Điện năng sản xuất ở các nhà máy điện được truyền tải qua lưới điện đến người tiêu thụ. Đơn vị điều độ các cấp điều khiển quá trình vận hành từ khâu dự báo phụ tải, chuẩn bị chương trình vận hành đến điều khiển vận hành trong thời gian thực.
Vận hành HTĐ là điều khiển hoạt động của HTĐ sao cho điện năng được truyền từ
các nguồn điện đến các phụ tải đúng như yêu cầu của họ với các chất lượng phục vụ đạt yêu cầu và với chi phí sản xuất và truyển tải nhỏ nhất trong điều kiện hiện có của lưới điện và HTĐ.
HTĐ thông qua hệ thống điều độ giải quyết liên tục các vấn đề sau:
Công suất tác dụng nguồn điện phát ra phải lớn hơn công suất yêu cầu của phụ
tải do có tổn thất công suất trên lưới điện.
Điều chỉnh liên tục công suất tác dụng phát ra của nguồn điện để cân bằng sự
biến thiên liên tục của phụ tải điện từđó để giữ tần số trong phạm vi cho phép.
Phải điều chỉnh liên tục điện áp bằng cách điều chỉnh nguồn công suất phản kháng và dòng công suất phản kháng trên lưới điện.
Phải dự phòng công suất tác dụng và phản kháng đủđáp ứng các trường hợp sự
cố nguồn điện. Đảm bảo độ tin cậy của HTĐ ở mức hợp lý. Có thể có cả dự
phòng lạnh.
Khi sự cố, nguồn điện kể cả dự phòng không đủ đáp ứng phụ tải thì sa thải phụ
tải để giữ vững hệ thống.
Khi xảy ra nghẽn mạch (quá tải nhiệt một đường dây nào đó, điện áp nút nào đó thấp hơn yêu cầu hay chếđộ chạm giới hạn ổn định) cần phải điều chỉnh chếđộ
phát của các nhà máy điện hoặc sa thải phụ tải nếu cần để giữ vững HTĐ.
Trong HTĐ duy nhất thuộc sở hữu Nhà nước (HTĐ độc quyền có điều tiết – regulated monopoly) những vấn đề trên được giải quyết chung bởi đơn vị điều độ
HTĐ, mọi chi phí được bù đắp bởi tiền thu từ bán điện. Nhà nước lập ra các quy
định về pháp lý để vận hành HTĐ này. Giá điện cũng được quy định sao cho HTĐ
có lãi suất hợp lý.
Khi HTĐ mở cửa cho tư nhân đầu tư vào khâu sản suất và phân phối điện, thì hình thành TTĐ và các vấn đề trên được giải quyết trên nguyên tắc theo cơ chế thị
trường. TTĐ xuất hiện, Nhà nước phải đưa ra các quy định mới để kiểm soát và
điều tiết TTĐđồng thời khuyến khích đầu tư vào ngành điện.
2.1.2Lưới điện trong TTĐ[1]
Trong HTĐ độc quyền lưới điện cùng với nhà máy điện và các đơn vị phân phối
điện là một tổng thể duy nhất được điều khiển theo mục tiêu chung của toàn hệ
thống. Điều độ Quốc gia điều khiển đồng thời các nhà máy điện và lưới truyền tải nhằm đạt được mục tiêu là chi phí sản suất của toàn hệt thống điện là nhỏ nhất. Do
đó, lưới truyền tải điện không có đơn vịđiều hành riêng. Các đơn vị truyền tải được lập ra nhằm mục đích quản lý cơ sở hạ tầng lưới điện. Sự giao tiếp giữa các đơn vị
truyền tải, nhà máy điện và đơn vị phân phối theo các quy tắc đơn giản.
Trong TTĐ thì các đơn vị truyền tải, phát điện và phân phối điện hoạt động độc lập, theo đuổi các mục tiêu riêng, lưới truyền tải làm nhiệm vụ truyền tải điện theo yêu cầu của các đơn vị này, mối quan hệ giữa các đơn vị trở thành phức tạp, do đó có các yêu cầu đối với lưới truyền tải điện mà ở HTĐđộc quyền không có.
Các yêu cầu đó là :
Lưới điện phải đảm bảo sao cho tất cả những người cần sử dụng, người mua và ngưới bán điện đều có thể sử dụng lưới điện một cách công bằng để thực hiện hợp
đồng mua bán điện đã ký kết.
Để thực hiện được các yêu cầu trên, lưới truyền tải điện phải được quản lý bằng một tổ chức độc lập được gọi là SO hay ISO tùy từng nước.
