Đang tải... (xem toàn văn)
(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để tổn thất công suất là nhỏ nhất(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để tổn thất công suất là nhỏ nhất(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để tổn thất công suất là nhỏ nhất(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để tổn thất công suất là nhỏ nhất(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để tổn thất công suất là nhỏ nhất(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để tổn thất công suất là nhỏ nhất(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để tổn thất công suất là nhỏ nhất(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để tổn thất công suất là nhỏ nhất(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để tổn thất công suất là nhỏ nhất(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để tổn thất công suất là nhỏ nhất(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để tổn thất công suất là nhỏ nhất(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để tổn thất công suất là nhỏ nhất(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để tổn thất công suất là nhỏ nhất(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để tổn thất công suất là nhỏ nhất(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để tổn thất công suất là nhỏ nhất
LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng năm 2018 Người cam đoan Lê Văn Vũ LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc gửi đến Thầy PGS.TS Trương Việt Anh, người Thầy tận tình hướng dẫn em suốt q trình nghiên cứu để hồn thành luận văn Bên cạnh em xin gửi lời cảm ơn đến NCS hỗ trợ em trình nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn q thầy cô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM giảng dạy em suốt trình học tập Và cuối cùng, xin cảm ơn đến tất đồng nghiệp, bạn bè đặc biệt gia đình giúp đỡ tơi tinh thần, vật chất cơng sức suốt q trình học tập để hoàn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng năm 2018 Lê Văn Vũ MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Các nghiên cứu liên quan công bố .4 1.3 Mục tiêu nhiệm vụ đề tài .6 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp giải toán 1.6 Điểm đề tài 1.7 Giá trị thực tiễn đề tài 1.8 Bố cục .7 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Đặc điểm lưới điện phân phối 2.2 Các lý vận hành hình tia lưới điện phân phối 2.3 Tổng quan nguồn điện phân tán (DG - Distributed Generation) .10 2.4 Lợi ích lưới điện phân phối vận hành có kết nối DG 16 2.5 Các tác động DG lên lưới điện phân phối 19 2.6 Một số nguồn lượng tái tạo thích hợp với cơng nghệ DG .20 2.7 Bài toán xác định cấu trúc vận hành lưới điện phân phối kết hợp với máy phát điện phân tán 22 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT 24 3.1 Giới thiệu 24 3.2 Phương pháp đề xuất: .27 3.2.1 Giải thuật tính tổn thất cơng suất lưới điện phân phối hình tia 27 3.2.2 Giải thuật tối ưu bầy đàn (PSO – Particle Swarm Optimization) 37 3.2.3 Mô hình tốn 42 3.2.4 Hàm mục tiêu 44 Chương 4: KIỂM CHỨNG GIẢI THUẬT 466 Chương 5: KẾT LUẬN 511 5.1 Kết luận 511 5.2 Hướng phát triển 511 TÀI LIỆU THAM KHẢO 522 DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Sơ đồ phân loại nguồn điện phân tán .11 Hình 2 Photovoltaic - PV .12 Hình Wind turbine – WT 13 Hình Pin nhiên liệu –FC 14 Hình Sơ đồ đơn tuyến .27 Hình Lưu đồ giải thuật 29 Hình 3 Ví dụ hệ thống bus 30 Hình Tính tổn thất cơng suất cho nhánh 56 30 Hình Tính tổn thất cơng suất cho nhánh 25 31 Hình Tính tổn thất cơng suất cho nhánh 24 31 Hình Tính tổn thất công suất cho nhánh 23 32 Hình Tính tổn thất cơng suất cho nhánh 12 33 Hình Cập nhật lại giá trị đường dây 33 Hình 10 Tính tổn thất nhánh 12 35 Hình 11 Tính tổn thất