TCSC cĩ thể làm việc ở hai chế độ bù điện kháng hay bù dung kháng. Trong trường hợp nghiên cứu này chỉ xét chế độ làm việc bù dung của TCSC trong hệ thống. Tuy nhiên nếu tính đến chi phí cho một đơn vị cơng suất bù theo bảng 2.1 thì chi phí lắp đặt thiết bị bù TCSC tỷ lệ với dung lượng bù mà thiết bị này mang lại. Vì thế nếu cài đặt giá trị dung kháng bù XTCSC trên đường dây càng cao sẽ càng tốn kém và vi phạm vào chỉ tiêu về kinh tế, hay nĩi cách khác là tính hiệu quả của giải pháp mang lại là khơng cao khi mà chi phí quá lớn. Giá trị bù của TCSC được xác định theo biểu thức:
X ij = X line + X TCSC
(3.11)
TCSC cĩ một trong hai đặc tính cĩ khả năng bù dung và bù kháng, tương đương với việc bù dung là để giảm tổng trở đường dây tăng khả năng mang tải, bù kháng để tăng tổng trở đường dây để giảm khả năng mang tải. Như vậy để tránh hiện tượng quá bù thì giá trị điện kháng của TCSC nằm trong khoảng giới hạn như dưới đây:
-0,7. XL ≤ XTCSC ≤ 0,2 XL pu.
Trong một số trường hợp giá trị X TCSC cĩ thể cho phép bù ở khoảng.
−0,5.X line ≤ X TCSC ≤ 0,5.X line
(3.13)
Điều này cho thấy phạm vi điều khiển bù của TCSC trên lưới điện truyền tải là khá rộng. Hầu hết các hệ thống điện khi được lắp đặt thiết bị bù TCSC đều cĩ thể làm tăng khả năng truyền tải. Điều này rất cĩ ý nghĩa một khi xác định được tập hợp các nhánh quá tải trong mạng, hay nĩi cách khác là xác định được vịng quá tải nhỏ nhất trong mạng để tiến hành bù cho phù hợp. Chính vì TCSC là thiết bị rất đắt tiền nên giả thiết trong luận văn này chỉ lắp đặt một (01) thiết bị TCSC trên lưới.
Để giảm giá thành của TCSC cần giảm số lượng TCSC và dung lượng của TCSC, vì vậy phải xác định nhánh cĩ những tính chất sau :
i. ii. iii. iv.
Các nhánh nằm trong mặt cắt tối thiểu. Nhánh nằm trong vịng cĩ nhánh quá tải.
Khi đặt một giá trị dung lượng TCSC thì nhánh này phải cĩ khả năng làm tăng được cơng suất truyền tải lớn nhất.
Nhánh đặt TCSC phải là nhánh cịn cĩ khả năng tải được thêm nhiều cơng suất nhất.
3.5 Phát biểu luật đặt TCSC
Để đáp ứng điều kiện (ii) và (iii) cần xét suất tăng cơng suất theo XTCSC bằng cách đạo hàm biểu thức (3.14)
P =
Với Pij
VV j sin δij
X ij − X TCSC
: Cơng suất truyền trên nhánh ij
(3.14)
Vi, Vj : Điện áp tại các nút ij
δij
Xij
: Gĩc lệch pha điện áp của nút i và j : Trở kháng nhánh ij XTCSC : Trở kháng của TCSC (tính dung) Đạo hàm biểu thức (3.14) ∂P ∂X TCSC =VV j sin δ ij ( X ij − X TCSC ) 2 (3.15) ii
Nhánh cĩ độ nhạy lớn nhất với một XTCSC = const là nhánh cĩ (Xij-XTCSC)2
bé nhất hay Xij bé nhất , từ đây cho thấy điều kiện (ii) dễ dàng đạt được khi vịng chứa nhánh bị quá tải cần cĩ tổng trở kháng vịng bé nhất trong các vịng cạnh tranh.
Điều kiện (iv) được mơ tả tốn học là:
∆Sij = Sijđm – Sijtải
(3.16)
Luật xác định vị trí TCSC được mơ tả như sau:
- Nhánh cĩ trở kháng Xij bé trong tập các nhánh đi qua mặt cắt tối thiểu.
- Nhánh nằm trong vịng cĩ nhánh bị quá tải và trở kháng của vịng này cĩ giá. trị bé trong các vịng cĩ nhánh nằm trong mặt cắt tối thiểu.
- Nhánh cĩ độ dự trữ cơng suất lớn.
