Khôi phục cung cấp điện sau sự cố bằng phương pháp đổi nhánh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN BỬU THÁI KHÔI PHỤC CUNG CẤP ĐIỆN SAU SỰ CỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỔI NHÁNH Chuyên ngành KỸ THUẬT ĐIỆN Mã chuyên ngành 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MÌNH , NĂM 2020 Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học PGS TS Trương Việt Anh Người phản biện 1 (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Người phản biện 2 (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn t.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN BỬU THÁI KHƠI PHỤC CUNG CẤP ĐIỆN SAU SỰ CỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỔI NHÁNH Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã chuyên ngành: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MÌNH , NĂM 2020 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trương Việt Anh Người phản biện 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Người phản biện 2: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: .- Chủ tịch Hội đồng .- Phản biện .- Phản biện .- Ủy viên .- Thư ký (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự - Hạnh phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Bửu Thái MSHV: 16083461 Ngày, tháng, năm sinh: 20/02/1994 Nơi sinh: Bến Tre Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã chuyên ngành: 60520202 I TÊN ĐỀ TÀI: Khôi phục cung cấp điện sau cố phương pháp đổi nhánh NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Xác định xác khóa vịng có chứa khóa bị cố đánh giá mức độ tải nhánh dây vịng có liên quan, từ xác định trình tự bước chuyển tải để khôi phục cung cấp điện với yêu cầu giảm tải nhánh Kiểm chứng khả giải thuật LĐPP mẫu 33 nút IEEE Ứng dụng khả giải thuật vào LĐPP 33 nút mẫu IEEE II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo QĐ số 2660/QĐ-ĐHCN ngày 11/12/2018 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 21/03/2020 IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.Trương Việt Anh Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020 NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỜI CẢM ƠN Trong trình làm luận văn nhận dẫn giúp đỡ nhiệt tình q thầy khoa điện, đặc biệt PGS.TS Trương Việt Anh người hướng dẫn trực tiếp ln tận tình giúp đỡ tơi Qua luận văn giúp tơi tìm phương pháp khôi phục cung cấp điện hiệu quả vấn đề giúp ích cho tơi rất nhiều công việc thực tế sau Mặc dù cố gắng, thời gian nghiên cứu trình đợ cịn hạn chế, luận văn chắn có nhiều thiếu sót, rất mong nhận ý kiến đóng góp q thầy Cuối cho gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Trương Việt Anh quý thầy cô Khoa Điện tạo điều kiện tốt nhất để tơi hồn thành luận văn i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Trong luận văn biện pháp khôi phục cung cấp điện trình bày phương pháp đổi nhánh vốn một phương pháp heuristic áp dụng rộng rãi vận hành lưới điện phân phối để khôi phục cung cấp điện có cố xảy nhánh, cô lập nhánh xảy cố thông qua việc chọn nhánh có cố nhánh mở bắt ḅc sau dựa khóa mở hữu cịn lại hệ thống Phương pháp đóng/mở mợt cặp khóa điện vịng kín thực nhằm tìm cấu hình vận hành đảm bảo khả tải cho phép đường dây với điện áp nút nằm giới hạn cho phép thời gian thao tác chuyển khóa nhanh nhất đảm bảo hàm mục tiêu không bị tải nhánh Sử dụng giải thuật heuristic có cải tiến đánh giá vịng có liên quan đến nhánh cố hay tải hàm đánh giá tải, điều làm giảm thiểu số lần chuyển đổi trạng thái khóa điện nên tiết kiệm thời gian nhất để khôi phục cung cấp điện cho lưới điện phân phối ii ABSTRACT In this thesis, the power supply recovery measure in presented is the branch change method that is a heuristic method which is widely applied in distribution grid operation to restore power supply in the event of an incident branches, isolating the incident branch by selecting the incident branch is the mandatory open branch then based on the remaining open locks in the system The method of closing/opening a pair of electric locks in closed loops to find a new operating configuration to ensure the allowed overload of the line with the voltage of the nodes within the permissible limits and the time to lock the switch is the fastest to ensure the target is not overloaded branches Use purely improved heuristic algorithms when evaluating loops related to incident or overload branch and overload rating function, this minimizes the number of switching-lock state transitions, saving time at least to restore power supply to the distribution grid iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu bản thân tơi Các kết quả nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ bất kỳ một nguồn bất kỳ hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Học viên Nguyễn Bửu Thái iv MỤC LỤC MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu nhiệm vụ luận văn 3 Phạm vi thực luận văn Phương pháp giải toán Ý nghĩa khoa học luận văn Ý nghĩa thực tiễn luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ TÁI CẤU HÌNH KHƠI PHỤC SỰ CỐ 1.1 Giới thiệu lưới điện phân phối 1.1.1 Đặc điểm lưới điện phân phối 1.1.2 Các lý vận hành hở lưới điện phân phối 1.1.3 Mục đích tái cấu hình LĐPP 1.1.4 Các toán tái cấu hình lưới điện phân phối 10 1.2 Các phương pháp tái cấu hình LĐPP 13 1.2.1 Mơ hình tốn học tái cấu hình lưới điện phân phối 14 1.2.2 Phương pháp Heuristic [18] 16 1.2.3 Phương pháp tối ưu kiến – Ant Colony Optimization Method 17 1.2.4 Thuật tối ưu bầy đàn (PSO – Particle Swarm Optimization) 20 1.2.5 Thuật toán GSA (Gravitational Search Algorithm -GSA) 21 1.3 Bài toán xác định cấu trúc khôi phục cung cấp điện 22 CHƯƠNG KHÔI PHỤC CUNG CẤP ĐIỆN SAU SỰ CỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỔI NHÁNH 31 2.1 Giới thiệu 31 2.2 Hàm mục tiêu khôi phục cung cấp điện 32 v 2.3 Lưu đồ thuật toán giải pháp đề nghị khôi phục cung cấp điện 35 2.4 Ví dụ minh họa 38 CHƯƠNG VÍ DỤ KIỂM TRA 42 3.1 Vận hành điều kiện bình thường 45 3.2 Khôi phục LĐPP có cố 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 Kết luận 59 Hướng phát triển đề tài 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN 64 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Vị trí vai trị lưới điện phân phối Hình 1.2 Đặc điểm LĐPP Hình 1.3 Ví dụ cho cố mạng nguồn mẫu IEEE [3] 10 Hình 1.4 Lực hấp dẫn chất điểm 22 Hình 1.5 Lưới điện phân phối đơn giản Civanlar [10] 26 Hình 1.6 Các trạng thái vận hành lưới điện phân phối 29 Hình 2.1 Lưu đồ giải thuật khôi phục cung cấp điện 37 Hình 2.2 Mạng nguồn trạng thái bình thường 38 Hình 2.3 Khi cố, mở K10, K12 K8 39 Hình 3.1 LĐPP 33 nút [15] 42 Hình 3.2 LĐPP ban đầu - vận hành bình thường 45 Hình 3.3 Mở 2-3, đóng 8-21 đóng 25-29 48 Hình 3.4 Cấu hình lưới đóng 12-22 49 Hình 3.5 Cấu hình lưới đóng 9-15 50 Hình 3.6 Cấu hình lưới đóng 18-33 52 Hình 3.7 Khôi phục TOPO 55 Hình 3.8 Dịng điện nhánh, khôi phục phương pháp đề nghị 57 Hình 3.9 Dịng điện nhánh, khơi phục TOPO 58 vii 1.2.2 Phương pháp Heuristic [18] 1.2.2.1Phương pháp trao đổi nhánh đơn giản Ý tưởng bản phương pháp đổi nhánh Heuristic tính tốn thay đổi tổn thất cơng śt cách vận hành mợt cặp khóa điện (đóng mợt mở mợt khóa điện khác vào mợt thời điểm) Mục đích để giảm tổn thất công suất Ưu điểm phương pháp đơn giản dễ hiểu Những nhược điểm: - Các cấu hình cuối phụ tḥc vào cấu hình mạng ban đầu - Giải pháp một tối ưu địa phương, khơng phải tối ưu tồn cục - Mất nhiều thời gian cho việc lựa chọn vận hành cặp khóa điện tính tốn phân bố cơng śt mạng hình tia tương ứng 1.2.2.2 Mơ hình dịng chảy tối ưu Nếu trở kháng tất cả nhánh mạng thay điện trở nhánh tương ứng, phân bố dòng công suất đáp ứng định luật KCL KVL gọi mợt mơ hình dịng chảy tối ưu Khi phân bố cơng śt mợt vịng kín dịng chảy tối ưu, tổn thất cơng śt