Quản lý tắc nghẽn trong thị trường điện bằng cách lắp đặt thiết bị TCSC

1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề Trên thế giới quá trình cải tổ và cơ cấu lại ngành điện đã và đang diễn ra ở nhiều nước phát triển. Ở các nước này, ngành công nghiệp điện theo xu hướng hướng cạnh tranh và thị trường điện đang dần thay thế các phương pháp vận hành truyền thống. Mục tiêu c ủa thị trường điện chính là giảm giá điện thông qua sự cạnh tranh, nâng cao hiệu quả hoạt động và hiệu quả đầu tư của các công ty Điện lực Quốc gia (hầu hết thuộc sở hữu Nhà nước), tăng cường tính cạnh tranh ở cả 3 khâu: sản xuất, bán buôn và bán lẻ điện năng bằng cách thiết lập thị trường điện và tư nhân hóa mộ t hay nhiều bộ phận của Công ty Điện lực Quốc gia. Kết quả cho thấy đây là một tiến bộ của khoa học quản lý trong ngành năng lượng. Bởi vì, thị trường điện tạo ra môi trường kinh doanh cạnh tranh bình đẳng giữa các doanh nghiệp và là giải pháp hữu hiệu huy động vốn trong việc đầu tư xây dựng nguồn cũng như hệ thống truyền tải điện. Mặc dù quá trình cải tổ cơ cấu tổ chức và thiết lập cạnh tranh trong ngành công nghiệp điện ở một số nước trên thế giới đã thực hiện được nhiều năm và còn nhiều nước khác đang và sẽ tiếp tục triển khai, nhưng cho đến nay chưa có một mô hình thống nhất cho thị trường điện ở tất cả các quốc gia. Xuất phát từ yêu c ầu thực tế, khi nền kinh tế Việt Nam đã và đang hội nhập với nền kinh tế trong khu vực và trên thế giới thì việc hình thành thị trường điện là một tất yếu. Khi đó, cơ cấu tổ chức và phương thức hoạt động của ngành điện nói chung và của Công ty truyền tải điện nói riêng sẽ phải có những thay đổi cơ bản để đ áp ứng phù hợp với các quy định mới trong hoạt động điện lực, cũng như các quy luật của cơ chế thị trường. Ở Việt Nam, lộ trình cho việc áp dụng thị trường điện đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt. Hiện nay, đang áp dụng những bước thí điểm và sau đó tiến tới xây dựng một thị trường điện c ạnh tranh hoàn toàn. Thị trường điện là 2 một vấn đề rất mới đối với Việt Nam, do vậy cần thiết phải có những nghiên cứu về thị trường điện, từ đó áp dụng một cách linh hoạt, hợp lý để từng bước xây dựng thị trường điện Việt Nam thích hợp trong từng giai đoạn. 1.2 Tính cấp thiết của đề tài Đường dây truyền tải thường được điều khiển bằng hoặc thậm chí vượt quá giới hạn nhiệt của chúng để đáp ứng gia tăng sức mạnh tiêu thụ điện năng và thương mại do sự gia tăng công suất không có trong kế hoạch. Nếu sự thay đổi không được kiểm soát, một số đường dây có thể trở nên quá tải, hiện tượng này được gọi là tắc nghẽn. Việc quản lý tắc nghẽn ph ức tạp hơn trong thị trường điện cạnh tranh và dẫn đến nhiều tranh chấp. Tắc nghẽn có thể được giảm nhẹ thông qua nhiều cách khác nhau. Một số nghiên cứu đã được thực hiện để giải quyết các vấn đề quản lý tắc nghẽn bằng cách sử dụng thiết lập lại hệ thống, an toàn hạn chế truyền tải điện năng t ối ưu, cắt giảm tải kết hợp với thiết lập lại hệ thống. Vấn đề tắc nghẽn truyền tải là rõ rệt hơn trong thị trường phi điều tiết và có tính cạnh tranh và nó cần một xử lý đặc biệt. Trong môi trường này, nhà điều hành hệ thống độc lập (ISO) phải