Tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất điện năng có tác dụng của DG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM - HỒ DỰ LUẬT TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CÓ TÁC DỤNG CỦA DG LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành: 60520202 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƯƠNG VIỆT ANH TP HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS TRƯƠNG VIỆT ANH Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP HCM ngày 02 tháng 02 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TS Ngô Cao Cường ( Chủ tịch) PGS.TS Phan Thị Thanh Bình ( Phản biện 1) TS Huỳnh Châu Duy ( Phản biện 2) PGS.TS Lê Kim Hùng ( Ủy viên) TS Trần Vinh Tịnh ( Ủy viên, thư ký) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TS Ngơ Cao Cường TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP HCM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP HCM, ngày 12 tháng 12 năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HỒ DỰ LUẬT Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04 -07 – 1977 Nơi sinh: Long An Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN MSHV: 1181031036 I- TÊN ĐỀ TÀI: TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CÓ TÁC DỤNG CỦA DG II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nội dung : Tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất điện có tác dụng DG Luận văn giải nhiệm vụ sau:  Ngiên cứu việc tái cấu trúc lưới điện phân phối có DG kết nối  Giải tốn tái cấu trúc LĐPP có DG nhằm giảm thiểu tổn thất điện  Xây dựng hàm mục tiêu, áp dụng giải thuật heuristic để tìm cấu trúc tối ưu cho toán tái cấu trúc lưới điện phân phối có DG để giảm tổn thất điện  Đề suất thử nghiệm giải thuật lưới điện mẫu  Kiểm chứng kết trình TOPO PSS/ADEPT  So sánh kết giải thuật với số kết giải thuật khác  Đề xuất việc áp dụng giải thuật vào vận hành LĐPP - Phương pháp nghiên cứu : 1) Sử dụng phương pháp giải tích tốn học để xây dựng hàm mục tiêu F cực tiểu tổn thất điện LĐPP có DG 2) Xây dựng giải thuật heuristic để tìm cấu trúc tối ưu theo hàm mục tiêu giảm thiểu tổn thất điện LĐPP có DG 3) Sử dụng trình TOPO PSS/ADEPT để kiểm chứng kết - Kết đạt được: 1) Xây dựng giải thuật tái cấu trúc LĐPP có DG giảm tổn thất điện chứng minh lý thuyết lẫn kết tính tốn, kết kiểm chứng cho thấy lưới điện có cấu trúc giảm thiểu tổn thất điện năng, giảm chi phí vận hành hệ thống điện phân phối dẫn đến giảm giá thành điện cung cấp đến khách hàng sử dụng điện 2) Góp phần vào nghiên cứu liên quan đến toán tái cấu trúc lưới điện phân phối 3) Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu vận hành lưới điện phân phối 4) Tái cấu hình LĐPP có DG vận hành trực tuyến III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18-04 - 2012 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12 - 12 -2012 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRƯƠNG VIỆT ANH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS TRƯƠNG VIỆT ANH KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH i    LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn (Ký ghi rõ họ tên) Hồ Dự Luật   ii    Lời cảm ơn Trong suốt trình học tập hồn thành luận văn này, tơi