Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện: Tái cấu trúc lưới điện phân phối có xét đến độ tin cậy cung cấp điện khu vực thành phố Cao Lãnh

TÓM TẮT Luận văn này trình bày về lý thuyết và cách thức áp dụng giải thuật tối ưu Symbiotic Organism Search SOS và thuật toán vét cạn brute force để giải bài toán tái cấu trúc lưới điện

TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Tổng quan về lưới phân phối

2.1.1 Định nghĩa và phân loại

Lưới điện phân phối là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm điện có cấp điện áp đến 110kV [1]

Lưới phân phối điện là một bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải

Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng trong giới hạn cho phép Tuy nhiên do điều kiện kinh tế và kỹ thuật, độ tin cậy của lưới phân phối cao hay thấp phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của lưới điện phân phối

Lưới phân phối gồm lưới trung áp và lưới hạ áp Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối trung áp là 6, 10, 15, 22 và 35kV Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối hạ áp là 380/220V hay 220/110V

Người ta thường phân loại lưới phân phối theo 3 dạng:

- Theo đối tượng và địa bàn phục vụ: Gồm có lưới phân phối thành thị, lưới phân phối nông thôn và lưới phân phối xí nghiệp

- Theo thiết bị dẫn điện: Gồm có lưới phân phối trên không và lưới phân phối cáp ngầm

- Theo cấu trúc hình dáng: Gồm có lưới phân phối hở (hình tia) có phân đoạn, không phân đoạn; Lưới phân phối kín vận hành hở và hệ thống phân phối điện Để làm cơ sở xây dựng cấu trúc lưới phân phối về mọi mặt cũng như trong quy hoạch và vận hành người ta đưa ra các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lưới phân phối trên 3 lĩnh vực đó là sự phục vụ đối với khách hàng, ảnh hưởng tới môi trường và hiệu quả kinh tế đối với các đơn vị cung cấp điện

Các tiêu chuẩn đánh giá như sau:

- Độ tin cậy cung cấp điện

- Hiệu quả kinh tế (giá thành tải điện nhỏ nhất)

- Độ an toàn (an toàn cho người, thiết bị phân phối, nguy cơ hoả hoạn)

- Ảnh hưởng đến môi trường (cảnh quan, môi sinh, ảnh hưởng đến đường dây thông tin)

Trong các tiêu chuẩn trên, tiêu chuẩn thứ nhất và thứ hai liên quan trực tiếp đến điện năng gọi chung là chất lượng phục vụ của lưới điện phân phối

2.1.2.Tiêu chuẩn chất lượng lưới phân phối

Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối thông qua các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE 1366: Luật về lưới điện phân phối của Philipin; Luật về lưới điện phân phối của Úc; các nước như Mỹ, Thái Lan, Malaysia đều sử dụng các tiêu chuẩn này Ở nước ta, Bộ Công Thương đã ban hành Thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 quy định hệ thống điện phân phối Các tiêu chuẩn vận hành lưới phân phối theo thông tư này cũng sử dụng các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE

1366 Hàng năm, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) có tổng hợp thống kê tính toán độ tin cậy cho năm tiếp theo của các Đơn vị phân phối điện để trình Cục Điều tiết điện lực xem xét, phê duyệt Trên cơ sở các chỉ tiêu độ tin cậy lưới phân phối do Cục Điều tiết Điện lực phê duyệt cho từng Đơn vị phân phối, các Đơn vị phân phối tính toán giá phân phối điện cho Đơn vị mình

Yêu cầu đặt ra khi thiết kế, vận hành lưới điện phân phối là làm thế nào để cung cấp năng lượng điện đến khách hàng liên tục, chất lượng và đảm bảo tính hợp lý nhất về kinh tế của hệ thống và thiết bị Các yêu cầu đó thể hiện trong các tiêu chuẩn cụ thể sau: Tiêu chuẩn kỹ thuật, tiêu chuẩn độ tin cậy, tiêu chuẩn tổn thất điện năng, tiêu chuẩn chất lượng dịch vụ

Trong vận hành, lưới phân phối được đánh giá thường xuyên dựa trên tính toán các chỉ tiêu chất lượng Từ đó thực hiện các biện pháp làm tăng chất lượng làm việc của lưới phân phối hoặc kịp thời sửa chữa cải tạo lưới sao cho các chỉ tiêu chất lượng không vượt ra khỏi giá trị cho phép Các tiêu chuẩn chất lượng còn dùng để đánh giá hiệu quả của hệ thống quản lý vận hành lưới phân phối như tổ chức sửa chữa định kỳ, bảo quản thiết bị, khắc phục sự cố, dự trữ thiết bị…

2.1.3.Đặc điểm của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối là lưới cung cấp điện trực tiếp cho khách hàng từ hệ thống truyền tải thông qua các trạm biến áp trung gian 110/15/22 kV Cũng giống như lưới truyền tải, lưới phân phối cũng có cấu trúc mạch vòng hoặc hình tia nhưng luôn vận hành ở trạng thái hở trong mọi trường hợp Nhờ cấu trúc vận hành hở (có phương án khép vòng khi cần thiết) hoặc lưới điện hình tia nên hệ thống bảo vệ relay chỉ cần chức năng bảo vệ quá dòng, sơ đồ lưới đơn giản và đặc biệt khi sự cố xảy ra chỉ ảnh hưởng cục bộ, không ảnh hưởng đến các nhánh khác trên hệ thống nên có thể xem là độ tin cậy cung cấp điện được nâng cao Để tái cung cấp điện cho những khách hàng bị ảnh hưởng do sự cố, các tuyến dây đều được đưa vào thử nghiệm trước khi vận hành liên kết vòng với các tuyến dây lân cận Việc khôi phục lưới điện thông qua thao tác đóng cắt các thiết bị đóng cắt trung thế như Recloser, LBS (Load Break Switch),

DS (Disconnector Switch),… Để khắc phục sự cố quá tải trên đường dây, giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện thì các điều hành viên sẽ phải tính toán để đưa ra được phương thức vận hành lưới phù hợp bằng cách thao tác đóng cắt các thiết bị đóng cắt trung thế Như vậy có thể kết luận rằng hàm mục tiêu trong quá trình vận hành lưới điện phân phối là đảm bảo chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện bé nhất Trong quá trình vận hành, các phụ tải thay đổi liên tục vì vậy xuất hiện nhiều mục tiêu vận hành lưới điện phân phối để phù hợp với từng trường hợp cụ thể cho hệ thống điện Tuy nhiên, các điều kiện vận hành lưới điện phân phối luôn phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Cấu trúc vận hành hình tia trong mọi trường hợp

- Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện, các tiêu chỉ kỹ thuật về dòng điện cho phép, phát nóng, điện áp cuối đường dây, tần số của hệ thống phải đảm bảo theo những quy định

- Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp với phương thức vận hành lưới điện và đảm bảo được tính chọn lọc, nhanh chóng

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý lưới điện phân phối điển hình

Độ tin cậy trong lưới điện phân phối

2.2.1.Các khái niệm về độ tin cậy Độ tin cậy là xác suất để hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành nhiệm vụ yêu cầu trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất định [2]

Như vậy độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong một thời gian nhất định và trong một hoàn cảnh nhất định

Mức đo độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian xác định và xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống hay phần tử Đối với hệ thống hay phần tử không phục hồi, xác suất là đại lượng thống kê, do đó độ tin cậy là khái niệm có tính thống kê từ kinh nghiệm làm việc trong quá khứ của hệ thống hay phần tử Đối với hệ thống hay phần tử phục hồi như hệ thống điện và các phần tử của nó, khái niệm khoảng thời gian không có ý nghĩa bắt buộc, vì hệ thống làm việc liên tục

Do đó độ tin cậy được đo bởi đại lượng thích hợp hơn, đó là độ sẵn sàng Độ sẵn sàng là xác suất để hệ thống hay phần tử hoàn thành hoặc sẵn sàng hoàn thành nhiệm vụ trong thời điểm bất kỳ Độ sẵn sàng cũng là xác suất để hệ thống ở trạng thái tốt trong thời điểm bất kỳ và được tính bằng tỷ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt và tổng thời gian hoạt động

Ngược lại với độ sẵn sàng là độ không sẵn sàng, nó là xác suất để hệ thống hoặc phần tử ở trạng thái hỏng

Do độ tin cậy của hệ thống nguồn phát và truyền tải ảnh hưởng lớn đến an toàn vận hành của hệ thống điện nên luôn được nhiều sự quan tâm và đầu tư hơn so với độ tin cậy của lưới điện phân phối Tuy nhiên, độ tin cậy của lưới điện phân phối lại ảnh hưởng trực tiếp đến việc cung cấp điện cho khách hàng chính là mục đích cuối cùng của việc kinh doanh điện năng

Theo quy định của Bộ Công thương chỉ tiêu suất sự cố thoáng qua và kéo dài đối với các loại sự cố đường dây và trạm biến áp Sự cố thoáng qua được quy định khi thời gian ngừng cấp điện do sự cố không quá 5 phút Sự cố kéo dài được quy định khi thời gian ngừng cấp điện do sự cố từ 5 phút trở lên

