Đặt vấn đề Hiện nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng các thuật toán trong trí tuệ nhân tạo để tính toán tối ƣu hóa cho hệ thống điện, đặc biệt là sử dụng các thiết bị phát nguồn công suất phản kháng cho hệ thống lƣới điện nhằm đảm bảo ổn định điện áp cho hệ thống. Tuy nhiên, việc đánh giá lựa chọn thiết bị phát công suất nào hợp lý, cũng nhƣ dung lƣợng bù tối ƣu trong phân tích ở chế độ xác lập, quá độ là chƣa đƣợc quan tâm sâu sắc. Theo thực tế hiện nay, hệ thống điện chúng ta đang sử dụng là hệ thống điện xoay chiều. Hệ thống điện xoay chiều là một hệ thống điện phức tạp, gồm có các máy phát đồng bộ, đƣờng dây truyền tải, máy biến áp, các thiết bị bù và các phụ tải…và đƣợc chia thành ba khâu: sản xuất, truyền tải và phân phối.
Một hệ thống điện xoay chiều hoạt động cơ bản phải thỏa các yêu cầu sau: - Các máy phát điện làm việc trong chế độ đồng bộ. - Điện áp vận hành nằm trong giới hạn cho phép theo qui định. - Tần số vận hành nằm trong giới hạn cho phép theo qui định. - Các phụ tải phải đƣợc cung cấp nguồn điện đầy đủ.
- Các đƣờng dây phải đƣợc vận hành ở điều kiện bình thƣờng không bị quá tải. Trong hệ thống điện, công suất truyền tải trên các đƣờng dây phụ thuộc vào tổng trở đƣờng dây, điện áp và góc truyền tải giữa điểm đầu và điểm cuối của đƣờng dây, những đại lƣợng này giới hạn công suất truyền tải trên đƣờng dây. Vì vậy, khả năng truyền tải công suất của đƣờng dây đƣợc cải thiện đáng kể bằng việc tăng công suất phản kháng ở phía phụ tải, lắp cuộn kháng bù ngang (mắc song 1 song), tụ điện bù dọc (mắc nối tiếp) vào đƣờng dây để điều khiển điện áp dọc theo chiều dài đƣờng dây. Để nâng cao chất lƣợng điện áp và ổn định điện áp cho hệ thống điện Việt Nam, hiện tại đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng các thiết bị bù công suất phản kháng.
Tuy nhiên, các thiết bị bù đó vẫn chƣa đáp ứng đƣợc các yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy khi hệ thống có sự thay đổi đột ngột về nhu cầu công suất phản kháng. Để điều khiển cho các thiết bị điện một các hiệu quả thì các thuật toán thông minh thƣờng đƣợc áp dụng. Trong đó thuật toán CANFIS là một trong các thuật toán trong trí tuệ nhân tạo đƣợc ứng dụng để giải các bài toán về nâng cao ổn định cho hệ thống điện. Trong thực tế, do tính chất tiêu thụ điện ở từng thời điểm luôn khác nhau, cho nên trình trạng vận chuyển công suất trên các đƣờng dây truyền tải cũng khác nhau, có thể tại một thời điểm trên hệ thống sẽ có những đƣờng dây bị quá tải trong khi các đƣờng dây khác thì non tải và ngƣợc lại.
Với đà phát triển công nghiệp hóa nhƣ hiện nay, đòi hỏi nhu cầu truyền tải để đáp ứng cho các phụ tải ngày càng cao và hiện nay đƣờng dây truyền tải cao áp luôn đặt trong trình trạng báo động về giới hạn vật lý của chúng nhƣ là quá tải đƣờng dây, những hiện tƣợng nhiễu hệ thống nhƣ là hiện tƣợng dao động tần số, điện áp…. Nhằm tăng khả năng truyền tải điện năng trên hệ thống điện, khắc phục những nhƣợc điểm nêu trên. Chúng ta có thể kết hợp giữa thuật toán CANFIS và thiết bị FACTS để nâng cao chất lƣợng điện năng và giảm đi các tổn thất công suất, giảm tổn thất điện áp của hệ thống. Hệ thống điện là một hệ thống hoàn thiện từ khâu sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng.
Các khâu này có mối quan hệ chặt chẽ với nhau và cùng quyết định đến chất lƣợng điện năng cũng nhƣ độ tin cậy cung cấp điện của toàn hệ thống. 2 Theo thống kê của Tập đoàn Điện lực Việt Nam thì tổng công suất tổn thất là 10 – 15% điện năng sản xuất ra, trong đó tổn hao trên đƣờng dây từ 3 – 5%. Vì vậy lƣợng điện tổn thất trên đƣờng dây phân phối có giá trị lớn so với tổng tổn thất điện năng. Qua thống kê trên ta thấy rằng việc giảm tổn thất cho mạng phân phối là việc làm rất có ý nghĩa, vì chỉ cần giảm đi 1% tổn thất điện năng thì cũng có giá trị rất lớn.
Việc giảm tổn thất điện năng góp phần làm giá thành điện năng hạ và dẫn đến hạ giá thành các sản phẩm khác có sử dụng điện để sản xuất ra sản phẩm đó và thúc đẩy kinh tế phát triển, nhu cầu phục vụ dân sinh ngày càng cao. Tuy nhiên không phải việc giảm đƣợc tối thiểu tổn thất điện năng không phải lúc nào cũng đồng nghĩa với việc đạt đƣợc kết quả cao trong việc vận hành kinh tế mạng phân phối. Nó tùy thuộc vào các đặc điểm riêng của hệ thống mạng phân phối đó. Nhƣ vậy, giảm tổn thất điện năng trong mạng phân phối là một phần của bài toán chung nâng cao tính kinh tế trong vận hành mạng phân phối.