3.6 Lưu đồ xác định vị trí và dung lượng TCSC
Từ việc thừa hưởng phương pháp mặt cắt tối thiểu của những cơng trình nghiên cứu trước đây cĩ bổ sung, những phân tích và lý luận cho biết kết quả để xây dựng bài tốn nâng cao khả năng truyền tải với chi phí bé nhất. Việc xây dựng thuật tốn xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu của TCSC với việc vận hành tối ưu máy phát điện để chi phí bé nhất trong mạng điện phân phối được hình thành qua các bước sau:
1) Nhập dữ liệu cho chương trình max-flow. Chương trình này địi hỏi thơng số nhập vào khá đơn giản, cơng suất của các tổ máy phát và phụ tải tại các nút, giới hạn truyền tải của các nhánh trong sơ đồ. Sơ đồ mạng sẽ tự động hình thành sau khi nhập xong dữ liệu và cập nhật dữ liệu cho việc tính tốn tiếp theo.
2) Tính tốn xác định tập hợp nhánh nghẽn mạch bằng chương trình max-flow. Việc tính tốn xác định tập hợp các nhánh xung yếu nhất cĩ khả năng gây
nghẽn mạch hệ thống được thực hiện bằng chương trình một cách nhanh chĩng và chính xác. Chương trình đưa tra giá trị max-flow là tổng khả năng truyền tải cĩ thể thơng qua của tập hợp các nhánh trong giá trị min-cut đĩ. 3) Nhập dữ liệu cho chương trình tính tốn phân bố dịng cơng suất bằng
chương trình powerworld. Chương trình này địi hỏi thơng số nhập vào khá đầy đủ chi tiết. Việc nhập thơng số cho quá trình tính tốn mơ phỏng chỉ được thực hiện khi hình thành được sơ đồ liên kết mạng. Điều này được thực hiện bằng cách chọn các phần tử thiết bị cĩ sẵn trong thư viện và sau đĩ nhập thơng số yêu cầu cho từng phần tử.
4) Tính tốn chạy mơ phỏng phân bố cơng suất bằng powerworld. Việc tính tốn chạy mơ phỏng lưới điện bằng phần mềm này cho cái nhìn trực quan về các luồng cơng suất chạy trong mạng, vị trí và phần trăm quá tải trên các nhánh nếu cĩ.
5) Kết hợp kết quả từ việc tìm kiếm và mơ phỏng bằng hai chương trình để đặt TCSC (bù dung) vào vị trí của nhánh nào cĩ gĩc lệch pha thay đổi nhiều trong tập hợp các nhánh mà cĩ khả năng gây quá tải hệ thống tìm được từ chương trình Max-flow. Việc kết hợp này giúp giảm thời gian và khơng gian cho việc thử nghiệm trên tất cả các nhánh nghi ngờ.
6) Thay đổi dung lượng bù của TCSC để tìm ra giá trị thích hợp nhất cho việc chống quá tải trên tập hợp nhánh tìm được từ chương trình Max-flow. Đảm bảo luật đặt TCSC tại mục 3.5 Tìm ra giá trị XTCSC tối ưu tại vị trí bù khi nhánh quá tải trong hệ thống đã được giải trừ.
7) Tăng tất cả phụ tải tại các nút của hệ thống lên làm việc từ 100% đến 120% cơng suất truyền tải để xác định giá trị bù của TCSC và phân bố cơng suất phát nhà máy điện trong việc điều khiển chống nghẽn mạch đồng thời nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện khi thay đổi tất cả các tải. Mỗi lần tăng phụ tải lên làm việc 100% đến 120% cơng suất tại các nút của hệ thống thì phải tính tốn phân bố lại dịng cơng suất để tìm giá trị bù và giá trị phát của các nhà máy điện vào hệ thống cho phù hợp.
8) Tổng hợp kết quả và đưa ra vị trí cũng như dung lượng tối ưu của TCSC và giá trị cơng suất phát của các nhà máy trong mạng lưới đối với tất cả các trường hợp thử nghiệm sau đĩ tính tốn chi phí phát điện.
9) Kết luận về vị trí, giá trị cài đặt của TCSC, phân bố cơng suất phát của nhà máy điện và các chi phí phát điện trong hệ thống, đảm bảo phát huy tối đa khả năng điều khiển cũng như việc chống quá tải khi cĩ sự thay đổi phụ tải. Tính hiệu quả và ứng dụng của giải thuật đã đề xuất trong việc xác định ví trí, dung lượng tối ưu của TCSC và cơng suất phát của nhà máy trên lưới điện được kiểm tra trên các ví dụ hệ thống lưới điện 7 nút và 14 nút và ứng dụng lưới điện đồng bằng sơng Cửu Long. Những kết quả đạt được của việc mơ phỏng và nhận xét được trình bày chi tiết trong các ví dụ cụ thể trong chương 4.
