Giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối bằng máy phát phân tán

v MỤC LỤC Trang Quyết định giao đề tài Xác nhận của cán bộ hướng dẫn Lý lịch khoa học…………………………………………………… … ………… i Lời cam đoan…………………….………………………………… …………… ii Lời cám ơn………………………………………………………… …………… iii Tóm tắt……… ………………………………… ……………… …………… iv Mục lục……… ………………………………… ……………… …………… v Danh sách các chữ viết tắt… …………………… ……………… …………… vi Danh sách các hình……… … …………………… ……………… …………vii Danh sách các bảng……… …………………… ……………… ……… … viii CHƯƠNG 0 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1 1. Đặt vấn đề 1 2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 3 3. Phạm vi nghiên cứu 3 4. Phương pháp giải quyết bài toán 4 5. Điểm mới của luận văn 4 6. Giá trị thực tiễn của luận văn 4 7. Bố cục của luận văn 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ DG 5 1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối 5 1.1.1 Đặc điểm lưới điện phân phối 5 1.1.2 Nhiệm vụ của lưới điện phân phối 6 1.2 Tổng quan về DG 7 1.3 Một số công nghệ DG 7 1.3.1 Pin mặt trời (photovoltaic –PV) 7 1.3.2 Pin nhiên liệu (Fuel cell –FC) 8 1.3.3 Máy phát turbine gió (Wind turbine – WT) 8 v 1.3.4 Máy phát động cơ đốt trong (Internal Combustion Engines – ICE) 9 1.3.5 Turbine khí (Combustion Turbine – CT) 9 1.3.6 Thủy điện nhỏ 10 1.3.7. Năng lượng mặt trời 11 1.4 Các nghiên cứu liên quan đã công bố 11 CHƯƠNG 2 CÁC BÀI TOÀN LIÊN QUAN ĐẾN DG 14 2.1 Mục đích vận hành DG 14 2.2 Các bài toán liên quan đến DG 14 2.2.1 Bài toán đánh giá độ giảm tổn hao đường dây 15 2.2.2 Bài toán nâng cao độ tin cậy 17 CHƯƠNG 3 BÀI TOÁN TỐI ƯU VỊ TRÍ DG GIM TỔN THT CÔNG SUT VÀ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY 23 3.1 Những ảnh hưởng khi tích hợp nguồn phân tán vào lưới phân phối 23 3.2 Mô tả mục tiêu bài toán 24 3.3 Mô hình toán học 24 3.3.1 Hàm mục tiêu của mô hình 24 3.3.2 Tổng chi phí cung cấp từ hệ thống phân phối 25 3.3.3 Tổng chi phí gián đoạn ước tính 26 3.3.4. Tổng chi phí tổn thất năng lượng 26 3.3.5 Hạn chế công suất DG 26 3.3.6 Hạn chế hoạt động DG 27 3.4 Giải thuật di truyền (genetic algorithm-GA) 27 3.4.1 Các đặc tính của thuật toán di truyền 27 3.4.2 Các quá trình cơ bản trong thuật toán di truyền 28 3.4.3 Các tham số của thuật toán di truyền (hay còn gọi là các thông số điều khiển của thuật toán) 31 3.5 Áp dụng giải thuật di truyền tính toán lưới điện 20 nút tải có tải tập trung 33 3.5.1 Hàm mục tiêu của bài toán 34 3.5.2 Áp dụng giải thuật di truyền 37 v 3.5.3 Kết quả tính toán 42 3.5.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm PSS Adept 47 3.6 Kết luận 50 CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN TUYẾN 477AX TP. CÀ MAU 52 4.1. Giới thiệu lưới điện thành phố Cà Mau 52 4.2 Một số số liệu các phát tuyến 53 4.2.1 Thông tin các phát tuyến chính 53 4.2.2 Số liệu sự cố điển hình của Điện lực Thành phố Cà Mau 54 4.3 Áp dụng tính toán cho phát tuyến 477AX 54 4.3.1 Kết quả tính toán bằng giải thuật GA 55 4.3.2 Kết quả tính toán bằng phần mềm PSS Adept 59 4.4 Kết luận 63 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHO ĐỀ TÀI 64 5.1 Những hạn chế và đề xuất hướng phát triển cho đề tài 64 5.1.1 Những hạn chế 64 5.1.2 Đề xuất hướng phát triển của đề tài 64 5.2. Kết