nhận hướng dẫn, giúp đỡ tận tình từ Thầy Cơ, gia đình, đơn vị chủ quản bạn bè Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tơi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Tôi xin chân thành cảm ơn Tiến Sĩ Trương Việt Anh, người thầy trực tiếp hướng dẫn, truyền đạt kiến thức chuyên môn kinh nghiệm nghiên cứu để tơi hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn q Thầy Cơ giảng dạy chương trình cao học " Thiết bị mạng nhà máy điện” trường Đại Học Kỹ Thuật Công nghệ Tp.HCM giảng dạy, trang bị cho tơi kiến thức hữu ích quý báu suốt trình học tập nghiên cứu để làm đề tài Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu đặc biệt Hiệu trưởng Nhà Giáo Ưu Tú Tiến Sĩ Lê Văn Hiền Trường Cao Đẳng Nghề LILAMA tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ cho tơi nhiều q trình học tập, cơng tác đơn vị Xin cảm đồng nghiệp Khoa Điện - Điều Khiển hổ trợ nhiều thời gian qua Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành đến đại gia đình tơi đặc biệt bà xã Lê Thị Thanh Thủy trai Hồ Tuấn Minh quan tâm, động viên tạo điều kiện tốt cho Xin chân thành cảm ơn ! Tp Hồ Chí Minh, Ngày 12 tháng 12 năm 2012 Học viên Hồ Dự Luật iii TÓM TẮT Hệ thống điện phân phối thường quy hoạch quản lý theo hướng công suất từ nguồn đến phụ tải Hiện nay, với phát triển nguồn lượng máy phát phân tán (DG) kết nối nhiều vào hệ thống điện phân phối Việc kết nối DG vào lưới điện phân phối giúp nâng cao độ tin cậy khả cung cấp điện Tuy nhiên, địi hỏi cấu trúc lưới hợp lý để nâng cao hiệu cung cấp điện Luận văn xây dựng giải thuật tái cấu trúc lưới phân phối có máy phát phân tán DG giảm tổn thất điện Lưới điện phân phối có cấu trúc mạch vịng vận hành hở hình tia Với tham gia máy phát phân tán vào hệ thống điện phân phối có mạch vịng nhỏ, có dịng cơng suất theo hai chiều, đổ ngược nguồn Vì vậy, kết nối máy phát phân tán vào lưới điện phân phối gây số vấn đề lầm ảnh hưởng đến vận hành lưới điện phân phối Tái cấu trúc LĐPP có DG Một số phương pháp tái cấu trúc lưới Được xác định từ cấu trúc mạch vòng tuyến phân phối cách thay đổi trạng thái đóng mở khóa điện phân đoạn Tuy nhiên, với có mặt máy phát phân tán mạng phân phối, việc xác định cấu trúc lưới trở nên phức tạp Vấn đề thiết cần đặt để giải tối ưu lưới điện phân phối Luận văn xây dựng giải thuật tái cấu trúc lưới phân phối có tham gia máy phát phân tán hoạt động thời gian dài với mục tiêu giảm tổn thất điện Giải thuật đề xuất kiểm chứng PSS/ADEPT phù hợp tốt số nghiên cứu trước sau đề xuất áp dụng lưới điện phân phối thực tế Việt Nam iv  ABSTRACT Distribution networks are planned and managed for unidirectional power flows Nowadays, the marked increase in Distributed Generation (DG) will require a correct integration of the generators in distribution networks to guarantee and reliability of the electric system, with respect to the operation constraints This thesis discusses the network reconfiguration at the power distribution systems with dispersed generations (DG) for loss reduction The power distribution systems have a radial network and unidirectional power flows With the advent of dispersed generations, the power distribution systems have a locally looped network and