Xác định vị trí đặt TCSC trong hệ thống điện truyền tải nhằm giảm hiện tượng nghẽn mạch và có xét đến ổn định tĩnh

Trang 8 giải quyết bƠi tốn q tải nh : Điều ch nh cơng suất phát c a nhƠ máy, xơy dựng các đ ng dơy song song sử dụng các thiết b bù công suất phản kháng tại chỗ… Hiện nay Các thiết b FAC

M CăL C

Tóm t t lý l ch trích ngang i

L i cam đoan ii

Nh n xét c a giáo viên h ng dẫn iii

Mục lục iv

Danh mục bảng bi u vi

Danh mục hình ảnh vii

CH NG 1 GI I THI U LU NăVĔN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ 3

1.3 Ph ng pháp giải quyết 3

1.4 Gi i hạn đề tài 3

1.5 Đi m m i c a lu n văn 3

1.6 Phạm vi ng dụng 3

1.7 Bố cục c a lu n văn 3

CH NG 2 T NG QUAN 5

2.1 Nâng cao khả năng truyền tải c a hệ thống điện 5

2.2 Các công trình nghiên c u tr c đơy 6

2.2.1 Điều độ kế hoạch ngu n phát điện 6

2.2.2 Điều độ tải 7

2.2.3 M rộng đ ng dây truyền tải 8

2.3 Các loại thiết b Facts 10

2.3.1 SVC 10

2.3.2 STATCOM 12

2.3.3 UPFC 14

2.3.4 TCSC 14

2.4 Đề xuất ph ng án sử dụng TCSC 16

2.4.1 Giải quyết đ hết quá tải khi tăng tải 16

2.4.2 Nh n xét 18

2.5 Nh n xét vƠ đề xuất sử dụng mặt c t tối thi u 19

2.5.1 Nh n xét 19

2.5.2 Đề xuất sử dụng mặt c t tối thi u 21

2.6 ng dụng trong hệ thống điện 23

2.7 Nh n xét chung 27

CH NG 3 PH NG PHÁP TI P C N 28

3.1 Bài toán nâng cao khả năng tải dùng TCSC 28

3.2 Sử dụng thu t toán Min-cut đ xác đ nh những nhánh ng viên đặt TCSC 29

3.3 Xác đ nh nhánh đặt TCSC 30

3.4 Xác đ nh dung l ợng TCSC 32

3.5 Phát bi u lu t đặt TCSC 33

3.6 L u đ xác đ nh v trí và dung l ợng TCSC 33

CH NG 4 KH O SÁT VÍ D M ẪU 36

4.1 S đ l i điện 3 thanh cái 36

4.2 S đ l i điện 7 thanh cái 44

CH NG 5 KH O SÁT TRÊN H TH NGăĐI N VI T NAM 57

CH NG 6 K T LU N 76

6.1 Kết lu n 76

6.2 H ng phát tri n đề tài 77

TÀI LI U THAM KH O 78

DANHăM CăB NGăBI U

Bảng 2.1 Chi phí đầu t trên 1KVAr c a các thiết b FACTS 19

Bảng 2.2 V trí và thông l ợng c a các lát c t 25

Bảng 2.3 Các tr ng hợp xảy ra v trí lát c t 26

Bảng 4.1 Hoạt động c a phụ tải tại các nút 47

Bảng 4.2 Hoạt động c a phụ tải cho một ngày làm việc đ ợc tính theo th i gian trong một ngƠy đêm (24 gi ) 50

Bảng 4.3 Chi phí máy phát điện b qua điều kiện ràng buộc quá tải trên nhánh 51

Bảng 4.4 Chi phí phát điện có xét đến điều kiện ràng buộc trên quá tải trên nhánh 51

Bảng 4.5 Kết quả chi phí và th i gian hoàn vốn 55

Bảng 4.6 Giá tr XTCSC và t lệ giảm công suất quá tải trên l i điện 7 nút 56

Bảng 5.1 Thông số máy phát 58

Bảng 5.2 Thông số nhánh 59

Bảng 5.3 Thông số nút 60

Bảng 5.4 Hoạt động c a phụ tải tại các nút 60

Bảng 5.5 Hoạt động c a phụ tải cho một ngày làm việc đ ợc tính theo th i gian trong một ngƠy đêm (24 gi ) 64

Bảng 5.6 Chi phí phát điện b qua điều kiện ràng buộc quá tải trên nhánh 66

Bảng 5.7 Chi phí phát điện có xét đến điều kiện ràng buộc quá tải trên nhánh 66

Bảng 5.8 Th i gian hoàn vốn 70

Bảng 5.9 Giá tr XTCSC và t lệ giảm công suất quá tải trên l i điện 500KV Việt Nam 71

DANHăM CăHỊNHă NH

Hình 2.1a Ví dụ 2 nút b nghẽn mạch 8

Hình 2.1b Ví dụ 2 nút sau khi đ ợc loại b nghẽn mạch 8

Hình 2.2 Nguyên t c điều khi n SVC trong n đ nh hệ thống điện 11

Hình 2.3 Dao động công suất trong tr ng hợp không có SVC và có SVC 11

Hình 2.4 Cấu hình c bản nhất c a SVC 12

Hình 2.5 Cấu hình nâng cao c a SVC là TCR + TSC + FC 12

Hình 2.6 S đ mạch điều khi n sử dụng STATCOM 13

Hình 2.7 Nguyên t c điều khi n trào l u công suất c a STATCOM 13

Hình 2.8 S đ nguyên lý điều khi n c a UPFC 14

Hình 2.9 S đ cấu tạo c a TCSC 15

Hình 2.10 Mô hình đ ng dây truyền tải có l p đặt TCSC 17

Hình 2.11 Đ n giản hoá mô hình TCSC trên nhánh i-j 17

Hình 2.12 Chi phí đầu t v n hành theo công suất bù 20

Hình 2.13 Mối quan hệ giữa ngu n và tải 21

Hình 2.14 S đ mạng v i ngu n phát (s), tải thu (t) và hai nút trung gian 22

Hình 2.15 Mô hình hoá mạng v i một số lát c t tiêu bi u 23

Hình 2.16 Mô hình hệ thống điện đ n giản 24

Hình 2.17 Mô hình hoá s đ mạng điện truyền tải 2 nút 24

Hình 2.18 V trí và thông l ợng các lát c t trên s đ mô hình hóa 25

Hình 2.19 V trí c a lát c t cực ti u trên mạng mô hình hoá 26

Hình 3.1 Mô hình truyền tải điện trên hai nhánh song song 28

Hình 3.2.T p hợp nhánh xung yếu theo ch ng trình max-flow 30

Hình 3.3 Mô hình l i 3 nút 32

Hình 3.4 L u đ xác đ nh v trí, dung l ợng TCSC 35

Hình 4.1 S đ l i điện 3 thanh cái 36

Hình 4.2 Mô hình mô ph ng l i điện 3 nút bằng ch ng trình max-flow 37

Hình 4.3 Danh sách các đ ng c t sau khi chạy ch ng trình tính max-flow 37

Hình 4.4 Mô ph ng phân bố công suất bằng Powerworld l i điện 3 nút 38

Hình 4.5 Thông số đầu vƠo khi tăng tải thanh cái 2 lên 20% 39

Hình 4.6 Danh sách lát c t khi tăng tải tại thanh cái 2 lên 20% 39

Hình 4.7 Phân bố công suất bằng Powerworld khi tăng tải thanh cái 2 lên 20% 40

Hình 4.8 Thông số đầu vào khi tải tại thanh cái 3 tăng 20% 40

Hình 4.9 Danh sách lát c t khi tăng tải tại thanh cái 3 lên 20% 41

Hình 4.10 Phân bố công suất bằng Powerworld khi tăng tải thanh cái 3 lên 20% 41

Hình 4.11 Thông số nh p vƠo khi tăng tải 2 lên 20% và 3 lên 20% 42

Hình 4.12 Danh sách lát c t khi tăng tải tại thanh cái 2 và 3 lên 20% 42

Hình 4.13 Phân bố công suất khi tăng tải thanh cái 2, 3 lên 20% 43

Hình 4.14 Phân bố công suất bằng Powerworld khi có l p đặt TCSC 44

Hình 4.15 S đ l i điện 7 nút 45

Hình 4.16 Mô hình hoá l i điện 7 nút trên max-flow 46

Hình 4.17 Danh sách lát c t c a l i điện 7 nút trên max-flow 46

Hình 4.18 Phân bố công suất bằng Powerworld (tải 60% công suất) 47

Hình 4.19 Phân bố công suất bằng Powerworld (tải 100% công suất) 48

Hình 4.20 Phân bố công suất bằng Powerworld (tải 120% công suất ) 49

Hình 4.21 Phụ tải một ngày làm việc 50

Hình 4.22 Điều độ tối u công suất máy phát có xét đến điều kiện ràng buộc quá tải trên nhánh khi phụ tải đạt 100% công suất 52