làm giảm sự tắc nghẽn, để hệ thống được duy trì ở trạng thái an toàn. Quản lý tắc nghẽn là một trong những thách thức kỹ thuật trong hệ thống truyền tải điện. Với hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (thiết bị FACTS), những thiết bị này là một giải pháp thay thế để giảm tải dòng điện trong những đường dây đã bị quá tải nặng, kết quả là làm tăng khả nă ng tải điện, hao mòn hệ thống ở mức thấp, tăng tính ổn định của mạng lưới, giảm chi phí sản xuất, đáp ứng đủ điều kiện hợp đồng bằng cách kiểm soát dòng điện trong hệ thống. Bên cạnh đó, bằng cách sử dụng các thiết bị FACTS cho nhiều cơ hội hơn các vấn đề ISO. Những cách sử dụng thay đổi liên quan đế n việc sử dụng các thiết bị FACTS là vị trí tối ưu và kích thước thích hợp của chúng, thiết lập, chi phí và mô hình hóa. 3 Các thiết bị FACTS, đặc biệt là hàng loạt các thiết bị FACTS như TCSC được coi là một trong những công nghệ giảm tắt nghẽn truyền tải và cho phép sử dụng tốt hơn cơ sở hạ tầng lưới điện hiện có, cùng với nhiều lợi ích khác. Với lý do trình bày ở trên cho thấy, việc nghiên cứu đề tài “Quản lý tắc nghẽn trong thị trường điện bằng cách lắp đặt thi ết bị TCSC” là một yêu cầu mang tính cấp thiết trên cả hai phương diện lý luận và thực tiễn, phù hợp với việc phát triển thị trường điện tại Việt Nam. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn Nghiên cứu tính khả thi khi lắp đặt thiết bị FACTS, cụ thể là thiết bị TCSC trên đường dây truyền tải nhằm quản lý tắc nghẽn và tăng khả n ăng truyền tải cho đường dây trong thị trường điện. 1.4 Nội dung nghiên cứu của luận văn - Tìm hiểu tổng quan về thị trường điện thế giới, khu vực và Việt Nam - Tìm kiếm thông tin về các hướng nghiên cứu, đề khoa học liên quan đến sử dụng thiết bị FACTS trong thị trường điện. - Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạ t động của thiết bị TCSC. - Xác định đường dây truyền tải có khả năng bị tắc nghẽn. - Ứng dụng TCSC vào hệ thống điện để giải quyết tắc nghẽn. - Sử dụng phần mềm mô phỏng trên hệ thống điện. - Phân tích số liệu mô phỏng, đánh giá tính khả thi khi triển khai thực tế. 1.5 Phương pháp nghiên cứu c ủa luận văn  Phương pháp luận Tìm hiểu thực trạng thị trường điện tại các nước. Tìm hiểu các mô hình sử dụng thiết bị TCSC để quản lý tắc nghẽn trong thị trường điện.  Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích và tổng kết kinh nghiệm. 4 - Xác định hàm mục tiêu và các hàm ràng buộc đẳng thức và bất đẳng thức. - Giải bài toán phân bố công suất tối ưu khả năng truyền tải. 1.6 Kết cấu luận văn Luận văn gồm 6 chương: Chương 1: Giới thiệu chung vấn đề nghiên cứu Chương 2: Tổng quan về thị trường điện Chương 3: Ứng dụng thiết bị FACTS trong hệ thống điện Chương 4: Ứng dụng thiết bị TCSC để quản lý tắc nghẽn trong thị trường điện Chương 5: Mô phỏng hệ thống điện trên phần mềm Chương 6: Kết luận 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THỊ TRƯỜNG ĐIỆN 2.1 Giới thiệu về thị trường điện 2.1.1 Khái niệm về thị trường điện Cũng như các giao dịch khác, các giao dịch điện năng cũng cần có các thiết chế như: Người mua, người bán, các hợp đồng, các cơ chế quản lý thị trường, cơ cấu giá thành, ngườ i vận hành