ĐẶT VẤN ĐỀ Khả năng truyền tải của đường dây cao áp và các tiêu chí kỹ thuật liên quan như điện áp vận hành, ổn định, tổn thất công suất trên đường dây,… là những vấn đề được các nhà nghiên cứu, kỹ sư thiết kế, vận hành đặc biệt quan tâm. Hệ thống điện 500kV Việt Nam được xây dựng và đưa vào vận hành từ năm 1994, sau hơn 22 năm vận hành hệ thống này được liên tục mở rộng và phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu truyền tải, cung cấp điện cho phụ tải của cả nước. Qua quá trình thực tế vận hành hệ thống điện đã xuất hiện các chế độ vận hành khi đó công suất truyền tải trên đường dây khá lớn. Cụ thể như vào mùa hè, các hồ của nhà máy thủy điện ở miền Bắc và cả nước nói chung thiếu nước không thể phát đáp ứng yêu cầu phụ tải nên phải huy động lượng công suất từ miền Nam và miền Trung ra miền Bắc, làm cho các đường dây bị quá tải điện, điện áp tại một số nút trên đường dây giảm thấp dễ dẫn đến mất ổn định điện áp.
Các giới hạn trong vấn đề quá tải đường dây là giới hạn nhiệt, mức cảnh báo của máy biến áp, giới hạn điện áp nút, ổn định quá độ hoặc ổn định động. Các giới hạn này ràng buộc lượng công suất mà 8 Luan van có thể truyền tải giữa hai vị trí thông qua lưới truyền tải. Công suất truyền tải không được phép tăng lên đến mức mà khi có xảy ra sự cố sẽ làm tan rã lưới điện vì không ổn định điện áp. Từ đó, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về vận hành tối ưu hệ thống điện, một trong các bài toán đặt ra là phân bố luồng công suất tối ưu, hay còn được gọi là phương pháp điều khiển dòng công suất trên lưới điện truyền tải, nhằm hạn chế quá tải trên đường dây ở thời điểm hiện tại cũng như khi mở rộng phụ tải trong tương lai như là điều động công suất phát của nhà máy, xây dựng các đường dây song song sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng tại chỗ và đây cũng lại là nguyên nhân chính gây nên giá sản xuất điện năng tăng cao.
Vì vậy, việc sử dụng các thiết bị FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System - Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt) điều khiển dòng công suất trên đường dây truyền tải đã giải quyết các bài toán chống nghẽn mạch, giảm rủi ro về mất điện, tăng độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng sẽ tạo ra không gian điều khiển rộng từ đó có thể giảm được chi phí sản xuất điện năng, đảm bảo lợi ích kinh tế, đồng thời tránh được tình trạng đầu cơ tăng giá điện khi có sự cố nghẽn mạch. Các công trình nghiên cứu gần đây còn cho thấy thêm rằng, việc sử dụng các thiết bị FACTS để điều khiển dòng công suất sẽ hạn chế được quá tải trên đường dây từ đó làm giảm chi phí sản xuất điện năng, tăng giá trị phúc lợi xã hội. Một trong những ứng dụng nổi bật của thiết bị FACTS chính là thiết bị SSSC (Bù đồng bộ kiểu tĩnh nối tiếp - Static Synchronous Series Compensator), SSSC điều khiển công suất phản kháng chảy qua điểm kết nối thông qua điều khiển biên độ, góc pha của điện áp nguồn, từ đó có thể đáp ứng được các chế độ vận hành khác nhau của hệ thống điện, đặc biệt là nâng cao khả năng truyền tải và điều khiển dòng công suất của đường dây. Vì vậy lắp đặt SSSC ở một số điểm quan trọng trên đường dây truyền tải là giải pháp hữu hiệu để tăng khả năng truyền tải và đồng thời giải quyết bài toán kinh tế.