SO phải thực hiện các hợp đồng tải điện, phải là trung gian thanh toán giữa đơn vị
Trong hệ thống chỉ có một người mua duy nhất không có vấn đề này, vì POOLCO* mua tất cảđiện của GENCO và tải đến nơi bán.
Tuy nhiên, trong các kiểu TTĐ khác như mua bán song phương hay mua bán trên sàn, vấn đề sử dụng lưới điện một cách công bằng cần được giải quyết. Nhưng trên hết lưới liện, do đơn vị vận hành SO điều khiển phải đảm bảo HTĐ vận hành tốt, tin cậy, ổn định, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế. Vận hành HTĐ là công việc rất khó khăn, phức tạp trong TTĐ.
Như vậy, SO phải vận hành lưới điện theo đúng các quy định vận hành, tải điện năng theo yêu cầu, đảm bảo được sử dụng lưới điện một cách công bằng cho mọi người sử dụng trên cơ sở các quy tắc cho từng TTĐđặt ra.
2.1.2.1Nhiệm vụ của lưới truyền tải điện [1]
Lưới điện truyền tải bao gồm các đường dây và máy biến áp trung gian 220- 500/110kV, thiết bị bù dọc và ngang, thiết bị điều khiển và đo lường, thông tin v.v… làm nhiệm vụ tải điện từ các nhà máy điện đến các điểm nhận điện của các công ty mua điện LDC.
Lưới điện trong TTĐ là lưới điện mở cho mọi khách hàng, SO điều khiển vận hành lưới điện này có nhiệm vụ sau:
Đảm bảo an toàn cho HTĐ: Bảo đảm các thông số vận hành thỏa mãn các
điều kiện kỹ thuật đồng thời kinh tế nhất. Các điều kiện kỹ thuật gồm 3 nhóm: Bảo vệ an toàn cho từng thiết bị điện, mỗi thiết bị truyền tải để có khả
năng tải nhất định đã được lựa chọn khi thiết kế; bảo đảm chất lượng phục vụ
cho khách hàng (tần số, điện áp, và độ tin cậy cung cấp điện).; đảm bảo an toàn cho HTĐ (ổn định tĩnh, ổn định động và ổn định điện áp).
Trong vận hành SO chọn các chế độ phát công suất và điều chỉnh theo các yêu cầu – cắt các phụ tải cắt được để đảm bảo an toàn cho lưới truyền tải điện khi xảy ra nghẽn mạch.
Cung cấp các dịch vụ truyền tải điện mà người bán và người mua yêu cầu.
Ở TTĐ loại sàn giao dịch, SO phải tính và công bố giá mua bán điện cho
khách hàng, thực hiện thu tiền của khách hàng mua và trả tiền cho khách hàng bán điện.
Tính và công bố phí sử dụng lưới điện, phí vận hành. Phí này phải đảm bảo thu hồi vốn đầu tư, chi phí vận hành và lãi suất được Nhà nước quy định. SO phải nắm được ai dùng cái gì, làm và gửi hóa đơn, thanh toán với khách hàng sau đó chuyển các tiền lãi cho các chủ sở hữu lưới điện. Phí truyền tải
được tính và công bố thường xuyên cho khách hàng.
Ngoài ra, đơn vị vận hành lưới điện còn phải sẵn sàng cung cấp các dịch vụ phụ
mà khách hàng yêu cầu.
Đảm bảo cơ hội sử dụng lưới điện một cách công bằng cho mọi khách hàng, không có sự phân biệt đối xử nào.
Trong TTĐ kiểu POOLCO không có vấn đề trên vì chỉ có một người vừa mua vừa bán duy nhất, nhưng trong các kiểu thị trường khác có nhiều người mua người bán thì vấn đề sẽ nảy sinh và cũng khá phức tạp.
Người mua cạnh tranh nhau để được sử dụng lưới điện một cách tốt nhất cho mình, SO phải có cơ chế hoạt động sao cho mọi khách hàng đều có cơ hợi sử
dụng lưới điện như nhau. Nguyên tắc cơ bản để giải quyết vấn đề này là “ai đến trước, được phục vụ trước”.
SO phải cung cấp thường xuyên cho khách hàng thông tin về tình trạng kỹ thuật của lưới truyền tải điện, hiện trạng mua bán điện, khả năng tải của lưới điện trong tương lai để khách hàng có thể thỏa thuận ký kết các hợp đồng mua bán
điện song phương và đặt chỗ cho truyền tải điện.