thị trường và người vận hành hệ thống. Như vậy, thị trường điện là nơi xảy ra các giao dịch điện năng giữa người bán và người mua, người truyền tải, được xác định bằng các hợp đồng kinh tế. Thị trường điện hoàn hảo: Một thị trường điện cạnh tranh hoàn hảo đạt được khi giá trị lợi ích xã hội thặ ng dư của bên mua cộng thặng dư của bên bán. Giá trị này sẽ đạt giá trị cao nhất trong một thị trường điện cạnh tranh hoàn hảo trong khi sẽ thấp hơn ở các dạng thị trường với điều kiện khác như thị trường độc quyền hay bán tự do. Vì vậy, khi tiến hành thực hiện thị trường cạnh tranh, các cấu trúc được xem xét cần hướng đến thị trườ ng cạnh tranh hoàn hảo để tối ưu hóa lợi nhuận ròng. Vậy, thị trường điện hoàn hảo là thị trường mà lợi ích xã hội cao nhất hay nhiều người sử dụng điện nhất. 2.1.2 Mô hình thị trường điện cạnh tranh 6 Hình 2.1 Mô hình thị trường điện cạnh tranh  Mô hình PoolCo Hình 2.2 Mô hình PoolCo - Là mặt thị trường tập trung mà người bán hay người mua đồng ý bỏ thầu và giá vào PoolCo - Đặc điểm chính của mô hình PoolCo là sự thiết lập mua bán điện qua Pool trên cơ sở đấu thầu. - Mua bán điện với giá thị trường (MCP) quyết định bởi PoolCo  Mô hình thị trường song song Hình 2.3 Mô hình thị trường song song 7 - Mô hình này cho phép các hợp đồng trực tiếp giữa các khách hàng và công ty phát mà không có sự can thiệp của ISO. - ISO vận hành và duy trì độ tin cậy hệ thống. 2.1.3 Các thành phần của thị trường điện Hình 2.4 Các thành phần cơ bản của thị trường điện  Trung tâm vận hành hệ thống độc lập (ISO) Đảm bảo độ tin cậy, ổn định và an ninh hệ thống. Phối hợp lập kế hoạch truyền tải và cân bằng năng lượng. Quản lý thị trường các dịch vụ phụ trợ. Thực hiện chức năng thanh toán sử dụng lưới và các dịch vụ.  POWER EXCHANGE (PX) PX là thương trường mới để mua năng lượng và các dịch vụ một cách cạnh tranh dựa trên số lượng công suất và giá bỏ thầu. Nhiệm vụ: Vận hành thị trường trước một ngày và trước một giờ, gửi kế hoạch ban đầu và các chào thầu điều chỉnh đến ISO và cùng với ISO điều chỉnh kế hoạch. PX thiết lập giá thị trường (MCP) mỗi gi ờ cho những ngày kế tiếp cho việc buôn bán giữa người mua và người bán. Quản ký việc thanh toán và tài chính trong thị trường của nó. 8  SCHEDULING COORDINATOR (SCs) Quản lý thị trường điện trả trước do nó sở hữu, đưa ra các quy định cho thị trường điện trả trước, gửi kế hoạch ban đầu và các chào thầu điều chỉnh đến ISO và cùng với ISO điều chỉnh kế hoạch. 2.2 Thị trường điện thế giới [7] Lịch sử quá trình hình thành và phát triển thị trường điện của một số nước trên thế giới bắt đầu từ cuối những năm 1970. Mỹ, Chi Lê là những nước đầu tiên cho phép xây dựng các IPP và bán điện cho các công ty Điện lực độc quyền. Làn sóng cải cách bắt đầu diễn ra mạnh từ những năm 1990, xuất phát từ Anh sau đó lan rộng ra nhiều quốc gia khác như: Na Uy, Thụy Điển, Phần Lan, Australia, Canada, NewZealand v.v Cuối những năm 1990, cải cách ngành điện bắt đầu lan sang các nước Châu Á như: Nhật, Hàn Quốc, Trung Quốc, Ấn Độ, Singapo, Thái Lan. Công nghiệp điện giờ đây đã phát triển thành ngành công nghiệp cung cấp và cạnh tranh. Thị trường đóng vai trò quyết định giá cả, giảm chi