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).
Giới thiệu
Đặt vấn đề
Điện năng là yếu tố then chốt trong sản xuất hàng hóa và nâng cao chất lượng cuộc sống Do đó, nhà nước đặc biệt chú trọng phát triển ngành điện, nhằm biến đây thành ngành công nghiệp mũi nhọn phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.
Xu hướng chuyển dịch từ hệ thống điện độc quyền theo chiều dọc sang thị trường điện cạnh tranh đang diễn ra mạnh mẽ trên toàn cầu Thị trường điện mở đã chứng minh hiệu quả vượt trội so với hệ thống truyền thống, mang lại nhiều lợi ích cho người tiêu dùng Sự phát triển của hệ thống điện không ngừng cải thiện về số lượng, chất lượng và độ tin cậy.
Khi chuyển sang thị trường điện, vấn đề quá tải đường dây thường xuyên xảy ra, ảnh hưởng đến sự ổn định và độ tin cậy của hệ thống Kiểm soát quá tải là chức năng quan trọng của bất kỳ ISO nào, nhằm đảm bảo hệ thống truyền tải không vi phạm các giới hạn vận hành Khi có sự vi phạm về ràng buộc vật lý hoặc vận hành trong lưới truyền tải, hệ thống được xem là quá tải Các giới hạn này bao gồm giới hạn nhiệt, mức cảnh báo của máy biến áp, giới hạn điện áp nút và ổn định quá độ Những giới hạn này xác định lượng công suất có thể truyền tải giữa hai vị trí qua lưới Công suất truyền tải không được phép tăng lên mức có thể gây ra sự cố, dẫn đến sự tan rã của lưới điện do không ổn định điện áp.
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về việc tối ưu hóa vận hành hệ thống điện Một trong những vấn đề quan trọng trong lĩnh vực này là phân bố luồng công suất tối ưu, còn được gọi là phân tích công suất tối ưu.
Có 12 phương pháp điều khiển dòng công suất trên lưới điện truyền tải nhằm hạn chế tình trạng quá tải trên đường dây, cả hiện tại và trong tương lai, nguyên nhân chính dẫn đến chi phí sản xuất điện năng tăng cao Các giải pháp để giải quyết vấn đề quá tải bao gồm điều chỉnh công suất phát của nhà máy, xây dựng các đường dây song song và sử dụng thiết bị bù công suất phản kháng tại chỗ.
Hiện nay, các thiết bị FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển điện áp truyền tải, phân bố công suất, giảm tổn thất phản kháng và giảm dao động công suất hệ thống, đặc biệt là trong các ứng dụng truyền tải công suất cao Do đó, việc lắp đặt các bộ điều khiển FACTS cần được xem xét kỹ lưỡng để nâng cao hiệu suất của hệ thống điện Sự lắp đặt thích hợp các thiết bị FACTS là rất quan trọng, vì nếu không được thực hiện đúng cách, có thể làm giảm tính tối ưu và mất đi tính hữu ích của hệ thống.
Việc sử dụng thiết bị FACTS trên đường dây truyền tải là rất cần thiết để giải quyết những khó khăn trong quản lý và vận hành hệ thống điện Xác định vị trí tối ưu để đấu nối thiết bị FACTS có vai trò quan trọng, giúp đảm bảo khả năng nhận công suất, phát công suất và truyền tải công suất lớn nhất trên đường dây.
Việc sử dụng các thiết bị FACTS để điều khiển dòng công suất trên đường dây không chỉ giúp chống nghẽn mạch và giảm rủi ro mất điện, mà còn tăng độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng Điều này đảm bảo lợi ích kinh tế và ngăn chặn tình trạng đầu cơ tăng giá điện khi xảy ra sự cố Nghiên cứu cho thấy rằng, việc áp dụng thiết bị FACTS còn hạn chế quá tải trên đường dây, từ đó giảm chi phí sản xuất điện năng và nâng cao giá trị phúc lợi xã hội.
Đề tài “Xác định vị trí và dung lượng TCSC để nâng cao khả năng chuyên tải của hệ thống điện” được xây dựng dựa trên kết quả của các nghiên cứu trước đây, nhằm phát triển giải thuật tìm kiếm vị trí tối ưu cho thiết bị TCSC (Thyristor Controller Series Capacitor) Mục tiêu của nghiên cứu là xác định vị trí tối ưu của TCSC bằng phương pháp mặt cắt tối thiểu, từ đó nâng cao khả năng truyền tải điện năng, giảm chi phí sản xuất điện, và khắc phục những nhược điểm của các công trình nghiên cứu trước đó.
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 phương 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
Phương pháp giải quyết
- Giải tích và mô phỏng toán học
- Ứng dụng phần mềm Powerworld.
Giới hạn đề tài
- Không xét đến ổn định động của hệ thống điện
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
- Ứng dụng cho các mô hình hay lưới điện bất kỳ
- Ứng dụng cho các lưới điện IEEE mẫu
- Làm tài liệu tham khảo khi vận hành lưới điện với thiết bị FACTS
- Làm tài liệu tham khảo cho bài giảng môn học cung cấp điện
1.7 Bố cục của luận văn
Chương 1: Giới thiệu luận văn
Chương 3: Phương pháp tiếp cận
Chương 4: Khảo sát các ví dụ mẫu
Chương 5: Ứng dụng lưới điện Việt Nam
Bố cục của luận văn
Chương 1: Giới thiệu luận văn
Chương 3: Phương pháp tiếp cận
Chương 4: Khảo sát các ví dụ mẫu
Chương 5: Ứng dụng lưới điện Việt Nam
Tổng quan
Nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện
Trong quá trình vận hành hệ thống điện trong thị trường điện, chi phí của tổ máy phát thứ i trong nhà máy điện là:
P gi : 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:
Mục tiêu chính của các nhà máy điện là tối ưu hóa quy trình sản xuất để giảm thiểu chi phí phát điện, nhằm đạt được tổng chi phí thấp nhất có thể.
Giá thành điện năng là tổng chi phí sản xuất một đơn vị điện, bao gồm chi phí nguồn phát, truyền tải và các chi phí khác Giá bán điện được xác định từ giá thành sản xuất tối thiểu C1 Trong thị trường điện, cạnh tranh giá buộc các nhà sản xuất phải tối thiểu hóa tổng chi phí hệ thống điện, nhằm giảm giá thành sản xuất trên mỗi đơn vị điện và từ đó giảm giá bán điện.
Giả sử giá trị chi phí phát điện tối thiểu là C1, thì công suất phát của các nhà máy điện và phụ tải cần được cân bằng theo biểu thức tương ứng.
