LUAN VAN FACTS TCSC, TRÊN MẠNG ĐIỆN

Facts điều khiển dòng công suất trên đường dây còn được biết đến như biện pháp chống nghẽn mạch, giảm rủi ro về mất điện, tăng độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng sẽ tạo ra không gian điều khiển rộng từ đó có thể giảm được chi phí sản xuất điện năng, đảm bảo lợi ích kinh tế, đồng thời tránh được tình trạng đầu cơ tăng giá điện khi có sự cố nghẽn mạch. Một số công trình nghiên cứu cũng cho thấy rằng, việc sử dụng các thiết bị Facts để điều khiển dòng công suất sẽ hạn chế được quá tải trên đường dây từ đó làm giảm chi phí sản xuất điện năng, tăng giá trị phúc lợi xã hội.

Chương 1 TỔNG QUAN

NỘI DUNG:

1.1 GIỚI THIỆU

1.2 CÁC GIẢI PHÁP HIỆN NAY ĐỂ CHỐNG NGHẼN MẠCH

1.3 TÍNH CẦN THIẾT CỦA VIỆC NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI1.4 GIỚI THIỆU BÀI TOÁN

1.5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

1.6 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

1.7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.1 GIỚI THIỆU

Xu hướng chuyển dịch từ hệ thống điện độc quyền sang thị trường điện cạnhtranh đã và đang diễn ra mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới Thị trường điện với cơchế mở đã đem lại hiệu quả ở các nước và cho thấy những ưu điểm vượt trội hơnhẳn hệ thống điện độc quyền truyền thống

Khi chuyển sang thị trường điện thì vấn đề quá tải đường dây là thườngxuyên, có ảnh hưởng đến ổn định và độ tin cậy hệ thống Điều khiển quá tải đườngdây là chức năng quan trọng của bất kỳ ISO (Independent System Operator) và làquá trình đảm bảo hệ thống truyền tải không bị vi phạm các giới hạn vận hành Bất

kể khi nào, ràng buộc vật lý hoặc ràng buộc vận hành trong lưới truyền tải bị viphạm thì hệ thống được coi là đang ở trạng thái quá tải

Các giới hạn trong vấn đề quá tải đường dây là giới hạn nhiệt, mức cảnh báocủa máy biến áp, giới hạn điện áp nút, ổn định quá độ hoặc ổn định động Các giớihạn này ràng buộc lượng công suất mà có thể truyền tải giữa hai vị trí thông qualưới truyền tải Công suất truyền tải không được phép tăng lên đến mức mà khi cóxảy ra sự cố sẽ làm tan rã lưới điện vì không ổn định điện áp

Có rất nhiều công trình nghiên cứu về vận hành tối ưu hệ thống điện Mộttrong các bài toán đặt ra là phân bố luồng công suất tối ưu, còn được biết đến nhưphương pháp điều khiển dòng công suất trên lưới điện truyền tải, nhằm: Hạn chếquá tải trên đường dây ở thời điểm hiện tại cũng như khi mở rộng phụ tải trongtương lai Đây là nguyên nhân chính gây nên giá sản xuất điện năng tăng cao Cónhiều phương pháp để giải quyết bài toán quá tải như: Điều động công suất phát củanhà máy, xây dựng các đường dây song song sử dụng các thiết bị bù công suất phảnkháng tại chỗ…

Ngoài ra việc sử dụng các thiết bị Facts điều khiển dòng công suất trênđường dây còn được biết đến như biện pháp chống nghẽn mạch, giảm rủi ro về mấtđiện, tăng độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng sẽ tạo ra không gian điều khiểnrộng từ đó có thể giảm được chi phí sản xuất điện năng, đảm bảo lợi ích kinh tế,

đồng thời tránh được tình trạng đầu cơ tăng giá điện khi có sự cố nghẽn mạch Một

số công trình nghiên cứu cũng cho thấy rằng, việc sử dụng các thiết bị Facts để điềukhiển dòng công suất sẽ hạn chế được quá tải trên đường dây từ đó làm giảm chi phísản xuất điện năng, tăng giá trị phúc lợi xã hội

1.2 CÁC GIẢI PHÁP HIỆN NAY ĐỂ CHỐNG NGHẼN MẠCH [1]

1.2.1 Điều độ kế hoạch nguồn phát điện

Phân bố công suất tối ưu (OPF) là kỹ thuật quan trọng nhất để đạt được các

mô hình phát điện chi phí nhỏ nhất trong một hệ thống điện với các điều kiện ràngbuộc truyền tải và vận hành có sẵn Vai trò của trung tâm vận hành hệ thống độc lập(ISO) trong thị trường cạnh tranh là điều độ điện năng đáp ứng hợp đồng giữa cácbên tham gia thị trường

Trong môi trường nhiều nhà cung cấp/nhiều nhà tiêu thụ, đơn vị điều hànhphải xử lý thêm các vấn đề về nghẽn mạch Một trong số chúng có thể là cưỡng bứcthay đổi kế hoạch phát điện, do vậy vài công ty phát điện sẽ tăng công suất phátđiện và các công ty phát điện khác sẽ giảm công suất phát điện cho đến khi nghẽnmạch bị loại trừ

Đơn vị điều hành đền bù cho những nhà cung cấp đã chấp nhận lệnh huyđộng để phát thêm công suất, thanh toán lượng công suất phát thêm của họ và bồithường việc đánh mất cơ hội cho những nhà cung cấp mà bị huy động cắt giảmcông suất phát

Việc tăng phí truyền tải trong thời gian nghẽn mạch bằng việc thu thập phínghẽn mạch để bồi thường cho công ty phát điện bị ảnh hưởng trong quá trình thựchiện lệnh huy động

Ví dụ minh họa:

Trường hợp 1: Xét hệ thống như Hình 1.1 Giả thiết hệ thống có tổn thất công suất

không đáng kể

Hình 1.1: Dòng công suất không xét giới hạn truyền tải

Trong Hình 1.1, G1 đưa ra bản chào giá cung cấp 200MW với giá bán điện20$/MWh, và G2 đưa ra bản chào giá cung cấp 100MW với giá bán điện 40$/MWh

Giao dịch được xác định với thị trường không bị giới hạn khả năng truyềntải: G2 đưa ra bản chào đắt hơn G1, vì vậy G2 sẽ không được huy động công suất G1bán 200MW cho khách hàng D Do đó tổng chi phí mỗi giờ là 4000$/h

Trường hợp 2: Xét hệ thống như Hình 1.2 Giả thiết hệ thống có tổn thất công suất

0MWChi phí điện năng trung bình

20$/MWh

G

1

G2

Xét giới hạn truyền tải

150 MW200MW

Giá

20$/MWh

100MWGiá 40$/MWh

50MWChi phí điện năng trung bình

25$/MWh

G

1

G2

Trong Hình 1.2, giả sử ta huy động công suất tối ưu nhằm cực tiểu tổng chi

phí như trường hợp 1: Nhà cung cấp G1 được huy động 200MW bán cho kháchhàng D và G2 không được huy động công suất Trong trường hợp này, việc giao dịch200MW giữa G1 và D không thể thực hiện được vì sẽ xảy ra quá tải do khả năng củađường dây là 150MW

