ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ thống điện (HTĐ) đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia vì nó là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền kinh tế quốc dân. Các ngành công nghiệp đang phát triển trong nền kinh tế này tạo ra sức ép lên ngành công nghiệp năng lượng phải cung cấp đủ công suất điện năng. Tải càng gia tăng thì việc truyền tải công suất cũng sẽ lớn dần lên. Việc này làm các điều kiện vận hành của hệ thống gần tới với giới hạn của chúng, với các phần phát điện, phần tuyền tải hay phần phân phối đều xảy ra những vấn đề riêng.
Ngoài ra, dù có nguồn dự trữ phát điện thì cũng chưa đủ đáp ứng nhu cầu phụ tải. Vì những lý do này, các hệ thống điện dễ trở nên mất ổn định do truyền tải. Để đảm bảo chế độ vận hành bình thường thì HTĐ cần thỏa mãn các điều kiện về an ninh, tin cậy, đảm bảo chất lượng điện năng, yêu cầu kinh tế. Tuy nhiên, các HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam nói riêng đang đối mặt với một số những khó khăn như: Phụ tải tăng quá nhanh dẫn đến vấn đề là sự ổn định về lưới điện.
Lưới truyền tải quá dài, kém tin cậy, độ an toàn chưa cao. Vấn đề cạn kiệt tài nguyên, dẫn đến cạn kiệt năng lượng điện. Sự xuất hiện và sử dụng càng nhiều năng lượng tái tạo, các phần tử điện công nghệ cao sử dụng nhiều các thiết bị điện tử công suất, làm khó khăn hơn trong quản lý, giám sát và điều khiển HTĐ. Tất cả các vấn đề trên khiến HTĐ đối mặt với nhiều thách thức, một trong số đó là việc truyền tải công suất với tải tăng một nhanh và biến đối liên tục, đặc biệt là đối với HTĐ Việt Nam.
Điều này đặt ra một vấn đề quan trọng là phải nghiên cứu sự thay đổi công suất truyền tải, theo dõi và đáp ứng kịp thời công suất phù hợp với hệ thống truyền tải, đảm bảo việc truyền tải liên tục, nâng cao độ tin cậy truyền tải. HVTH: Phạm Thương Thương xiii Luan van Luận văn thạc sỹ GVHD: TS. Hồ Văn Hiến Hai thông số quan trọng trong tiêu chí đảm bảo cho việc truyền tải liên tục là điện áp và góc pha. Để đảm bảo được tiêu chí này thì một trong những biện pháp có thể kể đến đó là phân bố công suất.
Mục đích cuối cùng là để tìm ra được giá trị điện áp, góc pha tại mỗi nút, công suất tác dụng và công suất tác dụng chạy trên mỗi nhánh. Chính điều này sẽ giúp chúng ta có cái nhìn cụ thể về HTĐ sau đó có thể điều chỉnh phụ tải một cách phù hợp. Các phương pháp tính phân bố công suất thường được sử dụng là: Phương pháp Newton-Raphson, phương pháp Gauss-Seidel và phương pháp fast decouple [1]. Mỗi phương pháp có những đặc tính hội tụ khác nhau, và tùy từng trường hợp cụ thể sẽ lựa chọn phương pháp ưu việt nhất.
Luận văn này sẽ giới thiệu phương pháp phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh (Thuật toán Line Flow Based- LFB) [8] vì các điểm mới, cũng như điểm mạnh của nó khi áp dụng trên hệ thống thử nghiệm đã được chứng minh. Bên cạnh đó sẽ áp dụng thuật toán này khi mạng điện có thiết bị FACTS [2], cụ thể ở đây là thiết bị SVC để điều chỉnh điện áp trong mạng điện.2 TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU Trong hệ thống điện truyền tải, phân bố công suất là rất quan trọng, đặc biệt là trong thực tế khi nhu cầu phụ tải biến đổi khôn lường. Việc tìm ra giải pháp tốt nhất khi phân bố dòng công suất để đảm bảo cấp điện liên tục đến tải là tiêu chí cực kỳ quan trọng. Việc phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh nếu được giải quyết sẽ đáp ứng được yêu cầu trên.
