(Luận văn thạc sĩ) xác định vị trí và dung lượng của TCSC để cực đại phúc lợi xã hội trong thị trường điện

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HUY KHIÊM

XÁC ÐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LUỢNG CỦA TCSC ÐỂ CỰC ÐẠI
PHÚC LỢI XÃ HỘI TRONG THỊ TRUỜNG ÐIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN - 60520202

S KC 0 0 4 8 8 9

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HUY KHIÊM

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG CỦA TCSC ĐỂ
CỰC ĐẠI PHÚC LỢI XÃ HỘI TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2016

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HUY KHIÊM

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG CỦA TCSC ĐỂ
CỰC ĐẠI PHÚC LỢI XÃ HỘI TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Hướng dẫn khoa học:
TS. DƯƠNG THANH LONG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2016


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Nguyễn Huy Khiêm

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1986

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Quê quán: Mộ Đức- Quảng Ngãi

Dân tộc: Kinh

Địa chỉ liên lạc: 15/19A Lê Văn Thọ, Phường 9, Quận Gò Vấp, TP. HCM.
Điện thoại liên lạc: 0979.959.545
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 09/2005 đến 06/2012

Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM
Ngành học: Kỹ thuật điện
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp ĐH : Thiết kế phần điện và thiết kế
chống sét cho nhà máy nhiệt điện.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 06/2012
Người hướng dẫn: TS. Trần Hồng Lĩnh & TS. Dương Vũ Văn
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
2012-2014

2014-nay

Nơi cơng tác

Cơng việc đảm nhiệm

Cơng ty TNHH Hồng Trung Kha,
Quận Bình Tân, TP.HCM

Khoa Cơng Nghệ Điện, Trường ĐH
Cơng Nghiệp TPHCM

-i-

Kỹ sư điện

Giảng Viên


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 03 năm 2016

Nguyễn Huy Khiêm

-ii-


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy TS. Dương Thanh Long,
người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện
luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy PGS.TS Trương Việt Anh, trường
trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tận tình nhận xét và
đóng góp nhằm hồn thiện luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơn q thầy cô trong khoa Điện- Điện Tử
trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, các cán bộ phòng Đào

Tạo đã giúp đỡ tơi rất nhiều trong suốt q trình học tập và trong q
trình hồn thành quyển luận văn này.
Tơi xin cảm ơn các bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo
mọi điều kiện để tôi hồn thành luận văn này.
Cuối cùng tơi xin chân thành cảm ơn gia đình đã ln ở bên tơi và động
viên tơi rất nhiều để tơi hồn thành khóa học này.

Nguyễn Huy Khiêm

-iii-


MỤC LỤC
Trang tựa

Trang

Quyết định giao đề tài
Phiếu nhận xét luận văn Thạc sĩ của Giảng viên hướng dẫn
Phiếu nhận xét luận văn Thạc sĩ của Giảng viên phản biện
Biên bản chấm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ
LÝ LỊCH KHOA HỌC ..................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ iii
TÓM TẮT ....................................................................................................................... iv
ABSTRACT ..................................................................................................................... v
MỤC LỤC ....................................................................................................................... vi
DANH SÁCH CÁC HÌNH ............................................................................................. ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG ............................................................................................. x
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................ xi

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN ........................................................................ 1
1.1 Tổng quan: ................................................................................................................. 1
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ................................................................................................. 3
1.3 Các phương pháp nghiên cứu: .................................................................................. 4
1.3.1. Phương pháp tối ưu cổ điển: .............................................................................. 4
1.3.2. Phương pháp dựa trên các tiêu chí kỹ thuật:...................................................... 5
1.3.3. Kỹ thuật tính tốn tiến hóa:................................................................................ 7
1.4. Phương pháp giải quyết ............................................................................................ 8
1.5. Giới hạn đề tài ........................................................................................................... 8
1.6. Điểm mới của luận văn ............................................................................................. 8
1.7. Phạm vi ứng dụng ..................................................................................................... 8

