Nâng cao khả năng truyền tải (ATC) của hệ thống điện sử dụng thiết bị TCSC

TĨM TẮT
Hệ thống điện hiện tại ln tồn tại những nhánh xung yếu và những nhánh
này có nguy cơ bị quá tải khi thiết lập thị trường buôn bán điện. Vì vậy, để đảm bảo
được an tồn vận hành trong thị trường điện, đơn vị vận hành hệ thống điện độc lập
ISO cần phải biết đầy đủ thông tin về khả năng truyền tải còn lại ATC của hệ thống
điện nhằm hạn chế quá tải trên đường dây ở thời điểm hiện tại cũng như khi mở
rộng phụ tải hoặc khi thực hiện các giao dịch công suất trong tương lai. Đây cũng là
một trong những nguyên nhân chính gây nên giá thành sản xuất điện năng tăng cao.
Nâng cao khả năng truyền tải ATC của hệ thống điện sử dụng thiết bị FACTS đã
mang lại nhiều kết quả đáng kể và đảm bảo vận hành an toàn hệ thống điện. Một
trong những giải pháp được đề cập trong nội dung nghiên cứu này là ứng dụng thiết
bị TCSC để nâng cao khả năng truyền tải ATC của hệ thống điện. Mục tiêu chính
của nghiên cứu này là xác định hệ số phân bố truyền tải công suất PTDF với thiết bị
TCSC, xác định khả năng truyền tải ATC cho các giao dịch song phương từ vùng
đến vùng dựa trên hệ số PTDF với thiết bị TCSC, tơi ưu hóa vị trí của thiết bị TCSC
dựa trên độ nhạy dịng công suất, và xác định khả năng truyền tải ATC khi xảy ra
trường hợp sự cố trên đường dây với thiết bị TCSC.
Phương pháp đề xuất đã được kiểm chứng trên hệ thống điện IEEE 6 Bus,
IEEE 7 Bus và IEEE 30 Bus.

v


ABSTRACT
The existing power system have always the critical branches and these
branches can issue overload when the electricity market opened. Hence, to secure
safety operation in electricity market, the Independent System Operator (ISO) needs
to know full informations about the available transfer capability (ATC) of the power
system with purpose violate overload on the transmission lines at the present as well
as expand loading in the future. It’s also main cause to increasing cost of electrical
producing. ATC enhancement with these devices can be an important role in an

efficient and secure operation of competitive electricity markets. One of the
proposals introduced in the contents are TCSC appliance to enhance ATC of power
system. The main objective of this research is: Power transfer distribution factor
determination with TCSC device, ATC determination for bilateral transactions from
area to area based on PTDF with TCSC, optimal location of TCSC device based on
power flow sensitivity corresponding to transaction, and ATC determination in line
contingency cases with TCSC device.
The proposed method have been tested on IEEE 6 Bus, IEEE 7 Bus, and
IEEE 30 Bus.

vi


MỤC LỤC
TRANG TỰA

TRANG

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. iii
CẢM TẠ ............................................................................................................... iv
TÓM TẮT .............................................................................................................. v
ABSTRACT .......................................................................................................... vi
MỤC LỤC ...........................................................................................................vii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................... x
DANH SÁCH CÁC BẢNG ..................................................................................xii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ..................................................................................xiii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN .................................................................................... 1

1.1 Đặt vấn đề ...................................................................................................... 1
1.2 Sơ lược các công trình nghiên cứu trước đây .................................................. 3
1.3 Mục tiêu, phương pháp và phạm vi nghiên cứu .............................................. 5
1.3.1 Mục tiêu và nhiệm vụ .................................................................................. 5
1.3.2 Phương pháp giải quyết .............................................................................. 6
1.3.3 Giới hạn đề tài ............................................................................................ 6
1.3.4 Điểm mới của đề tài .................................................................................... 6
1.3.5 Phạm vi ứng dụng ....................................................................................... 6
1.4 Mục tiêu của đề tài ......................................................................................... 6
CHƯƠNG 2 HỆ SỐ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT PTDF VÀ KHẢ NĂNG TRUYỀN
TẢI ATC ................................................................................................................. 7
2.1 Giới thiệu ....................................................................................................... 7
2.2 Định nghĩa khả năng truyền tải và các thông số liên quan .............................. 8
2.2.1 Khả năng truyền tải ATC ............................................................................ 8

vii


2.2.2 Tổng khả năng truyền tải TTC .................................................................... 9
2.2.3 Độ tin cậy truyền tải dự trữ TRM .............................................................. 11
2.2.4 Độ dự trữ lợi ích CBM .............................................................................. 11
2.2.5 Cơng suất truyền tải có cam kết ETC ........................................................ 11
2.3 Tầm quan trọng của giá trị ATC ................................................................... 11
2.4 Các phương pháp tính khả năng truyền tải ATC ........................................... 12
2.5 Hệ số phân bố công suất truyền tải PTDF..................................................... 13
2.5.1 Đặc điểm của truyền tải điện năng ............................................................ 13
2.5.2 Đánh giá dịng cơng suất tăng lên của một giao dịch xác định từ PTDF .... 14
2.5.3 Phương pháp xác định ATC bằng hệ số PTDF .......................................... 15
2.6 Xác định giá trị ATC xét trường hợp hệ thống hoạt động bình thường ......... 18
2.7 Xác định giá trị ATC trong trường hợp khẩn cấp sự cố đường dây ............... 19

2.8 Xác định giá trị ATC trong trường hợp khẩn cấp sự cố máy phát ................. 21
2.9 Lưu đồ xác định ATC cho mỗi giao dịch trong thị trường điện..................... 22
CHƯƠNG 3 NÂNG CAO ATC SỬ DỤNG THIẾT BỊ FACTS ............................ 24
3.1 Tổng quan về thiết bị FACTS ...................................................................... 24
3.2 Phân loại các thiết bị FACTS ....................................................................... 26
3.3 Một số mơ hình thiết bị FACTS ................................................................... 28
3.3.1 Thiết bị bù ngang STATCOM - Static Synchronous Compensator............ 28
3.3.2 Thiết bị bù dọc SSSC – Static Synchronous Series Compensator .............. 29
3.3.3 Thiết bị bù hỗn hợp UPFC – Unified Power Flow Controller .................... 30
3.3.4 Thiết bị bù dọc TCSC – Thyristor Controlled Series Capacitor ................. 31
3.3.4.1 Đặc tính của TCSC ................................................................................ 31
3.3.4.2 Mơ hình tĩnh của TCSC ......................................................................... 34
3.4 Xác định giá trị PTDF với những thiết bị FACTS ........................................ 36
3.5 Xác định giá trị ATC có thiết bị FACTS ...................................................... 39
3.5.1 Trong trường hợp hệ thống hoạt động bình thường ................................... 39
3.5.2 Trong trường hợp khẩn cấp sự cố đường dây ............................................ 40
3.5.3 Trong trường hợp khẩn cấp sự cố máy phát .............................................. 41

viii


3.6 Tối ưu hóa lựa chọn thiết bị FACTS............................................................. 42
3.7 Lưu đồ xác định ATC khi có thiết bị TCSC.................................................. 43
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG ................................................................... 46
4.1 Tính tốn khả năng truyền tải ATC sử dụng MatLab cho hệ thống điện IEEE
6 Bus ................................................................................................................. 46
4.1.1 Tính tốn ATC trong trường hợp vận hành bình thường ........................... 46
4.1.2 Tính tốn ATC trong trường hợp vận hành có sự cố ................................. 47
4.1.3 Kết quả tính tốn giá trị ATC sử dụng phần mềm Matlab ......................... 47
4.2 Ứng dụng Power World tính toán khả năng truyền tải ATC cho hệ thống điện

IEEE 7 Bus ........................................................................................................ 47
4.3 Khảo sát hệ thống điện IEEE 30 Bus, 3 vùng ............................................... 51
4.3.1 Thông số các nút và đường dây của hệ thống điện 30 Bus, 3 vùng ............ 51
4.3.2 Thực hiên giao dịch đơn phương T1: 13-15 .............................................. 51
4.3.2.1 Tính ATC trường hợp bình thường và sự cố đường dây 16-17 chưa có
thiết bị TCSC .................................................................................................... 51
4.3.2.2 Tính tốn ATC trong trường hợp bình thường và sự cố đường dây 16-17
khi có thiết bị TCSC .......................................................................................... 54
4.3.3 Thực hiên giao dịch đa phương T2: 22, 27 – 15, 23 .................................. 57
4.3.3.1 Tính ATC trường hợp bình thường và sự cố đường dây 10-20 chưa có
thiết bị TCSC .................................................................................................... 57
4.3.3.2 Tính ATC trường hợp bình thường và sự cố đường dây 10-20 khi có thiết
bị TCSC ............................................................................................................ 58
4.3.4 Bảng kết quả so sánh giá trị ATC của 2 trường hợp giao dịch T1 và T2 .... 61
4.3.5 Nhận xét từ 2 trường hợp giao dịch T1 và T2 ............................................ 63
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ........................... 64
5.1 Kết luận ....................................................................................................... 64
5.2 Hướng phát triền đề tài................................................................................. 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 65
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 67

ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Chữ viết tắt

Giải thích

1

AC

Alternating Current: Dòng điện xoay chiều

2

DC

Direct current: Dòng điện một chiều

3

ATC

Available Transfer Capability: Khả năng truyền tải

4

TTC

Total Tranfer Capability: Tổng khả năng truyền tải

5

CBM

6

TRM

7

ETC

8

GSF

9

HTĐ

10

IEEE

11

ISO

12

LODF

13

LOPTDF

14

PTDF

15

GODF

16

OPF

17

LATC

18

RPF

Capacity Benefit Margin: Độ dự trữ lợi ích
Transmission Reliability Margin: Độ tin cậy truyền tải
dự trữ
Existing Transmission Commitments: Công suất truyền
tải có cam kết
Generation Shifting Factor: Hệ số biến đổi công suất
phát
Hệ thống điện
Institute of Electrical and Electronics Engineers: Viện

các kỹ sư điện và điện tử
Independent System Operator: Đơn vị vận hành hệ
thống điện độc lập
Line Outage Distribution Factor : Hệ số phân bố sự cố
đường dây
Ine Outage Power Transfer Distribution Factor: Hệ số
công suất khi mất điện đường dây
Power Transfer Distribution Factor: Hệ số phân bố
truyền tải công suất
Genation Outage Distribution Factor: Hệ số độ nhạy
dịng cơng suất khi sự cố máy phát
Optimal Power Flow: Phương pháp tính dịng cơng suất
tối ưu
Linear Available Transfer Capability: Phương pháp
tuyến tính hóa
Repeated Power Flow: Dịng cơng suất lặp lại

19

CPF

Continuation Power Flow: Dịng cơng suất liên tục

20

DCPF

DC Power Flow: Phương pháp dịng điện một chiều

21

GSF

Generation Shift Factors: Hệ số thay đổi công suất phát

22

MBA

Máy biến áp

x


23

NERC

24

TSO

25

EVN

26

FERC

27

RTO

28

OASIS

29

PSERC

30

VCGM

31

FACTS

32

TCSC

33

SSC

34

SVC

35

UPFC

36

TCPST

37

STATCOM

38

TCR

39

TSC

40

TCVR

41

GA

42

RGA

43
44

PSO
N-R

North America Electric Reliability Council: Hội đồng
điện Bắc Mỹ
Transmission System Operator: Đơn vị quản lý truyền
tải điện
Vietnam Electricity: Tập đoàn Điện lực Việt Nam
Federal Energy Regulatory Commission: Ủy ban điều
tiết năng lượng liên bang
Regional Transmission Organizations: Tổ chức truyền
tải khu vực
Open Acces Same Time Information System: Hệ thống
mở tiếp cận thông tin đồng thời
Power Systems Engineering Research Center: Trung
tâm nghiên cứu kỹ thuật hệ thống điện
VietNam Competitive Generation Market: Thị trường
phát điện cạnh tranh Việt Nam
Flexible AC Transmission Systems: Hệ thống truyền tải
điện xoay chiều linh hoạt
Thyristor Controlled Series Compensator: Bộ bù dọc
điều khiển Thyristor.
Static Synchronous Series Compensator: Bộ bù nối tiếp

đồng bộ tĩnh.
Static Var Compensator: Bộ bù Var tĩnh
Unified Power Flow Controller: Bộ điều khiển dịng
cơng suất hợp nhất.
Thyristor Controlled Phase Shift Transformer: Máy
biến áp pha
Static Synchronous Compensator: Bộ bù đồng bộ tĩnh.
Thyristor Controlled Reactor: Cuộn kháng điều khiển
thyristor
Thyristor Switched Capacitor: Thiết bị bù đóng ngắt
thyristor
Thyristor Controlled Voltage Regulator: Thiết bị điều
chỉnh điện áp bằng thyristor
Genetic Algorithm: Giải thuật di truyền
Real Genetic Algorithm: Giải thuật di truyền mã hóa
giá trị
Particle Swarm Optimization: Thuật toán tối ưu bẩy đàn
Newton-Graphson

xi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1 So sánh các phương pháp tính khả năng truyền tải .................................. 13
Bảng 4.1 Kết quả xác định giá trị ATC cử dụng phần mềm Matlab ...................... 47
Bảng 4.2 Bảng kết quả tính tốn ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus lúc bình
thường và lúc sự cố đường dây 16-17 khi chưa có thiết bị TCSC........................... 51
Bảng 4.3 Kết quả khả năng truyền tải ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus khi lắp
đặt thiết bị TCSC trên các nhánh tương ứng .......................................................... 54
Bảng 4.4 Bảng kết quả tính tốn ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus lúc bình

thường và lúc sự cố đường dây 16-17 khi có thiết bị TCSC ................................... 55
Bảng 4.5 Bảng kết quả tính tốn ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus lúc bình
thường và lúc sự cố đường dây 10-20 chưa có thiết bị TCSC ................................ 57
Bảng 4.6 Kết quả khả năng truyền tải ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus khi lắp
đặt thiết bị TCSC trên các nhánh tương ứng .......................................................... 59
Bảng 4.7 Bảng kết quả tính tốn ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus lúc bình
thường và lúc sự cố đường dây 10-20 khi có thiết bị TCSC ................................... 60
Bảng 4.8 Kết quả so sánh ATC của 2 truong hợp giao dịch T1 và T2 trong trường
hợp có và khơng có TCSC sử dụng hệ số PTDF .................................................... 61

xii


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Giới hạn tổng khả năng truyền tải .......................................................... 11
Hình 2.2 Nút tiêu biểu của một hệ thống điện ....................................................... 15
Hình 2.3 Lưu đồ xác định ATC cho mỗi giao dịch trong thị trường điện ............... 23
Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo của TCSC ........................................................................ 26
Hình 3.2 Sơ đồ đơn giản của SSSC ....................................................................... 27
Hình 3.3 Sơ đồ cấu tạo của SVC ........................................................................... 27
Hình 3.4 Sơ đồ cấu tạo của STATCOM ................................................................ 27
Hình 3.5 Sơ đồ cấu tạo của UPFC ........................................................................ 28
Hình 3.6 Sơ đồ cấu tạo của TCPST ....................................................................... 28
Hình 3.7 Mạch tương đương của STATCOM ....................................................... 29
Hình 3.8 Mạch tương đương của SSSC ................................................................ 30
Hình 3.9 Mạch tương đương của UPFC ................................................................ 31
Hình 3.10 Đặc tính điện kháng của TCSC ............................................................. 33
Hình 3.11 Mơ hình đường dây truyền tải ............................................................... 34
Hình 3.12 Mơ hình đường dây truyền tải có TCSC ............................................... 35

Hình 3.13 Lưu đồ xác định ATC khi có TCSC ..................................................... 45
Hình 4.1 Hệ thống điện IEEE 6 Bus ..................................................................... 46
Hình 4.2 Hệ thống điện IEEE 7 Bus, 3 vùng ......................................................... 48
Hình 4.3 Trào lưu công suất hệ thống IEEE 7 Bus, 3 vùng .................................... 48
Hình 4.4 Kết quả tính tốn ATC ........................................................................... 49
Hình 4.5 Thị trường giao dịch cơng suất 202.17 MW ........................................... 50

xiii


Hình 4.6 Sự cố đường dây nút 4 và nút 5 giao dịch 70.1 MW ................................ 50
Hình 4.7 Hệ thống điện IEEE 30 Bus, 3 vùng ....................................................... 51
Hình 4.8 Biểu đồ so sánh giá trị ATC của hệ thống điện lúc bình thường và sự cố
đường dây 16-17 ................................................................................................... 53
Hình 4.9 Biểu đồ giá trị ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus khi lắp đặt thiết bị
TCSC trên các nhánh tương ứng ............................................................................ 54
Hình 4.10: Biểu đồ so sánh giá trị ACPTDF giữa các nhánh 12-14, 12-16, 12-4, 1215 .......................................................................................................................... 55
Hình 4.11: Biểu đồ so sánh giá trị ATC của hệ thống điện lúc bình thường và sự cố
đường dây 10-20 ................................................................................................... 58
Hình 4.12: Biểu đồ giá trị ATC của hệ thống điện IEEE 30 Bus khi lắp đặt thiết bị
TCSC trên các nhánh tương ứng ............................................................................ 59
Hình 4.13: Biểu đồ so sánh giá trị PTDF giữa các nhánh 12-14, 12-16, 15-18, 2324, 19-20 .............................................................................................................. 60
Hình 4.14: Biểu đồ so sánh giá trị ATC trường hợp bình thường và sự cố trước và
sau khi lắp đặt TCSC của 2 giao dịch T1 và T2 .................................................... 63

xiv


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Quá trình cải tổ và cơ cấu lại ngành điện đã và đang diễn ra ở nhiều nước
phát triển trên thế giới. Ở các nước này, ngành công nghiệp điện theo xu 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 Cơng 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 phát cũng như hệ thống truyền
tải điện.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế, khi nền kinh tế Việt Nam đã và đang hội nhập
với nền kinh tế trong khu vực và trên thế giới thì việc hình thành thị trường điện là
một tất yếu. Khi đó, cơ cấu tổ chức và phương thức hoạt động của ngành điện nói
chung và của Cơng ty Truyền tải điện nói riêng sẽ phải có những thay đổi cơ bản để
đáp ứng phù hợp với các quy định mới trong hoạt động điện lực, cũng như các quy
luật của cơ chế thị trường.
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 hảo. Việc xuất hiện thị trường
điện sẽ mang lại nhiều phúc lợi xã hội. Khách hàng có quyền lựa chọn nhà cung cấp
điện và có thể mua điện từ các nhà máy có giá bán thấp theo yêu cầu của mình. Tuy
nhiên, bên cạnh những lợi ích mang lại từ thị trường điện thì nó cũng tạo ra nhiều

1

thách thức cho người vận hành hệ thống để đảm bảo an ninh vận hành trong thị
trường điện.
Trong thị trường điện, hệ thống truyền tải ln giữ một vai trị quan trọng
trong việc truyền tải cơng suất và nó thường bị điều khiển bằng hoặc thậm chí vượt
quá giới hạn nhiệt của chúng để đáp ứng sự gia tăng nhu cầu tiêu thụ điện năng và
các giao dịch do sự gia tăng cơng suất khơng có trong kế hoạch. Nếu sự thay đổi
khơng được kiểm sốt, một số đường dây có thể trở nên quá tải, hiện tượng này có
thể gây mất ổn định hệ thống. Khi hệ thống mất ổn định có thể phải cắt hàng loạt
các tổ máy, các phụ tải và có thể dẫn đến tan rã hệ thống, gây thiệt hại nghiêm trọng
cho nền kinh tế. Vì vậy, để đảm bảo được an ninh vận hành trong thị trường điện,
đơn vị vận hành hệ thống điện độc lập ISO cần phải biết đầy đủ thông tin về khả
năng truyền tải ATC của hệ thống để có thể đáp ứng các giao dịch cơng suất phát
sinh ngồi kế hoạch. Khả năng truyền tải ATC là khả năng truyền tải cịn lại của hệ
thống có thể đáp ứng được trong giới hạn vật lý ngồi cơng suất truyền tải hiện có
trong cam kết và được sử dụng trong các hoạt động giao dịch trong tương lai.
Thông tin ATC sẽ giúp nhà vận hành hệ thống độc lập ISO tìm thấy hướng truyền
cơng suất một cách hiệu quả nhất trong thị trường điện. Nó cũng giúp cho người
tham gia thị trường điện có chiến lược chào giá khi xãy ra tắc nghẽn. Do đó, việc
nâng cao ATC là một trong những thách thức cho người vận hành hệ thống ISO.
Cùng với việc phát triển của ngành công nghệ điện tử, các thiết bị FACTS
có ảnh hưởng đáng kể trong việc điều khiển phân bố công suất.Trong số các thiết bị
FACTS, TCSC là thiết bị rất phổ biến bởi vì nó có thể kết nối trực tiếp với đường
dây trong hệ thống. Việc lắp đặt TCSC trên hệ thống truyền tải có thể là giải pháp
thay thế tốt nhất để giải quyết các vấn đề đã được đề cập ở trên. Tác dụng của
TCSC trong lưới điện được xem như là điện kháng có khả năng điều khiển được lắp
đặt trên đường dây truyền tải để bù điện kháng cảm ứng của đường dây. Do đó, làm
giảm điện kháng của đường dây, tăng công suất truyền tải trên đường dây và làm
giảm tổn thất cơng suất phản kháng. Vì vậy, lắp đặt các bộ điều khiển TCSC nhằm
điều khiển tốt hơn trong hệ thống điện cần phải được xem xét, trong đó việc lắp đặt

2


thích hợp các thiết bị TCSC trở thành một vấn đề quan trọng. Nếu lắp đặt khơng
thích hợp, các bộ điều khiển TCSC sẽ 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 TCSC thì việc sử dụng thiết bị TCSC trên đường dây truyền tải là
rất cần thiết, trong đó việc xác định vị trí tối ưu của thiết bị TCSC nhằm nâng cao
khả năng truyền tải công suất trên đường dây để đảm bảo ổn định trong thị trường
điện giữ một vai trò rất quan trọng trong vận hành hệ thống điện hiện nay.
Vì vậy, nghiên cứu vấn đề “Nâng cao khả năng truyền tải ATC của hệ
thống điện sử sụng thiết bị TCSC” là một yêu cầu mang tính cấp thiết phù hợp với
việc phát triển thị trường điện tại Việt Nam.
1.2 Sơ lược các cơng trình nghiên cứu trước đây
Những nghiên cứu trước đây về ứng dụng FACTS để nâng cao khả năng
truyền tải của hệ thống điện đa số tập trung vào những thiết bị như TCSC, SVR,
UPFC, TCPST… Tuy có những điểm xuất phát và cách tiếp cận khác nhau trong
việc ứng dụng các hiệu quả của thiết bị FACTS vào điều khiển hệ thống điện.
Nhưng nhìn chung, các cơng trình nghiên cứu đều có chung hướng nghiên cứu và
phương pháp đó là sử dụng giải thuật Gen để tìm kiếm giải pháp tối ưu. Nghĩa là;
với sự hỗ trợ của phần mềm máy tính, thơng số của thiết bị FACTS sẽ được mã hố
cùng các thơng số của mạng điện. Các toán tử đột biến, lai chéo được sử dụng để
giải bài tốn phân bố cơng suất đưa kết quả vào khơng gian tìm kiếm. Thơng số ban
đầu sẽ được tự động lưu trữ và cập nhật để gia tăng tính đa dạng của phạm vi tìm
kiếm giải pháp đúng như tên của giải thuật. Tóm tắt một số cơng trình nghiên cứu
như sau:
Cơng trình nghiên cứu của T. Nireekshana, G. Kesava Rao và S. Siva Naga
Raju [9] là “Nâng cao khả năng truyền tải ATC với các thiết bị FACT sử dụng giải
thuật di truyền mã hóa giá trị (RGA)”. Nghiên cứu nhằm xác định và nâng cao
ATC, một thông số rất quan trọng đối với hệ thống điện hoạt động không theo quy

luật. Nghiên cứu này sử dụng thiết bị FACT là SVC và TCSC để cực đại các giao
dịch truyền tải cơng suất trong trường hợp bình thường và sự cố. Giải thuật RGA

3


được sử dụng như là một công cụ tối ưu nhầm xác định vị trí và thơng số điều khiển
của SVC và TCSC. Kết quả của nghiên cứu thông qua mô phỏng trên mạng điện
IEEE 24 Bus và 14 Bus đã chứng minh thiết bị SVC cải thiện được biên dạng điện
áp và giá trị ATC nhưng thiết bị TCSC cải thiện được giá trị ATC và biên dạng điện
áp vượt trội hơn, và kết quả mô phỏng cũng cho thấy rõ rằng thiết bị TCSC ảnh
hưởng nhiều hơn về cải thiện ATC trong cả hai trường hợp bình thường và sự cố.
Cơng trình nghiên cứu của M.A. Khaburi, M.R. Haghifam [10] là “sử dụng
thiết bị FACTS dựa trên mô hình xác suất để nâng cao tổng khả năng truyền tải”.
Khả năng truyền tải còn lại ATC là một giá trị rất quan trọng trong tái cấu trúc hệ
thống điện. Nghiên cứu mô phỏng trên mạng điện IEEE 24 Bus có 38 đường dây
truyền tải và 10 máy phát được chia làm 2 vùng thông qua 4 đường dây. Kết quả đạt
được của nghiên cứu này là tổng khả năng truyền tải TTC được tăng lên khi sử
dụng thiết bị FACT như TCSC.
Cơng trình nghiên cứu của R. Mohamad Idris, A. Khairuddin, và M.W.
Mustafa [4] là “Vị trí tối ưu của thiết bị FACT để nâng cao khả năng truyền tải còn
lại ATC sử dụng giải thuật bầy ong”. Giải thuật này nghiên cứu 3 vấn đề là vị trí
thiết bị FACTS, thông số thiết bị FACTS và loại thiết bị FACTS. Hai loại thiết bị
FACTS được đề cập trong nghiên cứu này là TCSC và SVC. Một hệ thống điện
IEEE 30 Bus được sử dụng để mô phỏng và đã chứng minh sự ảnh hưởng rất lớn
với giải thuật này cũng như là công cụ để nâng cao khả năng truyền tải ATC. Bên
cạnh giải thuật bầy ong nghiên cứu này còn sử dụng giải thuật di truyền để so sánh.
Kết quả của nghiên cứu cho thấy giải thuật bầy ong và giải thuật di truyền ảnh
hưởng rất lớn để nâng cao khả năng truyền tải ATC thông qua vị trí tối ưu của thiết
bị FACTS và giải thuật bầy ong cho kết quả hội tụ nhanh hơn giải thuật di truyền.

Cơng trình nghiên cứu của C.K. Babulal và P.S. Kannan [14] là “Một cách
tiếp cận mới để tính tốn ATC trong truyền tải cơng suất của hệ thống điện không
theo quy luật”. Đây là một phương pháp mới để xác định khả năng truyền tải ATC
dựa trên logic mờ. Cách tiếp cận này đã so sánh với các phương pháp hiện có, thực
hiện nhiều giao dịch để xem xét giới hạn nhiệt, giới hạn điện áp, và giới hạn ổn định

4


điện áp và được kiểm tra trên hệ thống điện 39 Bus của Anh và 181 Bus của Ấn Độ.
Kết quả của phương pháp này là tính tốn ATC với ít số lần lặp ít và thời gian hội tụ
nhanh so với một số phương pháp truyền thống khác.
Cơng trình nghiên cứu của Ibraheem và Naresh Kumar Yadav [3] là “Ứng
dụng thiết bị FACTS để nâng cao khà năng truyền tải ATC sử dụng hệ số PTDF”.
Phương pháp xác định ATC được xem xét ở đây là giới hạn nhiệt của hệ thống dựa
trên tại MVA của hệ thống. Hệ số phân bố công suất truyền tải (PTDF) được sử
dụng để xác định ATC lớn nhất của hệ thống để ngăn ngừa nghẽn mạch trên đường
dây. Phương pháp này yêu cầu phải xác định được dịng cơng suất thực trên các
nhánh sau đó xác định ATC thơng qua hệ số PTDF. Kết quả của phương pháp này
được mô phỏng trên hệ thống điện IEEE 30 Bus cho thấy ảnh hưởng rất lớn của
thiết bị TCSC để nâng cao khả năng truyền tải cịn lại ATC.
Cơng trình nghiên cứu của Bairavan Veerayan Manikandan, Sathiasamuel
Charles Raja, và Paramasivam Venkatesh [6] là “Nâng cao khả năng truyền tải sử
dụng thiết bị FACTs trong thị trường điện cạnh tranh”. Nghiên cứu này sử dụng
thuật toán tối ưu bầy đàn PSO và thuật toán di truyền (GA) để tìm ra vị trí tối ưu lắp
đặt thiết bị TCSC và được mô phỏng hệ thống điện IEEE 30 Bus và IEEE 118 Bus.
Kết quả của nghiên cứu so sánh sự khác biệt về giá trị ATC có sử dụng thiết bị
TCSC và khơng sử dụng TCSC. Trong hai thuật toán PSO và GA đối với giao dịch
song phương cho thấy rằng giải thuật PSO cho kết quả giá trị ATC tốt hơn giải thuật
GA, nhưng đối với giao dịch đa phương thì giải thuật GA cho kết quả tốt hơn nhiều

so với giải thuật PSO bao gồm khi lắp đặt thiết bị TCSC và thực hiện trong cùng
một thời gian.
1.3 Mục tiêu, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Mục tiêu và nhiệm vụ
 Phân tích các phương pháp tính khả năng truyền tải ATC.
 Tính khả năng truyền tải ATC bằng phương pháp sử dụng hệ số PTDF.
 Tổng quan thiết bị FACTS.
 Nâng cao khả năng truyền tải ATC sử dụng thiết bị TCSC.

5


1.3.2 Phương pháp giải quyết
 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về khả năng truyền tải ATC.
 Giải tích và mơ phỏng tốn học.
 Sử dụng phần mềm Powerworld, phần mềm Matlab để mô phỏng.
1.3.3 Giới hạn đề tài
 Chỉ xét ổn định tĩnh không xét đến ổn định động của hệ thống điện.
 Chỉ sử dụng thiết bị TCSC.
 Mô phỏng trên hệ thống IEEE 6 Bus, IEEE 7 Bus và IEEE 30 Bus.
 Chỉ sử dụng phần mềm Powerworld, phần mềm Matlab.
1.3.4 Điểm mới của đề tài
 Xây dựng thuật tốn xác định vị trí của TCSC để nâng cao khả năng truyền
tải ATC cho hệ thống điện.
1.3.5 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.
 Làm tài liệu tham khảo cho bài giảng môn học hệ thống điện.
1.4 Mục tiêu của đề tài

 Chương 1: Tổng quan.
 Chương 2: Hệ số phân bố công suất PTDF và khả năng truyền tải ATC.
 Chương 3: Nâng cao ATC sử dụng thiết bị FACTS.
 Chương 4: Kết quả mô phỏng.
 Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài.

6


CHƯƠNG 2

HỆ SỐ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT PTDF VÀ KHẢ NĂNG
TRUYỀN TẢI ATC

2.1 Giới thiệu
Trong thị trường điện, việc truyền tải công suất qua khoảng cách xa để đáp
ứng đầy đủ các nhu cầu tiêu thụ điện, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, và thường
xuyên được thực hiện thông qua các hoạt động trao đổi mua bán. Với tính chất như
vậy thì điện năng được xem như là một mặt hàng kinh doanh. Hàng năm các máy
phát điện, đường dây truyền tải thường xuyên được bảo dưỡng. Các cơng ty có thể
mua điện từ các nguồn điện khác nhau để phục vụ cho nhu cầu cá nhân thay vì giảm
bớt tải. Đơi khi, một khu vực này có thể mua điện từ khu vực khác chỉ đơn giản là
do giá bán tại khu vực đó thấp hơn so với giá trong khu vực.
Để đảm bảo được ổn định thị trường điện và an ninh hệ thống điện, theo
Hội Đồng Điện Bắc Mỹ (NERC), tất cả các công ty điện lực có liên kết với nhau
phải gửi giá trị ATC cập nhật trên hệ thống truy cập mở thông tin đồng
thời(OASIS) sau mỗi lần giao dịch mới được thực hiện. Giá trịATC cho biết lượng
cơng suất có thể truyền tải tăng thêm giữa các vùng mà không làm mất ổn định hệ
thống. Trong thị trường điện liên thông giữa các khu vực, sự thiếu hụt công suất của
vùng này có thể được thay thế cơng suất từ các khu vực khác. Cho nên, việc tính

tốn ATC rất hữu ích cho việc tìm kiếm khả năng tăng thêm cơng suất giao dịch
giữa các vùng và đồng thời cũng là một công cụ rất cần thiết trong thị trường giao
dịch công suất trong ngày. Thông tin ATC sẽ giúp cho đơn vị vận hành hệ thống
độc lập (ISO) tìm thấy hướng truyền công suất một cách hiệu quả nhất trong thị
trường điện. Nó cũng giúp cho người tham gia thị trường điện có chiến lược chào
giá khi xãy ra tắc nghẽn. Bên cạnh việc tăng tính kinh tế và hiệu quả của hệ thống,
các khái niệm về khả năng truyền tải có ý nghĩa lớn trong việc nâng cao hiệu quả

7


vận hànhcủa hệ thống điện. Nếu một hệ thống có thể đáp ứng được số lượng lớn
công suất truyền tải cho nhiều khu vực thì hệ thống đó thường có tính linh hoạt cao
và an tồn hơn so với một hệ thống bị giới hạn cơng suất truyền tải. Ngồi ra, khả
năng truyền tải còn lại giữa hai khu vực còn được sử dụng để phục vụ cho việc cải
thiện khả năng truyền tải trong tương lai.
Việc tính tốn khả năng truyền tải còn lại của hệ thống truyền tảiđã được đề
cập đầu tiên vào những năm 1970 bởi Landgren et al (1972), nhưng vấn đề này đã
không nhận được sự quan tâm từ các nhà nghiên cứu cho đến khi Ủy ban điều tiết
năng lượng liên bang (FERC) bắt buộc thực hiện theo điều khoản 888 (NERC,
1996) và 889 (FERC, 1996). Các điều khoản này qui định hệ thống truyền tải cần
phải được truy cập mở cho những người tham gia buôn bán và yêu cầu các thông tin
ATC của hệ thống truyền tải phải được tính tốn và đăng trên OASIS. Một thời gian
ngắn sau đó trong cùng một năm, NERC đã thiết lập một khuôn khổ về định nghĩa
và đánh giá ATC. ATC được xác định bởi NERC được xem như là khả năng truyền
tải cho phép trong mạng truyền tảivà là một trong những thông số kỹ thuật giúp cho
các trung tâm vận hành hệ thống có quy hoạch phát triển các hoạt động giao dịch
cơng suất trong thị trường điện.
2.2 Định nghĩa khả năng truyền tải và các thông số liên quan
2.2.1 Khả năng truyền tải ATC

Theo NERC khả năng truyền tải ATC là khả năng truyền tải còn lại của
lưới điện trên một đường dây hoặc nhóm đường dây từ điểm phát đến điểm nhận
của hệ thống điện sao cho các thông số về điện phải nằm trong giới hạn vật lý. Đây
là công suất truyền tải cho phép tăng thêm ngồi cơng suất truyền tải hiện có trong
hợp đồng cam kết và được sử dụng trong các hoạt động giao dịch trong tương lai.
Về mặt tốn học thì ATC được định nghĩa là tổng khả năng truyền tải TTC
trừ đi độ tin cậy truyền tải dự trữ TRM trừ cho tổng công suất truyền tải hiện có
(bao gồm dịch vụ khách hàng bán lẻ) ETC và độ dự trữ lợi ích CBM. ATC có thể
được trình bày theo cơng thức như sau [18]:
ATC = TTC – TRM – CBM – ETC

(2.1)

8


ATC giữa hai khu vực là một lượng công suất có thể được truyền tải thêm
từ khu vực này đến khu vực khác trong một khung thời gian cụ thể và một điều kiện
cụ thể. ATC là một lượng công suất động vì nó là một hàm số trong đó các biến số
và tham số phụ thuộc lẫn nhau. Do đó, ATC được tính tốn và cập nhật một cách
định kỳ. Do hệ thống điện bị ảnh hưởng của nhiều điều kiện, nên tính chính xác của
việc tính tốn ATC phụ thuộc rất nhiều vào sự chính xác và đầy đủ của dữ liệu hiện
có. Tính tốn ATC phải được bao hàm các nguyên lý như bên dưới (Saucer &
Grijalva, 1999):


Cung cấp chỉ số khả năng truyền tải phải hợp lý và tin cậy.



Xác định trong kiện thời gian biến thiên, truyền tải công suất đồng bộ, và
song song.



Xem xét phụ thuộc vào điểm bơm vào hoặc rút công suất ra.



Xem xét sự phối hợp các vùng.



Phối hợp hợp lý các trạng thái không chắc chắn và khả năng đáp ứng cung
cấp.
Luôn xác định khả năng truyền tải và các giới hạn liên quan khác được kết

hợp với nhau:


Giới hạn nhiệt quá tải.



Giới hạn ổn định điện áp.



Giới hạn điện áp.



Giới hạn phát công suất.



Giới hạn phát công suất phản kháng.



Giới hạn công suất tải.

2.2.2 Tổng khả năng truyền tải TTC
Tổng khả năng truyền tải được định nghĩa là lượng cơng suất lớn nhất có
thể truyền tải trên đường dây của lưới truyền tải điện, hoặc truyền từ vùng này sang
vùng khác thông qua đường dây liên lạc mà không vi phạm các giới hạn vật lý, đặc

9


tính kỹ thuật trong chế độ làm việc bình thường và sự cố của hệ thống để đảm bảo
tính ổn định và an tồn của hệ thống. Hình 2.1.
Giới hạn nhiệt: Cho phép dòng điện tải trên đường dây truyền tải hoặc
thiết bị điện tối đa là bao nhiêu mà nó có khả năng chịu đựng trong khoảng thời
gian xác định nào đó trước khi nó bị hư hỏng vĩnh viễn do quá nhiệt, hoặc trước khi
nó vi phạm yêu cầu an toàn chung.
Giới hạn điện áp: Các biến đổi điện áp phải được di trì trong giới hạn nhỏ
nhất và lớn nhất cho phép nào đó. Trong giới hạn này mà công suất truyền tải không
phải là nguyên nhân gây ra sự hư hỏng cho hệ thống điện hoặc các thiết bị của
khách hàng. Sự sụp đổ điện áp lan rộng của hệ thống điện cũng là nguyên nhân gây

ra mất điện một phần hoặc toàn bộ lưới điện liên kết.
Giới hạn ổn định: Lưới truyền tải điện năng phải có khả năng vượt qua sự
mất ổn định thống qua từ vài mili giây đến vài phút. Tất cả các máy phát được kết
nối với nhau hoạt động đồng bộ và cùng tần số để truyền tải điện AC. Giả sử hệ
thống điện bị mất ổn định thì lập tức các máy phát bị dao động mất ổn định có thể
làm thay đổi tần số, cơng suất tải, điện áp của hệ thống. Để hệ thống điện ổn định
thì những dao động bất ổn này phải được tắt dần khi hệ thống đạt được một điểm
hoạt động ổn định mới. Nếu điểm hoạt động ổn định mới được thiết lập chậm thì
các máy phát hoạt động có thể bị mất đồng bộ với nhau, và kết quả là một phần hoặt
tồn bộ hệ thống điện liên kết có thể khơng ổn định.
Các giới hạn vật lý nêu trên có thể bị thay đổi theo thời gian và những thay
đổi này làm cho việc xác định khả năng truyền tải trong tuong lai trở nên phức tạp.
TTC = Minimum {Giới hạn nhiệt, giới hạn điện áp, giới hạn ổn định}

10

(2.2)


Dịng cơng suất
A đến B (MW)

Giới hạn ổn định
Giới hạn điện áp
Giới hạn nhiệt

Tổng khả năng truyền tải

Thời gian

Hình 2.1: Giới hạn tổng khả năng truyền tải.
2.2.3 Độ tin cậy truyền tải dự trữ TRM
TRM là lượng công suất dự trữ cần thiết để đảm bảo lưới điện liên kết được
an toàn trước các diễn biến bất thường xẩy ra trong mức độ hợp lý của hệ thống
điện. Tính tốn TRM gắn liền cho những trường hợp không chắc chắn của hệ thống,
kết hợp hiệu quả cho tính tốn ATC và rất cần thiết cho việc đảm bảo độ tin cậy
hoạt động của hệ thống trong những trường hợp hệ thống thay đổi.
2.2.4 Độ dự trữ lợi ích CBM
CBM là lượng công suất dự trữ cần thiết để truyền tải điện từ các hệ thống
điện liên kết nhằm đảm bảo quyền truy cập vào sự phát điện từ các hệ thống liên kết
với nhau để đáp ứng yêu cầu về độ tin cậy cấp điện.
2.2.5 Cơng suất truyền tải có cam kết ETC
ETC là công suất chắc chắn sẽ được truyền tải trên đường dây tại thời điểm
tính khả năng tải do hợp đồng đã được ký kết thỏa thuận.
2.3 Tầm quan trọng của giá trị ATC
Xu hướng hệ thống điện trên thế giới ngày càng tăng về kích thước và độ
phức tạp do dân số tăng và công cuộc hiện đại hóa. Vì vậy, các nước đã cho phép

11


các công ty tư nhân tham gia vào thị trường điện và phân phối năng lượng. Việc
xuất hiện thị trường điện đã làm xuất hiện những cơng ty điện có cơng nghệ truyền
tải tốt hơn.
Việc tính tốn khả năng truyền tải ATC cho biết lượng cơng suất có thể
truyền tải tăng thêm giữa các vùng mà không làm mất ổn định hệ thống. Như vậy,
giá trị ATC là một thông số quan trọng liên quan đến ổn định hệ thống. Trong thị
trường điện liên khu vực, sự thiếu hụt công suất của vùng này có thể được thay thế
bằng nguồn từ các khu vực khác. Việc tính tốn ATC rất hữu ích cho việc tìm kiếm
khả năng tăng cơng suất giao dịch giữa các vùng mà vẫn đảm bảo ổn định hệ thống.

Thông tin ATC sẽ giúp nhà vận hành hệ thống độc lập (ISO) tìm thấy
hướng truyền cơng suất một cách hiệu quả nhất trong thị trường điện. Nó cũng giúp
cho người tham gia thị trường điện có chiến lược chào giá khi xãy ra tắc nghẽn.
ATC phải được cập nhật nhanh để phục vụ cho việc thiết lập dự phòng mới, lên kế
hoạch hoặc thực hiện giao dịch. Có nhiều phương pháp số khác nhau trong việc
nghiên cứu đánh giá ATC của hệ thống truyền tải.
2.4 Các phương pháp tính khả năng truyền tải ATC
Hiện nay có nhiều phương pháp để nghiên cứu đánh giá ATC của hệ thống
truyền tải như:


Phương pháp dòng điện một chiều (DCPF).



Phương pháp hệ số phấn bố công suấttruyền tải (PTDF).



Phương pháp hệ số phân bố sự cố đường dây (LODF).



Phương pháp hệ số thay đổi cơng suất phát (GSF).



Phương pháp tính cơng suất lặp lại (RPF).



Phương pháp tính dịng cơng suất liên tục (CPF).



Phương pháp tính dịng cơng suất tối ưu (OPF)
Với 4 phương pháp đầu ta có thể gộp thành phương pháp tuyến tính hóa

(LATC).
Nếu tính khả năng tải nhiệt thì dùng mơ hình một chiều (DC). Các trường
hợp giới hạn được tính bằng mơ hình xoay chiều (AC) để xác định giới hạn điện áp.

12


Tính bằng mơ hình AC chậm hơn mơ hình DC nhưng tính được nhiều yếu tố hơn
như cơng suất phản kháng và các thiết bị liên quan đến công suất phản kháng. Bảng
2.1 sau đây so sánh các phương pháp nêu trên.
Phương pháp

Tính giới hạn
Giới hạn điện
Giới hạn ổn định
nhiệt
áp
điện áp
DCPF
Có
Khơng
Khơng

PTDF
Có
Khơng
Khơng
LODF
Có
Khơng
Khơng
GSF
Có
Khơng
Khơng
RPF
Có
Có
Có
CPF
Có
Có
Có
OPF
Có
Có
Có
Bảng 2.1: So sánh các phương pháp tính khả năng truyền tải.
Trong đề tài này, ATC được tính tốn bằng phương pháp hệ số phân bố

truyền tải công suất PTDF cho cả trường hợp bình thường và trường hợp sự cố. Đối
với trường hợp sự cố đường dây và máy phát điện, ATC có thể được tính tốn bằng
cách sử dụng các hệ số LOPTDF và GODF tương ứng.

2.5 Hệ số phân bố công suất truyền tải PTDF
2.5.1 Đặc điểm của truyền tải điện năng
Vấn đề quan trọng nhất dễ nhận ra trong khi thảo luận về mối quan hệ giữa
việc truyền tải công suất với thị trường điện là việc chuyển giao công suất giữa hai
điểm không theo đường được xác định trước đó mà nó được truyền tải thơng qua
nhiều nhánh của hệ thống. Do đó, một sự thay đổi công suất phát của máy phát hoặc
phụ tải trong vùng nguồn hoặc vùng tải của hệ thống có thể dẫn đến những thay đổi
dịng cơng suất thơng qua các vùng trong hệ thống truyền tải. Bởi vì hệ thống truyền
tải bao gồm hàng trăm dịch vụ tham gia khác nhau trong thị trường điện, một lượng
công suất chuyển từ nguồn tới tải có khả năng ảnh hưởng đến nhiều bên khác mà
không phải là bên tham gia vào việc chuyển đổi mong muốn. Hiện tượng này được
gọi là "dòng vòng" (loop flows). Dòng vòng giữ vai trò quan trọng khi kiểm tra thị
trường điện. Trong nhiều trường hợp, thị trường cơng suất có thể khơng xảy ra tại
một khu vực gần điểm giao dịch điện mà sẽ phát triển tại khu vực khác của hệ thống
truyền tải. Điều này gây khó khăn cho các khu vực khơng tham gia vào thị trường.

13


Việc điều chỉnh dịng cơng suất trong hệ thống khơng thể bắt buộc theo một
hướng định sẵn mong muốn bởi vì sự phân bố cơng suất phụ thuộc vào đặc tính của
hệ thống truyền tải. Các đặc tính của hệ thống bao gồm những giới hạn nhiệt của
đường dây tải điện và các đặc tính điện trong hệ thống chẳng hạn như cảm kháng và
điện dung. Nếu tất cả các giá trị này được biết tương đối, sẽ là rất hữu ích để dự
đốn những ảnh hưởng của một giao dịch trên mạng truyền tải.
2.5.2 Đánh giá dịng cơng suất tăng lên của một giao dịch xác định từ PTDF
Sự thay đổi gia tăng dịng cơng suất truyền tải trong một giao dịch đặc biệt
được xác định bởi NERC thông qua hệ sô phân bố công suất truyền tải PTDF. Các
giá trị PTDF là một xấp xỉ tuyến tính về cách thức dịng cơng suất sẽ thay đổi trên
hệ thống cho một công suất truyền tải đặc biệt giữa hai nút. Khi thực hiện truyền tải

công suất giữa hai khu vực, cần giữ phụ tải trong mỗi khu vực là hằng số. Một khu
vực tăng công suất phát đồng thời khu vực khác giảm công suất phát. Việc cài đặt
nút tăng công suất vào hệ thống được gọi là "source" trong khi các nút giảm công
suất vào hệ thống được gọi là “sink”. Sự thay đổi gia tăng dịng cơng suất đi từ
“source” đến “sink”, các cặp source/sink thường được gọi là một “direction”
(phương hướng). Như đã thảo luận trước, việc truyền tải công suất không nhất thiết
phải truyền trực tiếp từ “source”đến“sink” mà có thể truyền theo dịng vịng và điều
này gây ảnh hưởng đến các khu vực khác. Cho nên giá trị PTDF được dùng để tìm
lượng cơng suất truyền tải tăng lên do giao dịch trong điều kiện vận hành khác
nhau.
giữa bên bán m và bên mua n, hơn thế nữa ta chỉ xét

Xét một giao dịch

trong một đường dây “l” tải một phần của công suất giao dịch. Đường dây đó liên
kết giữa nút i và nút j. Cho một sự thay đổi công suất thực trong giao dịch giữa bên
bán và bên mua một lượng ∆
truyền tải một lượng ∆

nếu như sự thay đổi công suất

trên đường dây

thì hệ số phân bố cơng suất truyền tải có thể được định

nghĩa là:
,

=

∆

(2.3)

∆

14


2.5.3 Phương pháp xác định ATC bằng hệ số PTDF
Xác định hệ số phân bố công suất truyền tải bằng mơ hình xoay chiều AC,
thì cần tìm độ nhạy dịng cơng suất và Jacobian của phương trình cơng suất bơm
vào. Ma trận Jacobian có thể được xác định bằng phương pháp Newton-Raphson
(N-R).
Ta xét một nút bất kỳ của hệ thống điện ở Hình 2.2 đường dây truyền tải
được thể hiện ở mơ hình hình
đơn vị MVA.

với tổng trở được chuyển về dạng tổng dẫn ở hệ

̇
̇

̇
̇

̇

Hình 2.2: Nút tiêu biểu của một hệ thống điện.
Áp dụng định luật Kirchoff về dịng điện tại nút này ta có:

̇ =
= (

+

̇ +

+

̇ − ̇

+⋯+

̇ − ̇

+

) ̇ −

̇ −

̇ − ̇

+⋯+
̇ −⋯−

̇

(2.4)

Hay dòng điện vào nút i:
= ̇ ∑

̇ , với ≠

−∑

(2.5)

Phương trình này có thể viết lại dưới dạng ma trận tổng dẫn nút như sau :
̇ =∑

̇

̇

(2.6)

Chuyển sang tọa độ cực :
̇ =∑

∠(

+

)

(2.7)

Công suất P, Q tại nút i là :

−

=

̇

(2.8)

15