b FACT S ng GAMS
3.4 Bài toỏn xỏc định vị trớ thiết bị FACTS
3.4.1 Giới thiệu
Khi quyết định lắp đặt cỏc thi t bế ị FACTS trong hệ thống, c n phầ ải
xem xột đến cỏc vấn đề sau: lo i thi t b FACTS nào cạ ế ị ần được s d ng, cụng ử ụ
suất của chỳng là bao nhiờu và v trớ nào trong hị ệ ố th ng sẽđược lắp đặt. Phần này s trỡnh bàyẽ phương phỏp xỏc định vị trớ thi t bế ị FACTS theo tiờu chớ tối
ưu chi phớ v n hành và c c ti u t n th t cụng su t tỏc dậ ự ể ổ ấ ấ ụng trờn lư i điớ ện.
Tối ưu vị trớ c a thi t b FACTS trong h thủ ế ị ệ ống đi n đó đưệ ợc nghiờn cứu cả trong chế độ xỏc lập và đ ng. Đó cú nhi u phương phỏp luộ ề ận cho việc
xỏc định cỏc vị trớ đặ ốt t i ưu c a thiủ ế ịt b FACTS đố ớ ệ ối v i h th ng k t h p. ế ợ Cỏc phương phỏp tiếp cận tổn thất đó được đề xuấ ố ớ ụ ố ết đ i v i t n i ti p, chuyển dịch pha và chuỗi bự VAR tĩnh. Một vài cỏc nghiờn cứu khỏc thỡ xem xột tới khớa cạnh tối ưu trào lưu cụng suất cú cỏc thi t b FACTS v i cỏc hàm m c ế ị ớ ụ
tiờu khỏc nhau [9,10,15,17,18,26,27,29,34]. Cỏc ứng dụng c a cỏc thiủ ết bịnày nhằm cải thiện đ c tớnh đặ ộng c a hủ ệ ố th ng cũng đó được nhiều tài liệu đề ậ c p
đến. Rajaraman et al [29] đó sử ụ d ng phương phỏp trào lưu cụng suấ ểt đ xỏc
định kớch thước và v trớ c a cỏc chu i bự n i ti p nh m nõng cao gi i h n t i ị ủ ỗ ố ế ằ ớ ạ ả
dõy khi hệ ố s phụ ả t i khụng đổi tại mỗi nỳt được tớnh toỏn với sự trợgiỳp của
phương phỏp trào lưu cụng suất. Trong h th ng lệ ố ớn khi mà phụ ả t i thay đổi,
xỏc định v ị trớ đặ ốt t i ưu c a cỏc chuủ ỗi bự nối ti p s ế ẽ khú khăn. Paterni et al
[26] đó sử ụ d ng thu t toỏn Genetic nhậ ằm xỏc định v trớ c a cỏc b chuy n ị ủ ộ ể
dịch pha trong hệ thống điện của Phỏp trờn cở ở s chi phớ của thiết bị. Trong [ ,17 34], tối ưu của thi t b ế ị FACTS đ t đưạ ợc b ng cỏch giằ ải bài toỏn đi u đề ộ
kinh t cú thờm chi phớ cế ủa cỏc thiết bị FACTS này và giả thi t tế ất cả cỏc
đư ng dõy đ u đườ ề ợ ắc l p đặt cỏc thi t b này. Trong thế ị ự ếc t khi cú cỏc h p ợ đồng song phương/hoặc đa phương thỡ sẽ khú khăn khi sử ụ d ng hàm m c tiờu ụ
này.
Luận s s dỏn ẽ ử ụng phương phỏp xỏc định vị trớ đặt tối ưu ủ c a cỏc thiết b ị FACTS trong hệ thống theo m t ộ trong 02 tiờu chớ là cực tiểu chi phớ vận hành hoặc c c tiự ểu t ng tổ ổn thất cụng suất tỏc dụng của hệ thống. Phương
phỏp tiếp cận sử ụ d ng đơn giản nhằm xỏc định nhanh v lịtrớ ắp đặ ủt c a thi t b ế ị
FACTS tại v trớ cú giỏ trị ị chi phớ v n hành ậ hoặ ổc t ng tổn thất cụng suất tỏc dụng nhỏnhất được mụ tả ạ t i phần 3.4.2.
