TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, việc phát điện và cung cấp điện là vấn đề được quan tâm đặc biệt. Ngoài các nguồn phát điện truyền thống còn có các nguồn phát điện mới tham gia vào hệ thống điện với mục đích cải thiện tình trạng thiếu điện như hiên nay và trong tương lai, các nguồn năng lượng từ hóa thạch được dự đoán sẽ dần cạn kiệt, mặt khác khi khai thác còn làm ảnh hưởng đến môi trường và tốn kém kinh tế. Trong tương lai các nguồn năng lượng được xem là tiềm năng sẽ thay thế dần cho các nguồn năng lượng hiện có đó là năng lượng tái tạo vì khi khai thác chúng ít làm ảnh hưởng tới môi trường và tái tạo được. Bên cạnh đó là những thay đổi gần đây trong cơ cấu chính của các công ty điện lực đã tạo cơ hội cho nhiều sự đổi mới khoa học kỹ thuật, bao gồm sự tham gia của các máy phát phân bố – DG (Distributed Generation) vào hệ thống đã đạt được những lợi ích khác nhau. Cả điện lực và khách hàng đều có lợi từ DG. Trong số những lợi ích của DG, có rất nhiều hướng để giải quyết bài toán về DG nhưng tất cả đều nhằm mục đích hướng đến việc tối ưu sự phát triển và vận hành của hệ thống điện. Hiện nay chúng là các nguồn điện phân tán (Distributed generation DG), đặc biệt phù hợp cho các hộ gia đình, vùng cao, vùng sâu , vùng hải đảo…và có thể hòa lưới điện quốc gia để hòa chung vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật trên mọi vùng miền của đất nước.

1 CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, việc phát điện cung cấp điện vấn đề quan tâm đặc biệt Ngoài nguồn phát điện truyền thống có nguồn phát điện tham gia vào hệ thống điện với mục đích cải thiện tình trạng thiếu điện hiên tương lai, nguồn lượng từ hóa thạch dự đốn dần cạn kiệt, mặt khác khai thác làm ảnh hưởng đến mơi trường tốn kinh tế Trong tương lai nguồn lượng xem tiềm thay dần cho nguồn lượng có - lượng tái tạo - khai thác chúng làm ảnh hưởng tới mơi trường tái tạo Bên cạnh thay đổi gần cấu cơng ty điện lực tạo hội cho nhiều đổi khoa học kỹ thuật, bao gồm tham gia máy phát phân bố – DG (Distributed Generation) vào hệ thống đạt lợi ích khác Cả điện lực khách hàng có lợi từ DG Trong số lợi ích DG, có nhiều hướng để giải toán DG tất nhằm mục đích hướng đến việc tối ưu phát triển vận hành hệ thống điện Hiện chúng nguồn điện phân tán (Distributed generation - DG), đặc biệt phù hợp cho hộ gia đình, vùng cao, vùng sâu , vùng hải đảo…và hòa lưới điện quốc gia để hòa chung vào phát triển khoa học kỹ thuật vùng miền đất nước Nguồn phân tán DG (distributed generation) nguồn phát lắp đặt gần nơi tiêu thụ điện nên loại trừ chi phí truyền tải phân phối khơng cần thiết Cơng nghệ DG đa dạng: Turbine gió, pin nhiên liệu, thủy điện công suất nhỏ, máy phát động đốt trong, microturbine v.v việc tái cấu trúc lưới điện phân phối (LĐPP) đem lại lợi ích kinh tế đồng thời tạo số cải thiện số kỹ thuật như: Giảm thiểu tổn thất công suất, giảm độ sụt áp, giảm tải đường dây trạm biến áp, nâng cao độ tin cậy, cải thiện chất lượng điện v.v Nhìn chung có DG nối vào LĐPP đem lại số lợi ích như: Lợi ích với ngành điện:  Giảm tổn hao công suất đường dây  Cải thiện điện áp  Tăng hiệu suất điện  Bình ổn giá điện  Giảm nhiểm môi trường  Tăng cường độ tin cậy an tồn  Đảm bảo tính cung cấp điện liên tục Lợi ích với người sử dụng điện:  Cải thiện chất lượng điện  Bình đẳng quyền lợi  Cải thiện độ tin cậy Lợi ích mặt thương mại:  Tạo thị trường điện có tính cạnh tranh  Cung cấp dịch vụ khác như: Công suất phản kháng, cơng suất dự phòng  Trì hỗn đầu tư việc nâng cấp thiết bị  Giảm chi phí vận hành  Tăng cường hoạt động sản xuất  Giảm chi phí nhiên liệu  Tăng độ an toàn cho