Tối ưu hóa cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận và nhánh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN QUỐC KHANH TỐI ƯU HOÁ CẤU TRÚC MẠNG LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN DÙNG PHƯƠNG PHÁP CẬN VÀ NHÁNH CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS HỒ VĂN HIẾN Cán chấm nhận xét 1:………………………………………………… Cán chấm nhận xét 2:………………………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH Ngày …… tháng …… năm 2010 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC TP HCM, ngày …… tháng …… năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN QUỐC KHANH Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 17 – 01 – 1979 Nơi sinh : TP.HCM Chuyên ngành MSHV : Thiết bị, mạng nhà máy điện : 01806488 I- TÊN ĐỀ TÀI: Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Giới thiệu mơ hình cấu trúc hệ thống điện - Khảo sát dạng tổn thất hệ thống điện - Nghiên cứu phương pháp tối ưu cấu trúc mạng lưới điện thuật tốn, mơ hình toán học - Nghiên cứu chi tiết thuật toán đơn hình, phương pháp cận nhánh để tìm cấu trúc tối ưu hệ thống điện - Minh hoạ chương trình Mathlab III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 07/09/2009 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 02/07/2010 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS HỒ VĂN HIẾN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊNNGÀNH TS Hồ Văn Hiến Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH tháng năm 2010 TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến: TS Hồ Văn Hiến - tất hướng dẫn, ý kiến đóng góp tận tình Thầy người thực luận văn suốt trình nghiên cứu thực luận văn Với kiến thức có ngày hơm nay, kết trình học tập rèn luyện lâu dài, hết công ơn tất Quý Thầy, Cô Trường Đại Học Bách Khoa nói chung Thầy, Cơ khoa Điện – Điện Tử nói riêng đem đến hành trang kiến thức cho Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn thân thiết đến bạn bè, đồng nghiệp gia đình tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ cho tơi nhiều q trình học tập, cơng tác thời gian hoàn thành luận văn TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2010 Thực Nguyễn Quốc Khanh MỤC LỤC -TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI trang CHƯƠNG I: CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỆN trang I KHÁI NIỆM HỆ THỐNG ĐIỆN: trang II PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỆN: trang Phân loại theo quản lý: trang Phân loại theo quy hoạch: trang Phân loại theo điều độ: trang 4 Phân loại theo hướng nghiên cứu, tính tốn: trang III MỤC ĐÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN: trang CHƯƠNG II: TỔN THẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN trang I PHÂN LOẠI TỔN THẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN: trang Tổn thất kỹ thuật: trang Tổn thất phi kỹ thuật: trang II TỔN THẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN TIÊU BIỂU: trang III NGUYÊN TẮC PHÂN TÍCH TỔN THẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN: trang IV CÁC BIỆN PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG: trang 10 Chống tổn thất thông qua cải tạo lưới: trang 11 Chống tổn thất thông qua cải thiện điều kiện vận hành: trang 12 Chống tổn thất tổn thất phi kỹ thuật: trang 13 CHƯƠNG III: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ QUY HOẠCH HTĐ trang 15 I PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN HỆ THỐNG: trang 15 Nguyên lý tiếp cận hệ thống: trang 15 Phương pháp phân tích hệ thống: trang 16 II NỘI DUNG QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG: trang 16 Mục đích nội dung qui hoạch phát triển hệ thống lượng: trang 16 Cấu trúc phân cấp việc qui hoạch hệ thống lượng: trang 17 III NHIỆM VỤ CỦA QUY HOẠCH VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN: trang 18 CHƯƠNG IV: CÁC PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH CẤU TRÚC MẠNG LƯỚI ĐIỆN trang 20 I KHÁI NIỆM CHUNG: trang 20 II GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI: trang 22 Khái niệm chung: trang 22 Phương pháp quy hoạch lưới điện: trang 23 III QUY HOẠCH LƯỚI ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHƠNG CHÍNH QUY: trang 23 Kiểm tra tải: trang 24 Phân tích độ nhạy: trang 24 Thành lập sơ đồ: trang 24 IV QUY HOẠCH LƯỚI ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU TOÁN HỌC CHẶT CHẼ: trang 25 Đặt toán xác định cấu trúc tối ưu lưới điện: trang 25 Các phương pháp tối ưu toán học chặt chẽ: trang 25 2.1 Phương pháp liệt kê: trang 26 2.2 Phương pháp cận nhánh để xác định cấu trúc tối ưu lưới điện: trang 26 CHƯƠNG V: ÁP DỤNG CÁC MƠ HÌNH TỐN HỌC ĐỂ GIẢI BÀI TỐN QUY HOẠCH TUYẾN TÍNH trang 31 I KHÁI NIỆM VỀ BÀI TOÁN QUI HOẠCH: trang 31 Bài toán qui hoạch tổng quát: trang 31 Phân loại toán qui hoạch: trang 31 II BÀI TOÁN QUY HOẠCH TUYẾN TÍNH: trang 33 Đặt toán: trang 33 Các dạng tốn qui hoạch tuyến tính: trang 35 2.1 Dạng tổng quát: trang 35 2.2 Dạng tắc: trang 35 2.3 Dạng chuẩn tắc: trang 36 Phương pháp đơn hình: trang 37 3.1 Tổng quan phương pháp đơn hình: trang 37 3.2 Thuật tốn đơn hình chuẩn: trang 39 CHƯƠNG VI: GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP CẬN VÀ NHÁNH TÌM CẤU TRÚC TỐI ƯU CỦA LƯỚI ĐIỆN trang 46 I ĐẶT BÀI TOÁN: trang 46 II GIỚI THIỆU THUẬT TỐN TÌM CẤU TRÚC TỐI ƯU CỦA LƯỚI ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CẬN VÀ NHÁNH: trang 46 Tìm phương án có bao trùm nhỏ nhất: trang 46 1.1 Một số định nghĩa bản: trang 46 1.2 Thuật tốn tìm bao trùm nhỏ nhất: trang 47 Tìm phương án có chi phí tổn thất điện Z2 nhỏ nhất: trang 49 Tìm phương án tối ưu phương pháp cận nhánh: trang 52 III KIỂM TRA TỔN THẤT ĐIỆN ÁP, TỔN THẤT CÔNG SUẤT: trang 59 Trường hợp đường dây hình tia: trang 59 Trường hợp đường dây liên thông: trang 60 CHƯƠNG VII: TỐI ƯU HÓA CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI DÙNG PHƯƠNG PHÁP CẬN VÀ NHÁNH trang 63 BÀI TOÁN 1: CẤU TRÚC MẠNG LƯỚI ĐIỆN HÌNH TIA: trang 63 I DỮ LIỆU SƠ ĐỒ ĐỊA LÝ, ĐẶC ĐIỂM NGUỒN VÀ PHỤ TẢI: trang 63 Sơ đồ địa lý - Các số liệu nguồn phụ tải: trang 63 Phân tích nguồn phụ tải: trang 64 Cân sơ công suất: trang 65 3.1 Cân công suất tác dụng P: trang 65 3.2 Cân công suất phản kháng Q: trang 65 Lập bảng số liệu vẽ sơ đồ graph đầy đủ lưới điện thiết kế: trang 67 4.1 Lập bảng số liệu: trang 67 4.2 Sơ đồ graph đầy đủ lưới điện thiết kế: trang 67 Xác định phương án có Z1=W1: trang 68 5.1 Áp dụng thuật tốn Prim tìm bao trùm nhỏ nhất: trang 68 Xác