3.4.2 Phương phỏp xỏc định v trớ c a thiết bị ị ủ FACTS
Phương phỏp nh m đỏnh giỏ hiằ ệu quả ủ c a thi t b FACTS trong h ế ị ệ
thống đi n đư c xỏc đệ ợ ịnh theo 02 tiờu chớ tổng tổn thất cụng suất tỏc dụng và chi phớ v n hành nhậ ỏ nhất, nhờ đú vị trớ c a thiủ ết bị FACTS được xỏc định nhằm mang lại hiệu quả cao nhất trong hệ ố th ng đi n. Phương phỏp giệ ả ựi d a
trờn cơ sở bài toỏn tối ưu vận hành (OPF) thụng th ng ườ được hi u ch nh cú ệ ỉ
xem xột cỏc thiết bị FACTS. Phương phỏp mụ hỡnh bơm cụng su t đưấ ợc sử
dụng cho tớnh toỏn trào lưu cụng suất khi cú xột đến cỏc thiết bị TCSC và TCPAR.
Phương phỏp tối ưu vận hành đề xuất đượ ậc l p trỡnh trờn ph n m m cú ầ ề
tờn gọi là GAMS (General Algebraic Modeling System) để tớnh toỏn, phõn
tớch và đỏnh giỏ hiệu quả ủ c a FACTS. Như đó ỡtr nh bày GAMS là một cụng c mụ ạnh được sử ụ d ng để giải quyết cỏc bài toỏn quy ho ch phỏt triạ ển, vận hành tối ưu trong hệ thống điện. Chi ti t vế ề bài toỏn tối ưu vận hành của
GAMS được trỡnh bày chi ti t ph n 3.3.3. ế ở ầ
Trờn hỡnh bài toỏn tối ưu vận hành được giải cho trường hợp cơ sở
(khụng cú thiết bị FACTS nào được lắp đặt) trong 02 hàm mục tiờu khỏc nhau, tổng chi phớ vận hành của hệ ố th ng nhỏ nhất và tổng tổn thất nhỏ nhất. Giỏ trị
tối ưu ủc a trường hợp cơ sở giỏ tr t ng chi phớ vị ổ ận hành được bi u di n b ng ể ễ ằ
MinLoss_Base. Giỏ trị này được sử ụ d ng để so sỏnh v i cỏc lớ ời gi i tả ối ưu
khỏc khi cú xem xột cỏc thiết bị FACTS lắp đặt trờn cỏc đường dõy truy n tề ải.
Phương phỏp xỏc định tối ưu vị trớ thi t b b ng cỏch so sỏch giỏ tr c a hàm ế ị ằ ị ủ
mục tiờu trong cỏc lời giải tối ưu khỏc nhau khi m t thiộ ết bị FACTS được lắp
đặ ạt t i một đường dõy truyền t i trong mả ỗi trường hợp. Nhằm gi m sả ự phức tạp của bài toỏn đa m c tiờu, đ a điụ ị ểm lựa chọn của thiết bị FACTS sẽ được
xỏc định trong t ng l i gi i riờng r ừ ờ ả ẽ trong trường h p giỏ tr c a chi phớ v n ợ ị ủ ậ
hành và tổng tổn thất cụng suất tỏc dụng là nhỏ nhất. Hai bài toỏn tối ưu vận hành sẽ được chạy riờng rẽ ớ v i hàm mục tiờu lần lượt cực tiểu tổng chi phớ vận hành của hệthống hoặc cực tiể ổu t ng tổn thất cụng suất tỏc dụng của h ệ
thống khi xem xột cú 01 thiết bị FACTS trờn 01 đường dõy truy n tề ải trong mỗi trường hợp. Lời giải tối ưu sẽđược xỏc định v i v ớ ịtrớ đặ ốt t i ưu nh t c a ấ ủ
thiết bị FACTS khi cho giỏ trị ổ t ng chi phớ v n hành hoậ ặc tổng tổn thất cụng suất tỏc dụng là nhỏ nhất. T i mạ ỗi quỏ trỡnh lặp giỏ trị ố t i ưu tổng chi phớ vận hành của Model-1 được bi u diể ễn là MinCost_Model-1 và giỏ trị ố t i ưu tổng tổn thất cụng suất tỏc dụng của Model-2 được bi u di n là MinLoss_Model-2 ể ễ
