Giải pháp chống nghẽn mạch trên thị trường điện sử dụng thiết bị TCSC

Nội dung text: Giải pháp chống nghẽn mạch trên thị trường điện sử dụng thiết bị TCSC

1. GIẢI PHÁP CHỐNG NGHẼN MẠCH TRÊN THỊ TRƯỜNG ĐIỆN SỬ DUṆ G THIẾ T BI ̣TCSC OPTIMAL PLACEMENT OF TCSC BASED ON MIN-CUT ALGORITHM FOR CONGESTION MANAGEMENT IN DEREGULATED ELECTRICITY MARKET Trương Việt Anh Lưu Nguyễn An Bình Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Lớp TBM&NMĐ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM TÓM TẮT Thiết bị FACTS mà cụ thể là tụ bù dọc có điều khiển (TCSC) là thiết bị có khả năng điều phối dòng công suất trên lưới điện nhằm cải thiện quá tải trên đường dây truyền tải làm tăng khả năng mang tải của lưới đồng thời giảm chi phí sản xuất. Bài báo này trình bày phương pháp mặt cắt tối thiểu nhằm xác định tập nhánh xung yếu (nút thắt cổ chai) có thể gây ra nghẽn mạch cho lưới điện đồng thời kết hợp định luật Kirchhoff 2 để xác định chính xác vị trí tối ưu của TCSC. Hiệu quả của phương pháp được kiểm chứng qua việc khảo sát trên lưới điện 500KV Việt Nam năm 2013 thông qua chương trình Powerworld và PSS/E–30. ABSTRACT FACTS devices such as thyristor controlled series compensators (TCSC) by controlling the power flows in the network, can help to reduce the flows in heavily loaded lines resulting in an increased loadability of the network and reduced cost of production. This paper represents the Min-cut algorithm to determine the weakest zone (bottle – neck) of the power system that can often lead to congestion then combination with Kirchhoff 2 to determine optimal location of TCSC. The effectiveness of the proposed method has been tested on the 500kV power transmission lines of Viet Nam power system in 2013 by using the PSS/E 30 and Powerworld softwares. 1. Đặt vấn đề: Ứng dụng thiết bị FACTs (Flexible AC Transmission System) trong hệ thống điện (HTĐ) nhằm cải thiện hiện tƣợng nghẽn mạch và nâng cao đƣợc ổn định hệ thống đã đƣợc chứng minh rất nhiều trong các lý thuyết về ổn định cũng nhƣ trong thực tiễn. Tuy nhiên với một HTĐ lớn nếu đầu tƣ lắp đặt FACTs ở nhiều vị trí khác nhau chƣa chắc đã nâng cao khả năng duy trì ổn định hệ thống đó mà có thể gây ra phản ứng ngƣợc do sự tác động qua lại của các thiết bị này. Bên cạnh đó chi phí để đầu tƣ dàn trải là rất tốn kém và không thực tế. Vì vậy cần có một phƣơng pháp tìm vị trí hợp lý để lắp đặt thiết bị này mà ở vị trí đó thiết bị FACTs sẽ phát huy đƣợc hết chức năng và vai trò của nó. Các phƣơng pháp phân tích ổn định dao động bé nhằm xác định vị trí cần lắp đặt tối ƣu của thiết bị điều khiển, phần lớn sử dụng phƣơng pháp phân tích trị riêng. Vị trí lựa chọn tối ƣu của thiết bị điều khiển sẽ căn cứ dựa trên hệ số tham gia tại những mode tới hạn. Các phƣơng pháp này có một số trở ngại: trƣớc tiên việc xác định các mode tới hạn có lẽ rất mơ hồ trong trƣờng hợp khảo sát với HTĐ có kích thƣớc lớn, bởi vì các mode tới hạn là không phải duy nhất. Thứ hai, hệ số tham gia chỉ đề cập đến các biến trạng thái không bao gồm các biến chứa các thông tin vào/ra, mà các biến này chứa những thông tin quan trọng trong việc xác định đƣợc điểm đặt tối ƣu. Để khắc phục những vấn đề trên, một phƣơng pháp mặt cắt tối thiểu, min cut, kết hợp với định luật Kirchhoff 2 đƣợc đề xuất nhắm tìm vị trí đặt tối ƣu. Theo phƣơng pháp này cho phép ta thu hẹp phạm vi tìm kiếm đồng thời xác định đƣợc chính xác dung lƣợng và vị trí nhánh cần đặt TCSC dựa trên giá trị dòng công suất cần giảm trên nhánh bị quá tải ( I). 