i
i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM

TÔ VĂN TRỰC
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG HỢP
LÝ CỦA TCSC ĐỂ CHỐNG NGHẼN
MẠCH TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
MÃ SỐ : 60 52 50
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRƯƠNG VIỆT ANH
TP. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012
ii
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học :
Cán bộ phản biện 1:
Cán bộ phản biện 2:
TS. Trương Việt Anh
TS. Võ Viết Cường
TS. Nguyễn Viễn Quốc
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ
TP. HCM ngày 14 tháng 07 năm 2012.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. TS. Nguyễn Thanh Phương
2. TS. Võ Viết Cường
3. TS. Nguyễn Viễn Quốc
4. PGS. TS. Trần Thu Hà
5. TS. Võ Hoàng Duy

mạch trên đường dây truyền tải.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Xác định vị trí và dung lượng hợp lý của TCSC để chống nghẽn mạch trên
đường dây truyền tải.
Xây dựng giải thuật xác định mặt cắt tối thiểu trên graph của hệ thống điện.
Xây dựng giải thuật xác định vị trí và dung lượng TCSC trên lưới điện.
Ứng dụng thực tế và so sánh với một số công trình nghiên cứu về OPF.
III.
IV.
V.
NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
Cán bộ hướng dẫn
TS. Trương Việt Anh
ngày 15 tháng 09 năm 2011.
ngày 15 tháng 06 năm 2012.
TS. Trương Việt Anh
Khoa quản lý chuyên ngành
iv
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng luận văn với nội dung “Xác định vị trí và
dung lượng hợp lý của TCSC để chống nghẽn mạch trên đường dây
truyền tải” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của
TS. Trương Việt Anh.
Các số liệu, kết quả mô phỏng nêu trong luận văn là trung thực, có
nguồn trích dẫn và chưa được công bố trong các công trình nghiên cứu khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2012
Người thực hiện luận văn
Tô Văn Trực

dung nghiên cứu “ Xác định vị trí và dung lượng hợp lý của TCSC để
chống nghẽn mạch trên đường dây truyền tải ” là ứng dụng tính hiệu quả
của TCSC trong điều khiển dòng công suất trên lưới để chống quá tải. Để
giải quyết bài toán đặt ra, nội dung nghiên cứu được trình bày trong sáu
chương.
Nghiên cứu lý thuyết mặt cắt tối thiểu, ứng dụng giải thuật max-flow
và Powerworld để xác định tập hợp những nhánh yếu nhất của hệ thống
điện mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới cho bài toán chống quá tải. Nội
dung nghiên cứu cũng chỉ ra rằng: vấn đề trọng tâm của bài toán chống
quá tải là làm sao xác định được điểm thường xuyên bị quá tải và xác
định vị trí, dung lượng hợp lý đặt TCSC để chống nghẽn mạch hiệu quả
trên hệ thống điện.
Tính hiệu quả và khả năng ứng dụng của giải pháp đã đề xuất được
kiểm chứng trên các hệ thống điện ba nút, bảy nút, mười bốn nút của
IEEE và lưới điện đồng bằng Sông Cửu Long 9 nút. Những kết quả rút ra
từ các lưới điện trên cho thấy khả năng khoanh vùng, tìm kiếm tập hợp
nhánh xung yếu nhất, xác định vị trí và dung lượng của TCSC trong hệ
thống điện nhanh chóng, chính xác, hiệu quả đem lại lợi ích kinh tế cao
trong truyền tải hệ thống điện.
vii
ABSTRACT
The existing electrical systems always existing the weakest
branches can lead to overload regularly. When the power transmission
network will be congestion, that is the reason of price of electricity
production and of selling electricity to rise. In many solutions, the power
suppliers always look for ways to reduce production costs at power
problems same to at normal. One of the solutions mentioned in the
contents of this research is an effective application of TCSC (Thyristor
Controlled Seriers Capacitor) to control of power flow on the grid to
against overload. To solve this problem, content of the research is

