Tái cấu trúc lưới nhằm giảm tổn thất công suất cho lưới điện phân phối theo đồ thị phụ tải

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC - NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tên đề tài: TÁI CẤU TRÚC LƯỚI NHẰM GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THEO ĐỒ THỊ PHỤ TẢI Chủ nhiệm đề tài: Tơn Ngọc Triều TP Hồ Chí Minh, năm 2019 i ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tên đề tài: TÁI CẤU TRÚC LƯỚI NHẰM GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THEO ĐỒ THỊ PHỤ TẢI Chủ nhiệm đề tài: Tôn Ngọc Triều Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 01 năm 2019 ii UBND TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG Độc lập - Tự - Hạnh phúc CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ NĂM HỌC 2018 - 2019 Tên đề tài: Tiếng Việt: TÁI CẤU TRÚC LƯỚI NHẰM GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THEO ĐỒ THỊ PHỤ TẢI Tiếng Anh: Thời gian thực hiện: 06 tháng Bắt đầu từ tháng 08 năm 2018 đến tháng 01 năm 2019 Đề tài có trùng với đề tài tiến hành không? Không Chủ nhiệm đề tài (Kèm theo Lý lịch khoa học theo biểu mẫu 02) - Họ tên: Tơn Ngọc Triều, Giới tính: Nam - Chun mơn đào tạo: Thiết bị mạng Nhà máy điện - Học hàm, học vị: Thạc sỹ - Chức vụ: Trưởng khoa - Đơn vị công tác: Khoa Điện – Điện tử - Địa liên hệ: 4/23, Khu phố 2, Phường Phước Long A, Quận 9, Tp HCM - Số điện thoại: 0989517318; Email: tonngoctrieu@gmail.com; tonngoctrieu@tdc.edu.vn Tóm tắt hoạt động nghiên cứu chủ nhiệm đề tài (Các chương trình, đề tài nghiên cứu khoa học tham gia, công trình cơng bố liên quan tới phương hướng đề tài) Thời Tên đề tài/cơng trình Tư cách iii Cấp quản lý/nơi công bố gian tham gia 2011 2011 Nâng cao hiệu suất máy phát Đồng Tạp chí Giáo dục Kỹ thuật- Số 13- điện gió cơng suất bé tác giả Trường Đại Học SPKT Tp.HCM Máy phát điện gió cơng suất nhỏ Đồng Hội thảo Khoa học công nghệ tác giả 2012 2013 Lựa chọn máy phát điện gió Tác giả Bản tin KHCN, số 6/2012 cơng suất nhỏ có hiệu suất cao Trường Cao đẳng Cơng nghệ Thủ phù hợp với điều kiện Việt Nam Đức Tự động hóa thiết kế lưới điện Đồng Bản tin KHCN, số 01/2013 phân phối tác giả Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức 2013 Nghiên cứu độ tin cậy cung cấp Đồng Bản tin KHCN, số 02/2013 điện liên tục quy hoạch tác giả Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ nâng cấp lưới điện trung áp Đức Việt Nam 2014 Mơ hình điều chỉnh dịng cơng Chủ trì suất lưới điện 2015 NCKH, Trường Cao đẳng công nghệ Thủ Đức PWM Technique Using Variable Đồng Tạp chí: Mitteilungen Switching Frequency To Reduce tác giả Klosterneuburg Current Thd In Grid-Connected www.mitt-klosterneuburg.com Inverters 2015 Mơ hình máy phát điện sử dụng Chủ trì nam châm vĩnh cửu 2016 2016 NCKH, Trường Cao đẳng công nghệ Thủ Đức Sử dụng thuật tốn GSA điều Đồng Tạp chí KHCN Đà Nẵng phối tổ máy phát điện tác giả Số (102) – 2016 Service Restoration In Radial Đồng Hội nghị quốc tế: Advanced Distribution System Using tác giả Technology& Sustaunable Continuousgenetic Algorithm Development, (ICATSD 2016) August 21-23, 2016, iv ISBN: 978-604-920-040-3 2017 Điều khiển gián tiếp tựa theo từ Đồng Tạp chí KHCN Tiền Giang trường cho động không đồng tác giả Số (102) – 2016 Chủ trì NCKH, Trường Cao đẳng cơng nghệ sử dụng điều khiển logic mờ 2017 Mơ hình tận dụng nguồn nhiệt chuyển đổi thành điện 2018 Thủ Đức Mơ hình an tồn điện Chủ trì NCKH, Trường Cao đẳng công nghệ Thủ Đức v Cơ quan phối hợp cộng tác viên đề tài (Ghi rõ đơn vị cá nhân mời nhận lời mời tham gia đề tài, cá nhân tham gia Đề tài phải có Lý lịch khoa học theo mẫu 02 ý kiến xác nhận đồng ý tham gia đồng thực đề tài) Cộng tác viên TT Cơ quan phối hợp Họ tên Chuyên ngành Cơ quan/đơn vị ứng dụng kết nghiên cứu TT Tên quan/đơn vị ứng dụng kết Địa nghiên cứu Khoa Điện – Điện tử, Trường CĐCN Thủ Đức 53 Võ Văn Ngân – P Linh Chiểu – Quận Thủ Đức – Tp Hồ Chí Minh Thuyết minh cần thiết đề tai - Tổng quan cơng trình nghiên cứu nước liên quan tới vấn đề nghiên cứu đề tài: Điện dạng lượng đặc biệt, lượng điện khơng thể dễ dàng tích trữ với lượng lớn, nhu cầu phụ tải địi hỏi phải đáp ứng cơng suất thời điểm. Điều đòi 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 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 thị trường điện - Lý chọn đề tài: 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 vi phát triển theo quy hoạch nên việc tính tốn để tái cấu trúc lưới điện để đạt cho mục tiêu phức tạp Vì việc tìm giải thuật để giải vấn đề đặt cần thiết, đảm bảo cho tốn tính tốn đơn giản, hội tụ nhanh mục tiêu đặt vấn đề quan tâm nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu, nghiên cứu sinh tổ chức Lưới điện phân phối vận hành theo kiểu hình tia, thiết kế theo kiểu mạch vịng để tăng độ tin cậy q trình cung cấp điện Tổn thất lượng lưới phân phối khoảng 10%-11%, so với 2%-3% lưới truyền tải Vì vậy, nghiên cứu biện pháp giảm tổn thất điện lưới phân phối nhu cầu cần giải hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích kinh tế đặt biệt chi phí hiệu việc tham gia thị trường điện Hiện nay, có nhiều biện pháp để giảm tổn thất điện q trình phân phối điện như: bù cơng suất phản kháng, nâng cao điện áp vân hành lưới điện phân phối, tăng tiết diện dây dẫn Tuy nhiên, biện pháp mang tính khả thi kỹ thuật lại tốn chi phí đầu tư lắp đặt thiết bị thực Trong đó, biện pháp tái cấu trúc lưới thơng qua việc chuyển tải cách đóng/mở cặp khố điện có sẵn lưới giảm tổn thất điện đáng kể đạt cân công suất tuyến dây mà không cần nhiều chi phí để cải tạo lưới điện lựa chọn cấu trúc lưới thay đổi đồ thị phụ tải để vận hành nhằm mang lại tính khả thi kỹ thuật mang lại lợi ích kinh kế Ngồi mục tiêu giảm chi phí việc lựa chọn cấu hình thay đổi phù hợp theo phụ tải cịn nâng cao khả mang tải lưới, làm giảm sụt áp cuối đường dây giảm thiểu rủi ro bị điện có cố hay cần sửa chữa đường dây + Tính thời đề tài: Trong trình vận hành, thực tế việc tái cấu trúc lưới nhằm giảm tổn thất lượng điều kiện phải thoả mãn ràng buộc kỹ thuật với hàng trăm khoá điện hệ thống điện phân phối điều vơ khó khăn điều độ viên Do đó, ln cần phương pháp phân tích phù hợp với lưới điện phân phối thực tế giải thuật đủ mạnh để tái cấu trúc lưới điều kiện thoả mãn mục tiêu điều khiển điều độ viên xác định cấu thay đổi lưới điện phân phối để lợi nhuận giảm tổn thất điện phải lớn chi phí đóng/mở khóa điện phù hợp với thay đổi theo thời gian đồ thị phụ tải Thực tế cho thấy, vận hành với cấu hình thay đổi liên tục nhằm mục tiêu xem xét tất cấu hình thay đổi cấu hình có tổn thất điện bé mà mang lại lợi nhuận lớn chi phí cho việc thay đổi khóa điện phương án hiệu cần phải xem xét để đưa vào thực thi Như vậy, để tìm cấu hình thay đổi theo đồ thị phụ tải tốt cần có phải cấu hình lại lưới điện nhằm tìm cấu hình thay đổi nhằm mang lại lợi nhuận vận hành có tổn thất bé lớn so với chi phí vận hành thay đổi khóa điện vii + Tính cấp thiết đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, nâng cao chất lượng đào tạo: Trên sở những kết cơng trình nghiên cứu trước đạt được, đề tài “Tái cấu trúc lưới nhằm giảm tổn thất công suất cho lưới điện phân phối theo đồ thị phụ tải” với mục đích nghiên cứu, áp dụng thuật toán để lưới điện phân phối vận hành với chi phí bé nhằm mang lại lợi ích cho cơng ty quản lý lưới điện ngành điện Đơn vị, địa bàn tiến hành nghiên cứu (Phường/Xã, Quận/Huyện, Tỉnh/T.P, Vùng) - Hiểu biết thực tế tác giả đơn vị, địa bàn nghiên cứu + Các xưởng thực hành Điện công nghiệp – Trường ĐH Sư phạm kỹ thuật Tp HCM + Các xưởng thực hành Điện công nghiệp, Điện tử công nghiệp – Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Tp HCM Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu lý thuyết; - Nghiên cứu thực nghiệm; 10 Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài - Đối tượng: Lưới điện phân phối - Phạm vi:  Thuật tốn tái cấu hình lưới điện phân phối  Hàm mục tiêu hàm lợi nhuận cho trạng thái lưới  Sử dụng phần mềm PSS- ADEPT kiểm chứng 11 Các phương pháp nghiên cứu sử dụng để nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu thực nghiệm 12 Các chuyên đề nghiên cứu dự kiến đề tài viii  Tìm hiểu lưới điện phân phối  Tìm hiểu giải thuật tái cấu hình lưới  Xây dựng hàm mục tiêu đặt để đề xuất phương pháp giải chi phí lợi nhuận so với chi phí vận hành  Kiểm tra lưới lưới phân phối mẫu IEEE lưới điện thực tế cụ thể  Chạy phần mềm PSS- ADEPT để kiểm chứng 13 Cấu trúc dự kiến báo cáo kết đề tài Đề tài dự kiến gồm chương Chương 1: Mở đầu Chương 2: Tái cấu hình lưới điện phân phối nhằm tổn thất điện bé Chương 3: Xác định trạng thái vận hành lưới điện phân phối có chi phí bé giải thuật tái cấu hình Chương 4: Mơ lưới điện phần mềm PSS- ADEPT Chương 5: Kết luận hướng nghiên cứu Tài liệu tham khảo 14 Tính đa ngành liên ngành đề tài - Đề tài liên quan đến ngành/chuyên ngành: Điện, Điện tử, Điện tử viễn thơng - Tính đa/liên ngành thể nội dung trình triển khai đề tài: Kỹ thuật 15 Khả sử dụng sở vật chất, trang thiết bị - Phòng thực hành Điện cơng nghiệp: B008, B005 ix - Phịng thực hành Điện tử: B108; B107 16 Khả hợp tác quốc tế - Hợp tác đã/đang có (tên tổ chức vấn đề hợp tác): Chưa - Hợp tác có (tên tổ chức vấn đề hợp tác): Chưa 17 Các hoạt động nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu lý thuyết  - Điều tra khảo sát - Xây dựng mơ hình thử nghiệm  - Biên soạn tài liệu - Viết báo cáo khoa học - Hội thảo khoa học  - Tập huấn  - Các hoạt động khác  18 Kết dự kiến 18.1 Kết khoa học - Dự kiến đóng góp đề tài: Giải thuật tái cấu hình, sử dụng phần mềm PSSADEPT để tái cấu hình lưới điện - Số báo, sách, báo cáo khoa học dự kiến công bố: 01 18.2 Kết ứng dụng - Các sản phẩm công nghệ: Giải thuật tái cấu hình, tái cấu hình sử dụng phần mềm PSS- ADEPT - Khả ứng dụng thực tế kết quả: Dùng làm mơ hình học tập, giảng dạy cho Bộ môn/ Khoa cho môn học Cung cấp điện, CAD kỹ thuật điện 18.3 Kết ứng dụng khác x Line14_15 12 6 13 13 15 Line15_16 34 23 17 17 37 36 43 Line16_17 25 12 9 20 19 22 Line17_18 7 15 14 17 Line33_18 9 11 Line9_15 32 26 19 19 42 40 48 Bảng 4 Số liệu tính tốn I2*T1 I2*T1 I2*T2 I2*T3 I2*T4 I2*T5 I2*T6 I2*T7 Thời Thời Thời Thời Thời Thời Thời Nhánh đoạn đoạn đoạn đoạn đoạn đoạn đoạn Line2_3 84500 34848 35344 25947 158404 81608 220900 Line3_4 25205 10082 10000 7203 43264 23328 