luận 64 Tài liệu tham khảo 66 Phụ lục. 69 vi CÁC CH VIẾT TẮT  DG : Distributed genneration  PV : Photovoltaic  FC : Fuel cell  ICE : Internal Combustion Engines  CT : Combustion Turbine  GA : genetic algorithm  LLRI : line loss reduction index vii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 1.1: Pin mặt trời 7 Hình 1.2: Một dạng pin nhiên liệu 8 Hình 1.3: Hệ thống turbine gió 9 Hình 1.4: Nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ sử dụng turbine khí 10 Hình 1.5: Một đập thủy điện nhỏ 10 Hình 1.6: Hệ thống pin dùng năng lượng mặt trời. 11 Hình 2.1: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở có nguồn phân tán. 18 Hình 3.1: Lưới điện phân phối 22kV với 20 nút tải tập trung. 33 Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật. 41 Hình 3.3: Giao diện chương trình tính toán. 42 Hình 3.4: Kết quả tính toán trường hợp 1 43 Hình 3.5: Sơ đồ lưới 20 nút tính toán bằng phần mềm PSS 47 Hình 4.1: Sơ đồ lưới điện TP. Cà Mau. 52 Hình 4.2: Sơ đồ đơn tuyến tuyến 477AX. 55 Hình 4.3: Kết quả tính toán bằng giải thuật GA cho lưới 48 nút. 57 Hình 4.4: Sơ đồ lưới 48 nút tính toán bằng phần mềm PSS 59 viii DANH SÁCH CÁC BNG BNG Trang Bảng 3.1. Thông số đường dây 20 nút 34 Bảng 3.2. Kết quả tính toán trường hợp 1 43 Bảng 3.3. Kết quả tính toán trường hợp 2 44 Bảng 3.4. Kết quả tính toán trường hợp 3 45 Bảng 3.5. Kết quả tính toán trường hợp 4 45 Bảng 3.6. Kết quả tính toán trường hợp 5 46 Bảng 3.7. Kết quả tính toán tổn thất công suất khi chưa kết nối DG 48 Bảng 3.8. Kết quả tính toán tổn thất công suất khi kết nối DG 48 Bảng 3.9. Kết quả tính toán độ tin cậy khi chưa kết nối DG 49 Bảng 3.10. Kết quả tính toán độ tin cậy khi kết nối DG 49 Bảng 3.11. So sánh kết quả giữa 2 phương pháp 50 Bảng 4.1. Số liệu cơ bản các phát tuyến cung cấp điện TP Cà Mau 53 Bảng 4.2. Thống kê theo loại sự cố 54 Bảng 4.3. Thông số phát tuyến 477AX 55 Bảng 4.4. Kết quả tính toán bằng giải thuật GA cho lưới 48 nút trường hợp 1 57 Bảng 4.5. Kết quả tính toán bằng giải thuật GA cho lưới 48 nút trường hợp 2 58 Bảng 4.6. Kết quả tính toán bằng giải thuật GA cho lưới 48 nút trường hợp 3 59 Bảng 4.7. Kết quả tính toán tổn thất công suất khi chưa kết nối DG 60 Bảng 4.8. Kết quả tính toán tổn thất công suất khi kết nối DG 60 Bảng 4.9. Kết quả tính toán độ tin cậy khi chưa kết nối DG 61 Bảng 4.10. Kết quả tính toán độ tin cậy khi kết nối DG 62 Bảng 4.11. So sánh kết quả giữa 2 phương pháp 62 Chương 0 GVHD: TS. Trương Việt Anh HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 1 CHNGă0 GIIăTHIUăĐăTÀI 1. ĐTăVNăĐ Điện năng ngày càng giữ một vai trò quan trọng việc đảm bảo sự ổn định và phát triển kinh tế xã hội, an ninh chính trị của mỗi quốc gia. Nếu xét về mặt kinh tế, điện năng được cung cấp bởi các công ty Điện lực đến khách hàng sử dụng điện phải có giá thành rẻ nhất, chất lượng điện năng phải tốt nhất. Chính vì vậy, để đảm bảo chất lượng điện năng phân phối đến các hộ tiêu thụ, độ tin cậy phải được nâng cao. Tuy nhiên chất lượng điện năng còn phụ thuộc nhiều vào tải khách hàng sử dụng, vì vậy đòi hỏi hệ thống lưới phân phối phải đáp ứng mức độ thay đổi liên tục của phụ tải, để đạt được vấn đề này thì lưới điện chúng ta phải bố trí thật hợp lý để giảm thiểu tổn thất, nâng cao