404 439 BO GIAO DUC VA DAO TAO
TRUONG DAI HOC CONG NGHE TP HCM
HUTECH University
BUI THUC QUOC
Đề tài:
~~-~y TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN ĐỀ GIẢM TON
~ THAT CONG SUAT TAC DUNG
LUAN VAN THAC SY
Trang 2CONG TRINH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS TRƯƠNG VIỆT ANH
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Công Nghệ TP HCM Ngày 21 tháng 03 năm 2015
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đông châm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 | PGS.TS Ngé Cao Cuong Chủ tịch
2 | TS Nguyễn Xuân Hoàng Việt Phan bién 1 3 | PGS.TS Quyén Huy Anh Phan bién 2
4 | TS Tran Vinh Tinh Uy vién
5 | TS.H6 Van Hién Ủy viên, Thư ký
Xác định của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)
Trang 3
TRUONG DH CÔNG NGHỆ TP.HCM CONG HOA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
PHONG QLKH ~ DTSDH Doc lap — Tw de — Hạnh phúc
TP HCM, ngay.dd thang 4 nam 2005
NHIEM VU LUAN VAN THAC Si
Họ tên học viên: Bùi Thúc Quốc Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 02 — 03 — 1981 Nơi sinh: Gia Lai
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 60520202
I- Tên đề tài:
TAI CAU TRUC LUGI DIEN CO DG DE GIAM TON THAT CONG SUAT TAC DUNG
II- Nhiệm vụ và nội dung:
- Mục tiêu của luận văn là tìm ra phương pháp tối ưu để tái cấu trúc lưới điện
phân phối giảm tốn thất công suất tác dụng
- Nghiên cứu tổng quan các phương pháp tối ưu hóa trạng thái khóa điện trong
lưới điện phân phối
- Áp dụng thuật toán để giải quyết bài toán tối ưu hóa công suất
III- Ngay giao nhiệm vụ: øgày 78 (háng 08 năm 2014
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ngày 15 thang 01 ndm 2015 V- Cán bộ hướng dan: TS TRUONG VIET ANH
CAN BO HUONG DAN KHOA QUAN LY CHUYEN NGANH
(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
iD
Trang 4LOI CAM DOAN
kK
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
Trang 5ii
LOI CAM ON
kK
Trước hết, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS.Trương Việt Anh, Thầy đã tận tụy hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu đề hoàn thành luận văn này
Em xin chân thành cảm ơn qúy Thầy Cô Trường Đại Học Công nghệ TP HCM đã giảng dạy em trong suốt hai năm học vừa qua
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả những người thân, bạn bè, những người anh em cùng vợ và con thơ, đã động viên, ủng hộ va tao điều kiện cho
em cả về tinh thần lẫn vật chất trong suốt quá trình học tập cũng như để hoàn thành
luận văn thạc sĩ
Xin trân trong cam on!
Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 03 năm 2015
bJđ«&——
Trang 6ii
TOM TAT
Tái cấu trúc lưới điện phân phối là nhằm mục đích giảm tổn thất công suất, cân bằng tải giữa các đường dây, và khôi phục lưới điện phân phối nhanh sau sự cé,v v Viée đó được thực hiện bằng cách thay đổi trạng thái đóng/mở của các khóa
chuyển mạch và các khóa phân đoạn Luận văn này trình bày một thuật toán hiệu quả để tìm ra trạng thái tối ưu của các khóa điện nhằm thỏa mãn mục tiêu sau: giảm
tôn thất công suất của toàn mạng
Luận văn sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán DG để giải
quyết bài toán nêu trên để tìm ra cấu hình lưới điện tối ưu nhất có thể Để chứng
minh tính đúng đắn, việc tính toán được thực hiện trên hệ thống phân phối 16 nút Phương pháp đề nghị đã vượt trội so với các phương pháp khác về chất lượng của
Trang 7iv
ABSTRACT
Network reconfiguration in distribution system is to reduce power loss, load balancing and fast restoration by changing the status of tie and sectionalizing switches This thesis presents an efficient algorithm to find the optimal state of the switches in order to satisfy one objective: to reduce power loss in distribution system
The dissertation will study the effects of dispersion DG power to solve the
above problem to find the optimal grid configuration possible To demonstrate the
validity of the proposed algorithm, computer simulations are carried out on a 16-
but The proposed method has outperformed the other methods in terms of the
Trang 8MUC LUC
LOT CAM DOAN o.occccccsssesssssssseesssessesssseesseessseersessseessessavensusessuessanssieetstessnneseessneeesves i
LOL CAM ON o.oo cccccccccccececeesseeeaeeessecesecsseeeseeeesescneseusssueeess sussstsetiss ii
TOM TAT .2.-222L12212211102711 2211122112112 xe iii
ABSTRACT ooo ccccccccseecsscsesecssscscecscsescscevavscavscsvavsesnsnsterssensusssneecserseraeess iv
MỤC LỤC oiccececscsssesssesssesssessssssssesssesnssssserssessssessessssssessusesscsusessessnsesesesesneessnesseessvess v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - cccc22252< 2 << se vii DANH MỤC CÁC HÌNH 2Ằ 2222222 se viii DANH MUC CAC BANG oiececcccce cocccccecsensesescees testes seseessteaee tenstseeeeanienens ix CHUONG I1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN c c2 1
LL Dat van de oo a 1
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 2
1.2.1 Mục tiêu của luận văn cv nu ke 2 1.2.2 Nhiệm vụ của luận văn 2
1.3 Phạm vi nghiên cứu cọc nn eee eeeee eases eee en ens 2 1.4 Phương pháp nghiên cứu .- con n ng hs kệ 3 1.5 Điểm mới của luận văn .cc SA Sàn Sn vn 3 1.6 Giá trị thực tiễn Q c2 2n HH TT HH TS HT khen he 3 1.7 Bố cục của luận văn c c0 0n 2201 nh vn xe 4 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TỎNG QUAN 5
2.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối 5
2.2 Cấu hình lưới điện phân phối .-. - cà, 7 2.3 Các lý do vận hành hở lưới điện phân phối - - 8
2.4 Các bài toán tái cấu trúc lưới điện ở góc độ vận hành 9
2.5 Hiện trạng và đặc điểm lưới điện phân phối ở Việt Nam 10
2.6 Các phương pháp tìm trạng thái khóa điện tối ưu 11
Trang 9vi 2.6.3 Phuong phap hé than kinh nhdn tao (Artificial Neural Network — “ììỶ) —- 14 2.6.4 Phương pháp bầy đàn (Particle Swarm Method-PSO) .15 2.6.5 Hệ chuyên gla - QQn n HH nh nh eg 16 2.6.6 Phương pháp logic mờ - Fuzzy Logi 16
2.6.7 Phuong phap téi wu Kién-Ant Colony Optimization Method 17
