Luận văn Nghiên cứu phương pháp mặt cắt tối thiểu chống quá tải trong hệ thống điện (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu phương pháp mặt cắt tối thiểu chống quá tải trong hệ thống điện (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP MẶT CẮT TỐI THIỂU CHỐNG QUÁ TẢI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH SVTH: TRẦN XUÂN BÁCH MSSV: 11142212 SVTH: NGUYỄN VIỆT HƯNG MSSV: 11142234 S K L 0 0 4 2 7 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUÂ T TH NH PHỐ HỒ CH MINH KHOA Đ O TẠO CHẤT LƢ NG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP MẶT CẮT TỐI THIỂU CHỐNG QUÁ TẢI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SVTH1: TRẦN XUÂN BÁCH MSSV: 11142212 SVTH2: NGUYỄN VIỆT HƢNG MSSV: 11142234 Khóa: 2011 – 2015 Ngành: CN – KT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS TRƢƠNG VIỆT ANH Tp. Hồ Ch Minh, tháng 1 năm 2016
3. ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA Đ O TẠO Độc lập – Tự do – Hạnh phúc CHẤT LƢ NG CAO www.fhq.hcmute.edu.vn Tp. Hồ Ch Minh, ngày tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: TRẦN XUÂN BÁCH MSSV: 11142212 NGUYỄN VIỆT HƢNG MSSV: 11142234 Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Lớp: 11142CLC Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS TRƢƠNG VIỆT ANH ĐT: 0913117659 1. Tên đề tài : “NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP MẶT CẮT TỐI THIỂU CHỐNG QUÁ TẢI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN” 2. Các số liệu ban đầu : 3. Nội dung các phần thuyết minh: 4. Các bản vẽ đồ thị: 5. Ngày nhận đề tài: .10/2015 6. Ngày nộp đề tài: 01/2016 Ngày tháng năm 2016 Ngày tháng năm 2016 Chủ nhiệm bộ môn Giáo Viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) (Ký & ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc i
4. PHI NH N T GIÁO VI N H NG N Họ và tên sinh viên: TRẦN XUÂN BÁCH MSSV: 11142212 NGUYỄN VIỆT HƢNG MSSV: 11142234 Ngành: CN – KT Điện, Điện tử Tên đề tài: NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP MẶT CẮT TỐI THIỂU CHỐNG QUÁ TẢI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Họ và tên Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS TRƢƠNG VIỆT ANH NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài và khối lƣợng thực hiện 2. Ƣu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại 6. Điểm (Bằng chữ ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Giáo viên hƣớng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ii
5. Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIÊ U NH N XÉT GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên: TRẦN XUÂN BÁCH MSSV: 11142212 NGUYỄN VIỆT HƢNG MSSV: 11142234 Ngành: CN – KT Điện, Điện tử Tên đề tài: NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP MẶT CẮT TỐI THIỂU CHỐNG QUÁ TẢI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Họ và tên Giáo viên phản biện: TS. LÊ MỸ H NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài và khối lƣợng thực hiện 2. Ƣu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại 6. Điểm (Bằng chữ ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Giáo viên phản biện (Ký và ghi rõ họ tên) iii
