Giải pháp tự phục hồi trong lưới điện phân phối

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN PHI TRIỀU GIẢI PHÁP TỰ PHỤC HỔI TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Chuyên nghành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 60 52 02 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đanh giả luận văn thạc sĩ gồm: (Ghỉ rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khỉ luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN PHI TRIỀU MSHV:7140433 Ngày, tháng, năm sinh: 17/11/1991 Nơi sinh: Bình Thuận Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 I TÊN ĐỀ TÀI: GIẢI PHÁP TỰ PHỤC HỒI TRONG LƯỚI ĐỆN PHÂN PHỐI II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng quan lưới điện thông minh Việt Nam - Giới thiệu giải pháp tự phục hồi tối ưu lưới điện phân phối Và giải pháp phân vùng lưới điện thành hệ thống điện nhỏ có khả tự cung tự cấp, để nâng cao độ tin cậy cấp điện - Áp dụng hàm toán học fmincon, minlp nhằm giải toán tối ưu nguồn phát chế độ bình thường, chế độ cố đầu nguồn cho lưới điện phân phối chỉnh sửa IEEE-69 nút III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Văn Liêm Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ vào trang tập thuyết minh LV ỉỉ LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu, đề tài “Giải pháp tự phục hồi lưới điện phân phối” đến hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn dẫn nhiệt tình, đầy tâm huyết thầy TS Nguyễn Vãn Liêm truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt trình thực luận văn Bên cạnh đó, em xin cảm ơn tới tất quý thầy cô Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM giảng dạy, truyền đạt nhiều kiến thức bổ ích suốt thời gian em học tập trường Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, hỗ trợ tạo điều kiện q trình học tập, cơng tác, thời gian thực luận văn ỉỉỉ TÓM TẮT LUẬN VĂN Phát triển lưới điện thông minh xu tất yếu, thay đổi hoàn thiện lưới điện truyền thống, khơng giảm chi phí sản xuất điện, tối ưu trạng thái vận hành lưới điện, mà cải thiện, nâng cao độ tin cậy, có khả dự báo, phát khắc phục nhanh cố Đe tài luận văn “Giải pháp tự phục hồi lưới điện phân phối” phân tích, tính tốn cơng suất phát tối ưu chế độ vận hành, đồng thời, đưa giải pháp tự phục hồi lưới điện thông qua giải pháp sa thải phụ tải tối thiểu mà đảm bảo ràng buộc chất lượng điện ABSTRACT Development of the smart electricity grid is the vital trend, that would change the traditional distribution system positively This technology not only reduces the power generation costs but also optimizes the operation mode as well as improve and strenghthen the reliability of the system In addition, the smart grid can predict, detect and correct the fault immediately The thesis '''The self-healing system solution in the distribution networks” aims to analyze and calculate the optimum power output in the operation mode as well as propose the self-healing system solution through the loadshedding with a fully responde the requirement of power quality constraints iv LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan luận văn hồn tồn thực hướng dẫn khoa học thầy TS Nguyễn Vãn Liêm Các kết nêu Luận văn chưa công bố cơng trình khác Các số liệu, ví dụ trích dẫn luận văn đảm bảo tính xác, tin cậy trung thực Tôi xin chân thành cảm ơn Học viên Nguyễn Phi Triều NỘI DUNG CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1-1 1.1 Lý chọn đề tài 1-1 1.2 Mục tiêu 1-1 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1-2 1.4 Ý nghĩa khoa học 1-2 CHƯƠNG TÔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH 2-1 2.1 Tổng quan luới điện thông minh 2-1 2.2 Đặc điểm luới điện thơng minh 2-1 2.3 Các vấn đề phát triển luới điện thông minh 2-2 2.3.1 Đầu tu nâng cấp hạ tầng đo đếm thông minh 2-2 2.3.2 Ảnh huởng tích hợp nguồn DG vào hệ thống điện 2-3 2.3.3 Tụ khắc phục luới điện 2-3 2.4 Tóm tắt 2-4 CHƯƠNG GIỚI THIỆU GIẢI PHÁP Tự PHỤC HỒI LƯỚI ĐIỆN 3-1 3.1 Giới thiệu chung 3-1 3.2 Mơ hình tụ phục hồi luới điện phân phối 3-6 3.2.1 Mơ hình cấu trúc phân tán 3-7 3.2.2 Mơ hình cấu trúc bán tập trung 3-8 3.2.3 Mơ hình cấu trúc tập trung 3-8 3.3 Các giải pháp tụ phục hồi luới điện 3-9 3.4 Tóm tắt 3-12 CHƯƠNG GIẢI PHÁP PHỤC HỒI LƯỚI ĐIỆN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN VÙNG THÀNH NHIỀU HỆ THỐNG ĐIỆN NHỎ 4-1 4.1 Giới thiệu 4-1 vi 4.2 Mơ hình thuật tốn 4-2 4.3 Thông số đầu vào hệ thống 4-5 4.4 Công thức tối ưu hệ thống 4-8 4.4.1 Tối ưu chế độ vận hành bình thường 4-8 4.4.2 Tối ưu chế độ cố 4-10 4.5 Tóm tắt 4-11 CHƯƠNG SỬ DỤNG HÀM FMINCON TRONG CHẾ ĐỘ BÌNH THƯỜNG ' 5-1 5.1 Giới thiệu hàm ốnincon 5-1 5.2 Chế độ bình thường 5-1 5.3 Kết luận 5-4 CHƯƠNG SỬ DỤNG HÀM MINLP TRONG CHẾ ĐỘ SỰ CỐ 6-1 6.1 Giới thiệu toán MINLP 6-1 6.2 Các phương pháp giải toán MINLP 6-2 6.2.1 DICOPT 6-2 6.2.2 MINLP_BB 6-2 6.2.3 BONMIN 6-2 6.3 Chế độ cố 6-3 6.4 Kết luận 6-14 CHƯƠNG KẾT LUẬN 7-1 CHƯƠNG THAM KHẢO 8-1 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình - Bảng kế hoạch số độ tin cậy EVN SPC 3-3 Hình - Mơ hình cấu trúc phân tán Schneider Electric 3-9 Hình - So sánh giải pháp “Tự động mạch vòng thơng thường” “Tự động mạch vòng thơng minh” 3-10 Hình - Mơ hình tối ưu hệ thống chế độ bình thường cố hệ thống điện 4-4 Hình - Hệ thống điện 69 nút hiệu chỉnh 4-5 Hình - Mô tả phân bố công suất nút i 4-9 Hình - Biểu đồ điện áp nút chế độ bình thường 5-4 Hình - Sơ đồ cố 69-nút hiệu chỉnh 6-4 Hình - Biểu đồ điện áp nút chế độ cố THI 6-6 Hình 10 - Biểu đồ điện áp nút chế độ cố TH2 6-10 Hình 11 - Biểu đồ điện áp nút chế độ cố TH3 6-13 DANH MỤC BẢNG Bảng Hệ số hàm muc công suất tác dụng phản kháng 4-2 Bảng - Dữ liệu nhánh nút tải hệ thống IEEE-69 nút hiệu chỉnh 4-5 Bảng - Dữ liệu nguồn phát hệ thống IEEE - 69 nút hiệu chỉnh 4-8 Bảng - Kết phân bố công suất chế độ bình thường 5-2 Bảng - Kết phân bố công suất chế độ cố (THI: công suất nguồn lớn công suất tải) 6-4 Bảng - Kết phân bố công suất chế độ cố (TH2: công suất nguồn nhỏ công suất tải) 6-7 Bảng - Chỉ số ưu tiên nút quan trọng 6-10 Bảng - Kết phân bố cơng suất có xét thứ tự ưu tiên chế độ cố ( TH3 - sa thải phụ tải xét mức độ ưu tiên) 6-11 Trang 6-3 BONMIN giải pháp tối ưu toàn cục cho MINLP lồi Trong đó, thực giải thuật sau: B-BB : giải thuật nhánh biên (branch and bound), dựa giải toán phi tuyến B-OA : giải thuật xấp xỉ (outer-approxiamtion), để sinh cải thiện hiểu toán nguyên hỗn hợp MIP B-QG : giải thuật nhánh biên nhằm tận dụng tốn tuyến tính để tạo biên toán B-Hyb giải thuật