2.6.8 Phương pháp Heuristic tối ưu hóa 5+ 5+ c2 18 2.6.9 Nguồn điện phân tán (Distributed Generation-DG) 21
2.6.10 Xu hướng phát triển DG trong các LĐPP ở Việt Nam 23
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN 26
3.1 Bài toán tái cầu tái cấu hình LĐPP có nguồn điện phân tán 26
3.2 Phương pháp tái cầu hình LĐPP có xét đến ảnh hưởng của nguồn điện phân "0 29
3.2.1 Mô tả lưới điện và các qu1 ƯỚC 5-5 SSĂ Ăn ng 29 3.2.2 Mô hình toán học thao tác phân bố lại phụ tải ve 29 3.3 Xây dựng thuật toán cấu hình lưới điện phân phối để giảm tôn thất công suất tác 0220177 31
KKSN Lo on na 31
3.3.2 Thuật toán đề nghị ¿+ L2n 21121112213111212122111 211.11 te 34 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN ĐƯỢC ĐÈ XUẤT GIẢI BÀI TOÁN TÁI CÁU TRÚC LƯỚI ĐIỆN 16 NÚT - <2 - 40
Trang 10DG LĐPP PBCS AP TDN vii DANH MUC CAC TU VIET TAT : Distributed Generation
: Lưới điện phân phối : Phân bố công suất
Trang 11viii
DANH MUC CAC BANG
Bang 2.1 Trinh bay pham vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc theo đặc điểm
0 UR‹I 089) Sẽ 44 HHH 9
Bảng 4.1 Quá trình phân bố lại phụ tải ở giai đoạn l của LĐPP 16 nút không có
Bảng 4.2 Quá trình phân bố lại phụ tải ở giai đoạn l cha LDPP 16 nút có 2 DG 44
Bảng 4.3 Quá trình phân bố lại phụ tải ở giai đoạn 1 của LĐPP l6 nút có DG tại
Bảng 4.4 Quá trình phân bố lại phụ tải ở giai đoạn | của LĐPP l6 nút có DG tại
Trang 12ix
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Lưới điện phân phối đơn giản -. - 25255222 tSxvcxxetrxrrrrrrrrerree 6 Hình 2.2a: Sơ đồ lưới điện hình tia 22- 2-+2s22EeSExeEkxeErxerkrerrrrrkrsrrrsrrrrrree 7 Hình 2.2b: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở .- 2¿-5625+c5ccczxsrrrrrvee 7
Hình 2.3: Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp lưới điện phân phối khu vực miền Nam11 Hình 2.4: Sơ đồ chung của phương pháp bầy đàn (PSO) ccccrecrrecrev 16 Hình 2.5: Chuỗi nhiễm sắc thể cho mạng 16 nút — 3 nguồn . - 19
Hình 2.6 Công suất đặt của DG trong sản xuất điện ở Việt Nam từ 2003-2010 23
Hình 2.7 Dự báo khả năng phát điện của các nguồn phân tán ở Việt Nam đến
080 8ẺẺẼ8® d 24
Trang 13CHUONG 1:
GIOI THIEU LUAN VAN 1.1 DAT VAN DE
Hệ thống điện phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện đến
hộ tiêu thụ Vì lý do kỹ thuật, nó luôn được vận hành theo kiểu hình tia, mặc dù được thiết kế theo kiêu mạch vòng để tăng độ tin cậy trong quá trình cung cấp điện Theo thống kê của điện lực Việt Nam thì tổng tốn thất điện năng khoảng từ 10-15% sản lượng điện sản xuất, trong đó tôn hao đường dây từ 5-7% Do đó, nghiên cứu các biện pháp giảm tốn thất điện năng trên lưới điện phân phối là một nhu cầu cấp thiết, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích về kinh tế
Về mặt lý thuyết, có nhiều biện pháp đề giảm tôn thất điện năng trên lưới điện phân phối như: nâng cao điện áp vận hành lưới điện phân phối, tăng tiết điện dây dẫn hoặc giảm truyền tải công suất phản kháng trên lưới điện băng cách lắp đặt tụ bủ Tuy nhiên các biện pháp này đều mang tính khả thi về kỹ thuật nhưng lại tốn các chỉ phí đầu tư và lắp đặt thiết bị Trong khi đó biện pháp tái cấu trúc lưới thông
qua việc chuyển tải bằng cách đóng/mở các cặp khóa điện có sẵn trên lưới cũng có thể giảm tôn thất điện năng đáng kể khi đạt được cân bằng công suất giữa các tuyến
dây mà không cần nhiều chỉ phí để cải tạo lưới điện Không chỉ dừng lại ở việc giảm tên thất điện năng, tái cấu trúc lưới điện phân phối còn có thể nâng cao khả năng tải của lưới điện (cân bằng tái), giám sụt áp cuối lưới và giảm thiểu số lượng
hộ tiêu thụ mất điện khi có sự cố hay cần sửa chữa đường đây
Trong quá trình vận hành, thực tế việc tái cấu trúc lưới nhằm giảm tên thất
năng lượng trong điều kiện phải thỏa mãn các ràng buột kỹ thuật với hàng trăm khóa điện trên lưới điện phân phối là điều vô cùng khó khăn đối với các điều độ viên Do đó, luôn cần một phương pháp phân tích phù hợp với lưới điện phân phối thực tế và một giải thuật đủ mạnh để tái cấu trúc lưới trong điều kiện thỏa mãn các
mục tiêu điều khiển của các điều độ viên
Trang 14(máy cắt, máy cắt có tải, dao cách ly ) để có thể cực tiêu hóa tổn thất năng lượng
và giảm chỉ phí đóng/cắt khi chuyên tải, giúp điều độ viên có không gian điều khiển đủ lớn đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong tương lai Ở góc độ vận hành, dựa vào các vị trí khóa điện có sẵn, điều độ viên phải chỉ ra câu trúc vận hành sao cho chỉ phí vận hành bao gồm chỉ phí truyền tải và tốn thất năng lượng là bé nhất Khi có sự
cố hay cần sửa chữa lưới điện, chống quá tải các phần tử trên lưới, đảm bảo chất
lượng điện năng và giảm tổn thất năng lượng
1.2 MỤC TIỂU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN 1.2.1 Mục tiêu của luận văn
Mục tiêu của luận văn là tìm ra phương pháp để tái cầu trúc lưới điện phân phối giảm tốn thất công suất tác dụng
Nghiên cứu tông quan các phương pháp tối ưu hóa trạng thái khóa điện trong lưới điện phân phối
1.2.2 Nhiệm vụ của luận văn
Từ mục tiêu nghiên cứu như trên, nên nhiệm vụ của luận văn bao gồm các vấn đề sau:
- Đọc các bài báo viết về vấn đề tìm trạng thái khóa điện tối ưu từ trước đến
nay trên thế giới Phân loại theo các phương pháp giải khác nhau - Đánh giá ưu và nhược điểm của phương pháp
- Đề nghị một phương pháp để tái cấu trúc lưới điện phân phối để giảm tổn
thất công suất
- Xây dựng hàm mục tiêu đạt mục đích đặt ra đồng thời cũng phải thôa mãn
các điều kiện ràng buộc
- Kiểm chứng trên lưới điện mẫu nhằm đánh giá tính đúng đắn của ý tưởng đề xuất và so sánh kết quả với các phương pháp khác
- Đánh giá lại phương pháp thực hiện và khả năng áp dụng phương pháp đề
Trang 15- Nghiên cứu xoay quanh bài toán tái cấu trúc lưới trên lưới điện phân phối có cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hở (lưới điện hình tia)
- Bài toán được nghiên cứu trong luận văn bao gồm các vẫn đề sau:
+ Kết hợp nhiều mục tiêu với nhau vào trong một bài toán tái cau tric:
mục tiêu giảm tốn thất công suất