Hình 4.23 Điều độ tối u công suất máy phát có xét đến điều kiện ràng buộc quá tải trên nhánh khi phụ tải đạt 120% công suất 52

Hình 4.24 Phân bố công suất bằng Powerworld khi l p TCSC trên nhánh 1-3 (tải 100% công suất) 53

Hình 4.25 Phân bố công suất bằng Powerworld khi l p TCSC trên nhánh 1-3 ( tải 120% công suất) 54

Hình 4.26 Đi m hoàn vốn khi l p TCSC 55

Hình 5.1 S đ l i điện 500KV Việt Nam 57

Hình 5.2 Phân bố công suất bằng Powerworld (tải 60% công suất) 62

Hình 5.3 Phân bố công suất bằng Powerworld (tải 100% công suất ) 63

Hình 5.4 Phân bố công suất bằng Powerworld (tải 105% công suất ) 64

Hình 5.5 Phụ tải một ngày làm việc 65

Hình 5.6 Điều độ chi phí tối u công suất máy phát chống quá tải khi phụ tải đạt 100% công suất 67Hình 5.7 Điều độ chi phí tối u công suất máy phát chống quá tải khi phụ tải đạt 105% công suất 67Hình 5.8 Phân bố công suất bằng Powerworld khi l p TCSC trên nhánh S N LA-NHO QUAN ( tải 100% công suất) 68Hình 5.9 Phân bố công suất bằng Powerworld khi l p TCSC trên nhánh S N LA-NHO QUAN (tải 105% công suất) 69Hình 5.10 Đi m hoàn vốn khi l p TCSC 70Hình 5.11 Đ th bi u di n tốc độ quay roto máy phát tr c khi l p TCSC 72Hình 5.12 Đ th bi u di n tốc độ quay roto máy phát khi l p TCSC vào nhánh S N LA-NHO QUAN 72Hình 5.13 Đ th bi u di n tốc độ quay c a máy phát khi l p TCSC vào nhánh PITOONG-QUÃNG NINH 73Hình 5.14 Đ th bi u di n tốc độ quay máy phát khi ch a l p TCSC 74Hình 5.15 Đ th bi u di n tốc độ quay máy phát khi l p TCSC vào nhánh S N LA-NHO QUAN 74Hình 5.16 Đ th bi u di n tốc độ quay máy phát khi l p TCSC vào nhánh PITOONG-QUÃNG NINH 75

Xu h ng chuy n d ch từ hệ thống điện độc quyền c cấu theo chiều d c sang

th tr ng điện cạnh tranh đƣ vƠ đang di n ra mạnh mẽ nhiều n c trên thế gi i Th

tr ng điện v i c chế m đƣ đem lại hiệu quả các n c vƠ cho thấy những u đi m

v ợt trội h n h n hệ thống điện độc quyền c cấu theo chiều d c truyền thống Hệ thống điện không ngừng phát tri n cả về số l ợng, chất l ợng vƠ độ tin c y

Khi chuy n sang th tr ng điện thì vấn đề quá tải đ ng dơy lƠ th ng xuyên,

có ảnh h ng đến n đ nh vƠ độ tin c y hệ thống Điều khi n quá tải đ ng dơy lƠ

ch c năng quan tr ng c a bất kỳ ISO (International Organization for Standardization )

vƠ lƠ quá trình đảm bảo hệ thống truyền tải không b vi phạm các gi i hạn v n hƠnh Bất k khi nƠo, rƠng buộc v t lý hoặc rƠng buộc v n hƠnh trong l i truyền tải b vi phạm thì hệ thống đ ợc coi lƠ đang trạng thái quá tải Các gi i hạn trong vấn đề quá tải đ ng dơy lƠ gi i hạn nhiệt, m c cảnh báo c a máy biến áp, gi i hạn điện áp nút,

n đ nh quá độ ( n đ nh động vƠ n đ nh tƿnh) Các gi i hạn nƠy rƠng buộc l ợng công suất mƠ có th truyền tải giữa hai v trí thông qua l i truyền tải Công suất truyền tải không đ ợc phép tăng lên đến m c mƠ khi có xảy ra sự cố sẽ lƠm tan rƣ l i điện vì không n đ nh điện áp

Có rất nhiều công trình nghiên c u về v n hƠnh tối u hệ thống điện Một trong các bƠi toán đặt ra lƠ phơn bố lu ng công suất tối u còn đ ợc biết đến nh ph ng pháp điều khi n dòng công suất trên l i điện truyền tải nhằm: Hạn chế quá tải trên

đ ng dơy th i đi m hiện tại cũng nh khi m rộng phụ tải trong t ng lai Đơy lƠ

nguyên nhơn chính gơy nên giá sản xuất điện năng tăng cao Có nhiều ph ng pháp đ

giải quyết bƠi toán quá tải nh : Điều ch nh công suất phát c a nhƠ máy, xơy dựng các

đ ng dơy song song sử dụng các thiết b bù công suất phản kháng tại chỗ…

Hiện nay Các thiết b FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) đ ợc sử dụng đ điều khi n điện áp truyền tải, phơn bố công suất, giảm t n thất phản kháng, vƠ lƠm giảm dao động công suất hệ thống cho các m c truyền tải công suất cao, đặc biệt lƠ tăng khả năng truyền tải công suất Vì v y, l p đặt các bộ điều khi n FACTS nhằm điều khi n tốt h n trong hệ thống điện cần phải đ ợc xem xét, trong đó việc l p đặt thích hợp các thiết b FACTS tr thƠnh quan tr ng Nếu l p đặt không thích hợp các bộ điều khi n FACTS lƠm giảm đặc tính tối u thu đ ợc vƠ có

th lƠm mất đi tính hữu ích

Từ những khó khăn trong quản lý, v n hƠnh hệ thống điện vƠ tính năng c a FACTS thì việc sử dụng thiết b FACTS trên đ ng dơy truyền tải lƠ rất cần thiết, trong đó việc xác đ nh v trí tối u đ đấu nối thiết b FACTS nhằm đảm bƣo khả năng

nh n công suất, khả năng phát công suất vƠ khả năng truyền tải công suất trên đ ng dơy lƠ l n nhất đóng vai trò rất quan tr ng trong hệ thống điện hiện nay

NgoƠi ra việc sử dụng các thiết b Facts điều khi n dòng công suất trên đ ng dơy còn đ ợc biết đến nh biện pháp chống nghẽn mạch, giảm r i ro về mất điện, tăng

độ tin c y cung cấp điện cho khách hƠng, đảm bảo lợi ích kinh tế, đ ng th i tránh đ ợc tình trạng đầu c tăng giá điện khi có sự cố nghẽn mạch Một số công trình nghiên c u cũng cho thấy rằng, việc sử dụng các thiết b Facts đ điều khi n dòng công suất sẽ hạn chế đ ợc quá tải trên đ ng dơy từ đó lƠm giảm chi phí sản xuất điện năng, tăng giá tr phúc lợi xƣ hội

Trên c s những kết quả c a các công trình nghiên c u tr c đơy đƣ đạt đ ợc,

đề tƠi đề xuất tên ắXác định vị trí tối u của TCSC trong hệ thống điện và có xét đến

ổn định tƿnh” nhằm xơy dựng giải thu t tìm kiếm v trí tối u c a thiết b TCSC

(Thyristor Controller Series Capacitor) v i mục đích xơy dựng giải thu t xác đ nh v trí tối u c a TCSC bằng ph ng pháp mặt c t tối thi u đ nơng cao khả năng truyền tải từ đó giảm đ ợc chi phí sản xuất điện năng vƠ hạn chế nh ợc đi m c a các công trình nghiên c u tr c đơy

