nghiên cứu vị trí tối ưu của tcsc chống nghẽn mạch trên thị trường điện và nâng cao ổn định hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ĐỨC TÂN

NGHIÊN CỨU VỊ TRÍ TỐI ƯU CỦA TCSC CHỐNG NGHẼN MẠCH
TRÊN THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VÀ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH
HỆ THỐNG ĐIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250

S K C0 0 4 4 3 9

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
-----o0o-----

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ĐỨC TÂN

NGHIÊN CỨU VỊ TRÍ TỐI ƯU CỦA TCSC CHỐNG
NGHẼN MẠCH TRÊN THỊ TRƯỜNG ĐIỆN VÀ
NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 9/2014


MỤC LỤC
Trang tựa

Trang

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân ------------------------------------------------------------------------------i
Lời cam đoan ------------------------------------------------------------------------------ iii
Lời cảm ơn --------------------------------------------------------------------------------- iv
Tóm tắt -------------------------------------------------------------------------------------- v
Mục lục ------------------------------------------------------------------------------------- vi
Danh sách các chữ viết tắt ---------------------------------------------------------------- x
Danh sách các hình ----------------------------------------------------------------------- xi
Danh sách các bảng ----------------------------------------------------------------------xiv
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1.2. Đặt vấn đề ----------------------------------------------------------------------------- 1
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ ---------------------------------------------------------------- 3
1.3. Phương pháp nghiên cứu ------------------------------------------------------------ 3
1.4. Giới hạn đề tài ------------------------------------------------------------------------ 3
1.5. Điểm mới của luận văn -------------------------------------------------------------- 3
1.6. Phạm vi ứng dụng -------------------------------------------------------------------- 3
1.7. Bố cục của luận văn ------------------------------------------------------------------ 4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THỊ TRƯỜNG ĐIỆN, NGHẼN MẠCH
TRUYỀN TẢI VÀ FACTS
2.1. Giới thiệu ------------------------------------------------------------------------------ 5
2.2. Các mô hình thị trường điện -------------------------------------------------------- 5

2.2.1. Mô hình thị trường điện thế giới --------------------------------------------- 5
2.2.2. Mô hình thị trường điện Việt Nam ------------------------------------------ 7
2.3. Những vấn đề về truyền tải điện trong thị trường điện -------------------------- 8
2.4. Nghẽn mạch truyền tải trong thị trường điện ----------------------------------- 10
2.4.1. Đặt vấn đề --------------------------------------------------------------------- 10
2.4.2. Xác định nghẽn mạch-------------------------------------------------------- 10

vi


2.4.3. Ảnh hưởng của nghẽn mạch ------------------------------------------------ 11
2.5. Các phương pháp chống nghẽn mạch-------------------------------------------- 11
2.5.1. Điều độ kế hoạch nguồn phát điện ----------------------------------------- 11
2.5.2. Điều độ tải -------------------------------------------------------------------- 14
2.5.3. Mở rộng đường dây truyền tải---------------------------------------------- 14
2.5.4. Sự hỗ trợ VAR để giảm nghẽn mạch -------------------------------------- 15
2.6. Các loại thiết bị Facts -------------------------------------------------------------- 15
2.6.1. SVC (Static Var Compensator) -------------------------------------------- 15
2.6.2. STATCOM (Static Synchronous Compensator) ------------------------- 17
2.6.3. UPFC (Unified Power Flow Controlled) --------------------------------- 18
2.6.4. TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) -------------------------- 19
2.7. Nhận xét và đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu ---------------------------------- 21
2.7.1. Các nghiên cứu khoa học có liên quan ------------------------------------ 21
2.7.2. Nhận xét ----------------------------------------------------------------------- 23
2.7.3. Đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu ------------------------------------------ 25
2.7.3.1 Giới thiệu ------------------------------------------------------------------ 25
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN
3.1. Lý thuyết về mặt cắt tối thiểu dòng công suất cực đại ------------------------ 27
3.1.1. Giới thiệu ---------------------------------------------------------------------- 27
3.1.2. Ứng dụng trong hệ thống điện --------------------------------------------- 28

3.2. Mô hình Tĩnh của TCSC ---------------------------------------------------------- 32
3.3. Hàm mục tiêu ----------------------------------------------------------------------- 33
3.4. Xác định nhánh đặt TCSC--------------------------------------------------------- 35
3.5. Xác định dung lượng TCSC ------------------------------------------------------ 37
3.6. Phát biểu luật đặt TCSC ----------------------------------------------------------- 37
3.7. Lưu đồ xác định vị trí và dung lượng TCSC------------------------------------ 38
CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN MẪU
4.1. Hệ thống IEEE 5 nút --------------------------------------------------------------- 41
4.2. Hệ thống điện 500 KV Việt Nam ------------------------------------------------ 44

vii


4.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của TCSC trong việc chống nghẽn mạch -------- 47
4.2.2. Khảo sát ổn định tĩnh hệ thống --------------------------------------------- 51
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
5.1. Kết luận ------------------------------------------------------------------------------ 54
5.2. Hướng phát triển đề tài ------------------------------------------------------------ 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO

viii


DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

OPF
ISO
SVC
STATCOM
UPFC

TCSC
FACTS
HTD

Optimal Power Flow
International Organization for Standardization
Static Var Compensator
Static Synchronous Compensator
Unified Power Flow Controlled
Thyristor Controlled Series Capacitor
Flexible Alternating Current Transmission System
Hệ Thống Điện

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình

Trang

Hình 2.1: Các cấp độ phát triển thị trường điện Việt Nam ---------------------- 8
Hình 2.2: Mô hình công ty điện lực độc quyền liên kết dọc truyền thống ---- 9
Hình 2.3: Hình cấu trúc thị trường điện ------------------------------------------- 10
Hình 2.4: Hệ thống 2 nút không ràng buộc --------------------------------------- 12
Hình 2.5: Hệ thống 2 nút bị ràng buộc --------------------------------------------- 13
Hình 2.6 a: Ví dụ 2 nút bị nghẽn mạch -------------------------------------------- 14
Hình 2.6 b: Ví dụ 2 nút sau khi được loại bỏ nghẽn mạch ---------------------- 14
Hình 2.7: Nguyên tắc điều khiển SVC trong ổn định hệ thống điện ----------- 16

Hình 2.8: Dao động công suất trong trường hợp không có SVC và có SVC - 16
Hình 2.9: Cấu hình cơ bản nhất của SVC ----------------------------------------- 17
Hình 2.10: Cấu hình nâng cao của SVC là TCR + TSC + FC ------------------ 17
Hình 2.11: Sơ đồ mạch điều khiển sử dụng STATCOM ------------------------ 18
Hình 2.12: Nguyên tắc điều khiển trào lưu công suất của STATCOM ------- 18
Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý điều khiển của UPFC ------------------------------- 19
Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo của TCSC ----------------------------------------------- 20
Hình 2.15: Chi phí đầu tư vận hành theo công suất bù. ------------------------- 24
Hình 2.16: Mối quan hệ giữa nguồn và tải ---------------------------------------- 25
Hình 3.1: Sơ đồ mạng với nguồn phát (s), tải thu (t) và hai nút trung gian
Min-cut --------------------------------------------------------------------------------- 27
Hình 3.2: Mô hình hóa với một số lát cắt tiêu biểu ------------------------------ 28
Hình 3.3: Mô hình hệ thống điện đơn giản ---------------------------------------- 28
Hình 3.4: Mô hình hoá sơ đồ mạng điện truyền tải 2 nút ----------------------- 29
Hình 3.5: Vị trí và thông lượng các lát cắt trên sơ đồ mô hình hóa ------------ 29
Hình 3.6: Vị trí của lát cắt cực tiểu trên mạng mô hình hoá -------------------- 30
Hình 3.7: Mô hình hóa đường dây truyền tải có TCSC ------------------------- 32

xi


Hình 3.8: Tập hợp nhánh xung yếu theo chương trình max-flow -------------- 34
Hình 3.9: Mô hình lưới 3 nút -------------------------------------------------------- 36
Hình 3.10: Lưu đồ xác định vị trí, dung lượng TCSC --------------------------- 39
Hình 4.1: Hệ thống điện IEEE 5 nút ----------------------------------------------- 41
Hình 4.2: Sơ đồ lưới điện 500KV -------------------------------------------------- 44
Hình 4.3: Phân bố công suất bằng tối ưu bằng Powerworld -------------------- 47
Hình 4.4: Phân bố công suất bằng tối ưu có TCSC tại nhánh SƠN LA – NHO
QUAN bằng Powerworld ------------------------------------------------------------ 50
Hình 4.5: Đồ thị biểu diễn tốc độ quay roto máy phát trước khi lắp TCSC -- 51

Hình 4.6: Đồ thị biểu diễn tốc độ quay roto máy phát khi lắp TCSC
vào nhánh PITTONG-QUẢNG NINH -------------------------------------------- 51
Hình 4.7: Đồ thị biểu diễn tốc độ quay roto máy phát khi lắp TCSC
vào nhánh SƠN LA-NHO QUAN -------------------------------------------------- 52
Hình 4.8: Đồ thị biểu diễn góc quay máy phát khi chưa lắp TCSC------------ 52
Hình 4.9: Đồ thị biểu diễn góc quay máy phát khi lắp TCSC
vào nhánh SƠN LA-NHO QUAN -------------------------------------------------- 52

xii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1: Chi phí đầu tư trên 1KVAr của các thiết bị FACTS ----------------- 23
Bảng 3.1: Vị trí và thông lượng của các lát cắt ----------------------------------- 30
Bảng 3.2: Các trường hợp xảy ra vị trí lát cắt ------------------------------------ 31
Bảng 4.1: Thông số đường dây hệ thống IEEE 5 nút ---------------------------- 41
Bảng 4.2: Thông số máy phát ------------------------------------------------------- 42
Bảng 4.3: Kết quả tối ưu hóa của hệ thống 5-nút. -------------------------------- 42
Bảng 4.4: Dòng công suất nhánh (%) của hệ thống 5-nút trong trường hợp
có TCSC và không có TCSC. ------------------------------------------------------- 42
Bảng 4.5: Mặt cắt tối thiểu của hệ thống 5-nút. ---------------------------------- 43
Bảng 4.6: Kết quả tối ưu hóa của hệ thống 5-nút khi có TCSC ---------------- 43
Bảng 4.7: Sơ đồ nút của hệ thống điện 500KV ----------------------------------- 45
Bảng 4.8: Thông số đường dây hệ thống điện 500KV -------------------------- 45
Bảng 4.9: Thông số tải hệ thống điện 500KV ------------------------------------ 46
Bảng 4.10: Thông số máy phát hệ thống điện 500KV --------------------------- 46

Bảng 4.11: Kết quả tối ưu hóa của hệ thống 500KV ---------------------------- 48
Bảng 4.12: Mặt cắt tối thiểu của hệ thống điện 500KV ------------------------- 48

xiv


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1.1.

Đặt vấn đề
Xu hướng chuyển dịch từ hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc

sang thị trường điện cạnh tranh đã và đang diễn ra mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế
giới. Thị trường điện với cơ chế mở đã đem lại hiệu quả 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. Tuy nhiên, nó cũng tạo ra nhiều thách thức cho người vận hành hệ
thống điện để đạt được lợi nhuận kinh tế và an ninh. Nhiều yếu tố chẳng hạn như:
Việc nâng cấp hệ thống truyền tải không theo kịp sự tăng tải; sự tạo ra thị trường
điện đã dẫn đến một số lượng giao dịch đáng kể năng lượng điện cần được truyền
qua khoảng cách xa; một lượng công suất không nằm trong kế hoạch phát đã được
tăng lên do sự cạnh tranh giữa các nhà máy…. đã làm cho mức độ an ninh hệ thống
bị yếu đi. Vì vậy, an ninh hệ thống đã trở thành một trong những vấn đề quan trọng
trong vận hành thị trường điện. Trong những thị trường điện, an ninh được đo lường
thông qua mức độ nghẽn mạch. Nghẽn mạch ảnh đến ổn định và độ tin cậy hệ
thống. Hơn nữa, nghẽn mạch còn ảnh hưởng trực tiếp đến các hợp đồng giao dịch
và giá điện đồng thời dẫn đến việc khai thác hệ thống không còn hiệu quả, giá cả tại
một số vùng tăng lên trong khi các vùng khác giảm. Do đó nghẽn mạch đã làm méo
dạng thị trường.
Quản lý nghẽn mạch (quá tải) đường 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 lưới truyền tải bị vi phạm thì hệ thống được
coi là đang ở trạng thái quá tải. Các giới hạn trong vấn đề quá tải đường 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 lượng công suất mà có thể
truyền tải giữa hai vị trí thông qua lưới truyền tải. Công suất truyền tải không được
phép tăng lên đến mức mà khi có xảy ra sự cố sẽ làm tan rã lưới điện vì không ổn
định điện áp.

GVHD: TS. Trương Việt Anh

1

HVTH: Nguyễn Đức Tân


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. Đây là nguyên nhân chính gây nên giá sản xuất điện năng tăng cao. 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 thiết bị FACTS trên đường dây truyền tải là rất cần thiết,
trong đó việc xác định vị trí tối ưu để đấu nối thiết bị FACTS nhằm đảm bảo khả
năng nhận công suất, khả năng phát công suất và khả năng truyền tải công suất trên
đường 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
đường dây còn được biết đến như 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 được 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 được quá tải trên đường dây từ đó làm giảm chi phí
sản xuất điện năng, tăng giá trị phúc lợi xã hội.
Trên cơ sở những kết quả của các công trình nghiên cứu trước đây đã đạt
được, đề tài đề xuất tên “Nghiên cứu vị trí tối ưu TCSC chống nghẽn mạch trong
GVHD: TS. Trương Việt Anh

2

HVTH: Nguyễn Đức Tân


thị trường điện và nâng cao ổn định hệ thống điện” nhằm xây dựng giải thuật tìm
kiếm vị trí tối ưu của thiết bị TCSC (Thyristor Controller Series Capacitor) 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.
1.2.

Mục tiêu và nhiệm vụ
-

Tìm hiểu các giải pháp chống nghẽn mạch trong thị trường điện

-

Trình bày nguyên lý hoạt động của thiết bị TCSC.

-

Áp dụng bài toán OPF để quản lý nghẽn mạch trong thị trường điện sử
dụng TCSC (vị trí đặt và dung lượng)
 Giảm thiểu không gian tìm kiếm vị trí đặt TCSC bằng phương pháp
mặt cắt tối thiểu
 Xác định dung lượng TCSC phù hợp để nâng cao khả năng tải chống
nghẽn mạch hệ thống điện

1.3.

1.4.

Phương pháp nghiên cứu
-

Giải tích và mô phỏng toán học.

-

Sử dụng phần Powerworld.

Giới hạn đề tài
-

1.5.

Ứng dụng thực tế và so sánh với các ví dụ mẫu

Chỉ xét ổn định tĩnh 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 lượng của TCSC để nâng cao
khả năng tải chống nghẽn mạch của hệ thống điện.

1.6.

Phạm vi ứng dụng
-

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.

GVHD: TS. Trương Việt Anh

3

HVTH: Nguyễn Đức Tân


1.7.

Bố cục của luận văn
Chương 1: Giới thiệu luận văn
Chương 2: Tổng quan về thị trường điện, nghẽn mạch truyền tải và FACTS
Chương 3: Phương pháp tiếp cận
Chương 4: Khảo sát trên hệ thống điện mẫu
Chương 5: Kết luận

GVHD: TS. Trương Việt Anh

4

HVTH: Nguyễn Đức Tân


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THỊ TRƯỜNG ĐIỆN, NGHẼN
MẠCH TRUYỀN TẢI VÀ FACTS

2.1.

Giới thiệu.
Khái niệm về thị trường điện: Cũng như các giao dịch thương mại khác, các

giao dịch điện năng cũng cần có các thiết chế như: Người mua, người bán, các hợp
đồng, các cơ chế quản lý thị trường, cơ cấu giá thành, người vận hành thị trường và
người vận hành hệ thống.
Đối với các quốc gia đang phát triển thì đang gặp phải vấn đề là phụ tải tăng
nhanh kết hợp với việc quản lý hệ thống không hiệu quả, hợp lý đã làm ảnh hưởng
đến khả năng nguồn tài chính để hổ trợ đầu tư trong việc cải tạo nâng cấp công suất
phát điện và khả năng truyền tải. Do đó nhiều quốc gia buộc phải xắp xếp lại ngành
điện của họ để nâng cao hiệu quả kinh tế trong vận hành hệ thống điện.
Mặt khác, ở các quốc gia phát triển, vấn đề đặt ra là phải cung cấp điện năng
với giá thấp hơn và tạo điều kiện cho nhà tiêu thụ có nhiều lựa chọn hơn trong việc
mua điện năng giá rẻ.
Mục tiêu của việc thay đổi cách thức vận hành, nghĩa là điều tiết lại để nâng
cao tính cạnh tranh và mang đến cho người tiêu thụ những chọn lựa mới và lợi ích
kinh tế. Dưới môi trường điều tiết, cơ cấu tổ chức ngành dọc mà điều hành tất cả
các chức năng bao gồm phát điện, truyền tải, phân phối và bán lẻ bị tách ra thành
các công ty riêng biệt phục vụ cho mỗi chức năng.
2.2.

Các mô hình thị trường điện.

2.2.1. Mô hình thị trường điện thế giới.
Ở các nước Tây Âu, Mỹ và các nước khác, với nền kinh tế thị trường, không
thể tránh khỏi việc tổ chức thị trường trong ngành điện. Vào cuối thế kỷ XX, thị
trường điện được phân chia thành 4 mô hình cơ bản và được các nước sử dụng dưới
dạng này hoặc dạng khác: Mô hình 1, độc quyền điều tiết tự nhiên (không có cạnh

tranh); Mô hình 2, hãng mua điện độc quyền; Mô hình 3, cạnh tranh trên thị trường
bán buôn và Mô hình 4, thị trường cạnh tranh cả bán buôn và bán lẻ.

GVHD: TS. Trương Việt Anh

5

HVTH: Nguyễn Đức Tân


Đối với mô hình 1, Độc quyền điều tiết (không có cạnh tranh): những công ty
độc quyền tự nhiên phân cấp theo ngành dọc, chiếm lĩnh toàn bộ lĩnh vực sản xuất,
truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng. Nhà nước điều khiển những công ty này
để họ không lợi dụng được thế độc quyền của mình. Sự phát triển của hệ thống điện
(HTĐ) được đảm bảo nhờ việc đưa thành phần vốn đầu tư vào giá đối với hộ tiêu
thụ. Giá điện được xác lập theo mức chi phí sản xuất điện trung bình của HTĐ cộng
với một thành phần vốn đầu tư mới trong giá thành. Mô hình này được áp dụng ở
nước ta cho đến cuối thập niên đầu của thế kỷ này.
Trong mô hình 2, Hãng mua điện độc quyền: các nhà sản xuất điện độc lập
về tài chính cạnh tranh với nhau trong việc cung cấp điện năng cho một hãng mua
duy nhất. Các lĩnh vực còn lại của HTĐ được giữ nguyên cơ cấu phân ngành theo
chiều dọc và đối với người tiêu thụ nó được giữ độc quyền như trước... Hoạt động
của Hãng mua điện (kể cả việc quyết định giá điện mua của nhà sản xuất và bán cho
hộ tiêu thụ) được điều tiết bởi Nhà nước. Mô hình này sẽ hiện thực hóa hiệu quả
cạnh tranh giữa các nhà sản xuất điện năng. Khi có sự điều tiết đúng của nhà nước,
giá điện cho các hộ tiêu dùng sẽ thấp hơn so với điều tiết độc quyền. Đây chính là
ưu thế cơ bản của mô hình này so với mô hình trên.
Ở mô hình 3, Cạnh tranh trên thị trường bán buôn: lĩnh vực phân phối và tiêu
thụ điện năng được chia theo vùng với sự thành lập một số công ty phân phối - tiêu
thụ điện, độc quyền cung cấp điện cho tất cả các hộ tiêu dùng trong lãnh thổ của

mình.
Thị trường bán buôn điện được tổ chức với một Nhà điều hành hệ thống
thương mại, trong đó, các nhà sản xuất và nhà phân phối - tiêu thụ điện cạnh tranh
với nhau, và như vậy sẽ chấm dứt tình trạng điều tiết giá bán buôn. Đồng thời, cũng
thành lập Nhà điều độ hệ thống độc lập thực thi nhiệm vụ điều độ vận hành HTĐ.
Mô hình này vận hành khá phức tạp do có hai nhà điều hành hệ thống điện, một nhà
điều hành thương mại và một nhà điều độ kỹ thuật hệ thống điện. Trong quá trình
hoạt động dễ gặp rủi ro gây mất ổn định và độ tin cậy cung cấp điện. Hơn nữa việc
thêm 1 nhà điều hành hệ thống thương mại sẽ có thể làm tăng thêm giá bán điện.
Mô hình 4, Thị trường cạnh tranh cả bán buôn và bán lẻ: lĩnh vực phân phối
và tiêu thụ điện năng được chia tách thêm với sự hình thành những công ty điều tiết
GVHD: TS. Trương Việt Anh

6

HVTH: Nguyễn Đức Tân


lưới phân phối (theo vùng lãnh thổ) và nhiều công ty bán lẻ điện. Thị trường bán lẻ
điện được tổ chức, trong đó các công ty bán lẻ điện (mua điện trên thị trường bán
buôn) cạnh tranh với nhau, chấm dứt việc điều tiết giá bán lẻ.
2.2.2. Mô hình thị trường điện Việt Nam.
Năm 1994, chính phủ từng bước cải thiện ngành điện bằng cách tách rời
chức năng quản lý nhà nước và chức năng quản lý doanh nghiệp. Năm 1995, chính
phủ quyết định thành lập EVN như; là một doanh nghiệp nhà nước quản lý khối
nguồn, khối truyền tải, khối phân phối và các dịch vụ phụ trợ. Luật điện lực có hiệu
lực thi ngành từ ngày 01 tháng 7 năm 2005. Cục điều tiết điện lực được thành lập
theo quyết định số 258/2005/qđ-ttg ngày 19/10/2005. Thủ tướng chính phủ vừa phê
duyệt lộ trình các điều kiện hình thành và phát triển các cấp độ thị trường điện lực
tại việt nam theo quyết định số 26/2006/qđ-ttg ngày 26/01/2006. Lộ trình cải tổ

ngành điện nước ta theo ba bước sau:
Bước 1 (2001-2005): chuẩn bị hình thành thị trường điện cạnh tranh.
Evn là chủ sở hữu nhà nước chịu trách nhiệm với toàn bộ dây chuyền sản
xuất của hệ thống điện: sản xuất – truyền tải – phân phối. Khối sản xuất theo cơ chế
hạch toán độc lập nhằm chủ động trong chi phí sản xuất và hạ thấp tổn thất, thi hành
cơ chế hạch toán trê cơ sở lợi nhuận, huy động vốn thuận lợi, đa dạng hóa quyền sở
hữu vốn đầu tư. Khối truyền tải là thành viên thường trực của việc quản lý đối với
các dự án nở rộng lưới truyền tải điện. Khối phân phối mua điện từ evn, bán điện
cho khách hàng tiêu thụ và chịu trách nhiệm đối với vốn đầu tư trong mạng lưới
phân phối. Ngoài các công ty phân phối của evn, sự hình thành các công ty phân
phối độc lập theo thể thức cổ phần, tư nhân hoặc liên doanh cũng được khuyến
khích.
Bước 2 (2006-2014): thị trường phát triển điện cạnh tranh, là giai đoạn đầu
tiên đưa cạnh tranh vào khâu phát điện. Các công ty phát điện sẽ phải cạnh tranh với
nhau để bán điện cho EVN. Để tăng mức độ canh tranh, tạo sự lựa chọn cho các
công ty phát điện, EVN dự kiến sẽ cho phép các công ty phát điện ngoài EVN được
bán điện trực tiếp đến một cụm các khách hàng tiêu thụ điện trên một khu vực địa lí
hành chính, trên cơ sở EVN sẽ cho các công ty này thuê lưới truyền tải, phân phối
và chỉ phải trả EVN chi phí quản lý, đầu tư lưới truyền tải, phân phối.
GVHD: TS. Trương Việt Anh

7

HVTH: Nguyễn Đức Tân


Bước 3 (sau 2014): sau giai đoạn đầu tiên, thị trường điện Việt Nam tiếp tục
triển khai giai đoạn 2 và giai đoạn 3.
Giai đoạn 2 (2015-2022): thị trường bán buôn điện cạnh tranh, tạo sự cạnh
tranh trong khâu phát và bán buôn điện: các công ty kinh doanh phân phối bán lẻ

được quyền lựa chọn mua điện từ bất cứ công ty phát điện nào: tạo động lực đề các
công ty phát điện nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh: cho phép các công ty
phân phối quyển được kết nối lưới truyền tải và lựa chọn nhà sản xuất.
Giai đoạn 3 (sau 2022): thị trường bán lẻ điện cạnh tranh, cho phép cạnh
tranh trong tất cả các khâu phát, bán buôn và bán lẻ điện: quyền tự do; kết nối lưới
điện được mở rộng từ lưới truyền tải quốc gia đến lưới điện phân phối: tất cả các
khách hàng mua điện đều được quyền lựa chọn người bán là các công ty bán lẻ, các
công ty bán lẻ lại được quyền lựa chọn mua điện từ các nhà máy điện trong hệ
thống điện thông qua thị trường bán buôn điện.

Hình 2.1. Các cấp độ phát triển thị trường điện Việt Nam
2.3.

Những vấn đề về truyền tải điện trong thị trường điện
- Vận hành hệ thống điện là điều khiển hoạt động của hệ thống điện sao cho

điện năng được truyền từ các nguồn điện đến các phụ tải đúng như yêu cầu của họ
với các chất lượng phục vụ đạt yêu cầu và với chi phí sản xuất và truyền tải nhỏ
nhất trong điều kiện hiện có của lưới điện và hệ thống điện. Hệ thống điện thông
qua hệ thống điều độ giải quyết liên tục các vấn đề sau: Công suất tác dụng nguồn
điện phát ra phải lớn hơn công suất yêu cầu của phụ tải; điều chỉnh liên tục công
suất tác dụng phát ra của các nguồn điện để cân bằng sự biên thiên liên tục của phụ
GVHD: TS. Trương Việt Anh

8

HVTH: Nguyễn Đức Tân


tải; phải điều chỉnh liên tục điện áp; phải dự phòng công suất tác dụng và phản

kháng đủ đáp ứng cáctrường hợp sự cố nguồn điện; khi sự cố, nguồn điện kể cả dự
phòng không đủ đáp ứng phụ tải thì phải sa thải phụ tải để giữ vững hệ thống điện
và khi xảy ra nghẽn mạch cần phải điều chỉnh chế độ phát của các nhà máy điện
hoặc sa thải phụ tải nếu cần để giữ vững hệ thống điện.
- Lưới điện trong thị trường điện: Trong HTĐ độc quyền lưới điện cùng với
nhà máy điện và các đơn vị phân phối điện là một tổng thể duy nhất được điều
khiển theo mục tiêu chung của toàn hệ thống.

Hình 2.2. Mô hình công ty điện lực độc quyền liên kết dọc truyền thống
Lưới điện trong thị trường điện là lưới điện mở cho mọi khách hàng. Người
vận hành (SO) điều khiển vận hành lưới điện có các nhiệm vụ sau: Đảm bảo an toàn
cho hệ thống điện; cung cấp các dịch vụ truyền tải điện; tính và công bố chi phí sử
dụng lưới điện, phí vận hành; bảo đảm cơ hội sử dụng lưới điện một cách công bằng
cho mọi khách hàng, không có sự phân biệt đối xử nào; mở thị trường thứ cấp đấu
thầu quyền truyền tải chắc chắn và thực hiện các biện pháp nâng cao khả năng tải.
Bên cạnh đó, lưới truyền tải điện làm các dịch vụ cho người sử dụng bao gồm: Dịch
vụ chính là tải điện từ điểm này đến điểm khác của lưới điện theo yêu cầu của người
bán và người mua.

GVHD: TS. Trương Việt Anh

9

HVTH: Nguyễn Đức Tân


Kinh doanh

Hình 2.3. Hình cấu trúc thị trường điện
2.4.

Nghẽn mạch truyền tải trong thị trường điện.

2.4.1. Đặt vấn đề.
- Khái quát về nghẽn mạch: Nghẽn mạch là tên gọi hiện tượng quá tải, quá
áp và giới hạn ổn định bị vượt qua.
Quản lý nghẽn mạch là một trong những thách thức trong hệ thống nhiều
nhà cung cấp và nhiều nhà tiêu thụ. Trong cấu trúc liên kết dọc, tất cả các khâu
phát điện, truyền tải và phân phối ở trong phạm vi hệ thống quản lý năng lượng
tập trung. Việc phát hiện được huy động công suất nhằm mục tiêu vận hành chi
phí tối thiểu hệ thống. Trong hệ thống này, quản lý nghẽn mạch thường được quan
tâm bằng cách xác định giải pháp điều độ tối ưu, sử dụng OPF hoặc vấn đề điều
độ kinh tế với ràng buộc an toàn. Mô hình phát điện được xác định như vậy không
làm quá tải đường dây.
Việc này không đơn giản trong thị trường điện. Giả sử trong thị trường
điện, mỗi nhà tiêu thụ ở phía Nam muốn mua điện giá rẻ từ nhà máy thủy điện ở
phía Bắc, các nhà cung cấp ở phía Bắc cũng muốn bán điện cho các nhà tiêu thụ ở
phía Nam. Nếu có nhiều kiểu mua bán như vậy sẽ dẫn đến qúa tải đường dây.
2.4.2. Xác định nghẽn mạch.
Bất kể khi nào, ràng buộc vật lý hoặc ràng buộc vận hành trong lưới truyền
tải bị vi phạm thị hệ thống được coi là đang ở trạng thái nghẽn mạch. Các giới hạn

GVHD: TS. Trương Việt Anh

10

HVTH: Nguyễn Đức Tân


trong vấn đề nghẽn mạch là giới hạn nhiệt của đường dây, mức cảnh báo của máy

biến áp, giới hạn điện áp nút, ổn định quá độ hoặc ổn định giao động. Các giới hạn
này ràng buộc lượng công suất ma có thể truyền tải giữa hai vị trí thông qqua lưới
truyền tải. Công suất truyền tải không được tăng lên đến mức mà khi có xảy ra sự
cố sẽ làm tan rã lưới điện vì không ổn định điện áp. Trong cấu trúc thị trường
điện, những người tham gia thị trường( nhà cung cấp và nhà tiêu thụ điện năng) tự
do cam kết trong việc giao dịch và hành xử thông qua ảnh hưởng của thị trường,
nhưng theo cách không được báo trước tình trạng vận hành của hệ thống điện. Vì
vậy, không quan tâm đến cấu trúc thị trường, quản lý nghẽn mạch trở thành hoạt
động quan trọng của các đơn vị điều hành hệ thống điện. Nói chung, hai mục tiêu
phối hợp quản lý nghẽn mạch là giảm tối thiểu sự can thiệp vào lưới truyền tải
trong thị trường điện, đồng thời vận hành an toàn hệ thống điện.
2.4.3. Ảnh hưởng của nghẽn mạch.
Luật kirchoff kết hợp với độ lớn và vị trí của nguồn phát và phụ tải, trở
kháng đường dây và hình dạng lưới điện xác định nên dòng công suất trên mỗi
đường dây. Do đó, các ràng buộc an toàn hệ thống điện cần phải có một sự thay
đổi kế hoạch phát điện từ việc huy đông công suất hiệu quả nhất. Trong môi
trường liên kết dọc truyền thống, mô hình phát điện có sựn ổn định rõ ràng và việc
mở rộng mạng lưới truyền tải có thể được hoạch định cùng với việc xâ dựng mới
các nhà máy điện. Trường hợp này, nghẽn mạch hiếm khi xảy ra và mô hình phân
bố công suất có thể dự báo trước. Tuy nhiên trong cấu trúc thị trường điện, với
việc các công ty phát điện (GenCos) cạnh tranh trong môi trường tự do kết nối vào
lưới truyền tải, việc phát điện hay phân bố công suất có thể thay đổi rất nhiều
trong một thời gian ngắn với tác động của thị trường. Trong tình huống đó, cần
thiết phải phối hợp quản lý nghẽn mạch nhăm đảm bảo hệ thống vận hành an toàn.
2.5.

Các phương pháp chống nghẽn mạch.

2.5.1. Điều độ kế hoạch nguồn phát điện
Phân bố công suất tối ưu (OPF) là kỹ thuật quan trọng nhất để đạt được 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
GVHD: TS. Trương Việt Anh

11

HVTH: Nguyễn Đức Tân


(ISO) trong thị trường cạnh tranh là điều độ điện năng đáp ứng hợp đồng giữa các
bên tham gia thị trường.
Trong môi trường nhiều nhà cung cấp/nhiều nhà tiêu thụ, đơn vị điều hành
phải xử lý thêm các vấn đề về nghẽn mạch. Một trong số chúng có thể là cưỡng bức
thay đổi kế hoạch phát điện, do vậy vài công ty phát điện sẽ tăng công suất phát
điện và các công ty phát điện khác sẽ giảm công suất phát điện cho đến khi nghẽn
mạch bị loại trừ.
Đơn vị điều hành đền bù cho những nhà cung cấp đã chấp nhận lệnh huy
động để phát thêm công suất, thanh toán lượng công suất phát thêm của họ và bồi
thường việc đánh mất cơ hội cho những nhà cung cấp mà bị huy động cắt giảm
công suất phát.
Việc tăng phí truyền tải trong thời gian nghẽn mạch bằng việc thu thập phí
nghẽn mạch để bồi thường cho công ty phát điện bị ảnh hưởng trong quá trình thực
hiện lệnh huy động.
Ví dụ minh họa:
Trường hợp 1: Xét hệ thống 2 nút đơn giản như hình 2.4. Giả thuyết hệ thống có
tổng thất công suất không đáng kể. Với điều kiện giao dịch được xác định với thị
trường không bị giới hạn khả năng truyền tải.

Hình 2.4. Hệ thống 2 nút không ràng buộc
Hệ thống có nhà cung cấp gồm 2 nút và 2 máy phát: G1 tại nút 1 và nhà G2 tại nút

2. Khách hàng L2 tại nút 2 dự kiến mua 100MW. G1 đưa ra bản chào giá cung cấp
100MW với giá bán điện 10$/MWh tại nút 1. G2 đưa ra bản chào giá là 15$/MWh,
vì vậy G2 sẽ không được huy động công suất. G1sẽ bán 100MW cho khách hàng
L2 tại nút 2. Do đó tổng chi phí mỗi giờ là 1000$/MWh
GVHD: TS. Trương Việt Anh

12

HVTH: Nguyễn Đức Tân


Trường hợp 2: tương tự như trường hợp 1 nhưng có xét đến giới hạn khả năng
truyền tải trên đường dây giữa nút 1và nút 2.

Hình 2.5. Hệ thống 2 nút bị ràng buộc
Giả sử ta huy động công suất tối ưu nhằm cực tiểu tổng chi phí như trường
hợp 1: nhà cung cấp G1 tại nút 1 được huy động 100MW bán cho khách hàng D2
tại nút 2 và G2 tại nút 2 không được huy động công suất. Trong trường hợp này,
việc giao dịch 100MW giữa G1 tại nút 1 và L2 tại nút 2 không thể thực hiện được vì
sẽ xảy ra quá tải do khả năng tải của đường dây là 80 MW.
Để loại trừ hiện tượng quá tải này, G1 chỉ được huy động 80 MW và huy
động thêm công suất của G2 với mức giá cao hơn. Với việc huy động này, tổng chi
phí sẽ là 1100$/h. Ràng buộc giới hạn truyền tải của đường dây làm tăng thêm tổng
chi phí của hệ thống là 1.1%.
Về cơ bản ta cò thể xử lý nghẽn mạch bằng hai phương pháp. Một mặt, ta
phân bố lại công suất trên đường dây truyền tải và khả năng truyền tải thực tế trên
đường dây không vi phạm bất kỳ rang buộc nào. Mặt khác, ta có thể xác định chi
phí nghẽn mạch như là sự chênh lệch giữa chi phí đảm bảo cung cấp cho phụ tải hệ
thống không xét đến bất kỳ điều kiện ràng buộc nào và chi phí cung cấp cho phụ tải
không vi phạm các giới hạn hiện tại.

2.5.2. Điều độ tải
Trong các hệ thống phi điều tiết, nghẽn mạch trong hệ thống truyền tải là
một bài toán chủ yếu và có thể dẫn tới các đột biến giá. Nghẽn mạch truyền tải xuất
hiện khi thiếu khả năng truyền tải để đáp ứng các yêu cầu của tất cả các khách hàng.

GVHD: TS. Trương Việt Anh

13

HVTH: Nguyễn Đức Tân


Trong các trạng thái bị nghẽn mạch nặng, nghẽn mạch truyền tải có thể được giảm
bớt bằng cách cắt giảm một phần các giao dịch không ổn định.

Hình 2.6a: Ví dụ 2 nút bị nghẽn mạch

Hình 2.6b: Ví dụ 2 nút sau khi được loại bỏ nghẽn mạch
Một ví dụ của một hệ thống 2 nút trình bày trong Hình 2.6a giải thích sự
nghẽn mạch truyền tải. Trong Hình 2.6a, đầu ra công suất tác dụng cực đại của máy
phát là 50MW, giới hạn công suất đường dây truyền tải là 45MVA và công suất tác
dụng tải là 48MW. Có một sự quá tải truyền tải trong đường dây truyền tải để đáp
ứng tải. Nghẽn mạch có thể được giảm bớt bằng cách cắt giảm phần tải nào đó.
Trong Hình 2.6b, tải được cắt giảm từ 48MW tới 45MW và nghẽn mạch được loại
bỏ.
2.5.3. Mở rộng đường dây truyền tải
Mở rộng đường dây truyền tải giải quyết bài toán mở rộng và củng cố sự
phát điện và mạng truyền tải hiện tại để phục vụ tối ưu sự phát triển thị trường điện
trong khi đáp ứng một tập các điều kiện ràng buộc về kinh tế và kỹ thuật. Các kỹ
thuật khác nhau như phân tích Bender, tìm kiếm Tabu, thuật toán Gen… đã được sử

dụng để nghiên cứu bài toán này.
Mặc dù các chi phí nghẽn mạch có thể được cực tiểu hóa nhờ vào các
phương pháp quản lý nghẽn mạch hiệu quả, nhưng một mối quan tâm bao quát là
chi phí biên của nghẽn mạch này sẽ không cao hơn chi phí biên của giảm nghẽn
mạch thông qua sự đầu tư về mở rộng khả năng truyền tải. Mặt khác, các chi phí
nghẽn mạch cao sẽ là một tín hiệu để mở rộng khả năng truyền tải. Sự đầu tư về
truyền tải sẽ luôn luôn hướng tới tăng độ tin cậy và giảm các chi phí nghẽn mạch.
GVHD: TS. Trương Việt Anh

14

HVTH: Nguyễn Đức Tân


Tuy nhiên, phương pháp mở rộng đường dây truyền tải này có rất nhiều hạn
chế như: Tốn nhiều thời gian, chi phí mở rộng đường dây truyền tải lớn, phụ thuộc
vào các ràng buộc pháp lý, các quy định đền bù giải tỏa…
2.5.4. Sự hỗ trợ VAR để giảm nghẽn mạch
Trong kịch bản thời đại ngày nay, các giao dịch điện ngoài dự tính đang tăng
lên nhanh chóng do sự cạnh tranh giữa các công ty để đáp ứng nhu cầu đang gia
tăng và nếu các giao dịch không được điều khiển một cách đúng đắn thì các đường
dây truyền tải thường bị vận hành và bị ép buộc tới mức giới hạn. Sử dụng sự
truyền tải sẵn có tăng lên một phần nhờ sự bù công suất phản kháng. Vai trò của sự
hỗ trợ VAR trong thị trường điện mở là để trợ giúp quản lý nghẽn mạch.
Sử dụng tốt hơn hệ thống điện sẵn có để tăng khả năng truyền công suất bằng
cách lắp đặt hỗ trợ VAR chẳng hạn như các bộ tụ điện và các thiết bị FACTS (hệ
thống truyền tải AC linh hoạt) trở nên cấp bách. Các bộ tụ điện, bộ bù VAR tĩnh
(SVC), bộ tụ mắc nối tiếp được điều khiển bằng Thyristor (TCSC), điều khiển dòng
công suất tối ưu (UPFC) là vài ví dụ của các thiết bị FACTS được sử dụng cho hỗ
trợ VAR.

Ưu điểm chính của các thiết bị FACTS là khả năng lắp đặt của chúng trong
một thời gian ngắn so với kế hoạch và sự xây dựng của các đường dây truyền tải
mới. FACTS không chỉ cải thiện khả năng truyền tải mà còn giảm các tổn thất. Tuy
nhiên, các thiết bị FACTS là đắt tiền. Vì vậy, ta cần tính toán trong từng trường hợp
cụ thể.
2.6.

Các loại thiết bị Facts

2.6.1. SVC (Static Var Compensator)
SVC gọi là máy bù tĩnh gồm bộ tụ điện và bộ kháng điện nối song song với
nhau, một trong hai bộ này được điều trơn. Công suất phản kháng Q được điều
khiển từ dung tính đến cảm tính thông qua việc điều khiển các van Thyristor. Bộ
SVC mắc song song với đường dây hay phụ tải cho phép điều chỉnh và giữ vững
điện áp tại nút đó, hạn chế được dao động điện áp nâng cao khả năng ổn định hệ
thống điện.
GVHD: TS. Trương Việt Anh

15

HVTH: Nguyễn Đức Tân


Bộ bù công suất phản kháng tĩnh SVC là một thiết bị điện tử công suất nâng
cao dùng để cung cấp nhanh và liên tục phát công suất phản kháng tính dung và tính
cảm đến hệ thống điện.

Hình 2.7: Nguyên tắc điều khiển SVC trong ổn định hệ thống điện

Hình 2.8: Dao động công suất trong trường hợp không có SVC và có SVC

Phân loại theo cấu hình là phân loại SVC bao gồm một cuộn kháng được
điều khiển bằng Thyristor TCR (Thyristor Controlled Reactor), một bộ tụ được
đóng ngắt bằng Thyristor TSC (Thyristor Switched Capacitor) và dãy tụ cố định FC
(Fixed Capacitor) lọc sóng hài được đấu nối như trong Hình 2.8.
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. TSC đóng và ngắt tụ
điện. Bộ lọc FC cung cấp công suất phản kháng cố định và hấp thụ dòng điện sóng
hài được phát ra từ bộ TCR.
GVHD: TS. Trương Việt Anh

16

HVTH: Nguyễn Đức Tân