1.8 Tài liệu tham khảo 4
Chương 2: Tổng quan 5
2.1 Nâng cao khả năng truyền tải của hệ thống điện 5
2.2 Các công trình nghiên cứu trước đây 7
2.2.1 Điều độ kế hoạch nguồn phát điện 7
2.2.2 Điều độ tải 8
2.2.3 Mở rộng đường dây truyền tải 9
2.3 Các loại thiết bị Facts 11
2.3.1 SVC (Static Var Compensator) 11
2.3.2 STATCOM (Static Synchronous Compensator) 13
2.3.3 UPFC (Unified Power Flow Controlled) 15
2.3.4 TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) 15
2.4 Đề xuất phương án sử dụng TCSC 18
ix
2.4.1 Giải quyết để hết quá tải khi tăng tải 18
2.4.2 Nhận xét 21
2.5 Nhận xét và đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu 22
2.5.1 Nhận xét 22
2.5.2 Đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu 24
2.5.2.1 Giới thiệu 24
2.5.2.2 Lý thuyết về mặt cắt tối thiểu dòng công suất cực đại 26
2.6 Ứng dụng trong hệ thống điện 27
2.7 Nhận xét chung 32
Chương 3: Cơ sở lý thuyết 33
3.1 Bài toán nâng cao khả năng tải dùng TCSC 33
3.2 Phân bố công suất tối ưu giữa các nhà máy điện 34
3.3 Sử dụng thuật toán Min-cut để xác định những nhánh ứng viên đặt TCSC 37
3.4 Xác định nhánh đặt TCSC để giảm giá thành TCSC 41
3.5 Phát biểu luật đặt TCSC 42
3.6 Lưu đồ xác định vị trí và dung lượng TCSC 43

1
Bảng 2.1: Chi phí đầu tư trên 1KVAr của các thiết bị
FACTS.
22
2
Bảng 2.2 : Vị trí và thông lượng của các lát cắt
xi
6
Bảng 4.1c: So sánh góc lệch pha nhánh 1-2 và nhánh
1-3.
62
7
Bảng 4.2: Giả sử hoạt động của phụ tải cho một ngày
làm việc được tính theo thời gian trong một
ngày đêm (24 giờ)
63
8
Bảng 4.3: Kết quả chi phí khi chưa điều độ máy phát
điện.
65
9
Bảng 4.4: Kết quả chi phí khi điều độ máy phát điện.
66
10
Bảng 4.5: Kết quả chi phí và thời gian hoàn vốn.
70
11
Bảng 4.6: Giá trị XTCSC và tỷ lệ giảm công suất quá
tải trên lưới điện 14 nút.
71

điện
100
xiii
9
Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý điều khiển của UPFC
15
10
Hình 2.9: Sơ đồ cấu tạo của TCSC.
16
11
Hình 2.10: Mô hình đường dây truyền tải có lắp đặt
TCSC
19
12
Hình 2.11: Đơn giản hoá mô hình TCSC trên nhánh i-
j
19
13
Hình 2.12: Chi phí đầu tư vận hành theo công suất bù.
23
14
Hình 2.13: Mối quan hệ giữa nguồn và tải
25
15
Hình 2.14: Sơ đồ mạng với nguồn phát (s), tải thu (t)
và hai nút trung gian
26
16
Hình 2.15: Mô hình hoá mạng với một số lát cắt tiêu
biểu

52
xv
41
Hình 4.17: Phân bố công suất bằng Powerworld ( tải
120% công suất)
62
42
Hình 4.18: Phụ tải một ngày làm việc.
64
43
Hình 4.19: Phân bố công suất bằng Powerworld khi
lắp TCSC trên nhánh 1-3 (tải 100%
công suất)
67
44
Hình 4.20: Phân bố công suất bằng Powerworld khi
lắp TCSC trên nhánh 1-3 ( tải 110% công
suất)
68
45
Hình 4.21: Phân bố công suất bằng Powerworld khi
lắp TCSC trên nhánh 1-3 ( tải 120% công
suất)
69
46
Hình 4.22: Điểm hoàn vốn khi lắp TCSC
70
xvi
55
Hình 4.31: Phân bố công suất bằng Powerworld khi

điện sẵn có cũng là vấn đề quan tâm hàng đầu của ngành điện. Do đó việc ứng
dụng khoa học kỹ thuật chuyên ngành vào quản lý, vận hành hệ thống điện sao cho
tổng chi phí sản xuất, truyền tải điện thấp nhất để giá thành tới người sử dụng điện
nhỏ nhất. Điều này là hợp lý trong sản xuất và tiêu thụ khi hình thành một thị
trường điện.
Trong quá trình chuyển sang thị trường điện thì vấn đề quá tải đường dây là
không thể tránh khỏi và làm ảnh hưởng đến sự ổn định và độ tin cậy của hệ thống
điện. Điều khiển quá tải đường dây là chức năng quan trọng để đảm bảo hệ thống
truyền tải không bị vi phạm bất kỳ các ràng buộc vận hành nào. Các ràng buộc có
thể là các giới hạn nhiệt, giới hạn điện áp và ổn định. Bất kể khi nào các ràng buộc
vận hành trong lưới truyền tải bị vi phạm thì hệ thống được coi là đang ở trạng thái
quá tải [1].
Các giải pháp được đưa ra để chống quá tải và nâng cao khả năng truyền tải trên
đường dây có thể là các giải pháp như điều độ nguồn phát điện, cắt giảm tải, xây
dựng đường dây truyền tải, bù công suất phản kháng để giảm nghẽn mạch. Nếu điều
độ nguồn phát điện lên lưới chống quá tải thì sẽ làm tăng chi phí sản xuất điện mà
điều đó sẽ không có lợi cho khách hàng tiêu thụ. Nếu cắt giảm tải được đưa ra thì sẽ
làm ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất công nghiệp và sinh hoạt, không tạo ra sản
phẩm phát triển kinh tế. Nếu mở rộng xây dựng đường dây truyền tải được đưa ra
thì tốn nhiều thời gian, chi phí mở rộng xây dựng đường dây truyền tải rất lớn. Như
vậy giải pháp bù công suất phản kháng sử dụng thiết bị FACTS điều khiển dòng
công suất trên đường dây còn được biết đến như biện pháp chống nghẽn mạch, giảm
2
cắt điện, tăng độ tin cậy truyền tải cho khách hàng, giảm chi phí sản xuất điện năng,
đảm bảo lợi ích kinh tế, đồng thời tránh được tình trạng đầu cơ tăng giá điện khi có
sự cố nghẽn mạch trên đường dây [2]. Trong đó TCSC là một trong các thiết bị
FACTS mắc nối tiếp có khả năng trực tiếp điều khiển dòng công suất và nâng cao
khả năng tải trên đường dây.
Do đó các công trình nghiên cứu trước đây cũng đã đưa ra nhiều giải pháp để
xác định vị trí đặt TCSC trên mạng điện bằng các giải pháp như sử dụng thuật toán

- Ứng dụng thuật toán cho bài toán cụ thể.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
Các bước tiến hành
- Thu thập và đọc hiểu các tài liệu liên quan từ cán bộ hướng dẫn, sách, các bài
báo và internet.
- Giải tích và mô phỏng toán học dùng phần mềm Powerworld.
Điểm mới của luận văn
- Xây dựng thuật toán tìm luồng công suất cực đại.
- Xây dựng thuật toán để xác định vị trí hợp lý của TCSC trên lưới để nâng
cao khả năng truyền tải.
Giá trị thực tiễn của luận văn
- Ứng dụng cho các mô hình hay lưới điện bất kỳ.
- Ứng dụng cho các mạch IEEE mẫu trong các bài báo và mạng lưới điện miền
nam Việt Nam (lưới điện đồng bằng sông Cửu Long).
- Sử dụng làm tài liệu tham khảo khi vận hành lưới điện với thiết bị FACTS.
- Sử dụng làm tài liệu tham khảo cho bài giảng môn học cung cấp điện.
Nội dung của luận văn
Nội dung của luận văn gồm 6 chương:
- Chương 1: Giới thiệu
- Chương 2: Tổng quan
- Chương 3: Cơ sở lý thuyết
- Chương 4: Mô phỏng ứng dụng
4
- Chương 5: Khảo sát trên hệ thống điện Việt Nam
- Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
1.8.
Tài liệu tham khảo

2i
: Hệ số chi phí của máy phát i.
Do đó tổng chi phí của các nhà máy phát điện được tính theo biểu thức:
(P
(2.1)
(2.2)
Mục tiêu của các nhà máy sản xuất điện năng là tìm cách giảm chi phí sản xuất
điện sao cho tổng chi phí phát điện phải là nhỏ nhất:
C
1
= Minimum
∑
C
i
( P
gi
)
(2.3)
Giá thành điện năng là tổng chi phí để sản xuất ra một đơn vị điện năng. Giá
điện bao gồm các chi phí nguồn phát, truyền tải đến nơi tiêu thụ cộng với các chi
phí khác hình thành nên giá bán điện trên thị trường. Do đó giá bán điện được xác
định tính từ giá thành sản xuất điện năng tối thiểu C
1
. Trong thị trường điện, sự
cạnh tranh về giá luôn khiến các nhà sản xuất phải hướng đến mục tiêu tối thiểu hoá
tổng chi phí của hệ thống điện, nghĩa là tìm cách đưa tổng chi phí phát điện về giá
trị C
1
. Điều này đồng nghĩa với việc giảm giá thành sản xuất trên một đơn vị điện
năng và giá bán điện cũng giảm theo.

L
thì theo biểu thức (2.4), để giải quyết
sự cố nghẽn mạch trên hệ thống truyền tải điện cần thay đổi công suất phát của các
tổ máy trong các nhà máy điện một lượng là ∆P
gi
. Như vậy chi phí cho sản xuất ra
một đơn vị điện năng trong trường hợp này theo biểu thức (2.3) sẽ là
(P
tiêu thụ cũng tăng theo. Điều này gây bất lợi cho nhà cung cấp trong việc gia tăng
doanh số bán hàng trên thị trường cũng như những nỗ lực cạnh tranh thị phần.
Bài toán phân bố công suất tác dụng giữa các nhà máy điện để cực tiểu chi phí
sản xuất (C
1
). Tuy nhiên bài toán này gặp khó khăn vì gặp giới hạn của các đường
dây tải điện nên phải thay đổi công suất phát giữa các nhà máy điện để các đường
dây không còn quá tải. Điều này làm cho chi phí tăng cao (C
2
) làm cho C
1
< C
2
.
Để giảm chi phí phát điện từ C
2
→ C
1
có thể nâng cao khả năng tải của hệ
thống. Nếu không phải tất cả các đường dây truyền tải (tạo thành mạch các vòng) bị
quá tải hoàn toàn bằng cách thay đổi góc pha giữa nút, các tổng trở các nhánh để
công suất truyền tải phân chia qua các tuyến dây chưa bị quá tải.

hình phát điện chi phí nhỏ nhất trong một hệ thống điện với các điều kiện ràng buộc
truyền tải và vận hành có sẵn. Vai trò của trung tâm vận hành hệ thống độc lập
(ISO) trong thị trường cạnh tranh là điều độ điện năng đáp ứng hợp đồng giữa các
bên tham gia thị trường. Với xu hướng ngày càng tăng số lượng các hợp đồng song
phương được ký kết cho các giao dịch thị trường điện thì khả năng thiếu các nguồn
cung cấp sẽ dẫn tới nghẽn mạch mạng là không thể tránh khỏi. Trong trường hợp
này, quản lý nghẽn mạch (với cơ chế OPF) trở thành một bài toán quan trọng.
Nghẽn mạch truyền tải theo thời gian thực được định nghĩa là điều kiện vận hành
mà ở đó không đủ khả năng truyền tải để thực hiện cùng lúc tất cả các giao dịch do
xảy ra tình trạng khẩn cấp không mong muốn. Để giảm nghẽn mạch truyền tải bằng
cách đưa các ràng buộc khả năng truyền tải vào trong quá trình điều độ và lập kế
hoạch. Điều này bao gồm tái điều phối nguồn phát hoặc cắt giảm tải. Trong tài liệu
này, tác giả đã thành lập bài toán OPF với mục tiêu là cực tiểu lượng công suất tác
dụng (MW) khi điều chỉnh lại kế hoạch. Theo cơ chế này, chúng ta cũng xem xét sự
điều phối các hợp đồng song phương trong trường hợp nghẽn mạch nặng nề mặc dù
8
biết rằng bất cứ sự thay đổi nào trong một hợp đồng song phương là tương ứng với
sự thay đổi công suất bơm vào ở cả các nút người mua lẫn người bán.
Điều này dẫn tới vận hành nguồn phát ở một điểm cân bằng khác điểm cân bằng
được xác định bởi điều kiện giá cận biên bằng nhau. Các mô hình toán học giá
truyền tải có thể được kết hợp trong cơ chế điều phối và đạt được tín hiệu giá tương
ứng. Các tín hiệu giá này có thể được sử dụng để định giá nghẽn mạch và chỉ cho
những người tham gia thị trường sắp xếp lại công suất bơm vào hay lấy ra để tránh
nghẽn mạch.
Ngoài ra, phương pháp điều độ kế hoạch nguồn phát của tác giả chỉ xem xét
điều kiện ràng buộc dòng công suất tác dụng trên đường dây truyền tải mà chưa
xem xét các điều kiện ràng buộc khác như: điều kiện ràng buộc về điện áp nút, góc
lệch pha, xác định giá điện tại các nút. Đây là những điều kiện rất quan trọng cần
phải đưa vào khi điều độ kế hoạch nguồn phát, giúp quá trình vận hành hệ thống ổn
định và kinh tế.