Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Xác định vị trí và dung lượng của TCSC để nâng cao khả năng chuyên tải của hệ thống điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:96

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là tìm hiểu các giải pháp chống nghẽn mạch hệ thống điện. Trình bày nguyên lý hoạt động của thiết bị TCSC. Giải quyết bài toán nâng cao khả năng truyền tải bằng cách đặt TCSC (vị trí đặt và dung lượng).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Xác định vị trí và dung lượng của TCSC để nâng cao khả năng chuyên tải của hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- TRẦN THẾ HOÀNG XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƢỢNG CỦA TCSC ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHUYÊN TẢI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2013
BỘTRÌNH CÔNG GIÁO DỤC ĐƢỢCVÀ ĐÀOTHÀNH HOÀN TẠO TẠI TRƢỜNG ĐẠI TRƢỜNG HỌC ĐẠI KỸ HỌC KỸTHUẬT THUẬTCÔNG CÔNGNGHỆ NGHỆTP. TP.HCM HCM --------------------------- Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : TS Trƣơng Việt Anh (Họ tên, học hàm, học vị và chữ ký) TRẦN THẾ HOÀNG TS. Trƣơng Việt Anh Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM ngày 02 tháng 02 năm 2013 XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƢỢNG CỦA TCSC ĐỂ NÂNG CAO KHẢ Thành NĂNG phần Hội đồng đánhCHUYÊN TẢI giá luận văn thạc CỦA HỆ sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) THỐNG ĐIỆN Chủ tịch hội đồng 1. TS. Huỳnh Châu Duy 2. PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình Phản biện 1 3. TS. Ngô Cao Cƣờng Phản Biện 2 4. PGS.TS. Lê Kim Hùng Uỷ viên 5. TS. Trần Văn Tịnh Uỷ viên, thƣ ký LUẬN VĂN THẠC SĨ Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn sau khi luận văn đã đƣợc Chuyên ngành : Kỹ thuật điện sửa chữa (nếu có): ……………………………………………………………………… Mã số ngành: 60520202 …………………………………………………………………………………………. Chủ tịch hội đồng đánh giá LV HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƢƠNG VIỆT ANH TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2013
TRƢỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TP. HCM, ngày 21 Tháng 12 năm 2012. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trần Thế Hoàng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/03/1973 Nơi sinh: TPHCM Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1181031017 I-TÊN ĐỀ TÀI: Xác định vị trí và dung lương của TCSC để nâng cao khả năng chuyên tải của hệ thống điện. II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu các giải pháp chống nghẽn mạch hệ thống điện - Trình bày nguyên lý hoạt động của thiết bị TCSC. - Giải quyết bài toán nâng cao khả năng truyền tải bằng cách đặt TCSC (vị trí đặt và dung lƣợng)  Giảm thiểu không gian tìm kiếm vị trí đặt TCSC bằng phƣơng pháp mặt cắt tối thiểu  Xác định dung lƣợng TCSC phù hợp để nâng cao khả năng tải của HTĐ - Ứng dụng thực tế và so sánh với các ví dụ mẫu III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/06/2012 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/12/2012 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Trƣơng Việt Anh CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) Trần Thế Hoàng
2 LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành cuốn luận văn này, tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đối với TS Trƣơng Việt Anh, ngƣời thầy đã hết lòng, tận tâm, nhiệt tình hƣớng dẫn và cung cấp cho tôi những tài liệu vô cùng quý giá trong quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo đã giảng dạy, truyền đạt tri thức giúp tôi học tập và nghiên cứu trong quá trình học cao học tại trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM. Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng quản lý khoa học - Đào tạo sau đại học và khoa Điện – Điện tử Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và làm luận văn cao học tại trƣờng. Xin chân thành cảm ơn các anh, chị học viên cao học lớp 11SMĐ1 đã đóng góp ý kiến cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012 NGƢỜI THỰC HIỆN Trần Thế Hoàng