Để loại trừ hiện tượng quá tải này, G1 chỉ được huy động 150MW và huyđộng thêm 50MW của G2 với mức giá cao hơn (40$/MWh) Với việc huy động này,tổng chi phí sẽ là 5000$/h Như vậy ràng buộc giới hạn truyền tải của đường dâygây nên nghẽn mạch truyền tải và làm tăng thêm tổng chi phí của hệ thống là 25%

Về cơ bản, ta có thể xác định chi phí nghẽn mạch như là sự chênh lệch giữachi phí đảm bảo cung cấp cho phụ tải hệ thống không xét đến bất kỳ điều kiện ràngbuộc nào và chi phí cung cấp cho phụ tải không vi phạm các giới hạn hiện tại.Trong ví dụ được xem xét ở trên, trường hợp 2 xảy ra nghẽn mạch, chi phí nghẽnmạch là 1000$/h

1.2.2 Điều độ tải

Trong các hệ thống phi điều tiết, nghẽn mạch trong hệ thống truyền tải là mộtbài toán chủ yếu và có thể dẫn tới các đột biến giá Nghẽn mạch truyền tải xuất hiệnkhi thiếu khả năng truyền tải để đáp ứng các yêu cầu của tất cả các khách hàng.Trong các trạng thái bị nghẽn mạch nặng, nghẽn mạch truyền tải có thể được giảmbớt bằng cách cắt giảm một phần các giao dịch không ổn định

Hình 1.3a: Ví dụ 2 nút bị nghẽn mạch

Hình 1.3b: Ví dụ 2 nút sau khi được loại bỏ nghẽn mạch

Trong Hình 1.3b, tải được cắt giảm từ 48MW tới 45MW và nghẽn mạch được loại

bỏ

1.2.3 Mở rộng đường dây truyền tải

Mở rộng đường dây truyền tải giải quyết bài toán mở rộng và củng cố sựphát điện và mạng truyền tải hiện tại để phục vụ tối ưu sự phát triển thị trường điệntrong khi đáp ứng một tập các điều kiện ràng buộc về kinh tế và kỹ thuật Các kỹthuật khác nhau như phân tích Bender, tìm kiếm Tabu, thuật toán Gen… đã được sửdụng để nghiên cứu bài toán này

Mặc dù các chi phí nghẽn mạch có thể được cực tiểu hóa nhờ vào cácphương pháp quản lý nghẽn mạch hiệu quả, nhưng một mối quan tâm bao quát làchi phí biên của nghẽn mạch này sẽ không cao hơn chi phí biên của giảm nghẽnmạch thông qua sự đầu tư về mở rộng khả năng truyền tải Mặt khác, các chi phínghẽn mạch cao sẽ là một tín hiệu để mở rộng khả năng truyền tải Sự đầu tư vềtruyền tải sẽ luôn luôn hướng tới tăng độ tin cậy và giảm các chi phí nghẽn mạch

Tuy nhiên, phương pháp mở rộng đường dây truyền tải này có rất nhiều hạnchế như: Tốn nhiều thời gian, chi phí mở rộng đường dây truyền tải lớn, phụ thuộcvào các ràng buộc pháp lý, các quy định đền bù giải tỏa…

1.2.4 Sự hỗ trợ VAR để giảm nghẽn mạch

Trong kịch bản thời đại ngày nay, các giao dịch điện ngoài dự tính đang tănglên nhanh chóng do sự cạnh tranh giữa các công ty để đáp ứng nhu cầu đang giatăng và nếu các giao dịch không được điều khiển một cách đúng đắn thì các đườngdây truyền tải thường bị vận hành và bị ép buộc tới mức giới hạn Sử dụng sựtruyền tải sẵn có tăng lên một phần nhờ sự bù công suất phản kháng Vai trò của sự

hỗ trợ VAR trong thị trường điện mở là để trợ giúp quản lý nghẽn mạch

Sử dụng tốt hơn hệ thống điện sẵn có để tăng khả năng truyền công suất bằngcách lắp đặt hỗ trợ VAR chẳng hạn như các bộ tụ điện và các thiết bị FACTS (hệthống truyền tải AC linh hoạt) trở nên cấp bách Các bộ tụ điện, bộ bù VAR tĩnh(SVC), bộ tụ mắc nối tiếp được điều khiển bằng Thyristor (TCSC), điều khiển dòngcông suất tối ưu (UPFC) là vài ví dụ của các thiết bị FACTS được sử dụng cho hỗtrợ VAR

Ưu điểm chính của các thiết bị FACTS là khả năng lắp đặt của chúng trongmột thời gian ngắn so với kế hoạch và sự xây dựng của các đường dây truyền tảimới FACTS không chỉ cải thiện khả năng truyền tải mà còn giảm các tổn thất Tuynhiên, các thiết bị FACTS là đắt tiền Vì vậy, ta cần tính toán trong từng trường hợp

cụ thể

1.3 TÍNH CẦN THIẾT CỦA VIỆC NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI

Hiệu quả thị trường điện được đo lường bởi phúc lợi xã hội của nó Phúc lợi

xã hội được xác định như là tổng lợi ích của nhà tiêu thụ (Bd) trừ đi tổng chi phí củanhà sản xuất (Cg) Tác dụng của nghẽn mạch truyền tải làm cho thị trường khônghiệu quả

Một hệ thống điện hiện hữu bao giờ cũng được vận hành trong tình trạngbình thường, có nghĩa là nó không bị vi phạm bất kỳ các ràng buộc vận hành nào.Các ràng buộc có thể là các giới hạn nhiệt, giới hạn điện áp và ổn định Bất kể khinào, các ràng buộc vận hành trong lưới truyền tải bị vi phạm thì hệ thống được coi

là đang ở trạng thái quá tải Khi hệ thống bị quá tải thì trung tâm điều độ phải lên kế

hoạch và ra quyết định xử lý để đưa hệ thống về trạng thái hết quá tải để đảm bảo hệthống ổn định và tin cậy [3]

Các giải pháp được đưa ra có thể là các giải pháp đã được trình bày trong

mục 1.2 Nếu giải pháp điều độ kế hoạch nguồn phát điện (mục 1.2.1) được sử dụng

thì sẽ làm tăng chi phí sản xuất điện mà điều đó sẽ không có lợi về mặt kinh tế

Nếu giải pháp điều độ tải (mục 1.2.2) được sử dụng thì sẽ làm ảnh hưởng đếnhoạt động sản xuất sinh hoạt của hộ tiêu thụ, không có lợi trong các hợp đồng kinhtế

Nếu giải pháp mở rộng đường dây truyền tải (mục 1.2.3) được sử dụng thì sẽ

có rất nhiều hạn chế như: Tốn nhiều thời gian, chi phí mở rộng đường dây truyền tảilớn, phụ thuộc vào các ràng buộc pháp lý, các quy định đền bù giải tỏa…

Tóm lại, nếu ta có thể nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống lên thì sẽgiải quyết được quá tải mà vẫn bảo đảm hệ thống vận hành ổn định và tin cậy từ đó

có lợi về mặt kinh tế cũng như kỹ thuật

Trong luận văn này, tác giả đưa ra bài toán cần giải quyết và sẽ giải quyết bàitoán đã đưa ra trên cơ sở lý thuyết và các phân tích toán học và mô phỏng trên máy

tính sử dụng phần mềm Matlab và PowerWorld Simulator.

1.4 GIỚI THIỆU BÀI TOÁN

Một hệ thống điện tổng quát được mô tả bao gồm tổ hợp các nguồn phát G(G1, G2, G3, …, Gn); và tổ hợp các nguồn thu D (D1, D2, D3, …, Dn)

Khi vận hành hệ thống điện trong thị trường, chi phí của tổ máy phát thứ itrong nhà máy điện là:

2 Gi i Gi i i Gi

i(P ) a bP cP

PGi: công suất phát của tổ máy thứ i

a, b, c: Hệ số chi phí của máy phát i

Trong đó:

a: Hệ số chi phí cố định (đầu tư, khấu hao, …)b: Chi phí tỉ lệ bậc 1 với công suất phát (nhiên liệu, …)c: Chi phí tỉ lệ bậc 2 với công suất phát chủ yếu là tổn thất

Mục tiêu của các nhà sản xuất điện năng là tìm cách giảm chi phí sản xuấtđiện sao cho tổng chi phí phát điện phải là nhỏ nhất.

2 PGi min ≤PGi≤PGi max : giới hạn công suất phát của máy phát

3 Vi min ≤Vi ≤Vi max : giới hạn điện áp nút

4 Sij ≤Sij max : giới hạn công suất truyền trên nhánh ij

Bài toán lúc này được mô tả ngắn gọn bao gồm hàm mục tiêu (1.3) và cácđiều kiện ràng buộc như trên

Để giải quyết bài toán cực tiểu chi phí phát điện thì dĩ nhiên ta dùng phươngpháp phân bố công suất tối ưu OPF (Optimal Power Flow)

Sau đây ta xét hai trường hợp:

Trường hợp 1: Nếu bài toán chỉ bao gồm 3 ràng buộc (1), (2) và (3), không

có ràng buộc (4) có nghĩa là hệ thống cho phép quá tải đường dây Trong trườnghợp này ta có tổng chi phí phát điện là C1

Trường hợp 2: Nếu bài toán bao gồm tất cả các ràng buộc (1), (2), (3) và (4)

có nghĩa là hệ thống không cho phép quá tải đường dây Trong trường hợp này ta cótổng chi phí phát điện là C2

Rõ ràng ta thấy luôn luôn C2 > C1

Bài toán đặt ra là ta tìm cách đưa C2 tiến đến C1 (C2 C1) mà vẫn thỏa mãntất cả các điều kiện ràng buộc Như vậy, bài toán sẽ được phân bố công suất tối ưutheo trường hợp 2, lúc này hệ thống cho phép được quá tải Sau đó, ta sẽ giải quyếtquá tải bằng một phương pháp nào đó mà khác với điều độ máy phát Lúc này, hệthống sẽ được vận hành với chi phí thấp nhất mà vẫn thỏa mãn tất cả các điều kiệnràng buộc

Khi có sự gia tăng phụ tải vượt quá độ dự trữ cho phép của hệ thống, những

sự cố đường dây dẫn đến nghẽn mạch – quá tải trên một số tuyến đường dây củamạng điện Nghĩa là khi phụ tải điện thay đổi tăng lên một lượng ∆PL thì theo biểuthức (1.4), để giải quyết sự cố nghẽn mạch trên hệ thống truyền tải điện cần thay đổicông suất phát của các tổ máy trong các nhà máy điện một lượng là ∆Pgi Như vậychi phí cho sản xuất ra một đơn vị điện năng trong trường hợp này sẽ là

'

2 i( gi) 1

C =∑C P >C Khi chi phí sản xuất điện năng tăng cao thì giá bán điện đến hộtiêu thụ cũng tăng theo Điều này gây bất lợi cho nhà cung cấp trong việc gia tăngdoanh số bán hàng trên thị trường cũng như những nỗ lực giành thị phần

Những phân tích trên đây cho thấy, khi có sự thay đổi phụ tải hay sự cố hệthống điện sẽ dẫn tới giá bán điện trên thị trường tăng lên do chi phí để sản xuấtđiện tăng Cho dù vận hành lưới điện ở bất kỳ trạng thái nào thì các nhà máy sảnxuất điện luôn tìm cách đưa các chi phí C2 trở về gần với trạng thái ban đầu nhất:

C2→C1

1.5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu về các giải pháp quản lý nghẽn mạch trong thị trường điện

- Tìm hiểu về ứng dụng FACTS (TCSC) trong điều khiển phân bố công suất tronglưới điện

- Tìm hiểu về các giới hạn truyền công suất và phân loại ảnh hưởng của nó trên lướitheo chiều dài đường dây

- Giải quyết bài toán vận hành phân bố công suất lưới điện có chi phí bé nhất

1.6 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Nội dung của đề tài chính là đi giải quyết bài toán vận hành phân bố côngsuất lưới điện có chi phí bé nhất Bài toán được giới hạn đối với những lưới điệnnhư sau:

- Lưới điện có cấu trúc mạch vòng

- Có nhiều loại nhà máy phát tham gia (thủy, nhiệt, hạt nhân, …) có chênhlệch lớn về giá thành phát điện

1.7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phân tích toán học và mô phỏng sử dụng phần mềm Matlab và

PowerWorld.

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

NỘI DUNG:

2.1 CÁC QUAN HỆ CƠ BẢN TRONG PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

2.2 ĐIỀU KHIỂN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

2.3 GIỚI HẠN TRONG HỆ THỐNG

2.4 ỨNG DỤNG TCSC TRONG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

Hệ thống truyền tải hiện đại là một mạng phức tạp Các đường dây truyền tảikết nối tất cả các nhà máy phát và các điểm phụ tải trong hệ thống điện Nhữngđường dây này mang một lượng lớn công suất để truyền đến bất kỳ hướng nào cầnđến và vào các liên kết khác nhau của hệ thống truyền tải để đạt được việc cung cấpnhu cầu về năng lượng Ngoài ra, các đặc điểm chính của hệ thống truyền tải hiệnnay là một cấu trúc mạch vòng, khác với các hệ thống truyền tải trước kia Truyềntải ở trạng thái xác lập có thể bị giới hạn bởi dòng công suất trên các nhánh Nhữngdòng công suất này thường xuất hiện trong một số nhánh trước khi đến với tải, kếtquả là quá tải đường dây với các vấn đề về giới hạn nhiệt hoặc điện áp [3]

Hệ thống điện sử dụng máy quay đồng bộ để phát điện Một yêu cầu cơ bản

để trao đổi năng lượng đó là tất cả các máy đồng bộ trong hệ thống phải hoạt độngđồng bộ với nhau duy trì một tần số chung của hệ thống Tuy nhiên, hệ thống điện

bị ảnh hưởng bởi các nhiễu loạn khác nhau, có thể gây ra một sự thay đổi đột ngộttrong sự cân bằng công suất tác dụng và phản kháng của hệ thống Khả năng của hệthống để phục hồi từ những nhiễu loạn và lấy lại trạng thái ổn định đồng bộ theođiều kiện dự phòng trở thành một tiêu chuẩn trong thiết kế và vận hành cho khảnăng truyền tải Khả năng này thường được đặc trưng bởi các giới hạn ổn định côngsuất hệ thống Theo các vấn đề như trên, khả năng của hệ thống điện để cung cấpcho tải chủ yếu bị giới hạn bởi hai yếu tố: giới hạn dòng công suất trên các nhánh vàgiới hạn ổn định của hệ thống Những vấn đề này là quan trọng và đòi hỏi nhiềunghiên cứu thiết thực để sử dụng cho việc truyền tải theo những cách thích hợp [3]

Trong mục này, một số nguyên tắc cơ bản về điều khiển hệ thống và ổn định

sẽ được trình bày để cung cấp một số ý tưởng và nhận ra nguyên nhân của vấn đề.Trong phần đầu tiên, các mối quan hệ cơ bản của dòng công suất trong một đườngdây truyền tải sẽ được trình bày Sau đó, điều khiển công suất và các giới hạn ổnđịnh sẽ được đề cập trong phần sau

2.1 CÁC QUAN HỆ CƠ BẢN TRONG PHÂN BỐ CÔNG SUẤT [3]

Trước khi tiến tới các nguyên tắc cơ bản của điều khiển hệ thống và giới hạn

ổn định, một số yếu tố ảnh hưởng đến phân bố công suất tác dụng và phản khángtrên hệ thống điện được đề cập Việc truyền công suất giữa hai nút (bus) có liênquan đến một số thông số:

Điện áp nút truyền và nhận

Góc công suất giữa hai nút

Trở kháng nối tiếp của dây dẫn nối hai nút

Xét hệ thống hai nút đơn giản như Hình 2.1 Đường dây truyền tải giữa các

nút truyền và nhận được mô tả bởi mô hình tương đương-π và bỏ qua điện trởđường dây cho đơn giản Ký hiệu cho điện áp và công suất được sử dụng với chử

"S" cho nút truyền và "R" cho nút nhận "X" biểu thị điện kháng và "XC" là viết tắtcủa dung nạp đường dây

Hình 2.1: Hệ thống đơn giản hai nút

Các phương trình mô tả việc công suất từ nút truyền đến nút nhận có thểđược viết như (2.1) và (2.2) Tương tự như vậy, các phương trình phản ứng điệncũng có thể được viết là (2.3) và (2.4):

X

VV

C

2 S R

S

2 S S

X

VX

cosVVV

C

2 R R

S

2 R R

X

VX

cosVVV

Từ phương trình (2.1) và (2.2), việc truyền công suất tác dụng được xác địnhbằng điện áp đầu cuối nơi truyền và nhận, điện kháng nối tiếp và góc lệch pha giữađiện áp đầu cuối nơi truyền và nhận Thông thường, trong hệ thống, góc công suất

δ là nhỏ (dưới 20 độ); phương trình truyền công suất tác động có thể được rút gọn

δ

=

X

VV

X

VV

Tóm lại, việc truyền công suất tác dụng giữa hai nút trong hệ thống rõ ràng tỉ

lệ với góc lệch giữa hai nút, và công suất đầu truyền bằng với công suất đầu nhậnkhi tổn thất trong hệ thống là không đáng kể

Các phương trình truyền công suất phản kháng phức tạp hơn các phươngtrình truyền công suất tác dụng , như đã thấy từ các phương trình (2.3) và (2.4) Tuynhiên, vài phép đơn giản có thể làm cho các phương trình đơn giản hơn bằng cách

bỏ qua phần cuối cùng trong phương trình (2.3) và (2.4), cái mà đại diện cho điệndung ký sinh Vì vậy, các phương trình trở thành:

X

cosVVV

2 S S

2 R R

δ

−

−

Như đã thấy trong phương trình (2.6) và (2.7), khả năng truyền công suấtphản kháng giữa hai nút được xác định bởi biên độ điện áp ở hai nút, điện khángnối tiếp của dây và cosine của góc độ công suất giữa hai điểm.

Trong hệ thống hoạt động bình thường, góc công suất giữa hai nút là nhỏ, do

đó phương trình truyền công suất phản kháng có thể được đơn giản thêm:

X

VVV

2 S S

−

X

VVV

2 R R

2.2 ĐIỀU KHIỂN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT [3]

Như đã được công nhận ở mục trên rằng, công suất có thể truyền được tănglên bằng cách điều chỉnh điện kháng đường dây và góc công suất giữa hai nút Thực

tế, các phương pháp cơ bản để tăng khả năng truyền tải là bù song song, bù nối tiếp

và điều chỉnh góc pha

Bù song song và bù nối tiếp là nguyên lý bù công suất phản kháng Mục đíchcủa bù công suất phản kháng này là để thay đổi các đặc tính điện tự nhiên củađường truyền để làm cho nó tương thích hơn với các nhu cầu phụ tải Bù song songđược áp dụng để duy trì mức điện áp trong hệ thống Bù nối tiếp thường được sửdụng để thiết lập ảo đường dây ngắn lại bằng cách giảm cảm kháng đường dây dài.Điều chỉnh góc pha được sử dụng để kiểm soát các góc của đường dây Bằng cáchđiều khiển trở kháng hoặc góc pha ta có thể điều khiển phân bố công suất trong hệ

thống Một cách khác để điều khiển phân bố công suất là đưa vào điện áp thích hợp,

đó là khái niệm cơ bản của nguồn điện áp trên các thiết bị FACTS

Các khó khăn khác có thể phát sinh nếu tụ nối tiếp được điều khiển một cáchmáy móc Một tụ nối tiếp trên đường dây có thể dẫn đến cộng hưởng dưới đồng bộ.Điều này có thể làm hỏng trục tua bin của máy phát điện Vấn đề này có thể đượcngăn chặn với các ứng dụng của bộ điều khiển FACTS

2.3 GIỚI HẠN TRONG HỆ THỐNG [3]

Đối với độ tin cậy, hệ thống điện phải được hoạt động trong giới hạn truyềntải Các giới hạn sẽ hạn chế sự phát và truyền tải công suất tác dụng và công suấtphản kháng trong hệ thống Chúng thường được chia thành ba loại chính, cụ thể lànhiệt, điện áp và giới hạn sự ổn định

2.3.1 Giới hạn nhiệt

Giới hạn nhiệt là do khả năng nhiệt của thiết bị trong hệ thống điện Khicông suất truyền tải gia tăng, làm tăng cường độ dòng điện, một điều then chốt gâynguy hiểm về nhiệt Ví dụ, trong một nhà máy điện, sự vận hành của các bộ phậntrên mức giới hạn lớn nhất sẽ mà được duy trì lâu dài sẽ gây nên các nguy hiểm vềnhiệt Các nguy hiểm có thể nằm ở các cuộn dây stator hoặc cuộn dây rotor của máyphát Cả hai công suất tác dụng và công suất phản kháng đều liên quan đến cường

độ dòng điện

Bên ngoài trong hệ thống, các đường dây và thiết bị liên quan cũng phải hoạtđộng trong giới hạn nhiệt Duy trì dòng điện quá mức trên đường dây trên khôngdẫn đến dây bị võng do đó biên độ an toàn giảm Nếu dòng điện quá lớn sẽ làmhỏng cấu trúc kim loại của dây dẫn vĩnh viễn

Không giống như các đường dây trên không, cáp ngầm và trạm biến áp cònphụ thuộc vào cách điện khác hơn so với không khí để tản nhiệt Những loại thiết bịnày có giới hạn dòng chặt chẽ hơn mới mang đến an toàn Đối với các trang thiết

bị, duy trì quá tải sẽ dẫn đến việc giảm tuổi thọ do ảnh hưởng đến cách điện Hầu

hết các hệ thống thiết bị điện có thể cho phép được quá tải Khía cạnh quan trọng làquá tải bao nhiêu và bao lâu.

2.3.2 Giới hạn điện áp

Các thiết bị được thiết kế để hoạt động ở mức điện áp nhất định còn gọi làđiện áp danh định Nếu thiết bị hoạt động ở mức điện áp lệch quá mức danh định cóthể ảnh hưởng đến việc vận hành, cũng như gây thiệt hại nghiêm trọng đến hệ thốngthiết bị

Dòng điện chạy qua các đường dây truyền tải có thể làm sụt áp quá lớn tạiđầu nhận của hệ thống Điện áp này giảm chủ yếu do sự tổn thất lượng lớn côngsuất phản kháng, xảy ra khi dòng điện chạy qua hệ thống Nếu công suất phảnkháng không đủ để cung cấp nhu cầu của hệ thống, điện áp sẽ giảm, ngoài giới hạnchấp nhận được đó là thường ± 6% trên giá trị danh định

Hệ thống thường yêu cầu có sự hỗ trợ công suất phản kháng để giúp ngănngừa các vấn đề điện áp thấp Lượng công suất phản kháng hỗ trợ quyết định giớihạn truyền tải Một hệ thống có thể bị hạn chế tới mức thấp hơn so với khả năng của

nó bởi vì hệ thống không có đủ công suất phản kháng dự trữ cần thiết để hỗ trợ đầy

ổn định là đảm bảo duy trì tất cả các máy đồng bộ được đồng bộ Khía cạnh này của

sự ổn định là ảnh hưởng bởi góc rotor máy phát điện Sự ổn định trong hệ thốngđiện có thể được chia thành hai loại, đó là ổn định góc và ổn định điện áp

Giới hạn ổn định góc những giới hạn được đặt ra để đảm bảo rằng mô-mencủa hệ thống và góc công suất vẫn có thể kiểm soát được Khi một hệ thống không

ổn định góc, công suất và góc mô-men sẽ không còn kiểm soát được Góc có thể đạtthay đổi một lượng cao và nhanh trong một phạm vi rộng Một hệ thống có thể đivào một giai đoạn bất ổn định góc sau sự nhiễu loạn lớn trên hệ thống Sự vận hành

hệ thống mất khả năng kiểm soát truyền tải công suất Giới hạn ổn định điện áp, nóicách khác, là giới hạn do thiếu công suất phản kháng Để hiểu được những giới hạn

cụ thể, ổn định góc sẽ được thảo luận đầu tiên

Từ phương trình (2.1) và (2.2), dòng công suất tác dụng giữa bất kỳ hai điểmphụ thuộc vào góc pha Đồ thị của công suất tác dụng truyền đi theo góc pha đượcgọi là đường cong góc công suất Các đường cong góc công suất là một đồ thị củalượng MW truyền đi giữa hai nút, khi góc tăng lên thì thì lượng MW cũng tăng lên.Công suất truyền tối đa giữa hai nút xảy ra tại δ= 90 độ

Hệ thống vận hành tại điểm giao nhau của đường công suất cơ đầu vào và

đường cong góc công suất tại 100 MW và 35 độ, như trong Hình 2.2 Giả sử công

suất cơ đầu vào là không đổi trong khi góc tăng trên 35 độ Khi góc tăng lên côngsuất điện truyền đi tăng Công suất điện ra khỏi máy phát lúc này lớn hơn so vớicông suất cơ đưa vào, làm cho roto giảm tốc và tần suất của hệ thống giảm Trongtrường hợp ngược lại, khi góc giảm thì công suất điện giảm Công suất cơ đưa vàomáy phát điện lớn hơn công suất điện đang được truyền ra, làm cho roto tăng tốc vàtần suất của hệ thống tăng Sự thay đổi góc chỉ có thể khi có sự tăng hoặc giảm tốc.Chi tiết về tác động của sự thay đổi góc sẽ được thảo luận trong các trường hợpkhác nhau của hệ thống

Hình 2.2: Đường công góc công suất

Việc phân tích ổn định góc hệ thống là một nghiên cứu về thực hiện động lên

hệ thống Thời gian thực hiện động tùy vào các giá trị thay đổi của dòng điện, điện

áp, góc, và tần số, sau đó là một nhiễu loạn hệ thống lớn hay nhỏ Sự ổn định gócđược chia thành hai loại: sự ổn định thoáng qua và ổn định tín hiệu nhỏ

2.3.4 Ổn định thoáng qua

Sự ổn định thoáng qua được định nghĩa là khả năng của hệ thống điện duy trìtính đồng bộ khi bị nhiễu loạn nghiêm trọng thoáng qua Nó được xác định bởi hệthống đáp ứng lại được với một sự nhiễu loạn nghiêm trọng Hệ thống là ổn địnhthoáng qua nếu nó có thể tiếp tục hoạt động sau nhiễu loạn đầu tiên, ngược lại hệthống không ổn định nếu nó không thể đáp ứng lại được Đối với hệ thống ổn địnhthoáng qua, một nhiễu loạn lớn bất ngờ xảy ra, sự giao động góc hệ thống bắt đầutăng, nhưng đạt đến một cao điểm và sau đó bắt đầu suy giảm, làm cho hệ thốngthoáng qua ổn định Sự ổn định phụ thuộc vào cả hai trạng thái vận hành ban đầucủa hệ thống và mức độ nghiêm trọng của nhiễu loạn

Để minh họa cho sự ổn định thoáng qua và không ổn định của hệ thống, xem

Hình 2.3, trong đó cho thấy góc dao động của hai hệ thống: ổn định thoáng qua và

không ổn định, sau một nhiễu loạn lớn

Hình 2.3: Sự lệch góc của hệ thống ổn định (a) và không ổn định (b)

Nhiều hệ thống điện giới hạn sự truyền tải công suất của chúng vì lý do liênquan đến ổn định quá độ Nói chung, hệ thống điện với đường dây truyền tải dài vànhà máy phát ở xa dễ bị mất ổn định thoáng qua

Cách thức để mà phân tích các giới hạn ổn định quá độ là nghiên cứu sự thayđổi góc roto của tất cả các máy phát kết nối với hệ thống sau khi hệ thống chịu mộtnhiễu lớn Kỹ thuật tích phân số được sử dụng trong phân tích sự ổn định quá độcủa hệ thống điện

2.3.5 Ổn định tín hiệu nhỏ

Ổn định tín hiệu nhỏ hay còn gọi là sự ổn định dao động là khả năng của hệthống vẫn trong tình trạng đồng bộ sau khi chịu một nhiễu nhỏ Ổn định dao độngđược đặc trưng bởi biên độ và thời gian của hệ dao động Dao động điện áp, tần số,

góc và phân bố công suất có thể được gây nên bởi nhiều nguyên nhân khác nhau.Điều này có thể liên quan đến việc điều khiển máy phát như là trục trặc hệ thốngkích từ Những dao động này có thể phát triển quá lớn đến lúc hệ thống trở nên daođộng không ổn định

Dao động bất ổn có thể bắt đầu như một dao động cường độ thấp vô hại.Cuối cùng, các dao động có thể phát triển quá lớn cho đến khi hệ thống không ổnđịnh được

Đường dây truyền tải và máy phát có thể cắt ra do sự dao động Dao độngbất ổn có thể mất hàng giờ để phát triển hoặc nó có thể xảy ra trong vòng vài giâysau một sự xáo trộn nghiêm trọng Hệ thống có thể phục hồi hoặc có thể bước vào

một thời kỳ dao động nghiêm trọng và trở thành dao động không ổn định Hình 2.4

cho thấy các hệ thống, đó là tín hiệu nhỏ ổn định, dao động ổn định và không ổnđịnh

Hình 2.4: Góc lệch của hệ thống dao động tín hiệu nhỏ (a), hệ thống dao động (b),

và hệ thống không ổn định (c)

Có nhiều nghiên cứu về hệ thống để xác định giới hạn truyền công suất antoàn Giới hạn ổn định được xác định bằng cách sử dụng công cụ phần mềm phântích máy tính Toàn bộ hệ thống điện được mô hình hóa để đảm bảo rằng các giớihạn truyền công suất có thể cho phép không đưa hệ thống đến sự mất ổn định góc.

Ổn định góc khi dao động xảy ra Thông thường, thiết bị bảo vệ tự động sẽkích hoạt để giảm thiểu mức độ nghiêm trọng và lan truyền của nguy hại Các phần

tử quan trọng mà có thể giúp tốt cho hệ thống về vấn đề ổn định là các thiết bịFACTS, bộ ổn định hệ thống điện và bù đồng bộ

2.3.6 Ổn định điện áp

Ổn định điện áp của hệ thống là khả năng của hệ thống duy trì đầy đủ biên

độ điện áp để khi tải tăng lên thì công suất thực sự truyền tải sẽ tăng lên Các yếu tốchính gây ra sự mất ổn định điện áp là thiếu nguồn cung cấp công suất phản khángtrong hệ thống

Ổn định điện áp có thể được phân thành hai loại: ổn định điện áp tĩnh và ổnđịnh điện áp động Trong ổn định động, các nghiên cứu bao gồm các ảnh hưởngđộng của các thiết bị như máy biến áp phân áp, động cơ điện cảm ứng, tải, vv…Trong khi nghiên cứu xem xét sự biến đổi tĩnh tải là một quá trình chậm hơn trongthời gian dài Hầu hết các vấn đề tìm thấy trong hệ thống liên quan đến sụp đổ điện

áp là ở trạng thái tĩnh Nghiên cứu ở trạng thái tĩnh thì thích hợp trong các nghiêncứu trong hệ thống lớn, hệ thống mà gồm số lượng rất lớn số nút và máy phát điện

Không ổn định điện áp tĩnh chủ yếu liên quan đến sự mất cân bằng công suấtphản kháng Dần dần phát triển lây lan trong hệ thống cuối cùng dẫn đến một tìnhtrạng thiếu công suất phản kháng và giảm điện áp Hiện tượng này có thể được thấy

từ đồ thị của điện áp tại đầu nhận so với công suất truyền Đồ thị này được gọi là

đường cong P-V Hình 2.5 cho thấy ví dụ về trường hợp đường cong P-V của

trường hợp ban đầu và các hệ thống với các thiết bị bù song song khác nhau

Hình 2.5: Đường cong PV trường hợp cơ bản và một số bộ mắc Shunt

Khi công suất truyền tăng lên, điện áp tại đầu nhận giảm Cuối cùng, (mũi)điểm tới hạn (điểm mà tại đó công suất phản kháng hệ thống thiếu để sử dụng) đạtđược, nơi mà bất kỳ lượng công suất tác dụng gia tăng hơn nữa sẽ dẫn đến biên độđiện áp giảm rất nhanh chóng Trước khi đạt đến điểm tới hạn, sự sụt giảm điện áplớn do tổn thất nhiều công suất phản kháng Cách duy nhất để phục hồi hệ thống từ

sự sụp đổ điện áp là giảm tải công suất phản kháng hoặc đưa thêm công suất phảnkháng vào trước khi đến điểm sụp đổ điện áp Thiết bị FACTS là một nhóm cácthiết bị điện điện tử có thể cung cấp công suất phản kháng cho hệ thống để tăngbiên ổn định điện áp

Hình 2.6 cho thấy một số giới hạn ổn định khác nhau của hệ thống điện.

Giới hạn nhiệt luôn là cao nhất và có liên quan đến đường dây truyền tảingắn đến 160 km Giới hạn điện áp là luôn luôn cao hơn so với sự ổn định (tạm thờihoặc tín hiệu nhỏ) giới hạn ổn định Giới hạn điện áp (ổn định) là ràng buộc cho hệthống có chiều dài trung bình từ 160-500 km Các giới hạn ổn định động là thấpnhất trong hệ thống và được ràng buộc đối với đường dây dài hơn 500 km

Hình 2.6: Các giới hạn của hệ thống

Bằng cách sử dụng bộ điều khiển FACTS thích hợp, có thể để di chuyển các giới hạn khác nhau của hệ thống gần đến giới hạn nhiệt

2.4 ỨNG DỤNG TCSC TRONG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

2.4.1 Nguyên lý cấu tạo TCSC [5]

Các bộ bù nối tiếp được điều khiển bằng Thyristor (TCSC): Là một phần tử

cơ bản của hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) Nó được mởrộng từ các tụ nối tiếp truyền thống thông qua việc bổ sung một bộ cuộn khángđược điều khiển bằng thyristor Bộ cuộn kháng này mắc song song với một tụ nốitiếp cho phép tạo ra một hệ thống bù dọc điện kháng thay đổi liên tục và nhanhchóng Những lợi điểm chủ yếu của TCSC là:

− Tăng công suất truyền tải.

− Giảm các dao động công suất

− Giảm các cộng hưởng đồng bộ

− Điều khiển dòng công suất đường dây

TCSC bao gồm ba phần tử chính: Tụ bù C, cuộn kháng bù nối vào mạch

thyristor và hai thyristor điều khiển SCR 1 và SCR 2 (Hình 2.7)

Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo của TCSC.

Các góc mở của thyristor được điều khiển để điều chỉnh điện kháng TCSCphù hợp với hệ thống Khi các thyristor được kích thích, TCSC có thể được mô tảdưới dạng toán học như sau:

iL và iC: là giá trị dòng điện tức thời qua tụ điện và cuộc cảm,

iS: là dòng điện tức thời của đường dây truyền tải được điều khiển,

v: là điện áp tức thời qua TCSC

Tổng trở tương đương của mạch LC:

Dòng điện đi qua cuộn cảm được xác định theo công thức

2 2

C r

X

X C L

ω ω ω

X C là điện kháng định mức của tụ cố định C

Điện áp tụ ở trạng thái vận hành bình thường tại thời điểm ωt = -β là:

) tan cos (sin

1 2

cos sin

( 1 )

k k t k

X I t

β π

β β

) 1 (

cos ) (

4 2

sin 2 ) (

)

2 2

−

⋅

− +

X X

X

X X

I

V

X

L C

C L

C

C C

[ ]

π

σ σ

σ π

σ

) 1 (

) 2 / ( cos ) (

4 sin

) (

X

X X

X

X X

L C

C L

C

C net

(2.17)Với σ = 2(π-α) là góc dẫn của bộ điều khiển TCSC

2.4.2 Mô hình toán học của TCSC [4]

Mô hình toán của TCSC có cấu trúc gồm các khối như Hình 2.8, bao gồm:

khối khuếch đại KT, bộ lọc tín hiệu và hai khối bù sớm pha, trễ pha

Hình 2.8: Mô hình toán của TCSC

Hàm truyền của bộ điều khiển TCSC là:

11

Với u và y là tín hiệu ngõ ra và ngõ vào của TCSC

Tw là hằng số thời gian của bộ lọc tín hiệu có giá trị từ 1s đến 20s và không

có tiêu chuẩn nào để chọn lựa thông thường chọn giá trị 10s cho các nghiên cứutrước đây

Các bộ bù được giả thiết là T1=T3 và T2=T4 Với các giá trị T1, T2 đã xác địnhthì tín hiệu ngõ vào của TCSC là sự thay đổi tốc độ ∆ω và tín hiệu ngõ ra của nó là

sự thay đổi góc kích α bằng cách thay đổi góc dẫn của thyristor ∆σ theo biểu thức:σ=2(π-α) Khi đó giá trị điện kháng của hệ thống có đặt TCSC tuỳ thuộc vào góckích α và được tính như sau:

line ij TCSC( )

Như vậy thông qua sự thay đổi tốc độc ω ở ngõ vào thì ngõ ra của bộ điềukhiển TCSC có thể làm thay đổi góc kích và góc dẫn của Thyristor, từ đó thay đổigiá trị điện kháng bù vào đường dây điều khiển dòng công suất.

2.4.3 Ứng dụng TCSC vào điều khiển dòng công suất [2,8,9,10]

Xét mô hình đường dây hình π với các thông số kết nối giữa hai nút i và j.Giá trị điện áp lần lượt tại hai nút i và j được cho bởi Vi∠δi và Vj∠δj Khi đó côngsuất thực và công suất phản kháng trên nhánh i-j được xác định bởi:

r g

x b

r x

−

=

Trong đó: rij, xij là điện trở và điện kháng trên nhánh đường dây i-j

Hình 2.9: Mô hình đường dây truyền tải có lắp đặt TCSC

gij/2 jb

ij /2

Mô hình đường dây truyền tải có TCSC được lắp đặt giữa nút i và j như

Hình 2.9 Ở trạng thái ổn định thì TCSC được xem như một điện kháng –jxc như

mô Hình 2.10 Khi đó điện dẫn và dung dẫn trên nhánh đường dây i-j sẽ thay đổi

c

r g

c

x x b

=

Hình 2.10: Đơn giản hoá mô hình TCSC trên nhánh i-j

Do đó dòng công suất thực và công suất phản kháng trên nhánh i-j khi cóTCSC sẽ là:

b cũng thay đổi và giá trị PL, QL cũng có thể được điều khiển thông qua việc điềukhiển giá trị xc Thông thường giá trị điện trở trên các đường dây truyền tải là rấtnhỏ so với điện kháng (r << x) nên để đơn giản trong quá trình tính toán các biểuthức (2.22) và (2.23) có thể được viết lại:

2 2 0

ij ij

r g

ij

x b

ij c

VV P

Chương 3 PHÂN TÍCH TOÁN HỌC

NỘI DUNG:

3.1 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

3.2 GIẢI BÀI TOÁN CHỐNG QUÁ TẢI

3.3 ĐIỂM HOÀN VỐN KHI ĐẦU TƯ LẮP ĐẶT TCSC

3.4 LƯU ĐỒ GIẢI BÀI TOÁN

3.1 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

Để xác định luồng công suất trên các nhánh của lưới điện cần định nghĩa một

số đại lượng và xét sơ đồ như Hình 3.1 sau:

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

Nếu bỏ qua điện trở trên đường dây truyền tải thì I , II

i j i j

X− X− là điện kháng trênhai nhánh truyền tải điện I, II giữa hai thanh cái i và j

Vi, Vj là điện áp tại hai đầu thanh cái

Giả sử thiết bị bù TCSC được lắp đặt trên nhánh II của lưới Khi đó côngsuất truyền tải trên hai nhánh từ thanh cái i đến thanh cái j được tính theo biểu thức:

II I ij TCSC

II j i

j i ij

I j i

j

XX

VVsin

X

VV

++δ

Ở trạng thái tĩnh TCSC được xem như một tụ điện tĩnh –jXc nên khi lắp đặtvào nhánh nào sẽ gia tăng khả năng truyền tải của nhánh đó do tổng giá trị điệnkháng giảm đi Ngoài ra nó cũng có khả năng bù âm hoặc bù dương nên ngoài việcgia tăng khả năng truyền tải, tăng độ dự trữ ổn định tĩnh còn có thể điều khiển dòngcông suất vào các nhánh khác trong mạch vòng để hạn chế sự cố nghẽn mạch.Nghĩa là khi đưa TCSC (XTCSC) về giá trị bù dương (bù kháng) thì dòng công suất

truyền tải trên nhánh II sẽ giảm phụ thuộc vào giá trị bù kháng lớn hay nhỏ khácnhau Do vậy công suất truyền tải trên đoạn i-j được đẩy qua nhánh I để đảm bảo P

= Const, hoặc khi đưa TCSC (XTCSC) về giá trị bù âm (bù dung) thì dòng công suấttruyền tải được hút về nhánh II sẽ tăng lên, mức độ tăng công suất truyền tải trênnhánh II phụ thuộc vào giá trị bù dung nhỏ hay lớn Do vậy dòng công suất truyềntải trên đoạn i-j được bơm vào nhánh II nhiều hơn để đảm bảo P = Const

Một hệ thống điện hiện hữu hoặc vừa thiết kế luôn tồn tại tập hợp các nhánhxung yếu có khả năng dẫn đến quá tải hệ thống điện Khi có sự tăng tải, hay sự cốđường dây, để tránh quá tải tuyến dây (nếu có), cần phải điều chỉnh công suất củamáy phát nên chi phí phát điện bị đẩy ra khỏi giá trị tối ưu C1 và đạt giá trị C2(C1<C2) và giá điện tại các nút tải sẽ tăng đáng kể Vì vậy, nếu giải quyết được việcphân lại các luồng công suất bằng TCSC trong hệ thống điện mà không cần phảiđiều động lại công suất phát của các máy phát thì chi phí sản xuất điện năng sẽgiảm

Ta có hàm lợi nhuận của bài toán:

T

t

G g

G g

g PG g

Khi đường dây xảy ra sự cố quá tải thì chắc chắn sẽ phải điều động máy phát

để khống chế nghẽn mạch trên lưới Khi điều động máy phát thì sẽ có những máyphát được huy động tăng công suất phát và ngược lại có những máy phát được cắtgiảm công suất phát

Từ hàm lợi nhuận ta thấy L đạt giá trị càng lớn khi ΣCĐĐG (tổng chi phí phátđiện khi có điều động máy phát điện để chống quá tải (C2)) và ΣCPG (tổng chi phíphát điện khi không có điều động máy phát (C1)) có khoảng chênh lệch càng lớn C1

và C2 có khoảng chênh lệch càng lớn khi hàm chi phí của các nhà máy phải có sựchênh lệch lớn Trong trường hợp hàm chi phí của các nhà máy là xấp xỉ hay bằngnhau thì C1 ≈C2, lúc đó L là âm vì phải tốn chi phí lắp đặt TCSC Từ phân tích này,

ta thấy đây là một trường hợp giới hạn của bài toán Vậy, bài toán của ta chỉ xéttrường hợp các nhà máy có hàm chi phí chênh lệch nhau nhiều Lúc này, việc thiết

kế lắp đặt thiết bị TCSC trên lưới điện thì không cần điều động máy phát để chốngquá tải nữa do đó có thể xem chi phí vận hành phát điện là bé nhất

Trong luận văn này trình bày phương pháp xác định vị trí của TCSC bằngphương pháp mặt cắt tối thiểu và phương pháp theo Heuristic để nâng cao khả năngtruyền tải từ đó giảm được chi phí sản xuất điện năng

3.2 GIẢI BÀI TOÁN CHỐNG QUÁ TẢI

3.2.1 Giải bài toán để tìm biến cần điều khiển

Để nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện

+ Siđm : là giới hạn khả năng mang tải của nhánh thứ i

+ Si : là công suất truyền tải thực tế trên nhánh thứ i

Ở đây đối với đường dây truyền tải được nghiên cứu trong luận văn này chủyếu truyền công suất tác dụng P, còn công suất phản kháng Q rất nhỏ và luôn giữcho điện áp tại các nút thay đổi nhỏ được xem là không đổi

Do vậy ta có thể cho: Si = Pi

Bài toán chống quá tải trở thành: ∑

=

= m1

i 2idm

2 iS

i 2idm

2

i minS

P

Tổng công suất tác dụng (ΣPi) là không đổi

Do đó có sự ràng buộc: ΣPi = P1 + P2 + P3 +…… + Pm = const (3.6)Dùng hàm nhân tử Lagrange để cực tiểu hóa hàm đã đề ra:

)P

PPP()P(f)P(

Sau khi đạo hàm cho kết quả:

m 1

i 2idm

2 i i

P

PPPS

PP

PP

1

i 2idm

i i

X

sinVV

(3.10)

Thay thế ( 3.10 ) vào (3.9) ta có: const

SX

sinKP

1

i i 2idm

i i

Siđm : là giới hạn truyền tải đường dây nên không đổi là const

Vấn đề ở đây để cho const

P

Li

Muốn tỷ số

i

iX

sinδ

là không đổi thì cần phải điều khiển Xi

Để điều khiển được Xi và góc δi thì chỉ cần thay đổi tổng trở trên nhánh nàotối ưu nhất thích hợp để lắp đặt TCSC, nhánh đó được khảo sát từ chương trìnhMax-flow và chạy phân bố công suất trên Powerworld mục tiêu giữ được tỷ số

Hệ thống truyền tải công suất có thể được gia tăng bằng các biện pháp điềuchỉnh trở kháng đường dây và góc pha giữa các nút Một trong các biện pháp để giatăng khả năng truyền công suất được đề cập trong nghiên cứu này là điều khiển điệnkháng đường dây bằng TCSC (bù dung) để điều khiển dòng công suất truyền tảitrên các nhánh Nói cách khác là làm tăng khả năng truyền tải công suất trên nhánh

có lắp đặt thiết bị bù để hạn chế dòng công suất đi vào những nhánh khác, đảm bảophân luồng công suất trong mạng được linh hoạt và chủ động

Để chọn được vị trí tối ưu nhất của TCSC nhằm giải quyết được bài toán đãđưa ra, sau đây người nghiên cứu đưa ra các tiêu chí lựa chọn nhánh mà để lắp đặtTCSC như sau:

- Nhánh khác với nhánh bị quá tải

- Nhánh còn có khả năng mang tải nhiều nhất trong các nhánh đi quamặt cắt tối thiểu

- Nhánh mà có tỉ số

ij

ijX

Sinδ nhỏ

Từ nút cổ chai của chương trình max-flow tìm được m nhánh, trên những

nhánh đó tỉ số

ij

ijX

Sinδ khác nhau, nhánh nào có tỉ số

ij

ijXSinδ nhỏ thì nhánh đó có khả