nhánh 24 35 Hình 12 Tính tổn thất nhánh 23 36 Hình 13 Tính tổn thất nhánh 25 36 Hình 14 Tính tổn thất nhánh 56 37 Hình 15 Chuyển động cá thể 41 Hình 16 LĐPP kín hở 42 Hình 17 Lưu đồ giải thuật PSO 45 Hình Lưới điện 33 nút, nguồn 46 Hình Độ hội tụ PSO trình thực 49 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Thông số mạng 33 nút .46 Bảng Kết thực hai giai đoạn LĐPP 33 nút 48 Bảng So sánh kết thực với phương pháp LĐPP 33 nút 49 Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Điện dạng lượng đặc biệt, lượng điện khơng thể dễ dàng tích trữ với lượng lớn, nhu cầu phụ tải đòi hỏi phải đáp ứng cơng suất thời điểm Điều địi hỏi Nhà quy hoạch lượng, công ty sản xuất kinh doanh điện phải tính tốn đến giải pháp tối ưu việc truyền tải, phân bố công suất hệ thống lưới điện Nhu cầu tiêu thụ lượng điện tăng cách nhanh chóng tất lĩnh vực, từ nhu cầu thiết yếu đời sống xã hội đến nhu cầu để phát triển kinh tế, xã hội, khoa học công nghệ quốc gia, kể việc để đảm bảo tốt an ninh trị an ninh lượng điện đặt lên hàng đầu Với tiến khoa học công nghệ, thiết bị sử dụng điện (đặc biệt thiết bị công nghệ cao) ngày đòi hỏi nguồn điện cung cấp phải đảm bảo chất lượng Vấn đề đặt cho Công ty sản xuất kinh doanh điện vừa đảm bảo đáp ứng vấn đề nêu trên, vừa đảm bảo lợi ích kinh tế cao nhà sản xuất, vừa đảm bảo tính cạnh tranh điều kiện nguồn lực tài có hạn Trong chiều dài, phụ tải lưới điện phân phối phát triển cách nhanh chóng kể khu vực thành thị lẫn nông thôn, miền núi dẫn đến công suất đỉnh xảy vài ngày, lưới điện bị sụt áp, tổn thất truyền tải đường dây tăng, chi phí sản xuất điện tăng theo Đã có nhiều giải pháp kỹ thuật đưa ra, nâng công suất trạm trung gian, lắp đặt hệ thống tụ bù, nâng tiết diện dây dẫn, lắp đặt thiết bị FACTS, lắp đặt công tơ giá cho khách hàng giải phần vấn đề Tái cấu trúc lưới điện phân phối tối ưu vị trí máy phát điện phân tán giải pháp để giải vấn đề đặt ra, nhiều nhà nghiên cứu tiến hành nghiên cứu thực nghiệm với nhiều phương pháp khác để đến tối ưu kết cấu lưới điện vị trí đặt máy phát điện phân tán lưới điện phân phối Lưới điện phân phối có đặc điểm vận hành phức tạp, kết cấu hình tia, hình xương cá, mạch kín thường vận hành hở, phụ tải phân bố phát triển theo quy hoạch Trang nên việc tính tốn để xác định vị trí, dung lượng DG phức tạp Vì việc tìm phương pháp, giải thuật để giải vấn đề đặt cần thiết, đảm bảo cho tồn tính tốn đơn giản nhất, nhanh có kết tốt điều kiện đặt Vấn đề quan tâm nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu, nghiên cứu sinh tổ chức Việc cải tạo nâng cấp đường dây lắp đặt thêm trạm biến áp, đường dây truyền tải phân phối nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tải số cao điểm làm cho chi phí vận hành tăng cao cần phải có vốn đầu tư lớn Các nghiên cứu nguồn điện phân tán mang lại nhiều hiệu áp dụng lưới điện phân phối Nguồn điện từ DG góp phần giảm bớt gánh nặng công suất vào cao điểm, giảm tổn thất đường dây, cải thiện chất lượng điện năng, nâng cao độ tin cậy thân thiện với môi trường (đối với lượng tái tạo) Nó cịn góp phần vào việc giảm áp lực đầu tư cải tạo lưới điện hữu, giảm chi phí nhiên liệu, chi phí vận hành, đáp ứng tốt khả dự phòng cho hệ thống có thời gian ngắn việc đáp ứng nhu cầu cục vùng miền, đặc điểm riêng phụ tải Do đó, cơng ty điện lực DG có sẵn lắp đặt thêm DG để hỗ trợ cho hệ thống điện họ, giảm công suất điện mua từ hệ thống truyền tải, từ giảm giá điện, đồng thời đối phó với tình tăng giá đột biến cao điểm trì hỗn việc xây dựng thêm đường dây DG máy phát có cơng suất nhỏ 10MW, có giá thành rẽ, dễ vận hành xây dựng thời gian ngắn DG tận dụng nguồn lượng tái tạo sẵn có thân thiện với mơi trường thủy năng, phong năng, quang công nghệ DG đa dạng: nhiệt điện kết hợp, quang