Xác đ nh dung lợ ng TCSC

CH NG 3 PH NG PHÁP TIP CN

3.4. Xác đ nh dung lợ ng TCSC

F=mincut T hợp ngu n phát S={s, iẦ} T hợp đ nh thuT={j, Ầt}

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

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

Tr ngă h p Látăc tă c căti u Ghi chú 1 f= t 1 s si i i c  

 Lát c t thuộc t p ngu n phát, cần quy hoạch ngu n.

2 f= s 1 it i i t c  

 Lát c t thuộc t p đ nh thu, cần phơn phối tải.

3 f= n , 1 ij i j i j c  

 Lát c t thuộc t p các nhánh trên đ ng truyền. Quy

hoạch vƠ m rộng đ ng dơy truyền tải.

4 f= t 1 s si i i c    + n , 1 ij i j i j c  

 Lát c t thuộc t p các nhánh ngu n phát vƠ đ ng dơy cần quy hoạch ngu n vƠ m rộng đ ng dơy tại vắ trắ lát

c t. 5 f= s 1 it i i t c    + n , 1 ij i j i j c  

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

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

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

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

Tóm lại: v i việc sử dụng ph ng pháp lát c t cực ti u vƠ lu ng công suất cực đại ng dụng trong hệ thống điện, việc tìm kiếm t p hợp những nhánh có khả năng gơy nghẽn mạch hệ thống lƠ nhanh chóng, chắnh xác. Giải pháp đ ợc đề xuất nƠy cũng kh c phục đ ợc những hạn chế c a những ph ng pháp tr c đơy nh giải thu t Gen, ph ng pháp liệt kê hoặc thử sai. Kết quả cuối cùng c a giải pháp lƠ sự phơn chia mạng thƠnh hai vùng ngu n (source) vƠ tải (sink) một cách khoa h c. Điều nƠy khiến cho việc gi i hạn phạm vi không gian tìm kiếm giải pháp hiệu quả h n.

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

2.7. Nh năxétăchung:

- Bất k khi nƠo rƠng buộc v t lý hoặc rƠng buộc v n hƠnh trong l i truyền tải b vi phạm thì hệ thống đ ợc coi lƠ đang trạng thái nghẽn mạch.

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

- Tùy theo mô hình th tr ng điện thực tế mƠ chúng ta lựa ch n các ph ng pháp điều khi n nghẽn mạch khác nhau, mỗi ph ng pháp đều có u vƠ nh ợc đi m riêng.

- Trong đề tƠi nƠy tác giả sử dụng thiết b FACTS đ quản lý nghẽn mạch đ ng th i nơng cao khả năng truyền tải c a hệ thống điện giảm đ ợc chi phắ sản xuất điện năng. Lu n văn có ng dụng ch ng trình Max-Flow và sử dụng phần mềm Powerworld đ giải quyết bƠi toán nƠy.

CH NGă3

PH NGăPHÁPăTI PăC Nă

3.1. BƠiătoánănơngăcaoăkh ănĕngăt iădùngăTCSC:

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

Hình 3.1. Mô hình truyền tải điện trên hai nhánh song song. Nếu b qua điện tr trên đ ng dơy truyền tải thì I , II

i j i j

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

thanh cái.

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

sin sin i j i j I II ij ij I II i j i j TCSC VV VV P P P X  X X         (3.1)

Từ bi u th c (3.1) cho thấy dòng công suất trên nhánh II (PII) có th điều khi n tăng hoặc giảm bằng cách thay đ i giá tr bù XTCSC. Điều nƠy đ ng nghƿa v i việc điều ch nh dòng công suất truyền tải trên nhánh I giảm hoặc tăng theo.

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

I II I i j X II i j X TCSC Vi Vj

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

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

có TCSC và có XijI<XijII, SđmI = SdmII, thì PijI > PijII, khi đó, nếu công suất Pij tăng lên

đến giá tr Pij1do nhu cầu phụ tải, thì nhánh I sẽ b t đầu b quá tải, đ kh c phục sự quá tải nƠy, cần phải điều động lại các công suất c a các máy phát điện nên dẫn đến chi phắ sản xuất điện tăng lên. Nh ng nếu trên nhánh II có đặt TCSC thì có th điều ch nh XijII

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

3.2. Sửăd ngăthu tătoánăMin-cutăđ ăxácăđ nhănh ngănhánhă ngăviênăđặtăTCSC:

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

          TCSC T t G g t g C P C Min 1 1 1( ) (3.2)

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

- V trắ c a TCSC rất quan tr ng vì phải xác đ nh đ ợc nhánh có khả năng thu hút công suất về nó vƠ đảm bảo giảm công suất truyền trên nhánh b quá tải (nhánh nghẽn mạch) trong m i tr ng hợp c a sự thay đ i phụ tải, ngoƠi ra còn phải đảm bảo có khá năng tăng tr ng c a cácphụ tải. Nếu v trắ nƠy không xác đ nh đ ợc một cách hợp lý thì số l ợng TCSC sẽ tăng lên rất nhiều vƠ hiệu quả kinh tế c a việc đặt TCSC sẽ kém đi.

- Dung l ợng TCSC phụ thuộc vƠo v trắ đặt vƠ giá tr tải c a hệ thống điện cũng nh công suất phát hiện hữuc a các nhƠ máy điện.