Mở thị trường thứ cấp đấu thầu quyền truyền tải chắc chắn giúp cho khách hàng mua và bán điện hạn chếđược ảnh hưởng của giao động giá điện khi xảy ra nghẽn mạch.
Thực hiện các biện pháp nâng cao khả năng tải của lưới truyền tải điện khi cần thiết để hạn chế nghẽn mạch, gọi vốn đầu tư. Quy hoạch phát triển lưới truyền tải điện đáp ứng yêu cầu này càng tăng của khách hàng.
2.1.2.2Các dịch vụ cấp cho khách hàng
Dịch vụ chính là tải điện từđiểm này đến điểm khác của lưới điện theo yêu cầu của người bán và người mua.
Tuy nhiên, để HTĐ có thể vận hành suôn sẻ thì khách hàng còn phải trả tiền cho các dịch vụ phụ khác rất cần thiết, thiếu nó HTĐ không thể hoạt động được, các dịch vụ đó là: - Điều khiển HTĐ. - Cấp cấp công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp. - Bù tổn thất công suất tác dụng. - Bù không cân bằng điện năng. - Theo dõi phụ tải. - Dự trữ vận hành.
SO phải tính toán phí truyền tải, phí nghẽn mạch, khả năng tải của lưới điện nói chung và khả năng tải đi xa, các loại dịch vụ có thể cấp và giá cả v.v… và công bố
công khai để khách hàng lựa chọn loại và mức dịch vụ.
2.1.2.3Các nhiệm vụ của SO
Các nhiệm vụ của đơn vị vận hành TTĐđược thể hiện trên sơđồ sau đây (hình 2.1) [1]: Hình 2.1: Các nhiệm vụ của SO SO Đơn vị vận hành TTĐ Vận hành lưới truyền tải điện Vận hành thị trường điện Tính toán và thu phí truyền tải Quản lý nghẽn mạch Quy hoạch phát triển lưới truyền tải điện 1. Lựa chọn chế độ vận hành đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật và chất lượng. 2. Điều khiển vận hành trong thời gian thực 1. Cung cấp các dịch vụ chính và phụ.
2. Tính toán giá điện cho sàn giao dịch
3. Cung cấp thông tin cho khách hàng Cung cấp FTR hạn chế rủi ro cho khách hàng do nghẽn mạch Thực hiện các biện pháp kỹ
thuật nâng cao khả năng tải, giảm nghẽn mạch Tính toán khả năng tải của lưới điện Tính toán giá biên
2.1.3Các giới hạn truyền tải vật lý [11]
Để thiết kế một phương pháp quản lý tắt nghẽn hiệu quả, các nguyên nhân có thể đối với tắc nghẽn truyền tải cần được kiểm tra đầu tiên. Giới hạn truyền tải rất phức tạp nhưng có ít nhất các giới hạn truyền tải vật lý sau đây cần được quan tâm trong quản lý tắt nghẽn
• Giới hạn nhiệt (thermal limits) – Dòng công suất gây ra tổn thất điện năng làm nóng các đường dây điện và gây ra độ võng đường dây. Vượt qua nhiệt
độ nhất định, đường dây quá tải sẽ bị hư hỏng vĩnh viễn. Nguyên nhân đó là do không chỉ bởi dòng công suất tác dụng mà còn bởi dòng công suất phản kháng.
• Giới hạn biên độ điện áp (voltage magnitute limits) – hạn chế điện áp xác
định giới hạn vận hành mà có thể giới hạn dòng công suất trên các đường dây truyền tải. Hạn chếđiện áp chắc chắn đòi hỏi sự chú ý cho cả tải và việc truyền công suất tác dụng và công suất phản kháng trên hệ thống truyền tải xoay chiều. Việc tiêu thụ công suất phản kháng có xu hướng tạo nên võng
điện áp. Thường thì điều này phải được chỉnh sửa bằng cách bơm công suất phản kháng tại địa phương bởi vì công suất phản kháng thì không dễ dàng truyền qua khoảng cách dài.
• Giới hạn ổn định trên đường dây (Stabilitiy limits on power lines) – Dòng công suất thông qua các đường dây điện AC vì điện áp ở cuối nguồn phát đạt tối đa của nó hơn đầu điện áp ở cuối phụ tải. Độ lớn điện áp nguồn phát ở
phía trước được gọi là “góc pha”. Vượt quá 90 độ, dòng công suất giảm và trở nên hoàn toàn không ổn định. Đây là giới hạn ổn định vật lý của đường dây. Ổn định góc có thểđược phân chia thành 2 loại: ổn định tín hiệu nhỏ, là khả năng của hệ thống để duy trì đồng bộ dưới một sự xáo trộn nhỏ; ổn định tạm thời, là khả năng duy trì đồng bộ khi bị một xáo trộn thoáng qua mạnh.