Mạng phân phối thường vận hành hình tia, khi một phần tử bị cắt ra dẫn đến ngừng cung cấp điện cho phụ tải để nhận biết tần suất ngừng cung cấp điện người ta chỉ tính tổng cường độ hỏng hóc của tất cả các phần tử nối tiếp từ điểm nút cung cấp nguồn đến nút phụ tải Đối với mạng vận hành song song vòng hoặc lưới thì việc tính toán tần suất ngừng cung cấp điện gặp khó khăn hơn nhiều Vấn đề chính cần quan tâm về độ tin cậy trong mạng phân phối là khoảng thời gian mất điện, thời gian phục hồi, phí tổn do ngừng cung cấp điện tăng không tuyến tính theo khoảng thời gian mất điện Hàm phân bố xắc suất của thời gian mất điện ảnh hưởng rất lớn đến phí tổn gây ra Lưu ý rằng thời gian phục hồi cung cấp điện phụ thuộc vào vị trí trong mạng điện, do đó phí tổn ngừng cung cấp điện khác nhau đáng kể theo các vị trí khác nhau trong mạng điện phân phối

Việc tính toán độ tin cậy trong mạng phân phối thường giả thiết nguồn cung cấp có độ tin cậy tuyệt đối Điều này không hoàn toàn đúng thực tế, nguồn cung cấp có thể bị mất điện Trong trường hợp này cần thiết tính đến việc thay đổi nguồn cung cấp Phương pháp kỹ thuật tính toán của mạng truyền tải có thể sử dụng cho mạng phân phối

Thiết kế và vận hành mạng điện như thế nào để cung cấp năng lượng điện đến khách hàng liên tục, chất lượng và đảm bảo tính chất hợp lý nhất về kinh tế của hệ thống và thiết bị Cung cấp điện liên tục có nghĩa là phục vụ nhu cầu tiêu thụ điện của khách hàng bao gồm sự an toàn cho người và thiết bị Cung cấp chất lượng điện liên quan đến yêu cầu về điện áp ổn định và thời hạn dao động tần số Để đảm bảo tin cậy cung cấp điện cho khách hàng, mạng điện phải có độ tin cậy trong hệ thống để tránh những tình trạng cắt những phần tử gây nên mất điện, dẫn đến tổn thất trong thương mại, dịch vụ và phúc lợi Cần thiết tính chi phí để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và phí tổn mất điện kỳ vọng

Chi phí để nâng cao độ tin cậy được sử dụng như một yêu cầu hay một tiêu chuẩn đánh giá tổng quát Phân tích tính kinh tế của độ tin cậy hệ thống là một công cụ quy hoạch hữu ích trong việc cải thiện độ tin cậy nhằm tìm giá trị hợp lý cần đầu tư vào hệ thống

Kinh nghiệm cho thấy rằng việc mất điện trong lưới điện phân phối là do sự ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên như: sét, mưa, gió Những nguyên nhân khác là do vật liệu xuống cấp, thiết bị hỏng hóc hoặc con người thao tác nhầm Nguy hiểm nhất là để mất điện kéo dài trên lưới phân phối do mưa bão, lốc xoáy Trong nhiều trường hợp việc phục hồi cung cấp điện rất khó khăn trong khu vực rộng lớn

Hình 2.2 Đường cong chi phí về phí tổn mất điện kỳ vọng khi tăng độ tin cậy của hệ thống.

Khái niệm về trạng thái và hỏng hóc của hệ thống điện

Trạng thái và hỏng hóc của hệ thống điện: Trạng thái của hệ thống điện là tổ hợp các trạng thái của tất cả các phần tử tạo nên nó Nếu giả thiết các phần tử trong hệ thống điện là độc lập thì xác suất trạng thái của hệ thống chính là tích xác suất của các phần tử.

Bài toán độ tin cậy

Nội dung bài toán giải tích độ tin cậy là tính các chỉ tiêu độ tin cậy của một bộ phận nào đó của hệ thống điện từ các thông số độ tin cậy của các phụ tải của nó Trong đó, các chỉ tiêu độ tin cậy bao giờ cũng gắn liền với tiêu chuẩn hỏng hóc nào đó do người phân tích độ tin cậy đặt ra (ví dụ như tiêu chuẩn độ tin cậy của lưới điện có thể là thời gian phụ tải mất điện, điện áp thấp hơn giá trị cho phép…) Các yếu tố đầu vào chính là các yếu tố ảnh hưởng độ tin cậy hệ thống điện Việc tính đến tất cả các yếu tố là rất phức tạp nên tùy theo từng phương pháp tính mà một số yếu tố được bỏ qua hoặc đơn giản hóa.

Một số phương pháp đánh giá độ tin cậy

2.5.1 Phương pháp đồ thị - giải tích

Phương pháp này xây dựng mối quan hệ trực tiếp giữa độ tin cậy của hệ thống với độ tin cậy của các phần tử đã biết thông qua việc lập sơ đồ độ tin cậy, áp dụng phương pháp giải tích bằng đại số Boole và lý thuyết xác suất các tập hợp để tính toán độ tin cậy Sơ đồ độ tin cậy bao gồm nút và nhánh tạo thành mạng lưới nối liền nút nguồn và nút tải của sơ đồ Trạng thái hỏng của hệ thống là khi nút nguồn bị tách rời với nút tải do hỏng hóc phần tử

Phương pháp này bao gồm việc lập sơ đồ độ tin cậy và áp dụng phương pháp giải tích bằng đại số Boole, lý thuyết xác suất thống kê, tập hợp để tính toán độ tin cậy

Sơ đồ độ tin cậy của hệ thống được xây dựng trên cơ sở phân tích ảnh hưởng của hư hỏng phần tử đến hư hỏng hệ thống Sơ đồ độ tin cậy bao gồm các nút (nguồn, tải, trung gian) và các nhánh Nút và nhánh tạo thành mạng lưới nối nút nguồn và nút tải của sơ đồ Trạng thái hoạt động của hệ thống là trạng thái có ít nhất một đường nối từ nút nguồn đến nút tải Khi nút nguồn và nút tải bị tách rời do hỏng các phần tử thì hệ thống ở trạng thái hỏng Các dạng sơ đồ độ tin cậy như sau:

- Sơ đồ nối tiếp: Hệ thống hỏng khi có một phần tử hỏng

- Sơ đồ song song: Hệ thống hỏng khi tất cả các phần tử hỏng

- Sơ đồ hổn hợp: Hệ thống có thể hỏng khi một số phần tử hỏng

Trên cơ sở phân tích sơ đồ độ tin cậy và các tính toán giải tích ta tính được các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống

2.5.2 Phương pháp không gian trạng thái

Phương pháp này áp dụng quá trình Markov để tính xác suất trạng thái và tần suất trạng thái Quá trình Markov là mô hình toán học diễn tả quá trình ngẫu nhiên trong đó phần tử hoặc hệ thống liên tiếp chuyển từ trạng thái này qua trạng thái khác và thỏa mãn điều kiện: Nếu hệ thống đang ở trạng thái nào đó thì sự chuyển trạng thái tiếp theo xảy ra tại các thời điểm ngẫu nhiên và chỉ phụ thuộc vào trạng thái đương thời chứ không phụ thuộc vào quá khứ của quá trình Đối với hệ thống điện sự chuyển trạng thái xảy ra khi hỏng hóc hay phục hồi các phần tử Giả thiết thời gian làm việc và thời gian phục hồi các phần tử có phân bố mũ, thì thời gian hệ thống ở các trạng thái cũng phân bố mũ và cường độ chuyển trạng thái bằng hằng số và không phụ thuộc vào thời gian

Trong phương pháp này hệ thống được diễn tả bởi các trạng thái hoạt động và các khả năng chuyển giữa các trạng thái đó

Trạng thái hệ thống được xác định bởi tổ hợp các trạng thái phần tử Mỗi tổ hợp trạng thái phần tử cho một trạng thái hệ thống Phần tử có thể có nhiều trạng thái khác nhau, chẳng hạn tốt, hỏng hay bảo dưỡng định kỳ Sự thay đổi trạng thái của phần tử sẽ dẫn đến thay đổi trạng thái của hệ thống Nếu phần tử có 2 trạng thái và hệ thống có n phần tử thì số trạng thái của hệ thống là 2n Hệ thống luôn luôn ở một trong các trạng thái có thể của không gian trạng thái, nên tổng các xác suất trạng thái bằng 1

2.5.3 Phương pháp cây hỏng hóc

Phương pháp cây hỏng hóc được mô tả bằng đồ thị quan hệ nhân quả giữa các dạng hỏng hóc trong hệ thống, giữa hỏng hóc hệ thống và các hỏng hóc thành phần trên cơ sở hàm đại số Boole Cơ sở cuối cùng để tính toán là các hỏng hóc cơ bản của các phần tử Cây hỏng hóc mô tả quan hệ logic giữa các phần tử hay giữa các phần tử và từng mãng của hệ thống, giữa các hỏng hóc cơ bản và hỏng hóc hệ thống Phương pháp cây hỏng hóc là phương pháp rất hiệu quả để nghiên cứu độ tin cậy của các hệ thống phức tạp, có thể áp dụng cho hệ thống điện

2.5.4 Phương pháp đường tối thiểu

Từ nút nguồn đến nút phụ tải có thể có rất nhiều đường, mỗi đường bao gồm một số phần tử nối tiếp nối liền nút nguồn với nút phụ tải Đường tối thiểu là đường trong đó không có nút nào xuất hiện 2 lần

