I 5o hi 1
2.3.2.3 Qui hoạch mạng truyền tải trong thị trường điện cạnh tranh
Bởi vì tất cả người sản xuất và người tiêu thụ trong thị trường điện miễn
dùng hệ thống truyền tải miền đó, việc mở rộng hệ thống sẽ ảnh hưởng đến người sử dụng nhưng không bằng nhau. Người sản xuất giá thấp sẽ nhận doanh
thu cao hơn, trong khi người sản xuất giá cao thì doanh thu sẽ thấp. Nghĩa là
qúa trình qui hoạch và thực hiện mở rộng thường mâu thuẩn nhau trong lợi ích mở rộng truyền tải và sẽ khó khăn khi thiết lập qúa trình rõ ràng và công bằng
cho việc quyết định và ứng dụng thiết bị truyễển tải mới.
Cluewg 2: Quả koạek hệ thống điện trong thị trường điện eạnÉt tranÌt
Qúa trình qui hoạch truyền tải nhận thấy rằng các dự án khác nhau sẽ có lợi ích khác nhau có thể tạo điều kiện thuận lợi qui hoạch truyền tải, trong
khi triển vọng thị trường điện cạnh tranh là phối hợp duy trì lợi ích mở rộng lưới. Vì vậy, qui hoạch truyền tải mới trong thị trường điện cạnh tranh được
chia thành hai loại dự án dự án truyền tải miễn và dự án truyền tải chuyên dụng. Dự án truyễn tải miễn được qui hoạch tập trung cho lợi ích tập thể người tiêu thụ, có cạnh tranh trong xây dựng, sở hữu và bảo dưỡng thiết bị. Chi phí hàng năm cho dự án truyền tải miễn được hỗ trợ tương tự chi phí trong hệ thống điện độc quyền. Ngược lại, dự án truyền tải chuyên dụng được qui hoạch
phi tập trung với động cơ thương mại được hỗ trợ thông qua tín hiệu giá.
Qúa trình qui hoạch truyền tải miễn bao gồm qúa trình phân tích, nâng
cao và hỗ trợ tài chính mạng truyền tải như sau:
-_ Qui hoạch tập trung nhờ bộ phận qui hoạch truyền tải miền.
- Qui định rõ ràng việc truy xuất truyền tải và lập giá để phân phối
công bằng toàn bộ chi phí và lợi nhuận mạng truyền tải kể cả giá tắc nghẽn
tải.
- Đánh giá kinh tế dự án mạng truyền tải nhằm đảm bảo lợi nhuận. - Tiêu chuẩn đánh giá dự án truyền tải mới rõ ràng và công bằng.
Kết qủa của qúa trình này là các dự án truyền tải có hỗ trợ giá để cải thiện hiệu qủa cạnh tranh thông qua đấu thầu nhằm cực tiểu chi phí dịch vụ truyền tải trong phạm vi thị trường điện miễn, đồng thời tiếp tục phân tích lợi
ích và chi phí của dự án truyền tải mới.
Còn dự án truyền tải chuyên dụng dùng cho người sản xuất và khách hàng nào đó và họ có trách nhiệm lập kế hoạch, phát triển và hỗ trợ các thiết bị là một phần của giao dịch năng lượng với chi phí ít nhất và thời gian tốt nhất. Vì vậy dự án truyền tải chuyên dụng không yêu câu giấy phép thương
mại của bộ phận qui hoạch truyền tải miễn, nhưng phải đảm bảo các yêu cầu
kỹ thuật cho việc liên kết và vận hành các thiết bị đưa ra.
Dự án truyền tải chuyên dụng phù hợp cho thị trường cạnh tranh và phát
triển dự án độc lập. Bằng cách ấn định tất cả chỉ phí dự án truyền tải và lợi
nhuận cho nhà đầu tư dự án và khách hàng sử dụng. Các nhà đầu tư chọn dự án có chị phí và rũi ro phù hợp. Vì vậy thị trường điện cạnh tranh bắt buộc xác
định giá dịch vụ truyền tải cho dự án truyễển tải chuyên dụng, trong khi tiêu
chuẩn đầu tư thương mại quyết định mức đầu tư dự án. Tóm lại dự án truyền
tải chuyên dụng được phát triển tương tự như dự án nguồn phát trong thị trường
cạnh tranh.
2.4 KẾT LUẬN
Khi đưa vào thị trường nguồn phát, việc qui hoạch và phát triển nguồn tiếp tục có sự chuyển dịch lớn. Tiêu chuẩn độ tin cậy nguồn phát được hoàn
Chươớg 2: (Qui hoạek: hệ thống điệm trowg thị trường điện cạuÉt trank
thiện, bổ sung hay thậm chí thay thế bằng giá thị trường và động cơ thương mại.
Việc cân bằng cạnh tranh nguồn phát một cách hiệu qủa và giá truyền tải hiệu qủa là yêu cầu quan trong trong thị trường điện cạnh tranh. Đặc biệt xây dựng quyền truyền tải hợp lệ vẫn đang được phát triển.
Việc cạnh tranh nguồn phát cũng làm thay đổi qúa trình qui hoạch
truyền tải. Qui hoạch truyền tải phi tập trung như mong muốn nếu chỉ khi quyền truyền tải hợp lệ được ấn định cho các dự án phi tập trung. Mặc khác,
dự án truyền tải được qui hoạch và xây dựng bởi bộ phận qui hoạch truyền tải
thay mặt cho tất cả người tiêu thụ trong phạm vi thị trường.
Qúa trình chính trị xã hội cho việc chọn vị trí và cấp giấy phép nguồn
phát mới và thiết bị truyển tải mới trong thị trường điện cạnh tranh phẩi cần xem Xét lại từ qúa trình áp dụng trong thị trường độc quyền. Đặc biệt quyển
hạn và nghĩa vụ các dịch vụ công cộng của dự án điện xây dựng bởi công ty độc quyền sẽ không thích hợp cho các dự án mang tính thương mại xây dựng
bởi công ty nguồn phát cạnh tranh.
Có lẽ điều quan trọng nhất là thiết kế cơ chế hợp pháp, mang tính
thương mại cho thị trường điện cạnh tranh là công việc đang tiến triển và cần
phải tiếp tục bổ sung các yêu cầu cho phù hợp với từng quốc gia cụ thể.
ung 3: Ứng dựng tiết bị RACTS trong thị trường điệu cạnh: tranh:
ỨNG DỤNG CÁC THIẾT BỊ FACTS
TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CANH TRANH
3.1 GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ FACTS
Ngày nay, nhiều nước trên thế giới đã hình thành thị trường điện. Hoạt động của thị trường điện đã mang lại lợi ích đáng kể. Tuy nhiên vẫn còn nhiều hạn chế như việc cung cấp điện vẫn chưa thật ổn định, giới hạn hệ thống truyền tải và tổn thất công suất trong hệ thống vẫn còn cao. Tất nhiên, những hạn chế này còn gia tăng trong hệ thống điện chưa tham gia vào thị trường điện cạnh tranh. Để giải quyết những hạn chế nêu trên đồng thời tăng sự linh
hoạt và khả năng sắng sàng của hệ thống truyền tải, ngày nay một số nước
phát triển như Mỹ, Canada, Brasil đã sử dụng công nghệ FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems) trong mạng truyền tải. FACTS là hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt, là thiết bị điện tử công suất hoạt động ở chế độ tự động với dòng điện lớn và điện áp cao, cho phép điều khiển nhanh các thông số hệ thống như điện ấp, dòng điện, tổng trở, góc pha, công suất tác dụng và công suất phẳng kháng gần như tức thời. Ngoài ra, nó còn cho phép đường dây vận hành gần đến giới hạn nhiệt. Nhờ vậy cải thiện hiệu qủa vận hành hệ thống trong thị trường điện cạnh tranh.
3.2 PHÂN LOẠI THIẾT BỊ FACTS
Dựa vào chế độ vận hành, chúng ta có thể phân loại thiết bị FACT§ ra làm 3 loại chính như sau [3]:
- Loại nối tiếp Thyristor Controlled Series Capacitors (TCSC): điều khiển
dòng điện và điều khiển dòng công suất chạy theo đường truyền hợp đồng,
ngăn cẩn dao động, nâng cao ổn định động và ổn định tĩnh của hệ thống, ổn
định điện áp, giới hạn dòng điện chạm đất.
