(Luận văn thạc sĩ) sử dụng mặt cắt tối thiểu để mở rộng lưới điện truyền tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN ĐƯỢC SỬ DỤNG MẶT CẮT TỐI THIỂU ĐỂ MỞ RỘNG LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520202 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******** LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN ĐƯỢC SỬ DỤNG MẶT CẮT TỐI THIỂU ĐỂ MỞ RỘNG LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN -60520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******** LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN ĐƯỢC SỬ DỤNG MẶT CẮT TỐI THIỂU ĐỂ MỞ RỘNG LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2017 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGUYỄN VĂN ĐƯỢC Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 19/07/1981 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Xã Phú Mỹ, H Tân Phước, T Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Số 31-Cư xá Điện lực-Tổ 7-P.Trường Thọ-Q Thủ Đức (Tp Hồ Chí Minh) Điện thoại Cơ quan: Cơng ty CP Kỹ Nghệ Vietstar Điện thoại: 0934190781 Fax: ………… E-mail: duocnguyen.emc@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ năm 2001 đến năm 2004 Nơi học: Trường Kỹ thuật Cao Thắng Ngành học: Điện Công Nghiệp Môn thi tốt nghiệp: Thi Lý thuyết thực hành Trang bị điện Đại học Hệ đào tạo: Vừa học vừa làm Thời gian đào tạo từ năm 2005-2010 Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Điện Khí Hóa – Cung Cấp Điện Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Đồ án môn học 1,2,3 Môn thi tốt nghiệp là: Điều khiển lập trình nâng cao Thiết kế Hệ thống điện Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2015 đến 2017 HVTH: Nguyễn Văn Được, MSHV: 1520610 Trang i Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Hình 31 Sơ đồ lưới điện nút * Xác định nhánh mà mặt cắt tối thiểu qua Các thông số điện sơ đồ mạng thành lập ma trận khả mang tải hệ thống lưới nút bảng 4.10 sau: Bảng 10 Thành lập ma trận lưới nút 0 10 0 2924 3230 1220 1350 0 3045 2924 4788 0 0 0 200 4780 6547 4780 2390 4780 750 3230 6547 0 0 0 300 1220 0 0 4780 0 0 200 1350 4780 4780 0 4780 0 2515 0 2390 0 0 4780 6350 0 0 4780 0 4780 800 0 4780 0 4780 0 4780 200 3045 0 0 0 4780 4780 200 10 200 750 300 200 2515 6350 800 200 200 Sau nhập thơng số chạy chương trình Powerworld mạng điện nút trình bày trường hợp HVTH: Nguyễn Văn Được, MSHV: 1520610 Trang 50 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Bảng 11 Hoạt động phụ tải nút Tr/hợp %Tải 100% 160% PΣD 6609 11515 P1 120 200 P2 450 750 P3 180 300 P4 120 200 P5 1509 2515 P6 3810 6350 P7 480 800 P8 120 200 P9 120 200 *Phân bố máy phát theo hoạt động phụ tải Hàm chi phí máy phát điện nút 1: C1  0,0107P12  30P1  100 Hàm chi phí máy phát điện nút 3: C3  0,0108P32  66,003P3  100 Hàm chi phí máy phát điện nút 4: C4  0,0205P42  45,143P4  100 Hàm chi phí máy phát điện nút 5: C5  0,0095P52  33,793P5  100 Hàm chi phí máy phát điện nút 9: C9  0,0112P92  29,6654P9  100 Sử dụng phần mềm Powerworld giải toán phân bố máy phát tải thay đổi 100%, 160%  Trường hợp 1: Giai đoạn chưa có khu cơng nghiệp khu dân cư cịn thưa thớt Tải hoạt động 100% cơng suất Kết chạy mô phần mềm Powerworld phân bố công suất máy phát cho thấy không nhánh bị tải hình 4.32 Hình 32 Phân bố công suất Powerworld (tải 100% công suất) HVTH: Nguyễn Văn Được, MSHV: 1520610 Trang 51 