2.5.5 Phương pháp cắt lát tối thiểu

Lát cắt bao gồm các phần tử mà khi các phần tử này đồng thời hỏng thì hệ thống sẽ hỏng, với giã thiết rằng mỗi phần tử đều có khả năng tải đáp ứng nhu cầu của phụ tải Lát cắt tối thiểu là lát cắt bao gồm số lượng tối thiểu các phần tử Khi hệ thống hỏng do tất cả các phần tử của một lát cắt tối thiểu bị hỏng

2.5.6 Phương pháp mô phỏng Monte-Carlo

Phương pháp Monte - Carlo mô phỏng hoạt động của các phần tử trong hệ thống như một quá trình ngẫu nhiên Nó tạo ra lịch sử hoạt động của các phần tử và của hệ thống một cách nhân tạo trên máy tính điện tử, sau đó sử dụng các phương pháp đánh giá thống kê để phân tích rút ra các kết luận về độ tin cậy của phần tử và hệ thống Mỗi phương pháp đều có ưu thế riêng cho từng loại bài toán Phương pháp Monte- Carlo được sử dụng chủ yếu cho giải tích độ tin cậy của hệ thống điện Phương pháp cây hỏng hóc thích hợp với độ tin cậy của các nhà máy điện Các bài toán về độ tin cậy của nguồn điện thường sử dụng phương pháp không gian trạng thái Bài toán độ tin cậy của lưới điện sử dụng phương pháp không gian trạng thái phối hợp với phương pháp đồ thị - giải tích rất có hiệu quả Ở đây chúng ta sử dụng phương pháp đồ thị - giải tích cho việc đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối.

Các chỉ số đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối theo Thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày 18 tháng 11 năm 2015

Độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện được định nghĩa là khả năng đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ với chất lượng điện năng thỏa mãn yêu cầu Đối với hệ thống điện nói chung và hệ thống cung cấp điện nói riêng, người ta đưa ra hàng loạt các chỉ tiêu khác nhau, liên quan đến các đại lượng cần quan tâm

2.6.1 Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống, SAIFI (System Average

𝐒𝐀𝐈𝐅𝐈 =Tổng số lần mất điện của khách hàng

Tổng số khách hàng được phục vụ

∑Nc: Tổng số khách hàng bị mất điện

∑Ni : Tổng số khách hàng λi : Cường độ sự cố

Ni : Số lượng khách hàng tại nút i Chỉ tiêu này cho biết trung bình một khách hàng bị ngừng cấp điện kéo dài bao nhiêu lần trong thời kỳ báo cáo (thường là trong một năm)

2.6.2 Chỉ số thời gian ngừng cấp điện trung bình của hệ thống, SAIDI (System average interruption duration index):

𝐒𝐀𝐈𝐃𝐈 =Tổng số giờ mất điện của khách hàng

Tổng số khách hàng được phục vụ

∑UiNi: Thời gian khách hàng bị mất điện

∑Nc : Tổng số khách hàng bị mất điện

Ui = λi ri : Hệ số hỏng hóc của nhánh thứ i

Chỉ tiêu này cho biết trung bình một khách hàng bị ngừng cấp điện bao nhiêu giờ trong thời kỳ báo cáo (thường là trong một năm)

2.6.3 Chỉ tiêu tần suất mất điện thoáng qua trung bình của hệ thống, MAIFI

(Momentary Average Interruption Frequency Index):

𝐌𝐀𝐈𝐅𝐈 = Tổng số lần khách hàng bị mất điện thoáng qua

Tổng khách hàng được cấp điện

∑N 𝑐 Tổng số lần khách hàng bị mất điện thoáng qua

∑N i Tổng số khách hàng λi Cường độ sự cố thoáng qua

Ni Số lượng khách hàng tại nút i Chỉ tiêu này cho biết trung bình một khách hàng bị ngừng cấp điện thoáng qua bao nhiêu lần trong thời kỳ báo cáo (thường là trong một năm)

2.6.4 Năng lượng không được cung cấp, ENS (Energy not supplise index):

La(i) Công suất tải trung bình tại nút thứ i

Chỉ tiêu này xác định sản lượng điện bị mất đối với hệ thống trong một năm

2.6.5 Điện năng trung bình không được cung cấp, AENS hay ngừng cấp điện hệ thống trung bình (Average Energy not supplied index):

𝐀𝐄𝐍𝐒 = Tổng điện năng không được cung cấp

Tổng khách hàng được cung cấp = ∑L a(i) U i

 L a (i ) U i : Tổng điện năng không được cung cấp

 N i : Tổng số khách hàng được cấp điện

Chỉ tiêu này xác định sản lượng điện trung bình không được cung cấp đối với một khách hàng trong một năm

Phần lớn các nước trên thế giới đang áp dụng các chỉ số SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện Hiện nay Việt Nam đang áp dụng các chỉ số SAIDI, SAIFI, MAIFI, ENS để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện

Trong giới hạn của luận văn chỉ tập trung xem xét đánh giá chỉ tiêu điện năng ngừng cung cấp (ENS) và quan tâm đến nhu cầu tiêu thụ điện năng của khách hàng thông qua hợp đồng cung cấp điện

Hiện nay, để đánh giá độ tin cậy lưới điện truyền tải và phân phối trong hệ thống điện Việt Nam, các báo cáo thống kê kỹ thuật của EVN thường sử dụng các suất sự cố: suất sự cố thoáng qua và kéo dài cho các đường dây siêu cao áp, cao áp, trung áp và hạ thế; suất sự cố kéo dài tính theo số trạm và số ngăn lộ quy đổi Các chỉ tiêu này là tiêu chí để đánh giá hoàn thành kế hoạch của các đơn vị và để so sánh giữa năm này với năm khác Điều này chưa phản ánh đầy đủ về độ tin cậy cung cấp điện, chưa đánh giá được mức độ ảnh hưởng của các sự cố đến quá trình vận hành cung cấp điện liên tục cho khách hàng, chưa có yếu tố về mặt thời gian khắc phục sự cố

Tóm lại: Dựa vào đặc điểm lưới điện phân phối, việc lựa chọn đúng chỉ tiêu, phương pháp, công cụ tính toán độ tin cậy cung cấp điện nhằm thỏa mãn yêu cầu của các hộ tiêu dùng, phụ tải vận hành và chọn ra phương án vận hành có lợi nhuận và khả thi nhất Thuật toán Symbiotic Organism Search (SOS) có thể tìm được cấu trúc lưới tối ưu nhất trong mỗi mạng điện khác nhau từ đơn giản đến phức tạp đồng thời cho thấy được ưu điểm của giải thuật về độ hội tụ nhanh trong bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối.

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Giới thiệu

Để xác định cấu trúc lưới phân phối theo các bài toán thì đầu tiên phải xây dựng mô hình toán học cho lưới phân phối Tùy theo từng bài toán mà ta tiến hành xây dựng hàm mục tiêu cụ thể Trong đề tài này chúng ta cần phải xây dựng hàm mục tiêu để cực đại độ tin cậy cung cấp điện thông qua việc tính chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho hệ thống

Vấn đề tái cấu trúc lưới phân phối cũng tương tự như việc tính toán phân bố công suất tối ưu cho một lưới điện Tuy nhiên, tái cấu trúc lưới điện là một yêu cầu phức tạp hơn nhiều cần một khối lượng lớn biến đầu vào tác động đến các trạng thái của khóa điện và các điều kiện vận hành như: lưới điện phân phối phải vận hành hở, không quá tải máy biến áp, đường dây, thiết bị đóng cắt… và sụt áp tại hộ tiêu thụ nằm trong giới hạn cho phép

Về mặt toán học, tái cấu trúc lưới là bài toán quy hoạch phi tuyến rời rạc theo dòng công suất chạy trên các nhánh, tại [3] vấn đề được trình bày như sau:

𝐿 𝑖𝑗 (3.1) với: C ij : Hệ số trọng lượng của tổn thất trên nhánh ij

L ij : Tổn thất của nhánh nối từ nút i đến nút j

Thoả mãn điều kiện sau:

Trong đó: n : Số nút tải có trên lưới

S ij , DV ij : Dòng công suất, Sụt áp trên nhánh ij

D j : Nhu cầu công suất điện tại nút j

S ft : Dòng công suất trên đường dây ft

F t : Các đường dây được cung cấp điện từ máy biến áp t

 f : Có giá trị là 1 nếu đường dây ft làm việc, là 0 nếu đường dây ft không làm việc

Hàm mục tiêu (3.1) thể hiện tổng tổn thất trên toàn lưới phân phối, có thể đơn giản hóa hàm mục tiêu bằng cách xét dòng công suất nhánh chỉ có thành phần công suất tải và điện áp các nút tải là hằng số Biểu thức (3.2) đảm bảo cung cấp đủ công suất theo nhu cầu của các phụ tải Điều kiện chống quá tải tại trạm trung gian và sụt áp tại nơi tiêu thụ được trình bày qua (3.3) và (3.4) Biểu thức (3.5) đảm bảo rằng các trạm biến thế hoạt động trong giới hạn công suất cho phép, trong khi mạng phân phối hình tia được đảm bảo qua biểu thức (3.6)

