Đặt vấn đề: Điện năng đóng vai trò rất quan trọng đối với sản xuất sản phẩm hàng hóa và cải thiện đời sống của con ngƣời. Chính vì vậy, nhà nƣớc luôn quan tâm tới sự phát triển của ngành điện, tạo điều kiện cho ngành điện trở thành một ngành công nghiệp mũi nhọn phục vụ sự nghiệp Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nƣớc. Xu hƣớng chuyển dịch từ hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc sang thị trƣờng điện cạnh tranh đã và đang diễn ra mạnh mẽ ở nhiều nƣớc trên thế giới. Thị trƣờng điện với cơ chế mở đã đem lại hiệu quả ở các nƣớc và cho thấy những ƣu điểm vƣợt trội hơn hẳn hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc truyền thống.
Hệ thống điện không ngừng phát triển cả về số lƣợng, chất lƣợng và độ tin cậy. Khi chuyển sang thị trƣờng điện thì vấn đề quá tải đƣờng dây là thƣờng xuyên, có ảnh hƣởng đến ổn định và độ tin cậy hệ thống. Điều khiển quá tải đƣờng dây là chức năng quan trọng của bất kỳ ISO (International Organization for Standardization ) và là quá trình đảm bảo hệ thống truyền tải không bị vi phạm các giới hạn vận hành. Bất kể khi nào, ràng buộc vật lý hoặc ràng buộc vận hành trong lƣới truyền tải bị vi phạm thì hệ thống đƣợc coi là đang ở trạng thái quá tải.
Các giới hạn trong vấn đề quá tải đƣờng dây là giới hạn nhiệt, mức cảnh báo của máy biến áp, giới hạn điện áp nút, ổn định quá độ (ổn định động và ổn định tĩnh). Các giới hạn này ràng buộc lƣợng công suất mà có thể truyền tải giữa hai vị trí thông qua lƣới truyền tải. Công suất truyền tải không đƣợc phép tăng lên đến mức mà khi có xảy ra sự cố sẽ làm tan rã lƣới điện vì không ổn định điện áp. Có rất nhiều công trình nghiên cứu về vận hành tối ƣu hệ thống điện.
Một trong các bài toán đặt ra là phân bố luồng công suất tối ƣu còn đƣợc biết đến nhƣ phƣơng pháp điều khiển dòng công suất trên lƣới điện truyền tải nhằm: Hạn chế quá tải trên đƣờng dây ở thời điểm hiện tại cũng nhƣ khi mở rộng phụ tải trong tƣơng lai. Đây là nguyên nhân chính gây nên giá sản xuất điện năng tăng cao. Có nhiều phƣơng pháp để LƯU NGUYỄN AN BÌNH Trang 1 LUẬN VĂN THẠC SĨ giải quyết bài toán quá tải nhƣ: Điều chỉnh công suất phát của nhà máy, xây dựng các đƣờng dây song song sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng tại chỗ… Hiện nay Các thiết bị FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) đƣợc sử dụng để điều khiển điện áp truyền tải, phân bố công suất, giảm tổn thất phản kháng, và làm giảm dao động công suất hệ thống cho các mức truyền tải công suất cao, đặc biệt là tăng khả năng truyền tải công suất. Vì vậy, lắp đặt các bộ điều khiển FACTS nhằm điều khiển tốt hơn trong hệ thống điện cần phải đƣợc xem xét, trong đó việc lắp đặt thích hợp các thiết bị FACTS trở thành quan trọng.
Nếu lắp đặt không thích hợp các bộ điều khiển FACTS làm giảm đặc tính tối ƣu thu đƣợc và có thể làm mất đi tính hữu ích. Từ những khó khăn trong quản lý, vận hành hệ thống điện và tính năng của FACTS thì việc sử dụng thiết bị FACTS trên đƣờng dây truyền tải là rất cần thiết, trong đó việc xác định vị trí tối ƣu để đấu nối thiết bị FACTS nhằm đảm bão khả năng nhận công suất, khả năng phát công suất và khả năng truyền tải công suất trên đƣờng dây là lớn nhất đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện hiện nay. Ngoài ra việc sử dụng các thiết bị Facts điều khiển dòng công suất trên đƣờng dây còn đƣợc biết đến nhƣ 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 đƣợc 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 đƣợc quá tải trên đƣờng dây từ đó làm giảm chi phí sản xuất điện năng, tăng giá trị phúc lợi xã hội.
Trên cơ sở những kết quả của các công trình nghiên cứu trƣớc đây đã đạt đƣợc, đề tài đề xuất tên “Xác định vị trí tối ưu của TCSC trong hệ thống điện và có xét đến ổn định tĩnh” nhằm xây dựng giải thuật tìm kiếm vị trí tối ƣu của thiết bị TCSC (Thyristor Controller Series Capacitor) với mục đích xây dựng giải thuật xác định vị trí tối ƣu của TCSC bằng phƣơng pháp mặt cắt tối thiểu để nâng cao khả năng truyền tải từ đó giảm đƣợc chi phí sản xuất điện năng và hạn chế nhƣợc điểm của các công trình nghiên cứu trƣớc đây. LƯU NGUYỄN AN BÌNH Trang 2 LUẬN VĂN THẠC SĨ 1. Mục tiêu và nhiệm vụ Tìm hiểu các giải pháp chống nghẽn mạch hệ thống điện Trình bày nguyên lý hoạt động của thiết bị TCSC. Giải quyết bài toán nâng cao khả năng truyền tải bằng cách đặt TCSC (vị trí đặt và dung lƣợng) o Giảm thiểu không gian tìm kiếm vị trí đặt TCSC bằng phƣơng pháp mặt cắt tối thiểu o Xác định dung lƣợng TCSC phù hợp để giảm hiện tƣợng nghẽn mạch.
o Xét ảnh hƣởng của TCSC đến ổn định hệ thống. Ứng dụng thực tế và so sánh với các ví dụ mẫu 1. Phƣơng pháp giải quyết - Giải tích và mô phỏng toán học. - Ứng dụng phần mềm Powerworld.
Giới hạn đề tài Chỉ xét đến ổn định tĩnh, không xét đến ổn định động của hệ thống điện 1. Điểm mới của luận văn - Xây dựng thuật toán xác định vị trí và dung lƣợng của TCSC nâng cao khả năng tải của hệ thống điện. - Xét bài toán ổn định tĩnh làm tiền đề cho việc cải thiện vấn đề ổn định động sau này. Phạm vi ứng dụng - Ứng dụng cho các mô hình hay lƣới điện bất kỳ.
- Ứng dụng cho các lƣới điện IEEE mẫu. - Ứng dụng cho lƣới điện 500KV Việt Nam tính đến năm 2012. - Làm tài liệu tham khảo khi vận hành lƣới điện với thiết bị FACTS. - Làm tài liệu tham khảo cho bài giảng môn học cung cấp điện.
Bố cục của luận văn Chƣơng 1: Giới thiệu luận văn. Chƣơng 2: Tổng quan. Chƣơng 3: Phƣơng pháp tiếp cận. LƯU NGUYỄN AN BÌNH Trang 3 LUẬN VĂN THẠC SĨ Chƣơng 4: Khảo sát các ví dụ mẫu.
Chƣơng 5: Ứng dụng lƣới điện Việt Nam. Chƣơng 6: Kết luận. LƯU NGUYỄN AN BÌNH Trang 4 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN 2. Nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện: Trong quá trình vận hành hệ thống điện trong thị trƣờng 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 đƣợc tính theo biểu thức: CG Ci ( Pgi ) (2.2) 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 MinimumCi (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 trƣờng. Do đó giá bán điện đƣợc xác định tính từ giá thành sản xuất điện năng tối thiểu C1.
Trong thị trƣờng điện, sự cạnh tranh về giá luôn khiến các nhà sản xuất phải hƣớng đến mục tiêu tối thiểu hoá tổng chi phí của hệ thống điện, nghĩa là tìm cách đƣa 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 lƣợng 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 vƣợt quá độ dự trữ cho phép của hệ thống dẫn đến đƣờng dây nghẽn mạch trên một số tuyến đƣờng dây của mạng điện. Nghĩa là khi phụ tải điện thay đổi tăng lên một lƣợng PL thì theo biểu thức (2.4), để giải quyết sự cố LƯU NGUYỄN AN BÌNH Trang 5 LUẬN VĂN THẠC SĨ nghẽn mạch trên hệ thống truyền tải điện cần thay đổi công suất phát của các tổ máy trong các nhà máy điện một lƣợng là Pgi. Nhƣ vậy chi phí cho sản xuất ra một đơn vị điện năng trong trƣờng 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 trƣờng cũng nhƣ 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 đƣờng dây tải điện nên phải thay đổi công suất phát giữa các nhà máy điện để các đƣờng 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 đƣờng 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 chƣa bị quá tải. Ngành công nghệ điện tử với công suất hiện nay, việc sản suất các thiết bị FACTS có thể thực hiện đƣợc. Tuy nhiên, việc xác định chính xác vị trí đặt thiết bị hết sức khó khăn vì phải xác định đƣợc những nhánh thƣờng xuyên bị quá tải mới đem lại hiệu quả của việc đặt thiết bị FACTS.
Số lƣợng 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.