điện, tuabine gió, pin nhiên liệu, thủy điện cơng suất nhỏ, máy phát động đốt trong, microturbine Các DG hoạt động độc lập có hiệu chi phí vận hành tăng cao, cơng suất phát điện lại không ổn định nên độ tin cậy cung cấp điện thấp Mặc khác, DG có trở kháng lớn, nên dịng ngắn mạch nhỏ, mức độ ảnh hưởng đến lưới điện phân phối vận hành song song thấp Vì vậy, DG thường kết nối trực tiếp với lưới điện phân phối trung áp/ hạ áp Trang Sử dụng DG lưới điện phân phối mang lại số lợi ích sau: giảm tải lưới điện, giảm tổn hao cơng suất chi phí vận hành mạng điện, cải thiện chất lượng điện độ tin cậy, bình ổn giá điện, cung cấp dịch vụ hỗ trợ… - Về phía điện lực: Giảm tải đường dây truyền tải; Giảm tải lưới phân phối; Bình ổn giá điện; Giảm tổn hao công suất đường dây; Giảm chi phí vận hành; - Về phía người tiêu dùng: Cải thiện chất lượng điện; Bình đẳng quyền lợi; Cải thiện độ tin cậy - Về mặt thương mại: Tạo thị trường điện có tính cạnh tranh; Cung cấp dịch vụ khác như: công suất phản kháng, cơng suất dự phịng Khi lưới điện phân phối có kết nối DG, khách hàng kiểm soát giá thành điện chuyển đổi nguồn điện cho họ có lợi Do đó, điều độ viên phải vào cấu trúc lưới điện, dung lượng cần truyền tải, giá điện mua từ hệ thống từ DG yêu cầu tác động môi trường sinh thái để đưa phương án thay đổi cấu trúc lưới điện thời điểm cho chi phí vận hành bao gồm chi phí chuyển tải tổn thất công suất bé nhất, đồng thời đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Với mục tiêu tìm giải pháp để giảm tổn thất cơng suất, giảm chi phí vận hành lưới điện phân phối trường hợp có DG, đề tài đề cập đến phương pháp có liên quan đến vấn đề “Xác định vị trí, dung lượng máy phát điện phân tán lưới điện phân phối” Kết tốn góp phần hỗ trợ cho cơng ty điện lực địa phương công tác vận hành lưới điện phân phối Luận văn tiếp cận toán xác định vị trí cơng suất máy phát điện phân tán lưới điện phân phối có xét đến cấu trúc vận hành lưới điện với mục tiêu giảm tổn thất công suất tác dụng hệ thống phân phối Giải pháp xác định vị trí cơng suất máy phát điện phân tán tối ưu xác định cấu trúc vận hành thực riêng rẽ hai giai đoạn sử dụng thuật toán di truyền Trong hai giai đoạn, giai đoạn thứ sử dụng thuật tốn di truyền xác định vị trí công suất tối ưu máy phát phân tán lưới điện phân phối kín, giai đoạn thứ hai, giải thuật di truyền sử dụng để xác định cấu trúc vận hành hở tối ưu hệ thống Trang 1.2 Các nghiên cứu liên quan công bố Đã có nhiều NCKH tốn tái cấu hình LĐPP giảm tổn thất có kết nối DG khơng có kết nối DG cố định Phương pháp giải chủ yếu: Merlin Back [1] Họ giải tốn thơng qua kỹ thuật heuristic rời rạc nhánh-biên Civanlar et al [2] đề xuất phương pháp trao đổi nhánh Phương pháp meta-heuristic: GA, PSO, CSA [35] đề xuất để giải vấn đề tối ưu hóa để có giải pháp tối ưu tồn cục Xét vị trí dung lượng DG tốn LĐPP hình tia, khơng xét biến đổi cấu hình LĐPP Xét hai vấn đề lúc: tích hợp hai tốn tái cấu hình vị trí dung lượng DG để nâng cao hiệu mạng lưới phân phối Các tác giả [6] Nghiên cứu sử dụng phương pháp điểm để xác định vị trí dung lượng DG nhằm tối ưu tổn thất lưới phân phối, kết áp dụng lưới 10 nút lưới 42 nút đạt tốt Kết tính tốn cho thấy vị trí đặt DG tối ưu nút có cơng suất tải tiêu thụ lớn lưới phân phối Độ giảm tổn hao lưới phân phối sau có DG so với trước có DG nhiều hay phụ thuộc vào lượng công suất phát DG Sự tham gia DG vào hệ thống phân bố đạt số lợi ích mặt kỹ thuật như: giảm tổn hao đường dây, cải thiện số điện áp, nâng cao chất lượng điện năng, tăng độ tin cậy việc truyền tải phân phối Các tác giả tài liệu [7] mô tả cách sử dụng giải thuật di truyền để tìm vị trí đặt cơng suất phát tối ưu nguồn phân tán mơ hình lưới điện phân phối 22kV Tổn thất cơng suất cực tiểu hóa dạng