Nhập dữ liệu vào maxflow, powerworld
Tìm tập hợp nhánh nghẽn mạch = maxflow Chạy phân bố cơng suất
= powerworld Đặt cơng suất phát của
các nhà máy điện Đặt TCSC vào nhánh cĩ thay đổi gĩc lệch lớn trong tập hợp nhánh
gây quá tải hệ thống Xác định dung lượng bù XTCSC. N Hết quá tải Y i=n Tăng đều tất cả các tải tại các nút N Tăng tải tồn hệ thống Y
Xuất giá trị, vị trí tối ưu của TCSC và cơng suất phát của nhà máy điện cĩ tính tốn chi
phí
Kết thúc
CHƯƠNG 4: MƠ PHỎNG ỨNG DỤNG
4.1. Sơ đồ lưới điện 3 thanh cái
Hình 4.1: Sơ đồ lưới điện 3 thanh cái.
Lưới điện gồm cĩ hai nguồn phát cơng suất mỗi nguồn là 200MW và 100MW phát trực tiếp vào hai thanh cái của hệ thống là thanh cái 1 và thanh cái 2. Phụ tải tiêu thụ một lượng cơng suất 200MW tại thanh cái 2 và 100MW tại thanh cái số 3. Ngồi ra cịn cĩ đường dây liên lạc giữa các thanh cái như sơ đồ hình 4.1.
Các thơng số điện của sơ đồ mạng được cho trong bảng phụ lục 1 và 2 . Sử dụng chương trình max-flow đã đề xuất nhập vào dữ liệu cho chương trình theo các thơng số lưới điện đã cho. Đối với chương trình này, chỉ cần nhập thơng số cơng suất phát và tiêu thụ tại các thanh cái. Thơng lượng của các nhánh chỉ cần nhập vào giới hạn cơng suất truyền tải của các nhánh tương ứng. Như vậy, thơng số yêu cầu nhập vào cho chương trình khá đơn giản như hình 4.2 dưới đây.
Nhập dữ liệu xong, chọn thẻ cập nhật dữ liệu, chương trình sẽ tự động dựng mơ phỏng như cửa sổ bên phải trong hình 4.2. Nếu vị trí các nút trong sơ đồ mạng bị xáo trộn thì cĩ thể sắp xếp lại theo những vị trí để cĩ thể dễ dàng quan sát hơn.
Hình 4.2. Dữ liệu nhập vào chương trình tính max-flow cho sơ đồ mơ hình hố. Khi đã dựng hình vẽ mơ phỏng như ý muốn, nhấp chuột vào thẻ “Tính Max- Flow” để tính giá trị luồng cơng suất cực đại trong mạng và tập hợp những lát cắt cĩ giá trị cực tiểu. Với một sơ đồ đơn giản như ví dụ này, thời gian để chương trình tính tốn và xuất kết quả ra màn hình là chưa tới một giây.
Sau khi màn hình hiển thị dịng chữ đã tính xong, tiếp tục chọn thẻ “danh sách đường cắt”. Màn hình sẽ hiển thị tồn bộ danh sách các lát cắt và trọng số của các lát cắt đĩ một cách ngẫu nhiên. Từ đây cĩ thể sắp xếp các lát cắt theo thứ tự từ nhỏ đến lớn hoặc ngược lại để dễ dàng quan sát. Kết quả chạy chương trình được thể hiện trong hình 4.3.
Từ danh sách các đường cắt sau khi chạy chương trình nhận thấy:
Hai lát cắt thứ nhất và thứ hai là những lát cắt đi qua tập hợp nguồn phát s (nguồn phát) và phụ tải tiêu thụ t (tiêu thụ) . Theo mặt cắt tối thiểu và dịng cơng suất cực đại chỉ xét những lát cắt cực tiểu cĩ chứa các nhánh truyền tải do nút s và t là hai nút giả lập. Như vậy lát cắt cĩ giá trị nhỏ nhất đi qua mạng bao gồm 1-2, 1-3
và s-2 là lát cắt thứ ba với tổng trọng số tương đương khả năng truyền thơng qua lát cắt này là 295MW.
Hình 4.3. Danh sách các đường cắt yếu nhất sau khi chạy chương trình. Từ đĩ cho thấy: với nguồn phát được coi như phát trực tiếp vào các thanh cái và tải tiêu thụ được giả định là quy về đầu các thanh cái thì vị trí lát cắt cực tiểu đi qua đường dây liên lạc giữa hai thanh cái 1-2 và 1-3. Đây cũng chính là tập hợp nhánh xung yếu nhất của lưới điện cĩ khả năng gây nghẽn mạch hệ thống được tính tốn bằng max-flow. Vấn đề quá tải hay nghẽn mạch cũng được xác định chủ yếu trên các nhánh truyền tải này.