định phương án có minZ2 = W2: trang 71 6.1 Xây dựng hàm mục tiêu: trang 72 6.2 Lập hệ phương trình ràng buộc: trang 73 6.3 Áp dụng thuật tốn đơn hình để tìm phương án tối ưu: trang 73 Xây dựng phương án tìm phương án tối ưu lưới điện phân phối theo phương pháp cận nhánh: trang 75 7.1 Tìm giá trị cận hàm mục tiêu (W): trang 75 7.2 Sử dụng phương pháp cận nhánh để tìm cấu trúc tối ưu: trang 78 Kiểm tra tổn thất điện áp, tổn thất công suất: trang 82 BÀI TOÁN 2: CẤU TRÚC MẠNG LƯỚI ĐIỆN LIÊN THÔNG: trang 86 II DỮ LIỆU SƠ ĐỒ ĐỊA LÝ, ĐẶC ĐIỂM NGUỒN VÀ PHỤ TẢI: trang 86 Sơ đồ địa lý - Các số liệu nguồn phụ tải: trang 86 Phân tích nguồn phụ tải: trang 87 Cân sơ công suất: trang 88 3.1 Cân công suất tác dụng P: trang 88 3.2 Cân công suất phản kháng Q: trang 89 Lập bảng số liệu vẽ sơ đồ graph đầy đủ lưới điện thiết kế: trang 90 4.1 Lập bảng số liệu: trang 90 4.2 Sơ đồ graph đầy đủ lưới điện thiết kế: trang 90 Xác định phương án có Z1=W1: trang 91 5.1 Áp dụng thuật tốn Prim tìm bao trùm nhỏ nhất: trang 91 Xác định phương án có minZ2 = W2: trang 93 6.1 Xây dựng hàm mục tiêu: trang 94 6.2 Lập hệ phương trình ràng buộc: trang 94 6.3 Áp dụng thuật tốn đơn hình để tìm phương án tối ưu: trang 95 Xây dựng phương án tìm phương án tối ưu lưới điện phân phối theo phương pháp cận nhánh: trang 103 7.1 Tìm giá trị cận hàm mục tiêu (W): trang 103 7.2 Sử dụng phương pháp cận nhánh để tìm cấu trúc tối ưu: trang 105 Kiểm tra tổn thất điện áp, tổn thất công suất: trang 110 CHƯƠNG VIII: KẾT LUẬN trang 114 ±±± TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây tải điện thiết bị khác (như thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ…) nối liền với tạo thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải phân phối điện Điện truyền tải đến hộ tiêu thụ phải thỏa mãn tiêu chuẩn chất lượng phục vụ (bao gồm chất lượng điện độ tin cậy cung cấp điện) có chi phí sản xuất, truyền tải phân phối nhỏ Cấu trúc lưới điện cách bố trí phần tử cách chắp nối phần tử lưới điện Như cấu trúc lưới mơ tả đồ thị hình học (các graph), bảng số (các ma trận) quan hệ hàm số (các ánh xạ) Cấu trúc lưới điện có liên quan trực tiếp đến việc vận hành khả phát triển lưới Như thay đổi cấu trúc lưới dẫn đến thay đổi chức lưới điện ảnh hưởng tốt hay xấu tới việc thực mục tiêu đề lưới điện tạo ảnh hưởng tốt xấu việc thực mục tiêu đề lưới điện Chính vậy, cần xác định cấu trúc tối ưu lưới điện để đạt mục tiêu đề Đây toán động, đa tiêu, phân cấp bất định Việc giải toán việc phức tạp, cần phải áp dụng phương pháp quy hoạch tốn học Có nhiều phương pháp, cơng cụ tốn học để giải tốn tìm cấu trúc tối ưu hệ thống điện Phạm vi đề tài giới thiệu số mơ hình mở rộng tốn quy hoạch tuyến tính để giải tốn xác định cấu trúc tối ưu lưới điện, toán phát biểu dạng tốn học sau: “Cho biết cơng suất vị trí địa lý nguồn điện phụ tải, cần xác định cấu trúc tối ưu lưới điện thiết kế nhằm thỏa mãn cực tiểu hàm chi phí tính tốn Z” Biểu thức tốn học hàm chi phí tính tốn Z = Z1 + Z2 Trong đó: Z1 : đại diện cho chi phí xây dựng đường dây Z2 : đại diện cho chi phí tổn thất điện lưới điện Để tìm giá trị Z1 Ỉ Z1min, nội dung đề tài giới thiệu thuật toán Prim thuật toán Krustal để giải vấn đề Để tìm giá trị Z2 Ỉ Z2min, nội dung đề tài giới thiệu thuật tốn đơn hình để giải vấn đề cách áp dụng mơ hình tốn học vào sơ đồ lưới điện kèm theo phương trình ràng buộc dịng điện nút (dựa định luật Kirrkoff 1) Dựa sở vừa tìm phương án có Z1min phương án có Z2min, thực tối ưu hố nguyên tắc phương pháp cận nhánh để tìm cấu trúc tối ưu lưới điện thiết kế Cuối cùng, sử dụng công cụ phần mềm Mathlab để minh họa, kiểm chứng với kết tính tay Nội dung đề tài bao gồm chương sau: Chương I : Cấu trúc hệ thống điện Chương II : Tổn thất hệ thống điện Chương III : Khái niệm chung quy hoạch hệ thống điện Chương IV : Các phương pháp quy hoạch cấu trúc mạng lưới điện Chương V : Áp dụng mơ hình tốn học để giải toán QHTT Chương VI : Giới thiệu phương pháp cận nhánh Chương VII : Tối ưu hóa cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh Chương VIII : Kết luận Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh n n Các giá trị Δ xác định sau: Δ1 = (43x0 + 50x0 + 45x1) – 45 = 0; Δ2 = (43x0 + 50x1 + 45x0) – 50 = 0; Δ3 = (43x1 + 50x0 + 45x0) – 43 = 0; Δ4 = (43x(-1) + 50x0 + 45x1) – 42 = -40 < 0; Δ5 = (43x(-1) + 50x1 + 45x0) – 37 = -30 < ; Δ6 = (43x(-1) + 50x0 + 45x0) – 43 = -86 < 0; Δ7 = (43x(0) + 50x(-1) + 45x1) – 24 = -29 < 0; Δ8 = (43x1 + 50x(-1) + 45x0) – 37 = -44 < 0; Δ9 = (43x(0) + 50x(-1) + 45x(0) – 50 = -100 < 0; Δ10 = (43x0 + 50x1 + 45x(-1)) – 24 = -19 < 0; Δ11 = (43x1 + 50x0 + 45x(-1)) – 42 = -44 < 0; Δ12 = (43x0 + 50x0 + 45x(-1)) – 45 = -90 < 0; Tính giá trị F(X): F(X) = ∑ L I i , j =1 ij ij = 43x0,125 + 50x0,13 + 45x0,115 = 17,05 Hình 5: Cây phương án ứng với thay ẩn I32 ẩn I42 Từ bảng đơn hình ta thu kết F = Z2 β = 17,05 giá trị nhỏ phương án, khơng thể tìm thấy phương án có F < 17,05 giá trị Δ nhỏ Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh n n không, nên ta tăng giá trị ẩn không dẫn đến việc tăng giá trị hàm mục tiêu Z2 β tương đương với việc tăng hàm chi phí tổn thất điện Z2 * Kết luận: Phương án có hàm chi phí tổn thất điện bé phương án mà bao trùm gồm cạnh {L43, L42, L41} Xây dựng phương án tìm phương án tối ưu lưới điện phân phối theo phương pháp cận nhánh : 7.1 Tìm giá trị cận hàm mục tiêu (W) : Theo đầu ta có: Hệ số khơng phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn (Fdd) : A = 400.000.000 VNĐ/km (thành phần vốn đầu tư tiền thăm dị tuyến, tiền cột móng, tiền bồi thường diện tích đất…) Hệ số phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn (Fdd) : B = 410.000 VNĐ/km.mm2 (thành phần vốn đầu tư mua dây dẫn điện…) Thời gian sử dụng công suất lớn Tmax : Tmax = 4.200h Giá điện tổn thất tính cho 1kWh : c = 500 VNĐ/kWh Suy thời gian tổn thất điện lớn τ : τ = (0,124 + Tmax.10-4)2 x 8760 Ỉ τ = (0,124 + 4200.10-4)2 x 8760 = 2.592,4 (h) Do hệ thống truyền tải điện cấp điện áp U=110kV ta sử dụng dây dẫn dây nhôm lõi thép, ký hiệu AC-240, có Jkt = 1,1 A/mm2, có tiết diện Fmin = 240mm2 Suy ra: Chi phí xây dựng đường dây từ i tới j là: Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh n n Kij = ( A + B I ij J kt ).Lij ; Chi phí tổn thất điện đường dây từ i tới j là: YΔAij = 3.ρ.τ.c.Iij.Lij.Jkt ; Tuy nhiên tính chất hộ phụ tải loại I, phải dùng dây kép để truyền tải, cho nên: Kij = 2.( A + B I ij J kt ).Lij ; YΔAij = 2.3.ρ.