Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nâng cao khả năng truyền tải ATC của hệ thống điện sử dụng thiết bị TCSC

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu nâng cao khả năng truyền tải ATC của hệ thống điện bằng thiết bị TCSC, góp phần tối ưu hóa hiệu suất.

• Tác giả: Văn Quốc Nhựt
• Người hướng dẫn: TS. Dương Thanh Long
• Trường học: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nâng Cao Khả Năng Truyền Tải (ATC) Của Hệ Thống Điện Sử Dụng Thiết Bị TCSC
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• TRANG TỰA
• TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
• PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Sơ lược các công trình nghiên cứu trước đây
• 1.3. Mục tiêu, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
• 1.3.1. Mục tiêu và nhiệm vụ
• 1.3.2. Phương pháp giải quyết
• 1.3.3. Giới hạn đề tài
• 1.3.4. Điểm mới của đề tài
• 1.3.5. Phạm vi ứng dụng
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ SỐ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT PTDF VÀ KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI ATC
• 2.1. Định nghĩa khả năng truyền tải và các thông số liên quan
• 2.1.1. Khả năng truyền tải ATC
• 2.1.2. Tổng khả năng truyền tải TTC
• 2.1.3. Độ tin cậy truyền tải dự trữ TRM
• 2.1.4. Độ dự trữ lợi ích CBM
• 2.1.5. Công suất truyền tải có cam kết ETC
• 2.2. Tầm quan trọng của giá trị ATC
• 2.3. Các phương pháp tính khả năng truyền tải ATC
• 2.4. Hệ số phân bố công suất truyền tải PTDF
• 2.4.1. Đặc điểm của truyền tải điện năng
• 2.4.2. Đánh giá dòng công suất tăng lên của một giao dịch xác định từ PTDF
• 2.4.3. Phương pháp xác định ATC bằng hệ số PTDF
• 2.5. Xác định giá trị ATC xét trường hợp hệ thống hoạt động bình thường
• 2.6. Xác định giá trị ATC trong trường hợp khẩn cấp sự cố đường dây
• 2.7. Xác định giá trị ATC trong trường hợp khẩn cấp sự cố máy phát
• 2.8. Lưu đồ xác định ATC cho mỗi giao dịch trong thị trường điện
• 3. CHƯƠNG 3: NÂNG CAO ATC SỬ DỤNG THIẾT BỊ FACTS
• 3.1. Tổng quan về thiết bị FACTS
• 3.2. Phân loại các thiết bị FACTS
• 3.3. Một số mô hình thiết bị FACTS
• 3.3.1. Thiết bị bù ngang STATCOM - Static Synchronous Compensator
• 3.3.2. Thiết bị bù dọc SSSC – Static Synchronous Series Compensator
• 3.3.3. Thiết bị bù hỗn hợp UPFC – Unified Power Flow Controller
• 3.3.4. Thiết bị bù dọc TCSC – Thyristor Controlled Series Capacitor
• 3.3.4.1. Đặc tính của TCSC
• 3.3.4.2. Mô hình tĩnh của TCSC
• 3.4. Xác định giá trị PTDF với những thiết bị FACTS
• 3.5. Xác định giá trị ATC có thiết bị FACTS
• 3.5.1. Trong trường hợp hệ thống hoạt động bình thường
• 3.5.2. Trong trường hợp khẩn cấp sự cố đường dây
• 3.5.3. Trong trường hợp khẩn cấp sự cố máy phát
• 3.6. Tối ưu hóa lựa chọn thiết bị FACTS
• 3.7. Lưu đồ xác định ATC khi có thiết bị TCSC
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 4.1. Tính toán khả năng truyền tải ATC sử dụng MatLab cho hệ thống điện IEEE 6 Bus
• 4.1.1. Tính toán ATC trong trường hợp vận hành bình thường
• 4.1.2. Tính toán ATC trong trường hợp vận hành có sự cố
• 4.1.3. Kết quả tính toán giá trị ATC sử dụng phần mềm Matlab
• 4.2. Ứng dụng Power World tính toán khả năng truyền tải ATC cho hệ thống điện IEEE 7 Bus
• 4.3. Khảo sát hệ thống điện IEEE 30 Bus, 3 vùng
• 4.3.1. Thông số các nút và đường dây của hệ thống điện 30 Bus, 3 vùng
• 4.3.2. Thực hiên giao dịch đơn phương T1: 13-15
• 4.3.2.1. Tính ATC trường hợp bình thường và sự cố đường dây 16-17 chưa có thiết bị TCSC
• 4.3.2.2. Tính toán ATC trong trường hợp bình thường và sự cố đường dây 16-17 khi có thiết bị TCSC
• 4.3.3. Thực hiên giao dịch đa phương T2: 22, 27 – 15, 23
• 4.3.3.1. Tính ATC trường hợp bình thường và sự cố đường dây 10-20 chưa có thiết bị TCSC
• 4.3.3.2. Tính ATC trường hợp bình thường và sự cố đường dây 10-20 khi có thiết bị TCSC
• 4.3.4. Bảng kết quả so sánh giá trị ATC của 2 trường hợp giao dịch T1 và T2
• 4.3.5. Nhận xét từ 2 trường hợp giao dịch T1 và T2
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Hướng phát triền đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CÁC HÌNH

Tóm tắt

I. Tổng quan về khả năng truyền tải ATC

Khả năng truyền tải (ATC) là một yếu tố quan trọng trong việc quản lý và vận hành hệ thống điện. ATC xác định lượng công suất mà hệ thống có thể truyền tải mà không gây ra quá tải cho các đường dây. Việc nâng cao khả năng truyền tải ATC là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong hoạt động của hệ thống điện. Theo nghiên cứu, việc sử dụng thiết bị TCSC có thể cải thiện đáng kể khả năng truyền tải của hệ thống. TCSC giúp điều chỉnh điện kháng, từ đó tăng cường công suất truyền tải và giảm thiểu tổn thất điện năng. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất điện mà còn nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện.

1.1. Định nghĩa và tầm quan trọng của ATC

ATC được định nghĩa là khả năng truyền tải còn lại của hệ thống điện, cho phép thực hiện các giao dịch công suất mà không gây ra quá tải. Tầm quan trọng của ATC không chỉ nằm ở việc đảm bảo an toàn cho hệ thống mà còn trong việc tối ưu hóa chi phí sản xuất điện. Việc xác định chính xác ATC giúp các nhà điều hành hệ thống điện có thể lập kế hoạch và điều phối công suất một cách hiệu quả, từ đó giảm thiểu rủi ro và tổn thất trong quá trình vận hành.

II. Thiết bị TCSC và ứng dụng trong hệ thống điện

Thiết bị TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) là một trong những thiết bị FACTS quan trọng, có khả năng điều chỉnh điện kháng trong hệ thống điện. TCSC được lắp đặt trên các đường dây truyền tải để cải thiện khả năng truyền tải và giảm thiểu tổn thất điện năng. Việc sử dụng TCSC giúp tăng cường hiệu suất truyền tải và đảm bảo ổn định cho hệ thống điện. Nghiên cứu cho thấy, việc tối ưu hóa vị trí lắp đặt TCSC có thể mang lại lợi ích lớn trong việc nâng cao khả năng truyền tải ATC.

2.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của TCSC

TCSC hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển điện kháng thông qua việc sử dụng thyristor. Thiết bị này có khả năng thay đổi giá trị điện kháng một cách linh hoạt, từ đó điều chỉnh dòng điện và công suất truyền tải trên đường dây. Việc lắp đặt TCSC không chỉ giúp tăng cường khả năng truyền tải mà còn giảm thiểu tổn thất điện năng, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế cho hệ thống điện.

III. Phân tích và đánh giá hiệu quả của TCSC trong nâng cao ATC

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc lắp đặt TCSC có thể nâng cao khả năng truyền tải ATC một cách đáng kể. Các mô phỏng trên hệ thống điện IEEE cho thấy, TCSC giúp cải thiện đáng kể công suất truyền tải trong các tình huống bình thường và khẩn cấp. Việc tối ưu hóa vị trí lắp đặt TCSC dựa trên độ nhạy dòng công suất là một trong những phương pháp hiệu quả để nâng cao khả năng truyền tải. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu rủi ro quá tải mà còn đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.

3.1. Kết quả mô phỏng và ứng dụng thực tiễn

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc lắp đặt TCSC trên các nhánh quan trọng của hệ thống điện đã giúp tăng cường khả năng truyền tải và giảm thiểu tổn thất điện năng. Các ứng dụng thực tiễn của TCSC trong hệ thống điện đã chứng minh tính hiệu quả của thiết bị này trong việc nâng cao khả năng truyền tải ATC, từ đó góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành điện.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh cải tổ và cơ cấu lại ngành điện trên thế giới, việc hình thành thị trường điện cạnh tranh đã trở thành xu hướng tất yếu nhằm giảm giá thành điện năng, nâng cao hiệu quả hoạt động và đầu tư. Tại Việt Nam, lộ trình xây dựng thị trường điện cạnh tranh đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt và đang trong giai đoạn thí điểm. Tuy nhiên, thị trường điện mở cũng đặt ra nhiều thách thức cho việc vận hành hệ thống điện, đặc biệt là trong việc đảm bảo an ninh và ổn định hệ thống truyền tải điện.

Khả năng truyền tải còn lại (Available Transfer Capability - ATC) là một chỉ số quan trọng phản ánh công suất truyền tải tối đa có thể được bổ sung trên hệ thống mà không vi phạm các giới hạn vật lý và đảm bảo an toàn vận hành. Việc xác định và nâng cao ATC giúp đơn vị vận hành hệ thống độc lập (ISO) điều phối hiệu quả các giao dịch công suất, hạn chế quá tải và giảm chi phí sản xuất điện năng.

Nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao khả năng truyền tải ATC của hệ thống điện thông qua việc ứng dụng thiết bị Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC) - một trong các thiết bị thuộc hệ thống Flexible AC Transmission Systems (FACTS). Mục tiêu chính là xác định hệ số phân bố truyền tải công suất (Power Transfer Distribution Factor - PTDF) với thiết bị TCSC, tối ưu vị trí lắp đặt TCSC dựa trên độ nhạy dòng công suất, và đánh giá khả năng truyền tải ATC trong các trường hợp vận hành bình thường và sự cố trên hệ thống điện. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trên các mô hình hệ thống điện chuẩn IEEE 6 Bus, IEEE 7 Bus và IEEE 30 Bus, sử dụng phần mềm Matlab và PowerWorld để mô phỏng.

Việc nâng cao ATC không chỉ góp phần đảm bảo an toàn vận hành mà còn tăng tính linh hoạt và hiệu quả kinh tế cho hệ thống điện trong bối cảnh thị trường điện cạnh tranh ngày càng phát triển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Khả năng truyền tải còn lại (ATC): Được định nghĩa theo tiêu chuẩn của Hội đồng Điện Bắc Mỹ (NERC) là công suất truyền tải tối đa có thể bổ sung trên hệ thống mà không vi phạm các giới hạn vật lý, được tính theo công thức:

  [ \text{ATC} = \text{TTC} - \text{TRM} - \text{CBM} - \text{ETC} ]

  Trong đó TTC là tổng khả năng truyền tải, TRM là độ tin cậy truyền tải dự trữ, CBM là độ dự trữ lợi ích, và ETC là công suất truyền tải có cam kết.

• Hệ số phân bố truyền tải công suất (PTDF): Là hệ số tuyến tính biểu thị sự thay đổi dòng công suất trên các đường dây truyền tải khi có sự thay đổi công suất giao dịch giữa các nút nguồn và tải. PTDF được xác định dựa trên mô hình điện xoay chiều AC và phương pháp Newton-Raphson để tính ma trận Jacobian và độ nhạy dòng công suất.

• Thiết bị FACTS và TCSC: FACTS là hệ thống sử dụng thiết bị điện tử công suất để điều khiển các thông số của hệ thống truyền tải điện xoay chiều nhằm nâng cao khả năng điều khiển và truyền tải công suất. TCSC là thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor, có khả năng điều chỉnh điện kháng của đường dây truyền tải, từ đó tăng khả năng truyền tải, cải thiện ổn định và giảm tổn thất.

• Mô hình toán học của TCSC: TCSC được mô hình hóa như một phần tử điện kháng điều khiển được mắc nối tiếp trên đường dây truyền tải, với đặc tính điện kháng thay đổi theo góc kích thyristor, bao gồm vùng cảm kháng, dung kháng và vùng cộng hưởng cần tránh.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Sử dụng các mô hình hệ thống điện chuẩn IEEE 6 Bus, IEEE 7 Bus và IEEE 30 Bus với các thông số kỹ thuật chi tiết về nút, đường dây, máy phát và phụ tải.

• Phương pháp phân tích:

  • Tính toán hệ số PTDF dựa trên mô hình AC sử dụng phương pháp Newton-Raphson để xác định ma trận Jacobian và độ nhạy dòng công suất.

  • Xác định giá trị ATC trong điều kiện vận hành bình thường và khi xảy ra sự cố đường dây hoặc máy phát, sử dụng các hệ số LOPTDF, OTDF và GODF tương ứng.

  • Mô phỏng và đánh giá tác động của việc lắp đặt thiết bị TCSC trên các nhánh truyền tải, tối ưu vị trí lắp đặt dựa trên độ nhạy dòng công suất nhằm nâng cao ATC.

  • Sử dụng phần mềm Matlab và PowerWorld để thực hiện các mô phỏng dòng công suất, tính toán PTDF và ATC.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2014-2016, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tăng giá trị ATC khi sử dụng TCSC: Kết quả mô phỏng trên hệ thống IEEE 30 Bus cho thấy việc lắp đặt thiết bị TCSC trên các nhánh truyền tải làm tăng đáng kể khả năng truyền tải còn lại ATC. Ví dụ, trong trường hợp giao dịch đơn phương T1 (từ nút 13-15), giá trị ATC tăng trung bình khoảng 15-20% so với khi không có TCSC, đặc biệt trong điều kiện sự cố đường dây 16-17.

2. Tối ưu vị trí lắp đặt TCSC dựa trên độ nhạy dòng công suất: Việc lựa chọn vị trí lắp đặt TCSC dựa trên độ nhạy dòng công suất giúp tối đa hóa hiệu quả nâng cao ATC. Các nhánh có độ nhạy cao khi lắp TCSC cho thấy sự cải thiện ATC vượt trội hơn so với các vị trí khác.

3. Ảnh hưởng tích cực trong trường hợp sự cố: Khi xảy ra sự cố mất điện đường dây hoặc máy phát, thiết bị TCSC giúp duy trì hoặc tăng giá trị ATC so với trường hợp không có TCSC, góp phần nâng cao độ tin cậy và ổn định hệ thống.

4. So sánh các giao dịch song phương và đa phương: Kết quả cho thấy thiết bị TCSC cải thiện ATC hiệu quả hơn đối với các giao dịch đa phương, giúp tăng khả năng truyền tải công suất giữa nhiều vùng trong hệ thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc tăng ATC khi sử dụng TCSC là do thiết bị này có khả năng điều chỉnh điện kháng của đường dây truyền tải, làm giảm trở kháng tổng thể và phân bố lại dòng công suất trên các nhánh, từ đó giảm nguy cơ quá tải và tăng khả năng truyền tải. Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu trước đây cho thấy TCSC có hiệu quả vượt trội so với các thiết bị FACTS khác như SVC trong việc nâng cao ATC.

Việc tối ưu vị trí lắp đặt dựa trên độ nhạy dòng công suất giúp tận dụng tối đa khả năng điều khiển của TCSC, tránh lắp đặt tại các vị trí không hiệu quả hoặc gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thống. Các biểu đồ so sánh giá trị ATC trước và sau khi lắp đặt TCSC minh họa rõ ràng sự cải thiện, đồng thời bảng kết quả chi tiết cho thấy sự tăng trưởng ATC trong các trường hợp vận hành bình thường và sự cố.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong việc vận hành hệ thống điện tại Việt Nam, đặc biệt trong bối cảnh thị trường điện cạnh tranh và nhu cầu truyền tải ngày càng tăng. Việc ứng dụng TCSC không chỉ nâng cao hiệu quả truyền tải mà còn góp phần giảm chi phí sản xuất điện và tăng tính ổn định của hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai lắp đặt thiết bị TCSC tại các vị trí tối ưu: Dựa trên kết quả phân tích độ nhạy dòng công suất, các đơn vị vận hành nên ưu tiên lắp đặt TCSC tại các nhánh có độ nhạy cao nhằm nâng cao khả năng truyền tải ATC trong vòng 1-2 năm tới.

2. Cập nhật và áp dụng phương pháp tính toán PTDF có tích hợp TCSC: Đơn vị vận hành hệ thống độc lập (ISO) cần áp dụng phương pháp tính toán PTDF tích hợp thiết bị TCSC để đánh giá chính xác khả năng truyền tải còn lại, phục vụ cho việc điều phối giao dịch công suất hiệu quả.

3. Đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về thiết bị FACTS, đặc biệt là TCSC và các phương pháp tính toán ATC nhằm nâng cao năng lực vận hành và quản lý hệ thống điện trong thị trường điện cạnh tranh.

4. Mở rộng nghiên cứu và ứng dụng trên các hệ thống điện quy mô lớn hơn: Khuyến khích các trung tâm nghiên cứu và doanh nghiệp điện lực tiếp tục nghiên cứu, mô phỏng và thử nghiệm trên các hệ thống điện phức tạp hơn như IEEE 118 Bus hoặc hệ thống thực tế để đánh giá hiệu quả và tối ưu hóa việc sử dụng TCSC.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Đơn vị vận hành hệ thống điện độc lập (ISO): Giúp nâng cao hiệu quả điều phối và quản lý khả năng truyền tải, đảm bảo an toàn vận hành trong thị trường điện cạnh tranh.

2. Các công ty truyền tải điện và điện lực: Cung cấp cơ sở khoa học để lựa chọn và triển khai thiết bị FACTS, đặc biệt là TCSC, nhằm nâng cao khả năng truyền tải và ổn định hệ thống.

3. Nhà nghiên cứu và giảng viên ngành kỹ thuật điện: Là tài liệu tham khảo quan trọng trong nghiên cứu, giảng dạy về hệ thống điện, thiết bị FACTS và các phương pháp tính toán khả năng truyền tải.

4. Các nhà đầu tư và hoạch định chính sách năng lượng: Hỗ trợ đánh giá hiệu quả đầu tư vào thiết bị truyền tải hiện đại và xây dựng chính sách phát triển thị trường điện bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. TCSC là gì và vai trò của nó trong hệ thống điện?
   TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) là thiết bị bù dọc điều khiển bằng thyristor, có khả năng điều chỉnh điện kháng của đường dây truyền tải. Nó giúp tăng khả năng truyền tải công suất, cải thiện ổn định và giảm tổn thất trong hệ thống điện.

2. Phương pháp PTDF được sử dụng như thế nào để tính ATC?
   PTDF là hệ số biểu thị sự thay đổi dòng công suất trên các đường dây khi có giao dịch công suất giữa các nút. Phương pháp sử dụng mô hình AC và Newton-Raphson để tính ma trận Jacobian và độ nhạy dòng công suất, từ đó xác định ATC chính xác.

3. Lợi ích của việc nâng cao ATC trong thị trường điện cạnh tranh là gì?
   Nâng cao ATC giúp tăng khả năng truyền tải công suất, giảm nguy cơ quá tải, đảm bảo an toàn vận hành, đồng thời giảm chi phí sản xuất điện và tăng tính cạnh tranh trong thị trường điện.

4. Tại sao cần tối ưu vị trí lắp đặt TCSC?
   Vị trí lắp đặt TCSC ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả nâng cao ATC. Tối ưu vị trí dựa trên độ nhạy dòng công suất giúp tận dụng tối đa khả năng điều khiển của thiết bị, tránh lắp đặt không hiệu quả hoặc gây ảnh hưởng tiêu cực.

5. Phần mềm nào được sử dụng để mô phỏng và tính toán trong nghiên cứu?
   Nghiên cứu sử dụng phần mềm Matlab và PowerWorld để mô phỏng dòng công suất, tính toán hệ số PTDF và đánh giá khả năng truyền tải ATC trên các hệ thống điện chuẩn IEEE.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xác định và chứng minh hiệu quả của thiết bị TCSC trong việc nâng cao khả năng truyền tải còn lại (ATC) của hệ thống điện, đặc biệt trong điều kiện vận hành bình thường và sự cố.
• Phương pháp tính toán ATC dựa trên hệ số phân bố truyền tải công suất (PTDF) tích hợp TCSC được xây dựng và kiểm chứng trên các hệ thống điện chuẩn IEEE 6 Bus, 7 Bus và 30 Bus.
• Việc tối ưu vị trí lắp đặt TCSC dựa trên độ nhạy dòng công suất giúp nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị và tăng giá trị ATC đáng kể.
• Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong vận hành hệ thống điện và phát triển thị trường điện cạnh tranh tại Việt Nam.
• Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm triển khai thực tế thiết bị TCSC tại các vị trí tối ưu, cập nhật phương pháp tính toán cho đơn vị vận hành, và mở rộng nghiên cứu trên các hệ thống điện quy mô lớn hơn.

Hành động khuyến nghị: Các đơn vị liên quan nên phối hợp triển khai ứng dụng thiết bị TCSC và phương pháp tính toán ATC tích hợp để nâng cao hiệu quả vận hành và đảm bảo an toàn hệ thống điện trong thị trường điện cạnh tranh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Quá trình cải tổ và cơ cấu lại ngành điện đã và đang diễn ra ở nhiều nước phát triển trên thế giới. Ở các nước này, ngành công nghiệp điện theo xu hướng cạnh tranh và thị trường điện đang dần thay thế các phương pháp vận hành truyền thống. Mục tiêu của thị trường điện chính là giảm giá điện thông qua sự cạnh tranh, nâng cao hiệu quả hoạt động và hiệu quả đầu tư của các công ty Điện lực Quốc gia (hầu hết là sở hữu Nhà nước), tăng cường tính cạnh tranh ở cả 3 khâu: Sản xuất, bán buôn và bán lẻ điện năng bằng cách thiết lập thị trường điện và tư nhân hóa một hay nhiều bộ phận của Công ty Điện lực Quốc gia. Kết quả cho thấy đây là một tiến bộ của khoa học quản lý trong ngành năng lượng.

Bởi vì, thị trường điện tạo ra môi trường kinh doanh cạnh tranh bình đẳng giữa các doanh nghiệp và là giải pháp hữu hiệu huy động vốn trong việc đầu tư xây dựng nguồn phát cũng như hệ thống truyền tải điện. Xuất phát từ yêu cầu thực tế, khi nền kinh tế Việt Nam đã và đang hội nhập với nền kinh tế trong khu vực và trên thế giới thì việc hình thành thị trường điện là một tất yếu. Khi đó, cơ cấu tổ chức và phương thức hoạt động của ngành điện nói chung và của Công ty Truyền tải điện nói riêng sẽ phải có những thay đổi cơ bản để đáp ứng phù hợp với các quy định mới trong hoạt động điện lực, cũng như các quy luật của cơ chế thị trường. Ở Việt Nam, lộ trình cho việc áp dụng thị trường điện đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt.

Hiện nay, đang áp dụng những bước thí điểm và sau đó tiến tới xây dựng một thị trường điện cạnh tranh hoàn hảo. Việc xuất hiện thị trường điện sẽ mang lại nhiều phúc lợi xã hội. Khách hàng có quyền lựa chọn nhà cung cấp điện và có thể mua điện từ các nhà máy có giá bán thấp theo yêu cầu của mình. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích mang lại từ thị trường điện thì nó cũng tạo ra nhiều 1 Luan van thách thức cho người vận hành hệ thống để đảm bảo an ninh vận hành trong thị trường điện.

Trong thị trường điện, hệ thống truyền tải luôn giữ một vai trò quan trọng trong việc truyền tải công suất và nó thường bị điều khiển bằng hoặc thậm chí vượt quá giới hạn nhiệt của chúng để đáp ứng sự gia tăng nhu cầu tiêu thụ điện năng và các giao dịch do sự gia tăng công suất không có trong kế hoạch. Nếu sự thay đổi không được kiểm soát, một số đường dây có thể trở nên quá tải, hiện tượng này có thể gây mất ổn định hệ thống. Khi hệ thống mất ổn định có thể phải cắt hàng loạt các tổ máy, các phụ tải và có thể dẫn đến tan rã hệ thống, gây thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế. Vì vậy, để đảm bảo được an ninh vận hành trong thị trường điện, đơn vị vận hành hệ thống điện độc lập ISO cần phải biết đầy đủ thông tin về khả năng truyền tải ATC của hệ thống để có thể đáp ứng các giao dịch công suất phát sinh ngoài kế hoạch.

Khả năng truyền tải ATC là khả năng truyền tải còn lại của hệ thống có thể đáp ứng được trong giới hạn vật lý ngoài công suất truyền tải hiện có trong cam kết và được sử dụng trong các hoạt động giao dịch trong tương lai. Thông tin ATC sẽ giúp nhà vận hành hệ thống độc lập ISO tìm thấy hướng truyền công suất một cách hiệu quả nhất trong thị trường điện. Nó cũng giúp cho người tham gia thị trường điện có chiến lược chào giá khi xãy ra tắc nghẽn. Do đó, việc nâng cao ATC là một trong những thách thức cho người vận hành hệ thống ISO.

Cùng với việc phát triển của ngành công nghệ điện tử, các thiết bị FACTS có ảnh hưởng đáng kể trong việc điều khiển phân bố công suất.Trong số các thiết bị FACTS, TCSC là thiết bị rất phổ biến bởi vì nó có thể kết nối trực tiếp với đường dây trong hệ thống. Việc lắp đặt TCSC trên hệ thống truyền tải có thể là giải pháp thay thế tốt nhất để giải quyết các vấn đề đã được đề cập ở trên. Tác dụng của TCSC trong lưới điện được xem như là điện kháng có khả năng điều khiển được lắp đặt trên đường dây truyền tải để bù điện kháng cảm ứng của đường dây. Do đó, làm giảm điện kháng của đường dây, tăng công suất truyền tải trên đường dây và làm giảm tổn thất công suất phản kháng.

Vì vậy, lắp đặt các bộ điều khiển TCSC nhằm điều khiển tốt hơn trong hệ thống điện cần phải được xem xét, trong đó việc lắp đặt 2 Luan van thích hợp các thiết bị TCSC trở thành một vấn đề quan trọng. Nếu lắp đặt không thích hợp, các bộ điều khiển TCSC sẽ làm giảm đặc tính tối ưu thu được và có thể làm mất đi tính hữu ích. Từ những khó khăn trong quản lý, vận hành hệ thống điện và tính năng của TCSC thì việc sử dụng thiết bị TCSC trên đường dây truyền tải là rất cần thiết, trong đó việc xác định vị trí tối ưu của thiết bị TCSC nhằm nâng cao khả năng truyền tải công suất trên đường dây để đảm bảo ổn định trong thị trường điện giữ một vai trò rất quan trọng trong vận hành hệ thống điện hiện nay. Vì vậy, nghiên cứu vấn đề “Nâng cao khả năng truyền tải ATC của hệ thống điện sử sụng thiết bị TCSC” là một yêu cầu mang tính cấp thiết phù hợp với việc phát triển thị trường điện tại Việt Nam.2 Sơ lược các công trình nghiên cứu trước đây Những nghiên cứu trước đây về ứng dụng FACTS để nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện đa số tập trung vào những thiết bị như TCSC, SVR, UPFC, TCPST… Tuy có những điểm xuất phát và cách tiếp cận khác nhau trong việc ứng dụng các hiệu quả của thiết bị FACTS vào điều khiển hệ thống điện.

Nhưng nhìn chung, các công trình nghiên cứu đều có chung hướng nghiên cứu và phương pháp đó là sử dụng giải thuật Gen để tìm kiếm giải pháp tối ưu. Nghĩa là; với sự hỗ trợ của phần mềm máy tính, thông số của thiết bị FACTS sẽ được mã hoá cùng các thông số của mạng điện. Các toán tử đột biến, lai chéo được sử dụng để giải bài toán phân bố công suất đưa kết quả vào không gian tìm kiếm. Thông số ban đầu sẽ được tự động lưu trữ và cập nhật để gia tăng tính đa dạng của phạm vi tìm kiếm giải pháp đúng như tên của giải thuật.

Tóm tắt một số công trình nghiên cứu như sau: Công trình nghiên cứu của T. Kesava Rao và S. Siva Naga Raju [9] là “Nâng cao khả năng truyền tải ATC với các thiết bị FACT sử dụng giải thuật di truyền mã hóa giá trị (RGA)”. Nghiên cứu nhằm xác định và nâng cao ATC, một thông số rất quan trọng đối với hệ thống điện hoạt động không theo quy luật.

Nghiên cứu này sử dụng thiết bị FACT là SVC và TCSC để cực đại các giao dịch truyền tải công suất trong trường hợp bình thường và sự cố. Giải thuật RGA 3 Luan van được sử dụng như là một công cụ tối ưu nhầm xác định vị trí và thông số điều khiển của SVC và TCSC. Kết quả của nghiên cứu thông qua mô phỏng trên mạng điện IEEE 24 Bus và 14 Bus đã chứng minh thiết bị SVC cải thiện được biên dạng điện áp và giá trị ATC nhưng thiết bị TCSC cải thiện được giá trị ATC và biên dạng điện áp vượt trội hơn, và kết quả mô phỏng cũng cho thấy rõ rằng thiết bị TCSC ảnh hưởng nhiều hơn về cải thiện ATC trong cả hai trường hợp bình thường và sự cố. Công trình nghiên cứu của M.

Haghifam [10] là “sử dụng thiết bị FACTS dựa trên mô hình xác suất để nâng cao tổng khả năng truyền tải”. Khả năng truyền tải còn lại ATC là một giá trị rất quan trọng trong tái cấu trúc hệ thống điện. Nghiên cứu mô phỏng trên mạng điện IEEE 24 Bus có 38 đường dây truyền tải và 10 máy phát được chia làm 2 vùng thông qua 4 đường dây. Kết quả đạt được của nghiên cứu này là tổng khả năng truyền tải TTC được tăng lên khi sử dụng thiết bị FACT như TCSC.

Công trình nghiên cứu của R. Mustafa [4] là “Vị trí tối ưu của thiết bị FACT để nâng cao khả năng truyền tải còn lại ATC sử dụng giải thuật bầy ong”. Giải thuật này nghiên cứu 3 vấn đề là vị trí thiết bị FACTS, thông số thiết bị FACTS và loại thiết bị FACTS. Hai loại thiết bị FACTS được đề cập trong nghiên cứu này là TCSC và SVC.

Một hệ thống điện IEEE 30 Bus được sử dụng để mô phỏng và đã chứng minh sự ảnh hưởng rất lớn với giải thuật này cũng như là công cụ để nâng cao khả năng truyền tải ATC. Bên cạnh giải thuật bầy ong nghiên cứu này còn sử dụng giải thuật di truyền để so sánh. Kết quả của nghiên cứu cho thấy giải thuật bầy ong và giải thuật di truyền ảnh hưởng rất lớn để nâng cao khả năng truyền tải ATC thông qua vị trí tối ưu của thiết bị FACTS và giải thuật bầy ong cho kết quả hội tụ nhanh hơn giải thuật di truyền. Công trình nghiên cứu của C.

Kannan [14] là “Một cách tiếp cận mới để tính toán ATC trong truyền tải công suất của hệ thống điện không theo quy luật”. Đây là một phương pháp mới để xác định khả năng truyền tải ATC dựa trên logic mờ. Cách tiếp cận này đã so sánh với các phương pháp hiện có, thực hiện nhiều giao dịch để xem xét giới hạn nhiệt, giới hạn điện áp, và giới hạn ổn định 4 Luan van điện áp và được kiểm tra trên hệ thống điện 39 Bus của Anh và 181 Bus của Ấn Độ. Kết quả của phương pháp này là tính toán ATC với ít số lần lặp ít và thời gian hội tụ nhanh so với một số phương pháp truyền thống khác.

Công trình nghiên cứu của Ibraheem và Naresh Kumar Yadav [3] là “Ứng dụng thiết bị FACTS để nâng cao khà năng truyền tải ATC sử dụng hệ số PTDF”. Phương pháp xác định ATC được xem xét ở đây là giới hạn nhiệt của hệ thống dựa trên tại MVA của hệ thống. Hệ số phân bố công suất truyền tải (PTDF) được sử dụng để xác định ATC lớn nhất của hệ thống để ngăn ngừa nghẽn mạch trên đường dây.