1.2 M cătiêuăvƠănhi măv

 Tìm hi u các giải pháp chống nghẽn mạch hệ thống điện

 Trình bƠy nguyên lý hoạt động c a thiết b TCSC

 Giải quyết bƠi toán nơng cao khả năng truyền tải bằng cách đặt TCSC (v trí đặt vƠ dung l ợng)

o Giảm thi u không gian tìm kiếm v trí đặt TCSC bằng ph ng pháp mặt

c t tối thi u

o Xác đ nh dung l ợng TCSC phù hợp đ giảm hiện t ợng nghẽn mạch

o Xét ảnh h ng c a TCSC đến n đ nh hệ thống

 ng dụng thực tế vƠ so sánh v i các ví dụ mẫu

1.3 Ph ngăphápăgi iăquy tă

- Giải tích vƠ mô ph ng toán h c

1.4 Gi iăh năđ ătƠi

 Ch xét đến n đ nh tƿnh, không xét đến n đ nh động c a hệ thống điện

1.5 Đi măm iăc aălu năvĕn

- Xơy dựng thu t toán xác đ nh v trí vƠ dung l ợng c a TCSC nơng cao khả năng tải c a hệ thống điện

- Xét bài toán n đ nh tƿnh làm tiền đề cho việc cải thiện vấn đề n đ nh động sau này

1.6 Ph măviă ngăd ng

- ng dụng cho các mô hình hay l i điện bất kỳ

- ng dụng cho các l i điện IEEE mẫu

- ng dụng cho l i điện 500KV Việt Nam tính đến năm 2012

- Làm tài liệu tham khảo khi v n hƠnh l i điện v i thiết b FACTS

- LƠm tƠi liệu tham khảo cho bƠi giảng môn h c cung cấp điện

1.7 B ăc căc aălu năvĕn

Ch ng 1: Gi i thiệu lu n văn

Ch ng 2: T ng quan

Ch ng 4:Khảo sát các ví dụ mẫu

Ch ng 5: ng dụng l i điện Việt Nam

Ch ng 6: Kết lu n

CH NGă2ă

T NGăQUAN

2.1 Nơngăcaoăkh ănĕngătruy năt iăc aăh ăth ngăđi n:

Trong quá trình v n hƠnh hệ thống điện trong th tr ng điện, chi phí c a t máy phát th i trong nhƠ máy điện là:

về giá luôn khiến các nhƠ sản xuất phải h ng đến mục tiêu tối thi u hoá t ng chi phí

c a hệ thống điện, nghƿa lƠ tìm cách đ a t ng chi phí phát điện về giá tr C1 Điều nƠy

đ ng nghƿa v i việc giảm giá thƠnh sản xuất trên một đ n v điện năng vƠ giá bán điện cũng giảm theo

Giả sử giá tr chi phí phát điện tối thi u lƠ C1 thì l ợng công suất phát c a các nhƠ máy điện vƠ phụ tải có sự cơn bằng theo bi u th c:

PGi: công suất phát c a các nhƠ máy

PL: công suất c a các phụ tải

Khi có sự gia tăng phụ tải v ợt quá độ dự trữ cho phép c a hệ thống dẫn đến

đ ng dơy nghẽn mạch trên một số tuyến đ ng dơy c a mạng điện Nghƿa lƠ khi phụ tải điện thay đ i tăng lên một l ợng P thì theo bi u th c (2.4), đ giải quyết sự cố

nghẽn mạch trên hệ thống truyền tải điện cần thay đ i công suất phát c a các t máy trong các nhƠ máy điện một l ợng lƠ Pgi Nh v y chi phí cho sản xuất ra một đ n v

2 i( gi) 1

phí sản xuất điện năng tăng cao thì giá bán điện đến hộ tiêu thụ cũng tăng theo Điều nƠy gơy bất lợi cho nhƠ cung cấp trong việc gia tăng doanh số bán hƠng trên th tr ng cũng nh những nỗ lực cạnh tranh th phần

BƠi toán phơn bố công suất tác dụng giữa các nhƠ máy điện đ cực ti u chi phí sản xuất (C1) Tuy nhiên bƠi toán nƠy gặp khó khăn vì gặp gi i hạn c a các đ ng dơy tải điện nên phải thay đ i công suất phát giữa các nhƠ máy điện đ các đ ng dơy không còn quá tải Điều nƠy lƠm cho chi phí tăng cao (C2) làm cho C2 > C1

Đ giảm chi phí phát điện từ C2  C1 có th nơng cao khả năng tải c a hệ thống Nếu không phải tất cả các đ ng dơy truyền tải (tạo thƠnh mạch các vòng) b quá tải hoƠn toƠn bằng cách thay đ i góc pha giữa nút, các t ng tr các nhánh đ công suất truyền tải phơn chia qua các tuyến dơy ch a b quá tải

NgƠnh công nghệ điện tử v i công suất hiện nay, việc sản suất các thiết b FACTS có th thực hiện đ ợc Tuy nhiên, việc xác đ nh chính xác v trí đặt thiết b hết

s c khó khăn vì phải xác đ nh đ ợc những nhánh th ng xuyên b quá tải m i đem lại hiệu quả c a việc đặt thiết b FACTS

Số l ợng thiết b vƠ công suất thiết b đòi h i phải giải bƠi toán cực đại lợi nhu n giữa chi phí thiết b vƠ việc giảm chi phí sản suất điện năng

Những phơn tích trên cho thấy: khi có sự thay đ i phụ tải hay sự cố hệ thống điện sẽ dẫn t i giá bán điện trên th tr ng tăng lên do chi phí sản xuất điện tăng Cho

dù v n hƠnh l i điện bất kỳ trạng thái nƠo thì các nhƠ máy sản xuất điện luôn tìm cách đ a các chi phí C2 tr về gần v i trạng thái ban đầu nhất: C2 C1

2.2 Cácăcôngătrìnhănghiênăc uătr căđơy:

2.2.1.ăĐi u đ ăk ăho chăngu năphátăđi n:

Phơn bố công suất tối u (OPF) lƠ k thu t quan tr ng nhất đ đạt đ ợc các mô hình phát điện chi phí nh nhất trong một hệ thống điện v i các điều kiện rƠng buộc truyền tải vƠ v n hƠnh có s n Vai trò c a trung tơm v n hƠnh hệ thống độc l p (ISO) trong th tr ng cạnh tranh lƠ điều độ điện năng đáp ng hợp đ ng giữa các bên tham gia th tr ng V i xu h ng phát tri n c a nền kinh tế vƠ đất n c, các phụ tải ngƠy

cƠng tăng số l ợng các hợp đ ng song ph ng đ ợc ký kết cho các giao d ch th

tr ng điện thì khả năng thiếu các ngu n cung cấp sẽ dẫn t i nghẽn mạch mạng lƠ không th tránh kh i Trong tr ng hợp nƠy, quản lý nghẽn mạch (v i c chế OPF) tr thƠnh một bƠi toán quan tr ng Nghẽn mạch truyền tải theo th i gian thực đ ợc đ nh nghƿa lƠ điều kiện v n hƠnh mƠ đó không đ khả năng truyền tải đ thực hiện cùng lúc tất cả các giao d ch do xảy ra tình trạng khẩn cấp không mong muốn Đ giảm

nghẽn mạch truyền tải bằng cách đ a các rƠng buộc khả năng truyền tải vƠo trong quá trình điều độ vƠ l p kế hoạch Điều nƠy bao g m tái điều phối ngu n phát hoặc c t giảm tải Trong tƠi liệu nƠy, tác giả đƣ thƠnh l p bƠi toán OPF v i mục tiêu lƠ cực ti u

l ợng công suất tác dụng (MW) khi điều ch nh lại kế hoạch Theo c chế nƠy, chúng

ta cũng xem xét sự điều phối các hợp đ ng song ph ng trong tr ng hợp nghẽn mạch nặng nề mặc dù biết rằng bất c sự thay đ i nƠo trong một hợp đ ng song ph ng lƠ

t ng ng v i sự thay đ i công suất b m vƠo cả các nút ng i mua lẫn ng i bán

Điều nƠy dẫn t i v n hƠnh ngu n phát một đi m cơn bằng khác đi m cơn bằng

đ ợc xác đ nh b i điều kiện giá c n biên bằng nhau Các mô hình toán h c giá truyền tải có th đ ợc kết hợp trong c chế điều phối vƠ đạt đ ợc tín hiệu giá t ng ng Các tín hiệu giá nƠy có th đ ợc sử dụng đ đ nh giá nghẽn mạch vƠ ch cho những ng i tham gia th tr ng s p xếp lại công suất b m vƠo hay lấy ra đ tránh nghẽn mạch