• Giới hạn ổn định điện áp (Voltage stability limits) - Ổn định điện áp là khả
năng của HTĐ để duy điện áp ổn định ở mức chấp nhận được ở tất cả các Nút trong hệ thống trong điều kiện vận hành bình thường hoặc sau khi chịu một một sự xáo trộn. Yếu tố chính gây mất ổn định điện áp là sự mất khả
vấn đề thường là điện áp rơi mà xảy ra khi dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng qua cảm kháng kết hợp với lưới truyền tải.
Ngoài 4 giới hạn vật lý được liệt kê ở trên, ràng buộc dự phòng cũng được xem xét
đối với tắt nghẽn. Các ràng buộc dự phòng là một yếu tố cơ bản của việc kiểm soát an ninh kinh tế. Phân tích dự phòng xác định các trường hợp khẩn cấp tiềm tàng thông qua mở rộng mô phỏng trên mạng HTĐ. Một ước tính vừa phải hơn của khả
năng truyền tải là sẽ thu được sau khi xem xét những ràng buộc dự phòng sau biến cố (post-contingency)
Các giới hạn truyền tải vật lý trên quyết định TTC và ATC, đó là thông tin hệ thống quan trọng được công bố trong bất kỳ TTĐ nào. TTC xác định sản lượng điện có thể được truyền qua các mạng truyền tải được kết nối với nhau một cách đáng tin cậy dựa trên các điều kiện theo sau. Đối với cấu hình hệ thống hiện có hoặc quy hoạch, và với các quy trình vận hành (trước dự phòng) bình thường có hiệu lực, tất cả các phụ tải bộ phận phải nằm trong công suất bình thường và tất cả các điện áp phải nằm trong các giới hạn bình thường. Tất cả các HTĐ phải có khả năng hấp thụ động vượt qua các dao động và duy trì ổn định, theo sau một sự nhiễu loạn là các kết quả về tổn thất của bất kỳ thành phần HTĐđơn nào, chẳng hạn như một đường dây truyền tải, máy biến áp, hoặc đơn vị nguồn phát. Với định nghĩa rất chung chung này, TTC là một chức năng của các giới hạn điện áp, nhiệt và ổn định hệ
thống và được cho bởi:
TTC = Min {Giới hạn nhiệt, giới hạn điện áp, giới hạn ổn định góc, giới hạn ổn
định điện áp}. (2.1)
Biên truyền tải tin cậy (Transmission Reliability Margin - TRM) là lượng công suất truyền tải cần thiết để đảm bảo rằng các mạng truyền tải kết nối với nhau an toàn dưới một phạm vi hợp lý các điều kiện của hệ thống. Việc đánh giá này phản ánh
ảnh hưởng của nhiều nguồn khác nhau về sự không chắc chắn trong thệ thống và trong các điều kiện vận hành hệ thống. Dự trữ lợi ích về khả năng tải (Capacity Benefit Margin - CBM) là lượng công suất truyền tải đặt trước thực hiện bởi các bộ
phận dịch vụ phụ tải để đảm bảo truy cập vào nguồn phát từ các hệ thống lân cận kết nới với nhau đểđáp ứng các yêu cầu độ tin cậy hệ thống.
Khi đó, Khả năng truyền tải khả dụng được định nghĩa là một thước đo công suất truyền tải còn lại trong mạng truyền tải vật lý cho toàn bộ hoạt động thương mại trong tương lai đã được cam kết sử dụng và được thể hiện như sau:
ATC = TTC – TRM – CBM – Các cam kết truyền tải tồn tại. (2.2) Thông tin ATC nên được tính toán và công bố cho giờ, tháng tiếp theo, và 12 tháng sau đó.
2.1.4Tắt nghẽn truyền tải
Trong trường hợp không có trường hợp tắt nghẽn và các vấn đềđộ tin cậy vận hành, thì không cần đầu tư mở rộng truyền tải; hệ thống hiện tại đủ để xử lý tất cả các giao dịch yêu cầu trên cơ sở tin cậy. Về lý thuyết, một hệ thống như vậy có thể cho phép điều phối chi phí tối thiểu nguồn phát và cắt giảm tải. Các kết quả tắt nghẽn