Với mô tả trên, tái cấu trúc hệ thống lưới điện phân phối là bài toán quy hoạch phi tuyến rời rạc Hàm mục tiêu bị gián đoạn, rất khó để giải bài toán tái cấu trúc bằng phương pháp giải tích toán học truyền thống vì khối lượng tính toán cực kỳ lớn, ngay khi sử dụng các giả thuyết sau:

- Không xét đến thiết bị bù công suất phản kháng

- Thao tác đóng/cắt để chuyển tải không gây mất ổn định của hệ thống điện

- Điện áp tại các nút tải không thay đổi và có giá trị gần bằng Uđm

- Khi giải quyết bài toán phân bố công suất trên lưới hình tia, bỏ qua việc tổn thất công suất

- Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối được xem là không đổi khi cấu trúc lưới thay đổi

Do đó, khi tiếp cận bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối thì các nhà khoa học thường sử dụng các phương pháp tìm kiếm tối ưu sẽ cho kết quả tốt hơn Các phương pháp tìm kiếm tối ưu thường được sử dụng trong bài toán tái cấu trúc lưới phân phối như: phương pháp Metaheristic tối ưu hóa, Hệ chuyên gia, Thuật toán tối ưu…

Các nghiên cứu khoa học về bài toán tối ưu cấu trúc lưới điện phân phối

Giải thuật Merlin và Back [5] khá đơn giản: “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 bé nhất cho đến khi lưới điện dạng hình tia” Ở đây Merlin và Back cho rằng với mạch vòng, lưới điện phân phối luôn có mức tổn thất công suất bé nhất Vì vậy để có lưới điện phân phối hình tia, Merlin và Back lần lượt loại bỏ những nhánh có công suất nhỏ nhất, quá trình sẽ chấm dứt khi tất cả các phụ tải được cung cấp điện và lưới điện vận hành hở

Những ưu điểm của phương pháp này:

- Cấu trúc lưới cuối cùng độc lập với trạng thái ban đầu của các khóa điện

- Quá trình thực hiện phương pháp này dẫn đến tối ưu hoặc gần tối ưu theo hàm mục tiêu

Nhược điểm của phương pháp này:

- Phụ 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

Từ những nhược điểm trên thì Shirmohammadi và Hong [6] đã cải tiến giải thuật của Merlin và Back thu được kết quả trong việc tìm kiếm giải pháp tối ưu hoặc gần tối ưu của hàm mục tiêu Giải thuật này chỉ khác so với giải thuật nguyên thủy của Merlin và Back ở chổ có xét đến điện thế ở các trạm trung gian và yếu tố liên quan đến dòng điện

Shirmohammadi [6] là tác giả đầu tiên sử dụng kỹ thuật bơm vào và rút ra một lượng công suất không đổi để mô phỏng thao tác chuyển tải của lưới điện phân phối hoạt động hở về mặt vật lý nhưng về mặt toán học là một mạch vòng Dòng công suất bơm vào và rút ra là một đại lượng liên tục Sau khi chỉnh sửa, kỹ thuật này vẫn còn có nhiều nhược điểm như:

- Mặt 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

3.2.2 Giải thuật của Civanlar và các cộng sự – kỹ thuật đổi nhánh

Giải thuật của Civanlar [7] dựa trên luật Heuristic để tái cấu trúc lưới điện phân phối Giải thuật của Civanlar được đánh giá cao nhờ có các đặt điểm sau:

- Xác định 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 và 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 độ sụt áp bé hơn

- Xây dựng 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 lưới

D : Tập các nút tải được dự kiến chuyển tải

I i : Dòng điện tiêu thụ của nút thứ i

E M : Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút M

E N : Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút N

R loop : Tổng các điện trở trên vòng kín khi đóng khóa điện đang mở Biểu thức (3.7) được rút gọn từ phân tích mô hình tải phân bố tập trung Biểu thức này tỏ ra chính xác khi ứng dụng cho các lưới điện mẫu nhỏ nhưng chưa được kiểm chứng ở lưới điện lớn

Kỹ thuật đổi nhánh thể hiện ở quá trình thay thế 01 khóa mở bằng 01 khoá đóng trong cùng một vòng để giảm tổn thất công suất Vòng được chọn để đổi nhánh là vòng có cặp khoá 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 sau:

- Việc xác định dòng tải tương đối chính xác

- Nhanh chóng xác định phương án tái cấu trúc có mức tổn thất nhỏ hơn bằng cách giảm số liên kết đóng cắt nhờ quy tắc heuristics và sử dụng công thức thực nghiệm để xác định mức độ giảm tổn thất tương đối

Tuy nhiên, giải thuật cũng còn nhiều nhược điểm cần khắc phục:

- Mỗi bước tính toán chỉ xem xét 01 cặp khóa điện trong 01 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 xuất phát ban đầu

3.2.3 Giải thuật đàn kiến (Ant colony search – ACS)

Ban đầu, số con kiến bắt đầu từ tổ kiến để đi tìm đường đến nơi có thức ăn Từ tổ kiến sẽ có rất nhiều con đường khác nhau để đi đến nơi có thức ăn, nên một con kiến sẽ chọn ngẫu nhiên một con đường đi đến nơi có thức ăn Quan sát loài kiến, người ta nhận thấy chúng tìm kiếm nhau dựa vào dấu chân mà chúng để lại trên đường đi (hay còn gọi là dấu chân kiến để lại) Sau một thời gian lượng dấu chân (pheromone) của mỗi chặng đường sẽ khác nhau Do sự tích lũy dấu chân của mỗi chặng đường cũng khác nhau đồng thời với sự bay hơi của dấu chân ở đoạn đường kiến ít đi Sự khác nhau này sẽ ảnh hởng đến sự di chuyển của những con kiến sau đi trên mỗi đoạn đường Nếu dấu chân để lại trên đường đi nhiều thì sẽ có khả năng thu hút các con kiến khác di chuyển trên đường đi đó, những chặng đường còn lại do không thu hút được lượng kiến di chuyển sẽ có xu hướng bay hơi dấu chân sau 1 thời gian qui định Điều đặc biệt trong cách hành xử loài kiến là lượng dấu chân trên đường đi có sự tích lũy càng lớn thì cũng đồng nghĩa với việc đoạn đường đó là ngắn nhất từ tổ kiến đến nơi có thức ăn Từ khi Giải thuật kiến trở thành một lý thuyết vững chắc trong việc giải các bài toán tìm kiếm tối ưu toàn cục đã có nhiều ứng dụng thực tế cho giải thuật này như: tìm kiếm các trang Web cần tìm trên mạng, kế hoạch sắp xếp thời khóa biểu cho các y tá trong bệnh viện, cách hình thành các màu khác nhau dựa vào các màu tiêu chuẩn có sẵn, tìm kiếm đường đi tối ưu cho những người lái xe hơi…

Phương pháp này đưa ra để giải quyết các bài toán có không gian nghiệm lớn để tìm ra lời giải có nghiệm là tối ưu nhất trong không gian nghiệm đó với thời gian cho phép hay không tìm ra cấu trúc tối ưu hơn thì dừng Phương pháp này cũng rất thích hợp để giải bài toán tái cấu trúc để có thể tìm ra trong các cấu trúc có thể của mạng phân phối có 1 cấu trúc có công suất tổn thất là nhỏ nhất

3.2.4 Thuật toán mô phỏng luyện kim (Simulated Annealing – SA)

Thuật toán mô phỏng luyện kim [8] được phát triển bởi Kirkpatrick (1983), đây là một thuật toán mô phỏng quá trình của các hiện tượng trong tự nhiên ví dụ là luyện kim Đây là một thuật toán tối ưu dựa trên ý tưởng khi ta nung nóng một vật đến nhiệt độ nóng chảy rồi hà dần nhiệt độ xuống một cách rất chậm thì cuối cùng các tinh thể trong vật đó sẽ được sắp xếp theo cấu trúc có mức năng lượng thấp nhất Đây là một trong những thuật toán Metaheuristics đầu tiên và nó cũng đã được áp dụng trong hầu hết các lĩnh vực tối ưu hoá Ý tưởng cơ bản của thuật toán mô phỏng luyện kim là sử dụng một quá trình ngẫu nhiên, trong đó không chỉ chấp nhận những thay đổi cải thiện được hàm mục tiêu mà nó cũng giữ lại những thay đổi không lý tưởng

Trong bài toán tối thiểu hoá, bất cứ thay đổi nào làm giảm giá trị của hàm mục tiêu f đều sẽ được chấp nhận, tuy nhiên một số thay đổi làm tăng giá trị hàm f cũng có thể được chấp nhận với xác suất là p Xác suất p hay còn gọi là xác suất chuyển tiếp được xác định bởi exp

- Trong đó kB là hằng số Boltzman, và T là nhiệt độ điều khiển trong quá trình luyện kim E là sự thay đổi của các mức năng lượng Xác suất chuyển đổi được dựa trên phân phối Boltzman trong cơ học thống kê

- Cách đơn giản nhất để liên kết biến điều khiển với hàm mục tiêu là sử dụng:

 =  , trong đó w là một hằng số thực (3.9)