NgoƠi ra, ph ng pháp điều độ kế hoạch ngu n phát c a tác giả ch xem xét điều kiện ràng buộc dòng công suất tác dụng trên đ ng dơy truyền tải mƠ ch a xem xét các điều kiện rƠng buộc khác nh : điều kiện rƠng buộc về điện áp nút, góc lệch pha, xác đ nh giá điện tại các nút Đơy lƠ những điều kiện rất quan tr ng cần phải đ a vƠo khi điều độ kế hoạch ngu n phát, giúp quá trình v n hƠnh hệ thống n đ nh vƠ kinh tế

2.2.2.ăĐi uăđ ăt i:

Trong các hệ thống phi điều tiết, nghẽn mạch trong hệ thống truyền tải lƠ một bƠi toán ch yếu vƠ có th dẫn t i các đột biến giá Nghẽn mạch truyền tải xuất hiện khi thiếu khả năng truyền tải đ đáp ng các yêu cầu c a tất cả các khách hƠng Trong các trạng thái b nghẽn mạch nặng nề, nghẽn mạch truyền tải có th đ ợc giảm b t bằng cách c t giảm một phần các giao d ch không n đ nh

Hình 2.1a Ví dụ 2 nút b nghẽn mạch Một ví dụ c a một hệ thống 2 nút trình bƠy trong Hình 2.1a giải thích sự nghẽn mạch truyền tải Trong Hình 2.1a, đầu ra công suất tác dụng cực đại c a máy phát lƠ

100MW v i gi i hạn công suất đ ng dơy truyền tải lƠ 100MVA vƠ công suất tác dụng tải lƠ 100MW Có một sự quá tải truyền tải trên đ ng dơy truyền tải đ đáp ng tải Nghẽn mạch có th đ ợc giảm b t bằng cách c t giảm phần tải nƠo đó Trong Hình 2.1b, tải đ ợc c t giảm từ 100MW xuống 90MW vƠ nghẽn mạch đ ợc loại b

2.2.3 Mởăr ngăđ ngădơyătruy năt i:

M rộng đ ng dơy truyền tải giải quyết bƠi toán m rộng vƠ c ng cố sự phát điện vƠ mạng truyền tải hiện tại đ phục vụ tối u sự phát tri n th tr ng điện trong khi đáp ng một t p các điều kiện rƠng buộc về kinh tế vƠ k thu t Các k thu t khác nhau nh phơn tích Bender, tìm kiếm Tabu, thu t toán Gen [12] đƣ đ ợc sử dụng đ nghiên c u bƠi toán nƠy

Mặc dù các chi phí nghẽn mạch có th đ ợc cực ti u hóa nh vƠo các ph ng pháp quản lý nghẽn mạch hiệu quả, nh ng một mối quan tơm bao quát lƠ chi phí biên

c a nghẽn mạch nƠy sẽ không cao h n chi phí biên c a giảm nghẽn mạch thông qua sự đầu t về m rộng khả năng truyền tải Mặt khác, các chi phí nghẽn mạch cao sẽ lƠ một tín hiệu đ m rộng khả năng truyền tải Sự đầu t về truyền tải sẽ luôn luôn

h ng t i tăng độ tin c y vƠ giảm các chi phí nghẽn mạch

Tuy nhiên, ph ng pháp m rộng đ ng dơy truyền tải nƠy có rất nhiều hạn chế

nh : Tốn nhiều th i gian, chi phí m rộng đ ng dơy truyền tải l n, phụ thuộc vƠo các rƠng buộc pháp lý, các quy đ nh đền bù giải t a…

NgoƠi ra những công trình nghiên c u tr c đơy về ng dụng c a FACTS [13]trong v n hƠnh vƠ điều khi n hệ thống điện nhằm đạt đ ợc những mục tiêu đề ra đa số

t p trung vƠo các thiết b nh : TCSC, TCVR, TCPST, SVC vƠ UPFC Tuy có những xuất phát đi m vƠ cách tiếp c n khác nhau trong việc ng dụng tính hiệu quả c a thiết

b FACTS vƠo điều khi n hệ thống điện Nh ng nhìn chung, các công trình nghiên c u đều có chung h ng nghiên c u vƠ ph ng pháp nh sau:

Sử dụng giải thu t Gen đ tìm kiếm giải pháp tối u Nghƿa lƠ: v i sự hỗ trợ c a phần mềm máy tính, thông số c a thiết b FACTS sẽ đ ợc mƣ hoá cùng các thông số

c a mạng điện Các toán tử đột biến, lai chéo đ ợc sử dụng đ giải bƠi toán phơn bố công suất đ a kết quả vƠo không gian tìm kiếm Thông số ban đầu sẽ đ ợc tự động l u trữ vƠ c p nh t đ gia tăng tính đa dạng c a phạm vi tìm kiếm giải pháp đúng nh tên

Công trình nghiên c u c a M.A.Khaburi vƠ M.R.Haghifam [17] sử dụng

ph ng pháp phơn vùng đ gi i hạn phạm vi tìm kiếm giải pháp Nghƿa lƠ chia mạng điện thƠnh hai vùng theo ch quan Vùng có nhiều máy phát t p trung g i lƠ vùng ngu n (source area) vƠ vùng có nhiều phụ tải t p trung h n g i lƠ vùng tải (sink area)

Hai vùng nƠy đ ợc nối v i nhau bằng các đ ng dơy liên lạc Thiết b bù ch l p đặt trên các nhánh liên lạc nƠy đ ki m tra tìm kiếm giải pháp tối u theo mục tiêu đề ra

Ph ng pháp nƠy có u đi m lƠ gi i hạn đ ợc không gian phạm vi tìm kiếm giải pháp

nh ng kết quả tuỳ thuộc vƠo sự phơn vùng ban đầu c a ng i v n hƠnh Nói chung nó

ch chính xác h n trong tr ng hợp có sự quy hoạch mua vƠ bán điện giữa hai vùng

đ ợc cung cấp từ hai ngu n khác nhau hoƠn toƠn Lúc đó ch quan tơm đến những

đ ng dơy liên lạc trao đ i điện năng giữa hai vùng nƠy

Theo tác giả Nguy n HoƠng S n trong công trình nghiên c u ng dụng c a UPFC điều khi n hệ thống điện cũng có h ng giải quyết t ng tự [1]: giải bƠi toán phơn bố công suất bằng powerworld, đ a ra các tình huống sự cố giả đ nh đ tìm nhánh nghẽn mạch Sau đó lần l ợt thử đặt thiết b UPFC vƠo từng nhánh c a hệ thống cho phơn bố lại công suất đ tìm ra v trí vƠ dung l ợng thích hợp cho thiết b FACTS trong hệ thống điện Ph ng pháp nƠy còn đ ợc biết đến v i tên g i ắPh ng pháp thử sai” (trial and error method) đ tìm v trí tối u c a thiết b FACTS trong mạng điện

2.3 Cácălo iăthi tăb ăFacts:

2.3.1 SVC (Static Var Compensator):

SVC g i lƠ máy bù tƿnh g m bộ tụ điện vƠ bộ kháng điện nối song song v i nhau, một trong hai bộ nƠy đ ợc điều tr n Công suất phản kháng Q đ ợc điều khi n

từ dung tính đến cảm tính thông qua việc điều khi n các van Thyristor Bộ SVC m c song song v i đ ng dơy hay phụ tải cho phép điều ch nh vƠ giữ vững điện áp tại nút

đó, hạn chế đ ợc dao động điện áp nơng cao khả năng n đ nh hệ thống điện

Bộ bù công suất phản kháng tƿnh SVC lƠ một thiết b điện tử công suất nơng cao dùng đ cung cấp nhanh vƠ liên tục phát công suất phản kháng tính dung vƠ tính cảm đến hệ thống điện

Hình 2.2 Nguyên t c điều khi n SVC trong n đ nh hệ thống điện

Hình 2.3 Dao động công suất trong tr ng hợp không có SVC vƠ có SVC

Phơn loại theo cấu hình lƠ phơn loại SVC bao g m một cuộn kháng đ ợc điều khi n bằng Thyristor TCR (Thyristor Controlled Reactor), một bộ tụ đ ợc đóng ng t bằng Thyristor TSC (Thyristor Switched Capacitor) vƠ dƣy tụ cố đ nh FC (Fixed Capacitor) l c sóng hƠi đ ợc đấu nối nh trong Hình 2.4

TCR bao g m cuộn kháng vƠ van Thyristor TCR điều khi n liên tục công suất phản kháng bằng cách thay đ i biên độ dòng điện chạy qua cuộn kháng