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Trong trường hợp tải hoạt động 100% cơng suất hoạt đơng bình thường khơng có nhánh bị q tải, khơng bị nghẽn mạch Lưới điện vận hành bình thường  Trường hợp 2: Giai đoạn có khu cơng nghiệp khu dân cư, đô thị xuất Tải hoạt động 160% công suất hữu Kết chạy mô phần mềm Powerworld phân bố lại cơng suất máy phát cho thấy hình 4.33 Hình 33 Phân bố cơng suất Powerworld (tải 160% cơng suất ) Sau chạy chương trình mô cho thấy: lát cắt cực tiểu qua nhánh 2-6 6-8, nhánh 2-6 bị tải 107% cịn nhánh 6-8 khơng bị q tải Đây tập hợp nhánh xung yếu lưới điện có khả gây nghẽn mạch hệ thống tính tốn chương trình Min-cut HVTH: Nguyễn Văn Được, MSHV: 1520610 Trang 52 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Bảng 12 Mặt cắt nhánh 2-6 Stt Tên mặt cắt CUT CUT CUT CUT CUT CUT Tổng thông lượng 26.319 18.815 24.760 18.960 19.760 16.915 Đi qua nhánh 1-2, 2-5, 2-8, 2-6 2-5, 2-8, 2-6 4-5, 5-7, 2-8, 2-6 5-7, 2-8, 2-6 2-8, 7-9, 2-6 2-8, 8-9, 2-6 Hình 34 Phân bố công suất Powerworld lắp TCSC nhánh 6-8 ( tải 160% công suất) Khi cài đặt giá trị bù XTCSC = − 0,0014 đưa đường dây truyền tải nhánh 2-6 trở hoạt động với 99% công suất Như trường hợp vận hành bình thường giá trị tải 160%, đặt TCSC nhánh 6-8 Phú Lâm-Đức Hòa để chống tải Vấn đề xem xét vận hành lâu dài lưới điện bị cố nhánh thời gian dài trường hợp sau: HVTH: Nguyễn Văn Được, MSHV: 1520610 Trang 53 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh  Xét trường hợp nhánh 2-6 bị cố Trạng thái vận hành lưới mức tải 160% có cố mạch đường dây 2-6 trình bày hình 4.35 Mạch 2-8 bị tải 134% nhánh 6-8 bị tải 137% Vấn đề đặt điều động máy phát, kéo thêm mạch song song, thay dây siêu nhiệt, lắp đặt thiết bị bù nhánh khơng bị q tải, nghẽn mạch Hình 35 Nhánh 2-6 bị cố Bảng 13 Phương án giải cố nhánh 2-6 Stt Phương án giải Kéo thêm đường dây 2-8 ( Đức hịa –Mỹ Tho) Kéo thêm đường dây 3-6 (Sơng Mức tải nhánh 2-6 Không tải Không tải Hậu- Phú Lâm) Kéo thêm đường dây 6-8 (Phú Khơng q tải Lâm- Đức Hịa) HVTH: Nguyễn Văn Được, MSHV: 1520610 Chi phí đầu tư 19.655.883$ 44.006.907$ 9.133.509$ Trang 54 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh  Kéo thêm đường dây 6-8 (Phú Lâm- Đức Hịa) Hình 36 Kéo thêm đường dây 6-8 (Phú Lâm- Đức Hịa)  Kéo thêm đường dây 3-6 (Sơng Hậu- Phú Lâm) Hình 37 Kéo thêm đường dây 3-6 (Sông Hậu- Phú Lâm) HVTH: Nguyễn Văn Được, MSHV: 1520610 Trang 55 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh  Kéo thêm đường dây 2-8 (Đức hòa –Mỹ Tho) Hình 38 Kéo thêm đường dây 2-8 ( Đức hòa –Mỹ Tho)  Các đường dây kéo nhánh 2-8, 3-6, 6-8 Hình 39 Các đường dây kéo nhánh 2-8, 3-6, 6-8 HVTH: Nguyễn Văn Được, MSHV: 1520610 Trang 56 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Nhận xét: Khi tăng tải 160%, cố xảy nhánh 2-6 (Mỹ Tho – Phú Lâm) Khi lắp đặt TCSC nhánh 6-8 (Phú Lâm-Đức Hòa) để chống tải Vấn đề xem xét vận hành lâu dài việc lắp đặt TCSC khơng khả thi Vì vấn đề xem xét vận hành lâu dài lưới điện bị cố cách khắc phục cố Việc kéo dây song song với nhánh 2-8 (Mỹ Tho-Đức Hịa), nhánh 3-6 (Sơng Hậu-Phú Lâm), nhánh 6-8 (Phú Lâm-Đức Hịa) lưới điện khơng bị q tải, xảy cố nhánh lưới điện đảm bảo tải tăng 160% Như việc kéo dây nhánh 2-8 (Mỹ Tho-Đức Hịa), nhánh 3-6 (Sơng Hậu-Phú Lâm), nhánh 6-8 (Phú Lâm-Đức Hòa) lưới điện Miền Nam phương án hiệu nhất, đảm bảo lưới điện vận hành an toàn lâu dài HVTH: Nguyễn Văn Được, MSHV: 