tải quan trọng lưới phân phối Tuy vậy, DG kết nối vào mạng phân phối, DG xem nguồn điện thứ hai gây số tác động lên mạng phân phối như:  Làm thay đổi phân bố công suất mạng điện  Làm thay đổi dòng ngắn mạch  Gây nên họa tần  Cộng hưởng hệ thống  Thay đổi độ lớn điện áp hệ thống  Ảnh hưởng đến độ tin cậy  Thay đổi tổn hao công suất phát tuyến Chính tác động nêu việc kết nối vận hành DG gặp số trở ngại Các tác động nêu thường nghiên cứu dạng độc lập Một số nghiên cứu xoay quanh vấn đề cải thiện điện áp, số khác hướng đến độ giảm tổn thất nghiên cứu độ tin cậy hệ thống có DG kết nối Lưới điện phân phối có đặc điểm thiết kế vận hành khác với lưới điện truyền tải Lưới điện phân phối phân bố diện rộng, thường vận hành khơng đối xứng có tổn thất lớn Trên sở số liệu tổn thất đánh giá sơ chất lượng vận hành lưới điện phân phối Với mục tiêu giảm tổn thất lưới điện phân phối chịu tác động nhiều yếu tố đòi hỏi nhiều biện pháp đồng Các biện pháp quản lý, hành nhằm giảm tổn thất thương mại cần thực song song với nỗ lực giảm tổn thất kỹ thuật  Tối ưu hóa chế độ vận hành lưới điện  Hạn chế vận hành không đối xứng  Giảm chiều dài đường dây, cải tạo nâng tiết diện dây dẫn giảm bán kính cấp điện trạm biến áp  Lắp đặt hệ thống tụ bù công suất phản kháng đảm bảo hệ số công suất cosφ  Tăng dung lượng máy biến áp chịu tải nặng, tải, lựa chọn máy biến áp tỷ lệ tổn thất thất thấp, lắp đặt máy biến áp pha MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN Mục tiêu luận văn nghiên cứu việc “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 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Phạm vi nghiên cứu luận văn tập trung vào toán tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất điện có tác dụng DG PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN a) Sử dụng phương pháp giải tích tốn học để xây dựng hàm mục tiêu F cực tiểu tổn thất điện LĐPP có DG b) Xây dựng giải thuật heuristic để tìm cấu trúc tối ưu theo hàm mục tiêu giảm thiểu tổn thất điện LĐPP có DG c) Sử dụng trình TOPO PSS/ADEPT để kiểm chứng kết ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN  Xây dựng hàm mục tiêu cho toán tái cấu trúc LĐPP có DG giảm thiểu tổn thất điện  Xây dựng giải thuật heuristic để tìm cấu trúc lưới điện phân phối tối ưu theo hàm mục tiêu xây dựng GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN  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  Nghiên cứu liên quan đến toán tái cấu trúc lưới điện phân phối  Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu vận hành lưới điện  Tái cấu hình LĐPP có DG vận hành trực tuyến BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Luận văn thực bao gồm chương sau: Chương 0: Giới thiệu đề tài Chương 1: Tổng quan tái cấu trúc LĐPP có DG Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Xây dựng giải thuật Chương 4: Áp dụng tính tốn LĐPP Chương 5: Kết luận hướng phát triển đề tài Phụ lục tài liệu tham khảo CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÁI CẤU TRÚC LĐPP CÓ DG 1.1 Tổng quan lưới điện phân phối 1.1.1 Đặc điểm lưới điện phân phối Mạng phân phối nhận điện từ lưới truyền tải truyền tải phụ sau cung cấp đến hộ tiêu thụ điện Mạng phân phối có cấu trúc hình tia dạng mạch vòng vận hành trạng thái hở Dòng cơng suất trường hợp đổ từ hệ thống thông qua mạng phân phối cung cấp cho phụ tải Vì vậy, việc truyền tải điện từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ sinh tổn hao lưới truyền tải mạng phân phối (khoảng 10 - 15% tổng công suất hệ thống [3]) Với cấu trúc lưới phân phối nay, có tham gia DG, dòng cơng suất không đổ từ hệ thống truyền tải mà lưu thơng phần