Trong mạng lƣới phân phối điện, công suất tải trên mạng phân phối điện ngày càng tăng nhƣng sự gia tăng công suất tải phải nằm trong giới hạn cho phép, trong khi đó cấu trúc của mạng lại không thay đổi. Từ đó sẽ làm cho tổn thất của mạng phân phối điện tăng lên nếu cấu trúc mạng vẫn giữ nguyên. Muốn giảm tổn thất ngƣời ta sẽ dùng các phƣơng pháp nhƣ: đặt tụ bù tại các vị trí thích hợp, cải tạo lại lƣới điện…. nhƣng nếu làm nhƣ thế sẽ đòi hỏi đầu tƣ rất nhiều mà hiệu quả giảm tổn thất điện năng lại không đáng kể.
Một trong những biện pháp hiệu quả mà ta có thể dùng là phƣơng pháp tái cấu trúc để làm giảm tổn thất trên đƣờng dây. Có rất nhiều phƣơng pháp để tái cấu trúc lƣới phân phối đã nêu ở chƣơng 2 để tổn thất là nhỏ nhất nhƣ: Phƣơng pháp cổ điển cho kết quả chính xác tuy nhiên lại không dùng đƣợc trong mạng phân phối
thực tế do không gian nghiệm lớn sẽ mất nhiều thời gian cho việc tìm kiếm cấu trúc tối ƣu. Ngoài các phƣơng pháp tính toán theo cách cổ điển, thì các phƣơng pháp giải quyết thông qua việc sử dụng các quy luật kinh nghiệm, kết hợp các phƣơng pháp cổ điển để giải bài toán tái cấu trúc lƣới điện phân phối nhƣ: Giải thuật Meta - Hueristic, giải thuật SA,… các giải thuật này để giảm bớt đƣợc việc tính toán trong các phƣơng pháp cổ điển, tuy nhiên giá trị đạt đƣợc các hàm mục tiêu chƣa đƣợc tốt. Ngày nay, một số phƣơng pháp tiên tiến áp dụng các giải thuật trong trí tuệ nhân tạo nhƣ giả thuật Gen di truyền (GA), giải thuật kiến (ACS)… đƣợc sử dụng nhằm giải quyết các bài toán này. Kết quả của các hƣớng nghiên cứu cho tập nghiệm, giá trị hàm mục tiêu tốt hơn, và tốc độ sử lý nhanh hơn.
Để xây dựng bài toán tái cấu trúc lƣới điện phân phối, trƣớc tiên phải xây dựng hàm mục tiêu. Khi thay đổi tái cấu trúc lƣới điện có rất nhiều các hàm mục tiêu khác nhau, nhƣ tối ƣu hóa tổn thất công suất trên toàn hệ thống, mục tiêu đảm bảo chất lƣợng điện áp…
Vấn đề tái cấu trúc hệ thống cũng tƣơng tự nhiều bài toán tối ƣu khác nhau, nhƣ bài toán tính toán phân bố tối ƣu công suất, tính toán tìm vị trí, dung lƣợng bù tối ƣu… Tuy nhiên yêu cầu một khối lƣợng tính toán của bài toán tái cấu trúc là lớn do có nhiều biến số tác động đến các trạng thái khóa điện và điều kiện vận hành nhƣ: Lƣới điện phân phối phải vận hành hở, không quá tải máy biến áp, đƣờng dây, thiết bị đóng cắt…và sụt áp tại các hộ tiêu thụ nằm trong giới hạn cho phép.
Mạng phân phối đặc trƣng là mạng vòng nhƣng vận hành hở có nghĩa là mạng vận hành phải là mạng hình tia. Vấn đề tiếp theo là phải đóng mở các khóa trong mỗi vòng sao cho tổn thất công suất trên mạng phân phối đặc trƣng là nhỏ nhất. Để làm đƣợc điều này ta cần phải có hàm mục tiêu để có thể tìm kiếm cấu trúc cho tổn thất công suất là nhỏ nhất. Về mặt toán học, tái cấu trúc lƣới điện là bài toán quy hoạch phi tuyến rời rạc theo dòng công suất chạy trên các nhánh.