Vì vậy, phương pháp LFB đã ra đời như là một đáp ứng cần thiết để giải quyết điều này. Như đã biết, các phương pháp phân bố công suất truyền thống đã được phát triển trước đây và ứng dụng trong ngành điện trên thế giới. Có thể kể đến như phương pháp Newton-Raphson, phương pháp phân lập nhanh “fast-decoupled” và phương pháp Gauss-Seidel. Những phương pháp này có đặc tính hội tụ khác nhau và việc lựa chon phương pháp nào còn thùy thuộc vào cấu hình hệ thống, máy phát, đặc tính tải và điện áp ban đầu tại các nút.
Tuy nhiên, phương pháp LFB đặc biệt có HVTH: Phạm Thương Thương 2 Luan van Luận văn thạc sỹ GVHD: TS. Hồ Văn Hiến nhiều ưu điểm hơn, ví dụ như các phương trình cũng đơn giản hơn những phương pháp trước.3 MUC TIÊU VÀ CÁ C BƯỚ C NGHIÊN CỨ U Mục tiêu: Giải tích hệ thống điện truyền tải dùng giải thuật Line Flow Based. Cụ thể là phân bố công suất trên cơ sở dòng nhánh bằng phương pháp mới thông qua ma trận dòng công suất, đơn giản hơn phương pháp truyền thống. Mô phỏng trên phần mềm Matlab, khảo sát và xét tính ổn định của hệ thống điện.
Khách thể nghiên cứu: vận hành và điều khiển hệ thống điện. Đối tượng nghiên cứu: điện áp và góc pha, LFB, FACTS, ổn định hệ thống. Nhiệm vụ nghiên cứu: 1. Khai thác công thức LFB - ma trận dòng công suất LFB để phân tích hệ thống truyền tải.
Chỉ ra được sự cải thiện cấu hình điện áp khi lắp đặt thiết bị SVC vào hệ thống. Kiểm nghiệm lại kết quả tính của LFB bằng phương pháp Newton Raphson. Giới hạn: Luận văn chỉ nghiên cứu, áp dụng công thức LFB cho hệ thống điện truyền tải. Các bước thực hiện: 1.
Tra cứu tài liệu trong nước và nước ngoài về giải tích hệ thống điện, phân bố công suất. Thu thập, đánh giá, nghiên cứu về FACTS, thuật toán LFB. Giải bài toán phân bố công suất dựa vào giải thuật LFB. Ứng dụng Matlab để kiểm tra thuật toán và xét tính ổn định điện áp.
Rút ra kết luận và xem xét khả năng áp dụng vào thực tế.4 CÁ C KẾ T QUẢ TRONG VÀ NGOÀ I NƯỚ C ĐÃ CÔNG BỐ HVTH: Phạm Thương Thương 3 Luan van Luận văn thạc sỹ GVHD: TS. Hồ Văn Hiến Một số nghiên cứu với phân bố công suất dùng các giải thuật đã được công bố ở nước ngoài: i. Steady-state analysis of power system having multiple FACTS devices using line-flow-based equations Tác giả: P. Sekar Tóm tắt: Ứng dụng của thiết bị FACTS trong hệ thống điện là một kịch bản đầy hứa hẹn và hiệu quả cho việc truyền công suất trong lưới lớn hoặc các nhà điều hành truyền tải khu vực.
Với những thiết bị FACTS được lắp đặt trong hệ thống, các phương pháp phân bố dòng công suất trên thanh cái truyền thống cần những sửa đổi quan trọng để xử lý việc điều khiển lưu lượng dòng chẳng hạn như bơm thêm công suất phản kháng. Thuật toán phân bố dòng công suất trên thanh cái truyền thống sử dụng biên độ điện áp trên thanh cái và các góc pha như những biến độc lập. Một biên độ điện áp trên thanh cái và lưu lượng dòng xoay chiều dựa trên sự chỉ ra nhiều hữu ích trong việc giải quyết hệ thống điện với những thiết bị FACTS dưới điều kiện trạng thái xác lập. Chẳng hạn cho phép linh hoạt hơn trong việc đánh giá các thiết bị FACTS.
