Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu vị trí tối ưu cho STATCOM trong hệ thống điện

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu vị trí tối ưu cho STATCOM trong hệ thống điện, góp phần nâng cao hiệu suất và ổn định lưới điện.

• Tác giả: Nguyễn Minh Tiên
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Mi Sa
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Tính Toán Vị Trí Tối Ưu Cho STATCOM Trong Hệ Thống Điện
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Các công trình liên quan nổi bật
• 1.2.1. Công trình trong nước
• 1.2.2. Công trình nước ngoài
• 2. PHÂN TÍCH VÀ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG ĐIỆN
• 2.1. Ổn định điện áp trong hệ thống điện
• 2.2. Các giới hạn ổn định trong hệ thống điện
• 2.2.1. Giới hạn điện áp
• 2.2.2. Giới hạn nhiệt
• 2.2.3. Giới hạn ổn định
• 2.3. Cơ sở kiến thức trong điều khiển hệ thống điện
• 3. TỐI ƯU VỊ TRÍ CỦA STATCOM TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN DÙNG THUẬT TOÁN PSO
• 3.1. Hệ thống lưới điện nghiên cứu
• 3.2. Hàm mục tiêu
• 3.3. Áp dụng thuật toán bầy đàn PSO
• 3.3.1. Định nghĩa phần tử
• 3.3.2. Hàm thích nghi
• 3.3.3. Các tham số của PSO
• 3.3.4. PSO số nguyên
• 3.4. Kết quả mô phỏng
• 3.4.1. Điều chỉnh các thông số PSO tối ưu
• 3.4.2. Kết quả chạy phân bố công suất
• 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 4.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về STATCOM

Bộ bù đồng bộ tĩnh STATCOM là một thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, có khả năng điều chỉnh điện áp và cải thiện độ ổn định của hệ thống. STATCOM hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển điện áp, giúp duy trì điện áp tại các nút trong hệ thống điện. Việc sử dụng STATCOM trong các hệ thống điện hiện đại ngày càng trở nên phổ biến, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng tăng. Theo nghiên cứu, STATCOM có thể cải thiện đáng kể độ ổn định động của hệ thống điện, giúp giảm thiểu nguy cơ mất điện do sự biến động của tải. "Việc ứng dụng STATCOM không chỉ giúp nâng cao chất lượng điện năng mà còn đảm bảo an toàn cho hệ thống điện trong các tình huống khẩn cấp."

1.1. Nguyên lý hoạt động của STATCOM

Nguyên lý hoạt động của STATCOM dựa trên việc điều chỉnh công suất phản kháng để duy trì điện áp tại các nút trong hệ thống điện. STATCOM sử dụng công nghệ điện tử công suất để thực hiện việc này một cách nhanh chóng và hiệu quả. "Cấu trúc cơ bản của STATCOM bao gồm một bộ biến đổi điện tử, một bộ điều khiển và các thành phần khác giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động." Việc điều chỉnh công suất phản kháng của STATCOM cho phép nó hoạt động như một nguồn điện áp, từ đó cải thiện độ ổn định điện áp trong hệ thống. Nghiên cứu cho thấy rằng việc lắp đặt STATCOM tại các vị trí chiến lược trong hệ thống điện có thể mang lại lợi ích lớn về mặt ổn định điện áp.

II. Tính toán vị trí tối ưu cho STATCOM

Việc xác định vị trí tối ưu cho STATCOM trong hệ thống điện là một yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động của thiết bị. Nghiên cứu đã áp dụng thuật toán bầy đàn PSO để tính toán vị trí và dung lượng tối ưu cho STATCOM trong hệ thống ba máy phát chín bus IEEE. "Thuật toán PSO cho phép tìm ra giải pháp tối ưu với độ chính xác cao và thời gian tính toán ngắn." Kết quả cho thấy rằng việc lắp đặt STATCOM tại các vị trí được xác định bởi thuật toán PSO có thể cải thiện đáng kể độ ổn định điện áp và giảm thiểu tổn thất công suất trong hệ thống. Việc tối ưu hóa vị trí lắp đặt STATCOM không chỉ giúp nâng cao hiệu suất của hệ thống điện mà còn giảm thiểu chi phí đầu tư cho các thiết bị bù khác.

2.1. Phân tích và điều khiển ổn định điện áp

Ổn định điện áp là một trong những vấn đề quan trọng trong vận hành hệ thống điện. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng STATCOM có thể giúp cải thiện độ ổn định điện áp trong các tình huống khẩn cấp. "Các giới hạn ổn định trong hệ thống điện cần được xác định rõ ràng để có thể áp dụng các biện pháp điều chỉnh kịp thời." Việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định điện áp, bao gồm công suất phản kháng và vị trí lắp đặt của STATCOM, là rất cần thiết. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh công suất phản kháng của STATCOM có thể giúp duy trì điện áp trong phạm vi cho phép, từ đó đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.

III. Ứng dụng thực tiễn của STATCOM

Ứng dụng của STATCOM trong hệ thống điện không chỉ giới hạn ở việc cải thiện độ ổn định điện áp mà còn mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác. STATCOM có thể được sử dụng để điều chỉnh điện áp trong các hệ thống điện thông minh, nơi mà nhu cầu tiêu thụ điện năng thay đổi liên tục. "Việc tích hợp STATCOM vào hệ thống điện thông minh giúp nâng cao khả năng quản lý năng lượng và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên năng lượng." Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng STATCOM có thể giúp giảm thiểu tổn thất công suất trong hệ thống, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế. Việc ứng dụng STATCOM trong các dự án năng lượng tái tạo cũng đang được nghiên cứu và triển khai, nhằm đảm bảo tính ổn định cho lưới điện khi có sự biến động lớn từ nguồn năng lượng tái tạo.

3.1. Tương lai của STATCOM trong hệ thống điện

Tương lai của STATCOM trong hệ thống điện hứa hẹn sẽ rất tươi sáng với sự phát triển của công nghệ điện tử công suất. Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và khả năng ứng dụng của STATCOM trong các hệ thống điện lớn. "Việc phát triển các mô hình mô phỏng và thuật toán tối ưu hóa sẽ giúp nâng cao khả năng ứng dụng của STATCOM trong thực tế." Ngoài ra, việc kết hợp STATCOM với các thiết bị FACTS khác cũng đang được nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống điện. Sự phát triển của STATCOM sẽ đóng góp tích cực vào việc nâng cao chất lượng điện năng và đảm bảo an toàn cho hệ thống điện trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ổn định điện áp là một trong những thách thức quan trọng trong vận hành và quy hoạch hệ thống điện hiện đại, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng tăng và hệ thống điện phải vận hành trong môi trường thị trường cạnh tranh. Theo báo cáo ngành, các sự cố mất điện diện rộng do mất ổn định điện áp đã xảy ra, điển hình như sự cố ngày 22/05/2013 tại Việt Nam gây mất điện cho 22 tỉnh phía Nam. Ổn định điện áp đảm bảo duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống trong phạm vi cho phép, tránh hiện tượng sụp đổ điện áp và mất đồng bộ máy phát.

Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng bộ bù đồng bộ tĩnh STATCOM nhằm nâng cao độ ổn định động của hệ thống điện, đồng thời sử dụng thuật toán tối ưu bầy đàn PSO để tính toán vị trí và dung lượng tối ưu cho STATCOM trong hệ thống điện mẫu IEEE 9 bus. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian một năm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, với mục tiêu cụ thể là phân tích và điều khiển ổn định điện áp, tìm hiểu cấu trúc và nguyên lý hoạt động của STATCOM, cũng như ứng dụng thuật toán PSO trong tối ưu hóa vị trí thiết bị.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các mô hình lưới điện tương tự và lưới điện mẫu IEEE, cung cấp tài liệu tham khảo cho các học viên cao học và các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực kỹ thuật điện, đặc biệt là trong môn học về thiết bị FACTS và các đề tài liên quan đến STATCOM. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy và ổn định vận hành hệ thống điện, góp phần giảm thiểu nguy cơ mất điện do sụp đổ điện áp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai nền tảng lý thuyết chính: công nghệ bộ bù đồng bộ tĩnh STATCOM và thuật toán tối ưu bầy đàn PSO.

• STATCOM (Static Synchronous Compensator) là thiết bị chuyển đổi nguồn áp sử dụng bộ biến đổi nguồn điện áp (VSC) để cung cấp hoặc hấp thụ công suất phản kháng, giúp điều chỉnh điện áp tại các nút trong hệ thống điện. STATCOM có khả năng phản ứng nhanh, điều khiển linh hoạt và hiệu quả hơn so với các thiết bị bù truyền thống như SVC. Nguyên lý hoạt động của STATCOM dựa trên việc điều chỉnh biên độ điện áp đầu ra Vc so với điện áp hệ thống Vs, từ đó điều khiển dòng công suất phản kháng chạy vào hoặc ra khỏi hệ thống.

• Thuật toán PSO (Particle Swarm Optimization) là thuật toán tối ưu dựa trên mô hình trí tuệ bầy đàn, mô phỏng hành vi tìm kiếm thức ăn của đàn chim. PSO sử dụng quần thể các cá thể (hạt) di chuyển trong không gian tìm kiếm, cập nhật vị trí và vận tốc dựa trên kinh nghiệm cá nhân và kinh nghiệm của toàn quần thể để tìm ra nghiệm tối ưu toàn cục. Thuật toán này có ưu điểm đơn giản, khả năng hội tụ nhanh và hiệu quả trong các bài toán tối ưu phức tạp.

Các khái niệm chính bao gồm: công suất phản kháng, ổn định điện áp tĩnh và động, giới hạn ổn định điện áp, hàm mục tiêu tối ưu vị trí và dung lượng STATCOM, cũng như các tham số điều khiển trong thuật toán PSO như vận tốc, vị trí, hằng số gia tốc và hàm thích nghi.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng mô hình hệ thống điện chuẩn IEEE 9 bus gồm 3 máy phát, 9 nút và các tải phân bố tương ứng. Dữ liệu đầu vào được xây dựng và mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink, cho phép phân tích chi tiết các thông số điện áp, công suất và góc pha trong hệ thống.

Phương pháp chọn mẫu là mô hình lưới điện chuẩn, phù hợp để đánh giá hiệu quả của STATCOM và thuật toán PSO trong điều kiện vận hành thực tế. Cỡ mẫu mô phỏng gồm toàn bộ các nút và máy phát trong hệ thống 9 bus.

Phân tích dữ liệu dựa trên các chỉ số điện áp tại các bus, tốc độ rotor máy phát, công suất tác dụng và phản kháng, được thu thập qua các lần lặp của thuật toán PSO. Quá trình nghiên cứu kéo dài trong 12 tháng, bao gồm các bước: khảo sát lý thuyết, xây dựng mô hình, triển khai thuật toán PSO, mô phỏng và đánh giá kết quả.

Phương pháp phân tích tập trung vào so sánh điện áp và công suất trước và sau khi bố trí STATCOM, đánh giá mức độ ổn định điện áp và khả năng truyền tải công suất của hệ thống. Các tham số PSO được điều chỉnh tối ưu để đạt hiệu quả hội tụ cao và kết quả tối ưu vị trí, dung lượng STATCOM.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Vị trí tối ưu của STATCOM trong hệ thống IEEE 9 bus được xác định bằng thuật toán PSO, giúp cải thiện điện áp tại các bus tải trọng. Điện áp tại các bus sau khi bố trí STATCOM được duy trì trong khoảng ±5% so với điện áp định mức, giảm thiểu nguy cơ sụp đổ điện áp. Ví dụ, điện áp tại bus 7, 8 và 9 tăng trung bình khoảng 3-4% so với trạng thái không có STATCOM.

2. Ổn định động của hệ thống được nâng cao rõ rệt khi có STATCOM. Tốc độ rotor của các máy phát dao động ít hơn, giảm khoảng 15-20% so với trường hợp không có thiết bị bù, cho thấy hệ thống có khả năng phục hồi nhanh hơn sau các nhiễu loạn.

3. Công suất tác dụng và phản kháng được phân bố hợp lý hơn sau khi tối ưu vị trí STATCOM. Công suất phản kháng được cung cấp kịp thời tại các nút yếu, giúp giảm tổn thất điện áp và tăng khả năng truyền tải công suất. Mức công suất phản kháng cung cấp bởi STATCOM đạt khoảng 30-50 MVAR tùy vị trí.

4. Thuật toán PSO thể hiện khả năng hội tụ nhanh và ổn định, với số lần lặp trung bình dưới 50 lần để đạt nghiệm tối ưu, giảm đáng kể thời gian tính toán so với các phương pháp truyền thống. Các tham số PSO được điều chỉnh tối ưu gồm vận tốc tối đa, hằng số gia tốc c1 và c2, đảm bảo cân bằng giữa khai thác và khám phá không gian tìm kiếm.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy việc bố trí STATCOM đúng vị trí và dung lượng tối ưu có tác động tích cực đến ổn định điện áp và khả năng truyền tải công suất của hệ thống điện. Việc sử dụng thuật toán PSO giúp giải quyết bài toán tối ưu phức tạp trong không gian đa chiều với hiệu quả tính toán cao.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với báo cáo của ngành khi nhấn mạnh vai trò của STATCOM trong việc cải thiện độ ổn định điện áp và giảm dao động rotor máy phát. Việc duy trì điện áp trong phạm vi ±5% là tiêu chuẩn kỹ thuật quan trọng để đảm bảo vận hành an toàn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ điện áp các bus trước và sau khi có STATCOM, biểu đồ tốc độ rotor máy phát và bảng tổng hợp các thông số PSO tối ưu. Các biểu đồ này minh họa rõ ràng sự cải thiện về mặt kỹ thuật và hiệu quả của phương pháp nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai lắp đặt STATCOM tại các nút yếu điện áp trong hệ thống điện thực tế nhằm nâng cao độ ổn định điện áp, giảm thiểu nguy cơ mất điện do sụp đổ điện áp. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, chủ thể thực hiện là các công ty truyền tải điện và đơn vị vận hành hệ thống.

2. Áp dụng thuật toán PSO trong quy hoạch và tối ưu hóa vị trí các thiết bị FACTS khác như SVC, TCSC để nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện. Đề xuất nghiên cứu mở rộng trong 3 năm tới, do các viện nghiên cứu và trường đại học chủ trì.

3. Phát triển phần mềm mô phỏng tích hợp thuật toán PSO và mô hình hệ thống điện thực tế để hỗ trợ các nhà quản lý và kỹ sư trong việc ra quyết định bố trí thiết bị bù. Thời gian phát triển dự kiến 1 năm, do các đơn vị công nghệ và trường đại học phối hợp thực hiện.

4. Tổ chức đào tạo và nâng cao nhận thức cho cán bộ kỹ thuật về công nghệ FACTS và thuật toán tối ưu bầy đàn nhằm nâng cao năng lực vận hành và bảo trì hệ thống điện hiện đại. Khuyến nghị thực hiện thường xuyên hàng năm, do các trung tâm đào tạo và trường đại học đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên gia vận hành hệ thống điện: Nghiên cứu giúp hiểu rõ về công nghệ STATCOM và cách tối ưu vị trí thiết bị để nâng cao ổn định điện áp, từ đó áp dụng hiệu quả trong thực tế vận hành.

2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng kế hoạch đầu tư thiết bị FACTS, đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống điện quốc gia.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu tham khảo chuyên sâu về lý thuyết STATCOM, thuật toán PSO và ứng dụng trong hệ thống điện, hỗ trợ giảng dạy và nghiên cứu khoa học.

4. Các nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ điện: Tham khảo phương pháp tối ưu hóa vị trí thiết bị FACTS bằng thuật toán bầy đàn, mở rộng nghiên cứu cho các hệ thống điện lớn và phức tạp hơn.

Câu hỏi thường gặp

1. STATCOM là gì và có vai trò gì trong hệ thống điện?
   STATCOM là thiết bị bù đồng bộ tĩnh dùng để điều chỉnh công suất phản kháng, giúp duy trì điện áp ổn định và nâng cao khả năng truyền tải công suất trong hệ thống điện. Nó phản ứng nhanh và linh hoạt hơn các thiết bị bù truyền thống.

2. Tại sao cần tối ưu vị trí và dung lượng của STATCOM?
   Vị trí và dung lượng STATCOM ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả cải thiện điện áp và ổn định hệ thống. Tối ưu giúp sử dụng thiết bị hiệu quả, giảm chi phí đầu tư và vận hành, đồng thời nâng cao độ tin cậy hệ thống.

3. Thuật toán PSO hoạt động như thế nào trong bài toán này?
   PSO mô phỏng hành vi tìm kiếm thức ăn của đàn chim, cập nhật vị trí và vận tốc các cá thể dựa trên kinh nghiệm cá nhân và tập thể để tìm ra vị trí và dung lượng STATCOM tối ưu trong không gian tìm kiếm đa chiều.

4. Kết quả mô phỏng cho thấy cải thiện gì rõ rệt?
   Điện áp tại các bus được duy trì trong phạm vi ±5%, tốc độ rotor máy phát dao động giảm 15-20%, công suất phản kháng được cung cấp kịp thời, giúp hệ thống ổn định hơn và giảm nguy cơ mất điện.

5. Luận văn có thể áp dụng cho hệ thống điện lớn hơn không?
   Có, phương pháp và thuật toán PSO có thể mở rộng áp dụng cho các hệ thống điện lớn và phức tạp hơn, đồng thời có thể kết hợp với các thiết bị FACTS khác để tối ưu hóa toàn diện hệ thống.

Kết luận

• Luận văn đã nghiên cứu thành công việc ứng dụng thuật toán PSO để tối ưu vị trí và dung lượng STATCOM trong hệ thống điện mẫu IEEE 9 bus, nâng cao ổn định điện áp và khả năng truyền tải công suất.
• Kết quả mô phỏng cho thấy điện áp tại các bus được duy trì trong phạm vi ±5%, tốc độ rotor máy phát ổn định hơn và công suất phản kháng được cung cấp hiệu quả.
• Thuật toán PSO thể hiện khả năng hội tụ nhanh, giảm thời gian tính toán so với các phương pháp truyền thống, phù hợp cho các bài toán tối ưu phức tạp trong kỹ thuật điện.
• Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, góp phần nâng cao độ tin cậy và ổn định vận hành hệ thống điện trong bối cảnh thị trường điện cạnh tranh và nhu cầu tiêu thụ tăng nhanh.
• Đề xuất các hướng phát triển tiếp theo bao gồm mở rộng ứng dụng cho hệ thống điện lớn hơn, tích hợp với các thiết bị FACTS khác và phát triển phần mềm hỗ trợ tối ưu hóa.

Các đơn vị vận hành và nghiên cứu nên triển khai thử nghiệm thực tế, đồng thời đào tạo nhân lực để ứng dụng công nghệ STATCOM và thuật toán PSO trong quy hoạch và vận hành hệ thống điện hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Ổn định điện áp là một trong những vấn đề quan trọng trong quy hoạch và vận hành hệ thống điện, đặc biệt là trong môi trƣờng thị trƣờng điện cạnh tranh, ở đó nhu cầu tiêu thụ điện ngày một tăng và làm cho hệ thống điện ngày càng bị căng thẳng nặng, có thể dẫn đến các nguy cơ mất điện do điện áp mất ổn định. Sự mất ổn định có thể dẫn đến sự tăng hoặc giảm điện áp tại một vài nút trong hệ thống. Kết quả có thể xảy ra của mất ổn định điện áp là phải sa thải phụ tải trong một vùng hoặc sa thải các đƣờng dây truyền tải bởi các thiết bị bảo vệ trong hệ thống điện. Đây là nguyên nhân gây mất điện lan truyền và dẫn đến một số máy phát điện bị mất đồng bộ.

Trên thế giới đã ghi nhận nhiều vụ mất điện trên diện rộng (Blackout) do sự cố sụp đổ điện áp gây ra. Ở Việt Nam cũng đã xảy ra các sự cố mất điện trên diện rộng, đặc biệt là 22/05/2013 đã xảy ra sự cố trên đƣờng dây 500kV, gây mất điện cho 22 tỉnh/thành phía Nam. Tất cả các trƣờng hợp trên đều liên quan đến mất ổn định điện áp, do đó vấn đề ổn định điện áp là sự cố rất nghiêm trọng và đã đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới quan tâm nghiên cứu. Ổn định điện áp là đáp ứng khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút của hệ thống trong phạm vi cho phép (tùy thuộc từng nút mà dao động điện áp tại mỗi nút khác nhau).

Trong điều kiện vận hành không bình thƣờng hoặc sau khi bị nhiễu loạn, hệ thống sẽ đi vào trạng thái mất ổn định, khi đó sẽ xuất hiện các kích động nhƣ tăng tải đột ngột hay thay đổi các thông số của hệ thống. Các thay đổi đó có thể làm cho hệ thống xảy ra sự giảm điện áp và nặng nề nhất là rơi vào tình trạng không thể điều khiển điện áp, rồi dẫn đến hậu quả là sụp đổ điện áp. Hiện nay ở nƣớc ta đang trong tình trạng thiếu nguồn điện, trong khi phụ tải lại tăng nhanh. Do đó các đƣờng dây truyền tải đang làm việc ở công suất giới hạn cho phép và điện áp tại các nút có nguy cơ giảm mạnh xuống dƣới mức cho phép và thậm chí có thể giảm đến mức giới hạn về ổn định điện áp.

Mặt khác, nƣớc ta đang trong giai đoạn thực hiện vận hành thị trƣờng điện lực ở khâu phát điện và sẽ tiến tới thị trƣờng bán buôn và sau đó là thị trƣờng bán lẻ theo lộ trình Chính phủ đã đề ra. Khi đó phƣơng thức điều độ 1 Luan van vận hành hệ thống điện sẽ phức tạp hơn nhiều và công suất truyền tải trong lƣới điện sẽ phụ thuộc không chỉ vào công suất phát của nhà máy điện, công suất tiêu thụ của phụ tải mà còn phụ thuộc vào cả giá bán điện của các nhà máy, các hợp đồng song phƣơng… nên việc nghiên cứu ổn định điện áp để đảm bảo an toàn trong vận hành hệ thống điện càng đƣợc đặc biệt quan tâm. Trƣớc đây, khi ngành công nghiệp điện tử công suất chƣa phát triển mạnh thì việc nâng cao chất lƣợng điện áp trên hệ thống điện bị hạn chế và thời gian đáp ứng cũng rất chậm, bởi vì phải thực hiện việc đóng cắt các khóa cơ khí các phần tử điện nhƣ: cuộn dây, tụ điện, bộ chuyển đổi nấc máy biến áp để ổn định hệ thống điện. Ngày nay, nhờ thiết bị FACTS ra đời đã giúp cho việc vận hành và điều khiển hệ thống điện đƣợc linh hoạt và nhanh chóng hơn.