mạng phân phối với nhau, chí đổ ngược lưới truyền tải Lưới phân phối cung cấp điện trực tiếp cho phụ tải bán kính khoảng vài chục km trở lại, có đặc điểm sau:  Điện áp định mức từ 6kv đến 35kv, lên đến 66kv - 110kv [3]  Tổng chiều dài đường dây số lượng máy biến áp chiểm tỉ lệ lớn toàn hệ thống điện  Kết nối với lưới truyền tải thông qua trạm trung gian trạm khu vực  Tổn thất công suất lưới phân phối chiếm khoảng - 7% tổng công suất hệ thống điện [3] 1.1.2 Nhiệm vụ lưới điện phân phối  Cung cấp phương tiện để truyền tải lượng điện đến hộ tiêu thụ  Cung cấp phương tiện để cơng ty điện lực bán điện  Đảm bảo chất lượng điện độ tin cậy cung cấp điện  Đảm bảo số yêu cầu an toàn giới hạn cho phép Khi có tham gia DG, mạng phân phối thực tốt nhiệm vụ nêu mang lại nhiều lợi ích khác như: Giảm tải lưới điện, cải thiện điện áp, giảm tổn thất điện Mạng phân phối thông dụng phân loại sau: - Hệ thống hình tia Hệ thống vòng kín Hệ thống mạng điện ( mạng sơ thứ cấp hình tia, mạng điện thứ cấp với dây pháp tuyến hình tia ) Những hệ thống theo thứ tự chi phí tăng dần, tính linh hoạt độ tin cậy vận hành Do mà chúng dùng vùng mà mật độ phụ tải tăng dần Hình 1.1: Các loại nguồn DG kết nối vào LĐPP Nguồn phân tán ngày ứng dụng nhiều lưới điện phân phối tương lai lý sau: - Thị trường điện mở cửa cho nhà đầu tư tham gia tất dạng - nguồn lượng Các nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt ý thức bảo - vệ môi trường người dân tăng lên Một lý tình trạng bão hòa mạng điện có, mặt khác với phát triển nhanh nhu cầu phụ tải việc xây dựng nguồn phát truyền thống công suất lớn cần nhiều thời gian Bài tốn tái cấu trúc lưới phân phối có nguồn phân tán chọn lựa hấp dẫn việc lập kế hoạch mở rộng phát triển lưới điện phân phối tương lai Những nguồn phân tán kết nối vào lưới điện (hình 1.1) LĐPP có cấu trúc tối ưu giảm tổn thất lượng, cải thiện dạng điện áp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện 1.2 Tổng quan DG 1.2.1 Định nghĩa DG Khi nghiên cứu DG có nhiều cách định nghĩa khác nhau, sau số định nghĩa DG: [5], [7]  Viện Nghiên Cứu Năng Lượng Điện Mỹ (EPRI): DG máy phát có cơng suất từ vài kw đến 50MW thiết bị tích trữ lượng đặt gần phụ tải, mạng phân phối truyền tải phụ dạng nguồn lượng phân tán  Thụy Điển xem máy phát có cơng suất 1500kW DG  Ở thị trường điện nước Anh: Một nhà máy điện có dung lượng nhỏ 100MW khơng gọi nguồn điện tập trung Vì vậy, DG xem máy phát có cơng suất nhỏ 100MW  New Zealand: Các máy phát có cơng suất nhỏ 5MW thường xem DG  Theo Hội Đồng Quốc Tế Hệ Thống Điện lớn (CIGRE): Các nguồn điện nguồn trung tâm, đặt gần phụ tải nối vào mạng điện phân phối, có cơng suất nhỏ 100MW gọi DG 1.2.2 Một số loại nguồn DG (hình 1.2) Pin mặt trời (photovoltaic - PV) Các hệ thống pin mặt trời (PV) chuyển đổi trực tiếp lượng mặt trời thành điện mà không cần đến q trình đốt cháy tiêu thụ nhiên liệu Cơng nghệ có chi phí vận hành bảo trì thấp Công nghệ PV sử dụng phổ biến cho tòa nhà độc lập hệ thống thông tin PV xem công nghệ tốt cho hộ ứng dụng thương mại nhỏ Máy Phát Turbine Gió (wind turbine - WT) Cơng nghệ sản xuất điện từ lượng gió sử dụng turbine khí động, phân chia cấp sau [5]:  Hệ thống mini cơng suất nhỏ 10kW  Hệ thống nhỏ có công suất từ 10kw đến 100kw  Hệ thống trung bình có cơng suất từ 100kw đến 500kw  Hệ thống lớn có cơng suất 500kw Cơng nghệ thích hợp với khu vực nông thôn, vùng biển nơi có nguồn lượng gió dồi mạng điện phân phối thưa thớt Pin nhiên liệu (Fuel Cell -FC) FC chuyển đổi lượng hóa học thành điện mà khơng cần đến q trình đốt cháy Công nghệ FC phát triển ban đầu cho ngành vũ trụ, sau ngành vận tải xem ngành cơng