Nghiên cứu xây dựng chương trình đánh giá hiệu quả các phương án giảm tổn thất điện năng, áp dụng cho lưới điện phân phối thành phố đà lạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN PHẠM HIẾU NHÂN NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÁC PHƯƠNG ÁN GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG, ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ LẠT Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số : 60.52.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HỮU HIẾU Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết tính tốn luận văn trung thực chưa công bố cơng trình Tác giả luận văn Nguyễn Phạm Hiếu Nhân TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÁC PHƯƠNG ÁN GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG, ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ LẠT Học viên: Nguyễn Phạm Hiếu Nhân Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60.52.02.02 Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Khóa: K33ĐL Tóm tắt – Giảm tổn thất điện công tác quan trọng ngành điện lực Việt Nam Tuy nhiên, việc thực công tác chưa quan tâm mức đến chi phí kinh tế Luận văn trình bày hướng cho cơng tác đưa tập hợp kết thể mối tương quan chi phí đầu tư nhằm mục đích giảm tổn thất điện chi phí tương đương có cơng tác mang lại Do đó, có nhiều hội lựa chọn phương án phù hợp với thực tế khả đầu tư đảm bảo tính hiệu Bên cạnh đó, việc xác định điểm đầu tư hiệu việc giảm tổn thất lưới điện giúp hạn chế việc lãng phí nguồn vốn Từ khóa – tối ưu đa mục tiêu, bù cơng suất phản kháng, tổn thất công suất RESEARCH PROJECT: REDUCING POWER LOSSES EFFECTIVE APPLYING TO DALAT CITY'S ELECTRICITY GRID CONTEXT Abstract - Reduce power losses is an important task of the electric power industry in Vietnam However, the implementation of this work is not yet properly concern to economic cost The thesis presents a new direction for this work which is bringing out a collection of results demonstrated correlation between investment costs intended to reduce power losses and cost the equivalent of having been caused by this work brings Therefore, we have many opportunities to select options that better fit the fact likely to invest but still ensure effectiveness Besides, determining the most effective investment score in reducing losses of grid will help to limit the waste of ability Keywords – Multi-objecttives optimization, load compensation ,power loss MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TĨM TẮT TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục đích nghiên cứu .2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .2 Bố cục luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI &TỔN THẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI .3 1.1 Tổng quan lưới điện phân phối 1.2 Đặc điểm lưới điện phân phối 1.2.1 Sơ đồ hình tia .3 1.2.2 Sơ đồ mạch vòng .4 1.3 Tổn thất nguyên nhân gây tổn thất 1.3.1 Tổn thất kỹ thuật 1.3.2 Tổn thất thương mại 1.4 Bù công suất phản kháng lưới điện phân phối 1.4.1 Bù công suất phản kháng 1.4.2 Yêu cầu kỹ thuật kinh tế 1.4.2.1 Tiêu chí kỹ thuật 1.4.2.2 Tiêu chí kinh tế 1.4.3 Các phương pháp bù công suất phản kháng 1.4.3.1 Bù nối tiếp (Bù dọc) 1.4.3.2 Bù song song (Bù ngang) 1.4.4 Phương thức bù công suất phản kháng 1.4.5 Phân