TSC bao g m tụ điện, cuộn kháng vƠ van Thyristor TSC đóng vƠ ng t tụ điện

Bộ l c FC cung cấp công suất phản kháng cố đ nh vƠ hấp thụ dòng điện sóng hƠi đ ợc phát ra từ bộ TCR

Hình 2.4 Cấu hình c bản nhất c a SVC

Hình 2.5 Cấu hình nơng cao c a SVC lƠ TCR + TSC + FC

2.3.2 STATCOM (Static Synchronous Compensator):

Ch c năng c a Bộ bù tƿnh (STATCOM) lƠ giống nh máy bù đ ng bộ Nói chung, nó cung cấp công suất phản kháng bù đ giải quyết sự biến đ i điện áp c a hệ thống điện vƠ điện công nghiệp trong các điều kiện dao động vƠ n đ nh Một hệ thống STATCOM đầy đ bao g m một ngu n điện áp DC, bộ biến đ i tự chuy n sử dụng Thyristor, vƠ một máy biến áp tăng áp

Hình 2.6 S đ mạch điều khi n sử dụng STATCOM

Hình 2.7 Nguyên t c điều khi n trƠo l u công suất c a STATCOM

2.3.3 UPFC (Unified Power Flow Controlled):

Hình 2.8 S đ nguyên lý điều khi n c a UPFC UPFC (Unified Power Flow Controlled): lƠ bộ tích hợp điều khi n lu n công suất, nó cho phép điều khi n đ ợc điện áp, t ng tr vƠ góc pha Việc l p UPFC nhằm điều khi n linh hoạt hệ thống điện nh sau:

- Tăng khả năng truyền tải c a đ ng dơy

- Giảm t n thất: A, P, Q, U

- Giảm sự dao động c a hệ thống điện

- Nơng cao vƠ n đ nh điện áp

- Điều khi n dòng công suất phản kháng vƠ tác dụng theo hai h ng

2.3.4 TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor):

Các bộ bù nối tiếp đ ợc điều khi n bằng Thyristor (TCSC): lƠ một phần tử c bản

c a hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) Nó đ ợc m rộng từ các tụ nối tiếp truyền thống thông qua việc b sung một bộ phản ng đ ợc điều khi n bằng thyristor Bộ phản ng nƠy m c song song v i một tụ nối tiếp cho phép tạo ra một hệ thống bù d c điện kháng thay đ i liên tục vƠ nhanh chóng Những lợi đi m ch yếu

c a TCSC lƠ:

- Tăng công suất truyền tải

- Giảm các dao động công suất

- Giảm các cộng h ng đ ng bộ

- Điều khi n dòng công suất đ ng dơy

TCSC bao g m ba phần tử chính: Tụ bù C, cuộn kháng bù nối vƠo mạch thyristor vƠ hai thyristor điều khi n SCR1 vƠ SCR2 (hình 2.9)

Hình 2.9 S đ cấu tạo c a TCSC

Các góc m c a thyristor đ ợc điều khi n đ điều ch nh điện kháng TCSC phù hợp v i hệ thống Khi các thyristor đ ợc kích thích, TCSC có th đ ợc mô tả d i dạng toán h c nh sau:

iL và iC: lƠ giá tr dòng điện t c th i qua tụ điện vƠ cuộn cảm

iS: lƠ dòng điện t c th i c a đ ng dơy truyền tải đ ợc điều khi n

v: lƠ điện áp t c th i qua TCSC

Dòng điện đi qua cuộn cảm đ ợc xác đ nh theo công th c:

X C L

Điện áp tụ trạng thái v n hƠnh bình th ng tại th i đi m t = - là:

1 2 1(sin kcostank)

k

X I

( 1 )

k k t k

X I t

cos ) (

4 2

sin 2 ) (

)

2 2

X X

X

X X

I

V X

L C C L

C

C C

V i  = 2(-) lƠ góc dẫn c a bộ điều khi n TCSC

2.4 Đ ăxuấtăph ngăánăsửăd ngăTCSC:

2.4.1 Gi iăquy tăđ ăh tăquáăt iăkhiătĕngăt i:

Xét mô hình đ ng dơy hình  v i các thông số kết nối giữa hai nút i vƠ j Giá

tr điện áp lần l ợt tại hai nút i vƠ j đ ợc cho b i Vii và Vjj Khi đó công suất thực vƠ công suất phản kháng trên nhánh i-j đ ợc xác đ nh b i:

r g

r x



2 2

ij ij

ij ij

x b

r x





Trong đó: rij, xijlƠ điện tr vƠ điện kháng trên nhánh đ ng dơy i-j

Hình 2.10 Mô hình đ ng dơy truyền tải có l p đặt TCSC

Hình 2.11 Đ n giản hoá mô hình TCSC trên nhánh i-j

Mô hình đ ng dơy truyền tải có TCSC đ ợc l p đặt giữa nút i vƠ j nh hình 2.10 trạng thái n đ nh thì TCSC đ ợc xem nh một điện kháng ậjxc nh mô hình 2.11 Khi đó điện dẫn vƠ dung dẫn trên nhánh đ ng dơy i-j sẽ thay đ i theo bi u th c:

 2 2

ij ij

ij ij

c

r g

c

x x b

th đ ợc viết lại:

2 2 0

ij ij

ij ij

r g

ij

x b

ij c

VV P



Bi u th c 2.28 cho thấy khả năng truyền tải trên nhánh i-j c a hệ thống điện khi

l p đặt thiết b bù d c TCSC đ ợc cải thiện đáng k phụ thuộc vƠo giá tr bù c a thiết

b vƠ có khả năng nơng cao công suất trên đ ng dơy khi tăng tải

2.4.2 Nh năxét:

Các công trình nghiên c u tr c đơy tuy đạt đ ợc những kết quả vƠ mục tiêu nhất đ nh đƣ đề ra nh ng cách tiếp c n vƠ giải quyết vấn đề còn ch a mang tính hiệu quả cao, ch a có khả năng khoanh vùng đ ợc phạm vi không gian đ giảm b t th i

gian tìm kiếm giải pháp tối u Việc ng dụng giải thu t Gen tuy có tính kế thừa vƠ phát huy nh ng lại có nh ợc đi m lƠ gia tăng phạm vi tìm kiếm, tăng số l ợng mẫu trong t hợp nên chiếm nhiều bộ nh dẫn đến gia tăng th i gian xử lý thông tin Các

ph ng pháp khác cũng ch mang tính thử nghiệm vƠ tìm kiếm, ch a xơy dựng đ ợc

Cácăthi tăb ăbù Chi phí (USD/KVAr)

Bảng 2.1 Chi phí đầu t trên 1KVAr c a các thiết b FACTS

Một vấn đề nữa lƠ chi phí cho một thiết b FACTS khá cao nên cũng cần phải xem xét đến vấn đề phơn tích tƠi chính Theo thống kê, chi phí đầu t cho một đ n v công suất bù c a các thiết b FACTS đ ợc cho trong bảng 2.1 [14,19]

NgoƠi ra; theo tƠi liệu [4,19], cũng đƣ so sánh hƠm chi phí đầu t trên một đ n

v công suất bù giữa các thiết b FACTS còn phụ thuộc vƠo v trí vƠ phạm vi mƠ thiết

b l p đặt đ ợc th hiện trong hình 2.12 nh sau:

Hình 2.12 Chi phí đầu t v n hƠnh theo công suất bù

Nh v y, xét về tính kinh tế thì giá thƠnh đầu t cho thiết b bù TCSC ch cao

h n so v i các loại tụ bù truyền thống, ít tốn kém h n so v i chi phí đầu t l p đặt các thiết b khác nh STATCOM hay UPFC Giả sử nhu cầu bù vƠo hệ thống điện một

l ợng lƠ 50MVAr nh ng nếu sử dụng thiết b bù UPFC thì cần đầu t một l ợng lƠ (tính bằng USD/kVAr)

Trong đó: S lƠ phạm vi bù c a thiết b FACTS tính bằng MVAr

Mặt khác, khi đƣ xác đ nh đ ợc v trí vƠ thiết b bù cần thiết r i thì vấn đề lƠ: dung l ợng bù bao nhiêu đ đảm bảo phát huy hiệu quả tối đa trong việc chống nghẽn mạch hệ thống trong tất cả các tr ng hợp thay đ i phụ tải vƠ ngu n Việc cƠi đặt giá tr bù cũng phải đảm bảo vừa chống đ ợc sự cố trên nhánh có bù, đ ng

th i không lƠm quá tải các nhánh còn lại trong hệ thống Do đó, việc xác đ nh t p hợp nhánh nghẽn mạch, xác đ nh v trí vƠ dung l ợng bù c a thiết b TCSC trên

hệ thống nhằm điều khi n tối u dòng công suất đ giảm sản xuất điện năng dẫn đến cực ti u chi phí Đó chính lƠ những vấn đề cần giải quyết trong nội dung nghiên c u nƠy

