(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến

(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí nguồn trữ năng trong hệ thống điện truyền tải sử dụng giải thuật MaxFlowMinCut cải tiến

Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn (Ký ghi rõ họ tên) Lê Minh Thanh HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang iii Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, giúp đỡ hướng dẫn quý Thầy Cô, hồn thành luận văn tốt nghiệp Tơi chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng quản lý khoa học – Đào tạo sau đại học Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM tạo điều kiện thuận lợi cho học tập, nghiên cứu thực tốt đề tài thời gian qua Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Trương Việt Anh, Thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình thưc luận văn tốt nghiệp Chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô tận tâm dẫn, truyền đạt kiến thức cho trình học Trường Cảm ơn bạn học viên lớp cao học Kỹ thuật điện 2019A đoàn kết, giúp đỡ suốt thời gian học tập Trường Trân trọng TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2020 Học viên Lê Minh Thanh HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang iv Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh TÓM TẮT Luận văn thể việc tìm vị trí công suất tối ưu cho nguồn điện trữ quy hoạch phát triển điện, bao gồm quy hoạch mở rộng lưới điện truyền tải quy hoạch mở rộng nguồn điện Các nguồn lượng tái tạo ngày phát triển giới để thay nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt gây ô nhiễm Tuy nhiên, việc phát lượng loại nguồn lượng điều khiển theo chủ ý mà phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên Để khắc phục khiếm khuyết mà lượng tái tạo gây ra, hệ thống nguồn lưu điện nghiên cứu áp dụng Phát triển nguồn trữ để lưu trữ lượng giá rẻ cung cấp ngược lại cho hệ thống điện giá cao thị trường điện vấn đề ý gần Tuy vậy, chọn vị trí thích hợp để đặt nguồn trữ thách thức lớn Một số thuật toán nghiên cứu thời gian dài để tìm vị trí phù hợp quy hoạch nguồn, thuật tốn heuristic sử dụng năm gần tính linh hoạt phạm vi ứng dụng rộng rãi chúng Các phương pháp heuristic, cải thiện theo thời gian để trở thành công cụ tìm kiếm ngày hiệu hơn, vấn đề rơi vào cực trị địa phương trình tìm kiếm, số lượng vòng lặp lớn áp dụng cho hệ thống điện lớn, , nhà khoa học nghiên cứu khắc phục cho thuật tốn heuristic Bên cạnh đó, thuật tốn MFMC áp dụng để xác định TCSC để quản lý tắc nghẽn nhiều nhà nghiên cứu quan tâm cịn số hạn chế Thuật tốn MFMC cải thiện hiệu để loại bỏ tắc nghẽn kết hợp với thuật toán heuristic báo kết mô kiểm tra để xác định vị trí cơng suất nguồn trữ hệ thống chuẩn 24 bus IEEE cho thấy tính khả thi phương pháp SUMMARY This thesis aims to exhibit of optimal location and capacity of energy storage (ES) in electricity development planning, including transmission expansion planning (TEP) and generation expansion planning (GEP) Renewable energy sources are being developed in the world in order to replace the increasingly exhausting and polluting fossil energy sources However, the energy generation of these types cannot be intentionally controlled but depends on natural conditions To support the defects that renewable energy causes, energy storage systems have been studied and applied Developing energy storage to charge cheap energy and provide HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang v Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh higher prices in the electricity market is one of the issues that have being attention recently Although choosing the proper location to place is a great challenge A number of algorithms have been researched for a long time to find suitable locations for GEP; heuristic algorithms have been used in recent years because of their flexibility and wide range The heuristic approaches, although being varied over time to become more and more effective search engines, but the problem is withheld into local extremes during searching, the number of too many