Hàm mục tiêu:
Plosse = ∑ ∑ Rj - 1,j [( Pj2 + Q2j ) / Vj2 ] => min (3.2) Thỏa mãn các điều kiện giằng buộc:
∑n i = 1 Si j = Sj (3.3) Si j ≤ Si j max (3.4) ΔVi j ≤ ΔV i j max (3.5) nftSft Sft (3.6) ft ft 1 (3.7) Trong đó:
n: Số núi tải có trên lƣới
Si j : Dòng công suất trên nhánh ij
Sj: Nhu cầu công suất điện tại nút j
ΔVij: Sút áp trên nhánh ij
Sƒt : Dòng công suất trên đƣờng dây ƒt
ƒt : Các đƣờng dây cung cấp điện từ máy biến áp t
λƒt : Có giá trị là 1 nếu đƣờng dây ƒt làmviệc, là 0 nếu đƣờng dây ƒt
không làm việc.
Hàm mục tiêu thể hiện tổng tổn thất công suất trên toàn lƣới phân phối, có thể đơn giản hóa hàm mục tiêu bằng cách xét dòng công suất nhánh chỉ có thành phần công suất tải và điện áp các núi tải là hằng số. Biểu thức (3.3) đảm bảo cung cấp đủ công suất theo nhu cầu của các phụ tải. Biểu thức (3.4) và (3.5) là điều kiện chống quá tải trạm trung gian và sụt áp tại nơi tiêu thụ. Biểu thức (3.6) đảm bảo rằng các trạm biến thế hoạt động trong giới hạn công suất cho phép. Biểu thức (3.7) đảm bảo mạng điện đƣợc vận hành với cấu hình tia. Với mô tả trên, tái cấu trúc hệ thống lƣới điện phân phối là bài toán quy hoạch phi tuyến rời rạc. Hàm mục tiêu bị gián đoạn, rất khó để giải bài toán tái cấu trúc bằng phƣơng pháp giải tích toán học truyền thống và điều này còn gặp khó khăn hơn khi lƣới điện không cân bằng.
CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG TÁI CẤU TRÚC LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN PHÚ BÌNH ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG 4.1. Giới thiệu chung về lƣới điện phân phối huyện Phú Bình.
Huyện Phú Bình là một huyện thuộc vùng trung du miền núi nằm ở phía nam tỉnh Thái nguyên, huyện gồm 18 xã và 01 thị trấn. Hiện tại toàn huyện Phú Bình đƣợc cấp điện bởi lƣới điện 10KV và 35KV đến các xã. Lƣới điện 35KV gồm có hai đƣờng dây 35KV 373 và 375 cấp từ trạm 110KV Gò Đầm, hai đƣờng dây này cấp điện cho các xã Thƣợng Đình, Đồng liên, Hà Châu, Tân Đức và trạm trung gian Phú Bình. Ngoài ra lƣới điện 35KV còn có lộ 371 từ Trại Cau cấp sang cho một số xóm thuộc xã Tân Thành.
Trạm trung gian Phú Bình công suất 2x4000KVA-35/10KV cấp điện cho các xã, thị trấn còn lại bằng 3 đƣờng dây 10KV 971.972 và 974 với tổng chiều dài là 63.5km, tổng số trạm phân phối 10/0,4KV là 63 trạm với công suất lắp đặt là 11.080KVA, trong đó:
- Đƣờng dây 971 có tổng chiều dài là 26,2km cấp điện cho 35 trạm biến áp phân phối với tổng công suất đặt là 6290KVA.
- Đƣờng dây 972 có tổng chiều dài là 23,3km cấp điện cho 17 trạm biến áp phân phối với tổng công suất đặt là 2840KVA .