FACTS là hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt sử dụng thiết bị điện tử công suất hoạt động ở chế độ tự động với dòng điện và điện áp cao, cho phép điều khiển để ổn định điện áp, góc pha, trở kháng đƣờng dây gần nhƣ tức thời. Ngoài ra nó còn cho phép đƣờng dây vận hành gần với mức giới hạn về nhiệt của đƣờng dây truyền tải. Các thiết bị thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ: SVC, STATCOM, TCSC, SSSC, UPFC. Các thiết bị này có thể đƣợc đặt tại những vị trí phù hợp trong hệ thống điện để nâng cao tối đa trong việc cải thiện giới hạn ổn định điện áp.

Trong luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu nâng cao ổn định điện áp của hệ thống điện bằng việc sử dụng bộ bù tĩnh STATCOM, sau khi bị ảnh hƣởng bởi các biến động trên hệ thống điện. Các công trình liên quan nổi bật 1. Công trình trong nƣớc Để nâng cao chất lƣợng điện áp và ổn định điện áp cho hệ thống điện Việt Nam đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng các thiết bị bù công suất phản kháng. Tuy nhiên các thiết bị bù đó chƣa đáp ứng đủ những yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy khi hệ thống có sự thay đổi đột ngột về nhu cầu công suất phản kháng.

Các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS đã đáp ứng đƣợc yêu cầu về độ phản ứng nhanh nhạy cũng nhƣ dung lƣợng bù tối ƣu cho hệ thống điện trong mọi chế độ làm việc. Bài báo [1] nghiên cứu về những vấn đề trên nhằm đƣa ra vị trí lắp đặt các thiết bị FACTS thích hợp cho hệ thống điện Việt Nam. Trong quá trình phân tích bỏ qua yếu tố kinh tế và chỉ chú trọng vào Luan van yếu tố kỹ thuật. Quá trình nghiên cứu tính toán sử dụng sơ đồ hệ thống điện Việt Nam tháng 12 năm 2010 và việc tính toán bù công suất phản kháng tập trung chủ yếu vào các khu vực có mật độ tải dày đặc và có thể gia tăng đột biến trong các chế độ làm việc khác nhau.

Các kết quả tính toán trào lƣu công suất hệ thống, phân tích đặc tính P-V, Q-V đƣợc khảo sát qua phần mềm PSS/E-30. Giải pháp kỹ thuật để khắc phục sự mất ổn định và sụp đổ điện áp mà bài báo này đƣa ra là áp dụng bộ điều khiển STATCOM thuộc nhóm thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System). Với độ nhanh nhạy, chính xác, điều khiển linh hoạt, các thiết bị FACTS sẽ cải thiện độ ổn định điện áp và nâng cao khả năng truyền tải công suất trên hệ thống. Ngoài ra, trong [2] có đề xuất cách phân tích ổn định điện áp hệ thống điện 500 kV Việt Nam bằng cách sử dụng kết hợp các công cụ đƣờng cong PV, QV trong phần mềm chuyên dụng PowerWorld Simulator 13.

Bằng phƣơng pháp xây dựng các đƣờng cong PV, QV ứng với trƣờng hợp cơ bản và các trƣờng hợp sự cố N-1, N-2 có thể xác định các nút yếu về ổn định điện áp, các sự cố gây ảnh hƣởng lớn đến ổn định điện áp. Qua sử dụng công cụ PV, QV với số liệu trong 2 năm 2009 và 2010, có thể nhận thấy đƣợc rằng hệ thống 500kV của Việt Nam hiện nay vẫn đảm bảo về ổn định điện áp, song vẫn còn tồn tại một số nút yếu và một số sự cố có thể gây ảnh hƣởng lớn đến độ dự trữ ổn định điện áp. Trên cơ sở đó có thể có các biện pháp cần thiết để cải thiện độ dự trữ ổn định điện áp tại các nút yếu. Ổn định điện áp là một vấn đề quan trọng cần đƣợc quan tâm trong vận hành hệ thống điện Việt Nam hiện nay.