loops when applied to large network systems, , are still being researched and overcome by scientists for heuristic algorithms On the other hand, the Max-FlowMin-Cut (MFMC) algorithm has been applied to determine thyristor controlled series compensation (TCSC) to manage congestion that also has been of interest to many researchers but it has some limitations The MFMC algorithm will be improved more effectively to eliminate congestion collaborate with a heuristic in the paper, and the simulation results tested to determine the position and power of ES on the 24 bus IEEE system showed the algorithm's feasibility HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang vi Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC BẢNG xi CHƢƠNG GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Giới hạn đề tài 1.5 Điểm luận văn 1.6 Phạm vi ứng dụng 1.7 Bố cục luận văn .4 CHƢƠNG TỔNG QUAN QUY HOẠCH LƢỚI ĐIỆN 2.1 Sơ lược quy hoạch lưới điện 2.2 Nâng cao khả truyền tải hệ thống điện 2.3 Mở rộng đường dây truyền tải .7 2.4 Đề xuất sử dụng mặt cắt tối thiểu .7 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẶT CẮT TỐI THIỂU 3.1 Giới thiệu chung 3.2 Thuật toán "min cut" Mechtild Stoer Frank Wagner 3.2.1 Thuật toán 3.2.2 Ví dụ xác định mặt cắt tối thiểu 11 3.3 Trường hợp mặt cắt tối thiểu qua nhánh bị tải 14 3.4 Xác định mặt cắt tối thiểu cho hệ thống điện .21 3.5 Trình tự bước quy hoạch mở rộng lưới điện 23 HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang vii Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh 3.5.1 Xác định vị trí tắc nghẽn thuật tốn Min-Cut .23 3.5.2 Định hướng quy hoạch mở rộng .24 CHƢƠNG 4: Xác định nguồn trữ lƣới điện truyền tải IEEE 24 BUS sử dụng giải thuật MAX FLOW MIN CUT cải tiến [1] 26 4.1 Cấu hình lưới điện IEEE 24 BUS: 26 4.2 Giải thuật MFMC cải tiến 31 4.3 Áp dụng giải thuật MFMC cải tiến xác định vị trí cơng suất ES .33 4.4 Kết tính tốn phân bố công suất tăng tải 35 4.5 Khi tải tăng lên 20% .36 4.6 Khi tải tăng lên 30% .38 4.7 Khi tải tăng lên 35% .41 4.8 Khi tải tăng lên 40% .44 4.9 So sánh MFMC truyền thống cải tiến hệ thống 24 bus IEEE 47 4.10 Xác định vị trí cơng suất ES hệ thống 24 bus IEEE .50 5.1 Kết luận .53 5.2 Hướng phát triển đề tài 53 HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang viii Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT - DTEP (Dynamic transmission expansion planning): Quy hoạch động mở rộng lưới điện - GEP (Generation expansion planning): Quy hoạch mở rộng nguồn phát - IC (Investment Cost): Chi phí đầu tư - IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers): Viện kỹ nghệ điện – điện tử - STEP (Static transmission expansion planning): Quy hoạch tĩnh mở rộng lưới điện - TEP (Transmission expansion planning): Quy hoạch mở rộng lưới điện - TS (Tabu Search): Tìm kiếm Tabu - PMSM (Permanent magnet synchronous motor): Động đồng nam châm vĩnh cửu - FOC (Field Oriented Control): Điều khiển định hướng trường - SMO (Sliding Mode Observer): Điều khiển định hướng trường - TDC (Direct Torque Control): Điều khiển mô men trực tiếp - DSP (Digital Signal Processor): Bộ xử lý tín hiệu số - DSP (Digital Signal Processor): Bộ xử lý tín hiệu số - EMF (Electromotive Force): Lực điện động - BLDC (Brushless DC): Động chiều không chổi than - FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System): Dùng để nâng cao khả điều khiển hệ thống điện tăng khả truyền tải công suất đường dây - TCSC (Thyristor controlled series capacitor) thiết bị dùng truyền tải điện, để nâng cao khả ổn định hệ thống điện, đặc biệt khả ổn định động chế độ cố.) - QHLĐ: Quy hoạch lưới điện - CCĐ: Cung cấp điện HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang ix Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Mối quan hệ nguồn tải Hình Lưu đồ xác định mặt cắt tối thiểu .11 Hình a Hình 3.1 b đỉnh (1) và(5) lát cắt qua t(1)-(2), (1)-(5) 12 Hình 3 a Hình 3.2b Lát cắt thứ qua (1,5)-(2), (1,5)-(6) 12 Hình a Hình 3.3b Lát cắt thứ qua (1,5,2)-(3), (1,5,2)-(6) .13 Hình a Hình 3.5b Lát cắt thứ qua (8,7)-(1,5,2,6), (8,7)-(3), (8,7)-(4) 13 Hình a Hình 3.6b Lát cắt thứ qua (8,7,4)-(1,5,2,6), (8,7,4)-(3) 13 Hình Lát cắt có trọng số nhỏ E={nhánh 2-3, nhánh 6-7} 14 Hình Lưu đồ xác định mặt cắt tối thiểu qua nhánh bị tải 15 Hình Nhánh 1-2 bị tải 16 Hình 10 Mặt cắt tối thiểu qua nhánh qua nhánh 2-3 6-7 16 Hình 11 Mặt cắt qua nhánh 1-2 bị tải sau đưa nút vào tập tải 16 Hình 12 Mặt cắt qua nhánh 1-2 bị tải sau đưa nút vào tập tải 17 Hình 13 Mặt cắt qua nhánh 1-2 bị tải sau đưa nút vào tập tải 17 Hình 14 Mặt cắt qua nhánh 1-2 bị q tải có thơng lượng .17 Hình 15 Mặt cắt tối thiểu khơng qua nhánh 2-6 bị tải 18 Hình 16 Trình tự xác định mặt cắt tối thiểu qua nhánh 2-6 bị tải 18 Hình 17 Thơng lượng w=7 mặt cắt tối thiểu qua nhánh 2-6 bị tải 18 Hình 18 Mặt cắt tối thiểu khơng qua nhánh 3-4 bị tải .19 Hình 19 Trình tự xác định mặt cắt tối thiểu qua nhánh 3-4 bị tải 19 Hình 20 Thơng lượng w=7 mặt cắt tối thiểu qua nhánh 3-4 bị tải 19 Hình 21 Phân bố công suất nhánh 4-7 20 Hình 22 Kết mặt cắt tối thiểu qua nhánh 4-7 bị qua tải .20 Hình 23 Thông lượng w=7 mặt cắt tối thiểu qua nhánh 4-7 bị tải 20 Hình 24 Sơ đồ lưới điện hai mơ hình đại diện theo đồ thị .21 Hình 25 Các lát cắt sơ đồ lưới điện hai 22 Hnh 26 Lát cắt cực tiểu sơ đồ mơ hình 23 Hình 4.1 Hệ thống 24 bus IEEE-RTS Hình 4.2 Lưu đồ giải thuật MFMC cải tiến Hình 4.3 Lưu đồ thuật tốn MFMC cải tiến xác định cơng suất vị trí ES Hình 4.4 Thay đổi công suất ES đặt nút 16 Hình 4.5 Thay đổi cơng suất ES đặt nút Hình 4.6 Thay đổi cơng suất ES đặt nút HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 26 32 35 51 52 52 Trang x Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Vị trí dung lượng lát cắt sơ đồ lưới điện hai 22 Bảng Các trường hợp xảy vị trí lát cắt 24 Bảng 4.1 Dữ liệu nút lưới điện IEEE 24 nút RTS 27 Bảng 4.2 Dữ liệu nhánh lưới điện IEEE 24 nút RTS 28 Bảng 4.3 Dữ liệu máy phát lưới điện IEEE 24 nút RTS 29 Bảng 4.4 Thông số tải nút tải tăng 20% 36 Bảng 4.5 Công suất truyền đường dây tăng tải 20% .37 Bảng 4.6 Thông số tải nút tải tăng 30% 39 Bảng 4.7 Công suất truyền đường dây tăng tải 30% .40 Bảng 0.8 Thông số tải nút tải tăng 35% 42 Bảng 4.9 Công suất truyền đường dây tăng tải 35% .43 Bảng 4.10 Thông số tải nút tải tăng 40% 45 Bảng 4.11 Công suất truyền đường dây tăng tải 40% 46 Bảng 4.12 Ma trận tổng lưu lượng phương pháp MFMC 48 Bảng 4.13 Ma trận tổng lưu lượng phương pháp MFMC cải tiến .49 Bảng 4.14 Kết tính tốn mặt cắt tối thiểu 50 Bảng 4.15 Kết xác nhận nghẽn mạch gắn ES 50 HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang xi Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh CHƢƠNG GIỚI THIỆU LUẬN VĂN Đặt vấn đề Việc phát triển ngành điện phải gắn liền với chiến lược phát triển kinh tế - xã hội phải đảm bảo cung cấp đủ điện cho kinh tế quốc dân đời sống xã hội với chất lượng điện ngày cao, đồng thời phải sử dụng có hiệu nguồn tài nguyên lượng, đa dạng hóa nguồn lượng sơ cấp cho sản xuất điện, bảo tồn nhiên liệu đảm bảo an ninh lượng cho tương lai Tương xứng với nhu cầu tiêu thụ điện ngày tăng, thị trường điện đời mang lại nhiều phúc lợi xã hội Tuy nhiên, nghẽn mạch hệ thống điện xảy thường xuyên Để loại bỏ nghẽn mạch, quy hoạch mở rộng hệ thống truyền tải (TEP) giải pháp cần thiết Mặc dù, TEP nghiên cứu nhiều công trình trước đây, việc kết hợp biện pháp quy hoạch để đưa định hướng cụ thể thách thức cho nhà quy hoạch hệ thống điện Trên sở ưu điểm giải thuật Min-cut việc xác định nhanh điểm gây tắc nghẽn hệ thống, luận văn đưa phương án để thực giải pháp quy hoạch cách hiệu Mạng lưới điện truyền tải đóng góp vai trị quan trọng việc cho phép cung cấp tới tất thành phần liên quan thị trường để cung cấp phân phối nguồn điện Tối ưu hóa mở rộng lưới điện vấn đề quan trọng quy hoạch mở rộng hệ thống điện Mở rộng hệ thống điện thực mở rộng phần nguồn phát (GEP) mở rộng phần phần truyền tải (TEP) mở rộng phần phân phối Trong đó, TEP nghiên cứu rộng rãi phần tách rời quy hoạch mở rộng hệ thống Mục tiêu TEP mở rộng lưới điện hữu để đáp ứng nhu cầu phụ tải phát triển tương lai đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện Mặc dù, TEP nghiên cứu nhiều cơng trình trước đây, yếu tố ảnh hưởng từ thị trường điện làm cho ngày phức tạp trở thành thách thức quan trọng cho nhà quy hoạch hệ thống điện Khác với hệ thống điện truyền thống, nơi mà phụ tải xem chắn, thay đổi thị trường điện cạnh tranh, phụ tải xem không chắn thay đổi theo giá thị trường Thị trường điện đời làm cho nhu cầu tiêu thụ điện ngày tăng mang lại nhiều phúc lợi xã hội Tuy nhiên, làm cho hệ thống thường xuyên bị nghẽn mạch Nghẽn mạch ảnh hưởng trực tiếp đến hợp đồng giao dịch giá điện, giá số vùng tăng lên vùng khác giảm Vì nghẽn mạch nguyên nhân làm méo dạng thị trường giảm phúc lợi xã hội 1.1 HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Bảng 4.14 Kết tính tốn mặt cắt tối thiểu Truyền thống Cải tiến Giải thuật MFMC Từ nút Đến nút Từ nút Đến nút Kết mặt cắt tối thiểu qua nhánh 10 10 4.10 Xác định vị trí cơng suất ES hệ thống 24 bus IEEE Khi sử dụng thuật toán xác định vị trí dung lượng ES chống nghẽn mạch hệ thống điện đề xuất Hình 4.3 Kết thu thể Bảng 4.15 Kết thu giải thuật cách dò khơng thuật tốn ES với giá trị khác vào nút khác hệ thống kiểm tra kết nghẽn mạch đường dây Bảng 4.15 Kết xác nhận nghẽn mạch gắn ES Nút lắp ES 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 10 N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N 20 N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N 30 N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N Dung lƣợng ES (MW) 40 50 60 70 N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N G G G G N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 80 N N N N N G N N N N N N N N N N N N N N N N N N 90 N N N N N G N N N N N N N N N N N N N N N N N N 100 N G N N N G N N N N N N N N N N N N N N N N N N Trang 50 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Xét toán tổng quát hệ thống điện 24 bus IEEE nêu trên, khơng gian tìm kiếm khơng giới hạn nên đặt nguồn ES lên nút hệ thống cho công suất biến thiên từ 10 MW đến 100 MW so sánh vốn đầu tư từ trường hợp để xác định vị trí cơng suất ES thấp nhất, tương ứng với tốn có 240 trường hợp cần tính tốn kết thể Bảng 4.15 Sử dụng phần mềm Matpower 6.0 chạy Matlab 2016 áp dụng ràng buộc để phân bố công suất nhánh cho 240 trường hợp, kết phân bố công suất thể theo dạng Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6, theo đó:  Dạng 1: ES đặt nút 3-24 ngoại trừ nút  Hình 4.4 phân bố cơng suất hệ thống gần thay đổi không đáng kể nên giải tắc nghẽn  Dạng 2: Khi ES đặt nút Hình 4.5 tắc nghẽn hệ thống thể qua biểu thức ràng buộc cơng suất truyền tải có xu hướng giảm dần đến công suất nguồn ES đạt từ 100 MW trở lên tắc nghẽn giải  Dạng 3: ES đặt nút Hình 4.6 phân bố công suất nhánh tải giảm nhanh có nguồn ES đặt hệ thống Kết sau lần thay đổi công suất tương ứng với cơng suất nguồn ES 40 MW tắc nghẽn giải Hình 4.4 Thay đổi cơng suất ES đặt nút 16 HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang 51 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Hình 4.5 Thay đổi cơng suất ES đặt nút Hình 4.6 Thay đổi cơng suất ES đặt nút HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang 52 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Với mục tiêu nâng công suất truyền tải hệ thống điện dựa trữ lượng, luận văn đưa phương pháp xác định vị trí dung lượng trữ dựa thuật toán mặt cắt tối thiểu cải tiến nhằm chống nghẽn mạch cho hệ thống điện truyền tải trường hợp phụ tải tăng lên Qua trình thực hiện, số kết luận đưa sau: −Sử dụng hàm Matpower giải thuật mặt cắt tối thiểu xác định vị trí dung lượng trữ chống tải đường dây trường hợp vận hành tăng tải tương lai −Xây dựng mơ hình tốn cho dung lượng trữ −Xác định dung lượng trữ nút nhằm cứu nhánh khỏi tượng tải −Mô hệ thống điện mẫu 24 nút IEEE −Giải thuật sử dụng có tính khoa học ứng dụng cao nghiên cứu vận hành hệ thống điện −Khảo sát xác định vị trí trữ lưới điện với điều kiện gia tăng phụ tải tương lai 5.2 Hƣớng phát triển đề tài Với mục tiêu nâng công suất truyền tải hệ thống điện dựa trữ lượng, luận văn đưa phương pháp xác định vị trí dung lượng trữ dựa thuật toán mặt cắt tối thiểu cải tiến nhằm chống nghẽn mạch cho hệ thống điện truyền tải trường hợp phụ tải tăng lên Qua trình thực hiện, số kết luận đưa sau: −Sử dụng hàm Matpower giải thuật mặt cắt tối thiểu xác định vị trí dung lượng trữ chống tải đường dây trường hợp vận hành tăng tải tương lai −Xây dựng mơ hình tốn cho dung lượng trữ −Xác định dung lượng trữ nút nhằm cứu nhánh khỏi tượng tải −Mô hệ thống điện mẫu 24 nút IEEE −Giải thuật sử dụng có tính khoa học ứng dụng cao nghiên cứu vận hành hệ thống điện −Khảo sát xác định vị trí trữ lưới điện với điều kiện gia tăng phụ tải tương lai HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang 53 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Ngọc Sang tác giả, “Xác định vị trí công xuất nguồn trữ hệ thống điệnsử dụng giải thuật Min – Cut cải tiến” Tạp chí phát triển khoa học công nghệ kỹ thuật, 3(1), tháng 2020, trang 339 - 351 [2] M Kazerooni and T J Overbye, “Incorporating the geomagnetic disturbance models into the existing power system test cases,” in 2017 IEEE Power and Energy Conference at Illinois (PECI), Feb 2017, pp 1–6, doi: 10.1109/PECI.2017.7935749 [3] C Grigg et al., “The IEEE Reliability Test System-1996 A report prepared by the Reliability Test System Task Force of the Application of Probability Methods Subcommittee,” IEEE Trans Power Syst., vol 14, no 3, pp 1010– 1020, 1999, doi: 10.1109/59.780914 [4] N Padmini, P Choudekar, and M Fatima, “Transmission Congestion Management of IEEE 24-Bus Test System by Optimal Placement of TCSC,” in 2018 2nd IEEE International Conference on Power Electronics, Intelligent Control and Energy Systems (ICPEICES), Oct 2018, pp 44–49, doi: 10.1109/ICPEICES.2018.8897421 [5] J Contreras and F F Wu, “A kernel-oriented algorithm for transmission expansion planning,” IEEE Trans Power Syst., vol 15, no 4, pp 1434–1440, 2000, doi: 10.1109/59.898124 [6] A J C Pereira and J T Saraiva, “Generation expansion planning (GEP) – A long-term approach using system dynamics and genetic algorithms (GAs),” Energy, vol 36, no 8, pp 5180–5199, Aug 2011, doi: 10.1016/j.energy.2011.06.021 [7] S Kannan, S M R Slochanal, and N P Padhy, “Application and Comparison of Metaheuristic Techniques to Generation Expansion Planning Problem,” IEEE Trans Power Syst., vol 20, no 1, pp 466–475, Feb 2005, doi: 10.1109/TPWRS.2004.840451 [8] A Bhuvanesh, S T J Christa, and S Kannan, “Electricity Generation Expansion Planning for Tamil Nadu Considering Greenhouse Gassesemission,” Asian J Res Soc Sci Humanit., vol 7, no 3, p 264, 2017, doi: 10.5958/2249-7315.2017.00170.8 [9] N E Koltsaklis and A S Dagoumas, “State-of-the-art generation expansion planning: A review,” Appl Energy, vol 230, no July, pp 563–589, Nov 2018, doi: 10.1016/j.apenergy.2018.08.087 HVTH: Lê Minh Thanh, MSHV: 1920623 Trang 54 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ NGUỒN TRỮ NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI SỮ DỤNG GIẢI THUẬT MAX – FLOW – MIN – CUT CẢI TIẾN DETERMINE LOCATE ENEGY SOURCES IN POWER TRANSMISSION SYSTEMS USING AN IMPROVED MFMC ALGORITHM Lê Minh Thanh Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM TÓM TẮT Phát triển nguồn trữ để lưu trữ lượng giá rẻ cung cấp ngược lại cho hệ thống điện với giá cao thị trường điện vần đề quan tâm nhiều thời gian gần Tuy nhiên, việc chọn vị trí thích hợp để đặt nguồn trữ thách thức lớn Bên cạnh đó, thuật tốn mặt cắt tối thiểu Max-Flow-Min-Cut (MFMC) áp dụng để xác định vị trí TCSC để quản lý tắc nghẽn áp dụng để xác định vị trí nhánh tắc ngẽn nhiều nhà nghiên cứu quan tâm cịn số hạn chế Thuật tốn Max-Flow-Min-Cut (MFMC), cải tthiện hiệu để loại bỏ tắc ngẽn kết hợp với thuật toán heuristic báo kết mô kiểm tra để xác định vị trí cơng suất nguồn trữ hệ thống điện chuẩn 24 bus IEEE cho thấy tính khả thi phương pháp Từ khóa: Hệ thống điện, vị trí thích hợp, nguồn trữ năng, thuật toán heuristic, thuật toán mặt cắt tối thiểu ABSTRACT Developing energy sources for cheap energy storage and back-supply for power systems at high prices in the electricity market is one of the issues that has been a lot of attention recently However, choosing the right location to place the energy source is a big challenge In addition, the Max-Flow-Min-Cut (MFMC) minimum cross-section algorithm (MFMC) applied to determine the position of the TCSC for congestion management has been applied to locate congested branch Researchers are interested, but it has some limitations Algorithm Max-Flow-Min-Cut (MFMC), will be improved more efficiently to eliminate congestion associated with the heuristic algorithm in the paper and the simulation results are tested to determine position and power The power reserve on the IEEE 24-bus standard power system shows the feasibility of the method Keywords: Electrical system, proper location, power source, heuristic algorithm, minimum cross section algorithm GIỚI THIỆU Quy hoạch phát triển điện nguồn trữ Trong quy hoạch phát triển hệ thống điện có nhiều vấn đề giải để đạt một nhóm mục tiêu đặt tùy theo tốn nghiên cứu, tối ưu phần quan trọng quy hoạch Có số nhóm giải pháp quy hoạch trongđó quy hoạch mở rộng nguồn (GEP) phầnquan trọng quy hoạch hệ thống điện song songvới giải pháp quy hoạch mở rộng lưới điện truyền tải (TEP) Xét góc độ quy hoạch dài hạn, TEP giải pháp cần thiết để giải tốn quy hoạch, khơng phải lúc TEP giải pháp tốt phát triển hệ thống nhằm mục tiêu giải tải, tắc nghẽn ổn định, độ tin cậy hệ thống điện Nhược điểm thường thấy giải pháp TEP chi phí cao đặc biệt bị giới hạn số lượng đường dây mở rộng trụ lắp lên trụ có sẵn phải đền bù giải tỏa phải xây đưởng dây Một số phương pháp tích cực hơn, tiết kiệm Luận văn Thạc sĩ sử dụng để cải thiện hệ thống tái cấu trúc mạng điện, điều khiển trào lưu công suất thiết bị FACTS khơng thể khơng kể đến nhóm giải pháp GEP với vị trí nguồn mở rộng công nghệ hiệu Tuy nhiên, phương pháp có ưu khuyết điểm phạm vi định, khơng phải phương pháp thay cho phương pháp khác Trong năm gần đây, nguồn lượng tái tạo liên kết với hệ thống điện điện gió, lượng mặt trời, … phát triển nhanh phổ cập rộng rãi số lượng lớn quốc gia giới Thời gian phát điện loại nguồn lượng không theo nhu cầu tiêu thụ điện mà theo điều kiện tự nhiên Điều dẫn đến có thời điểm nhu cầu điện thấp nguồn điện phát lên lưới điện có lúc nhu cầu phụ tải điện cao loại nguồn lại sản xuất lượng Để giải vấn đề bất hợp lý nêu trên, giải pháp sử dụng nguồn điện trữ ES, loại nguồn điện cần thiết để bơm lượng vào hệ thống điện khoảng thời gian định cần bổ sung lúc Theo nguyên lý hoạt động, ES cung cấp lượng thời gian tải đỉnh tải gây để đảm bảo hệ thống điện hoạt động ổn định mà không cần nâng cấp hệ thống điện Ngồi ra, ES cịn nâng cao khả truyền tải hệ thống cách nâng công suất phát giúp cho hệ thống không giảm tắc nghẽn mà giảm áp lực cho nguồn điện hữu, nâng cao hiệu vận hành, nâng độ tin cậy, nâng độ dự trữ ổn định hệ thống điện Có nhiều cơng nghệ trữ sử dụng thương mại, loại batteries, loại thiết bị trữ phổ thông nay, có số loại khác chủ yếu dung môi vật liệu sản xuất điện cực Các loại trữ khác công nghệ flywheels supercapacitors sử dụng vị trí cần thiết phải ổn định cơng suất thời gian ngắn Ngoài ra, loại trữ Pumped Hydro Compressed Air thường có cơng suất lớn trữ lượng cao nên dùng hệ thống điện tích cực Mỗi loại cơng nghệ trữ phục vụ cho mục đích điều kiện cụ thể Như vậy, nhờ khả phân bố lại trào lưu công suất giảm tải cho hệ thống CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh truyền tải điện, nguồn ES giải số khiếm khuyết quan trọng phát triển nguồn lượng tái tạo sinh nêu Tuy nhiên, vấn đề đặt quy hoạch GEP nguồn ES vị trí nguồn lắp đặt đâu hệ thống lưới điện cơng suất nguồn đạt hiệu Cơ sở lý thuyết mặt cắt tối thiểu Mạng đồ thị có hướng G = (V, E), có đỉnh A khơng có cung vào gọi điểm phát, đỉnh B khơng có cung gọi đỉnh thu giá trị luồng là: Tổng luồng cung khỏi đỉnh phát tổng luồng cung vào đỉnh thu Ta gọi lát cắt (X, Y) cách phân hoạch tập đỉnh V mạng thành hai tập rời X Y, X chứa đỉnh phát A,Y chứa đỉnh thu B Khả thông qua lát cắt (X, Y) tổng tất khả