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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HỒ HỮU LỘC

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ LẮP ĐẠT TCSC TRÊN LƯỚI ĐIỆN
TRUYỀN TẢI KHU VỰC PHÍA NAM VIỆT NAM
S

K

C

0

0

3

9
6

5
1

9
3

NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250

Địa chỉ liên lạc: 666/17-Huỳnh Tấn Phát-Phƣờng Tân Phú–Quận 7-Thành phố
Hồ Chí Minh
Điện thoại: 0976.871.681
Email: [email protected]
Quá trình đào tạo:
- Từ năm 2004 đến năm 2009 theo học ngành Điện Khí Hóa Cung Cấp Điện
tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
- Từ năm 2010 đến năm 2012 theo học Cao học ngành Thiết bị, Mạng và Nhà
máy điện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
Quá trình công tác:
- Từ năm 2009 đến nay công tác tại Công ty Truyền Tải Điện 4; địa chỉ: số 07
Quốc lộ 52, Phường Trường Thọ, Quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh.

NGUYỄN HỒ HỮU LỘC

trang i


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công 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 công trình nào khác.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2012
Người viết cam đoan



NGUYỄN HỒ HỮU LỘC

trang iii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

TÓM TẮT
Những hệ thống điện hiện hữu luôn tồn tại các nhánh xung yếu nhất có
khả năng dẫn đến quá tải thường xuyên. Khi mạng lưới truyền tải điện bị quá
sẽ là một trong những nguyên nhân dẫn đến hệ thống bị sụp đỗ. Bằng nhiều
giải pháp, các nhà cung cấp điện luôn tìm cách giảm suất sự cố để hệ thống
điện về gần với trạng thái ổn định. Một trong những giải pháp được đề cập
trong nội dung nghiên cứu này 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 như sau.
Nghiên cứu lý thuyết mặt cắt tối thiểu, ứng dụng giải thuật của chương
trình max-flow 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 cốt lõi của bài toán chống quá tải là làm sao xác
định được điểm quá tải thường xuyên. Giải thuật đã đề xuất giải quyết được
vấn đề này. Hướng tiếp cận mới trong nội dung nghiên cứu này chính là sự
kết hợp giữa giải thuật đề xuất và phần mềm giải bài toán phân bố công suất
Powerworld cùng với tính năng ưu việt của TCSC để chống quá tải hệ thống
điện. Kết quả của sự kết hợp là lưu đồ xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu
của TCSC trên lưới điện truyền tải.
Tính hiệu quả và khả năng ứng dụng của giải pháp đã đề xuất được


NGUYỄN HỒ HỮU LỘC

trang v


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

MỤC LỤC
Trang tựa

Trang

Quyết định giao đề tài
Tóm tắt lý lịch trích ngang........................................................................................ i
Lời cam đoan........................................................................................................... ii
Cảm tạ .................................................................................................................... iii
Tóm tắt ................................................................................................................... iv
Mục lục .................................................................................................................. vi
Danh sách các từ viết tắt ....................................................................................... viii
Danh sách các hình và các hình .............................................................................. ix
PHẦN A: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1
2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài .......................................................................... 2
2.1 Mục tiêu của đề tài ....................................................................................... 2
2.2 Nhiệm vụ của đề tài ...................................................................................... 2
3. Điểm mới của luận văn ....................................................................................... 2
4. Giá trị thực tiễn của đề tài .................................................................................... 2

2.3 Bài toán phân bố công suất ............................................................................ 30
2.4 Xác định vị trí của TCSC ................................................................................ 33
2.5 Dung lượng bù TCSC ..................................................................................... 35
2.6 Lưu đồ xác định vị trí và dung lượng TCSC ................................................... 36
CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM POERWORD ĐỂ MÔ PHỎNG
LƢỚI ĐIỆN
3.1 Sơ đồ lưới điện 500kV .................................................................................... 39
3.2 Sơ đồ lưới điện 220kV .................................................................................... 52
PHẦN C: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
1. Kết luận ........................................................................................................... 59
2. Hướng phát triển đề tài ..................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 60
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 65

