Đồ án Nâng cao khả năng truyền tải (ATC) của hệ thống ðiện sử dụng thiết bị TCSC (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nâng cao khả năng truyền tải (ATC) của hệ thống ðiện sử dụng thiết bị TCSC (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC Sĩ VĂN QUỐC NHỰT NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI (ATC) CỦA HỆ THỐNG ÐIỆN SỬ DỤNG THIẾT BỊ TCSC NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN – 60520202 S K C0 0 4 9 0 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VĂN QUỐC NHỰT NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI (ATC) CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG THIẾT BỊ TCSC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VĂN QUỐC NHỰT NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI (ATC) CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG THIẾT BỊ TCSC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: TS. DƯƠNG THANH LONG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016
4. Dán hình LÝ LỊCH KHOA HỌC 3x4 & đóng mộc giáp lại hình I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: VĂN QUỐC NHỰT Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 13/09/1985 Nơi sinh: Long An Quê quán: Long An Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 61, Mỹ Lệ, Cần Đước, Long An. E-mail: vannquocnhut@gmail.com SĐT: 0903.150.642 II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2005 đến tháng 2009. Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM. Ngành học: Điện Khí Hóa & Cung Cấp Điện. Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cung cấp điện tòa nhà văn phòng HAVANA. Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 07/2009 tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM Người hướng dẫn: Ths. Vũ Thị Ngọc. 2. Thạc sĩ Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2014 đến 2016. Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM. Ngành học: Kỹ Thuật Điện. Tên luận văn: Nâng cao khả năng truyền tải (ATC) của hệ thống điện sử dụng thiết bị TCSC. Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 23/10/2016 tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM Người hướng dẫn: TS. Dương Thanh Long 4. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh tương đương B1 i
5. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2009-2014 Công Ty Procter & Gamble Indochina Facility Leader 2016 đến nay Samsung Electronics Facility Assistant Manager IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: XÁC NHẬN CỦA CƠ QUA/ĐỊA PHƯƠNG Ngày 07 tháng 11 năm 2016 (Ký tên, đóng dấu) Người khai ký tên Văn Quốc Nhựt ii
6. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 10 năm 2016 Người viết cam đoan Văn Quốc Nhựt iii
7. CẢM TẠ Đề tài này được thực hiện theo chương trình đào tạo thạc sĩ tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, chuyên ngành kỹ thuật điện. Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đã tạo điều kiện thuận lợi để em thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn Thầy TS. DƯƠNG THANH LONG, giảng viên trực tiếp hướng dẫn, đã nhiệt tình giúp đỡ, đóng góp những ý kiến quý báu và hướng dẫn em thực hiện đề tài này. Nếu không có sự khích lệ, đôn đốc và giám sát tiến độ của Thầy trong suốt thời gian qua cũng như sự tận tâm giúp đỡ thì luận văn này sẽ không thể hoàn thành được. Rất cảm kích đến các anh chị và các bạn đồng nghiệp, các kỹ sư, thạc sĩ của các công ty đã đóng góp ý kiến, truyền đạt kinh nghiệm tham khảo cũng như kiến thức về thiết kế, vận hành lưới điện truyền tải. Lời tri ân đến gia đình và những người thân đã luôn ủng hộ và động viên trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài này. Kính chúc sức khỏe quý thầy cô, các anh chị và các bạn ! iv
8. TÓM TẮT Hệ thống điện hiện tại luôn tồn tại những nhánh xung yếu và những nhánh này có nguy cơ bị quá tải khi thiết lập thị trường buôn bán điện. Vì vậy, để đảm bảo được an toàn vận hành trong thị trường điện, đơn vị vận hành hệ thống điện độc lập ISO cần phải biết đầy đủ thông tin về khả năng truyền tải còn lại ATC của hệ thống điện nhằm hạn chế quá tải trên đường dây ở thời điểm hiện tại cũng như khi mở rộng phụ tải hoặc khi thực hiện các giao dịch công suất trong tương lai. Đây cũng là một trong những nguyên nhân chính gây nên giá thành sản xuất điện năng tăng cao. Nâng cao khả năng truyền tải ATC của hệ thống điện sử dụng thiết bị FACTS đã mang lại nhiều kết quả đáng kể và đảm bảo vận hành an toàn hệ thống điện. Một trong những giải pháp được đề cập trong nội dung nghiên cứu này là ứng dụng thiết bị TCSC để nâng cao khả năng truyền tải ATC của hệ thống điện. Mục tiêu chính của nghiên cứu này là xác định hệ số phân bố truyền tải công suất PTDF với thiết bị TCSC, xác định khả năng truyền tải ATC cho các giao dịch song phương từ vùng đến vùng dựa trên hệ số PTDF với thiết bị TCSC, tôi ưu hóa vị trí của thiết bị TCSC dựa trên độ nhạy dòng công suất, và xác định khả năng truyền tải ATC khi xảy ra trường hợp sự cố trên đường dây với thiết bị TCSC. Phương pháp đề xuất đã được kiểm chứng trên hệ thống điện IEEE 6 Bus, IEEE 7 Bus và IEEE 30 Bus. v
9. ABSTRACT The existing power system have always the critical branches and these branches can issue overload when the electricity market opened. Hence, to secure safety operation in electricity market, the Independent System Operator (ISO) needs to know full informations about the available transfer capability (ATC) of the power system with purpose violate overload on the transmission lines at the present as well as expand loading in the future. It’s also main cause to increasing cost of electrical producing. ATC enhancement with these devices can be an important role in an efficient and secure operation of competitive electricity markets. One of the proposals introduced in the contents are TCSC appliance to enhance ATC of power system. The main objective of this research is: Power transfer distribution factor determination with TCSC device, ATC determination for bilateral transactions from area to area based on PTDF with TCSC, optimal location of TCSC device based on power flow sensitivity corresponding to transaction, and ATC determination in line contingency cases with TCSC device. The proposed method have been tested on IEEE 6 Bus, IEEE 7 Bus, and IEEE 30 Bus. vi
10. MỤC LỤC TRANG TỰA TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii CẢM TẠ iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT x DANH SÁCH CÁC BẢNG xii DANH SÁCH CÁC HÌNH xiii CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Sơ lược các công trình nghiên cứu trước đây 3 1.3 Mục tiêu, phương pháp và phạm vi nghiên cứu 5 1.3.1 Mục tiêu và nhiệm vụ 5 1.3.2 Phương pháp giải quyết 6 1.3.3 Giới hạn đề tài 6 1.3.4 Điểm mới của đề tài 6 1.3.5 Phạm vi ứng dụng 6 1.4 Mục tiêu của đề tài 6 CHƯƠNG 2 HỆ SỐ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT PTDF VÀ KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI ATC 7 2.1 Giới thiệu 7 2.2 Định nghĩa khả năng truyền tải và các thông số liên quan 8 2.2.1 Khả năng truyền tải ATC 8 vii