τ.c.Iij.Lij.Jkt (Iij dòng điện chạy dây dẫn đơn) Khi hàm chi phí tính tốn đường dây từ i tới j là: Zij = 2.a.( A + B I ij J kt ).Lij + 2.3.ρ.τ.c.Iij.Lij.Jkt ; Suy ra: Zij = A Lij + β Lij.Iij ; A = 2.a.A = 2.(avh + atc).A Với avh + atc : hệ số vận hành hệ số hiệu vốn đầu tư Lấy avh = 0,04 ; atc = 0,125 β = 2.( a.B + 3.ρ.ζ.c.Jkt) ; J kt Thay số vào ta được: 6 A = 2x(0,04 + 0,125)x400.10 = 132.10 VNĐ/km β = 2.( (0,04 + 0,125).410.103 a.B + 3.ρ.ζ.c.Jkt) = 2.( + 3x31,5x2592,4x500x1,1) J kt 1,1 β = 2.(61.500 + 134.739.900) = 2x134.801.490 = 269.602.980 VNĐ/km Từ giá trị A β ta tính giá trị chi phí cận hệ thống cho Ta có: W1 = Z1 = n ∑ A.L ij i , j =1 = 132.106.(43 + 37 + 24) = 132.106 x 104 = 1,3728.1010 VNĐ n W2 = Z2 = 0,5 ∑ B.Lij I ij = 0,5 x 269.602.980 x 17,05 = 0,2298.1010 VNĐ i , j =1 W = W1 + W2 = 1,3728.1010 + 0, 2298.1010 = 1,6026.1010 VNĐ Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh n n * Kết luận: W giá trị chi phí khơng thể nhỏ phương án hàm chi phí tính tốn phương án W phương án vừa phương án có chi phí vốn đầu tư nhỏ (Z1min) vừa phương án có chi phí tổn thất điện nhỏ (Z2min) 7.2 Sử dụng phương pháp cận nhánh để tìm cấu trúc tối ưu: Đầu tiên ta xây dựng phương án sau: Hình 6: Cây bao trùm phương án xuất phát Ứng với điểm O ban đầu phương án phía phải với nhánh có chiều dài tăng dần cho tạo thành bao trùm nhỏ Điểm O điểm tập hợp phương án, có n(n-2) phương án (4(4-2) = 16 phương án tất cả) O 2-1 2-1 B H 3-2 3-2 E G 4-3 C 4-3 4-3 E 4-1 D 4-1 4-2 4-1 4-2 K 4-2 Hình 7: Cây phương án Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh n n Bước 1: D tập hợp cạnh bao trùm nhỏ Tại D ta có: Giá trị hàm mục tiêu ZD = Z1D + Z2D; Với: Z1D = W1 = 1,3728.1010 VNĐ (vì D tập hợp cạnh tạo thành bao trùm nhỏ xác định nhờ thuật toán Prim) n Z2D = 0,5 ∑ B.Lij I ij = 0,5 x 269.602.980 x 27,73 = 0,3738.1010 VNĐ (giá trị hàm i , j =1 F(X) = 27,73 xác định từ bảng đơn hình bước 1) Suy ra: ZD = Z1D + Z2D = 1,3728.1010 + 0,3738.1010 = 1,7466.1010 VNĐ Lấy ZD làm mốc để so sánh hàm chi phí tính tốn Z phương án khác Bước 2: Từ đỉnh D lên C, từ C rẽ trái Nguyên tắc rẽ trái bỏ qua nhánh vừa lên (43) đỉnh E E bao trùm nhỏ với điều kiện không chứa cạnh (4-3) (do nút nút nguồn chiều dài L41 < L42 Ỉ bỏ cạnh (4-3) thay cạnh (4-1)) Cây bao trùm E bao gồm cạnh: Cạnh – dài 45 km Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh n n Cạnh – dài 24 km Cạnh – dài 37 km Tại E ta có: ZE = Z1E + Z2E ; Lấy Z2E ≅ minZ2 = W2 = 0,2298.1010 VNĐ (ứng với giá trị F(X)min = 17,05) Z1E = n ∑ A.L i , j =1 ij = 132.106 x (45 + 24 + 37) = 132.106 x 106 = 1,3992.1010 VNĐ Suy : ZE = Z1E + Z2E = 1,3992.1010 + 0,2298.1010 = 1,629.1010 VNĐ Vì ZE < ZD nên ta phân nhánh tiếp ZE chọn làm mốc để so sánh tiếp Bước 3: Vì ZE < ZD ta từ đỉnh E phía tay phải theo nhánh có chiều dài tăng dần đến đỉnh K K bao trùm nhỏ có điều kiện chứa cạnh L21 , L32 không chứa cạnh L43 K bao trùm nhỏ có cạnh {2-1; 3-2; 4-2} khơng có cạnh (4-3), cịn cạnh 4-1 tính phương án xuất phát Cây bao trùm K bao gồm cạnh: Cạnh – dài 24 km Cạnh – dài 37 km Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh n n Cạnh – dài 50 km Tại F ta có: ZK = Z1K + Z2K ; Lấy Z2K ≅ minZ2 = W2 = 0,2298.1010 VNĐ Z1K = n ∑ A.L i , j =1 