Luận văn thạc sĩ Thiết bị, mạng và nhà máy điện: Xác định thứ tự ưu tiên mở rộng đường dây truyền tải dựa trên chỉ số độ tin cậy hệ thống điện

Xác định thứ tw wu tiên mở rộng đườngday truyền tải dựa trên chi số độ tin cậy hệ thống điện là nhằm giải quyết vẫn đềphát triển hệ thống truyén tải điện hiện nay và trong tương lai ở Vi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRAN ANH NGUYEN

XÁC ĐỊNH THU TU UU TIEN

MỞ RONG ĐƯỜNG DAY TRUYEN TAI

DUA TREN CHI SO DO TIN CAY HE THONG ĐIỆN

Chuyén nganh: Thiét bi, mang va nha may diénMã số: 12820136

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỎ CHÍ MINH - 6/ 2014

Cân Tho, ngày tháng năm 2014

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: TRAN ANH NGUYEN Phái: NamNgày, tháng, năm sinh: 11/05/1980 Nơi sinh: SÓC TRĂNGChuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện MSHV: 12820136I TEN DE TÀI: XÁC ĐỊNH THỨ TỰ UU TIEN MO RONG DUONG DAYTRUYEN TAI DỰA TREN CHỈ SO DO TIN CAY HE THONG ĐIỆN

Il NHIEM VU VA NOI DUNG:Xác định thứ tự ưu tiên mở rộng đường day truyén tải là giải bài toán toi ưunham xác định vị trí, công suất cần mở rộng nhưng phải đáp ứng một tập hợp cácđiều kiện ràng buộc Đề tài tập trung nghiên cứu thực hiện những nhiệm vụ sau:

Đánh giá độ tin cậy của hệ thống theo phương pháp xác suất ngẫu nhiên.Ứng dụng thuật toán cận biên và nhánh để giải bài toán quy hoạch lưới Cóhàm mục tiêu là tối thiểu tổng chi phí và đáp ứng điều kiện ràng buộc là độ dự trữ

CAN BO HUONG DAN CN BỘ MON

(Học ham, học vi, họ tên, chữ ky) QL CHUYEN NGANH

PGS.TS TRAN TRUNG TINHNội dung và dé cương luận van thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày tháng năm 2014

TRƯỞNG PHÒNG DT-SDH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

LOI CAM ONXin chan thanh cam on quy Thay Cô Khoa Điện — Điện Tử, trường Dai họcBách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt tri thức khoahọc và giúp em trưởng thành trong suốt khóa học cũng như trong cuộc sống.

Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Trung Tính, người đã hướngdan, cung cấp những kiến thức, tài liệu vô cùng quí giá dé em hoàn thành luận văntốt nghiệp này

Xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè cùng lớp Thiết bị, mạng và nhàmáy điện cùng quý thay cô bộ môn Kỹ Thuật Điện - Khoa Công Nghệ - Trường ĐạiHọc Cần Thơ đã giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và khi hoàn thành luận văn

Khi thực hiện dé tài không tránh khỏi những sai 14m và thiếu sót, rat mongquý Thay Cô, các anh chị chuyên môn và các bạn học viên nhiệt tình chỉ dẫn vàđóng góp ý kiến để luận văn này được hoàn thiện hơn

TOM TAT LUAN VANĐiện năng là một dạng năng lượng không thé thiếu cho cuộc sống hiện đạingày nay va trong tương lai Không có điện năng hau hết các thiết bị trong côngnghiệp và đời sống sẽ không thể hoạt động được Hiện nay, hàng loạt các khu côngnghiệp, khu chế xuất, nhà máy ra đời, nhu cầu sử dụng điện dân dụng và côngnghiệp của cả nước rất lớn, đòi hỏi hệ thống điện phải đáp ứng kịp thời nhu cầuphát triển đó Điện năng được sử dụng rộng rãi, thuận tiện trong đời sống và sảnxuất là bởi vì điện có thé truyền tải đi xa, nhanh, hiệu suất cao và dé dàng biến đổi

thành các dạng năng lượng khác.

Do đó, đòi hỏi hệ thống cung cấp điện không những phải làm việc liên tục Ổnđịnh để đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng mà còn phải đảm bảo tính an toàn và chấtlượng Quy hoạch và mở rộng hệ thống truyền tải là một nhiệm vụ rất quan trọngtrong ngành điện, thường được thực hiện sau khi quy hoạch nguon điện Nhiệm vuchính của quy hoạch và mở rộng hệ thống truyén tải là xác định vị trí tối ưu, côngsuất và thứ tự ưu tiên sẽ đầu tư của từng đường dây, đảm bảo yêu cầu dự đoán phụtải dài hạn với tong chi phí dau tư thấp nhất Các thiết kế tối ưu của quy hoạch mởrộng hệ thống truyén tải là một phân quan trọng của nhiệm vụ quy hoạch tổng thécủa hệ thống điện trong thị trường điện cạnh tranh Tuy nhiên, nó rât khó khăn để

quyết định một cách hợp lý các tiêu chuẩn độ tin cậy tối ưu của một hệ thống truyền

tai cũng như mở rộng hệ thống truyền tải Xác định thứ tw wu tiên mở rộng đườngday truyền tải dựa trên chi số độ tin cậy hệ thống điện là nhằm giải quyết vẫn đềphát triển hệ thống truyén tải điện hiện nay và trong tương lai ở Việt Nam

Nghiên cứu này không chỉ giúp kiểm tra được độ ồn định cũng như tính tốiưu độ dự trữ nút thanh cái của hệ thống sau khi thực hiện quy hoạch, mà còn xácđịnh tập hợp tối ưu các tuyến dây cân được mở rộng, dé xuất thứ tự ưu tiên đầu tưtừng tuyến nhăm tăng tính kinh tế

MỤC LỤC

Trang

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ - S1 2E SE E122 12 21 ma |0909.009) .44.Ồ iiTOM TAT LUẬN VĂN ooo ccccccccscscscssescsssecerscsecscsescsesesecevsversvsveavavsnesusevavanensecevenans iii

MUC LUC 0 — Ẽ.Ẽ.ẼăẼ.ốăă —.Ố IV

DANH MỤC CAC BANG 5< <5 So Hư E9 ng gE eø gu gee viiDANH MỤC CAC HÌNH - - St 1 11112 11171125112E11E E55 E51 1E TEErrrertrerer nai ix000100775577 1

I DAG VAI đỀ 2n n2 aa |

2 Mure đích nghiên CỨU - - c2 22111112230 11111112 1111111 8102311111 ky |3 _ Nhiệm vụ nghiên CỨU c2 1111221020111 1 111121111111 nE g1 1k nhớ 14 _ Phương pháp nghiên CỨU - 2c 2121222221110 111111181 8111111111111 ke 25 _ Phạm vi nghi€n CỨU 2 2c 2 12202222101 1111213 12811111153 51111111 511 xkt 26 Nội dung luận văn c2 112122122010 1121110111111 ven vết 2

CHƯƠNG 1: GIỚI THIEU 2-< 5° <° 5° se S<€ S9 + 4 4 s95 sess se 31.1 Tổng quan về hệ thống điện . 5-5252 xEEEEEEESEEEEEEEEEEEEsErkrrree 31.2 Lịch sử và sự phát triển của hệ thống điện Việt Nam - 31.3 Tổng quan về quy hoạch phát triển điện lực Việt Nam từ 2011 đến 2020 5CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY TRONG HE THONG ĐIỆN 72.1 Các khái niệm cơ bản về đánh giá độ tin cậy trong hệ thông điện 7

2.1.1 Định nghĩa độ tin cậy S27 22222213222 7

2.1.2 Một số khái niệm - 22-1 E1 11 121111 111211 101112111 ngu 7

2.1.3 Các chỉ tiêu độ tin cậy - SE SE HH 1tr He 9

2.2 Cơ sở đánh giá độ tin cậy trong hệ thống điện - 52s 92.3 Cường độ cưỡng bức phan tử nguồn điện -. 52 SE +ES2E£E£EsEererxes 92.4 Đánh giá độ tin cậy của hệ thống oo ceecceceseeceeeeeseseeseesecevetevetseversvseeetees 12

2.4.1 Đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện theo cấp độ I (L1) 122.4.2 Đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện theo cấp độ II (HLID) 132.4.3 Đánh giá độ tin cậy của hệ thống truyén tải c-55¿ 15

CHƯƠNG 3: QUY HOẠCH LƯỚI ĐIỆN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP CẬN