11. 2.2.2 Tổng khả năng truyền tải TTC 9 2.2.3 Độ tin cậy truyền tải dự trữ TRM 11 2.2.4 Độ dự trữ lợi ích CBM 11 2.2.5 Công suất truyền tải có cam kết ETC 11 2.3 Tầm quan trọng của giá trị ATC 11 2.4 Các phương pháp tính khả năng truyền tải ATC 12 2.5 Hệ số phân bố công suất truyền tải PTDF 13 2.5.1 Đặc điểm của truyền tải điện năng 13 2.5.2 Đánh giá dòng công suất tăng lên của một giao dịch xác định từ PTDF 14 2.5.3 Phương pháp xác định ATC bằng hệ số PTDF 15 2.6 Xác định giá trị ATC xét trường hợp hệ thống hoạt động bình thường 18 2.7 Xác định giá trị ATC trong trường hợp khẩn cấp sự cố đường dây 19 2.8 Xác định giá trị ATC trong trường hợp khẩn cấp sự cố máy phát 21 2.9 Lưu đồ xác định ATC cho mỗi giao dịch trong thị trường điện 22 CHƯƠNG 3 NÂNG CAO ATC SỬ DỤNG THIẾT BỊ FACTS 24 3.1 Tổng quan về thiết bị FACTS 24 3.2 Phân loại các thiết bị FACTS 26 3.3 Một số mô hình thiết bị FACTS 28 3.3.1 Thiết bị bù ngang STATCOM - Static Synchronous Compensator 28 3.3.2 Thiết bị bù dọc SSSC – Static Synchronous Series Compensator 29 3.3.3 Thiết bị bù hỗn hợp UPFC – Unified Power Flow Controller 30 3.3.4 Thiết bị bù dọc TCSC – Thyristor Controlled Series Capacitor 31 3.3.4.1 Đặc tính của TCSC 31 3.3.4.2 Mô hình tĩnh của TCSC 34 3.4 Xác định giá trị PTDF với những thiết bị FACTS 36 3.5 Xác định giá trị ATC có thiết bị FACTS 39 3.5.1 Trong trường hợp hệ thống hoạt động bình thường 39 3.5.2 Trong trường hợp khẩn cấp sự cố đường dây 40 3.5.3 Trong trường hợp khẩn cấp sự cố máy phát 41 viii
12. 3.6 Tối ưu hóa lựa chọn thiết bị FACTS 42 3.7 Lưu đồ xác định ATC khi có thiết bị TCSC 43 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 46 4.1 Tính toán khả năng truyền tải ATC sử dụng MatLab cho hệ thống điện IEEE 6 Bus 46 4.1.1 Tính toán ATC trong trường hợp vận hành bình thường 46 4.1.2 Tính toán ATC trong trường hợp vận hành có sự cố 47 4.1.3 Kết quả tính toán giá trị ATC sử dụng phần mềm Matlab 47 4.2 Ứng dụng Power World tính toán khả năng truyền tải ATC cho hệ thống điện IEEE 7 Bus 47 4.3 Khảo sát hệ thống điện IEEE 30 Bus, 3 vùng 51 4.3.1 Thông số các nút và đường dây của hệ thống điện 30 Bus, 3 vùng 51 4.3.2 Thực hiên giao dịch đơn phương T1: 13-15 51 4.3.2.1 Tính ATC trường hợp bình thường và sự cố đường dây 16-17 chưa có thiết bị TCSC 51 4.3.2.2 Tính toán ATC trong trường hợp bình thường và sự cố đường dây 16-17 khi có thiết bị TCSC 54 4.3.3 Thực hiên giao dịch đa phương T2: 22, 27 – 15, 23 57 4.3.3.1 Tính ATC trường hợp bình thường và sự cố đường dây 10-20 chưa có thiết bị TCSC 57 4.3.3.2 Tính ATC trường hợp bình thường và sự cố đường dây 10-20 khi có thiết bị TCSC 58 4.3.4 Bảng kết quả so sánh giá trị ATC của 2 trường hợp giao dịch T1 và T2 61 4.3.5 Nhận xét từ 2 trường hợp giao dịch T1 và T2 63 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 64 5.1 Kết luận 64 5.2 Hướng phát triền đề tài 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 67 ix
13. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Giải thích 1 AC Alternating Current: Dòng điện xoay chiều 2 DC Direct current: Dòng điện một chiều 3 ATC Available Transfer Capability: Khả năng truyền tải 4 TTC Total Tranfer Capability: Tổng khả năng truyền tải 5 CBM Capacity Benefit Margin: Độ dự trữ lợi ích Transmission Reliability Margin: Độ tin cậy truyền tải 6 TRM dự trữ Existing Transmission Commitments: Công suất truyền 7 ETC tải có cam kết Generation Shifting Factor: Hệ số biến đổi công suất 8 GSF phát 9 HTĐ Hệ thống điện Institute of Electrical and Electronics Engineers: Viện 10 IEEE các kỹ sư điện và điện tử Independent System Operator: Đơn vị vận hành hệ 11 ISO thống điện độc lập Line Outage Distribution Factor : Hệ số phân bố sự cố 12 LODF đường dây Ine Outage Power Transfer Distribution Factor: Hệ số 13 LOPTDF công suất khi mất điện đường dây Power Transfer Distribution Factor: Hệ số phân bố 14 PTDF truyền tải công suất Genation Outage Distribution Factor: Hệ số độ nhạy 15 GODF dòng công suất khi sự cố máy phát Optimal Power Flow: Phương pháp tính dòng công suất 16 OPF tối ưu Linear Available Transfer Capability: Phương pháp 17 LATC tuyến tính hóa 18 RPF Repeated Power Flow: Dòng công suất lặp lại 19 CPF Continuation Power Flow: Dòng công suất liên tục 20 DCPF DC Power Flow: Phương pháp dòng điện một chiều 21 GSF Generation Shift Factors: Hệ số thay đổi công suất phát 22 MBA Máy biến áp x
14. North America Electric Reliability Council: Hội đồng 23 NERC điện Bắc Mỹ Transmission System Operator: Đơn vị quản lý truyền 24 TSO tải điện 25 EVN Vietnam Electricity: Tập đoàn Điện lực Việt Nam Federal Energy Regulatory Commission: Ủy ban điều 26 FERC tiết năng lượng liên bang Regional Transmission Organizations: Tổ chức truyền 27 RTO tải khu vực Open Acces Same Time Information System: Hệ thống 28 OASIS mở tiếp cận thông tin đồng thời Power Systems Engineering Research Center: Trung 29 PSERC tâm nghiên cứu kỹ thuật hệ thống điện VietNam Competitive Generation Market: Thị trường 30 VCGM phát điện cạnh tranh Việt Nam Flexible AC Transmission Systems: Hệ thống truyền tải 31 FACTS điện xoay chiều linh hoạt Thyristor Controlled Series Compensator: Bộ bù dọc 32 TCSC điều khiển Thyristor. Static Synchronous Series Compensator: Bộ bù nối tiếp 33 SSC đồng bộ tĩnh. 34 SVC Static Var Compensator: Bộ bù Var tĩnh Unified Power Flow Controller: Bộ điều khiển dòng 35 UPFC công suất hợp nhất. Thyristor Controlled Phase Shift Transformer: Máy 36 TCPST biến áp pha 37 STATCOM Static Synchronous Compensator: Bộ bù đồng bộ tĩnh. Thyristor Controlled Reactor: Cuộn kháng điều khiển 38 TCR thyristor Thyristor Switched Capacitor: Thiết bị bù đóng ngắt 39 TSC thyristor Thyristor Controlled Voltage Regulator: Thiết bị điều 40 TCVR chỉnh điện áp bằng thyristor 41 GA Genetic Algorithm: Giải thuật di truyền Real Genetic Algorithm: Giải thuật di truyền mã hóa 42 RGA giá trị 43 PSO Particle Swarm Optimization: Thuật toán tối ưu bẩy đàn 44 N-R Newton-Graphson xi
15. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1 So sánh các phương pháp tính khả năng truyền tải 13 Bảng 4.1 Kết quả xác định giá trị ATC cử dụng phần mềm Matlab 47 Bảng 4.2 Bảng kết quả tính toán ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus lúc bình thường và lúc sự cố đường dây 16-17 khi chưa có thiết bị TCSC 51 Bảng 4.3 Kết quả khả năng truyền tải ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus khi lắp đặt thiết bị TCSC trên các nhánh tương ứng 54 Bảng 4.4 Bảng kết quả tính toán ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus lúc bình thường và lúc sự cố đường dây 16-17 khi có thiết bị TCSC 55 Bảng 4.5 Bảng kết quả tính toán ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus lúc bình thường và lúc sự cố đường dây 10-20 chưa có thiết bị TCSC 57 Bảng 4.6 Kết quả khả năng truyền tải ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus khi lắp đặt thiết bị TCSC trên các nhánh tương ứng 59 Bảng 4.7 Bảng kết quả tính toán ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus lúc bình thường và lúc sự cố đường dây 10-20 khi có thiết bị TCSC 60 Bảng 4.8 Kết quả so sánh ATC của 2 truong hợp giao dịch T1 và T2 trong trường hợp có và không có TCSC sử dụng hệ số PTDF 61 xii
16. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1 Giới hạn tổng khả năng truyền tải 11 Hình 2.2 Nút tiêu biểu của một hệ thống điện 15 Hình 2.3 Lưu đồ xác định ATC cho mỗi giao dịch trong thị trường điện 23 Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo của TCSC 26 Hình 3.2 Sơ đồ đơn giản của SSSC 27 Hình 3.3 Sơ đồ cấu tạo của SVC 27 Hình 3.4 Sơ đồ cấu tạo của STATCOM 27 Hình 3.5 Sơ đồ cấu tạo của UPFC 28 Hình 3.6 Sơ đồ cấu tạo của TCPST 28 Hình 3.7 Mạch tương đương của STATCOM 29 Hình 3.8 Mạch tương đương của SSSC 30 Hình 3.9 Mạch tương đương của UPFC 31 Hình 3.10 Đặc tính điện kháng của TCSC 33 Hình 3.11 Mô hình đường dây truyền tải 34 Hình 3.12 Mô hình đường dây truyền tải có TCSC 35 Hình 3.13 Lưu đồ xác định ATC khi có TCSC 45 Hình 4.1 Hệ thống điện IEEE 6 Bus 46 Hình 4.2 Hệ thống điện IEEE 7 Bus, 3 vùng 48 Hình 4.3 Trào lưu công suất hệ thống IEEE 7 Bus, 3 vùng 48 Hình 4.4 Kết quả tính toán ATC 49 Hình 4.5 Thị trường giao dịch công suất 202.17 MW 50 xiii
