Luận văn Xác ðịnh vị trí và dung lượng của TCSC để cực đại phúc lợi xã hội trong thị truờng điện (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Xác ðịnh vị trí và dung lượng của TCSC để cực đại phúc lợi xã hội trong thị truờng điện (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 NGUYỄN HUY KHIÊM XÁC ÐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LUỢNG CỦA TCSC ÐỂ CỰC ÐẠI PHÚC LỢI XÃ HỘI TRONG THỊ TRUỜNG ÐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN - 60520202 S KC 0 0 4 8 8 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HUY KHIÊM XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG CỦA TCSC ĐỂ CỰC ĐẠI PHÚC LỢI XÃ HỘI TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HUY KHIÊM XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG CỦA TCSC ĐỂ CỰC ĐẠI PHÚC LỢI XÃ HỘI TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: TS. DƯƠNG THANH LONG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2016
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Huy Khiêm Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1986 Nơi sinh: Quảng Ngãi Quê quán: Mộ Đức- Quảng Ngãi Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 15/19A Lê Văn Thọ, Phường 9, Quận Gò Vấp, TP. HCM. Điện thoại liên lạc: 0979.959.545 E-mail: khiemnguyenhuy@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2005 đến 06/2012 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Ngành học: Kỹ thuật điện Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp ĐH : Thiết kế phần điện và thiết kế chống sét cho nhà máy nhiệt điện. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 06/2012 Người hướng dẫn: TS. Trần Hoàng Lĩnh & TS. Dương Vũ Văn III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty TNHH Hoàng Trung Kha, 2012-2014 Kỹ sư điện Quận Bình Tân, TP.HCM Khoa Công Nghệ Điện, Trường ĐH 2014-nay Giảng Viên Công Nghiệp TPHCM -i-
5. 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 10 tháng 03 năm 2016 Nguyễn Huy Khiêm -ii-
6. LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy TS. Dương Thanh Long, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy PGS.TS Trương Việt Anh, trường trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tận tình nhận xét và đóng góp nhằm hoàn thiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện- Điện Tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, các cán bộ phòng Đào Tạo đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập và trong quá trình hoàn thành quyển luận văn này. Tôi xin cảm ơn các bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình đã luôn ở bên tôi và động viên tôi rất nhiều để tôi hoàn thành khóa học này. Nguyễn Huy Khiêm -iii-
7. TÓM TẮT Trong thị trường điện cạnh tranh, nghẽn mạch là nguyên nhân chính làm giảm phúc lợi xã hội. Vì vậy, quản lý nghẽn mạch, cực đại phúc lợi xã hội là một trong những thách thức kỹ thuật cho người vận hành hệ thống. Nghẽn mạch có thể được loại bỏ bằng cách nâng cao khả năng truyền tải của lưới điện. TCSC là một trong những thiết bị hiệu quả trong việc điều khiển trực tiếp dòng công suất, có thể giúp lưới điện hiện hữu cải thiện đáng kể khả năng truyền tải. Trong đó vị trí hợp lý của TCSC giữ vai trò quyết định đến hiệu quả vận hành của hệ thống. Luận văn này đã áp dụng phương pháp mặt cắt tối thiểu để xác định vị trí hợp lý của TCSC. Kết quả mô phỏng trên hệ thống IEEE 6 nút và 14 nút đã cho thấy, phương pháp đề nghị có khả năng tìm ra vị trí tốt nhất của TCSC để loại bỏ nghẽn mạch và cực đại phúc lợi xã hội. -iv-