- Để đơn giản hóa mà không mất tính tổng quát chúng ta có thể sử dụng k B

PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT

Đặt vấn đề

Mục tiêu chung của bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối là đi tìm ra một cấu trúc lưới điện có những lợi ích về mặt kinh tế là lớn nhất nhưng vẫn đảm bảo về mặt kỹ thuật để lưới điện phân phối vận hành ổn định trong điều kiện vận hành bình thường cũng như sự cố

Những lợi ích về mặt kinh tế bao gồm cả chi phí tổn thất trên lưới điện, chi phí chuyển tải (đóng/mở các 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 Việc ngừng (gián đoạn) cung cấp điện cho khách hàng và Công ty Điện lực không bán được điện phụ thuộc nhiều vào độ tin cậy cung cấp điện của từng phần tử tạo nên cấu trúc lưới điện phân phối Điều này thể hiện qua chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối ENS (thiếu hụt năng lượng điện)

Như vậy, đi tìm lời giải cho bài toán tái cấu trúc lưới để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cũng chính là tìm ra cấu trúc lưới phân phối có chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là bé nhất Mỗi cấu trúc lưới điện phân phối được tạo ra từ cấu trúc lưới hiện tại bằng cách đóng/mở các khóa điện (tie, switch)

Gọi Cost là hàm chi phí của lưới điện phân phối, hàm chi phí Cost này phụ thuộc vào cấu trúc của lưới điện phân phối, điều kiện vận hành lưới điện Như vậy mô hình cho bài toán tái cấu trúc lưới phân phối sẽ liên quan đến cấu trúc của lưới điện hiện tại và trạng thái của các khóa điện

Một cấu trúc lưới điện phân phối được tái cấu trúc bằng cách mở các khóa phân đoạn và đóng các khóa chuyển mạch sao cho cấu trúc lưới điện vẫn là hình tia và tất cả các khách hàng đều được được cung cấp điện Do đó dòng công suất đi qua các nút, tổn thất công suất và độ tin cậy của lưới điện phân phối cũng thay đổi Tái cấu trúc lưới điện phân phối thường được thực hiện để giảm quá tải trên đường dây, máy biến áp, giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Xây dựng hàm mục tiêu

4.2.1 Bài toán tái cấu trúc lưới cực tiểu chi phí vận hành

Cực tiểu chi phí vận hành lưới điện có thể tính toán qua cực tiểu chi phí do tổn thất công suất tác dụng trên lưới điện Mục tiêu của bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối là giảm thiểu tổn thất công suất hệ thống, đồng thời cấu trúc lưới mới cũng phải thỏa mãn các điều kiện ràng buộc Hàm mục tiêu của bài toán được thể hiện như sau [4]:

MinfLP = Min(PT ,loss ) = 𝐶 0 ∑ 24 𝑗=1 ∆𝑃 𝑗 𝑡 𝑗 (4.1) Với PT,loss là tổng tổn thất công suất của toàn hệ thống

Giả sử sơ đồ đơn tuyến của một phát tuyến có dạng như sau:

Hình 4 1 Sơ đồ đơn tuyến một phát tuyến

Công suất tác dụng và công suất phản kháng chạy trên nhánh (i+1) lần lượt được tính theo công suất gần đúng sau:

|𝑉 𝑖 | 2 ] (4.3) Tổn thất công suất tác dụng của một phần đường dây giữa nút i và i+1:

Pi, Qi: Công suất tác dụng và công suất phản kháng tại nhánh thứ i Vi: điện áp tại nút thứ i

Ri, i+1: Điện trở dây giữa nút i và i+1

Xi, i+1: Điện kháng dây giữa nút i và i+1.Biên độ điện áp tại mỗi nút phải được nằm trong giới hạn cho phép

- Dòng điện trên mỗi nhánh không vượt quá khả năng mang dòng của nó

- Cấu trúc lưới mạng phải là hình tia

- Tất cả các điểm đều phải được cấp điện

- Vmin, Vmax: Điện áp nhỏ nhất và điện áp lớn nhất tại nút thứ i

- I k : Dòng điện trên nhánh thứ k

- I k, max : Khả năng mang dòng lớn nhất của nhánh thứ k

Công suất tác dụng và công suất phản kháng của một lưới điện trong một hệ thống được thể hiện qua đồ thị phụ tải trong một ngày Từ đó ta có thể xây dựng được đồ thị phụ tải trong thời gian khảo sát và thể hiện ở hình 4.2

Hình 4.2 Đồ thị phụ tải lưới điện của một ngày trong năm

Từ đó ta có thể tính được chi phí vận hành của một lưới điện trong một ngày điển hình trong thời gian khảo sát được tính theo công thức sau:

𝑡 𝑗 (4.7) Hay chi phí vận hành cho m ngày trong năm lúc này là:

Trong đó: m : là số ngày khảo sát trong năm

∆Pj : là tổng tổn thất công suất trên lưới điện tại thời điểm thứ j tj : là thời gian khảo sát trong một ngày j =1,2,3 24

C0 : đơn giá bán điện thông thường của một phụ tải thứ i (đồng/kWh)

4.2.2 Bài toán tái cấu trúc lưới điện giảm chi phí ngừng cung cấp điện

4.2.2.1 Xét lưới điện đơn giản có một nguồn

Hình 4.3 Sơ đồ mạng một nguồn hai phụ tải

Giả sử mỗi trên mỗi đoạn lưới đều có thiết bị phân đoạn, thời gian mất điện của từng phụ tải là:

Trong đó, λ i , T sci , T mđi-1 lần lượt là cường độ sự cố, thời gian sự cố tại nút thứ i và thời gian ngừng điện từ nguồn, hoặc máy cắt tới nút thứ i – 1, điện năng không cung cấp điện được cho khách hàng lúc này là:

4.2.2.2 Xét mạng điện kín vận hành hở

Xét lưới điện phân phối đơn giản có hai nguồn cung cấp cho ba khu vực phụ tải (Hình 4.4) Giả sử bình thường khóa điện S2 mở Nếu không xét đến sự cố nội tại của các điểm phụ tải, khi đó độ tin cậy cung cấp điện cho các khu vực 3 sẽ phụ thuộc vào đường dây 1 – 3, khu vực 4 là 2 – 4 – 5 và khu vực 5 là đường dây 2 – 5

Hình 4.4 Sơ đồ mạng điện hai nguồn

Lưới điện như Hình 4.4 có hai nguồn cung cấp và 3 phụ tải P3, P4, P5 khi khóa điện S2 ban đầu mở, lưới điện lúc này vận hành như hai lưới điện hình tia Khi đó điện năng không cung cấp điện được cho khách hàng lúc này:

Trong đó, λ 13 , λ 25 , λ 45 , T 13 , T 25 , T 45 lần lượt là cường độ và thời gian sự cố trên các tuyến dây 1 – 3, 2 – 5 và 4 – 5 trong thời gian khảo sát (thường là một năm) và

P3, P4, P5 lần lượt là công suất tại các điểm phụ tải 3, 4 và 5 Tương tự ta tính điện năng ngừng cung cấp điện cho khóa điện còn lại S1, S3, S4

4.2.2.3 Tính toán chi phí ngừng cung cấp điện

Ngày nay, trong quá trình công nghiệp hóa, nhu cầu về độ liên tục cung cấp điện càng được quan tâm Nhiều khách hàng sẵn sàng trả các chi phí cao hơn để có độ tin cậy cung cấp điện cao hơn Vì vậy, ngoài việc đảm bảo các yếu tố kỹ thuật trong vận hành, ngành điện cũng đã quan tâm đến mức độ quan trọng của các loại phụ tải Như vậy khi tái cấu trúc hệ thống điện phân phối không thể không quan tâm đến các đặc điểm của các loại phụ tải

Bài toán giảm chi phí ngừng cung cấp điện của lưới điện phân phối có thể được tính thông qua chi phí thiệt hại do sự cố gây ra cho khách hàng bị gián đoạn cung cấp điện Hay chính là lượng năng lượng thiếu hụt nhân với giá tiền điện đồng/kWh thiệt hại của khách hàng Cực tiểu chi phí thiệt hại gây ra cho khách hàng ngừng cung cấp điện có thể được tính như sau [4]:

- n : số phụ tải trong lưới điện

- C 1 : đơn giá điện năng khi ngừng cung cấp điện, hay còn gọi là đơn giá vi phạm hợp đồng cung cấp điện của phụ tải thứ i (đồng/kWh) Đơn giá này thường cao gấp nhiều lần so với đơn giá bán điện thông thường C0

- A : lượng điện năng không cung cấp được cho khách hàng

- P i : công suất tiêu thụ tại nút thứ i (kW)

- T sci : thời gian sửa chữa của phụ tải thứ i (phút)

- λ sci : cường độ sự cố của nút tải thứ i trên tuyến dây (lần/năm hoặc lần/mùa)

4.2.3 Hàm mục tiêu của bài toán cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện

Bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối có xét đến độ tin cậy cung cấp điện cũng là xây dựng bài toán giảm chi phí vận hành và chi ngừng cung cấp điện cho một lưới điện Từ mục tiêu của bài toán giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện của khách hàng ta có thể đưa ra được hàm mục tiêu cho bài toán tái cấu trúc lưới có xét đến độ tin cậy cung cấp điện thông qua việc tính chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện của hệ thống [4]:

Trong đó: m số ngày khảo sát trong một năm

C 0 đơn giá bán điện thông thường của một phụ tải thứ i ($/Kwh)

C 1 đơn giá bán điện khi ngừng cung cấp của một phụ tải thứ i ($/Kwh)

∆P j tổng tổn thất công suất trên lưới điện tại thời điểm thứ j

P i công suất tiêu thụ tại nút thứ i (kW)

T j thời gian khảo sát trong một ngày j =1,2,3 24

T sci thời gian sửa chữa của phụ tải thứ i (h) λ sci cường độ sự cố của nút tải thứ i trên tuyến dây (lần/năm) α 1, α 2 trọng số chọn lựa hàm mục tiêu ưu tiên.

