Lưới phõn phối mạch vũng do hai hay nhiều nguồn cung cấp sẽ khắc phục được
nhược điểm của cỏc dạng sơ đồ trờn. Khi xảy ra sự cố, lưới mạch vũng cú nhiều nguồn
cung cấp sẽ khụi phục cung cấp điện nhanh hơn (chỉ mất điện cỏc phụ tải nằm trong
phạm vi giữa cỏc thiết bịphõn đoạn cú sự cố), độ tin cậy cung cấp điện được nõng cao.
Sơ đồlưới điện phõn phối hai nguồn phõn đoạn bằng dao cỏch ly cú ưu điểm là
độ tin cậy cung cấp điện cao, do cú hai nguồn cung cấp nờn khi xảy ra sự cố một trong hai nguồn điện hoặc sự cố trờn một phõn đoạn thỡ cỏc phụ tải thuộc cỏc phõn đoạn cũn lại trờn lưới chỉ mất điện trong thời gian tỡm kiếm và cỏch ly sự cố.
3.2. Tổn thất điện năng trong lưới phõn phối
Lưới điện phõn phối cú cỏc đặc điểm về thiết kế và vận hành khỏc với lưới điện truyền tải. Lưới điện phõn phối phõn bố trờn diện rộng, thường vận hành khụng đối xứng và cú tổn thất lớn hơn. Vấn đề tổn thất trờn lưới phõn phối liờn quan chặt chẽđến cỏc vấn đề kỹ
thuật của lưới điện từgiai đoạn thiết kếđến vận hành. Do đú trờn cơ sở cỏc số liệu về tổn thất cú thểđỏnh giỏ sơ bộ chất lượng vận hành của lưới điện phõn phối.
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 29
Trong những năm gần đõy, lưới điện phõn phối của nước ta phỏt triển mạnh,
cỏc Cụng ty Điện lực cũng được phõn cấp mạnh về quản lý. Chất lượng vận hành của
lưới phõn phối được nõng cao rừ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm mạnh. Tổn thất trờn
lưới điện phõn phối bao gồm tổn thất phi kỹ thuật (tổn thất thương mại) và tổn thất kỹ
thuật. Tổn thất phi kỹ thuật (tổn thất thương mại) bao gồm 4 dạng tổn thất như sau:
• Trộm điện (cõu, múc trộm).
• Khụng thanh toỏn hoặc chậm thanh toỏn húa đơn tiền điện.
• Sai sút tớnh toỏn tổn thất kỹ thuật.
• Sai sút thống kờ phõn loại và tớnh húa đơn khỏch hàng.
Tổn thất phi kỹ thuật phụ thuộc vào cơ chế quản lý, quy trỡnh quản lý hành chớnh, hệ thống cụng tơ đo đếm và ý thức của người sử dụng. Tổn thất phi kỹ thuật
cũng một phần chịu ảnh hưởng của năng lực và cụng cụ quản lý của bản thõn cỏc Điện lực, trong đú cú phương tiện mỏy múc, mỏy tớnh, phần mềm quản lý.
Tổn thất kỹ thuật trờn lưới điện phõn phối chủ yếu trờn dõy dẫn và cỏc mỏy biến ỏp phõn phối. Tổn thất kỹ thuật bao gồm tổn thất cụng suất tỏc dụng và tổn thất cụng
suất phản khỏng. Tổn thất cụng suất phản khỏng do từ thụng rũ và gõy từ trong cỏc
mỏy biến ỏp và cảm khỏng trờn đường dõy. Tổn thất cụng suất phản khỏng chỉ làm
lệch gúc và ớt ảnh hưởng đến tổn thất điện năng. Tổn thất cụng suất tỏc dụng cú ảnh
hưởng đỏng kểđến tổn thất điện năng. Thành phần tổn thất điện năng do tổn thất cụng
suất tỏc dụng được tớnh toỏn như sau:
∆𝐴𝐴=∫ ∆𝑃𝑃(𝑓𝑓).𝑑𝑑𝑓𝑓 (3.1)
Trong đú, ∆P(t) là tổn thất cụng suất tỏc dụng trờn đường dõy và mỏy biến ỏp tại thời điểm t.
