(Luận văn thạc sĩ) tái cấu hình lưới điện phân phối nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƯƠNG QUANG TIẾN TÁI CẤU HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 8520201 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƯƠNG QUANG TIẾN TÁI CẤU HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 8520201 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƯƠNG QUANG TIẾN TÁI CẤU HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 8520201 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2020 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Lương Quang Tiến Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/12/1985 Nơi sinh: Hà Tĩnh Quê quán: Bùi Xá, Đức Thọ, Hà Tĩnh Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: Tổ 14, Khu 12, Long Đức, Long Thành, Đồng Nai E-mail:quangtienluong@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Cao đẳng chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 08/2004 đến 04/2008 Nơi học: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Ngành học: Điện Khí Hóa & Cung Cấp Điện Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 08/2008 đến 05/2010 Nơi học: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Ngành học: Điện Cơng Nghiệp III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2011 - 2012 Công ty TNHH Dệt Đông Tiến Hưng Nhân viên bảo trì 2012 - 2015 Cơng ty TNHH CNTP Liwayway Sài Gịn Nhân viên bảo trì Cơng ty TNHH Sunlight Việt Nam Trường Cao đẳng nghề Công nghệ cao 2017 đến Đồng Nai 2015 - 2017 Trang i Nhân viên thiết kế Giảng viên [11] Esmat Rashedi, Hossein Nezamabadi-pour, Saeid Saryazdi GSA: A Gravitational Search Algorithm, Information Sciences 179 (2009) 2232–2248 [12] R Srinivasa Rao, S.V.L Narasimham, M Ramalingaraju Optimization of Distribution Network Configuration for Loss Reduction Using Artificial Bee Colony Algorithm, Word Academy of Science, engineering and technology, 45 2008 [13] S Chaitusaney,Student Member, IEEE, and A Yokoyama, Member, IEEE Reliability Analysis of Distribution System with Distributed Generation Considering Loss of Protection Coordination, 9th International Conference on Probabilistic Methods Applied to Power Systems KTH, Stockholm, Sweden, June 11-15, 2006 [14] Abdullah M Alshehr Optimal Reconfiguration of Distribution Networks Using Ant Colony Method King Saud University College of Engineering Electrical Engineering Department, 2007 [15] Kwang Y Lee and Mohamed A El-Sharkawi Modern Heuristic Optimization Techniques Theory and applycation to Power systems Power engineering, 2008 [16] RoyBillinton, Ronald N Allan Reliability Evaluation of PowerSystems Pitman Books, 1996 Trang 63 PHỤ LỤC Phụ lục Thông số phụ tải lưới điện 16 bus Nút P (kW) Q (kVar) Nút P (kW) Q (kVar) 0 5000 1800 0 10 1000 900 0 11 600 500 2000 1600 12 4500 1700 3000 400 13 1000 900 2000 400 14 1000 1100 1500 1200 15 1000 900 4000 2700 16 2100 800 Trang 64 Phụ lục Thông số đường dây lưới điện 16 bus Từ Đến r0 x0 Từ Đến nút nút (/km) (/km) nút nút 0.075 0.10 12 0.08 0.11 0.08 0.11 13 0.11 0.11 0.09 0.18 13 14 0.09 0.12 0.04 0.04 13 15 0.08 0.11 0.11 0.11 15 16 0.04 0.04 0.08 0.11 11 0.04 0.04 