17. Hình 4.6 Sự cố đường dây nút 4 và nút 5 giao dịch 70.1 MW 50 Hình 4.7 Hệ thống điện IEEE 30 Bus, 3 vùng 51 Hình 4.8 Biểu đồ so sánh giá trị ATC của hệ thống điện lúc bình thường và sự cố đường dây 16-17 53 Hình 4.9 Biểu đồ giá trị ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus khi lắp đặt thiết bị TCSC trên các nhánh tương ứng 54 Hình 4.10: Biểu đồ so sánh giá trị ACPTDF giữa các nhánh 12-14, 12-16, 12-4, 12- 15 55 Hình 4.11: Biểu đồ so sánh giá trị ATC của hệ thống điện lúc bình thường và sự cố đường dây 10-20 58 Hình 4.12: Biểu đồ giá trị ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus khi lắp đặt thiết bị TCSC trên các nhánh tương ứng 59 Hình 4.13: Biểu đồ so sánh giá trị PTDF giữa các nhánh 12-14, 12-16, 15-18, 23- 24, 19-20 60 Hình 4.14: Biểu đồ so sánh giá trị ATC trường hợp bình thường và sự cố trước và sau khi lắp đặt TCSC của 2 giao dịch T1 và T2 63 xiv
18. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Quá trình cải tổ và cơ cấu lại ngành điện đã và đang diễn ra ở nhiều nước phát triển trên thế giới. Ở các nước này, ngành công nghiệp điện theo xu hướng cạnh tranh và thị trường điện đang dần thay thế các phương pháp vận hành truyền thống. Mục tiêu của thị trường điện chính là giảm giá điện thông qua sự cạnh tranh, nâng cao hiệu quả hoạt động và hiệu quả đầu tư của các công ty Điện lực Quốc gia (hầu hết là sở hữu Nhà nước), tăng cường tính cạnh tranh ở cả 3 khâu: Sản xuất, bán buôn và bán lẻ điện năng bằng cách thiết lập thị trường điện và tư nhân hóa một hay nhiều bộ phận của Công ty Điện lực Quốc gia. Kết quả cho thấy đây là một tiến bộ của khoa học quản lý trong ngành năng lượng. Bởi vì, thị trường điện tạo ra môi trường kinh doanh cạnh tranh bình đẳng giữa các doanh nghiệp và là giải pháp hữu hiệu huy động vốn trong việc đầu tư xây dựng nguồn phát cũng như hệ thống truyền tải điện. Xuất phát từ yêu cầu thực tế, khi nền kinh tế Việt Nam đã và đang hội nhập với nền kinh tế trong khu vực và trên thế giới thì việc hình thành thị trường điện là một tất yếu. Khi đó, cơ cấu tổ chức và phương thức hoạt động của ngành điện nói chung và của Công ty Truyền tải điện nói riêng sẽ phải có những thay đổi cơ bản để đáp ứng phù hợp với các quy định mới trong hoạt động điện lực, cũng như các quy luật của cơ chế thị trường. Ở Việt Nam, lộ trình cho việc áp dụng thị trường điện đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt. Hiện nay, đang áp dụng những bước thí điểm và sau đó tiến tới xây dựng một thị trường điện cạnh tranh hoàn hảo. Việc xuất hiện thị trường điện sẽ mang lại nhiều phúc lợi xã hội. Khách hàng có quyền lựa chọn nhà cung cấp điện và có thể mua điện từ các nhà máy có giá bán thấp theo yêu cầu của mình. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích mang lại từ thị trường điện thì nó cũng tạo ra nhiều 1
19. thách thức cho người vận hành hệ thống để đảm bảo an ninh vận hành trong thị trường điện. Trong thị trường điện, hệ thống truyền tải luôn giữ một vai trò quan trọng trong việc truyền tải công suất và nó thường bị điều khiển bằng hoặc thậm chí vượt quá giới hạn nhiệt của chúng để đáp ứng sự gia tăng nhu cầu tiêu thụ điện năng và các giao dịch do sự gia tăng công suất không có trong kế hoạch. Nếu sự thay đổi không được kiểm soát, một số đường dây có thể trở nên quá tải, hiện tượng này có thể gây mất ổn định hệ thống. Khi hệ thống mất ổn định có thể phải cắt hàng loạt các tổ máy, các phụ tải và có thể dẫn đến tan rã hệ thống, gây thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế. Vì vậy, để đảm bảo được an ninh vận hành trong thị trường điện, đơn vị vận hành hệ thống điện độc lập ISO cần phải biết đầy đủ thông tin về khả năng truyền tải ATC của hệ thống để có thể đáp ứng các giao dịch công suất phát sinh ngoài kế hoạch. Khả năng truyền tải ATC là khả năng truyền tải còn lại của hệ thống có thể đáp ứng được trong giới hạn vật lý ngoài công suất truyền tải hiện có trong cam kết và được sử dụng trong các hoạt động giao dịch trong tương lai. Thông tin ATC sẽ giúp nhà vận hành hệ thống độc lập ISO tìm thấy hướng truyền công suất một cách hiệu quả nhất trong thị trường điện. Nó cũng giúp cho người tham gia thị trường điện có chiến lược chào giá khi xãy ra tắc nghẽn. Do đó, việc nâng cao ATC là một trong những thách thức cho người vận hành hệ thống ISO. Cùng với việc phát triển của ngành công nghệ điện tử, các thiết bị FACTS có ảnh hưởng đáng kể trong việc điều khiển phân bố công suất.Trong số các thiết bị FACTS, TCSC là thiết bị rất phổ biến bởi vì nó có thể kết nối trực tiếp với đường dây trong hệ thống. Việc lắp đặt TCSC trên hệ thống truyền tải có thể là giải pháp thay thế tốt nhất để giải quyết các vấn đề đã được đề cập ở trên. Tác dụng của TCSC trong lưới điện được xem như là điện kháng có khả năng điều khiển được lắp đặt trên đường dây truyền tải để bù điện kháng cảm ứng của đường dây. Do đó, làm giảm điện kháng của đường dây, tăng công suất truyền tải trên đường dây và làm giảm tổn thất công suất phản kháng. Vì vậy, lắp đặt các bộ điều khiển TCSC nhằm điều khiển tốt hơn trong hệ thống điện cần phải được xem xét, trong đó việc lắp đặt 2
20. thích hợp các thiết bị TCSC trở thành một vấn đề quan trọng. Nếu lắp đặt không thích hợp, các bộ điều khiển TCSC sẽ làm giảm đặc tính tối ưu thu được 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 TCSC thì việc sử dụng thiết bị TCSC trên đường dây truyền tải là rất cần thiết, trong đó việc xác định vị trí tối ưu của thiết bị TCSC nhằm nâng cao khả năng truyền tải công suất trên đường dây để đảm bảo ổn định trong thị trường điện giữ một vai trò rất quan trọng trong vận hành hệ thống điện hiện nay. Vì vậy, nghiên cứu vấn đề “Nâng cao khả năng truyền tải ATC của hệ thống điện sử sụng thiết bị TCSC” là một yêu cầu mang tính cấp thiết phù hợp với việc phát triển thị trường điện tại Việt Nam. 1.2 Sơ lược các công trình nghiên cứu trước đây Những nghiên cứu trước đây về ứng dụng FACTS để nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện đa số tập trung vào những thiết bị như TCSC, SVR, UPFC, TCPST Tuy có những điểm xuất phát và cách tiếp cận khác nhau trong việc ứng dụng các hiệu quả của thiết bị FACTS vào điều khiển hệ thống điện. Nhưng nhìn chung, các công trình nghiên cứu đều có chung hướng nghiên cứu và phương pháp đó là sử dụng giải thuật Gen để tìm kiếm giải pháp tối ưu. Nghĩa là; với sự hỗ trợ của phần mềm máy tính, thông số của thiết bị FACTS sẽ được mã hoá cùng các thông số của mạng điện. Các toán tử đột biến, lai chéo được sử dụng để giải bài toán phân bố công suất đưa kết quả vào không gian tìm kiếm. Thông số ban đầu sẽ được tự động lưu trữ và cập nhật để gia tăng tính đa dạng của phạm vi tìm kiếm giải pháp đúng như tên của giải thuật. Tóm tắt một số công trình nghiên cứu như sau: Công trình nghiên cứu của T. Nireekshana, G. Kesava Rao và S. Siva Naga Raju [9] là “Nâng cao khả năng truyền tải ATC với các thiết bị FACT sử dụng giải thuật di truyền mã hóa giá trị (RGA)”. Nghiên cứu nhằm xác định và nâng cao ATC, một thông số rất quan trọng đối với hệ thống điện hoạt động không theo quy luật. Nghiên cứu này sử dụng thiết bị FACT là SVC và TCSC để cực đại các giao dịch truyền tải công suất trong trường hợp bình thường và sự cố. Giải thuật RGA 3