điện áp đường dây cải thiện tốt Nghiên cứu áp dụng lưới điện 20 nút kết đạt dược sau: + Tổng công suất phát DG 5,4 +j2,7 (MVA) + Vị trí kết nối: 7, 8, 17, 20, 21 + Tỷ lệ % giảm tổn thất 58,46% + Tỷ lệ % tăng điện áp cao 3,32% Tuy nhiên, nghiên cứu tập trung giải lưới điện phân Trang phối hình tia cố định Điều này, thực chưa phù hợp với toán thiết kế vận hành lưới điện phân phối vì: LĐPP phải chuyển tải để đảm bảo đạt mục tiêu vận hành thay đổi phụ tải Việc kết hợp phương pháp Newton-Raphson tính tốn trào lưu công suất lưới điện giải thuật di truyền giải toán tối ưu tổ hợp cung cấp cách thức tìm vị trí đặt công suất phát tốt cho số lượng nguồn phân tán DG cho trước lưới điện phân phối Phương pháp cho phép người vận hành nghiên cứu mạng phân phối Người vận hành sử dụng thơng tin lưới điện phân phối có sẵn để lập kế hoạch cho việc kết nối DG nhằm đạt mục tiêu giảm tổn thất, cải thiện dạng điện áp mong muốn Ngồi ra, nhóm tác giả César Augusto Puela Meneses, Member, IEEE, and José Roberto Sanches Mantovani, Member, IEEE công bố nghiên cứu “Improving the Grid Operation and Reliability Cost of Distribution Systems With Dispersed Generation” nghiên cứu sử dụng giải thuật tìm kiếm Taboo để giải tốn đa mục tiêu nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện có kết nối DG vào hệ thống Nghiên cứu đưa phương pháp giải tối ưu hàm mục tiêu gồm chi phí hoạt động lưới, chi phí hệ thống bảo vệ, chi phí gián đoạn ngừng cung cấp điện, chi phí tổn thất cơng suất Mơ hình tốn học đề xuất thử nghiệm hệ thống 135 bus bao gồm hệ thống phân phối thực tế 13,8 kV Sao Paulo, Brazil Kết mô hệ thống qua kiểm tra thực tế cho thấy mô hình đề xuất xác định tác động liên quan đến độ tin cậy hệ thống, hệ thống bảo vệ, hiệu hoạt động mạng, tất chương trình Thơng qua phương pháp thực hiện, lợi đạt khả quan sát điện áp tần số hệ thống có kết nối DG Người ta thấy thực kết nối DG này, dẫn đến chi phí hoạt động chi phí độ tin cậy tốt hơn, họ sử dụng mức giá khác cung cấp nguồn phát diện rộng Nó phục vụ nhu cầu phụ tải tăng lên cách đột biến Tuy nhiên, thiết kế dẫn đến hệ thống bảo vệ đắt tiền, làm giảm tỷ suất lợi nhuận việc phối hợp thiết bị bảo vệ Từ nghiên cứu công bố nêu trên, khuôn khổ đề tài chủ yếu tập trung vào vấn đề giảm tổn thất công suất nâng cao độ tin cậy lưới phân phối có Trang tìm kiếm tồn cầu, ngược lại W nhỏ thuận lợi cho việc tìm kiếm nội Như tùy theo vùng tìm kiếm lớn hay nhỏ hiệu chỉnh W cho phù hợp Cj: hệ số gia tốc, j=1,2 RandI: số ngẫu nhiên xik = (xki1, xki2…, xkiN): vị trí cá thể i vòng lặp k Pkbesti = (Pkbesti1, Pkbesti2… PkbestiN) giải pháp tốt cá thể i vịng lặp k Gbest: Vị trí cá thể tốt toàn quần thể xik+1: vị trí cá thể i vịng lặp k+1 Khởi tạo quần thể ban đầu: Khởi tạo quần thể ban đầu bước giải thuật PSO Thông thường để khởi tạo quần thể toán tối ưu đa mục tiêu, ta tạo cách ngẫu nhiên lời giải (là lời giải thỏa mãn ràng buộc toán chưa biết tối ưu hay chưa) Tùy toán cụ thể mà ta có phương pháp khởi tạo khác Số lượng hay kích thước ban đầu quần thể n, đóng vai trị quan trọng giải thuật kích thước quần thể định đến hội tụ nhanh hay chậm giải thuật, khả thoát khỏi cực trị địa phương quần thể Kích thước quần thể nhỏ giải thuật hội tụ nhanh thường kết cực trị địa phương cực trị tồn cục Vì với số lượng cá thể quần thể dễ mắc vào cực trị địa phương khơng Tuy nhiên số lượng cá thể lớn lại làm thuật toán chạy tốn nhiều thời gian, hội tụ chậm Tùy tốn cụ thể mà ta chọn kích thước quần thể thích hợp Hàm thích nghi (hàm mục tiêu): Hàm thích nghi yếu tố quan trọng định thành cơng giải thuật Nó đánh giá cá thể tốt quần thể Hàm thích nghi xây dựng cho giá trị thích nghi phải phản ánh giá trị thực cá thể việc đáp ứng yêu cầu toán Mỗi cá thể tự tính tốn bước di chuyển dựa yếu tố − Hướng chuyển động thời v − Vị trí tốt khứ cá thể, vị trí tốt mà cá thể qua thời điểm Trong tự nhiên yếu tố “kinh nghiệm” thân cá thể quần thể, tri thức, hiểu biết mà cá thể tích lũy Trang 40 − Vị trí tốt quần thể, vị trị tốt mà quần thể khám phá thời điểm Yếu tố đóng vai trị “xu hướng” quần thể Quần thể theo cá thể tốt quần thể để đưa quần thể tới vị trí tốt Hình 15 Chuyển động cá thể Điều giống thực tế: Mỗi cá nhân tự định hướng dựa vị trí mà đứng, kinh nghiệm thân xu chung bầy đàn Mỗi cá thể quần thể lại có tính cách, thể qua hai tham số ngẫu nhiên R1, R2 Mỗi cá thể không chuyển động theo hướng vị trí tốt mà phải sau thời gian từ từ chuyển động theo hướng Trong PSO tham số giúp cho quần thể tránh khỏi việc bị mắc vào cực trị địa phương, cá thể đồng thời chuyển động hướng vị trí tốt tìm Thơng thường giá trị R1, R2 tạo bước lặp sinh ngẫu nhiên khoảng [0,1] Còn c1 c2 số mơ tả có cá thể hướng vị trí tốt Nó đặc trưng cho kinh nghiệm tính xã hội Vị trí tốt cực trị toàn cục hay vị trí tốt qua cá thể Tùy tốn cụ thể mà lấy giá trị thích hợp, thông thường c1, c2 0.1- Cập nhật vị trí tốt cho quần thể: Trong PSO biến gbest (global best) biến đại diện cho quần thể đóng vai trị biến mơi trường quần thể Thông qua biến cá thể tương tác với nhau, với quần thể, vào mà điều chỉnh bước di chuyển Biến thể trạng thái, vị trí quần thể, đóng vai trị quan trọng việc định hướng quần thể Điều Trang 41 giống quần thể sinh vật, có xu hướng chung bật cá thể có xu hướng theo cá thể tốt để mong muốn tốt Trong PSO có hai cách cập nhật giá trị cho gbest là: Cập nhật bước lặp: Trong bước lặp ta cập nhật gbest, tức có cá thể di chuyển tới vị trí ta xét xem vị trí có phải vị trí tốt quần thể khơng Nếu vị trí tốt ta cập nhật vào gbest, giá trị có tác động đến cá thể khác, tức cá thể khác thấy thay đổi vào để có hướng di chuyển thích hợp Giải thuật PSO có đặc điểm bật sau: − Giải thuật PSO tìm kiếm nhiều điểm tối ưu lúc Các cá thể trao đổi thông tin với nhờ mà giảm bớt khả kết thúc điểm cực trị địa phương − Giải thuật PSO làm việc với cá thể mã lời giải Do với PSO có sẵn, đơi cần thay đổi cách biểu diễn có giải thuật cho toán − Giải thuật PSO cần đánh giá hàm mục tiêu để phục vụ trình tìm kiếm khơng địi hỏi thơng tin bổ trợ khác − Các thao tác giải thuật PSO dựa khả tích hợp tính ngẫu nhiên q trình xử lý 3.2.3 Mơ hình tốn Xét lưới điện phân phối đơn giản Hình 3.15 Với vị trí có lắp DG cho phép khơng làm tính tổng qt mơ tả tất trường hợp vị trí khóa mở vị trí DG O DG A DG M DG B C N Hình 16 LĐPP kín hở Trang 42 H Xét LĐPP đơn giản có DG chiều dương chọn ngược chiều kim đồng hồ Hình 3.16 Nếu khóa diện MN đóng, LĐPP trạng thái vận hành mạch vòng Gọi dòng điện nhánh thứ i Ii (i=1 n) Khi mở khóa MN, giả thiết dịng điện nhánh thuộc OM giảm lượng IMN, dịng điện nhánh thuộc ON tăng lên lượng IMN Khi đó, hàm tổn thất cơng suất tác dụng P cho lưới điện kín cho lưới điện hở LĐPP viết biểu thức (3.19) biểu thức (3.20) Tổn hao công suất LĐPP trước tái cấu hình lưới: 𝑛 𝑛 ∆𝑃𝑘í𝑛 = ∑𝑖∈𝑂𝑀 𝑅𝑖 𝐼𝑖2 + 𝑅𝑀𝑁 𝐼𝑀𝑁 + ∑𝑖∈𝑁𝑂(−𝐼𝑖 )2 𝑅𝑖 𝑛 𝑛 ∆𝑃ℎở = ∑𝑖∈𝑂𝑀 𝑅𝑖 (𝐼𝑖 − 𝐼𝑀𝑁 )2 + ∑𝑖∈𝑁𝑂 𝑅𝑖 (𝐼𝑖 + 𝐼𝑀𝑁 )2 (3.19) (3.20) So sánh tổn thất công suất tác dụng LĐPP vận hành mạch vòng vận hành hở biểu diễn theo biểu thức (3.20) in P ho P kin iOM in RI iOM i n R i Ii2 2I MN Ii I MN i i R I iNO i i 2I MN Ii I MN in R MN I MN R i Ii2 R i 2Ii IMN I2MN iOM in iNO i n R 2I I iNO i i MN I2MN R MN I2MN R MN I2MN R MN I2MN i n i n i n i n I2MN R i R MN R i 2IMN R i Ii R MN IMN R i Ii iNO iNO iOM iOM i n i n 2I R I R I R i Ii (3.21) Hay: Pho Pkin I2MN R Loop MN MN i i MN MN iNO iOM Với: RMNLoop tổng điện trở nhánh vịng kín MN Mặt khác, phân bố cơng suất LĐPP mạch hở, dịng điện nhánh không phụ thuộc vào tổng trở nhánh LĐPP mà phụ thuộc vào