10 0.11 0.11 10 14 0.04 0.04 11 0.11 0.11 16 0.12 0.12 Trang 65 r0 x0 (/km) (/km) Phụ lục Thông số phụ tải lưới điện 33 bus P Q (kW) (kVar) 0 12 60 35 23 90 50 100 60 13 60 35 24 420 200 90 40 14 120 80 25 420 200 120 80 15 60 10 26 60 25 60 30 16 60 20 27 60 25 60 20 17 60 20 28 60 20 200 100 18 90 40 29 120 70 200 100 19 90 40 30 200 600 60 20 20 90 40 31 150 70 10 60 20 21 90 40 32 210 100 11 45 30 22 90 40 33 60 40 Nút Nút P Q (kVar) (kW) Trang 66 Nút P Q (kW) (kVar) Phụ lục Thông số đường dây lưới điện 33 bus Từ Đến r0 x0 Từ Đến nút nút (/km) (/km) nút nút (/km) (/km) 0.0922 0.0470 19 20 1.5042 1.3554 0.4930 0.2511 20 21 0.4095 0.4784 0.3660 0.1864 21 22 0.7089 0.9373 0.3811 0.1941 23 0.4512 0.3083 0.8190 0.7070 23 24 0.8980 0.7091 0.1872 0.6188 24 25 0.8960 0.7011 0.7114 0.2351 26 0.2030 0.1034 1.0300 0.7400 26 27 0.2842 0.1447 10 1.0440 0.7400 27 28 1.0590 0.9337 10 11 0.1966 0.0650 28 29 0.8042 0.7006 11 12 0.3744 0.1298 29 30 0.5075 0.2585 12 13 1.4680 1.1550 30 31 0.9744 0.9630 13 14 0.5416 0.7129 31 32 0.3105 0.3619 14 15 0.5910 0.5260 32 33 0.3410 0.5302 15 16 0.7463 0.5450 2.0000 2.0000 16 17 1.2890 1.7210 15 2.0000 2.0000 17 18 0.7320 0.5740 12 22 2.0000 2.0000 19 0.1640 0.1565 18 33 0.5000 0.5000 25 29 0.5000 0.5000 Trang 67 r0 x0 TÁI CẤU HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN DISTRIBUTION SYSTEM RECONFIGURATION ADVANCED THE RELIABILITY POWER SUPPLY Lương Quang Tiến Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT Với phát triển nhanh kinh tế dẫn đến phát triển phụ tải, nhiên phát triển nguồn phát điện chưa đáp ứng phát triển phụ tải nên việc tái cấu hình lưới điện phân phối để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần thiết Bài báo trình bày phương pháp tái cấu hình lưới điện phân phối nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Phương pháp đề xuất tìm cơng thức tường minh hàm mục tiêu để từ cấu hình lưới điện phân phối có chi phí vận hành chi phí cung cấp điện nhỏ Kết tính tốn lưới điện 16 bus, 33 bus cho thấy, phương pháp đề nghị có khả tái cấu hình lưới điện phân phối chuẩn lưới điện thực tế Kết nghiên cứu sử dụng để tham khảo cho công tác tái cấu hình lưới điện nghiên cứu lưới điện phân phối Từ khóa: Lưới điện phân phối; Tái cấu hình lưới điện phân phối; Độ tin cậy; Nâng cao độ tin cậy; … ABSTRACT With the rapid development of the economy leading to the development of the load, however, the development of the power source has not met the development of the load, so the re-configuration of the distribution networks to ensure the Reliable power supply is essential The paper presents the method of reconfiguring the distribution networks to advance the reliability of power supply The proposed method is to find an explicit formula and target function from which the distribution networks can be configured with minimal operating costs and power supply costs Calculation results on the 16 bus distribution network, 33 buses show that the proposed method is capable of reconfiguring standard distribution networks and actual networks Research results are used as a reference for the reconfiguration of power grids and research of distribution