nghệ đầy hứa hẹn Từ đó, cơng nghệ chứng tỏ có hiệu tốt, có cấu tạo nguyên khối, độ ồn thấp, lượng khí thải NOx, SO, CO thấp có độ tin cậy cao Máy phát động đốt (Internal Combustion Engines - ICE) Công nghệ dùng động đốt (ICE) để sản xuất điện nói lâu đời Cơng nghệ sử dụng chu trình đốt cháy dầu diesel gas để tạo lực học, lực quay máy phát điện để sản xuất điện Thời gian khởi động dừng máy nhỏ (khoảng 10s) thích hợp với phần tải đỉnh hệ thống Hình 1.2: Một số nguồn DG 1.2.3 Các nguồn điện phân tán (DG) khai thác Việt Nam Thủy điện nhỏ: 10 Thủy điện nguồn lượng tái tạo tương đối sạch, gây nhiễm giá thành phát điện thấp Tuy nhiên, xét lâu dài, thủy điện tác động không nhỏ tới hệ sinh thái, làm biến đổi dòng chảy, ảnh hưởng đến đời sống phận lớn dân cư hết tuổi thọ, vấn đề phá dỡ đập thủy điện không đơn giản Xu hướng giới không xây dựng nhà máy thủy điện lớn mà khai thác mức độ nhỏ cực nhỏ để trình phát triển bền vững Điện gió Việt Nam có tiềm gió lớn khu vực Đông Nam Á với tổng công suất ước đạt 513.360 MW Mật độ lượng gió vào khoảng 800 – 1.400kWh/m2/năm hải đảo; 500 – 1000kWh/m2/năm vùng duyên hải miền Trung, Tây Nguyên duyên hải Nam Bộ; khu vực khác 500kWh/m2/năm [5] Năng lượng gió nguồn lượng tái tạo sạch, thân thiện với môi trường nguồn phát vơ tận, nhược điểm nguồn lượng đầu tư lớn nên giá thành phát điện cao (từ 0,06 – 0,1 USD/kWh) [5] Với công nghệ liên tục phát triển năm gần đây, dự báo suất đầu tư giá thành điện gió giảm dần năm tới Năng lượng mặt trời Việt Nam nằm vùng nhiệt đới, số nắng trung bình khoảng 2.000 – 2.500giờ/năm với tổng lượng xạ mặt trời trung bình khoảng 150kCal/cm2/năm [5] Tuy nhiên, nguồn lượng chưa khai thác triệt để hạn chế công nghệ giá thành đầu tư Năng lượng sinh khối (biomass) Trên 10% số mà lượng sinh khối đóng góp vào tổng lượng sản xuất giới [5] Việt Nam nước nơng nghiệp, có tiềm lớn lĩnh vực này, Như lượng từ gỗ, củi, rơm rác, phụ phẩm nông nghiệp Địa nhiệt 43 Stt Khoá mở ∆P (kW) 2, 8, 9, 15, 16, 20 114.71 2, 17, 16, 20, 10, 19 93.06 2, 17, 16, 20, 10, 19 93.06 2, 8, 10, 15, 18, 20 76.1 PP G Celli [26] DG1-bus DG2-bus 13 (kW) (kW) 0 Ghi Không TOPO 0 GT đề xuất 0 G Celli [26] 450 630 có DG Có 2, 17, 18, 20, 10, 19 66.3 TOPO 450 630 2, 17, 18, 15, 10, 66.3 GT đề xuất 450 630 2, 8, 10, 15, 16, 20 102.6 G Celli [26] 450 DG DG1 làm 2, 17, 16, 15, 10, 83.7 TOPO 450 việc 2, 17, 16, 15, 10, 83.7 GT đề xuất 450 10 2, 9, 10, 15, 18, 20 82.9 G Celli [26] 630 11 2, 17, 18, 20, 10, 19 74.3 TOPO 630 DG2 nghỉ DG1 nghỉ DG2 12 2, 17, 18, 20, 10, 74.3 GT đề xuất 630 làm việc 4.2 Lưới điện 33 nút Hình 4.2 mơ tả LĐPP 33 bus có lắp thêm DG nút 16, 22, 30 với công suất DG phát lên lưới 250kW, 250kW 500kW [30] bổ sung từ LĐPP 33 Baran [24], thông số lưới phụ tải trình bày phụ lục 4.2 Quá trình tìm kiếm tái cấu trúc lưới điện giảm tổn thất công suất tác dụng giải thuật heuristic đề xuất tóm tắt phụ lục 4.3, chi tiết trình tìm kiếm nêu phụ lục 4.3 44 Hình 4.2: Lưới 33 bus – 37 nhánh 45 Mơ tả q trình tìm kiến cấu trúc lưới điện có DG - LĐPP hình tia ban đầu [30] có khố mở K33, K34, K35, K36, K37 Tổn thất cơng suất đầu tính PSS/DEPT ∆pbanđầu = 110.5kW - Giải tốn phân bố cơng suất LĐPP kín, trở (bỏ qua cảm kháng dung dẫn đường dây) - Giảm hàm F giai đoạn theo giải thuật đề xuất Hàm F giảm sau lần lặp  Lần lặp 1: Vòng độc lập V chọn: đóng K35 mở K9 có ΔF 3= 29425, ∆P3 = 83.778kW  Lần lặp 2:Vòng độc lập V2 chọn: đóng K34 mở K14 có ΔF2=2395171, ∆P2 = 84.1kW  Lần lặp 3: Vòng độc lập V chọn: đóng K36 mở K32 có ΔF4=9114, ∆P4 = 83.65kW  Lần lặp 4: Vòng độc lập V1 chọn: đóng K33 mở K7 có ΔF1=8560, ∆P1 = 73.56kW - Tiến hành giai