2.5.2.ăăĐ ăxuấtăsửăd ngămặtăc tăt iăthi u:

2.5.2.1.ăGi iăthi u:

Thông th ng, nhƠ quản lý, nhƠ v n hƠnh hay nhƠ quy hoạch đều xác đ nh đ ợc

hệ thống điện quá tải v trí nƠo trong truyền tải từ ngu n phát đến n i tiêu thụ Đơy cũng lƠ thông tin rất quan tr ng trong việc truyền tải đ đ a ra quyết đ nh tiếp tục v n hƠnh hay quy hoạch lại hệ thống điện

Hình 2.13 Mối quan hệ giữa ngu n vƠ tải

Hệ thống điện thông th ng m rộng ra theo th i gian nh sự gia tăng thêm phụ tải vƠ nơng cấp máy phát hay tăng thêm máy phát điện vƠo l i điện Do đó, việc truyền tải c a đ ng dơy thì không đ ợc nơng cấp phù hợp v i ngu n vƠ tải trong hệ thống điện cho nên quá tải trạng thái tƿnh vƠ các vấn đề n đ nh quá độ, nh gi i hạn

n đ nh không cao Từ đó, các gi i hạn trạng thái tƿnh vƠ trạng thái động ta có nh :

đ ng dơy)

Phơn phối (Tiêu thụ)

Sự nghẽn mạch

th ng xảy ra

Những gi i hạn n đ nh trên đ ợc đ nh nghƿa lƠ công suất điện l n nhất đ đ ợc truyền tải trên l i điện mƠ không gơy ra nguy hi m cho các đ ng dơy truyền tải Do

đó, trong hệ thống điện có công suất gi i hạn nên không th có đ ợc dòng công suất

vô hạn truyền từ nhƠ máy điện đến n i tiêu thụ điện mƠ ch có giá tr cực đại nƠo đó

Đ xác đ nh dòng công suất cực đại nƠy, công cụ sử dụng lƠ lý thuyết về mặt c t tối

thi u vƠ dòng công suất cực đại ( Maxium flow – minimum cut set)

2.5.2.2.ăLỦăthuy tăv ămặtăc tăt iăthi uădòngăcôngăsuấtăc căđ i:

Thu t ngữ dòng công suất cực đại còn đ ợc biết đến v i tên g i ắlát c t cực

ti u ậ dòng công suất cực đại” (max flow-min cut) V i mỗi một mạng bất kỳ g m có nút ngu n phát (s), nút tải thu (t), giữa ngu n vƠ tải có các nút trung gian Khả năng truyền trên các nhánh nối giữa nút i vƠ nút j bất kỳ đ ợc g i lƠ dung l ợng truyền tải

c a các cung Cij hay còn g i lƠ tr ng số Khả năng truyền tải dòng công suất trong mạng tuỳ thuộc vƠo dung l ợng truyền tải c a các cung Do khả năng truyền tải c a các cung Cij lƠ khác nhau nên dung l ợng truyền tải từ ngu n (s) t i tải (t) có giá tr

l n nhất bằng l ợng cực đại có th truyền tải trên các đ ng truyền từ s t i t

Hình 2.14 S đ mạng v i ngu n phát (s), tải thu (t) vƠ hai nút trung gian

- Min-cut

Xét s đ mạng hình 2.14 v i CijlƠ khả năng có th truyền tải từ nút i đến nút j

Sử dụng các lát c t sao cho mỗi lát c t đều phải chia đôi ngu n (s) vƠ tải (t) nằm hai nửa c a mặt ph ng c t Khi đó khả năng truyền tải từ ngu n (s) t i tải (t) thông qua lát c t sẽ bằng t ng khả năng truyền tải c a các cung mƠ lát c t đi qua

Lát c t không đảm bảo cách ly ngu n (s) vƠ tải (t) không đ ợc g i lƠ lát c t trong thu t toán mincut vì đối v i lát c t nƠy, ngu n phát (s) vẫn có khả năng truyền tải t i (t) thông qua các cung còn lại S đ hình 2.15 gi i thiệu một số lát c t theo lý thuyết vƠ một lát c t không phải

Nh v y, lát c t cực ti u (min-cut) lƠ lát c t có t ng dung l ợng đ ng truyền

nh nhất thuộc t p hợp nhóm lát c t c a giải thu t (cut-set)

Hình 2.15 Mô hình hoá mạng v i một số lát c t tiêu bi u

do hệ thống b nghẽn mạch tại v trí nút th t c chai nên lu ng công suất truyền từ (s)

t i (t) tối đa ch đ ợc tính bằng lu ng công suất chuy n qua mặt ph ng c t có giá tr tối thi u

Nói cách khác, l ợng cực đại c a một lu ng từ ngu n phát (s) t i đ nh thu (t) bằng khả năng thông qua c a một lát c t tối thi u

2.6 ngăd ngătrongăh ăth ngăđi n:

Trên c s những phơn tích về lát c t cực ti u vƠ lu ng công suất cực đại (2.5.2.2), ng dụng đ xơy dựng thu t toán xác đ nh dòng công suất truyền tải cực đại

vƠ nhánh nghẽn quá tải trên hệ thống mạng điện nh sau:

Hình 2.16 Mô hình hệ thống điện đ n giản

Từ s đ mạng điện 2 nút có th mô hình hóa thƠnh s đ dạng số đ xác đ nh nhánh nghẽn mạch Hay nói cách khác lƠ xác đ nh t p hợp các nhánh có khả năng dẫn đến quá tải theo nguyên t c sau: Tất cả dung l ợng c a các máy phát tại m i thanh cái đ ợc quy về một nút g i lƠ nút ngu n phát s Tất cả các phụ tải tiêu thụ

đ ợc quy về một nút g i lƠ nút tải t Nút ngu n sẽ cung cấp một l ợng công suất 30MW cho tải thông qua nút trung gian lƠ thanh cái 1 vƠ 40MW cho tải thông qua nút trung gian lƠ thanh cái 2 Khả năng truyền tải trên nhánh liên lạc giữa hai thanh cái 1 vƠ 2 lƠ 20MW Phụ tải tiêu thụ một l ợng công suất lƠ 85MW đ ợc lấy từ hai nút trung gian 1 vƠ 2 t ng đ ng lƠ 50MW vƠ 35MW S đ t ng

đ ng nh sau:

Hình 2.17 Mô hình hoá s đ mạng điện truyền tải 2 nút

Nh v y, một mạng điện n nút khi mô hình hoá sang dạng sõ đ mạng týõng đýõng sẽ có t ng cộng lƠ n+2 nút do có thêm hai nút giả đ nh lƠ nút ngu n (s) vƠ nút tải (t) Từ đó có th áp dụng phýõng pháp lát c t cực ti u - lu ng công suất cực đại cho

sõ đ mạng điện

V i s đ t ng đ ng nếu sử dụng các lát c t f1, f2, f3, f4 đ cách ly một nút ngu n s cùng các nút trung gian c a hệ thống thì t ng dung l ợng truyền qua các lát c t lƠ:

Hình 2.18 V trí vƠ thông l ợng các lát c t trên s đ mô hình hóa

Stt Látăc t Dungăl ngătruy n

nh hình 2.18

Giải thu t cho kết quả cuối cùng lƠ sự phơn chia mạng điện thƠnh hai vùng riêng biệt; vùng t hợp ngu n phát (s) vƠ vùng t hợp tải (t) liên kết v i nhau bằng các nhánh có t ng giá tr thông l ợng nh nhất Lát c t cực ti u đ ợc xem nh sự phơn chia hai vùng bằng một t hợp ngay tại v trí xung yếu nhất nƠy

Hình 2.19 V trí c a lát c t cực ti u trên mạng mô hình hoá

Từ v trí c a lát c t cực ti u trong mạng có th chia ra thƠnh các tr ng hợp có th quy hoạch, v n hƠnh l i điện nh sau:

si i i

it i

hoạch vƠ m rộng đ ng dơy truyền tải

t

1 s

si i i

it i

 Lát c t thuộc t p các nhánh đ nh thu vƠ đ ng dơy cần

quy hoạch tải vƠ m rộng đ ng dơy tại v trí lát c t Bảng 2.3 Các tr ng hợp xảy ra v trí lát c t