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 30
3.3. Mụ hỡnh toỏn học bài toỏn tỏi cấu trỳc lưới điện phõn phối
Trong mạng phõn phối điện, cụng suất tải trờn mạng phõn phối điện ngày càng
tăng nhưng sự gia tăng cụng suất tải phải nằm trong giới hạn cho phộp, trong khi đú
cấu trỳc của mạng lại khụng thay đổi. Từđú sẽ làm cho tổn thất của mạng phõn phối
điện tăng lờn nếu cấu trỳc mạng vẫn giữ nguyờn. Muốn giảm tổn thất người ta sẽ dựng
cỏc phương phỏp như: đặt tụ bự tại cỏc vị trớ thớch hợp, cải tạo lại lưới điện…nhưng
nếu làm như thế sẽ đũi hỏi đầu tư rất nhiều mà hiệu quả giảm tổn thất điện năng lại
khụng đỏng kể.
Một trong những biện phỏp hiệu quả mà ta cú thể dựng là phương phỏp tỏi cấu
trỳc để làm giảm tổn thất trờn đường dõy. Cú rất nhiều phương phỏp để tỏi cấu trỳc
lưới phõn phối đó nờu ở chương 2 để tổn thất là nhỏ nhất như: phương phỏp cổ điển
cho kết quả chớnh xỏc tuy nhiờn lại khụng dựng được trong mạng phõn phối thực tế do
khụng gian nghiệm lớn sẽ mất nhiều thời gian cho việc tỡm kiếm cấu trỳc tối ưu. Ngoài
cỏc phương phỏp tớnh toỏn theo cỏch cổ điển, thỡ cỏc phương phỏp giải quyết thụng
qua việc sử dụng cỏc qui luật kinh nghiệm, kết hợp với cỏc phương phỏp cổ điển để
giải bài toỏn tỏi cấu trỳc lưới điện phõn phối như: Giải thuật Meta – Hueristic, giải
thuật SA,…cỏc giải thuật này để giảm bớt được việc tớnh toỏn trong cỏc phương phỏp
cổ điển, tuy nhiờn giỏ trị đạt được của hàm mục tiờu chưa được tốt. Ngày nay, một số
phương phỏp tiờn tiến ỏp dụng cỏc giải thuật trong trớ tuệ nhõn tạo như giải thuật Gen
di truyền (GA), giải thuật Kiến (ACS)…được sử dụng nhằm giải quyết bài toỏn này.
Kết quả của cỏc hướng nghiờn cứu này cho tập nghiệm, giỏ trị hàm mục tiờu tốt hơn,
và tốc độ xửlý nhanh hơn.
Để xõy dựng bài toỏn tỏi cấu trỳc lưới điện phõn phối, trước tiờn phải xõy
dựng hàm mục tiờu. Khi thay đổi tỏi cấu trỳc lưới điện cú rất nhiều cỏc hàm mục
tiờu khỏc nhau, như mục tiờu cực tiểu húa tổn thất cụng suất trờn toàn hệ thống, mục tiờu đảm bảo chất lượng điện ỏp…
Vấn đề tỏi cấu trỳc hệ thống cũng tương tự nhiều bài toỏn tối ưu khỏc, như
bài toỏn tớnh toỏn phõn bố tối ưu cụng suất, tớnh toỏn tỡm vị trớ, dung lượng bự tối
ưu… Tuy nhiờn yờu cầu một khối lượng tớnh toỏn của bài toỏn tỏi cấu trỳc là lớn
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 31
như: Lưới điện phõn phối phải vận hành hở, khụng quỏ tải mỏy biến ỏp, đường dõy, thiết bị đúng cắt…và sụt ỏp tại cỏc hộ tiờu thụ nằm trong giới hạn cho phộp.
Mạng phõn phối đặc trưng là mạng vũng nhưng vận hành hở cú nghĩa là
mạng vận hành phải là mạng hỡnh tia. Vấn đề tiếp theo là phải đúng mở cỏc khúa
trong mỗi vũng sao cho tổn thất cụng suất trờn mạng phõn phối đặc trưng là nhỏ
nhất. Để làm được điều này ta cần phải cú hàm mục tiờu để cú thể tỡm kiếm cấu trỳc cho tổn thất cụng suất là nhỏ nhất. Về mặt toỏn học, tỏi cấu trỳc lưới điện là bài toỏn quy hoạch phi tuyến rời rạc theo dũng cụng suất chạy trờn cỏc nhỏnh.