thông qua cung (u, v) có u ∈X v ∈Y Lát cắt với khả thông qua nhỏ gọi lát cắt hẹp "Min cut" Định lý Ford-Fulkerson phát biểu: "Giá trị luồng cực đại mạng khả thông qua lát cắt hẹp nhất/cực tiểu" Vậy toán mặt cắt tối thiểu tốn tìm lát cắt có luồng nhỏ Thuật toán "min cut" Mechtild Stoer Frank Wagner Mechtild Stoer Frank Wagner dựa định lý Ford-Fulkerson thiết lập thuật toán xác định mặt cắt tối thiểu "min cut" để xác định lát cắt nhỏ mạng cách chia tập hợp đỉnh mạng thành hai phần riêng biệt, với trọng số lát cắt tổng trọng số cạnh mà lát cắt qua Thuật tốn Cho đồ thị vơ hướng G = (V, E), với V tập đỉnh, E tập cạnh cạnh e có trọng số dương w(e) MinimumCutPhase (G, w, a); A  {a}; Với A  V Thêm vào A đỉnh kết nối mạnh (trọng số lớn nhất), ghi bước cắt rút lại G cách cộng hai đỉnh thêm vào cuối Một tập A đỉnh đồ thị phát triển bắt đầu với đỉnh đơn tùy ý A = V Tại bước, đỉnh bên ngồi A kết nối mạnh với A (có trọng số lớn nhất) thêm vào, đỉnh thêm vào: Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Bắt đầu , với w(A,y) tổng trọng số tất cạnh A y Vào cuối bước cắt, hai đỉnh thêm vào cuối cộng lại Hai đỉnh thay đỉnh cạnh từ hai đỉnh đến đỉnh lại gán trọng số tổng trọng số hai cạnh trước Thuật tốn kết thúc chia tập hợp đỉnh đồ thị thành hai phần riêng biệt lát cắt tối thiểu (Mincut) lát cắt có trọng số nhỏ tồn bước cắt Nếu bước cắt có trọng số nhỏ lát cắt cực tiểu lát cắt cực tiểu Cụ thể sau: Tiến hành tạo lát cắt đơn giản (lát cắt nguồn {S} lát cắt tải {t}) cho cô lập lần đỉnh nguồn đỉnh tải khỏi đồ thị So sánh tổng thông lượng lát cắt (ws wt) Tại lát cắt có thơng lượng lớn nhất, max(ws wt) đưa đỉnh có nhánh thơng lượng lớn vào đỉnh nguồn (nếu thực lát cắt nguồn) hay vào đỉnh tải (nếu thực lắt cắt tải) Tính lại thơng lượng sau thực bước Quay lại bước Quá trình kết thúc khơng cịn đỉnh bền ngồi tập nguồn tập tải tạo thành đồ thị suy biến Từ đồ thị suy biến, tiến hành phục hồi lại đồ thị cũ giữ nguyên vị trí nhánh qua lát cắt cực tiểu Nhập liệu topo nhánh, n số nút S={s}, T={t}, n:=n-2 Đưa nút S* vào {s} Tính tổng thơng lượng lát cắt S= ws T=wt nút S*=Max(Wsi) Yes Đưa nút T* vào {t} S>T nút T*=Max(Wti) No SPES,max N END Hình 3: Lưu đồ thuật tốn MFMC cải tiến xác định cơng suất vị trí ES Xác định vị trí công suất ES hệ thống 24 bus IEEE [7] – [9] Nút lắp ES 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 10 N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N 20 N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N 30 N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N Dung lƣợng ES (MW) 40 50 60 70 80 N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N G G G G G N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N 90 100 N N N G N N N N N N G G N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N Bảng 1, Kết xác nhận nghẽn mạch gắn ES Luận văn Thạc sĩ So sánh MFMC truyền thống cải tiến hệ thống 24 bus IEEE Giả sử phụ tải hệ thống 1,35 lần so với chuẩn RTS liệu phụ tải Khi đó, nêu hệ thống q tải nhánh 6-10 Sử dụng giải thuật MFMC truyền thống cải tiến (  =175), chúngta nhận kết mặt cắt tối thiểu qua nhánh sau: Phân bố công suất (bằng phầm mềm Matpower 6.0) hệ thống Bảng sau nhận kết nhánh 8-9 8-10 mặt cắt tối thiểu theo giải thuật truyền thống non tải (55% 42%), nhánh 6-10 tải 111% lại bị bỏ sót Tuy nhiên, theo MFMC cải tiến nhánh tải 6-10 lại cập nhật mặt cắt tối thiểu, nút thắt cổ chai hệ thống cần xem xét để cải thiện hệ thống tốt Bảng Kết so sánh HƢỚNG PHÁT TRIỂN - Kết luận Với mục tiêu nâng công suất truyền tải hệ thống điện dựa trữ lượng, luận văn đưa phương pháp xác định vị trí dung lượng trữ dựa thuật toán mặt cắt tối thiểu cải tiến nhằm chống nghẽn mạch cho hệ thống điện truyền tải trường hợp phụ tải tăng lên Qua trình thực hiện, số kết luận đưa sau: Sử dụng hàm Matpower giải thuật mặt cắt tối thiểu xác định vị trí dung lượng trữ chống tải đường dây trường hợp vận hành tăng tải tương lai Xây dựng mơ hình tốn cho dung lượng trữ Xác định dung lượng trữ nút nhằm cứu nhánh khỏi tượng tải CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Mô