tích ảnh hưởng tụ bù đến tổn thất công suất tác dụng tổn thất điện lưới phân phối xét số trường hợp đơn giản .10 1.4.5.1 Lưới phân phối có phụ tải 10 1.4.5.2 Lưới điện phân phối có phụ tải phân bố trục 13 1.5 Kết luận chương 15 CHƯƠNG LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BÀI TOÁN TỐI ƯU ĐA MỤC TIÊU 16 2.1 Giới thiệu toán tối ưu nhiều mục tiêu .16 2.2 Tối ưu Pareto 17 2.2.1 Khái niệm 17 2.2.2 Định nghĩa đường cong Pareto 17 2.2.3 Mơ hình tốn học đường cong Pareto 17 2.2.3.1 Định nghĩa ưu 17 2.2.3.2 Đường cong Pareto 18 2.3 Thuật toán NSGA-II .19 2.4 Kết luận chương 22 CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN ĐA MỤC TIÊU BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 23 3.1 Tổng quan chương trình 23 3.2 Giới thiệu chương trình PSS/ADEPT 24 3.2.1 Các chức ứng dụng PSS/ADEPT 24 3.2.2 Các bước thực PSS/ADEPT để tính tốn vị trí bù tối ưu lưới điện 24 3.2.3 Nhận xét toán CAPO phần mềm PSS/ADEPT 31 3.3 Giới thiệu phần mềm MATLAB .31 3.3.1 Giao diện làm việc chương trình MATLAB .32 3.3.2 Các hàm thơng dụng chương trình MATLAB .32 3.4 Giới thiệu phần mềm MATPOWER 34 3.4.1 Dữ liệu đầu vào MATPOWER 35 3.4.1.1 Dữ liệu nút 35 3.4.1.2 Dữ liệu máy phát 36 3.4.1.3 Dữ liệu nhánh .36 3.4.2 Các hàm thông dụng MATPOWER 37 3.5 Xây dựng chương trình đề xuất 38 3.5.1 Xây dựng toán bù kinh tế mạng điện 38 3.5.2 Hàm tối ưu đa mục tiêu MATLAB 40 3.6 Cấu trúc chương trình đa mục tiêu 42 3.6.1 Dữ liệu đầu vào 42 3.6.2 Cấu trúc chương trình đa mục tiêu 43 3.7 Kết luận chương 46 CHƯƠNG ÁP DỤNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN ĐA MỤC TIÊU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ LẠT .47 4.1 Giới thiệu lưới phân phối 22kV thành phố Đà Lạt 47 4.1.1 Khái quát chung .47 4.1.2 Giới thiệu tuyến phân phối trung áp 22kV 472 Đà Lạt 47 4.2 Tính tốn bù kinh tế cho lưới PSS/ADEPT 50 4.3 Tính toán đa mục tiêu bù kinh tế cho lưới chương trình đề xuất 52 4.4 Kết luận chương 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 57 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂ THẠC SĨ (bản sao) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU - EVN: Tập đoàn Điện lực Việt Nam - MBA: Máy biến áp - NSGA-II: Fast Non -dominated Sorting Genetic Algorithm - PSS/ADEPT: Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool - GA: Genetic Algorithm - TTCS : Tổn thất công suất - TTĐN: Tổn thất điện - TU: Biến điện áp đo lường - TI: Biến dòng điện đo lường - ΔA: Tổn thất điện - ΔP: Tổn thất công suất tác dụng - ΔQ: Tổn thất công suất phản kháng DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 4.1 Thông số phát tuyến 22kV 48 4.2 Kết tính tốn CAPO PSS/ADEPT 52 4.3 Kết tính tốn chương trình tối ưu 52 4.4 Các phương án bù cho lưới điện 53 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Sơ đồ hệ thống phân phối hình tia Sơ đồ hệ thống phân phối mạch vòng Bù cơng suất phản kháng Vị trí lắp đặt tụ bù công suất phản kháng Ảnh hưởng tụ bù đến sơ đồ lưới phân phối có phụ tải Ảnh hưởng tụ bụ đến lưới điện có phụ tải phân bố trục Mơ hình tốn tối ưu đa mục tiêu Ví dụ định nghĩa ưu Ví dụ đường cong Pareto Phương pháp NSGA II Thuật tốn NSGA-II Thiết lập thơng số kinh tế cho PSS/ADEPT Cài đặt tùy chọn cho tốn tính tốn tối ưu vị trí bù thẻ CAPO Giao diện làm việc chương trình MATLAB Dữ liệu nút