+ Ảnh hưởng của nguồn điện phân tán (DG) đến bài toán tái cầu hình lưới điện phân phối để mức tăng AP ít nhất
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu ảnh hưởng của DG đến hàm tôn thất AP của toàn LĐPP và ảnh hưởng của nhánh thuộc nhiều vòng độc lập trong LĐPP phức tạp có kết nỗi DG
- Xây dựng hàm mục tiêu: tôn thất công suất tác dụng
- Sử dụng các kết quả nghiên cứu của đồng nghiệp đã công bố trước đây và
có liên quan đến đề tài nghiên cứu để so sánh và đánh giá 1.5 DIEM MOI CUA LUAN VAN
- Xây đựng được ham mục tiêu lợi nhuận cho bài toán tái câu hình LĐPP tối
ưu để giảm tốn thất công suất tác dụng
- Đề xuất kết nối nguồn điện phân tán với LĐPP để tìm ra cầu hình LĐPP tối
ưu theo hàm mục tiêu được xây dựng
- Giải thuật đề nghị trong luận văn cải thiện khả năng tìm kiếm của giải thuật gen trước đây, tìm được lời giải một cách nhanh chóng và tối ưu nhất có thể cũng
thỏa mãn các điều kiện ràng buộc Đồng thời xây dựng được một phương pháp
kiểm tra điều kiện hình tia hiệu quả và tin cậy trong suốt quá trình tái cấu trúc lưới điện
1.6 GIÁ TRỊ THỰC TIẾN
- Thuật toán đề nghị giải bài tốn giảm tổn thất cơng suất có thể áp dụng để giải bài toán giảm tổn thất điện năng trong thuật tế
Trang 16- Bài toán tái cầu hình LĐPP có DG thường rất phù hợp với các DG sử dụng máy điện đồng bộ và có công suất ôn định trong khoảng thời gian đủ dài (theo mùa) như thủy điện nhỏ, biomass khi đó việc tái cấu hình để giảm AP sẽ có ý nghĩa
kinh tế rõ rệt
- Thuật toán dé nghị giải bài toán cân bằng tải có thể áp dụng để đưa ra cấu
trúc lưới điện vận hành ít xảy ra sự cố nhất Điều này có thể được ứng dụng để vận
hành lưới điện phân phối TP HCM trong những ngày lễ, khi mà mục tiêu vận hành
an toàn, ít xảy ra sự cố được xem trọng hơn mục tiêu giảm tốn thất công suất
1.7 BÓ CỤC CỦA LUẬN VĂN
Luận văn bao gồm có 5 chương:
Chương l: Giới thiệu luận văn Chương 2: Nghiên cứu tổng quan
Chương 3: Phương pháp tiếp cận
Chương 4: Ứng dụng thuật toán đề nghị
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển luận văn
Trang 17CHUONG 2:
NGHIEN CUU TONG QUAN 2.1 DAC DIEM CUA LUOI BIEN PHAN PHOI
Hệ thống điện phân phối là lưới điện truyền tải điện năng trực tiếp từ các trạm biến thế trung gian (thường là các trạm: 110/22 kV, 110/35/22 kV, 35/22 kV) đến các trạm khách hàng Đường đây truyền tải thường được vận hành mạch vòng
hay mạch tia, còn các đường dây phân phối điện luôn được vận hành hở trong mọi
trường hợp Nhờ cấu trúc vận hành hở mà hệ thống relay bảo vệ chỉ cần sử dụng loại relay quá dòng Để tái cung cấp điện cho khách hàng sau sự cố, hầu hết các tuyến dây đều có các mạch vòng liên kết với các đường dây kế cận được cấp điện từ
một trạm biến áp trung gian khác hay từ chính trạm biến áp có đường dây bị sự cố Việc khôi phục lưới được thực hiện thông qua các thao tác đóng/cắt các cặp khóa
điện nằm trên các mạch vòng, do đó trên lưới phân phối có rất nhiều khóa điện Một đường dây phân phối luôn có nhiều loại phụ tải khác nhau (ánh sáng sinh hoạt, thương mại dịch vụ, công nghiệp ) và các phụ tải này được phân bố
không đồng đều giữa các đường dây Mỗi loại tải lại có thời điểm đỉnh tải khác
nhau và luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa Vì vậy, trên các đường dây, đồ thị phụ tải không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ Điều này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tôn thất trên lưới điện phân phôi
Dé chống quá tải đường dây và giảm tổn thất, các điều độ viên sẽ thay đổi
cấu trúc lưới điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khóa điện hiện có trên lưới Vì vậy, trong quá trình thiết kế, các loại khóa điện (Recloser, LBS, DS ) sẽ được lắp đặt tại các vị trí có lợi nhất để thao tác đóng/cắt các khóa này vừa có thể
giảm chỉ phí vận hành và vừa giảm tốn thất năng lượng Hay nói cách khác, hàm mục tiêu trong quá trình vận hành lưới điện phân phối là cực tiểu chi phí vận hành
bao gồm cá chỉ phí chuyên tải và tốn thất năng lượng
Trang 18Tuy nhiên, các điều kiện vận hành lưới phân phối luôn phải thỏa mãn các điều kiện :
Câu trúc vận hành hở
Tắt cả các phụ tải đều được cung cấp điện, sụt áp trong phạm vi cho phép Các hệ thống bảo vệ relay phái thay đổi phù hợp
Đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải
Hình 1.1 mô tả một lưới điện phân phối đơn giản gồm có 2 nguồn và nhiều
khóa điện Khóa SWI, SWS5 và RC3 ở trạng thái mở để đảm bảo lưới điện vận hành hở Các đoạn tải LN2 và LN6 nằm ở cuối lưới của nguồn điện SS2 Để cải thiện
chất lượng điện năng ở cuối lưới, bộ tụ bù được lắp giữa LN4 và SW2 và máy biến thế điều áp được lắp giữa LN3 và LN9 Tắt nhiên, các thiết bị này đều có thể được vận hành ở chế độ thông số không đổi trong thời gian vận hành hay thông số thay đôi băng cách điều khiển từ xa hay tại chỗ LNI SW5
Hình 2.1: Lưới điện phân phối đơn giản
Khi vận hành hệ thống điện phân phối như hình 2.1, có thể giảm tổn thất
công suất bằng cách chuyển một số tải từ nguồn SS2 sang nguồn SSI, ví dụ: đóng RC3 và mở SW2 để chuyển các đoạn tải LN5và LN6 từ nguồn SS2 sang SS1 Việc phân tích lựa chọn các cách chuyển tải này là nội dung của các giải thuật tái cau
Trang 19Trên lưới điện phân phối thực tế có rất nhiều khóa điện, việc tìm ra cách
chuyển tải tốt nhất trong tô hợp các khóa điện khi chuyển tải sẽ cần một thời gian rất dài và còn phải xem xét đến các điều kiện ràng buột kỹ thuật Vì vậy cần thiết phải có một giải thuật tái cấu trúc lưới để có thể nhanh chóng tìm ra cấu trúc vận
hành tốt nhất cho lưới điện theo các mục tiêu điều khiển
Trang 202.3 CAC LY DO VAN HANH HO LUOI DIEN PHAN PHOI
phối:
Lý do vận hở lưới điện phân phối xuất phát từ nét đặc trưng của lưới phân - Số lượng phần tử như lộ ra, nhánh rẽ, thiết bị bù, phụ tải của lưới phân phối nhiều hơn lưới truyền tải từ 5-7 lần nhưng mức đầu tư chỉ hơn từ 2-2.5
lần
- Có rất nhiều khách hàng tiêu thụ điện năng với công suất nhỏ và nằm trên
diện rộng, nên khi có sự cố, mức độ thiệt hại do gián đoạn cung cấp điện ở