3 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 nghẽn mạch đó là một trong những nguyên nhân đẩy giá thành sản xuất và bán điện tăng cao. Bằng nhiều giải pháp, các nhà cung cấp điện luôn tìm cách giảm chi phí sản xuất điện năng khi bị sự cố quá tải về gần với chi phí lúc bình thƣờng. Một trong những giải pháp đƣợc đề cập trong nội dung nghiên cứu “ Xác định vị trí và dung lƣợng TCSC để nâng cao khả năng chuyên tải của hệ thống điện” là ứng dụng tính hiệu quả của TCSC trong điều khiển dòng công suất trên lƣới để chống quá tải. Để giải quyết bài toán đặt ra, nội dung nghiên cứu đƣợc trình bày trong sáu chƣơng. Nghiên cứu lý thuyết mặt cắt tối thiểu, ứng dụng giải thuật max-flow và Powerworld để 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 trọng tâm của bài toán chống quá tải là làm sao xác định đƣợc điểm thƣờng xuyên bị quá tải và xác định vị trí, dung lƣợng hợp lý đặt TCSC để chống nghẽn mạch hiệu quả trên hệ thống điện. Tính hiệu quả và khả năng ứng dụng của giải pháp đã đề xuất đƣợc kiểm chứng trên các hệ thống điện ba nút, bảy nút của IEEE và lƣới điện đồng bằng Sông Cửu Long 9 nút. Những kết quả rút ra từ các lƣới điện trên cho thấy khả năng khoanh vùng, tìm kiếm tập hợp nhánh xung yếu nhất, xác định vị trí và dung lƣợng của TCSC trong hệ thống điện nhanh chóng, chính xác, hiệu quả đem lại lợi ích kinh tế cao trong truyền tải hệ thống điện.
4 ABSTRACT The existing electrical systems always existing the weakest branches which can lead to congestion of the power transmission system. Congestion of the power transmission system is one of most reasons of price of electricity production and of selling electricity to rise. In many solutions, the power suppliers always look for ways to reduce production costs at power problems same to at normal. One of the solutions mentioned in the contents of this research is: to specify the location and capacity of TCSC (Thyristor Controlled Seriers Capacitor) and apply effective of TCSC in controling of power flow on the grid to against overload. To solve this problem, content of the research is presented in six chapters. Research of minimun cut-set theory, Powerworld and max-flow algorithms application to determine the set of the electrical system's weakest branches opens many new ways of research against overload. The content of the research also indicates that: the key matter of againsting overload problem is how to discover the frequently congestion points and to specify the suitable location and capacity to put TCSC. The effectiveness and applibility of the solutions proposed were verified on the power system with three buses, seven ones of IEEE and the electricity network with nine ones of Mekong River Delta. The results drawn from the above networks are that the ability to localize, to search the set of the weakest branches of power system, and to specify the suitable location and capacity of TCSC in the power system quickly, exactly and effectively brings high economic profic in the transmission of the electricity system.
5 MỤC LỤC Lời cam đoan…… ................................................................................................ .i Lời cảm ơn ........................................................................................................... .ii Tóm tắt……. ........................................................................................................ iii Abstract ................................................................................................................ .iv Mục lục ……………………………………………………………………………v Chƣơng 1: Giới thiệu ........................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề ....................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ ..................................................................................... 3 1.3 Phƣơng pháp giải quyết ................................................................................... 