Thạc Sĩ Xác định vị trí và dung lượng hợp lý của tcsc để chống nghẽn mạch trên đường dây truyền tải

Luận văn thạc sĩ năm 2012
Đề tài: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG HỢP LÝ CỦA TCSC ĐỂ CHỐNG NGHẼN MẠCH TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI
Định dạng file word

MỤC LỤC



Lời cam đoan . iv
Lời cảm ơn v

Tóm tắt vi
Abstract . vii



Chương 1: Giới thiệu 1

11. Đặt vấn đề 1

12. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn . 2
13. Phạm vi nghiên cứu . 3

14. Các bước tiến hanh .3`

15. Điểm mới của luận văn .3

16. Giá trị thực tiễn của luận văn . 3

17. Nội dung của luận van .3(.

18. Tài liệu tham khảo . 4



Chương 2: Tổng quan .5.

21. Nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện 5
22. Các công trình nghiên cứu trước đây . 7

22.1. Điều độ kế hoạch nguồn phát điện 7
22.2. Điều độ tai .8?

22.3. Mở rộng đường dây truyền tải 9
23. Các loại thiết bị Facts 11
23.1. SVC (Static Var Compensator) . 11

23.2. STATCOM (Static Synchronous Compensator) . 13
23.3. UPFC (Unified Power Flow Controlled) . 15

23.4. TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) . 15
24. Đề xuất phương án sử dụng TCSC . 18
24.1. Giải quyết để hết quá tải khi tăng tải . 18

24.2. Nhận xét . 21
25. Nhận xét và đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu 22

25.1. Nhận xét . 22

25.2. Đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu . 24

25.2.1. Giới thiệu 24

25.2.2. Lý thuyết về mặt cắt tối thiểu dòng công suất cực đại . 26

26. Ứng dụng trong hệ thống điện . 27
27. Nhận xét chung 32



Chương 3: Cơ sở lý thuyết 33

31. Bài toán nâng cao khả năng tải dùng TCSC . 33

32. Phân bố công suất tối ưu giữa các nhà máy điện 34
33. Sử dụng thuật toán Min-cut để xác định những nhánh ứng viên đặt TCSC . 37

34. Xác định nhánh đặt TCSC để giảm giá thành TCSC 41
35. Phát biểu luật đặt TCSC . 42

36. Lưu đồ xác định vị trí và dung lượng TCSC . 43



Chương 4: Mô phỏng ứng dụng 44

41. Sơ đồ lưới điện 3 thanh cái 44
42. Sơ đồ lưới điện 7 thanh cái 55

43. Khảo sát lưới điện 14 thanh cái 71



Chương 5: Khảo sát trên hệ thống điện Việt Nam . 72

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài . 105
61. Kết luận . 105

62. Hướng phát triển đề tài . 106
Tài liệu tham khảo . 108

Phụ lục . 110



TÓM TẮT

Những hệ thống điện hiện hữu luôn tồn tại các nhánh xung yếu nhất

có khả năng dẫn đến quá tải thường xuyên. Khi mạng lưới 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 thường. Một trong những giải pháp được đề cập trong nội

dung nghiên cứu “ Xác định vị trí và dung lượng hợp lý của TCSC để
chống nghẽn mạch trên đường dây truyền tải ” là ứng dụng tính hiệu quả
của TCSC trong điều khiển dòng công suất trên lưới để chống quá tải. Để

giải quyết bài toán đặt ra, nội dung nghiên cứu được trình bày trong sáu
chương.

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 hướng 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 được điểm thường xuyên bị quá tải và xác

định vị trí, dung lượng 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 được

kiểm chứng trên các hệ thống điện ba nút, bảy nút, mười bốn nút của

IEEE và lưới điện đồng bằng Sông Cửu Long 9 nút. Những kết quả rút ra

từ các lưới điện trên cho thấy khả năng khoanh vùng, tìm kiếm tập hợp
nhánh xung yếu nhất, xác định vị trí và dung lượng 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.
ABSTRACT




The existing electrical systems always existing the weakest
branches can lead to overload regularly. When the power transmission

network will be congestion, that is the reason 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 an effective application of TCSC (Thyristor

Controlled Seriers Capacitor) to control 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 systems'

weakest branches opens many new ways of research against overload.
The content of the research also indicates that: the key matter of the

effectively anti-overload problem is how to discover the frequently
overload 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 and fourteen

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.


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
11
Đặt vấn đề
Đất nước ngày một phát triển, các nguồn tài nguyên thiên nhiên cạn kiệt không

đủ đáp ứng nhu cầu về năng lượng điện ngày một tăng trong lĩnh vực sản xuất công
nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt. Trong quá trình tìm kiếm những nguồn năng

lượng mới thay thế thì việc quy hoạch và sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng

điện sẵn có cũng là vấn đề quan tâm hàng đầu của ngành điện. Do đó việc ứng

dụng khoa học kỹ thuật chuyên ngành vào quản lý, vận hành hệ thống điện sao cho

tổng chi phí sản xuất, truyền tải điện thấp nhất để giá thành tới người sử dụng điện
nhỏ nhất. Điều này là hợp lý trong sản xuất và tiêu thụ khi hình thành một thị

trường điện.

Trong quá trình chuyển sang thị trường điện thì vấn đề quá tải đường dây là

không thể tránh khỏi và làm ảnh hưởng đến sự ổn định và độ tin cậy của hệ thống

điện. Điều khiển quá tải đường dây là chức năng quan trọng để đảm bảo hệ thống

truyền tải không bị vi phạm bất kỳ các ràng buộc vận hành nào. Các ràng buộc có
thể là các giới hạn nhiệt, giới hạn điện áp và ổn định. Bất kể khi nào các ràng buộc

vận hành trong lưới truyền tải bị vi phạm thì hệ thống được coi là đang ở trạng thái

quá tải [1].
Các giải pháp được đưa ra để chống quá tải và nâng cao khả năng truyền tải trên

đường dây có thể là các giải pháp như điều độ nguồn phát điện, cắt giảm tải, xây
dựng đường dây truyền tải, bù công suất phản kháng để giảm nghẽn mạch. Nếu điều

độ nguồn phát điện lên lưới chống quá tải thì sẽ làm tăng chi phí sản xuất điện mà
điều đó sẽ không có lợi cho khách hàng tiêu thụ. Nếu cắt giảm tải được đưa ra thì sẽ
làm ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất công nghiệp và sinh hoạt, không tạo ra sản

phẩm phát triển kinh tế. Nếu mở rộng xây dựng đường dây truyền tải được đưa ra
thì tốn nhiều thời gian, chi phí mở rộng xây dựng đường dây truyền tải rất lớn. Như

vậy giải pháp bù công suất phản kháng sử dụng thiết bị FACTS điều khiển dòng
công suất trên đường dây còn được biết đến như biện pháp chống nghẽn mạch, giảm cắt điện, tăng độ tin cậy truyền tải cho khách hàng, giảm chi phí sản xuất điện năng,

đảm bảo lợi ích kinh tế, đồng thời tránh được tình trạng đầu cơ tăng giá điện khi có
sự cố nghẽn mạch trên đường dây [2]. Trong đó TCSC là một trong các thiết bị

FACTS mắc nối tiếp có khả năng trực tiếp điều khiển dòng công suất và nâng cao

khả năng tải trên đường dây.

Do đó các công trình nghiên cứu trước đây cũng đã đưa ra nhiều giải pháp để

xác định vị trí đặt TCSC trên mạng điện bằng các giải pháp như sử dụng thuật toán

di truyền nhằm xác định được vị trí tối ưu và giải pháp xác định dựa vào đánh giá
độ nhạy hệ thong ^' Các phương pháp này thường rắc rối, phức tạp và phải mất

nhiều thời gian để chạy phân bố công suất mới tìm được vị trí tối ưu nhất.

Qua các kết quả của các công trình nghiên cứu trước đây đã đạt được, đề tài

“Xác định vị trí và dung lượng hợp lý của TCSC để chống nghẽn mạch trên

đường dây truyền tai”? với mục đích xây dựng giải thuật xác định vị trí tối ưu của
TCSC bằng phương pháp mặt cắt tối thiểu, để nâng cao khả năng truyền tải từ đó

giảm được chi phí sản xuất điện năng và hạn chế nhược điểm của các công trình
nghiên cứu trước đây.


TÀI LIỆU THAM KHẢO




[1]. Srinivasa Rao Pudi, SC Srivastava, “Optimal placement of TCSC based on a
sensitivity approachfor congestion management”, Fifteenth National Power

Systems Conference (NPSC), IITBombay, December 2008.

[2]. Y. H. Song and A. T. Johns, “Flexible ac transmission systemsFACTS)”(, in

IEE Power andEnergy Series, UK , 1999.

[3]. W. Ongsakul, P. Bhasaputra, “Optimal power flow with FACTS devices by
hybrid TSSAapproach”/, Electric Power Systems Research 24 (2002) 851–85.

[4]. A. Y. Abdelaziz, M. A. El-Sharkawy, M. A. Attia, “Optimal allocation of

TCSC devices usinggenetic algorithms”, Proceedings of the 14th International

Miđle East Power SystemsConference (MEPCON10’), Cairo University,
Egypt, December 19-21, 2010, Paper ID 195.

[5]. LJ Cai, I. Erlich, GStamtsis., “Optimal choice and allocation of FACTS

devices in deregulatedelectricity market using genetic algorithms”, 0-7803-
8718-X04-2004/ IEEE.

[6]. Ongsakul, W. , Jirapong, P, “Optimal allocation of FACTS devices to enhance
total transfercapability using evolutionary programming”, IEEE International

Symposium on Circuits andSystems, ISCAS, vol5., May 2005, pp. 4175-4178.

[7]. M. Saravanan, SMaryRajaSlochanal., PVenkatesh., JPrincẹ Stephen Abraham,

“Application ofparticle swarm optimization technique for optimal location of
FACTS devices considering cost ofinstallation and system loadability”,

International Journal of Electric Power Systems Research,vol77., March 2007,

pp276-283
[8]. GB Shrestha, Wang Feng, “Effects of series compensation on spot price power

markets”,Electrical Power and Energy Systems 27 (2005) 428–436.

[9]. M. Joorabian, M. Saniei, H. Sepahvand, “Locating and parameters setting of

TCSC forcongestion management in deregulated electricity market”, 2011 6th
IEEE Conference onIndustrial Electronics and Applications.

[10]. Naresh Acharya, N. Mithulananthan, “Locating series FACTS devices for

congestionmanagement in deregulated electricity markets”, Electric Power

Systems Research 77 (2007)352–360.

[11]. SN Singh, AK Đavi, “Optimal location of FACTS devices for congestion
management”,Electric Power Systems Research 58 (2001) 71–79.

[12]. Kwang, Ho Lee, “Optimal siting of TCSC for reducing congestion cost by

using shadow price”,Electric Power Systems Research 24 (2002) 647–653.

[13]. Hadi Besharat, Seyed Abbas Taher, “Congestion management by determining

optimal location ofTCSC in deregulated power systems”, Electrical Power and

Energy Systems 30 (2008) 563–568.

[14]. MẠ. Khaburi, MR Haghifam, “A probabilistic modeling based approach for

total transfercapability enhancement using FACTS devices”, Electrical Power

and Energy Systems (2009).

[15]. Y. Xia,ỴH. Song,YZ Sun, “Power flowcontrol approach to power systems

with embededFACTS devices”, IEEE Trans. Power Syst. 17 (4) (2002).

[16]. C. Lehmkoster, “Security constrained optimal power flow for an economical

operation of FACTSdevices in liberalized energy market”, IEEE Trans Power
Del. 17 (2) (2002).

[17]. Singh SN, Đavi AK, “Placement of FACTS devices in open power market”,

Adv Power SystControl Operation Manage 2000;1:173–7.
[18]. Mechthild Stoer and Frank Wagner, “A simple min-cut algorithm”, Journal of

The ACM, vol44,Nọ. 4, pp585-591 July 1997.

[19]. R. D. Zimerman, C. E. Murillo-Sanchez and D. Gam, “MATPOWER- A

MATLAB powersystem simulation package”, Version 4.

[20] Nguyễn Hoàng Sơn, “Xác Định Vị Trí Của UPFC Trên Lưới Điện Truyền

Tai”?, Luận văn thạc sĩ - Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TpHộ Chí Minh,

2008.

[21] Lê Hữu Hùng, Công ty Truyền tải Điện 2 – EVN, Đinh Thành Việt, Trường
Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng, “Nghiên cứu ảnh hưởng của tụ bù dọc
500KV đến ổn định điện áp của hệ thống điện Việt Nam và giải pháp ứng dụng

TCSC để nâng cao hiệu quả vận hanh”`.

[22] Thuật toán FORD - FULKERSON (LR.FORD. & DR.FULKERSỌN - 1962)