6. LỜI ẢM ƠN Trƣớc tiên chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS TRƢƠNG VIỆT ANH, ngƣời đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo nhóm trong suốt thời gian làm luận văn. Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong khoa Điện và khoa Đào tạo Chất lƣợng cao đã tận tình chỉ bảo giúp em hoàn thành tốt luận văn này. Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô, những ngƣời đã giảng dạy và truyền đạt cho chúng em những tri thức khoa học giúp em trƣởng thành trong suốt quá trình theo học tại trƣờng. Ngoài ra chúng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em đạt đƣợc thành quả ngày hôm nay. Trong quá trình nghiên cứu và làm đồ án, vì chƣa có kinh nghiệm thực tế, chỉ dựa vào lý thuyết đã học cùng với thời gian hạn hẹp nên đồ án chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót. K nh mong nhận đƣợc sự góp ý, nhận xét từ ph a quý Thầy, Cô cũng nhƣ anh, chị đi trƣớc để kiến thức của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn và rút ra đƣợc những kinh nghiệm bổ ch có thể áp dụng vào thực tiễn một cách hiệu quả trong tƣơng lai. Chúng em xin chân thành cảm ơn! iv
7. TÓM TẮT Những hệ thống điện hiện hữu luôn tồn tại các nhánh xung yếu nhất có khả năng dẫn đến quá tải thƣờng xuyên. Khi mạng lƣới truyền tải điện bị quá tải sẽ là một trong những nguyên nhân dẫn đến hệ thống bị sụp đổ. Bằng nhiều giải pháp, các nhà cung cấp điện luôn tìm cách giảm suất sự cố để hệ thống điện về gần với trạng thái ổn định. Một trong những giải pháp đƣợc đề cập trong nội dung nghiên cứu này là ứng dụng t nh hiệu quả của TCSC trong điều khiển dòng công suất trên lƣới điện để chống quá tải. Để giải quyết bài toán đặt ra, nội dung nghiên cứu đƣợc trình bày nhƣ sau. Nghiên cứu lý thuyết mặt cắt tối thiểu, ứng dụng giải thuật của chƣơng trình max-flow xác định tập hợp những nhánh yếu nhất của hệ thống điện, mở ra nhiều hƣớng nghiên cứu mới cho bài toán chống quá tải. Nội dung nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, vấn đề cốt lõi của bài toán chống quá tải là làm sao xác định đƣợc điểm quá tải thƣờng xuyên. Giải thuật đã đề xuất giải quyết đƣợc vấn đề này. Hƣớng tiếp cận mới trong nội dung nghiên cứu này ch nh là sự kết hợp giữa giải thuật đề xuất và phần mềm giải bài toán phân bố công suất Powerworld cùng với t nh năng ƣu việt của TCSC để chống quá tải hệ thống điện. Kết quả của sự kết hợp là lƣu đồ xác đinh vị tr và dung lƣợng bù tối ƣu của TCSC trên lƣới điện truyền tải. T nh hiệu quả và khả năng ứng dụng của giải pháp đã đề xuất đƣợc kiểm chứng trên hệ thống điện truyền tải. v
8. ABSTRACT The existing electrical system there is always the most critical branch is likely to lead to frequent overload. When the transmission network will be one of the causes leading to system collapse. By many measures, the power supply always looking for ways to reduce the problem to the system capacity close to the steady state. One of the solutions mentioned in the content of this research is the effective application of TCST control power flows of the gird to overload. To slove the problem posed, research contents are as flows. Research minimum cut-set theoretically, suggested max-flow algorithms application to determine collect electrical system’s most weak branchs open up many new research problems against overload. Content research also indicates that, matter of anti-overload problem is how to define such overload often. Algorithms proposed solving this problem. Approaches in the contens of this research is the combination of proposed algorithms and software power distribution calculation Powerworld with premium features of TCSC to flight overload the electrical system. The result of the combination is to locate and map the optimal compensation of TCST capacity os the transmission gird The effectiveness and the applicability of the proposed solution has been tested on the electricity transmission system vi