của hàm mục tiờu sẽ được xỏc định. Giỏ trị MinCost_Model-1 và
MinLoss_Model-2 trong mỗi trường hợp cú thể khỏc nhau, phõn tớch kết quả
bài toỏn tối ưu chi phớ n hành vậ và tổn thất cụng suất tỏc dụng nhằm xỏc định cỏc yếu t và hi u quố ệ ả ủ c a từng trường hợp. Xỏc định tối ưu vị ctrớ a thi t b ủ ế ị FACTS được mụ t ảnhư hỡnh 3.7
Hỡnh 3.7: Sơ đồthuật toỏn xỏc định tối ưu vị trớ c a thiủ ết bịFACTS trong bài toỏn tối ưu chi phớ vận hành/tổng tổn thất cụng suất tỏc dụng của hệ ố th ng
Bắ ầt đ u Yes Đỳng Sai Chạy OPF MinLOSS kịch bản cơ sở (khụng cú FACTS) xỏc định MinLoss_Base Đ/d k = 1 FACTS tại k Chạy Model-2 xỏc định MinLoss_Model-2 (k) MinLoss_Base > MinLoss_Model-2 (k) k =k + 1 FACTS tại k k =k +1 k > kMAX k > kMAX Phõn tớch vai trũ v ịtrớ đặ ốt t i ưu c a FACTS ủ trờn đường dõy k trong bài toỏn tối ưu
hoỏ. Đ/d k = 1 Chạy Model-1 xỏc định MinCost_Model-1(k) MinCost_Base > MinCos _Modelt -1 (k) Đỳng Đỳng Đỳng Sai Sai Sai MinCost_Base = MinCos _Modelt -1 (k) MinLoss_Base = MinLoss_Model-2 (k) Chạy OPF MinCOST kịch bản cơ sở (khụng cú FACTS) xỏc định MinCost_Base
Phương phỏp luận trờn sẽ ỏp dụng cho tớnh toỏn xỏc định vị trớ c a thi t ủ ế
b ị FACTS trong hệ thống mi n B c Viề ắ ệt Nam được trỡnh bày tại Chương 4.
Bằng việc xỏc định vịtrớ thớch hợp của thiết bịFACTS trong bài toỏn c c ự tiểu t nổ g tổn thất cụng suất t c dỏ ụng khụng những tổn thất truyền tải giảm, cải thiện ch t l ng i n ấ ượ đ ệ ỏp mà cũn làm giảm nguy cơ quỏ tải của hệ thống. Lợi ớch kinh tế cũng sẽ đư c tớnh đợ ến thụng qua bài toỏn giảm tổng chi phớ vận hành của hệ ố th ng b nằ g việ ốc t i ưu hệ ố th ng phỏt điện. S liố ệu tớnh toỏn trong bài toỏn s s dẽ ử ụng số ệ li u do Trung tõm Đi u đề ộ HTĐ Quốc gia c p và tấ ừ ố s liệu Tổng sơ đồ6. Chi phớ của thiết bịFACTS được tham kh o tả ại [20,25].
Chương 4
T ối ưu hoỏ v h h ận àn hệ thống điện Việt Nam cú xột đến thiết ị b FACTS
4.1. Hệ ố th ng điện Việt Nam và khả năng ng dụng ứ thiế ị FACTS t b
Đểđỏp ứng yờu c u cung cầ ấp điện cho phỏt tri n kinh tể ế xó h i cộ ủa đất
nước trong hơn 10 năm qua (t 1995 đừ ến 200 ), cựng v6 ới quỏ trỡnh tăng trưởng nhu c u tiờu thầ ụ điện c nguả ồn đi n, lưệ ới điện truy n t i (tề ả ừ điện ỏp 110kV tr lờn) và phõn phở ối (từ điện ỏp 35kV trở xuống) cũng đó được xõy dựng với một khối lượng rất lớn. Nếu bắ ầt đ u từ năm 1994 chỳng ta mới tiếp cận và vận hành đường dõy 500kV, thỡ hiện nay lư i đi n 500kV đó và đang ớ ệ được v n hành rậ ấ ổt n định, cỏc s c ự ốđó gi m đỏng kả ể. Khối lượng đường dõy, trạm biến ỏp và dung lượng mỏy bi n ỏp 220kV, trong ế hơn 10 năm đó tăng
lờn gần tới 3 lần. Lư i đi n 110kV đó bao phớ ệ ủ toàn b 64 t nh thành cộ ỉ ủa cả nước.