2. Lý thuyết về mặt cắt tối thiểu và phương pháp mạch vòng: 2.1. Lý thuyết mặt cắt tối thiểu: Lắt cắt cực tiểu và dòng công suất cực đại (max flow-min cut) là lƣợng cực đại của một luồng có khả năng thông qua tất cả các mặt cắt. Min cut: Lát cắt cực tiểu trong mạng phải là lát cắt sao cho nó chia đôi nguồn s và tải t nằm ở hai nửa của mặt phẳng cắt. Khi đó khả năng truyền tải từ nguồn s tới tải t thông qua lát cắt sẽ bằng tổng khả năng truyền tải của các cung mà lát cắt đi qua. Hình 4 giới thiệu một số lát cắt tiêu biểu của lý thuyết. 1
2. Hình 1.1. Lý thuyết mặt cắt tối thiểu. Max-flow: Dòng công suất cực đại (max-flow) đƣợc hiểu là dòng công suất có khả năng truyền từ nguồn s tới tải t thông qua tất cả các mặt cắt. Do đó max-flow min-cut. Có thể hiểu theo nghĩa nút thắt cổ chai “bottle-neck” nhƣ sau: khả năng truyền từ nguồn s tới tải t có thể lớn hơn giá trị min-cut tại những vị trí lát cắt khác. Nhƣng do hệ thống bị nghẽn mạch tại vị trí nút thắt cổ chai nên luồng công suất truyền từ s tới t tối đa chỉ đƣợc tính bằng luồng công suất chuyển qua mặt phẳng cắt có giá trị tối thiểu. Nói cách khác: lƣợng cực đại của một luồng từ nguồn phát s tới đỉnh thu t bằng khả năng thông qua của một lát cắt tối thiểu. 1 s 2 j t j i + F=mincut n Tổ hợp nguồn phát Tổ hợp đỉnh1 thu S={s, i } T={j, t} Hình 1.2. Vị trí của lát cắt cực tiểu trên mạng mô hình hoá. Vấn đề tìm kiếm tập hợp những nhánh có khả năng dẫn đến quá tải hệ thống đƣợc giải quyết bằng chƣơng trình max-flow. Với chƣơng trình này cho phép ta tìm ra tập hợp những nhánh quá tải và những nhánh có khả năng giải quyết quá tải trong hệ thống điện một cách nhanh chóng và chính xác. Việc ứng dụng chƣơng trình này giúp giảm thời gian và không gian tìm kiếm nhánh đặt TCSC so với những ứng dụng của các chƣơng trình hay phần mềm khác. Phát triển từ nguyên lý cơ bản về lý thuyết mặt cắt tối thiểu. Thuật toán xác định mặt cắt tối thiểu và luồng công suất cực đại trong mạng điện đƣợc hình thành theo những bƣớc sau: Bƣớc 1: thành lập ma trận A = An n Đối với mạng n nút cho tổng thông lƣợng có thể truyền tải giữa các nút trong mạng. Trong đó thành phần đƣờng a a chéo chính bằng ii = 0. Các thành phần còn lại ij là thông lƣợng liên kết giữa hai nút i-j có giá trị đối xứng nhau a a qua đƣờng chéo chính ( ij = ji ). Những nút không nối với nhau có giá trị = 0. Bƣớc 2: Chọn hƣớng cắt. Tổ hợp nút nguồn S = {s} Tổ hợp đỉnh thu T = {t}. Tính tổng giá trị hàng thứ nhất tƣơng đƣơng với tổng các thông lƣợng của các nút đƣợc nối với tổ hợp nút nguồn phát S. si a a a a a ss s12 s st si Tính tổng giá trị hàng cuối cùng tƣơng đƣơng với tổng thông lƣợng của các nút đƣợc nối với tổ hợp đỉnh thu T. it a a a a a ts t12 t tt it  si Thêm tổ hợp các nhánh Csi và tổng thông lƣợng vào danh sách listcut. it Thêm tổ hợp các nhánh Cit và tổng thông lƣợng vào danh sách listcut. C si là thông lƣợng của các cung từ tổ hợp nguồn phát S đến nút i. C it là thông lƣợng của các cung từ nút thứ i tới tổ hợp đỉnh thu T. Bƣớc 3: Chọn nút giảm trong sơ đồ. 2