chất lượng điện và đáp ứng yêu cầu nguồn cung cấp. Trong mạng phân phối, tải ngày càng tăng theo sự phát triển của nền kinh tế, trong khi cấu trúc lưới điện của chúng ta thì không thay đổi, điều này dẫn đến tổn thất trong lưới tăng lên và các biện pháp khắc phục thường là sử dụng tụ bù tại các điểm thích hợp, tăng cường công suất máy biến áp nhưng các biện pháp này thật sự không cải thiện được nhiều về các chỉ tiêu tổn thất Các lưới điện phân phối hiện nay đang trong giai đoạn cải tạo, đầu tư và phát triển mạnh mẽ. Khối lượng các đường dây tải điện, các trạm biến áp cũng như các nguồn điện kết nối vào hệ thống đang ngày càng gia tăng nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển nhanh chóng của phụ tải. Tuy nhiên phụ thuộc quá nhiều vào các nguồn thủy điện và nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường đang ngày càng được quan tâm. Các nguồn năng lượng thay thế sẽ là một yếu tố ưu tiên lựa chọn, hệ thống nguồn phát phân tán (Distributed Generation- DG) là thiết thực cho nhu cầu năng lượng đối với một xã hội phát triển, hiện đại nhằm bổ sung và đáp ứng nhanh chóng nguồn điện cho phụ tải. Các nguồn phân tán Chương 0 GVHD: TS. Trương Việt Anh HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 2 này sẽ xem xét việc sản xuất dòng công suất thực tế theo nhu cầu trên lưới nhằm tăng giá trị điện áp của hệ thống, giảm tổn thất điện năng, tăng doanh thu cho các Công ty Điện lực trong khi hoạt động của các thiết bị bảo vệ trên lưới là không thay đổi. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nguồn điện phân tán sẽ mang lại nhiều hiệu quả thiết thực khi tham gia hệ thống phân phối, khi sử dụng DG sẽ góp phần giảm bớt gánh nặng công suất vào giờ cao điểm, giảm tổn thất trên đường dây, cải thiện chất lượng điện năng, nâng cao độ tin cậy và thân thiện với môi trường. Nó còn góp phần vào việc giảm áp lực đầu tư cải tạo lưới điện hiện hữu, giảm chi phí nhiên liệu, chi phí vận hành và đáp ứng tốt về khả năng dự phòng cho hệ thống. CácălợiăíchăkhiăkếtănốiăDG *ăĐốiăvớiăngƠnhăđiện: - Giảm tổn thất công suất trên đường dây. - Giảm tải trên đường dây. - Giảm chi phí vận hành. - Giảm chi phí đầu tư nâng cấp hệ thống. *ăĐốiăvớiăkháchăhƠngăsửădụngăđiện: - Nâng cao chất lượng điện năng. - Cải thiện độ tin cậy cung cấp điện. - Giảm giá thành sử dụng điện. - Tạo môi trường ngày càng cạnh tranh cho thị trường điện. Cácătácăđộng: Khi DG được kết nối vào hệ thống phân phối, nó được xem như một nguồn cung cấp thứ hai vì vậy mạng điện hiện hữu sẽ trở thành mạng điện kín có hai Chương 0 GVHD: TS. Trương Việt Anh HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 3 nguồn cung cấp. Tùy thuộc vào cấu trúc của lưới điện mà ảnh hưởng của DG đến lưới cũng khác nhau, các tác động thường gặp: - Thay đổi tổn thất công suất trên lưới điện. - Tổn thất điện áp và sự dao động diện áp. - Thay đổi dòng sự cố trong lưới và bảo vệ Relay. - Độ không sin của sóng điện áp. - nh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện. - Thay đổi sự phối hợp của các thiết bị bảo vệ trên lưới điện. 2.