-vi-


1.8 Bố cục của luận văn ................................................................................................... 9
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THỊ TRƯỜNG ĐIỆN ............................................... 10
2.1.Giới thiệu.................................................................................................................. 10
2.2. Các mơ hình thị trường điện. .................................................................................. 14
2.2.1. Mơ hình thị trường điện thế giới. ..................................................................... 14
2.2.2. Mơ hình thị trường điện Việt Nam. ................................................................. 16
2.3. Những vấn đề về truyền tải điện trong thị trường điện. ....................................... 17
2.4. Nghẽn mạch truyền tải trong thị trường điện. ......................................................... 20
2.4.1. Khái quát về nghẽn mạch: ............................................................................. 20
2.4.2. Xác định nghẽn mạch. ..................................................................................... 21
2.4.3. Ảnh hưởng của nghẽn mạch. ........................................................................... 21
2.4.4 Quản lý nghẽn mạch trong thị trường điện. ..................................................... 22
2.5 Tổng quan thiết bị FACTS. ...................................................................................... 25
2.5.1 Phân loại thiết bị FACTS. ................................................................................. 27
2.6 TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor)....................................................... 30

2.6.1 Cấu tạo và nguyên lý của TCSC: ...................................................................... 30
2.6.2 Bảo vệ TCSC .................................................................................................... 32
2.6.3 Mơ hình điều khiển của TCSC ......................................................................... 33
2.6.4 Mơ hình Tĩnh của TCSC. .................................................................................. 34
CHƯƠNG 3: TỐI ƯU HÓA LẮP ĐẶT TCSC ĐỂ CỰC ĐẠI PHÚC LỢI XÃ HỘI. .. 36
3.1 Giới thiệu.................................................................................................................. 36
3.2 Lợi nhuận xã hội. ..................................................................................................... 37
3.3 Giải quyết vấn đề phân bố công suất tối ưu ............................................................. 44
3.4 Phúc lợi xã hội của các thành viên tham gia thị trường ........................................ 45
3.5 Tối ưu hóa vị trí của TCSC. ..................................................................................... 47
3.5.1 Giải thuật mặt cắt tối thiểu. ............................................................................... 48
3.5.2 Mơ hình hóa mạng điện sử dụng giải thuật mặt cắt tối thiểu. .......................... 48
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG.......................................................................... 54
4.1 Mơ phỏng hệ thống điện IEEE 6 nút........................................................................ 54

-vii-


4.2 Mô phỏng hệ thống điện IEEE 14 nút...................................................................... 61
4.2.1 Vận hành hệ thống khơng có TCSC ................................................................. 64
4.2.2 Vận hành hệ thống có TCSC: ........................................................................... 66
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ............................................................................................. 72
5.1 Những kết quả đã đạt được trong luận văn: ............................................................. 72
5.2 Hướng phát triển đề tài. ........................................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 73
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 75

-viii-

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1.1 Tổng quan:
Trong ba thập kỷ qua, các thị trường điện độc quyền trên thế giới đang dần
được thay thế bởi thị trường điện cơ chế mở. Điều đó đã mang lại nhiều lợi ích với
giá điện thấp hơn và dịch vụ tiêu dùng tốt hơn. 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 điều tất yếu. Thị trường điện với
cơ chế mở đã đem lại hiệu quả rõ rệt 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.
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, cùng với những lợi ích mang lại từ thị trường điện thì nó cũng
tạo ra nhiều 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 công suất và 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 (nghẽn mạch).
Nghẽn mạch làm cho giá điện khác nhau đáng kể giữa các vùng xung quanh sự
nghẽn mạch này. Điều này là nguyên nhân chính làm méo dạng thị trường và
giảm phúc lợi xã hội. Mục tiêu chính của thị trường điện là nâng cao phúc lợi xã
hội. Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu phụ tải và thị trường điện, và để loại trừ nghẽn
mạch, cực đại phúc lợi xã hội, cần phải xây dựng mới các đường dây truyền tải.
Nhưng việc này thường sẽ gặp nhiều khó khăn và xem như là khó có khả năng

-1-

thực hiện. Hơn nữa việc điều tiết chính sách nhà nước và mơi trường làm tăng
thêm khó khăn trong việc nâng cấp mạng điện. Do đó, việc nghiên cứu nâng cao
khả năng truyền tải của lưới điện hiện có để duy trì phân bố cơng suất giữa nguồn
và phụ tải mà không làm ảnh hưởng đến các đường dây truyền tải khác hoặc đến
khách hàng tiêu thụ điện trong hệ thống đã trở thành một vấn đề quan trọng đối với
các hệ thống độc lập điều hành ISO trong thị trường điện mới hiện nay.
Có rất nhiều cơng trình nghiên cứu về vận hành tối ưu hệ thống điện. Một
trong các bài tốn đặt ra là phân bố luồng cơng suất tối ưu, còn 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. 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…
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 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 hiệu quả thiết bị FACTS trên đường dây truyền tải là rất
cần thiết. Trong đó việc xác định vị trí tối ưu của thiết bị FACTS nhằm nâng cao
khả năng truyền tải công suất trên đường dây giữ một vai trò rất quan trọng trong hệ
thống điện hiện nay.
Những lợi ích của các thiết bị FACTS đã được ghi nhận và sử dụng rộng rãi
bởi các hệ thống điện trên Thế giới. Tuy nhiên, thách thức hiện nay là làm thể nào

-2-


để sử dụng có hiệu quả từ các thiết bị này. Để giài quyết vấn đề này cần phải giải
quyết các câu hỏi sau:
 Loại thiết bị FACTS nào cần được lắp đặt ?
 Số lượng thiết bị FACTS cần lắp đặt?
 Vị trí lắp đặt tối ưu?
 Dung lượng của FACTS?
 Chi phí lắp đặt?
Trong đó, các nghiên cứu chỉ ra rằng hiệu quả của việc lắp đặt thiết bị
FACTS cho các mục đích khác nhau chủ yếu phụ thuộc vào vị trí của thiết bị. Do
đó, vấn đề đặt ra đối với ISO là vị trí nào của FACTS nên được lắp đặt để đạt được
mục tiêu? Nhiều nghiên cứu đã được đề xuất để cải thiện hiệu quả vận hành hệ
thống thơng qua vị trí tối ưu của thiết bị FACTS, tuy nhiên những nghiên cứu này
vẫn chưa giới hạn khơng gian tìm kiếm một cách hiệu quả.
Từ những phân tích trên, việc nghiên cứu đề tài “ Xác định vị trí và dung
lượng của TCSC để cực đại phúc lợi xã hội trong thị trường điện” là nhu cầu
cấp thiết và cũng phù hợp với tình hình thực tế và việc phát triển ngành điện tại
Việt Nam. Một thuật toán mặt cắt tối thiểu được áp dụng trong luận văn này để xác
định vị trí thích hợp của TCSC. Phương pháp đề xuất có thể xác định vị trí nghẽn
mạch của hệ thống, từ đó giúp cho ISO có thể đưa ra nhiều giải pháp giúp hệ thống
vận hành một cách an toàn và hiệu quả hơn. Sử dụng phương pháp này có thể làm
giảm khơng gian tìm kiếm, số lượng nhánh cần được xem xét để xác định vị trí của
FACTS được giảm đáng kể.
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ

- Phân tích cực đại phúc lợi xã hội trong thị trường điện.
- Trình bày nguyên lý hoạt động của thiết bị TCSC.

- Ứng dụng phần mềm Matpower tính giá nút và xác định phúc lợi xã hội.
- Tối ưu hóa lắp đặt TCSC để cực đại phúc lợi xã hội.
- Ứng dụng trên lưới điện chuẩn IEEE.

-3-


1.3 Các phương pháp nghiên cứu:
Các mơ hình và các ứng dụng của các thiết bị FACTS trong vận hành hệ
thống điện đã được phân tích trong những năm gần đây [12], [18], [20]. Trong tài
liệu tham khảo [9] Chung và các cộng sự đã đề nghị một mơ hình tải tương đương
cho TCSC, TCPST và UPFC trong bài toán phân bố công suất tối ưu. Varma trong
[13] cũng cung cấp một cái nhìn tổng quan về các cấu hình điều khiển và nguyên
tắc hoạt động của các loại thiết bị FACTS khác nhau. Ứng dụng các thiết bị FACTS
trong điều độ kinh tế, các nghiên cứu ứng dụng phân bố công suất tối ưu OPF cũng
được nghiên cứu rộng rãi. Trong vận hành tái cấu trúc của hệ thống điện, việc nâng
cao tổng công suất truyền tải (TTC) của lưới điện, tránh tình trạng tắc nghẽn càng
trở nên quan trọng. Kể từ khi thiết bị FACTS có nhiều ảnh hưởng đến sự truyền tải
điện, nó đã được xem như giải pháp chính trong nỗ lực để giải quyết những khó
khăn về sự quản lý truyền tải, nghẽn mạch Hệ thống điện.
* Các phương pháp hiện nay để giải quyết vấn đề vị trí FACTS:
Một số phương pháp nghiên cứu lắp đặt các thiết bị FACTS để tối ưu vận
hành hệ thống điện đã được đề nghị. Nhưng chủ yếu, các cơng trình nghiên cứu này
thường tập trung vào các phương pháp và kỹ thuật sau: phương pháp tối ưu cổ điển,
phương pháp dựa trên các tiêu chí kỹ thuật và kỹ thuật tiến hóa.
1.3.1. Phương pháp tối ưu cổ điển:
Lý thuyết tối ưu cổ điển thường được áp dụng trong các nghiên cứu lắp đặt
các thiết bị FACTS, đó là lập trình tuyến tính hỗn hợp (MILP) và lập trình phi tuyến
tính hỗn hợp (MINLP). Trong lập trình tuyến tính hỗn hợp, cách tiếp cận dựa trên
dịng điện DC cho phép hệ thống điện được xác nhận một cách tuyến tính. Hiệu quả

của hệ thống được phân tích trong điều kiện trạng thái ổn định có xét đến khả năng
mang tải tối đa và tổng khả năng truyền tải (TTC) của hệ thống. Phương pháp DC
này cũng đã được sử dụng bởi Aygen và Abur trong [9], trong đó tác giả đã sử dụng
DC OPF để tìm ra vị trí tối ưu của thiết bị TCPS. Trong một nghiên cứu khác ở tài
liệu[12], Kazemi và Sharifi tìm vị trí tối ưu của thiết bị TCPST để tối đa hóa phúc
lợi xã hội sử dụng dòng tải DC và lập trình bậc hai.

-4-


Cách tiếp cận trong lập trình tuyến tính hỗn hợp MILP chỉ ra rằng q trình
tối ưu hóa được thực hiện một cách hiệu quả. Tuy nhiên phương pháp DC này là
khơng thích hợp để thực hiện phân tích tổng thể, do đó mơ hình AC nên được xem
xét và vấn đề lúc này là nghiên cứu trong phương trình phi tuyến tính hỗn hợp
(MINLP).
Đối với việc xây dựng dựa trên MINLP, phân bố tối ưu các thiết bị FACTS
được xác định làm tiêu chí chính, cùng với giá điện tại các thị trường mở, điều độ
kinh tế tối ưu, tổn thất truyền tải và nâng cao an ninh Hệ Thống Điện. Đặc biệt
trong trường hợp xét đến an ninh, vấn đề càng phức tạp hơn khi một số trạng thái
được xác định để mô tả hoạt động của hệ thống điện (bình thường, sụp đổ, sửa
chữa, và phịng ngừa). Hơn nữa, tính khả thi của vấn đề phải được đảm bảo bằng
cách xem xét cắt bớt tải như là một giải pháp cuối cùng để tránh sự sụp đổ điện áp
hệ thống.
Trong các nghiên cứu, thuật toán sử dụng để giải quyết các vấn đề tối ưu hóa
là phân tích Benders, bao gồm tách các vấn đề chính thành nhiều vấn đề phụ đơn
giản hơn để giải quyết. Tuy nhiên, trong trường hợp xét đến an ninh Hệ Thống
Điện, sự phức tạp của vấn đề địi hỏi q trình tối ưu hóa cần sự hỗ trợ bởi GA [17].
Các kết luận chính về việc xây dựng phương trình phi tuyến tính hỗn hợp chỉ ra
rằng khơng phụ thuộc vào kích thước và khơng lồi của vấn đề, mà phụ thuộc vào
các thông số hệ thống, là những vấn đề quan trọng có thể gây ra một sự hội tụ trong

các thuật tốn.
1.3.2. Phương pháp dựa trên các tiêu chí kỹ thuật:
Một nhóm các phương pháp đã được sử dụng để giải quyết việc lắp đặt các
thiết bị FACTS dựa trên các tiêu chí kỹ thuật thuần túy, đặc biệt, phân tích độ nhạy
trong các bài tốn nâng cao hiệu quả ổn định tỉnh và phân tích phương thức (modal)
cho các bài tốn ổn định động hệ thống điện.
-

Phân tích độ nhạy:
Phân tích độ nhạy là một thuật ngữ được sử dụng rộng rãi để mơ tả q trình

phân tích dựa trên đánh giá sự thay đổi tỉ số của một nhóm biến trong một hệ thống

-5-


đối với các nhóm biến khác. Có rất nhiều cách khác nhau để thực hiện các phân
tích, phụ thuộc vào các biến được lựa chọn và phương pháp sử dụng để tính tốn độ
nhạy. Một mặt, từ quan điểm của lý thuyết tối ưu cổ điển, độ nhạy có thể được tính
tốn bằng cách sử dụng phương pháp nhân tử Lagrange [20], trong đó cung cấp sự
thay đổi tỉ số về số lượng được tối ưu hóa như là một hàm của biến cụ thể. Mặt
khác, mức độ khác nhau của sự thay đổi có thể tùy thuộc vào ứng dụng. Vì vậy có
nhiều chỉ số hiệu quả có thể được định nghĩa như các chỉ số hiệu quả. Ví dụ, chỉ số
này xem xét các đạo hàm của các phương trình cơng suất đối với các trạng thái tĩnh
của các thiết bị FACTS. Nghiên cứu của Singh và David [9] xem xét chi phí TCSC
và TCPST cùng với các chi phí sản xuất trong hàm mục tiêu và giải quyết các vấn
đề tối ưu hóa bằng phương pháp độ nhạy; dựa trên đó, đầu tiên độ nhạy mỗi đường
dây được đánh giá thông qua điều độ tối ưu bỏ qua giới hạn đường dây và các thiết
bị FACTS. Sau đó mới tính đến các yếu tố tính tốn cho các thiết bị FACTS đặt
trong mỗi nhánh một khoảng một thời gian và cuối cùng tối ưu được giải quyết để

chọn vị trí và thơng số cài đặt cho vấn đề đặt ra. Và chỉ số đó chỉ xét trong trường
hợp đơn sự cố. Chỉ số này cũng đã xem xét các tỷ lệ phần trăm của tình trạng quá
tải tại các nhánh của hệ thống có xét đến các dự phịng khác nhau có thể xảy ra cho
từng nhánh. Các nghiên cứu khác cũng đưa ra một phương pháp hai bước; bước đầu
tiên là xác định vị trí tối ưu của TCSC và TCPST; bước tiếp theo, dung lượng cài
đặt của các thiết thiết bị sẽ được tối ưu hóa. Phương pháp này dựa trên độ nhạy của
các mục tiêu: sự tổn thất trên đường dây truyền tải, tổng số tổn thất công suất tác
dụng.
Đối với sự ổn định quá độ, một phân tích độ nhạy dựa trên tiêu chí thời gian
giải trừ sự cố (CCT) được đề xuất để tối ưu lắp đặt TCSC trong hệ thống 10 nút
[10]. Các thiết bị FACTS được lắp đặt tại những đường dây mà có thể cải thiện
CCT là lớn nhất. Tất cả các chỉ số định nghĩa ở trên, ngoại trừ các nhân tử
Lagrange, phù hợp cho phương pháp để đánh giá tác động của các thiết bị FACTS
trong hệ thống. Tuy nhiên, cần phải tìm vị trí tốt nhất cho từng thiết bị ở mỗi trường
hợp mới đánh giá đầy đủ tính năng hiệu quả của các thiết đó. Do đó, cơ sở của

-6-


phương pháp phân tích độ nhạy này là thiếu trong việc xây dựng và thực hiện một
quá trình tìm kiếm thích hợp nhằm giảm thời gian, khơng gian tìm kiếm. Ngoài ra,
các phương pháp đánh giá chỉ số độ nhạy một cách độc lập cho mỗi thiết bị FACTS
không thể đánh giá các ảnh hưởng kết hợp của một số các thiết bị được cài đặt trong
hệ thống.
-

Phân tích phương thức:
Phân tích phương thức là phương pháp kỹ thuật thường được sử dụng để lắp

đặt các thiết bị FACTS khi các điều kiện quá độ và ổn định hệ thống điện được xem

xét. Do phương pháp phân tích phương thức naybao gồm tính tốn các giá trị riêng
và vectơ riêng. Phương pháp này là khơng thích hợp cho các hệ thống điện lớn.
Việc mở rộng phương pháp Phillips-Heffron [12], có thể xử lý các hệ thống điện
lớn hơn bằng cách giảm thứ tự các ma trận đến một số không lớn hơn số lượng các
máy phát có trong hệ thống. Tuy nhiên phương pháp này được sử dụng đối với hệ
thống điện rất nhỏ gồm 5 nút và 3 máy phát. Nhìn chung, các phương pháp phân
tích phương thức cung cấp tính khả thi về kỹ thuật nhưng lại khơng đảm bảo về tính
tối ưu của các giải pháp. Hơn nữa, có một sự khác biệt khi cả hai trạng thái ổn định
và phân tích quá độ làm cho phương pháp khơng thích hợp để tối ưu hóa đa mục
tiêu.
1.3.3 Kỹ thuật tính tốn tiến hóa:
Nhóm phương pháp này giải quyết vấn đề tối ưu phân bổ các thiết bị FACTS
dựa trên các kỹ thuật tính tốn tiến hóa như GA, PSO, SA, TS và EP [9-15]. Trong
trường hợp này, mục tiêu chính là để tìm ra sự tối ưu, số lượng, kích thước, và vị trí
cho các thiết bị FACTS trong hệ thống. Để đạt được mục tiêu này, một số tiêu chí
được coi như khả năng truyền tải, cực tiểu chi phí lắp đặt, cực tiểu tổn thất truyền
tải, cải thiện lợi nhuận, và tối đa hóa tổng khả năng truyền tải TTC. Một số nghiên
cứu bao gồm phân tích dự phịng N-1 và điều độ máy phát trong thị trường điện.
Nghiên cứu này chủ yếu giới hạn trong điều kiện trạng thái hệ thống điện ổn định;
chỉ hai trường hợp có xét phân tích trạng thái động của hệ thống điện. Một trong
những trường hợp này là nghiên cứu phân tích q độ khơng xét lắp đặt các thiết bị

-7-


FACTS nhưng để xác định các thiết lập điều khiển tối ưu cho sự ổn định hệ thống
điện (PSS). Các nghiên cứu khác sử dụng phân tích tín hiệu nhỏ để xác định vị trí
tối ưu và các loại thiết bị FACTS. Hàm mục tiêu được xây dựng dựa trên 3 hệ số:
hệ số vượt lố, tỷ số dao động, và một hàm phạt cho những giá trị riêng không ổn
định.

Một số kỹ thuật tính tốn tiến hóa và các phương pháp lai hỗn hợp khác có
thể được sử dụng để giải quyết các vấn đề tối ưu hệ thống điện nhưng kết quả phụ
thuộc rất nhiều vào bản chất của vấn đề và các thuật tốn. Nói chung các kỹ thuật
tính tốn tiến hóa thực hiện tốt trong việc giải quyết các vấn đề phi tuyến tính. Tuy
nhiên, khả năng mở rộng của các phương pháp cũng như các ứng dụng của nó để
phân tích sự q độ và ổn định cần phải làm rõ thêm.
1.4. Phương pháp giải quyết
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.
- Giải tích và mơ phỏng tốn học.
- Sử dụng phần Matlab, phần mềm Matpower.
1.5. Giới hạn đề tài
- Mô phỏng trên hệ thống IEEE 6 bus và IEEE 14 bus.
- Sử dụng phần mềm Matlab, phần mềm Matpower.
1.6. Điểm mới của luận văn

- Xây dựng thuật tốn xác định vị trí và dung lượng của TCSC để cực đại
phúc lợi xã hội.
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.

-

Làm tài liệu tham khảo cho bài giảng môn học hệ thống điện.

-8-


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: Tối ưu hóa lắp đặt TCSC để cực đại phúc lợi xã hội.
- Chương 4: Kết quả mô phỏng.
- Chương 5: Kết luận.

-9-


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

2.1.

Giới thiệu.
Theo truyền thống, các hoạt động của hệ thống điện chịu sự chi phối bởi

công ty Điện lực Quốc gia. Công ty này độc quyền chiếm lĩnh toàn bộ lĩnh vực sản
xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng. Cấu trúc hoạt động đó được xem
như là mơ hình hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc. Mơ hình hoạt động
độc quyền này đã khơng tạo ra được tính cạnh tranh bình đẳng giữa các doanh
nghiệp và làm giảm hiệu quả kinh tế. Để loại bỏ những mặt hạn chế của thị trường
độc quyền, nhiều quốc gia buộc phải sắp xếp lại ngành điện của họ để nâng cao hiệu
quả kinh tế trong vận hành hệ thống điện. 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 lựa chọn mới và lợi ích kinh tế. Dưới môi trường điều tiết, cơ cấu tổ chức
ngành dọc trước đó 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.
Mặc dù quá trình cải tổ cơ cấu tổ chức và thiết lập cạnh tranh trong ngành
công nghiệp điện ở một số nước trên thế giới đã thực hiện được nhiều năm và còn
nhiều nước khác đang và sẽ tiếp tục triển khai, nhưng cho đến nay chưa có một mơ
hình thống nhất cho thị trường điện ở tất cả các quốc gia. Tuy vậy, Những cải cách
ngành cơng nghiệp điện trên tồn thế giới được xem như là một điều kiện cần thiết
để tăng tính hiệu quả sản xuất năng lượng điện, truyền tải, phân phối và cung cấp
một mức giá hợp lý hơn, chất lượng cao hơn và sản phẩm an toàn hơn cho khách
hàng. Ngoài ra, việc quản lý tắc nghẽn để giảm thiểu những hạn chế của việc truyền
tải điện trong thị trường điện độc quyền đã trở thành một yêu cầu của hệ thống điều
hành độc lập.
Công nghiệp điện giờ đây đã phát triển thành ngành công nghiệp cung cấp và
cạnh tranh. Thị trường đóng vai trị quyết định giá cả, giảm chi phí cơ bản để tăng

-10-


tính cạnh tranh. Việc tái thiết thực sự trở nên cần thiết để phân tách ba thành phần
quan trọng của công nghiệp điện bao gồm: sản xuất, truyền tải và phân phối. Do đó,
việc tách rời truyền tải được coi là ứng dụng phù hợp nhất đáp ứng được biểu giá
quy định và huy động tối đa các nguồn lực cho phát triển lưới điện.

Hình 2.1. Mơ hình cơng ty điện lực độc quyền liên kết dọc truyền thống

-11-

Hình 2.2 Mơ hình cấu trúc thị trường điện.
Việc tái cơ cấu của thị trường điện đã làm thay đổi vai trò của các tổ chức
truyền thống của hệ thống điện điện độc quyền theo chiều dọc trước đây và tạo ra
các thực thể mới có thể hoạt động độc lập trong thị trường điện. Các thực thể đó bao
gồm
 Các thành phần tham gia vào thị trường điện
 Hệ thống điều hành độc lập ISO
-

Các thành phần tham gia vào thị trường điện:
 Các công ty sản xuất điện (GENCOs): Các GENCO có chức năng vận hành
và bảo dưỡng các nhà máy điện; phát điện và có cơ hội để bán điện cho các
đối tượng mà họ đã thương lượng hợp đồng giao dịch. GENCOs sở hữu một
hoặc nhiều nhà máy điện với mục tiêu duy nhất sản xuất năng lượng điện để
bán và dự trữ điện.

-12-


 Các công ty truyền tải điện (TRANSCOs): Mỗi công ty sở hữu một phần
lưới điện cao áp. Các công ty này truyền tải điện từ các GENCO đến các
công ty phân phối điện địa phương hoặc nhà bán lẻ để cung cấp điện cho
khách hàng. Mỗi TRANSCO có vai trị xây dựng, sở hữu, duy trì và vận
hành hệ thống truyền tải ở một khu vực địa lý để cung cấp dịch vụ và bảo trì
hệ thống điện tại khu vực đó.
 Các cơng ty phân phối (DISCOs): thơng qua cơ sở, truyền tải điện cho các
khách hàng trong một khu vực địa lý nhất định. Mua điện thông qua các thị
trường tại chỗ hoặc thông qua hợp đồng trực tiếp với GENCOs và cung cấp
điện trực tiếp đến khách hàng. Một DISCO xây dựng và duy trì phân phối

đường dây kết nối lưới điện truyền tải đến khách hàng sử dụng cuối cùng và
có trách nhiệm vận hành và duy trì hệ thống ổn định của khách hàng khu
vực đó.
 Đơn vị vận hành hệ thống điện ISO: Một thị trường cạnh tranh đòi hỏi một
hoạt động độc lập và kiểm sốt của lưới điện. Vì lý do này, hầu hết các thị
trường điện đã thành lập một tổ chức hệ thống điều hành độc lập. ISO có
nhiệm vụ đảm bảo độ tin cậy, an toàn và hoạt động hiệu quả của một hệ
thống điện. Đồng thời quản lý, duy trì an ninh hệ thống, lập kế hoạch bảo
trì, và có một vai trị trong việc phối hợp lập kế hoạch dài hạn. Nó là một cơ
quan độc lập và khơng tham gia giao dịch điện. Có 2 cấu trúc của ISO là
Min ISO và Max ISO. Min ISO chủ yếu quan tâm đến việc duy trì an ninh
truyền tải điện và khơng có vai trị trong việc điều hành thị trường. Max ISO
là một tổ chức độc lập phi chính phủ và phi lợi nhuận có vai trị đảm bảo
một thị trường cạnh tranh cơng bằng và có các chức năng như quyết định và
niêm yết giá thị trường.
 Đơn vị điều hành thị trường điện (MO): MO dự báo phụ tải, lập kế hoạch
phát điện, lập kế hoạch dịch vụ phụ sao cho đạt chi phí nhỏ nhất đồng thời
đảm bảo an toàn cung cấp điện theo yêu cầu của SO trong thời gian thực.

-13-


 Khách hàng: là người trực tiếp sử dụng điện. Mua điện từ các công ty điện.
Trong thị trường điện, khách hàng không phải bắt buộc mua điện từ các
công ty điện địa phương của họ và có nhiều lựa chọn mua điện, có thể chọn
mua điện từ các thị trường giao ngay bằng cách đấu giá để mua hoặc thơng
qua hợp đồng trực tiếp với GENCOs hoặc thậm chí từ các công ty phân phối
địa phương với giá trị tốt nhất.
 Môi giới: tạo điều kiện thuận lợi cho giao dịch giữa người mua và người
bán, có thể hoạt động như là một đại lý của GENCOs và DISCOs.

Trong thị trường điện, sẽ có sự xuất hiện kinh doanh cạnh tranh. Thị trường
điện là một cơ chế tập trung tạo điều kiện kinh doanh giữa người bán và người mua.
ISO sẽ giữ vai trị điều phối. Trong mơ hình Min ISO, SO chấp nhận các yêu cầu và
hệ số đấu thầu (giá và số lượng) từ các bên tham gia thị trường và xác định các
MCP mà tại đó điện được mua và bán. Trong mơ hình ISO, các thành phần tham gia
thị trường phải gửi nhiều thông tin như yêu cầu trong các ngành công nghiệp quy
định, từ đó ISO thực hiện theo các quy định an ninh hệ thống, điều độ kinh tế để tối
đa hóa phúc lợi xã hội.

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.
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

-14-


(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. Mơ hình này được áp dụng ở
nước ta cho đến cuối thập niên đầu của thế kỷ này.
Đối với 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.
Đối với mơ hình 3, Cạnh tranh trên thị trường bán bn: 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 buôn. 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.
Đối với 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

-15-

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. 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
tốn 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

-16-