3. si it Nếu  >  Cmax = max[ asi ] = max[ ass , as1 , as2 , ast ] Di chuyển nút i vào tổ hợp nguồn phát S = {s,i} bằng cách: Bỏ và cộng giá trị hàng i vào hàng s Bỏ và cộng giá trị cột i vào cột s Quay lại bƣớc 2: Nếu < = max[ ait ] = max[ ast , a1t , att ] Di chuyển nút i vào tổ hợp đỉnh thu T={t,i} bằng cách: Bỏ và cộng giá trị hàng i vào hàng t. Bỏ và cộng giá trị cột i vào cột t. Nếu = Kiểm tra ma trận A = [A] n n . Nếu n 2 thì: = max[ asi , ait ] Nếu max = thì di chuyển nút i vào tổ hợp đỉnh thu T, ngƣợc lại thì di chuyển nút i vào tổ hợp nguồn phát S. Quay lại bƣớc 2. Nếu n = 2 thì xuất ra kết quả trong danh sách listcut và dừng lặp. 2.2. Phương pháp mạch vòng để xác định vị trí và dung lượng của TCSC: Từ những phân tích về khả năng điều khiển dòng công suất của TCSC. Kết hợp với giải thuật xác định vị trí tập hợp nhánh nghẽn mạch hệ thống điện. Việc xác định vị trí và dung lƣợng bù của TCSC đƣợc trình bày nhƣ sau: Hình 1.3. Mô hình lưới điện 3 nút. Giả sử mặt cắt tối thiểu đi qua 2 nhánh 1-2 và 2-3, trong trƣờng hợp 2-3 bị quá tải thì nhành 1-2 nằm trong mặt cắt sẽ đƣợc chọn là nhánh đặt TCSC, bởi vì chỉ có nhánh nằm trong mặt cắt tối thiểu mới cứu đƣợc nhánh quá tải. Tiếp theo dung lƣợng TCSC cần đƣợc xác định. Xét mạch vòng 1-2-3-1 theo định luật Kirchhoff 2 ta có: I .Z  I .Z  I .Z  0 . (1.1) Do 12 12 23 23 31 31 nhánh 2-3 quá tải nên để bớt quá tải ta đặt TCSC vào nhánh 1-2 để thay đổi tổng trở Z12 làm xuất hiện một lƣợng ΔI trong mạch vòng 1-2-3-1 có chiều nhƣ hình vẽ, theo định luật Kirchhoff 2 ta có: (I I).(Z  Z )(I  I).Z  (I  I).Z  0 (1.2) 12 12 TCSC 23 23 31 31     (I.Z12 12 I.Z 23 23 I.Z) 31 31 I(Z 12 Z 23 Z)(I 31 12 I).Z TCSC 0 Từ (1.1) và (1.2) suy ra: 3
4.       I(Z12 Z 23 Z)(I 31 12 I).Z TCSC 0 I(Z  Z  Z  ) I.Z Z 12 23 31 = loop TCSC IIII    12 12 Do trên lƣới truyền tải có Rn<< Xn và chọn TCSC ở chế độ bù dung nên về mặt giá trị có thể xem XTCSC ≈ ZTCSC Ta đƣợc : (1.3) I.Z S.Z X()() loop loop TCSC IISI  12 12 Trong đó: Zloop : Tổng trở mạch vòng. S ( I): lƣợng công suất cần giảm trên nhánh quá tải. S12(I12) : công suất của nhánh đặt TCSC 3. Xác định vị trí đặt TCSC cho lưới điện: 3.1. Khảo sát lưới điện 3 nút: Hình 2.1. Sơ đồ lưới điện 3 nút. Khảo sát lƣới điện gồm có hai nguồn phát công suất hai nguồn là 200MW và 100MW phát trực tiếp vào hai thanh cái của hệ thống là thanh cái 1 và thanh cái 2. Phụ tải tiêu thụ một lƣợng công suất 100MW tại thanh cái 2 và 120MW tại thanh cái số 3. Ngoài ra còn có đƣờng dây liên lạc giữa các thanh cái nhƣ sơ đồ hình 2.1, các thông số của sơ đồ mạng đƣợc cho trong bảng phụ lục 1 và 2. Sử dụng chƣơng trình max-flow đã đề xuất nhập dữ liệu vào chƣơng trình theo các thông số lƣới điện đã cho. Ta nhập thông số công suất các máy phát và công suất tiêu thụ tại các thanh cái, thông lƣợng của các nhánh chỉ cần nhập vào giới hạn công suất truyền tải của các nhánh tƣơng ứng. Sau khi nhập dữ liệu xong ta cho chạy chƣơng trình max-flow. Kết quả chạy chƣơng trình đƣợc thể hiện trong hình 2.2. Hình 2.2. Danh sách các đường cắt sau khi chạy chương trình tính max-flow . Từ danh sách các đƣờng cắt sau khi chạy chƣơng trình nhận thấy: Hai lát cắt thứ nhất và thứ hai là những lát cắt đi qua tập hợp nguồn phát s (nguồn phát) và phụ tải tiêu thụ t (tiêu thụ). Theo mặt cắt tối thiểu và dòng công suất cực đại ta chỉ xét những lát cắt cực tiểu có chứa các nhánh truyền tải do nút s và t là hai nút giả lập. Nhƣ vậy lát cắt có giá trị nhỏ nhất đi qua các nhánh 1-3, 2-3 và 2-t là lát cắt thứ ba với tổng trọng số tƣơng đƣơng khả năng truyền thông qua lát cắt này là 320MW. Từ đó cho thấy: với nguồn phát đƣợc coi nhƣ phát trực tiếp vào các thanh cái và tải tiêu thụ đƣợc giả định là quy về đầu các thanh cái thì vị trí lát cắt cực tiểu đi qua đƣờng dây liên lạc giữa hai thanh cái 1-3 và 2-3. Đây cũng chính là tập hợp nhánh xung yếu nhất của lƣới điện có khả năng gây nghẽn mạch hệ thống đƣợc tính toán bằng max-flow. Vấn đề quá tải hay nghẽn mạch cũng đƣợc xác định chủ yếu trên các nhánh truyền tải này. 4