P Gi : công suất phát của các nhà máy
P L : công suất của các phụ tải
Khi phụ tải điện vượt quá mức dự trữ cho phép, hệ thống sẽ gặp tình trạng nghẽn mạch trên một số tuyến đường dây Để khắc phục tình trạng này, cần điều chỉnh công suất phát của các tổ máy trong các nhà máy điện theo lượng tăng thêm của phụ tải Do đó, chi phí sản xuất một đơn vị điện năng trong tình huống này sẽ tăng lên.
Khi chi phí sản xuất điện năng tăng, giá bán điện cho hộ tiêu thụ cũng tăng theo Điều này gây khó khăn cho nhà cung cấp trong việc tăng doanh số bán hàng và cạnh tranh trên thị trường.
Bài toán phân bố công suất tác dụng giữa các nhà máy điện nhằm mục tiêu tối thiểu hóa chi phí sản xuất (C1) gặp khó khăn do giới hạn của các đường dây tải điện, dẫn đến việc phải điều chỉnh công suất phát giữa các nhà máy để tránh quá tải Sự điều chỉnh này làm tăng chi phí (C2), với C2 > C1 Để giảm chi phí phát điện từ C2 về C1, cần nâng cao khả năng tải của hệ thống Nếu không phải tất cả các đường dây truyền tải đều bị quá tải, có thể điều chỉnh góc pha giữa các nút và tổng trở các nhánh để phân chia công suất truyền tải qua các tuyến dây chưa bị quá tải.
Ngành công nghệ điện tử hiện nay cho phép sản xuất các thiết bị FACTS, nhưng việc xác định vị trí lắp đặt chính xác là rất khó khăn Điều này đòi hỏi phải xác định những nhánh thường xuyên bị quá tải để đảm bảo hiệu quả của việc sử dụng thiết bị FACTS.
Để tối ưu hóa lợi nhuận, cần giải quyết bài toán cân bằng giữa số lượng thiết bị, công suất thiết bị và việc giảm chi phí sản xuất điện năng.
Sự thay đổi phụ tải hoặc sự cố trong hệ thống điện sẽ làm gia tăng giá bán điện trên thị trường do chi phí sản xuất điện tăng lên Dù lưới điện hoạt động trong bất kỳ trạng thái nào, các nhà máy sản xuất điện luôn nỗ lực đưa chi phí C2 trở về gần với trạng thái ban đầu C1.
Các công trình nghiên cứu trước đây
2.2.1 Điều độ kế hoạch nguồn phát điện
Phân bố công suất tối ưu (OPF) là kỹ thuật quan trọng giúp đạt được mô hình phát điện chi phí thấp nhất trong hệ thống điện, với sự điều phối của trung tâm vận hành hệ thống độc lập (ISO) trong thị trường cạnh tranh Khi phụ tải tăng và số lượng hợp đồng song phương gia tăng, khả năng thiếu nguồn cung có thể dẫn đến nghẽn mạch mạng Quản lý nghẽn mạch, thông qua cơ chế OPF, trở thành vấn đề then chốt, định nghĩa tình trạng vận hành khi không đủ khả năng truyền tải cho tất cả giao dịch trong trường hợp khẩn cấp Để giảm nghẽn mạch, cần đưa các ràng buộc khả năng truyền tải vào quy trình điều độ và lập kế hoạch, bao gồm tái điều phối nguồn phát hoặc cắt giảm tải Tác giả đã xây dựng bài toán OPF nhằm tối thiểu hóa công suất tác dụng (MW) trong điều chỉnh kế hoạch, đồng thời xem xét sự điều phối hợp đồng song phương trong tình huống nghẽn mạch nặng Những thay đổi trong hợp đồng song phương tương ứng với sự thay đổi công suất tại các nút mua và bán, dẫn đến việc vận hành nguồn phát ở điểm cân bằng khác với điều kiện giá cận biên Các mô hình toán học về giá truyền tải có thể kết hợp trong cơ chế điều phối, tạo ra tín hiệu giá để định giá nghẽn mạch và hướng dẫn người tham gia thị trường điều chỉnh công suất nhằm tránh nghẽn mạch.
Phương pháp điều độ kế hoạch nguồn phát của tác giả chỉ tập trung vào điều kiện ràng buộc dòng công suất tác dụng trên đường dây truyền tải, mà chưa xem xét các yếu tố khác.
Trong quá trình điều độ kế hoạch nguồn phát, cần xem xét các điều kiện ràng buộc như điện áp nút, góc lệch pha và giá điện tại các nút Những điều kiện này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định và hiệu quả kinh tế của hệ thống vận hành.
Trong các hệ thống phi điều tiết, nghẽn mạch trong hệ thống truyền tải là một vấn đề quan trọng có thể dẫn đến biến động giá Nghẽn mạch xảy ra khi khả năng truyền tải không đủ để đáp ứng nhu cầu của tất cả khách hàng Để giảm thiểu tình trạng nghẽn mạch nặng nề, có thể cắt giảm một phần các giao dịch không ổn định.
Hình 2.1a minh họa một hệ thống 2 nút với công suất tác dụng cực đại của máy phát là 100MW, trong khi giới hạn công suất đường dây truyền tải là 100MVA và công suất tác dụng tải cũng là 100MW Điều này dẫn đến tình trạng quá tải trên đường dây để đáp ứng nhu cầu tải Để giảm nghẽn mạch, cần cắt giảm một phần tải Như thể hiện trong Hình 2.1b, khi tải được giảm từ 100MW xuống 90MW, tình trạng nghẽn mạch đã được loại bỏ.
Hình 2.1b: Ví dụ 2 nút sau khi đƣợc loại bỏ nghẽn mạch
Điều độ tải là một phương pháp hiệu quả để kiểm soát nghẽn mạch, nhưng nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như khả năng chuyển tải, tăng và giảm tải của các phụ tải, mức độ sự cố và khả năng mang tải của hệ thống điện Việc cắt tải có thể làm giảm độ tin cậy trong cung cấp điện và hạn chế khả năng phát triển tải trong tương lai Do đó, biện pháp này chỉ nên được áp dụng trong trường hợp sự cố nghiêm trọng và bất khả kháng, nhằm đảm bảo an ninh cho hệ thống điện.
2.2.3 Mở rộng đường dây truyền tải
Mở rộng đường dây truyền tải là giải pháp quan trọng nhằm củng cố hệ thống phát điện và mạng lưới truyền tải hiện tại, phục vụ tốt nhất cho sự phát triển của thị trường điện Việc này cần đáp ứng các điều kiện ràng buộc về kinh tế và kỹ thuật Nhiều kỹ thuật như phân tích Bender, tìm kiếm Tabu và thuật toán Gen đã được áp dụng để nghiên cứu và giải quyết bài toán này.