mạng tương ứng nhỏ nhất Do đó, ý tưởng bản mơ hình dịng chảy tối ưu mở khóa điện nhánh có dịng điện thấp nhất vịng kín, bước thuật tốn Heuristic dựa mợt mơ hình dịng chảy tối ưu là: (1) Tính tốn phân bố cơng śt mạng hình tia ban đầu (2) Đóng tất cả các khóa điện thường mở để tạo thành mạng vịng (3) Tính tốn dịng điện tương đương bơm vào tất cả nút mợt vịng thơng qua phương pháp bơm dịng điện (4) Thay trở kháng nhánh tương ứng điện trở nhánh vịng kín sau tính tốn dịng chảy tối ưu 16 (5) Mở khóa điện nhánh có dịng điện thấp nhất vịng kín Tính tốn lại phân bố cơng śt phần cịn lại mạng (6) Mở khóa điện nhánh lặp lại bước (5) mạng trở thành mợt mạng hình tia Những ưu điểm phương pháp là: (a) cấu hình mạng cuối không phụ thuộc vào cấu trúc mạng ban đầu; (b) tốc đợ tính tốn nhanh nhiều so với phương pháp đổi nhánh đơn giản; (c) tốn vận hành khóa điện tổ hợp phức tạp trở thành mợt tốn Heuristic cách mở mợt khóa điện lần Tuy nhiên, có mợt số nhược điểm tất cả khóa điện thường mở đóng cấu hình mạng ban đầu, là: - Nếu có nhiều khóa điện thường mở mợt mạng, có nghĩa tính tốn dịng chảy tối ưu bao gồm rất nhiều vòng Giải pháp cuối khơng tối ưu tác đợng lẫn vịng - Khi phân bố công suất giải phương pháp bơm dịng điện vào, cần phải tính ma trận tổng trở Thevenin tương đương mạng với nhiều nút Điều làm tăng gánh nặng tính tốn - Cần phải tính tốn phân bố cơng śt mạng điện kín hai lần cho lần chuyển đổi mợt khóa điện (trước sau mở mợt khóa điện) 1.2.3 Phương pháp tối ưu kiến – Ant Colony Optimization Method Giải thuật kiến đề xuất lần đầu Dorigo vào đầu năm 1990, sau Carpento Chicco trình bày mợt ứng dụng giải thuật tìm kiếm đàn kiến cho toán tối ưu tái cấu hình lưới điện phân phối với mục tiêu cực tiểu tổn thất hệ thống phân phối với ràng ḅc q trình vận hành Phương pháp dựa hoạt đợng tìm kiếm thức ăn mợt đàn kiến Ban đầu, số kiến tổ kiến để tìm đường đến nơi có thức ăn Từ tổ kiến có rất nhiều đường khác để đến nơi có thức ăn, nên một kiến chọn ngẫu nhiên một 17 đường đến nơi có thức ăn Quan sát lồi kiến, người ta nhận thấy chúng tìm kiếm dựa vào dấu chân mà chúng để lại đường Sau một thời gian, lượng dấu chân chặng đường khác Do tích lũy dấu chân chặn đường khác Đồng thời với bay dấu chân đoạn đường kiến Sự khác ảnh hưởng đến di chuyển kiến sau đoạn đường Nếu dấu chân để lại đường nhiều có khả thu hút kiến khác di chuyển đường đó, chặng đường cịn lại khơng thu hút lượng kiến di chuyển có xu hướng bay dấu chân sau một thời gian qui định Điều đặc biệt cách hành xử loài kiến lượng dấu chân đường có tích lũy lớn đồng nghĩa với việc đoạn đường ngắn nhất từ tổ kiến đến nơi có thức ăn Từ giải thuật kiến trở thành một lý thuyết vững việc giải tốn tìm kiếm tối ưu tồn cục có nhiều ứng dụng thực tế cho giải thuật như: tìm kiếm trang web cần tìm mạng, kế hoạch xếp thời khóa biểu cho y tá bệnh viện, cách hình thành màu khác dựa vào màu tiêu chuẩn có sẵn, tìm kiếm đường tối ưu cho người lái xe hơi… Nói tóm lại, phương pháp đưa để giải tốn có khơng gian nghiệm lớn để tìm lời giải có nghiệm tối ưu nhất khơng gian nghiệm với thời gian cho phép hay khơng tìm cấu hình tối ưu dừng Phương pháp rất thích hợp để giải tốn cấu hình để tìm cấu hình mạng phân phối có mợt cấu hình có cơng suất tổn thất nhỏ nhất [17] Có nhiều phương pháp để khôi phục cung cấp điện lưới điện phân phối giải thuật Heuristic trình bày nghiên cứu, hay sử dụng Cơ sở tri thức Các mạng nơron hay thuật toán meta heuristic giai thuật di truyền lý thuyết mờ áp dụng để giải toán Tuy nhiên, việc đảm bảo số lần chuyển tải số lượng khách hàng bị mất điện nhất để thời gian khơi phục lưới nhằm giảm thiểu chi phí đền bù cho khách hàng chưa đề cập rõ ràng Đối với phương pháp tiếp cận heuristic, thước đo trực giác, để hạn chế khơng gian tìm kiếm, chủ yếu dựa vào kiến thức kinh nghiệm chuyên gia 18 vận hành lưới điện phân phối thực tế biên dịch thành chương trình máy tính Tuy nhiên, điều cho thấy có khó khăn lớn việc ứng dụng vào lưới điện phân phối khác tính chun gia chương trình kích thước phần mềm lớn thuật toán phức tạp Đối với chương trình sử dụng hệ chuyên gia, bản bao gồm hai thành phần sở tri thức phương pháp suy diễn Mặc dù, nay, phương pháp tiếp cận hệ chuyên gia coi phương pháp tiếp cận thành công để giải vấn đề tái cung cấp điện lưới điện phân phối, không phương pháp ln ln tìm thấy mợt cấu hình tối ưu số lần chuyển khóa Hơn bảo trì hệ chun gia quy mơ lớn có chi phí tốn Đối với nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật mạng nơron, thuật toán di truyền lý thuyết mờ, phương pháp tính tốn dựa phần mềm, dường đầy hứa hẹn, nhiên giải lưới điện phân phối có quy mơ lớn tốn tối ưu tổ hợp cần nhiều thời gian tính tốn để đưa lời giải khơng phù hợp với thực tiễn vận hành tình khơi phục cung cấp điện Về mặt lý thuyết có nhiều biện pháp để tái cấu hình khơi phục cung cấp điện cho lưới phân phối như: thiết kế thêm lộ ra, nhánh rẽ dự phòng, lắp máy phát DG dự phòng Tuy nhiên, biện pháp mang tính khả thi kỹ thuật lại tốn chi phí đầu tư lắp thiết đặt thiết bị Trong biện pháp tái cấu hình khơi phục lưới thơng qua việc chuyển tải cách đóng/mở cặp khóa điện củng có khả nâng cao việc cân tải, giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị mất điện có cố hay cách ly phần tử bị cố để sửa chữa Trong trình vận hành, thực tế việc tái cấu hình khơi phục lưới điện để phục vụ tối ưu cung cấp điện cho hộ tiêu thụ điều kiện ràng buộc kỹ thuật với hàng trăm khóa điện lưới điện phân phối vơ khó khăn điều đợ viên Do ln cần có mợt phương pháp phân tích phù hợp với lưới điện phân phối thực tế một giải thuật đủ mạnh để tái cấu trúc lưới thỏa mãn mục tiêu điều khiển điều độ viên 19 1.2.4 Thuật tối ưu bầy đàn (PSO – Particle Swarm Optimization) Phương pháp tối ưu bầy đàn mợt dạng thuật tốn tiến hóa quần thể biết đến trước giải thuật di truyền (Genetic Algorithm – GA) PSO [19] kết quả mơ hình hóa việc đàn chim bay tìm kiếm thức ăn thường xếp vào loại thuật tốn có sử dụng trí tuệ bầy đàn Được giới thiệu vào năm 1995 một hội nghị IEEE James Kennedy Russell C Eberhart PSO chia sẻ nhiều điểm tương đồng kỹ thuật tính tốn tiến hóa thuật tốn di truyền Hệ thống khởi tạo với giải pháp ngẫu nhiên tìm kiếm tối ưu cách cập nhât hệ So với GA, lợi PSO dễ thực có rất thơng số để điều chỉnh PSO ứng dụng thành cơng nhiều lĩnh vực: chức tối ưu hóa, hệ thống điều khiển mở, mạng nơ rôn, mạng cảm biến vơ tuyến Để hiểu rõ thuật tốn PSO xem mợt ví dụ đơn giản q trình tìm kiếm thức ăn mợt đàn chim Khơng gian tìm kiếm thức ăn lúc tồn bợ khơng gian ba chiều mà sinh sống Tại thời điểm bắt đầu tìm kiếm cả đàn bay theo mợt hướng đó, rất ngẩu nhiên Tuy nhiên sau mợt thời gian tìm kiếm mợt số cá thể đàn bắt đầu tìm nơi có chứa thức ăn Tùy theo số lượng thức ăn vừa tìm kiếm, mà cá thể gửi tín hiệu đến cá thể khác tìm kiếm vùng lân cận Tín hiệu lan truyền tồn quần thể Dựa vào thông tin nhận cá thể điều chỉnh hướng bay vận tốc theo hướng nơi có nhiều thức ăn nhất Cơ chế truyền tin thường xem mợt kiểu hình trí tuệ bầy đàn, giúp cả đàn chim tìm nơi có nhiều thức ăn nhất khơng gian tìm kiếm vô rộng lớn Như đàn chim dùng trí tuệ, kiến thức kinh nghiệm cả đàn để nhanh chóng tìm nơi chứa thức ăn Bây tìm hiểu làm cách mà mợt mơ hình sinh học áp dụng tính tốn sinh thuật tốn PSO mà ta nhắc đến Việc mơ hình hóa thường gọi trình sinh học (bioinspired) mà thường thấy ngành khoa học khác 20 Hãy xét toán tối ưu hàm số F không gian n chiều Mỗi vị trí khơng gian mợt điểm tọa đợ n chiều Hàm F hàm mục tiêu (fitness function) xác định không gian n chiều nhận giá trị thực Mục đích tìm điểm cực tiểu hàm F miền xác định Ta bắt đầu xem xét liên hệ tốn tìm thức ăn với tốn tìm cực tiểu hàm theo cách sau Giả sử số lượng thức ăn mợt vị trí tỉ lệ nghịch với giá trị hàm F vị trí Có nghĩa mợt vị trí mà giá trị hàm F nhỏ số lượng thức ăn lớn Việc tìm vùng chứa thức ăn nhiều nhất tương tự việc tìm vùng chứa điểm cực tiểu hàm F khơng gian tìm kiếm PSO mơ hành vi chim đổ: Mợt đàn chim tìm kiếm ngẫu nhiên thực phẩm khu vực Chỉ có mợt miếng thức ăn khu vực tìm kiếm Tất cả lồi chim khơng biết thức ăn đâu, biết thức ăn xa lần lặp Chiến lược để tìm kiếm thức ăn thực theo chim gần nhất với thức ăn PSO học từ kịch bản sử dụng để giải vấn đề tối ưu hóa Đối với PSO, giải pháp nhất một “con chim” khơng gian tìm kiếm, gọi “cá thể’’ Các cá thể bay qua không gian cách làm theo cá thể tối ưu PSO khởi tạo mợt nhóm cá thể ngẫu nhiên sau tìm cá thể tối ưu cách cập nhật hệ Trong lần lặp, cá thể cập nhật cách làm theo hai giá trị tốt nhất Giá trị cá thể tốt nhất tại, giá trị gọi pbest Giá trị tốt nhất thứ 2, theo dõi PSO, giá trị tốt nhất thu bất kỳ cá thể quần thể, PSO gọi gbest: giá trị tốt nhất toán cầu Sau lần lặp pbest gbest cập nhật tìm thấy giá trị tốt cá thể quần thể PSO một tập hợp giải pháp tiềm gọi cá thể khởi tạo ngẫu nhiên, cá thể có giá trị fitness (mục tiêu), đánh giá hàm mục tiêu để tối ưu hóa hệ 1.2.5 Thuật tốn GSA (Gravitational Search Algorithm -GSA) Lực hấp dẫn: Mọi vật vũ trụ húc với một lực gọi lực hấp dẫn 21 Định luật vạn vật hấp dẫn: Lực hấp dẫn hai chất điểm bất kỳ tỉ lệ thuận với tích khối lượng chúng tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng Hình 1.4 Lực hấp dẫn chất điểm Khối lượng hấp dẫn quán tính tính theo đánh giá hàm mục tiêu (fitness) Một khối lượng nặng có nghĩa agent hiệu quả Điều có nghĩa agent tốt hấp dẫn di chuyển chậm Giả sử khối lượng hấp dẫn quán tính nhau, giá trị tính dựa vào bản đồ fitness [20] 1.3 Bài tốn xác định cấu trúc khơi phục cung cấp điện Trong năm gần đây, vấn đề khôi phục lưới điện phân phối nhà quản lý, đơn vị quản lý vận hành hệ thống điện phân phối quan tâm đặt lên hàng ưu tiên nhu cầu cung cấp điện liên tục khách hàng ngày nâng cao một yếu tố ảnh hưởng đến định đầu tư sản xuất, đồng thời cố gắng bước đại hóa ngành điện Do hệ thống điện phân phối có mợt số lượng rất lớn phần tử, cấu hình lưới phức tạp khả thiết bị để vận hành mạng lưới, đặc biệt hệ thống SCADA, tăng lên đáng kể năm gần yếu tố làm tăng quan tâm đến vấn đề khôi phục cung cấp điện cho lưới điện phân phối năm gần Mặt khác, theo số liệu thống kê liên quan đến số phút trung bình nguồn cung cấp bị mất điện khách hàng năm nguyên nhân khác thể rất rõ ràng cố mất điện hệ thống điện phân phối nhiều mạng lưới phát truyền tải [21] 22 Ngừng cung cấp điện cho khách hàng việc không mong muốn, không muốn nói thất bại nghiêm trọng nhất chức hệ thống điện, làm thiệt hại cho cả khách hàng công ty cung cấp điện Sau mất điện, mà nguyên nhân gây phần tử mạng bị cố tải, đơn vị quản lý vận hành có mợt nhiệm vụ vơ khó khăn khơi phục lại việc cấp điện cho khách hàng một cách hiệu quả nhất [22] Các cố thống qua có liên quan với đường dây khơng chúng nằm kiểm sốt thiết bị tự đợng đóng lại (Recloser) Các phần tử lưới bị tải bị hư hỏng không cung cấp điện trở lại trước loại trừ nguyên nhân vấn đề Điều kéo dài vài đơn vị quản lý vận hành cịn phải thực mợt số hoạt đợng chun mơn Bước chẩn đốn cố Dữ liệu có sẵn trung tâm kiểm sốt tình trạng mạng lưới hệ thống báo động, thường thu thập hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition System), phải xử lý giải thích Ngày nay, cơng nghệ thơng tin cung cấp cho trung tâm kiểm soát đơn vị quản lý vận hành thiết bị tự động mạnh mẽ hệ thống hỗ trợ cho mục đích Trong một số trường hợp việc kết luận phải xác nhận qua kiểm tra nhân viên trực vận hành Khi một phần tử mạng bị cố, sau chẩn đoán phần tử định vị vị trí, ngồi nhân viên trực vận hành điều tra thêm phần tử khác khu vực đường dây bị cố để đảm bảo khơng cịn phần tử bị cố bị bỏ sót Sau phần tử lưới bị cố cô lập để phần tử lân cận cung cấp dịch vụ trở lại sửa chữa phần tử bị cố Tiếp theo một giải pháp khôi phục lưới điện phân phối đưa thực để khôi phục cung cấp điện nhiều tốt khách hàng hệ thống trở trạng thái bình thường Mạng lưới hình tia cho phép tiết kiệm đáng kể số lượng thiết bị bảo vệ đóng/ngắt lưới, nhiên cấu hình nên thiết bị bảo vệ cô lập phần tử bị cố lập nhiều phần tử phía sau vị trí cố lưới (các nhánh thuộc nguồn thấp nhánh số) Sau phần tử cố bị cô lập, mợt số phần tử khơng hoạt đợng khôi phục từ điểm nguồn cách đóng lại máy cắt mà ngắt, mợt số phần tử khác phải cung cấp điện 23 cách thay đổi tuyến dây (sử dụng liên kết mạch vịng) điều chủ yếu phụ tḥc vào khả dự phịng cơng śt tuyến dây xung quanh Tất cả hoạt động phải đơn vị quản lý vận hành thực thời gian sớm nhất Để hỗ trợ đơn vị quản lý vận hành hành động khẩn cấp vậy, khứ họ phải đưa trước kịch bản hành đợng kiểm sốt (kế hoạch ứng phó) trường hợp cụ thể Tuy nhiên, phương pháp có mợt số nhược điểm, khó khăn để đưa hết tất cả trường hợp cố hay tải lưới mà xảy Tất cả trường hợp chuẩn bị trước dựa liệu đầu vào giả định khía cạnh cấu hình mạng tải thực tế hay cấu hình mạng phụ tải tương lai Mạng lưới phân phối linh hoạt theo hai cách liệu đầu vào dễ dàng khơng phù hợp liệu thực tế thời điểm vấn đề xảy ra: (i) tải thay đổi liên tục cấu trúc liên kết mạng thực tế thay đổi gần [18]; (ii) chí cấu trúc liên kết mạng tương lai thay đổi theo việc đưa vào hay thu hồi phần tử mạng cũ Vì vậy, đơn vị quản lý vận hành phải đối mặt với một nhiệm vụ khó khăn phân tích điều chỉnh trước kế hoạch ứng phó Đây mợt nhiệm vụ có mợt mức đợ khó khăn việc tìm kiếm mợt giải pháp ban đầu Tất cả công việc phải thực áp lực tình trạng khẩn cấp thực Trong [23] xem một nỗ lực kết nối phương pháp mô tả phương pháp tiếp cận hồn tồn tự đợng gần Các tác giả đề x́t mợt phương pháp tìm kiếm tự động cho một kịch bản khôi phục chuẩn bị trước khả cải thiện thời gian thực Tương tự vậy, tác giả [24] đề xuất xây dựng một sở liệu kịch bản khôi phục thực tế trước đây, giải pháp thay kịch bản khôi phục sau mô cố mất điện, để sử dụng tương lai Khơi phục cung cấp điện q trình thực thao tác theo trình tự nhất định nhằm đưa thiết bị hệ thống điện vào vận hành sau cố mất điện Công tác khôi phục cung cấp điện đơn vị quản lý vận hành sau mất điện một lĩnh vực nghiên cứu thụ đợng, tất nhiên có mợt LĐPP tốt, đảm bảo cung cấp điện liên 24 tục hiệu quả rất nhiều với việc thực khôi phục cung cấp điện Điều quan trọng đơn vị quản lý vận hành phải có mợt kế hoạch khả thi nhanh chóng để nhằm khơi phục cung cấp điện cho khu vực, phần tử khu vực bị cố cắt điện Kế hoạch khôi phục phải đáp ứng nhiều mục tiêu như: tối thiểu số lượng khách hàng không cung cấp điện, tối thiểu số thao tác chuyển mạch, khơng có thành phần q tải, cân tải, điện áp nằm một phạm vi giới hạn cho phép… Do cơng tác khơi phục cung cấp điện một vấn đề đa mục tiêu với mợt số mục tiêu chí mâu thuẫn với Khi mợt vị trí hay khu vực LĐPP bị cố mất điện, đơn vị quản lý vận hành cô lập phần tử bị cố cách mở tất cả khóa điện xung quanh Do LĐPP vận hành hình tia, có cấu trúc liên kết mạch vịng, nên dẫn đến cô lập (mất điện) phần tử tḥc nhánh nằm phía sau nhánh lấy nguồn từ khu vực bị cô lập (nhánh nguồn cấp thấp tính từ khu vực bị mất điện), đơn vị quản lý vận hành phải khơi phục cung cấp điện cách đóng/ mở khóa điện có liên kết mạch vịng với nguồn khác liền kề Khi nguyên nhân cố xác định khắc phục khơi phục lại cấu hình vận hành ban đầu (cấu hình vận hành bình thường, thơng thường đơn vị quản lý vận hành xác định tối ưu) Hình 1.4 cho thấy mợt ví dụ mợt mạng lưới phân phối điện Civanlar [24] Mạch bản một hệ thống phân phối (Hình 1.4a.) Là mợt tập hợp mạch khơng theo chu kỳ có nguồn cung cấp lượng cho người tiêu dùng Nó chứa trạm biến áp (nút vuông) phục vụ nguồn lượng cho phụ tải phân phối, phụ tải (nút tròn) mà nhận lượng, đường nhánh tải lượng trạm biến áp người tiêu dùng Trong trường hợp một cố sảy ra, rơle trạm biến áp mở mợt định ngắt tồn bợ mạch Điều khiến người tiêu dùng khơng có điện sửa chữa thực Để giảm thời gian mất điện (Hình 1.4b.), Mạch thiết kế theo mạch vòng dự phòng tuyến chuyển đổi tải (đường chấm), mợt số thiết bị bảo vệ, đóng cắt chuyển mạch (để đảm bảo độ tin cậy việc cung cấp điện) Các thiết bị chuyển mạch 25 mạch vòng thường mở điều kiện vận hành bình thường ngắt kết nối để đảm bảo phụ tải cung cấp từ một nguồn nhất (để thỏa mản điệu kiện vận hành hở - hình tia) a Lưới điện bản b Lưới điện theo mạch vịng Hình 1.5 Lưới điện phân phối đơn giản Civanlar [10] Các thiết bị bảo vệ, chuyển mạch đường dây mạch bản thường đóng ln trang thái đóng mạch tải lượng điện điều kiện hoạt đợng bình thường Chức thiết bị bảo vệ, chuyển mạch để chuyển đổi cấu trúc liên kết mạng trường hợp tái cấu trúc, cô lập cố khôi phục Trường hợp cô lập cố khơi phục cung cấp điện tốn tái cấu trúc khôi phục cung cấp điện Đây mục tiêu nhà khoa học đề cập nghiên cứu Tuy có nhiều hướng nghiên cứu riêng biệt chủ yếu giải thuật theo trình tự sau: - Loại bỏ phần tử bị cố lưới; - Tái cấu trúc lưới để cấp điện với số khách hàng tối đa mà không gây tải Các giải thuật nghiêng cách sử dụng hàm mục tiêu cân tải giảm số lần thao tác khố để khơi phục lưới; 26 Có nhiều phương pháp để khơi phục cung cấp điện LĐPP giải thuật Heuristic trình bày nghiên cứu [4], [5] hay sử dụng sở tri thức [6] Các mạng nơron hay thuật toán meta heuristic giải thuật di truyền [25] lý thuyết mờ hệ chuyên gia áp dụng để giải toán [3], [9] Tuy nhiên, việc đảm bảo số lần chuyển tải số lượng khách hàng bị mất điện nhất để thời gian khơi phục lưới nhằm giảm thiểu chi phí đền bù cho khách hàng chưa đề cập rõ ràng nghiên cứu Trong [24] chủ yếu báo cáo việc thực mợt sản phẩm (R&D - Research & Development), tính chất thương mại nó, phức tạp mà báo mô tả một cách tổng quát nguyên tắc cung cấp tính tổng thể mợt hệ chuyên gia để kiểm soát trực tuyến mạng lưới phân phối Trong [3] một báo cáo một dự án đầy tham vọng liên quan đến một số tổ chức/cơng ty có uy tín Có lẽ toàn diện cao dự án mà [26] báo thiếu chi tiết để đợc giả tìm thấy hữu ích Trong [27] mợt báo cáo một dự án nghiên cứu rất phức tạp, bao gồm cả phân tích cố lập kế hoạch bảo trì, mà việc khơi phục mợt phần Trong [28], nói giải thuật khơi phục, giống nhiều báo trước nó, khơng đưa vào xem xét đầy đủ; nhiên, báo đề xuất cách xác định phụ tải hệ thống điện phân phối, đóng góp có giá trị Những báo tiếp theo, báo số, tác giả có ý nghĩa lý thuyết, báo đưa phương pháp Heuristic dựa cách tiếp cận lý thuyết mờ Trong [29] xem xét việc thực một giải pháp khôi phục liên quan đến vấn đề tải lạnh (hoạt động khôi phục cố xảy thời tiết lạnh, mà nhu cầu sử dụng thiết bị như: lò sưởi, máy điều hòa nhiệt độ,…tăng cao chúng mở lên sau khôi phục cung cấp điện) Trong [30], sở nghiên cứu trước tác giả phát triển một phương pháp tiếp cận việc sử dụng liệu hoạt động khôi phục trước để tham khảo tương lai 27 Các cấp điện áp tìm thấy lưới phân phối thay đổi đáng kể Tuy nhiên, chúng phân thành ba nhóm cấp điện áp phổ biến nhất không phải một danh sách đầy đủ: - Hạ áp (LV_Low voltage), phổ biến toàn cầu, 220 V (lên đến 240 V), 400V 110 V - Trung áp (MV_Medium voltage) 5kV 6kV, 6.6 kV (mạch cũ), 10, 11, 12.5, 15, 20, 25, chí 30 kV - Cao áp (HV_High voltage) 22, 30, 33, 35, 36, 60, 110, 132, 150kV chí 220 kV, 500kV Mợt số hệ thống có cấp điện áp cơng nhận mợt phần hệ thống truyền tải hệ thống truyền tải phụ Đối với phương pháp tiếp cận Heuristic, thước đo trực giác, để hạn chế khơng gian tìm kiếm, chủ yếu dựa vào kiến thức kinh nghiệm chuyên gia vận hành LĐPP thực tế biên dịch thành chương trình máy tính Tuy nhiên, điều cho thấy có khó khăn lớn việc ứng dụng vào LĐPP khác tính chun gia chương trình kích thước phần mềm lớn thuật tốn phức tạp Đối với chương trình sử dụng hệ chuyên gia, bản bao gồm hai thành phần sở tri thức