Thuật toán Symbiotic Organism Search (SOS)

Các thuật toán meta-heuristic mô phỏng các hiện tượng tự nhiên Ví dụ như, ABC mô phỏng hành vi tìm kiếm thức ăn của bầy ong mật, PSO mô phỏng hành vi theo bầy đàn của thú vật (cá bơi theo đàn, chim bay theo đàn), và GA mô phỏng quá trình tiến hóa của tự nhiên

Tương tự vậy, thuật toán SOS mô phỏng sự tương tác cộng sinh với nhau giữa hai cá thể từ đó để tìm ra cá thể phù hợp nhất Thuật toán ban đầu được phát triển để giải quyết bài toán tối ưu hóa trong một không gian tìm kiếm liên tục

Thuật toán này tạo ra một tập hợp các cá thể, mỗi cá thể chứa một giải pháp cho vấn đề đặt ra rồi tìm ra cá thể tối ưu nhất Sau khi có cá thể tối ưu, mỗi cá thể trong hệ sinh thái vừa tạo ra liên kết với cá thể tối ưu này Điều này phản ánh sự thích nghi đối với một mục tiêu yêu cầu Việc mô phỏng sự liên kết sinh học giữa hai cá thể trong hệ sinh thái này có ba hình thái, được chia làm ba giai đoạn sau: mutualism phase (giai đoạn hỗ sinh), commensalism phase (giai đoạn hội sinh), và parasitism phase (giai đoạn ký sinh)

Tính chất tương tác giữa hai cá thể với nhau quyết định nguyên lý của mỗi giai đoạn Mutualism phase là tương tác có lợi cả hai bên; commensalism phase là tương tác một bên có lợi, bên còn lại không bị ảnh hưởng; parasitism phase là tương tác một bên có lợi bên còn lại bị gây hại Mỗi cá thể tương tác với một cá thể khác một cách ngẫu nhiên qua các giai đoạn Quá trình được lặp cho đến khi đạt yêu cầu đề ra hoặc vượt quá số vòng lặp cho phép Thuật toán được tóm tắt ngắn gọn như sau:

UNTIL (termination criterion is met)

➢ Giai đoạn hỗ sinh (Mutualism phase)

Ví dụ của Mutualism trong đời thực là sự sống hỗ sinh giữa ong và hoa Ong bay giữa các hoa lấy mật đồng thời cũng lan truyền phấn hoa thụ tinh giữa các hoa, điều này có lợi cho cả hai Giai đoạn này của SOS bắt chước sự tương tác hỗ sinh như vậy Trong SOS, Xi được xem xét như cá thể thứ i trong hệ sinh thái và một cá thể khác Xj được chọn một cách ngẫu nhiên để tương tác với Xi Hai cá thể này tương tác với nhau với mục tiêu tăng khả năng sinh tồn trong hệ sinh thái Hai lời giải ứng viên mới Xinew và Xjnew được xác định dựa vào quan hệ hỗ sinh giữa cá thể Xi và

Xj và được mô hình hóa trong phương trình (4.14) và (4.15)

Trong (4.14) và (4.15), Mvector được xác định bởi (4.16):

Trong đó, rand(0,1) là vector của các số ngẫu nhiên được tạo giữa 0 và 1 BF1,

BF2 được giải thích như sau: trong tự nhiên, mối quan hệ hỗ sinh thì sinh vật này có thể được lợi nhiều hơn sinh vật kia Hệ số BF này có giá trị bất kỳ từ 1 – 2 M vector được định nghĩa như mối quan hệ giữa X i và X j Phần phương trình (X bsest – M vector BF) thể hiện nỗ lực hỗ sinh giữa các sinh vật để đạt mục tiêu sinh tồn Các sinh vật cố gắng để tăng sự thích nghi đối với hệ sinh thái X best được sử dụng ở đây vì nó đại diện do mức độ cao nhất của sự thích nghi trong hệ sinh thái đó

Hình 4.5 Mô hình hiển thị sự thích nghi bằng cách hỗ sinh trong hệ sinh thái

Các lời giải mới này chỉ được chấp nhận nếu chúng đem lại giá trị fitness tốt hơn so với các lời giải trước đó

➢ Giai đoạn hội sinh (Commensalism phase)

Ví dụ về sự hội sinh là mối quan hệ giữa cá remora và cá mập Cá remora bám vào cá mập và ăn thức ăn thừa, còn cá mập không bị ảnh hưởng bởi hoạt động của cá remora Tương tự như giai đoạn hỗ sinh, một cá thể Xj cũng được chọn một cách ngẫu nhiên để tương tác với Xi Ở tình huống này, cá thể Xi cố gắng để nhận lợi ích từ quan hệ hội sinh Tuy nhiên, bản thân cá thể Xj không được lợi cũng như không bị hại từ sự tương tác Lời giải ứng viên mới của Xi được tính dựa vào nguyên lý hội sinh trên, được mô hình hóa như phương trình dưới đây:

Trong đó (Xbest – Xj) phản ánh lợi ích mà Xi đạt được khi hội sinh với Xj để tăng khả năng sinh tồn trong hệ sinh thái

Hình 4.6 Mô hình hiển thị sự thích nghi bằng cách hội sinh trong hệ sinh thái

Lời giải mới này chỉ được chấp nhận nếu nó đem lại giá trị fitness tốt hơn so với lời giải trước đó

➢ Giai đoạn ký sinh (Parasitism phase)

Ví dụ về sự ký sinh là ký sinh trùng sốt rét trong muỗi Khi ký sinh trong người nó lớn nhanh và sản sinh Con người trải qua những con sốt và yếu dần có thể dẫn đến cái chết Trong thuật toán SOS, chúng ta chọn cá thể Xi bất kỳ tương tự như muỗi thông qua đó chúng ta tạo cá thể ký sinh “parasite_vector”, bằng cách thay thế một cách ngẫu nhiên vài phần tử của cá thể Cá thể Xj được chọn một cách ngẫu nhiên từ hệ sinh thái và đóng vai trò là vật chủ (cá thể bị ký sinh) tương tự như con người

Parasite_vector sẽ thay thế Xj trong hệ sinh thái nếu giá trị fitness của nó tốt hơn cá thể Xj

Hình 4.7 Mô hình hiển thị sự thích nghi bằng cách ký sinh trong hệ sinh thái

4.3.2 Lưu đồ thuật toán SOS

Chúng ta xây dựng được lưu đồ thuật toán SOS như sau:

Hình 4.8 Lưu đồ thuật toán SOS

Bước 1: Khởi tạo ban đầu:

Chọn giá trị các thông số của thuật toán SOS (số lượng cá thể, số lần lặp) Xác định các biến đầu vào bao gồm:

• Số lượng các thiết bị phân đoạn trên tuyến đường dây (17 khóa phân đoạn)

• Điều kiện biên của từng biến đầu vào (0,1)

• Các yêu cầu của tải (công suất P, Q)

• Thông số của lưới điện (R,X)

Bước 2: Xác định các vòng lặp độc lập, bước lặp đây là giá trị quan trọng trong việc làm tăng hay giảm tốc độ và khả năng tìm nghiệm tối ưu

Bước 3: Thực hiện khởi tạo tập Npop vector biến

Bước 4: Kiểm tra điều kiện biên của biến (4.2), (4.3), (4.5), (4.6), tính toán hàm mục tiêu (4.13) cho các biến khởi tạo, xác định giá trị hàm mục tiêu cho mỗi cá thể Đặt Iter = 0

Bước 5: Bắt đầu vòng lặp chính, Iter = Iter + 1

Bước 6: Xác định cá thể tốt nhất X best , có giá trị hàm mục tiêu thấp nhất

Bước 7: Thực hiện giai đoạn hỗ sinh (mutualism phase) (4.14), (4.15), (4.16) Bước 8: Thực hiện giai đoạn hội sinh (commensalism phase) (4.17)

Bước 9: Thực hiện giai đoạn ký sinh (parasitism phase)

Bước 10: Thực hiện lại bước 6 cho tới vòng lặp tối đa.

Thuật toán vét cạn (brute force)

Tìm kiếm vét cạn là một phương pháp thông thường để giải hầu hết bất kỳ vấn đề thuật toán nào Ý tưởng là tạo ra hết tất cả các lời giải có thể có của bài toán bằng cách sử dụng vét cạn (brute force), và sau đó lựa chọn một giải pháp tốt nhất hoặc đếm số lượng lời giải, phụ thuộc vào bài toán

Tìm kiếm vét cạn là một kỹ thuật tốt nếu có đủ thời gian để đi qua hết tất cả các lời giải, vì việc tìm kiếm thường dễ để thực thi và nó luôn cho ra lời giải chính xác Nếu tìm kiếm vét cạn là quá chậm, thì có thể tính đến các thuật toán khác.

