Luận văn thạc sĩ về vị trí lắp đặt TCSC trên lưới điện truyền tải miền Nam Việt Nam

Luận văn thạc sĩ phân tích vị trí lắp đặt TCSC trên lưới điện truyền tải khu vực phía Nam Việt Nam, tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy.

• Tác giả: Nguyễn Hồ Hữu Lộc
• Người hướng dẫn: PGS.TS Quyền Huy Ánh
• Trường học: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Vị Trí Lắp Đặt TCSC Trên Lưới Điện Truyền Tải Miền Nam Việt Nam
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• SUMMARY
• PHẦN A. PHẦN A: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
• 1. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
• 1.1. Mục tiêu của đề tài
• 1.2. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.3. Điểm mới của luận văn
• 1.4. Giá trị thực tiễn của đề tài
• PHẦN B. PHẦN B: NỘI DUNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ FACTS
• 1.1. Tính cần thiết của việc xác định vị trí FACTS
• 1.1.1. Giá điện thị trường
• 1.2. Những ứng dụng và lợi ích của FACTS
• 1.3. Vấn đề trọng tâm
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TOÁN HỌC
• 2.1. Phương pháp xác định mặt cắt tối thiểu
• 2.2. Lưu đồ xác định mặt cắt tối thiểu-luồng công suất cực đại
• 2.3. Bài toán phân bố công suất
• 2.4. Xác định vị trí của TCSC
• 2.5. Dung lượng bù TCSC
• 2.6. Lưu đồ xác định vị trí và dung lượng TCSC
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM POWERWORLD ĐỂ MÔ PHỎNG LƯỚI ĐIỆN
• 3.1. Sơ đồ lưới điện 500kV
• 3.2. Sơ đồ lưới điện 220kV
• PHẦN C. PHẦN C: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 1. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên cứu vị trí lắp đặt TCSC trên lưới điện truyền tải miền Nam Việt Nam

Nghiên cứu vị trí lắp đặt TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) trên lưới điện truyền tải miền Nam Việt Nam là một vấn đề quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định của hệ thống điện. TCSC là một thiết bị FACTS giúp điều khiển dòng công suất, giảm thiểu tình trạng quá tải và nâng cao độ tin cậy của lưới điện. Việc xác định vị trí lắp đặt hợp lý cho TCSC không chỉ giúp cải thiện hiệu suất lưới điện mà còn giảm chi phí vận hành và bảo trì.

1.1. Tại sao cần nghiên cứu vị trí lắp đặt TCSC

Việc nghiên cứu vị trí lắp đặt TCSC là cần thiết để giải quyết các vấn đề như quá tải, giảm thiểu tổn thất điện năng và nâng cao hiệu suất lưới điện. TCSC giúp điều chỉnh dòng công suất, từ đó cải thiện khả năng truyền tải và độ ổn định của hệ thống điện.

1.2. Lợi ích của việc lắp đặt TCSC trên lưới điện

Lắp đặt TCSC mang lại nhiều lợi ích như giảm thiểu chi phí sản xuất điện, tăng cường độ tin cậy của lưới điện và cải thiện chất lượng điện năng cung cấp cho người tiêu dùng. Điều này không chỉ giúp giảm giá thành điện năng mà còn nâng cao phúc lợi xã hội.

II. Vấn đề và thách thức trong lắp đặt TCSC trên lưới điện miền Nam

Mặc dù TCSC có nhiều ưu điểm, nhưng việc lắp đặt thiết bị này cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như chi phí đầu tư, xác định vị trí lắp đặt tối ưu và khả năng tương thích với hệ thống hiện tại là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Chi phí đầu tư cho TCSC

Chi phí đầu tư cho TCSC không nhỏ, do đó cần phải cân nhắc kỹ lưỡng trước khi quyết định lắp đặt. Việc tính toán chi phí và lợi ích kinh tế từ việc sử dụng TCSC là rất quan trọng để đảm bảo tính khả thi của dự án.

2.2. Khả năng tương thích với hệ thống hiện tại

Một thách thức lớn là đảm bảo TCSC có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường lưới điện hiện tại. Cần phải thực hiện các nghiên cứu và mô phỏng để đánh giá khả năng tương thích và hiệu suất của TCSC trong hệ thống điện miền Nam.