BIEN VÀ NHÁNH 2<- 55 5< S<S2seveeEveeerreesrersreee 18

3.1 Thuật toán cận biên và nhánh 2 c1 1102031111 11111 113v srkey 18

3.2 Mô hình hóa cau trúc hệ thông điện oo eececc cs ceceesescseseseeseseseseseseeseeeeseens 183.3 Lý thuyết dong cực đại va mặt cắt tối thiỂu 72 tt 20

3.4 Hàm chi phí bậc thang c2 12122223 21113011125 51111111 58111111 kg 22

3.5 Quy hoạch hệ thống truyễn tải -¿- 5e St 2x E3 E121 1 1x1 riyg 24

3.5.1 Hàm mục tIỀU -c CC 2 22 111010121110 1111105111 kY Sky TT cu 24

3.5.2 Các điều kiện ràng buộc về độ tin cậy - 5c sec 25

3.6 Giải thuật( - cece 120111211111 1110111111 0111k KH TT KH TK ky 26

3.7 Lưu độ giải thuật quy hoạch hệ thống truyén tai 5c ccscscxsz se 28

CHƯƠNG 4: DOT TƯỢNG NGHIÊN CUU 5-o° 5 se S< s52 se se se 29

4.1 Tổng quan về hệ thống điện tỉnh Sóc Trăng -:-::-ccccrxe: 29

4.2 Hiện trạng và tình hình thực hiện quy hoạch giai đoạn 2011-2015 32

4.2.1 Quan điểm thiết kẾ - 2 1S SE S E8 SE S11115111151151111155111111E1111x 1E errg 324.2.2 Khối lượng xây dựng - c2 1x HT TH HH HH Hit 334.2.3 Vốn đầu tư thực hiện quy hoạch ¿- 52c + s3 c2 sec 354.2.4 Hệ thống điện toàn tinh Sóc Trăng năm 2015 -+cs+cce¿ 354.3 Kết quả quy hoạch hệ thống điện tinh Sóc Trăng năm 2020 - 40

4.3.1 Công cụ sử dụng và hệ thống thực hiện trong luận van 40

4.4

4.3.2 Phụ tải tỉnh Sóc Trăng đến năm 2020 414.3.3 Tối ưu hóa độ dự trữ quy hoạch hệ thống truyền tải tỉnh Sóc Trăng 434.3.4 Chi phí mat điện theo độ dự trữr - 5+ 2s tt SE2EExEErrsrxek 444.3.5 Tối ưu tong chỉ phí theo độ dự trữ -scscccsEcxxxrssrxxe 464.3.6 Xác định thứ tự ưu tiên đầu tư mới từng đường day 51Kiém tra kha năng mang tai va độ ôn định của hệ thống điện tỉnh Sóc

Trăng sau quy hoạch năm 2020 55

4.4.1 Đánh giá khả năng mang tải của hệ thống sau quy hoạch 59

4.4.2 Sử dụng đường cong PV/QV trong PowerWorld Simulator dé kiểmtra ôn định điện áp nút thanh cái sau quy hoạch 594.5 Kiểm tra khả năng mang tải và độ ôn định của hệ thống điện tỉnh Sóc

Trang sau quy hoạch năm 2020 có độ dự trữ 20%% 67

4.5.1 Đánh giá khả năng mang tải của hệ thông sau quy hoạch 714.5.2 Sử dụng đường cong PV/QV trong PowerWorld Simulator để kiểm

tra ôn định điện áp nút thanh cái sau quy hoạch 71CHƯƠNG 5: KET LUẬN ccccccssccssssssssssssssssssessssssesssssscsssessssssessssssssesesssenes 80

5.1.2 Kết quả đạt được c cà ào 805.1.3 Hướng nghiên cứu mở rộng dé tài - + scs2xcxsEsrsrexea 805.1.4 Lời KẾT co on 2n HH HH HH HH HH ng ryk 81TÀI LIEU THAM KHAO) 2-5 5 5° S22 S5 959 5254 se 82

PHU LUC 022 ÔỎ 85

LY LICH TRÍCH NGANG o- 5-6 <©S£ s2 E2SEs 4ESSES2 E912 3s 34 S623 2x8 99

DANH MUC CAC BANG

Bảng 1.1: Điện năng sản xuất - 1-1 S112 121115115117 1111 1 1 HH HE ờt 5Bang 1.2: Tỷ lệ năng lượng tái tạo trong điện năng sản xuất 5 5Bảng 1.3: Giảm hệ số đàn hồi/GDP bình quân 5-5222 SE £E2E2E£EtEeEzsrxea 5

Bang 1.4: Dinh hướng công suất nguồn điện Việt Nam đến năm 2020 6

Bảng 1.5: Cơ cau nguồn điện Việt Nam đến năm 2020 - 6

Bang 3.1: Các trường hợp của nút thắt cô chai trong hệ thống điện 20

Bang 3.2: Tập hợp mặt cắt trên hệ thông điện đơn giản gồm 2 nút 22

Bảng 4.1: Nhu cầu công suất và điện năng toàn tỉnh Sóc Trăng giai đoạn đến nămBảng 4.2: Thông số nguồn của hệ thông điện cao áp cung cap cho tỉnh Sóc Trăng 35

Bảng 4.3: Trạm biến áp 220KV cee 222 c2 nhe nhe xxx kks sec cccc 25Bang 4.4: Đường dây 220K V 2 tee cu cà cv cv TỔBảng 4.5: Trạm biến áp L1OKV cà see nàn sàn nh nh xe cv 36Bang 4.6: Đường dây II0KV Q.2 tee re cccv cv TỔBang 4.7: Phụ tải tỉnh Sóc Trăng năm 2015 37

Bảng 4.8: Nhu cau phụ tải Tinh Sóc Trăng năm 2020 .:.c - - 4ÏBảng 4.9: Thông số đầu vào của quy hoạch lưới điện tỉnh Sóc Trăng năm 2020 41

Bảng 4.10: Kết quả tối ưu hóa quy hoạch và mở rộng hệ thống truyền tải theo sựthay đổi tiêu chuẩn độ tin cậy (BRR%) năm 2020 43

Bang 4.11: Chỉ tiêu độ tin cậy và tong chi phí mat điện IEAR=2000 [VND/kWh] 44

Bang 4.12: Chỉ tiêu độ tin cậy và tong chi phí mat điện IEAR=3000 [VNĐ/kWh] 45

Bảng 4.13: Chi phí xây dựng, chi phi mat điện của khách hàng và tổng chi phiBảng 4.14: Chi phí xây dựng, chi phi mat điện của khách hang và tổng chi phiBảng 4.15: Thông số cơ bản cho đánh giá độ tin cậy 5ÏBang 4.16: Thứ tự xây dựng tập tối ưu BRR=0%, 5%, 10% 51

Bảng 4.17: Thứ tự xây dung tập tối ưu BRR=15% 52

Bảng 4.18: Thứ tu xây dung tập tối wu BRR=20% oo eee eee cecceeee cesses eee eeeeeees 52Bang 4.19: Thứ tự xây dựng tập tối wu BRR=25%, 30% 52Bảng 4.20: Thứ tự xây dựng tập tối ưu BRR=35%, 40% 53Bảng 4.21: Thứ tự xây dựng tập tối ưu BRR= 45% ccc cào c2 eens 53

Bang 4.22: Gia tri tới hạn đường cong Q-V năm 2020 64Bang 4.23: Gia tri tới hạn đường cong Q-V năm 2020 có độ dự trữ 20% 76

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Mô hình hệ thống điện cơ bản 5-2221 E2EEEEEEEEEEEEEEEEEEkEErrrreea 3Hình 2.1: Hệ thống điện tiêu biỀu 2-5: 5c 1 1221111521 1111111111111 rk 7Hình 2.2: Sơ đồ khối đánh giá độ tin cậy ¿51t E111 E111 1E xe 8Hình 2.3: Phân loại hệ thông điện theo cấp d6 c.cccecccccsecesescesesesessstsesteseesseseneees 9