NGUYỄN HỒ HỮU LỘC

trang vii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AC

Alternating Current

DC



UPFC

Unified Power Flow Controller

VSC

Voltage Source Converter

NGUYỄN HỒ HỮU LỘC

trang viii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ CÁC BẢNG
Trang
Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo của TCSC .......................................................................... 6
Hình 1.2: Mô hình toán của TCSC ........................................................................... 8
Hình 1.3: Mô hình đường dây truyền tải có lắp đặt TCSC ...................................... 9
Hình 1.4: Đơn giản hoá mô hình TCSC trên nhánh i-j ........................................... 10
Hình 1.5: Chi phí đầu tư vận hành theo công suất bù ............................................ 13
Hình 1.6: Sơ đồ mạng với nguồn phát s, tải thu t và hai nút trung gian.................. 15
Hình 1.7: Mô hình hoá mạng với một số lát cắt tiêu biểu ....................................... 15
Hình 1.8: Mô hình hệ thống điện đơn giản............................................................. 16
Hình 1.9: Mô hình hoá sơ đồ mạng điện truyền tải 2 nút ...................................... 17
Hình 1.10: Vị trí và thông lượng các lát cắt trên sơ đồ mô hình hóa ...................... 17

Hình 3.5: Mô phỏng vị trí lắp đặt TCSC trên lưới bằng Powerworld ..................... 42
Hình 3.6: Mô phỏng vị trí lắp đặt TCSC trên lưới bằng Powerworld ..................... 43
Hình 3.7: Thông số đầu vào khi tải tại nút 3 tăng 20% .......................................... 45
Hình 3.8: Danh sách lát cắt khi tăng tải tại nút 3................................................... 45
Hình 3.9: Mô phỏng luồng công suất khi tăng tải tại nút 3 .................................... 46
Hình 3.10: Thông số nhập vào khi tăng tải 20% tại nút 4 ...................................... 46
Hình 3.11: Danh sách lát cắt khi tăng tải tại nút 4 ................................................. 47
Hình 3.12: Mô phỏng luồng công suất khi tăng tải tại nút 4................................... 47
Hình 3.13: Thông số nhập vào khi tăng tải 20% tại nút 2 ...................................... 48
Hình 3.14: Danh sách lát cắt khi tăng tải tại nút 2................................................. 48
Hình 3.15: Mô phỏng luồng công suất khi tăng tải tại nút 2................................... 49
Hình 3.16: Thông số đầu vào khi tăng tải toàn bộ hệ thống ................................... 49
Hình 3.17: Danh sách các lát cắt khi tăng tải toàn bộ hệ thống ............................. 50
Hình 3.18: Mô phỏng luồng công suất khi tăng tải tại nút 2,3,4 ............................. 50
Hình 3.19: Sơ đồ lưới điện truyền tải 15 nút .......................................................... 52
Hình 3.20: Dữ liệu nhập vào chương trình max-flow đối với lưới điện 15 nút ........ 53
Hình 3.21: Mô hình hoá lưới điện 15 nút chạy bằng giải thuật max-flow ............... 53
Hình 3.22: Mô phỏng phân bố công suất bằng powerworld ................................... 54
Hình 3.23: Mô phỏng phân bố công suất sau khi bù TCSC .................................... 55
Hình 3.24: Mô hình hoá lưới điện 15 nút bằng Max-flow...................................... 56
Hình 3.25: Mô phỏng lưới điện bằng powerworld khi tăng tải tại Thủ Đức ........... 56
Hình 3.26: Mô hình hoá lưới điện 15 nút bằng Max-Flow .................................... 57
Hình 3.27: Mô phỏng lưới điện bằng powerworld khi tăng tải toàn hệ thống.. ……57
Bảng 1.1: Chi phí đầu tư trên 1kVar của các thiết bị FACTS ................................. 13
Bảng 1.2: Vị trí và thông lượng của các lát cắt ...................................................... 17
Bảng 1.3: Các trường hợp xảy ra vị trí lát cắt ....................................................... 18
Bảng 2.1: Danh sách lát cát và thông lượng của các lát cắt .................................. 29
Bảng 3.1: Hiển thị thông số công suất trước và sau khi bù .................................... 43