hệ thống điện mẫu 24 nút IEEE Giải thuật sử dụng có tính khoa học ứng dụng cao nghiên cứu vận hành hệ thống điện Khảo sát xác định vị trí trữ lưới điện với điều kiện gia tăng phụ tải tương lai - Hướng phát triển Với mục tiêu nâng công suất truyền tải hệ thống điện dựa trữ lượng, luận văn đưa phương pháp xác định vị trí dung lượng trữ dựa thuật toán mặt cắt tối thiểu cải tiến nhằm chống nghẽn mạch cho hệ thống điện truyền tải trường hợp phụ tải tăng lên Qua trình thực hiện, số kết luận đưa sau: Sử dụng hàm Matpower giải thuật mặt cắt tối thiểu xác định vị trí dung lượng trữ chống tải đường dây trường hợp vận hành tăng tải tương lai Truyền Cải tiến thống Giải thuật MFMC Từ Đến Từ Đến nút nút nút nút Kết mặt cắt tối thiểu qua 10 10 nhánh Xây dựng mơ hình tốn cho dung lượng trữ Xác định dung lượng trữ nút nhằm cứu nhánh khỏi tượng tải Mô hệ thống điện mẫu 24 nút IEEE Giải thuật sử dụng có tính khoa học ứng dụng cao nghiên cứu vận hành hệ thống điện Khảo sát xác định vị trí trữ lưới điện với điều kiện gia tăng phụ tải tương lai Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Ngọc Sang tác giả, “Xác định vị trí cơng xuất nguồn trữ hệ thống điệnsử dụng giải thuật Min – Cut cải tiến” Tạp chí phát triển khoa học công nghệ kỹ thuật, 3(1), tháng 2020, trang 339 - 351 [2] J Contreras and F F Wu, “A kernel-oriented algorithm for transmission expansion planning,” IEEE Trans Power Syst., vol 15, no 4, pp 1434–1440, 2000, doi: 10.1109/59.898124 [3] A J C Pereira and J T Saraiva, “Generation expansion planning (GEP) – A longterm approach using system dynamics and genetic algorithms (GAs),” Energy, vol 36, no 8, pp 5180–5199, Aug 2011, doi: 10.1016/j.energy.2011.06.021 [4] S Kannan, S M R Slochanal, and N P Padhy, “Application and Comparison of Metaheuristic Techniques to Generation Expansion Planning Problem,” IEEE Trans Power Syst., vol 20, no 1, pp 466–475, Feb 2005, doi: 10.1109/TPWRS.2004.840451 [5] A Bhuvanesh, S T J Christa, and S Kannan, “Electricity Generation Expansion Planning for Tamil Nadu Considering Greenhouse Gassesemission,” Asian J Res Soc Sci Humanit., vol 7, no 3, p 264, 2017, doi: 10.5958/2249-7315.2017.00170.8 [6] N E Koltsaklis and A S Dagoumas, “State-of-the-art generation expansion planning: A review,” Appl Energy, vol 230, no July, pp 563–589, Nov 2018, doi: 10.1016/j.apenergy.2018.08.087 [7] M Kazerooni and T J Overbye, “Incorporating the geomagnetic disturbance models into the existing power system test cases,” in 2017 IEEE Power and Energy Conference at Illinois (PECI), Feb 2017, pp 1–6, doi: 10.1109/PECI.2017.7935749 [8] C Grigg et al., “The IEEE Reliability Test System-1996 A report prepared by the Reliability Test System Task Force of the Application of Probability Methods Subcommittee,” IEEE Trans Power Syst., vol 14, no 3, pp 1010–1020, 1999, doi: 10.1109/59.780914 [9] N Padmini, P Choudekar, and M Fatima, “Transmission Congestion Management of IEEE 24-Bus Test System by Optimal Placement of TCSC,” in 2018 2nd IEEE International Conference on Power Electronics, Intelligent Control and Energy Systems (ICPEICES), Oct 2018, pp 44–49, doi: 10.1109/ICPEICES.2018.8897421 Tác giả chịu trách nhiệm viết: Họ tên: Lê Minh Thanh Xác nhận Giảng viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) Đơn vị: Ban QLDA Điện lực miền Nam Điện thoại: 0933183579 Email: lmthanh2708@gmail.com PGS TS Trƣơng Việt Anh Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh S K L 0 ... CHƢƠNG 4: Xác định nguồn trữ lƣới điện truyền tải IEEE 24 BUS sử dụng giải thuật MAX FLOW MIN CUT cải tiến [1] 26 4.1 Cấu hình lưới điện IEEE 24 BUS: 26 4.2 Giải thuật MFMC cải tiến ... quy hoạch xác định hệ thống điện tải vị trí truyền tải từ nguồn phát đến nơi tiêu thụ Đây thông tin quan trọng việc truyền tải để đưa định tiếp tục vận hành hay quy hoạch lại hệ thống điện HVTH:... luận văn Chương Giới thiệu luận văn Chương 2: Tổng quan quy hoạch lưới điện truyền tải Chương 3: Cơ sở lý thuyết mặt cắt tối thiểu Chương 4: Xác định vị trí nguồn trữ hệ thống lưới điện truyền tải