lưới điện phân phối gây ra cũng ít hơn so với sự cố của lưới điện truyền tải Do những nét đặc trưng trên, lưới điện phân phối cần vận hành hở dù có câu trúc mạch vòng vì các lý do sau:
- Tổng trở của lưới điện phân phối vận hành hở lớn hơn nhiều so với vận hành vòng kín nên dòng ngắn mạch bé khi có sự cố Vì vậy chỉ cần chọn
các thiết bị đóng cắt có dòng ngăn mạch chịu đựng và dòng cắt ngắn mạch
bé, nên mức đầu tư giám đáng kẻ
- Trong vận hành hở, các relay bảo vệ chỉ cần dùng các loại relay đơn giản
rẻ tiền như relay quá dòng, thấp áp mà không nhất thiết phải trang bị các
loại relay phức tạp như định hướng, khoảng cách, so lệch, nên việc phối
hợp bảo vệ relay trở nên đễ dàng hơn, nên mức đầu tư cũng giảm xuống
- Chỉ cần dùng cầu chì tự rơi (FCO: Fuse Cut Out) hay cầu chì tự rơi kết
hợp cắt có tải (LBECO: Load Break Fuse Cut Out) để bảo vệ các nhánh rẽ
hình tia trên cùng một đoạn trục và phối hợp với Recloser để tránh sự cố thoáng qua
Khi sự cố, do vận hành hở, nên sự cố không lan tràn qua các phụ tải khác Do được vận hành hở, nên việc điều khiển điện áp trên từng tuyến day dé dàng hơn và giảm được phạm vi mat điện trong thời gian giải trừ sự cố
- Nếu chỉ xem xét giá xây dựng mới lưới phân phối, thì phương pháp kinh tế là
các lưới hình tia
Trang 21Các bài toán vận hành lưới điện phân phối mô tả các hàm mục tiêu tái cấu
trúc lưới điện như sau :
- Bài toán I: Xác định cấu trúc lưới điện theo đồ thị phụ tải trong một thời
đoạn để chỉ phí vận hành bé nhất
-Bài toán 2: Xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời khảo sát
đê tổn thất năng lượng bé nhất
- Bài toán 3: Xác định cấu trúc lưới điện tại 1 thời điểm để tốn thất công suất
bé nhất
- Bài toán 4: Tái cấu trúc lưới điện cân băng tải (giữa các đường dây, máy biến thế nguồn ở các trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lưới điện
- Bài tốn 5: Khơi phục lưới điện sau sự cô hay cắt điện sửa chữa
- Bài toán 6: Xác định cấu trúc lưới điện theo nhiều mục tiêu như tốn thất
công suất bé nhất, mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải ít nhất, sụt áp trên lưới bé nhất cùng đồng thời xảy ra (Hàm đa mục tiêu)
Các bài toán xác định cầu trúc vận hành của một lưới điện phân phối cực tiểu tốn thất năng lượng hay cực tiểu chỉ phí vận hành thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật
vận hành luôn là bài toán quan trọng và kính điển trong vận hành hệ thống điện
Bảng 2.1 Trình bày phạm vi ứng dụng của các bài toán tái câu trúc theo đặc điểm lưới điện phân phối
Tên bài toán 1 2 3 4 5 6
Khoá điện được điều khiển từxa | v v ⁄
& | Chi phí chuyển tải thấp, không
= ke gen : Hàm vế v w
* | mât điện khi chuyên tải
5
Chỉ phí chuyên tai cao, mat v v v v
‹3 | điện khi chuyên tải 3
= Lưới điện thường xuyên bị quá tải v v v
Lưới điện ít bị quá tải v v v v
Lưới điện hầu như không quá tải vẻ |w |vw v
Trang 22
10
Nhìn chung lưới phân phối hiện nay ở Việt Nam có nhiều cấp điện áp khác nhau, chỉ phí chuyến tai lớn và phải cắt điện khi chuyên tải vì:
- Do lịch sử phát triển ở mỗi miền đất nước có nhiều cấp điện áp phân phối và giữa các miền các cấp điện này cũng khác nhau (6.6, 10, 15, 22, 35 kV)
- Recloser và máy cắt có tải LBS không được điều khiển từ xa và có số lượng không đáng kể nên chỉ phí đóng cắt và thời gian chuyên tải lâu
- Các tổ đấu dây của máy biến áp tại các trạm trung gian không thống nhất
nên phải cắt điện khi chuyển tải, điều này làm gián đoạn việc cung cấp điện và gây
khó chịu cho khách hàng sử dụng điện
Việc chuyển tải chỉ xảy ra khi:
- Chống quá tải đường dây, trạm biến áp trung gian ở những nơi phụ tải phát triển nhanh, vào giờ cao điểm hay khi có công tác sửa chữa các mạch vòng truyền tải
- Tái cấu trúc lưới khôi phục cung cấp điện sau khi cô lập sự cố hay sửa chữa cải tạo đường dây và trạm biến áp theo định kỳ
Vì các khó khăn trên, mục tiêu vận hành lưới điện phân phối phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện nay có thé dé nghị như sau:
- Xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo sát để tổn thất năng lượng bé nhất - bài toán 2
- Tái cấu trúc lưới điện chống quá tái, cân bằng tải giữa các đường dây, máy biến thế nguồn ở các trạm biến áp để nâng cao khả năng tải của lưới điện - bài toán 4
- Khôi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa - bài toán 5
- Xác định cẫu trúc lưới theo nhiều mục tiêu như: tôn thất công suất bé nhất, mức độ cân bằng cao nhất số lần chuyên tải ít nhất, sụt áp cuối lưới bé nhất cùng
Trang 23II Iskv 35kV 35kV 15kV 40,2% 232kV 59,8%, TƯỜNG DĐẦÁY S0% TRAM BIEN AP
Hình 2.3: Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp lưới điện phân phối khu vực miền Nam 2.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÌM TRẠNG THÁI KHÓA ĐIỆN TÓI ƯU
2.6.1 Giải thuật đi truyền (Genetic Algorithm-GA)
Giải thuật đi truyền —-GA do D.E Goldberg đề xuất năm 1968, sau này được
phát triển bởi L.Davis và Z.Michalevicz Đây là thuật toán hình thành từ việc nhận
xét thế giới tự nhiên: Quá trình tiến hóa tự nhiên là quá trình tối ưu nhất, hoàn hảo
nhất
Đây được xem như một tiền đề đúng, không chứng minh được, nhưng phù
hợp với thực tế khách quan Tư tưởng chính của giải thuật di truyền là ban đầu phát
sinh ra một lúc nhiều lời giải song song Sau đó những lời giải được tạo ra, chọn
những lời giải tốt nhất để làm cơ sở phát sinh ra những lời giải sau với nguyên tắc “càng về sau' càng tốt hơn Quá trình đó cứ tiếp diễn cho đến khi tìm được lời giải
tối ưu trong thời gian cho phép Mục tiêu chính của giải thuật di truyền không nhằm đưa ra lời giải chính xác mà đưa ra lời giải tương đối chính xác trong thời gian cho
phép Giải thuật di truyền tuy dựa trên tính ngẫu nhiên nhưng ngẫu nhiên có điều
khiển Tính tối ưu của quá trình tiến hóa thể hiện ở chỗ thế hệ sau bao giờ cũng tốt hơn (phát triển hơn, hoàn thiện hơn và phù hợp với môi trường hơn) thể hệ trước
Giải thuật này thích hợp cho viéc tim kiếm các bài tốn có khơng gian
nghiệm lớn như: bài toán tìm kiếm mật mã khóa có 30 chữ số Bên cạnh đó, bài
toán tái cấu trúc mạng phân phối điện với số lượng khóa vô cùng lớn nên không