công suất tiêu thụ phụ tải Vậy giả thiết tồn LĐPP có tổng trở nhánh Trang 43 trở đảm bảo tổn hao công suất tác dụng LĐPP thơng thường tính (3.22) Do đó, đóng khóa điện nhánh MN LĐPP này, theo định luật K2 thì: ∑𝑛𝑖∈𝑂𝑀 𝑅𝑖 𝐼𝑖 + 𝑅𝑀𝑁 𝐼𝑀𝑁 - ∑𝑛𝑖∈𝑁𝑂 𝐼𝑖 𝑅𝑖 = (3.22) Vì thay (3.22) vào (3.21) được: ∆𝑃ℎở − ∆𝑃 𝑘í𝑛 = 𝐼𝑀𝑁 𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝 = > => ∆𝑃ℎở > ∆𝑃𝑘í𝑛 (3.23) 3.2.4 Hàm mục tiêu Hàm mục tiêu giảm tồn thất công suất xét cho bước: bước bước có biến điều khiển có khác sau: - Bước 1: Biến điều khiển vị trí dung lượng DG tác động lên tổn hao cơng suất LĐPP kín - Bước 2: Biến điều khiển vị trí khóa điện mở tác động lên tổn hao công suất LĐPP hở có vị trí dung lượng DG bước Tổn thất công suất hệ thống tổng tổn thất nhánh 𝑁𝑛𝑟 𝑁𝑏𝑟 𝑃𝑙𝑜𝑠𝑠 = ∑𝑁𝑏𝑟 𝑖=1 𝑘𝑖 ∆𝑃𝑖 = ∑𝑖=1 𝑘𝑖 𝑅𝑖 |𝐼𝑖 | = ∑𝑖=1 𝑘𝑖 𝑅𝑖 𝑃𝑖2 +𝑄𝑖2 𝑉𝑖2 (3.24) Trong đó: ΔPi: tổn thất cơng suất tác dụng nhánh thứ i Nbr: tổng số nhánh Pi, Qi: công suất tác dụng công suất phản kháng nhánh thứ i Vi, Ii: điện áp nút kết nối nhánh dòng điện nhánh thứ i Ploss: tổn thất công suất tác dụng hệ thống ki: trạng thái của khóa điện, ki = 0, khóa điện thứ i mở ngược lại Giới hạn công suất phát máy phát phân tán: Nếu phân loại máy phát điện phân tán theo kích cỡ cơng suất, máy phát phân tán có cơng suất từ đến kW gọi máy phát có công suất cực nhỏ, công suất từ kW đến MW gọi máy phát công suất nhỏ, công suất từ MW đến 50 MW gọi máy phát cơng suất Trang 44 trung bình máy phát có cơng suất lớn cơng suất nằm khoảng 30 đến 50 MW Trong phạm vi đề tài này, máy phát tán loại phát công suất tác dụng có cơng suất nhỏ sử dụng để tối ưu vị trí dung lượng lưới điện phân phối, giới hạn công suất máy phát định nghĩa sau: 𝑃𝐷𝐺𝑖,𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑃𝐷𝐺,𝑖 ≤ 𝑃𝐷𝐺𝑖,𝑚𝑎𝑥 , 𝑣ớ𝑖 𝑖 = 1, 2, … , 𝑁𝐷𝐺 (3.25) Giới hạn dòng điện nhánh điện áp nút: Dịng điện chạy qua nhánh phải ln nằm giới hạn cho phép đường dây: |𝐼𝑖 | ≤ 𝐼𝑖,𝑚𝑎𝑥 , 𝑣ớ𝑖 𝑖 = 1, 2, … , 𝑁𝑏𝑟 (3.26) Điện áp nút phải giữ giới hạn vận hành cho phép: 𝑉𝑖,𝑚𝑖𝑛 ≤ |𝑉𝑖 | ≤ 𝑉𝑖,𝑚𝑎𝑥 , 𝑣ớ𝑖 𝑖 = 1, 2, … , 𝑁𝑏𝑢𝑠 Hình 17 Lưu đồ giải thuật PSO Trang 45 (3.27) Chương 4: KIỂM CHỨNG GIẢI THUẬT 19 20 21 8 35 10 11 10 13 37 28 26 25 9 14 34 14 13 25 24 7 12 24 23 33 11 23 22 20 22 12 18 19 21 26 29 29 29 27 27 30 31 15 15 16 30 16 33 18 17 31 32 36 17 32 Hình Lưới điện 33 nút, nguồn Hệ thống phân phối 33 nút, bao gồm 37 nhánh, 32 khóa điện thường đóng khóa điện thường mở Sơ đồ đơn tuyến trình bày Hình 4.1 Tổng cơng suất thực tải công suất phản kháng hệ thống tương ứng 3.72MW 2.3 MVAR Tổng tổn thất công suất thực công suất phản kháng trường hợp ban đầu tính từ phân bố công suất tương ứng 202.68 kW 135.14 kVAr Bảng Thông số mạng 33 nút Nút Nút Nhánh đầu cuối R (Ω) X (Ω) Nút P (MW) Q (MVAr) 1 0.0922 0.0477 0 2 0.4930 0.2511 0.1 0.06 3 0.3660 0.1840 0.09 0.04 Trang 46 4 0.3811 0.1941 0.12 0.08 5 0.8190 0.0700 0.06 0.03 6 0.1872 0.6188 0.06 0.02 7 1.7114 1.2351 0.2 0.1 8 1.0300 0.7400 0.2 0.1 9 10 1.0400 0.7400 0.06 0.02 10 10 11 0.1966 0.0650 10 0.06 0.02 11 11 12 0.3744 0.1238 11 0.045 0.03 12 12 13 1.4680 1.1550 12 0.06 0.035 13 13 14 0.5416 0.7129 13 0.06 0.035 14 14 15 0.5910 0.5260 14 0.12 0.08 15 15 16 0.7463 0.5450 15 0.06 0.01 16 16 17 1.2890 1.7210 16 0.06 0.02 17 17 18 0.7320 0.5740 17 0.06 0.02 18 19 0.1640 0.1565 18 0.09 0.04 19 19 20 1.5042 1.3554 19 0.09 0.04 20 20 21 0.4095 0.4784 20 0.09 0.04 21 21 22 0.7089 0.9373 21 0.09 0.04 22 23 0.4512 0.3083 22 0.09 0.04 23 23 24 0.8980 0.7091 23 0.09 0.05 24 24 25 0.8960 0.7011 24 0.42 0.2 25 26 0.2030 0.1034 25 0.42 0.2 26 26 27 0.2842 0.1447 26 0.06 0.025 Trang 47 27 27 28 1.0590 0.9337 27 0.06 0.025 28 28 29 0.8042 0.7006 28 0.06 0.02 29 29 30 0.5075 0.2585 29 0.12 0.07 30 30 31 0.9744 0.9630 30 0.2 0.6 31 31 