ăMCăTIểUăVÀăNHIMăVăCAăLUNăVĔN Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu việc: “Giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối bằng máy phát phân tán”. - Nghiên cứu việc giảm tổn thất công suất trên lưới phân phối khi có kết nối DG. - Xây dựng hàm đa mục tiêu sử dụng giải thuật Gen để giải bài toán tìm vị trí thích hợp để kết nối DG nhằm giảm tổn thất công suất và cực tiểu chi phí vận hành. - Kiểm chứng việc giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện bằng phần mềm PSS/ADEPT. - Áp dụng giải thuật vào lưới điện phân phối mẫu và lưới thực tế. 3.ăPHMăVIăNGHIểNăCU Phạm vi nghiên cứu của luận văn tập trung vào bài toán giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khi kết nối DG nhằm cực tiểu chi phí vận hành. Chương 0 GVHD: TS. Trương Việt Anh HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 4 4.ăPHNGăPHỄPăGIIăQUYTăBÀIăTOỄN - Áp dụng các phương pháp giải tích mạng điện xây dựng hàm đa mục tiêu cực tiểu tổn thất công suất khi có DG. - Sử dụng giải thuật di truyền giải bài toán đa mục tiêu khi có DG. - Sử dụng chương trình tính toán lưới điện PSS/ADEPT kiểm chứng kết quả. 5.ăĐIMăMIăCAăLUNăVĔN - Xây dựng hàm đa mục tiêu giải quyết vấn đề giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khi có kết nối DG. - Áp dụng giải thuật di truyền tìm vị trí tối ưu lắp đặt DG trên lưới phân phối cực tiểu chi phí vận hành. 6.ăGIỄăTRăTHCăTINăCAăLUNăVĔN - Cung cấp một giải thuật tìm vị trí tối ưu lắp đặt DG giảm tổn thất trên lưới. - Góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến DG. - Làm tài liệu tham khảo cho các công tác nghiên cứu và vận hành lưới điện khi có kết nối DG. 7. BăCCăCAăLUNăVĔN Luận văn gồm 6 chương: Chngă0: Giới thiệu đề tài. Chngă1: Tổng quan về lưới phân phối. Chngă2: Các bài toán liên quan đến DG. Chngă3: Bài toán tối ưu vị trí DG giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy. Chngă4: Tính toán tuyến 477AX TP.Cà Mau. Chngă5: Kết luận và hướng phát triển cho đề tài. [...]... l, lnh vc nghiờn cu tớnh toỏn tin cy i vi h thng in bao hm nhng ni dung rt a dng vi nhng mc tiờu (bi toỏn) khỏc nhau: tin cy ngun in, tin cy li truyn ti, tin cy li in phõn phi, tin cy h thng bo v v iu khin, tin cy m bo cung cp in cho khỏch hng Lun vn quan tõm ch yu cỏc vn liờn quan n bi toỏn vn hnh nõng cao tin cy v ti u chi phớ, do ú cỏc ni dung tớnh toỏn tin cy cng tp trung ch yu vo li... PG2 QG 3VP2 L (5) 2.2.2 Bi toỏn nngcaotinc y: tin cy cung cp in ngy cng c quan tõm, c bit l t phớa khỏch hng Nhng khỏch hng c bit, cú yờu cu cao v cht lng in nng v tin cy cung cp in cn c cung cp t ớt nht 2 ngun theo s li kớn vn hnh h Cng cú th s dng thờm d phũng l ngun in phõn tỏn [4], nh hỡnh 2.1 HVTH: Nguyn c Duy trang 17 Chng 2 GVHD: TS Trng Vit Anh Luới điện lân cận có khả năng cung cấp hạn... 13 14 10 11 Nguồn điện phân tán Khách hàng đặc biệt Hỡnh 2.1 S li in kớn vn hnh h cú ngun phõn tỏn Tuy nhiờn tin cy cung cp in thc s nhn c cho mi khỏch hng khụng ging nhau, ph thuc hng lot yu t: - V trớ ph ti (khỏch hng) trờn s ; - Cu trỳc li phõn phi in, trong ú cú cỏc thit b phõn on; - Gii hn cụng sut h tr t ngun d phũng l li in lõn cn v v trớ kt ni ca ngun ny sang li ang xột, tin cy cung cp in... u im l n thp, cu to nguyờn khi, lng khớ thi thp (SO, CO) v cú tin cy cao Hỡnh 1.2: Mt dng pin nhiờn liu Nhiờn liu ch yu dựng cho FC l hydro t khớ t nhiờn Vic khi ng FC cn thi gian t 1 n 4 gi do vy nú khụng phự hp