đoạn 2, lúc cấu trúc LĐPP có khóa mở là: K9, K14, K32, K7, K37 Lần lượt giải tốn PBCS đóng khóa mở mở khóa có dòng chạy qua Kết sau:  Đóng K9: Vòng độc lập có dòng I9 bé (0.5A)  Đóng K14: Vòng độc lập có dòng I14 (1.0A)  Đóng K32: Vòng độc lập có dòng I32 bé (3.8A)  Đóng K7: Vòng độc lập có dòng I7 bé (3A)  Đóng K37: Vòng độc lập có dòng I37 bé (4A) - Vậy sau giai đoạn 2, cấu trúc LĐPP khơng đổi, khóa mở là: K9, K14, K32, K7, K37 nên tổn thất công suất từ ∆Pgđ1 = ∆Pgđ2 = 73.56kW 46 Bảng 4.8: Quá trình chuyển tải giai đoạn LĐPP 33 nút có 3DG Mơ tả q trình tìm kiến cấu trúc lưới điện khơng có DG - LĐPP hình tia ban đầu [30] có khố mở K33, K34, K35, K36, K37 Tổn thất công suất ban đầu tính PSS/DEPT ∆Pbanđầu = 164.65kW - Giải tốn phân bố cơng suất LĐPP kín, trở (bỏ qua cảm kháng dung dẫn đường dây) - Giảm hàm F giai đoạn theo giải thuật đề xuất Hàm F giảm sau lần lặp 47  Lần lặp 1: Vòng độc lập V3 chọn: đóng K35 mở K9 có ΔF3= 10886, ∆P3 = 123.1kW  Lần lặp 2: Vòng độc lập V chọn: đóng K34 mở K14 có ΔF2=6102343, ∆P2 = 128.876kW  Lần lặp 3: Vòng độc lập V chọn: đóng K36 mở K32 có ΔF4=3815, ∆P4 = 128.06kW  Lần lặp 4: Vòng độc lập V1 chọn: đóng K33 mở K7 có ΔF1=2965, ∆P1 = 112.74kW Bảng 4.9: Quá trình chuyển tải giai đoạn LĐPP 33 nút khơng có DG 48 - Tiến hành giai đoạn 2, lúc cấu trúc LĐPP có khóa mở là: K9, K14, K32, K7, K37 Lần lượt giải toán PBCS đóng khóa mở mở khóa có dòng chạy qua Kết sau:  Đóng K9: Vòng độc lập có dòng I9 bé (3.5A)  Đóng K14: Vòng độc lập có dòng I14 (4.3A)  Đóng K32: Vòng độc lập có dòng I32 bé (0.7A)  Đóng K7: Vòng độc lập có dòng I7 bé (4.5A) 49  Đóng K37: Vòng độc lập có dòng I37 bé (16.1A) - Vậy sau giai đoạn 2, cấu trúc LĐPP khơng đổi, khóa mở là: K9, K14, K32, K7, K37 nên tổn thất công suất từ ∆Pgđ1 = ∆Pgđ2 = 112.744kW 4.3 So sánh kết với giải thuật khác 4.3.1 LĐPP khơng có DG Cấu trúc lưới sau giải thuật đề xuất so sánh với nhiều phương pháp khác việc giảm tổn thất cơng suất tác dụng Bảng 4.10 trình bày kết cấu trúc lưới LĐPP 33 bus khơng có DG so sánh với kết Srisak [30], kết công cụ TOPO phần mềm PSS/ADEPT 5.0 Bảng 4.10: So sánh kết tái cấu trúc lưới điện phân phối nguồn Số lần thao tác Srisak [30] 35   TOPO PSS/ADEPT 5.0 Giải thuật đề xuất 01  Sau sử dụng trình TOPO tái cấu trúc LĐPP tổn thất cơng suất nhỏ    K mở 33,34,11,32,27 37,7,9,14,32 37,7,9,14,32 ∆P sau 122.965 112.74 112.74 ∆P (%) 25.3 31.5 31.5 4.3.2 LĐPP có DG Bảng 4.11: So sánh kết tái cấu trúc lưới điện phân phối DG Số lần thao tác Srisak [30] ∆P ban đầu TOPO PSS/ADEPT 5.0 Giải thuật đề xuất 110.5kW tính PSS/ADEPT 35 Sau sử dụng trình TOPO  tái cấu trúc LĐPP tổn thất   50  công suất nhỏ  K mở 33,34,9,32,28 37,7,9,14,32  37, 7, 9, 14, 32 ∆P sau 81 kW 73.56 kW 73.56 kW Giảm ∆P (% 26.67 33.4 33.4 4.4 TÁI CẤU HÌNH LĐPP CĨ DG TRONG VẬN HÀNH TRỰC TUYẾN Bài tốn tái cấu hình lưới điện dạng “ offline” dùng để đánh giá cấu hình vận hành, thiết kế xác định vị trí loại khóa điện LĐPP Trong tốn tái cấu hình “ trực tuyến” dùng để vận hành LĐPP đòi hỏi phải sử dụng thông tin dự báo phụ tải DG Thuật tốn tái cấu hình việc sử dụng hàm G nêu phù hợp với toán tái cấu hình trực tuyến có tốc độ tìm kiếm nhanh dẫn thẳng đến cấu hình tối ưu Sơ đồ khối bước lựa chọn tính tốn vận hành trực tuyến LĐPP có DG cho hình 4.3 Hình 4.3: Bài tốn vận hành trực tuyến LĐPP có DG Trong hình này, giả thuyết có đồ thị phụ tải theo thời gian t coi công suất hoàn toàn xác định, biết thông tin dự báo phụ tải công suất DG thời điểm sau đó, lúc điều độ viên cần định xem có nên chuyển khóa điện thời điểm hay không phụ tải DG thay đổi Vấn đề định so sánh cách chi tiết “chi phí” “ lợi nhuận” thu thực thao tác phân bố lại phụ tải Hàm độ lệch chi phí CL định nghĩa sau: CL = CL (Không phân bổ lại phụ tải) - CL (Có phân bổ lại phụ tải) (4.16) 51 Trong đó: C L = n.a.T.C K + ∑C i t i ∆Pi n =n.a.T.C K +∆Ci Với: + Ci giá thành điện (đ/kWh) + Ck chi phí phân bổ lại phụ tải (đ) + n số lượng khóa tham gia vào trình phân bổ lại phụ tải + a tỷ lệ phụ tải pha so với tổng công suất phụ tải bị ảnh hưởng điện trình phân bổ lại phụ tải (kW) + T thời gian phân bố lại phụ tải nhánh (h) + ti thứ i đồ thị phụ tải điển hình (h) + ∆Ctt chi phí tổn thất điện (đ) Khi hàm CL dương, nghĩa khơng phân bổ lại phụ tải c.∆A lớn chi phí phân bổ lại phụ tải, lúc điều độ viên phân bố lại phụ tải ngược lại Hình 3.10 hỗ trợ điều độ viên lựa chọn phương án có phân bổ lại phụ tải hay khơng vân hành LĐPP có DG Tại thời điểm t0 (gốc 0), tổn thất công suất có giá trị ∆P0, giá điện c0 lượng chi phí tổn thất ∆Ctt = c0 ∆P0.t0 (giả thiết công suất không đổi) Trong hình 4.4, chi phí tổn thất điện diện tích hình tam giác OMG Khi phân bố lại phụ tải, lượng chi phí n.a.Ck ( chi phí Ck tạm lấy 10 lần giá bán điện) sau tái cấu hình LĐPP, tổn thất cơng suất LĐPP có giá trị ∆Psau , diện tích hình thang OAEM chi phí tổn thất điện sau thực phân bố lại phụ tải Giá trị phụ thuộc giá trị ∆P trước sau phân bố lại phụ tải, phụ thuộc dòng điện nhánh dòng điện bơm vào LĐPP DG 52 Hình 4.4: Đồ thị lựa chọn phương án vận hành trực tuyến LĐPP Để định có thay đổi cấu hình LĐPP hay không công suất DG phụ tải thay đổi, trước hết cần dự đoán cặp khóa điện đóng/mở, điều thực nhờ dự báo tải DG Tiếp theo việc đánh giá lợi ích thu thực phân bố lại phụ tải theo (3.16) Ở diện tích ∆OMG hình OMEA tính sau: SOMG = 0,5.OM.MG = 0,5.(ti+1-ti).c ∆Ptrước.(ti+1-ti) = 0,5.c ∆P0 (ti+1-ti)2 SOMEA = SOMNA + SANE = n.a.T.Ck.(ti+1-ti) + 0,5.c ∆Psau.(ti+1-ti) (ti+1-ti) = (ti+1-ti)[n.a.T.Ck + 0,5.c ∆P1.(ti+1-ti) → CL = SOMG - SOMEA = 0,5.c ∆Ptrước (ti+1-ti)2 - (ti+1-ti)[n.a.T.Ck + 0,5.c ∆Psau.(ti+1-ti) = (ti+1-ti)[ 0,5.c ∆Ptrước (ti+1-ti) - n.a.T.Ck + 0,5.c ∆Psau.(ti+1-ti) = (ti+1-ti)[ 0,5.c.(ti+1-ti)( ∆Ptrước - ∆Psau) - n.a.T.Ck ] Dễ thấy: CL > ∆Ctt = [(0,5/n).c.(ti+1-ti)( ∆Ptrước - ∆Psau)] > a.T.Ck (4.17) CL < ∆Ctt = [(0,5/n).c.(ti+1-ti)( ∆Ptrước - ∆Psau)] < a.T.Ck (4.18) Như số cặp khóa tham gia vào LĐPP nhiều làm vế trái (4.17) (4.18) nhỏ, việc phân bố lại phụ tải có lợi ngược lại Tuy nhiên, thực tế cho thấy việc chuyển cặp khóa ( cặp khóa thứ nhất), ∆P thường giảm nhanh nhất, đến chuyển cặp khóa thứ I, hiệu giảm ∆P thường không cào hình 4.4 Trong tốn vận hành LĐPP trực tuyến, có thay đổi cơng suất lưới q trình tính tốn dựa biểu đồ phát DG biểu đồ phụ tải theo Biểu đồ biểu đồ ngày điển hình mùa, biểu đồ phát tiêu thụ phạm vi ngày đêm… Bởi chất, tốn tái cấu hình LĐPP đặt có thay đổi chế độ (cơng suất phụ tải cơng suất DG) Sơ đồ có tổn thất ∆P nhỏ với phụ tải trở thành không tối ưu chế độ phụ tải Cần thay đổi cấu hình cho tối ưu với chế độ tải Do q trình lựa chọn tiến hành sở tính toán hiệu giảm ∆P 53 nhiều chi phí tổn thất điện (c ∆A) bé theo đồ thị kết hợp nguồn – DG – tải, thể phương án khác bảng 4.12 Bảng 4.12 Tổng hợp phương án vận hành lưới điện có DG Giờ Cơng suất DG Cơng suất Cơng suất Chi phí tổn thất Tổ hợp điểm thứ nhất, kW DG thứ n, kW phụ tải, kW điện năng, c.∆A, đ mở PDG1 -1 PDG1 –n Ppt1 ∆P1 M1 PDG2 -1 PDG24 –n Ppt2 ∆P2 M2 … …………… …………… ………… …………… ………… 24 PDG24-1 PDG24-n Ppt24 ∆P24 M24 Với DG pin quang điện cơng suất phát chúng phụ thuộc vào cường độ xạ lượng mặt trời thởi điểm ngày Công suất phát DG thường đạt cực đại vào buổi trưa bẳng vào buổi tối Đối với DG tuabin gió, cơng suất phát chúng phụ thuộc hồn tồn vào tốc độ gió Thơng thường, tốc độ gió lớn vào thời điểm từ 14h đến 18h ngày, cơng suất phát xấp xỉ công suất định mức Ở thời điểm khác, công suất tuabin gió thường thấp khoảng 30% cơng suất định mức [4] Với DG diesel hay DG có sử dụng nhiên liệu cơng suất phát chúng điều khiển được, phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu Với DG thủy điện nhỏ (TĐN) đồ thị phát chúng phụ thuộc vào nguồn nước mùa (mùa khô, mùa mưa) Công suất DG thường đạt cực đại suốt mùa mưa, cực tiểu vào mùa khơ Do với TĐN khơng có hồ chứa, tuabin gió hay pin quang điện khơng có tích trữ điện chúng huy động tối đa công suất thời điểm phát cơng suất cực đại cao điểm với DG có tích trữ điện phát theo quan điều độ địa phương theo lợi ích nhà đầu tư Bảng 4.12 cho thấy: kết hợp đồ thị phụ tải với đồ thị phát DG có tổ hợp nhiều điểm mở lưới điện chẳng hạn xét DG TĐN vận hành mùa khô mùa mưa năm, có đến 48 tổ hợp điểm mở ( 24 tổ hợp cho mùa khô 24 tổ hợp cho mùa mưa) ứng với đồ thị phụ tải ngày điển hình đồ thị DG mùa Nếu thực thao tác đóng cắt theo tổ hợp điểm mở cho kết lưới điện hình tia có mức giảm ∆P tốt công suất DG không thay đổi nhiều ngày (hay mùa) đồ thị 54 phụ tải chế độ khơng khác nhiều số tổ hợp điểm mở máy trùng nhau, điều cho phép giảm bớt số điểm mở lưới Nếu chế độ mà tổ hợp điểm mở khơng trùng nhau, thao tác đóng mở liên tục phải chọn tổ hợp điểm điển hình cho chế độ Chế độ lựa chọn phải có tổn thất ∆P bé so với tổ hợp lại, khơng vi phạm chất lượng điện áp lưới Nếu đồ thị phụ tải nguồn DG khoảng thời gian T tất phụ tải LĐPP chia làm M khoảng nhỏ, khoảng giả thiết có M giá trị “ nguồn giả tưởng” Do thời điểm thứ m ( m=1…M), dòng điện nhánh thứ I có giá trị I Pmin IQmin (i=1….n) khơng đổi nên lưới điện có tổn thất công suất là: n n i= i= 2 ∆ Pm = IP Ri + IQ Ri ∑ ∑ min (4.19 ) Khi tổn thất điện LĐPP thời điểm khảo sát T ( T = ∑ tm) là: M M  n ∆A =∑∆Pm tm =∑∑I P2min Ri m =1 m =1  i =1 M   n t + ∑ ÷m ∑I Qmin Ri m =1  i =1   tm ÷  ( 4.20 ) Với (3.20) xác định chi phí tổn thất điện bảng 3.7, giá trị sở để lựa chọn cấu hình LĐPP có mức chi phí tổn thất điện bé 4.5 KẾT LUẬN Chương xây dựng biểu thức ảnh hưởng DG đến tốn tái cấu hình LĐPP để mức tăng ΔP Hàm mục tiêu F đề xuất thành lập, với hàm mục tiêu này, cấu hình LĐPP đảm bảo có ΔP bé có thể, thể ảnh hưởng DG đến phân bố dòng điện nhánh LĐPP Hàm F làm tảng cho toán tái cấu hình LĐPP có DG để giảm ΔP ứng dụng tốt cho vận hành trực tuyến Kết nghiên cứu cho thấy:  Nguồn DG có ảnh hưởng lớn đến phân bố dòng điện tồn LĐPP, sau kết nối DG việc tái cấu hình LĐPP quan trọng nhằm đảm bảo LĐPP có DG có mức tăng ΔP so với LĐPP kín 55  Với DG có cơng suất thay đổi mạnh theo mùa TĐN, biểu thức (2.40) thể rõ điều Do cấu hình LĐPP sau kết nối DG cần thay đổi cách phù hợp để có mức tăng ΔP so với LĐPP kín  Bài tốn tái cấu hình LĐPP có DG thường phù hợp với DG sử dụng máy điện đồng có cơng suất ổn định khoảng thời gian đủ dài (theo mùa) thuỷ điện nhỏ, biomass việc tái cấu hình để giảm ΔP có ý nghĩa kinh tế rõ rệt Các DG khác: tuabin gió, pin mặt trời thường khơng phát cơng suất Q nên người ta quan tâm đến việc đảm bảo ổn định điện áp cho chúng nhiều Về mặt thuật tốn:  Mơ tả ảnh hưởng DG đến phân bố dòng điện nhánh LĐPP Mô tả ảnh hưởng tất cặp khoá điện trạng thái mở đến thay đổi ΔP tồn LĐPP Việc tính tốn hàm F khơng phức tạp nhanh chóng việc tính trực tiếp ΔP Việc áp dụng hàm F cho phép cấu hình sau có mức tăng ΔP so với lưới kín, có so sánh hàm F tất vòng độc lập tồn LĐPP  Do tính chất giảm giá trị bước hàm F, nên phát triển hàm để giải toán tái cấu hình LĐPP có DG như: xác định cấu hình LĐPP vận hành trực tuyến, tốn khơi phục CCĐ, cân tải hạn chế số lần phân bố lại phụ tải  Thuật toán đề xuất phù hợp với phương thức vận hành trực tuyến LĐPP có DG sở so sánh độ lệch c.