XÁC ĐỊNH vị TRÍ và DUNG LƯỢNG hợp lý của TCSC để CHỐNG NGHẼN MẠCH TRÊN ĐƯỜNG dây TRUYỀN tải

i i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM TÔ VĂN TRỰC XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG HỢP LÝ CỦA TCSC ĐỂ CHỐNG NGHẼN MẠCH TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN MÃ SỐ : 60 52 50 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRƯƠNG VIỆT ANH TP. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012 ii CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : Cán bộ phản biện 1: Cán bộ phản biện 2: TS. Trương Việt Anh TS. Võ Viết Cường TS. Nguyễn Viễn Quốc Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM ngày 14 tháng 07 năm 2012. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. TS. Nguyễn Thanh Phương 2. TS. Võ Viết Cường 3. TS. Nguyễn Viễn Quốc 4. PGS. TS. Trần Thu Hà 5. TS. Võ Hoàng Duy Chủ tịch Hội đồng Phản biện 1 Phản biện 2 Uỷ Viên Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa. Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn Khoa quản lý chuyên ngành iii TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng… năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Tô Văn Trực Ngày, tháng, năm sinh: 10/11/1974 Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện Giới tính: Nam. Nơi sinh: Bình Định MSHV:1081031054 I. II. - - - - TÊN ĐỀ TÀI: Xác định vị trí và dung lượng hợp lý của TCSC để chống nghẽn mạch trên đường dây truyền tải. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Xác định vị trí và dung lượng hợp lý của TCSC để chống nghẽn mạch trên đường dây truyền tải. Xây dựng giải thuật xác định mặt cắt tối thiểu trên graph của hệ thống điện. Xây dựng giải thuật xác định vị trí và dung lượng TCSC trên lưới điện. Ứng dụng thực tế và so sánh với một số công trình nghiên cứu về OPF. III. IV. V. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Cán bộ hướng dẫn TS. Trương Việt Anh ngày 15 tháng 09 năm 2011. ngày 15 tháng 06 năm 2012. TS. Trương Việt Anh Khoa quản lý chuyên ngành iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng luận văn với nội dung “Xác định vị trí và dung lượng hợp lý của TCSC để chống nghẽn mạch trên đường dây truyền tải” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của TS. Trương Việt Anh. Các số liệu, kết quả mô phỏng nêu trong luận văn là trung thực, có nguồn trích dẫn và chưa được công bố trong các công trình nghiên cứu khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2012 Người thực hiện luận văn Tô Văn Trực v LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ đúng thời hạn, bên cạnh sự cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý thầy cô, cũng như sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS. Trương Việt Anh và gia đình đã hết lòng giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý thầy cô Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập nghiên cứu tại trường. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, những người đã không ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến các anh chị và các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn một cách hoàn chỉnh. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2012 Người thực hiện luận văn Tô Văn Trực vi TÓM TẮT Những hệ thống điện hiện hữu luôn tồn tại các nhánh xung yếu nhất có khả năng dẫn đến quá tải thường xuyên. Khi mạng lưới truyền tải điện bị nghẽn mạch đó là một trong những nguyên nhân đẩy giá thành sản xuất và bán điện tăng cao. Bằng nhiều giải pháp, các nhà cung cấp điện luôn tìm cách giảm chi phí sản xuất điện năng khi bị sự cố quá tải về gần với chi phí lúc bình thường. Một trong những giải pháp được đề cập trong nội dung nghiên cứu “ Xác định vị trí và dung lượng hợp lý của TCSC để chống nghẽn mạch trên đường dây truyền tải ” là ứng dụng tính hiệu quả của TCSC trong điều khiển dòng công suất trên lưới để chống quá tải. Để giải quyết bài toán đặt ra, nội dung nghiên cứu được trình bày trong sáu chương. Nghiên cứu lý thuyết mặt cắt tối thiểu, ứng dụng giải thuật max-flow và Powerworld để xác định tập hợp những nhánh yếu nhất của hệ thống điện mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới cho bài toán chống quá tải. Nội dung nghiên cứu cũng chỉ ra rằng: vấn đề trọng tâm của bài toán chống quá tải là làm sao xác định được điểm thường xuyên bị quá tải và xác định vị