Sử dụng kết hợp các đƣờng cong PV, QV có thể giúp tìm đƣợc các nút yếu về ổn định điện áp trong hệ thống, xác định đƣợc các sự cố dễ gây ra sụp đổ điện áp. Qua sử dụng công cụ PV, QV với số liệu trong 2 năm 2009 và 2010, có thể nhận thấy đƣợc rằng hệ thống 500kV của Việt Nam hiện nay, vẫn đảm bảo về ổn định điện áp, song vẫn còn tồn tại một số nút yếu nhƣ Hà Tĩnh, Đà Nẵng… và một số sự cố có thể gây ảnh hƣởng lớn đến độ dự trữ ổn định điện áp (đứt 1 đƣờng dây, 2 đƣờng dây). Vì vậy cần xem xét đến vấn đề này để bảo đảm vận hành hệ thống truyền tải điện ngày càng tin cậy và ổn định đồng thời có các biện pháp cần thiết để tăng độ dự trữ ổn định điện áp tại các nút đó nhƣ đặt các thiết bị bù STATCOM, SVC. Cũng nghiên cứu về FACTS TS.

Ngô Đức Minh, Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên đã phối hợp giữa phƣơng pháp phân tích lƣới điện truyền thống 3 Luan van với mô phỏng bằng Matlab để trình bày những hoạt hoạt động cơ bản của hệ thống điện thông qua một mô hình nghiên cứu tối giản nhƣng vẫn đảm bảo tính tổng quát, trong đó có ứng dụng công nghệ FACTS. Nội dung chính gồm: Xây dựng một mô hình lƣới điện kín điển hình đƣợc suy ra từ những sơ đồ chuẩn của IEEE để phục vụ chung cho nhiều hƣớng nghiên cứu; Phân tích lƣới, đánh giá những yếu tố ảnh hƣởng đến dòng công suất trong lƣới và xét riêng cho một yếu tố cụ thể là điện áp nút; Ứng dụng công nghệ FACTS với thiết bị STATCOM-PWM bù công suất phản kháng để điều chỉnh điện áp nút và do đó điều khiển dòng công suất trong lƣới; Mô hình mô phỏng bằng Matlab- Simulink lƣới điện kín có STATCOM-PWM với cấu hình nghịch lƣu Multi-level; Phân tích đánh giá các kết quả nghiên cứu thu đƣợc và đề xuất các nghiên cứu tiếp theo. Công trình nƣớc ngoài Bài báo [4] đã trình bày việc ứng dụng PSO trong việc xác định dung lƣợng và vị trí của một STATCOM trong hệ thống điện khi xem xét điều kiện chênh lệch điện áp tai mỗi bus. Các kết quả từ các ví dụ minh họa cho thấy PSO có thể tìm ra giải pháp tốt nhất cho việc xác định dung lƣợng và vị trí với ý nghĩ thống kê to lớn khi đánh giá nhũng giá trị số liệu chênh lệch điện áp nhỏ nhất, lớn nhất, trung bình và tiêu chuẩn, cùng với mức độ hội tụ cao.

Cần phải chú ý tới giá trị chênh lệch điện áp tối đa vì dung lƣợng của STATCOM rất nhạy cảm với yếu tố này. Những yêu cầu chặt chẽ hơn về chênh lệch điện áp sẽ là tăng kích thƣớc của STATCOM. Nhóm tác giả cho rằng đây là những kết quả vô cùng hứa hẹn cho các mạng lƣới điện cỡ trung dùng làm mẫu. Tại các hệ thống điện lớn và cực lớn, thuật toán PSO có thể mang lại lợi những ƣu điểm đáng kể so với các phƣơng pháp khác thông qua vệc đƣa ra những giải pháp tốt hơn mà cần ít công sức tính toán hơn.

Những ứng dụng trong tƣơng lai có thể chia làm hai hƣớng.