5. Sử dụng phần mềm powerworld giải bài toán phân bố công suất cho sơ đồ lƣới điện ở hình 2.1. Sau khi nhập thông số và chạy chƣơng trình, kết quả cho việc giải bài toán phân bố công suất trong mạng đƣợc trình bày trong hình 2.3. Hình 2.3. Mô phỏng phân bố công suất bằng Powerworld lưới điện 3 nút. Kết quả chạy mô phỏng bằng phần mềm powerworld cho thấy, không có nhánh nào bị quá tải nhƣng nhánh truyền tải 1-3 sử dụng 83% khả năng truyền tải và có giá trị lớn nhất. Để khảo sát tính hiệu quả của TCSC trong việc điều khiển dòng công suất trong mạng. Xét các trƣờng hợp gia tăng phụ tải các nút nhƣ sau: Trƣờng hợp 1: Tăng phụ tải thanh cái 2 lên 20%. Sử dụng phần mềm powerworld giải bài toán phân bố công suất cho sơ đồ lƣới khi tăng tải thanh cái 2 lên 20%, kết quả cho việc giải bài toán phân bố công suất trong mạng đƣợc trình bày trong hình 2.4. Hình 2.4.phân bố công suất bằng Powerworld khi tăng tải thanh cái 2 lên 20% Trƣờng hợp 2: Gia tăng phụ tải thanh cái 3 lên 20%. Sử dụng phần mềm powerworld giải bài toán phân bố công suất cho sơ đồ lƣới khi tăng tải thanh cái 3 lên 20%, kết quả cho việc giải bài toán phân bố công suất trong mạng đƣợc trình bày trong hình 2.5. Hình 2.5.Phân bố công suất bằng Powerworld khi tăng tải thanh cái 3 lên 20% Trƣờng hợp 3: Tăng tải tại thanh cái 2 và 3 lên 20%. Sử dụng phần mềm powerworld giải bài toán phân bố công suất cho sơ đồ lƣới khi tăng tải thanh cái 2 và thanh cái 3 lên 20%, kết quả cho việc giải bài toán phân bố công suất trong mạng đƣợc thể hiện nhƣ hình 2.6. 5
6. Hình 2.6. Phân bố công suất khi tăng tải thanh cái 2, 3 lên 20%. Nhận xét: Trong cả ba trƣờng hợp tăng tải. Với sự kết hợp kết quả mô phỏng từ hai chƣơng trình Max – Flow và Powerworld thì nhánh 1-2 chính là nhánh quá tải. Vị trí tối ƣu để lắp đặt thiết bị bù TCSC trên lƣới điện là ngay tại nhánh công suất dƣ trên đƣờng dây lớn nhất đi đến nút quá tải đó chính là nhánh 2-3. Vị trí của TCSC đƣợc lắp đặt nối tiếp với đƣờng dây nối hai thanh cái 2-3. Với giá trị cài đặt điện dung của thiết bị bù đƣợc tính từ công thức (3.8). I.Zloop 535,14.0,1.(0,085 j0,53) ZTCSC X TCSC = I23 I 535,14.0,1 138,63 = 0,02367 + j0,148 = -0,149 Trong đó: Zloop = Z12 + Z23 + Z13 = 0,085 + 0,53j ∆I = 535,14.10% I23 = 138,63 XTCSC= -0,149 nằm trong khoảng giá trị −0,7* X line ≤ XTCSC≤0,2* X line Khi cài đặt giá trị bù của XTCSC = − 0,149 thì nhánh truyền tải 1-3 đƣợc giảm từ 107% xuống còn 98% công suất. Kết quả mô phỏng trên Powerworld đƣợc thể hiện nhƣ hình 2.7. Hình 2.7. Phân bố công suất bằng Powerworld khi có lắp đặt TCSC. 3.2. Khảo sát lưới điện 500KV Việt Nam: 6
7. Hình 3.1. Lưới điện 500KV Việt Nam. Các thông số điện của sơ đồ mạng đƣợc cho trong bảng 4.7, 4.8, 4.9, 4.10. MÁY PHÁT GEN MW GEN MVA HÒA BÌNH 5225.58 655.51 SƠN LA 2090 53.3 PITOONG 657.63 67.14 QUÃNG NINH 340 964.33 PLEIKU 1200 160.56 ĐẮCKNÔNG 335 99.22 PHÚ MỸ 2215 343.55 Ô MÔN 600 256.71 Bảng 3.1. Thông số máy phát. Thanh cái Thanh cái R (  ) X(  ) B Lim A MVA số mạch HOA BINH PITOONG 0.00245 0.02225 2.6127 2000 1 HOA BINH NHO QUAN 0.00106 0.0096 0.9352 2500 2 SON LA PITOONG 0.00006 0.00054 0.0592 1250 2 NHO QUAN SON LA 0.0033 0.0276 3.2749 1732 1 PITOONG QUANG NINH 0.00178 0.01612 1.87976 2186 1 DOC SOI DA NANG 0.00093 0.00093 2.33792 2186 1 DOC SOI PLEIKU 0.00647 0.07737 8.1097 2186 2 THUONG TIN QUANG NINH 0.00111 0.00998 1.15842 2186 2 NHO QUAN THUONG TIN 0.00089 0.00798 0.92557 2646 2 HA TINH NHO QUAN 0.00334 0.03064 3.6468 1250 2 DA NANG HA TINH 0.00433 0.04404 4.1437 1250 2 DA NANG PLEIKU 0.00139 0.01251 1.45467 2186 1 7
8. PLEIKU DI LINH 0.00358 0.03297 3.94327 2183 2 PLEIKU DACKNONG 0.00194 0.0193 2.2353 2646 2 DI LINH TAN DINH 0.00207 0.01877 2.19507 2183 2 DACKNONG PHU LAM 0.00247 0.02246 2.6381 2646 2 TAN DINH PHU LAM 0.00166 0.01659 1.4641 2646 1 PHU LAM NHA BE 0.00019 0.00189 0.16833 1732 2 PHU LAM O MON 0.00791 0.0246 1.16007 2646 1 NHA BE PHU MY 0.00053 0.00475 0.422 2646 2 NHA BE O MON 0.00164 0.017 1.57 2186 1 Bảng 3.2. Thông số nhánh. Ta sử dụng chƣơng trình max-flow đã đề xuất nhập dữ liệu cho chƣơng trình theo các thông số trong các bảng trên và chạy chƣơng trình tính toán max-flow, ta xác định đƣợc mặt cắt tối thiểu đi qua các nhánh sau: HOÀ BÌNH-PITOONG, SƠN LA-NHO QUAN VÀ PITOONG-QUÃNG NINH ( Fmin 7192 ). Đây cũng chính là tập hợp các nhánh có khả năng gây nghẽn mạch hệ thống đƣợc tính toán bằng chƣơng trình max-flow. Vấn đề quá tải hay nghẽn mạch cũng đƣợc xác định chủ yếu trên các nhánh truyền tải này. Sử dụng phần mềm powerworld giải bài toán phân bố công suất cho sơ đồ lƣới điện hình 5.1. Nhánh truyền tải liên lạc giữa các nút có các thông số nhƣ trong bảng 4.9. Những thông số khác của các phần tử để mặc định nhƣ chƣơng trình. Sau khi nhập thông số và chạy chƣơng trình. kết quả cho việc giải bài toán phân bố công suất trong mạng đƣợc trình bày trong các trƣờng hợp dƣới đây. Tr/hợp %Tải PΣD P P P P P P P P HB SL PIT QN PLEI PM DACK OM 1 60% 6762.8 464.57 2090 657.63 340 1200 2215 335 600 2 100% 10747 5065.59 2090 657.63 340 1200 2215 335 600 3 106% 10883 5236.08 2090 657.63 340 1200 2215 335 600 Bảng 3.3. Hoạt động của phụ tải tại các nút. Phân bố máy phát theo hoạt động của phụ tải. 2 Hàm chi phí của máy phát điện tại nút Hoà Bình: CHB 0.01PHB 9PHB 100 C 0.013P2 10P 100 Hàm chi phí của máy phát điện tại nút Sơn La: SL SL SL 2 Hàm chi phí của máy phát điện tại nút PITOONG: CPIT 0.015PPI 10PPI 100 C 0.01P2 13P 100 Hàm chi phí của máy phát điện tại nút Quãng Ninh: QN QN QN 2 Hàm chi phí của máy phát điện tại nút Pleiku : CPLEI 0.012PPLEI 13PPLEI 100 C 0.015P2 11P 100 Hàm chi phí của máy phát điện tại nút Dacknong: DACK DACK DACK 2 Hàm chi phí của máy phát điện tại nút Phú Mỹ : CPM 0.018PPM 17PPM 100 C 0.017P2 18P 100 Hàm chi phí của máy phát điện tại nút Ô Môn : OM OM OM Sử dụng phần mềm powerworld giải bài toán phân bố máy phát khi tải thay đổi lần lƣợt 60%, 100%, 105% công suất. Trƣờng hợp 1: Tải hoạt động 60% công suất. kết quả chạy mô phỏng bằng phần mềm powerworld và phân bố công suất các máy phát cho thấy không nhánh nào bị quá tải. Trƣờng hợp 2: Tải hoạt động 100% công suất. Kết quả chạy mô phỏng bằng phần mềm powerworld và phân bố lại công suất của các máy phát cho thấy: nhánh Sơn La-Nho Quan quá tải 3% (hoạt động với 103% công suất truyền tải) các nhánh còn lại không bị quá tải. Trƣờng hợp 3. tải hoạt động 105% công suất. 8