cho d phũng núng v ch thớch hp cho chy nn i vi cỏc ph ti cn tin cy cung cp in cao Hin ti chi phớ lp t FC vn cũn mc khỏ cao v cn phi cú b chuyn i dũng din chuyn t dũng DC sang AC FC cú... hai trng thỏi c bn l bỡnh thng v bt thng, v yu t thng c a vo xem xột l tc giú v cng sột mụ phng xem xột tỏc ng trờn li in thc t nhm nõng cao tin cy ca h thng cung cp in b- Cỏcch tiờu,ph ngphỏpỏnhgiỏtinc yhthngcungc pin Cỏcch tiờuỏnhgiỏtinc y c ahthngcungc pin tin cy ca h thng cung cp in c nh ngha nh l kh nng m bo cung cp in liờn tc cho cỏc h tiờu th vi cht lng in nng tha món yờu cu i vi h thng... Cụng ngh ny cú chi phớ vn hnh v bo trỡ rt thp Cụng ngh PV c s dng ph bin cho cỏc tũa nh c lp v cỏc h thụng thụng tin, nú c xem nh mt cụng ngh tt nht cho cỏc cn h v cỏc ng dng thng mi nh Tuy nhiờn hin ti giỏ thnh sn xut in nng t PV l khỏ cao cho nờn nú ch cú th cnh tranh c nhng ni yờu cu cao v tin cy v thõn thin vi mụi trng H thng PV cú th vn hnh c lp hoc kt ni trc tip vo mng phõn phi 1.3.2.Pinnhiờnliu(FuelcellFC)... khỏch hng a- Cỏcyut nhh ngntinc y Cỏc yu t nh hng n tin cy ca h thng in cú th c chia thnh bn loi bao gm: cỏc phn t ca h thng in, iu kin mụi trng, c tớnh ti v cu hỡnh h thng h thng in Cỏcphntc ahthngin Cỏc phn t ca li in nh l: ng dõy, mỏy bin ỏp, thit b úng ct HVTH: Nguyn c Duy trang 18 Chng 2 GVHD: TS Trng Vit Anh m tin cy ca chỳng cựng cỏch thc ghộp ni chỳng trong s quyt nh tin cy ca li in Cỏc phn... Tng chiu di v s lng mỏy bin ỏp chim t l ln trong ton h thng 1.1.2Nhimvc al iinphnphi: - Cung cp phng tin truyn ti nng lng in n h tiờu th - Cung cp phng tin cỏc cụng ty in lc cú th bỏn in - m bo cht lng in nng v tin cy cung cp in - m bo cỏc thụng s vn hnh trong gii hn cho phộp - Cỏc h thng bo v hot ng tin cy - ng dõy, mỏy bin ỏp v cỏc thit b khỏc khụng b quỏ ti Cỏc nghiờn cu [6] ó ch ra rng kt ni ngun... tỏc ng ti quỏ trỡnh tin HVTH: Nguyn c Duy trang 27 Chng 3 GVHD: TS Trng Vit Anh hoỏ v bn thõn quỏ trỡnh tin hoỏ cng cú tỏc ng lm thay i mụi trng Cỏ th mi sinh ra trong quỏ trỡnh tin hoỏ nh vo s lai ghộp th h cha-m Mt cỏ th mi cú th mang nhng c tớnh ca cha-m th h trc (di truyn) hoc mang nhng c tớnh mi hon ton (t bin) Di truyn v t bin l hai c ch quan trng nh nhau trong quỏ trỡnh tin hoỏ mc dự xỏc sut... hp ny DG ci thin tin cy cung cp in v lm gim chi phớ bi thng do mt in 2.2 CỏcbitoỏnliờnquannDG: HVTH: Nguyn c Duy trang 14 Chng 2 GVHD: TS Trng Vit Anh Tựy thuc vo quan im v mc tiờu nghiờn cu m ngi ta cú th cn c vo li ớch v nh hng ca DG phõn chia thnh cỏc nhúm bi toỏn sau: Bi toỏn phi hp bo v r le Bi toỏn gim tn tht trờn ng dõy Bi toỏn ci thin in ỏp, ch s in ỏp Bi toỏn nõng cao tin cy Bi toỏn a mc . là nghiên cứu việc: Giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối bằng máy phát phân tán . - Nghiên cứu việc giảm tổn thất công suất trên lưới phân phối khi có kết nối. nhằm giảm tổn thất công suất và cực tiểu chi phí vận hành. - Kiểm chứng việc giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện bằng phần mềm PSS/ADEPT. - Áp dụng giải thuật vào lưới. văn 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ DG 5 1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối 5 1.1.1 Đặc điểm lưới điện phân phối 5 1.1.2 Nhiệm vụ của lưới điện phân phối 6 1.2 Tổng quan về DG