Các bài toán vận hành LĐPP mô tả các hàm mục tiêu tái cấu hình lưới điện như sau
- Bài toán 1 Xác định cấu hình lưới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 thời đoạn để chi phí vận hành bé nhất.
- Bài toán 2 Xác định cấu hình lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo sát để tổn thất năng lượng bé nhất.
- Bài toán 3 Xác định cấu hình lưới điện tại 1 thời điểm để tổn thất công suất bé nhất.
- Bài toán 4 Tái cấu hình lưới điện cân bằng tải (giữa các đường dây, máy biến
thế nguồn ở các trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lưới điện.
- Bài toán 6 Xác định cấu hình lưới theo nhiều mục tiêu như tổn thất công suất bé nhất, mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải ít nhất, sụt áp cuối lưới
bé nhất cùng đồng thời xảy ra (đây là hàm đa mục tiêu).
Các bài toán xác định cấu hình vận hành của một LĐPP cực tiểu tổn thất năng
lượng hay cực tiểu chi phí vận hành thoả mãn các điều kiện kỹ thuật vận hành luôn
là bài toán quan trọng và kinh điển trong vận hành hệ thống điện. Bảng 2.1 trình bày
phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu hình theo đặc điểm LĐPP [15].
Bảng 2. 1 Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu hình lưới
2.1.4 Thực trạng lưới phân phối
nhau, chi phí chuyển tải lớn và phải cắt điện khi chuyển tải vì
Tên bài toán 1 2 3 4 5 6
Khoá điện được điều khiển từ xa
Chi phí chuyển tải thấp, không mất
điện khi chuyển tải
Chi phí chuyển tải cao, mất điện khi
chuyển tải
Lưới điện thường xuyên bị quá
tải
Lưới điện ít bị quá tải
Lưới điện hầu như không quá tải
- Do lịch sử phát triển, đặc điểm địa lý ở mỗi miền đất nước nên có nhiều cấp điện áp phân phối và giữa các miền các cấp điện này cũng khác nhau (6.6, 10, 15,
22, 35 kV).
- Recloser và máy cắt có tải (LBS) không được điều khiển từ xa và có số lượng không đáng kể nên chí phí đóng/cắt lớn và thời gian chuyển tải lâu.
- Các tổ đấu dây của máy biến áp tại các trạm trung gian không thống nhất, nên
phải cắt điện khi chuyển tải, điều này làm gián đoạn việc cung cấp điện và gây khó
chịu cho khách hàng sử dụng điện.
Việc chuyển tải chỉ xảy ra khi
- Chống quá tải đường dây, trạm biến áp trung gian ở những nơi phụ tải phát triển nhanh, vào giờ cao điểm hay khi có công tác sửa chữa các mạch vòng truyền
tải.
- Tái cấu hình lưới khôi phục cung cấp điện sau khi cô lập sự cố hay sửa chữa, cải tạo đường dây và trạm biến áp theo định kỳ.
Vì các khó khăn trên, mục tiêu vận hành LĐPP phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện nay có thể đề nghị như sau
- Xác định cấu hình lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo sát để tổn thất năng lượng bé nhất – bài toán 2.
- Tái cấu hình lưới điện chống quá tải, cân bằng tải (giữa các đường dây, máy biến thế nguồn ở các trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lưới điện – bài toán
4.
- Khôi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa – bài toán 5.
- Xác định cấu hình lưới theo nhiều mục tiêu như tổn thất công suất bé nhất, mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải ít nhất, sụt áp cuối lưới bé nhất cùng
đồng thời xảy ra – bài toán 6 hàm đa mục tiêu
Để giải quyết bài toán tái cấu hình lưới thống điện phân phối, trước tiên phải
xây dựng hàm mục tiêu. Ví dụ mục tiêu là cực tiểu hóa tổn thất trên toàn hệ thống.
Vấn đề tái cấu hình hệ thống cũng tương tự như việc tính toán phân bố công suất tối
ưu. Tuy nhiên, tái cấu hình yêu cầu một khối lượng tính toán lớn do có nhiều biến số
tác động đến các trạng thái khóa điện và điều kiện vận hành như LĐPP phải vận hành hở, không quá tải máy biến áp, đường dây, thiết bị đóng cắt… và sụt áp tại hộ
tiêu thụ trong phạm vi cho phép. Về mặt toán học, tái cấu hình lưới là bài toán qui hoạch phi tuyến rời rạc theo dòng công suất chạy trên các nhánh, tại [8] như sau
Cực tiểu hàm F = n n i1 j1 (2-1) Thoả mãn n i1 (2-2) Sij Sij max (2-3) DVij DVij max n ft (2-4) (2-5) f t f t 1 (2-6) Với n Cij
Số nút tải có trên lưới.
Hệ số trọng lượng của tổn thất trên nhánh ij. Lij Tổn thất của nhánh nối từ nút i đến nút j.
Sij Dòng công suất trên nhánh ij. Dj Nhu cầu công suất điện tại nút j. DVij Sụt áp trên nhánh ij.
Sft Dòng công suất trên đường dây ft .
ft Các đường dây được cung cấp điện từ máy biến áp t.
ft Có giá trị là 1 nếu đường dây ft làm việc, là 0 nếu đường dây ft không làm việc.
C ijL ij
Sij D j
17
Hàm mục tiêu (2-1) thể hiện tổng tổn thất trên toàn lưới phân phối, có thể đơn giản hoá hàm mục tiêu bằng cách xét dòng công suất nhánh chỉ có thành phần
công suất tải và điện áp các nút tải là hằng số. Biểu thức (2-2) đảm bảo cung cấp đủ
công suất theo nhu cầu của các phụ tải. Điều kiện chống quá tải tại trạm trung gian
và sụt áp tại nơi tiêu thụ được trình bày qua (2-3) và (2-4). Biểu thức (2-5) đảm bảo
rằng các trạm biến thế hoạt động trong giới hạn công suất cho phép, trong khi mạng
phân phối hình tia được đảm bảo qua.
Với mô tả trên, tái cấu hình hệ thống LĐPP là bài toán qui hoạch phi tuyến rời rạc. Hàm mục tiêu bị gián đoạn, rất khó để giải bài toán tái cấu hình bằng phương
pháp giải tích toán học truyền thống [9].
2.2 Các phương pháp tái cấu hình LĐPP