Hàm cực tiểu: 𝑃𝑃𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑙𝑙 =∑ ∑ 𝑅𝑅𝑖𝑖−1,𝑖𝑖��𝑃𝑃𝑖𝑖2+𝑄𝑄𝑖𝑖2�/𝑉𝑉𝑖𝑖2�=> đạt giỏ trị min (3.2) Thỏa món cỏc điều kiện ràng buộc: ∑ 𝑆𝑆𝑛𝑛𝑖𝑖=1 𝑖𝑖𝑖𝑖 =𝑆𝑆𝑖𝑖 (3.3) 𝑆𝑆𝑖𝑖𝑖𝑖 ≤ 𝑆𝑆𝑖𝑖𝑖𝑖𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 (3.4) ∆𝑉𝑉𝑖𝑖𝑖𝑖 ≤ ∆𝑉𝑉𝑖𝑖𝑖𝑖𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 (3.5) ∑ 𝑆𝑆𝑛𝑛 𝑓𝑓𝑡𝑡 ∀𝑓𝑓𝑡𝑡 ≤ 𝑆𝑆𝑓𝑓𝑡𝑡 (3.6) ∏ 𝜆𝜆∀𝑓𝑓𝑡𝑡 𝑓𝑓𝑡𝑡 = 1 (3.7) Trong đú: 𝑛𝑛 : Số nỳt tải cú trờn lưới 𝑆𝑆𝑖𝑖𝑖𝑖 : Dũng cụng suất trờn nhỏnh ij 𝑆𝑆𝑖𝑖 : Nhu cầu cụng suất điện tại nỳt j ∆𝑉𝑉𝑖𝑖𝑖𝑖 : Sụt ỏp trờn nhỏnh ij 𝑆𝑆𝑓𝑓𝑡𝑡 : Dũng cụng suất trờn đường dõy 𝑓𝑓𝑡𝑡
𝑓𝑓𝑡𝑡 : Cỏc đường dõy được cung cấp điện từ mỏy biến ỏp t
𝜆𝜆𝑓𝑓𝑡𝑡 : Cú giỏ trị là 1 nếu đường dõy 𝑓𝑓𝑡𝑡 làm việc, là 0 nếu đường dõy 𝑓𝑓𝑡𝑡 khụng
làm việc.
Hàm mục tiờu thể hiện tổng tổn thất cụng suất trờn toàn lưới phõn phối, cú
thể đơn giảm húa hàm mục tiờu bằng cỏch xột dũng cụng suất nhỏnh chỉ cú thành phần cụng suất tải và điện ỏp cỏc nỳt tải là hằng số. Biểu thức (3.3) đảm bảo cung
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 32 cấp đủ cụng suất theo nhu cầu của cỏc phụ tải. Biểu thức (3.4) và (3.5) là điều
kiện chống quỏ tải trạm trung gian và sụt ỏp tại nơi tiờu thụ. Biểu thức (3.6) đảm
bảo rằng cỏc trạm biến thế hoạt động trong giới hạn cụng suất cho phộp. Biểu
thức (3.7) đảm bảo mạng điện được vận hành với cấu hỡnh tia. Với mụ tả trờn, tỏi
cấu trỳc hệ thống lưới điện phõn phối là bài toỏn quy hoạch phi tuyến rời rạc.
Hàm mục tiờu bị giỏn đoạn, rất khú để giải bài toỏn tỏi cấu trỳc bằng phương phỏp
giải tớch toỏn học truyền thống và điều này cũn gặp khú khăn hơn khi lưới điện
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 33
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
THÀNH PHỐ HÀ NỘI ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG
4.1. Giới thiệu chung vềlưới điện phõn phối thành phố Hà Nội
Lưới điện Hà Nội hiện được cung cấp chủ yếu từ cỏc nhà mỏy Thủy điện Hũa
Bỡnh, Nhiệt điện Phả Lại 1,2, Thủy điện Tuyờn Quang và hệ thống điện 500kV Bắc
Nam thụng qua trạm 500kV Thường Tớn. Hệ thống lưới điện 220kV của TP được cấp
từ 5 trạm 220kV với tổng cụng suất 2.375MVA và được hỗ trợ cấp điện từ cỏc trạm
220kV Phố Nối cụng suất 375MVA, Vĩnh Phỳc cụng suất 125MVA và Phủ Lý cụng
suất 125MVA.