8. ABSTRACT In a competitive electricity market, Congestion leads to decreasing Social Welfare. Hence, Congestion management, Social Welfare Maximization is one of the technical challenges for Independent System Operator (ISO). The congestion can be eliminated /alleviated by improving transfer capability of the network. Thyristor controlled series compensators (TCSC), with its ability to directly control the power flow can be very effective to improve the operation of transmission network. In which, proper location of TCSC plays key role for enhancement of system performance. This thesis applied min cut algorithm to determine proper location of TCSC. Result simulation on IEEE 6-bus and IEEE 14-bus system show that the proposed method is capable of finding the best location for TCSC installation to eliminate congestion and maximum Social Welfare. -v-
9. MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Phiếu nhận xét luận văn Thạc sĩ của Giảng viên hướng dẫn Phiếu nhận xét luận văn Thạc sĩ của Giảng viên phản biện Biên bản chấm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC HÌNH ix DANH SÁCH CÁC BẢNG x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1 1.1 Tổng quan: 1 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ 3 1.3 Các phương pháp nghiên cứu: 4 1.3.1. Phương pháp tối ưu cổ điển: 4 1.3.2. Phương pháp dựa trên các tiêu chí kỹ thuật: 5 1.3.3. Kỹ thuật tính toán tiến hóa: 7 1.4. Phương pháp giải quyết 8 1.5. Giới hạn đề tài 8 1.6. Điểm mới của luận văn 8 1.7. Phạm vi ứng dụng 8 -vi-
10. 1.8 Bố cục của luận văn 9 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THỊ TRƯỜNG ĐIỆN 10 2.1.Giới thiệu 10 2.2. Các mô hình thị trường điện. 14 2.2.1. Mô hình thị trường điện thế giới. 14 2.2.2. Mô hình thị trường điện Việt Nam. 16 2.3. Những vấn đề về truyền tải điện trong thị trường điện. 17 2.4. Nghẽn mạch truyền tải trong thị trường điện. 20 2.4.1. Khái quát về nghẽn mạch: 20 2.4.2. Xác định nghẽn mạch. 21 2.4.3. Ảnh hưởng của nghẽn mạch. 21 2.4.4 Quản lý nghẽn mạch trong thị trường điện. 22 2.5 Tổng quan thiết bị FACTS. 25 2.5.1 Phân loại thiết bị FACTS. 27 2.6 TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor). 30 2.6.1 Cấu tạo và nguyên lý của TCSC: 30 2.6.2 Bảo vệ TCSC 32 2.6.3 Mô hình điều khiển của TCSC 33 2.6.4 Mô hình Tĩnh của TCSC. 34 CHƯƠNG 3: TỐI ƯU HÓA LẮP ĐẶT TCSC ĐỂ CỰC ĐẠI PHÚC LỢI XÃ HỘI. 36 3.1 Giới thiệu 36 3.2 Lợi nhuận xã hội. 37 3.3 Giải quyết vấn đề phân bố công suất tối ưu 44 3.4 Phúc lợi xã hội của các thành viên tham gia thị trường 45 3.5 Tối ưu hóa vị trí của TCSC. 47 3.5.1 Giải thuật mặt cắt tối thiểu. 48 3.5.2 Mô hình hóa mạng điện sử dụng giải thuật mặt cắt tối thiểu. 48 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 54 4.1 Mô phỏng hệ thống điện IEEE 6 nút 54 -vii-
11. 4.2 Mô phỏng hệ thống điện IEEE 14 nút 61 4.2.1 Vận hành hệ thống không có TCSC 64 4.2.2 Vận hành hệ thống có TCSC: 66 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 72 5.1 Những kết quả đã đạt được trong luận văn: 72 5.2 Hướng phát triển đề tài. 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC 75 -viii-
12. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1. Mô hình công ty điện lực độc quyền liên kết dọc truyền thống 11 Hình 2.2 Mô hình cấu trúc thị trường điện. 12 Hình 2.3. Các cấp độ phát triển thị trường điện Việt Nam. 17 Hình 2.4 Mô hình thị trường điện tập trung. 20 Hình 2.4.1 Hệ thống 2 nút không ràng buộc. 24 Hình 2.4.2 Hệ thống 2 nút bị ràng buộc 24 Hình 2.5. Ứng dụng của FACTS -bù song song (sơ đồ mạch) 29 Hình 2.6: Sơ đồ cấu tạo của TCSC. 31 Hình 2.6.1: Mô hình hóa đường dây truyền tải có TCSC 35 Hình 3.1 Thặng dư sản xuất 38 Hình 3.2 Thặng dư tiêu thụ. 39 Hình 3.3 Phúc lợi xã hội. 40 Hình 3.4. Thặng dư tiêu thụ và khách hàng trong trường hợp không có ràng buộc. 41 Hình 3.5. Thặng dư tiêu thụ và khách hàng trong trường hợp 42 Hình 3.6. Các Thặng dư trong trường hợp có ràng buộc có TCSC. 43 Hình 3.7 Mạng điện 5 nút 49 Hình 3.8 Mô hình hóa tương đương 49 Hình 3.9 Mô hình hóa tương đương s-1-4-t 50 Hình 3.10 Mô hình hóa tương đương s-2-4-t 50 Hình 3.11 Mô hình hóa tương đương s-2-5-t 50 Hình 3.12 Mô hình hóa tương đương s-3-5-t 50 Hình 3.13 Mặt cắt tối thiểu 51 Hình 3.14. Lưu đồ xác định mặt cắt tối thiểu 52 Hình 3.15. Lưu đồ xác định vị trí TCSC để cực đại lợi nhuận xã hội 53 Hình 4.1: Hệ thống IEEE 6 nút 54 Hình 4.2. Đồ thị công suất biểu kiến 59 Hình 4.3. Đồ thị giá nút của hệ thống IEEE 6 nút 59 Hình 4.4: Sơ đồ lưới điện IEEE 14 nút 61 -ix-
13. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 4.1: Thông số máy phát 55 Bảng 4.2: Thông số phụ tải 55 Bảng 4.3: Hàm chi phí máy phát 55 Bảng 4.4: Hàm lợi nhuận tiêu thụ 55 Bảng 4.5. Thông số đường dây 56 Bảng 4.6: Kết quả mô phỏng của hệ thống IEEE 6 nút 57 Bảng 4.7: Dòng công suất nhánh của hệ thống IEEE 6 nút khi có và không có TCSC 58 Bảng 4.8: Lợi nhuận cung cấp và lợi nhuận khách hàng khi có và không có TCSC 60 Bảng 4.9: Mặt cắt tối thiểu của hệ thống IEEE 6-nút 60 Bảng 4.10. Thông số đường dây 62 Bảng 4.11: Thông số phụ tải 63 Bảng 4.12: Thông số máy phát 63 Bảng 4.13: Vận hành hệ thống không có TCSC 64 Bảng 4.14. Dòng công suất nhánh của hệ thống IEEE 14 nút 65 Bảng 4.15. Mặt cắt tối thiểu của hệ thống IEEE 14-nút 66 Bảng 4.16: Vận hành hệ thống có TCSC 68 Bảng 4.17: công suất máy phát ứng với mức độ bù khác nhau của TCSC 69 Bảng 4.18: Nhu cầu tiêu thụ ứng với các mức độ bù khác nhau của TCSC 69 Bảng 4.19: Tác động của TCSC ở các cấp độ bù khác nhau khi TCSC lắp đặt tại đường dây 12 (6-12) 70 Bảng 4.20: Kết quả OPF có và không có TCSC 70 Bảng 4.21: Tác động của TCSC ở các cấp độ bù khác nhau khi TCSC lắp đặt tại đường dây 11 (6-11) 70 -x-
14. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT AC: Dòng điện xoay chiều. DC: Dòng điện một chiều. EVN: Tổng công ty điện lực Việt Nam. IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers: Viện các kỹ sư điện và điện tử FACTS: Flexible Alternating Current Transmission System, hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt. TCSC: Thyristor Controlled Series Capacitor, bộ bù nối tiếp điều khiển bằng thyristor. PoolCo: Thị trường điện tập trung. LMP: Locational Marginal Price: Giá biên nút GenCos: Công ty phát điện. ResCos: Retail Sale Company: Công ty bán lẻ. DisCos: Distribution Company: Công ty phân phối điện. MCP: Giá minh bạch thị trường OPF: Optimal Power Flow, Dòng công suất Tối ưu. ISO: Đơn vị điều hành hệ thống điện độc lập. SVC: Bộ bù công suất phản kháng tĩnh. MILP: Lập trình tuyến tính hỗn hợp. MINLP: Lập trình phi tuyến tính hỗn hợp TTC: Total Tranfer Capability, Tổng khả năng truyền tải -xi-
15. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1.1 Tổng quan: Trong ba thập kỷ qua, các thị trường điện độc quyền trên thế giới đang dần được thay thế bởi thị trường điện cơ chế mở. Điều đó đã mang lại nhiều lợi ích với giá điện thấp hơn và dịch vụ tiêu dùng tốt hơn. 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 điều tất yếu. Thị trường điện với cơ chế mở đã đem lại hiệu quả rõ rệt ở các nước và cho thấy những ưu điểm vượt trội hơn hẳn hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc truyền thống. 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, cùng với những lợi ích mang lại từ thị trường điện thì nó cũng tạo ra nhiều 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 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 (nghẽn mạch). Nghẽn mạch làm cho giá điện khác nhau đáng kể giữa các vùng xung quanh sự nghẽn mạch này. Điều này là nguyên nhân chính làm méo dạng thị trường và giảm phúc lợi xã hội. Mục tiêu chính của thị trường điện là nâng cao phúc lợi xã hội. Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu phụ tải và thị trường điện, và để loại trừ nghẽn mạch, cực đại phúc lợi xã hội, cần phải xây dựng mới các đường dây truyền tải. Nhưng việc này thường sẽ gặp nhiều khó khăn và xem như là khó có khả năng -1-
16. thực hiện. Hơn nữa việc điều tiết chính sách nhà nước và môi trường làm tăng thêm khó khăn trong việc nâng cấp mạng điện. Do đó, việc nghiên cứu nâng cao khả năng truyền tải của lưới điện hiện có để duy trì phân bố công suất giữa nguồn và phụ tải mà không làm ảnh hưởng đến các đường dây truyền tải khác hoặc đến khách hàng tiêu thụ điện trong hệ thống đã trở thành một vấn đề quan trọng đối với các hệ thống độc lập điều hành ISO trong thị trường điện mới hiện nay. Có rất nhiều công trình nghiên cứu về vận hành tối ưu hệ thống điện. Một trong các bài toán đặt ra là phân bố luồng công suất tối ưu, còn được biết đến như phương pháp điều khiển dòng công suất trên lưới điện truyền tải nhằm: hạn chế quá tải trên đường dây ở thời điểm hiện tại cũng như khi mở rộng phụ tải trong tương lai. Có nhiều phương pháp để giải quyết bài toán quá tải như: Điều chỉnh công suất phát của nhà máy, xây dựng các đường 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) được 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 được 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 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 FACTS thì việc sử dụng hiệu quả thiết bị FACTS trên đường dây truyền tải là rất cần thiết. Trong đó việc xác định vị trí tối ưu của thiết bị FACTS nhằm nâng cao khả năng truyền tải công suất trên đường dây giữ một vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện hiện nay. Những lợi ích của các thiết bị FACTS đã được ghi nhận và sử dụng rộng rãi bởi các hệ thống điện trên Thế giới. Tuy nhiên, thách thức hiện nay là làm thể nào -2-
