TÓM TẮT Luận văn sử dụng thuật toán One Rank Cuckoo Search ORCS để giải quyết bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối LĐPP giảm tổn thất công suất tác dụng.. Trong khi đó, tái cấu trúc
GIỚI THIỆU CHUNG
Lý do chọn đề tài
Hệ thống điện phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện đến hộ tiêu thụ Vì lý do kỹ thuật, nó luôn được vận hành theo kiểu hình tia, mặc dù được thiết kế theo kiểu mạch vòng để tăng độ tin cậy trong quá trình cung cấp điện
Theo số liệu của Tập đoàn Điện lực Việt Nam năm 2015, tổn thất điện năng đo được là từ 7% - 8% so với 2% - 3% trên lưới điện truyền tải [1] Thực tế, việc giảm tổn thất điện năng góp phần làm giá thành điện năng giảm, dẫn đến hạ giá thành các sản phẩm và thúc đẩy kinh tế phát triển, phục vụ nhu cầu dân sinh ngày càng cao
Vì vậy, nhiều phương pháp để giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy trên LĐPP đã được thực hiện nhưng lại tốn các chi phí đầu tư và lắp đặt thiết bị như: nâng cao điện áp vận hành lưới điện phân phối, tăng tiết diện dây dẫn, hoặc lắp đặt tụ bù nhằm giảm truyền tải công suất phản kháng trên lưới điện Trong khi đó, tái cấu trúc lưới là phương pháp không cần chi phí để cải tạo lưới điện, bằng cách đóng hoặc mở các cặp khóa điện có sẵn trên lưới cũng làm giảm tổn thất điện năng đáng kể, khi đạt được cân bằng công suất giữa các tuyến dây Không chỉ dừng lại ở mục tiêu giảm tổn thất điện năng, tái cấu trúc LĐPP còn có thể nâng cao khả năng tải của lưới điện, giảm sụt áp cuối lưới và giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị mất điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa đường dây
Trong quá trình vận hành, thực tế việc tái cấu trúc lưới nhằm giảm tổn thất năng lượng trong điều kiện phải thoả mãn các ràng buộc kỹ thuật với hàng trăm khoá điện trên hệ thống điện phân phối là điều vô cùng khó khăn đối với các điều độ viên Do đó luôn cần một phương pháp phân tích phù hợp với LĐPP thực tế và một giải thuật đủ mạnh để tái cấu trúc lưới điện trong điều kiện thoả mãn các ràng buộc kỹ thuật trong hệ thống điện phân phối
Với những ưu điểm của bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối, các nhà khoa học đã không ngừng nghiên cứu tìm ra các thuật toán và phát triển chúng ngày một hoàn thiện hơn để giải quyết bài toán tái cấu trúc lưới điện Đã có rất nhiều thuật toán từ cổ điển cho đến trí tuệ nhân tạo được sử dụng như: Quadratic Programming (QP) [2], Linear Progrmaming (LP) [3], Interior Point Methods (IPM) [4], Mixed- Integer Programming (MIP) [5], Evolutionary Programming (EP) [6], Genetic Algorithm (GA) [7], Differential Evolution (DE) [8], Ant Colony Optimization (ACO) [9], Particle Swarm Optimization (PSO) [10],…
Ngày càng nhiều thuật toán dạng metaheuristic ra đời lấy cảm hứng từ thiên nhiên Mới đây, hai nhà toán học Xin-She Yang và Suash Deb đã đưa ra thuật toán mới Cuckoo Search (CS) được phát triển năm 2009 [11], [12] Thuật toán CS lấy cảm hứng từ hành vi của loài chim Cuckoo kết hợp với đặc tính Lévy flight Mặc dù thuật toán CS tốt hơn các thuật toán PSO, GA, DE trong việc giải quyết các bài toán tối ưu hệ thống điện, tuy nhiên, giải pháp tối ưu dựa trên bước đi ngẫu nhiên Lévy flight không được đảm bảo hội tụ nhanh Do đó, năm 2013, Ahmed S Tawfik và cộng sự đã đề xuất thuật toán One Rank Cuckoo Search (ORCS) [13] với 2 sự hiệu chỉnh so với phương pháp CS và cho kết quả tốt hơn CS trong 10 hàm chuẩn và đặc biệt đối với bài toán tối ưu Và đó cũng chính là lý do tôi chọn đề tài “Áp dụng thuật toán One Rank Cuckoo Search để tái cấu trúc lưới điện phân phối” cho luận văn thạc sĩ.
Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu nghiên cứu là áp dụng thuật toán One Rank Cuckoo Search để giải bài toán tái cấu trúc LĐPP nhằm giảm tổn thất công suất
Từ mục tiêu nghiên cứu như trên, nhiệm vụ của luận văn bao gồm:
- Đọc các bài báo viết về tái cấu trúc lưới điện từ trước đến nay trên thế giới
Phân loại theo các phương pháp khác nhau
- Tìm hiểu các phương pháp tối ưu để giải bài toán tái cấu trúc hệ thống điện
- Tìm hiểu bài toán tái cấu trúc hệ thống điện và xây dựng hàm mục tiêu đạt mục đích đề ra
- Áp dụng thuật toán ORCS để giải bài toán tái cấu trúc trên mạng điện chuẩn
So sánh kết quả thu được của thuật toán ORCS với các kết quả đã được công bố trước đây
- Áp dụng phương pháp đề xuất vào LĐPP thực tế
- Đưa ra kết luận và hướng nghiên cứu phát triển đề tài.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của luận văn là tập trung vào bài toán: “Tái cấu trúc để giảm tổn thất công suất tác dụng và cải thiện chất lượng điện áp trong lưới điện phân phối”.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp giải quyết bài toán sẽ gồm 4 bước như sau:
+ Nghiên cứu về thuật toán ORCS
+ Xây dựng giải thuật dựa trên thuật toán ORCS để giải bài toán tái cấu trúc LĐPP
+ So sánh kết quả với các kết quả đã được công bố trước đây
+ Áp dụng phương pháp đề xuất vào LĐPP thực tế
Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Giới thiệu tổng quan về bài toán tái cấu trúc cũng như các phương pháp đã được áp dụng để giải quyết bài toán
Chương 3: Bài toán tái cấu trúc LĐPP
Chương 4: Giới thiệu giải thuật ORCS và áp dụng giải thuật này vào bài toán tái cấu trúc LĐPP
Chương 5: Kết quả tính toán Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài
TỔNG QUAN
Giới thiệu
Hiện nay, do cấu trúc của LĐPP không thay đổi nhưng phụ tải ngày càng tăng, dẫn đến tổn thất của LĐPP tăng lên Do đó, để giảm tổn thất của LĐPP, người ta sẽ dùng các biện pháp như: đặt tụ bù tại các vị trí thích hợp, cải tạo lại lưới điện… Tuy nhiên trong thực tế, làm như vậy sẽ đòi hỏi sự đầu tư rất nhiều mà hiệu quả giảm tổn thất điện năng lại không đáng kể Chính vì vậy, để hệ thống phụ tải tăng trong giới hạn cho phép của LĐPP, và giảm tổn thất điện năng trên đường dây, phương pháp tái cấu trúc LĐPP là giải pháp hữu hiệu
Trong thời gian gần đây, sự tiến bộ vượt bậc của khoa học trong lĩnh vực trí thông minh nhân tạo đã liên tục đưa ra các thuật toán để giải bài toán tái cấu trúc LĐPP Việc áp dụng một thuật toán mới để giải bài toán tái cấu trúc hiệu quả hơn là một nhu cầu cấp thiết Trên cơ sở đó, tôi đề nghị áp dụng thuật toán One rank Cuckoo Search để giải lại bài toán tái cấu trúc LĐPP với hy vọng tìm ra một giải pháp tốt.
Lưới điện phân phối
Hệ thống lưới phân phối có vai trò quan trọng trong cung cấp điện đến hộ tiêu thụ, vì lý do kỹ thuật nên luôn vận hành hình tia tuy được thiết kế mạch vòng để tăng độ tin cậy cung cấp điện Tổn thất điện năng đo được là từ 7%- 8% so với 2%-
3% trên lưới điện truyền tải [1], do đó nghiên cứu các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối luôn đem lại hiệu quả kinh tế cao
Có nhiều biện pháp để giảm tổn thất trong quá trình phân phối điện năng như: bù công suất phản kháng, nâng cao điện áp vận hành LĐPP hoặc tăng tiết diện dây dẫn Tuy các biện pháp này đều mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật nhưng cũng cần phải có kinh phí đầu tư để nâng cấp, cải tạo lưới điện Trong khi đó biện pháp tái cấu trúc lưới thông qua việc chuyển tải bằng cách đóng – mở các cặp khóa điện cũng giảm tổn thất đáng kể khi cân bằng tải giữa các tuyến dây mà không cần bất năng, tái cấu trúc LĐPP còn nâng cao khả năng tải của lưới điện, giảm sụt áp cuối lưới và giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ mất điện khi sự cố hay sửa chữa đường dây
Trong thực tế vận hành, tái cấu trúc lưới điện giảm tổn thất năng lượng và thỏa các ràng buộc kỹ thuật với hàng trăm khóa điện có trên hệ thống điện phân phối luôn là điều khó khăn đối với các điều độ viên Tuy nhiên không thể giảm số lượng khóa điện có trên lưới để đơn giản vận hành được vì chi phí vận hành lưới điện sẽ tăng đáng kể Do đó cần phải có một phương pháp phân tích phù hợp với LĐPP thực tế và sử dụng một giải thuật đủ mạnh để thoả mãn các ràng buộc kỹ thuật trong hệ thống điện phân phối, đồng thời hỗ trợ vận hành cho các điều độ viên
2.2.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối
Phân phối điện là giai đoạn cuối cùng trong việc truyền tải điện đến hộ tiêu dùng LĐPP sẽ nhận điện từ hệ thống lưới truyền tải và chuyển nó đến hộ tiêu dùng điện năng Dòng công suất sẽ đi từ nguồn (hệ thống lưới truyền tải) qua LĐPP đến cung cấp cho phụ tải Vì vậy, việc truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ sẽ sinh ra tổn hao trên lưới truyền tải và LĐPP (khoảng 7- 8% tổng công suất của hệ thống) [1]
Các đặc điểm của lưới điện phân phối [14]:
Hệ thống phân phối điện năng được xây dựng và lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ
Lưới phân phối trung áp có điện áp 6, 10, 15, 22 kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung/hạ áp và các phụ tải trung áp
Lưới hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220 V
Hình 2.1 - Lưới điện phân phối Cao thế/ Trung thế
Hình 2.2 - Lưới điện Trung thế/ Hạ thế
Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ ít gây ra mất điện nhất Bằng các biện pháp cụ thể như có thể có nhiều nguồn cung cấp, có đường dây dự phòng, có nguồn thay thế như máy phát,…
LĐPP vận hành dễ dàng linh hoạt và phù hợp với việc phát triển lưới điện trong tương lai
Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp Độ biến thiên điện áp cho phép là 5% Uđm [1]
Đảm bảo chi phí tu dưỡng, bảo dưỡng là nhỏ nhất
Lưới phân phối cung cấp điện trực tiếp cho phụ tải trong bán kính khoảng vài chục ki-lô-mét trở lại, có các đặc điểm chính sau:
Điện áp định mức từ 6kV đến 35kV, đôi khi lên đến 66kV – 100kV [1]
Tổng chiều dài đường dây và số lượng máy biến áp chiếm tỉ lệ lớn trong toàn bộ hệ thống lưới điện
Kết nối với lưới truyền tải thông qua các trạm trung gian hoặc các trạm khu vực
Tổn thất công suất trên lưới phân phối chiếm 5 – 7% [1] tổng công suất của hệ thống điện
LĐPP có cấu trúc hình tia hoặc mạch vòng nhưng vận hành trong trạng thái hở trong mọi trường hợp Lý do của việc vận hành ở LĐPP:
Tổng trở của LĐPP vận hành hở lớn hơn nhiều so với vận hành vòng kín nên dòng ngắn mạch bé khi có sự cố
Trong vận hành hở, các relay bảo vệ lộ ra chỉ cần dùng các loại relay đơn giản, rẻ tiền như relay quá dòng, thấp áp,… mà không nhất thiết phải trang bị các loại relay phức tạp như định hướng, khoảng cách, so lệch,… nên việc phối hợp bảo vệ relay trở nên dễ dàng hơn và mức đầu tư cũng giảm xuống
Chỉ cần dùng cầu chì tự rơi (FCO: Fuse Cut Out) hay cầu chì tự rơi kết hợp cắt có tải (LBFCO: Load Beak Fuse Cut Out) để bảo vệ các nhánh rẽ hình tia trên cùng một đoạn trục và phối hợp với Recloser để tránh sự cố thoáng qua
Khi có sự cố, do vận hành hở, nên sự cố không lan tràn qua các phụ tải khác
Do được vận hành hở nên việc điều khiển điện áp trên từng tuyến dây dễ dàng hơn và giảm được phạm vi mất điện trong thời gian giải trừ sự cố
Nếu chỉ xem xét giá xây dựng mới lưới phân phối, thì phương án kinh tế là các lưới hình tia
2.2.2 Nhiệm vụ của lưới điện phân phối
LĐPP có các nhiệm vụ sau:
Cung cấp phương tiện để truyền tải năng lượng điện đến hộ tiêu thụ
Cung cấp phương tiện để các công ty điện lực phục vụ điện năng đến người tiêu thụ điện
Đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện
Đảm bảo một số yêu cầu an toàn trong giới hạn cho phép
Các loại sơ đồ của lưới điện phân phối [14]:
Hệ thống hình tia đơn giản
Hệ thống vòng phía cao áp – hình tia phía hạ áp
Hệ thống chọn lọc phía cao áp – hệ thống chọn lọc phía hạ áp
Hai nguồn phía cao áp – hệ thống chọn lọc phía hạ áp
Hình 2.3 - Vị trí và vai trò của lưới điện phân phối
Hệ thống mạng hình nút
Những hệ thống này theo thứ tự có chi phí, tính linh hoạt và độ tin cậy tăng dần, do đó chúng được dùng cho những vùng có mật độ phụ tải tăng dần theo thứ tự trên Ở sơ đồ hình tia, điều thuận lợi là mạng lưới điện đơn giản, người sử dụng sẽ nhận điện năng tại một trong các trạm biến áp đơn sau khi đã hạ cấp điện áp Thuận lợi cho việc lắp đặt các máy biến áp, thiết bị bảo vệ và dễ dàng quản lý lưới điện
Tuy nhiên, ở sơ đồ hình tia có độ sụt áp cao và hiệu quả sử dụng tương đối thấp bởi vì những đường dây cấp điện bên hạ áp là những nguồn cung cấp đơn Khi có sự cố ở đường dây hạ áp, thiết bị bảo vệ sẽ cắt toàn bộ tải trên đường dây đó.
Thực trạng của LĐPP hiện nay của Việt Nam
Do điều kiện địa lý cũng như lịch sử Việt Nam, hệ thống điện Việt Nam nói chung phân bố rộng với nhiều cấp điện áp Sự tồn tại nhiều cấp điện áp buộc phải sử dụng nhiều loại thiết bị với xuất xứ khác nhau, điều đó gây trở ngại trong vận hành và khó có thể thiết lập được chế độ làm việc kinh tế; thêm vào đó quá trình cải tạo và quy hoạch cũng gặp nhiều trở ngại do thiếu các chỉ tiêu, định mức hợp lý,… dẫn đến thiếu chính xác trong dự báo, lựa chọn thiết bị và lãng phí vốn đầu tư, kèm theo đó là quá trình gia tăng tổn thất, giảm chất lượng điện
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển nhanh về kinh tế dẫn đến nhu cầu sử dụng điện năng tăng vượt bậc không những về số lượng phụ tải mà đòi hỏi chất lượng điện năng cung cấp cũng cao hơn Điều này đòi hỏi điện lực Việt Nam phải đổi mới về cách thức quản lý – điều hành, về thiết bị, công nghệ, xây dựng nhiều nhà máy điện, xây dựng và nâng cấp LĐPP… Nhưng vẫn không đáp ứng kịp với nhu cầu sử dụng điện, đặc biệt LĐPP vẫn còn tồn tại một số hạn chế sau [15]:
Vẫn tồn tại nhiều cấp điện áp trên LĐPP (6,6 kV, 10 kV, 22 kV, 35 kV)
Recloser và máy cắt có tải (LBS) không được điều khiển từ xa và có số lượng
Các tổ đấu dây của máy biến áp tại các trạm trung gian không thống nhất, nên phải cắt điện khi chuyển tải, điều này làm gián đoạn việc cung cấp điện và gây khó chịu cho khách hàng sử dụng điện
Lưới điện phân bố rộng, cung cấp điện trực tiếp cho nhiều loại phụ tải khác nhau nên chịu tác động lớn của địa hình phân bố, điều kiện khí hậu của từng vùng miền
Việc chuyển tải chỉ xảy ra khi:
Chống quá tải đường dây, trạm biến áp trung gian ở những nơi phụ tải phát triển nhanh, vào giờ cao điểm hay khi có công tác sửa chữa các vòng truyền tải
Tái cấu trúc khôi phục cung cấp điện sau khi cô lập sự cố hay sửa chữa, cải tạo đường dây và trạm biến áp theo định kỳ
Vì các khó khăn trên, mục tiêu vận hành LĐPP phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện nay có thể đề nghị như sau:
Xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo sát để tổn thất năng lượng là bé nhất
Tái cấu trúc lưới điện chống quá tải, cân bằng tải (giữa các đường dây, máy biến thế nguồn ở các trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lưới điện
Khôi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa
Xác định cấu trúc lưới điện theo nhiều mục tiêu như: tổn thất công suất bé nhất, mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải ít nhất, sụt áp cuối lưới bé nhất cùng đồng thời xảy ra
Tái cấu trúc lưới điện giảm thiểu điện năng ngừng cung cấp cho khách hàng, đây là mục tiêu áp dụng cho những LĐPP sau cải tạo, có mức giảm tổn thất công suất không đáng kể.
Các nghiên cứu về tái cấu trúc LĐPP
Tái cấu trúc LĐPP là một vấn đề tối ưu hóa đa mục tiêu kết hợp phức tạp Sự phức tạp của vấn đề phát sinh do cấu trúc của LĐPP là mạng vòng và các ràng buộc của dòng công suất thực tế là phi tuyến Vấn đề tái cấu trúc LĐPP cũng tương tự như việc tính toán phân bố công suất tối ưu Tuy nhiên, tái cấu trúc yêu cầu một khối lượng tính toán lớn do có nhiều biến có tác động đến các trạng thái khóa điện và điều kiện vận hành như: LĐPP phải vận hành hở, không quá tải máy biến áp, đường dây, thiết bị đóng cắt,… và sụt áp tại hộ tiêu thụ trong phạm vi cho phép
Do đó, khi tiếp cận bài toán tái cấu trúc, cần sử dụng các phương pháp tìm kiếm tối ưu sẽ cho kết quả tốt hơn Những năm gần đây, có rất nhiều phương pháp được phát triển cho việc giảm thiểu tổn thất công suất trong tái cấu trúc lưới điện phân phối Nhưng chỉ có hai phương pháp thực sự mang lại hiệu quả cao là giải thuật heuristic và giải thuật meta-heuristic, vì dễ tìm được cấu trúc lưới tối ưu
Bản chất phi tuyến tính rời rạc của bài toán tái cấu trúc LĐPP đã tạo tiền đề cho các nỗ lực nghiên cứu theo hướng sử dụng kỹ thuật chỉ thuần túy dựa trên giải thuật heuristic Giải thuật này có cùng đặc điểm là sử dụng các công thức thực nghiệm để đánh giá mức độ giảm tổn thất liên quan đến thao tác đóng cắt và giới thiệu một số quy luật nhằm giảm số lượng xem xét các khóa điện Các quy tắc heuristic dựa trên giả định rằng vệc giảm tải trên thiết bị và nguồn phát đồng nghĩa với giảm tổn thất
Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu theo hướng này nhưng chưa tìm được giải thuật tỏ ra thực sự khả thi
2.4.2.1 Giải thuật của Civanlar và các cộng sự - kỹ thuật đổi nhánh
Giải thuật của Civanlar [16] dựa trên heuristic để tái cấu trúc lưới điện phân phối, lưu đồ mô tả giải thuật được trình bày tại hình 2.4
Giải thuật Civanlar được đánh giá cao nhờ:
Xác định được hai quy luật để giảm số lượng khóa điện cần xem xét
Nguyên tắc chọn khóa đóng: việc giảm tổn thất chỉ có thể đạt được nếu như có sự chênh lệch đáng kể về điện áp tại khóa đang mở
Không Giảm số lần thao tác khóa điện bằng cách xem xét các luật Heuristic
Tính toán tổn thất công suất cho các thao tác đóng cắt được đề nghị
Các thao tác đóng cắt làm giảm tổn thất công suất?
Phân bố công suất cho lưới điện mới Thực hiện thao tác đóng/ cắt có mức giảm tổn thất công suất nhất
Kiểm tra quá tải và Độ sụt áp cho phép
Chọn thao tác đóng/ cắt kế tiếp
Hệ thống được xem là tối ưu
Hình 2.4 - Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự
Nguyên tắc chọn khóa mở: việc giảm tổn thất chỉ đạt được khi thực hiện chuyển tải ở phía có độ sụt áp lớn sang phía có sụt áp bé hơn
Xây dựng được hàm số mô tả mức giảm tổn thất công suất tác dụng khi có sự thay đổi trạng thái của một cặp khóa điện trong quá trình tái cấu trúc
(2.1) Trong đó D : tập các nút tải được dự kiến chuyển tải
Ii : dòng điện tiêu thụ của nút thứ i EM : tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút M EN : tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút N Rloop : tổng các điển trở trên vòng kín khi đóng khóa điện đang mở
Kỹ thuật đổi nhánh thể hiện ở quá trình thay thế 01 khóa mở bằng và 01 khóa mở đóng trong cùng một vòng có cặp khóa đóng/mở có mức giảm tổn thất công suất lớn nhất Quá trình được lặp lại cho đến khi không thể giảm được tổn thất nữa
Giải thuật Civanlar có những ưu điểm:
Nhanh chóng xác định được phương án tái cấu trúc có mức tổn thất nhỏ hơn bằng cách giảm số liên kết đóng cắt nhờ quy tắc heuristic và sử dụng công thức thực nghiệm để xác định mức độ giảm tổn thất tương đối
Việc xác định dòng tải tương đối chính xác
Tuy nhiên, giải thuật cũng còn nhiều nhược điểm cần khắc phục:
Mỗi bước tính toán chỉ xem xét một cặp khóa điện trong một vòng
Chỉ đáp ứng được nhu cầu giảm tổn thất, chứ chưa giải quyết được bài toán cực tiểu hóa hàm mục tiêu
Việc tái cấu trúc hệ thống phụ thuộc vào cấu trúc ban đầu
2.4.2.2 Phương pháp Heuristic và tối ưu hóa
Việc kết hợp giữa giải thuật heuristic và tối ưu hóa tái cấu trúc LĐPP cực tiểu ΔP tiêu tốn nhiều thời gian tính toán nhưng lại có khả năng xác định được cấu trúc lưới điện đạt cực tiểu toàn cục và không phụ thuộc vào cấu trúc lưới ban đầu khi khảo sát các hệ số tổ hợp khóa điện có thể thay đổi trạng thái a Giải thuật của Merlin & Back – kỹ thuật vòng kín Trong năm 1975, Merlin & Back [17] đề xuất một phương pháp Heuristic có ràng buộc để xác định các cấu trúc lưới cho tổn thất tối thiểu trên đường dây: “Đóng tất cả các khóa điện lại – tạo thành một lưới kín, sau đó giải bài toán phân bố công suất và tiến hành mở lần lượt các khóa có dòng chạy qua là bé nhất cho đến khi lưới điện dạng hình tia” Ở đây, Merlin và Back cho rằng với mạch vòng, LĐPP luôn có mức tổn thất công suất bé nhất Vì vậy, để có LĐPP vận hành hình tia, Merlin và Back lần lượt loại bỏ những nhánh có tổn thất công suất nhỏ nhất, quá trình sẽ chấm dứt khi lưới điện đạt được trạng thái vận hành hở Trong quá trình thực hiện, thuật toán không tính mức giảm ΔP khi phân bố lại phụ tải cho từng bước mà chỉ xét đến dòng chạy qua khóa điện Thuật toán không tính tổn thất ΔP để so sánh lựa chọn cấu trúc tối ưu vì đã xuất phát từ điều kiện mở nhánh có dòng công suất bé nhất để mức tổn thất ΔP là bé nhất Các giải thuật tìm kiếm nhánh và biên ứng dụng luật heuristic này mất rất nhiều thời gian do có khả năng xảy ra đến 2n cấu trúc lưới điện nếu có n đường dây được trang bị khóa điện
Những ưu điểm của phương pháp này là:
Cấu trúc cuối cùng độc lập với trạng thái ban đầu của khóa điện
Quá trình thực hiện phương pháp này dẫn đến tối ưu hoặc gần tối ưu theo cái hàm mục tiêu
Các hạn chế của phương pháp này là:
Tải được giả định hoàn toàn là tải tác dụng và được cung cấp bởi các nguồn hiện tại sẽ không thay đổi trong quá trình thực hiện tái cấu trúc
Sụt áp trên lưới được cho là không đáng kể
Các hạn chế khác của lưới điện cũng được bỏ qua
Dựa trên cơ sở thuật toán này, rất nhiều nhà nghiên cứu về sau đã phát triển, chỉnh sửa cho phù hợp với thực tế vận hành lưới điện cũng như yêu cầu về giảm khối lượng tính toán và nâng cao năng suất, chất lượng điện năng Điển hình đó là thuật toán của Shirmohammadi [18] đã cải tiến phương pháp của Merlin & Back và đã thu được kết quả khả quan trong việc tìm kiếm giải pháp tối ưu hoặc gần tối ưu và trạng thái của các khóa điện không phụ thuộc vào cấu trúc lưới Tác giả Shirmohammadi là người đầu tiên sử dụng kỹ thuật “bơm vào/ rút ra” một lượng công suất không đổi để mô tả thao tác phân bố lại phụ tải trong LĐPP với giả thiết dòng công suất bơm vào/rút ra là một đại lượng liên tục Phương pháp này khắc phục được tất cả các nhược điểm chính của Merlin & Back
Xuất phát từ lưới điện ban đầu là lưới điện kín (sau khi đóng tất cả các khóa điện trên lưới), giải bài toán phân bố công suất sẽ lựa chọn nhánh có dòng điện bé nhất trong các vòng độc lập Sau khi mở nhánh có dòng bé nhất trong lưới điện, giải lại bài toán phân bố công suất cho lưới điện mới, đồng thời kiểm tra các điều kiện về chất lượng điện áp nút, khả năng mang tải của các tuyến dây còn lại Trong trường hợp không vi phạm chất lượng điện áp các nút và khả năng tải của nhánh, sẽ lặp lại các bước như trên cho đến khi lưới điện hoàn toàn hình tia và các phụ tải đều được cấp điện Trong trường hợp khóa điện vừa mở vi phạm điều kiện vận hành, sẽ phải đóng khóa điện vừa mở và mở khóa điện có dòng bé nhất tiếp theo trong lưới điện phân phối Sau đó giải lại bài toán phân bố công suất và tiếp tục kiểm tra điều kiện vận hành cho đến khi lưới điện có cấu trúc hình tia
Sau khi chỉnh sửa, giải thuật này vẫn còn bộc lộ nhiều nhược điểm, có thể liệt kê như sau:
Mặc dù đã áp dụng các luật heuristic, giải thuật này vẫn cần quá nhiều thời gian để tìm ra được cấu trúc giảm tổn thất công suất
Tính chất không cân bằng và nhiều pha chưa được mô phỏng đầy đủ
Tổn thất của thiết bị trên đường dây chưa được xét đến trong giải thuật
Cài đặt tất cả các vòng ở trạng thái không tối ưu
Tối ưu hóa các vòng độc lập
Tính điện áp trung bình tại các nút và dòng công suất trung bình
Đánh dấu các vòng ở trạng thái không tối ưu khi có dòng công suất không đổi
Có vòng chưa tối ưu không?
Chọn vòng kế tiếp để tối ưu hóa.
Ước tính tổn thất năng lượng sẽ giảm
Chọn nhánh trong vòng để mở
Tìm được nhánh mở tốt? Đánh dấu vòng vừa mở là tối ưu
Thay đổi cấu trúc lưới và lưu trữ để so sánh với vòng lặp kế tiếp
Cấu trúc lưới điện tối ưu
Hình 2.5 - Giải thuật của Merlin & Back được Shirmohammadi chỉnh sửa b Các giải thuật khác Có nhiều nhà nghiên cứu đã và đang nỗ lực tìm kiếm cách vận dụng kỹ thuật kết hợp giữa Heuristic và tối ưu hóa Nếu kết hợp thành công hai kỹ thuật trên sẽ cho một kết quả tính toán chính xác ở mức độ chấp nhận được trong điều kiện giảm đáng kể khối lượng và thời gian tính toán Mặc dù trong lý thuyết đã có nhiều giải thuật mang tính khả thi nhưng có rất ít giải thuật thực sự có hiệu quả trong thực tế
Liu và các cộng sự [19] đã đề xuất hai giải thuật tái cấu trúc lưới bằng cách xem các phụ tải có dòng điện tiêu thụ không phụ thuộc vào điện áp thanh cái Giải thuật đầu tiên của Liu chỉ tính đến mô hình phân phối tải phân bố đều (liên tục) trên các đường dây Giải thuật này đã xác định được các điểm chi tải cần thiết để tái cấu trúc ở mức tổn thất nhỏ nhất Tuy nhiên, tính tối ưu có thể không được đảm bảo vì giả thiết phụ tải trên đường dây phân bố liên tục là không phù hợp với thực tế Giải thuật thứ hai có xét đến các trạng thái hoạt động của các khóa điện khi tái cấu trúc để hệ thống vận hành trong điều kiện tối ưu Tuy nhiên, cả hai giải thuật này đều chưa chỉ ra cấu trúc thực sự có tổn thất công suất bé nhất
Glamocanin [20] xem xét vấn đề tái cấu trúc như một bài toán vận tải với chi phí là hàm bậc hai Trong phương pháp này, cần phải xác định cấu trúc tối ưu ban đầu bằng cách tuyến tính hóa tổn thất với công suất để làm phương án tựa cho giải thuật Sau đó áp dụng, xấp xỉ tổn thất với hàm bậc hai của công suất để cải thiện lời giải Tuy nhiên, giải thuật này chưa hoàn chỉnh ở chỗ giải thuật heuristic không đủ sâu để xác định cấu trúc cực tiểu tổn thất công suất
BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Tái cấu trúc lưới điện phân phối
Một đường dây trong LĐPP luôn có nhiều loại phụ tải khác nhau (sản xuất, kinh doanh và sinh hoạt…) và các phụ tải này được phân bố không đồng đều giữa các đường dây Mỗi loại tải lại có thời điểm đỉnh tải khác nhau và luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa Vì vậy, trên các đường dây, đồ thị phụ tải không bằng và phải luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ Điều này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tổn thất trên LĐPP Để chống quá tải đường dây và giảm tổn thất, các điều độ viên sẽ thay đổi cấu hình lưới điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khóa điện hiện có trên lưới Vì vậy, trong quá trình thiết kế, các loại khóa điện (Recloser, LBS, DS,…) sẽ được lắp đặt tại các vị trí có lợi nhất để khi thao tác đóng/cắt các khóa này vừa có thể giảm chi phí vận hành vừa giảm tổn thất năng lượng
Có hai loại khóa được sử dụng trong hệ thống phân phối sơ cấp, đó là khóa thường đóng và khóa thường hở Hai loại khóa này được thiết kế để dùng cho việc bảo vệ và quản lý cấu hình Tái cấu trúc lưới điện là quá trình thay đổi cấu trúc của LĐPP bằng việc thay đổi trạng thái đóng/mở của các khóa điện Vì có rất nhiều tổ hợp các khóa điện trong LĐPP nên việc tìm ra cách chuyển tải tốt nhất trong tổ hợp các khóa điện khi chuyển tải sẽ cần một thời gian rất dài và còn phải xem xét đến các điều kiện ràng buộc kỹ thuật Các ràng buộc đó là:
Cấu trúc vận hành hở
Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện, sụt áp trong phạm vi cho phép
Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp
Đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải.