ÁP DỤNG TÍNH TOÁN TRÊN LƯỚI ĐIỆN THỰC TẾ TẠI ĐIỆN LỰC THÀNH PHỐ CAO LÃNH

Mục đích

Với hàm mục tiêu và thuật toán Symbiotic Organism Search (SOS) đã tìm hiểu ở trên, ta có thể áp dụng vào lưới điện thực tế để kiểm tra kết quả tính toán cho 04 cặp phát tuyến 474CL và 475CL; 471CL và 473QT; 476CL và 478QT; 472CL và 473CL thuộc lưới điện Điện lực thành phố Cao Lãnh – Công ty Điện lực Đồng Tháp

Từ đó có thể xem xét để đưa vào vận hành trên lưới điện

Với hàm mục tiêu là cực tiểu chi phí vận hành và cực tiểu chi phí ngừng cung cấp điện cho hệ thống sẽ cho ta các phương pháp vận hành khác nhau nhưng vẫn đảm bảo được đặc tính kỹ thuật của lưới điện Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện bằng cách chuyển đổi khóa điện trên lưới đảm bảo cấu trúc lưới vận hành tối ưu nhất.

Thông tin về lưới điện của Điện lực thành phố Cao Lãnh

Điện lực thành phố Cao Lãnh quản lý cấp điện cho 15 xã, phường thuộc địa bàn thành phố Cao Lãnh Với tổng số khách hàng là: 64.743 khách hàng; Phụ tải của lưới điện chủ yếu bao gồm: sinh hoạt, kinh doanh dịch vụ, sản xuất công nghiệp

Hiện trạng lưới điện thành phố Cao Lãnh đang nhận điện từ 02 trạm biến áp 110kV Cao Lãnh và trạm 110kV Trần Quốc Toản qua 12 phát tuyến trung thế 22kV

- Trạm Cao Lãnh: gồm các tuyến 471CL, 472CL, 473CL, 474CL, 475CL, 476CL

- Trạm Trần Quốc Toản: gồm các tuyến 471QT, 472QT, 473QT, 475QT, 476QT, 478QT

Khối lượng quản lý đường dây và TBA 22kV:

- Đường dây trung áp 223km (Tài sản Điện lực 208km; Tài sản Khách hàng 15km)

- Đường dây hạ áp 374km (Tài sản Điện lực 349km; Tài sản Khách hàng 25km)

- Trạm biến áp: 890 trạm (Tài sản Điện lực 554 trạm; Tài sản Khách hàng 336 trạm).

Lưới điện khảo sát áp dụng và tính toán

5.3.1 Mạch vòng giữa tuyến 474CL và 475CL a Sơ đồ và các thông số của lưới điện:

Hình 5.1: Sơ đồ lưới điện tuyến 474CL và 475CL

Sơ đồ khối cặp tuyến dây 474CL – 475CL được trình bày ở hình 5.1 Cặp tuyến dây này được cung cấp nguồn từ trạm 110kV Cao Lãnh:

- Tuyến 474CL: o Chiều dài tuyến: từ trụ 01 đến trụ 150 (trục chính): 7,403km o Loại dây dẫn: ACX185 và ACX120 (dây pha) + AC120 (dây trung hòa) o Điện áp định mức: 22kV o Công suất Pmax: 7,30MW

- Tuyến 475CL: o Chiều dài tuyến: từ trụ 01 đến trụ 109C (trục chính): 7,478km o Loại dây dẫn: ACX185 (dây pha) và AC120 (dây trung hòa) o Điện áp: 22kV o Công suất Pmax: 4,10MW

Cả 02 tuyến đường dây trên có điểm giao liên hiện tại do Điện lực thành phố Cao Lãnh chọn là LBS mạch vòng Tịnh Thới trụ số 117/1 tuyến 474CL (109C tuyến 475CL) Tổng chiều dài từ đầu nguồn tuyến 474CL đến điểm giao liên là 5,52km và từ đầu nguồn tuyến 475CL đến điểm giao liên là 7,478 km Tổng công suất máy biến áp lắp đặt cho cả 2 tuyến dây là 42MVA (bao gồm 22,15MVA của tuyến 474CL và 19,85MVA của tuyến 475CL) Đặc điểm của lưới điện hiện hữu là các phụ tải phân bố không tập trung, cách xa nhau, dẫn đến việc đầu tư số lượng các máy biến áp và các thiết bị bảo vệ đi kèm theo nhiều để phục vụ mục tiêu chiến lược của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) là cung cấp điện đến từng khách hàng và người dân Chính vì điều này lượng công suất tổn thất sẽ tăng lên và đi theo đó là làm tăng chi phí vận hành lên Phần lớn phụ tải của 2 tuyến dây là phụ tải sinh hoạt, kinh doanh dịch vụ và tưới tiêu nông nghiệp Ở đây ta xem các khu vực lưới điện là một phụ tải và tại đó được xem như là một nút của hệ thống điện

Bảng 5.1: Phụ tải max của các nút tuyến 474CL và 475CL

Bảng 5.2: Thông số đường dây của tuyến 474CL-475CL Điểm đầu Điểm cuối Loại dây r 0 x 0 l R X

17 4 ACX95 0,350 0,230 0,050 0,0175 0,0115 b Thời gian mất điện và biểu đồ phụ tải của một ngày điển hình trong năm

Qua thống kê số vụ sự cố trên lưới điện thành phố Cao Lãnh trong khoảng 5 năm từ năm 2019 đến năm 2023 thì số vụ sự cố hàng năm như sau:

Bảng 5.3: Thống kê số vụ sự cố trên lưới điện hàng năm

Số vụ sự cố (vụ) 23 25 27 29 15

Như vậy trung bình số vụ sự cố hằng năm trên lưới điện trung thế 22kV của Điện lực thành phố Cao Lãnh là khoảng 24 vụ/năm cho 12 phát tuyến, tương đương với 01 phát tuyến đường dây trung thế 22kV sẽ có cường độ sự cố tương đối 02 vụ/năm Giả sử cường độ sự cố của các nút trên các phát tuyến là như nhau Với 02 phát tuyến 474CL và 475CL có 17 nút ta tính được cường độ sự cố trung bình trên các nút là: λsc = 0,24 vụ/năm

Về thời gian mất điện: Theo yêu cầu của Tổng Công ty Điện lực Miền Nam thời gian mất điện cho phép tối đa là 02 giờ tương đương với thời gian sửa chữa cho phép là 02 giờ/lần

Về biểu đồ phụ tải của 01 ngày điện hình trong năm của tuyến 474CL và 475CL Theo số liệu đọc từ xa trên chương trình Appmeter của Điện lực ta tính toán hệ số phụ tải của tuyến 474CL - 475CL

Hình 5.2: Biểu đồ phụ tải tuyến 474CL, 475CL

Ta tính được hệ số phụ tải của các nút trên lưới như sau:

Bảng 5.4: Bảng tính hệ số phụ tải của tuyến 474CL - 475CL

Biểu đồ phụ tải tuyến 474CL và 475CL

Hình 5.3: Biểu đồ hệ số phụ tải của tuyến 474CL - 475CL c Kết quả tính toán

Sau khi thực thi giải thuật cho từng vị trí khóa điện của tuyến 474CL - 475CL ta thu được các cấu hình mới tương ứng tổng chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện được thể hiện theo bảng sau:

Bảng 5.5: Bảng so sánh kết quả chi phí của phương thức vận hành hiện hữu và tối ưu cặp tuyến 474CL&475CL (C 0 = C 1 = 2.200 VNĐ)

Stt Vị trí khóa mở Chí phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện Ghi chú

1 LBS+DS MV Tịnh Thới

LBS+DS MV Cầu Đúc 201.414.935

Phương thức vận hành của lưới điện hiện hữu

2 Recloser+DS Tân Việt Hòa

Phương thức vận hành của lưới điện tối ưu Để tạo thêm cơ sở nhằm đưa ra quyết định vận hành lưới điện 474CL – 475CL vận hành với cấu trúc nào, ta giả thiết chi phí vận hành phát sinh do tổn thất C0 và chi phí đền bù do sự cố buộc phải ngừng cung cấp điện đến khách hàng C1 là khác nhau, giá đền bù lúc này sẽ gấp 5 lần giá điện Ta thực hiện giải thuật và kết quả thu được và được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 5.6: Bảng so sánh kết quả chi phí giữa phương thức vận hành hiện hữu và tối ưu của cặp tuyến 474CL&475CL (C 0 = 2.200VNĐ, C = 5C 0 )

Stt Vị trí khóa mở Chí phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện Ghi chú

1 LBS+DS MV Tịnh Thới

LBS+DS MV Cầu Đúc 247.072.150

Phương thức vận hành của lưới điện hiện hữu

2 Recloser+DS Tân Việt Hòa

Phương thức vận hành của lưới điện tối ưu

Qua kết quả tính toán được từ Bảng 5.5 và Bảng 5.6, chúng ta có thể nhận thấy rằng tại vị trí khóa mở (Recloser+DS Tân Việt Hòa – DS PĐ Cầu Xáng) sẽ cho chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện của cặp tuyến 474CL-475CL là bé nhất và thấp hơn so với vị trí khóa mở của lưới điện Điện lực đang vận hành hiện hữu (LBS+DS MV Tịnh Thới - LBS+DS MV Cầu Đúc) Vì vậy đề xuất thay đổi vị trí mở khóa theo kết quả đã tính toán