32 0.3105 0.3619 31 0.15 0.07 32 32 33 0.3410 0.5302 32 0.21 0.1 33 21 2.0000 2.0000 33 0.06 0.04 34 15 2.0000 2.0000 - - - 35 12 22 2.0000 2.0000 - - - 36 18 33 0.5000 0.5000 - - - 37 25 29 0.5000 0.5000 - - - Bảng Kết thực hai giai đoạn LĐPP 33 nút LĐPP ban đầu Phương pháp đề xuất Vị trí DG (nút) - 32, 8, 25 PDG (MW) - 0.8234, 1.1047, 1.1073 Khóa mở 33, 34, 35, 36, 37 33, 34, 11, 30, 28 Tổn thất (kW) 202.68 53.4274 Umin(pu) 0.9108 0.9685 Umax (pu) 1 Thời gian tính tốn trung bình (s) - 52,5 Trang 48 Hình Độ hội tụ PSO trình thực Bảng So sánh kết thực với phương pháp LĐPP 33 nút Phương Phương pháp đề HSA [13] FWA [14] CSA [15] 32, 8, 25 32, 31, 33 32, 29, 18 18, 25, 0.8234, 1.1047, 0.5258, 0.5586, 0.5367, 0.6158, 0.8968, 1.4381, 1.1074 0.5840 0.5315 0.9646 P∑=3.036 P∑=1.6684 P∑=1.68 P∑=3.299 33, 34, 11, 30, 7, 14, 10, 32, 7, 14, 11, 32, 33, 34, 11, 31, 28 28 28 28 ΔP (kW) 53.56 73.05 67.11 53.21 Umin (p.u.) 0.9685 0.9700 0.9713 0.9806 pháp xuất Vị trí DG (nút) PDG(MW) Khóa mở Kết so sánh với số phương pháp trình bày Bảng 4.3 Kết cho thấy, thành phần tổn thất công suất, phương pháp đề xuất có cấu trúc lưới tối ưu với Trang 49 tổn thất công suất 53.56 kW so với 73.05 kW thực thuật tốn tìm kiếm hài hịa (harmony search algorithm-HSA) 67.11 kW với thuật tốn pháo hoa (fireworks algorithm-FWA) Trong khi, điện áp nhỏ nút hệ thống gần tương tự với điện áp nhỏ hệ thông thực phương pháp đề nghị, HSA FWA 0.9685, 0.9700 0.9713 p.u Đối với thuật tốn CSA, tổn thất cơng suất thu phương pháp đề nghị gần với phương pháp CSA với tổn thất công suất hai phương pháp 53.56 kW 53.21 kW Điện áp nút nhỏ từ phương pháp đề xuất 0.9685 p.u so với 0.9806pu phương pháp CSA Từ kết so sánh với số giải thuật tối ưu phát triển HSA, FWA CSA thấy phương pháp đề nghị thực tối ưu vị trí cơng suất DG kết hợp với xác định cấu trúc vận hành LĐPP phương pháp PSO có kết hợp tính phân bố cơng suất Back – Forward phương pháp khả thi để thực tối ưu LĐPP liên quan đến DG cấu trúc vận hành lưới điện phân phối Trang 50 Chương 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết luận Luận văn tiếp cận tốn xác định vị trí cơng suất máy phát điện phân tán lưới điện phân phối có xét đến cấu trúc vận hành lưới điện với mục tiêu giảm tổn thất công suất tác dụng hệ thống phân phối Giải pháp xác định vị trí cơng suất máy phát điện phân tán tối ưu xác định cấu trúc vận hành thực riêng rẽ hai giai đoạn sử dụng thuật tốn PSO kết hợp với tính phân bố cơng suất phương pháp Back - Forward Từ kết việc áp dụng thử nghiệm phương pháp vào hệ thống mạng 33 nút Ưu điểm phương pháp thực đơn giản, rút ngắn thời gian thực so với giải thuật khác Kết qua thực so sánh với số nghiên cứu cho thấy phù hợp phương pháp đề xuất Nhược điểm phương pháp thực chưa thực so sánh thông số thực phương pháp với phương pháp kết hợp vị trí cơng suất máy phát phân tán với xác định cấu trúc vận hành hở lưới điện phân phối Phương pháp đề xuất thực thử nghiệm lưới điện 33 nút, chưa kiểm tra lưới điện thực tế 5.2 Hướng phát triển Từ hạn chế giải thuật đề nghị, xin đề xuất số hướng phát triển đề tài sau: Nghiên cứu ảnh hưởng hàm mục tiêu khác ngồi tổn thất cơng suất tác dụng lên tính đắn phương pháp xác định vị trí cơng suất máy phát phân tán lưới điện phân phối kín Trang 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Merlin A and Back H , "Search for a Minimal-Loss Operating Spaning Tree Configuration in Urban Power Distribution Systems", Proc Of 5th Power System Comp Con., Cambridge, U.K., Sept 1-5, 1975 [2] Civanlar, S., J J Grainger, Y Yin and S S Lee, “Distribution Feeder Reconfiguration for Loss Reduction”, IEEE Transactions on Power Delivery, 3-3, July 1988, pp 1217-1223 [3] A Ameli, B Shahab, K Farid, and H Mahmood-Reza, “A