3 1.4 Giới hạn đề tài ................................................................................................. 3 1.5 Điểm mới của luận văn .................................................................................... 3 1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn ........................................................................... 3 1.7 Bố cục của luận văn ......................................................................................... 4 Chƣơng 2: Tổng quan .......................................................................................... 5 2.1 Nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện ............................................. 5 2.2 Các công trình nghiên cứu trƣớc đây ............................................................... 7 2.2.1 Điều độ kế hoạch nguồn phát điện ......................................................... 7 2.2.2 Điều độ tải .............................................................................................. 8 2.2.3 Mở rộng đƣờng dây truyền tải ................................................................ 9 2.3 Các loại thiết bị Facts ..................................................................................... 11 2.3.1 SVC (Static Var Compensator) ............................................................ 11 2.3.2 STATCOM (Static Synchronous Compensator) .................................. 13 2.3.3 UPFC (Unified Power Flow Controlled) .............................................. 14 2.3.4 TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) .................................... 15 2.4 Đề xuất phƣơng án sử dụng TCSC ................................................................ 17 2.4.1 Giải quyết để hết quá tải khi tăng tải .................................................... 17
6 2.4.2 Nhận xét ................................................................................................ 19 2.5 Nhận xét và đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu ............................................... 20 2.5.1 Nhận xét ................................................................................................ 20 2.5.2 Đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu ......................................................... 22 2.5.2.1 Giới thiệu .................................................................................. 22 2.5.2.2 Lý thuyết về mặt cắt tối thiểu dòng công suất cực đại ............. 23 2.6 Ứng dụng trong hệ thống điện ....................................................................... 25 2.7 Nhận xét chung .............................................................................................. 29 Chƣơng 3: Phƣơng pháp tiếp cận ..................................................................... 30 3.1 Bài toán nâng cao khả năng tải dùng TCSC .................................................. 30 3.2 Sử dụng thuật toán Min-cut để xác định những nhánh ứng viên đặt TCSC . 31 3.3 Xác định nhánh đặt TCSC.............................................................................. 33 3.4 Xác định dung lƣợng TCSC ........................................................................... 34 3.5 Phát biểu luật đặt TCSC ................................................................................. 35 3.6 Lƣu đồ xác định vị trí và dung lƣợng TCSC ................................................. 36 Chƣơng 4: Khảo sát ví dụ mẫu ......................................................................... 39 4.1 Sơ đồ lƣới điện 3 thanh cái ............................................................................ 39 4.2 Sơ đồ lƣới điện 7 thanh cái ....................................................... …………….48 Chƣơng 5: Khảo sát trên hệ thống điện Việt Nam.......................................... 62 Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển đề tài ............................................. .76 6.1 Kết luận ……….…………………………………………………….……76 6.2 Hƣớng phát triển đề tài .................................................................................. 77