- Đƣờng dây 974 có tổng chiều dài là 14,1km cấp điện cho 11 trạm biến áp phân phối với tổng công suất đặt là 1950KVA. Imin=20A.
Hiện tại đƣờng dây 10KV và 35 KV trên địa bàn Huyện đi đan sen nhau, có
nhiều đoạn đi song song nhau, nhiều vị trí giao chéo giữa hai đƣờng dây 10 và 35KV. Các đƣờng dây 10 KV chủ yếu xây dựng từ năm 1990 đến 1995, cột chữ H loại 8,5 và 9,5m đến nay đã quá cũ. Không đảm bảo an toàn cho vận hành và cung cấp điện.
4.2. PSS/ADEPT và khả năng ứng dụng tái cấu trúc lƣới điện phân phối 4.2.1. Giới thiệu chƣơng trình PSS/ADEPT 4.2.1. Giới thiệu chƣơng trình PSS/ADEPT
Enginering Productivity tool là công cụ mô phỏng lƣới điện phân phối đƣợc thiết kế cho các kỹ sƣ, cán bộ kỹ thuật những ngƣời làm công tác thiết kế, vận hành lƣới điện phân phối Phần mềm PSS/ADEPT 5.0 là công cụ hiệu quả giúp cho các đơn vị Điện lực phân tích và tính toán lƣới điện trên địa bàn quản lý. Qúa trình áp dụng phần mềm cho thấy, phần mềm sử dụng rất tốt cho các qui trình phân tích lƣới điện phân phối.Chƣơng đầu của giáo trình tập trung giới thiệu hai chủ đề chính đó là lƣới điện phân phối và mô hình thể hiện các phần tử của lƣới điện phân phối trong phần mềm. Phần kiến thức về lƣới phân phối đã trở nên rất quen thuộc với các Điện lực khu vực thuộc Công ty Điện lực, do vậy đƣợc trình bày ngắn gọn. Phần mô hình hoá các phần tử lƣới điện đƣợc trình bày chi tiết. Khối kiến thức này rất quan trọng, giúp chúng ta bƣớc đầu tìm hiểu về quá trình mô hình hoá lƣới điện trên máy tính. Đảm bảo tính chính xác về mặt toán học trong quá trình mô phỏng không chỉ trên máy tính mà còn thể hiện đầy đủ các tính chất về điện học của mô hình phần tử lƣới điện đƣợc mô phỏng. Mô hình hóa và mô phỏng bằng máy tính đang là một kỹ thuật đƣợc áp dụng cho tất cả các ngành khoa học kỹ thuật và kinh tế. Nếu trƣớc kia việc thiết lập một mô hình, triển khai các dự toán, tính toán thống kê và trình bày số liệu, đòi hỏi có kiến thức về toán ứng dụng nhiều, giải các phƣơng trình vi phân, tính các tích phân, các phƣơng pháp thống kê thì hiện nay với sự giúp đỡ của máy tính và nhất là các ngôn ngữ lập trình bậc cao (nhƣ Matlab, Mapple…), các kiến thức toán này đã tích hợp hoàn toàn trong các hàm và lệnh của các ngôn ngữ, tạo điều kiện cho ngƣời dùng tiếp cận trực tiếp và tập trung vào vấn đề mình nghiên cứu mà không phải dành quá nhiều thời gian cho kỹ thuật lập trình hay công cụ toán lý thuyết. Hiện nay có hai phƣơng pháp mô phỏng để mô hình hóa các phần tử trong kỹ thuật mô hình hóa bằng máy tính. Đó là mô phỏng qua mô hình tính toán và qua mô hình đồ họa trực quan. Về phƣơng pháp mô phỏng qua mô hình tính toán chỉ cho phép ngƣời dùng thiết kế thành những sơ đồ đơn tuyến, thƣờng dùng trong các phần mềm kỹ thuật, đòi hỏi ngƣời sử dụng có những hiểu biết cơ bản về lĩnh vực họ đang nghiên cứu. Đối với mô phỏng qua mô hình đồ họa trực quan thì ngƣợc lại, phần lớn các phần mềm đi theo hƣớng này tập trung vào tính phổ biến, (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
dễ sử dụng cho ngƣời dùng. Tuy nhiên, cả hai phƣơng pháp đều có đặc điểm chung là ngƣời dùng chỉ cần tập trung sâu vào các nội dung kỹ thuật và thuật toán giải bài toán. Điều này làm cho nhiều ngƣời không có chuyên môn sâu về công nghệ thông tin có thể giải quyết những vấn đề của chuyên môn mình bằng máy tính. Phần mềm PSS/ADEPT sử dụng phƣơng pháp mô phỏng qua mô hình tính toán. Các phần tử trên lƣới điện đƣợc mô hình chỉ những ngƣời làm việc trong ngành mới sử dụng đƣợc. Ngƣời sử dụng chỉ cần hiểu sâu về vấn đề kỹ thuật và các thuật toán về tính toán phân bố công suất, ngắn mạch, bù công suất v.v..Và đó là thế mạnh của các phƣơng pháp mô phỏng thông qua các mô hình bằng máy tính.
