chƠo = Chi phí cố định + Chi phí bin đổi + Lợi nhuận.
 
Chi phí cố định cho phát điện gồm các chi phí:
- Chi phí khấu hao c bản.
- Chi phí vận hƠnh cố định.
- Chi phí sửa chữa.
- Thu đất, tƠi nguyên.
- Lưi vay (nu có).
- Các chi phí khác (nu có).
 Chi phí 
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 12 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
Tuỳ thuộc vƠo từng loại hình nhƠ máy, cách thức hoạt động của các tổ
máy mà có cách tính chi phí bin đổi khác nhau. Ví dụ: đối với nhƠ máy
nhiệt điện chi phí bin đổi đợc tính dựa trên quy trình gồm ba bớc sau:
- Tính giá trung bình.
- Tính chi phí vƠ nội suy đờng cong chi phí về đờng cong bậc hai.

Q
th
: Nhiệt trị than trung bình.
b
FO
: Suất tiêu hao dầu ứng (g/kWh).
G
FO
: Giá dầu (đồng/g)
c
VLP
: Chi phí vật liệu phụ.
- 
G
p
= B
p
xG + c
VLP
(2.2)
Trong đó:
B
p
: 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).
c
VLP
: Chi phí vật liệu phụ (đ/kWh)
 :

i i i i
i
i i i
P A P B P C F P
  
     
  
     
     
   

 
00
nn
i i i
ii
n A P B P C F

   
  
   
   
  

LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 14 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
22
0
( , , ) ( )
n

E (MWh): Điện năng đợc bán.

Yu tố chính của chi phí vận hƠnh máy phát lƠ nhiên liệu đầu vƠo/giờ, trong
khi đó các yu tố còn lại chỉ góp phần nhỏ. Chi phí nhiên liệu có ý nghĩa trong
trờng hợp nhƠ máy nhiệt điện vƠ nhƠ máy điện nguyên tử, còn ngợc lại với nhƠ
máy thủy điện. nhƠ máy phong điện,… kho năng lợng lƠ miễn phí thì chi phí nhiên
liệu không còn ý nghĩa nữa. Vì vậy cực tiểu chi phí phát điện có một ý nghĩa cực kỳ
quan trọng trong nhƠ máy nhiệt điện.
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 15 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
Chi phí vận hành (Rs/hr)
Hay nhiên liệu (triệu kcl/
hr)
(MW)
min
(MW)
max
Công suất phát ra MW

2.2: Đờng cong vƠo-ra cu
̉
a mô
̣
t tô
̉
ma

y.
Đờng cong đầu vƠo của 1 tổ máy [18] (gồm nồi hi, tuabin vƠ máy phát) có
thể đợc thể hiện bằng đn vị triệu Kilocalo mỗi giờ hoặc đồng rupi (tiền ấn độ)

j
P
F


đợc gọi suất tăng chi phí nhiên liệu (IC)
vƠ đợc biểu diễn bằng đn vị tiền ấn độ trên một MWh (Rs/MWh). Đồ thị diễn
LVTN Chương 2: Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Lê Chí Kiên Trang 16 HVTH: Nguyễn Minh Đức Cường
suất tăng chi phí nhiên liệu tng ứng với công suất ngõ ra trong (hình 2.3). Nu
đờng cong chi phí xấp xỉ lƠ bậc hai nh trong phng trình (2.5), ta có:
(IC)
j
=2a
j
.P
j
+b
j
(2.6)
Chi phí nhiên liệu gia tăng (IC)
Rs/MWh
(MW)
min
(MW)
max
Công suất phát ra, MW
Đường cong chi phí
gia tăng thực tế
Đường

jjjjj

(2.7)
 
Giả sử rằng các máy phát đợc phát ra để cung cấp cho tải P
D
bit trớc, tức lƠ
những máy phát phải lƠm việc để đáp ứng công suất yêu cầu của tải, tức lƠ:

Dj
PP 

max

(2.8)
Trong đó P
j
max
lƠ công suất định mức của máy phát thứ j vƠ P
D
lƠ tổng công
suất yêu cầu của tải. Hn nữa, công suất mỗi máy phát phát ra phải thỏa mưn điều
kiện giới hạn công suất, tức lƠ:
P
j
min


P
j