Mặc dù chi phí nghẽn mạch có thể được giảm thiểu bằng các phương pháp quản lý hiệu quả, nhưng chi phí biên của nghẽn mạch không nên cao hơn chi phí biên của việc giảm nghẽn thông qua đầu tư vào mở rộng khả năng truyền tải Chi phí nghẽn mạch cao sẽ là tín hiệu cần thiết để thúc đẩy việc mở rộng khả năng truyền tải Đầu tư vào truyền tải luôn hướng tới việc tăng cường độ tin cậy và giảm thiểu chi phí nghẽn mạch.
Phương pháp mở rộng đường dây truyền tải gặp nhiều hạn chế, bao gồm thời gian thực hiện kéo dài, chi phí cao và sự phụ thuộc vào các ràng buộc pháp lý cũng như quy định về đền bù giải tỏa.
Ngoài ra những công trình nghiên cứu trước đây về ứng dụng của FACTS
Trong vận hành và điều khiển hệ thống điện, mục tiêu chính là tối ưu hóa hiệu suất của các thiết bị như TCSC, TCVR, TCPST, SVC và UPFC Mặc dù có những cách tiếp cận khác nhau trong việc ứng dụng hiệu quả của thiết bị FACTS, nhưng các nghiên cứu đều hướng đến việc cải thiện và tối ưu hóa hệ thống điện thông qua các phương pháp nghiên cứu chung.
Sử dụng giải thuật di truyền để tìm kiếm giải pháp tối ưu cho hệ thống FACTS, phần mềm máy tính sẽ mã hóa các thông số thiết bị và mạng điện Các toán tử đột biến và lai chéo sẽ được áp dụng để giải bài toán phân bố công suất, đưa ra kết quả vào không gian tìm kiếm Thông số ban đầu sẽ được tự động lưu trữ và cập nhật, nhằm tăng cường tính đa dạng trong việc tìm kiếm giải pháp hiệu quả.
Một phương pháp truyền thống phổ biến là liệt kê thử nghiệm, trong đó các đường dây trong mạng được lập danh sách Phương pháp này thường chọn lựa X TCSC u%X line cố định và giá trị bù được thử nghiệm trên tất cả các nhánh của mạng điện để xác định vị trí tối ưu theo hàm mục tiêu đã đề ra Nhiều nghiên cứu tập trung vào việc xác định vị trí tối ưu của TCSC nhằm gia tăng tổng khả năng truyền tải của hệ thống hoặc tối đa hóa phúc lợi xã hội mà nó mang lại.
Nghiên cứu của M.A.Khaburi và M.R.Haghifam [17] áp dụng phương pháp phân vùng để giới hạn phạm vi tìm kiếm giải pháp bằng cách chia mạng điện thành hai khu vực: vùng nguồn (có nhiều máy phát) và vùng tải (có nhiều phụ tải) Hai vùng này được kết nối qua các đường dây liên lạc, nơi lắp đặt thiết bị bù để tối ưu hóa giải pháp theo mục tiêu Phương pháp này giúp hạn chế không gian tìm kiếm, nhưng độ chính xác phụ thuộc vào cách phân vùng ban đầu của người vận hành Nó thường hiệu quả hơn khi có sự quy hoạch mua bán điện giữa hai vùng từ các nguồn khác nhau, tập trung vào các đường dây trao đổi điện năng giữa chúng.
Trong nghiên cứu của Nguyễn Hoàng Sơn về ứng dụng của UPFC trong việc điều khiển hệ thống điện, tác giả đã giải quyết bài toán phân bố công suất bằng phần mềm PowerWorld Ông đã đưa ra các tình huống sự cố giả định để xác định các nhánh nghẽn mạch và tiến hành thử nghiệm đặt thiết bị UPFC vào từng nhánh của hệ thống.
Phương pháp 21 thống cho phép phân bố lại công suất nhằm xác định vị trí và dung lượng tối ưu cho thiết bị FACTS trong hệ thống điện.
“Phương pháp thử sai” (trial and error method) để tìm vị trí tối ưu của thiết bị FACTS trong mạng điện.
Các loại thiết bị Facts
SVC, hay máy bù tĩnh, bao gồm bộ tụ điện và bộ kháng điện được kết nối song song, với một trong hai bộ được điều khiển trơn Công suất phản kháng Q có thể điều chỉnh từ dung tính sang cảm tính thông qua việc kiểm soát các van Thyristor Khi SVC được lắp đặt song song với đường dây hoặc phụ tải, nó giúp điều chỉnh và duy trì điện áp tại nút, đồng thời hạn chế dao động điện áp và nâng cao khả năng ổn định của hệ thống điện.
Bộ bù công suất phản kháng tĩnh SVC là thiết bị điện tử công suất nâng cao, có khả năng cung cấp nhanh chóng và liên tục công suất phản kháng tính dung và tính cảm cho hệ thống điện.
Hình 2.2: Nguyên tắc điều khiển SVC trong ổn định hệ thống điện
Hình 2.3: Dao động công suất trong trường hợp không có SVC và có SVC
Phân loại SVC theo cấu hình bao gồm ba thành phần chính: cuộn kháng được điều khiển bằng Thyristor (TCR), bộ tụ được đóng ngắt bằng Thyristor (TSC) và dãy tụ cố định (FC) để lọc sóng hài, như được minh họa trong Hình 2.4.
TCR bao gồm cuộn kháng và van Thyristor TCR điều khiển liên tục công suất phản kháng bằng cách thay đổi biên độ dòng điện chạy qua cuộn kháng
TSC bao gồm tụ điện, cuộn kháng và van Thyristor, có chức năng đóng và ngắt tụ điện Bộ lọc FC cung cấp công suất phản kháng cố định và hấp thụ dòng điện sóng hài phát ra từ bộ TCR.
Hình 2.4: Cấu hình cơ bản nhất của SVC
Hình 2.5: Cấu hình nâng cao của SVC là TCR + TSC + FC
Bộ bù tĩnh (STATCOM) hoạt động tương tự như máy bù đồng bộ, cung cấp công suất phản kháng để điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện và công nghiệp, đặc biệt trong các tình huống dao động và ổn định Hệ thống STATCOM hoàn chỉnh bao gồm nguồn điện áp DC, bộ biến đổi tự chuyển sử dụng Thyristor, và máy biến áp tăng áp.
Hình 2.6: Sơ đồ mạch điều khiển sử dụng STATCOM
Hình 2.7: Nguyên tắc điều khiển trào lưu công suất của STATCOM
2.3.3 UPFC ( Unified Power Flow Controlled ):
UPFC (Unified Power Flow Controller) là một thiết bị tích hợp điều khiển luồng công suất, cho phép kiểm soát điện áp, tổng trở và góc pha Việc lắp đặt UPFC giúp điều chỉnh linh hoạt hệ thống điện, nâng cao hiệu suất và ổn định nguồn năng lượng.