- Loại song song Static Var Compensator GVC): điều khiển điện áp, ngăn cản dao động, bù công suất phản kháng, tăng ổn định động và ổn định tĩnh của hệ thống, ổn định điện á áp.
€furơrg 3: (đíng dụng thiết bị RACTS trong thị trường điện cạnh: trai:
- Loại kết hợp nối tiếp với song song Unified Power Flow Controller (UPEC): điểu khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường dây, điều khiển điện áp, bù công suất phản kháng, tăng ổn định động và ổn định tĩnh, ổn
định điện áp, giới hạn dòng điện chạm đất, ngăn cần dao động. Công nghệ FACTS phát triển dựa trên 2 vấn đề sau:
- Sử dụng thiết bị điện tử công suất cao (GTO, IGBT, SI, MCT, MOSFET) và
bộ biến đổi điều biến độ rộng xung (PWM).
- Phương pháp điểu khiển sử dụng bộ xử lý tín hiệu số (DSP) và công nghệ vi xử lý.
3.3 LỢI ÍCH TỪ CÁC THIẾT BỊFACTS
- Điều khiển dòng công suất theo yêu cầu.
- Tăng khả năng tải của đường dây gần đến giới hạn ổn định nhiệt.
- Tăng đảm bảo an toàn và tin cậy cho hệ thống, giảm tổn thất trên đường dây.
- Cung cấp an toàn đường dây liên kết giữa các vùng vì vậy giảm công suất dự phòng cho cả hai phía.
- Giảm được công suất phản kháng, vì vậy tải được công suất tác dụng nhiều hơn trên đường dây.
-_ Tạo ra sự linh hoạt hơn trong việc lựa chọn địa điểm để xây dựng các
nhà máy điện mới và giảm chi phí giải phóng mặt bằng, xây dựng các đường dây mới.
- Ngăn ngừa sự cố mất điện dây chuyển bằng cách giới hạn ảnh hưởng của sự cố và hư hỏng thiết bị.
- Giảm dao động hệ thống điện.
- Nâng cao hiệu qủa cho ngành điện với chỉ phí sản xuất điện thấp nhất.
3.4 ỨNG DỤNG THIẾT BỊ FACTS ĐỂ ĐIỀU KHIỂN NGHẼN MẠCH TRUYỀN TẢI TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CẠNH TRANH
3.4.1 Giới thiệu
Khi chuyển sang thị trường điện cạnh tranh. Thì việc nghẽn mạch truyền tải xảy ra thường xuyên hơn do việc tăng giao dịch mua bán điện trong và giữa các vùng và nói chung việc sử dụng lưới truyền tải tăng lên.
Việc giải quyết nghẽn mạch truyền tải có thể dựa trên cơ sở giá điện
theo thứ tự ưu tiên trong việc cắt bớt giao dịch. Ngoài ra có thể điều khiển
nghẽn mạch truyền tải bằng cách dùng các thiết bị FACTS. Phần này xem xét
đưa các thiết bị FACTS vào trong bài toán OPF để giảm nghẽn mạch truyền tải và cực tiểu việc cắt bớt giao dịch theo kế hoạch. Ba loại thiết bị chính được
lurơug 3: (ng dụng thưết bị RACTS trong thị trường điện cqmÉt tranh, xem xét là tụ điện nối tiếp điểu khiển được (TCSC), bộ điều chỉnh góc pha
điều khiển bằng thyristor (TCPAR) và bộ bù công suất kháng (SVC).
3.4.2 Mô hình tĩnh của các thiết bị FACTS
Hình 3.1 mô hình đường dây truyền tải hình x nối nút ¡ và j. Dòng công
suất tác dụng và phản kháng từ nút ¡ đến nút j là:
PB; = VỆG¿ —V,V,[G cosỗ„ + Bạ sinŠ„ .1)
Qj; = -V/ (Bụ +ức) —V,V, lơ; sinỗ,; — Bụ COS Ö,; (3.2)
Núti — “i=RjHŠ¡j — Nút)
JB C T T JBc
Hình 3.1 Mô hình đường dây truyền tải
Tương tự dòng công suất tác dụng và phản kháng từ nút j đến nút ¡ là:
2 -
Đụ = V; GỚ,, —V;V, |0; COSÖ,; — Bụ sinỗy (3.3) OØj¡ =—VỆ (By + Bc)+V,V;[Gụ sinỗ,y + Bị, cosỗ„ (3.4)
1
, ý 7 J Rụ +JXy
3.4.2.1 Tụ điện nối tiếp điều khiển được (TCSC)
Mô hình đường dây truyền tải có TCSC được trình bày trên hình 3.2. Trong trạng thái xác lập TCSC xem như là điện kháng tĩnh- jXrcạc thay đổi được và được dùng làm biến điều khiển trong phương trình dòng chảy công suất [6].
Núti — “j= RụtjX¡ Nút j
jBc + 3JXrcsc L jBc
Hình 3.2 Mô hình đường dây có TCSC Dòng công suất tác dụng và phản kháng từ nút ¡ đến nút J]à:
Pụ = VỆG¡; —V,V,|Gạ cosỗ¡ + Bÿ sinô, | (3.5)
Ój; = -V (By + Bc)- V;V, lG; sin Ồy -Bụ cos Ồ¿ (3.6)
fuương 3: (ứng dựng thiết bị RACTS trong thị trường điện cqmÌ:t tranh:
Tương tự dòng công suất tác dụng và phản kháng từ nút j đến nút i là:
2x ' ĐÓ Q
Đụ = Vị; Ớ,, —V,Y, lG; COSÖ,; — Bụ Ssinỗy (3.7)
2¿p' "
Qj =-Yj (By +Be)+VW,V,|G; sinð,„ +iy COSÔ,; (3.8)
Tổn thất công suất trên đường dây nối nút ¡ và j là:
Pụ = Đụ + Pạ = VỆGy + VỆG,, ~2V,V,Gy cosỗ, (3.9)
2p 2m'
Q¡ = Qj + Qj; = —Ÿ, Bụ —Y? Bụ + 2V,V,Bụ COSÔ„ (3.10)
¬.- Rụ ¬- - CẤy — Ấrcsc)
vỚi Œ„ Rỹ +ÔXy ~ Xrcsc) 132. .v v2 và Rự + Ấy — Xrcsc) 192 ./v v2
Những phương trình này dùng để mô hình TCSC trong bài toán OPFE.
3.4.2.2 Bộ điều chỉnh góc pha điều khiển bằng Thyristor (TCPAR)
TCPAR làm dịch góc pha của điện áp trên đường dây bằng cách đưa vào điện áp vuông góc với điện áp pha của đường dây nhờ máy biến áp kích thích và bộ điều khiển điện tử công suất. Mô hình tĩnh của TCPAR và đường
dây truyền tải giữa nút ¡ và j có tỉ số đầu phân áp a được trình bày trên hình 3.3
[7].
Núi ¡ 1:a⁄œ ề
Hình 3.3 Đường dây truyền tải có TCPAR Zj = Rj+t]X¡ Nút )
Công suất tác dụng và phản kháng truyền từ ¡ sang j là:
Bị =a°VỆG¡ —aV,V,|G„ cos(ỗ;y + œ)+ Bụ sin(ỗ,, +)] (3.11)
ụ =~aˆVˆBạ ~aV,V,|Gụ sin(Šy + œ)— Bạ cos(8„ +) (3.12)
Công suất tác dụng và phản kháng truyền từ j sang ¡ là:
Pị = VỆGụ ~ aV,V[Gạ cos(ỗ¡y + œ)— B„ sin(8,; + œ)] (3.13)
Ój; =—V}Bụ + aV,V,|G„ sin(Š + œ)+ Bụ cos(8, +) (3.14)
Tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trên đường dây có TCPAR là:
Đị = đụ + Đụ = a?VˆGy + VỆGy —2V,V,G,, CoS(ð + œ) (3.15) Ó¿ =Oj +Qj¡ =—a?VB, —VB, — 2V,V,Bị cos(ỗ„ + œ) (3.16)
Theo lý thuyết mạch, TCPAR được mô hình như đường dây hiện có và bơm thêm lượng công suất vào hai đầu như trình bày trên hình 3.4.
€lueorg 3: (đfng dựng thiết bị RACTS trong thị trường điện cạn: tranh
Nút ¡ Zj = RutjXu Nút j L—ŸƑẺễ>$ẽ £— A6, 4S —*'!