networks Keywords: Distribution networks; reconfiguring the distribution networks; reliability of power supply; advance the reliability of power supply; … GIỚI THIỆU Lưới điện phân phối (LĐPP) cung cấp điện trực tiếp cho phụ tải, việc đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện tiêu quan trọng Một tiêu quan trọng chi phí vận hành chi phí ngưng cung cấp nhỏ Với mục đích thỏa mãn hai tiêu chí trên, việc tái cấu hình lưới điện phân phối nâng cao độ tin cậy cần thiết Phương pháp vừa đáp ứng nhu cầu phát triển phụ tải, lại vừa khơng địi hỏi q nhiều chi phí đầu tư Tái cấu hình mở khóa điện cho lưới điện phân phối có cấu hình mạch vịng vận hành hình tia chi phí vận hành chi phí ngưng cung cấp điện nhỏ MƠ HÌNH TỐN HỌC 2.1 Mơ hình tốn học Xét LĐPP có cấu hình đơn giản hình 1: O KMN M N Hình Lưới điện phân phối Chi phí cho tổn hao cơng suất lưới điện: 𝐶𝑡𝑡 = 𝐶1 ∆𝑃 = 𝐶1 ∑ 𝑅𝑖 𝐼𝑖2 (1) Với: Cthcs chi phí tổn hao cơng suất tồn lưới điện điện nhánh OM giảm IMN dịng điện nhánh ON tăng lên lượng IMN Lúc ta có hàm mục tiêu trường hợp: Khi chưa mở khóa KMN, LĐPP chế độ mạch vịng: 𝑛 𝐹𝑘í𝑛 = 𝐶1 ∑ C1 đơn giá bán điện thông thường phụ tải ($/Kw) ∆𝑃 tổng tổn thất công suất lưới điện + 𝐶1 ∑ 𝑅𝑖 𝐼𝑖2 + 𝐶1 𝑅𝑀𝑁 𝐼𝑀𝑁 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀 𝑛 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 𝑛 +𝐶2 ∑ 𝑖 𝑡𝑖 𝐼𝑖 + 𝐶2 ∑ 𝑖 𝑡𝑖 𝐼𝑖 + 𝑀𝑁 𝑡𝑀𝑁 𝐼𝑀𝑁 (5) 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 Đối với lưới điện kín 𝑅𝑖 tổng trở nhánh i ∑𝑛𝑖=1 𝑖 𝑡𝑖 𝐼𝑖 + ∑𝑛𝑖=1 𝑖 𝑡𝑖 𝐼𝑖 + 𝑀𝑁 𝑡𝑀𝑁 𝐼𝑀𝑁 = 𝐼𝑖 dòng điện nhánh i 𝑖∈𝑂𝑀 𝑖∈𝑂𝑁 có cố nhánh khơng có phụ tải điện Vậy ta có: Chi phí ngưng cung cấp điện: 𝐶𝑛𝑐𝑐𝑑 = 𝐶2 ∑ 𝑖 𝐼𝑖 𝑡𝑖 𝑛 𝑅𝑖 𝐼𝑖2 (2) 𝑛 𝑛 𝐹𝑘í𝑛 = 𝐶1 ∑ 𝑅𝑖 𝐼𝑖2 + 𝐶1 ∑ 𝑅𝑖 𝐼𝑖2 + 𝐶1 𝑅𝑀𝑁 𝐼𝑀𝑁 (6) 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀 Với: Cnccd chi phí ngưng cung cấp điện C2 đơn giá điện ngừng cung cấp điện, hay gọi đơn giá vi phạm hợp đồng cung cấp điện phụ tải ($/kwh) Đơn giá thường cao gấp nhiều lần so với đơn giá bán điện thông thường C1 𝑖 tần suất cố nút i 𝐼𝑖 dòng điện nhánh i 𝑡𝑖 thời gian khắc phục cố nút i Bài toán tái cấu lưới LĐPP nâng cao độ tin cậy cung cấp điện phải xét đến chi phí tổn hao cơng suất (chi phí vận hành) chi phí ngưng cung cấp điện Vì vậy, phải xây dựng hàm mục tiêu bao gồm yếu tố trên: 𝐹 = 𝐶𝑡𝑡 + 𝐶𝑛𝑐𝑐𝑑 (3) 𝐹 = 𝐶1 ∑ 𝑅𝑖 𝐼𝑖2 + 𝐶2 ∑ 𝑖 𝐼𝑖 𝑡𝑖 (4) Xét LĐPP đơn giản hình có chiều dương chiều ngược chiều kim đồng hồ Khi khóa KMN đóng LĐPP chế độ mạch vịng, cịn khóa KMN mở LĐPP vận hành hình tia Gọi dòng điện nhánh thứ i Ii với i = 1,2,3, …,n Khi đóng khóa KMN LĐPP lưới điện kín, giả sử dịng 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 Khi mở khóa KMN, LĐPP chế độ hình tia: 𝑛 𝑛 𝐹ℎở = 𝐶1 ∑ 𝑅𝑖 (𝐼𝑖 − 𝐼𝑀𝑁 )2 + 𝐶1 ∑ 𝑅𝑖 (𝐼𝑖 + 𝐼𝑀𝑁 )2 + 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 𝑛 𝑛 +𝐶2 ∑ 𝑖 𝑡𝑖 (𝐼𝑖 − 𝐼𝑀𝑁 ) + 𝐶2 ∑ 𝑖 𝑡𝑖 (𝐼𝑖 + 𝐼𝑀𝑁 ) ( 7) 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 Vận hành LĐPP cho chi phí vận hành chi phí ngưng cung cấp điện nhỏ nhất, điều đồng nghĩa với làm cho hàm mục tiêu nhỏ 𝐹𝑚𝑖𝑛 So sánh hàm mục tiêu LĐPP vận hành kín vận hành hình tia: 𝐹 = 𝐹ℎở − 𝐹𝑘í𝑛 = 𝑛 𝑛 = 𝐶1 ∑ 𝑅𝑖 (𝐼𝑖 + 𝐼𝑀𝑁 )2 + 𝐶1 ∑ 𝑅𝑖 (𝐼𝑖 − 𝐼𝑀𝑁 )2 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 