Hệ thống lưới điện phõn phối của Thành phố Hà Nội (hệ thống lưới điện trung
ỏp) với 54 trạm biến ỏp trung gian với tổng dung lượng 377,83MVA và 10.387 trạm
biến ỏp phõn phối với tổng dung lượng 5.166MVA. Trong thời gian qua, tiến trỡnh
hiện đại húa lưới điện trung ỏp diễn ra tớch cực với tiến độđầu tư cải tạo nõng cấp lưới
lờn 22kV. Tỉ lệ hạ ngầm lưới điện trung ỏp ngày càng tăng (khu vực trung tõm đạt
98%) gúp phần cải thiện đỏng kể mỹ quan đụ thị, đặc biệt là khu vực nội thành và cỏc
khu đụ thị mới. Tuy nhiờn, hệ thống này cũn nhiều cấp điện ỏp 6, 10, 22, 35kV đan
xen nhất là khu vực Hà Tõy cũ, gõy khú khăn lớn trong quản lý vận hành và hạn chế
rất nhiều khảnăng linh hoạt hỗ trợ cung cấp điện mỗi khi lưới bị sự cố.
Với quỏ trỡnh đầu tư xõy dựng của Tổng Cụng ty Điện lực Thành phố Hà Nội
thỡ cho đến nay vềcơ bản lưới điện trung thế cấp cho cỏc Quận nội thành đó được quy chuẩn về cấp điện ỏp 22kV. Việc xõy dựng cỏc đường cỏp ngầm khụng chỉ mang lại mỹ quan đụ thị mà cũn gúp phần giảm tổn thất điện năng, tăng độ tin cậy của lưới
trung ỏp.Lưới điện trung ỏp toàn thành phố được xõy dựng thành cỏc mạch vũng liờn thụng nờn việc vận hành cho đến nay là khỏ linh hoạt. Việc ỏp dụng cỏc thiết bị mới, hiện đại trờn lưới như cỏc Recloser, Recloser cú option điều khiển bằng súng radio, cỏc cầu dao phụ tải, cầu dao, cỏc tủ RMU, tủ mỏy cắt hợp bộ tại cỏc trạm biến ỏp…
làm tăng tớnh hiện đại và khả năng ứng dụng cụng nghệ tự động trong vận hành lưới
điện trung ỏp của thành phố.
Thủ đụ Hà Nội là một trong những trung tõm phụ tải lớn nờn lượng điện năng
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 34
hành mà gõy nờn những tổn thất khụng đỏng cú trờn đường dõy. Khụng những vậy cũn
gõy quỏ tải cục bộ do một số nỳt phụ tải dẫn đến giảm tuổi thọ của thiết bị trờn lưới.
Trước thực tế vận hành như vậy tỏc giả thấy rằng ỏp dụng tỏi cấu trỳc lưới điện trung
ỏp Thành phố Hà Nội là hoàn toàn khả thi, khụng những vậy nú cũn mang lại hiệu quả
to lớn nhằm giảm tổn thất điện năng kỹ thuật, tăng doanh thu cho Cụng ty và cũng gúp
phần giảm phụ tải đỉnh trờn biểu đồ phụ tải điện Quốc Gia.
4.2. PSS/ADEPT và khảnăng ứng dụng tỏi cấu trỳc lưới điện phõn phối 4.2.1. Giới thiệu chương trỡnh PSS/ADEPT 4.2.1. Giới thiệu chương trỡnh PSS/ADEPT
Trong cỏc phần mềm tớnh toỏn và phõn tớch lưới điện hiện nay, cú nhiều phần
mềm tớnh toỏn như: Phõn bố cụng suất, ngắn mạch, đặt tụ bự tối ưu, phối hợp bảo vệ… Cỏc phần mềm này cú thuật toỏn phức tạp và thường phải qua tập huấn mới sử dụng
được. Phần mềm PSS/ADEPT (Power System Simulator/Advanced Distribution
Engineering Productivity Tool) của Shaw Power Technologics, Inc được sử dụng rất
phổ biến. Hiện nay cỏc cụng ty Điện lực đó triển khai ỏp dụng phần mềm PSS/ADEPT
đểtớnh toỏn cho lưới điện từđú cú thểđảm nhận việc khai thỏc và quản lý trực tiếp cỏc hệ thống lưới điện phõn phối và cú thể làm tốt cụng tỏc quản lý lưới điện.