9. Kết quả chạy mô phỏng bằng phần mềm powerworld và phân bố lại công suất của các máy phát cho thấy: nhánh Sơn La-Nho Quan quá tải 6% (hoạt động với 106% công suất truyền tải) các còn lại không bị quá tải. Mô tả đồ thị phụ tải theo t trong 24h. P  D 60% 100% 106% T (giờ) 0-8 6762.8 8-12 10747 12-14 10883 14-19 6762.8 19-20 10747 20-24 6762.8 Bảng 3.4. Hoạt động của phụ tải cho một ngày làm việc được tính theo thời gian trong một ngày đêm (24 giờ). Theo bảng 3.4 và đồ thị phụ tải hoạt động trong ngày kết hợp với mô phỏng powerworld cho thấy rằng trong thời gian đầu khi tải đang hoạt động với 60% công suất thì hệ thống chƣa bị quá tải, thời gian xảy ra quá tải hệ thống là khi tải hoạt động từ 100% đến 106% công suất. Ƣớc lƣợng thời gian gây sự cố quá tải trong một ngày đêm là 7 h. Đồ thị phụ tải: Hình 3.2. Phụ tải một ngày làm việc. Do chỉ có trƣờng hợp phụ tải tải tăng 100% và 105% công suất mới gây quá tải cho hệ thống nên ta chỉ xét hai trƣờng hợp này. Dùng phần mềm Powerworld tính toán chi phí phát điện cho các trƣờng hợp tăng công suất phụ tải gây quá tải cho lƣới điện ứng với đồ thị phụ tải đƣợc cho trong hình 3.2 với trƣờng hợp bỏ qua điều kiện ràng buộc quá tải trên nhánh. C1(t), C1(t=24h). Kết quả đƣợc thể hiện trong bảng 3.5. Chi phí cho Công suất điều độ máy phát điện (MW) Thời gian T Nhánh từng gây quá tải H quá tải trường hợp P P P PQN P P P P (h) HB SL PIT PLEI PM DACK OM ($/ngày) . Nhánh 5 2 5065.59 2090 657.63 340 1200 2215 335 600 539,365 5 SL-NQ . Nhánh 2 3 5236.08 2090 657.63 340 1200 2215 335 600 558,418 2 SL-NQ TỔNG CHI PHÍ C1 (t) ($/ngày) 1,097,783 Bảng 3.5. Chi phí phát điện bỏ qua điều kiện ràng buộc quá tải trên nhánh. Dùng phần mềm Powerworld tính toán chi phí phát điện tối ƣu cho các trƣờng hợp tăng công suất phụ tải có gây quá tải cho lƣới điện ứng với đồ thị phụ tải đƣợc cho trong hình 3.6 trong trƣờng hợp có xét đến điều kiện ràng buộc quá tải trên nhánh. C2(t), C2(t=24h). Kết quả đƣợc thể hiện trong bảng 3.6. Công suất điều độ máy phát điện (MW) Thời gian Chi phí cho Nhánh TH gây quá tải từng trường pDACK quá tải P P P PQN P p p (h) hợp ($/ngày) HB SL PIT PLEI PM OM 2 5073 2100 657.63 340 1200 2215 335 600 . Nhánh 589,140 5 9
10. 5 SL-NQ . Nhánh 2 3 5110 2120 660 343 1207 2215 338 607 538,300 2 SL-NQ TỔNG CHI PHÍ C2 (t) ($/ngày) 1,127,440 Bảng 3.6. Chi phí phát điện có xét đến điều kiện ràng buộc quá tải trên nhánh. Vị trí và giá trị đặt của TCSC: Trường hợp 2: Tải hoạt động 100% công suất. Vị trí của TCSC đƣợc đặt trên nhánh SƠN LA-NHO QUAN với giá trị cài đặt đƣợc tính theo công thức 1.3 nhƣ sau : ISL NQ ZLoop 300 0.00631 j0.05492 ZTCSC XTCSC (0.0012 j0.0105)() I I 300 1271 SL NQ SL NQ Trong đó: ∆I = 300A X X X X Zloop = SL NQ HB NQ HB PIT SL PIT = 0.00631+j0.05492() I SL NQ = 1271A Khi cài đặt giá trị bù của XTCSC = − 0.0105 thì đƣa đƣờng dây truyền tải nhánh HOÀ BÌNH-NHO QUAN trở về hoạt động với 100% công suất. Trường hợp 3: tải hoạt động 105% công suất. Vị trí của TCSC đƣợc đặt trên nhánh SƠN LA-NHO QUAN với giá trị cài đặt đƣợc tính theo công thức 3.8 Chƣơng 3 nhƣ sau : ISL NQ ZLoop 350 0.00631 j0.05492 ZTCSC XTCSC (0.0013 j0.0115)() I I 350 1315 SL NQ SL NQ Trong đó: ∆I = 350A I SL NQ = 1315A Z Z Z Z Z 0.0063 j0.05492() Loop SL NQ NQ HB HB PIT PIT SL Khi cài đặt giá trị bù của XTCSC = − 0,0115 thì đƣa đƣờng dây truyền tải nhánh HOÀ BÌNH-NHO QUAN trở về hoạt động với 97% công suất. Tính thời gian thu hồi vốn lắp TCSC: Chạy phân bố công suất bằng phần mềm powerworld khi tải hoạt