Các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối
Các bài toán vận hành LĐPP mô tả các hàm mục tiêu tái cấu trúc lưới điện như sau:
Bài toán 1: Xác định cấu trúc lưới điện theo đồ thị phụ tải trong một thời đoạn để chi phí vận hành bé nhất
Hàm mục tiêu này phù hợp với LĐPP phức tạp, được trang bị các khóa điện hiện đại, có khả năng đóng mở có tải, được điều khiển từ xa như recloser, hay nói cách khác, bài toán 1 phù hợp với LĐPP có chi phí chuyển tải thấp, linh hoạt trong vận hành, cấu trúc lưới có thể thay đổi nhiều lần trong ngày
Bài toán 2: Xác định cấu trúc lưới không thay đổi trong thời đoạn khảo sát để tổn thất năng lượng bé nhất
Trong thực tế, ngay cả ở những nước công nghiệp tiên tiến, chi phí chuyển tải ảnh hưởng rất lớn đến quyết định thay đổi cấu trúc lưới Vì thế, trong vận hành, cấu trúc lưới chỉ thay đổi khi:
Phải cô lập sự cố và tái cấu trúc lưới chống quá tải lưới, máy biến thế nguồn
Mức giảm tổn thất năng lượng ít nhất đủ bù đắp các chi phí chuyển tải
Vì vậy, xuất hiện bài toán 2 – Xác định cấu trúc lưới điện không đổi trong thời gian khảo sát để tổn thất năng lượng bé nhất
Bài toán 3: Xác định cấu trúc lưới điện tại một thời điểm để tổn thất công suất bé nhất
Nghiên cứu các giải thuật giải bài toán 1 và bài toán 2 là hết sức phức tạp Để cho đơn giản hơn, mục tiêu được điều chỉnh lại là cực tiểu tổn thất công suất Đây chính là lý do xuất hiện thêm bài toán 3 “Xác định cấu trúc LĐPP có tổn thất công suất bé nhất” Đã có rất nhiều các nghiên cứu giải quyết bài toán 3 trên LĐPP mà tiêu biểu nhất là lời giải của Civanlar [16] hay Merlin & Back [17], chúng tạo thành hai hướng nghiên cứu chính trong bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối
Bài toán tái cấu trúc LĐPP với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất tác dụng – bài toán 3 là một bài toán quan trọng, làm nền tảng hầu như cho tất cả các bài toán khác trong hệ thống các bài toán tái cấu trúc lưới
Bài toán 4: Tái cấu trúc lưới điện cân bằng tải (giữa các đường dây, máy biến thế nguồn ở các trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lưới điện
Giải thuật này áp dụng phù hợp cho những khu vực thường xuyên bị quá tải hay có phụ tải không ổn định Khi đó, để tránh quá tải đường dây và máy biến áp nguồn cần phải có cấu trúc lưới điện phù hợp để tải được lượng công suất lớn nhất mà số lượng các phần tử quá tải trong lưới điện là bé nhất
Bài toán 5: Khôi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa Đây là mục tiêu được đông đảo các nhà khoa học đề cập trong các nghiên cứu của mình Tuy có nhiều hướng nghiên cứu riêng biệt nhưng chủ yếu các giải thuật vẫn theo trình tự như sau:
Loại bỏ phần tử bị sự cố trên lưới
Tái cấu trúc lưới để cấp điện với số khách hàng tối đa mà không gây quá tải
Bài toán 6: Xác định cấu trúc lưới điện theo nhiều mục tiêu như: tổn thất công suất bé nhất, mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải ít nhất, sụt áp cuối lưới bé nhất cùng đồng thời xảy ra (hàm đa mục tiêu)
Trong vận hành LĐPP có rất nhiều mục tiêu vận hành mà người điều khiển tại khu vực mà mình đang trực tiếp vận hành Tuy nhiên, việc chọn duy nhất một mục tiêu điền khiển theo từng thời điểm tỏ ra không có tính thuyết phục đối với người vận hành hơn khi cùng lúc thỏa mãn nhiều mục tiêu cùng lúc
Bài toán 7: Xác định cấu trúc lưới điện để đảm bảo mục tiêu giảm lượng năng lượng do việc ngừng cung cấp điện hay nâng cao độ tin cậy cung cấp điện
Bảng 3.1 - Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc LĐPP
Tên bài toán 1 2 3 4 5 6 7 Đặc điểm lưới điện
Khóa điện được điều khiển từ xa
Chi phí chuyển tải thấp, không mất điện khi chuyển tải
Chi phí chuyển tải cao, mất điện khi chuyển tải
Lưới điện thường xuyên bị quá tải
Lưới điện ít bị quá tải
Lưới điện hầu như không quá tải
Các bài toán xác định cấu trúc vận hành của một LĐPP cực tiểu tổn thất năng lượng hay cực tiểu chi phí vận hành thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật vận hành luôn là bài toán quan trọng và kinh điển trong vận hành hệ thống điện Bảng 3.1 trình bày phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc theo đặc điểm của LĐPP.
Mô hình toán học của bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối
Pi Công suất thực ngõ ra tại nút i Qi Công suất kháng ngõ ra tại nút i Pj Công suất thực ngõ ra tại nút j Qj Công suất kháng ngõ ra tại nút j PLi Công suất thực của tải tại nút i
PLj Công suất thực của tải tại nút j QLj Công suất của tải tại nút j Rij Điện trở giữa nút i và nút j Iij Dòng điện giữa nút i và nút j Iij max Dòng điện lớn nhất giữa nút i và nút j Vi Điện áp tại nút i
Vj Điện áp tại nút j Vi min Điện áp nhỏ nhất tại nút i Vi max Điện áp lớn nhất tại nút i PT,Loss Tổng công suất tổn thất n Tổng số nút
A Ma trận liên hợp tại nút PSUB Công suất thực cung cấp của nhà máy điện QSUB Công suất kháng cung cấp của nhà máy điện
Mạng phân phối đặc trưng là mạng vòng nhưng vận hành hở có nghĩa là mạng vận hành phải là mạng hình tia Vấn đề tiếp theo là phải đóng mở các khóa trong mỗi vòng sao cho tổn thất trên mạng phân phối đặc trưng là nhỏ nhất Để làm được điều này ta cần phải có hàm mục tiêu để có thể tìm kiếm cấu trúc cho tổn thất nhỏ nhất
Bài toán được thành lập chi tiết như sau:
* Thỏa mãn các ràng buộc: a/ Điều kiện cân bằng công suất
(3.5) d/ Cấu trúc hình tia của lưới điện det (A) = 1 hoặc -1 (Với lưới điện hình tia) (3.6) det (A) = 0 (Với lưới điện không phải hình tia) (3.7)
Xây dựng giải thuật kiểm tra điều kiện hình tia
Bài toán tái cấu trúc LĐPP là phải đi tìm một cấu trúc vận hành hình tia, mà giảm thiểu được tổn thất cho hệ thống đồng thời cũng phải thỏa mãn các điều kiện ràng buộc Do đó, ta cần đảm bảo rằng cấu trúc vận hành của mạng sau khi tái cấu trúc phải là hình tia Mục tiêu của phần này là đi xây dựng một thuật toán kiểm tra điều kiện hình tia cho các cấu trúc mới phát sinh trong quá trình tìm kiếm Sau đây sẽ là cách thức thực hiện việc kiểm tra
Từ lý thuyết đồ thị, một LĐPP có thể được biểu diễn dưới dạng một giản đồ bao gồm tập hợp các nút N và các nhánh B Trong lý thuyết này thì bất kỳ giản đồ nào không chứa các vòng thì được xem như một giản đồ cây ký hiệu là G Cây G này có E = V - 1, với E là tổng số lượng các nhánh và V là tổng số lượng các nút Đầu tiên, ta sẽ xây dựng một ma trận gọi là ma trận liên thuộc nút và nhánh của hệ thống Trong ma trận này, nếu bất kỳ các nút và nhánh nào được liên kết với nhau, thì phần tử tại vị trí đó bằng 1, ngược lại phần tử đó bằng 0
Bước tiếp theo, ta sẽ đi xác định các nút chỉ được kết nối với một nhánh duy nhất (hay còn gọi là nút bậc một) Nếu tổng của các phần tử trong một hàng của ma trận M bằng 1, những nút tương ứng với hàng đó sẽ là nút bậc một Sau khi được các nút bậc một, những nhánh mà kết nối với các nút này sẽ được cắt ra, tức là các phần tử bằng 1 của cột tương ứng với nhánh cắt ra sẽ được thay bằng 0 Quá trình này được lặp đi lặp lại cho tới khi không còn nút bậc một (nút chỉ có một nhánh kết nối tới) nào trong hệ thống nữa
Cuối cùng, sau khi cắt hết các nhánh kết nối với nút bậc một ra, ta sẽ được ma trận liên thuộc mới M’ Nếu trong ma trận M’ không có nhánh nào nữa (tức là tổng của ma trận M’ bằng 0) thì cấu hình mạng đó là hình tia, còn ngược lại vẫn còn nhánh trong ma trận M’ (tức là tổng của ma trận M’ khác 0) thì cấu hình mạng không phải là hình tia và cấu hình đó bị loại bỏ khỏi bài toán tái cấu trúc
Ngoài ra, từ ma trận liên thuộc nút và nhánh M, ta cũng có thể xác định được cà các nút có đều được cấp nguồn hay không Nếu như tổng các phần tử trong một hàng của ma trận liên thuộc M bằng 0, điều này chỉ ra rằng trong hệ thống có một nút không được cấp điện, cấu hình này cũng không được chấp nhận
Giả sử ta có hệ thống điện phân phối 16 nút – 3 nguồn như sau:
Hình 3.1 - Hệ thống hình tia IEEE 16 nút – 3 nguồn Từ sơ đồ đơn tuyến suy ra ma trận liên thuộc M của hệ thống 16 nút – 3 nguồn:
Tổng tất cả các phần tử trong mỗi hàng của ma trận liên thuộc M là:
Từ ma trận ta nhận thấy rằng tại các vị trí các hàng 5, 7, 10, 11, 12, 14, 16 có tổng bằng 1, như vậy vị trí các hàng này sẽ tương ứng với vị trí nút trong hệ thống chỉ kết nối với một nhánh Sau đây là lưu đồ kiểm tra điều kiện hình tia:
Hình 3.2 - Lưu đồ kiểm tra điều kiện hình tia hệ thống phân phối
ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ONE RANK CUCKOO SEARCH GIẢI BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Đặt vấn đề
Mục tiêu chính của bài toán tái cấu trúc LĐPP là tìm ra một cấu trúc lưới có lợi ích về kinh tế nhất nhưng vẫn đảm bảo về mặt kỹ thuật để LĐPP vận hành ổn định trong điều kiện vận hành bình thường cũng như sự cố Những lợi ích về mặt kinh tế bao gồm chi phí cho tổn thất trên lưới điện, chi phí chuyển tải (đóng cắt khóa điện), chi phí thiệt hại của khách hàng do bị ngừng cung cấp điện, và cả chi phí không bán được điện của công ty điện lực Như vậy, tìm lời giải cho bài toán tái cấu trúc LĐPP để giảm tổn thất công suất cũng chính là tìm ra cấu trúc lưới phân phối có chi phí vận hành thấp nhất Mỗi cấu trúc LĐPP được tạo ra từ cấu trúc hiện tại bằng cách thay đổi trạng thái đóng/mở các khóa điện (tie switch, selection switch)
LĐPP được tái cấu trúc bằng cách mở các khóa điện phân đoạn và đóng các khóa điện chuyển mạch sao cho cấu trúc lưới vẫn là hình tia và tất cả khách hàng vẫn đảm bảo cung cấp điện Do đó dòng công suất đi qua các nút, tổn thất công suất, và độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện cũng thay đổi
Trong luận văn, mục tiêu chính được xác định cụ thể là tái cấu trúc LĐPP nhằm giảm tổn thất công suất tác dụng.
Phương pháp One Rank Cuckoo Search giải bài toán tái cấu trúc
Ngày càng nhiều thuật toán dạng meta-heuristic ra đời từ cảm hứng với thiên nhiên
Các thuật toán dựa vào hành vi của một số sinh vật như cá và chim (PSO), con kiến (ACO), con ong (BA), con đom đóm (FA), … Mới đây, hai nhà toán học Xin-She Yang và Suash Deb đã đưa ra thuật toán mới Cuckoo Search (CS) được phát triển năm 2009 [11], [12] Thuật toán CS lấy cảm hứng từ hành vi của loài chim Cuckoo kết hợp với đặc tính Lévy flight
Hình 4.1 - Chim Cuckoo con lớn hơn cả chim chủ tổ
Chim Cuckoo mẹ ký gởi con của nó bằng cách đẻ trứng vào tổ của chim khác, thường thì cùng giống Trứng của chim Cuckoo có hoa văn rất giống như trứng của chim chủ trong tổ và sau đó trứng chim Cuckoo nở ra thay thế chim con khác bằng cách đẩy các chim con đó ra khỏi tổ Để trứng của chim Cuckoo nở ra thành công và được chim chủ kia nuôi tốt thì chim Cuckoo mẹ phải đẻ ngay khi chim chủ kia làm tổ và trứng phải giống trứng của chim chủ kia Trứng của chim Cuckoo thường nở sớm hơn một chút so với trứng của chim chủ trong tổ và đặc biệt khi nở ra cũng rất giống chim con trong tổ
Chim con Cuckoo lớn rất nhanh và theo bản năng tự nhiên, nó sẽ đẩy chim con khác trong tổ ra khỏi Nếu chim chủ tổ phát hiện ra trứng hay con không phải là của nó thì chim mẹ chủ tổ sẽ hất đi hoặc bỏ tổ để làm tổ mới
Nhiều nghiên cứu đã chứng minh hành vi của nhiều động vật và côn trùng có đặc tính của Lévy flight [12] Lévy flight, tên của nhà toán học Pháp Paul Pierre
Lévy, là một loại hình bước đi ngẫu nhiên trong đó gia số được phân phối theo quy
Lévy flight là một chuỗi Markov, sau một số lượng lớn bước đi, khoảng cách từ điểm xuất phát có khuynh hướng phân bố theo một quy luật ổn định Đặc biệt có hàm phân phối dạng lũy thừa u=t -1-β (0
Economics từ Menu chính (Main Menu)
Chu trình giải quyết bài toán tái cấu trúc LĐPP bằng PSS/ADEPT 5.0 gồm 4 bước:
Bước 1: Thiết lập thông số mạng lưới
Trong bước này, ta thực hiện các khai báo thông số điện cần tính toán để mô phỏng trong PSS/ADEPT gồm các nội dung:
Xác định thư viện dây dẫn: Bước này nhằm khai báo cho phần mềm biết thư viện thông số các tuyến dây của lưới điện áp dụng
Xác định thông số thuộc tính của lưới điện: Bước này nhằm khai báo cho phần mềm thiết lập ngay từ đầu các thuộc tính của lưới điện như: Điện áp qui ước là điện áp dây hay điện áp pha và trị số, tần số, công suất biểu kiến cơ bản…
Xác định hằng số kinh tế của lưới điện: Bước này nhằm giải quyết bài toán kinh tế trong lưới điện, trong phạm vi ứng dụng ta có thể bỏ qua
Bước 2: Tạo sơ đồ lưới điện Vẽ sơ đồ lưới điện vào chương trình PSS/ADEPT
Cập nhật số liệu đầu vào cho sơ đồ lưới điện gồm các thành phần chính: nguồn, tải, dây dẫn, nút, thiết bị đóng cắt, …
Bước 3: Chạy chức năng TOPO Analysis
Rất đơn giản, chỉ cần một thao tác nhỏ, ta thu được cấu hình lưới điện như mong muốn
Bước 4: Báo cáo Sau khi chạy xong TOPO, ta có thể thấy kết quả tại một trong ba vị trí sau:
1 Xem ngay trên sơ đồ lưới điện 2 Xem kết quả tính toán trên cửa sổ Progress view 3 Xem kết quả từ report của phần mềm PSS/ADEPT
Với một bài toán cụ thể, các kết quả từ report ta có thể in ấn một cách dễ dàng thông qua File\Print.
5.5.3 Công tác chuyển tải trong vận hành lưới điện phân phối thực tế
Lập các phương án vận hành lưới điện trong các trường hợp bình thường và sự cố cho TTĐĐ – TT
Chuyển tải, chọn lựa và sa thải phụ tải theo yêu cầu của trung tâm điều độ
Trực tiếp đo đạc phụ tải trên lưới phân phối
Tham gia các kế hoạch tăng cường và cải tạo lưới điện trong khu vực quản lý
Lưới điện phân phối được vận hành hình tia và được liên kết với nhau bằng các khóa điện Các lý do chính để LĐPP thực tế vận hành hình tia có thể tóm tắt lại như sau:
Phối hợp bảo vệ relay trở nên dễ dàng
Giảm dòng ngắn mạch khi có sự cố trên một tuyến dây gần trạm nguồn
Điều khiển điện áp trên từng tuyến dây dễ dàng hơn và giảm được phạm vi mất điện trong thời gian giải trừ sự cố
Nếu chỉ xem xét giá thành xây dựng mới lưới điện phân phối thì phương án kinh tế là các lưới hình tia
Rõ ràng trong vận hành hình tia thì tổn thất năng lượng và chất lượng điện năng luôn thấp hơn một lưới điện phân phối vận hành mạch vòng Khi có sự cố, phạm vi mất điện của lưới hình tia thường rộng hơn Để khắc phục các nhược điểm này và tạo tính linh hoạt trong vận hành mạch vòng, hầu hết các mạng hình tia được thiết kế liên kết với nhau thông qua các khóa điện, do đó giảm thiểu được phạm vi và thời gian mất điện trong lúc khắc phục sự cố lưới điện và phần nào cải thiện chất lượng điện năng
Vấn đề đặt ra là xác định các trạng thái đóng cắt của các khóa điện như Recloser, LBS, DS như thế nào để cực tiểu hóa tổn thất điện năng hay một hàm chi phí F định trước Ở phạm vi của luận văn sẽ xây dựng mô hình giả lập các tình huống trạng thái của khóa điện để tìm ra phương án tối ưu khi vận hành lưới điện sao cho tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất dựa trên phần mềm PSS/ADEPT
5.5.4.1 Công suất tiêu thụ trung bình
Xác định công suất tiêu thụ của từng phụ tải là bài toán đầu tiên cần giải quyết cho mọi bài toán tính toán trong lưới điện
Hệ số công suất lấy trung bình khoảng 0.95 tại các trạm MBA Phương pháp tính công suất tiêu thụ trung bình:
Phương pháp này chủ yếu dựa trên tỷ số giữa công suất lắp đặt của MBA hạ áp hay điện năng tiêu thụ với đồ thị phụ tải đo được tại phát tuyến trung gian Giả thiết các phụ tải đều có đồ thị tải giống nhau
Công thức tính công suất phụ tải dựa trên điện kế tổng tại trạm hạ thế:
Với là tổng điện năng tiêu thụ tại trạm hạ thế trong tháng là điện năng tiêu thụ tại lộ ra trung thế là công suất tiêu thụ tại lộ ra trung thế thời điểm khảo sát là công suất tiêu thụ tại trạm thời điểm khảo sát
Ưu điểm: tính toán phụ tải nhanh chóng đơn giản, phù hợp cho các khu công nghiệp lớn hoặc phạm vi cung cấp tập trung