ΔA với chi phí đóng cắt Khi có thơng tin dự báo phụ tải DG, tỷ lệ % phụ tải công nghiệp thời gian phân bố lại phụ tải giúp điều độ viên điện lực có định thay đổi cấu hình LĐPP hay khơng 56 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 5.1 Kết luận Do đặc điểm cấu trúc LĐPP thường có dạng mạch vòng vận hành hình tia nhằm vừa thỏa mãn tiêu kỹ thuật vừa đảm bảo tiêu kinh tế Đồng thời đảm bảo cung cấp điện cho nhiều loại tải, thay đổi liên tục đồ thị phụ tải, nhu cầu phát triển mở rộng lưới điện Bài toán tái cấu trúc LĐPP đưa với nhiều mục tiêu khác như: Cực tiểu chi phí vận hành, cực tiểu tổn thất lưới, nâng cao khả tải lưới điện, vv… nhà khoa học nước nghiên cứu áp dụng cách hiệu Luận văn tiếp cận toán tái cấu trúc lưới điện phân phối có DG với mục tiêu giảm thiểu tổn thất điện (giảm tổn thất công suất) lưới điện Giải pháp tái cấu trúc LĐPP giải giải thuật heuristic kết hợp với việc kiểm chứng kết trình TOPO PSS/Adapt Mục tiêu để giảm thiểu chi phí ngừng cung cấp điện cho khách hàng với ràng buộc tất điểm tải phải cung cấp điện hệ thống kết nối theo mạch vòng vận hành theo hình tia Đề tài hoàn tất mục tiêu nhiêm vụ đặt ra, kết nghiên cứu kiểm chứng LĐPP mẫu để so sánh ưu khuyết điểm với giải thuật có Từ kết việc áp dụng giải thuật vào LĐPP mẫu so sánh với kết thực với giải thuật tác giả khác ta thấy: - Tổng mức giảm tổn thất công suất tác dụng nhỏ (để ∆Amin) - Thời gian tính tốn nhanh - Giải thuật Heuristic giải thuật mạnh, có khả ứng dụng vào thực tế để giải toán tái cấu trúc lưới giảm tổn thất điện năng, giảm tổn thất lượng, hàm mục tiêu khác cân công suất 57 tuyến dây, khôi phục lưới sau cố, hàm đa mục tiêu, tính khả thi cao áp dụng cho lưới điện phân phối Việt Nam - Kết giải thuật phù hợp với toán vận hành lưới điện trực tuyến 5.2 Những hạn chế đề xuất hướng phát triển đề tài 5.2.1 Những hạn chế Mặc dù học viên cố gắng việc tìm hiểu, học hỏi , thời gian kiến thức có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót với hạn chế sau: - Chưa viết chương trình áp dụng giải thuật vào LĐPP thực tế có nhiều nút tải, nhiều nguồn cung cấp cấu trúc phức tạp - Tính tốn lưới điện bỏ qua điện kháng đường dây - Không xét đến yếu tố tác động môi trường vào lưới điện - Chưa xem xét đến ảnh hưởng phần tử bảo vệ cho hệ thống điện cầu chì, dao cách ly, máy cắt….và phần tử khác góp 5.2.2 Đề xuất hướng phát triển đề tài Tiếp tục xây dựng toán tái cấu trúc lưới điện theo hàm đa mục tiêu trường hợp vận hành trực tuyến vận hành chống tải cố, hồi phục lưới điện sau cố - Xem xét toán tái cấu trúc LĐPP với nhiều nguồn cung cấp - Tiếp tục nghiên cứu áp dụng vào vận hành lưới điện trực tuyến - Nghiên cứu sử dụng giải thuật khác kết hợp để rút ngắn thời gian khơng gian tìm kiếm Sau cùng, cố gắng, song thời gian nghiên cứu trình độ hạn chế, luận văn chắn có nhiều thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp Hội Đồng, Q Thầy Cơ Bạn Học Viên để luận văn tăng thêm giá trị khoa học thực tiễn Xin chân thành cảm ơn ... việc 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... tốn tái cấu trúc lưới điện phân phối - Bài tốn 1: Tìm cấu trúc lưới điện phân phối tối ưu theo hàm mục tiêu cực tiểu chi phí vận hành theo đồ thị phụ tải - Bài tốn 2: Tìm cấu trúc lưới điện phân. .. phẩm 1.3 Tái cấu trúc lưới điện phân phối có DG Khi lưới điện vận hành hở, tổn thất lượng lớn chất lượng điện lưới điện vận hành kín Khi có cố, thời gian tái lập việc cung cấp điện lưới điện vận