Kinh nghiệm vận hành hệ thống điện của các điện lực trên Thế giới cũng nhƣ của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) cho thấy rằng chất lƣợng của khâu phân phối điện có ảnh hƣởng lớn trong việc quyết định đến chất lƣợng điện năng cũng nhƣ độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng. Nền kinh tế càng phát triển thì nhu cầu về điện năng càng lớn. Do đó, yêu cầu về chất lƣợng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện càng cao. Nếu các yêu cầu này không đƣợc đảm bảo sẽ gây ra thiệt hại lớn về kinh tế cho cả bên bán điện và bên tiêu thụ điện, thậm chí còn có thể ảnh hƣởng đến an ninh quốc gia và tính mạng con ngƣời.
Để tăng cƣờng độ tin cậy cung cấp điện có thể thực hiện bằng các biện pháp cụ thể nhƣ: thay thế các thiết bị cũ bằng các thiết bị mới tin cậy hơn, có đƣờng dây dự phòng, có nguồn thay thế nhƣ máy phát. Các biện pháp này tuy đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao nhƣng yêu cầu vốn đầu tƣ lớn, chỉ thích hợp áp dụng cho các phụ tải quan trọng không đƣợc phép mất điện. Trong thực tế để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, lƣới phân phối thƣờng sử dụng cấu trúc mạch vòng nhƣng vận hở. Điểm mở của mạch vòng đƣợc tính toán và lựa chọn sao cho tổn thất công suất và tổn thất điện áp trên lƣới là nhỏ nhất.
Do đó không những nâng cao đƣợc độ tin cậy 3 cung cấp điện mà chất lƣợng điện năng cung cấp cho khách hàng cũng đƣợc đảm bảo là tốt nhất. Tƣơng tự nhƣ vậy, việc nâng cao chất lƣợng điện năng cũng có thể thực hiện bằng nhiều biện pháp hiệu quả nhƣng yêu cầu vốn đầu tƣ lớn: nâng cao điện áp vận hành của lƣới điện, tăng tiết diện dây dẫn, bù kinh tế trên lƣới điện, cải thiện cấu trúc và vật liệu để sản xuất các thiết bị điện có tổn thất nhỏ. Trong mạng phân phối điện, tải trên mạng phân phối điện ngày càng tăng nhƣng sự gia tăng tải phải nằm trong giới hạn cho phép, trong khi đó cấu trúc của mạng lại không thay đổi. Từ đó sẽ làm cho tổn thất của mạng phân phối điện tăng lên nếu cấu trúc mạng vẫn giữ nguyên.
Muốn giảm tổn thất ngƣời ta sẽ dùng các phƣơng pháp nhƣ: đặt tụ bù tại các vị trí thích hợp, cải tạo lại lƣới điện… nhƣng nếu làm nhƣ thế sẽ đòi hỏi phải cần đầu tƣ rất nhiều mà hiệu quả giảm tổn thất điện năng lại không đáng kể. Vì vậy, để nâng cao chất lƣợng điện năng trong hệ thống điện, ta có thể bù công suất phản kháng cho hệ thống để giảm tổn hao công suất và tổn thất điện áp nằm trong phạm vi cho phép.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc Hệ thống lƣới điện truyền tải quốc gia cơ bản đáp ứng đƣợc các yêu cầu truyền tải điện năng từ các nhà máy điện cho các phụ tải, đảm bảo cung cấp điện phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội và nhằm giảm tổn thất điện năng do truyền tải. Trong hệ thống điện công suất truyền tải trên các đƣờng dây phụ thuộc vào tổng trở đƣờng dây, điện áp và góc truyền tải giữa điểm đầu và điểm cuối của đƣờng dây, những đại lƣợng này giới hạn công suất truyền tải trên đƣờng dây. Vì vậy, khả năng truyền tải công suất của đƣờng dây đƣợc cải thiện đáng kể bằng việc tăng công suất phản kháng ở phía phụ tải, lắp cuộn kháng bù ngang ( mắc song song), tụ điện bù dọc ( mắc nối tiếp) vào đƣờng dây để điều khiển điện áp dọc theo chiều dài đƣờng dây.
4 Để nâng cao chất lƣợng điện áp và ổn định điện áp cho hệ thống điện Việt Nam, hiện nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng các thiết bị bù công suất phản kháng. Tuy nhiên, các thiết bị bù đó vẫn chƣa đáp ứng đƣợc các yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy khi hệ thống có sụ thay đổi đột ngột về nhu cầu công suất phản kháng. Vì thế, Các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt – FACTS ( FLEXIBLE AC TRANSMISSION ) đã ra đời và đáp ứng đƣợc các yêu cầu về độ phản ứng nhanh nhạy cũng nhƣ dung lƣợng bù tối ƣu cho hệ thống trong mọi chế độ làm việc. Ngoài ra, FACTS còn dùng để nâng cao khả năng điều khiển hệ thống điện và tăng khả năng truyền tải công suất trên đƣờng dây.
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, công nghệ chế tạo các linh kiện điện tử công suất lớn và kỹ thuật đo lƣờng điều khiển trong hệ thống điện. Các thiết bị bù dùng thyristor sử dụng rất nhiều để điều khiển toàn hệ thống, đƣợc nghiên cứu và ứng dụng ở một số nƣớc có trình độ công nghệ tiên tiến trên thế giới nhƣ: Mỹ, Canada, Brasil…., là những nƣớc tiên phong trong việc ứng dụng kỹ thuật công nghệ FACTS vào lƣới điện truyền tải đem lại lợi ích to lớn.