4.2.1.1. Chức năng của PSS/Adept.
PSS/ADEPT (The Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) là công cụ phân tích lƣới điện phân phối.
PSS/ADEPT giúp phân tích và tính toán lƣới điện. Tính toán và hiển thị các thông số về dòng (I), công suất (P, Q) của từng tuyến dây (đƣờng trục và nhánh rẽ), đáng giá tình trạng mang tải của tuyến dây thông qua chức năng phân bố công suất (Load Flow Analysis). Tính toán xác định vị trí bù tối ƣu (CAPO, tối ƣu hóa việc đặt tụ bù). Tính các thông số SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI đánh giá độ tin cậy của tuyến dây thông qua chức năng DRA. Tính toán dòng ngắn mạch thông qua chức năng Fault, Fault All. Chọn điểm dừng lƣới tối ƣu (TOPO): chƣơng trình cho ta biết điểm dừng lƣới ít bị tổn thất công suất nhất trên tuyến dây đó. Khởi động động cơ (Motor Starting): chƣơng trình tính toán phân tích các quá trình xảy ra, ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến tuyến dây, khi có động cơ (đồng bộ hay không đồng bộ) với công suất lớn, khi khởi động trong tuyến dây. Phân tích sóng hài (Harmonics). Phối hợp các thiết bị bảo vệ (Protection Coordination). Hỗ trợ cho công tác thiết kế, phát triển lƣới điện bằng cách sử dụng kết quả tính toán của chƣơng trình tại mọi thời điểm. Dự đoán đƣợc quá tải các phần tử trên lƣới điện.
a. Chức năng chính của PSS/Adept
o Phân bố công suất.
o Phân tích khởi động động cơ.
o Tính toán xác định vị trí bù tối ƣu (ứng động hay cố định).
o Tính toán phân tích sóng hài.
o Phối hợp các thiết bị bảo vệ.
o Tính toán xác định điểm dừng tối ƣu.
o Phân tích đánh gia độ tin cậy
b. Các chức năng ứng dụng trong việc thiết kế .
PSS/ADEPT cung cấp đầy đủ các công cụ ( Tools) cho chúng ta trong việc thiết kế và phân tích một luới điện cụ thể. Với PSS/ADEPT, chúng ta có thể:
a) Vẽ sơ đồ và cập nhật lƣới điện trong giao diện đồ họa.
b) Việc phân tích mạch điện sử dụng nhiều loại nguồn.
c) Hiển thị kết quả tính toán ngay trên sơ đồ lƣới điện
d) Xuất kết quả dƣới dạng report sau khi phân tích và tính toán
e) Nhập thông số và cập nhật dễ dàng thông qua data sheet của
mỗi thiết bị trên sơ đồ
c. Các bước thực hiện .