Hình 4.4. Danh sách các đường cắt lớn nhất sau khi chạy chương trình. Để xác định được dịng cơng suất cực đại đi qua đường dây liên lạc giữa nguồn và tải thơng qua hai thanh cái s-1, 2-1, 2-3 và 2-t đây cũng chính là tập hợp nhánh xung nguồn mạnh để chống nghẽn mạch của hệ thống được tính tốn bằng max- flow.
Sử dụng phần mềm powerworld giải bài tốn phân bố cơng suất cho sơ đồ lưới điện như hình 4.1. Sau khi nhập thơng số và chạy chương trình, kết quả cho việc giải bài tốn phân bố cơng suất trong mạng được trình bày trong hình 4.5.
Hình 4.5. Mơ phỏng phân bố cơng suất bằng Powerworld
Kết quả chạy mơ phỏng bằng phần mềm powerworld cho thấy, khơng cĩ nhánh nào bị quá tải nhưng nhánh truyền tải 1-3 sử dụng 86% khả năng truyền tải và cĩ giá trị lớn nhất.
So với kết quả chạy chương trình max-flow tìm tập hợp nhánh quá tải đã chỉ ra tập các nhánh 1-2 và 1-3 là đồng nhất. Vị trí nghi ngờ cĩ khả năng dẫn tới quá tải, hay nhánh cĩ khả năng gây ra nghẽn mạch hệ thống là nhánh 1-3.
Với sự kết hợp kết quả mơ phỏng từ hai chương trình và theo những phân tích từ các chương trước, Vị trí tối ưu để lắp đặt thiết bị bù TCSC trên lưới điện là ngay tại nhánh cơng suất dư trên đường dây lớn nhất đi đến nút quá tải thanh cái 3 là 2-3, để giảm sự cố quá tải hệ thống khi cĩ sự thay đổi nguồn hoặc tải. Do đĩ mơ phỏng lưới điện bằng powerworld khi cĩ lắp đặt thiết bị bù trên nhánh 2-3 được giới thiệu trong hình 4.6.
TCSC
Hình 4.6. Mơ phỏng vị trí lắp đặt TCSC trên lưới bằng Powerworld
Vị trí của TCSC được lắp đặt nối tiếp với đường dây nối hai thanh cái 2-3. Với giá trị cài đặt điện dung của thiết bị bù tối đa là:
-0,7.Xline ≤ XTCSC≤0,2. Xline
XTCSC= -0,7.X23
Khi cài đặt giá trị bù của XTCSC = - 0,07 thì đưa đường dây truyền tải nhánh 2-3 trở về hoạt động với 47% cơng suất.
Để khảo sát tính hiệu quả của TCSC trong việc điều khiển dịng cơng suất trong mạng. Xét trạng thái gia tăng phụ tải các nút 2 lên 20% sử dụng chương trình tìm kiếm tập hợp nhánh quá tải :
Gia tăng phụ tải thanh cái 2 lên 20%.
Sử dụng dữ liệu thơng số điện của lưới đã cho nhập vào chương trình max-flow với sự thay đổi phụ tải thanh cái 2 tăng lên 20% để tìm tập hợp nhánh quá tải hệ thống. Sơ đồ mơ hình hố mạng điện và bảng thơng số đầu vào được xây dựng bằng chương trình max-flow thể hiện trong hình 4.7. Kết quả sau khi chạy chương trình bằng Max-flow tìm kiếm tập hợp nhánh xung yếu của hệ thống được thể hiện trong hình 4.8.
Kết quả sau khi chạy chương trình cho thấy vị trí tập hợp nhánh xung yếu khơng đổi. Tuy nhiên tổng trọng số mà lát cắt đi qua cĩ thay đổi do sự thay đổi giá trị phụ tải tại thanh cái 2. Cần khảo sát sự thay đổi phụ tải tại các nút khác của mạng điện lần lượt như sau:
Hình 4.8. Danh sách lát cắt khi tăng tải tại thanh cái 2. Gia tăng phụ tải tại thanh cái 2 lên 40% và 3 lên 50%
Sử dụng các dữ liệu với thơng số đầu vào nhập cho chương trình max-flow để tìm kiếm tập hợp nhánh quá tải được thể hiện trong hình 4.9. Thơng số này được thay đổi với sự gia tăng phụ tải tại thanh cái 2 lên 40% và 3 lên 50%. Sau khi nhập dữ liệu chương trình xây dựng lại hình mơ phỏng mạng điện với thơng số giới hạn truyền cơng suất trên các nhánh cĩ sự thay đổi như sau:
Kết quả chạy mơ phỏng sau khi tìm kiếm tập hợp nhánh xung yếu cho trường hợp tăng tải tại thanh cái số 2 và 3.
Hình 4.10. Danh sách lát cắt khi tăng tải 2 lên 40% và 3 lên 50%