gian nghiệm của bài toán này rất lớn, bài toán này đòi hỏi phải tìm ra được cau tric tối ưu trong thời gian nhanh nhất Như vậy thực toán di truyền đều mô phỏng bốn
Trang 2412
tưởng và đặc điểm của giải thuật di truyền, ta nhận xét giải thuật này rất thích hợp đê giải bài toán tái cấu trúc
Các bước quan trọng trong việc áp dụng giải thuật gen vào bài toán tái cấu trúc : - Bước 1: Chọn ra một số cấu trúc ngẫu nhiên có thể tìm được trong mạng phân phối điện - Bước 2:
Kí hiệu các khóa phân đoạn đóng (sectionalize swifches) trong mạng phân phối là 0; các khóa chuyển mạch thường mở (tie switches) là 1
- Bước 3:
Tìm hệ số thích nghi và hàm mục tiêu cho từng cầu trúc đã được tạo ra ban
đầu - Bước 4:
Chọn ra được cấu trúc tốt nhất dựa vào hàm mục tiêu, tiếp theo đem cấu trúc này thay đôi một sé vị trí hay còn gọi là đột biến để tạo ra cấu trúc mới
Các cơng thức tính tốn đột biến Bnp' (gen) = Bnp (gen) + S x k x delta Trong đó:
Bnp: Chuỗi nhị phân tạo ra ngẫu nhiên
Trang 2513
Tính các hệ số thích nghi và hàm mục tiêu cho cấu trúc vừa mới tạo ra, và loại bỏ các cấu trúc có hàm mục tiêu nhỏ hơn -Bước 6: Nếu chưa hết thời gian cho phép thì lập lại bước bến để tìm cấu trúc mới - Bước 7: Nếu thời gian cho phép chấm dứt thì dừng chương trình tìm kiếm và báo cáo kết quả tính được * Ưu điểm
- Lời giải không phụ thuộc vào trạng thái khóa điện ban đầu của mạng
- Do xét không gian tìm kiếm rộng và bao quát, nhờ quá trình chọn lọc, lai
hóa và đột biến nên kết quả đạt được thường là tối ưu toàn cục
- Đây là một phương pháp giải đầy tiềm năng Trong tương lai nếu cải tiến
được thuật toán mạnh hơn và tốc độ tính toán của máy tính nhanh hơn thì
hoàn toàn có thể áp đụng vào thực tế vận hành * Khuyết điểm
- Do không gian tìm kiếm lời giải lớn nên hiện tại phương pháp này có tốc độ giải còn khá chậm
- Chuỗi nhiễm sắc thể đối với các mạng có số lượng nút nhiều (hang trim
nút) nên sẽ rất dài, làm cho việc tìm kiếm lời giải tối ưu kém hiệu quả, khó đạt được tối ưu toàn cục trong thời gian cho phép
2.6.2 Giải thuật mô phỏng luyện kim (Simulated Anmealing Algorithm — SA) Các thuật tốn mơ phỏng luyện kim lần đầu tiên được đề xuất bởi Scott
Kirkpatrick, C Daniel Gelatt, Cerny và Mario P Vecchi vào năm 1983 dựa trên mô
hình của quá trình xử lý tỉnh thể do Metropolis đề cập đến vào năm 1953
Tên của thuật toán này xuất phát từ quá trình làm lạnh kết tỉnh hoặc một kim loại làm mát và ủ tương ứng của một chất lỏng Ở nhiệt độ cao, một chất lỏng ngẫu nhiên phân tán các phân tử trong một trạng thái năng lượng cao Khi quá trình làm
Trang 2614
là nhiệt lượng của hệ thống đạt đến một trạng thái ổn định trước khi giảm nhiệt độ để cấp độ tiếp theo Khi nhiệt độ đủ thấp, cấu trúc hệ thống đạt đến trạng thái cơ bản hoặc tại đó mà năng lượng của các chất rắn được giảm tối thiểu Nếu quá trình
làm mát không được thực hiện chậm đủ, hệ thống không còn ở trạng thái năng
lượng tối thiểu, tương tự như quá trình dập tắt
Các trạng thái vật lý của quá trình luyện kim cũng tương tự như việc xác định gần như toàn bộ hoặc toàn phần giải pháp tối ưu cho các vẫn đề tối ưu hóa Ý
tưởng cơ bản là bắt đầu với cấu hình nguyên tử hiện hành Cấu hình này tương
đương với các giải pháp hiện thời của một vấn để tối ưu hóa Năng lượng của các
nguyên tử tương tự với các chỉ phí của các hàm mục tiêu và trạng thái cuối cùng tương ứng với cực tiểu của hàm chỉ phí
2.6.3 Phương pháp hệ thần kinh nhân tạo (Artificial Neural Network — ANN) Hệ thần kinh nhân tạo tỏ ra đặc biệt hữu dụng để thực hiện tái cấu trúc lưới vì chúng có thể liên hệ giữa tính chất phi tuyến tích của tải với tính chất của mạng lưới topo nhằm cực tiểu hóa tốn thất trên dây Mặc di ANN lam giảm đáng kế thời
gian tính toán ngay cả khi áp dụng cho các hệ thông phức tạp, việc ứng dụng chúng
trong hệ thống thực tế vẫn gặp khó khăn do những lý do sau:
- Thời gian huấn luyện kéo đài do tính chất phức tạp trong thao tác
- Việc huấn luyện cần thực hiện cho từng yếu tố cấu thành lưới điện và cần
được cập nhật, điều chỉnh một cách liên tục sau này
- Các số liệu mẫu phải thật chính xác để đảm bảo kết quả tính toán có ý
nghĩa
- Kim và các cộng sự đã đề xuất một giải thuật gồm hai giai đoạn dựa trên ANN trong tái cấu trúc hệ thống nhằm cực tiểu hóa tôn thất Nhằm tránh những khó khăn liên quan đến khối lượng lớn các dữ liệu Kim đã đề nghị chia hệ thống phân phối thành nhiều vùng phụ tải Tại mỗi vùng phụ tải, một hệ thống gồm hai ANN sẽ
được sử dụng để phân tích mức độ tải và sau đó thực hiện tái cấu trúc tùy theo điều
kiện của tải Việc ứng dụng ANN trong phương pháp này mang lại các kết quả tính
Trang 2715
thể Tuy nhiên, ANN cũng chỉ có thê tìm ra được trạng thái lưới sau tái cầu trúc gần
tối ưu Ngoài ra ANN còn có những nhược điểm khác như:
- Độ chính xác của lời giải khi dùng phương pháp ANN phụ thuộc chính xác của các tập huấn luyện Trong khi các tập huấn luyện thường chỉ gần đúng do áp dụng các phương pháp giải heuristic gần đúng
- Hệ thần kinh nhân tạo, chỉ có khả năng giải đúng trong trường hợp cấu trúc mạng (số nút, nhánh, nguồn, ) không thay đổi như khi xây dựng tập huấn luyện Nếu cấu trúc mạng thay đổi theo trường hợp thêm hay bớt nút phụ tải, nhánh hay nguồn thì phải xây dựng lại một tập huấn luyện mới
2.6.4 Phương pháp bay dan (Particle Swarm Method - PSO)
Eberhart và Kennedy đã đề xuất phương pháp bầy đàn thông minh vào năm 1995, ban chất của phương pháp và hành vi thông minh của các thể khi tìm ra đường đi ngắn nhất Nền tảng của phương pháp gồm các bước sau: Chọn bước di chuyển từ các nơi gần nhất —> đi về phía đích — đi đến trung tâm bây đàn
Từ những ý tưởng trên, sơ đồ của phương pháp PSO như sau: ` Tạo ra các điêu kiện ban đâu cho mỗi cá thê Bước 1 iv
Trang 2816
Tóm lại phương pháp này được lẫy cảm hứng từ các hành vi xã hội của một đàn chim đi cư cế gắng để đến được một điểm đến không được biết trước Mỗi giải pháp là một con chim trong đàn và được gọi như là một “phần tử” tương tự như một
nhiễm sắc thể trong GA Phương pháp này được sử dụng hiệu quả trong việc tìm
kiếm cho các giải pháp tối ưu 2.6.5 Hệ chuyên gia
Có nhiều nghiên cứu giải bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối bằng cách sử dụng hệ chuyên gia Có thể nói, hệ chuyên gia đã phối hợp được cách sử dụng các giải thuật kết hợp heuristics và tối ưu hóa cũng như các giải thuật thuần túy
heuristic với các luật bổ sung dựa trên các điều kiện ràng buộc trong vận hành
Taylor và Lubkeman [5] đưa ra một hệ chuyên gia tái cấu trúc hệ thống phân phối
đựa trên sự mở rộng các luật của Civanlar [3] Taylor và Lubkeman mô tả các mục
tiêu cơ bản của họ như tránh quá tải máy biến áp, quá tải đường dây và độ sụt áp không bình thường, các tác giả khẳng định rằng nếu thỏa mãn các điều kiện này sẽ dẫn đến tối thiểu hóa tổn thắt
2.6.6 Phương pháp logic mờ - Fuzzy Logic
King và Radha được sử dụng một bộ điều khiển logic mờ để thích ứng
hoàn toàn và xác suất xảy ra đột biến dựa trên chức năng thể lực Các ưu điểm
chính của hệ thống kiểm soát mờ đối với các phương pháp truyền thống là: khả
năng mô hình hóa định lượng các khía cạnh của kiến thức và quá trình lý luận
của con người, mô hình hóa ước tính miễn phí, mạnh mẽ, và dễ dàng thực hiện
Logic mờ điều khiển GA luôn luôn tìm ra tối ưu toàn cục và đã chứng tỏ có sự hội tụ nhanh hơn so với một GÀ sử dụng qua có định trên và đột biến thích nghi
Parsad và RanJan đề xuất một ŒA đột biến mờ mà vượt qua được kết hợp
bản chất của vẫn để tái cấu trúc và những thỏa mãn giải thuật tối ưu hóa đa
mục tiêu rời rạc Các tính năng hấp dẫn của thuật toán là: xác định đúng cấu trúc
Trang 2917
2.6.7 Phương phap téi wu Kién - Ant Colony Optimization Method
Carpento và Chicco trình bày một ứng dụng mới của giải thuật tìm kiếm
của đàn kiến cho bài toán tối ưu tái cấu trúc lưới điện phân phối với mục tiêu cực tiểu tổn thất trên hệ thống phân phối với các ràng buộc trong quá trình vận hành Phương pháp này dựa trên hoạt động tìm kiếm thức ăn của một đàn kiến Ban
đầu, số con kiến bắt đầu từ tổ kiến để đi m 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 1 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 I 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 đấu chân ở đoạn đường kiến ít đi Sự khác nhau này sẽ ảnh hưởng 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 chuyên trên đường đi đó, những chặng đường còn lại do không thu hút được lượng kiến đi 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 di có sự tích lũy cảng 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 đựa vào các màu tiêu chuẩn có
sẵn, tìm kiếm đường đi tối ưu cho những người lái xe hơi nói tóm lại phương pháp này đưa ra để giải quyết các bài tốn có khơng 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
Trang 3018
2.6.8 Phương pháp Heuristic tối ưu hóa
Một số phương pháp đã được đề xuất để giải quyết vấn đề tái cấu trúc
Trong năm 1975, Merlin va Back [1] đề xuất một phương pháp heuristic có rang
buộc để xác định các cấu hình lưới cho tôn thất tối thiểu trên đường dây Giải pháp bắt đầu với một cấu hình lưới ban đầu bằng cách đóng tất cả các khóa điện Các
khóa điện được mở ra sau đó tại từng thời điểm cho đến khi đạt được một cấu trúc mới Trong quá trinh thực hiện thay đôi trạng thái của các khóa điện để tìm ra được
một cấu trúc lưới có tổn thất trên đường dây là cực tiêu Những ưu điểm chủ yếu
của phương pháp này là:
- Cấu trúc lưới cuối cùng là 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
các hàm mục tiêu
Các nhược điểm chính của phương pháp này là:
- 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 kẻ
- Các hạn chế khác của lưới điện cũng được bỏ qua
Shirmomohammadi và Hong [2] đã cải tiến phương pháp của Merlin va Back và thu được kết quả trong việc tìm kiếm giải pháp tối ru hoặc gần tối ưu và trạng thái của các khóa điện không phụ thuộc vào cấu trúc lưới Đồng thời, phương
Trang 3119
Ỷ
Đóng tắt cả các khóa điện để tạo thành lưới điện phân phối kín
eH
Thay thé phy tai bang nguén dong
Ỷ
Giải bài toán phân bố công suất
trong lưới điện phân phối kín
Mở một khóa điện trên một mạch vòng có
dòng điện chạy qua bé nhất
Ỷ
Giải bài toán phân bố công suất cho lưới điện
phân phôi mới
Đóng khóa điện vừa mở, #————————————i mở khóa điện có dòng chạy
qua bé nhật tiếp theo kiện vận hành Vi phạm điều
Hình 2.5 Thuật toan cia Merlin & Back da dugc Shirmohammadi chinh sửa
Civanlar [3] đã phát triển 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 tôn thất nữa
Giải thuật Civanlar có những ưu điểm sau:
- Nhanh chóng xác định phương án tái cấu trúc có mức tổn thất nhỏ hơn bằng cách giảm số liên kết đóng cắt nhờ qui tắc heuristics và sử dụng công thức thực
nghiệm để xác định mức độ giảm tổn thất tương đối
Trang 3220
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 tốn 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
Bran va Wu cé gang cai tiễn giải thuật của Civanlar bằng cách giới thiệu hai
phép tính gần đúng cho đòng công suất và sụt áp trong quá trình chuyển tải Công
suất tính toán trên nhánh theo Bran và Wu chỉ gồm thành phần công suất phụ tải, bỏ qua thành phần tổn thất của các nhánh trước đó Thông qua việc sử dụng phương pháp này, các khó khăn liên quan đến quá tải đường dây và sụt áp được xác định ngay trong giải thuật chứ không phải sau khi kết thúc bài toán Baran còn cố gắng vượt qua nhược điểm lớn trong kỹ thuật “đổi nhánh” là dễ bị rơi vào cực tiểu địa phương bằng cách chỉ ra các trình tự đóng/mở khoá điện Tuy
nhiên, giải thuật của Baran và Wu dễ bị rơi vào các cực tiểu địa phương vì trình tự
thay đổi nhánh có tính chất tổ hợp
Glamocanin xem xét vấn đề tái cấu trúc như bài toán vận tải với chỉ phí là
hàm bậc 2 Trong phương pháp này, cần phải xác định cấu trúc tối ưu ban đầu
bằng cách tuyến tính hoá tổn thất với công suất để làm phương án tựa cho giải thuật Sau đó áp dụng, xấp xi tổn thất với hàm bậc 2 của công suất để cải thiện
lời giải Tuy nhiên giải thuật này chưa hoàn chỉnh ở chỗ giải thuật heuristic không
