Chương 1 GIỚI THIỆU 1. Tính cấp thiết của luận văn: Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng đang đặt ra sức ép lên hệ thống điện, việc phát triển ngành điện phải gắn liền với chiến lược phát triển kinh tế - xã hội và phải đảm bảo cung cấp điện cho nền kinh tế quốc dân và đời sống xã hội với chất lượng điện năng ngày càng cao, đồng thời phải sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên năng lượng, đa dạng hóa các nguồn năng lượng sơ cấp cho sản xuất điện, bảo tồn nhiên liệu và đảm bảo an ninh năng lượng cho tương lai. Hiện nay vấn đề các nguồn sản xuất điện thường ở xa khu tiêu thụ, vì vậy cần phải truyền tải điện từ nơi này đi nơi khác. Trong quá trình vận hành và phát triển lưới điện gặp nhiều khó khăn vì phải đảm bảo tính cung cấp điện liên tục, đảm bảo hệ thống hoạt động tốt nên phải thường xuyên theo dõi, kiểm tra sửa chữa lưới truyền tải.1: Hệ thống điện 1 Luan van Tương xứng với nhu cầu tiêu thụ điện ngày một tăng, thị trường điện ra đời đã mang lại nhiều phúc lợi xã hội.
Tuy nhiên, sự nghẽn mạch trên hệ thống điện xảy ra thường xuyên hơn. Vì vậy, việc cấp thiết đặt ra của ngành điện là phải đầu tư mở rộng hệ thống truyền tải nhằm đáp ứng nhu cầu cung cấp đầy đủ điện năng đến tâm phụ tải. Việc mở rộng này nên được thực hiện một cách kịp thời đáp ứng các tiêu chí như: tối ưu hóa về kỹ thuật, kinh tế vận hành và đáp ứng độ tin cậy. Trong hệ thống điện việc cải tạo và nâng công suất hệ thống là một nhu cầu luôn luôn phải thường xuyên thực hiện để theo kịp với sự phát triển của phụ tải.
Trong lưới điện truyền tải các đường dây luôn phải thay đổi phương thức vận hành nhưng quá tải vẫn thường xuyên xảy ra, nếu để xảy ra quá tải lâu dài khi đó có thể sẽ dẫn đến tụt lèo, tụt mối nối, phát nhiệt, tăng độ võng gây đe dọa sự cố cho hệ thống. Mạng lưới điện truyền tải đóng góp một vai trò quan trọng trong việc truyền tải công suất cung cấp tới tất cả thành phần liên quan trong một thị trường để cung cấp và phân phối nguồn điện.2: Trạm biến áp 500kV 2 Luan van Hình 1.3: Đường dây 500kV Để giải quyết bài toán quy hoạch mở rộng lưới, hiện nay có 3 phương pháp chính bao gồm: đặt thêm nhà máy phát điện, sử dụng thiết bị Facts và kéo thêm đường dây mới. Ưu và nhược điểm của các phương pháp được phân tích dưới đây: Phương pháp đặt thêm nhà máy phát điện: có ưu điểm là cung cấp công suất với tổn thất thấp nhất. Nhưng nhược điểm của nó là không phải lúc nào cũng đặt được nhà máy phát điện, mà phải phụ thuộc vào các yếu tố như vị trí đía lí, môi trường, nguồn nguyên liệu, tâm phụ tải, bên cạnh đó chi phí lắp đặt nhà máy phát điện rất tốn kém, cần phải cân nhắc trong quá trình đầu tư.
Phương pháp sử dụng thiết bị Facts: có ưu điểm là chống nghẽn mạch, nâng cao độ ổn định hệ thống điện. Nhưng khi phụ tải tăng quá lớn thì không thể giải quyết bằng phương pháp thiết bị Facts, bởi vì bản thân nó không làm tăng khả năng truyền tải của đường dây. Phương pháp kéo thêm đường dây mới: có ưu điểm tăng công suất truyền tải dài hạn, nhưng chi phí để xây dựng thì rất tốn kém. 3 Luan van Sau khi phân tích các phương pháp trên để quy hoạch mở rộng mạng lưới truyền tải điện thì nhận thấy phương pháp kéo thêm đường dây mới là hợp lý.
Có thể tăng công suất truyền tải dài hạn khắc phục được hạn chế không đặt được nhà máy phát tại các trung tâm kinh tế, cách xa nguồn nguyên liệu và ô nhiễm môi trường của phương pháp đặt thêm nhà máy phát, đồng thời cũng đáp ứng quá trình tăng tải theo sự phát triển kinh tế - xã hội, khắc phục hạn chế của việc lắp đặt thiết bị Facts. Vì vậy, trong luận văn đề xuất việc quy hoạch mở rộng mạng lưới truyền tải bằng cách kéo thêm đường dây mới. Tuy chi phí để mở rộng đường dây truyền tải là rất tốn kém, nhưng về lâu về dài sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn các phương pháp quy hoạch mở rộng trên. Luận văn này sử dụng giải thuật Meta-Heuristic với phương pháp PSO để giải quyết bài toán quy hoạch mở rộng mạng lưới.
Kết quả sẽ được phân tích trong các nội dụng phía sau. Tổng quan các công trình nghiên cứu: 1. Tổng quan phương pháp quy hoạch nguồn: Quy hoạch mở rộng nguồn phát là bước quan trọng đầu tiên trong các bài toán quy hoạch dài hạn. Phải xác định khi nào nhà máy phát được đặt, đặt ở chỗ nào và đặt để làm gì.4: Nhà máy nhiệt điện 4 Luan van Trong [1], đề xuất việc quy hoạch mở rộng nguồn tích hợp nguồn năng lượng tái tạo sử dụng mô hình cây quyết định, mô hình này có đủ tính linh hoạt, có khả năng mô phỏng sự không chắc chắn của bài toán; Bài báo nghiên cứu khả năng cạnh tranh lâu dài của việc tích hợp nguồn năng lượng tái tạo cùng với các nguồn năng lượng truyền thống khác trong quy hoạch mở rộng nguồn phát, bằng cách kết hợp giữa mô hình quy hoạch ngắn hạn và mô hình quy hoạch dài hạn; Kết quả của việc đưa hệ thống nguồn năng lượng tái tạo vào là để cải thiện độ tin cậy hệ thống bằng cách giảm tổn thất hệ thống và dự trữ công suất; Ngoài ra, cũng giảm được tổng chi phí và công suất thay thế.
Trong [2], quy hoạch mở rộng dài hạn nguồn phát sử dụng hệ thống động và giải thuật di truyền; Bài báo trình bày phương pháp giúp người quản lý thị trường phát triển các kế hoạch đầu tư nguồn phát dài hạn, xem xét các khoản đầu tư của các đối thủ cạnh tranh khác và cho phép một cái nhìn sâu hơn, có các giải pháp bền vững hơn; Bài báo cũng tiến hành nghiên cứu độ nhạy, phương pháp này rất hữu dụng cho các chủ đầu tư, các cơ quan quản lý nhà nước trong việc mô tả sự tiến triển nhu cầu điện và giá điện. Nghiên cứu ứng dụng và so sánh các kỹ thuật Meta-heuristic vào bài toán quy hoạch mở rộng nguồn phát [3] đề xuất quy trình lập bản đồ ảo và hệ số phạt để cải thiện hiệu quả của các kỹ thuật Meta-heuristic, áp dụng 9 kỹ thuật heuristic cho ba trường hợp thử nghiệm để giải quyết bài toán cực tiểu chi phí GEP, hiệu quả của các kỹ thuật Meta-heurisic đã được cải thiện khi áp dụng các quy trình lập bản đồ ảo, hệ số phạt vào việc khắc phục hạn chế của quy hoạch động bằng các kỹ thuật heuristic cải tiến; Giải pháp tối ưu hóa hoặc gần tối ưu hóa đạt được trong thời gian hợp lý. Tổng quan phương pháp dùng thiết bị Facts: Việc cân bằng lại công suất giữa các đường dây bằng cách sử dụng thiết bị FACTS kết hợp với quy hoạch lại nguồn phát (GEP) để đáp ứng nhu cầu phụ tải có một ý nghĩa quan trọng. Nó không chỉ giải quyết được tắc nghẽn cục bộ mà còn có thể tiết kiệm chi phí đầu tư và vận hành, giảm tổn thất điện năng, nâng cao tính ổn định của hệ thống.
5 Luan van Trong bài toán TEP, mở rộng hệ thống điện bằng cách thêm thiết bị Facts, tăng khả năng truyền tải của hệ thống điện. Trong [4], thiết bị Facts được lựa chọn để khắc phục vấn đề điện áp thấp và nghẽn mạch đường dây; Các trường hợp được mô phỏng trên hệ thống Garver 6 nút, hàm mục tiêu là cực tiểu tổng chi phí xây dựng và vận hành hệ thống trong tương lai; Bài báo đã chỉ ra được các ứng viên dễ bị tổn thương nhất trong trường hợp xảy ra sự cố kéo dài (quá tải, đứt đường dây), việc thêm nhiều đường dây vào hệ thống không nhất thiết là cho hệ thống mạnh mẽ hơn việc thêm ít đường dây mà nó phụ thuộc vào việc bố trí kéo đường dây nào hợp lývà cũng cho thấy được hệ thống điện quy mô lớn thì mạnh mẽ hơn hệ thống điện có quy mô nhỏ và sự hiệu quả sử dụng thiết bị Facts để loại bỏ nghẽn mạch và điện áp thấp, đảm bảo độ tin cậy, an ninh của hệ thống điện; Bài báo cũng chỉ ra nhược điểm của TCSC có thể làm giảm hoặc loại bỏ nghẽn mạch, nhưng nó có thể gây quá điện áp trên đường dây lắp đặt TCSC; Cuối cùng bài báo cũng chỉ ra được ưu điểm của thiết bị Facts là dùng để nâng cao khả năng điều khiển hệ thống điện và tăng khả năng truyền tải công suất trên đường dây, là giải pháp tuyệt vời để vượt qua các tác động của các dự án trì hoãn.5: Tụ bù dọc đường dây 500kV 6 Luan van Việc quy hoạch mở rộng mạng lưới dưới điều kiện không chắn chắn và vai trò Facts trong việc cung cấp chế độ vận hành linh hoạt [5] đề xuất phương pháp quy hoạch mở rộng trong đó đánh giá và đưa ra so sánh việc lựa chọn đầu tư đường dây truyền tải với việc đầu tư thiết bị Facts; Bài báo này cũng trình bày sự kết hợp giữa việc đầu tư đường dây truyền tải và đầu tư thiết bị Facts, điều đó mang lại sự linh hoạt trong việc đầu tư mở rộng hệ thống điện trong quy hoạch ngắn hạn và quy hoạch dài hạn; Bài báo này sử dụng phương pháp LSM để giải quyết bài toán tối ưu hóa; Bài báo đã xác định các kế hoạch mở rộng linh hoạt và cải thiện độ thích nghi đối với các kịch bản không chắn chắc trong tương lai đạt được bằng cách kết hợp các thiết bị Facts với đầu tư đường dây truyền tải truyền thống trong tầm nhìn quy hoạch; Đạt được cân bằng tối ưu hóa giữa việc đầu tư đường dây truyền tải và đầu tư thiết bị Facts , đáp ứng đúng tiến độ hệ thống truyền tải đến sự phát triển của thị trường điện. Tổng quan phương pháp thêm đường dây mới: Việc xây dựng mới các đường dây truyền tải để loại trừ nghẽn mạch thường được thực hiện trong bài toán TEP. Tuy nhiên, điều này thường gặp nhiều khó khăn từ chi phí đầu tư và môi trường.
Trong [6], đề xuất tìm ra cấu trúc tối ưu với chi phí đầu tư thấp nhất, loại bỏ nghẽn mạch đường dây; sử dụng thuật toán xấp xỉ ngoài để giải bài toán tìm cấu trúc tối ưu, cực tiểu chi phí đầu tư đường dây, hiệu quả mô hình chứng minh trong hệ thống điện 39 nút và kết quả được trình bày trong.