- Tăng khả năng truyền tải của đường dây
- Giảm sự dao động của hệ thống điện
- Nâng cao và ổn định điện áp
- Điều khiển dòng công suất phản kháng và tác dụng theo hai hướng
2.3.4 TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor)
Bộ bù nối tiếp điều khiển bằng Thyristor (TCSC) là một thành phần quan trọng trong hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) TCSC được phát triển từ các tụ nối tiếp truyền thống bằng cách thêm vào một bộ phản ứng điều khiển bằng thyristor, kết nối song song với tụ nối tiếp Điều này cho phép tạo ra một hệ thống bù dọc điện kháng có khả năng thay đổi liên tục và nhanh chóng Những lợi ích chính của TCSC bao gồm khả năng cải thiện độ ổn định hệ thống và tối ưu hóa việc truyền tải điện.
- Tăng công suất truyền tải
- Giảm các dao động công suất
- Giảm các cộng hưởng đồng bộ
- Điều khiển dòng công suất đường dây
TCSC bao gồm ba phần tử chính: Tụ bù C, cuộn kháng bù nối vào mạch thyristor và hai thyristor điều khiển SCR1 và SCR2 (hình 2.9)
Hình 2.9: Sơ đồ cấu tạo của TCSC
Các góc mở của thyristor được điều chỉnh để kiểm soát điện kháng TCSC theo yêu cầu của hệ thống Khi thyristor được kích thích, TCSC có thể được mô tả bằng các phương trình toán học cụ thể.
Giá trị dòng điện tức thời qua tụ điện và cuộn cảm được ký hiệu là iL và iC, trong khi dòng điện tức thời của đường dây truyền tải được điều khiển là iS Điện áp tức thời qua TCSC được ký hiệu là v.
Tổng trở tương đương của mạch LC:
TCSC có khả năng điều khiển để hoạt động ở trạng thái điện kháng (C > 1/L) với tính dung thay đổi hoặc ở trạng thái cảm kháng (C < 1/L), đồng thời cần tránh trạng thái cộng hưởng (C = 1/L).
Dòng điện đi qua cuộn cảm đƣợc xác định theo công thức:
X C là điện kháng định mức của tụ cố định C Điện áp tụ ở trạng thái vận hành bình thường tại thời điểm t = - là:
Tại t= ; i T = 0, điện áp tụ đƣợc xác định: v C (t )v C 2 v C 1 Điện áp tụ sau khi tính toán là:
; t v C (t)v C 2 I m X C (sintsin) ; t Điện kháng TCSC tương đương X TCSC được tính theo tỉ số của V CF và I m :
TCSC (2.11) Điện kháng của TCSC trên đơn vị X C đƣợcbiểu thị bằng X net = X TCSC / X C là:
Với = 2(-) là góc dẫn của bộ điều khiển TCSC.
Đề xuất phương án sử dụng TCSC
2.4.1 Giải quyết để hết quá tải khi tăng tải
Mô hình đường dây hình được sử dụng để phân tích các thông số kết nối giữa hai nút i và j Giá trị điện áp tại hai nút này được biểu diễn bằng Vi i và V j j Từ đó, công suất thực và công suất phản kháng trên nhánh i-j có thể được xác định một cách chính xác.
2 cos sin ij i ij i j ij ij ij ij
2 sin cos ij i ij i j ij ij ij ij
Công suất thực và công suất phản kháng truyền từ nút i đến nút j lần lượt được ký hiệu là P_ij và Q_ij Độ chênh lệch pha giữa hai nút được biểu thị bằng δ_ij = δ_i - δ_j, trong khi g_ij và b_ij đại diện cho điện dẫn và dung dẫn trên nhánh đường dây i-j.
Trong đó: r ij , x ij là điện trở và điện kháng trên nhánh đường dây i-j
Hình 2.10: Mô hình đường dây truyền tải có lắp đặt TCSC jb ij /2 g ij /2 jb ij /2 g ij /2 g ij /2 jb ij /2
Hình 2.11: Đơn giản hoá mô hình TCSC trên nhánh i-j
Mô hình đường dây truyền tải với TCSC được lắp đặt giữa các nút i và j, thể hiện trong hình 2.10 Trong trạng thái ổn định, TCSC hoạt động như một điện kháng -jxc, như mô tả trong hình 2.11 Do đó, điện dẫn và dung dẫn trên nhánh đường dây i-j sẽ thay đổi theo biểu thức đã được xác định.
Do đó dòng công suất thực và công suất phản kháng trên nhánh i-j khi có TCSC sẽ là:
2 , , , cos sin ij ij ij ij c i i j ij ij
2 , , , cos sin ji ij ij ij c j i j ij ij
2 , , , sin cos ij ij ij ij c i i j ij ij
2 , , , sin cos ji ij ij ij c j i j ij ij
Dòng công suất trên nhánh i-j khi có TCSC sẽ là:
2 2 , 2 , cos ij ji ij ij c c
2 2 , 2 , cos ij ji ij ij c c
Q Q Q V V b VV b (2.24) jb ij /2 g ij /2 jb ij /2
Khi lắp đặt TCSC trên nhánh i-j, dòng công suất truyền trên nhánh sẽ tăng lên Theo các biểu thức 2.17 và 2.18, khi giá trị xc thay đổi, các thông số g ij, b ij cũng sẽ thay đổi, từ đó giá trị PL và QL có thể được điều khiển thông qua việc điều chỉnh giá trị xc Thông thường, giá trị điện trở trên các đường dây truyền tải rất nhỏ so với điện kháng (r < < x), vì vậy để đơn giản hóa quá trình tính toán, các biểu thức 2.17 và 2.18 có thể được viết lại.
1 ij ij ij ij ij b x r x x
Do đó biểu thức 2.13 đƣợc viết lại nhƣ sau: ij i j ij sin ij
Và trong trường hợp có lắp đặt thiết bị bù TCSC trên nhánh i-j, dòng công suất truyền trên nhánh i-j đƣợc tính theo biểu thức:
Biểu thức 2.28 chỉ ra rằng khả năng truyền tải trên nhánh i-j của hệ thống điện được cải thiện đáng kể khi lắp đặt thiết bị bù dọc TCSC Sự cải thiện này phụ thuộc vào giá trị bù của thiết bị và có khả năng nâng cao công suất trên đường dây khi tải tăng.
Các nghiên cứu trước đây đã đạt được một số kết quả và mục tiêu nhất định, nhưng phương pháp tiếp cận và giải quyết vấn đề vẫn chưa hiệu quả cao Chưa có khả năng khoanh vùng phạm vi không gian để giảm thời gian tìm kiếm giải pháp tối ưu Mặc dù việc ứng dụng giải thuật Gen có tính kế thừa và phát huy, nhưng cũng gặp phải nhược điểm là gia tăng phạm vi tìm kiếm và số lượng lựa chọn.