5.3.2 Mạch vòng giữa tuyến 471CL và 473QT a Sơ đồ và các thông số lưới điện:

Hình 5.4: Sơ đồ lưới điện tuyến 471CL và 473QT

Bảng 5.7: Phụ tải lúc cao điểm của các nút tuyến 471CL-473QT

Bảng 5.8: Thông số đường dây của tuyến 471CL-473QT Điểm đầu Điểm cuối Loại dây r 0 x 0 l R X

7 8 CXV240 0,080 0,060 0,050 0,0040 0,0030 b Thời gian mất điện và biểu đồ phụ tải của một ngày điển hình trong năm

Cường độ sự cố trên các nhánh của tuyến 471CL – 473QT (8 nút) như sau: λsc

Hình 5.5: Biểu đồ phụ tải tuyến 471CL-473QT

Biểu đồ phụ tải tuyến 471CL-473QT

Ta tính được hệ số phụ tải của các nút trên lưới như sau:

Bảng 5.9: Bảng tính hệ số phụ tải của tuyến 471CL – 473QT

Hình 5.6: Biểu đồ hệ số phụ tải của tuyến 471CL – 473QT

Biểu đồ hệ số phụ tải c Kết quả tính toán Đối với mạch vòng của lưới điện này với số lượng khóa đóng/mở là 05 khóa (02 khóa DS đầu tuyến) nên để việc tính toán cho kết quả nhanh nhất trạng thái đóng/mở của 05 khóa này ta sử dụng thuật toán vét cạn Brute force sẽ cho kết quả như sau:

Bảng 5.10: Bảng so sánh chi phí sau khi thực hiện tái cấu trúc lưới điện cho từng vị trí khóa mở cặp tuyến 471CL&473QT (C0 = C1 = 2.200 VNĐ)

Stt Vị trí khóa mở Chí phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện

2 LBS+DS Sở Xây Dựng 221.889.521

3 LBS+DS MV Sở Nông Nghiệp 161.331.000

Phương thức vận hành của lưới điện hiện hữu

4 LBS+DS Chùa Hoa Lâm 256.114.841

➢ Trường hợp C 0 = 2200VNĐ/kWh và C 1 = 5C 0

Bảng 5.11: Bảng so sánh chi phí sau khi thực hiện tái cấu trúc lưới điện cho từng vị trí khóa mở cặp tuyến 471CL&473QT (C0 = 2.200VNĐ, C = 5C0)

Stt Vị trí khóa mở Chí phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện

2 LBS+DS Sở Xây Dựng 278.878.321

3 LBS+DS MV Sở Nông Nghiệp 218.319.800

Phương thức vận hành của lưới điện hiện hữu

4 LBS+DS Chùa Hoa Lâm 313.103.641

Qua kết quả tính toán được từ Bảng 5.10 và Bảng 5.11, chúng ta có thể nhận thấy rằng tại vị trí khóa mở (LBS+DS MV Sở Nông Nghiệp) sẽ cho chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện của cặp tuyến 474CL-475CL là bé nhất và đúng với với vị trí khóa mở của lưới điện Điện lực đang vận hành hiện hữu Vì vậy đề xuất giữ nguyên vị trí mở khóa theo kết quả đã tính toán

5.3.3 Mạch vòng giữa tuyến 476CL và 478QT a Sơ đồ và các thông số lưới điện:

Hình 5.7: Sơ đồ lưới điện tuyến 476CL và 478QT Bảng 5.12: Phụ tải lúc cao điểm của các nút tuyến 476CL-478QT

Bảng 5.13: Thông số đường dây của tuyến 476CL-478QT Điểm đầu Điểm cuối Loại dây r 0 x 0 l R X

13 14 ACX50 0,670 0,250 1,210 0,8107 0,3025 b Thời gian mất điện và biểu đồ phụ tải của một ngày điển hình trong năm

Cường độ sự cố trên các nhánh của tuyến 476CL – 478QT (14 nút) ta tính toán tương đối được: λsc = 0,29 vụ/năm

Hình 5.8: Biểu đồ phụ tải tuyến 476CL-478QT

Thời gian t=1:24 giờ Biểu đồ phụ tải tuyến 476CL và 478QT

Ta tính được hệ số phụ tải của các nút trên lưới như sau:

Bảng 5.14: Bảng tính hệ số phụ tải của tuyến 476CL – 478QT

Hình 5.9: Biểu đồ hệ số phụ tải của tuyến 476CL – 478QT c Kết quả tính toán

Biểu đồ hệ số phụ tải Đối với mạch vòng của lưới điện này với số lượng khóa đóng/mở là 14 khóa, tuy nhiên chỉ có 06 khóa có thể vận hành ở trạng thái đóng/mở để tính toán (6 khóa thuộc nhánh rẽ không thể vận hành ở trạng thái mở do không có nguồn khác cấp điện lại và

02 khóa là DS đầu phát tuyến) nên để việc tính toán cho kết quả nhanh nhất cho các trạng thái đóng/mở của 6 khóa này ta sử dụng thuật toán vét cạn Brute force sẽ cho kết quả như sau:

Bảng 5.15: Bảng so sánh chi phí sau khi thực hiện tái cấu trúc lưới điện cho từng vị trí khóa mở cặp tuyến 476CL&478QT (C0 = C1 = 2.200 VNĐ)

Stt Vị trí khóa mở Chí phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện

2 Recloser + DS Lê Đại Hành 91.307.709

3 LBS + DS Kinh Kháng Chiến 78.433.740

Phương thức vận hành của lưới điện tối ưu

4 LBS + DS MV Cầu Sắt Bình Trị 79.564.691

Phương thức vận hành của lưới điện hiện hữu

5 DS Trường Trần Quốc Toản 96.472.684

➢ Trường hợp C 0 = 2200VNĐ/kWh và C 1 = 5C 0

Bảng 5.16: Bảng so sánh chi phí vận hành sau khi thực hiện tái cấu trúc lưới điện cho từng vị trí khóa mở (C0 = 2.200VNĐ, C = 5C0)

Stt Vị trí khóa mở Chí phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện

Stt Vị trí khóa mở Chí phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện

2 Recloser + DS Lê Đại Hành 119.879.901

3 LBS + DS Kinh Kháng Chiến 107.005.932

Phương thức vận hành của lưới điện tối ưu

4 LBS + DS MV Cầu Sắt Bình Trị 108.136.883

Phương thức vận hành của lưới điện hiện hữu

5 DS Trường Trần Quốc Toản 125.044.876

Qua kết quả tính toán được từ Bảng 5.15 và Bảng 5.16, chúng ta có thể nhận thấy rằng tại vị trí khóa mở (LBS + DS Kinh Kháng Chiến) sẽ cho chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện của cặp tuyến 474CL-475CL là bé nhất và thấp hơn so với vị trí khóa mở của lưới điện Điện lực đang vận hành hiện hữu (LBS + DS MV

Cầu Sắt Bình Trị) Vì vậy đề xuất thay đổi vị trí mở khóa theo kết quả đã tính toán

5.3.4 Mạch vòng giữa tuyến 472CL và 473CL a Sơ đồ và các thông số lưới điện:

Hình 5.10: Sơ đồ lưới điện tuyến 472CL và 473CL

Bảng 5.17: Phụ tải lúc cao điểm của các nút tuyến 472CL-473CL

Bảng 5.18: Thông số đường dây của tuyến 472CL-473CL Điểm đầu Điểm cuối Loại dây r x l Rohm Xohm

11 12 ACX185 0,180 0,210 1,992 0,3586 0,4183 b Thời gian mất điện và biểu đồ phụ tải của một ngày điển hình trong năm

Cường độ sự cố trên các nhánh của tuyến 472CL – 473CL (12 nút) được tính toán tương đối cho kết quả là: λsc = 0,33 vụ/năm

Hình 5.11: Biểu đồ phụ tải tuyến 472CL-473CL

Ta tính được hệ số phụ tải của các nút trên lưới như sau:

Bảng 5.19: Bảng tính hệ số phụ tải của tuyến 472CL – 473CL

Biểu đồ công suất 472CL, 473CL

Nhận xét và đề xuất

Với kết quả tính toán cho các cặp phát tuyến mạch vòng trên ta nhận thấy và đề xuất phương thức vận hành cho các phát tuyến như sau:

Bảng 5.22 Bảng tổng hợp kết quả mô phỏng tính toán

Stt Tuyến đường dây Phương thức vận hành hiện hữu Phương thức vận hành đề xuất Chi phí tiết kiệm theo mô hình bài toán

- LBS+DS MV Cầu Đúc

- Recloser+DS Tân Việt Hòa

- LBS + DS MV Cầu Sắt Bình Trị

- LBS+DS MV Nguyễn Văn Tre

- LBS+DS MV Sở Nông Nghiệp

Không thay đổi với phương thức vận hành hiện hữu -