trí, dung lượng hợp lý đặt TCSC để chống nghẽn mạch hiệu quả trên hệ thống điện. Tính hiệu quả và khả năng ứng dụng của giải pháp đã đề xuất được kiểm chứng trên các hệ thống điện ba nút, bảy nút, mười bốn nút của IEEE và lưới điện đồng bằng Sông Cửu Long 9 nút. Những kết quả rút ra từ các lưới điện trên cho thấy khả năng khoanh vùng, tìm kiếm tập hợp nhánh xung yếu nhất, xác định vị trí và dung lượng của TCSC trong hệ thống điện nhanh chóng, chính xác, hiệu quả đem lại lợi ích kinh tế cao trong truyền tải hệ thống điện. vii ABSTRACT The existing electrical systems always existing the weakest branches can lead to overload regularly. When the power transmission network will be congestion, that is the reason of price of electricity production and of selling electricity to rise. In many solutions, the power suppliers always look for ways to reduce production costs at power problems same to at normal. One of the solutions mentioned in the contents of this research is an effective application of TCSC (Thyristor Controlled Seriers Capacitor) to control of power flow on the grid to against overload. To solve this problem, content of the research is presented in six chapters. Research of minimun cut-set theory, Powerworld and max-flow algorithms application to determine the set of the electrical system's weakest branches opens many new ways of research against overload. The content of the research also indicates that: the key matter of the effectively anti-overload problem is how to discover the frequently overload points and to specify the suitable location and capacity to put TCSC. The effectiveness and applibility of the solutions proposed were verified on the power system with three buses, seven ones and fourteen ones of IEEE and the electricity network with nine ones of Mekong River Delta. The results drawn from the above networks are that the ability to localize, to search the set of the weakest branches of power system, and to specify the suitable location and capacity of TCSC in the power system quickly, exactly and effectively brings high economic profic in the transmission of the electricity system. viii MỤC LỤC Lời cam đoan iv Lời cảm ơn v Tóm tắt vi Abstract vii Chương 1: Giới thiệu 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 2 1.3 Phạm vi nghiên cứu 3 1.4 Các bước tiến hành 3 1.5 Điểm mới của luận văn 3 1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn 3 1.7 Nội dung của luận văn 3 1.8 Tài liệu tham khảo 4 Chương 2: Tổng quan 5 2.1 Nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện 5 2.2 Các công trình nghiên cứu trước đây 7 2.2.1 Điều độ kế hoạch nguồn phát điện 7 2.2.2 Điều độ tải 8 2.2.3 Mở rộng đường dây truyền tải 9 2.3 Các loại thiết bị Facts 11 2.3.1 SVC (Static Var Compensator) 11 2.3.2 STATCOM (Static Synchronous Compensator) 13 2.3.3 UPFC (Unified Power Flow Controlled) 15 2.3.4 TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) 15 2.4 Đề xuất phương án sử dụng TCSC 18 ix 2.4.1 Giải quyết để hết quá tải khi tăng tải 18 2.4.2 Nhận xét 21 2.5 Nhận xét và đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu 22 2.5.1 Nhận xét 22 2.5.2 Đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu 24 2.5.2.1 Giới thiệu 24 2.5.2.2 Lý thuyết về mặt cắt tối thiểu dòng công suất cực đại 26 2.6 Ứng dụng trong hệ thống điện 27 2.7 Nhận xét chung 32 Chương 3: Cơ sở lý thuyết 33 3.1 Bài toán nâng cao khả năng tải dùng TCSC 33 3.2 Phân bố công suất tối ưu giữa các nhà máy điện 34 3.3 Sử dụng thuật toán Min-cut để xác định những nhánh ứng viên đặt TCSC 37 3.4 Xác định nhánh đặt TCSC để giảm giá thành TCSC 41 3.5 Phát biểu luật đặt TCSC 42 3.6 Lưu đồ xác định vị trí và dung lượng TCSC 43 Chương 4: Mô phỏng ứng dụng 44 4.1 Sơ đồ lưới điện 3 thanh cái 44 4.2 Sơ đồ lưới điện 7 thanh cái 55 4.3 Khảo sát lưới điện 14 thanh cái 71 Chương 5: Khảo sát trên hệ thống điện Việt Nam 72 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài 105 6.1 Kết luận 105 6.2 Hướng phát triển đề tài 106 Tài liệu tham khảo 108 Phụ lục 110 [...]