động 105% công suất lúc này lắp đặt TCSC trên nhánh SƠN LA-NHO QUAN với dung lƣợng lớn nhất để chống quá tải, dòng điện đi qua nhánh SƠN LA- I 1615A NHO QUAN ở trƣờng hợp 3 là SL NQ . Dung lƣợng của TCSC có thể điều chỉnh để bù khi tải hoạt động 100% và 106% công suất trong khoảng −0,0105≤XTCSC≤−0,011. Chi phí mua TCSC: Q 3I 2 X 3 1516 2 0.011 75,842.45(KVAR) TCSC SL TCSC Theo bảng chi phí thiết bị ta có: C Q M 5,308,971($) TCSC TCSC TCSC Chi phí phát điện tối ƣu có xét đến Chi phí phát điện tối ƣu bỏ qua điều CHI PHÍ điều kiện ràng buộc quá tải trên nhánh kiện ràng buộc quá tải trên nhánh ($/ngày) ($/ngày) Tổng 1,127,440 1,097,783 Tích lũy/ngày 29,657$ Mua TCSC (CTCSC) 5,308,971 $ Điểm hoàn Vốn (H) 179 ngày Bảng 3.7. Thời gian hoàn vốn. 10
11. Điểm hoàn vốn (H) đƣợc xác định theo đồ thị dƣới đây : Tiền ($) (2) (1) CTCSC = 5,308,971 0 H = 179 Ngày Hình 5.10. Điểm hoàn vốn khi lắp TCSC Trong đó : (1) là đƣờng chi phí mua TCSC. (2) là đƣờng lợi nhuận tích lũy. Nhận xét : Với giá trị cài đặt thiết bị bù TCSC trên nhánh SƠN LA-NHO QUAN từ -0,0105 XTCSC -0,011, hầu hết quá tải hệ thống đều đƣợc TCSC điều khiển giải trừ một cách hiệu quả và khả năng truyền tải của HTĐ cũng đƣợc tăng lên từ 100% đến 106% công suất. Khi vận hành hệ thống khi có lắp đặt TCSC càng lâu (n ngày) thì lợi nhuận càng cao, trƣớc điểm H là thời gian tích lũy để hoàn vốn, sau điểm H là thời gian lợi nhuận thu đƣợc. Trong trƣờng hợp sử dụng TCSC thời gian dài hơn 179 ngày thì lợi nhuận thu đƣợc sẽ rất cao. Vị trí và dung lƣợng tối ƣu của TCSC cho lƣới điện lƣới điện 500KV là trên nhánh SƠN LA-NHO QUAN với giá trị cài đặt nhƣ bảng 3.8. Công suất qua . nhánh G Giá trị bù HOÀ BÌNH – PPLEI PDACK XTCSC trên NHO QUAN TH P D PHB PSL PPIT PQN PPM POM nhánh SL.- . T S NQ Trƣớc Sau bù () bù (%) (%) 2 11515 3.090 3.120 880 340 1200 2215 335 600 −0,0105 103 100 3 12083 3.520 3.120 1.226 343 1207 2215 338 607 −0,011 106 99 Bảng3.8. Giá trị XTCSC và tỷ lệ giảm công suất quá tải trên lưới điện 500KV Việt Nam. 4. Kết luận: Bài báo đã đƣa ra phƣơng pháp xác định vị trí hợp lý của TCSC để chống nghẽn mạch bằng phƣơng pháp mặt cắt tối thiểu của Ford – Fulkerson để tìm tập hợp các nhánh có khả năng xuất hiện sự cố quá tải trong hệ thống điện, mục đích của việc này là giảm không gian tìm kiếm dữ liệu ban đầu, giúp quá trình tìm kiếm và xử lý nhanh hơn để nâng cao khả năng truyền tải cũng nhƣ tính ổn định tĩnh của hệ thống từ đó giảm đƣợc chi phí sản xuất điện. Đồng thời xác định đƣợc vị trí và dung lƣợng TCSC bằng biểu thức toán học. Phƣơng pháp đề xuất có thể áp dụng cho lƣới đơn giản lẫn lƣới điện truyền tải phức tạp. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Hoàng Sơn, “Xác Định Vị Trí Của UPFC Trên Lƣới Điện Truyền Tải”, luận văn thạc sĩ- Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh, 2008. [2]. ThanhLong Duong, Jianggang Jao, Viet Anh Truong, “Optimal placement of TCSC base on Min-cut algorithm for congestion management in deregulated electricity market”. [3]. Lê Hữu Hùng, Công ty Truyền tải Điện 2 – EVN, Đinh Thành Việt, Trƣờng Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng, “Nghiên cứu ảnh hƣởng của tụ bù dọc 500KV đến ổn định điện áp của hệ thống điện Việt Nam và giải pháp ứng dụng TCSC để nâng cao hiệu quả vận hành”. [4]. Sidhartha Panda and Narayana Prasad Padhy, “Matlab/simulink Based Model of Single-Machine Infinite-Bus With TCSC for