Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới điện phân phối hình tia

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - HOÀNG SƠN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG MÁY PHÁT PHÂN TÁN ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HÌNH TIA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 60520202 TP Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - HOÀNG SƠN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG MÁY PHÁT PHÂN TÁN ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HÌNH TIA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH TP Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2016 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS DƯƠNG HOÀI NGHĨA Cán Bộ chấm nhận xét 2: TS ĐẶNG XUÂN KIÊN Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 12 tháng 03 năm 2016 Thành phần Hội Đồng Đánh Giá Luận văn Thạc Sĩ gồm: TT Họ tên Chức danh Hội đồng PGS.TS Nguyễn Thanh Phương Chủ tịch PGS.TS Dương Hoài Nghĩa Phản biện TS Đặng Xuân Kiên Phản biện PGS.TS Lê Minh Phương TS Võ Hoàng Duy Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội Đồng Đánh Giá Luận Văn sau Luận văn sửa chữa Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV PGS.TS Nguyễn Thanh Phương TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày 12 tháng 03 năm 2016 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Hoàng Sơn Ngày, tháng, năm sinh: Chuyên ngành: 09/10/1987 Kỹ Thuật Điện Giới tính: Nam Nơi sinh: Kiên Giang MSHV: 1441830022 I- Tên đề tài: Xác định vị trí dung lượng máy phát phân tán để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới điện phân phối hình tia II- Nhiệm vụ nội dung: Sử dụng giải thuật tiến hoá (thuật toán di truyền) để xác định vị trí dung lượng máy phát phân tán để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới điện phân phối hình tia III- Ngày giao nhiệm vụ: Ngày 30 tháng 07 năm 2015 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày 30 tháng 01 năm 2016 V- Cán hướng dẫn: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS Trương Việt Anh PGS.TS Trương Việt Anh KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài Luận văn với nội dung “Xác định vị trí dung lượng máy phát phân tán để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới điện phân phối hình tia” công trình nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS.TS Trương Việt Anh Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố công trình nghiên cứu khác, theo biết Tôi 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) Hoàng Sơn ii LỜI CẢM ƠN Để có kết tốt, cố gắng từ thân hội tham gia, điều kiện trải nghiệm hỗ trợ, giúp đỡ từ tổ chức, cá nhân khác cần thiết thiếu Liên hệ với thân trình học tập công tác luận văn em có đôi lời cảm ơn chân thành: Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu Trường ĐH Công Nghệ Tp.HCM cho em hội tham gia khoá học Cao học 2014 trường với điều kiện, thời gian trang thiết bị học tập đại Em xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Quản Lý Khoa Học Đào Tạo Sau Đại Học tạo điều kiện hỗ trợ em suốt trình học tập công tác luận văn Em xin chân thành cảm ơn toàn thể Quý Thầy Cô trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM nói chung Quý Thầy Cô Khoa Hệ Thống Điện nói riêng truyền đạt kiến thức bổ ích cho em suốt trình học tập nghiên cứu trường Em cảm ơn quan nơi công tác tất anh chị lớp 14SMĐ11 hỗ trợ, giúp đỡ em trình học tập, lời động viên, chia sẻ kiến thức kinh nghiệm thực tế để em hoàn thành tốt khoá học Đặc biệt, Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc kính trọng PGS.TS Trương Việt Anh, người thầy hết lòng tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức chuyên môn kinh nghiệm cung cấp cho em tài liệu vô quý giá thời gian quý báu Thầy, giúp đỡ tận tình từ anh