ij = 132.106 x (24 + 37 + 50) = 132.106 x 111 = 1,4652.1010 VNĐ Suy : ZK = Z1K + Z2K = 1,4652.1010 + 0,2298.1010 = 1,695.1010 VNĐ Vì ZK > ZE nên ZK khơng chọn làm mốc để so sánh tiếp Bước 4: Từ đỉnh K lên đỉnh E rẽ trái đến đỉnh G G bao trùm nhỏ gồm cạnh {2-1; 4-1; 3-1} khơng có cạnh (3-2) Cây bao trùm G bao gồm cạnh: Cạnh – dài 24 km Cạnh – dài 45 km Cạnh – dài 42 km Tại G ta có: ZG = Z1G + Z2G ; Lấy Z2G ≅ minZ2 = W2 = 0,2298.1010 VNĐ Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh n n Z1G = n ∑ A.L i , j =1 ij = 132.106 x (24 + 45 + 42) = 132.106 x 111 = 1,4652.1010 VNĐ Suy : ZG = Z1G + Z2G = 1,4652.1010 + 0,2298.1010 = 1,6950.1010 VNĐ Vì ZG > ZE nên ZG không chọn làm mốc để so sánh tiếp Bước 5: Từ đỉnh G lên đỉnh O rẽ trái đến đỉnh H H bao trùm nhỏ gồm cạnh {3-2; 4-1; 4-2} khơng có cạnh (2-1) Cây bao trùm H bao gồm cạnh: Cạnh – dài 37 km Cạnh – dài 45 km Cạnh – dài 50 km Tại H ta có: ZH = Z1H + Z2H ; Lấy Z2H ≅ minZ2 = W2 = 0,2298.1010 VNĐ Z1H = n ∑ A.L i , j =1 ij = 132.106 x (37 + 45 + 50) = 132.106 x 132 = 1,7424.1010 VNĐ Suy : ZH = Z1H + Z2H = 1,7424.1010 + 0,2298.1010 = 1,9722.1010 VNĐ Vì ZH > ZE nên ZH không chọn làm mốc để so sánh tiếp Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh n n Do từ O sang H không tồn phương án tối ưu tiến hành cải tiến để tìm phương án tối ưu nữa, dẫn đến trình tối ưu dừng lại * Kết luận: Phương án tối ưu phương án bao gồm cạnh (tương ứng với đỉnh E): Cạnh – dài 45 km Cạnh – dài 24 km Cạnh – dài 37 km Phương án có: n ∑ A.L Z = W1 = i , j =1 ij = 132.106.(45 + 24 +37) = 132.106 x 106 = 1,3992.1010 VNĐ n Z2 = 0,5 ∑ B.Lij I ij = 0,5 x 269.602.980 x 17,05 = 0,2298.1010 VNĐ i , j =1 Tổng chi phí tính tốn phương án là: Z = Z1 + Z2 = 1,3992.1010 + 0,2298.1010 = 1,629.1010 VNĐ Kiểm tra tổn thất điện áp, tổn thất cơng suất: Vì giả thiết sử dụng dây nhơm lõi thép tiết diện F = 240mm2, ký hiệu AC-240 Tra bảng thơng số dây dẫn, ta có điện trở ro = 0,13 (Ω/km), điện kháng xo = 0,15 (Ω/km) Xét sơ đồ cấu trúc lưới điện có cấu trúc liên thơng tìm phương pháp cận nhánh sau: Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh n n Tiến hành tính tốn giá trị tổn thất sau: p1 + jq1 r1 + jx1 P1 + jQ1 r2 + jx2 p2 + jq2 p3 + jq3 P2 + jQ2 p1 + jq1 r3 + jx3 P3 + jQ3 p2 + jq2 p3 + jq3 R1, X1 R2, X2 R3, X3 Thông số điện trở, điện kháng đoạn đường dây: r1 = ro.L41 = 0,13 x 45 = 5,85 (Ω) r2 = ro.L12 = 0,13 x 24 = 3,12 (Ω) r3 = ro.L23 = 0,13 x 37 = 4,81 (Ω) x1 = xo.L41 = 0,15 x 45 = 6,75 (Ω) x2 = xo.L12 = 0,15 x 24 = 3,6 (Ω) x3 = xo.L23 = 0,15 x 37 = 5,55 (Ω) Thông số điện trở, điện kháng tính từ đầu nguồn (4) đến nút phụ tải i (i=1÷3): R1 = r1 = 5,85 (Ω) X1 = x1 = 6,75 (Ω) R2 = r1 + r2 = 5,85 + 3,12 = 8,97 (Ω) Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh n n X2 = x1 + x2 = 6,75 + 3,6 = 10,35 (Ω) R3 = r1 + r2 + r3 = 5,85 + 3,12 + 4,81 = 13,78 (Ω) X3 = x1 + x2 + x3 = 6,75 + 3,6 + 5,55 = 15,9 (Ω) Bỏ qua tổn thất công suất, ta xác định công suất đoạn: S3 = P3 + jQ3 = p3 + jq3 = 21,5 + j10,41 (MVA) S2 = P2 + jQ2 = (p2 + p3) + j(q2 + q3) = (22,5+21,5) + j(10,89+10,41) = 44 + j21,3 (MVA) S1 = P1 + jQ1 = (p1 + p2 + p3) + j(q1 + q2 + q3) = (20+22,5+21,5) + j(9,68+10,89+10,41) = 64 + j30,98 (MVA) Sụt áp từ đầu