Hình 3.4 Mô hình TCPAR bơm vào công suất tại hai nút
Công suất tác dụng và phản kháng bơm vào đường dây có TCPAR là:
APB.= -a“VẺG,, —aV,V; lơ; sinð,; — Bụ cosð,„ (3.17)
AP; =~aV,V,|Gụ sinỗ; + Bụ cosỗ„ (3.18)
AO; =a?VˆBụ + aV,V,[Gạ cosỗ, + Bụ sinỗ, (3.19)
AQ; =~aV,V,|G„ cosỗ, — Bạ sin ỗ,„ (3.20)
Những phương trình này được dùng để mô hình TCPAR. trong bài toán OPF.
3.4.2.3 Bộ bù công suất phản kháng tĩnh (SVC)
Bộ bù công suất phản kháng nh (SVC) được dùng để điều khiển điện
áp tại một nút trong hê thống. SVC có thể ổn định biên độ điện áp tại điểm kết
nối với giá trị mong muốn trong khoảng thời gian tải thay đổi. SVC có thể phát hoặc thu công suất phản kháng tại điểm kết nối bằng cách thay đổi góc kích của các phần tử Thyristor. SVC cho phép điều khiển liên tục trên cả miễn
dung kháng và được xem như nút PV có công suất tác dụng bằng 0.
SVC được xem như nguồn công suất kháng thay đổi được. Mô hình của
SVC gồm các loại TSR, TCR, TSC được bày trên hình 3.5 và đặc tính điều khiển trên hình 3.6 [8].
Đường dây truyền tải
¬ \ N TT Hình 3.5 Mô hình của SVC 74
€lueregy 3: (Ông dụng thiết bị RACTS trong thị trường điện cqmÍt trai:
Công suất phản kháng ngõ ra của SVC là:
sục = V(V — Vy )X (3.21)
trong đó
*„ là điện kháng tương ứng với góc đặc tính điều khiển điện áp
V và V„„ là biên độ điện áp nút và điện áp chuẩn
X¿ và Xe là giới hạn điện cảm và điện dung
ÀẠ V X Xsi __—_“ : ^ Vye; 1
Hình 3.6 Đặc tính điều khiển của SVC
và công suất kháng ngõ ra thõa mãn điều kiện: min SỞsyc SƠmax (3.22) trong đó:
Quay = Bua-Vấy .23)
Ôn = Buap-Vấy (3.24)
Bụa =UXy và B„y=1L/Xc
3.4.3 Thành lập bài toán OPEF có các thiết bị FACTS
Bài toán điều độ truyền tải trong thị trường điện kết hợp thị trường Pool
và thị trường song phương là bài toán điều độ tối ưu với mục tiêu cực tiểu chỉ
phí và ràng buộc không vi phạm bất kỳ giới hạn ổn định. Giả sử ISO đảm bảo dịch vụ bù tổn thất, kết hợp với việc phân phối các giao dịch theo hợp đồng. Bài toán điều độ tối ưu được viết như sau [10]:
min C;(Œs,)—>`B, (Pp,) (3.25)
ị j
ràng buộc: øŒfg.Pp.T.Q.V,ö,F)=0 (3.26)
h(Py;. Pp,T,,Q.V,Š, F) <0 (3.27)
với fạ, và Pp, lần lượt là công suất tác dụng của máy phát trong Pool tại nút ¡
với giá bỏ thâu Œ; và phụ tải tại nút j giá để nghị C ¡› và Ps.Pp,T,,Q,V,Š,F lần
lượt là các véc tơ công suất phát vào Pool, phụ tải mua ra từ Pool, hợp đồng song phương, công suất phản kháng, biên độ điện áp, góc pha, và thông số
Qiuurdag 3: đứng dụng thiết bị RACTS trong thị trường điện cqmÉt tranh điều khiển của các thiếu bị FACTS trên đường dây. Phương trình (3.26) là
ràng buộc đẳng thức của cân bằng giao dịch và cân bằng công suất nút.
Phương trình (3.27) là ràng buộc bất đẳng thức bao gồm các ràng buộc vận hành.
Nếu chỉ có giao dịch song phương, thì bài toán tối ưu trên được viết lại là [11]: