I. Giới thiệu
Sự chuyển dịch từ thị trường độc quyền sang thị trường điện cạnh tranh đã mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng điện. Tuy nhiên, nó cũng đang đối mặt với nhiều thách thức liên quan đến an ninh hệ thống. Nhiều yếu tố ràng buộc như môi trường, chính sách và chi phí đã giới hạn sự mở rộng mạng điện truyền tải. Việc tạo ra thị trường điện đã dẫn đến một số lượng giao dịch đáng kể năng lượng điện cần được truyền qua khoảng cách xa, làm cho hệ thống bị căng thẳng nặng và có thể dẫn đến mất ổn định. Do đó, nâng cao ổn định động của hệ thống, đặc biệt là ổn định động ràng buộc đã trở thành một trong những vấn đề quan trọng trong vận hành thị trường điện. Việc giải quyết vấn đề này được biết đến như là bài toán ràng buộc ổn định động phân bố công suất tối ưu (TSC-OPF). TSC-OPF không chỉ xem xét những giới hạn vận hành bình thường mà còn xem xét những vi phạm có thể xảy ra trong trường hợp vận hành ngẫu nhiên. Mặc dù TSC-OPF hiện nay vẫn còn nhiều thách thức liên quan đến việc tính toán, nhưng hy vọng nó sẽ trở thành một công cụ chuẩn trong nền công nghiệp điện.
II. Tổng quan thiết bị FACTS
Ngành cung cấp điện đang trải qua một sự chuyển đổi sâu sắc trên toàn thế giới. Các thị trường điện, nguồn tài nguyên thiên nhiên khan hiếm và nhu cầu điện ngày càng tăng là một số trong số tác nhân gây nên sự thay đổi này. Để ngăn quá trình phát triển nhanh chóng này, các chương trình mở rộng đang bị cản trở bởi một loạt các áp lực về xây dựng, môi trường, quy định về cấp phép, sử dụng đất. Việc sử dụng các thiết bị và kỹ thuật mới như thiết bị FACTS để thay thế các giải pháp thông thường là một hướng đi thực tế trong hệ thống điện. Các thiết bị FACTS như SVC, TCSC, STATCOM và UPFC đã giúp cho quá trình điều khiển dòng công suất trên các đường dây truyền tải một cách linh hoạt và nhanh chóng. Những yêu cầu mà các thiết bị bù cổ điển chưa thể đáp ứng sẽ được giải quyết triệt để như giảm dao động công suất, nâng cao ổn định hệ thống. Các thiết bị FACTS còn góp phần vào việc phân bố công suất tối ưu giữa các nhà máy điện hiệu quả hơn, đạt tính kinh tế cao hơn.
III. Ổn định động trong hệ thống điện
Ổn định động trong hệ thống điện được phân loại thành nhiều loại khác nhau như ổn định góc rotor, ổn định quá độ, và ổn định điện áp. Việc phân tích ổn định động là rất quan trọng để đảm bảo rằng hệ thống điện có thể hoạt động an toàn và hiệu quả trong các điều kiện khác nhau. Các giả định trong phân tích ổn định quá độ bao gồm việc sử dụng các phương trình công suất góc của máy phát và các hằng số được sử dụng trong phân tích. Việc xác định sự thay đổi góc rotor khi máy phát chịu tải là một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá khả năng ổn định của hệ thống. Các kỹ thuật để cải thiện ổn định quá độ cũng cần được xem xét để đảm bảo rằng hệ thống có thể duy trì hoạt động ổn định trong các tình huống khẩn cấp.
IV. Tối ưu hóa phân bố công suất OPF
Bài toán tối ưu hóa phân bố công suất (OPF) là một bài toán tối ưu hóa với nhiều ràng buộc. Theo truyền thống, OPF chỉ xét đến các ràng buộc ổn định tĩnh của hệ thống mà không xét ràng buộc ổn định động. Việc xem xét bài toán ràng buộc ổn định động như một bài toán OPF truyền thống có xét ràng buộc ổn định động là cần thiết. Điều này không chỉ giúp đảm bảo rằng dòng công suất đáp ứng trong trạng thái tĩnh mà còn phải đáp ứng được ràng buộc động của góc rotor trong trường hợp vận hành ngẫu nhiên. Sự phát triển của các thiết bị điện tử công suất lớn và công nghệ FACTS đã giúp cho việc điều khiển dòng công suất trên các đường dây truyền tải trở nên linh hoạt hơn, từ đó nâng cao hiệu quả của bài toán OPF.
V. Bài toán TSC OPF có thiết bị FACTS và kết quả mô phỏng
Bài toán TSC-OPF có thiết bị FACTS được nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng ổn định động của hệ thống trong trường hợp OPF có xét và không xét ràng buộc ổn định động. Kết quả nghiên cứu trên hệ thống chuẩn IEEE 30 – nút đã cho thấy khả năng ổn định của hệ thống đồng thời cũng đảm bảo được chi phí vận hành cực tiểu trong bài toán TSC-OPF. Việc sử dụng thiết bị FACTS như TCSC đã chứng minh được tác động tích cực khi áp dụng trên lưới điện. Các mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng thiết bị FACTS không chỉ giúp cải thiện hiệu suất hệ thống mà còn góp phần vào việc tối ưu hóa phân bố công suất giữa các nhà máy điện, từ đó nâng cao tính kinh tế và an ninh cho hệ thống điện.