7 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System): hệ thống truyền tải điện xoay chiều. TCSC : Thyristor Controlled Series Capacitor OPF : Open Packaging Format ISO : International Organization for Standardization: IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers STATCOM (Static Synchronous Compensator) : bộ bù đồng bộ tĩnh SVC (Static Var Compensator) : bộ bù công suất phản kháng UPFC (Unified Power Flow Controller): bộ điều khiển dòng chảy công suất. HTĐ : Hệ Thống điện MAX FLOW: Dòng công suất cực đại Min-cut: Lát cắt cực tiểu ĐBSCL: Đồng bằng Sông Cửu Long
8 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Chi phí đầu tƣ trên 1KVAr của các thiết bị FACTS……………………20 Bảng 2.2 : Vị trí và thông lƣợng của các lát cắt……………………………………26 Bảng 2.3: Các trƣờng hợp xảy ra vị trí lát cắt……………………………………..28 Bảng 4.1. Hoạt động của phụ tải tại các nút……………………………………….50 Bảng 4.3. Chi phí phát điện tối ƣu bỏ qua điều kiện ràng buộc quá tải trên nhánh.54 Bảng 4.4: Chi phí phát điện tối ƣu có xét điều kiện ràng buộc quá tải trên nhánh...55 Bảng 4.5. Kết quả chi phí và thời gian hoàn vốn…………………………………..60 Bảng 4.6. Giá trị XTCSC và tỷ lệ giảm công suất quá tải trên lƣới điện 7 nút….…...61 Bảng 5.1: Hoạt động của phụ tải tại các nút……………………………………….65 Bảng 5.2: Hoạt động của phụ tải cho một ngày làm việc (24giờ) ………………...68 Bảng 5.3. Chi phí phát điện tối ƣu bỏ qua điều kiện ràng buộc quá tải trên nhánh.70 Bảng 5.4. Chi phí phát điện tối ƣu có xét điều kiện ràng buộc quá tải trên nhánh...70 Bảng 5.5: Thời gian hoàn vốn……………………………………………………..74 Bảng 5.6. Giá trị XTCSC và tỷ lệ giảm công suất quá tải trên lƣới điện 9 nút……75
9 DANH MỤC BIỂU ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 2.1a: Ví dụ 2 nút bị nghẽn mạch…………………………………………...….8 Hình 2.1b: Ví dụ 2 nút sau khi đƣợc loại bỏ nghẽn mạch………………………...8 Hình 2.2: Nguyên tắc điều khiển SVC trong ổn định hệ thống điện……………....11 Hình 2.3: Dao động công suất trong trƣờng hợp không có SVC và có SVC……..12 Hình 2.4: Cấu hình cơ bản nhất của SVC………………………………………….12 Hình 2.5: Cấu hình nâng cao của SVC là TCR + TSC + FC……………………...13 Hình 2.6: Sơ đồ mạch điều khiển sử dụng STATCOM…………………………...13 Hình 2.7: Nguyên tắc điều khiển trào lƣu công suất của STATCOM…………….14 Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý điều khiển của UPFC…………………………………14 Hình 2.9: Sơ đồ cấu tạo của TCSC………………………………………………..15 Hình 2.10: Mô hình đƣờng dây truyền tải có lắp đặt TCSC………………………...17 Hình 2.11: Đơn giản hoá mô hình TCSC trên nhánh i-j…………………………..18 Hình 2.12: Chi phí đầu tƣ vận hành theo công suất bù…………………………….21 Hình 2.13: Mối quan hệ giữa nguồn và tải……………………………………...…22 Hình 2.14: Sơ đồ mạng với nguồn phát (s), tải thu (t) và hai nút trung gian………24 Hình 2.15: Mô hình hoá mạng với một số lát cắt tiêu biểu………………………..24 Hình 2.16: Mô hình hệ thống điện đơn giản……………………………………….25 Hình 2.17: Mô hình hoá sơ đồ mạng điện truyền tải 2 nút………………………..26 Hình 2.18: Vị trí và thông lƣợng các lát cắt trên sơ đồ mô hình hóa……………...26 Hình 2.19: Vị trí của lát cắt cực tiểu trên mạng mô hình hoá……………………...27 Hình 3.1: Mô hình truyền tải điện trên hai nhánh song song………………………30 Hình 3.2: Tập hợp nhánh xung yếu theo chƣơng trình max-flow………………….32 Hình 3.3: Mô hình lƣới 3 nút………………………………………………………34 Hình 3.4: Lƣu đồ xác định vị trí, dung lƣợng TCSC và công suất nhà máy điện….38 Hình 4.1: Sơ đồ lƣới điện 3 thanh cái……………………………………………...39 Hình 4.2: Mô hình mô phỏng lƣới điện 3 nút bằng Max-Flow……………………40 Hình 4.3: Danh sách các đƣờng cắt sau khi tính MaxFflow. ……………………...40 Hình 4.4: Mô phỏng phân bố công suất bằng Powerworld lƣới điện 3 nút………..41 Hình 4.5. Thông số đầu vào khi tăng tải thanh cái 2 lên 20%..................................42 Hình 4.6. Danh sách lát cắt khi tăng tải tại thanh cái 2 lên 20%..............................43 Hình 4.7. Phân bố công suất bằng Powerworld khi tải nút 2 tăng 20%..................43 Hình 4.8. Thông số đầu vào khi tải tại thanh cái 3 tăng 20%...................................44 Hình 4.9. Danh sách lát cắt khi tăng tải tại thanh cái 3 lên 20%..............................44 Hình 4.10. Phân bố công suất bằng Powerworld khi tải nút 3 tăng 20%..................45 Hình 4.11. Thông số nhập vào khi tăng tải 2 lên 20% và 3 lên 20%........................45 Hình 4.12. Danh sách lát cắt khi tăng tải tại thanh cái 2 và 3 lên 20%....................46