Nguyễn Thanh Thuận khoá CH088 trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh Em anh chia sẻ kinh nghiệm, kiến thức cốt lõi vấn đề để em hoàn thành tốt nội dung đề tài luận văn hành trang cho bước phát triển đường nghiệp, học tập nghiên cứu Đồng kính gửi lời cảm ơn đến tất Quý Thầy Cô Hội Đồng Đánh Giá Luận Văn giành thời gian để xem xét cho em kết đánh giá luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, 12 tháng 03 năm 2016 Người thực Hoàng Sơn iii TÓM TẮT Do công nghiệp ngày phát triển, nhu cầu lượng ngày tăng cao, kế hoạch mở rộng, nâng cấp mạng điện triển khai thực Một phương pháp sử dụng cho việc nâng cấp, mở rộng lưới điện phân phối tích hợp nguồn phân tán (DG) vào hệ thống hữu Có nhiều lợi ích đạt cách tích hợp DG hệ thống phân phối bao gồm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất điện cải thiện độ dốc điện áp v.v Những lợi ích đạt nâng cao kích thước vị trí DG tối ưu hệ thống Luận văn đề xuất phương pháp sử dụng thuật toán di truyền (GA) để xác định vị trí đặt dung lượng DG tối ưu để cải thiện độ tin cậy cung cấp điện hệ thống điện phân phối hình tia có xem xét đến điều kiện tải thay đổi Mục tiêu để giảm thiểu tổng điện không cung cấp hệ thống (ENS) cách tối ưu vị trí đặt DG hệ thống, dung lượng DG tối ưu phân bố giữ cấu hình điện áp mạng giới hạn quy định Trong luận văn, nghiên cứu hệ thống phân phối hình tia thực tế 21 nút tải để chứng minh tính hiệu phương pháp đề xuất Các kết mô cho thấy việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện hệ thống điện phân phối tổng điện không cung cấp hệ thống ENS tối thiểu DG tối ưu đặt hệ thống Trạng thái vận hành hệ thống thay đổi ảnh hưởng đến tính tối ưu vị trí đặt dung lượng DG iv ABSTRACT Due to the growing of industries and energy demand is increasing, the expansion and upgrading of electricity networks are deployed and implemented One of the methods used for the upgrading and expansion of power distribution networks are integrated Distributed Generation (DG) into the existing systems There are many achieved benefits by integrating the DG in distribution power systems such as improving the reliabilities, reducing power losses and improving voltage profile etc, The benefits that can be achieved and enhanced if the DC size and placement optimized in the systems This thesis proposed method that using a Genetic Algorithm (GA) to determine the DG optimum placement and capacity to improve power supply reliabilities of radial electricity distribution systems with consideration of the variance load conditions The objective is minimize the Energy Not Supply (ENS) of the system by optimizing the DG placement and capacity and keeping the voltage under the limited range In the thesis, we studied a radial distribution systems with 21 nodes in fact used to demonstrate the effectiveness of the proposed method The simulation results show that improving the power supply reliabilities in the power distribution systems is possible and the ENS of the distribution systems is minimal if the DG optimized and placed in the systems The system operation status will affect to the DG optimized location and power v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH x PHẦN MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Phân tích, đánh giá số công trình liên quan nghiên cứu 1.1.1 Công trình nghiên cứu “Reliability benefit of Distributed Generation as a backup source” 1.1.2 Công trình nghiên cứu “Tối ưu hoá vị trí đặt công suất phát nguồn phát phân tán mô hình lưới điện phân phối 22kV” 14 1.1.3 Một số công trình nghiên cứu khác 19 1.2 Những vấn đề cần nghiên cứu giải luận văn 19 CHƯƠNG ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN 20 2.1 Tổng quan lưới điện phân phối 20 2.1.1 Chất lượng lưới phân phối 20 2.1.2 Độ tin cậy lưới phân phối 21 2.1.3 Thiệt hại ngừng cấp điện 22 2.2 Độ tin cậy cung cấp điện 22 2.2.1 Khái niệm 22 2.2.2 Các tiêu độ tin cậy 22 2.3 Nguồn điện phân tán 25 2.3.1 Khái quát chung 25 vi 2.3.2 2.3.3 2.3.4 Các loại nguồn phân tán 25 Đặc tính công suất nguồn điện phân tán 26 Ảnh hưởng nguồn phân tán đến vận hành lưới điện phân phối 26 CHƯƠNG XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG MÁY PHÁT PHÂN TÁN TRÊN MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN 28 3.1 Thuật toán di truyền GA 28 3.1.1 Tổng quan thuật toán GA 28 3.1.2 Các tính chất thuật toán GA 28 3.1.3 Các bước thuật toán GA 29 3.2 Xây dựng hàm mục tiêu 30 3.2.1 Bài toán minh hoạ xác định hàm mục tiêu 30 3.2.2 Hàm mục tiêu 31 3.2.3 Xây dựng phương pháp tính toán hàm mục tiêu 33 3.2.4 Giải toán ví dụ minh họa hình 3.2 kiểm tra hàm mục tiêu 34 3.2.5 Lưu đồ GA nghiên cứu 36 3.3 Bài toán ví dụ kiểm tra giải thuật 37 3.3.1 Xét toán 1: Mạng phân phối hình tia 22kV gồm 21 nút tải hình 3.6.37 3.3.1.1 Trường hợp 1: Thời gian sửa chữa tất đường dây hệ thống 38 Giá trị ENS hệ thống chưa kết nối DG 39 Giá trị ENS hệ thống sau kết nối DG, phân tích giải thuật GA 40 Nhận xét 41 3.3.1.2 Trường hợp 2: Thời gian sửa chữa đường dây 12-15, 15-16, 16-17 lớn lần so với đường lại hệ thống 42 3.3.1.3 Trường hợp 3: Cường độ cố giống trường hợp giới hạn DG lớn 45 Nhận xét: 46 3.3.2 Xét toán 2: Mạng phân phối hình tia 33 nút tải hình 3.13 47 Giá trị ENS hệ thống chưa kết nối DG: 50 Giá trị ENS hệ thống sau kết nối DG, phân tích giải thuật GA: 51 Nhận xét: 52 3.3.3 Xét trường hợp trạng thái vận hành hệ thống 53 3.3.3.1 Khi hệ thống bị cố ngắn mạch 53 3.3.3.2 Khi hệ thống bị sụt áp 53 CHƯƠNG KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHỤ LỤC 47 - Vị trí đặt DG tối ưu xem xét cho thời gian sửa chữa nót tải vùng DG cung cấp thấp hay giá trị ENS thấp - Sau tính toán dung lượng DG theo thuật toán GA Kết tính toán theo toán trào lưu công suất hệ thống cho kết ENS cấu hình điện áp nút tải hệ thống Cấu hình điện áp hệ điều kiện ràng buộc toán nghiên cứu cho hệ thống hoạt động ổn định 3.3.2 Xét toán 2: Mạng phân phối hình tia 33 nút tải hình 3.13 20 24 23 24 25 22 11 10 11 10 7 12 23 22 20 21 12 18 19 21 19 29 26 25 26 27 27 30 14 13 14 15 16 16 30 31 15 13 29 29 28 18 17 33 32 31 32 17 Hình 3.16: Lưới điện phân phối 33 nút tải tập trung 48 Bảng 3-12: Thông số kỹ thuật lưới điện phân phối – 33 nút Nút đầu 10 11 12 13 14 15 16 17 19 20 21 23 24 26 27 28 29 30 31 32 Nút cuối 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Điện trở (ohm) 0.057525912 0.307595167 0.228419048 0.237777928 0.510994811 0.116798814 0.443922843 0.642580655 0.651378001 0.122726104 0.233597628 0.915922324 0.337917936 0.368677453 0.46557305 0.804177305 0.456713311 0.102323747 0.938508419 0.255497406 0.442300637 0.28151509 0.560284909 0.558974666 0.126719226 0.177319567 0.660674488 0.50182311 0.316579691 0.608015194 0.193728802 0.212820916 Điện kháng X (ohm) 0.029324489 0.156730033 0.116299674 0.121103899 0.441115179 0.386084969 0.146684835 0.461704714 0.461704714 0.040617536 0.080985502 0.720571316 0.444796338 0.328184702 0.33997689 1.073775422 0.358070723 0.097644308 0.845730729 0.298485858 0.584805173 0.192418559 0.442425422 0.441177572 0.064513875 0.090281989 0.582621435 0.437122057 0.161284687 0.60077766 0.225798562 0.330805188 P(MW) Q(MVar) 0.1 0.09 0.12 0.06 0.06 0.2 0.2 0.06 0.06 0.045 0.06 0.06 0.12 0.06 0.06 0.06 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.42 0.42 0.06 0.06 0.06 0.12 0.2 0.15 0.21 0.06 0.06 0.04 0.08 0.03 0.02 0.1 0.1 0.02 0.02 0.03 0.035 0.035 0.08 0.01 0.02 0.02 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.2 0.2 0.025 0.025 0.02 0.07 0.6 0.07 0.1 0.04 Các điều kiện ràng buộc giả thiết toán:  Điện áp vận hành nút nằm giới hạn cho phép