đủ sâu để xác định cấu trúc cực tiểu tên thất công suất
Safri va Chikhani định nghĩa một tập hợp mới các quy tắc Heuristic cho vấn đề tái cấu trúc lưới phân phối Các quy tắc đã được phát triển với mục tiêu giảm
thiệt hại trực tiếp và thực hiện một nỗ lực lượng tử hóa phù hợp việc lựa chọn
chuyển đổi các khóa điện Phương pháp được đề xuất như một thuật toán tiền xử lý
bài toán tái cấu trúc loại bỏ các tùy chọn chuyển đổi các khóa không mong muốn mà không cần phải thực hiện phân tích trào lưu công suất phức tạp
Trang 3321
trúc lưới để giảm tốn that
Hai lợi thế chính của nó là:
- Nhanh chóng tìm ra cấu trúc lưới tối ưu hoặc gần tối ưu - Khối lượng tính toán ít hơn
Broadwater va Khan dé nghị một thuật toán tai cấu trúc tính tốn chuyển đơi
các khóa điện theo hàm của thời gian Hoặc nghiên cứu thời gian theo mùa hoặc
hàng ngày có thể được thực hiện Việc chuyển đổi các khóa điện được thực hiện bằng tay và tự động để tái cấu trúc lưới cho các nghiên cứu theo mùa trong khi thực hiện chuyển đổi tự động được xem xét nghiên cứu theo hàng ngày Quá trình tái cấu trúc được thực hiện liên tục theo thời gian đòi hỏi các thiết bị trên lưới
phân phối phải được tự động hóa Ngoài việc tái cấu trúc để giảm tốn thất, vấn
đề tối ưu hóa còn được xem xét ở khía cạnh vận hành được phân tích kỹ lưỡng
thông qua các chỉ phí, sự cố thoáng qua và ảnh hưởng đến độ tin cậy của hệ thống
Chiang và Darling đã đề xuất một thuật toán hiệu quả cho bài toán tái cấu trúc lưới phân phối theo thời gian thực cho lưới phân phối rộng nhằm mục đích giảm
tốn thất và cân bằng tải khi tải trên lưới biến đổi
Còn rất nhiều giải thuật tái câu trúc khác như của Chang và JeanJumeau, ho phát triển các giải thuật dựa trên việc mô phỏng kỹ thuật anneling Giải thuật
của Jean Jumeau để cập cả mục tiêu giảm tổn thất công suất và cân bằng tải, tạo
thành một hàm đa mục tiêu Mặc dù giải thuật được chứng minh rất chặt chẽ về mặt toán học nhưng giải thuật cần rất nhiều thời gian để giải các bài toán thực
té
Năm 2000 Jeon cùng các cộng sự của mình giới thiệu một chiến lược tìm
kiếm TABU sử dụng kỹ thuật chuyển đổi nhánh để tái cấu trúc lưới điện phân phối Mặc dù sử dụng TABU cho lưới điện kiểm chứng nhưng Jeon thực sự gặp khó khăn khi phải thực hiện số lần lặp quá lớn
2.6.9 Nguồn điện phân tan (Distributed Generation-DG)
Nguồn điện phân tán (DG) có thể được chia thành 4 loại chính là: động cơ đốt trong, máy phát tuabin khí công suất bé, pin nhiên liệu và các nguồn năng lượng tái
HUTECH LIBRARY 4- 6994
Trang 34
22
tạo Nguồn DG tái tạo đang được thúc đây phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước, trong
đó có nước ta, chủ yếu như: pin quang điện (Photovoltaics); nguồn điện gió - WP
(Wind Power); điện sinh khối (Biomass); thủy dién nho - TDN (Small hydro
power); Các DG này có thể kết nối trực tiếp với LĐPP hoặc thông qua các bộ biến đổi công suất
Hiện nay có nhiều định nghĩa khác nhau về DG, chủ yếu xoay quanh dung
lượng và chủng loại của chúng Sau đây là định nghĩa của một Quốc gia và tổ chức
về DG:
- Viện nghiên cứu Điện lực Mỹ (Electric Power Research Instiue - EPRI) quy
định: DG là các nguồn phát có công suất từ vài KW đến 50MW, kể cả các thiết bị
tích trữ năng lượng, chúng đặt gần phụ tải hoặc kết nối với các LĐPP;
- Viện nghiên cứu Gas (Mỹ): các nguồn điện có công suất từ 25KW đến 25
MW được coi là các nguồn điện phân tán
- Ở Thụy Điển xem các nguồn phát có công suất đưới 1.5 MW là DG
- Trong thị trường điện nước Anh và xứ Wales: một nguồn điện có công suất
nhỏ hơn 100 MW không được coi là nguồn tập trung Như vậy, ở đây DG có thể
được xem là các nguồn phát có công suất nhỏ hơn 5 MW là DG
- Ở Australia xem tất cả các nguồn điện công suất đưới 30 MW là DG
- Theo Tổ chức Quốc tế các nước có lưới điện lớn (CIGRE): DG là các nguồn
điện đặt gần phụ tải, kết nối với các mạng điện phân phối, công suất nhỏ hơn 100
MW
- Tiêu chuẩn IEEE 1547 quy định: DG là những nguồn phát đặt gần phụ tải
cáo công suất thiết kế không lớn hơn 10 MW
Ngoài ra, còn do tiềm năng, đặc điểm hệ thống năng lượng hiện hành và các quy định kỹ thuật nên mỗi Quốc gia cũng thường có những quy định riêng (rất khác nhau) về ngưỡng công suất đối với DG là nguồn thủy điện nhỏ, theo đó các thủy điện có công suất dưới 30 MW được coi là thủy điện nhỏ
Trang 3523
Nguồn DG sẽ ngày càng được ứng dụng nhiều trong các LĐPP, điều này được
giải thích bởi tình trạng bão hòa của các mạng điện hiện có, cùng với sự phát triển
nhanh của phụ tải trong khi việc xây dựng các nguồn truyền thông công suất lớn cần nhiều thời gian Khi LĐPP kết nối DG, ngoài việc tận dụng được tiềm năng của
năng lượng tái tạo, các DG còn có thể sẽ mang lại nhiều lợi ích kỹ thuật và kinh tế:
- Giảm tên thất công suất trên đường đây
- Cải thiện được chất lượng điện áp (ở các DG đồng bộ, các DG không tiêu thụ công suất phản kháng),
- Có thể tăng cường độ tin cậy cung cấp điện;
- Trì hoãn sự đầu tư trong việc nâng cấp các thiết bị, giảm chi phí vận hành - Tăng độ an toàn cho những tải quan trọng trong LĐPP và góp phần điện khí
hóa các khu vực phụ tải năm xa lưới
Chính vì lợi ích to lớn mà DG mang lại, rất nhiều nước trên thế giới, trong đó
có nước ta, đã và đang xây dựng những chiến lược tổng thể để phát triển nguồn điện này Tính đến cuối năm 2007, tổng công suất của DG đã được lắp đặt và đưa vào vận hành ở nước ta khoảng 400 MW (hình 2.6)
33000 1 é @ Neudn điện truyền thông
20000 +—— — I Ngiễn điện phan tan — - 15000 10000 4 5000 4 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Hình 2.6 Công suất đặt của DG trong sản xuất điện ở Việt Nam từ 2003-2010 Trong đó nguồn thủy điện nhỏ và điện gió chiếm tỷ lệ lớn nhất, tiếp đến là các
Trang 3624
Hiện nay nhiều địa phương ở nước ta đang phát triển mạnh nguồn DG Các tỉnh miền núi phía Bắc chủ yếu phát triển DG thủy điện nhỏ (Lào Cai, Lạng Sơn,
Hà Giang, ) với tông công suất dự báo đến hàng trăm MW ở mỗi địa phương [3]