Luận văn này tìm hiểu các thông số trên đường dây truyền tải điện và phương pháp điều khiển dòng công suất trên hê thống điện dùng SSSC. CÁC GIẢI PHÁP HIỆN NAY ĐỂ CHỐNG NGHẼN MẠCH 3. Điều độ kế hoạch nguồn phát điện Phân bố công suất tối ưu (OPF) là kỹ thuật quan trọng nhất để đạt được các mô hình phát điện chi phí nhỏ nhất trong một hệ thống điện với các điều kiện ràng buộc 9 Luan van truyền tải và vận hành có sẵn. Vai trò của trung tâm vận hành hệ thống độc lập (ISO) trong thị trường cạnh tranh là điều độ điện năng đáp ứng hợp đồng giữa các bên tham gia thị trường.
Trong môi trường nhiều nhà cung cấp, nhiều nhà tiêu thụ, đơn vị điều hành phải xử lý thêm các vấn đề về nghẽn mạch. Một trong số chúng có thể là cưỡng bức thay đổi kế hoạch phát điện, do vậy vài công ty phát điện sẽ tăng công suất phát điện và các công ty phát điện khác sẽ giảm công suất phát điện cho đến khi nghẽn mạch bị loại trừ. Đơn vị điều hành đền bù cho những nhà cung cấp đã chấp nhận lệnh huy động để phát thêm công suất, thanh toán lượng công suất phát thêm của họ và bồi thường việc đánh mất cơ hội cho những nhà cung cấp mà bị huy động cắt giảm công suất phát. Việc tăng phí truyền tải trong thời gian nghẽn mạch bằng việc thu thập phí nghẽn mạch để bồi thường cho công ty phát điện bị ảnh hưởng trong quá trình thực hiện lệnh huy động.
Ví dụ minh họa: Trường hợp 1: Xét hệ thống như hình 1. Giả thiết hệ thống có tổn thất công suất không đáng kể.1, G1 đưa ra bản chào giá cung cấp 200MW với giá bán điện 20$/MWh, và G2 đưa ra bản chào giá cung cấp 100MW với giá bán điện 40$/MWh. 10 Luan van Giao dịch được xác định với thị trường không bị giới hạn khả năng truyền tải: G2 đưa ra bản chào đắt hơn G1, vì vậy G2 sẽ không được huy động công suất. G1 bán 200MW cho khách hàng D.
Do đó tổng chi phí mỗi giờ là 4000$/h. G1 Không xét giới hạn truyền tải 200 MW Tải D 200MW 200 MW Giá 20$/MWh 0MW Chi phí điện năng trung bình 20$/MWh 100MW G2 Giá 40$/MWh Hình 1.1: Dòng công suất không xét giới hạn truyền tải Trường hợp 2: Xét hệ thống như Hình 1. Giả thiết hệ thống có tổn thất công suất không đáng kể. Xét giới hạn truyền tải G1 Tải D 200MW 200 MW Giá 20$/MWh 50M Chi phí điện năng trung bình W 25$/MWh 100MW G2 Giá 40$/MWh Hình 1.2: Dòng công suất có xét giới hạn truyền tải Trong hình 1.2, giả sử ta huy động công suất tối ưu nhằm cực tiểu tổng chi phí như trường hợp 1: Nhà cung cấp G1 được huy động 200MW bán cho khách hàng D và G2 không được huy động công suất.
Trong trường hợp này, việc giao dịch 200MW giữa G1 và D không thể thực hiện được vì sẽ xảy ra quá tải do khả năng của đường dây là 150MW. 11 Luan van Để loại trừ hiện tượng quá tải này, G1 chỉ được huy động 150MW và huy động thêm 50MW của G2 với mức giá cao hơn (40$/MWh). Với việc huy động này, tổng chi phí sẽ là 5000$/h. Như vậy ràng buộc giới hạn truyền tải của đường dây gây nên nghẽn mạch truyền tải và làm tăng thêm tổng chi phí của hệ thống là 25%.