bidirectional power flows Therefore, DG into the power distribution system can cause operational problems and impact on existing operational schemes In reconfiguration problem distribution networks with DG, One of these operational schemes is network reconfiguration, which is defined as altering the topological structures of distribution feeders by changing the open/closed states of the switches However, with the introduction of DG in power distribution systems, this increases the complexity of this problem This necessary problem is established to optimal operational distribution networks In thesis, an operational scheme is presented which uses network reconfiguration at the power distribution systems with DG as long-time operation tool for power loss reduction The solution procedure is verified on PSS/ADEPT, and applied on Viet Nam distribution networks v MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tòm tắt iii Summary iv Mục lục v Danh sách từ viết tắt vii Danh mục bảng viii Danh mục hình ix CHƯƠNG 0: GIỚI THIỆU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu nhiệm vụ luận văn 3 Phạm vi nghiên cứu 4 Phương pháp giải toán Điểm luận văn Giá trị thực tiễn luận văn Bố cục luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÁI CẤU TRÚC LĐPP CÓ DG 1.1 Tổng quan lưới điện phân phối 1.2 Tổng quan DG 1.3 Tái cấu trúc lưới điện phân phối có DG 11 1.4 Các tốn tái cấu trúc lưới điện phân phối 13 1.5 Thực trạng lưới phân phối Việt Nam 15 1.6 Các nghiên cứu khoa học tái cấu trúc lưới phân phối 15 1.7 Phương án giải luận văn 25 vi CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26 2.1 Đặt vấn đề 26 2.2 Cơ sở toán học 26 2.2.1 LĐPP đơn giản 27 2.2.2 Lưới điện tổng quát 36 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG GIẢI THUẬT CỰC TIỂU TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 3.1.Giới thiệu 3.2 Hàm mục tiêu 3.3 Thuật toán CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG GIẢI THUẬT TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 42 42 42 44 49 4.1 Lưới điện mẫu 16 bus 49 4.2 Lưới điện 33 nút 58 4.3 So sánh kết với giải thuật khác 64 4.4 Tái cấu hình LĐPP có DG vận hành trực tuyến 65 4.5 Kết luận 70 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 5.1 Kết luận 5.2 Những hạn chế đề xuất hướng phát triển đề tài TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 72 72 73 74 PHỤ LỤC 4.2 Thông số lưới điện 33 bus Srisak Bảng 4.2.1: Thông số nhánh Từ Bus Đến Bus 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 10 11 12 13 14 15 16 17 19 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 R(Ω) 0.0922 0.493 0.3661 0.3811 0.819 0.1872 0.7115 1.0299 1.044 0.1967 0.3744 1.468 0.5416 0.5909 0.7462 1.2889 0.732 0.164 1.5042 Bus Từ Bus Đến Bus R( Ω ) 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 34 36 35 37 33 20 21 23 24 26 27 28 29 30 31 32 12 18 25 Bus 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 QL(kvar) 90 90 90 90 90 90 420 420 60 60 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 21 15 22 33 29 0.4095 0.7089 0.4512 0.898 0.8959 0.2031 0.2842 1.0589 0.8043 0.5074 0.9745 0.3105 0.3411 2 0.5 0.5 Bảng 4.2.2: Thông số tải bus Bus 10 11 PL (kW) 100 90 120 60 