Phần mềm này được phỏt triển cho cỏc kỹsư và nhõn viờn kỹ thuật trong ngành
điện dựng để thiết kếvà phõn tớch lưới điện phõn phối. PSS/ADEPT cho phộp ta thiết kế, chỉnh sửa và phõn tớch sơ đồ lưới. Phần mềm PSS/ADEPT là phần mềm phõn tớch
và tớnh toỏn lưới điện rất mạnh, phạm vi ứng dụng cho lưới điện cao thế cho đến hạ thế
với quy mụ sốlượng nỳt khụng hạn chế và hoàn toàn cú thể ỏp dụng rộng rói trong cỏc
cụng ty Điện lực.
PSS/ADEPT gồm cú cỏc chức năng sau:
- Phõn bố cụng suất.
- Tớnh toỏn ngắn mạch tại 1 hay nhiều điểm.
- Phõn tớch khởi động động cơ.
- Tớnh toỏn xỏc định vị trớ bự tối ưu.
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 35 - Phối hợp cỏc thiết bị bảo vệ.
- Tớnh toỏn xỏc định điểm dừng tối ưu.
- Phõn tớch đỏnh giỏ độ tin cậy.
Bằng phần mềm PSS/ADEPT chỳng ta cú thể tiến hành:
- Vẽsơ đồ và cập nhật lưới điện trong giao diện đồ họa.
- Phõn tớch mạch điện sử dụng nhiều loại nguồn và khụng hạn chế số nỳt. - Hiển thị kết quảtớnh toỏn ngay trờn sơ đồlưới điện.
- Xuất kết quảdưới dạng report sau khi phõn tớch và tớnh toỏn.
- Nhập thụng số và cập nhật dễ dàng thụng qua data sheet của mỗi thiết bị trờn lưới.
PSS/ADEPT giỳp tớnh toỏn và phõn tớch lưới điện:
- Load Flow Analysis: Chức năng phõn bố cụng suất đỏnh giỏ tỡnh trạng mang
tải của tuyến đường dõy. Tớnh toỏn hiển thị cỏc thụng số vềdũng điện (I), điện ỏp (U),
trào lưu cụng suất (P, Q) của từng tuyến đường dõy.
- CAPO – Optimal Capacitor Placement: tỡm những điểm tối ưu để đặt tụ bự
sao cho tổn thất cụng suất trờn lưới là nhỏ nhất.
- TOPO – Tie Open Point Optimization: phõn tớch điểm dừng tối ưu, tỡm ra
những điểm cú tổn hao cụng suất nhỏ nhất trờn lưới mạch vũng.
- All Fault – module cú sẵn: tớnh toỏn ngắn mạch tại tất cả cỏc nỳt trờn lưới,
bao gồm cỏc loại ngắn mạch như ngắn mạch 1 pha, 2 pha và 3 pha.
- Hamornics: bài toỏn phõn tớch súng hài, phõn tớch cỏc thụng số và ảnh hưởng
của cỏc thành phần súng hài trờn lưới.
- DRA – Distribution Reliability Analysis: tớnh toỏn cỏc thụng số tin cậy trờn
lưới điện như:
+ SAIFI (System Average Interruption Frequency Index): Chỉ tiờu tần suất mất
điện trung bỡnh của hệ thống.
+ SAIDI (System Average Interruption Duration Index): Chỉ tiờu thời gian mất
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 36
+ CAIFI (Customer Average Interruption Frequency Index): Chỉ tiờu tần suất
mất điện trung bỡnh khỏch hàng.
+ CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index): Chỉ tiờu thời gian
mất điện trung bỡnh khỏch hàng.
+ ASAI (Average Service Availability Index): Chỉ tiờu khảnăng sẵn sàng cung
cấp.
+ ASUI (Average Service Unavailability Index): Chỉ tiờu khả năng khụng sẵn
sàng cung cấp.
+ ENS : Chỉ tiờu thiếu hụt điện năng.
+ AENS: Chỉ tiờu thiếu hụt điện năng trung bỡnh.
Cửa sổứng dụng của PSS/ADEPT bao gồm cỏc thành phần chớnh sau:
Cỏc cửa sổ View: bao gồm cỏc thụng tin cho cỏc ứng dụng, đồ họa và ba cửa sổ chớnh để thiết kế và phõn tớch một sơ đồ mạch điện. Cửa sổứng dụng View bao gồm 4 cửa sổ chớnh: