Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xác định vị trí và dung lượng của tcsc để đảm bảo an ninh trong thị trường điện

GIỚI THIỆU LUẬN VĂN

Đặt vấn đề

Xu hướng chuyển dịch từ hệ thống điện độc quyền sang thị trường điện cạnh tranh đang diễn ra mạnh mẽ trên toàn cầu, mang lại hiệu quả vượt trội so với hệ thống truyền thống Tuy nhiên, sự chuyển đổi này cũng đặt ra nhiều thách thức cho việc vận hành hệ thống điện, đặc biệt là về lợi nhuận kinh tế và an ninh Các yếu tố như sự chậm trễ trong nâng cấp hệ thống truyền tải, gia tăng giao dịch năng lượng và sự cạnh tranh giữa các nhà máy đã làm giảm mức độ an ninh hệ thống An ninh hệ thống, được đo lường qua mức độ nghẽn mạch, ảnh hưởng đến ổn định và độ tin cậy của hệ thống điện, đồng thời tác động trực tiếp đến giá cả và hiệu quả khai thác Để cải thiện tình hình, việc tính toán an ninh hệ thống và kinh tế một cách hợp lý là cần thiết, với giải pháp được gọi là bài toán ràng buộc an ninh phân bố công suất tối ưu (SCOPF).

Nghiên cứu về vận hành tối ưu hệ thống điện rất phong phú, trong đó bài toán phân bố luồng công suất tối ưu đóng vai trò quan trọng Phương pháp điều khiển dòng công suất trên lưới điện truyền tải nhằm hạn chế quá tải trên đường dây hiện tại và trong tương lai, từ đó giúp giảm giá sản xuất điện năng Để giải quyết vấn đề quá tải, có nhiều phương pháp khả thi như điều chỉnh công suất phát của nhà máy, xây dựng các đường dây song song và sử dụng thiết bị bù công suất phản kháng tại chỗ.

LV THẠC SĨ KT NÂNG CAO

Các thiết bị FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) hiện nay đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển điện áp, phân bố công suất và giảm tổn thất phản kháng trong hệ thống điện Việc lắp đặt các bộ điều khiển FACTS không chỉ giúp tăng khả năng truyền tải công suất mà còn giảm dao động công suất hệ thống, đặc biệt trong các mức truyền tải cao Do đó, cần xem xét việc lắp đặt thích hợp các thiết bị FACTS, vì lắp đặt không đúng cách có thể làm giảm hiệu suất và tính hữu ích của hệ thống.

Việc sử dụng thiết bị FACTS trong hệ thống điện là rất cần thiết do những khó khăn trong quản lý và vận hành Xác định vị trí tối ưu để đấu nối thiết bị FACTS sẽ đảm bảo khả năng nhận, phát và truyền tải công suất lớn nhất trên đường dây truyền tải, đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả hoạt động của hệ thống điện hiện nay.

Việc sử dụng các thiết bị FACTS để điều khiển dòng công suất trên đường dây không chỉ giúp chống nghẽn mạch và giảm rủi ro mất điện, mà còn tăng độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng Điều này đảm bảo lợi ích kinh tế và ngăn chặn tình trạng đầu cơ tăng giá điện khi có sự cố nghẽn mạch Nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng FACTS còn giúp hạn chế quá tải trên đường dây, từ đó giảm chi phí sản xuất điện năng và nâng cao giá trị phúc lợi xã hội.

Đề tài “Xác định vị trí và dung lượng của TCSC để đảm bảo an ninh trong thị trường điện” nhằm phát triển giải thuật tìm kiếm vị trí tối ưu cho thiết bị TCSC (Thyristor Controller Series Capacitor) Mục tiêu là tối ưu hóa vị trí của TCSC bằng phương pháp mặt cắt tối thiểu, giúp giảm chi phí sản xuất điện năng và đảm bảo an ninh vận hành cho hệ thống điện.

Mục tiêu và nhiệm vụ

- Tìm hiểu các giải pháp chống nghẽn mạch trong thị trường điện

- Trình bày nguyên lý hoạt động của thiết bị TCSC

- Áp dụng bài toán OPF để quản lý nghẽn mạch trong thị trường điện sử dụng TCSC (vị trí đặt và dung lượng)

 Giảm thiểu không gian tìm kiếm vị trí đặt TCSC bằng phương pháp mặt cắt tối thiểu

 Xác định dung lượng TCSC phù hợp để nâng cao khả năng tải chống nghẽn mạch hệ thống điện

- Ứng dụng trên lưới điện chuẩn IEEE 6 nút và IEEE 30 nút

Phương pháp giải quyết

- Giải tích và mô phỏng toán học

- Sử dụng phần mềm Matpower

- Chỉ xét ổn định tĩnh không xét đến ổn định động của hệ thống điện

1.5 Điểm mới của luận văn

- Xây dựng thuật toán xác định vị trí và dung lượng của TCSC để cực tiểu chi phí vận hành và đảm bảo được an ninh hệ thống điện

- Ứng dụng cho các mô hình hay lưới điện bất kỳ

- Ứng dụng cho các lưới điện IEEE mẫu

- Làm tài liệu tham khảo khi vận hành lưới điện với thiết bị FACTS

1.7 Giá trị thực tiển của đề tài

Nghiên cứu này cung cấp cơ sở quan trọng cho việc thiết kế quy hoạch và tối ưu hóa vận hành hệ thống điện trong bối cảnh thị trường điện cạnh tranh.

1.8 Bố cục của luận văn

Chương 1: Giới thiệu luận văn

Chương 2: Tổng quan về thị trường điện, nghẽn mạch truyền tải và FACTS Chương 3: Phương pháp mặt cắt tối thiểu và dòng công suất cực đại

Chương 4: Xác định vị trí và dung lượng TCSC để đảm bảo an ninh trong thị trường điện

Điểm mới của luận văn

- Xây dựng thuật toán xác định vị trí và dung lượng của TCSC để cực tiểu chi phí vận hành và đảm bảo được an ninh hệ thống điện.

Phạm vi ứng dụng

- Ứng dụng cho các mô hình hay lưới điện bất kỳ

- Ứng dụng cho các lưới điện IEEE mẫu

- Làm tài liệu tham khảo khi vận hành lưới điện với thiết bị FACTS

1.7 Giá trị thực tiển của đề tài

Nghiên cứu này cung cấp nền tảng quan trọng cho việc thiết kế quy hoạch và tối ưu hóa vận hành hệ thống điện trong bối cảnh thị trường điện cạnh tranh.

1.8 Bố cục của luận văn

Bố cục của luận văn

TỔNG QUAN VỀ THỊ TRƯỜNG ĐIỆN, NGHẼN MẠCH TRUYỀN TẢI VÀ THIẾT BỊ FACTS

Giới thiệu

Thị trường điện năng, giống như các giao dịch thương mại khác, cần có các yếu tố như người mua, người bán, hợp đồng, cơ chế quản lý, cơ cấu giá thành, và các đơn vị vận hành thị trường và hệ thống Các quốc gia đang phát triển đối mặt với thách thức do phụ tải tăng nhanh và quản lý hệ thống kém hiệu quả, ảnh hưởng đến khả năng tài chính để đầu tư nâng cấp công suất phát điện và truyền tải Do đó, nhiều quốc gia phải tái cấu trúc ngành điện để cải thiện hiệu quả kinh tế trong vận hành hệ thống điện.

Ở các quốc gia phát triển, thách thức chính là cung cấp điện năng với giá cả hợp lý hơn, đồng thời mở rộng sự lựa chọn cho người tiêu dùng trong việc mua điện với giá rẻ.

Mục tiêu của việc thay đổi cách thức vận hành là nâng cao tính cạnh tranh và mang đến cho người tiêu dùng những lựa chọn mới cùng lợi ích kinh tế Trong môi trường điều tiết, cơ cấu tổ chức ngành dọc sẽ được tách ra thành các công ty độc lập, mỗi công ty đảm nhiệm một chức năng riêng biệt như phát điện, truyền tải, phân phối và bán lẻ.

Các mô hình thị trường điện

2.2.1 Mô hình thị trường điện thế giới Ở các nước Tây Âu, Mỹ và các nước khác, với nền kinh tế thị trường, không thể tránh khỏi việc tổ chức thị trường trong ngành điện Vào cuối thế kỷ XX, thị trường điện được phân chia thành 4 mô hình cơ bản và được các nước sử dụng dưới dạng này hoặc dạng khác: Mô hình 1, độc quyền điều tiết tự nhiên (không có cạnh tranh); Mô hình 2, hãng mua điện độc quyền; Mô hình 3, cạnh tranh trên thị trường bán buôn và Mô hình 4, thị trường cạnh tranh cả bán buôn và bán lẻ

Mô hình độc quyền điều tiết trong ngành điện năng tại Việt Nam cho phép các công ty độc quyền tự nhiên chiếm lĩnh toàn bộ quy trình sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện Nhà nước quản lý các công ty này nhằm ngăn chặn việc lạm dụng thế độc quyền Sự phát triển của hệ thống điện được đảm bảo thông qua việc đưa thành phần vốn đầu tư vào giá điện cho hộ tiêu thụ, với giá điện được xác định dựa trên chi phí sản xuất trung bình cộng với thành phần vốn đầu tư mới Mô hình này đã được áp dụng tại Việt Nam cho đến cuối thập niên đầu của thế kỷ 21.

Trong mô hình 2, Hãng mua điện độc quyền tạo ra sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất điện độc lập, với việc nhà nước điều tiết giá điện Mô hình này giúp giảm giá điện cho người tiêu dùng so với mô hình độc quyền trước đó Ngược lại, mô hình 3 thiết lập cạnh tranh trên thị trường bán buôn, trong đó lĩnh vực phân phối và tiêu thụ điện năng được chia theo vùng, với các công ty độc quyền cung cấp điện cho hộ tiêu dùng trong khu vực của họ.

Thị trường bán buôn điện được tổ chức dưới sự quản lý của một Nhà điều hành hệ thống thương mại, nơi các nhà sản xuất và nhà phân phối - tiêu thụ điện cạnh tranh, qua đó chấm dứt tình trạng điều tiết giá bán buôn Đồng thời, Nhà điều độ hệ thống độc lập được thành lập để thực hiện nhiệm vụ điều độ vận hành hệ thống điện.

Mô hình vận hành hệ thống điện hiện tại khá phức tạp với sự tham gia của hai nhà điều hành: một nhà điều hành thương mại và một nhà điều độ kỹ thuật Việc này có thể dẫn đến rủi ro trong quá trình hoạt động, gây mất ổn định và giảm độ tin cậy trong cung cấp điện Thêm vào đó, sự xuất hiện của một nhà điều hành thương mại mới có khả năng làm tăng giá bán điện.

Mô hình 4 cho thấy thị trường cạnh tranh trong cả lĩnh vực bán buôn và bán lẻ điện năng Phân phối và tiêu thụ điện được tách biệt, dẫn đến sự hình thành các công ty điều tiết lưới phân phối theo vùng lãnh thổ Đồng thời, nhiều công ty bán lẻ điện cũng xuất hiện, tạo nên một thị trường bán lẻ đa dạng và cạnh tranh.

Chương trình LV THẠC SĨ KT NÂNG CAO điện được triển khai nhằm tạo ra một môi trường cạnh tranh giữa các công ty bán lẻ điện, cho phép họ mua điện từ thị trường bán buôn Điều này dẫn đến việc chấm dứt sự điều tiết giá bán lẻ, mang lại lợi ích cho người tiêu dùng thông qua việc cải thiện dịch vụ và giá cả.

2.2.2 Mô hình thị trường điện Việt Nam

Năm 1994, chính phủ Việt Nam bắt đầu cải cách ngành điện bằng cách tách biệt chức năng quản lý nhà nước và quản lý doanh nghiệp Đến năm 1995, EVN được thành lập như một doanh nghiệp nhà nước, phụ trách quản lý nguồn, truyền tải, phân phối và các dịch vụ phụ trợ Luật điện lực có hiệu lực từ ngày 01 tháng 7 năm 2005, cùng với sự ra đời của Cục điều tiết điện lực theo quyết định số 258/2005/QĐ-TTG ngày 19/10/2005 Thủ tướng chính phủ đã phê duyệt lộ trình phát triển thị trường điện lực tại Việt Nam theo quyết định số 26/2006/QĐ-TTG ngày 26/01/2006, với kế hoạch cải cách ngành điện theo ba bước rõ ràng.

Bước 1 (2001-2005): chuẩn bị hình thành thị trường điện cạnh tranh

EVN là chủ sở hữu nhà nước quản lý toàn bộ dây chuyền sản xuất điện, bao gồm sản xuất, truyền tải và phân phối Khối sản xuất hoạt động theo cơ chế hạch toán độc lập để tối ưu hóa chi phí và giảm tổn thất, đồng thời huy động vốn hiệu quả và đa dạng hóa quyền sở hữu Khối truyền tải đóng vai trò quan trọng trong quản lý các dự án mở rộng lưới điện Khối phân phối mua điện từ EVN và bán cho khách hàng, đồng thời chịu trách nhiệm về vốn đầu tư trong mạng lưới phân phối Ngoài các công ty phân phối của EVN, việc hình thành các công ty phân phối độc lập, cổ phần, tư nhân hoặc liên doanh cũng được khuyến khích.

Giai đoạn 2006-2014 đánh dấu sự phát triển của thị trường điện cạnh tranh, nơi các công ty phát điện phải cạnh tranh để cung cấp điện cho EVN Để nâng cao tính cạnh tranh và tạo sự lựa chọn cho các nhà sản xuất điện, EVN dự kiến cho phép các công ty ngoài EVN bán điện trực tiếp cho một nhóm khách hàng trong khu vực hành chính cụ thể Các công ty này sẽ thuê lưới truyền tải và phân phối từ EVN, chỉ cần thanh toán chi phí quản lý và đầu tư liên quan đến lưới điện.

Bước 3 (sau 2014): sau giai đoạn đầu tiên, thị trường điện Việt Nam tiếp tục triển khai giai đoạn 2 và giai đoạn 3

Giai đoạn 2 (2015-2022) đánh dấu sự hình thành của thị trường bán buôn điện cạnh tranh, khuyến khích sự cạnh tranh trong hoạt động phát và bán buôn điện Các công ty phân phối bán lẻ có quyền lựa chọn mua điện từ bất kỳ công ty phát điện nào, điều này tạo động lực cho các công ty phát điện nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh Đồng thời, các công ty phân phối cũng được phép kết nối với lưới truyền tải và lựa chọn nhà sản xuất, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành điện.

Giai đoạn 3 (sau 2022) sẽ chứng kiến sự phát triển của thị trường bán lẻ điện cạnh tranh, cho phép cạnh tranh trong mọi khâu từ phát điện, bán buôn đến bán lẻ Khách hàng sẽ có quyền tự do lựa chọn nhà cung cấp điện từ các công ty bán lẻ, trong khi các công ty này cũng có quyền mua điện từ các nhà máy điện thông qua thị trường bán buôn Hệ thống lưới điện sẽ được mở rộng, kết nối từ lưới truyền tải quốc gia đến lưới điện phân phối, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiếp cận nguồn điện.

Hình 2.1 Các cấp độ phát triển thị trường điện Việt Nam

Những vấn đề về truyền tải điện trong thị trường điện

Vận hành hệ thống điện là quá trình điều khiển hoạt động của hệ thống điện nhằm truyền tải điện năng từ các nguồn đến phụ tải theo yêu cầu, đảm bảo chất lượng dịch vụ và tối ưu chi phí sản xuất cũng như truyền tải Hệ thống điều độ trong hệ thống điện liên tục giải quyết các vấn đề như: công suất tác dụng của nguồn điện phải lớn hơn nhu cầu của phụ tải, điều chỉnh công suất phát ra để cân bằng biến thiên của phụ tải, duy trì ổn định điện áp và dự phòng công suất tác dụng cũng như phản.

LV THẠC SĨ KT NÂNG CAO có khả năng kháng đủ để ứng phó với các sự cố nguồn điện Khi nguồn điện chính và dự phòng không đủ để đáp ứng phụ tải, việc sa thải phụ tải là cần thiết nhằm duy trì sự ổn định của hệ thống điện Trong trường hợp xảy ra nghẽn mạch, cần điều chỉnh chế độ phát của các nhà máy điện hoặc sa thải phụ tải nếu cần thiết để giữ vững hệ thống điện.

Hình 2.2 Mô hình công ty điện lực độc quyền liên kết dọc truyền thống

Hình 2.3 Hình cấu trúc thị trường điện

Lưới điện trong thị trường điện là hệ thống mở cho mọi khách hàng, khác với hệ thống điện độc quyền Lưới điện, nhà máy điện và các đơn vị phân phối điện hợp thành một tổng thể duy nhất, được điều khiển nhằm đạt được mục tiêu chung của toàn hệ thống Người vận hành lưới điện (SO) có trách nhiệm đảm bảo an toàn cho hệ thống, cung cấp dịch vụ truyền tải điện, tính toán và công bố chi phí sử dụng lưới điện, cũng như đảm bảo cơ hội sử dụng lưới điện công bằng cho tất cả khách hàng mà không có sự phân biệt.

LV THẠC SĨ KT NÂNG CAO cần mở thị trường thứ cấp cho đấu thầu quyền truyền tải và thực hiện các biện pháp nâng cao khả năng tải Lưới truyền tải điện cung cấp dịch vụ cho người sử dụng, bao gồm việc tải điện từ điểm này đến điểm khác theo yêu cầu của người bán và người mua.

Khách hàng tiêu thụ thực hiện giao dịch điện năng thông qua đơn vị bán lẻ hoặc trực tiếp với công ty phát điện, tùy thuộc vào mô hình thị trường điện Các đơn vị bán điện phân phối điện năng tới khách hàng qua các đường dây truyền tải và phân phối được điều hành bởi ISO Nhà sản xuất, công ty truyền tải, phân phối và đơn vị bán lẻ đều liên kết với ISO Phần lớn khách hàng liên hệ với đơn vị bán lẻ để đáp ứng nhu cầu điện năng Đơn vị bán lẻ ký hợp đồng với công ty phát điện, mua điện năng và chuyển tải tới khách hàng qua hệ thống đường dây truyền tải và phân phối.

Nghẽn mạch truyền tải trong thị trường điện

- Khái quát về nghẽn mạch: Nghẽn mạch là tên gọi hiện tượng quá tải, quá áp và giới hạn ổn định bị vượt qua

Quản lý nghẽn mạch là thách thức lớn trong hệ thống nhiều nhà cung cấp và tiêu thụ năng lượng Trong cấu trúc liên kết dọc, hệ thống quản lý năng lượng tập trung vào tất cả các khâu từ phát điện, truyền tải đến phân phối Việc phát hiện huy động công suất nhằm tối ưu hóa chi phí vận hành hệ thống Để giải quyết vấn đề này, quản lý nghẽn mạch được thực hiện thông qua việc xác định giải pháp điều độ tối ưu, sử dụng OPF hoặc các phương pháp điều độ kinh tế với ràng buộc an toàn, đảm bảo rằng mô hình phát điện không gây quá tải cho đường dây.

Trong thị trường điện, việc mua bán giữa các nhà tiêu thụ và nhà cung cấp không hề đơn giản Chẳng hạn, nếu các nhà tiêu thụ ở phía Nam muốn mua điện giá rẻ từ nhà máy thủy điện ở phía Bắc, trong khi các nhà cung cấp ở Bắc cũng muốn bán điện cho phía Nam, điều này có thể dẫn đến tình trạng quá tải đường dây do số lượng giao dịch lớn.

Khi ràng buộc vật lý hoặc vận hành trong lưới truyền tải bị vi phạm, hệ thống sẽ ở trạng thái nghẽn mạch Các giới hạn nghẽn mạch bao gồm giới hạn nhiệt của đường dây, mức cảnh báo của máy biến áp, và ổn định điện áp Những giới hạn này quy định công suất ma có thể truyền tải giữa các vị trí trong lưới Việc tăng công suất truyền tải cần phải được kiểm soát để tránh làm tan rã lưới điện khi có sự cố xảy ra Trong cấu trúc thị trường điện, các nhà cung cấp và tiêu thụ điện có thể tự do giao dịch, nhưng không thể dự đoán tình trạng vận hành của hệ thống Do đó, quản lý nghẽn mạch trở thành nhiệm vụ quan trọng của các đơn vị điều hành hệ thống điện, với mục tiêu giảm thiểu can thiệp vào lưới truyền tải và đảm bảo an ninh cho hệ thống điện.

2.4.3 Ảnh hưởng của nghẽn mạch

Luật Kirchhoff, kết hợp với vị trí và độ lớn của nguồn phát cùng với phụ tải, xác định dòng công suất trên mỗi đường dây Do đó, cần có sự điều chỉnh trong kế hoạch phát điện để đảm bảo hiệu quả sử dụng công suất Trong môi trường truyền thống, mô hình phát điện ổn định cho phép quy hoạch mở rộng mạng lưới truyền tải và xây dựng nhà máy điện mới, hiếm khi xảy ra nghẽn mạch và công suất có thể dự đoán Tuy nhiên, trong cấu trúc thị trường điện hiện nay, khi các công ty phát điện cạnh tranh, việc phân bố công suất có thể thay đổi nhanh chóng theo tác động của thị trường Vì vậy, cần có biện pháp phối hợp quản lý nghẽn mạch để đảm bảo hệ thống điện vận hành an toàn.

2.4.4 Quản lý mạch trong thị trường điện

Hiệu quả thị trường được đánh giá qua phúc lợi xã hội, là sự tổng hòa giữa chi phí và lợi ích điện năng mà xã hội nhận được.

LV THẠC SĨ KT NÂNG CAO được đánh giá qua mức độ hài lòng trong việc thanh toán điện năng tiêu thụ của xã hội Sự khác biệt về phúc lợi xã hội giữa thị trường lý tưởng và thị trường thực tế phản ánh hiệu quả hoạt động của thị trường Ngoài ra, hiện tượng nghẽn mạch truyền tải gây ra sự kém hiệu quả trong hoạt động của thị trường.

Việc áp dụng OPF và LMP trong quản lý nghẽn mạch đã được triển khai tại nhiều quốc gia Các nhà cung cấp điện gửi hàm chi phí phát điện, được coi là hàm chào giá, đến ISO để bán điện năng ISO sở hữu mô hình lưới truyền tải toàn diện và có khả năng thực hiện tính toán OPF.

Phân bố công suất tối ưu (OPF) là kỹ thuật quan trọng nhất để tối ưu hóa chi phí phát điện trong hệ thống điện, đồng thời đảm bảo các điều kiện ràng buộc về truyền tải và vận hành Trung tâm vận hành hệ thống độc lập (ISO) đóng vai trò quyết định trong việc điều độ điện năng, đảm bảo thực hiện hợp đồng giữa các bên tham gia thị trường Giá nút xác định bởi OPF được áp dụng để tối ưu hóa hoạt động của thị trường điện.

+ Các máy phát được thanh toán theo giá điện tại nút

+ Các phụ tải cần phải thanh toán theo giá điện tại nút

Trong hệ thống điện, khi không có nghẽn mạch, tất cả các nút có cùng giá nút, dẫn đến việc các máy phát và phụ tải đều thanh toán cùng một mức giá điện năng Tuy nhiên, khi xảy ra nghẽn mạch, giá nút sẽ khác nhau, khiến mỗi máy phát và phụ tải phải thanh toán theo giá nút riêng của mình.

ISO nhận đường cong chào giá từ thị trường, cho thấy mức giá tối thiểu mà nhà cung cấp sẵn sàng sản xuất và mức giá tối đa mà nhà tiêu thụ có thể chấp nhận Thông qua chương trình tối ưu, giá tại mỗi nút trong hệ thống được tính toán, phản ánh giá trị vị trí của nhà cung cấp dựa trên các ràng buộc hệ thống Đơn vị điều hành hệ thống sử dụng OPF để tính toán giá nút, và tất cả nhà cung cấp cũng như nhà tiêu thụ phải chấp nhận giá này Tuy nhiên, thực tế không phải lúc nào cũng diễn ra như vậy.

Trong một tình huống nghẽn mạch truyền tải, một số người tham gia thị trường có thể không muốn điều chỉnh công suất phát của họ, tùy thuộc vào tình trạng thị trường truyền tải tách rời Những người này sẽ đưa ra các giá chào riêng biệt cho cả thị trường điện và thị trường truyền tải, với sự tham gia tự nguyện Một số chỉ chào giá vào thị trường điện, trong khi những người khác chỉ cung cấp giá chào điều chỉnh, và một số tham gia ở cả hai thị trường Thị trường điện được minh bạch mà không xét đến các ràng buộc truyền tải Nếu có vi phạm giới hạn truyền tải sau khi minh bạch, đơn vị điều hành hệ thống sẽ sử dụng giá chào điều chỉnh theo hướng kinh tế nhất để giảm nhẹ nghẽn mạch trước khi chấp thuận các giá chào từ thị trường điện.

Trong trường hợp 1, chúng ta xem xét một hệ thống 2 nút đơn giản, như minh họa trong hình 2.4 Giả thuyết đặt ra là hệ thống này có tổng thất công suất không đáng kể Điều kiện giao dịch được xác định với thị trường không bị giới hạn khả năng truyền tải.

Hình 2.4 Hệ thống 2 nút không ràng buộc

Hệ thống có nhà cung cấp gồm 2 nút và 2 máy phát: G1 tại nút 1 và nhà G2 tại nút

2 Khách hàng L2 tại nút 2 dự kiến mua 100MW G1 đưa ra bản chào giá cung cấp 100MW với giá bán điện 10$/MWh tại nút 1 G2 đưa ra bản chào giá là 15$/MWh, vì vậy G2 sẽ không được huy động công suất G1sẽ bán 100MW cho khách hàng L2 tại nút 2 Do đó tổng chi phí mỗi giờ là 1000$/MWh

Trường hợp 2: tương tự như trường hợp 1 nhưng có xét đến giới hạn khả năng truyền tải trên đường dây giữa nút 1và nút 2

Hình 2.5 Hệ thống 2 nút bị ràng buộc

Trong trường hợp huy động công suất tối ưu để giảm thiểu tổng chi phí, nhà cung cấp G1 tại nút 1 được huy động 100MW bán cho khách hàng D2 tại nút 2, trong khi G2 tại nút 2 không được huy động Tuy nhiên, việc giao dịch 100MW giữa G1 và L2 không thể thực hiện do quá tải, vì khả năng tải của đường dây chỉ là 80 MW Để tránh tình trạng quá tải, G1 chỉ được huy động 80 MW và phải huy động thêm công suất từ G2 với mức giá cao hơn, dẫn đến tổng chi phí đạt 1100$/h Ràng buộc giới hạn truyền tải của đường dây làm tăng tổng chi phí hệ thống lên 1.1%.

Để xử lý nghẽn mạch, có hai phương pháp chính: thứ nhất, phân bố lại công suất trên đường dây truyền tải mà không vi phạm các ràng buộc; thứ hai, xác định chi phí nghẽn mạch thông qua sự chênh lệch giữa chi phí cung cấp cho phụ tải hệ thống không có ràng buộc và chi phí cung cấp cho phụ tải với các giới hạn hiện tại.

Tổng quan thiết bị FACTS

Hiện nay, hệ thống điện chúng ta sử dụng chủ yếu là hệ thống điện xoay chiều, bao gồm các thành phần như máy phát đồng bộ, đường dây truyền tải, máy biến áp, thiết bị bù và phụ tải Hệ thống này được chia thành ba khâu chính: sản xuất, truyền tải và tiêu thụ điện năng.

Một hệ thống điện hoạt động phải thỏa các yêu cầu sau:

 Các máy phát điện làm việc trong chế độ đồng bộ

 Điện áp vận hành trong giới hạn cho phép theo quy định

 Tần số vận hành trong giới hạn cho phép theo quy định

 Các phụ tải phải được cung cấp điện đầy đủ

 Các đường dây phải được vận hành ở điều kiện bình thường không quá tải

Trong hệ thống điện, công suất truyền tải phụ thuộc vào tổng trở đường dây, điện áp và góc lệch pha Để cải thiện khả năng truyền tải, cần tăng công suất phản kháng ở phụ tải và lắp đặt các thiết bị bù như cuộn kháng bù ngang và tụ điện bù dọc Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm nâng cao chất lượng và ổn định điện áp cho hệ thống điện Việt Nam, nhưng các thiết bị hiện tại chưa đáp ứng yêu cầu phản ứng nhanh với sự thay đổi công suất phản kháng Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) đã giải quyết vấn đề này bằng khả năng phản ứng nhanh và cung cấp dung lượng bù tối ưu FACTS được định nghĩa bởi IEEE là hệ thống sử dụng thiết bị điện tử công suất để điều khiển các thông số của hệ thống truyền tải, từ đó nâng cao khả năng điều khiển và truyền tải công suất.

Thiết bị FACTS, theo định nghĩa, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện, ảnh hưởng lớn đến cả khía cạnh kinh tế và kỹ thuật Việc áp dụng công nghệ FACTS giúp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống điện, nâng cao độ tin cậy và giảm thiểu tổn thất năng lượng.

Tính chất tiêu thụ điện thay đổi theo thời gian, dẫn đến tình trạng truyền tải công suất trên các đường dây cũng khác nhau Hiện nay, trong bối cảnh công nghiệp hóa, nhu cầu truyền tải điện để đáp ứng phụ tải ngày càng tăng cao Điều này đặt các đường dây cao áp vào tình trạng báo động về giới hạn vật lý, với nguy cơ quá tải và các hiện tượng nhiễu hệ thống như dao động tần số và điện áp.

Để nâng cao hiệu quả truyền tải điện và khắc phục những hạn chế hiện có, thiết bị FACTS đã được áp dụng rộng rãi trên toàn cầu Những thiết bị này giúp điều chỉnh điện áp, trở kháng và góc pha của các đường dây cao áp, mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho các nhà cung cấp điện.

 Tận dụng lưới điện hiện hữu để lắp đặt thiết bị FACTS

 Giảm chi phí đầu tư

 Tăng độ tin cây của hệ thống truyền tải

 Tăng độ ổn định của lưới

 Tăng chất lượng cung cấp điện năng cho các ngành công nghiệp và các ngành có yêu cầu chất lượng điện cao

 Ảnh hưởng không đáng kể đến môi trường

2.5.1 Phân loại thiết bị FACTS

FACTS có thể được kết nối với hệ thống điện theo kiểu nối tiếp (bù dọc) hoặc bù song song (shunt) hoặc kết hợp cả hai phương thức trên

Các thiết bị FACTS được phân thành bốn loại chính: thiết bị điều khiển nối tiếp, thiết bị điều khiển song song, thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp – nối tiếp, và thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp – song song Trong đó, thiết bị điều khiển nối tiếp (Series Controllers) đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và tối ưu hóa hệ thống điện.

Thiết bị này cho phép điều chỉnh tổng trở đường dây thông qua tụ điện, điện kháng, hoặc biến đổi nguồn tần số bằng tần số lưới nhờ vào thiết bị bán dẫn công suất Nguyên lý hoạt động của các thiết bị điều khiển nối tiếp là chỉ cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng.

 Một số thiết bị bù nối tiếp

The Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC) is a device connected in series with transmission lines, consisting of capacitors that are parallel to an inductor Its operation is controlled by adjusting the firing angle of the thyristor.

A Thyristor Controlled Series Reactor (TCSR) is a device connected in series with a transmission line, consisting of an inductive reactance in parallel with another reactance, and is controlled by thyristors.

Thyristor Switched Series Compensator (TSSC): là thiết bị gồm một bộ tụ được đóng mở bằng khóa thyristor

Thyristor Switched Series Reactor (TSSR): là thiết bị gồm một bộ điện kháng được đóng mở bằng khóa thyristor

Hình 2.6 Ứng dụng của FACTS -bù nối tiếp (sơ đồ mạch) b Thiết bị điều khiển song song (Shunt Controllers)

Thiết bị này có khả năng điều chỉnh tổng trở và nguồn, hoặc kết hợp cả hai, nhằm bù dòng điện vào hệ thống tại các điểm nút Đồng thời, các đường dây truyền tải dài cũng tạo ra điện kháng ký sinh nối tiếp dọc theo chiều dài của chúng.

Khi truyền tải công suất lớn, điện áp trên đường dây sẽ bị tổn thất Để bù đắp cho các điện kháng ký sinh, cần đặt các tụ bù dọc theo đường dây Trong trường hợp này, hệ thống FACTS hoạt động như một nguồn áp Ngoài ra, khi hệ thống điện được nối song song với các thiết bị FACTS, chúng sẽ đóng vai trò như một nguồn dòng.

Bù song song có hai loại: bù điện dung và bù điện cảm

Phương pháp nâng cao hệ số công suất liên quan đến việc kết nối tải có tính cảm với hệ thống, dẫn đến sự giảm sút hệ số công suất do hiện tượng trễ pha của dòng điện Để bù đắp cho cảm kháng này, người ta lắp đặt tụ điện song song với tải, giúp dòng điện đạt pha sớm hơn so với điện áp, từ đó cải thiện hệ số công suất.

Phương pháp bù điện dung ký sinh trên đường dây không tải hoặc non tải cuối đường dây là cần thiết để tránh quá áp, thường được gọi là hiệu ứng Ferranti Khi đường dây không tải, chỉ có một dòng điện nhỏ chạy, trong khi điện dung ký sinh, đặc biệt ở các đường dây dài, có giá trị lớn Điều này có thể dẫn đến điện áp cuối đường dây tăng gấp đôi so với điện áp nguồn Để khắc phục tình trạng này, người ta lắp đặt các điện cảm song song dọc theo đường dây.

 Một số thiết bị bù song song :

Thyristor Controlled Reactor (TCR) là cuộn kháng được điều khiển bởi thyristor, được kết nối nối tiếp với hai van thyristor ngược chiều nhau Mỗi bộ thyristor điều khiển một pha điện kháng đẳng trị, mang lại giá trị liên tục cho hệ thống.

Thyristor Switched Reactor (TSR) là một loại cuộn kháng được điều khiển bằng thyristor, có cấu trúc tương tự như TCR Tuy nhiên, thyristor trong TSR chỉ có hai trạng thái: đóng hoặc mở hoàn toàn Điện kháng đẳng trị của TSR có giá trị nhảy cấp, giúp điều chỉnh linh hoạt trong các ứng dụng điện năng.

Thyristor Switched Compensator (TSC): Tụ điện được đóng cắt bằng thyristor và điện dung đẳng trị là một giá trị nhảy cấp

PHƯƠNG PHÁP MẶT CẮT TỐI THIỂU VÀ DÒNG CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI

Giới thiệu

Câu hỏi thường gặp trong hệ thống điện là xác định vị trí quá tải, như nhà máy điện, tuyến dây hoặc trạm biến áp Các nhà quản lý và vận hành cần biết dòng công suất cực đại được truyền từ nhà máy điện đến điểm tiêu thụ cuối cùng Thông tin này rất quan trọng để đưa ra quyết định về vận hành và quy hoạch hệ thống điện.

Hình 3.1 Mối quan hệ giữa sự phát, sự truyền tải và phân phối

Hệ thống điện có các thuộc tính vốn có mở rộng theo thời gian, bao gồm sự gia tăng phụ tải và máy phát Nếu không nâng cấp điều kiện truyền tải của đường dây, hệ thống sẽ trở nên quá tải ở trạng thái tĩnh, dẫn đến các vấn đề ổn định quá độ, với giới hạn ổn định trở nên hẹp Khả năng truyền công suất của đường dây bị yếu đi do một hoặc nhiều giới hạn trạng thái tĩnh và động.

 Sự ổn định góc pha

 Sự ổn định quá độ

Các giới hạn ổn định được xác định là công suất điện tối đa có thể truyền tải mà không gây nguy hiểm cho các đường dây và thiết bị điện Nguyên tắc cho thấy rằng giới hạn công suất truyền có thể tăng lên khi bổ sung thêm đường dây truyền tải mới và các nhà máy phát điện.

Hệ thống điện có công suất giới hạn, do đó không thể truyền tải dòng công suất vô hạn từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ Để xác định giá trị công suất cực đại có thể truyền tải, lý thuyết về mặt cắt tối thiểu và dòng công suất cực đại (Maximum flow – minimum cut set) được áp dụng.

Cơ sở lý thuyết về mặt cắt tối thiểu và dòng công suất cực đại

Thuật ngữ "dòng công suất cực đại" hay "lát cắt cực tiểu – dòng công suất cực đại" (max flow-min cut) đề cập đến khả năng truyền tải trong một mạng có nút nguồn (s) và nút tải (t), cùng với các nút trung gian Dung lượng truyền tải của các nhánh nối giữa các nút i và j, được gọi là trọng số Cij, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng truyền tải dòng công suất trong mạng Mỗi cung Cij có dung lượng khác nhau, do đó, dung lượng tối đa có thể truyền tải từ nguồn s đến tải t được xác định bởi lượng cực đại có thể truyền qua các đường truyền giữa hai nút này.

Hình 3.2 Sơ đồ mạng với nguồn phát s, tải thu t và hai nút trung gian

Xét sơ đồ mạng hình 3.2 với Cij là khả năng có thể truyền tải từ nút i đến nút j

Để đảm bảo hiệu quả trong việc truyền tải từ nguồn s đến tải t, các lát cắt cần được sử dụng sao cho mỗi lát cắt đều chia đôi nguồn s và tải t, với chúng nằm ở hai nửa khác nhau của mặt phẳng cắt Điều này giúp tối ưu hóa khả năng truyền tải thông qua lát cắt s t.

Lát cắt LV THẠC SĨ KT NÂNG CAO được xác định bằng tổng khả năng truyền tải của các cung mà nó đi qua Để được coi là lát cắt trong thuật toán mincut, cần đảm bảo cách ly nguồn s và tải t.

Nguồn phát s vẫn có khả năng truyền tải tới t thông qua các cung còn lại, như được thể hiện trong sơ đồ Hình 3.3, trong đó giới thiệu một số lát cắt theo lý thuyết và một lát cắt không phải.

Hình 3.3 Mô hình hoá mạng với một số lát cắt tiêu biểu

Lát cắt cực tiểu (min-cut) là lát cắt có tổng dung lượng đường truyền nhỏ nhất trong tập hợp các lát cắt của thuật toán (cut-set).

3.2.2 Dòng công suất cực đại:

Dòng công suất cực đại (max-flow) là lượng công suất tối đa có thể truyền từ nguồn s đến tải t qua tất cả các mặt cắt Do đó, dòng công suất cực đại không vượt quá giá trị của mặt cắt tối thiểu (min-cut).

Nút thắt cổ chai (bottle-neck) được hiểu là khả năng truyền tải từ nguồn s tới tải t có thể vượt quá giá trị min-cut tại các vị trí cắt khác Tuy nhiên, do hệ thống bị nghẽn tại vị trí nút thắt cổ chai, luồng công suất tối đa từ s tới t chỉ được tính theo luồng công suất qua mặt phẳng cắt có giá trị tối thiểu Điều này có nghĩa là lượng tối đa của luồng từ nguồn s tới đỉnh thu t phụ thuộc vào khả năng thông qua của một lát cắt tối thiểu.

Thuật toán xác định mặt cắt tối thiểu và luồng công suất cực đại trong mạng điện được phát triển dựa trên nguyên lý cơ bản về max-flow và giải thuật min cut Quy trình này bao gồm các bước cụ thể nhằm tối ưu hóa việc phân phối năng lượng trong hệ thống mạng điện.

Bước đầu tiên trong việc thiết lập ma trận A là xác định ma trận A=Anxn cho mạng n nút, nhằm tính toán tổng thông lượng có thể truyền tải giữa các nút Trong ma trận này, các thành phần đường chéo chính được đặt bằng 0 (aii = 0), trong khi các thành phần còn lại (aij) biểu thị thông lượng liên kết giữa hai nút i-j với giá trị đối xứng qua đường chéo chính (aij = aji) Đối với những nút không có kết nối, giá trị aij sẽ bằng 0.

 tt tm t t ts mt mm m m ms t m s t m s st sm s s ss a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a t m s

Tính tổng giá trị hàng thứ nhất-tương đương với tổng các thông lượng của các nút được nối với tổ hợp nút nguồn phát S

Tính tổng giá trị hàng cuối cùng -tương đương với tổng thông lượng của các nút được nối với tổ hợp đỉnh thu T

 it  a st  a 1 t  a 2 t   a mt  a tt   a it

Thêm tổ hợp các nhánh Csi và tổng thông lượng  si vào danh sách listcut

Thêm tổ hợp các nhánh Cit và tổng thông lượng  it vào danh sách listcut

Csi là thông lượng của các cung từ tổ hợp nguồn phát S đến nút i

Cit là thông lượng của các cung từ nút thứ i tới tổ hợp đỉnh thu T

Bước 3: Chọn nút giảm trong sơ đồ nếu  si >  it

Cmax = max[asi] = max[as1, as2 ,…, asm ]

Di chuyển nút i vào tổ hợp nguồn phát S = {s,i} bằng cách:

Bỏ và cộng giá trị hàng i vào hàng s

Bỏ và cộng giá trị cột i vào cột s

Quay lại bước 2: nếu  si <  it

Cmax = max[ait] = max[ a1t, a2t , …, amt]

Di chuyển nút i vào tổ hợp đỉnh thu T = {t,i} bằng cách:

Bỏ và cộng giá trị hàng i vào hàng t

Bỏ và cộng giá trị cột i vào cột t

Kiểm tra ma trận A = [A]nxn

Nếu max = ait thì di chuyển nút i vào tổ hợp đỉnh thu T, ngược lại thì di chuyển nút i vào tổ hợp nguồn phát S Và quay lại bước 2

Nếu n = 2 thì xuất ra kết quả trong danh sách listcut và dừng lặp

Hình 3.4: Lưu đồ giải thuật xác định luồng công suất cực đại

Ứng dụng trong hệ thống điện

Dựa trên phân tích về lát cắt cực tiểu và luồng công suất cực đại, bài viết này trình bày ứng dụng trong việc xây dựng thuật toán xác định dòng công suất truyền tải tối đa và các nhánh nghẽn mạch - quá tải trong hệ thống mạng điện.

Xét một mạng điện đơn giản như Hình 3.5

Thêm tổ hợp Csi, Cit và , vào listcut

Di chuyển nút i vào tổ hợp

Di chuyển nút i vào tổ hợp T={t,i}

Max=max[asi, ait] max a it

In ra danh sách listcut end

Hình 3.5 Mô hình hệ thống điện đơn giản

Từ sơ đồ mạng điện 2 nút, ta có thể chuyển đổi thành sơ đồ số để xác định các nhánh nghẽn mạch Điều này giúp xác định tập hợp các nhánh có nguy cơ dẫn đến quá tải theo nguyên tắc cụ thể.

Tất cả dung lượng máy phát tại các thanh cái được quy về nút nguồn phát s, trong khi các phụ tải tiêu thụ được quy về nút tải t Nút nguồn cung cấp 20MW cho tải qua thanh cái 1 và 30MW qua thanh cái 2 Khả năng truyền tải giữa hai thanh cái 1 và 2 là 10MW Phụ tải tiêu thụ tổng cộng 65MW được lấy từ hai nút trung gian, với 40MW từ thanh cái 1 và 25MW từ thanh cái 2.

Hình 3.6 Mô hình hoá sơ đồ mạng điện truyền tải 2 nút

Khi mô hình hóa một mạng điện n nút dưới dạng sơ đồ mạng tương đương, tổng số nút sẽ là n+2, bao gồm hai nút giả định là nút nguồn s và nút tải t Điều này cho phép áp dụng phương pháp lát cắt cực tiểu và luồng công suất cực đại cho sơ đồ mạng điện.

Sử dụng sơ đồ tương đương với các lát cắt f1, f2, f3, f4 để cách ly một nút nguồn s cùng các nút trung gian trong hệ thống, tổng dung lượng truyền qua các lát cắt này sẽ được xác định.

Hình 3.7 Vị trí và thông lượng các lát cắt trên sơ đồ mô hình hóa

Bảng 3.1 : Vị trí và thông lượng của các lát cắt

Stt Lát cắt Dung lượng truyền

Việc xác định mặt cắt tối thiểu trong quy hoạch là cần thiết để cải tạo tại những vị trí cụ thể Điều này liên quan chặt chẽ đến việc nhận diện điểm nghẽn mạch trong vận hành lưới điện, tương tự như việc tìm ra vị trí lát cắt cực tiểu trong mạng điện Sau khi chuyển đổi từ sơ đồ mạng sang sơ đồ số, vị trí lát cắt cực tiểu sẽ được thể hiện rõ ràng, như minh họa trong Hình 3.6.

Giải thuật tối ưu hóa mạng điện phân chia thành hai vùng riêng biệt: vùng nguồn phát S và vùng tải T, kết nối bởi các nhánh có thông lượng tối thiểu Lát cắt cực tiểu xác định sự phân chia hai vùng tại vị trí xung yếu nhất, đảm bảo hiệu quả trong việc quản lý và phân phối điện năng.

Hình 3.8 Vị trí của lát cắt cực tiểu trên mạng mô hình hoá

Từ vị trí của lát cắt cực tiểu trong mạng có thể chia ra thành các trường hợp có thể quy hoạch, vận hành lưới điện như sau:

Bảng 3.2: Các trường hợp xảy ra vị trí lát cắt

Trường hợp Lát cắt cực tiểu Ghi chú

 Lát cắt thuộc tập nguồn phát, cần quy hoạch nguồn

 Lát cắt thuộc tập đỉnh thu, cần phân phối tải

 Lát cắt thuộc tập các nhánh trên đường truyền

Quy hoạch và mở rộng đường dây truyền tải

 Lát cắt thuộc tập các nhánh nguồn phát và đường dây cần quy hoạch nguồn và mở rộng đường dây tại ví trí lát cắt s

LV THẠC SĨ KT NÂNG CAO …t}

 Lát cắt thuộc tập các nhánh đỉnh thu và đường dây cần quy hoạch tải và mở rộng đường dây tại vị trí lát cắt

Trong nghiên cứu này, vấn đề quy hoạch nguồn và phân phối lại phụ tải hệ thống được xem xét thông qua thuật toán lát cắt cực tiểu Hai nút nguồn phát và tải trong sơ đồ chuyển đổi được giả định để hình thành mạng khép kín, trong đó nguồn phát được kết nối trực tiếp vào các thanh cái, và tải tiêu thụ quy về đầu nút của các thanh cái Tuy nhiên, hai nút này không tập trung mà phân tán trên mạng, do đó không thuộc nội dung nghiên cứu về quy hoạch nút nguồn và tải Mục tiêu chính của bài toán là xác định các nhánh nghẽn mạch tiềm tàng trong sơ đồ mạng điện thông qua thuật toán min-cut, loại bỏ những lát cắt cực tiểu không liên quan và tập trung vào những lát cắt có giá trị nhỏ nhất có thể gây nghẽn mạch trong hệ thống điện.

Việc áp dụng phương pháp lát cắt cực tiểu và luồng công suất cực đại trong hệ thống điện giúp nhanh chóng và chính xác xác định các nhánh có khả năng gây nghẽn mạch Giải pháp này khắc phục những hạn chế của các phương pháp trước như giải thuật Gen, phương pháp liệt kê hoặc thử sai Kết quả là mạng được phân chia thành hai vùng nguồn và tải một cách khoa học, từ đó giới hạn phạm vi tìm kiếm giải pháp hiệu quả hơn Sự kết hợp giữa giải thuật tìm kiếm max-flow min-cut và tính năng ưu việt của thiết bị bù TCSC trong điều khiển dòng công suất sẽ là giải pháp tối ưu cho vấn đề chống quá tải hệ thống điện và nâng cao khả năng mang tải.

Khảo sát trên lưới điện bảy nút

Dữ liệu hệ thống 7 nút có thể tham khảo trong tài liệu [18]

Hình 3.8 Sơ đồ lưới điện 7 nút

Lưới điện ở sơ đồ hình 3.8 gồm:

- Bốn máy phát (G) phát trực tiếp vào bốn nút 1, 2,6,7 của hệ thống

- Phụ tải tiêu thụ tại nút 2, 3, 4, 5, 6, 7

- Ngoài ra còn có đường dây liên lạc giữa các nút như sơ đồ trên

* Xác định các nhánh mà mặt cắt tối thiểu đi qua

Thành lập ma trận khả năng mang tải của hệ thống ở lưới 7 nút như sau:

Sử dụng chương trình max-flow đã đề xuất, người dùng cần nhập dữ liệu theo các thông số của ma trận Chương trình yêu cầu nhập công suất phát (P g) và tiêu thụ tại các nút (P d) Đối với thông lượng của các nhánh, chỉ cần nhập giới hạn công suất truyền tải tương ứng Sau khi nhập xong, chương trình max-flow sẽ tiến hành tính toán như hình 3.1.2.

Hình 3.9: Mô hình hoá lưới điện 7 nút trên max-flow

Sau khi chương trình chạy cho ra kết quả những lát cắt như hình 3.1.3

Hình 3.10: Danh sách lát cắt của lưới điện 7 nút trên max-flow

Danh sách các đường cắt từ chương trình cho thấy rằng lát cắt cực tiểu (Fmin = 895) đi qua nhánh 1-2 và 1-3, xác định đây là tập hợp nhánh xung yếu nhất trong lưới điện Những nhánh này có khả năng gây nghẽn mạch hệ thống, được tính toán bằng chương trình max-flow Vấn đề quá tải và nghẽn mạch chủ yếu tập trung vào các nhánh truyền tải này.

Hình 3.11 Phân bố công suất bằng Powerworld

Mô phỏng phân bố công suất bằng phần mềm Powerworld cho thấy nhánh 1-2 đang hoạt động quá tải 8% (108% công suất truyền tải), trong khi nhánh 1-3 không bị quá tải Kết hợp kết quả từ chương trình Max-flow và Powerworld, cùng với các phân tích trước đó, đã xác định vị trí tối ưu để lắp đặt TCSC là trên nhánh 1-3.

Sau khi lắp đặt TCSC trên nhánh 13 với giá trị cài đặt điện kháng X TCSC = -0.3*X line1-5 = -0.072, công suất truyền tải trên nhánh 1-3 đã tăng lên 92%, trong khi đó nhánh 1-2 giảm công suất xuống 15%, trở về hoạt động với 93% công suất như hình 3.12.

Hình 3.12 Phân bố công suất bằng Powerworld khi lắp TCSC trên nhánh 1-3

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG CỦA TCSC ĐỂ ĐẢM BẢO

Giới thiệu

Với sự phát triển của thị trường điện và cấu trúc mạng phức tạp, các nhà vận hành hệ thống điện đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc đảm bảo hiệu quả kinh tế và an ninh Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình vận hành, đòi hỏi sự chú ý và giải pháp thích hợp.

 Việc nâng cấp hệ thống truyền tải không theo kịp sự tăng tải

 Việc tạo ra thị trường điện đã dẫn đến một số lượng giao dịch đáng kể năng lượng điện cần được truyền qua khoảng cách xa

Sự gia tăng công suất không nằm trong kế hoạch phát do cạnh tranh giữa các nhà máy đã làm giảm mức độ an ninh hệ thống, khiến an ninh trở thành vấn đề quan trọng trong vận hành thị trường điện Trong các thị trường điện, an ninh được đo lường qua mức độ nghẽn mạch, xảy ra khi công suất truyền tải vượt quá khả năng của đường dây Nghẽn mạch ảnh hưởng trực tiếp đến hợp đồng giao dịch và giá điện, dẫn đến sự khai thác hệ thống không hiệu quả, làm cho giá cả tại một số vùng tăng lên trong khi các vùng khác giảm Điều này đã làm méo dạng thị trường điện Thị trường và điều kiện vận hành sẽ cải thiện nếu an ninh hệ thống và kinh tế được tính toán tốt hơn Giải quyết vấn đề này được gọi là bài toán ràng buộc an ninh phân bố công suất tối ưu (SCOPF).

SCOPF là một phương pháp mở rộng từ bài toán phân bố công suất tối ưu, được sử dụng để điều độ kinh tế hệ thống điện Phương pháp này không chỉ xem xét các giới hạn vận hành trong điều kiện bình thường mà còn đánh giá các vi phạm có thể xảy ra trong các tình huống vận hành ngẫu nhiên SCOPF điều chỉnh điểm vận hành của hệ thống trước khi xảy ra sự cố, nhằm tối ưu hóa tổng chi phí vận hành và đảm bảo rằng không có giới hạn an ninh nào bị vi phạm trong trường hợp sự cố xảy ra.

LV THẠC SĨ KT NÂNG CAO đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc tính toán SCOPF, nhưng hy vọng rằng nó sẽ sớm trở thành một công cụ tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp điện.

Các nghiên cứu về lý thuyết trong vận hành hệ thống điện thường dựa trên tiêu chuẩn an ninh (n-1) Khi hệ thống điện trở nên phức tạp và tải nặng hơn, các sự cố ngoài ý muốn có thể gây ra quá tải, dẫn đến mất ổn định Việc điều độ lại máy phát và chia tải để giảm bớt quá tải là rất quan trọng, nhưng có thể không được chấp nhận bởi nhà cung cấp và khách hàng Sử dụng thiết bị điều khiển công suất linh hoạt là một giải pháp khả thi để cải thiện tình hình này.

Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) đang được chú trọng nhằm nâng cao khả năng truyền tải và giảm thiểu tình trạng nghẽn mạch với chi phí tối ưu Tuy nhiên, hiệu quả điều khiển của thiết bị FACTS cho các mục đích khác nhau chủ yếu phụ thuộc vào vị trí lắp đặt của chúng.

Người vận hành cần xác định vị trí lắp đặt thiết bị FACTS để đạt hiệu quả tối ưu trong hệ thống truyền tải Việc xác định nút cổ chai là rất quan trọng, giúp giảm không gian tìm kiếm và số lượng thiết bị cần lắp đặt Nút cổ chai ảnh hưởng trực tiếp đến tổng chi phí, hạn chế công suất phát của các nhà máy chi phí thấp và buộc phải điều động công suất từ các nhà máy chi phí cao Lắp đặt thiết bị FACTS một cách hợp lý có thể phân bố lại dòng công suất, từ đó giải quyết vấn đề hiệu quả Nhiều thuật toán đã được đề xuất nhằm nâng cao an ninh tĩnh thông qua tối ưu hóa vị trí của thiết bị FACTS trong hệ thống.

Nghiên cứu này tập trung vào TCSC, một thiết bị hiệu quả trong hệ thống FACTS, nhằm nâng cao an ninh cho bài toán phân bố công suất tối ưu Chúng tôi đã khảo sát việc sử dụng TCSC trong các tình huống quá tải (n_0) và (n_1) bằng cách mở một trong những đường dây quan trọng, từ đó đánh giá ảnh hưởng của việc mở đường dây đến các đường dây còn lại Khi xảy ra nghẽn mạch, chúng tôi sẽ điều chỉnh dung lượng của TCSC để đạt được tổng chi phí vận hành tối thiểu cho hệ thống.

LV THẠC SĨ KT NÂNG CAO đảm bảo không xảy ra quá tải trong trường hợp ngẫu nhiên, nhằm tăng cường an ninh cho bài toán phân bố công suất tối ưu Để xác định vị trí tốt nhất cho TCSC, phương pháp mặt cắt tối thiểu được đề xuất, giúp xác định vị trí yếu nhất của hệ thống và nâng cao hiệu quả vận hành Phương pháp này giảm đáng kể số nhánh cần khảo sát để xác định vị trí TCSC Lưu đồ xác định vị trí TCSC nhằm nâng cao an ninh trong phân bố công suất tối ưu được trình bày trong Hình 4.2.

Mô hình tĩnh của TCSC

TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) trong mạng điện hoạt động như một điện kháng điều khiển, giúp giảm tổng trở nối tiếp bằng cách giảm điện kháng của đường dây truyền tải Điều này dẫn đến việc tăng cường công suất truyền tải Trong nghiên cứu này, TCSC được mô phỏng như một tụ điện, với mô hình mạng điện có TCSC được thể hiện trong Hình 4.1 Dưới trạng thái tĩnh, TCSC có thể được xem như một điện kháng –jX TCSC.

Bus i Bus j r ij  jx ij jB sh jB sh jx TCSC

Hình 4.1 Mô hình hóa đường dây truyền tải có TCSC

TCSC được tích hợp vào bài toán OPF thông qua việc điều chỉnh các thông số của đường dây Dung lượng bù tối đa của TCSC được giới hạn ở mức 70% điện kháng của đường dây chưa bù, nơi mà TCSC được lắp đặt Một điện kháng mới của đường dây đã được xác định.

XNew = (1 - K)Xij, trong đó L = XTCSC/Xij thể hiện mức độ bù nối tiếp, và Xij là điện kháng của đường dây ij Phương trình dòng công suất của đường dây với điện kháng mới được xác định như sau:

2 i j  ij  ij i G ij V V G ij Bij

2 i j  ij  ij i Bij V V Gij Bij

2 j G ij V i V j ( G ij  ij Bij  ij

2 j Bij V i V j Gij  ij Bij  ij

Mục tiêu của bài toán phân bố công suất tối ưu (OPF)

Mục tiêu chính của bài toán phân bố công suất tối ưu (OPF) là tối thiểu hóa chi phí vận hành trong khi đảm bảo ổn định hệ thống Chi phí vận hành chủ yếu phụ thuộc vào hàm chi phí của máy phát, trong khi việc duy trì ổn định hệ thống yêu cầu các thiết bị hoạt động trong giới hạn bình thường, bao gồm công suất cực đại và cực tiểu của máy phát, công suất truyền cực đại của dây dẫn và máy biến áp, cũng như điện áp phải nằm trong giới hạn cho phép Để đạt được những mục tiêu này, OPF sẽ điều khiển tất cả các hàm ổn định của hệ thống, bao gồm việc kiểm soát công suất tác dụng và điện áp phát của máy phát, cũng như điều chỉnh tỉ số biến áp, độ lệch pha của máy biến áp, và các thiết bị điều khiển dòng xoay chiều linh hoạt khác trong hệ thống truyền tải.

Mục tiêu của OPF là cực tiểu chi phí vận hành Hàm chi phí thường dùng cho máy phát là hàm bậc hai [16-17]

P Gi là công suất phát ra (MW) từ máy phát thứ i Hàm mục tiêu cho toàn bộ hệ thống có thể được biểu diễn dưới dạng tổng hàm chi phí bậc hai của từng máy phát.

LV THẠC SĨ KT NÂNG CAO a Ràng buộc cân bằng

Ràng buộc cân bằng của OPF phản ánh tính vật lý của hệ thống điện, được xác định qua sự cân bằng dòng công suất Cụ thể, tổng công suất tác dụng và phản kháng tại một nút trong hệ thống phải bằng không.

Trong đó: P k là công suất tác dụng bơm vào nút k

Q k là công suất phản kháng bơm vào nút k b Ràng buộc không cân bằng

Ràng buộc không cân bằng trong OPF phản ánh giới hạn vật lý của thiết bị trong hệ thống, đồng thời đảm bảo sự ổn định cho hệ thống Những giới hạn này bao gồm máy phát, máy biến áp (MBA), đầu phân áp MBA và MBA dịch pha.

Máy phát có giá trị công suất đầu ra max và min, khi đó ràng buộc được thêm vào là:

PGi min PGi PGi max

Đầu phân áp MBA có các đầu ra tối đa và tối thiểu, trong khi MBA dịch pha cung cấp các giá trị góc pha tối đa và tối thiểu Do đó, các ràng buộc không cân bằng được thiết lập như sau: t kmmin ≤ t km ≤ t kmmax.

Trong việc bảo đảm an ninh cho hệ thống, các giới hạn của đường dây và MBA được thiết lập để duy trì ổn định cho hệ thống Những giới hạn này có thể do nhiệt độ của dây dẫn quy định hoặc được tạo ra để đảm bảo tính ổn định Mặc dù việc xác định các giới hạn này không được đề cập chi tiết, nhưng chúng được coi là đã biết trước Để đơn giản hóa, ràng buộc được sử dụng cho OPF là bình phương giới hạn của đường dây và MBA.

Để đảm bảo an ninh hệ thống, điện áp tại các thanh cái cần tuân thủ các giá trị biên độ tối đa và tối thiểu Những giá trị này sẽ được tích hợp vào hàm ràng buộc không cân bằng.

4.3.2 Ứng dụng Matpower để giải bài toán phân bố công suất tối ưu

Matpower được Ray Zimmerman and Deqiang Gan thuộc trung tâm nghiên cứu kỹ thuật điện (PSERC) thuộc trường đại học Cornell phát triển từ chương trình của Robert Thomas

Xác định nút cổ chai bằng phương pháp mặt cắt tối thiểu

Nhánh k = 1 Lắp đặt TCSC trên nhánh k i = n i = i + 1

OPF trong điều kiện bình thường, bỏ qua giới hạn đường dây Xác định tổng chi phí vận hành = TC 1

Loại bỏ nhánh nghẽn mạch

Xác định giá trị cài đặt tối ưu của TCSC

Xác định nhánh gần kề

OPF trong điều kiện bình thường và có TCSC Xác định tổng chi phí vận hành = TC2 Cài đặt mức độ bù ban đầu (L= 1%)

OPF trong trường hợp đứt dây và có TCSC

Xác định tổng chi phí vận hành = TC 3

Xác định giá trị cài đặt tối ưu của TCSC

, i=1, i là dây bị đứt N={n là nhánh mà có ảnh hưởng lớn đối với các đường dây còn lại }

Nhánh gần kề cuối cùng trong mặt cắt tối thiểu k = k + 1

Hoặc (X TCSC ≥ 70%X ij ) Hoặc (X TCSC < 70%X ij và TC 3 ) hội tụ

Hoặc (X TCSC ≥ 70%X ij ) Hoặc (X TCSC < 70%X ij và TC 2 ) hội tụ

Hình 4.2 Lưu đồ xác định vị trí và dung lượng của TCSC để nâng cao an ninh trong thị trường điện

Matpower là bộ công cụ gồm các file m, thiết kế để giải quyết bài toán phân bố công suất tối ưu Với vai trò là một công cụ mô phỏng trong nghiên cứu và giáo dục, Matpower được xây dựng trên nền tảng Matlab, giúp người dùng dễ dàng sử dụng và điều chỉnh.

- Biễu diễn hệ thống trong Matpower

Dữ liệu hệ thống được lưu trữ trong các “case” file, mỗi file đảm nhận việc tính toán cho một hệ thống cụ thể Mỗi “case” file bao gồm bốn ma trận riêng biệt, trong đó ma trận đầu tiên lưu trữ dữ liệu nút của hệ thống Mỗi hàng trong ma trận này đại diện cho một nút khác nhau, trong khi mỗi cột thể hiện các thuộc tính khác nhau của từng nút.

Ma trận thứ hai là ma trận dữ liệu máy phát Mỗi một nút là một loại nút

PQ hoặc là nút PV…, toàn bộ các loại nút đều nằm trong ma trận này

Ma trận thứ ba, gọi là ma trận dữ liệu nhánh, lưu trữ thông tin chi tiết cho từng nhánh trong hệ thống Thông số quan trọng nhất trong ma trận này bao gồm r, x và b của đường dây Ngoài ra, ma trận này cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định máy biến áp.

Ma trận thứ tư và thứ năm trong Matpower chứa dữ liệu về vùng và chi phí máy phát, được sử dụng để tính toán phân bố công suất tối ưu Việc này giúp xác định tổng chi phí vận hành của hệ thống điện.

- Một số file.m trong Matpower

Chương trình Runopf tối ưu hóa phân bố công suất dựa trên số liệu đầu vào, cung cấp các giá trị công suất tác dụng, công suất phản kháng, điện áp và góc pha của điện áp được lưu trữ trong ma trận Ngoài ra, chương trình còn hiển thị giá trị hàm mục tiêu, thời gian thực hiện và thông tin về khả năng hội tự của chương trình.

Hằng số idx_brch được định nghĩa cho ma trận nhánh, trong đó hàm "idx_brch" trả về các giá trị quan trọng như f_bus, t_bus, br_r, br_x, br_b, rate_a, rate_b, rate_c, tap, shift và br_status.

Hằng số "idx_bus" được định nghĩa để đại diện cho ma trận nút trong hệ thống điện Hàm "idx_bus" trả về các giá trị quan trọng như pq, pv, ref, none, bus_i, bus_type, pd, qd, gs, bs, vm, va, base_kv, vmax và vmin, lam_p, lam_q Những giá trị này đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích và quản lý hệ thống điện.

- idx_cost: định nghĩa hằng số cho ma trận chi phí Hàm “idx_cost” trả về các giá trị: pq_linear, polynomial, model, startup, shutdown, ncost, cost

Hàm "idx_gen" định nghĩa các hằng số cho ma trận máy phát, trả về các giá trị quan trọng như gen_bus, pg, qg, qmax, qmin, vg, mbase, gen_status, pmax, pmin, mu_pmax, mu_pmin, mu_qmax, mu_qmin, pc1, pc2, qc1min, qc1max, qc2min, qc2max, ramp_agc, ramp_10, ramp_30, ramp_q và apf.

- MackeSbus: Xây dựng vecto ma trận phức Sbus=makeSbus(baseMVA, bus, gen) công suất được biễu diễn trong đơn vị tương đối

- MackeYbus: Xây dựng vecto ma trận tổng dẫn nút và tổng dẫn nhánh [Ybus,

Yf, Yt]=makeYbus(baseMVA, bus, branch) công suất được biễu diễn trong đơn vị tương đối.

Mô phỏng trên hệ thống IEEE

Việc xác định vị trí của TCSC bằng phương pháp đề nghị nhằm giải quyết bài toán SCOPF đã được thực hiện trên hệ thống IEEE-6 nút và IEEE-30 nút Để thực hiện phân bố công suất tối ưu mà không xét đến giới hạn đường dây, gói phần mềm MATPOWER 4.0 đã được sử dụng.

Hệ thống 6 nút có 11 đường dây, tổng tải hệ thống là 210MW, mạng điện và dữ liệu tải có thể tham khảo trong [21]

Hình 4.3 Sơ đồ mạng điện IEEE 6 nút

- OPF trong trường hợp bình thường Để đánh giá sự ảnh hưởng của TCSC, ba trường hợp sau đây sẽ được khảo sát

Trường hợp 1: OPF không có TCSC và bỏ qua giới hạn đường dây

Trường hợp 2: OPF không có TCSC

Trường hợp 3: OPF có TCSC

Bảng 4.1: Kết quả tối ưu hóa của hệ thống 6-nút

Tổng chi phí vận hành 3126.36 ($/h) 3143.97 ($/h)

Bảng 4.2: Phân bố công suất tối ưu của hệ thống 6-nút dây i-j Giới hạn MVA TH - 1 TH -3 (L%%) TCSC tại dây 1- 4

Dựa trên kết quả OPF trong Bảng 4.1 (cột 2), có thể nhận thấy rằng tổng chi phí vận hành đạt được khi TCSC chưa được lắp đặt và không tính đến giới hạn đường dây (TH1).

Chi phí tối ưu cho LV THẠC SĨ KT NÂNG CAO là 3126.36 $/h, nhưng thực tế công suất đã vượt quá giới hạn đường dây 2-4, dẫn đến nghẽn mạch truyền tải Mạng điện không thể hoạt động an toàn trong tình trạng này, nhưng quá tải đã được giải quyết thông qua giải pháp OPF với giới hạn đường dây, mặc dù điều này làm tăng chi phí vận hành lên 3143.97 $/h Để duy trì chi phí tối thiểu và đảm bảo an ninh, việc lắp đặt TCSC tại vị trí phù hợp có thể giảm quá tải trên đường dây 2-4 và tăng tải cho các đường dây gần kề Lắp đặt TCSC ở những đường dây gần với đường dây quá tải giúp cân bằng công suất, điều chỉnh dòng điện qua các đường dây không bị quá tải, từ đó loại bỏ nghẽn mạch và cung cấp điện với chi phí thấp cho khách hàng.

Bảng 4.3: Mặt cắt tối thiểu của hệ thống 6-nút

Bảng 4.4: Kết quả tối ưu hóa của hệ thống 6-nút khi có TCSC

TH-3 OPF có TCSC tại dây1-4

OPF có TCSC tại dây 2-6 (L&%)

Tổng chi phí vận hành 3126.37 ($/h) 3140.25 ($/h) dây Mặt cắt tối thiểu Dây được xem xét để lắp đặt TCSC

Bảng 4.5: Kết quả tối ưu hóa được tính cho các vị trí khác nhau của TCSC

Nhánh 1-4 và 2-6 nằm trong mặt cắt tối thiểu và gần kề nhánh bị quá tải 2-4, do đó TCSC có thể lắp đặt tại một trong hai nhánh này Dựa trên Bảng 4.4, dây 1-4 là vị trí tối ưu để lắp đặt TCSC nhờ vào tổng chi phí vận hành thấp nhất Mức độ bù nối tiếp cần thiết để cải thiện SCOPF là 25% Kết quả dòng công suất sau khi lắp đặt TCSC tại nhánh 1-4 cho thấy nghẽn mạch đã được loại bỏ, với công suất truyền tải của đường dây 2-4 giảm xuống 99.03% so với 107.11% Ngược lại, công suất truyền tải của nhánh 1-4 tăng lên 69.06%, cao hơn so với trường hợp TH1 (59.18%) TCSC đã giảm điện kháng của đường dây 1-4 từ 0.2p.u xuống 0.15p.u, dẫn đến sự gia tăng dòng công suất trên đường dây này.

Từ Bảng 4.4, tổng chi phí vận hành trong TH3 giảm xuống còn 3126.37$/hr mà không xảy ra nghẽn mạch như TH1 Bảng 4.5 được xây dựng để xác định vị trí lắp đặt TCSC, trong đó dây 1-4 là vị trí tối ưu So sánh giữa Bảng 4.5 và Bảng 3 cho thấy nhánh trong mặt cắt tối thiểu là vị trí hợp lý để thay thế TCSC nhằm đạt được tổng chi phí vận hành tối thiểu Phương pháp đề xuất cũng xác định được vị trí tốt nhất để thay thế TCSC, tương đồng với kết quả trong tài liệu [19].

Vị trí của TCSC Tổng chi phí vận hành ($/h)

LV THẠC SĨ KT NÂNG CAO nhiên, số nhánh cần được khảo sát để xác định vị trí của TCSC đã được giảm từ

11 nhánh xuống còn 2 nhánh trong mặt cắt tối thiểu như chỉ ra trong Bảng 4.3 Kết quả này ít hơn so với [19]

- OPF trong trường hợp ngẫu nhiên

Trong hệ thống điện, khi một đường dây bị cô lập, dòng công suất sẽ được phân bổ sang các đường dây khác, dẫn đến nguy cơ quá tải Trong số 11 đường dây của hệ thống 6 nút, việc lựa chọn 3 đường dây quan trọng có ảnh hưởng lớn đến các đường dây còn lại là cần thiết để khảo sát các trường hợp ngẫu nhiên.

Bảng 4.6: Phân bố công suất tối ưu của hệ thống 6-nút khi dây 1-5, 2-3 và 4-5 bị đứt

Line i-j MVA Limit Outage of line

Bảng 4.7: Kết quả tối ưu hóa với TCSC tại dây 1-4 khi dây 1-5, 2-3 và 4-5 bị đứt

Tổng chi phí vận hành ($/h) 3144.67 3126.41 3127.52

Bảng 4.8: Kết quả tối ưu hóa với TCSC tại dây 2-6 khi dây 1-5, 2-3 và 4-5 bị đứt

Tổng chi phí vận hành ($/h) 3188.66 3137.38 3159.49

Bảng 4.9: Công suất nhánh cho các trường hợp đứt dây khi có TCSC tại dây 1-4

Dây i-j Giới Hạn MVA Dây bị đứt

Theo Bảng 4.6, đường dây 2-4 thường xuyên bị quá tải Việc lắp đặt TCSC tại dây 1-4 và 2-6 được trình bày trong Bảng 4.7 và Bảng 4.8 Kết quả từ hai bảng này cho thấy tổng chi phí vận hành khi TCSC được lắp đặt tại đường dây 1-4 thấp hơn so với dây 2-6 Vì vậy, dây 1-4 là vị trí tối ưu để lắp đặt TCSC nhằm đạt được SCOPF trong điều kiện vận hành bình thường.

Việc lắp đặt TCSC tại dây 1-4 đã giúp loại bỏ tình trạng quá tải trên các đường dây 2-4, 2-5 và 3-6, như được thể hiện trong Bảng 4.9.

Hệ thống IEEE-30 nút có 41 đuờng dây Tổng tải của hệ thống là 210MW, mạng điện và dữ liệu tải có thể tham khảo trong [21]

Hình 4.4 Sơ đồ hệ thống IEEE-30 Nút

Bảng 4.10: Kết quả tối ưu hóa của hệ thống IEEE-30 nút

TH – 3 TCSC tại dây 8–28 (L = 60%) TCSC tại dây 10-22 (L = 46.66%)

Tổng chi phí vận hành

Bảng 4.11: Dòng công suất của hệ thống IEEE -30 khi có TCSC dây i-j Giới hạn MVA TH-1 TH-3/ TCSC tại dây 8–28

- Không quá tải Không có quá tải

Theo Bảng 4.10, tổng chi phí vận hành trong trường hợp 1 thấp hơn so với trường hợp 2 Tuy nhiên, nghẽn mạch xảy ra tại các đường dây 6-8 và 21-22 như được chỉ ra trong Bảng 4.11 Giải quyết OPF trong trường hợp này là tối ưu nhưng không đảm bảo an ninh Việc thay thế TCSC tại vị trí nằm trong mặt cắt tối thiểu có thể giúp loại bỏ quá tải trên các đường dây 6-8 và 21-22.

Bảng 4.12: Mặt cắt tối thiểu của hệ thống IEEE -30

Dây Mặt cắt tối thiểu Dây được xem xét lắp đặt TCSC

Từ Bảng 4.12 có thể thấy rằng, mặt cắt tối thiểu đi qua tập đường dây (27-30, 27-

29, 6-8, 8-28, 21-22, 13-22, 25-27 và 10-22) Trong đó dây 8-28 and 10-22 là các đường dây gần kề với đường dây quá tải 6-8 và 21-22 tương ứng Do đó, dây 8-

Kết quả thay thế TCSC cho các đường dây 28 và 10-22 cho thấy mức độ bù nối tiếp cải thiện SCOPF đạt 60% và 46.66% Theo Bảng 4.11, nghẽn mạch đã được loại bỏ, với công suất truyền tải trên đường dây 6-8 giảm từ 111.53% xuống 98.81% và dây 21-22 giảm từ 109.09% xuống 99.84% Ngược lại, nhánh 8-28 và 10-22 đã tăng công suất lần lượt lên 30.68% và 46.28%, cao hơn nhiều so với TH1 TCSC cũng đã giảm điện kháng của đường dây 8-28 và 10-22 từ 0.2p.u xuống 0.08p.u và từ 0.15p.u xuống 0.08p.u, dẫn đến tăng dòng công suất Bảng 4.10 cho thấy tổng chi phí vận hành trong TH3 giảm 5.30% và không xảy ra nghẽn mạch như trong TH1.

Bảng 4.13: Dòng công suất của hệ thống IEEE -30 trong trường hợp đứt dây

Dây i-j Giới hạn MVA Dây bị đứt

Theo Bảng 4.13, đường dây 6-8 và 21-22 thường xuyên bị quá tải, ngoại trừ trường hợp đường dây 21-10 bị đứt Khi dây 21-10 bị đứt, chỉ có đường dây 6-8 gặp tình trạng quá tải Tuy nhiên, tình trạng quá tải này đã được khắc phục nhờ việc thay thế TCSC tại các đường dây 8-28 và 10-22 Bảng 4.14 cho thấy sự quá tải vẫn tiếp diễn.

LV THẠC SĨ KT NÂNG CAO đã loại bỏ sự cố đứt đường dây bằng cách thay thế TCSC tại dây 8-28 và 10-22 Kết quả từ việc giải quyết SCOPF cho thấy TCSC được lắp đặt tại dây 8-28 và 10-22 đã giúp xử lý các tình huống đứt đường dây 1-2, 2-6, 2-4, 20-10 và 4-6, như được trình bày trong Bảng 4.15.

Bảng 4.14: Dòng công suất của hệ thống IEEE -30 trong trường hợp đứt dây khi

TCSC tại 8-28 và 10-22 Dây i-j Giới hạn

Bảng 4.15: Kết quả tối ưu hóa của hệ thống IEEE-30 nút khi TCSC tại dây 8-28 và 10-22 trong các trường hợp đứt dây

TCSC tại dây 8-28 LU% LU% LP% LP% LU%

Tổng chi phí vận hành

Phân tích cho thấy phương pháp đề xuất có khả năng xác định vị trí tối ưu để lắp đặt TCSC trong cả điều kiện vận hành bình thường và ngẫu nhiên Việc thay thế TCSC tại các nút cổ chai của hệ thống không chỉ cải thiện kết quả trong phần OPF mà còn giúp giảm thiểu tình trạng quá tải trong các tình huống ngẫu nhiên, từ đó nâng cao an ninh tĩnh của hệ thống.

Tiêu đề	Xác định vị trí và dung lượng của TCSC để đảm bảo an ninh trong thị trường điện
Tác giả	Võ Đức Như
Người hướng dẫn	PGS. TS. Trương Việt Anh
Trường học	Trường Đại Học Công Nghệ TP. HCM
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2016
Thành phố	TP. HỒ CHÍ MINH

Định dạng
Số trang	77
Dung lượng	2,33 MB