61504 Line4_5 23120 9248 8836 6627 39204 21632 56644 Line5_6 19220 7442 7056 5292 30976 17298 44944 Line6_26 2000 882 1156 867 5476 2312 7056 Line26_27 1280 578 676 507 3364 1458 4356 Line27_28 720 288 400 300 1936 722 2304 Line3_23 15125 6272 6724 5043 30976 15138 41616 Line23_24 14045 5618 5776 4332 27556 13448 36864 Line24_25 12500 5000 5184 3888 24336 11858 33124 Line29_25 10580 4050 4356 3072 19600 9800 26896 Line29_30 11520 4418 4624 3468 22500 10368 29584 53 Line28_29 320 128 144 108 784 338 1024 Line30_31 3920 1152 1156 867 5776 2738 7744 Line31_32 405 4 Line32_33 180 18 16 12 64 32 100 Line6_7 980 338 400 300 2116 882 2704 Line7_8 405 128 144 108 576 288 784 Line8_9 6845 2048 2304 1587 10404 4802 13924 Line1_2 246420 101250 102400 75843 462400 236672 640000 Line2_19 39605 15842 15876 11907 72900 36992 99856 Line19_20 36980 14792 14884 11163 68644 34848 94864 Line20_21 34445 13448 13924 10092 62500 31752 86436 Line21_22 5780 2178 2304 1728 10816 5202 14884 Line21_8 8820 3528 3364 2523 15376 8192 21904 Line22_12 5120 1922 1936 1452 8836 4418 12100 Line10_11 80 32 16 12 100 50 144 Line9_10 16 12 64 32 100 Line11_12 320 128 144 108 676 338 900 Line12_13 1445 450 484 363 2304 1058 2916 Line13_14 980 288 256 192 1296 648 1764 Line14_15 720 162 144 108 676 338 900 Line15_16 5780 1058 1156 867 5476 2592 7396 Line16_17 3125 288 324 243 1600 722 1936 Line17_18 162 196 147 900 392 1156 Line33_18 45 72 64 75 324 162 484 54 Line9_15 5120 1352 1444 1083 7056 3200 9216 Ở ta thấy có thay đổi khóa mở vịng 4: khóa thay đổi là: 1718; 31-32; 32-33 Bảng Các khóa mở sử dụng cấu hình giai đoạn 29-28; 29-28; 29-28; 29-28; 29-28; 29-28; 29-28; TOPO (ΔAmin không chuyển tải) 29-28; Các 14-15; 14-15; 14-15; 14-15; 14-15; 14-15; 14-15; 14-15; khóa 7-8; 7-8; 7-8; 7-8; 7-8; 7-8; 7-8; 7-8; mở 9-10; 9-10; 9-10; 9-10; 9-10; 9-10; 9-10; 9-10; 17-18 31-32 31-32 31-32 31-32 31-32 31-32 32-33 Thời Thời đoạ đoạn n Thời đoạn Thời đoạn Thời đoạn Thời đoạn Thời đoạn Thời đoạn Nhận xét: - Khi sử dụng TOPO cho kết tối ưu cơng suất trung bình tương ứng khóa mở 29-28; 14-15; 7-8; 9-10; 32-33 - Khi tính tốn tối ưu thời đoạn có khóa mở: 29-28; 14-15; 7-8; 9-10; 1718 - Còn từ thời đoạn đến giai đoạn coi không đổi chọn khóa mở 2928; 14-15; 7-8; 9-10; 31-32 Như vận hành sau: thay đổi khóa điện từ 29-28; 14-15; 7-8; 910; 31-32 thành 29-28; 14-15; 7-8; 9-10; 17-18 có lợi nhuận là: (405-5)*21.R (KWh) Tương ứng với số lần chuyển khóa n là: 55 n c ∑ t i ( I21i - I 22i ) R LOOP n= i=1 ( Cclose + Copen ) = ( 405-5 ) cR LOOP , n ∈N ( Cclose + Copen ) Ở đây, ta có lần chuyển khóa (mở khóa đóng khóa), thể bảng sau: Bảng Các khóa mở lựa chọn sử dụng cấu hình giai đoạn Stt Giá chuyển khóa (Copen + Cclose) (VNĐ) Lợi nhuận giảm tổn thất điện (VNĐ) 2x(400+400).103 630.10 , giá điện 1500VNĐ 2x(350+350).103 1890.103, giá điện 4500VNĐ 2x(300+300).103 1890.103, giá điện 4500VNĐ 2x(200+200).103 1890.103, giá điện 4500VNĐ 56 nN Vận hành Khơng nên chuyển khóa n=0,39 (Giữ nguyên cấu hình => n=0 TOPO): 29-28; 14-15; 7-8; 9-10; 32-33 Chọn n=1 L=1890-2x700=490< 630 n=1,35 Chọn n=0 ; L=630 => n=1 Khơng nên chuyển khóa (Giữ ngun cấu hình TOPO): 29-28; 14-15; 7-8; 9-10; 32-33 Chọn n=1 L=1890-4x300 = 690>630 Vận hành giai đoạn: Từ thời đoạn 2-7: vận n=1,57 hành mở khóa 29=> n=1 28; 14-15; 7-8;9-10; 3132 Thời đoạn 1: vận hành khóa mở: 2928; 14-15; 7-8; 9-10; 17-18 n=2,36=> Chọn n=2 n=2 L=1890-2x4x200 = 290