Các tỉnh thuộc khu vực Tây Nguyên hiện cũng nhiều thủy điện nhỏ đang vận hành (Gia Lai, Đắc Lawsk ) Một số tỉnh tập trung phát triển các nguồn điện gió — WP
(Bình Thuận, Ninh Thuận, ), một WP đã đi vào hoạt động thương mại (điện gió
Tuy Phong - Bình Thuận, công suat 7.5 MW)
Cũng theo đồ án quy hoạch và phát triển điện lực Quốc gia đến năm 2025 (tổng sơ đồ VI) thì: mục tiêu phát triển DG đến 2025 là 4051 MW, trong đó giai đoạn 2006-2015 là 1600 MW và giai đoạn 2016-2025 là 2451 MW Trong chiến lược phát triển năng lượng Việt Nam cũng đưa ra mục tiêu: phan dau tăng tỷ lệ các
nguồn DG phải đạt 4.5% vào năm 2020; đạt 6% vào năm 2030 và 11% vào năm
2050 Điều này cũng tương đối phù hợp với các kết quá nghiên cứu về tiềm năng nguồn DG trong cân bằng năng lượng tổng thể Kết quá dự báo tổng công suất đặt của DG đến 2030 cho ở hình 2.7 2500 72 - ] = ——e——Pin mặt trời ne - —#— Dign gio TC —+&— Thuỷ điện nhỏ - -&= =Diomass 1500 +—— ~ —x— Địa nhiệt 1000 500 04 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030
Trang 3725
nối LĐPP như: thủy điện nhỏ và điện gid, thi cdc van dé chu yéu sé nay sinh bao gom:
- Khi số lượng DG ngày cảng nhiều, tức là trong LĐPP có nhiều nguồn phát
có đặc tính chỉ phí và đặc tính vận hành khác nhau Điều này đặt ra vấn đề xem xét đánh giá vai trò, hiệu quả kinh tế của chúng nếu so sánh với việc kéo dài đường dây
từ nguồn điện Quốc gia khi cấp điện cho các phụ thải nằm xa lưới
- Khi có DG, các vấn đề về đảm bảo chất lượng điện năng (trong đó có van dé giảm tổn thất công suất, đảm bảo chất lượng điện áp) và nâng cao tính ổn định khi vận hành LĐPP luôn được quan tâm hàng đầu
Chính các vấn đề nêu trên đã đòi hỏi cần có những nghiên cứu cụ thể về mặt lý thuyết và thực tế để đáp ứng những yêu cầu phức tạp của LĐPP trong giai đoạn
Trang 3826
CHUONG 3
PHUONG PHAP TIEP CAN
3.1 BÀI TOÁN TÁI CẤU HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHÓI CÓ NGUÒN ĐIỆN PHÂN TÁN
Ở đây lưới điện hình tia hay lưới điện kín vận hành hở, các phụ tải nhận công
suất theo hướng duy nhất từ nguồn (hình 3 1)
be
thong
Hình 3.1 Lưới điện kín vận hành hở không kết nối DG (a) và có kết nối DG (b) Khi có DG, do đặc điểm của DG là công suất phát thay đổi mạnh theo mùa
(các thủy điện nhỏ), biến thiên theo điều kiện tự nhiên (điện gió, pin mặt trdi, ) nên
phân bố dòng điện trên các nhánh của LĐPP có thé thay đổi liên tục, điều này làm cho cấu hình LĐPP có DG cũng phải có những thay đổi lại tương ứng nhằm đạt mục tiêu tốn thất công suất ( bé nhất và đảm bảo chất lượng điện năng cho phụ tải
Có thể mô tả bài toán như sau: với LĐPP ban đầu hình tia, nguồn DG được
kết nối ở một vị trí bắt kỳ (với LĐPP phức tạp sẽ có nhiều DG trong một mạch vòng độc lập hoặc nhiều DG trong hệ thống nhiều vòng độc lập lồng nhau) Nhiệm vụ đặt ra là cần xác định lại vị trí các điểm mở để lưới điện vẫn có cấu hình hình tia truyền thống và đạt cực trị hàm mục tiêu Nếu công suất DG và phụ tái luôn thay đổi thì cầu hình có thể cũng thường xuyên phải thay đổi cho phù hợp, có nghĩa là trên lưới điện cần đặt khá nhiều điểm mở và cần thường xuyên thay đổi vị trí để cực trị hàm
Trang 3927
Khi đó bài toán cấu hình lưới có DG thường có 3 thành phần cơ bản: hàm mục tiêu; các ràng buộc phải thỏa mãn các biến như phương trình (3.1) như sau: ƒŒ) > min(max) g(x) =0 3.1) Amin SAO) S Max Trong đó: x là vectơ biến trạng thái và biến điều khiển; f(x) 1a hàm mục tiêu;
g(x) là các phương trình ràng buộc cân bằng:
h là các phương trình ràng buộc không cân bằng
Có nhiều hàm mục tiêu sử dụng trong bài toán tái cấu hình LĐPP có DG, tuy nhiên hằầu hết đều xuất phát từ mục tiêu cực tiểu chi phí vận hành và giảm AP (hàm
ƒ(z)) Các mục tiêu này gắn với các ràng buộc về cân bằng công suất nút (hàm
g(z)), giới hạn chất lượng điện áp, giới hạn công suất của DG, khả năng tải của
đường dây (hàm h(x))
- Cực tiểu hóa chỉ phí vận hành: Hàm mục tiêu trong trường hợp này được biểu diễn ở dạng tổng chỉ phí vận hành của tất cả các máy phát DG cộng với chỉ phí
trao đổi công suất với hệ thống kết nối Chỉ phí tốn thất trên lưới thường được kể đến thông qua hệ phương trình cân bằng công suất lưới
N 6
f(x) = » ae) €;(P„) ¬ min (3.2)
m =A ia
Trong đó:
A £”" là khoảng thời gian m;
N là khoảng thời gian;
G là số máy phát DG
€;( P;¡) là hàm chỉ phí vận hành của máy phát thứ ¡
Ở đây khoảng thời gian có thể là số giờ làm việc theo đồ thị phụ tải Khoảng thời
gian đó kết hợp với chế độ phát của DG sẽ tạo thành các kịch bản vận hành, từ đó
Trang 4028
- Cực tiểu hóa tốn thất công suất tác dụng (AP): Trị số hàm mục tiêu là tổng các AP trên mọi nhánh của lưới điện tính theo công thức PR Ngoài ra người ta cũng thường biểu diễn hàm mục tiêu theo 2 cách: cực tiểu AP tổng của nút cân bằng hoặc cực tiêu AP ở 2 đầu nhánh của lưới Trong trường hợp thứ nhất, với LĐPP có
n nhánh đường dây thì hàm mục tiêu có dạng:
n
f@= » A 2“ ¬ min (3.3)
i=
Trường hợp thứ hai, hàm mục tiêu được viết theo công suất 2 đầu mỗi nhánh Tổng được lấy theo mọi nhánh trong vùng lưới điện quan tâm:
ƒŒ) = (Ap + AR) ¬ min (3.4)
Các hàm mục tiêu (3.2) đến (3.4) đều thể hiện rõ mục tiêu giảm AP trong
LĐPP, tuy nhiên có một khóa khăn là: việc cực tiêu hóa hàm này thực sự phức tạp
do (3.2) đến (3.4) không thể hiện được ảnh hưởng của DG đến công suất (hay dòng
điện) các nhánh khác Do vậy việc lựa chọn cặp khóa đóng/mở nhánh thường phải
lặp lại nhiều lần để tìm ra cấu hình có tốn thất công suất bé nhất Hơn nữa cấu hình
cuối cùng này cũng không thể khẳng định được là đã tối ưu AP hay chưa vì khó tìm được cặp khóa nào đóng/mở trước và cặp khóa nào đóng/mở sau để cho cấu hình
sau cùng tốt nhất
Với các DG sử dụng máy điện không bộ thông thường, chúng thường được xem là nút PQ (Pin mặt trời, tuabin gió loại rôto lồng só, ) Các DG có chức năng điều khiến điện áp có thể sẽ được xem như một nút PV (loại tuabin gid tốc độ biến
đôi, thủy điện nhỏ, )
Trong bài toán tái cấu hình, để lựa chọn được một cấu hình LĐPP tối ưu thì
mỗi khi công suất DG và tải thay đổi, việc lựa chọn cấu hình sẽ phải tính toán lặp