nguồn (nút 4) đến phụ tải cuối đường dây (nút 3): ΔU = ΔU = P1 r1 + Q1 x1 P2 r2 + Q x P3 r3 + Q x + + U đm U đm U đm 64 x ,85 + 30 , 98 x , 75 + 44 x ,12 + 21, x 3, 110 + 110 21, x ,81 + 10 , 41 x , 55 110 = 5,30 + 1,94 + 1,46 = 8,70 (kV) Tổn thất công suất tác dụng cuối đường dây (nút 3): ΔP = n 2 ( Pi + Qi ).ri ∑ U đm i =1 [ ] ΔP = (64 + 30,98 ).5,85 + ( 44 + 21,32 ).3,12 + ( 21,52 + 10,412 ).4,81 110 ΔP = [29576 + 7455 + 2744 ] 110 ΔP = 39775 = 3,28( MW ) 110 Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh n n Tổn thất công suất phản kháng cuối đường dây (nút 3): n 2 Δ Q = ∑ ( Pi + Q i ) x i U đm i =1 [ ΔQ = (64 + 30,98 ).6,75 + ( 44 + 21,32 ).3,6 + ( 21,5 + 10,412 ).5,55 110 ΔQ = [43126 + 8602 + 3166 ] 110 ΔQ = 54894 = 4,53( MVar ) 110 ] Nhận xét: Với phương án chọn cấu trúc mạng lưới phân phối điện thuật tốn tìm bao trùm nhỏ phương pháp cận nhánh, mạng liên thơng có tiết diện dây dẫn nút, ta tiến hành kiểm tra tổn thất nút nút xa nguồn Kiểm tra điều kiện tổn thất (ΔU, ΔP, ΔQ) nút lưới điện chọn ta giá trị tổn thất nằm khoảng tổn thất cho phép Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh n n CHƯƠNG VIII KẾT LUẬN Trong lĩnh vực thiết kế hệ thống điện, có nhiều phương pháp để xác định cấu trúc tối ưu mạng lưới điện Mạng lưới điện tốt lựa chọn thỏa mãn số tiêu kinh tế - kỹ thuật đảm bảo chất lượng điện theo yêu cầu phụ tải, độ tin cậy cung cấp điện nâng cao, thuận tiện an toàn quản lý vận hành, tu bảo dưỡng, khả phát triển tương lai và tiếp nhận phụ tải Hiện không tồn phương pháp thiết kế hệ thống đáp ứng đầy đủ tiêu chí nêu Do quan điểm người thiết kế, phương pháp cận nhánh dùng để thiết kế mạng lưới phân phối điện số ưu điểm sau: - Phương pháp cận nhánh thường sử dụng thiết kế hệ thống điện tạo phương án ban đầu để tính tốn - Phương pháp cận nhánh cho kết hệ thống điện thoả mãn điều kiện cực tiểu cấu trúc lưới chi phí vận hành hàng năm Đây thỏa mãn toán kinh tế - Phương pháp cận nhánh cho kết hệ thống điện thoả mãn điều kiện phân phối điện an toàn tin cậy tới trung tâm phụ tải, độ tin cậy cung cấp điện cao, thuận tiện quản lý vận hành Đây thỏa mãn tốn kỹ thuật - Phương pháp cận nhánh phương pháp quy hoạch tốn học, dễ dàng tìm phương án tối ưu theo hướng nhanh áp dụng thuật tốn lập trình để chạy máy tính, đặc biệt hệ thống điện phức tạp, nhiều điều kiện ràng buộc, phù hợp với khả nâng cấp, cải tạo hệ thống theo tăng trưởng phụ tải theo thời gian đáp ứng yêu cầu phân phối điện cách an tồn kinh tế Do phương pháp cho kết xác, hội tụ nhanh Với số ưu điểm nêu trên, phương pháp cận nhánh áp dụng phổ biến lĩnh vực thiết kế hệ thống lượng nước ta - Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh n n TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ Văn Hiến, Hệ Thống Điện - Truyền Tải Phân Phối, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2005 [2] Nguyễn Lân Tráng, Quy Hoạch Phát Triển Hệ Thống Điện, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, năm 2006 [3] Nguyễn Văn Đạm, Thiết Kế Các Mạng Hệ Thống Điện, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, năm 2006 [4] Trần Bách, Lưới Điện Hệ Thống Điện - Những vấn đề chung lưới điện, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, năm 