Việc sử dụng 30 lƣợng mẫu trong tổ hợp tiêu tốn nhiều bộ nhớ, dẫn đến tăng thời gian xử lý thông tin Các phương pháp hiện tại chủ yếu mang tính thử nghiệm và tìm kiếm, chưa có một phương pháp tính toán hệ thống nào được thiết lập.
Nhận xét và đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu
2.5.1 Nhận xét Để phân bố lại luồng công suất trong mạng điện nhằm tránh sự cố nghẽn mạch bằng cách sử dụng các thiết bị FACTS thay thế cho các giải pháp nhƣ thay đổi công suất phát của các tổ máy, xây dựng đường dây song song là rất hiệu quả Tuy nhiên việc lắp đặt thiết bị FACTS ở đâu mới là vấn đề cần quan tâm Do đó với những dao động phụ tải bất kỳ, sự thay đổi nguồn và gia tăng phụ tải thường xuyên trong tương lai dẫn tới điểm nghẽn mạch trong mạng cũng sẽ bị thay đổi nên không thể lắp đặt thiết bị bù trên tất cả các nhánh của lưới điện để đảm bảo chống nghẽn mạch khi có những thay đổi nhƣ trên Vì vậy cần thiết phải xác định đƣợc tập hợp những nhánh có nhiều khả năng gây quá tải thường xuyên cho hệ thống Đây là tập hợp những điểm xung yếu nhất còn đƣợc gọi là điểm nút thắt cổ chai (bottle-neck) Việc lắp đặt thiết bị FACTS tại những vòng có chứa tập hợp những nhánh xung yếu này sẽ khắc phục đƣợc quá tải đáng kể cho hệ thống
Bảng 2.1: Chi phí đầu tƣ trên 1KVAr của các thiết bị FACTS
Các thiết bị bù Chi phí (USD/KVAr)
Chi phí đầu tư cho thiết bị FACTS là một vấn đề quan trọng cần xem xét, do mức chi phí khá cao Việc phân tích tài chính là cần thiết để đánh giá hiệu quả của các thiết bị này Theo thống kê, chi phí đầu tư cho mỗi đơn vị công suất bù của thiết bị FACTS được trình bày trong bảng 2.1.
Theo tài liệu [4,19], hàm chi phí đầu tư cho một đơn vị công suất bù của các thiết bị FACTS phụ thuộc vào vị trí và phạm vi lắp đặt, như thể hiện trong hình 2.12.
Hình 2.12: Chi phí đầu tƣ vận hành theo công suất bù
Về mặt kinh tế, giá đầu tư cho thiết bị bù TCSC chỉ cao hơn so với các loại tụ bù truyền thống, nhưng vẫn ít tốn kém hơn so với chi phí lắp đặt các thiết bị như STATCOM hay UPFC Nếu cần bù vào hệ thống điện một lượng 50MVAr, việc sử dụng thiết bị bù UPFC sẽ đòi hỏi một khoản đầu tư lớn hơn (tính bằng USD/kVAr).
Trong khi đó nếu sử dụng thiết bị bù TCSC thì giá thành đầu tƣ là:
Trong đó: S là phạm vi bù của thiết bị FACTS tính bằng MVAr
Để tối ưu hóa hiệu quả chống nghẽn mạch trong hệ thống, cần xác định chính xác vị trí và dung lượng thiết bị bù cần thiết Việc cài đặt giá trị bù phải đảm bảo không chỉ ngăn chặn sự cố trên nhánh bù mà còn không gây quá tải cho các nhánh khác trong hệ thống Do đó, việc xác định tập hợp nhánh nghẽn mạch và dung lượng bù của thiết bị TCSC là rất quan trọng nhằm điều khiển dòng công suất một cách hiệu quả, từ đó giảm thiểu sản xuất điện năng và chi phí Những vấn đề này sẽ được giải quyết trong nghiên cứu này.
2.5.2 Đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu
Nhà quản lý, nhà vận hành và nhà quy hoạch thường xác định vị trí quá tải của hệ thống điện trong quá trình truyền tải từ nguồn phát đến nơi tiêu thụ Thông tin này rất quan trọng để đưa ra quyết định về việc tiếp tục vận hành hoặc quy hoạch lại hệ thống điện.
Hình 2.13: Mối quan hệ giữa nguồn và tải
Nguồn tải (máy biến áp, đường dây)
Sự nghẽn mạch thường xảy ra
Hệ thống điện thông thường thường xuyên mở rộng để đáp ứng nhu cầu phụ tải ngày càng tăng, thông qua việc nâng cấp máy phát và bổ sung máy phát điện vào lưới điện Tuy nhiên, việc truyền tải của đường dây không được cải thiện đồng bộ với nguồn và tải trong hệ thống, dẫn đến tình trạng quá tải ở trạng thái tĩnh và các vấn đề về ổn định quá độ, như giới hạn ổn định không cao Do đó, các giới hạn về trạng thái tĩnh và động trở nên quan trọng trong việc quản lý hệ thống điện.
- Sự ổn định góc pha
- Sự ổn định quá độ
Giới hạn ổn định trong lưới điện được định nghĩa là công suất điện tối đa có thể truyền tải mà không gây nguy hiểm cho các đường dây Do đó, hệ thống điện có công suất giới hạn không thể truyền dòng công suất vô hạn từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ, mà chỉ có giá trị cực đại Để xác định dòng công suất cực đại này, lý thuyết về mặt cắt tối thiểu và dòng công suất cực đại (Maximum flow – minimum cut set) được sử dụng như một công cụ quan trọng.
2.5.2.2 Lý thuyết về mặt cắt tối thiểu dòng công suất cực đại
Thuật ngữ "dòng công suất cực đại" hay "lát cắt cực tiểu – dòng công suất cực đại" (max flow-min cut) đề cập đến khả năng truyền tải trong một mạng gồm nút nguồn (s) và nút tải (t) cùng các nút trung gian Dung lượng truyền tải trên các nhánh giữa các nút i và j, được gọi là trọng số, ảnh hưởng đến khả năng truyền tải dòng công suất Mỗi cung Cij có dung lượng khác nhau, do đó, lượng công suất tối đa có thể truyền từ nguồn (s) đến tải (t) phụ thuộc vào dung lượng của các cung này.
Hình 2.14: Sơ đồ mạng với nguồn phát (s), tải thu (t) và hai nút trung gian
Xét sơ đồ mạng hình 2.14 với Cij là khả năng có thể truyền tải từ nút i đến nút j
Khi sử dụng các lát cắt, cần đảm bảo rằng mỗi lát cắt chia đều nguồn (s) và tải (t) thành hai nửa trên mặt phẳng cắt Điều này cho phép khả năng truyền tải từ nguồn (s) tới tải (t) qua lát cắt sẽ tương đương với tổng khả năng truyền tải của các cung mà lát cắt đi qua.
Lát cắt không đảm bảo cách ly nguồn (s) và tải (t) không được xem là lát cắt trong thuật toán mincut, vì nguồn phát (s) vẫn có thể truyền tải tới (t) qua các cung còn lại Hình 2.15 minh họa một số lát cắt theo lý thuyết và một lát cắt không hợp lệ.
Lát cắt cực tiểu (min-cut) được định nghĩa là lát cắt có tổng dung lượng đường truyền nhỏ nhất trong tập hợp các lát cắt của giải thuật (cut-set).
Hình 2.15: Mô hình hoá mạng với một số lát cắt tiêu biểu
Dòng công suất cực đại (max-flow) là khả năng truyền công suất từ nguồn (s) đến tải (t) qua tất cả các mặt cắt Điều này dẫn đến mối quan hệ max-flow ≤ min-cut, thể hiện khái niệm nút thắt cổ chai (bottle-neck) trong hệ thống truyền tải, cho thấy khả năng truyền từ s đến t bị giới hạn bởi điểm nghẽn trong mạng lưới.
Có 35 nguồn (s) tới tải (t) có thể lớn hơn giá trị min-cut tại các vị trí lát cắt khác Tuy nhiên, do hệ thống bị nghẽn mạch tại vị trí nút thắt cổ chai, luồng công suất tối đa truyền từ (s) tới (t) chỉ được xác định bằng luồng công suất 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.
Ứng dụng trong hệ thống điện
Dựa trên phân tích về lát cắt cực tiểu và luồng công suất cực đại, bài viết đề xuất ứng dụng để phát triển thuật toán nhằm xác định dòng công suất truyền tải cực đại và các nhánh nghẽn quá tải trong hệ thống mạng điện.
Xét một mạng điện đơn giản nhƣ hình 2.16
Hình 2.16: Mô hình hệ thống điện đơn giản
Sơ đồ mạng điện 2 nút có thể được mô hình hóa thành sơ đồ dạng số để xác định các nhánh nghẽn mạch, giúp nhận diện tập hợp các nhánh có nguy cơ quá tải Cụ thể, tất cả dung lượng của các máy phát tại mọi thanh cái được quy về một nút nguồn s, trong khi tất cả phụ tải tiêu thụ được quy về một nút tải t Nút nguồn cung cấp 30MW cho tải qua thanh cái 1 và 40MW cho tải qua thanh cái 2 Tuy nhiên, khả năng truyền tải giữa hai thanh cái 1 và 2 chỉ là 20MW, điều này cần được xem xét để đảm bảo an toàn cho hệ thống.
36 công suất là 85MW được lấy từ hai nút trung gian 1 và 2 tương đương là 50MW và 35MW Sơ đồ tương đương như sau:
Hình 2.17: Mô hình hoá sơ đồ mạng điện truyền tải 2 nút
Một mạng điện n nút khi được mô hình hóa thành sơ đồ mạng tương đương sẽ có tổng cộng n+2 nút, bao gồm hai nút giả định là nút nguồn (s) và nút tải (t) Phương pháp lát cắt cực tiểu và luồng công suất cực đại có thể được áp dụng cho sơ đồ mạng điện này.
Sử dụng các lát cắt f1, f2, f3, f4 để cách ly một nút nguồn s và các nút trung gian của hệ thống sẽ cho tổng dung lượng truyền qua các lát cắt.
Hình 2.18: Vị trí và thông lƣợng các lát cắt trên sơ đồ mô hình hóa
Bảng 2.2 : Vị trí và thông lƣợng của các lát cắt
Stt Lát cắt Dung lƣợng truyền
Việc xác định vị trí mặt cắt tối thiểu là cần thiết để cải tạo quy hoạch tại đó, do đó, việc nhận diện điểm nghẽn mạch trong vận hành lưới điện trở nên rất quan trọng Điều này tương tự như việc xác định vị trí lát cắt cực tiểu trong mạng điện Sau khi mô hình hóa từ sơ đồ mạng sang sơ đồ số, vị trí lát cắt cực tiểu được thể hiện như hình 2.18.
Giải thuật tối ưu hóa mạng điện thực hiện việc phân chia thành hai vùng riêng biệt: vùng nguồn phát (s) và vùng tải (t) Hai vùng này được kết nối bởi các nhánh có tổng giá trị thông lượng nhỏ nhất, tạo thành một lát cắt cực tiểu Lát cắt này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí xung yếu nhất giữa hai vùng.
Hình 2.19: Vị trí của lát cắt cực tiểu trên mạng mô hình hoá
Từ vị trí của lát cắt cực tiểu trong mạng có thể chia ra thành các trường hợp có thể quy hoạch, vận hành lưới điện như sau: s
Bảng 2.3: Các trường hợp xảy ra vị trí lát cắt
Trường hợp Lát cắt cực tiểu Ghi chú
Lát cắt thuộc tập nguồn phát, cần quy hoạch nguồn
Lát cắt thuộc tập đỉnh thu, cần phân phối tải
Lát cắt thuộc tập các nhánh trên đường truyền Quy hoạch và mở rộng đường dây truyền tải
Lát cắt thuộc tập các nhánh nguồn phát và đường dây cần quy hoạch nguồn và mở rộng đường dây tại ví trí lát cắt
Lát cắt thuộc tập các nhánh đỉnh thu và đường dây cần quy hoạch tải và mở rộng đường dây tại vị trí lát cắt
Trong nghiên cứu này, vấn đề quy hoạch nguồn và phân phối lại phụ tải hệ thống được xác định qua các lát cắt cực tiểu trong tập hợp nguồn phát (s) và đỉnh thu (t) Hai nút này được giả định nhằm hình thành mạng khép kín cho việc áp dụng thuật toán lát cắt cực tiểu Trong mạng điện, nguồn phát được phát trực tiếp vào các thanh cái, trong khi tải tiêu thụ được coi là quy về đầu nút của các thanh cái Tuy nhiên, hai nút này không tập trung mà phân tán trên toàn mạng, do đó không nằm trong phạm vi nghiên cứu về quy hoạch nút nguồn và nút tải Nghiên cứu chỉ tập trung vào việc xác định các nhánh nghẽn mạch có thể xảy ra trong sơ đồ mạng điện thông qua thuật toán min-cut, loại bỏ những lát cắt cực tiểu liên quan đến hai vị trí này.
39 xét những lát cắt đi qua tập những nhánh cụ thể trong lưới có giá trị nhỏ nhất có thể gây nghẽn mạch trong hệ thống điện
Sử dụng phương pháp lát cắt cực tiểu và luồng công suất cực đại trong hệ thống điện giúp nhanh chóng và chính xác xác định các nhánh có khả năng gây nghẽn mạch Giải pháp này khắc phục những hạn chế của các phương pháp trước như thuật toán Gen, phương pháp liệt kê và thử sai Kết quả là mạng lưới được phân chia thành hai vùng nguồn và tải một cách khoa học, từ đó giới hạn phạm vi tìm kiếm giải pháp hiệu quả hơn.
Kết hợp giải thuật tìm kiếm max-flow min-cut với tính năng ưu việt của thiết bị bù TCSC trong điều khiển dòng công suất sẽ là giải pháp tối ưu cho bài toán chống quá tải hệ thống điện, giúp giảm chi phí sản xuất điện năng.
Nhận xét chung
Khi có sự vi phạm ràng buộc vật lý hoặc ràng buộc vận hành trong lưới truyền tải, hệ thống sẽ rơi vào trạng thái nghẽn mạch.
- Quản lý nghẽn mạch là một trong những thách thức trong hệ thống nhiều nhà cung cấp và nhiều nhà tiêu thụ
Tùy thuộc vào mô hình thị trường điện cụ thể, chúng ta có thể lựa chọn các phương pháp điều khiển nghẽn mạch khác nhau, mỗi phương pháp đều mang đến những ưu điểm và nhược điểm riêng.
Trong nghiên cứu này, tác giả áp dụng thiết bị FACTS để quản lý tình trạng nghẽn mạch, đồng thời cải thiện khả năng truyền tải của hệ thống điện và giảm chi phí sản xuất điện năng Luận văn sử dụng chương trình Max-Flow kết hợp với phần mềm Powerworld để giải quyết vấn đề này.
Phương pháp tiếp cận
Bài toán nâng cao khả năng tải dùng TCSC
Để xác định luồng công suất trên các nhánh của lưới điện cần định nghĩa một số đại lƣợng và xét sơ đồ nhƣ Hình 3.1 sau:
Hình 3.1: Mô hình truyền tải điện trên hai nhánh song song
Khi không tính đến điện trở trong đường dây truyền tải, điện kháng giữa hai nhánh truyền tải điện I và II, ký hiệu là X i j I và X i j II, sẽ được xác định dựa trên điện áp V i và V j tại hai đầu thanh cái i và j.
Khi thiết bị bù TCSC được lắp đặt trên nhánh II của lưới, công suất truyền tải giữa hai thanh cái i và j được tính theo biểu thức: sin sin i j i j I II ij ij.
Dòng công suất trên nhánh II (P II) có thể được điều chỉnh tăng hoặc giảm thông qua việc thay đổi giá trị bù XTCSC, điều này dẫn đến việc điều chỉnh dòng công suất truyền tải trên nhánh I tương ứng.
Trong trạng thái tĩnh, TCSC hoạt động như một tụ điện tĩnh -jXc, giúp gia tăng khả năng truyền tải của nhánh mà nó được lắp đặt bằng cách giảm tổng giá trị điện kháng Bên cạnh đó, TCSC còn có khả năng bù âm hoặc bù dương, không chỉ cải thiện khả năng truyền tải và tăng độ dự trữ ổn định tĩnh mà còn có thể điều khiển dòng điện hiệu quả.
Khi tăng giá trị bù dương của TCSC, dòng công suất truyền tải trên nhánh II sẽ giảm, dẫn đến công suất truyền tải trên đoạn i-j được chuyển sang nhánh I để duy trì P = Const Ngược lại, khi giảm giá trị bù âm của TCSC, dòng công suất trên nhánh II sẽ tăng, khiến công suất truyền tải trên đoạn i-j được bơm vào nhánh II nhiều hơn để đảm bảo P = Const.
Như vậy, nếu công suất truyền giữa 2 nút i và j là P ij = P ij I + P ij II trên lưới chƣa có TCSC và có Xij I
Khi S đm I = S đm II và P ij I > P ij II, nếu công suất Pij tăng lên đến giá trị P ij 1 do nhu cầu phụ tải, nhánh I sẽ bị quá tải Để khắc phục tình trạng này, cần điều động lại công suất của các máy phát điện, dẫn đến chi phí sản xuất điện tăng Tuy nhiên, nếu nhánh II có TCSC, có thể điều chỉnh X ij II để chuyển một phần công suất từ nhánh I sang nhánh II, giúp nhánh I không còn bị quá tải ở giá trị Pij 1 Khi đó, công suất truyền Pij có thể tăng lên giá trị P ij 2 > P ij 1 mà không gây quá tải cho các nhánh I hoặc II.
P ij 1 lên P ij 2 mà không cần phải điều động lại công suất phát giữa các nhà máy điện
Vì vậy đã làm giảm chi phí sản xuất điện năng.
Sử dụng thuật toán Min-cut để xác định những nhánh ứng viên đặt TCSC 31
Hàm mục tiêu đặt TCSC đƣợc trình bày tại biểu thức (3.2) gồm chi phí phát điện và chi phí lắp đặt TCSC
Việc cực tiểu hàm mục tiêu (3.2) trực tiếp sẽ rất khó khăn vì những lý do sau:
Vị trí của TCSC đóng vai trò quan trọng trong việc xác định nhánh có khả năng thu hút công suất, đồng thời giúp giảm công suất truyền trên các nhánh bị quá tải (nhánh nghẽn mạch) trong mọi tình huống thay đổi phụ tải.
Để đảm bảo hiệu quả kinh tế của việc lắp đặt TCSC, cần xác định chính xác khả năng tăng trưởng của các phụ tải Nếu không xác định hợp lý, số lượng TCSC cần thiết sẽ tăng lên đáng kể, dẫn đến giảm hiệu quả kinh tế.
- Dung lƣợng TCSC phụ thuộc vào vị trí đặt và giá trị tải của hệ thống điện cũng nhƣ công suất phát hiện hữu của các nhà máy điện
Bài viết này giới thiệu một phương pháp tối ưu hóa việc xác định vị trí lắp đặt TCSC bằng cách áp dụng mặt cắt tối thiểu (min cut) để giảm không gian tìm kiếm Sau đó, phương pháp độ nhạy được sử dụng để xác định chính xác nhánh lắp đặt TCSC, nhằm đảm bảo chi phí (dung lượng) của TCSC là thấp nhất có thể.
Trong hình học topo, mặt cắt được hiểu là một lát cắt chia các nhánh thành hai phần: nguồn và tải Giá trị thông qua của mặt cắt là tổng khả năng thông qua của các nhánh trong đó Mặt cắt tối thiểu là mặt cắt có giá trị thông qua nhỏ nhất, giúp xác định vị trí cổ chai trong bất kỳ hệ thống vận chuyển nào.
Trong một hệ thống điện, luôn có các nhánh xung yếu có thể dẫn đến quá tải khi có sự tăng tải từ các phụ tải Những nhánh này được gọi là nút cổ chai của hệ thống điện, và mặt cắt tối thiểu sẽ chỉ ra vị trí của nút cổ chai này.
Hình 3.2: Tập hợp nhánh xung yếu theo chương trình max-flow
Khi xảy ra tình trạng quá tải trong phân bố công suất thông thường, thường do tăng tải vào giờ cao điểm, sự gia tăng phụ tải theo thời gian hoặc sự cố máy phát, các nhánh quá tải cần được xác định trong mặt cắt tối thiểu Điều này là cần thiết để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và an toàn.
Để tối ưu hóa việc truyền tải công suất qua các nhánh quá tải, cần xác định các nhánh nằm trong tập hợp mặt cắt tối thiểu Những nhánh nằm ngoài tập hợp này chỉ truyền tải công suất cho các tải từ nhánh thuộc mặt cắt tối thiểu hoặc từ máy phát kết nối đến các nhánh đó Do đó, việc lắp đặt TCSC hiệu quả nhất là trên các nhánh nằm trong mặt cắt tối thiểu.
Có nhiều phương pháp để xác định mặt cắt tối thiểu, luận văn này trình bày phương pháp giảm không gian tìm kiếm của thuật toán Ford – Fulkerson
Bước đầu tiên là thiết lập ma trận A = A nxn cho mạng n nút, biểu thị tổng thông lượng có thể truyền tải giữa các nút Trong ma trận này, các phần tử trên đường chéo chính có giá trị aii = 0, trong khi các phần tử còn lại aij thể hiện thông lượng liên kết giữa hai nút i-j, với giá trị đối xứng qua đường chéo chính (aij = aji) Đối với những nút không kết nối với nhau, giá trị aij sẽ là 0.
ss s s sm st s m t s m t ms m m mm mt ts t t tm tt a a a a ta s a a a a a a a a a a a a a a a m a a a a a t
Tính tổng giá trị hàng thứ nhất - tương đương với tổng các thông lượng của các nút đƣợc nối với tổ hợp nút nguồn phát S
Tính tổng giá trị hàng cuối cùng tương đương với tổng thông lượng của các nút đƣợc nối với tổ hợp đỉnh thu T
it a st a 1 t a 2 t a mt a tt a it s 1 2 … m t
Thêm tổ hợp các nhánh Csi và tổng thông lượng ∑si vào danh sách listcut, đồng thời bổ sung tổ hợp các nhánh Cit và tổng thông lượng ∑it 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
Bước 3: Chọn nút giảm trong sơ đồ
C max = max[a si ] = max[a s1 , a s2 ,…, asm ]
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
C max = max[a it ] = max[ a 1t , a 2t , …, a mt ]
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
Kiểm tra ma trận A = [A]nxn
- Nếu max = a it thì di chuyển nút i vào tổ hợp đỉnh thu T, ngƣợc lại thì di chuyển nút i vào tổ hợp nguồn phát S và quay lại bước 2
- Nếu n = 2 thì xuất ra kết quả trong danh sách listcut và dừng lặp
Từ lưu đồ giải thuật xác định luồng công suất cực đại đã đề xuất
Lưu đồ giải thuật xác định luồng công suất cực đại
Xác định nhánh đặt TCSC
TCSC hoạt động ở hai chế độ bù điện: bù điện kháng và bù dung kháng Trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ tập trung vào chế độ bù dung của TCSC trong hệ thống Theo bảng 1.1, chi phí lắp đặt thiết bị bù TCSC tỷ lệ thuận với dung lượng bù mà thiết bị cung cấp.
Vì thế nếu cài đặt giá trị dung kháng bù XTCSC trên đường dây càng cao sẽ càng tốn
Thêm tổ hợp C si , C it và , vào listcut
Di chuyển nút i vào tổ hợp S={s,i}
Di chuyển nút i vào tổ hợp T={t,i}
Max=max[a si , a it ] maxa it
In ra danh sách listcut
Giải pháp TCSC hiện đang gặp khó khăn và vi phạm các chỉ tiêu kinh tế do hiệu quả không cao, đặc biệt khi chi phí triển khai quá lớn Giá trị bù của TCSC được xác định thông qua biểu thức ij line TCSC.
TCSC sở hữu hai đặc tính chính là bù dung và bù kháng, trong đó bù dung giúp giảm tổng trở đường dây nhằm tăng khả năng mang tải, trong khi bù kháng lại làm tăng tổng trở để giảm khả năng mang tải Để tránh hiện tượng quá bù, giá trị điện kháng của TCSC cần được duy trì trong một khoảng giới hạn nhất định.
-0,7 X L X TCSC 0,2 X L pu (3.4) Trong một số trường hợp giá trị X TCSC có thể cho phép bù ở khoảng
TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) có khả năng điều khiển bù rộng rãi trên lưới điện truyền tải, giúp tăng khả năng truyền tải cho hầu hết các hệ thống điện khi được lắp đặt Việc xác định các nhánh quá tải trong mạng là rất quan trọng để thực hiện bù phù hợp Do TCSC là thiết bị đắt tiền, luận văn này chỉ đề xuất lắp đặt một thiết bị TCSC duy nhất Để giảm chi phí, cần giảm số lượng và dung lượng của TCSC, do đó cần xác định các nhánh có các đặc điểm như: nằm trong mặt cắt tối thiểu, thuộc vòng có nhánh quá tải, có khả năng tăng công suất truyền tải lớn nhất khi đặt giá trị dung lượng TCSC, và là nhánh có khả năng tải thêm nhiều công suất nhất.
Xác định dung lƣợng TCSC
Hình 3.3: Mô hình lưới 3 nút
Nếu mặt cắt tối thiểu đi qua hai nhánh 1-2 và 2-3, khi nhánh 2-3 bị quá tải, nhánh 1-2 trong mặt cắt sẽ được chọn để lắp đặt TCSC Điều này xảy ra vì chỉ có nhánh nằm trong mặt cắt tối thiểu mới có khả năng cứu được nhánh đang 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:
Để giảm tải cho nhánh 2-3, ta lắp đặt TCSC vào nhánh 1-2 nhằm thay đổi tổng trở Z 12, từ đó tạo ra một dòng điện ΔI trong mạch vòng 1-2-3-1 theo chiều như hình vẽ Áp dụng định luật Kirchhoff 2, ta có thể phân tích mạch điện một cách hiệu quả.
Do trên lưới truyền tải có R n