Chương 1. Giới thiệu luận văn Chương 2: Tổng quan về quy hoạch lưới điện truyền tải Chương 3: Cơ sở lý thuyết mặt cắt tối thiểu Chương 4: Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống lưới điện truyền tải IEEE 24 BUS sử dụng giải thuật MAX - FLOW - MIN - CUT cải tiến. Chương 5: Kết luận HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang 4 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN QUY HOẠCH LƢỚI ĐIỆN 2. Sơ lƣợc quy hoạch lƣới điện Lập kế hoạch truyền tải giải quyết các vấn đề nâng cao một mạng lưới truyền tải điện có sẵn để phục vụ thị trường điện phát triển một cách tối ưu, tùy thuộc vào một số ràng buộc về kinh tế và kỹ thuật.
Vấn đề quy hoạch truyền tải điện có thể được phân loại như tĩnh và động. Việc mở rộng tĩnh được đưa ra tái cấu hình lưới điện cho những năm vừa qua và nhu cầu phát điện cao điểm cho các năm tiếp theo nhằm xác định việc mở rộng với chi phí tối thiểu. Bằng kế hoạch mở rộng động, điều đó thường nhắm tới kế hoạch mở rộng qua các năm đi từ năm đầu tiên xuyên suốt nhiều năm trời. Đầu tư cho một năm cụ thể, cũng có thể có một số tác động vào những năm sau đó.
Trong thị trường điện độc quyền, có chức năng truyền tải được tiến hành bởi các tiện ích tích hợp theo chiều dọc. Như là một phần của tiện ích, các hàm truyền dẫn có thể tích hợp tính hữu ích các nhà máy phát điện và khách hàng cố định của mình. Nhiều phương pháp kỹ thuật như giải thuật phân nhánh và giới hạn. Phân tích Bender, thuật toán di truyền, mô phỏng xử lý nhiệt được trình bày nhằm giải quyết việc mở rộng truyền tải điện trong thị trường điện độc quyền.
Trong đó, đề xuất tăng cường và mở rộng mạng lưới truyền tải điện như một cách để giảm nhẹ tác động sự cố mất điện có định trước ngày càng gia tăng. Mô hình dự kiến lựa chọn những đường dây mới sẽ xây dựng theo không chỉ mang lợi ích về kinh tế mà còn vì các lỗ hổng của mạng lưới truyền dẫn chống lại các tập hợp sự cố mất điện đáng tin cậy. Cùng với sự phát triển về bãi bỏ quy định của ngành công nghiệp năng lượng, nhiều nghiên cứu về mở rộng mạng lưới truyền tải điện, việc xem xét môi trường cạnh tranh, mở rộng truyền tải điện dựa trên phương pháp giải quyết, xử lý về khoảng thời gian quy hoạch tương lai và xem xét trong việc vạch ra kế hoạch cạnh tranh mới trong ngành điện. Lập kế hoạch truyền tải điện được phân loại và tóm tắt.
Vấn đề quy hoạch truyền tải trong hệ thống điện tự do hóa. Nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện Trong quá trình vận hành hệ thống điện trong thị trường điện, chi phí của tổ máy phát thứ i trong nhà máy điện là: Ci ( Pgi ) 0i Pgi2 1i Pgi 2i (2.1) Pgi: công suất phát của tổ máy thứ i. 0i, 1i, 2i: 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 ) (2.2) HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang 5 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh 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 Minimum Ci ( Pgi ) (2.3) Giá thành điện năng là tổng chi phí để sản xuất ra một đơn vị điện năng.
Giá điện bao gồm các chi phí nguồn phát, truyền tải đến nơi tiêu thụ cộng với các chi phí khác 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 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 giá trị chi phí phát điện tối thiểu là C1 thì lượng công suất phát của các nhà máy điện và phụ tải có sự cân bằng theo biểu thức: n P P i 1 Gi L (2.4) PGi: công suất phát của các nhà máy. PL: công suất của các phụ tải. Khi có sự gia tăng phụ tải vượt quá độ dự trữ cho phép của hệ thống dẫn đến đường dây nghẽn mạch 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 (2.4), để giải quyết sự cố nghẽn mạch trên hệ thống truyền tải điện cần thay đổi công suất 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 (2.3) 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 cạnh tranh thị phần. Bài toán phân bố công suất tác dụng giữa các nhà máy điện để cực tiểu chi phí sản xuất (C1).
Tuy nhiên bài toán này gặp khó khăn vì gặp giới hạn của các đường dây tải điện nên phải thay đổi công suất phát giữa các nhà máy điện để các đường dây không còn quá tải. Điều này làm cho chi phí tăng cao (C2) làm cho C2 > C1. Để giảm chi phí phát điện từ C2 C1 có thể nâng cao khả năng tải của hệ thống. Nếu không phải tất cả các đường dây truyền tải (tạo thành mạch các vòng) bị quá tải hoàn toàn bằng cách thay đổi góc pha giữa nút, các tổng trở các nhánh để công suất truyền tải phân chia qua các tuyến dây chưa bị quá tải.
Ngành công nghệ điện tử với công suất hiện nay, việc sản suất các thiết bị FACTS có thể thực hiện được. Tuy nhiên, việc xác định chính xác vị trí đặt thiết bị hết sức khó khăn vì phải xác định được những nhánh thường xuyên bị quá tải mới đem lại hiệu quả của việc đặt thiết bị FACTS. HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang 6 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Số lượng thiết bị và công suất thiết bị đòi hỏi phải giải bài toán cực đại lợi nhuận giữa chi phí thiết bị và việc giảm chi phí sản suất điện năng. Những phân tích trên 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 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. Mở rộng đƣờng 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… Một phương pháp truyền thống nữa hay được sử dụng là liệt kê thử nghiệm: một bảng danh sách các đường dây trong mạng được liệt kê. Thông thường với phương pháp này chọn lựa XTCSC=75%Xline cố định.
Giá trị bù này lần lượt được thử trên tất cả các nhánh của mạng điện để tìm vị trí nào tối ưu nhất theo hàm mục tiêu ban đầu đề ra. Có nhiều công trình nghiên cứu đặt mục tiêu vị trí tối ưu của TCSC là gia tăng tổng khả năng truyền tải của hệ thống (maximal total transfer capability), hoặc vị trí tối ưu của TCSC là vị trí có thể gia tăng tối đa phúc lợi xã hội mà nó mang lại. Đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu Thông thường, nhà quản lý, nhà vận hành hay nhà quy hoạch đều xác định được hệ thống điện quá tải ở vị trí nào trong truyền tải từ nguồn phát đến nơi tiêu thụ. Đây cũng là thông tin rất quan trọng trong việc truyền tải để đưa ra quyết định tiếp tục vận hành hay quy hoạch lại hệ thống điện.
HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang 7 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Nguồn phát Nguồn tải Phân phối (các máy (máy biến áp, (Tiêu thụ) phát điện) đường dây) Sự nghẽn mạch thường xảy ra Hình 2. 1 Mối quan hệ giữa nguồn và tải Hệ thống điện thông thường mở rộng ra theo thời gian như sự gia tăng thêm phụ tải và nâng cấp máy phát hay tăng thêm máy phát điện vào lưới điện. Do đó, việc truyền tải của đường dây thì không được nâng cấp phù hợp với nguồn và tải trong hệ thống điện cho nên quá tải ở trạng thái tĩnh và các vấn đề ổn định quá độ, như giới hạn ổn định không cao. Từ đó, các giới hạn trạng thái tĩnh và trạng thái động ta có như: - Sự ổn định góc pha - Độ lớn điện áp - Các giới hạn nhiệt - Sự ổn định quá độ - Sự ổn định động Những giới hạn ổn định trên được định nghĩa là công suất điện lớn nhất để được truyền tải trên lưới điện mà không gây ra nguy hiểm cho các đường dây truyền tải.