10 Hình 4.13: Phân bố công suất khi tăng tải thanh cái 2, 3 lên 20%...........................46 Hình 4.14. Phân bố công suất bằng Powerworld khi có lắp đặt TCSC……………47 Hình 4.15: Sơ đồ lƣới điện 7 nút…………………………………………………..48 Hình 4.16. Mô hình hoá lƣới điện 7 nút trên max-flow……………………………49 Hình 4.17: Danh sách lát cắt của lƣới điện 7 nút trên max-flow…………………..50 Hình 4.18: Phân bố công suất bằng Powerworld tải 60% công suất………………51 Hình 4.19: Phân bố công suất bằng Powerworld (tải 100% công suất)……………52 Hình 4.20. Phân bố công suất bằng Powerworld (tải 120% công suất )…………...52 Hình 4.21. đồ thị phụ tải một ngày làm việc……………………………………….54 Hình 4.22 : Điều độ chi phí tối ƣu công suất máy phát có xét đến điếu kiện ràng buộc quá tải trên nhánh khi phụ tải đạt 100% công suất…………………………..56. Hình 4.23 : Điều độ chi phí tối ƣu công suất máy phát có xét đến điều kiện ràng buộc quá tải trên nhánh khi phụ tải đạt 120% công suất…………………………..57 Hình 4.24. Phân bố công suất bằng Powerworld khi lắp TCSC trên nhánh 1-3 (tải 100% công suất)……………………………………………………………….58 Hình 4.25 Phân bố công suất bằng Powerworld khi lắp TCSC trên nhánh 1-3 ( tải 120% công suất)………………………………………………………………59 Hình 4.26. Điểm hoàn vốn khi lắp TCSC………………………………………….60 Hình 5 .1: Sơ đồ lƣới điện 9 nút……………………………………………………62 Hình 5.2: Mô hình hoá lƣới điện 9 nút trên max-flow……………………………..64 Hình5.3: Danh sách lát cắt của lƣới điện 9 nút trên max-flow…………………….64 Hình 5.4: Phân bố công suất bằng Powerworld (tải 60% công suất)…………….66 Hình 5.5: Phân bố công suất bằng Powerworld (tải 100% công suất )…………..67 Hình 5.6: Phân bố công suất bằng Powerworld (tải 105% công suất )…………..68 Hình 5.7: Phụ tải một ngày làm việc. ……………………………………………69 Hình 5.8 : Điều độ chi phí tối ƣu công suất máy phát chống quá tải khi phụ tải đạt 100% công suất…………………………………………………………………...71 Hình 5.9 : Điều độ chi phí tối ƣu công suất máy phát chống quá tải khi phụ tải đạt 105% công suất…………………………………………………………………..71 Hình 5.10: Phân bố công suất bằng Powerworld khi lắp ……………………….72 Hình 5.11: Phân bố công suất bằng Powerworld khi lắp TCSC trên nhánh 6-8 (tải 105% công suất)……………………………………………………………..73 Hình 5.12. Điểm hoàn vốn khi lắp TCSC………………………………………..74
11 CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1.1 Đặt vấn đề Điện năng đóng vai trò rất quan trọng đối với sản xuất sản phẩm hàng hóa và cải thiện đời sống của con ngƣời. Chính vì vậy, nhà nƣớc luôn quan tâm tới sự phát triển của ngành điện, tạo điều kiện cho ngành điện trở thành một ngành công nghiệp mũi nhọn phục vụ sự nghiệp Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nƣớc. Xu hƣớng chuyển dịch từ hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc sang thị trƣờng điện cạnh tranh đã và đang diễn ra mạnh mẽ ở nhiều nƣớc trên thế giới. Thị trƣờng điện với cơ chế mở đã đem lại hiệu quả ở các nƣớc và cho thấy những ƣu điểm vƣợt trội hơn hẳn hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc truyền thống. Hệ thống điện không ngừng phát triển cả về số lƣợng, chất lƣợng và độ tin cậy. Khi chuyển sang thị trƣờng điện thì vấn đề quá tải đƣờng dây là thƣờng xuyên, có ảnh hƣởng đến ổn định và độ tin cậy hệ thống. Điều khiển quá tải đƣờng dây là chức năng quan trọng của bất kỳ ISO (International Organization for Standardization ) và là quá trình đảm bảo hệ thống truyền tải không bị vi phạm các giới hạn vận hành. Bất kể khi nào, ràng buộc vật lý hoặc ràng buộc vận hành trong lƣới truyền tải bị vi phạm thì hệ thống đƣợc coi là đang ở trạng thái quá tải. Các giới hạn trong vấn đề quá tải đƣờng dây là giới hạn nhiệt, mức cảnh báo của máy biến áp, giới hạn điện áp nút, ổn định quá độ (ổn định động và ổn định tĩnh). Các giới hạn này ràng buộc lƣợng công suất mà có thể truyền tải giữa hai vị trí thông qua lƣới truyền tải. Công suất truyền tải không đƣợc phép tăng lên đến mức mà khi có xảy ra sự cố sẽ làm tan rã lƣới điện vì không ổn định điện áp. Có rất nhiều công trình nghiên cứu về vận hành tối ƣu hệ thống điện. Một trong các bài toán đặt ra là phân bố luồng công suất tối ƣu còn đƣợc biết đến nhƣ