phương pháp suy diễn Mặc dù, nay, phương pháp tiếp cận hệ chuyên gia coi phương pháp tiếp cận thành công để giải vấn đề tái cung cấp điện LĐPP, không phương pháp ln ln tìm thấy mợt cấu hình tối ưu số lần chuyển khóa Hơn bảo trì hệ chun gia quy mơ lớn có chi phí tốn Đối với nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật mạng nơron, thuật toán di truyền lý thuyết mờ, phương pháp tính tốn dựa phần mềm, dường đầy hứa hẹn, nhiên giải LĐPP có quy mơ lớn tốn tối ưu tổ hợp cần q nhiều thời gian tính tốn để đưa lời giải không phù hợp với thực tiễn vận hành tình khơi phục cung cấp điện 28 Về mặt lý thuyết có nhiều biện pháp để tái cấu hình khơi phục cung cấp điện cho lưới phân phối như: thiết kế thêm lộ ra, nhánh rẽ dự phòng, lắp máy phát DG dự phòng Tuy nhiên, biện pháp mang tính khả thi kỹ thuật lại tốn chi phí đầu tư lắp thiết đặt thiết bị Trong biện pháp tái cấu hình khơi phục lưới thơng qua việc chuyển tải cách đóng/ mở cặp khóa điện củng có khả nâng cao việc cân tải, giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị mất điện có cố hay cách ly phần tử bị cố để sửa chữa Trong trình vận hành, thực tế việc tái cấu hình khơi phục lưới điện để phục vụ tối ưu cung cấp điện cho hộ tiêu thụ điều kiện ràng buộc kỹ thuật với hàng trăm khóa điện LĐPP vơ khó khăn điều đợ viên Do ln cần có mợt phương pháp phân tích phù hợp với lưới điện phân phối thực tế một giải thuật đủ mạnh để tái cấu trúc lưới thỏa mãn mục tiêu điều khiển điều độ viên Đối với mục đích việc phân tích vấn đề khơi phục cung cấp điện, bốn trạng thái chung hoạt đợng LĐPP tóm tắt trình bày Hình 1.5 Chế đợ vận hành bình thường Chế đợ khơi phục cung cấp điện sau cố Chuẩn bị chuyển qua chế độ ngưng hoạt động Chế độ ngưng hoạt đợng Hình 1.6 Các trạng thái vận hành lưới điện phân phối 29 Nhu cầu cải tạo lưới phân phối đại hóa cấp MV HV ngày cao với mục đích tăng hiệu quả hệ thống khu vực cung cấp điện có mật đợ phụ tải cao Các cấp biến đổi phân phối HV/MV MV/LV Hệ thống phát truyền tải điện cung cấp cho hệ thống phân phối trạm biến áp việc biến đổi từ cấp điện áp truyền tải đến cấp điện áp phân phối HV Với hỗ trợ công nghệ thông tin hỗ trợ khôi phục cung cấp điện mạng điện phân phối rất quan trọng nhiều lý do, chủ yếu áp dụng vào hệ thống điều khiển khẩn cấp phải khắc phục cố hệ thống để cung cấp điện cho khách hàng một cách hiệu quả nhanh chóng Các giải thuật khơi phục giúp phân tích tính an tồn hệ thống mợt cách hữu ích ngồi tác đợng đến quy hoạch hệ thống điện Có mạng lưới phân phối có mức đợ an tồn hệ thống cao việc thực số lượng lớn hệ thống công suất dự phịng (cơng śt dư thừa dự phịng), với hệ thống dẫn đến việc sử dụng công suất hệ thống mức độ thấp (vận hành non tải), khơng có hiệu quả kinh tế Mợt giải thuật khơi phục hiệu quả có khả hỗ trợ một mức độ an tồn hệ thống mức đợ sử dụng hệ thống tốt cách sử dụng hiệu quả công suất dự phòng trường hợp khẩn cấp Các giải thuật khơi phục cung cấp cho điều đợ viên mợt cơng cụ thực phù hợp Có thể thấy việc khôi phục cung cấp điện phương pháp tái cấu hình lưới LĐPP phương pháp hiệu quả, thực có cố xảy nguồn lực hữu lưới mà không cần huy động thêm nguồn tài nguyên khác Do luận văn tiếp cận biện phương pháp khôi phục cung cấp điện phương pháp tái cấu hình LĐPP 30 ... trúc khôi phục cung cấp điện 22 CHƯƠNG KHÔI PHỤC CUNG CẤP ĐIỆN SAU SỰ CỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỔI NHÁNH 31 2.1 Giới thiệu 31 2.2 Hàm mục tiêu khôi phục cung cấp điện. .. hành lưới điện phân phối để khôi phục cung cấp điện có cố xảy nhánh, cô lập nhánh xảy cố thông qua việc chọn nhánh có cố nhánh mở bắt ḅc sau dựa khóa mở hữu cịn lại hệ thống Phương pháp đóng/mở... ngành: Kỹ thuật điện Mã chuyên ngành: 60520202 I TÊN ĐỀ TÀI: Khôi phục cung cấp điện sau cố phương pháp đổi nhánh NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Xác định xác khóa vịng có chứa khóa bị cố đánh giá mức