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

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

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

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

Khi xảy ra quá tải trong trạng thái phơn bố công suất thông th ng do sự tăng tải vƠo gi cao đi m, tăng tr ng phụ tải theo th i gian hay các sự cố về máy phát, các nhánh quá tải phải nằm trong mặt c t tối thi u. Vì v y đ có th phần lu ng lại các dòng công suất qua nhánh quá tải cần phải tìm các nhánh nằm trong t p c a mặt c t tối thi u đi qua, vì các nhánh nằm ngoƠi t p hợp nƠy đều ch truyền công suất cho tải từ các nhánh thuộc t p mặt c t tối thi u hay từ máy phát nối đến các nhánh nƠy. Hay nói cách khác, việc đặt TCSC hiệu quả lƠ đặt TCSC trên các nhánh nằm trong mặt c t tối thi u.

Có nhiều ph ng pháp đ xác đ nh mặt c t tối thi u, lu n văn nƠy sử dụng ph ng pháp max-flow vƠ ch ng trình máy tắnh max-flow đ xác đ nh mặt c t tối thi u.

3.3. Xácăđ nhănhánhăđặtăTCSC:

TCSC có th lƠm việc hai chế độ bù điện kháng hay bù dung kháng. Trong tr ng hợp nghiên c u nƠy ch xét chế độ lƠm việc bù dung c a TCSC trong hệ thống.

Vi S1 Vj Sm Nút ngu n Nút tải F=mincut    Z1 Zm S2 Z2

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

ij line TCSC

X X X (3.3)

TCSC có một trong hai đặc tắnh có khả năng bù dung vƠ bù kháng, t ng đ ng v i việc bù dung lƠ đ giảm t ng tr đ ng dơy tăng khả năng mang tải, bù kháng đ tăng t ng tr đ ng dơy đ giảm khả năng mang tải. Nh v y đ tránh hiện t ợng quá bù thì giá tr điện kháng c a TCSC nằm trong khoảng gi i hạn nh d i đơy:

-0,7. XL XTCSC  0,2 XL pu. (3.4)

Trong một số tr ng hợp giá tr XTCSC có th cho phép bù khoảng.

0,5.Xline XTCSC 0,5.Xline

   (3.5)

Điều nƠy cho thấy phạm vi điều khi n bù c a TCSC trên l i điện truyền tải lƠ khá rộng. Hầu hết các hệ thống điện khi đ ợc l p đặt thiết b bù TCSC đều có th lƠm tăng khả năng truyền tải. Điều nƠy rất có ý nghƿa một khi xác đ nh đ ợc t p hợp các nhánh quá tải trong mạng, hay nói cách khác lƠ xác đ nh đ ợc vòng quá tải nh nhất trong mạng đ tiến hƠnh bù cho phù hợp. Chắnh vì TCSC lƠ thiết b rất đ t tiền nên giả thiết trong lu n văn nƠy ch l p đặt một (01) thiết b TCSC trên l i.

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

i.Các nhánh nằm trong mặtc t tối thi u. ii.Nhánh nằm trong vòng có nhánh quá tải.

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

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

                       loop loop TCSC 12 12 I.Z S.Z X ( ) ( ) I I S I

3.4. Xácăđ nhădungăl ngăTCSC :

Hình 3.3. Mô hình l i 3 nút

Giả sử mặt c t tối thi u đi qua 2 nhánh 1-2 và 2-3, trong tr ng hợp 2-3 b quá tải thì nhƠnh 1-2 nằm trong mặt c t sẽ đ ợc ch n lƠ nhánh đặt TCSC, b i vì ch có nhánh nằm trong mặt c t tối thi u m i c u đ ợc nhánh quá tải.

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

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

. (3.6) Do nhánh 2-3 quá tải nên đ b t quá tải ta đặt TCSC vƠo nhánh 1-2 đ thay đ i t ng tr Z12lƠm xuất hiện một l ợng ΔI trong mạch vòng 1-2-3-1 có chiều nh hình vẽ, theo đ nh lu t Kirchhoff 2 ta có:

(3.7)

Từ (3.6) vƠ (3.7) suy ra:

                  12 23 31 12 TCSC loop 12 23 31 TCSC 12 12 I(Z Z Z ) (I I).Z 0 I.Z I(Z Z Z ) Z = I I I I

Do trên l i truyền tải có Rn<< Xn vƠ ch n TCSC chế độ bù dung nên về mặt giá tr

có th xem XTCSC≈ ZTCSC Ta đ ợc : . (3.8) 1 2 3 M  Tải M F 12 12 23 23 31 31 I .Z I .Z I .Z 0 12 12 TCSC 23 23 31 31 12 12 23 23 31 31 12 23 31 12 TCSC

(I I).(Z Z ) (I I).Z (I I).Z 0

(I .Z I .Z I .Z ) I(Z Z Z ) (I I).Z 0

         

Trong đó: Zloop lƠ t ng tr mạch vòng

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

S12 (I12) : công suất c a nhánh đặt TCSC.

3.5. Phátăbi uălu tăđặtăTCSC :

Lu t xác đ nh v trắ TCSC đ ợc mô tả nh sau:

a) Nhánh b nghẽn mạch ch c ch n nằm trong t p các nhánh mƠ mặt c t tối thi u đi qua

b)Đặt TCSC sẽ lƠm thay đ i t ng tr c a một nhánh

c) Ch đặt TCSC trên những nhánh thuộc t p các nhánh mặt c t tối thi u đi qua

d)TCSC ch đặt trên những vòng có ch a nhánh b nghẽn mạch

e) Đ dung l ợng đặt TCSC bé thì XCTCSC bé nên theo (3.8) thì vòng có Zloop bé

sẽ đ ợc u tiên

f) Do l i truyền tải Rn<< Xn nên (3.8) có th xem XTCSC≈ ZTCSCvề độ l n g)Nhánh đ ợc ch n đặt có độ dự trữ công suất l n đ hạn chế l p thêm một

TCSC nữa

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