lai B-QG B-BB nhằm thay đổi luân phiên tốn tuyến tính phi tuyến cho việc tạo biên Đề tài sử dụng phương pháp BONMIN, mã nguồn mở phát triển Industrial Information and Control Center trang web http://www.i2c2.aut.ac.nz/ để thực giải toàn MINLP 6.3 Chế độ cố Trong toán cố, vùng hệ thống điện bao gồm 69 nút, cố giả định xảy nhánh 1-2 Trong trường hợp - tổng công suất nguồn lớn tổng công suất tải, ta có kết sau: GVHD: TS Nguyễn Vãn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 6-4 Bảng - Kết phân bố công suất chế độ cố (THI: cồng suất nguồn lớn công suất tải) GVHD: TS Nguyễn Văn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 6-5 GVHD: TS Nguyễn Vãn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 6-6 Hình - Điểu đồ điện áp nút chế độ cố THI Biểu dả diện áp nút tạỉ chế độ cổ THI 0.993 0,992 0.991 13 11 11 15 17 19 2123 25 27 293133 3537 39 41 43 45-47 49 5153555759 61636567 6>J Do bị cố đầu tuyến, trường hợp lưới điện truyền thống mạch vòng dự GVHD: TS Nguyễn Vãn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 6-7 phòng, tồn tải vùng điện, gây ảnh hưởng lớn tới khách hàng Trong lưới điện thông minh, sử dụng đặc tính tự phục hồi tham gia nguồn phân tán Để không bị điện, toàn nguồn phát phân tán vùng điện huy động công suất, kể nguồn điện gió với giá tiền sản xuất lớn Do đó, chi phí sản xuất điện tăng lên 3.732.600 đ/h, cao 740.400 đ/ (hơn 25% so với chi phí sản xuất điện trạng thái vận hành bình thường) Trong trường hợp 2, giả sử, tổng công suất nguồn nhỏ tổng công suất tải, đó, bắt buộc vùng hệ thống điện nhỏ phải sa thải phụ tải, để đảm bảo ổn đinh hệ thống điện, trì mức điện áp làm việc giới hạn cho phép Với mức độ ưu tiên phụ tải theo cơng thức từ [13] tới [20] ta có kết sau : Bảng - Kết phân bố công suất chế độ cố (TH2: công suất nguồn nhỏ công suất tải) GVHD: TS Nguyễn Vãn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 610 Hình 10 - Biểu đồ điện áp nút chế độ cố TH2 Biểu đồ điện áp nút chế độ cố TH2 1,001 0,996 0,995 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 4143 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 Trong chế độ cố này, tổng công suất tải có sụ thay đổi nút tải thứ 49 bị sa thải với cơng suất 384,7 kW; tổng cơng suất tải giảm 2407kW Vì tổng cơng suất phát thay đổi 2424 kw, chi phí sản xuất : 3.249.000 đ/h, cao giá điện vận hành bình thuờng dù sa thải phụ tải thứ 49 Neu thiết lập số ưu tiên cao vị trí quan trọng mức cao, trường hợp giả sử nút sau: Bảng - Chỉ số ưu tiên nút quan trọng GVHD: TS Nguyễn Vãn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 611 Thì tốn có kết sau: Bảng - Kết phân bố cơng suất có xét thứ tự ưu tiên chế độ cố (TH3 sa thải phụ tải xét mức độ ưu tiên) GVHD: TS Nguyễn Vãn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 612 GVHD: TS Nguyễn Vãn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 613 Hình 11 - Biểu đồ điện áp nút chế độ cố TH3 Biểu đồ điện áp nút chế độ cố TH3 RÕ ràng, sau thiết lập mức độ ưu tiên vị trí phụ tải quan trọng 49,50 ,61 sau chạy tốn minlp, phụ tải khơng bị sa thải nữa, mà thay vào sa thải phụ tải 64 với công suất tác dụng 227kW, cơng suất nguồn phát huy động 2590kW lớn hom so với trường hợp không thiết lập mức độ ưu tiên phụ tải 2424kW GVHD: TS Nguyễn Vãn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 614 6.4 Kết luận Bằng cách sử dụng hàm hàm MINLP, biến nhị phân yk để báo sa thải phụ tải đồng thời kết hợp với hàm mục tiêu đảm bảo điện áp hàm ràng buộc cơng suất, điện áp, để tìm nghiệm tối ưu, sa thải phụ tải tối thiểu mà đảm bảo hệ thống điện ổn định GVHD: TS Nguyễn Vãn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 7-1 CHƯƠNG KẾT LUẬN Có nhiều lý để tự động hóa lưới điện, nhằm cải thiện độ tin cậy hệ thống, đảm bảo cấp điện liên tục cách giảm can thiệp người Trong đó, việc sử dụng thiết bị thông minh nhằm giám sát, phát hiện, thực lệnh điều khiển đóng ngắt nhanh chóng, xác để phân đoạn cố, giảm thời gian khắc phục cố lưới điện so với việc tìm kiếm cố, khắc phục thủ công lưới điện truyền thống ngày Vì thế, tương lai, EVN cần đầu tư có đồng thiết bị phần cứng thông minh, công nghệ truyền thông, phần mềm kèm nhằm kết nối, quản lý lưới điện phân phối diện rộng, tính tốn tối ưu cơng suất nhằm đạt lợi ích kinh tế Đồng thời, giảm thời gian điện cố đem lại hài lòng cho khách hàng GVHD: TS Nguyễn Vãn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 1-1 CHƯƠNG Tham khảo [1] "Phê duyệt đề án phát triển lưới điện thông minh Việt Nam," in Thủ tưởng Chỉnh phủ, 2012 [2] z Xue-song, "Research on Smart Grid Technology," The International Conference on Computer Application and System Modeling, 2010 [3] A A M B s Tausif All, "An Overview of Smart Grid Technology in Bangladesh: Development and Opportunities," IEEE, 2012 [4] E SPC, "Chương trình thực số độ tin cậy 2016," EVN SPC, HCM City, 2016 [5] E SPC, "Phê duyệt đề án Xây dựng tiêu chí lộ trình triển khai xây dựng hệ thống giám sát, điều khiển xa lưới điện trung thế," HCM City, 2016 [6] J D e al, "Study on technology system of self-healing contrl in smart grid distribution grid," The International Conference on Advanced Power System Automation and Protection, 2015 [7] N T Vinh, "Tự động hóa xuất tuyến triển vọng ứng dụng cho lưới điện phân phối Tp.Hồ Chí Minh," Ho Chi Minh, 2014 [8] N T Phuc, "Nghiên cứu tự động hóa để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới phân phối TP.HỒ Chí Minh," Ho Chi Minh, 2012 [9] R Belkacemi and F All , "An Immune System Approach for Power System Automation and Self Healing.," IEEE Trans.Power Apparatus and Systems, 2009 [10] X z li Liu, "Study on Self-healing Control Strategy of Smart Distribution Network," IEEE PESISGTASIA, 2012 [11] H You, V Vijay and Zhong Yang, "Self-Healing in Power Systems: An Approach GVHD: TS Nguyễn Vãn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 8-2 Using Islanding and Rate of Frequency Decline-Based Load Shedding," IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, vol XVIII, no 1, p 174, Feb 2003 [12] L c s Lucas R Ferreha, "Load Shedding Through Optimal Power Flow to Support Self-Healing Actions in Distribution Feeders," IEEE, 2014 [13] z Wang, c Bokan and c Chen, "Networked Microgrids for Self- Healing Power Systems," IEEE TRANSACTIONS ON SMART GRID, vol 6, no 1, pp 45 - 53, 2014 [14] z wang, c Bokan and c Chen , "Coordinated Energy Management of Networked Microgrids in Distribution Systems," IEEE TRANSACTIONS ON SMART GRID, vol 6, no 1, 2015 [15] z wang, w Janhui and c Chen, "MPC-Based Voltage/Var Optimization for Distribution Cữcuits With Distributed Generators and Exponential Load Models," IEEE TRANSACTIONS ON SMART GRID, vol 5, no 5, 2014 [16] I T Force, "BIBLIOGRAPHY ON LOAD MODELS FOR POWER FLOW AND DYNAMIC PEFWOWCE SIMULATION," IEEE Transactions on Power Systems, vol 10, no 1, pp 523-538, 1995 [17] Moshtagh and Ghasemi, "Optimal Distribution System Reconfiguration Using Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II)," Journal of Operation and Automation in Power Engineering, vol 1, no 1, pp 12- 21,2013 [18] T Hương, May 2015 [Online], Available: http://tinnhanhchungkhoan.vn/thuong-truong/bo-cong-thuong-nghien- cuu-thaydoi-gia-mua-dien-gio-119535.html [19] N Anh, August 2015 [Online], Available: http://www.doisongphapluat.com/kinh-doanh/thi-truong/vi-sao-evn-mua- dien- GVHD: TS Nguyễn Vãn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 8-3 1087-dongkwh-ban-1622-dongkwh-al08098.html [20] p Belotti and Christian Kirches, Mixed-Integer Nonlinear Optimization, Illinois: Mathematics and Computer Science Division, 2012 [21] H You and e al, "Self-Healing in Power Systems: An Approach Using islanding and rate of frequency decline-based load shedding," IEEE Trans, on power systems, vol 18, Feb 2003 [22] u Robert, "Distribution Automation and the self-healing network," IEEE SmartGrid Newletter Compedium, 2015 [23] L V Cường , "Nghiên cứu yêu cầu kỹ thuật đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện trung áp," Viện Năng Lượng, Hà Nội, 2010 [24] T T Chưởng, T V Anh and V p Tú, "nghiên cứu giới hạn ổn định điện áp nguồn điện phân tán sử dụng máy điện không đồng lưới điện phân phối," Tạp chí phát triển Khoa học Công nghệ, 2013 [25] s K Bala, "Study of Smart Grid Technology and Its Development in Indian Scenario," India, 2013 [26] D B e al, "Smart grid concepts applied to self-healing in distribution system," IEEE Trans power apparatus and systems, 2014 [27] J R Agero, "Applying self-healing schemes to modern power distribution systems," IEEE Transactions on power system, 2012 [28] E Krall, "EIA," December 2014 [Online], Available: http://www.eia.gov/todayinenergy/detail.cfm?id=19111 [29] R Belkacemi and All Feliachi, "An Immune System Approach for Power System Automation and Self Healing," IEEE, 2009 GVHD: TS Nguyễn Vãn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 8-4 [30] Haoming Liu et al, "The control and analysis of self-healing urban power grid," IEEE Transactions on Smart Grid, vol 3, September 2012 GVHD: TS Nguyễn Vãn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều ... phục nhanh cố Đe tài luận văn Giải pháp tự phục hồi lưới điện phân phối phân tích, tính tốn cơng suất phát tối ưu chế độ vận hành, đồng thời, đưa giải pháp tự phục hồi lưới điện thông qua giải. .. thuật điện Mã số: 60520202 I TÊN ĐỀ TÀI: GIẢI PHÁP TỰ PHỤC HỒI TRONG LƯỚI ĐỆN PHÂN PHỐI II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng quan lưới điện thông minh Việt Nam - Giới thiệu giải pháp tự phục hồi tối... Các giải pháp tự phục hồi lưới điện Theo [7] , tác giả giới thiệu mô hình tự phục hồi lưới điện dựa thiết bị phần cứng phần mềm WSOS5 hãng Schneider Electric cho lưới phân phối không, dựa giải pháp