12 phƣơng pháp điều khiển dòng công suất trên lƣới điện truyền tải nhằm: Hạn chế quá tải trên đƣờng dây ở thời điểm hiện tại cũng nhƣ khi mở rộng phụ tải trong tƣơng lai. Đây là nguyên nhân chính gây nên giá sản xuất điện năng tăng cao. Có nhiều phƣơng pháp để giải quyết bài toán quá tải nhƣ: Điều chỉnh công suất phát của nhà máy, xây dựng các đƣờng dây song song sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng tại chỗ… Hiện nay Các thiết bị FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) đƣợc sử dụng để điều khiển điện áp truyền tải, phân bố công suất, giảm tổn thất phản kháng, và làm giảm dao động công suất hệ thống cho các mức truyền tải công suất cao, đặc biệt là tăng khả năng truyền tải công suất. Vì vậy, lắp đặt các bộ điều khiển FACTS nhằm điều khiển tốt hơn trong hệ thống điện cần phải đƣợc xem xét, trong đó việc lắp đặt thích hợp các thiết bị FACTS trở thành quan trọng. Nếu lắp đặt không thích hợp các bộ điều khiển FACTS làm giảm đặc tính tối ƣu thu đƣợc và có thể làm mất đi tính hữu ích. Từ những khó khăn trong quản lý, vận hành hệ thống điện và tính năng của FACTS thì việc sử dụng thiết bị FACTS trên đƣờng dây truyền tải là rất cần thiết, trong đó việc xác định vị trí tối ƣu để đấu nối thiết bị FACTS nhằm đảm bão khả năng nhận công suất, khả năng phát công suất và khả năng truyền tải công suất trên đƣờng dây là lớn nhất đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện hiện nay. Ngoài ra việc sử dụng các thiết bị Facts điều khiển dòng công suất trên đƣờng dây còn đƣợc biết đến nhƣ biện pháp chống nghẽn mạch, giảm rủi ro về mất điện, tăng độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng, đảm bảo lợi ích kinh tế, đồng thời tránh đƣợc tình trạng đầu cơ tăng giá điện khi có sự cố nghẽn mạch. Một số công trình nghiên cứu cũng cho thấy rằng, việc sử dụng các thiết bị Facts để điều khiển dòng công suất sẽ hạn chế đƣợc quá tải trên đƣờng dây từ đó làm giảm chi phí sản xuất điện năng, tăng giá trị phúc lợi xã hội.
13 Trên cơ sở những kết quả của các công trình nghiên cứu trƣớc đây đã đạt đƣợc, đề tài đề xuất tên “Xác định vị trí và dung lượng TCSC để nâng cao khả năng chuyên tải của hệ thống điện” nhằm xây dựng giải thuật tìm kiếm vị trí tối ƣu của thiết bị TCSC (Thyristor Controller Series Capacitor) với mục đích xây dựng giải thuật xác định vị trí tối ƣu của TCSC bằng phƣơng pháp mặt cắt tối thiểu để nâng cao khả năng truyền tải từ đó giảm đƣợc chi phí sản xuất điện năng và hạn chế nhƣợc điểm của các công trình nghiên cứu trƣớc đây. 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ - Tìm hiểu các giải pháp chống nghẽn mạch hệ thống điện - Trình bày nguyên lý hoạt động của thiết bị TCSC. - Giải quyết bài toán nâng cao khả năng truyền tải bằng cách đặt TCSC (vị trí đặt và dung lƣợng)  Giảm thiểu không gian tìm kiếm vị trí đặt TCSC bằng phƣơng pháp mặt cắt tối thiểu  Xác định dung lƣợng TCSC phù hợp để nâng cao khả năng tải của HTĐ - Ứng dụng thực tế và so sánh với các ví dụ mẫu 1.3 Phƣơng pháp giải quyết - Giải tích và mô phỏng toán học. - Ứng dụng phần mềm Powerworld. 1.4 Giới hạn đề tài - Không xét đến ổn định động của hệ thống điện 1.5 Điểm mới của luận văn - Xây dựng thuật toán xác định vị trí và dung lƣợng của TCSC nâng cao khả năng tải của hệ thống điện. 1.6 Phạm vi ứng dụng - Ứng dụng cho các mô hình hay lƣới điện bất kỳ. - Ứng dụng cho các lƣới điện IEEE mẫu - Làm tài liệu tham khảo khi vận hành lƣới điện với thiết bị FACTS.