2006 [5] Trần Bách, Lưới Điện Hệ Thống Điện - Những vấn đề liên quan đến chế độ làm việc hệ thống điện, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, năm 2006 [6] Trần Bách, Lưới Điện Hệ Thống Điện - Những vấn đề lưới phân phối điện hệ thống phân phối điện, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, năm 2006 [7] Chun Wang and Hao Zhong Cheng, Optimization of Network Configuration in Large Distribution System Using Plant Growth Simulation Algorithm, IEEE Transactions on Power System, Vol 23, No 1, February 2008, pp 119-126 [8] F V Gomes, S Carneiro, J L R Pereira, M P Vinagre, P A N Garcia, and L R Araujo, A new Distribution System Reconfiguration Approach Using Optimum Power Flow and Sensitivity Analysis for Loss Reduction, IEEE Transactions on Power System, Vol 21, No 4, November 2006, pp 1616-1623 [9] C T Su, C F Chang, and J P Chiou, Distribution Network Reconfiguration for Loss Reduction by Ant Colony Search Algorithm, Elect Power System Res., Vol 75, no 2-3, pp 190-199, August 2005 [10] Rabih A Jabr, Optimal Power Flow Using an Extended Conic Quadratic Formulation, IEEE Transactions on Power System, Vol 23, No 3, August 2008, pp 1000-1008 [11] H C Cheng and C C Kou, Network Reconfiguration in Distribution System Using Simulated Annealing, Elect Power System Res., Vol 29, no 3, pp 227-238, May 1994 [12] Baran, M E and F F Wu, Network Reconfiguration in Distribution System for Loss Reduction and Load Balancing, IEEE Transactions on Power Delivery, 4-2, April 1989, pp 1401-1407 [13] Glamocanin, V., Optimal Loss Redution of Distribution Networks, IEEE Transactions on Power System, 5-3, August 1990, pp 774-781 [14] Haque M H., Improvement of Power Delivery Efficiency of Distribution System through Loss Reduction, IEEC Power Engineering Society 2000 Winter Meeting Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh n n LÝ LỊCH TRÍCH NGANG I Thơng tin cá nhân: Họ tên : NGUYỄN QUỐC KHANH Phái : Nam Ngày tháng năm sinh : 17 – 01 – 1979 Nơi sinh : TP.HCM Địa liên lạc : 137/7 đường Trưng Vương, ấp Trung Chánh 1, xã Trung Chánh, huyện Hóc Mơn, TP.HCM Điện thoại : 0903.363.845 II Quá trình đào tạo: - Từ năm 1998 – 2003: học Trường ĐH Bách Khoa TP HCM - Từ năm 2006 đến học cao học ngành Thiết bị, mạng nhà máy điện, khoá 2006, Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM III Q trình cơng tác: - Từ năm 2003 – 2007: công tác Trung Tâm TVTK Điện – Công ty Điện Lực - Từ năm 2007 đến công tác Công ty Chiếu Sáng Công Cộng thành phố Hồ Chí Minh – Sở Giao Thơng Vận Tải ... thiệu phương pháp cận nhánh Chương VII : Tối ưu hóa cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh Chương VIII : Kết luận CHƯƠNG I CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỆN I KHÁI NIỆM HỆ THỐNG ĐIỆN... môi trường Tối ưu hoá cấu trúc mạng lưới phân phối điện dùng phương pháp cận nhánh CHƯƠNG IV CÁC PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH CẤU TRÚC MẠNG LƯỚI ĐIỆN I KHÁI NIỆM CHUNG: Quy hoạch lưới điện phần quan... VII: TỐI ƯU HÓA CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI DÙNG PHƯƠNG PHÁP CẬN VÀ NHÁNH trang 63 BÀI TOÁN 1: CẤU TRÚC MẠNG LƯỚI ĐIỆN HÌNH TIA: trang 63 I DỮ LIỆU SƠ ĐỒ ĐỊA LÝ, ĐẶC ĐIỂM NGUỒN VÀ