17. để sử dụng có hiệu quả từ các thiết bị này. Để giài quyết vấn đề này cần phải giải quyết các câu hỏi sau: Loại thiết bị FACTS nào cần được lắp đặt ? Số lượng thiết bị FACTS cần lắp đặt? Vị trí lắp đặt tối ưu? Dung lượng của FACTS? Chi phí lắp đặt? Trong đó, các nghiên cứu chỉ ra rằng hiệu quả của việc lắp đặt thiết bị FACTS cho các mục đích khác nhau chủ yếu phụ thuộc vào vị trí của thiết bị. Do đó, vấn đề đặt ra đối với ISO là vị trí nào của FACTS nên được lắp đặt để đạt được mục tiêu? Nhiều nghiên cứu đã được đề xuất để cải thiện hiệu quả vận hành hệ thống thông qua vị trí tối ưu của thiết bị FACTS, tuy nhiên những nghiên cứu này vẫn chưa giới hạn không gian tìm kiếm một cách hiệu quả. Từ những phân tích trên, việc nghiên cứu đề tài “ Xác định vị trí và dung lượng của TCSC để cực đại phúc lợi xã hội trong thị trường điện” là nhu cầu cấp thiết và cũng phù hợp với tình hình thực tế và việc phát triển ngành điện tại Việt Nam. Một thuật toán mặt cắt tối thiểu được áp dụng trong luận văn này để xác định vị trí thích hợp của TCSC. Phương pháp đề xuất có thể xác định vị trí nghẽn mạch của hệ thống, từ đó giúp cho ISO có thể đưa ra nhiều giải pháp giúp hệ thống vận hành một cách an toàn và hiệu quả hơn. Sử dụng phương pháp này có thể làm giảm không gian tìm kiếm, số lượng nhánh cần được xem xét để xác định vị trí của FACTS được giảm đáng kể. 1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ - Phân tích cực đại phúc lợi xã hội trong thị trường điện. - Trình bày nguyên lý hoạt động của thiết bị TCSC. - Ứng dụng phần mềm Matpower tính giá nút và xác định phúc lợi xã hội. - Tối ưu hóa lắp đặt TCSC để cực đại phúc lợi xã hội. - Ứng dụng trên lưới điện chuẩn IEEE. -3-
18. 1.3 Các phương pháp nghiên cứu: Các mô hình và các ứng dụng của các thiết bị FACTS trong vận hành hệ thống điện đã được phân tích trong những năm gần đây [12], [18], [20]. Trong tài liệu tham khảo [9] Chung và các cộng sự đã đề nghị một mô hình tải tương đương cho TCSC, TCPST và UPFC trong bài toán phân bố công suất tối ưu. Varma trong [13] cũng cung cấp một cái nhìn tổng quan về các cấu hình điều khiển và nguyên tắc hoạt động của các loại thiết bị FACTS khác nhau. Ứng dụng các thiết bị FACTS trong điều độ kinh tế, các nghiên cứu ứng dụng phân bố công suất tối ưu OPF cũng được nghiên cứu rộng rãi. Trong vận hành tái cấu trúc của hệ thống điện, việc nâng cao tổng công suất truyền tải (TTC) của lưới điện, tránh tình trạng tắc nghẽn càng trở nên quan trọng. Kể từ khi thiết bị FACTS có nhiều ảnh hưởng đến sự truyền tải điện, nó đã được xem như giải pháp chính trong nỗ lực để giải quyết những khó khăn về sự quản lý truyền tải, nghẽn mạch Hệ thống điện. * Các phương pháp hiện nay để giải quyết vấn đề vị trí FACTS: Một số phương pháp nghiên cứu lắp đặt các thiết bị FACTS để tối ưu vận hành hệ thống điện đã được đề nghị. Nhưng chủ yếu, các công trình nghiên cứu này thường tập trung vào các phương pháp và kỹ thuật sau: phương pháp tối ưu cổ điển, phương pháp dựa trên các tiêu chí kỹ thuật và kỹ thuật tiến hóa. 1.3.1. Phương pháp tối ưu cổ điển: Lý thuyết tối ưu cổ điển thường được áp dụng trong các nghiên cứu lắp đặt các thiết bị FACTS, đó là lập trình tuyến tính hỗn hợp (MILP) và lập trình phi tuyến tính hỗn hợp (MINLP). Trong lập trình tuyến tính hỗn hợp, cách tiếp cận dựa trên dòng điện DC cho phép hệ thống điện được xác nhận một cách tuyến tính. Hiệu quả của hệ thống được phân tích trong điều kiện trạng thái ổn định có xét đến khả năng mang tải tối đa và tổng khả năng truyền tải (TTC) của hệ thống. Phương pháp DC này cũng đã được sử dụng bởi Aygen và Abur trong [9], trong đó tác giả đã sử dụng DC OPF để tìm ra vị trí tối ưu của thiết bị TCPS. Trong một nghiên cứu khác ở tài liệu[12], Kazemi và Sharifi tìm vị trí tối ưu của thiết bị TCPST để tối đa hóa phúc lợi xã hội sử dụng dòng tải DC và lập trình bậc hai. -4-