1520610 Trang 57 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh CHƯƠNG KẾT LUẬN Việc phối hợp nhiều biện pháp quy hoạch để giải vấn đề mở rộng lưới truyền tải môi trường thị trường điện, nơi mà yếu tố kinh tế, an ninh thay đổi phụ tải theo thị trường xem xét ràng buộc hàm mục tiêu, vấn đề cần thiết cho nhà làm quy hoạch hệ thống điện Dựa ưu điểm giải thuật Min-cut, đưa ví dụ để định hướng phối hợp giải pháp quy hoạch cách hiệu 5.1 Những kết đạt Luận văn trình bày khái quát số phương pháp giải toán quy hoạch tĩnh lưới điện truyền tải STEP nêu ưu, nhược điểm phương pháp từ đề xuất phương pháp để giải tốn Sử dụng kỹ thuật toán Min-cut Max-flow để giải vấn đề “Sử dụng mặt cắt tối thiểu để mở rộng lưới điện truyền tải” giới hạn khơng gian tìm kiếm, rút ngắn thời gian mô khắc phục khó khăn phương pháp trước Luận văn sử dụng phần mềm PowerWorld để chứng minh lại kết tính tốn Việc phối hợp thuật tốn Min-cut với chương trình mơ PowerWorld đưa hướng tiếp cận việc giải toán quy hoạch lưới điện theo trình tự: Tính tốn Min-cut → Mơ kiểm chứng PowerWorld → Kế hoạch khắc phục → Tính tốn Min-cut qua nhánh tải → Mô kiểm chứng lại PowerWorld.→ Kết cuối Việc phối hợp áp dụng thuật toán Min-cut PowerWorld sơ đồ bus (IEEE) lưới điện thực tế 500 kV Miền Nam Việt Nam cho kết khả quan giảm tổn hao, tăng khả truyền tải giảm giá biên công suất Đây sở để tiếp tục phát triển thuật toán HVTH: Nguyễn Văn Được, MSHV: 1520610 Trang 58 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Phương pháp xác định điểm nghẽn mạch định hướng quy hoạch hệ thống điện, cần kết hợp nhiều phương pháp khác để xác định phương án quy hoạch hiệu nêu luận văn Chỉ xét ổn định tĩnh không xét ổn định động hệ thống điện Sử dụng mặt cắt tối thiểu có điều kiện qua nhánh q tải, tính tốn giá trị cần thiết để xác định điểm yếu sơ đồ lưới điện Từ làm sở định hướng Quy hoạch lại hệ thống điện Có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo ứng dụng cho Cơng ty thuộc Tập đồn điện lực, Cơng ty tư vấn thiết kế xây dựng 5.2 Hướng phát triển đề tài Bên cạnh kết đạt được, thuật tốn Min-cut cịn hạn chế như: Chưa có hàm chi phí, chưa tính đến ràng buộc điện áp, phân bố tối ưu công suất… Để tiếp tục phát triển đề tài, cần nghiên cứu bổ sung thêm vào thuật tốn hàm chi phí, ràng buộc điện áp, phân bố công suất; kết hợp với phương pháp quy hoạch khác (như TS, PSO…) thuật tốn Mincut qua nhánh tải phép tính ban đầu để hạn chế khơng gian tìm kiếm HVTH: Nguyễn Văn Được, MSHV: 1520610 Trang 59 Luận văn Thạc sĩ CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Văn Tuấn Dũng (2007) Giáo trình quy hoạch tuyến tính NXB Thống kê, tr 3-6 [2] Nguyễn Lân Tráng (2007) Giáo trình quy hoạch phát triển hệ thống điện NXB Khoa học Kỹ thuật, tr 179-183 [3] C W Lee, Simon K K Ng, J Zhong, and Felix F Wu (2006) Transmission Expansion Planning From Past to Future Proc Power Systems Conf Expo (PSCE 06), pp.257-265 [4] Reza Hemmati, Rahmat-Allah Hooshmand, Amin Khodabakhshian (2013) State-of-the-art of transmission expansion planning: Comprehensive review Renewable and Sustainable Energy Reviews 23 (2013), pp.312–319 [5] S H M Hashimoto, R Romero and J R S Mantovani (2003) Efficient linear programming algorithm for the transmission network expansion planning problem Proc IEE-Gen Transm Dist Vol.150, pp 536-542, Sept 2003 [6] Tohid Akbari, Mohammad Tavakoli Bina, Ali