phí cơ bản để tăng tính cạnh tranh. Việc tái thiết thực sự trở nên cần thiết để phân tách ba thành ph ần quan trọng của công nghiệp điện bao gồm: sản xuất, truyền tải và phân phối. Do đó, việc tách rời truyền tải được coi là ứng dụng phù hợp nhất đáp ứng được biểu giá quy định. Thời gian gần đây, nhiều hệ thống truyền tải điện liên quốc gia hoặc liên khu vực đã được xây dựng tạo nền tảng cho việc hình thành các thị trường điện liên quốc gia như thị trường điện Châu Âu hoặc thị trường điện Bắc Mỹ v.v Ở những thị trường điện liên khu vực này, các công ty Điện lực có cơ hội để cạnh tranh bán điện sang các quốc gia lân cận. Điện năng được xuất khẩu hoặc nhập khẩu sang các quốc gia khác như các loại hàng hóa thông dụng khác. 2.2.1 Brazil Brazil là nước phụ thuộc vào nguồn thủy điện chiếm 84 % sản lượng năm 2005. Công suất đặt vào khoảng 100 GW với công ty sở hữu vốn nhà nước 9 Eletrobras chiếm một nửa công suất toàn hệ thống với Tractebel Energia đang là nhà máy sở hữu tư nhân lớn nhất vơi công suất khoảng 6,7 GW. Có hai thị trường giao dịch ở Brazil – một thị trường bị điều tiết (Ambiente de Contratação Regulado-ACR) cho các khách hàng nhỏ ( hộ gia đình và các cơ sở kinh doanh nhỏ) và một thị trường tự do (Ambiente de Contratação Livre - ACL) cho các khách hàng lớn. ACR là một thị trường pool dựa trên cơ sở các hợp đồng dài h ạn tương phản với các thị trường UK trước đây và Nordpool ( thị trường Scandinavia) sử dụng các hợp đồng ngắn hạn. ACL cho phép các khách hàng lớn (các công ty công nghiệp lớn chẳng hạn) và các nhà phân phối mua điện thông qua các hợp đồng song phương thỏa thuận tự do. Các công ty phân phối sử dụng thị trường này để khắc phục sự chênh lệch giữa lượng điện năng họ đã ký trong thị trường ACR và nhu cầu thực tế. Các khách hàng lớn là những khách hàng có công suất tiêu thụ từ 3 MW trở lên. Trong cả hai thị trường đều được thanh toán sau giao dịch thực tế bằng cách so sánh số MWh được cung cấp với sản lượng ký kết, trong trường hợp năng lượng tiêu thụ lớn năng lượng ký thì bên mua phải trả một khoản phạt. Các hợp đồng được hậu thuẫn bởi các Chứng chỉ nă ng lượng cố định (FECs) có đơn vị là MWH p.a và có thể mua bán tự do. Chúng được cấp bởi cơ quan điều tiết cho các công ty phát điện và phản ánh khả năng sản xuất điện của họ trong các mùa khô. Thông qua các FECs sự tăng trưởng phụ tải sẽ phản ánh nhu cầu đầu tư công suất. Mặc dù, đấu giá tập trung là tương tự một số cách như mô hình thị trường một ngườ i mua duy nhất, các hợp đồng là các công cụ giữa các công ty phát điện và các công ty phân phối hơn là giữa các nhà máy và người mua duy nhất. Dự báo phụ tải cũng được thực hiện bởi các công ty phân phối và vì vậy có thể phản ánh chính xác hơn sự tăng trưởng phụ tải. 10 2.2.2 Argentina Argentina có 25 GW công suất đặt, trong đó 54% là nhiệt điện và 42% là thủy điện. Khâu phát điện hầu hết đã được tư nhân hóa, có 40 công ty phát điện tư nhân, 2 công ty thủy điện liên quốc gia, một nhà máy điện hạt nhân thuộc sở hữu nhà nước và một số các nhà thủy điện nhỏ sở hữu nhà nước. Khâu truyền tải cũng được tư nhân hóa, công ty lớn nh ất là Transener S.A, trong khi khâu phân phối được tư nhân