Tài liệu Xác định vị trí và dung lượng của TCSC để đảm bảo an ninh trong thị trường điện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.33 MB, 77 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
VÕ ĐỨC NHU
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG
CỦA TCSC ĐỂ ĐẢM BẢO AN NINH
TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành:60520202
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2016
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
VÕ ĐỨC NHU
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG
CỦA TCSC ĐỂ ĐẢM BẢO AN NINH
TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành:60520202
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS TRƯƠNG VIỆT ANH
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2015
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày … tháng … năm …
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
TT
Họ và tên
Chức danh Hội đồng
1
PGS. TS. DƯƠNG HOÀI NGHĨA
Chủ tịch
2
PGS. TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG
Phản biện 1
3
PGS. TS. LÊ MINH PHƯƠNG
Phản biện 2
4
TS. VÕ HOÀNG DUY
5
TS. ĐẶNG XUÂN KIÊN
Ủy viên
Ủy viên, Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn
PGS. TS. DƯƠNG HOÀI NGHĨA
TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP. HCM
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày11 tháng 11 năm 2015
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: VÕ ĐỨC NHU
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 22/02/1974
Nơi sinh: TP. HCM
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
MSHV: 1341830059
I- Tên đề tài:
Xác định vị trí và dung lượng của TCSC để đảm bảo an ninh trong thị trường
điện.
II- Nhiệm vụ và nội dung:
Tìm hiểu 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 khơng 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.
Ứng dụng thực tế và so sánh với các ví dụ mẫu
III- Ngày giao nhiệm vụ: 26/05/2015
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 26/11/2015
V- Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. TRƯƠNG VIỆT ANH
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)
i
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình
nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
VÕ ĐỨC NHU
ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn và tri ân:
- PGS. TS. TRƯƠNG VIỆT ANH đã tận tình giảng dạy, hướng dẫn khoa học và
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu và hồn thành luận
văn.
- Q Thầy, Cơ đã giảng dạy, hướng dẫn trong suốt quá trình học tập tại Trường
Đại Học Công Nghệ Tp.HCM.
- Ban Giám Hiệu và các Thầy Cô đồng nghiệp Trường Cao đẳng Điện lực
Tp.HCM đã tạo điều kiện để tơi có thể hồn thành khóa học.
- Và tất cả các anh, các bạn học viên cùng lớp, những người thân đã giúp đỡ, đóng
góp ý kiến, động viên tôi trong suốt thời gian học tập.
Trân trọng.
Tp.HCM, ngày 11 tháng 11 năm 2015
VÕ ĐỨC NHU
iii
TĨM TẮT
Trên thế giới q trình cải tổ và cơ cấu lại ngành điện đã và đang diễn ra ở nhiều
nước phát triển. Ở các nước này, ngành công nghiệp điện theo xu hướng hướng cạnh
tranh và thị trường điện đang dần thay thế các phương pháp vận hành truyền thống. Mục
tiêu của thị trường điện chính là giảm giá điện thông qua sự cạnh tranh, nâng cao hiệu
quả hoạt động và hiệu quả đầu tư của các công ty Điện lực Quốc gia (hầu hết là sở hữu
Nhà nước), tăng cường tính cạnh tranh ở cả 3 khâu: sản xuất, bán buôn và bán lẻ điện
năng bằng cách thiết lập thị trường điện và tư nhân hóa một hay nhiều bộ phận của Công
ty Điện lực Quốc gia. Kết quả cho thấy đây là một tiến bộ của khoa học quản lý trong
ngành năng lượng. Bởi vì, thị trường điện tạo ra mơi trường kinh doanh cạnh tranh bình
đẳng giữa các doanh nghiệp và là giải pháp hữu hiệu huy động vốn trong việc đầu tư xây
dựng nguồn cũng như hệ thống truyền tải điện.
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.
Ở Việt Nam, lộ trình cho việc áp dụng thị trường điện đã được Thủ tướng Chính
phủ phê duyệt. Hiện nay, đang áp dụng những bước thí điểm và sau đó tiến tới xây dựng
một thị trường điện cạnh tranh hoàn toàn. Thị trường điện là một vấn đề rất mới đối với
Việt Nam, do vậy cần thiết phải có những nghiên cứu về thị trường điện, từ đó áp dụng
một cách linh hoạt, hợp lý để từng bước xây dựng thị trường điện Việt Nam thích hợp
trong từng giai đoạn.
iv
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN ........................................................................ 1
1.1. Đặt vấn đề .................................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ ................................................................................................... 2
1.3. Phương pháp giải quyết ................................................................................................ 3
1.4. Giới hạn của đề tài ........................................................................................................ 3
1.5. Điểm mới của luận văn ................................................................................................. 3
1.6. Phạm vi ứng dụng ......................................................................................................... 3
1.7. Giá trị thực tiễn của đề tài ............................................................................................ 3
1.8. Bố cục của luận văn ...................................................................................................... 3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THỊ TRƯỜNG ĐIỆN, NGHẼN MẠCH TRUYỀN
TẢI VÀ THIẾT BỊ FACTS ........................................................................ 4
2.1. Giới thiệu ...................................................................................................................... 4
2.2. Các mơ hình thị trường điện ......................................................................................... 4
2.2.1. Mơ hình thị trường điện thế giới
4
2.2.2. Mơ hình thị trường điện Việt Nam ..................................................................... 6
2.3. Những vấn đề về truyền tải điện trong thị trường điện ............................................. 7
2.4. Nghẽn mạch truyền tải trong thị trường điện ............................................................... 9
2.4.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 9
v
2.4.2. Xác định nghẽn mạch ..................................................................................... 9
2.4.3. Ảnh hưởng của nghẽn mạch ......................................................................... 10
2.4.4. Quản lý nghẽn mạch trong thị trường điện ...................................................... 10
2.5. Tổng quan thiết bị FACTS ......................................................................................... 13
2.5.1. Phân loại thiết bị FACTS................................................................................. 15
2.5.2. Một số thiết bị FACTS .................................................................................... 18
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP MẶT CẮT TỐI THIỂU VÀ DỊNG CƠNG SUẤT
CỰC ĐẠI .................................................................................................... 28
3.1. Giới thiệu .................................................................................................................... 28
3.2. Cơ sở lý thuyết về mặt cắt tối thiểu và dịng cơng suất cực đại ................................. 29
3.2.1. Mặt cắt tối thiểu ............................................................................................ 29
3.2.2. Dịng cơng suất cực đại ................................................................................. 30
3.3. Ứng dụng trong hệ thống điện ............................................................................... 32
3.4. Khảo sát trên lưới điện bảy nút ................................................................................. 37
CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG CỦA TCSC ĐỂ ĐẢM BẢO
AN NINH TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN .............................................. 42
4.1. Giới thiệu .................................................................................................................... 42
4.2. Mơ hình tĩnh của TCSC .............................................................................................. 44
4.3. Mục tiêu của bài tốn phân bố cơng suất tối ưu (OPF) ............................................. 45
4.3.1. Hàm mục tiêu..................................................................................................... 45
vi
4.3.2. Ứng dụng Matpower để giải bài toán phân bố công suất tối ưu ....................... 47
4.4. Mô phỏng trên hệ thống IEEE .................................................................................... 50
4.4.1. Hệ thống IEEE 6 nút....................................................................................... 50
4.4.2. Hệ thống IEEE 30 nút .................................................................................... 56
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN .............................................................................................. 63
5.1. Kết luận....................................................................................................................... 63
5.2. Hướng phát triển đề tài ............................................................................................... 64
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
FACTS: Flexible Alternating Current Transmission System
SCOPF: Security Constraint Optimal Power Flow
TCSC: Thyristor Controller Series Capacitor
OPF: Optimal Power Flow
IOS: International Organization for Standar
LMP: Location Marginal Pricing
TCSR: Thyristor Controller Series Reactor
TSSC: Thyristor Switched Series Compensator
TSSR: Thyristor Switched Series Reactor
TCR: Thyristor Controlled Reactor
TSR: Thyristor Switched Reactor
TSC: Thyristor Switched Compensator
MSC: Mechanically Switched Compensator
STATCOM: Static Synchronous Compensator
SVC: Static Var Compensator
TCPAR: Thyristor Controller phase Angle Regulator
UPFC: Unified Power Flow Controlled
GTO: Gate Turn Off
FC: Fixed Capacitor
1
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 hưởng 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 khơng cịn 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. Thị trường điện và các điều kiện vận hành sẽ tốt hơn nếu
như an ninh hệ thống và kinh tế được tính tốn tốt hơn. Việc giải quyết vấn đề này
được biết đến như là bài toán ràng buộc an ninh phân bố công suất tối ưu (SCOPF).
Có rất nhiều cơng trình nghiên cứu về vận hành tối ưu hệ thống điện. Một
trong các bài toán đặt ra là phân bố luồng cơng suất tối ưu cịn được biết đến như
phương pháp điều khiển dịng cơng 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 tốn q 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…
2
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 cơng 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 khơng 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 trị rất quan trọng trong hệ thống điện hiện nay.
Ngoài ra việc sử dụng các thiết bị FACTS điều khiển dịng cơng 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
cơng trình nghiên cứu cũng cho thấy rằng, việc sử dụng các thiết bị FACTS để điều
khiển dịng cơng 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 cơng trình nghiên cứu trước đây đã đạt
được, đề tài đề xuất tên “Xác định vị trí và dung lượng của TCSC để đảm bảo an
ninh trong thị trường 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 cực
tiểu chi phí sản xuất điện năng đồng thời đảm bảo an ninh vận hành hệ thống điện.
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.
3
-
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 khơng 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 giải quyết
-
Giải tích và mơ phỏng tốn học.
-
Sử dụng phần mềm Matpower.
Giới hạn đề tài
-
1.5
Ứng dụng trên lưới điện chuẩn IEEE 6 nút và IEEE 30 nút
Chỉ xét ổn định tĩnh không xét đến ổn định động của hệ thống điện
Điểm mới của luận văn
-
Xây dựng thuật tốn xác định vị trí và dung lượng của TCSC để cực tiểu
chi phí vận hành và đảm bảo được an ninh hệ thống điện.
1.6
1.7
Phạm vi ứng dụng
-
Ứng dụng cho các mơ 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.
Giá trị thực tiển của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở cho việc thiết kế quy hoạch và
vận hành tối ưu hệ thống điện trong thị trường điện cạnh tranh.
1.8
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 mặt cắt tối thiểu và dịng cơng suất cực đại
Chương 4: Xác định vị trí và dung lượng TCSC để đảm bảo an ninh trong
thị trường điện
Chương 5: Kết luận
4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THỊ TRƯỜNG ĐIỆN, NGHẼN
MẠCH TRUYỀN TẢI VÀ THIẾT BỊ 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 mơi 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 mơ hình thị trường điện.
2.2.1. Mơ 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 mơ hình cơ bản và được các nước sử dụng dưới
dạng này hoặc dạng khác: Mơ hình 1, độc quyền điều tiết tự nhiên (khơng có cạnh
tranh); Mơ hình 2, hãng mua điện độc quyền; Mơ hình 3, cạnh tranh trên thị trường
bán bn và Mơ hình 4, thị trường cạnh tranh cả bán buôn và bán lẻ.
5
Đối với mơ hình 1, Độc quyền điều tiết (khơng có cạnh tranh): những cơng 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 mơ 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. Mơ 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 mơ hình này so với mơ hình trên.
Ở mơ 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 bn 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 bn. Đồng thời, cũng
thành lập Nhà điều độ hệ thống độc lập thực thi nhiệm vụ điều độ vận hành HTĐ.
Mơ 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.
Mơ 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 cơng ty điều tiết
lưới phân phối (theo vùng lãnh thổ) và nhiều công ty bán lẻ điện. Thị trường bán lẻ
6
điện được tổ chức, trong đó các cơng 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. Mơ 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. Ngồi các cơng ty phân phối của evn, sự hình thành các cơng 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 cơng ty phát điện ngồi 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.
7
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 bn 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
tải; phải điều chỉnh liên tục điện áp; phải dự phịng cơng suất tác dụng và phản
8
kháng đủ đáp ứng cáctrường hợp sự cố nguồn điện; khi sự cố, nguồn điện kể cả dự
phịng khơng 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.
Hình 2.2. Mơ hình cơng ty điện lực độc quyền liên kết dọc truyền thống
Tiêu thụ
Hình 2.3. Hình cấu trúc thị trường điện
- Lưới điện trong thị trường điện: là lưới điện mở cho mọi khách hàng, trong
khi 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.
Trong thị trường điện, 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 cơng 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, khơng có sự phân biệt đối
9
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.
Từ hình 2.3 có thể thấy rằng, khách hàng tiêu thụ thực hiện việc giao dịch
của họ thông qua đơn vị bán lẽ hoặc giao dịch trực tiếp với cơng ty phát điện, phụ
thuộc vào mơ hình thị trường điện. những đơn vị bán điện khác nhau sẽ phân phối
điện năng của họ tới khách hàng của họ (qua đơn vị bán lẽ) trên các đường dây
truyền tải và phân phối được điều hành bởi ISO. Nhà sản xuất, công ty truyền tải và
phân phối, và đơn vị bán lẽ lien lạc với ISO. Phần lớn, khách hàng lien lạc bán lẽ về
nhu cầu điện năng. Đơn vị bán lẻ hợp đồng với công ty phát điện và mua điện năng
từ họ và chuyển tải điện năng tới khách hàng thong qua đường dây truyền tải và
phân phối.
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 tồn. Mơ 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.
10
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
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 cơng suất ma có thể truyền tải giữa hai vị trí thơng qua lưới
truyền tải. Cơng suất truyền tải khơng được tăng lên đến mức mà khi có xảy ra sự
cố sẽ làm tan rã lưới điện vì khơng 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 khơng được báo trước tình trạng vận hành của hệ thống điện. Vì
vậy, khơng 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 ninh 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 dịng cơng suất trên mỗi
đường dây. Do đó, các ràng buộc an tồn hệ thống điện cần phải có một sự thay
đổi kế hoạch phát điện từ việc huy đông công suất hiệu quả nhất. Trong mơi
trường liên kết dọc truyền thống, mơ 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 cơng 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 cơng 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.
2.4.4 Quản lý mạch trong thị trường điện.
Hiệu quả thị trường được đo lường bởi phúc lợi xã hội của nó. Phúc lợi xã
hội là sự kết hợp của chi phí điện năng và lợi ích điện năng đối với xã hội cũng như
11
được đo lường bởi sự bằng lịng thanh tốn lượng điện năng tiêu thụ của xã hội. Sự
khác nhau trong phúc lợi xã hội giữa một thị trường hoàn toàn và một thị trường
thật là việc đo lường hiệu quả của thị trường thật. Tác dụng của nghẽn mạch truyền
tải làm cho thị trường không hiệu quả.
Việc sử dụng OPF và LMP đã được đưa vào thực tiển để quản lý nghẽn
mạch ở một số quốc gia trên thế giới. Nhà cung cấp giới thiệu hàm chi phí phát
điện, được xem như hàm chào giá đến ISO với mong muốn bán lượng điện năng
của họ. ISO có tồn bộ mơ hình lưới truyền tải và có thể thực hiện tính tốn OPF.
Phân bố cơng suất tối ưu (OPF) là kỹ thuật quan trọng nhất để đạt được các
mơ 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 trị của trung tâm vận hành hệ thống độc lập
(ISO) trong thị trường cạnh tranh là điều độ điện năng đáp ứng hợp đồng giữa các
bên tham gia thị trường. Giá nút xác định bởi OPF được sử dụng theo cách thức
sau:
+ Các máy phát được thanh toán theo giá điện tại nút.
+ Các phụ tải cần phải thanh tốn theo giá điện tại nút.
Nếu khơng có nghẽn mạch, tất cả các nút trong hệ thống có cùng giá nút, các
máy phát được thanh toán cùng giá điện năng của họ cũng như các phụ tải càn thanh
tốn cùng giá điện năng cua họ. Khi có nghẽn mạch xảy ra, các giá nút khác nhau,
mỗi máy phát được thanh tốn theo giá nút của nó và mỗi phụ tải phải thanh toán
tiền điện năng theo giá nút của nó.
ISO nhận đường cong chào giá từ những người tham gia thị trường. Đường
cong chào giá cung cấp chỉ ra mức giá tối tiểu mà nhà cung cấp sẽ sản xuất một
lượng công suất. Đường cong chào giá tiêu thụ chỉ ra mức giá tối đa có thể chấp
nhận mà nhà tiêu thụ có thể mua một lượng cơng suất. Thơng qua chương trình tính
tốn bài tốn tối ưu, giá tại mỗi nút trên tên toàn bộ hệ thống được tính tốn. Các
giá cuối cùng mà chi phối bất kỳ sự giao dịch nào dựa trên cơ sở các giá chào đã đệ
trình và được điều chỉnh bởi ISO phản ảnh giá trị vị trí của nhà cung cấp theo như
phân bố của họ đối với các ràng buộc hệ thống. Đơn vị điều hành hệ thống tính tốn
giá nút bằng OPF và tất cả các nhà cung cấp và nhà tiêu thụ phải chấp nhận giá này.
Tuy nhiên, trong thực tế khơng phải lúc nào cũng theo tình huống như vậy.
12
Giả sử có vài người tham gia thị trường, vì một lý do nào đó, khơng muốn bị
điều chỉnh cơng suất phát của họ trong tình huống nghẽn mạch truyền tải. Điều này
tùy thuộc vào tình trạng thị trường truyền tải tách rời với nhau. Với tình huống này,
những người tham gia thị trường mong muốn đưa ra các giá chào riêng biệt, cung
cấp các giá chào cho thị trường điện và điều chỉnh các giá chào cho thị trường
truyền tải. Sự tham gia ở cả hai thị trường là tự nguyện. Một số người tham gia chỉ
chào giá vào thị trường điện, trong khi những người tham gia khác chỉ cung cấp giá
chào điều chỉnh và một số khác tham gia chào giá ở cả hai thị trường. Trước tiên thị
trường điện được minh bạch không xét các ràng buộc truyền tải. Nếu có bất kỳ sự vi
phạm giới hạn truyền tải nào sau khi minh bạch thị trường điện, thì đơn vị điều hành
hệ thống sử dụng giá chào điều chỉnh theo hướng kinh tế nhất để giảm nhẹ nghẽn
mạch trước khi chấp thuận các giá chào từ thị trường điện.
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 cơng suất khơng 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 khơng 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$/MWh
Trường hợp 2: tương tự như trường hợp 1 nhưng có xét đến giới hạn khả năng
truyền tải trên đường dây giữa nút 1và nút 2.
13
Hình 2.5. Hệ thống 2 nút bị ràng buộc
Giả sử ta huy động công suất tối ưu nhằm cực tiểu tổng chi phí như trường
hợp 1: nhà cung cấp G1 tại nút 1 được huy động 100MW bán cho khách hàng D2
tại nút 2 và G2 tại nút 2 không được huy động công suất. Trong trường hợp này,
việc giao dịch 100MW giữa G1 tại nút 1 và L2 tại nút 2 khơng thể thực hiện được vì
sẽ xảy ra quá tải do khả năng tải của đường dây là 80 MW.
Để loại trừ hiện tượng quá tải này, G1 chỉ được huy động 80 MW và huy
động thêm công suất của G2 với mức giá cao hơn. Với việc huy động này, tổng chi
phí sẽ là 1100$/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 có 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
Tổng quan thiết bị FACTS
Hiện nay, hệ thống điện chúng ta đang sử dụng là hệ thống điện xoay chiều
và hệ thống điện xoay chiều là một hệ thống điện phức tạp gồm các máy phát đồng
bộ, đường dây truyền tải, máy biến áp, các thiết bị bù và phụ tải…và được chia
thành ba khâu : sản xuất, truyền tải và tiêu thụ.
Một hệ thống điện hoạt động phải thỏa các yêu cầu sau:
Các máy phát điện làm việc trong chế độ đồng bộ.
Điện áp vận hành trong giới hạn cho phép theo quy định.
14
Tần số vận hành trong giới hạn cho phép theo quy định.
Các phụ tải phải được cung cấp điện đầy đủ.
Các đường dây phải được vận hành ở điều kiện bình thường khơng q
tải.
Trong hệ thống điện, cơng suất truyền tải trên các đường dây phụ thuộc vào
tổng trở đường dây, điện áp và góc lệch pha. Vì vậy, khả năng truyền tải công suất
của đường đây được cải thiện đáng kể bằng việc tăng công suất phản kháng ở phụ
tải, lắp cuộn kháng bù ngang (mắc song song), tụ điện bù dọc (mắc nối tiếp) vào
đường dây để điều khiển điện áp dọc theo chiều dài đường dây.
Để nâng cao chất lượng điện áp và ổn định điện áp cho hệ thống điện Việt
Nam, hiện tại đã có rất nhiều cơng trình nghiên cứu về việc ứng dụng thiết bị bù
công suất phản kháng. Tuy nhiên, các thiết bị đó vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu về
phản ứng nhanh nhạy khi có sự thay đổi đột ngột của hệ thống về công suất phản
kháng. Các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (Flexible AC Tranmission
System – FACTS) đã đáp ứng yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy cũng như dung
lượng bù tối ưu cho hệ thống điện trong mọi chế độ của hệ thống. FACTS dùng để
tăng khả năng điều khiển và tăng công suất truyền tải của đường dây FACTS được
IEEE định nghĩa là : “ Hệ thống sử dụng các thiết bị điện tử công suất và các thiết bị
tĩnh khác để điều khiển một hay nhiều thông số của hệ thống đường dây truyền tải,
qua đó nâng cao khả năng điều khiển và khả năng truyền tải công suất.”
Qua định nghĩa FACTS, nhận thấy được tầm quan trọng của thiết bị FACTS
đến hệ thống điện có sự ảnh hưởng rất lớn về kinh tế và kỹ thuật.
Trong thực tế, tính chất tiêu thụ điện ở từng thời điểm ln khác nhau, cho
nên tình trạng truyền tải công suất trên đường dây cũng khác nhau, có thể tại một
thời điểm trên hệ thống có những đường dây quá tải và cũng có những đường dây
non tải. Với tình hình cơng nghiệp hóa như hiện nay, đòi hỏi nhu cầu truyền tải để
đáp ứng cho phụ tải ngày càng cao và hiện tại đường dây cao áp ln đặt trong tình
trạng báo động về giới hạn vật lý của chúng như quá tải đường dây, các hiện tượng
nhiễu hệ thống như là hiện tượng dao động tần số, điện áp…