Abedini (2012) AC-OPF Based Static Transmission Expansion Planning: A Multiobjective Approach 20th Iranian Conference on Electrical Engineering, (ICEE2012), Tehran, Iran, May 2012 [7] Len L Garver (1970) Transmission Network Estimation Using Linear Programming IEEE Transactions on power apparatus and systems Vol.PAS-89, No.7, pp 1688-1697 September/October 1970 [8] S.Haffner, A.Monticelli, A.Garcia, J.Mantovani and R.Romero (2001) Branch and bound algorithm for transmission system expansion planning using a transportation model IEE Proceedings-Generation, Transmission and Distribution Vol.147, No.3, pp 149-156 May 2001 [9] F Wen and C S Chang (1997) Transmission network optimal planning using the Tabu Search method Electric Power Systems Research No 42, pp.153–163, Aug 1997 HVTH: Nguyễn Văn Được, MSHV: 1520610 Trang 60 Luận văn Thạc sĩ [10] CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Edson Luiz da Silva, Jorge Mauricio Areiza Ortiz, Gerson Couto de Oliveira, and Silvio Binato (2001) Transmission Network Expansion Planning Under a Tabu Search Approach IEEE Transactions on Power systems Vol 16, No 1, pp 62-68 Feb 2001 [11] I J De Silva, M J Rider, R Romero, and C A Murari (2006) Genetic algorithm of Chu and Beasley for static and multistage transmission expansion planning IEEE Power Engineering Society General Meeting (PES '06) Montreal, Canada, June 2006 [12] Jin YX, Cheng HZ, Yan JY M, Zhang L (2006) New discrete method for particle swarm optimization and its application in transmission network expansion planning Elect Power Syst Res 77(2007):227–233 April 2006 [13] Shayeghi H, Mahdavi M, Bagheri A (2010) Discrete PSO algorithm based optimization of transmission lines loading in TNEP problem Energy Convers Manage 51, pp 112–21, 2010 [14] I Miranda de Mendonỗa, I Chaves Silva Junior, A L M Marcato (2014) Static planning of the expansion of electrical energy transmission systems using particle swarm optimization International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol 60, pp 234-44 Sept 2014 [15] Thanhlong Duong, Jiangang Yao, Vietanh Truong (2012) Optimal placement of TCSC based on min-cut algorithm for congestion management in deregulated electricity market Journal of Electrical Engineering and Technology (IJEET), ISSN 0976 – 6545(Print), ISSN 0976 – 6553(Online) Volume 3, Issue January-June 2012 [16] ThanhLong Duong, Yao JianGang, Tong Kang (2014) Optimal Location of Thyristor-controlled-series-capacitor using Min Cut Algorithm TELKOMNIKA Indonesian Journal of Electrical Engineering Vol.12, No.5, pp 3649-3661 May 2014 [17] Mechthild Stoer, Frank Wagner (1997) A Simple Min-Cut Algorithm Journal of the ACM, Vol 44, No 4, pp 585–591 July 1997 HVTH: Nguyễn Văn Được, MSHV: 1520610 Trang 61 Luận văn Thạc sĩ [18] CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh Reliability Test System Task Force of the Application of Probability Methods Subcommittee The IEEE reliability test system – 1996 IEEE Trans Power Syst 1999, Vol 14, No 3, pp.1010–20 August 1999 [19] I.d.J Silva, M J Rider, R Romero, A V Garcia and C A Murari, (2005) "Transmission network expansion planning with security constraints," IEE Proceedings - Generation, Transmission and Distribution, vol 152, no 06, pp 828-836, 2005 [20] T.-H Chen and V.-T Tran, (2015) "Optimization of Transmission Expansion Planning by Minimal Cut Sets Based on Graph Theory," Electric Power C omponents and Systems, vol 43, no 16, pp 1822-1831, 2015 [21] R.-A Hooshmand, R Hemmati and M Parastegari, (2012) "Combination of AC Transmission Expansion Planning and Reactive Power Planning in the restructured power system," Energy Conversion and Management, vol 55, pp 26-35, 2012 [22] R.-C Leou, (2011) "A multi-year transmission planning under a deregulated market," Electrical Power and Energy Systems, vol 33, pp 708-714, 2011 [23] M J Rid, A V Garcia and R Romero, (2007) "Power system transmission network expansion planning using AC model," IET Generation, Transmission and Distribution, vol 01, no 05, pp 731-742, 2007 [24] N Alguacil, A L Motto and A J Conejo, (2003) "Transmission Expansion Planning: A Mixed-Integer LP Approach," IEEE Transactions on Power Systems, vol 18, no 03, pp 1070-1077, 2003 [25] Z Xu, Z Y Dong and K P Wong, (2006.) "Transmissionplanning in a deregulated environment," IEEE Proceedings - Generation, Transmission and Distribution, vol 153, no 03, pp 326-334, 2006 [26] Z Xu, Z Y Dong and K P Wong, (2006.) "A Hybrid Planning Method for Transmission Networks in a Deregulated Environment," IEEE Transactions on Power Systems, vol 21, no 02, pp 925-932, 2006 HVTH: Nguyễn Văn Được, MSHV: 1520610 Trang 62 Luận văn Thạc sĩ [27] CBHD: PGS.TS Trương Việt Anh D O Dike, (2014.) "Genetic Algorithm Based Transmission Expansion Planning System," American Journal of Engineering Research, vol 03, no 11, pp 77-84, 2014 [28] G A Blanco, F G Olsina, O A Ojeda and F F Garces, (2009) "Transmission Expansion Planning Under Uncertainty – The Role Of FACTS In Providing Strategic Flexibility," IEEE Bucharest Power Tech Conference, pp 1-8, 2009 [29] Lê Hữu Hùng, Công ty Truyền tải Điện – EVN, Đinh Thành Việt, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng, “Nghiên cứu ảnh hưởng tụ bù dọc 500KV đến ổn định điện áp hệ thống điện Việt Nam giải pháp ứng dụng TCSC để nâng cao hiệu vận hành” [30] Seyed Abbas Taher, Hadi Bsharat, “Transmission Congestion Management by Determining Optimal Location of FACTS Devices in Deregulated Power Systems”; Department of Electrical Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran; American Journal of Applied Sciences (3): 242-247,2008 [31] R A Gallego, R Romero, and A J Monticelli, “Tabu search algorithm for networksynthesis,” IEEE Trans Power Syst., vol 15, pp 490–495, May 2000 [32] Nguyễn Minh Tuấn, Luận văn Thạc sĩ: Sử dụng mặt cắt tối thiểu quy hoạch lưới điện truyền tải, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, 2016 HVTH: Nguyễn Văn Được, MSHV: 1520610 Trang 63 S K L 0 ... hình lưới điện cải thiện Trên sở kết cơng trình nghiên cứu trước đạt được, đề tài ? ?Sử dụng mặt cắt tối thiểu để mở rộng lưới điện truyền tải? ?? với mục đích nghiên cứu, áp dụng thuật tốn mặt cắt tối. .. KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******** LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN ĐƯỢC SỬ DỤNG MẶT CẮT TỐI THIỂU ĐỂ MỞ RỘNG LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRƯƠNG... KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******** LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN ĐƯỢC SỬ DỤNG MẶT CẮT TỐI THIỂU ĐỂ MỞ RỘNG LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN -60520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2017