Gi i hạn: Trong nội dung nghiên c u nƠy, nếu lát c t cực ti u thuộc t p hợp ngu n phát (s) hay đ nh thu (t) (tr ng hợp 1 vƠ 2) lƠ vấn đề thuộc về quy hoạch ngu n vƠ phơn phối lại phụ tải hệ thống Mặt khác, hai nút ngu n phát (s) vƠ tải (t) trong s đ chuy n đ i lƠ hai nút giả đ nh đ hình thƠnh mạng khép kín cho việc sử dụng thu t toán lát c t cực ti u Trong mạng điện các ngu n phát giả sử đ ợc phát trực tiếp vƠo các thanh cái vƠ tải tiêu thụ coi nh quy về đầu nút c a các thanh cái H n

nữa, hai nút nƠy không t p trung nh s đ mô hình hoá mƠ phơn tán trên phạm vi mạng nên không thuộc nội dung nghiên c u cho việc xác đ nh vấn đề quy hoạch nút ngu n cũng nh nút tải BƠi toán ch t p trung xác đ nh nhánh nghẽn mạch có th có trong s đ mạng điện thông qua s đ chuy n đ i sử dụng thu t toán min-cut Do đó, loại b những lát c t cực ti u r i vƠo hai v trí nƠy nếu có vƠ xét những lát c t đi qua

t p những nhánh cụ th trong l i có giá tr nh nhất có th gơy nghẽn mạch trong hệ thống điện

Tóm lại: v i việc sử dụng ph ng pháp lát c t cực ti u vƠ lu ng công suất cực đại ng dụng trong hệ thống điện, việc tìm kiếm t p hợp những nhánh có khả năng gơy nghẽn mạch hệ thống lƠ nhanh chóng, chính xác Giải pháp đ ợc đề xuất nƠy cũng kh c phục đ ợc những hạn chế c a những ph ng pháp tr c đơy nh giải thu t Gen, ph ng pháp liệt kê hoặc thử sai Kết quả cuối cùng c a giải pháp

lƠ sự phơn chia mạng thƠnh hai vùng ngu n (source) vƠ tải (sink) một cách khoa

h c Điều nƠy khiến cho việc gi i hạn phạm vi không gian tìm kiếm giải pháp hiệu quả h n

Việc kết hợp giải thu t tìm kiếm max-flow min-cut nƠy v i những tính năng u việt c a thiết b bù TCSC trong điều khi n dòng công suất sẽ lƠ giải pháp tối u cho bƠi toán chống quá tải hệ thống điện giảm chi phí sản xuất điện năng

2.7 Nh năxétăchung:

- Bất k khi nƠo rƠng buộc v t lý hoặc rƠng buộc v n hƠnh trong l i truyền tải

b vi phạm thì hệ thống đ ợc coi lƠ đang trạng thái nghẽn mạch

- Quản lý nghẽn mạch lƠ một trong những thách th c trong hệ thống nhiều nhƠ cung cấp vƠ nhiều nhƠ tiêu thụ

- Tùy theo mô hình th tr ng điện thực tế mƠ chúng ta lựa ch n các

ph ng pháp điều khi n nghẽn mạch khác nhau, mỗi ph ng pháp đều có u vƠ

nh ợc đi m riêng

- Trong đề tƠi nƠy tác giả sử dụng thiết b FACTS đ quản lý nghẽn mạch đ ng

th i nơng cao khả năng truyền tải c a hệ thống điện giảm đ ợc chi phí sản xuất điện năng Lu n văn có ng dụng ch ng trình Max-Flow và sử dụng phần mềm Powerworld đ giải quyết bƠi toán nƠy

CH NGă3

3.1 BƠiătoánănơngăcaoăkh ănĕngăt iădùngăTCSC:

Đ xác đ nh lu ng công suất trên các nhánh c a l i điện cần đ nh nghƿa một số đại l ợng vƠ xét s đ nh Hình 3.1 sau:

Hình 3.1 Mô hình truyền tải điện trên hai nhánh song song

Nếu b qua điện tr trên đ ng dơy truyền tải thì I , II

i j i j

X X lƠ điện kháng trên hai nhánh truyền tải điện I, II giữa hai thanh cái i vƠ j, có Vi, Vj lƠ điện áp tại hai đầu thanh cái

Giả sử thiết b bù TCSC đ ợc l p đặt trên nhánh II c a l i Khi đó công suất truyền tải trên hai nhánh từ thanh cái i đến thanh cái j đ ợc tính theo bi u th c:

Trong trạng thái tƿnh TCSC đ ợc xem nh một tụ điện tƿnh ậjXc nên khi l p đặt vƠo nhánh nƠo sẽ gia tăng khả năng truyền tải c a nhánh đó do t ng giá tr điện kháng giảm đi NgoƠi ra nó cũng có khả năng bù ơm hoặc bù d ng nên ngoƠi việc gia tăng khả năng truyền tải, tăng độ dự trữ n đ nh tƿnh còn có th điều khi n dòng công suất vƠo các nhánh khác trong mạch vòng đ hạn chế sự cố nghẽn mạch Nghƿa lƠ khi tăng XTCSC về giá tr bù d ng (bù kháng) thì dòng công suất truyền tải trên nhánh II

sẽ giảm Do đó công suất truyền tải trên đoạn i-j đ ợc đẩy qua nhánh I đ đảm bảo P = Const, hoặc khi giảm XTCSC về giá tr bù ơm (bù dung) thì dòng công suất truyền tải trên nhánh II sẽ tăng Do đó công suất truyền tải trên đoạn i-j đ ợc b m vƠo nhánh II nhiều h n đ đảm bảo P = Const

Nh v y, nếu công suất truyền giữa 2 nút i vƠ j lƠ Pij = PijI + PijII trên l i ch a

có TCSC và có XijI<XijII, SđmI = SdmII, thì PijI > PijII, khi đó, nếu công suất Pij tăng lên đến giá tr Pij1do nhu cầu phụ tải, thì nhánh I sẽ b t đầu b quá tải, đ kh c phục sự quá tải nƠy, cần phải điều động lại các công suất c a các máy phát điện nên dẫn đến chi phí sản xuất điện tăng lên Nh ng nếu trên nhánh II có đặt TCSC thì có th điều ch nh XijII

đ phơn b t một phần công suất từ nhánh I sang nhánh II, do đó nhánh I không còn b quá tải giá tr truyền Pij1 Tất nhiên, lúc nƠy có th tăng công suất truyền Pij lên đến một giá tr khác lƠ Pij2 > Pij1 thì l i điện m i b t đầu xuất hiện quá tải các nhánh I hoặc II Điều nƠy cho thấy công suất truyền Pij đƣ tăng từ Pij1 lên Pij2 mƠ không cần phải điều động lại công suất phát giữa các nhƠ máy điện Vì v y đƣ lƠm giảm chi phí sản xuất điện năng

3.2 Sửăd ngăthu tătoánăMin-cutăđ ăxácăđ nhănh ngănhánhă ngăviênăđặtăTCSC:

HƠm mục tiêu đặt TCSC đ ợc trình bƠy tại bi u th c (3.2) g m chi phí phát điện vƠ chi phí l p đặt TCSC

Việc cực ti u hƠm mục tiêu (3.2) trực tiếp sẽ rất khó khăn vì những lý do sau:

- V trí c a TCSC rất quan tr ng vì phải xác đ nh đ ợc nhánh có khả năng thu hút công suất về nó vƠ đảm bảo giảm công suất truyền trên nhánh b quá tải (nhánh nghẽn mạch) trong m i tr ng hợp c a sự thay đ i phụ tải, ngoƠi ra còn phải đảm bảo

có khá năng tăng tr ng c a các phụ tải Nếu v trí nƠy không xác đ nh đ ợc một cách hợp lý thì số l ợng TCSC sẽ tăng lên rất nhiều vƠ hiệu quả kinh tế c a việc đặt TCSC

độ nhạy đ xác đ nh chính xác nhánh đặt TCSC sao cho giá thƠnh (dung l ợng) c a TCSC lƠ bé nhất

Trong hình h c Topo, mặt c t đ ợc đ nh nghƿa lƠ một lát c t, c t đ t các nhánh sao cho phơn topo thƠnh 2 phần ngu n vƠ tải, giá tr thông qua c a mặt c t lƠ t ng khả năng thông qua c a các nhánh trong mặt c t vƠ mặt c t tối thi u lƠ mặt c t có giá tr thông qua bé nhất Nh v y, mặt c t tối thi u có khả năng ch ra đ ợc v trí c chai c a bất c một hệ thống v n chuy n nƠo