III. Phương pháp xác định vị trí lắp đặt TCSC hiệu quả

Để xác định vị trí lắp đặt TCSC một cách hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp nghiên cứu và mô phỏng hiện đại. Việc sử dụng các thuật toán tối ưu hóa và phần mềm mô phỏng như Powerworld sẽ giúp tìm ra vị trí tối ưu cho TCSC trên lưới điện.

3.1. Ứng dụng thuật toán tối ưu hóa

Sử dụng các thuật toán tối ưu hóa giúp xác định vị trí lắp đặt TCSC một cách chính xác. Các thuật toán này có thể phân tích nhiều yếu tố như tải trọng, độ ổn định và chi phí để đưa ra quyết định hợp lý.

3.2. Mô phỏng lưới điện bằng Powerworld

Phần mềm Powerworld cho phép mô phỏng lưới điện và đánh giá hiệu quả của việc lắp đặt TCSC. Qua đó, có thể kiểm tra các kịch bản khác nhau và tìm ra giải pháp tối ưu cho lưới điện miền Nam.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của TCSC

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc lắp đặt TCSC trên lưới điện truyền tải miền Nam Việt Nam đã mang lại nhiều lợi ích. Các mô phỏng cho thấy TCSC giúp giảm thiểu tình trạng quá tải và nâng cao hiệu suất lưới điện.

4.1. Hiệu quả giảm thiểu quá tải

Việc lắp đặt TCSC đã giúp giảm thiểu tình trạng quá tải trên các tuyến đường dây, từ đó nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện. Kết quả này được xác nhận qua các mô phỏng và thực nghiệm trên lưới điện.

4.2. Tăng cường độ ổn định của lưới điện

Sự hiện diện của TCSC đã cải thiện độ ổn định của lưới điện, giúp giảm thiểu rủi ro mất điện và tăng cường khả năng cung cấp điện cho người tiêu dùng.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai cho TCSC

Nghiên cứu về vị trí lắp đặt TCSC trên lưới điện truyền tải miền Nam Việt Nam đã chỉ ra rằng thiết bị này có thể mang lại nhiều lợi ích cho hệ thống điện. Hướng phát triển trong tương lai cần tập trung vào việc tối ưu hóa chi phí và nâng cao hiệu suất của TCSC.

5.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện các phương pháp xác định vị trí lắp đặt TCSC. Việc áp dụng công nghệ mới và các thuật toán tiên tiến sẽ giúp nâng cao hiệu quả của thiết bị này.

5.2. Tương lai của TCSC trong hệ thống điện

Với sự phát triển của công nghệ, TCSC sẽ ngày càng trở nên quan trọng trong việc điều khiển dòng công suất và cải thiện hiệu suất lưới điện. Việc nghiên cứu và ứng dụng TCSC sẽ góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành điện năng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống điện truyền tải hiện nay thường xuyên đối mặt với nguy cơ quá tải tại các nhánh xung yếu, gây ra sự cố sụp đổ hệ thống và làm tăng chi phí sản xuất điện năng. Theo ước tính, việc quá tải trên các đường dây truyền tải là nguyên nhân chính làm tăng giá thành điện năng, ảnh hưởng trực tiếp đến thị trường điện và người tiêu dùng. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định vị trí tối ưu để lắp đặt thiết bị bù nối tiếp điều khiển Thyristor (TCSC) trên lưới điện truyền tải khu vực phía Nam Việt Nam nhằm chống quá tải, giảm suất sự cố và tối ưu hóa chi phí vận hành hệ thống. Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn vận hành hiện tại và dự báo trong tương lai gần, với phạm vi áp dụng trên hệ thống điện truyền tải miền Nam. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc giảm chi phí phát điện, nâng cao độ tin cậy và ổn định của hệ thống, đồng thời góp phần giảm giá thành điện năng đến người tiêu dùng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết mặt cắt tối thiểu (min-cut) và dòng công suất cực đại (max-flow) trong mạng điện. Lý thuyết này giúp xác định tập hợp các nhánh xung yếu nhất có khả năng gây nghẽn mạch và quá tải trong hệ thống. Mô hình toán học của TCSC được xây dựng dựa trên nguyên lý cấu tạo gồm tụ bù, cuộn cảm và thyristor điều khiển, cho phép điều chỉnh điện kháng nối tiếp trên đường dây truyền tải. Các khái niệm chính bao gồm:

• FACTS (Flexible AC Transmission Systems): thiết bị điều khiển linh hoạt dòng công suất trên lưới điện.
• TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor): thiết bị bù nối tiếp điều khiển điện kháng để điều chỉnh dòng công suất.
• Mặt cắt tối thiểu (min-cut): tập hợp các nhánh có tổng dung lượng nhỏ nhất ngăn cách nguồn và tải.
• Dòng công suất cực đại (max-flow): luồng công suất lớn nhất có thể truyền qua mạng từ nguồn đến tải.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực tế của hệ thống điện truyền tải miền Nam Việt Nam, bao gồm công suất phát của các nhà máy, phụ tải tại các nút và giới hạn truyền tải của các nhánh. Phương pháp phân tích gồm:

• Áp dụng giải thuật max-flow min-cut để xác định tập hợp nhánh xung yếu có nguy cơ quá tải.
• Sử dụng phần mềm PowerWorld để mô phỏng phân bố công suất trên lưới điện, đánh giá ảnh hưởng của việc lắp đặt TCSC.
• Xây dựng lưu đồ xác định vị trí và dung lượng bù TCSC tối ưu dựa trên kết quả từ giải thuật và mô phỏng.
• Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ hệ thống điện truyền tải miền Nam với hơn 15 nút và các nhánh liên kết.
• Phương pháp chọn mẫu là toàn bộ mạng lưới hiện hữu, phân tích chi tiết từng nhánh.
• Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian từ năm 2010 đến 2012, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, chạy mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xác định tập hợp nhánh xung yếu: Giải thuật max-flow min-cut đã xác định được các nhánh có khả năng gây nghẽn mạch thường xuyên trên lưới điện miền Nam, với giá trị luồng công suất cực đại khoảng 1950 MW qua các lát cắt tối thiểu.
2. Hiệu quả của TCSC: Việc lắp đặt TCSC trên các nhánh xung yếu giúp tăng khả năng truyền tải công suất trên nhánh đó lên đến 30%, giảm đáng kể nguy cơ quá tải. Ví dụ, khi tăng tải tại nút 3 lên 20%, dòng công suất trên nhánh được bù TCSC giảm quá tải từ mức cao xuống dưới giới hạn cho phép.
3. Dung lượng bù tối ưu: Qua mô phỏng, dung lượng bù TCSC được xác định tối ưu trong khoảng từ -0.16 đến 0.17 p.u. điện kháng đường dây, đảm bảo cân bằng giữa hiệu quả kỹ thuật và chi phí đầu tư.
4. Giảm chi phí vận hành: So với các thiết bị FACTS khác, TCSC có chi phí đầu tư trung bình khoảng 40 USD/kVar, thấp hơn nhiều so với STATCOM và UPFC (50 USD/kVar), giúp giảm tổng chi phí vận hành hệ thống.
5. Tính ổn định và tin cậy: Việc điều khiển dòng công suất bằng TCSC làm tăng độ ổn định động và tĩnh của hệ thống, giảm dao động điện áp và công suất, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả này là khả năng điều chỉnh điện kháng nối tiếp của TCSC, làm thay đổi trở kháng đường dây, từ đó phân bố lại dòng công suất trên lưới điện một cách linh hoạt. Kết quả mô phỏng bằng PowerWorld cho thấy rõ sự giảm tải trên các nhánh xung yếu sau khi lắp đặt TCSC, minh họa qua biểu đồ phân bố công suất trước và sau bù. So sánh với các nghiên cứu trước đây sử dụng giải thuật Gen hoặc phương pháp thử sai, giải thuật max-flow min-cut cho phép khoanh vùng nhanh chóng và chính xác tập hợp nhánh cần bù, giảm đáng kể thời gian và không gian tìm kiếm giải pháp. Điều này có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc vận hành và quy hoạch hệ thống điện truyền tải, đặc biệt trong bối cảnh phụ tải tăng nhanh và yêu cầu về độ tin cậy ngày càng cao.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai lắp đặt TCSC tại các nhánh xung yếu: Ưu tiên lắp đặt thiết bị TCSC tại các vị trí được xác định qua giải thuật max-flow min-cut để tối ưu hóa khả năng truyền tải và giảm quá tải. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, do chủ thể là các công ty truyền tải điện khu vực.
2. Tối ưu dung lượng bù TCSC: Điều chỉnh dung lượng bù trong khoảng cho phép (-0.16 đến 0.17 p.u.) để cân bằng giữa hiệu quả kỹ thuật và chi phí đầu tư, đảm bảo không gây quá tải cho các nhánh khác. Chủ thể thực hiện là nhóm kỹ sư vận hành và quy hoạch hệ thống.
3. Áp dụng phần mềm mô phỏng PowerWorld trong vận hành: Sử dụng phần mềm để theo dõi và điều chỉnh dòng công suất trên lưới điện theo thời gian thực, giúp phát hiện và xử lý kịp thời các điểm quá tải. Thời gian áp dụng liên tục, do các trung tâm điều độ điện lực thực hiện.
4. Nâng cao năng lực nghiên cứu và đào tạo: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về lý thuyết max-flow min-cut và ứng dụng thiết bị FACTS cho cán bộ kỹ thuật, nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và bảo trì hệ thống. Chủ thể là các trường đại học và viện nghiên cứu điện lực, thời gian 6-12 tháng.
5. Xây dựng chính sách hỗ trợ đầu tư: Khuyến khích các nhà đầu tư và doanh nghiệp điện lực ưu tiên đầu tư vào thiết bị TCSC thông qua các chính sách ưu đãi về thuế và tài chính, nhằm thúc đẩy nhanh tiến độ cải tạo lưới điện truyền tải.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư vận hành và quy hoạch hệ thống điện: Nắm bắt phương pháp xác định điểm nghẽn mạch và ứng dụng TCSC để tối ưu hóa vận hành lưới điện, giảm thiểu sự cố quá tải.
2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Hiểu rõ về chi phí và lợi ích của việc đầu tư thiết bị FACTS, từ đó xây dựng các chính sách hỗ trợ phù hợp.
3. Giảng viên và sinh viên ngành điện – điện tử: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về lý thuyết mạng điện, mô hình toán học và ứng dụng công nghệ FACTS trong thực tế.
4. Các nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ điện lực: Cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp luận để phát triển các giải pháp điều khiển dòng công suất tiên tiến, nâng cao hiệu quả và độ tin cậy hệ thống điện.

Câu hỏi thường gặp

1. TCSC là gì và tại sao lại chọn thiết bị này để chống quá tải?
   TCSC là thiết bị bù nối tiếp điều khiển điện kháng bằng thyristor, giúp điều chỉnh dòng công suất trên đường dây truyền tải. Thiết bị này có chi phí đầu tư thấp hơn các thiết bị FACTS khác và hiệu quả trong việc tăng khả năng truyền tải, giảm dao động công suất.

2. Giải thuật max-flow min-cut hoạt động như thế nào trong xác định điểm nghẽn mạch?
   Giải thuật này xác định tập hợp các nhánh có tổng dung lượng nhỏ nhất ngăn cách nguồn và tải, từ đó tìm ra các điểm nút cổ chai gây nghẽn mạch. Phương pháp này nhanh chóng, chính xác và giảm thiểu không gian tìm kiếm so với các phương pháp truyền thống.

3. Làm thế nào để xác định dung lượng bù TCSC tối ưu?
   Dung lượng bù được xác định dựa trên mô phỏng phân bố công suất bằng phần mềm PowerWorld, điều chỉnh sao cho giảm quá tải trên nhánh có TCSC mà không gây quá tải cho các nhánh khác, đồng thời cân bằng chi phí đầu tư.

4. Việc lắp đặt TCSC có ảnh hưởng như thế nào đến chi phí sản xuất điện?
   Việc sử dụng TCSC giúp giảm quá tải, từ đó giảm chi phí phát điện do tránh phải tăng công suất phát đột ngột hoặc xây dựng đường dây mới, góp phần giảm giá thành điện năng đến người tiêu dùng.

5. Phần mềm PowerWorld có vai trò gì trong nghiên cứu này?
   PowerWorld được sử dụng để mô phỏng phân bố công suất trên lưới điện, đánh giá hiệu quả của việc lắp đặt TCSC, giúp trực quan hóa dòng công suất và xác định các điểm quá tải, hỗ trợ việc điều chỉnh dung lượng bù phù hợp.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công giải thuật kết hợp max-flow min-cut và mô phỏng PowerWorld để xác định vị trí và dung lượng bù TCSC tối ưu trên lưới điện truyền tải miền Nam Việt Nam.
• Kết quả cho thấy TCSC có khả năng tăng khả năng truyền tải trên nhánh xung yếu lên đến 30%, giảm nguy cơ quá tải và sự cố hệ thống.
• Dung lượng bù TCSC được xác định trong khoảng cho phép, đảm bảo hiệu quả kỹ thuật và kinh tế.
• Giải pháp đề xuất giúp giảm chi phí vận hành hệ thống, nâng cao độ tin cậy và ổn định điện áp trên lưới.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thực tế lắp đặt TCSC tại các vị trí đã xác định, đồng thời mở rộng nghiên cứu áp dụng cho các khu vực khác và tích hợp với các thiết bị FACTS khác để tối ưu hóa toàn diện hệ thống điện.

Hành động ngay: Các đơn vị quản lý và vận hành hệ thống điện nên áp dụng giải pháp này để nâng cao hiệu quả vận hành, giảm thiểu sự cố và tối ưu hóa chi phí sản xuất điện năng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, khi mà các nguồn tài nguyên thiên nhiên sẵn có không đủ đáp ứng nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng của con người; bên cạnh việc tìm kiếm những nguồn tài nguyên và nhiên liệu mới thay thế thì việc quy hoạch, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên sẵn có cũng là vấn đề quan tâm hàng đầu của ngành công nghiệp điện năng. Một trong những khía cạnh đó là việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào quản lý và vận hành lưới điện sao cho tổng chi phí sản xuất vận hành lưới điện là nhỏ nhất để giá thành tới người sử dụng là thấp nhất. Điều này là hợp lý khi hình thành một thị trường mới mẻ - thị trường điện. 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 còn được biết đến như 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. Đây là nguyên nhân chính gây nên giá sản xuất điện năng tăng cao. Có nhiều phương pháp để giải quyết bài toán quá tải như: Điều chỉnh 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… nhưng các giải pháp này không đảm bảo được chi phí là thấp nhất nên không thoả điều kiện giảm giá thành sản xuất điện năng. Việc sử dụng các thiết bị FACTS điều khiển dòng công suất trên đường dây còn được biết đến như biện pháp chống nghẽn mạch, giảm rủi ro về mất điện, tăng độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng, đảm bảo lợi ích kinh tế, đồng thời tránh được tình trạng đầu cơ tăng giá điện khi có sự cố nghẽn mạch.

Một số công trình nghiên cứu cũng cho thấy 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. Vấn đề là chọn thiết bị FACTS nào là thoả mãn chi phí nhỏ nhất. Thực nghiệm cho thấy khả năng điều khiển điện áp, điều khiển trào lưu công suất và cải thiện ổn định điện áp tại các nút của TCSC là tốt hơn so với dùng tụ bù dọc SVC; chi phí đầu tư trên một đơn vị công suất bù của TSCS cũng nhỏ hơn so với các loại thiết bị khác. NGUYỄN HỒ HỮU LỘC trang 1 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Tuy nhiên, chi phí cho một thiết bị bù TCSC không nhỏ.

Do đó, không thể lắp đặt trên toàn bộ hệ thống truyền tải điện. Với mục tiêu tổng chi phí vận hành và điều khiển hệ thống điện bao gồm: chi phí phát điện, chi phí truyền tải phân phối, chi phí cho thiết bị bù TCSC phải nhỏ nhất. Do đó, cần xác định vị trí lắp đặt thiết bị bù TCSC trên mạng phân phối truyền tải điện để đồng thời giải quyết được cả hai vấn đề: kinh tế và kỹ thuật. Trên cơ sở những kết quả của các công trình nghiên cứu trước đây đã đạt được, đề tài “Xác Định Vị Trí Lắp Đặt TCSC Trên Lƣới Điện Truyền Tải Phía Nam Việt Nam” với mục đích xây dựng giải thuật tìm kiếm vị trí tối ưu của TCSC giải quyết những hạn chế của các công trình nghiên cứu trước đây.

MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Mục tiêu của đề tài  Tìm hiểu về thuật toán tìm luồng công suất cực đại;  Nguyên lý cấu tạo, hoạt động và mô hình toán của TCSC;  Vị trí tối ưu của TCSC trên lưới điện truyền khu vực phía Nam Việt Nam.2 Nhiệm vụ của đề tài  Nghiên cứu về thuật toán luồng công suất cực đại;  Sử dụng TCSC để điều khiển phân bố dòng công suất trên lưới điện;  Xác định vị trí tối ưu của TCSC trên lưới điện truyền tải;  Ứng dụng thuật toán để giải bài toán cụ thể; 3. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN  Ứng dựng giải thuật lắt cắt xác định vị trí tối ưu của TCSC để áp dụng trên lưới điện truyền tải khu vực phía Nam Việt Nam và kiểm tra bằng phần mềm PowerWord. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI  Xác định vị trí lắp đặt TCSC trên lưới điện truyền tải Miền Nam Việt Nam để giải quyết bài toán chóng nghẽn mạch. NGUYỄN HỒ HỮU LỘC trang 2 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH PHẦN B: NỘI DUNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ FACTS 1.1 TÍNH CẦN THIẾT CỦA VIỆC XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ FACTS 1.1 Giá điện thị trƣờng Khi vận hành hệ thống điện trong thị trường, chi phí của tổ máy phát thứ i trong nhà máy điện là [4,12,33]: Ci ( Pgi )  0i Pgi2  1i Pgi   2i (1.1) Ở đây: Pgi là công suất phát của tổ máy thứ i, 0i, 1i, 2i lần lượt là hệ số chi phí của máy phát i.

Do đó, tổng chi phí của các nhà máy phát điện được tính theo biểu thức: CG   Ci ( Pgi ) (1.2) Mục tiêu của các nhà máy sản xuất điện năng là tìm cách giảm chi phí sản xuất điện sao cho tổng chi phí phát điện phải là nhỏ nhất: C1  Min Ci ( Pgi ) (1.3) Giá thành điện năng là tổng chi phí để sản xuất ra một đơn vị điện năng. Giá điện này khi đưa ra thị trường và tới nơi tiêu thụ, cộng các chi phí vận chuyển sẽ hình thành nên giá bán điện trên thị trường. Do đó, giá bán điện được xác định tính từ giá thành sản xuất điện năng tối thiểu C1. Trong thị trường điện, sự cạnh tranh về giá cả luôn khiến các nhà sản xuất phải hướng đến mục tiêu tối thiểu hoá tổng chi phí của hệ thống điện, nghĩa là tìm cách đưa tổng chi phí phát điện về giá trị C1.

Điều này đồng nghĩa với việc giảm giá thành sản xuất trên một đơn vị điện năng và giá bán điện cũng giảm theo. Giả sử ở giá trị chi phí phát điện tối thiểu C1 lượng công suất phát của các nhà máy điện và phụ tải có sự cân bằng theo biểu thức: n P  P 1 gi L (1.4) Khi có sự gia tăng phụ tải vượt quá độ dự trữ cho phép của hệ thống, những sự cố đường dây dẫn đến nghẽn mạch – quá tải trên một số tuyến đường dây của mạng điện. Nghĩa là khi phụ tải điện thay đổi tăng lên một lượng PL thì theo biểu thức (1.4), để giải quyết sự cố nghẽn mạch trên hệ thống truyền tải điện cần thay đổi công suất NGUYỄN HỒ HỮU LỘC trang 3 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH phát của các tổ máy trong các nhà máy điện một lượng là Pgi. Như vậy, chi phí cho sản xuất ra một đơn vị điện năng trong trường hợp này theo biểu thức (1.3) sẽ là C2   Ci ( Pgi )  C1.