14 - Làm tài liệu tham khảo cho bài giảng môn học cung cấp điện. 1.7 Bố cục của luận văn Chƣơng 1: Giới thiệu luận văn Chƣơng 2: Tổng quan Chƣơng 3: Phƣơng pháp tiếp cận Chƣơng 4: Khảo sát các ví dụ mẫu Chƣơng 5: Ứng dụng lƣới điện Việt Nam Chƣơng 6: Kết luận
15 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1. Nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện Trong quá trình vận hành hệ thống điện trong thị trƣờng điện, chi phí của tổ máy phát thứ i trong nhà máy điện là: Ci ( Pgi )  0i Pgi2  1i Pgi   2i (2.1) Pgi: công suất phát của tổ máy thứ i. 0i, 1i, 2i: Hệ số chi phí của máy phát i. Do đó tổng chi phí của các nhà máy phát điện đƣợc tính theo biểu thức: CG   Ci ( Pgi ) (2.2) Mục tiêu của các nhà máy sản xuất điện năng là tìm cách giảm chi phí sản xuất điện sao cho tổng chi phí phát điện phải là nhỏ nhất: C1  Minimum Ci ( Pgi ) (2.3) Giá thành điện năng là tổng chi phí để sản xuất ra một đơn vị điện năng. Giá điện bao gồm các chi phí nguồn phát, truyền tải đến nơi tiêu thụ cộng với các chi phí khác hình thành nên giá bán điện trên thị trƣờng. Do đó giá bán điện đƣợc xác định tính từ giá thành sản xuất điện năng tối thiểu C1. Trong thị trƣờng điện, sự cạnh tranh về giá luôn khiến các nhà sản xuất phải hƣớng đến mục tiêu tối thiểu hoá tổng chi phí của hệ thống điện, nghĩa là tìm cách đƣa tổng chi phí phát điện về giá trị C1. Điều này đồng nghĩa với việc giảm giá thành sản xuất trên một đơn vị điện năng và giá bán điện cũng giảm theo. Giả sử giá trị chi phí phát điện tối thiểu là C1 thì lƣợng công suất phát của các nhà máy điện và phụ tải có sự cân bằng theo biểu thức: n P i 1 Gi   PL (2.4) PGi: công suất phát của các nhà máy. PL: công suất của các phụ tải.
16 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 phí cho sản xuất ra một đơn vị điện năng trong trƣờng hợp này theo biểu thức (2.3) sẽ là C2   Ci ( Pgi' )  C1 . Khi chi phí sản xuất điện năng tăng cao thì giá bán điện đến hộ tiêu thụ cũng tăng theo. Điều này gây bất lợi cho nhà cung cấp trong việc gia tăng doanh số bán hàng trên thị trƣờng cũng nhƣ những nỗ lực cạnh tranh thị phần. Bài toán phân bố công suất tác dụng giữa các nhà máy điện để cực tiểu chi phí sản xuất (C1). Tuy nhiên bài toán này gặp khó khăn vì gặp giới hạn của các đƣờng dây tải điện nên phải thay đổi công suất phát giữa các nhà máy điện để các đƣờng dây không còn quá tải. Điều này làm cho chi phí tăng cao (C2) làm cho C2 > C1. Để giảm chi phí phát điện từ C2  C1 có thể nâng cao khả năng tải của hệ thống. Nếu không phải tất cả các đƣờng dây truyền tải (tạo thành mạch các vòng) bị quá tải hoàn toàn bằng cách thay đổi góc pha giữa nút, các tổng trở các nhánh để công suất truyền tải phân chia qua các tuyến dây chƣa bị quá tải. Ngành công nghệ điện tử với công suất hiện nay, việc sản suất các thiết bị FACTS có thể thực hiện đƣợc. Tuy nhiên, việc xác định chính xác vị trí đặt thiết bị hết sức khó khăn vì phải xác định đƣợc những nhánh thƣờng xuyên bị quá tải mới đem lại hiệu quả của việc đặt thiết bị FACTS. Số lƣợng thiết bị và công suất thiết bị đòi hỏi phải giải bài toán cực đại lợi nhuận giữa chi phí thiết bị và việc giảm chi phí sản suất điện năng. Những phân tích 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 phí 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 phí C2 trở về gần với trạng thái ban đầu nhất: C2 C1.
17 2.2. Các công trình nghiên cứu trƣớc đây 2.2.1. 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 phí 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 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 tín hiệu giá tƣơng ứng. Các tín 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