Điểm chung của các thiết bị FACTS là dễ dàng được kết hợp trong khung làm việc mới. Tiềm năng của công thức thay thế được chứng minh thông qua những ví dụ với thiết bị FACTS. Optimal power flow using particleswarm optimization (PSO) Tác giả: M.A Abido Tóm tắt: Bài báo này trình bày thuật tiến hóa dựa trên phương pháp tiến hóa cơ bản về độ hiệu quả và tin cậy để giải quyết vấn đề dòng công suất tối ưu (OPF) [3]. Phương pháp được đề xuất sử dụng thuật toán (PSO) để tối ưu các thiết lập các biến điều khiển vấn đề OPF.
Sự kết hợp của PSO như một dẫn xuất kỹ thuật tối ưu trong việc giải quyết vấn đề làm giảm một cách đáng kể các giả thiết được áp dụng cho những mục tiêu tối ưu hóa. Các phương pháp đề xuất đã được kiểm tra và thử nghiệm theo hệ thống thử nghiệm tiêu chuẩn IEEE 30-bus với các mục tiêu khác nhau mà phản ánh cực tiểu hàm mục tiêu, cải thiện cấu hình điện áp, và tăng cường HVTH: Phạm Thương Thương 4 Luan van Luận văn thạc sỹ GVHD: TS. Hồ Văn Hiến ổn định điện áp. Các kết quả phương pháp được đề xuất đã được so sánh với những báo cáo trong các bài giảng gần đây.
Các kết quả đầy hứa hẹn và cho thấy hiệu quả và sự mạnh mẽ của phương pháp được đề xuất. © 2002 Elsevier Science Ltd. Một số nghiên cứu với với phân bố công suất dùng các giải thuật đã được công bố ở trong nước: i. Phân bố công suất tối ưu dùng giải thuật tối ưu hóa Cuckoo.
Tác giả: Nguyễn Lê Anh Tú, Dương Thanh Long, Ngô Đăng Linh. Tóm tắt: Phân bố công suất tối ưu (OPF) là một vấn đề quan trọng trong quy hoạch và vận hành hệ thống điện. Việc xác định các giá trị cài đặt tối ưu của những biến điều khiển để cực tiểu hàm mục tiêu, chẳng hạn như hàm chi phí vận hành trong khi phải thỏa mãn các ràng buộc phương trình và bất phương trình là vấn đề khó trong bài toán OPF. Trong bài báo này, một giải thuật tối ưu hóa Cuckoo (COA) đã được trình bày để giải quyết bài toán OPF.
Hiệu quả của phương pháp đề nghị được kiểm tra trên hệ thống chuẩn IEEE 30 nút và IEEE 118 nút với 3 hàm mục tiêu khác nhau. Những kết quả mô phỏng đã cho thấy phương pháp đề nghị cho kết quả tốt hơn so với các phương pháp đã nghiên cứu gần đây. Phương pháp Heuristic tối ưu phân bố công suất trong hệ thống điện Tác giả: Quyền Huy Ánh, Trương Việt Anh, Vy Thị Thanh Hường. Tóm tắt: Mục tiêu của bài toán là tối ưu tổng chi phí nhiên liệu của các nhà máy đồng thời đảm bảo vấn đề an ninh trong hệ thống.
Bài toán tìm hiểu về ứng dụng phương pháp Newton vào bài toán OPF có xét giao dịch vùng trong hệ thống. Đặc biệt là ý tưởng sử dụng cấu trúc cây nhị phân để tìm kiếm các biến trong hệ thống có quy mô lớn, giúp lời giải bài toán OPF hội tụ nhanh. Mục tiêu của bài toán OPF cũng được kiểm chứng thông qua mô phỏng trên hệ thống 6 nút trong môi trường Power world. HVTH: Phạm Thương Thương 5 Luan van Luận văn thạc sỹ GVHD: TS.