𝑛 𝑛 +𝐶2 ∑ 𝑖 𝑡𝑖 (𝐼𝑖 + 𝐼𝑀𝑁 ) + 𝐶2 ∑ 𝑖 𝑡𝑖 (𝐼𝑖 − 𝐼𝑀𝑁 ) 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀 𝑛 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 𝑛 − 𝐶1 ∑ 𝑅𝑖 𝐼𝑖2 − 𝐶1 ∑ 𝑅𝑖 𝐼𝑖2 − 𝐶1 𝑅𝑀𝑁 𝐼𝑀𝑁 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 = 𝐶1 𝐼𝑀𝑁 (∑𝑛𝑖=1 𝑅𝑖 + ∑𝑛𝑖=1 𝑅𝑖 + 𝑅𝑀𝑁 )+ 𝑖∈𝑂𝑀 𝑖∈𝑂𝑁 +2 𝐶1 𝐼𝑀𝑁 (∑𝑛𝑖=1 𝑅𝑖 𝐼𝑖 𝑖∈𝑂𝑁 𝑛 − ∑𝑛𝑖=1 𝑅𝑖 𝐼𝑖 + 𝑅𝑀𝑁 𝐼𝑀𝑁 )+ 𝑖∈𝑂𝑁 𝑛 +𝐶2 ( ∑ 𝑖 𝑡𝑖 𝐼𝑖 + ∑ 𝑖 𝑡𝑖 𝐼𝑖 ) + 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 𝑛 𝑛 +𝐶2 𝐼𝑀𝑁 ( ∑ 𝑖 𝑡𝑖 − ∑ 𝑖 𝑡𝑖 ) 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀 Xét lưới trở nên theo định luật K2: 𝑛 𝑛 ∑ 𝑅𝑖 𝐼𝑖 − ∑ 𝑅𝑖 𝐼𝑖 + 𝑅𝑀𝑁 𝐼𝑀𝑁 = 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 Và: 𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝 = 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 ∑𝑛𝑖=1 𝑅𝑖 𝑖∈𝑂𝑀 + ∑𝑛𝑖=1 𝑅𝑖 + 𝑅𝑀𝑁 : 𝑖∈𝑂𝑁 tổng điện trở nhánh lưới điện kín Ta được: 𝐹 = 𝐶1 𝐼𝑀𝑁 𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝 + 𝑛 𝑛 +𝐶2 ( ∑ 𝑖 𝑡𝑖 𝐼𝑖 + ∑ 𝑖 𝑡𝑖 𝐼𝑖 ) 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 𝑛 𝑛 +𝐶2 𝐼𝑀𝑁 ( ∑ 𝑖 𝑡𝑖 − ∑ 𝑖 𝑡𝑖 ) (8) 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 bố công suất lưới để dịng IMN = Vì vậy, có trường hợp tổn hao LĐPP hở gần tổn hao LĐPP kín + Khi vận hành LĐPP kín độ tin cậy cung cấp điện lớn nhất, có cố nhánh khơng có phụ tải điện Đồng thời tổn thất cơng suất nhỏ Chính thế, chi phí vận hành LĐPP kín nhỏ Để đạt mục tiêu chi phí vận hành lưới điện LĐPP hở nhỏ tương ứng với 𝐹 nhỏ (chi phí vận hành LĐPP hở giảm gần với chi phí vận hành LĐPP kín) + Vận hành LĐPP hở tương ứng mở khóa điện cho 𝐹 nhỏ thỏa mãn điều kiện vận hành LĐPP với cấu hình hở Để dễ dàng việc mở khóa điện tìm dịng điện IMN thỏa mãn biểu thức 10, nhánh có dịng điện thỏa mãn biểu thức 10 mở khóa điện nhánh Tuy nhiên thực tế khơng có dịng điện nhánh thỏa mãn biểu thức 10, nhánh có dịng điện làm cho giá trị biểu thức 10 gần (hay bé nhất) mở khóa điện nhánh 2.2 Hàm mục tiêu 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀 Lấy đạo hàm hàm theo 𝐼𝑀𝑁 ta được: 𝑛 𝑛 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀 𝜕 𝐹 = 𝐶1 𝐼𝑀𝑁 𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝 + 𝐶2 ( ∑ 𝑖 𝑡𝑖 − ∑ 𝑖 𝑡𝑖 ) (9) 𝜕𝐼𝑀𝑁 Mục tiêu toán cực tiểu chi phí vận hành chi phí ngưng cung cấp điện cho LĐPP Từ xây dựng hàm mục tiêu cho toán: 𝑚 Cho đạo hàm 0: 𝐹 = 𝐶1 ∑ ∆𝑃𝑗 + 𝐶2 ∑ 𝑖 𝑡𝑖 𝑃𝑖 𝜕𝐹 =0 𝜕𝐼𝑀𝑁 𝑛 𝑗=1 (11) 𝑖=1 Với: 𝑛 𝐶1 𝐼𝑀𝑁 𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝 + 𝐶2 ( ∑ 𝑖 𝑡𝑖 − ∑ 𝑖 𝑡𝑖 ) = (10) 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑁 𝑛 𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀 Nhận xét: + Từ (8) ta thấy độ lệch tổn hao cơng suất LĐPP kín LĐPP hở phụ thuộc vào giá trị 𝐼𝑀𝑁 𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝 nên mở khóa điện nhánh có dịng IMN = tổn hao LĐPP hở tổn hao LĐPP kín Hay nói cách khác tổn hao LĐPP hở nhỏ Tuy nhiên thực tế, để tổn hao LĐPP hở tổn hao LĐPP kín khó xảy khó có phân C1 đơn giá bán điện thơng thường phụ tải ($/Kw) ∆𝑃𝑗 tổng tổn thất công suất lưới điện thời điểm j m số ngày khảo sát năm C2 đơn giá điện ngừng cung cấp điện, hay gọi đơn giá vi phạm hợp đồng cung cấp điện phụ tải ($/kwh) Đơn giá thường cao gấp nhiều lần so với đơn giá bán điện thông thường C1 𝑖 tần suất cố nút i 𝑃𝑖 cơng suất trung bình nhánh i 𝑡𝑖 thời gian khắc phục cố nút i n số phụ tải lưới điện Nếu khảo sát năm hàm mục tiêu là: 365 Bảng Bảng giá trị r0 (/km) chiều dài đường dây nhánh (km) 𝑛 𝐹 = 𝐶1 ∑ ∆𝑃𝑗 + 𝐶2 ∑ 𝑖 𝑡𝑖 𝑃𝑖 𝑗=1 (12) 𝑖=1 Vận hành LĐPP hở với mục tiêu cực tiểu chi phí vận hành ngưng cung cấp, phải thỏa mãn điều kiện sau: + Điện áp nút phải nằm giá Hệ số phụ tải lưới điện ngày trình bày bảng 3: Bảng Bảng hệ số phụ tải ngày lưới điện bus trị cho phép: 𝑉𝑖,𝑚𝑖𝑛 ≤ |𝑉𝑖 | ≤ 𝑉𝑖,𝑚𝑎𝑥 (13) + Dịng điện nhánh ln nằm giới hạn cho phép đường dây: |𝐼𝑘 | ≤ 𝐼𝑘,𝑚𝑎𝑥 (14) + Cấu hình lưới phải hình tia + Tất phụ tải phải cung cấp điện Giả sử tần suất cố () thời gian khắc phục cố (t) sau: Với: 𝑉𝑖 điện áp nút thứ i 𝑉𝑖,𝑚𝑖𝑛 , 𝑉𝑖,𝑚𝑎𝑥 điện áp nhỏ điện áp lớn nút thứ i 𝐼𝑘 dòng điện nhánh thứ k 𝐼𝑘,𝑚𝑎𝑥 khả mang dòng lớn đường dây nhánh thứ k PHƯƠNG PHÁP ĐỀ NGHỊ Giả sử xét LĐPP bus cấu hình mạch kín hình 2: S2 S3 S1 s S7 S6 S5 S4 Bảng Bảng giá trị tần suất cố () thời gian khắc phục cố (t) Cấu hình LĐPP bus hình với mục tiêu cực tiểu chi phí vận hành ngưng cung cấp điện, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện thực sau: + Phân bố công suất lưới kín phần mềm PSS-ADEPT, ta giá trị dòng điện nhánh: Bảng Bảng giá trị dịng điện nhánh lưới bus Hình Lưới điện bus Với thông số phụ tải sau: Bảng Bảng giá trị phụ tải lưới điện bus + Thay giá trị dòng điện bảng cho IMN biểu thức 10, ta giá trị 𝜕𝐹 đạo hàm 𝜕𝐼 sau: 𝑀𝑁 Bảng Bảng giá trị đạo hàm Giả sử chiều dài đường dây nhánh 1km lưới điện lưới trở, giá trị r0 (/km) cụ thể sau: biểu thức 10 Từ kết bảng 6, dễ dàng nhận thấy giá trị đạo hàm theo biểu thức 10 nhánh 3-4 có giá trị nhỏ (hay gần nhất) + Tiếp theo mở khóa điện nhánh tính hàm mục tiêu theo biểu thức 12 với thời gian khảo sát lưới điện năm C1 = 0.1$/kW, C2 = 0.5$/kWh Ta được: Bảng Bảng giá trị hàm mục tiêu theo biểu thức 12 Từ kết bảng 7, dễ dàng nhận thấy giá trị hàm mục tiêu lưới điện mở khóa S3 nhánh 3-4 có giá trị nhỏ Như với cấu hình lưới điện mở khóa S3 hình có chi phí vận hành ngưng cung cấp điện nhỏ nhất, độ tin cậy cung cấp điện cao S2 S3 Bước 4: Đóng khóa điện để tạo mạch vịng kín, giữ ngun khóa điện cịn lại Phân bố cơng suất mạch vịng kín Tính biểu thức 10 với giá trị dịng điện mạch kín vừa tạo Bước 5: Mở khóa điện nhánh có giá trị dòng điện làm cho biểu thức 10 gần hay nhỏ Bước 6: Tiếp tục thực bước bước cho mạch vòng kín cịn lại lưới điện Bước 7: Kiểm tra lưới điện thõa mãn điều kiện vận hành hình tia Nếu khơng thỏa mãn quay lại bước Bước 8: Phân bố cơng suất lưới điện hình tia phần mềm PSS-ADEPT Bước 9: Tính chi phí vận hành lưới điện theo hàm mục tiêu Lưu đồ chi tiết trình bày: Bắt đầu S1 s S7 S6 S5 S4 Nhập thông số lưới điện phần mềm PSS-ADEPT (Thông số nút, nhánh, tần suất thời gian cố) Phân bố công suất lưới điện kín phần mềm PSS-ADEPT Hình Cấu hình lưới điện bus vận hành hở Nhận xét: Từ kết tính tốn trên, có 𝜕𝐹 thể thấy với giá trị đạo hàm 𝜕𝐼 (biểu thức Xác lập trạng thái ban đầu lưới điện để lưới điện vận hành hình tia Đóng khóa điện để tạo mạch vịng kín 𝑀𝑁 10) nhánh nhỏ mở khóa điện nhánh hàm mục tiêu F nhỏ Hay cấu hình lưới điện có chi phí vận hành ngưng cấp điện nhỏ nhất, độ tin cậy cung cấp điện cao Phương pháp tái cấu hình LĐPP với mục tiêu cực tiểu chi phí vận hành ngưng cung cấp điện, độ tin cậy cung cấp điện cao thực theo bước sau: Bước 1: Nhập thông số lưới điện phần mềm PSS-ADEPT (Thông số nút, nhánh, tần suất thời gian cố) Bước 2: Phân bố cơng suất lưới điện kín phần mềm PSS-ADEPT Bước 3: Xác lập trạng thái ban đầu lưới điện để lưới điện vận hành hình tia Phân bố cơng suất lưới điện phần mềm PSS-ADEPT Tính biểu thức 10 với giá trị dòng điện mạch kín vừa tạo Mở khóa điện nhánh có giá trị dòng điện làm cho biểu thức 10 gần Tiếp tục thực cho mạch kín cịn lại lưới điện Sai Lưới điện hình tia? Đúng Tính chí phí vận hành lưới điện theo hàm mục tiêu Kết thúc Hình Lưu đồ giải thuật chi tiết Với đặc thù khí hậu vùng miền nên khảo sát LĐPP thực ngày mùa nắng ngày mùa mưa với mục tiêu nâng cao độ tin cậy hay cực tiểu chi phí vận hành chi phí ngưng cung cấp điện Giả sử LĐPP trở, mùa nắng tần suất cố thời gian sửa chữa đường dây nhánh lưới điện nhau, cịn mùa mưa tần suất cố thời gian sửa chữa đường dây nhánh lưới điện khác Từ khảo sát LĐPP trường hợp, với đơn giá bán điện LĐPP vận hành bình thường C1 = 0.1$/kW, cịn trường hợp ngưng cung cấp điện đơn giá bồi thường C2 = 0.5$/kWh Khảo sát LĐPP hai trường hợp cụ thể sau: Trường hợp 1: khảo sát LĐPP mùa nắng với tần suất cố thời gian sửa chữa đường dây nhánh lưới điện Trường hợp 2: khảo sát LĐPP mùa mưa với tần suất cố thời gian sửa chữa đường dây nhánh lưới điện khác Với việc khảo sát LĐPP mùa mưa nắng lúc hàm mục tiêu toán là: 180 𝑛 𝐹 = 𝐶1 ∑ ∆𝑃𝑗 + 𝐶2 ∑ 𝑖 𝑡𝑖 𝑃𝑖 𝑗=1 s s KẾT QUẢ TÍNH TỐN (15) 𝑖=1 4.1 Lưới điện 16 bus Khảo sát lưới điện 16 bus tiêu chuẩn, với nguồn 13 phụ tải, tổng công suất phụ tải 28.7 MW, điện áp 22.8 kV s S5 S1 S10 S7 S2 S15 S8 S14 13 S11 10 S6 14 S9 11 S12 S3 12 S4 S16 16 S13 15 Hình Lưới điện phân phối 16 bus Xét lưới điện với trường hợp: Trường hợp 1: khảo sát LĐPP 16 bus ban đầu mùa nắng với giả sử tần suất cố đường dây nhánh  = 0.1 lần/mùa thời gian sửa chữa đường dây nhánh lưới điện t = giờ, phụ tải có mức độ quan trọng Chi phí vận hành lưới điện F = 357,960$ Trường hợp 2: khảo sát LĐPP 16 bus ban đầu mùa mưa với giả sử tần suất cố đường dây nhánh  = 0.1 lần/mùa thời gian sửa chữa đường dây nhánh – 13, 10 -14, 13 – 14 lưới điện t = 20 giờ, thời gian sửa chữa đường dây nhánh lại lưới điện t = phụ tải có mức độ quan trọng Chi phí vận hành lưới điện F = 1,143,000$ Sau tái cấu hình lưới điện 16 bus ta có bảng so sánh kết quả: Bảng Bảng so sánh kết trước sau tái cấu hình lưới điện 16 bus Cấu hình lưới điện 16 bus với khóa mở ban đầu là: S14, S15 S16 Từ bảng cho biết rằng, với trường hợp 1: sau tái cấu hình lưới điện chi phí vận hành ngưng cung cấp điện giảm 1.6% tổn thất điện giảm gần 4.7% 23 24 S23 25 S24 S22 Như vậy, sau tái cấu hình giảm chi phí vận hành nâng cao độ tin cậy lưới điện Kết tính tốn so sánh với GSA [4] trình bày bảng Bảng Bảng so sánh kết sau tái cấu hình lưới điện 16 bus với GSA [4] Từ bảng 9, dễ dàng nhận thấy sau tái cấu hình lưới 16 bus trường hợp 1: phương pháp đề nghị GSA [4] có khóa mở giống nhau, hàm mục tiêu tổn thất điện phương pháp đề nghị với GSA [4] Trường hợp 2, cấu hình hai phương pháp khác khóa mở S16 (phương pháp đề nghị) S12 (GSA [4]), hàm mục tiêu tổn thất điện phương pháp đề nghị nhỏ so với GSA [4] Từ đó, thấy phương pháp đề nghị có cấu hình tốt GSA [4] S26 S27 29 S28 30 S29 31 S30 S25 32 S31 33 S32 S36 S34 10 11 12 13 14 15 S1 S2 S3 S4 20 S19 S6 S33 21 S18 19 S5 S20 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 22 S21 S35 Hình Lưới điện phân phối 33 bus Xét lưới điện với trường hợp: Trường hợp 1: khảo sát LĐPP 33 bus ban đầu mùa nắng với giả sử tần suất cố đường dây nhánh  = 0.1 lần/mùa thời gian sửa chữa đường dây nhánh lưới điện t = 10 giờ, phụ tải có mức độ quan trọng Chi phí vận hành lưới điện F = 306,190$ Trường hợp 2: khảo sát LĐPP 33 bus ban đầu mùa mưa với giả sử tần suất cố đường dây nhánh – 21, 15 – 9, 22 – 12  = 0.2 lần/mùa, tần suất cố đường dây nhánh – 26  = 0.3 lần/mùa, tần suất cố đường dây nhánh – 23  = 0.4 lần/mùa, tần suất cố đường dây nhánh – 19  = 0.5 lần/mùa, tần suất cố đường dây nhánh lại  = 0.1 lần/mùa thời gian sửa chữa đường dây nhánh lưới điện t = 10 giờ, phụ tải có mức độ quan trọng Chi phí vận hành lưới điện F = 354,750$ Sau tái cấu hình lưới điện 33 bus ta có bảng so sánh kết quả: Bảng 10: Bảng so sánh kết trước sau tái cấu hình lưới điện 33 bus 4.2 Lưới điện 33 bus Khảo sát lưới điện 33 bus tiêu chuẩn, với nguồn 32 phụ tải, tổng công suất phụ tải 3.72 MW, 37 nhánh, 32 khóa điện thường đóng khóa điện thường mở Cấu hình lưới điện 33 bus với khóa mở ban đầu là: S33, S34, S35, S36 S37: 16 18 17 s Với trường hợp 2: sau tái cấu hình lưới điện chi phí vận hành ngưng cung cấp điện giảm gần 33%, nhiên tổn thất điện gần khơng giảm thời gian ngưng cấp điện lớn phí đền bù lớn, muốn giảm chi phí theo mục tiêu phải chấp nhận tổn thất điện lớn S37 28 27 26 Từ bảng cho biết rằng, sau tái cấu hình lưới điện chi phí vận hành ngưng cung cấp điện trường hợp 1, giảm 14.5%, tổn thất điện giảm gần 20% S16 S17 Như vậy, sau tái cấu hình giảm chi phí vận hành nâng cao độ tin cậy lưới điện Kết tính tốn so sánh với GSA [4] trình bày bảng 11 Bảng 11 Bảng so sánh kết sau tái cấu hình lưới điện 33 bus với GSA [4] trường hợp không thay đổi, GSA [4] tính theo cơng suất cực đại nên cấu hình thay đổi KẾT LUẬN Bài báo đề xuất phương pháp tái cấu hình LĐPP thay đổi trạng thái khóa điện cho LĐPP vận hành hình tia có chi phí vận hành thấp độ tin cậy cung cấp điện nâng cao Phương pháp áp dụng để tái cấu hình lưới điện 16 bus, 33 bus tiêu chuẩn Từ kết đạt rút số kết luận sau: Phương pháp thực đơn giản, kết tái cấu hình LĐPP với chi phí vận hành thấp độ tin cậy cao Áp dụng để tái cấu hình cho LĐPP thực tế Từ bảng 11, nhận thấy sau tái cấu hình lưới 33 bus trường hợp 1: phương pháp đề nghị GSA [4] có khóa mở giống nhau, hàm mục tiêu tổn thất điện phương pháp đề nghị với GSA [4] Trường hợp 2, cấu hình hai phương pháp khác khóa mở: phương pháp đề nghị (S7, S32) GSA [4] (S33, S36), hàm mục tiêu, tổn thất điện phương pháp đề nghị nhỏ so với GSA [4] Từ đó, thấy phương pháp đề nghị có cấu hình tốt GSA [4], phương pháp đề nghị tính theo cơng suất trung bình nên cấu hình Tuy nhiên, phương pháp cịn hạn chế áp dụng cho LĐPP trở, tần suất cố không thay đổi theo thời gian, chưa xét đến thời gian chuyển tải phụ tải, độ tin cậy thiết bị bảo vệ, tác động môi trường LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Trương Việt Anh, người tận tâm hướng dẫn giúp đỡ tơi q trình thực đề tài TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Đình Long Quy hoạch phát triển lượng điện lực NXB Khoa học kỹ thuật, 1999 [2] Nguyễn Hoàng Việt Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2004 [3] Trương Việt Anh Các giải thuật tái cấu hình lưới điện phân phối NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2014 [4] Trương Ngọc Thảo Tái cấu hình lưới điện phân phối dùng giải thuật tối ưu trọng trường GSA 2014 [5] Broadwater, R P., P A Dolloff, T L Herdman, R Karamikhova and A Sargent Minimum Loss Optimization in Distribution Systems: Discrete Ascent Optimal Programming Electric Power Systems Research, vol 36, pp 113-121, 1996 [6] S Civanlar, J.J Grainger, H Yin, S.S.H Lee Distribution feeder reconfiguration for loss reduction IEEE Transactions on power Delivery, Vol 3, No 3, pp 1217-1223, July 1998 [7] Merlin A and Back H Search for a Minimal-Loss Operating Spaning Tree Configuration in Urban Power Distribution Systems Proc Of 5th Power System Comp Con., Cambridge, U.K., Sept 1-5, 1975 [8] Shirmohammadi, D and H W Hong Reconfiguration of Electric Distribution for Resistive Line Loss Reduction IEEE Transactions on Power Delivery, 4-2, pp 1492-1498, April 1989 [9] Peng Wang, R Billiton Reliability cost/worth assessment of distribution systems incorporating time-varying weather conditions and restoration resources IEEE Transactions on Power Delivery, Volume 17, Issue 1, Jan 2002, Page 260 – 265 [10] J.Z Zhu, Optimal reconfiguration of electrical distribution network using the refined genetic algorithm, Electric Power Systems Research, Volume 62 (2002), page 37 – 42 [11] Esmat Rashedi, Hossein Nezamabadi-pour, Saeid Saryazdi GSA: A Gravitational Search Algorithm, Information Sciences 179 (2009) 2232–2248 [12] R Srinivasa Rao, S.V.L Narasimham, M Ramalingaraju Optimization of Distribution Network Configuration for Loss Reduction Using Artificial Bee Colony Algorithm, Word Academy of Science, engineering and technology, 45 2008 Tác giả chịu trách nhiệm viết: Họ tên: Lương Quang Tiến Đơn vị: Trường CĐN CNC Đồng Nai Điện thoại: 0987602349 Email: quangtienluong@gmail.com Xác nhận Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) PGS TS Trương Việt Anh S K L 0 ... ? ?Tái cấu hình lưới điện phân phối nâng cao độ tin cậy cung cấp điện? ?? Trang 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ luận văn Mục tiêu luận văn tìm cơng thức tốn học tường minh để tái cấu hình LĐPP nâng cao độ tin. .. sau tái cấu hình mùa nắng 45 Hình 3.12: Lưới điện phân phối 16 bus sau tái cấu hình mùa mưa 46 Hình 3.13: Lưới điện phân phối 33 bus 49 Hình 3.14: Lưới điện phân phối 33 bus sau tái cấu. .. mục tiêu để tìm cấu hình tối ưu cho LĐPP nâng cao độ tin cậy cung cấp điện + Từ cơng thức tốn học hàm đa mục tiêu để tìm phương pháp tái cấu hình LĐPP nâng cao độ tin cậy cung cấp điện + Sử dụng