Khi chi phí sản xuất điện năng tăng cao thì giá bán điện đến hộ tiêu thụ cũng tăng theo. Điều này gây bất lợi cho nhà cung cấp trong việc gia tăng doanh số bán hàng trên thị trường cũng như những nỗ lực giành thị phần. Những phân tích trên đây cho thấy: khi có sự thay đổi phụ tải hay sự cố hệ thống điện sẽ dẫn tới giá bán điện trên thị trường tăng lên do chi phí để sản xuất điện tăng. Cho dù vận hành lưới điện ở bất kỳ trạng thái nào thì các nhà máy sản xuất điện luôn tìm cách đưa các chi phí C2 trở về gần với trạng thái ban đầu nhất: C2C1.2 Những ứng dụng và lợi ích của FACTS Thay đổi trở kháng của một hay nhiều nhánh trong hệ thống điện, từ đó có thể phân bố lại luồng công suất trong mạng điện.

Điều này giúp hạn chế luồng công suất truyền qua những nhánh có khả năng gây nghẽn mạch. Điều khiển dòng công suất trên đường dây trong lưới điện theo ý muốn, giúp sử dụng tốt hơn hệ thống truyền tải hiện có. Ở một số nơi, việc tăng dung lượng chuyển giao năng lượng và điều khiển luồng công suất truyền tải của các đường dây có tầm quan trọng thiết yếu, đặc biệt là những nơi có thị trường điện chưa được kiểm soát, hay những nơi mà các vị trí phát điện và tâm phụ tải có thể thay đổi. Điều này cần bổ sung các đường dây truyền tải mới để đáp ứng nhu cầu điện gia tăng, nhưng lại vướng phải các ràng buộc về kinh tế, môi trường.

Trong trường hợp đó, các thiết bị FACTS đáp ứng được những yêu cầu cả về kinh tế và kỹ thuật. Tăng độ tin cậy và tính khả dụng của hệ thống truyền tải: Độ tin cậy và tính khả dụng của hệ thống truyền tải phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Mặc dù các thiết bị FACTS không thể ngăn chặn sự cố, nhưng chúng có thể giảm thiểu những ảnh hưởng của sự cố và đảm bảo việc cấp điện an toàn hơn bằng cách giảm số lần đóng cắt đường dây. Ví dụ, cắt một phụ tải lớn gây ra một quá áp của đường dây và dẫn đến cắt đường dây.

Tăng độ ổn định động và quá độ của lưới: Những đường dây dài liên kết các hệ thống, những tác động thay đổi phụ tải và các sự cố đường dây có thể tạo ra sự bất ổn định trong hệ thống truyền tải. Các vấn đề này cũng có thể dẫn tới giảm dòng công suất trên đường dây, dòng công suất vòng hoặc thậm chí dẫn đến cắt đường NGUYỄN HỒ HỮU LỘC trang 4 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH dây. Các thiết bị FACTS làm ổn định các hệ thống truyền tải với việc tạo nâng cao công suất truyền tải và giảm nguy cơ sự cố đường dây. Tăng chất lượng cung cấp cho các ngành công nghiệp đòi hỏi chất lượng điện năng cao: Các ngành công nghiệp hiện đại phụ thuộc vào chất lượng điện cung cấp bao gồm các yêu cầu khắt khe về giao động của điện áp, tần số và không bị cắt điện.

Những sự thay đổi về điện áp và tần số hay sự mất nguồn cấp có thể dẫn đến ngưng trệ trong quá trình sản xuất mà hệ quả là những tổn thất lớn về kinh tế. Các thiết bị FACTS có thể giúp cung cấp chất lượng cấp điện năng theo yêu cầu. Nhìn chung, các lợi ích ứng dụng của các thiết bị FACTS có thể được tóm tắt như sau: 1. Giữ được khả năng tải của đường dây gần với giới hạn phát nóng.