Thiết lập thông số mạng lƣới
Program, network settings
Tạo sơ đồ
Creating diagrams
BÁO CÁO
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bƣớc 1:Thiết lập thông số mạng lưới
Trong bƣớc này, ta thực hiện các khai báo các thông số lƣới điện cần tính toán để mô phỏng trong PSS/ADEPT gồm các nội dung:
o Xác định thƣ viện dây dẫn.
o Xác định thông số thuộc tính của lƣới điện.
o Xác định hằng số kinh tế của lƣới điện.
*. Xác định thƣ viện dây dẫn nhƣ (hình: 4.1)
Hình 4.1. Xác định thư viện dây dẫn
*. Xác định thông số thuộc tính của lƣới điện bƣớc này, nhằm khai báo cho phần mềm PSS/ADEPT thiết lập ngay từ đầu các thuộc tính của lƣới điện nhƣ: Điện áp qui ƣớc là điện áp pha hay điện áp dây và trị số, tần số, công suất biểu kiến cơ bản… Sau đây ta mở tập tin lƣới điện trung thế 1 Điện lực theo (Hình: 4.2)
Hình 4.2. Thiết đặt thông số thuộc tính của lưới điện.
*. Xác định hằng số kinh tế của lƣới điện (Hình: 4.3)
Hình 4.3. Thiết lập hằng số kinh tế của lưới điện Bước 2: Tạo sơ đồ.
Vẽ sơ đồ lƣới điện cần tính toán vào chƣơng trình PSS/ADEPT. Cập nhật số liệu đầu vào cho sơ đồ lƣới điện: Từ số liệu quản lý kỹ thuật của Điện lực chúng ta lần lƣợt nhập vào các giá trị thuộc tính của các phần tử nhƣ (Hình 4.4).
a) Nguồn .
c) Dây dẫn – Line.
d) Nút – Node .
e) Tụ bù-Capacitor.
f)Thiết bị đóng cắt_Swichs.
Hình 4.4. Cài đặt thông số tính toán. Bước 3 : Chạy các chức năng tính toán.
Có 8 phân hệ tính toán trong phần mềm PSS/ADEPT 5.0. Trƣớc khi thực hiện giải các bài toán ta cần thiết lập các tuỳ chọn bằng cách mở hộp thoại option nhƣ (Hình 4.5).
Hình 4.5. Thiết lập các tuỳ chọn tính toán. Bước 4: Báo cáo (Report).
Sau khi chạy xong một trong các chức năng tính toán trên, bạn có thể xem kết quả tính toán phân tích của phần mềm tại 3 vị trí nhƣ sau:
o Xem hiển thị kết quả phân tích ngay trên sơ đồ
o Xem kết quả tính toán trên cửa số progress view
o Xem kết quả tính toán chi tiết từ phần report .
*. Hiển thị kết quả phân tích ngay trên sơ đồ.
Trong phần mềm PSS/ADEPT ta có thể xem ngay các kết quả tính toán tại vị trí các nút, tải, (Hình: 4.11).
Hình 4.6. Hiển thị kết quả phân tích ngay trên sơ đồ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
*. Xem kết quả tính toán trên cửa số progress view.
Hình 4.7. Kết quả tính trên cửa sổ progress view
*. Kết quả tính toán chi tiết từ phần report của phần mềm PSS/ADEPT hiển trên (Hình 4.8)
Hình 4.8. Kết quả tính toán chi tiết từ phần report.
4.3. Tái cấu trúc lƣới điện phân phối
Nhƣ đã phân tích trong các chƣơng trƣớc, bài toán tái cấu trúc lƣới điện sẽ có các không gian nghiệm khác nhau khi giải quyết dựa trên các hàm mục tiêu khác
nhau. Lợi ích của mỗi lời giải sẽ đạt đƣợc khi thỏa mãn hàm mục tiêu đặt ra. Đối với bản luận văn này thì bài toán tái cấu trúc đƣợc tiến hành với mục tiêu giảm tổn thất điện năng trên lƣới qua đó cải thiện thông số vận hành và tăng lợi nhuận kinh