hóa một phần, các công ty phân phối chính là Edenor và Edesur. Thị trường bán buôn bao gồm một thị trường tương lai và thị trường giao ngay. Có một yêu cầu là điện năng bán bởi mỗi nhà máy không được vượt quá 10% của cả nước. Các nhà máy tự do ký hợp đồng cung cấp điện với các công ty phân phối và các khách hàng lớn. Các nhà điều tiết sẽ quy định biểu giá cho các khách hàng nhỏ và vừa, nghĩa là các khách hàng có phụ t ải đỉnh dưới 30kV. Thị trường giao ngay bao gồm một hệ thống xác định giá dựa trên chi phí. Các nhà máy nhiệt điện nộp bản chào trước 6 tháng và công bố độ sẵn sàng. Các hạn định cho phép có tính đến sự biến động giá nhiên liệu sẽ cho sự biến động vượt quá một phần trăm nhất định. Dựa vào dự báo nhu cầu CAMMESA sẽ xác định nhà máy chạy biên và do đó xác định giá điện năng từ ng giờ. 2.2.3 Colombia Colombia có ngành điện đã tư nhân hóa một phần khâu phát điện với 78% điện năng phát ra là từ các nhà máy thủy điện và 21% từ nhiệt điện năm 2005. Có một thị trường điện bán buôn cho các giao dịch dài hạn và một thị trường bắt buộc cho các giao dịch tức thời. Mỗi một công ty phát điện có một giới hạn trên là 25% thị trường công suấ t đặt và cũng có một yêu cầu về tính độc lập trong hoạt động ( nghĩa là tách bạch về tài chính và chức năng) giữa phát điện và phân phối điện. Lĩnh vực truyền tải điện đã tư nhân hóa một phần (chẳng hạn Nhà nước chiếm 70% cổ phần tổng ISA là công ty truyền tải lớn nhất, trong đó EPSA, [...]... QTQĐ), trong khi điều khiển theo công suất hiệu quả lớn nhất xung quanh góc lệch 450 có ý nghĩa tốt ở giai đoạn đầu 36 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG THIẾT BỊ TCSC ĐỂ QUẢN LÝ TẮC NGHẼN TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN 4.1 Các vấn đề về quản lý tắc nghẽn Mục đích của thị trường điện là nâng cao tích cạnh tranh, mang đến nhiều lựa chọn và lợi ích kinh tế cho người tiêu dùng và lợi ích xã hội Vấn đề đặt ra là phải thiết lập... điện nhưng vẫn còn sẵn sàng trong ngày Tuy nhiên, việc thao túng giá bởi các đơn vị có quyền lực thị trường sẽ ảnh hưởng đến quyết định thay đổi từ một thị trường tập trung tới một thị trường cân bằng và một thị trường thanh toán 2.2.8 Hàn Quốc Thị trường điện Hàn Quốc bao gồm một thị trường phát điện đã tư nhân hóa một phần bán điện vào sàn giao dịch điện năng với một người mua duy nhất cung cấp điện. .. nghiên cứu 2.4.1 Giới thiệu tổng quan các phương pháp hạn chế tắc nghẽn truyền tải trong thị trường điện [7] Hiện nay trong thị trường điện có nhiều phương pháp để quản lý tắc nghẽn cơ bản như sau: - Cơ chế cost-free: bao gồm các hành động như cắt điện đường dây tắc nghẽn hay điều chỉnh đầu phân áp, điều kiển Phase-Shifter hay dùng các thiết bị FATCS - Cơ chế not-cost-free: điều chỉnh kế hoạch nguồn phát... kinh doanh mới Việt Nam thể hiện mạnh mẽ bằng Luật Điện Lực năm 2004, trong đó, nêu rõ quá trình phát triển thị trường điện tại Việt Nam sẽ trải qua 3 giai đoạn:  Giai đoạn 1: Thị trường phát điện cạnh tranh (2005-2014);  Giai đoạn 2: Thị trường bán buôn điện cạnh tranh (2015-2022);  Giai đoạn 3: Thị trường bán lẻ điện cạnh tranh (từ sau 2022) Trong thị trường điện, giá cả là thông tin quan trọng