60 200 200 60 60 45 QL(kvar) 60 40 80 30 20 100 100 20 20 30 PL (kW) 90 90 90 90 90 90 420 420 60 60 12 13 14 15 16 17 60 60 120 60 60 60 35 35 80 10 20 20 28 29 30 31 32 33 60 120 200 150 210 60 60 120 200 150 210 60 Sơ đồ lưới điện Srisak có DG nút 16, 22, 30 với công suất DG phát lên lưới 250kW, 250kW 500kW Hình 4.2.1 Sơ đồ lưới điện 16 bus DG Bảng 4.2.3: Kêt tái cấu trúc Có DG Số lần thao tác Srisak [30] Số lần thao tác Srisak [30] 35 35     K mở K mở 33,34,11, 32,27 33,34, 9, 32, 28 P % 25.3 P% 26.67 Khơng có DG PHỤ LỤC 4.3 Bảng 4.3.1: Kết giải thuật đề xuất lưới điện 33 bus khơng có DG Các khóa mở là: K9, K14, K32, K7, K37 nên tổn thất công suất từ Pgđ1 = Pgđ2 = 112.74kW Bảng 4.3.2 Kết giải thuật đề xuất lưới điện 33 bus có DG kết nối Các khóa mở là: K9, K14, K32, K7, K37 nên tổn thất công suất từ Pgđ1 = Pgđ2 = 73.56kW Các bước lặp lưới 33 bus có DG Mở k33, k34, k35, k36, k37 Bắt đầu K33->K7 K34->K9 K35->K9 Kết thúc K36->K32 K37->K37 Lặp Đóng k35 mở k9 K33->K7 K34->K14 K9->K9 K36->K32 K37->K37 Lặp Đóng k34 mở k14 K33->K7 K14->K14 K9->K9 K36->K32 K37->K37 Lặp Đóng k33 mở k7 K7->K7 Kết thúc K14->K14 K9->K9 K36->K32 K37->K37 Lặp Lặp Đóng k36 mở k32 PHỤ LỤC 4.4 Tái cấu trúc LĐPP sử dụng PSS/ADEPT 5.0 4.4.1 Dữ liệu phần tử lưới điện Phần mềm PSS/ADEPT 5.0 cung cấp đầy đủ công cụ giúp người sử dụng mô lưới điện cần tính tốn Xem cơng cụ diagram đây, ta thấy phần tử lưới điện mơ hình hố gồm: Nút Source Nút tải: Gồm tải tĩnh tải MWh Line Switch Máy biến áp Động điện: Gồm đồng bộ, không đồng Thiết bị bảo vệ: Relay, Recloser, Fuse,… Sóng hài Thơng số đầu vào cho tốn độ tin cậy Hình 4.4.1.1 Hình dạng công cụ PSS/ADEPT 4.4.2 Số liệu cần chuẩn bị Số liệu nhập vào nút ngồn: Hình 4.4.2.1 Các giá trị điện trở, điện kháng thứ tự thuận, nghịch, zero,… Hình 4.4.2.1 Số liệu nút nguồn Hình 4.4.2.2 Số liệu nút tải Số liệu nhập vào nút tải Hình 4.4.2.2 Số liệu nhập vào thiết bị đóng cắt: Hình 4.4.2.3 Tên vị trí đặt, dịng định mức,… Hình 4.4.2.3 Số liệu thiết bị đóng cắt Hình 4.4.2.4 Số liệu nút Số liệu cần nhập vào nút: Hình 4.4.2.4 Tên vị trí đặt, điện áp định mức,… Số liệu cần chuẩn bị nhập vào đoạn dây: Hình 4.4.2.5 Tên đoạn, số pha, chiều dài, dòng định mức, loại dây, thơng số đường dây,… Hình 4.3.2.6 Số liệu giới hạn U, I Hình 4.4.2.5 Số liệu đoạn dây Số liệu chuẩn bị cho giới hạn điện áp, dòng điện LĐPP Hình 4.3.2.6 4.4.4 TOPO Analysis: Tính tốn điểm dừng tối ưu Bài toán TOPO (Tie Open Point Optimization) phân tích, tính tốn, định hình hệ thống hình tia để có tổn thất cơng suất tác dụng nhỏ nhất, đóng khóa để hình thành mạng vịng hệ thống, tách riêng điện kháng mạng vòng giải hệ thống điện, mở khóa mạng vịng với dịng nhỏ TOPO thực mở khoá giống đóng khố Hình 4.4.4.1 Đặt tùy chọn cho TOPO Đặt tùy chọn cho toán TOPO Chọn Analysis>Options, chọn Tag TOPO, ta có hộp thoại Hình 4.4.4.1 Khi ta chọn Consider branch overload limits, TOPO tính tốn cho tất nhánh tải trước Trong hộp thoại Option này, ta chọn đồ thị phụ tải mà ta cần tính tốn (đã tạo Category) Tính tốn TOPO Với lưới điện hình tia ban đầu, TOPO đóng khố điện tập khoá điện mở để tạo thành mạch vịng kín Một tốn phân bố tối ưu cơng suất thực mạch vòng để xác định việc mở khóa tốt