9. Mục lục NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHI U NH N X T CỦA GIÁO VI N HƢỚNG D N ii PHIÊ U NH N XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi DANH MỤC CÁC CHỮ VI T TẮT ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH xi CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 . ĐẶT VẤN ĐỀ: 1 1.1.1 . Mục tiêu và giới hạn của đề tài: 2 1.1.2 . Giá trị thực tiễn của đề tài: 3 1.2 . NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN: 3 1.3 . CÁC CÔNG TRÌNH NGHI N CỨU TRƢỚC ĐÂY: 5 1.3.1 . Điều độ kế hoạch nguồn phát điện: 5 1.3.2 . Điều độ tải: 6 1.3.3 . Mở rộng đƣờng dây truyền tải: 7 1.4 . CÁC THI T BỊ FACTS: 9 1.4.1 . Bộ bù công suất Var tĩnh SVC (Static Var Compensator): 9 1.4.2 . Bộ bù đồng bộ tĩnh STATCOM (Static Synchronous Compensator): 11 1.4.3 . Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh – SSSC: 13 1.4.4 . Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất - UPFC (Unified Power Flow Controlled): 13 1.4.5 . Bộ bù dọc điều khiển bằng Thyristor TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor): 14 1.5 . ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN SỬ DỤNG TCSC: 16 1.5.1 . Giải quyết để hết quá tải khi tăng tải: 16 1.5.2 . Nhận xét: 19 1.6 . NH N X T VÀ ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG MẶT CẮT TỐI THIỂU: 19 vii
10. 1.6.1 . Nhận xét: 19 1.6.2 . Đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu: 21 1.6.2.1 . Giới thiệu: 21 1.6.2.2 . Lý thuyết về mặt cắt tối thiểu dòng công suất cực đại: 23 1.7 . ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN: 24 CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH TOÁN HỌC 30 2.1. BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT: 30 2.2. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MẶT CẮT TỐI THIỂU: 34 2.2.1. Giải thuật: 34 2.2.2. Nhận xét: 35 2.3. LƢU ĐỒ XÁC ĐỊNH MẶT CẮT TỐI THIỂU – LUỒNG CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI: 36 2.3.1. Nguyên lý: 36 2.3.2. Nhận xét: 42 2.4. XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CỦA TCSC: 42 2.5. DUNG LƢỢNG BÙ TCSC: 44 2.6. LƢU ĐỒ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƢỢNG TCSC: 45 2.7. LI N K T GIỮA MATLAB VÀ EXCEL: 48 CHƢƠNG 3: CÁC V DỤ MÔ PHỎNG CỤ THỂ 52 3.1 . SƠ ĐỒ LƢỚI ĐIỆN 7 BUS: 52 3.2 . SƠ ĐỒ LƢỚI ĐIỆN 14 BUS: 60 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN 70 4.1 . K T LU N: 70 4.2 . HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: 71 viii
11. NH MỤ Á HỮ VI T TẮT OPF: Optimal Power Flow FACTS: Flexible Alternating Current Transmission System TCSC: Thyristor Controlled Series Capacitor TCPST: Thyristor Controlled Phase Shifting Transformer TCVR: ThyristorControlled Voltage Regulator TCR: Thyristor Controlled Reactor SVC: Static Var Compensator STATCOM: Static Synchronous Compensator UPFC: Unified Power Flow Controlled ix
12. NH MỤ CÁC BẢNG BIỂ Bảng 1.1 : Chi ph đầu tƣ trên 1KVAr của các thiết bị FACTS. 20 Bảng 1.2: Vị tr và thông lƣợng của các lát cắt. 26 Bảng 1.3: Các trƣờng hợp xảy ra vị tr lát cắt. 27 Bảng 3.1: Thông số các máy và tải phát đƣợc cho nhƣ sau: 53 Bảng 3.2: Thông số các đƣờng dây đƣợc cho nhƣ sau: 53 Bảng 3.3: Thông số công suất phát và tiêu thụ của lƣới điện 14 nút. 61 Bảng 3.4: Thông số trên các đƣờng dây truyền tải lƣới điện 14 thanh cái 62 x
13. NH MỤ Á HÌNH ẢNH Hình 1.1: V dụ 2 nút bị nghẽn mạch. 7 Hình 1.2: V dụ 2 nút sau khi đƣợc loại bỏ nghẽn mạch. 7 Hình 1.3: Nguyên tắc điều khiển SVC trong ổn định hệ thống điện. 10 Hình 1.4: Dao động công suất trong trƣờng hợp không có SVC và có SVC. 10 Hình 1.5: Cấu hình cơ bản nhất của SVC. 11 Hình 1.6: Cấu hình nâng cao của SVC là TCR + TSC + FC. 11 Hình 1.7: Sơ đồ mạch điều khiển sử dụng STATCOM 12 Hình 1.8: Nguyên tắc điều khiển trào lƣu công suất của STATCOM. 12 Hình 1.9: Sơ đồ kết nối SSSC với hệ thống điện 13 Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý điều khiển của UPFC. 13 Hình 1.11: Sơ đồ cấu tạo của TCSC. 15 Hình 1.12: Mô hình đƣờng dây truyền tải có lắp đặt TCSC. 17 Hình 1.13: Đơn giản hoá mô hình TCSC trên nhánh i-j 17 Hình 1.14: Chi ph đầu tƣ vận hành theo công suất bù 20 Hình 1.15: Mối quan hệ giữa nguồn và tải. 22 Hình 1.16: Sơ đồ mạng với nguồn phát (s), tải thu (t) và hai nút trung gian. 23 Hình 1.17: Mô hình hoá mạng với một số lát cắt tiêu biểu. 24 Hình 1.18: Mô hình hệ thống điện đơn giản. 25 Hình 1.19: Mô hình hoá sơ đồ mạng điện truyền tải 2 nút 26 Hình 1.20: Vị tr và thông lƣợng các lát cắt trên sơ đồ mô hình hóa. 26 Hình 1.21: Vị tr của lát cắt cực tiểu trên mạng mô hình hoá. 27 Hinh 2.1: Mô hình truyền tải điện trên 2 nhánh song song. 30 Hinh 2.2: Mô phỏng phân bố công suất trên lƣới điện bằng Powerworld. 32 Hinh 2 3: Mô phỏng phân bố lại công suất trên lƣới khi có thiết bị bù. 33 Hinh 2 4: Lƣu đồ giải thuật xác đinh luồng cồn suất cực đại. 38 Hinh 2 5: Đồ thị vô hƣớng 8 nút. 39 Hình 3.1: Sơ đồ lƣới điện 7 thanh cái. 53 Hình 3.2: Nhập matran cho chƣơng trình từ excel 54 Hình 3.3: Kết quả chạy chƣơng trình Mincut_Maxflow. 55 xi
14. Hình 3.4: Kết quả mô phỏng 100% tải. 55 Hình 3.5: Kết quả mô phỏng sau khi tăng tải. 56 Hình 3.6: Kết quả mô phỏng điều độ máy phát chấp nhận quá tải đƣờng dây. 57 Hình 3.7: Kết quả mô phỏng điều độ máy phát không chấp nhận quá tải đƣờng dây. 57 Hình 3.8: Kết quả mô phỏng sau khi đặt TCSC trong trƣờng hợp bị quá tải. 58 Hình 3.9: Kết quả mô phỏng sau khi đặt TCSC trong trƣờng hợp 100% tải. 59 Hình 3.10: Đồ thị thể hiện thời gian thu hoàn vốn lắp đặt TCSC 60 Hình 3.11: Sơ đồ lƣới 14 bus. 61 Hình 3.13: Kết quả chạy đƣợc từ chƣơng trình Mincut_Maxflow. 64 Hình 3.14: Kết quả mô phỏng 100% tải. 65 Hình 3.15: Kết quả mô phỏng khi quá tải. 65 Hình 3.16: Kết quả mô phỏng khi tăng tải 10%. 66 Hình 3.17: Kết quả mô phỏng khi điều độ máy phát sao cho đƣờng dây không bị quá tải. 66 Hình 3.18: Kết quả mô phỏng khi điều độ máy phát sao cho chi ph bé nhất. 67 Hình 3.19: Kết quả mô phỏng sau khi lắp đặt TCSC 68 Hình 3.20: Đồ thị thể hiện thời gian thu hoàn vốn lắp đặt TCSC. 68 xii
15. CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 . ĐẶT VẤN ĐỀ: Ngày nay, khi mà các nguồn tài nguyên thiên nhiên sẵn có không đủ đáp ứng nhu cầu về năng lƣợng ngày càng tăng của con ngƣời; bên cạnh việc tìm kiếm những nguồn tài nguyên và nhiên liệu mới thay thế thì việc quy hoạch, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên sẵn có cũng là vấn đề quan tâm hàng đầu của ngành công nghiệp điện năng. Một trong những kh a cạnh đó là việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào quản lý và vận hành lƣới điện sao cho tổng chi ph sản xuất vận hành lƣới điện là nhỏ nhất để giá thành tới ngƣời sử dụng là thấp nhất. Điều này là hợp lý khi hình thành một thị trƣờng mới mẻ - thị trƣờng điện. 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 đƣờngdây 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 giải quyết bài toán quá tải nhƣ: Điều chỉnh công suất phát của nhà máy, xây dựng các đƣờng dây song song sử sửdụng các thiết bị bù công suất phản kháng tại chỗ nhƣng các giải pháp này không đảm bảo đƣợc chi ph là thấp nhất nên không thoả điều kiện giảm giá thành sản xuất điện năng. 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 ch 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 1
16. hạn chế đƣợc quá tải trên đƣờng dây từ đó làm giảm chi ph sản xuất điện năng, tăng giá trị phúc lợi xã hội. Vấn đề là chọn thiết bị FACTS nào là thoả mãn chi ph nhỏ nhất. Qua thực nghiệm cho thấy khả năng điều khiển điện áp, điều khiển trào lƣu công suất và cải thiện ổn định điện áp tại các nút của TCSC là tốt hơn so với dùng tụ bù dọc SVC; chi phí đầu tƣ trên một đơn vị công suất bù của TSCS cũng nhỏ hơn so với các loại thiết bị khác. Tuy nhiên chi ph cho một thiết bị bù TCSC không nhỏ, do đó không thể lắp đặt trên toàn bộ hệ thống truyền tải điện. Với mục tiêu tổng chi ph vận hành và điều khiển hệ thống điện bao gồm: chi ph phát điện, chi ph truyền tải phân phối, chi ph cho thiết bị bù TCSC phải nhỏ nhất. Do đó cần xác định vị tr lắp đặt thiết bị bù TCSC trên mạng phân phối truyền tải điện để đồng thời giải quyết đƣợc cả hai vấn đề; kinh tế và kỹ thuật. Trên cơ sở những kết quả của các công trình nghiên cứu trƣớc đây đã đạt đƣợc, đề tài “NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP MẶT CẮT TỐI THIỂU CHỐNG QUÁ TẢI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN” với mục đ ch xây dựng giải thuật tìm kiếm vị tr tối ƣu của TCSC giải quyết những hạn chế của các công trình nghiên cứu trƣớc đây. 1.1.1 . Mục tiêu và giới hạn của đề tài: - Mục tiêu của đề tài: Tìm hiểu về thuật toán tìm luồng công suất cực đại. Nguyên lý cấu tạo, hoạt động và mô hình toán của TCSC. Vị tr tối ƣu của TCSC trên lƣới điện truyền tải. Ứng dụng thực tế và so sánh với một số công trình nghiên cứu về OPF. - Giới hạn đề tài: Nghiên cứu về thuật toán luồng công suất cực đại. Sử dụng TCSC để điều khiển phân bố dòng công suất trên lƣới điện. Xác định vị tr tối ƣu của TCSC trên lƣới điện truyền tải. Ứng dụng thuật toán cho bài toán cụ thể. 2
17. - Điểm mới của đồ án: Xây dựng thuật toán tìm luồng phân bố công suất cực đại Xây dựng giải thuật trên chƣơng trình matlab nên tổng quát hơn các nghiên cứu trƣớc. 1.1.2 . Giá trị thực tiễn của đề tài: Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thiết bị FACTS (Flexible AC Transmission Systems) trên lƣới điện truyền tải, khả năng điều khiển dòng công suất trên lƣới điện và những tiện ch của việc xác định vị tr các thiết bị FACTS trên đƣờng dây so với việc đặt các thiết bị điều khiển tại các nút nhƣ thế nào. Ch nh vì vậy mà đề tài “NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP MẶT CẮT TỐI THIỂU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN” sẽ cho cái nhìn tổng quan về vấn đề phân bố tối ƣu luồng công suất. Với kết quả thu đƣợc từ việc nghiên cứu đề tài có thể: Ứng dụng cho các mô hình hay lƣới điện bất kỳ. Sử dụng làm tài liệu tham khảo khi vận hành lƣới điện với thiết bị FACTS. Sử dụng làm tài liệu tham khảo cho bài giảng môn học cung cấp điện. 1.2 . NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN: Trong quá trình vận hành hệ thống điện trong thị trƣờng điện, chi ph của tổ máy phát thứ i trong nhà máy điện là: 2 CPPPi() gi 0 i gi 1 i gi 2 i (1.1) Pgi: công suất phát của tổ máy thứ i. 0i, 1i, 2i: Hệ số chi ph của máy phát i. Do đó tổng chi ph của các nhà máy phát điện đƣợc t nh theo biểu thức: CCPG  i() gi (1.2) Mục tiêu của các nhà máy sản xuất điện năng là tìm cách giảm chi ph sản xuất điện sao cho tổng chi ph phát điện phải là nhỏ nhất: 3
18. C1 Minimum Ci() P gi (1.3) Giá thành điện năng là tổng chi ph để sản xuất ra một đơn vị điện năng. Giá điện bao gồm các chi ph nguồn phát, truyền tải đến nơi tiêu thụ cộng với các chi ph khác hình thành nên giá bán điện trên thị trƣờng. Do đó giá bán điện đƣợc xác định t nh 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 ph của hệ thống điện, nghĩa là tìm cách đƣa tổng chi ph 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 ph 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 PPGi L (1.4) i 1 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 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 ph cho sản xuất ra một đơn vị ' điện năng trong trƣờng hợp này theo biểu thức (2.3) sẽ là CCPC21  i() gi . 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 ph sản xuất (C1). Tuy nhiên bài toán này gặp khó khăn vì gặp giới hạn của các đƣờng dây tải 4
19. 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 ph tăng cao (C2) làm cho C2 > C1. Để giảm chi ph 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 ch nh xác vị tr 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 ph thiết bị và việc giảm chi ph sản suất điện năng. Những phân t ch trên cho thấy: khi có sự thay đổi phụ tải hay sự cố hệ thống điện sẽ dẫn tới giá bán điện trên thị trƣờng tăng lên do chi ph sản xuất điện tăng. Cho dù vận hành lƣới điện ở bất kỳ trạng thái nào thì các nhà máy sản xuất điện luôn tìm cách đƣa các chi ph C2 trở về gần với trạng thái ban đầu nhất: C2 C1. 1.3 . CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRƢỚC ĐÂY: 1.3.1 . Điều độ kế hoạch nguồn phát điện: Phân bố công suất tối ƣu (OPF) là kỹ thuật quan trọng nhất để đạt đƣợc các mô hình phát điện chi ph nhỏ nhất trong một hệ thống điện với các điều kiện ràng buộc truyền tải và vận hành có sẵn. Vai trò của trung tâm vận hành hệ thống độc lập (ISO) trong thị trƣờng cạnh tranh là điều độ điện năng đáp ứng hợp đồng giữa các bên tham gia thị trƣờng. Với xu hƣớng phát triển của nền kinh tế và đất nƣớc, các phụ tải ngày càng tăng số lƣợng các hợp đồng song phƣơng đƣợc ký kết cho các giao dịch thị trƣờng điện thì khả năng thiếu các nguồn cung cấp sẽ dẫn tới nghẽn mạch mạng là không thể tránh khỏi. Trong trƣờng hợp này, quản lý nghẽn mạch (với cơ chế OPF) trở thành một bài toán quan trọng. Nghẽn mạch truyền tải theo thời gian thực đƣợc định 5
20. nghĩa là điều kiện vận hành mà ở đó không đủ khả năng truyền tải để thực hiện cùng lúc tất cả các giao dịch do xảy ra tình trạng khẩn cấp không mong muốn. Để giảm nghẽn mạch truyền tải bằng cách đƣa các ràng buộc khả năng truyền tải vào trong quá trình điều độ và lập kế hoạch. Điều này bao gồm tái điều phối nguồn phát hoặc cắt giảm tải. Trong tài liệu này, tác giả đã thành lập bài toán OPF với mục tiêu là cực tiểu lƣợng công suất tác dụng (MW) khi điều chỉnh lại kế hoạch. Theo cơ chế này, chúng ta cũng xem xét sự điều phối các hợp đồng song phƣơng trong trƣờng hợp nghẽn mạch nặng nề mặc dù biết rằng bất cứ sự thay đổi nào trong một hợp đồng song phƣơng là tƣơng ứng với sự thay đổi công suất bơm vào ở cả các nút ngƣời mua lẫn ngƣời bán. Điều này dẫn tới vận hành nguồn phát ở một điểm cân bằng khác điểm cân bằng đƣợc xác định bởi điều kiện giá cận biên bằng nhau. Các mô hình toán học giá truyền tải có thể đƣợc kết hợp trong cơ chế điều phối và đạt đƣợc t n hiệu giá tƣơng ứng. Các t n hiệu giá này có thể đƣợc sử dụng để định giá nghẽn mạch và chỉ cho những ngƣời tham gia thị trƣờng sắp xếp lại công suất bơm vào hay lấy ra để tránh nghẽn mạch. Ngoài ra, phƣơng pháp điều độ kế hoạch nguồn phát của tác giả chỉ xem xét điều kiện ràng buộc dòng công suất tác dụng trên đƣờng dây truyền tải mà chƣa xem xét các điều kiện ràng buộc khác nhƣ: điều kiện ràng buộc về điện áp nút, góc lệch pha, xác định giá điện tại các nút. Đây là những điều kiện rất quan trọng cần phải đƣa vào khi điều độ kế hoạch nguồn phát, giúp quá trình vận hành hệ thống ổn định và kinh tế. 1.3.2 . Điều độ tải: Trong các hệ thống phi điều tiết, nghẽn mạch trong hệ thống truyền tải là một bài toán chủ yếu và có thể dẫn tới các đột biến giá. Nghẽn mạch truyền tải xuất hiện khi thiếu khả năng truyền tải để đáp ứng các yêu cầu của tất cả các khách hàng. Trong các trạng thái bị nghẽn mạch nặng nề, nghẽn mạch truyền tải có thể đƣợc giảm bớt bằng cách cắt giảm một phần các giao dịch không ổn định. 6
21. Hình 1.1: Ví dụ 2 nút bị nghẽn mạch. Một v dụ của một hệ thống 2 nút trình bày trong Hình 1.1 giải th ch sự nghẽn mạch truyền tải. Trong Hình 1.1, đầu ra công suất tác dụng cực đại của máy phát là 100MW với giới hạn công suất đƣờng dây truyền tải là 100MVA và công suất tác dụng tải là 100MW. Có một sự quá tải truyền tải trên đƣờng dây truyền tải để đáp ứng tải. Nghẽn mạch có thể đƣợc giảm bớt bằng cách cắt giảm phần tải nào đó. Trong Hình 1.2, tải đƣợc cắt giảm từ 100MW xuống 90MW và nghẽn mạch đƣợc loại bỏ. Hình 1.2: Ví dụ 2 nút sau khi được loại bỏ nghẽn mạch. Điều độ tải là phƣơng pháp điều khiển nghẽn mạch hiệu quả. Tuy nhiên phƣơng pháp này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nhƣ: khả năng chuyển tải, tăng và giảm tải của các phụ tải, mức độ sự cố, khả năng mang tải của hệ thống điện. Biện pháp cắt tải sẽ làm giảm độ tin cậy cung cấp điện và hạn chế khả năng phát triển tải trong tƣơng lai. Biện pháp này chỉ nên sử dụng khi sự cố trong hệ thống là bất khả kháng, quá nghiêm trọng cần phải điều khiển nhanh để đảm bảo an ninh hệ thống điện. 1.3.3 . Mở rộng đƣờng dây truyền tải: Mở rộng đƣờng 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 ƣu sự phát triển thị trƣờng điện trong khi đáp ứng một tập các điều kiện ràng buộc về kinh tế và kỹ thuật. Các kỹ thuật khác 7