NGUYỄN HỒ HỮU LỘC

thành một thị trường mới mẻ - thị trường điện.
Có rất nhiều công trình nghiên cứu về vận hành tối ưu hệ thống điện. Một
trong các bài toán đặt ra là phân bố luồng công suất tối ưu còn được biết đến như
phương pháp điều khiển dòng công suất trên lưới điện truyền tải nhằm: Hạn chế quá
tải trên đường dây ở thời điểm hiện tại cũng như khi mở rộng phụ tải trong tương
lai. Đây là nguyên nhân chính gây nên giá sản xuất điện năng tăng cao. Có nhiều
phương pháp để giải quyết bài toán quá tải như: Điều chỉnh công suất phát của nhà
máy, xây dựng các đường dây song song sử dụng các thiết bị bù công suất phản
kháng tại chỗ… nhưng các giải pháp này không đảm bảo được chi phí là thấp nhất
nên không thoả điều kiện giảm giá thành sản xuất điện năng.
Việc sử dụng các thiết bị FACTS điều khiển dòng công suất trên đường dây
còn được biết đến như biện pháp chống nghẽn mạch, giảm rủi ro về mất điện, tăng
độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng, đảm bảo lợi ích kinh tế, đồng thời tránh
được tình trạng đầu cơ tăng giá điện khi có sự cố nghẽn mạch. Một số công trình
nghiên cứu cũng cho thấy rằng, việc sử dụng các thiết bị FACTS để điều khiển dòng
công suất sẽ hạn chế được quá tải trên đường dây từ đó làm giảm chi phí sản xuất
điện năng, tăng giá trị phúc lợi xã hội. Vấn đề là chọn thiết bị FACTS nào là thoả
mãn chi phí nhỏ nhất. Thực nghiệm cho thấy khả năng điều khiển điện áp, điều
khiển trào lưu công suất và cải thiện ổn định điện áp tại các nút của TCSC là tốt hơn
so với dùng tụ bù dọc SVC; chi phí đầu tư trên một đơn vị công suất bù của TSCS
cũng nhỏ hơn so với các loại thiết bị khác.

NGUYỄN HỒ HỮU LỘC

trang 1


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

trang 2


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

PHẦN B: NỘI DUNG
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ FACTS
1.1 TÍNH CẦN THIẾT CỦA VIỆC XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ FACTS
1.1.1 Giá điện thị trƣờng
Khi vận hành hệ thống điện trong thị trường, chi phí của tổ máy phát thứ i
trong nhà máy điện là [4,12,33]:
Ci ( Pgi )  0i Pgi2  1i Pgi   2i

(1.1)

Ở đây: Pgi là công suất phát của tổ máy thứ i, 0i, 1i, 2i lần lượt là hệ số chi
phí của máy phát i.
Do đó, tổng chi phí của các nhà máy phát điện được tính theo biểu thức:
CG   Ci ( Pgi )

(1.2)

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:
C1  Min Ci ( Pgi )

(1.3)


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

phát của các tổ máy trong các nhà máy điện một lượng là Pgi. Như vậy, chi phí cho
sản xuất ra một đơn vị điện năng trong trường hợp này theo biểu thức (1.3) sẽ là
C2   Ci ( Pgi )  C1 . Khi chi phí sản xuất điện năng tăng cao thì giá bán điện đến hộ

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 giành thị phần.
Những phân tích trên đây cho thấy: khi có sự thay đổi phụ tải hay sự cố hệ
thống điện sẽ dẫn tới giá bán điện trên thị trường tăng lên do chi phí để sản xuất điện
tăng. Cho dù vận hành lưới điện ở bất kỳ trạng thái nào thì các nhà máy sản xuất điện
luôn tìm cách đưa các chi phí C2 trở về gần với trạng thái ban đầu nhất: C2C1.
1.1.2 Những ứng dụng và lợi ích của FACTS
Thay đổi trở kháng của một hay nhiều nhánh trong hệ thống điện, từ đó có
thể phân bố lại luồng công suất trong mạng điện. Điều này giúp hạn chế luồng công
suất truyền qua những nhánh có khả năng gây nghẽn mạch.
Điều khiển dòng công suất trên đường dây trong lưới điện theo ý muốn, giúp
sử dụng tốt hơn hệ thống truyền tải hiện có. Ở một số nơi, việc tăng dung lượng
chuyển giao năng lượng và điều khiển luồng công suất truyền tải của các đường dây
có tầm quan trọng thiết yếu, đặc biệt là những nơi có thị trường điện chưa được
kiểm soát, hay những nơi mà các vị trí phát điện và tâm phụ tải có thể thay đổi.
Điều này cần bổ sung các đường dây truyền tải mới để đáp ứng nhu cầu điện gia
tăng, nhưng lại vướng phải các ràng buộc về kinh tế, môi trường. Trong trường hợp
đó, các thiết bị FACTS đáp ứng được những yêu cầu cả về kinh tế và kỹ thuật.
Tăng độ tin cậy và tính khả dụng của hệ thống truyền tải: Độ tin cậy và tính
khả dụng của hệ thống truyền tải phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Mặc dù các
thiết bị FACTS không thể ngăn chặn sự cố, nhưng chúng có thể giảm thiểu những
ảnh hưởng của sự cố và đảm bảo việc cấp điện an toàn hơn bằng cách giảm số lần