case ma trận thông số lưới điện Dữ liệu máy phát case ma trận thông số lưới điện Dữ liệu nhánh case ma trận thông số lưới điện Ma trận A vectơ b Cấu trúc sheet data1 Cấu trúc sheet data2 Cấu trúc sheet data3 Cấu trúc sheet data4 Giao diện chương trình tối ưu Nhận liệu từ file data.xlsx Thông báo thông tin lưới điện Phân bố cơng suất chương trình tối ưu Phân bố Pareto Thông tin thiếp lập tiêu kinh tế cho tốn CAPO Thơng tin thiếp lập tụ bù cho tốn CAPO Kết phân bố cơng st PSS/ADEPT Đồ thị kết tối ưu Pareto 4 10 11 1.6 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 4.1 4.2 4.3 4.4 13 17 18 18 20 20 25 27 32 35 36 37 41 42 42 43 43 43 44 44 45 45 50 51 51 53 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Điện ngành lượng quan trọng hàng đầu quốc gia Vì nguồn lượng tiền đề cho phát triển cơng nghiệp, đại hóa đời sống xã hội Tuy nhiên, việc sản xuất điện ngày khó khăn cạn kiệt nguồn tài nguyên nước, than đá… Đến năm 2030, Việt Nam khơng cịn tiềm thủy điện lớn khai thác hết Trữ lượng than đá cạn dần Năm 2015, khả khai thác than đá đáp ứng từ 96%-100% nhu cầu sử dụng để sản xuất điện Năm 2020, khả khai thác đáp ứng 60% đến năm 2035, tỉ lệ 34% Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020, có xét đến 2030 vào năm 2020, Việt Nam nhập 2.300 MW điện (chiếm 3,1% tổng cấu lượng điện), năm 2030 nhập 7.100 MW (chiếm 4,9% tổng cấu lượng điện) Điều cho thấy q trình cơng nghiệp hóa nhanh chóng khiến nguồn cung lượng khơng đáp ứng kịp nhu cầu Do đó, bên cạnh việc tìm nguồn lực để sản xuất điện việc sử dụng có hiệu nguồn lượng đóng vai trị quan trọng Chính vậy, công tác thường xuyên quan tâm ngành Điện lực Việt Nam giảm tổn thất điện hệ thống lưới điện phân phối Hàng năm, lượng vốn lớn đưa vào lưới điện thơng qua chương trình sửa chữa lớn, sửa chữa thường xuyên để mua sắm, lắp đặt nhiều thiết bị vận hành (tụ bù, thay dây dẫn, thay máy biến áp tổn thất thấp…) nhằm mục đích giảm tổn thất điện lưới điện Tuy nhiên, chương trình thơng thường có nhược điểm là: nguồn lực tài nguồn lực hữu hạn chưa có đánh giá xác tính hiệu cơng trình sửa chữa, nâng cấp lưới nhằm mục đích giảm tổn thất điện Trước nhu cầu thực tiễn vị trí cơng tác tác giả đề tài, tác giả mong muốn xây dựng chương trình thể mối tương quan chi phí đầu tư lợi nhuận thu từ việc giảm tổn thất Sau đó, tác giả áp dụng vào phát tuyến 22kV hữu để xem xét đề xuất giải pháp liên quan Xuất phát từ lý nêu trên, đề tài “Nghiên cứu xây dựng chương trình đánh giá hiệu phương án giảm tổn thất điện năng, áp dụng cho lưới điện phân phối thành phố Đà Lạt” đề xuất nghiên cứu Đây vấn đề cán lãnh đạo, quản lý Điện lực trực thuộc Công ty Điện lực Lâm Đồng quan tâm nghiên cứu ... phát từ lý nêu trên, đề tài ? ?Nghiên cứu xây dựng chương trình đánh giá hiệu phương án giảm tổn thất điện năng, áp dụng cho lưới điện phân phối thành phố Đà Lạt” đề xuất nghiên cứu Đây vấn đề cán... Sau sử dụng chương trình MATLAB MATPOWER để xây dựng chương trình tối ưu đa mục tiêu Áp dụng đối tượng nghiên cứu cho phát tuyến cụ thể tuyến 22kV thuộc khu vực Thành Phố Đà Lạt Phương pháp nghiên. .. văn biên chế thành chương sau: - Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối tổn thất lưới điện phân phối - Chương 2: Lý thuyết xây dựng toán tối ưu đa mục tiêu - Chương 3: Xây dựng chương trình tính