H ệ thống điện của Việt Nam hiện đang vận hành với cỏc cấp điện ỏp
500kV, 220 kV, 110kV và cỏc cấp điện ỏp trung ỏp t 35kV t i 6kV. Ngoài ừ ớ
đường dõy 500kV nối liờn k t h th ng giế ệ ố ữa ba mi n Bề ắc, Trung, Nam thỡ
lư i điớ ện truy n t i ề ả ở ấ c p đi n ỏp 220kV và lưệ ới điện phõn ph i cố ở ấp điện ỏp 110kV cú thể phõn theo 3 mi n B c, Trungề ắ và Nam. Ngoài ra hệthống 500kV
cũn được s dử ụng để liờn k t vế ới Trung tõm Điện lực Phỳ Mỹ, nơi tập trung 40% cụng suất lắp đặt của hệ ốth ng điện toàn quốc. Phần lư i điớ ện truy n tề ải 500kV và 220kV do cỏc cụng ty truy n tề ải điện I, II, III và IV quản lý. Ph n ầ lư i điớ ện phõn ph i ố ở ấ c p đi n ỏp 110kV và lưệ ới điện trung ỏp cỏc cở ấp điện ỏp từ 6kV tới 35kV do cỏc cụng ty điện lực mi n quề ản lý [7].
Quỏ trỡnh phỏt triển lư i điớ ện truy n t i ề ả ở Việt Nam trong 15 năm qua
cú thể túm t t trong b ng sau. ắ ả
Bảng 4.1. Khối lượng đường dõy và trạm biến ỏp
N m ă 1990 1995 2000 2006
Khối lượng km MVA km MVA Km MVA km MVA
500kV 1487 2850 1532 2850 3286 6600
220 kV 1359 1544 2272 3038 3519 6726 5650 15923
66 110 kV ữ 4265 2603 6069 3466 7909 8193 11201 20806
4.1.1 Hiện trạng lư i truyền tải 500kV ớ
Lưới truy n t i 500kV cú th ề ả ể coi là xương sống c a h thủ ệ ống điện Việt Nam. Chạy su t tố ừ ắ B c vào Nam với tổng chi u dài trờn ề 3000 km lưới điện
500kV đúng một vai trũ vụ cựng quan tr ng trong cõn bọ ằng năng lượng của toàn quốc và cú ảnh hưởng lớn tới độ tin c y cung cậ ấp điện của từng miền. Tổng hợp khối lư ng đượ ờng dõy và trạm biến ỏp năm 2006 được trỡnh bày trong bảng 4.2.
1BBảng 4.2: Tổng h p kh i lư ng đư ng dõy và tr m 500kV ợ ố ợ ờ ạ Mi n ề Khối lư ng đư ng ợ ờ
dõy (km)
Trạm bi n ỏp ế (MVA)
S ố mỏy Tổng dung lư ngợ
Miền Bắc 8 87 5 2250
Miền Trung 1210 2 1350
Miền Nam 1189 6 3000
Tổng cộng 3286 13 6600
Nguồn: T ng k t vổ ế ận h h hàn ệ ốth ng i n qu c gia n m 2006 đ ệ ố ă Được đưa vào vận hành t ừ năm 1994, đường dõy 500kV ngày càng
đúng vai trũ quan trọng trong vận hành hệ ố th ng điện. Nếu như trong cỏc năm
t ừ 1994 tới 1999 đường dõy này chủ ế y u chỉ truyền tải đi n năng từ ắệ B c vào
Nam thỡ trong cỏc năm g n đõy do sầ ự phỏt tri n cể ủa nguồn điện ở khu v c ự
miền Nam mà đư ng dõy 500kV đó đúng vai trũ là đườ ờng dõy nối liờn k t hế ệ
thống. Điều này gúp phần làm tăng tớnh kinh tế trong v n hành cỏc nhà mỏy ậ điện, d n tẫ ới giảm chi phớ chung của toàn h th ng. ệ ố
Trong cỏc năm g n đõy, miầ ền Bắc cú xu hướng nhận điện từ ệ ố h th ng
điện mi n Trung và miề ền Nam với lượng cụng suấ ựt c c đại khoảng 1000MW.
Trong năm 2004 cụng suất truy n tề ả ới l n nhất thuộc đo n đưạ ờng dõy 500kV
Đà Nẵng - Pleiku v i giỏ trớ ịtrờn 1300MW vào thỏng 12. Đõy là cỏc thỏng nhà
mỏy thủy điện Hũa Bỡnh cú cụng suất khả ụ d ng th p do hấ ạn chế ề ộ v c t nước.
Trờn cỏc đoạn đường dõy cũn l i mạ ức cụng su t truy n t i cấ ề ả ực đạ ại t i m t vài ộ
thời điểm cũng cú lỳc dao động trong phạm vi t 700 MW t i 800 MW. Giỏ ừ ớ
trị cụng suất tại cỏc thời đi m này đó vưể ợt quỏ dũng định m c c a cỏc b t ứ ủ ộ ụ
bự dọc trờn đường dõy 500kV.
Đầu năm 2004, EVN đó đúng điện thành cụng mạch 2 đường dõy
500kV Phỳ lõm – Pleiku và đường dõy 500kV Phỳ Mỹ – Nhà Bố Phỳ Lõm. –
suất chung của toàn hệ thống. Tuy nhiờn, do mức đ t bự tương đốặ i th p nờn ấ đường dõy Phỳ lõm – Pleiku mạch 2 chưa phỏt huy đượ ốc t t hi u quệ ả ủ c a
mỡnh. Đường dõy 500kV Phỳ M – ỹ Nhà Bố – Phỳ Lõm đó đúng điện và phỏt huy hi u qu khi cỏc nhà mỏy nhiệ ả ệt điện Phỳ M 4 và Phỳ M 2.2 vào vỹ ỹ ận
hành. Trạm biến ỏp 500/220kV Phỳ Mỹ hoàn thành trong thỏng 8 năm 2005
đó tạo điều kiện cho NĐ Phỳ Mỹ 3 phỏt lờn phớa 500kV, gúp ph n gi m quỏ ầ ả
tải cho cỏc xuất tuyến 220kV từ ạ tr m bi n ỏp 220kV Phỳ M . ế ỹ
Gần đõy cụng suất truyền tải trờn đo n đưạ ờng dõy Pleiku - Đà Nẵng
vư t quỏ dũng điợ ện cho phộp của b t bự dộ ụ ọc đường dõy. Vỡ vậy đ u năm ầ 2004 EVN đó hoàn thành cụng trỡnh nõng cụng suấ ộ ụt b t bự dọc đoạn đường dõy này v i ụớ th ng số dũng lờn 2000A. M ch 2 Pleiku ạ - Dốc Sỏi - Đà nẵng và
Đà Nẵng – Hà Tĩnh đó đúng điện thỏng 11/2004 và thỏng 5/2005, giảm bớt tỡnh trạng căng thẳng trong truy n t i cụng suề ả ất trờn đường dõy 500kV và gúp phần tăng cư ng đờ ộ tin c y cung cậ ấp điện cho miền Trung và mi n Bề ắc. Đến
thỏng 9/2005 đưa vào vận hành đoạn cũn lạ ừi t Hà Tĩnh – Nho Quan -
Thường Tớn. Toàn b 2 mộ ạch 500kV được v n hành, tậ ạo liờn kết hệ ố th ng Bắc –Trung Nam v- ới cụng suất trao đổi khoảng trờn 1400MW. Dự kiến đ u năm ầ
2007 sẽ ế ti p t c nõng cụng suụ ất tụbự đoạn Pleiku - Dốc Sỏi - Đà Nẵng mạch
2 để phõn b cõn tố ải và tăng thờm kh năng cung c p điả ấ ện từ mi n Nam cho ề