Multiobjective Particle Swarm Optimization for Sizing and Placement of DGs from DG Owner’s and Distribution Company’s Viewpoints,” IEEE Trans POWER Deliv., vol 29, no 4, pp 1831-1840, 2014 [4] D Shirmohammadi and H W Hong, “Reconfiguration of electric distribution networks for resistive line losses reduction,” IEEE Trans Power Deliv., vol 4, no 2, pp 1492–1498, 1989 [5] Ameli A, Shahab B, Farid K, Mahmood-Reza H A multiobjective particle swarm optimization for sizing and placement of DGs from DG Owner’s and distribution company’s viewpoints IEEE Trans Power Deliv 2014;29 (4):1831–40 [6] Trương Quang Đăng Khoa, Phan Thị Thanh Bình, Hồng Bảo Trân trường Đại học Bách Khoa TP HCM nghiên cứu đề tài “Xác định dung lượng vị trí máy phát phân bố (DG) tối ưu tổn thất lưới phân phối”, tạp chí Phát triển khoa học công nghệ, tập 10, 2007 [7] Lê Kim Hùng, Lê Thái Thanh “Tối ưu hóa vị trí đặt cơng suất phát nguồn phân tán mơ hình lưới điện phân phối 22kV” - tạp chí khoa học công nghệ, đại học Đà Nẵng - số 2(25).2008 [8] R S Rao, K Ravindra, K Satish, and S V L Narasimham, “Power Loss Minimization in Distribution System Using Network Reconfiguration in the Presence of Distributed Generation,” IEEE Trans Power Syst., vol 28, no 1, pp 1–9, 2013 [9] A Mohamed Imran, M Kowsalya, and D P Kothari, “A novel integration technique for optimal network reconfiguration and distributed generation placement in power distribution networks,” Int J Electr Power Energy Syst., vol 63, pp 461–472, 2014 Trang 52 [10] Tan S, Xu JX, Panda SK Optimization of distribution network incorporating distributed generators: an integrated approach IEEE Trans Power Syst 2013; 28(3): 2421–32 [11] Mohamed Imran A, Kowsalya M, Kothari DP A novel integration technique for optimal network reconfiguration and distributed generation placement in power distribution networks Int J Electr Power Energy Syst 2014; 63:461–72 [12] Nguyễn Tùng Linh, Nguyễn Thanh Thuận, Tôn Ngọc Triều, Nguyễn Anh Xuân, Trương Việt Anh - Áp dụng giải thuật di truyền cho toán tối ưu vị trí cơng suất nguồn điện phân tán có xét đến tái hình cấu hình lưới điện phân phối, Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ, 2018 [13] R S Rao, K Ravindra, K Satish, and S V L Narasimham, “Power Loss Minimiztion in Distribution System Using Network Reconfiguration in the Presence of Distributed Generation,” IEEE Trans Power Syst., vol 28, no 1, pp 1-9, 2013 [14] A Mohamed Imran, M Kowsalya, and D P Kothari, “A novel intergration technique for optimal network reconfiguration and distributed generation placement in power distribution networks,” Int, J Electr Power Energy Syst., vol 63, pp 461-472, 20 [15] T T Nguyen, A V Truong, and T A Phung, “A novel method based on adaptive cuckoo search for optimal network reconfiguration and distributed generation allocation in distribution network,” Int J Electr Power Energy Syst., vol 78, pp 801–815, 2016 [16] V V S N Murty and A Kumar, “Optimal placement of DG in radial distribution systems bases on new voltage stability index under load growth,” Int J Electr Power Energy Syst., vol 69, pp 246-256, 2015 Trang 53 S K L 0 ... Giới hạn công suất phát máy phát phân tán: Nếu phân loại máy phát điện phân tán theo kích cỡ cơng suất, máy phát phân tán có công suất từ đến kW gọi máy phát có cơng suất cực nhỏ, cơng suất từ... khiển vị trí dung lượng DG tác động lên tổn hao cơng suất LĐPP kín - Bước 2: Biến điều khiển vị trí khóa điện mở tác động lên tổn hao công suất LĐPP hở có vị trí dung lượng DG bước Tổn thất công suất. .. gọi máy phát công suất nhỏ, công suất từ MW đến 50 MW gọi máy phát công suất Trang 44 trung bình máy phát có cơng suất lớn công suất nằm khoảng 30 đến 50 MW Trong phạm vi đề tài này, máy phát tán