... của các công trình nghiên cứu trước đây 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn • Mục tiêu Xác định vị trí và dung lượng hợp lý Của TCSC để chống nghẽn mạch trên đường dây • Nhiệm vụ - Xây dựng giải thuật xác định mặt cắt tối thiểu trên graph của hệ thống điện 1.3 Xây dựng giải thuật xác định vị trí và dung lượng TCSC trên lưới điện Ứng dụng thực tế và so sánh với một số công trình nghiên cứu về OPF Phạm... ưu nhất Qua các kết quả của các công trình nghiên cứu trước đây đã đạt được, đề tài Xác định vị trí và dung lượng hợp lý của TCSC để chống nghẽn mạch trên đường dây truyền tải với mục đích xây dựng giải thuật xác định vị trí tối ưu của TCSC bằng phương pháp mặt cắt tối thiểu, để nâng cao khả năng truyền tải từ đó giảm được chi phí sản xuất điện năng và hạn chế nhược điểm của các công trình nghiên... năng tải trên đường dây Do đó các công trình nghiên cứu trước đây cũng đã đưa ra nhiều giải pháp để xác định vị trí đặt TCSC trên mạng điện bằng các giải pháp như sử dụng thuật toán di truyền nhằm xác định được vị trí tối ưu và giải pháp xác định dựa vào đánh giá độ nhạy hệ thống… Các phương pháp này thường rắc rối, phức tạp và phải mất nhiều thời gian để chạy phân bố công suất mới tìm được vị trí tối... 100MVA và công suất tác dụng tải là 120MW Có một sự quá tải truyền tải trong đường dây truyền tải để đáp ứng tải Nghẽn mạch có thể được giảm bớt bằng cách cắt giảm phần tải nào đó Trong Hình 2.1b, tải được cắt giảm từ 120MW xuống 100MW và nghẽn mạch được loại bỏ Điều độ tải là phương pháp điều khiển nghẽn mạch hiệu quả Tuy nhiên phương pháp này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: khả năng chuyển tải, ... kháng truyền từ nút i đến nút j δij= δi-δj và gij, bij là điện dẫn và dung dẫn trên nhánh đường dây i-j (2.15) rij gij = 2 (2.16) −xij bij = 2 Trong đó: rij, xij là điện trở và điện kháng trên nhánh đường dây i-j gij/2 jbij/2 gij/2 jbij/2 Hình 2.10: Mô hình đường dây truyền tải có lắp đặt TCSC jbij/2 gij/2 jbij/2 gij/2 Hình 2.11: Đơn giản hoá mô hình TCSC trên nhánh i-j Mô hình đường dây truyền tải có TCSC. .. bao quát là chi phí biên của nghẽn mạch này sẽ không cao hơn chi phí biên của giảm nghẽn mạch 10 thông qua sự đầu tư về mở rộng khả năng truyền tải Mặt khác, các chi phí nghẽn mạch cao sẽ là một tín hiệu để mở rộng khả năng truyền tải Sự đầu tư về truyền 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 hạn... nhiệt, giới hạn điện áp và ổn định Bất kể khi nào các ràng buộc vận hành trong lưới truyền tải bị vi phạm thì hệ thống được coi là đang ở trạng thái quá tải [1] Các giải pháp được đưa ra để chống quá tải và nâng cao khả năng truyền tải trên đường dây có thể là các giải pháp như điều độ nguồn phát điện, cắt giảm tải, xây dựng đường dây truyền tải, bù công suất phản kháng để giảm nghẽn mạch Nếu điều độ nguồn... đưa vào khi điều độ kế hoạch nguồn phát, giúp quá trình vận hành hệ thống ổn định và kinh tế 2.2.2 Điều độ tải Trong các hệ thống phi điều tiết, nghẽn mạch trong hệ thống truyền tải là một bài toán chủ yếu và có thể dẫn tới các đột biến giá Nghẽn mạch truyền tải xuất hiện khi 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 nề, nghẽn mạch. .. tất cả các nhánh của mạng điện để tìm vị trí nào tối ưu nhất theo hàm mục tiêu ban đầu đề ra Có nhiều công trình nghiên cứu đặt mục tiêu vị trí tối ưu của TCSC là gia tăng tổng khả năng truyền tải của hệ thống (maximal total transfer capability), hoặc vị trí tối ưu của TCSC là vị trí có thể gia tăng tối đa phúc lợi xã hội mà nó mang lại [1,4,13] Công trình nghiên cứu của M.A.Khaburi và M.R.Haghifam... cung cấp sẽ dẫn tới nghẽn mạch mạng là không thể tránh khỏi Trong trường hợp này, quản lý nghẽn mạch (với cơ chế OPF) trở thành một bài toán quan trọng Nghẽn mạch truyền tải theo thời gian thực được định nghĩa là điều kiện vận hành mà ở đó không đủ khả năng truyền tải để thực hiện cùng lúc tất cả các giao dịch do xảy ra tình trạng khẩn cấp không mong muốn Để giảm nghẽn mạch truyền tải bằng cách đưa các . tải. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Xác định vị trí và dung lượng hợp lý của TCSC để chống nghẽn mạch trên đường dây truyền tải. Xây dựng giải thuật xác định mặt cắt tối thiểu trên graph của hệ thống điện. Xây. mạng và nhà máy điện Giới tính: Nam. Nơi sinh: Bình Định MSHV:1081031054 I. II. - - - - TÊN ĐỀ TÀI: Xác định vị trí và dung lượng hợp lý của TCSC để chống nghẽn mạch trên đường dây truyền tải. NHIỆM. Anh Khoa quản lý chuyên ngành iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng luận văn với nội dung Xác định vị trí và dung lượng hợp lý của TCSC để chống nghẽn mạch trên đường dây truyền tải là công