Trong một hệ thống điện hiện hữu hoặc vừa thiết kế luôn t n tại t p hợp các nhánh xung yếu có khả năng dẫn đến quá tải trong hệ thống điện khi có bất kỳ sự tăng tải nƠo trong t p các phụ tải T p hợp các nhánh có khả năng quá tải đ ợc g i lƠ nút c chai c a hệ thống điện vƠ mặt c t tối thi u sẽ ch ra nút c chai nƠy nh hình 3.2

Hình 3.2.T p hợp nhánh xung yếu theo ch ng trình max-flow

Khi xảy ra quá tải trong trạng thái phơn bố công suất thông th ng do sự tăng tải vƠo gi cao đi m, tăng tr ng phụ tải theo th i gian hay các sự cố về máy phát, các nhánh quá tải phải nằm trong mặt c t tối thi u Vì v y đ có th phần lu ng lại các dòng công suất qua nhánh quá tải cần phải tìm các nhánh nằm trong t p c a mặt

c t tối thi u đi qua, vì các nhánh nằm ngoƠi t p hợp nƠy đều ch truyền công suất cho tải từ các nhánh thuộc t p mặt c t tối thi u hay từ máy phát nối đến các nhánh nƠy Hay nói cách khác, việc đặt TCSC hiệu quả lƠ đặt TCSC trên các nhánh nằm trong mặt c t tối thi u

Có nhiều ph ng pháp đ xác đ nh mặt c t tối thi u, lu n văn nƠy sử dụng

ph ng pháp max-flow vƠ ch ng trình máy tính max-flow đ xác đ nh mặt c t tối thi u

3.3 Xácăđ nhănhánhăđặtăTCSC:

TCSC có th lƠm việc hai chế độ bù điện kháng hay bù dung kháng Trong

tr ng hợp nghiên c u nƠy ch xét chế độ lƠm việc bù dung c a TCSC trong hệ thống

Tuy nhiên nếu tính đến chi phí cho một đ n v công suất bù theo bảng 1.1 thì chi phí l p đặt thiết b bù TCSC t lệ v i dung l ợng bù mƠ thiết b nƠy mang lại Vì thế nếu cƠi đặt giá tr dung kháng bù XTCSC trên đ ng dơy cƠng cao sẽ cƠng tốn kém vƠ vi phạm vƠo ch tiêu về kinh tế, hay nói cách khác lƠ tính hiệu quả c a giải pháp mang lại lƠ không cao khi mƠ chi phí quá l n Giá tr bù c a TCSC đ ợc xác

đ nh theo bi u th c:

ij line TCSC

TCSC có một trong hai đặc tính có khả năng bù dung vƠ bù kháng, t ng đ ng

v i việc bù dung lƠ đ giảm t ng tr đ ng dơy tăng khả năng mang tải, bù kháng đ tăng t ng tr đ ng dơy đ giảm khả năng mang tải Nh v y đ tránh hiện t ợng quá

bù thì giá tr điện kháng c a TCSC nằm trong khoảng gi i hạn nh d i đơy:

Đ giảm giá thƠnh c a TCSC cần giảm số l ợng TCSC vƠ dung l ợng c a TCSC, vì v y phải xác đ nh nhánh có những tính chất sau :

i Các nhánh nằm trong mặt c t tối thi u

ii Nhánh nằm trong vòng có nhánh quá tải

iii Khi đặt một giá tr dung l ợng TCSC thì nhánh nƠy phải có khả năng tăng công suất truyền tải l n nhất

iv Nhánh đặt TCSC phải lƠ nhánh còn có khả năng tải đ ợc thêm nhiều công suất nhất

Tiếp theo dung l ợng TCSC cần đ ợc xác đ nh

Xét mạch vòng 1-2-3-1 theo đ nh lu t Kirchhoff 2 ta có:

(3.6)

Do nhánh 2-3 quá tải nên đ b t quá tải ta đặt TCSC vƠo nhánh 1-2 đ thay đ i

t ng tr Z12 lƠm xuất hiện một l ợng ΔI trong mạch vòng 1-2-3-1 có chiều nh hình

vẽ, theo đ nh lu t Kirchhoff 2 ta có:

(3.7)

Từ (3.6) vƠ (3.7) suy ra:

Trong đó: Zloop lƠ t ng tr mạch vòng

S ( I)  : l ợng công suất cần giảm trên nhánh quá tải

Các lu t a, b, c: Xác đ nh từ tính chất c a mặt c t tối thi u trong khi đó các lu t

d, e, f đ ợc xác đ nh từ công th c (3.8) vƠ lu t g có tính chất hạn chế chi phí bằng cách chấp nh n trên một l i điện khảo sát ch đặt một TCSC

3.6 L uăđ ăxác đ nhăv ătríăvƠădungăl ngăTCSC:

Từ việc thừa h ng ph ng pháp mặt c t tối thi u c a những công trình nghiên c u tr c đơy có b sung, những phơn tích vƠ lý lu n cho biết kết quả đ xơy dựng bƠi toán nơng cao khả năng truyền tải v i chi phí bé nhất Việc xơy dựng

thu t toán xác đ nh v trí vƠ dung l ợng bù tối u c a TCSC v i việc v n hƠnh tối

u máy phát điện đ chi phí bé nhất trong mạng điện phơn phối đ ợc hình thƠnh qua các b c sau:

- Nh p dữ liệu cho ch ng trình max-flow Ch ng trình nƠy đòi h i thông số

nh p vƠo khá đ n giản, công suất c a các t máy phát vƠ phụ tải tại các nút, gi i hạn truyền tải c a các nhánh trong s đ S đ mạng sẽ tự động hình thƠnh sau khi nh p xong dữ liệu vƠ c p nh t dữ liệu cho việc tính toán tiếp theo

- Tính toán xác đ nh t p hợp nhánh nghẽn mạch bằng ch ng trình max-flow Việc tính toán xác đ nh t p hợp các nhánh xung yếu nhất có khả năng gơy nghẽn mạch

hệ thống đ ợc thực hiện bằng ch ng trình một cách nhanh chóng vƠ chính xác

Ch ng trình đ a tra giá tr max-flow lƠ t ng khả năng truyền tải có th thông qua c a

t p hợp các nhánh trong giá tr min-cut đó

- Nh p dữ liệu cho ch ng trình tính toán phơn bố dòng công suất bằng ch ng trình powerworld Ch ng trình nƠy đòi h i thông số nh p vƠo khá đầy đ chi tiết Việc nh p thông số cho quá trình tính toán mô ph ng ch đ ợc thực hiện khi hình thƠnh đ ợc s đ liên kết mạng Điều nƠy đ ợc thực hiện bằng cách ch n các phần tử thiết b có s n trong th viện vƠ sau đó nh p thông số yêu cầu cho từng phần tử

- Tính toán chạy mô ph ng phơn bố công suất bằng powerworld Việc tính toán chạy mô ph ng l i điện bằng phần mềm nƠy cho cái nhìn trực quan về các lu ng công suất chạy trong mạng, v trí vƠ phần trăm quá tải trên các nhánh nếu có

- Kết hợp kết quả từ việc tìm kiếm vƠ mô ph ng bằng hai ch ng trình đ đặt TCSC (bù dung) vƠo v trí c a nhánh c u nhánh quá tải trong t p hợp các nhánh mƠ có khả năng gơy quá tải hệ thống tìm đ ợc từ ch ng trình Max-flow Việc kết hợp nƠy giúp giảm th i gian vƠ không gian cho việc thử nghiệm trên tất cả các nhánh nghi ng

- Dùng phát bi u tại mục 3.5 vƠ công th c tính (3.8) đ xác đ nh v trí vƠ dung

Trong việc xác đ nh ví trí, dung l ợng tối u c a TCSC vƠ công suất phát c a nhƠ máy trên l i điện đ ợc ki m tra trên các ví dụ hệ thống l i điện 3 nút, 7 nút và

ng dụng l i điện đ ng bằng sông Cửu Long Những kết quả đạt đ ợc c a việc mô

ph ng vƠ nh n xét đ ợc trình bƠy chi tiết trong các ví dụ cụ th trong ch ng 4 vƠ

ch ng 5 L u đ giải thu t đ ợc trình bƠy tại hình 3.4