4. Giảm được dao động điện áp có thể gây hại đến các phần tử của hệ thống.
5. Giảm dao động công suất, tăng độ ổn định tĩnh và động của hệ thống.
6. chống sự cố nghẽn mạch hệ thống.
1.1.3 Vấn đề trọng tâm
Trọng tâm của việc nghiên cứu sau đây là sử dụng thiết bị FACTS chống
nghẽn mạch hệ thống điện, thay thế cho giải pháp thay đổi lại luồng công suất phát
của các tổ máy phát điện. Do đó, có thể đưa chi phí phát điện lúc có sự cố nghẽn
mạch C2 trở về trạng thái ban đầu hoặc gần với chi phí sản xuất điện C1 khi chưa có
sự cố. Việc giảm chi phí phát điện cũng dẫn đến giảm giá bán điện, tránh hiện tượng
tăng giá hay đầu cơ trên thị trường.
Tuy thiết bị FACTS có nhiều ưu điểm trong việc điều khiển hệ thống điện
nhưng chi phí cho một thiết bị FACTS cũng là vấn đề cần quan tâm. Các công trình
nghiên cứu trước đây cho thấy: TCSC là một thiết bị FACTS có khả năng đáp ứng
được những yêu cầu thay đổi luồng công suất trong mạng điện chống nghẽn mạch
khi có sự cố; chi phí lắp đặt một thiết bị TCSC nhỏ hơn nhiều so với chi phí lắp đặt
các loại thiết bị khác.

NGUYỄN HỒ HỮU LỘC

trang 5


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

Bài toán đặt ra ở đây là tìm lắp đặt thiết bị bù TCSC hợp lý trên hệ thống
điện để có thể đảm bảo dung lượng của thiết bị bù là nhỏ nhất, đồng thời thoả mãn
điều kiện chống nghẽn mạch hệ thống điện khi phụ tải và nguồn cung cấp thay đổi
liên tục. Để giải bài toán này cần xác định các điểm có khả năng thường xuyên dẫn

trang 6


LUẬN VĂN THẠC SĨ

vL

GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

diL
dt

(1.6)

iS  iC  iL

(1.7)

iL và iC lần lượt là giá trị dòng điện tức thời qua tụ điện và cuộc cảm;
iS là dòng điện tức thời của đường dây truyền tải được điều khiển;
v là điện áp tức thời qua TCSC.
Tổng trở tương đương của mạch LC:
Ztd 

1

(1.8)

1 


k

(1.9)

XC
r
1
1




L C
XL

XC là điện kháng định mức của tụ cố định C.
Điện áp tụ ở trạng thái vận hành bình thường tại thời điểm  t = - là:
vC 1 

Im XC
(sin   k cos  tan k )
k 2 1

(1.10)

Tại t= ; iT = 0, điện áp tụ được xác định:
vC (t   )  vC 2  vC1

Điện áp tụ sau khi tính toán là:
vC (t ) 

( X C  X L ) (k  1)


Điện kháng của TCSC trên đơn vị XC được biểu thị bằng Xnet = XTCSC / XC là:

NGUYỄN HỒ HỮU LỘC

trang 7


LUẬN VĂN THẠC SĨ

X net  1 

GVHD: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

XC
4X C
  sin 
cos 2 ( / 2) k tan(k / 2)  tan( / 2)
(1.12)




(X C  X L )

( X C  X L ) (k 2  1)



khiển TCSC có thể làm thay đổi góc kích và góc dẫn của Thyristor. Từ đó, thay đổi
giá trị điện kháng bù vào đường dây điều khiển dòng công suất.

NGUYỄN HỒ HỮU LỘC

trang 8