Stability Studies and Tuning Employing GA”, International Journal of Computer Science And Engineering 1;1 © www.waset.org winter 2007. [5]. K. Vijayakumar and R.P. Kumudinidevi, “A Hybird Genetic Algorithm for Optimal Power Flow Incorporating FACTS Devices”, Asian Juournal of Scientific Research 1 (4): 403-411, 2008 ISSN 1992-1454 © 2008 Asian Network for Scientific Information. [6]. Sidhartha Panda, R.N.Patel, N.P.Padhy, “Power System Stability Improvement by TCSC Controller Employing a Multi-Objective Genetic Algorithm Approach”, International Journal of Intelligent Systems and Technologies 1;4 © www.waset.org fall 2006. [7]. Ashok Kumar Mehta, Dipak Ray, Bhattacharya, “Application of Reliability Analysis on Expansion of Transmission System”, International Journal of Recent Trends in Engineering, vol. 1, no. 2, may 2009. 11
12. [8]. H. Shayeghi, M. Mahdavi, H. Haddadian, “DCGA Based-Transmission Network Expansion Planning Considering Network Adequacy”, International Journal of Information Technology 4;4 © www.waset.org fall 2008. [9]. L.R.Ford and D.R.Fulkerson, “Maximal Flows Through a Network”, Can.J.Math.8, 399-404, 1956 [10]. A. Arunya Revathi, N.S. Marimuthu, P.S. Kannan and V. Suresh Kumar “Optimal Active Power Flow with Facts Devices Using Efficient Genetic Algorithm” Department of EEE, A.C College of Engineering and Technology, Karaikudi-04, India (N.T). Department of EEE, Govemment College of Engineering, Tirunelveli, India (N.T). Department of EEE, Thiagaraja College of Engineering, Madurai-15, India (N.T); International Journal of Electrical and Power Engineering 2 (1): 55-63, 2008. [11]. S. Sutha, and N. Kamaraj “Optimal Location of Multi Type Facts Devices for Multiple Contingencies Using Particle Swarm Optimization”; International Journal of Electrical Systems Science and Engineering 1;1 © www.waset.org winter 2008. [12]. Sidhartha Panda, N.P.Padhy, R.N.Patel, “Genetically Optimized TCSC Controller for Transient Stability Imporvement”, International Journal of Computer, Information, and Systerms Science, and Engineering 1;1 © www.waset.org winter 2007. [13]. Mechthild Stoer and Frank Wagner, A Simple Min-Cut Algerithm, Journal of The ACM, vol.44, No. 4, pp.585-591. July 1997. [14]. Seyed Abbas Taher, Hadi Bsharat, “Transmission Congestion Management by Determining Optimal Location of FACTS Devices in Deregulated Power Systems”; Department of Electrical Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran; American Journal of Applied Sciences 5 (3): 242-247,2008. [15]. Hadi Saadat, “Power System Analysis”, mcGRAW-hill International Editions 1999. [16]. Garng Huang and Tong Zhu, “TCSC as a Transient Voltage Stabilizing Controller”, Department of Electrical Engineering Texas A&M University College Station, TX 77840, USA, 2001. [17]. R. Benabid Nuclear Center Research of Birine B.P. 180, 17200, Djelfa Algeria and M. Boudour, Deparment of Electrical Engineering University of Sciences & Technology Houari Boumediene El Alia , BP.32, Bab Ezzouar, 16111, Algiers, “Optimal Location and Size of SVC and TCSC for Multi-Objective Static Voltage Stability Enhancement”. [18]. M.A. Khaburi, M.R. Haghifam. A Probabilistic Modeling Based Approach for Total Transfer Capability Enhancement Using FACTS Devices. Electrical Power and Energy Systems xxx (2009) xxx–xxx. 12
13. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.