Về cơ bản, ta có thể xác định chi phí nghẽn mạch như là sự chênh lệch giữa chi phí đảm bảo cung cấp cho phụ tải hệ thống không xét đến bất kỳ điều kiện ràng buộc nào và chi phí cung cấp cho phụ tải không vi phạm các giới hạn hiện tại. Trong ví dụ được xem xét ở trên, trường hợp 2 xảy ra nghẽn mạch, chi phí nghẽn mạch là 1000$/h. Điều độ tải Trong các hệ thống phi điều tiết, nghẽn mạch trong hệ thống truyền tải là một bài toán chủ yếu và có thể dẫn tới các đột biến giá. Nghẽn mạch truyền tải xuất hiện khi thiếu khả năng truyền tải để đáp ứng các yêu cầu của tất cả các khách hàng.
Trong các trạng thái bị nghẽn mạch nặng, nghẽn mạch truyền tải có thể được giảm bớt bằng cách cắt giảm một phần các giao dịch không ổn định. Một ví dụ của một hệ thống 2 nút trình bày trong hình 1.3 giải thích sự nghẽn mạch truyền tải.3a, đầu ra công suất tác dụng cực đại của máy phát là 50MW, giới hạn công suất đường dây truyền tải là 45MVA và công suất tác dụng tải là 48MW. Có một sự quá tải truyền tải trong đường dây truyền tải để đáp ứng tải. Nghẽn mạch có thể được giảm bớt bằng cách cắt giảm phần tải nào đó.3b, tải được cắt giảm từ 48MW tới 45MW và nghẽn mạch được loại bỏ.3a: Ví dụ 2 nút bị nghẽn mạch Hình 1.3b: Ví dụ 2 nút sau khi được loại bỏ nghẽn mạch Hình 1.3: Ví dụ hệ thống điện 2 nút 12 Luan van 3.
Mở rộng đường dây truyền tải Mở rộng đường dây truyền tải giải quyết bài toán mở rộng và củng cố sự phát điện và mạng truyền tải hiện tại để phục vụ tối ưu sự phát triển thị trường điện trong khi đáp ứng một tập các điều kiện ràng buộc về kinh tế và kỹ thuật. Các kỹ thuật khác nhau như phân tích Bender, tìm kiếm Tabu, thuật toán Gen… đã được sử dụng để nghiên cứu bài toán này. Mặc dù các chi phí nghẽn mạch có thể được cực tiểu hóa nhờ vào các phương pháp quản lý nghẽn mạch hiệu quả, nhưng một mối quan tâm bao quát là chi phí biên của nghẽn mạch này sẽ không cao hơn chi phí biên của giảm nghẽn mạch thông qua sự đầu tư về mở rộng khả năng truyền tải. Mặt khác, các chi phí nghẽn mạch cao sẽ là một tín hiệu để mở rộng khả năng truyền tải.
Sự đầu tư về truyền tải sẽ luôn luôn hướng tới tăng độ tin cậy và giảm các chi phí nghẽn mạch. Tuy nhiên, phương pháp mở rộng đường dây truyền tải này có rất nhiều hạn chế như: Tốn nhiều thời gian, chi phí mở rộng đường dây truyền tải lớn, phụ thuộc vào các ràng buộc pháp lý, các quy định đền bù giải tỏa… 3. Sự hỗ trợ VAR để giảm nghẽn mạch Trong kịch bản thời đại ngày nay, các giao dịch điện ngoài dự tính đang tăng lên nhanh chóng do sự cạnh tranh giữa các công ty để đáp ứng nhu cầu đang gia tăng và nếu các giao dịch không được điều khiển một cách đúng đắn thì các đường dây truyền tải thường bị vận hành và bị ép buộc tới mức giới hạn. Sử dụng sự truyền tải sẵn có tăng lên một phần nhờ sự bù công suất phản kháng.
Vai trò của sự hỗ trợ VAR trong thị trường điện mở là để trợ giúp quản lý nghẽn mạch.