Hình 2.4: Mô hình hai trạng thal 1Q

Hình 2.5: Chu kỳ hai trạng thái của phan tử: - 5-52 SE x2 EEEEE2EEEEEEkerkrsrree, 10Hình 2.6: Hệ thống điện thực tế và mô phỏng tương đương ở cấp độ L 12Hình 2.7: Sơ đô biểu diễn độ tin cậy của hệ thống - 2 2s E‡EEE+E+Ecerxskd 16Hình 2.8: So đồ tiêu chí độ tin cậy tối ưu của quy hoạch mở rộng hệ thống điện là

mục đích của nghi€n CUU này - ce 22 1122121221111 133551111112 17

Hình 3.1: Sơ đỗ đơn tuyến của hệ thống điện 2 nút - 2 2 +x+x‡EEE£+E+xerrxees 19Hình 3.2: Mô hình hóa hệ thống điện - 5-52 1 1E E11 111111 1111111 2E txet 19Hình 3.3: Dòng cực đại và mặt cắt tối thiểu 20Hình 3.4: Xác định nút thắt cỔ chai 52-55: 52 22222122112211 EE E1 err 21

Hình 3.5: Thêm 4 đường dây gitta X Và V LLL HH HS SE SH n SH nhàn 23Hình 3.6: Hàm chi phí bậc thang - - 2 2220221021101111 1111111111111 118855811 x2 24

Hình 3.7: Lưu đồ giải thuật quy hoạch hệ thống truyền tải c5 scxszsse2 28Hình 4.1: Sơ đồ đơn tuyến lưới điện tinh Sóc Trăng năm 2015 eee 38Hình 4.2 : Khả nang mang tải hệ thống điện Sóc Trăng năm 2015 - 39Hình 4.3: Hệ thống thực hiện Quy hoạch mở rộng và xác định thứ tự ưu tiên 40Hình 4.4: Đường cong tổng chi phi dau tư theo yêu cầu độ dự trữ BRR[%] 44Hình 4.5: Đường cong chi phí mat điện khách hang với [VNĐx10”] IEAR = 2000

Hình 4.13:Hình 4.14:Hình 4.15:Hình 4.16:Hình 4.17:Hình 4.18:Hình 4.19:Hình 4.20:Hình 4.21:Hình 4.22:Hình 4.23:Hình 4.24:Hình 4.25:Hình 4.26:Hình 4.27:Hình 4.28:Hình 4.29:Hình 4.30:Hình 4.31:Hình 4.32:

Phân bồ công suất trên đường dây của hệ thống năm 2020 58

Tổng hợp thông số trên hệ thống năm 2020 2: 22222 s2zx+xzzvze2 58Duong cong P-V tại các nút phụ tai Tinh Soc Trăng nam 2020 61

Đường cong P-V tại nut 16 va nút 32 gần nguồn 61

Đường cong P-V tai nút 23 va nút 34 xa nguồn ¬ 62

Tổng hợp các đường cong P-V tại các nút phụ tải Sóc trăng năm 2020 62

Đường cong Q-V tại các nút phụ tải Tinh Sóc Trăng năm 2020 64

Tổng hợp giá trị Qin tại các nút phụ tải Sóc Trăng năm 2020 65

Phân vùng giới hạn điện áp của hệ thống Sóc Trang năm 2020 66

Hệ thống điện tinh Sóc Trang năm 2020 với độ dự trữ 20% 67

Điện áp trên các nút của hệ thống năm 2020 với độ dự trữ 20% 66

Phân bồ công suất trên đường dây của hệ thống với độ dự trữ 20% 68

Tổng hợp thông số trên hệ thống với độ dự trữ 20% scs-s 68Đường cong P-V tại các nút phụ tải Tinh Sóc Trăng năm 2020 với độ dự05020 115 la 73

Đường cong P-V tại nút 16 và nút 32 gần nguồn với độ dự trữ 20% 73

Đường cong P-V tại nút 23 và nút 34 xa nguồn với độ dự trữ 20% 74

Tổng hợp các đường cong P-V tại các nút phụ tải Sóc trăng năm 2020MÙN) 0100000002011 eo 74

Đường cong Q-V tại các nút phụ tai Tỉnh Sóc Trăng năm 2020 với độ dựCO DOM biddiiddỶdÝdđd 76

Tổng hop giá trị Qmin tại các nút phụ tải với độ dự trữ 20% 77

Phân vùng giới hạn điện áp của hệ thống Sóc Trăng năm 2020 với độ dự05020 1157 na 78

1 DAT VAN DEĐiện nang là một dang nang lượng không thể thiếu cho cuộc sống hiện đạingày nay và trong tương lai Hệ thống điện bao gồm các phan tử như máy phát, máybiến áp, đường dây truyén tải và những phan tử khác được kết nối với nhau tạothành hệ thống điện Trong hệ thống lưới điện của Tổng công ty Điện lực miềnNam, các đường dây truyền tải 220kV, 110kV và máy biến áp được xây dựng trướcđây luôn trong tình trạng quá tải Để đảm bảo cung cấp điện đây đủ với chất lượngtỐt, việc cải tạo nâng cấp các đường dây 220kV, 110kV và máy biến áp là vấn đềcấp thiết hiện nay.

Cải tạo đường dây là công việc tăng công suất truyén tải của dây dẫn Việcmở rộng hệ thống điện là một nhiệm vụ rất quan trọng cho nhà quản lý, quy hoạchvà vận hành ngành điện Với nhiệm vụ cơ bản đầu tiên là vừa cung cấp điện năngđáp ứng yêu cau tăng nhanh của phụ tải vừa phải thỏa mãn các điều kiện ràng buộcvề kinh tế và kỹ thuật Mở rộng lưới điện đồng nghĩa với việc trả lời những câu hỏisau: Tuyến nào của lưới cần mở rộng? Công suất của tuyến sẽ mở rộng là baonhiêu? Tổng chi phí dau tư là bao nhiêu?

Tuy nhiên, nó rất khó khăn để quyết định một cách hợp lý các thứ tự ưu tiêntuyến đường dây cho việc mở rộng của một hệ thống truyền tải phù hợp với nhu caucũng như vấn dé kinh tế Xác định thứ tự ưu tiên mở rộng đường dây truyền tải dựatrên chỉ số độ tin cậy là nhăm giải quyết van dé phát triển hệ thống truyền tải điện

hiện nay và trong tương lai ở Việt Nam.

2 MỤC TIỂU NGHIÊN CỨUNghiên cứu việc xác định thứ tự ưu tiên mở rộng đường day truyền tải dựatrên chỉ số độ tin cậy trong quy hoạch hệ thống truyén tải băng thuật toán cận biênvà nhánh Hàm mục tiêu là tối thiểu tổng chi phí đầu tư và điều kiện ràng buộckhông chỉ đáp ứng yêu câu của phụ tải dự đoán dài hạn mà còn đảm bảo độ tin cậyhệ thống điện

3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Xác định thứ tự ưu tiên mở rộng đường dây truyền tải là giải bài toán tối ưunham xác định vị trí, công suất cần mở rộng nhưng phải đáp ứng một tập hợp cácđiều kiện ràng buộc Đề tài tập trung nghiên cứu thực hiện những nhiệm vụ sau:

Đánh giá độ tin cậy của hệ thống theo phương pháp xác suất ngẫu nhiên

hàm mục tiêu là tối thiểu tổng chi phí và đáp ứng điều kiện ràng buộc là độ dự trữ

6 NỘI DUNG LUẬN VĂN

CHUONG 1: Giới thiệu

CHƯƠNG 2: Đánh giá độ tin cậy trong hệ thống điện

CHUONG 3: Quy hoạch lưới điện sử dụng phương pháp cận biên và nhánh

CHUONG 4: Đối tượng nghiên cứuCHƯƠNG 5: Kết luận và kiến nghịTÀI LIỆU THAM KHẢO

1.1 Tong quan về hệ thống điệnHệ thống điện (HTD) là một hệ thống bao gồm các nhà máy điện, các trambiến áp, các đường dây tải điện, các trạm phân phối, và các phân tử khác được nốiliền với nhau thành hệ thống như trình bày tại hình 1.1 Nhiệm vụ cơ bản của HTDlà sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng đáp ứng nhu cau của phụ tải (sốlượng, chat lượng và độ tin cậy) với giá thành thấp nhất.

220 KV Transmission:

Transmission |

Commercial TransmissionIndustrial > Ỉ

Customer : 9 h System

et — — `.

Distribubom Substation

f 11KV Distribution 132/11KVUrban L v v |Customers ; —-4 : ; , } :

Y Distribution W) | | | | lê\ ù ¡NI

System | — Sd

(11KV)

Underground \ seal Line

;=2eozeco.i DIÊ ~ là: : L | Over head

~ A ¬ | 4 Distribution

Underground Cable { Transformer

“5

H | ia

hăng năm Cùng với một sô nhà máy điện được xây dựng dưới sự giúp đỡ của các

máy điện và các trung tâm phụ tải, hình thành nên HTD non trẻ của Việt Nam Thời

kỳ 10 năm (1955 - 1965), ở miền Bắc, mức tăng công suất đặt trung bình là 15%.Trong giai đoạn (1966 - 1975) do chiến tranh phá hoại ác liệt nên mức tăng côngsuất đặt bình quân chỉ đạt 2,6%/nam

Giai đoạn 1975 - 1994, HTD được phát triển mạnh với việc đưa vào vậnhành một số nhà máy lớn với công nghệ tiên tiến như Nhiệt điện Phả Lại (440

MW), Thuỷ điện Trị An (420 MW) và đặc biệt là Thuỷ điện Hoà Bình (1920

MW) và đồng bộ với các nguôn phát điện, hệ thống lưới điện được phát triển rộng

khắp cả nước trên cơ sở đường trục là lưới điện 220kV

Ngày 5/4/1992, đường dây siêu cao áp 500 kV Bắc-Nam (mạch 1) dài 1.487

km được khởi công xây dựng và ngày 27/5/1994 đã khánh thành, đóng điện vận

hành Sự kiện này đánh dâu bước trưởng thành mang tính đột phá của Điện lực ViệtNam Hệ thống điện quốc gia Việt Nam từ đây được hình thành trên cơ sở liên kếtlưới điện các khu vực Bắc — Trung — Nam thông qua trục “xương sống” là đườngdây 500 kV Từ đây, Việt Nam đã có một HTD thống nhất trong toàn quốc, làm tiềndé cho một loạt các công trình mới với công nghệ hiện đại được đưa vào vận hành

Sau này.

Năm 1995, Thực hiện chủ trương cải cách cơ chế quản lý doanh nghiệp nhànước trong thời kỳ đổi mới, trên cơ sở quyết định 91/TTg ngày 7/3/1994 của Thủtướng Chính phủ, Tổng công ty Điện lực Việt Nam đã ra đời, với chức năng quản lý

sản xuất, kinh doanh điện trong phạm vi toàn quốc Đây là một sự kiện quan trọng

đánh dâu bước chuyên đổi sâu sắc về tổ chức quan lý, nâng cao tinh chủ động trong

sản xuất, kinh doanh, tạo tiền đề cho sự phát triển ngành điện Việt Nam mạnh mẽ,

năng động.

Đến cuối năm 2004 tổng công suất đặt của toàn quốc là 11.340 MW, tăngtrên 100 lần so với năm 1954 Về sản lượng điện tăng gấp gần 900 lần so với năm1954 Hệ thống lưới điện truyén tải và phân phối đã trải rộng khắp mọi miền Tổquốc Về chỉ tiêu điện năng tính trên đầu người, thi năm 1965 đạt 30 kWh/người-năm, năm 1975: 56,2 kWh/đầu người-năm; năm 1980 đạt 67,7 kWh/dau người-năm; năm 1985 đạt 84 kWh/đầu người-năm; năm 1995, điện bình quân một ngườilà 198 kWh/người-năm, thì đến năm 2005 đã đạt trên 500 kWh/người-năm

2004 và điện bình quân một người 990kWh/nguoi-nam tăng 440 kWh so với năm2004.

1.3 Tông quan về Quy hoạch phat triển điện lực Việt Nam từ 2011 đến 2020Ngày 21/7/2011, Thủ tướng Chính phủ đã có Quyết định số 1208/QĐ-TTg Phêduyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020, có xét đến năm2030 Với mục tiêu tổng quát là sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên năng lượngtrong nước, kết hợp với nhập khẩu năng lượng sơ cấp cho sản xuất điện; cung cấpđầy đủ điện năng với chất lượng ngày càng cao, giá cả hợp lý cho phát triển kinh tếxã hội; đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia

Mục tiêu cu thể như sau:

Bảng 1.1: Điện năng sản xuất

TT Năm Sản lượng | Đơn vi tính| 2010 100,017 ty kWh2 2015 194 -201 ty kWh3 2020 330 - 362 ty kWh4 2030 695 - 834 ty kWh

Về Năng lượng tái tao (NLTT): ưu tiên phát triển, tang tỷ lệ điện năng sanxuất từ NLTT:

Bang 1.2: Tỷ lệ năng lượng tải tao trong điện năng sản xuất

TT Năm Tỷ lệ tăng| 2010 3,5%

2020 4.5%3 2030 6,0%

Bang 1.3: Giảm hệ số đàn hôi/GDP bình quân:TT Năm Hệ số dan hoi

Hiện nay 2,02 2015 1,5

2020 1,0

Day nhanh chương trình điện khí hoá nông thôn, miền núi đến 2020 hau hết

các hộ dân nông thôn có điện

Bang 1.4: Định hướng công suất nguôn điện Việt Nam đến năm 2020TT Nguôn điện Công suất Tỷ lệTổng công suất các nhà máy điện 75.000MW 100,0%

| Thủy điện 17.325MW 23,1%

2 Thủy điện tích năng 1.800MW 24%

3 Nhiệt điện than 36.000MW 48,0%

Nhiệt điện khí (trong đó su4 x 12.375MW 16,5%

dung LNG chiêm 2,6%)Nang luong tai tao 4.200MW 5,6%

Điện hạt nhân 975MW 1,3%

Nhập khâu điện 2.325MW 3,1%Bang 1.5: Cơ cấu nguồn điện Việt Nam đến năm 2020TT Nguôn điện Sản lượng Tỷ lệ

Theo kịch bản cơ sở năm 2020 330 tỷ kWh 100,0%| Thủy điện 64,68 ty kWh 19,6%2 Nhiét dién than 154,44 ty kWh 46,8%

Nhiệt điện khí (trong đó su „3 Ỷ 79,20 ty kWh 24,0%

dung LNG chiêm 4,0%)4 Nang luong tai tao 14,85 ty kWh 4.5%5 Điện hạt nhân 6,93 ty kWh 2,1%

6 Nhập khâu điện 6,93 tỷ kWh 3,0%

2.1 Cac khái niệm cơ bản về đánh giá độ tin cậy trong hệ thống điện

2.1.1 Định nghĩa độ tin cậy

Độ tin cậy được định nghĩa là khả năng mà một phân tử hay hệ thống thựchiện một chức năng theo yêu câu trong một khoảng thời gian nhất định trong mộtđiều kiện vận hành nhất định

2.1.2 Một số khái niệmĐánh giá độ tin cậy hệ thống điện chính là đáp ứng yêu cầu phụ tải và cungcấp điện năng đến khách hàng một cách liên tục, chất lượng cao với chi phí thấpnhất có thể Mục đích của việc đánh giá độ tin cậy hệ thống điện là ước tính khả năng củahệ thống điện làm việc đáp ứng yêu cầu trên Các khái niệm về độ tin cậy thì có nghĩarất rộng được mô tả như sau:

a) Phần tử tính toán độ tin cậy

Trong nghiên cứu đánh gia độ tin cậy, hệ thông cung cấp điện được chia

thành các phan tử tính toán Các phan tử này có thé được chọn tùy ý, vi dụ như hệthống truyền tải có thể là một phần tử, nhưng một rơle có thể bao gồm nhiều phântử Mỗi phần tử có thể có ít nhất hai trạng thái: Làm việc và không làm việc Phầntử trong hệ thống điện là phan tử có phục hồi, nghĩa là sau khi bi hỏng sẽ được sửa

chữa và đưa trở lại làm việc, vì vậy sẽ có hai sự kiện như sau:

- Sự cô hư hỏng: Phan tử chuyển từ trạng thái làm việc sang trạng thái không

- Cắt phân tử là sự cắt bỏ khỏi hệ thống phân tử không có khả năng vận hànhđúng chức năng do một vai sự cô liên quan trực tiếp với phan tử đó Cắt phan tử cóthé hoặc không là nguyên nhân ngừng cung cấp điện cho khách hang.

- Cắt cưỡng bức: Gây ra do các điều kiện khẩn cấp liên quan trực tiếp đếnphan tử mà đòi hỏi phan tử này phải được cách ly khỏi hệ thong ngay lập tức, hoặctự động cắt ngay khi các thao tác đóng cắt nhằm của con người hay thiết bị

- Cắt phân tử theo lịch trình: Được thực hiện khi một phan tử được chủ địnhcác ly khỏi hệ thống tại một thời điểm được lựa chọn, thường là cho mục đích xây

dựng, bảo trì hay sửa chữa.

- Cắt phan tử từng phan: Trang thái của một phan tử khi khả năng vận hànhtheo đúng chức năng của phân tử bị giảm xuống nhưng không hoàn toản bị loại trừ

- Cắt cưỡng bức ngắn hạn: Phan tử bị cắt ra nhưng được tự động đóng trở lại

băng thiết bị tự đóng lại

- Cắt cưỡng bức kéo dai: Phan tử bị cắt ra chỉ đóng lại sau khi sửa chữa hoặcthay thé

d) Ngừng cung cấp điệnSự mat điện cho một hoặc nhiêu hộ tiêu thụ hay các khu vực khác nhau là

hậu quả của sự cắt một hay nhiều phần tử, phụ thuộc vào câu trúc hệ thống

Quan hệ giữa các phân tử, hệ thống và khách hàng trong lĩnh vực đánh giáđộ tin cậy được mô tả bởi sơ đồ khối hình 2.2

Tốt ết cưỡng bí Ngừng cung cấp Mắt điện khách hàng 1

Hong hóc >» Cat cưỡng bức điện cưỡng bức

Mr SA Ngừng cung cấp + tA LAL bàNgười vận ||) Cắt theo lịch > điện cưỡng bức Mat điện khách hàng 2

hành

xì A TS ; Ngừng cung cấp | | ]Jj Mat điện khách hàng 3

Người vận »| Cat từng phân điện cưỡng bứchành

Phân tử k Mắt điện khách hàng n

Trạng thái phân tử Trạng thái hệ thông Trạng thái của khách hàng

Hình 2.2: Sơ đồ khối đánh giá độ tin cậy

- Chỉ tiêu tần suât ngừng cung cấp điện hệ thống.- Chỉ tiêu tần xuất ngừng cung cap điện khách hàng.- Chỉ tiêu cắt tải.

- Chỉ tiêu cat xén khách hang.- Chỉ tiêu thời gian ngừng cung cấp khách hàng.2.2 Cơ sở đánh giá độ tin cậy trong hệ thống điện

Hệ thống điện là một hệ thống rất phức tạp và có sự tham gia của rât nhiềuphan tử với những trạng thái vật lý khác nhau Chức năng cơ bản của hệ thống điệnlà sản xuất điện năng (hệ thống nguồn), vận chuyển điện năng từ noi sản xuất đếnnơi tiêu thụ cuối cùng (hệ thống truyền tải) và hệ thong phân phối Do đó, hệ thốngđiện có thể được chia thành ba cấp độ theo ba chức năng cơ bản của nó Các cấp độnày rất thuận tiện cho việc phân tích, tính toán trong vận hành hệ thống nguồn, hệthống truyền tải, v.v Cap độ I (HLI) chỉ tập trung hệ thong nguôn điện Đặc tínhcủa cap độ I là giả định hệ thống truyền tải có công suất không giới hạn và đặc tinhvật lý là lý tưởng Cap độ II chú ý cả hệ thống nguồn điện và hệ thống truyén tải.Cap độ III chú ý đến toàn bộ hệ thống điện như trình bay ở hình 2.3 Do đó, thôngthường đánh giá độ tin cậy dựa theo các cấp độ này:

hiệu là FOR (Forced Outage Rate) Thông số cắt cưỡng bức của một phân tử (t6máy phat, máy biến áp, v.v ) có thé được mô phỏng ở dang hai trang thái nhưtrình bày tại hình 2.4 Mô phỏng này giả định một phan tử bat kỳ có hai trang thái là

(Iv ) Lam viéc

lír l/m

tốt (hoạt động) và hỏng hóc (đừng)

Hình 2.4: Mô hình hai trạng thải

Xác suất hỏng hóc trong thời gian dai được biết như là hệ số không sẵn sang

ap, v.v ) trong một khoảng thời gian (1 năm) thì sẽ có hai trạng thai cơ ban là sau

một khoảng thời gian hoạt động thì dừng một khoảng thời gian để bảo trì và sửa

chữa Quy luật này sẽ được lập đi và lập lại như trình bày tại hình 2.5 T; là trạng

thái hoạt động tốt (không hư hỏng) và F; là trạng thái sự c6 (hỏng hóc), MTBF là

thời gian trung bình vận hành an toàn và MTTR = r là thời gian trung bình sửachữa.

Thời gian trung bình giữa các lần hỏng hóc được ước tính như sau:

m=-—= trong đó: m; là thời gian gitra hai lân sự cô ở chu kỳ thứ 7; ø là tông các

nh

j=1

chu kỳ khảo sát Tương tự, ta xác định thời gian trung bình sửa chữa: „ ~ =

n

trong đó: z; là thời gian sửa chữa chu kỳ thứ 7.

Dữ liệu cho ở trên và hiệu quả của công suất C của máy phát cùng với độ tincậy máy phát Thông số U thi gần đúng của xác suất hỏng hóc của một phan tửthậm chí khi xét đến bảo dưỡng phòng ngừa, cung cấp thông tin cho việc sắp sếpbảo dưỡng trong thời gian thấp tải Hệ số không sẵn sang thì thích hợp cho ước tinhxác suất hỏng hóc của phan tử trong tương lai Một phần tử không sẵn sang thìthường là bị cắt cưỡng bức (FOR), nó không được xem là định mức nhưng nó là hệsố cho trong ( 2.1), (2.2) Hệ số sẵn sang được biéu điển bởi (2.3), (2.4)

7 là chu kỳ

f=1/T là tầng suất

MTBF =1/A, MTTR = I/u, f= A*U

Nếu tính toán trong thời gian dài thi FOR là hệ số không sẵn sàng của phantử Mô hình nhiều trạng thái có thé được sử dụng thay thế một phan trạng thái catphan tử Mô hình da trạng thái cũng hữu dung trong việc thích nghi trong vận hành

đứt đoạn và cường độ hỏng hóc khi khởi động Khoảng thời gian nguy hiểm trongvận hành của phan tử là khi phan tử khởi động, nó được so sánh với tải đơn vi cơban, một phan tử ở đỉnh tải thì có ít thời gian vận hành và nhiều lần khởi động vàtặc Điều này yêu cầu ước tính luôn trạng thái không sẵn sàng của phân tử trong

tương lai.

2.4 Đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện2.4.1 Đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện theo cấp độ I (HLI)

Cap độ I của hệ thống điện là chỉ chú ý đến hệ thống nguôn điện Do đó chỉ

số độ tin cậy của hệ thống điện cấp độ I chính là của hệ thống nguôn điện Có nhiều

phương pháp dé đánh giá độ tin cậy ở cấp độ Hệ thống điện cấp độ I như trình bayở hình 2.6(a) có thé được mô phỏng thành hệ thông tương đương như trình bay ởhình 2.6.(b) Công suất và tỉ lệ cắt cưỡng bức của tổ máy phat thứ 7 có công suất C;

(MW) và g, tương ứng như trình bày ở hình 2.6(b) Nó tương đương với việc tang

thêm công suất C; (MW) vào phụ tải với cùng tỉ lệ cưỡng bức như trình bày ở hình

2.6(b).

C [MW]FOR=q) Cc: [MW]

wr? (X) = mrĐ, 1%) Pun Soi %oi) = F ®, ¡(X, — Xa Soi Xo) (2,6)

Lp : là đại lượng phụ tải cực đại [MW]

Chỉ số độ tin cậy cấp độ Ila LOLEut (Loss of load expectation) và EENSunui

(Expected energy not served) duoc tinh nhu sau:

LOLE} 1; =i; ® (3) ec [h/năm] (2.7)

C+L

BENS, = (nde [MWhimam] — (28)

Trong đó: 7C (MW): là tong công suất của các tổ máy phat2.4.2 Đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện theo cấp độ II (HLID

Đánh giá độ tin cậy HTD cấp độ II tức là đánh giá cùng lúc hệ thống nguônvà hệ thống truyén tải Các chỉ số độ tin cậy hệ thống điện mức độ II là LOLE(EDLC), EENS, SI, EIR Có nhiều máy phát, đường day truyền tải được cố địnhtrong phân tích phân bố công suất, phân tích sự ngẫu nhiên, đều độ máy phát, phântích quá tải trên đường dây truyén tai,

- Xác suất cắt tảiXác suất cắt tải PLC (Probability of load curtailments) được định nghĩa nhưlà xác suất thiếu công suất khả dụng cung cấp cho nhu cầu phụ tải PLC có thé đượctính băng cách tổng xác suất của tất cả các trạng thái của cắt tải

ø1ờ và đơn vi cua EDLC là gio/nam.

R= C-L: Công suất dự trữ của hệ thốngC: Công suất khả dụng nguôn phátL: Công suất tải lớn nhất

LOLE là số ngày kỳ vọng có thể xảy ra hay số giờ trong một khoảng thờigian khảo sát khi phụ tải lớn nhất vượt quá công suất khả dụng

LOLE = LOLPT = Ð,K,P(C,—l,) [giờmăm] (2.12)

i=l

Trong đó: C;: Công suất kha dụng nguồn phát ngày ¡

L;; Công suất tải lớn nhất dự đoán ngày iP(C,-L,): xác suất thiếu nguôn

K;: SỐ ngày có xác suất thiếu nguôn P;- Thiếu hụt điện năng EENS (Expected energy not supplied)EENS là tôn thất năng lượng của khách hàng khi công suất hệ thông khôngđủ cung cấp (thiểu nguôn)

EENS= > (X—R)P(R)+ twwn| Ø-13)

R-X>0

Trong đó: p(R)=1/8760 và t = 8760 giờ; phí tổn ngừng cung cấp điện có thé

được tinh tr EENS.

- Chỉ số SM :SM là tỉ số giữa thiếu hụt điện năng do ngừng cung cấp điện khi thiếu nguồntrên công suất tải lớn nhất hăng năm

- Chỉ số năng lượng của độ tin cậy EIR (Energy Index of Reliability)

Đề thuận tiện trong việc so sánh chỉ số độ tin cậy giữa các hệ thông điện Chỉ

số EIR là chỉ số được sử dụng pho bién

EENSEIR=1-

Annual Energy [pu (2.15)

2.4.3 Đánh giá độ tin cậy của hệ thống truyền tảiTrong mạng điện thường được chia là mạng truyền tải và phân phối, mạngtruyền tải là mạng chuyền tải công suất từ các nhà máy điện đến các nút phụ tảichính, từ đây năng lượng được truyền đi đến các phụ tải riêng lẻ Kết quả phân tíchđánh giá độ tin cậy hệ thống truyền tải của những nút phụ tải chính trở thành nhữngthông tin đầu vào đề phân tích độ tin cậy hệ thống phân phối

Trong nhiều thập niên qua đã có rất nhiều nhà khoa học đã phát triển nhiềugiải thuật, phương pháp toán dé đánh giá độ tin cậy hệ thống điện cấp độ I va II.Tuy nhiên, theo xu thế mới là chuyền thị trường điện từ độc quyền sang cạnh tranhđang phát triển mạnh mẽ trên thế giới cũng như ở Việt Nam Do đó, công việc đánhgiá độ tin cậy của hệ thống truyền tải là một van dé lớn cho các nhà quan lý Hiệnnay vẫn chưa có công cụ thống nhất chung để đánh giá độ tin cậy cho hệ thốngtruyén tải Do đó, trên thé giới đang tôn tại hai trường phái về đánh giá độ tin cậy hệthống truyền tải Trường phái thứ nhất ở Mỹ, Canada, Brazin, v.v thì đánh giá độtin cậy của hệ thống truyén tải bằng cách giả định hệ thông nguồn làm việc trongđiều kiện lý tưởng (FORGi = 0) Công cụ đánh giá được phát trién băng phần mềm

TRELSS do Electric Power Research Institute của Mỹ Trường phải thứ hai ở Pháp

và một số nước Châu Âu thì đánh giá độ tin cậy xác suất ngẫu nhiên của hệ thống

truyền tải là hiệu số giữa chỉ số độ tin cậy của hệ thống điện cấp độ II với chỉ số độ

tin cậy của hệ thống điện cấp độ I Công cụ được dùng là phan mềm METRIS do tậpđoàn điện lực của Pháp (EDF) sản xuất

LOLE„ = LOLE yy, - LOLE my, [days] (2.16)

EENS,., = EENS iy; — EENSy,, [MWh] (2.17)

2.5 Tiêu chí xác định độ tin cậy tối ưu

Các điều kiên thuận lợi về kinh tế đóng vai trò quan trọng trong quyết địnhcho việc quy hoạch mở rộng hệ thống truyền tải Phương pháp đơn giản nhất, có théđược sử dụng để kết hợp lợi ích kinh tế với độ tin cậy, duy nhất là xét đến chi phíđầu tư vốn Việc tăng độ tin cậy do sự lựa chon thay thế khác nhau được đánh giácùng với chi phi đầu tư gắn với từng dé án Một mục tiêu cho việc lập quy hoạch

truyén tai trong tương lai nên được mở rộng so sánh day đủ trong cùng một cấu trúcphân cấp bao gdm sự an toàn va do đó dat được ở chi phí độ tin cậy và đánh giá độtin cậy Sự mở rộng về chất lượng phân tích độ tin cậy tới thâm định giá dịch vụ thidễ, nhưng rat dé bị sai.

Hình 2.7 thé hiện chi phí tối ưu dé quy hoạch hệ thống, với cực tiểu chi phíxây dựng va chi phí mất điện khách hang đáp ứng chỉ tiêu độ tin cậy Mặt khác,những chi phí khách hàng bị mat điện sẽ được giảm xuống đáp ứng về độ tin cậy.Tổng chi phí cho đầu tư là tổng chi phí của 2 chi phí xây dựng và chi phí mắt điệnkhách hàng Tổng chỉ phí này là một điểm cực tiểu tối ưu hoặc mục tiêu mức độ tin

cậy cân đạt được.

Thap Độ tin cậy hệ thông Cao

Hình 2.7: Sơ đồ biểu diễn độ tin cậy của hệ thong

Xây dựng lưu đồ tối ưu tiêu chuẩn xác định đáng tin cậy cho quy hoạch mởrộng hệ thống truyền tải

Lưu đồ tiêu chí độ tin cậy tối ưu được giải quyết trong nghiên cứu nay đượcthể hiện ở hình 2.8

Tối ưu hóa về quy hoạch mở rộng Đánh giá chỉhệ thống truyền tải sử dụng thuật phí cúp diện

toán cần biên và nhánh qEAR)

Đường cong chi phí

Duong cong chi

phi khach hang

CHƯƠNG 3: QUY HOẠCH LƯỚI ĐIỆN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP CẬN

BIEN VÀ NHANH

3.1 Thuật toán cận biên và nhánh

Trong quy hoạch hệ thống điện giải thuật cận và nhánh liên quan đến việctìm kiếm một tập hợp tối ưu trong vùng khả thi hay là vùng nghiệm, với điều kiệnràng buộc rằng có hàm giá trị tối ưu xác định trong vùng khả thi

Thông thường không gian của vùng khả thi được lập lại và phân chia thànhcác tập con nhỏ hơn và nhóm nhỏ hơn (branching) và biên cũng nhỏ hơn, được tính

toán cho chỉ phí của các giải pháp trong mỗi nhóm nhỏ đó (bounding) Sau mỗi lần

chia nhóm nhỏ, những tập hợp con với một ranh giới vượt qua vung khả thi thi được

loại trừ cho những lần chia tiếp theo, bởi vì giải pháp tìm kiếm phải năm trong vùngkhả thi đó Vì vậy, số lượng giải pháp lớn có thể được bỏ qua từ tìm kiếm mà khôngcần kiểm tra trong mỗi giải pháp Quá trình được tiếp tục cho đến khi tìm ra giá trịtối ưu Tât nhiên sự thành công của giải pháp này phụ thuộc vào số lần lập trước khigiá trị tối ưu được tìm thây

Phương pháp cận và nhánh là kỹ thuật cơ bản để giải quyết các vấn đề lậptrình số nguyên, phương pháp này được dựa vào sự quan sát và liệt kê

Xem xét phương pháp lập trình số nguyên hỗn tạp (mixed-integer) cho quyhoạch tuyến tính có dạng tổng quát như (3.1)

minimize: Z = Den + Len

7=r+l

jor (3.1)

x, 20, y,20 forall jTrong đó: x;: La số nguyên

cj: hệ số chi phía¡/, bị: hằng số đã biết3.2 Mô hình hóa cấu trúc hệ thống điện

Trong hệ thống điện được kết nối từ nhiều phân tử chính như nhà máy điện,máy biến áp, đường dây truyén tải, phụ tải Do đó, mô hình hóa hệ thông điện thành

mang là rat quan trong dé xây dựng hàm tối ưu Điểm đặc trưng của điện năng đượcsản xuất từ nhà máy điện và nơi tiêu thụ tại thiết bị điện Như vậy, điện năng chỉ dichuyển một chiều từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ Nhà máy điện được tươngđương với nhánh mà có điểm xuất phát từ nguôn (S) về điểm cuối là các nút thanhcái kết nối, công suất của nhánh là công suất của nhà máy điện tương ứng Nút phụtải là nơi tiêu thụ điện năng nên được tương đương với nhánh từ nút phụ tải về nútcuối (T) Mỗi tuyến dây truyén tải được nối với nút đầu và nút cuối tương ứng.Trong mô hình hóa này thì máy biến áp được xem như là đường dây truyền tải.

- Nguồn (Source or source node): là nơi cung cấp công suất cho hệ thống,sản xuất điện năng.

- Đầu cuối (terminal node): là nơi tiêu thụ năng lượng điện từ hệ thông điện

Các máy phát điện, máy biến áp, trạm biến áp và các phụ tải đều có dunglượng giới hạn Đó là khó khăn để kiểm tra lượng công suất thiếu hụt của hệ thốngđiện bởi vì những yếu tố này được trình bày như các nút trong một mô hình mạng.Một tiện ích của mô hình mạng của hệ thống là kiểm tra lượng công suất thiếu hụt

tại nút that cỗ chai của hệ thống điện Nơi nút thắt cổ chai chính là nơi cần được

Bang 3.1: Các trường hop của nút thắt cô chai trong hệ thông điện

Trường „ ˆ F oo,

So sánh công suat Ghi chu

hop\ FeL<G Hệ thông điện cung cap điện năng đáp ứng yêu câu

m 7 phụ tải Do đó, HTD không cần mở rộng2 G< Fix L Thiéu nguén phát, cần quy hoạch mở rộng nguồn

Lưới điện vận chuyên điện năng không đáp ứn

3 Fyz<L<G ^ x " \ „ à số mm" šyéu câu phụ tải Do đó, cân mở rộng lưới điện

Thiéu nguôn và lưới điện, vì thê cân mở rộng cả hệ

4 H„ạ< G<L

thông

3.3 Lý thuyết Dòng cực đại và mặt cắt tối thiểu

Đề xác định dòng công suất cực đại trong một hệ thống điện bao gồm tim ratat cả các đường dẫn từ nút nguồn đến nút cuối Công cụ sử dụng dé xác định dòng

cong suất cực dai là lý thuyết dong cực đại và mặt cắt tối thiểu Dùng một vết cắt

(mặt cắt) giả tưởng cắt ngang qua mạng điện sao cho tách hoản toàn giữa nút nguônvà nút cuối, tổng công suất trên tat cả các nhánh năm trên mặt cắt được ghi nhận.Tương tự, thực hiện tất cả các vết cắt có thể có như thế đối với mạng và ghi nhậntong công suất trên mỗi mặt cắt So sánh các tổng công suất của từng mặt cat ấy,mặt cat nao có giá tri nhỏ nhất thì vị tri trong ứng mặt cắt đó chính là nút thắt cổchai của hệ thống điện Công suất mặt cắt có gia tri nhỏ nhất đó chính là dòng côngsuất cực đại truyền từ nút nguôn đến nút cuối

Lý thuyết mặt cắt tối thiểu (Max — Flow Min-Cut theorem) là xác định nútthắt cỗ chai (bottle-neck) của mạng Giá trị nút thắt cỗ chai là tong công suất trêncác nhánh mà vết cắt đi qua với điều kiện là vết cắt phải chia tách hoan toan giữadau nguồn (S) và cuối nguôn (T) như trình bay tại công thức 3.2 Theo lý thuyết mặtcắt tối thiểu thi giá trị cực đại của dòng công suất truyền từ đầu nguồn về hạ nguồnbang giá trị cực tiểu của tập hợp các vết cat của mang đó Đây cũng chính là nơi canphải được mở rộng nhằm tăng khả năng vận chuyển điện năng từ nguôn đến nơi tiêuthụ Do đó, tong công suất ngang qua nút thắt cổ chai phải bang hoặc lớn hon tổngphụ tải yêu cau thì hệ thong mới đảm bảo yêu cau

Cap(S,T) =D) ea) 6.2)

Trong đó: cv là công suất trên nhánh từ nút x đến nút y.Ví dụ: Sử dụng lý thuyết mặt cắt tôi thiểu lên mô hình như hình 3.4 để xác định nútthắt cô chai:

Bang 3.2: Tập hợp mặt cắt trên hệ thông điện đơn giản gôm 2 mit

` Tập hợp Ang cuế

Trường „ l x | Công suat „ `

nhánh cùng | Nguôn | Phụ tải z Đánh giá

hợp ko cat (MW)

vet cat

l bị,b; S 1,2, T 363

2 bạ, bạ, bạ S, 1 2/T 5693 bị, bạ, bạ S, 2 1,T 172 Minimum cut-set4 bạ, bs S, 1,2 T 200

Nút thắt cô chai của hệ thống tại vết cắt thứ 3 và có công suất là 172MWđược trình bày trong bang 3.2 Tức là hệ thống có khả năng truyén tổng công suất từnguôn đến phụ tải là 172MW Trong khi đó nhu cau phụ tải là 200MW Do đó, hệthống truyền tai này can phải được quy hoạch mở rộng

Lý thuyết dong cực đại và mặt cắt tối thiểu có nghĩa là cắt giảm tối thiểu giá

trị có thể được xác định bằng các thuật toán dòng cực đại Nếu các nhà quy hoạchhệ thống truyền tải xác định rằng tốc độ dong cực đại của hệ thông phân phối từ nhà

máy điện đến trạm biến áp là quá nhỏ dé xử lý nhu cau phụ tải đỉnh, sau đó hệ thốngtruyền tải có thé được mở rộng tại giá trị nút that cổ chai trong hệ thống dé đáp ứngnhu cau phụ tải như giới thiệu ở trường hợp 3 trong bảng 3.1

3.4 Hàm chi phí bậc thang

Đề mở rộng hệ thống truyền tải là xác định vị trí và công suất đường dây ởtình trạng quá tải Thường là tuyến dây mới sẽ được xây dựng song song với tuyếndây hiện hữu nhằm tăng khả năng truyền tải của hệ thông Theo kinh nghiệm thực tếthì khả năng mở rộng tối đa là 4 đường dây song song với đường dây hiện hữu Dođó, nghiên cứu này chỉ dùng tổng số đường dây ứng viên có khả năng xây thêm

gitra nut x và nút y là 4 như trình bày ở hình 3.5.

Hình 3.5: Thêm 4 đường day giữa x và y

Trong đó, AB”), và AC(?),) là công suất (MW) và chi phí xây dựng (MS)

(0)

của phan tử sẽ đâu tư Nó được kết nối giữa từ nút x đến nút y Phan tử AP,» và

ACE Do đó, chi phí mở rộng đường dây truyén tải là một hàm có dạng bậc

thang như trình bay ở hình 3.6, tổng ngân sách va dung lượng của các phan tử sẽđầu tư trong quy hoạch có thể được tính theo công thức dưới đây:

0 — NA)

() Wap)

4 [MS] A [MS]

(i) 0) _ Aen) (1)

AC yy) F~~~~===~~ -——~——————————————————- Cty = Gay) FAC»)

mH] eee AAÍ|a d4 (i-1) _ -i-2) (i-1)

AC a ———_——— Coy) = CN) + AC)

| |_—_—_—_————_———_—_—_—_—_—_—_—_—_—_— | —_—_——_—_—-}Ì —_—_—_—_—_—+1

| |

| ||

AR AP AR?) AR.) AR.)

Hinh 3.6: Ham chi phi bac thang

3.5 Quy hoạch hệ thống truyền tải

Quy hoạch mở rộng hệ thống truyền tải trong tương lai là một van dé quantrọng cho việc lập kế hoạch cũng như việc thiết kế cầu trúc sơ dé lưới điện Ta cầnlựa chọn một thuật toán dé xác định được tối ưu hóa câu trúc của lưới điện phải thỏamang những nhu cau sau: công suất truyền tải, chi phí dau tư, độ tin cậy, sụt áp

trong hệ thống Đặc biệt tối ưu quy hoạch và mở rộng hệ thống truyền tải thì không

chỉ giảm thiểu chi phí đầu tư mà còn ổn định về tiêu chuẩn đánh giá độ tin cậy

(BRR).

3.5.1 Ham muc tiéu

Ham mục tiêu của quy hoạch lưới điện là làm tối thiểu tổng chi phi dau tu

mới đường dây hoặc máy biên áp, được xác định theo biêu thức sau:

m(x,y)

AT (@) 77

Trong đó: CÌ : Tổng chi phí xây dựng phan tử mới

Ø : Tổng số nhánh (đường dây, máy biến áp).m(x,y): Phan tử đưa vào giữa x và y

CO yy : Tổng chi phí lắp đặt phan tử mới từ 1 đến i giữa x vay.

(@)— _ (i)

Cty) 7 LACE»J=

AC® `: Chi phí lắp đặt phan tử thứ j nối từ x va y.(x.y)"

Úˆ2„y: Biến thay đổi theo đường day (1 nếu từ 1 đến thứ i được lắpđặt, 0 cho các trường hợp khác).

_— p() Œ)

_ ’ Fey) 7 Foy) T Foxy)

7 (0) (i)0 Pay FP ay th(x.y) (x,y)

(x,y)

i

(@) _ (7)

Trong do: Po : Tổng dung lượng các nhánh mới giữa x và y.

AP‘, : Dung lượng 1 phan tử mới giữa x va y.Đến : Dung lượng có sẵn nối giữa x và y.3.5.2 Các điều kiện ràng buộc về độ tin cậy

Tổng công suất truyền tải phải đáp ứng yêu câu phụ tải dự đoán Do đó, tongcông suất trên mặt cắt tối thiểu F„ phải băng hoặc lớn hon tổng công suất yêu cầu

của phụ tải được xác định theo công thức:

P(S,T)=L, (se S,teT) (3.6)

Trong đó: P.(S,7)la công suất mat cắt tối thiéu

Điều kiện (3.6) có thé được mô tả bởi (3.7) với k là số mặt cắt (k = 1,2,3, , n), n làsố lượng mặt cắt

m(z,y): Tổng số nhánh mới giữa nut x va nút y.BRR: Độ dự trữ tại nút phụ tải (= >~4?~7 )

biên của định mức Giải thuật đưa ra như sau:

Bước 1: Kiểm tra sự cần thiết và khả thi của quy hoạch mở rộng hệ thơng

truyén tai từ hệ thống cĩ sẵn và đường dây sẽ dau tư

Bước 2: Đặt /=I, /„=0, /„„=0, C? „=0, ENNOD=0 Trong đĩ hệ thống

thứ nhất cĩ nghĩa là hệ thống đầu tiên và ENNOD, cĩ nghĩa là hệ thống thứ 7 và nútcuối (=1) hoặc (=0)

Bước 3: Kiểm tra hoặc ENNOD, =1 hoặc 0 cho hệ thống thứ 7 Nếu là 1 hệthống thứ 7 là nút cuối trong biểu đồ giải thuật nĩ được sử dụng để đạt được giảipháp tối ưu sử dụng phương pháp cận và nhánh Bat kỳ giải pháp nao trên biểu đồtheo sau hệ thơng thứ 7 thì khơng can xét đến trong phương pháp cận và nhánh

Bước 4: Tính mặt cắt tối thiểu sử dụng phương pháp dịng cực đại cho hệthống thứ 7 cĩ thé gọi như là giải pháp thứ 7 trong biểu đơ giải thuật

Bước 5: Chon a khác nhánh thứ 7 của nhánh sẽ đầu tư, đặt (S;) bao gdm matcắt tối thiểu va cộng vào hệ thống 7 Hệ thơng mới được tạm gọi hệ thống /i

Bước 6: Kiểm tra hoặc hệ thống ji đã xét trong biểu dé giải thuật hoặckhơng Nếu đã xét rơi thì chuyển sang bước 14

Bước 7: Tính tong chi phí C?; = C?, + C(P?.„) cho hệ thống ji.Bước 8: Tính cơng suất mặt cắt tối thiểu P€„(S., 7) sử dụng lý thiết mặt cắttối thiểu và dịng cực dai cho hệ thống /i

Bước 9: Tính CÍ; = minimum ƒCŸ;, C op }

Bước 10: So sánh CÍò¿ và C177 Nếu C”, lớn hon CT,.„ thì khơng cần xét

trong biểu đồ giải thuật theo sau hệ thống 7¡, bởi vì chi phí các hệ thống theo sau

thì lớn hơn Ci và chi phí các hệ thống theo sau chắc chan là sé lớn hon giảipháp tối ưu (ct, opt) đã đạt được tinh đến thời điểm này Do vậy chuyển sang bước

14.

Bước 11: Đặt 7= Jm¿v TÌ.max

Bước 12: Nếu C7; lớn hơn C”„„ đặt CÍ„„„ = CÏ¡ Và 7„„ = Jimax và chuyển

sang bước 14.

Bước 13: Nếu Fim > L đặt CÍ may = CÍj¡ và ENNOD,„„„ = 1 và chuyển

sang bước 15 Nêu Fi, < L thì chuyên sang bước kê tiép.

Bước 14: Cộng jmax vào biểu dé giải thuật.Bước 15: Xem tat cả các nhánh có thé mở rộng có được xét đến haychưa? Nếu chưa thì đặt = i+] và chuyển sang bước 5 Nếu đã xét rồi thì chuyển

sang bước 16.

Bước 16: Kiểm tra liệu 7 = Jmax hay chưa Nếu chưa thì đặt 7 = j+1 và quayvề bước 4

Bước 17: Cho j = J biểu đô giải thuật đã được xét tất cả các khả năng

và giải thuật tối ưu, /„„ với C”„„ của chi phí thấp nhất đã được đưa ra là tối ưu ở

bước 12 Vì thế ngừng chương trình

3.7 Lưu đồ giải thuật Quy hoạch hệ thống truyền tải

Ỷ| ENNODg)-1 |

ple

PT<

CHƯƠNG 4: ĐÓI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

4.1 Tổng quan về hệ thống điện tỉnh Sóc Trăng

* Phát triển về kinh tế:Xây dựng Sóc Trăng trở thành một tỉnh có nền nông nghiệp công nghệ caophát triển bền vững gắn với phát triển công nghiệp và dịch vụ; hệ thống kết câu hạtầng đồng bộ, hiện đại; đời sống vật chất tinh thần của nhân dân không ngừng đượcnâng cao; từng bước tiễn kịp với quá trình phát triển chung của cả nước; có nênquốc phòng - an ninh vững mạnh, trật tự an toàn xã hội được đảm bảo Phan đấuđến năm 2020, Sóc Trăng trở thành tỉnh có thu nhập vào loại khá của vùng đồngbằng sông Cửu Long

- Đến năm 2015: Tốc độ tăng trưởng kinh tế bình quân đạt 12,5 - 13%/năm;GDP bình quân dau người dat 1.800 USD; ty trọng các ngành nông nghiệp - côngnghiệp, xây dựng, dịch vụ trong cơ câu GDP tương ứng chiếm 39,6% - 25,1% -35,3%; cơ cau lao động theo các khu vực nông nghiệp - công nghiệp - dịch vụ dat46% - 21,1% - 32,9%: kim ngạch xuất khâu đạt 550 triệu USD

- Đến năm 2020: Tốc độ tăng trưởng kinh tế bình quân đạt 11,5 - 12%/năm;GDP bình quân dau người đạt 3.300 USD; ty trọng các ngành nông nghiệp - côngnghiệp, xây dựng, dịch vụ trong co cau GDP tương ứng chiếm 28% - 34.2% -37,8%; cơ cau lao động theo các khu vực nông nghiệp - công nghiệp - dịch vụ dat36% - 30,4% - 33,6%; kim ngạch xuất khẩu đạt 900 triệu USD Thu ngân sách nhà

nước tăng bình quân trên 10%/nam.

* Phát triển về hệ thống điện:Nhằm đảm bảo sự cân đối, đồng bộ giữa phát triển nguồn va lưới điện; baođảm cung cấp điện cho phụ tải với chất lượng tốt, tin cậy, hiệu quả, an toàn, đápứng nhu câu phát triển kinh tế - xã hội, an ninh quốc phòng của tỉnh; đảm bảo cáctiêu chuẩn kỹ thuật, độ tin cậy, hiệu quả kinh tế trong công tác thiết kế, xây dựng,vận hành, bảo vệ, bảo dưỡng hệ thống điện

Nhu cầu điện: Phê duyệt phương án cơ sở của dự báo nhu cầu điện đáp ứngmục tiêu phát triển kinh tế xã hội của địa phương với tốc độ tăng trưởng GDP tronggiai đoạn 2011 - 2015 là 13%/năm và giai đoạn 2016-2020 là 14,5%/nam Cu thé

như sau:

- Đến năm 201ã: Công suất cực đại Prax = 190,8 MW, điện thương phẩm1.083 triệu kWh Tốc độ tăng trưởng điện thương phẩm bình quân hàng năm giai