tác... tình hình hoạt động kinh doanh điện năng của ngành Điện Việt Nam, từ đó đưa ra mô hình quản lý thị trường điện lực có thể áp dụng tại Việt Nam Bài viết cũng đưa ra một số ý kiến tham khảo nhằm hoàn thiện công tác quản lý thị trường điện lực Việt Nam - Đề tài “Nghiên cứu khả năng sử dụng thiết bị TCSC để nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện 500KV Việt Nam” của Lý Quỳnh Miên, Nguyễn Văn Thắng[21],... đang được sử dụng trong ngành công nghiệp cung cấp điện cho các mục đích của quy định điện áp, dòng điện có ích và phản kháng, và nâng cao chất lượng điện Sự nhấn mạnh vào trạng thái ổn định trong vận hành, và phân biệt giữa các thiết bị điện - điện tử, trong đó sử dụng các thiết bị bán dẫn điện thông thường (tức là Thyristors) và thế hệ mới của bộ điều khiển hệ thống điện, sử dụng thiết bị bán dẫn hoàn... quốc gia trong khu vực như tham gia mua bán điện trên thị trường điện khu vực, xây dựng các nhà máy điện … Quá trình cải tổ cơ cấu ngành điện Việt Nam và xây dựng thị trường điện sẽ mở ra môi trường cạnh tranh lành mạnh giữa các doanh nghiệp kinh doanh điện trên thị trường điện Việt Nam Các doanh nghiệp sẽ phải đổi mới một cách cơ bản về tổ chức, chiến lược kinh doanh, đầu tư để phù hợp với môi trường. .. phần tham gia vào thị trường điện Vì khâu truyền tải là khâu độc quyền, do đó nhà nước sẽ đứng ra quản lý để đảm bảo phí truyền tải là hợp lý nhất trên quan điểm cân đối nhu cầu của các bên tham gia thị trường điện Vấn đề đặt ra là phương pháp tính giá điện như thế nào là phù hợp với Việt Nam tại thời điểm hiện tại và tương lai khi có thị trường điện Ngành điện, mà đại diện là Tập đoàn Điện lực Việt Nam... dây 500kV Việt Nam Nhìn chung ngày nay các thiết bị FACTS được ứng dụng nhiều trong hệ thống điện, đặt biệt TCSC là thiết bị có khả năng kiểm soát tắc nghẽn tốt, đã có nhiều đề tài nghiên cứu liên quan ở nước ngoài, tuy nhiên ở Việt Nam vẫn còn là hướng nghiên cứu mới 21 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG THIẾT BỊ FACTS TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 3.1 Giới thiệu chung[22] Thiết bị FACTS (Flexible AC Transmission System -... Tình hình nghiên cứu trong nước - Đề tài “Ứng dụng SVC nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của thị trường điện của Đinh Thành Việt, Trần Phương Nam[19], về vận hành hệ thống điện theo cơ chế thị trường điện được Việt Nam và nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm nghiên cứu và áp dụng Bài báo này nghiên cứu vị trí lắp đặt tối ưu SVC trong thị trường điện nhằm gia tăng được biên độ ổn định điện áp tại các nút . quan về thị trường điện Chương 3: Ứng dụng thiết bị FACTS trong hệ thống điện Chương 4: Ứng dụng thiết bị TCSC để quản lý tắc nghẽn trong thị trường điện Chương 5: Mô phỏng hệ thống điện trên. Quản lý tắc nghẽn trong thị trường điện bằng cách lắp đặt thi ết bị TCSC là một yêu cầu mang tính cấp thiết trên cả hai phương diện lý luận và thực tiễn, phù hợp với việc phát triển thị trường.  Phương pháp luận Tìm hiểu thực trạng thị trường điện tại các nước. Tìm hiểu các mô hình sử dụng thiết bị TCSC để quản lý tắc nghẽn trong thị trường điện.  Phương pháp nghiên cứu - Phương