19. Cách tiếp cận trong lập trình tuyến tính hỗn hợp MILP chỉ ra rằng quá trình tối ưu hóa được thực hiện một cách hiệu quả. Tuy nhiên phương pháp DC này là không thích hợp để thực hiện phân tích tổng thể, do đó mô hình AC nên được xem xét và vấn đề lúc này là nghiên cứu trong phương trình phi tuyến tính hỗn hợp (MINLP). Đối với việc xây dựng dựa trên MINLP, phân bố tối ưu các thiết bị FACTS được xác định làm tiêu chí chính, cùng với giá điện tại các thị trường mở, điều độ kinh tế tối ưu, tổn thất truyền tải và nâng cao an ninh Hệ Thống Điện. Đặc biệt trong trường hợp xét đến an ninh, vấn đề càng phức tạp hơn khi một số trạng thái được xác định để mô tả hoạt động của hệ thống điện (bình thường, sụp đổ, sửa chữa, và phòng ngừa). Hơn nữa, tính khả thi của vấn đề phải được đảm bảo bằng cách xem xét cắt bớt tải như là một giải pháp cuối cùng để tránh sự sụp đổ điện áp hệ thống. Trong các nghiên cứu, thuật toán sử dụng để giải quyết các vấn đề tối ưu hóa là phân tích Benders, bao gồm tách các vấn đề chính thành nhiều vấn đề phụ đơn giản hơn để giải quyết. Tuy nhiên, trong trường hợp xét đến an ninh Hệ Thống Điện, sự phức tạp của vấn đề đòi hỏi quá trình tối ưu hóa cần sự hỗ trợ bởi GA [17]. Các kết luận chính về việc xây dựng phương trình phi tuyến tính hỗn hợp chỉ ra rằng không phụ thuộc vào kích thước và không lồi của vấn đề, mà phụ thuộc vào các thông số hệ thống, là những vấn đề quan trọng có thể gây ra một sự hội tụ trong các thuật toán. 1.3.2. Phương pháp dựa trên các tiêu chí kỹ thuật: Một nhóm các phương pháp đã được sử dụng để giải quyết việc lắp đặt các thiết bị FACTS dựa trên các tiêu chí kỹ thuật thuần túy, đặc biệt, phân tích độ nhạy trong các bài toán nâng cao hiệu quả ổn định tỉnh và phân tích phương thức (modal) cho các bài toán ổn định động hệ thống điện. - Phân tích độ nhạy: Phân tích độ nhạy là một thuật ngữ được sử dụng rộng rãi để mô tả quá trình phân tích dựa trên đánh giá sự thay đổi tỉ số của một nhóm biến trong một hệ thống -5-
20. đối với các nhóm biến khác. Có rất nhiều cách khác nhau để thực hiện các phân tích, phụ thuộc vào các biến được lựa chọn và phương pháp sử dụng để tính toán độ nhạy. Một mặt, từ quan điểm của lý thuyết tối ưu cổ điển, độ nhạy có thể được tính toán bằng cách sử dụng phương pháp nhân tử Lagrange [20], trong đó cung cấp sự thay đổi tỉ số về số lượng được tối ưu hóa như là một hàm của biến cụ thể. Mặt khác, mức độ khác nhau của sự thay đổi có thể tùy thuộc vào ứng dụng. Vì vậy có nhiều chỉ số hiệu quả có thể được định nghĩa như các chỉ số hiệu quả. Ví dụ, chỉ số này xem xét các đạo hàm của các phương trình công suất đối với các trạng thái tĩnh của các thiết bị FACTS. Nghiên cứu của Singh và David [9] xem xét chi phí TCSC và TCPST cùng với các chi phí sản xuất trong hàm mục tiêu và giải quyết các vấn đề tối ưu hóa bằng phương pháp độ nhạy; dựa trên đó, đầu tiên độ nhạy mỗi đường dây được đánh giá thông qua điều độ tối ưu bỏ qua giới hạn đường dây và các thiết bị FACTS. Sau đó mới tính đến các yếu tố tính toán cho các thiết bị FACTS đặt trong mỗi nhánh một khoảng một thời gian và cuối cùng tối ưu được giải quyết để chọn vị trí và thông số cài đặt cho vấn đề đặt ra. Và chỉ số đó chỉ xét trong trường hợp đơn sự cố. Chỉ số này cũng đã xem xét các tỷ lệ phần trăm của tình trạng quá tải tại các nhánh của hệ thống có xét đến các dự phòng khác nhau có thể xảy ra cho từng nhánh. Các nghiên cứu khác cũng đưa ra một phương pháp hai bước; bước đầu tiên là xác định vị trí tối ưu của TCSC và TCPST; bước tiếp theo, dung lượng cài đặt của các thiết thiết bị sẽ được tối ưu hóa. Phương pháp này dựa trên độ nhạy của các mục tiêu: sự tổn thất trên đường dây truyền tải, tổng số tổn thất công suất tác dụng. Đối với sự ổn định quá độ, một phân tích độ nhạy dựa trên tiêu chí thời gian giải trừ sự cố (CCT) được đề xuất để tối ưu lắp đặt TCSC trong hệ thống 10 nút [10]. Các thiết bị FACTS được lắp đặt tại những đường dây mà có thể cải thiện CCT là lớn nhất. Tất cả các chỉ số định nghĩa ở trên, ngoại trừ các nhân tử Lagrange, phù hợp cho phương pháp để đánh giá tác động của các thiết bị FACTS trong hệ thống. Tuy nhiên, cần phải tìm vị trí tốt nhất cho từng thiết bị ở mỗi trường hợp mới đánh giá đầy đủ tính năng hiệu quả của các thiết đó. Do đó, cơ sở của -6-
21. phương pháp phân tích độ nhạy này là thiếu trong việc xây dựng và thực hiện một quá trình tìm kiếm thích hợp nhằm giảm thời gian, không gian tìm kiếm. Ngoài ra, các phương pháp đánh giá chỉ số độ nhạy một cách độc lập cho mỗi thiết bị FACTS không thể đánh giá các ảnh hưởng kết hợp của một số các thiết bị được cài đặt trong hệ thống. - Phân tích phương thức: Phân tích phương thức là phương pháp kỹ thuật thường được sử dụng để lắp đặt các thiết bị FACTS khi các điều kiện quá độ và ổn định hệ thống điện được xem xét. Do phương pháp phân tích phương thức naybao gồm tính toán các giá trị riêng và vectơ riêng. Phương pháp này là không thích hợp cho các hệ thống điện lớn. Việc mở rộng phương pháp Phillips-Heffron [12], có thể xử lý các hệ thống điện lớn hơn bằng cách giảm thứ tự các ma trận đến một số không lớn hơn số lượng các máy phát có trong hệ thống. Tuy nhiên phương pháp này được sử dụng đối với hệ thống điện rất nhỏ gồm 5 nút và 3 máy phát. Nhìn chung, các phương pháp phân tích phương thức cung cấp tính khả thi về kỹ thuật nhưng lại không đảm bảo về tính tối ưu của các giải pháp. Hơn nữa, có một sự khác biệt khi cả hai trạng thái ổn định và phân tích quá độ làm cho phương pháp không thích hợp để tối ưu hóa đa mục tiêu. 1.3.3 Kỹ thuật tính toán tiến hóa: Nhóm phương pháp này giải quyết vấn đề tối ưu phân bổ các thiết bị FACTS dựa trên các kỹ thuật tính toán tiến hóa như GA, PSO, SA, TS và EP [9-15]. Trong trường hợp này, mục tiêu chính là để tìm ra sự tối ưu, số lượng, kích thước, và vị trí cho các thiết bị FACTS trong hệ thống. Để đạt được mục tiêu này, một số tiêu chí được coi như khả năng truyền tải, cực tiểu chi phí lắp đặt, cực tiểu tổn thất truyền tải, cải thiện lợi nhuận, và tối đa hóa tổng khả năng truyền tải TTC. Một số nghiên cứu bao gồm phân tích dự phòng N-1 và điều độ máy phát trong thị trường điện. Nghiên cứu này chủ yếu giới hạn trong điều kiện trạng thái hệ thống điện ổn định; chỉ hai trường hợp có xét phân tích trạng thái động của hệ thống điện. Một trong những trường hợp này là nghiên cứu phân tích quá độ không xét lắp đặt các thiết bị -7-
22. S K L 0 0 2 1 5 4