chuyển mạng điện trở lại dạng lưới điện hình tia Quá trình kết thúc xét hết khoá điện tập khoá điện mở, lúc trình TOPO kết thúc Cấu trúc lưới điện cuối cấu trúc có tổn thất cơng suất tác dụng bé Chọn Analysis>TOPO Hình 4.4.4.2 Hình 4.4.4.2: Tính tốn TOPO Hình 4.4.4.3: Xem kết tính tốn từ phần report Xem kết tính tốn chi tiết từ phần report Hình 4.4.4.3 4.4.5 Tính phân bố cơng suất Phần mềm PSS/ADEPT giải tốn phân bố công suất Hệ thống điện thể hình thức sơ đồ pha chúng bao gồm đầy đủ thông tin cho lưới ba pha Các thơng tin có từ tốn phân bố cơng suất trị số điện áp góc pha nút, dịng cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng nhánh trục chính, tổn thất công suất tác dụng công suất phản kháng mạng điện, vị trí đầu phân áp máy biến áp trường hợp giữ điện áp nút giới hạn cho phép… Chọn Analysis>load flow Hình 4.4.5.1 Hình 4.4.5.1: Tính tốn phân bố cơng suất Xem kết tính phân bố cơng suất Hình 4.4.5.2 Hình 4.4.5.2: Xem kết tính tốn phân bố công suất 4.4.6 Kết tái cấu trúc LĐPP 16 bus sử dụng PSS/ADEPT 5.0 - Tái cấu trúc LĐPP 16 bus trường hợp khơng có DG N1 N2 S1 N3 N4 S2 N5 S3 N6 S4 S5 S17 S14 S6 N11 N13 N12 S15 S21 N7 S18 S16 N8 N9 S7 S8 S20 N10 S9 S10 N14 Tổn thất cơng suất 93.06 kw S19 N15 Khóa mở: 2, 17, 16, 20, 10, 19 N16 S12 S13 Hình 4.4.6.1: Kết tái cấu trúc LĐPP 16 bus DG - Tái cấu trúc LĐPP 16 bus trường hợp có DG N3 S1 N4 S2 N5 S3 S4 N6 S5 S17 S14 S6 N11 S21 N12 S15 S7 N13 S16 N8 N7 S18 N9 S8 S20 N10 S9 S10 Tổn thất cơng suất 66.3 kw Khóa mở: 2, 17, 18, 15, 10, N14 N15 S12 S19 N16 S13 Hình 4.4.6.2: Kết tái cấu trúc LĐPP 16 bus có DG - Tính PBCS LĐPP kín 16 bus trường hợp khơng có DG N1 N2 S1 N3 N4 S2 N5 S3 N6 S4 S5 S17 S14 N11 S21 N13 N12 S6 S15 N7 S18 S16 N8 S20 N9 S7 S8 N10 S9 S10 N14 S19 N15 N16 S12 S13 Hình 4.4.6.3: Kết tính PBCS LĐPP 16 bus khơng có DG - Tính PBCS LĐPP kín 16 bus trường hợp có DG N3 S1 N4 S2 N5 S3 N6 S4 S5 S17 N11 S14 S6 N12 N13 S15 S21 N7 S16 N8 S7 S18 N9 S8 S20 N10 S9 S10 N14 S19 N15 S12 N16 S13 Hình 4.4.6.4: Kết tính PBCS LĐPP 16 bus có DG 4.4.7 Kết tái cấu trúc lưới 33 bus sử dụng PSS/ADEPT 5.0 - Trường hợp có khơng có DG - Trường hợp khơng có DG: Tổn thất cơng suất: 112.74kw Khóa mở: K9,K14,K32,K7,K37 - Trường hợp có DG: Tổn thất cơng suất: 73.56kw Khóa mở: K9,K14,K32,K7,K37 Hình 4.4.7.1: Kết tái cấu trúc LĐPP 33 bus - Tính PBCS LĐPP kín 33 bus trường hợp khơng có DG Hình 4.4.7.2: Tính PBCS LĐPP kín 33 bus trường hợp khơng có DG - Tính PBCS LĐPP kín 33 bus trường hợp có DG Hình 4.4.7.3: Tính PBCS LĐPP kín 33 bus trường hợp có DG ... CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÁI CẤU TRÚC LĐPP CÓ DG 1.1 Tổng quan lưới điện phân phối 1.2 Tổng quan DG 1.3 Tái cấu trúc lưới điện phân phối có DG 11 1.4 Các tốn tái cấu trúc lưới điện phân phối 13 1.5... THUẬT ĐIỆN MSHV: 1181031036 I- TÊN ĐỀ TÀI: TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CÓ TÁC DỤNG CỦA DG II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nội dung : Tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm. .. giảm tổn thất điện có tác dụng DG Luận văn giải nhiệm vụ sau:  Ngiên cứu việc tái cấu trúc lưới điện phân phối có DG kết nối  Giải tốn tái cấu trúc LĐPP có DG nhằm giảm thiểu tổn thất điện