(Luận văn thạc sĩ) xác định vị trí và dung lượng máy phát điện phân tán dùng pin quang điện để tổn thất công suất là nhỏ nhất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN CƠNG TRỨ

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG MÁY PHÁT ĐIỆN
PHÂN TÁN DÙNG PIN QUANG ĐIỆN ĐỂ TỔN THẤT
CÔNG SUẤT LÀ NHỎ NHẤT

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 6052020

S K C0 0 6 1 3 8

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03/2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN CƠNG TRỨ

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƢỢNG MÁY PHÁT ĐIỆN
PHÂN TÁN DÙNG PIN QUANG ĐIỆN ĐỂ TỔN THẤT CÔNG
SUẤT LÀ NHỎ NHẤT

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 6052020
Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS TRƢƠNG VIỆT ANH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3/2019





LÝ LỊCH KHOA HỌC
(Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học)
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Nguyễn Cơng Trứ
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 4-3-1981
Nơi sinh: Bến Tre
Quê quán: Xã Mỹ Thanh An,Thành Phố Bến Tre
Dân tộc: Kinh
Chức vụ, đơn vị công tác trƣớc khi học tập, nghiên cứu: Chuyên viên quản lý
hợp đồng mua sắm vật tƣ thiết bị- Kế hoạch và Vật tƣ – Công ty Điện lực Bến Tre.
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số 47B ấp Mỹ An B , xã Mỹ Thạnh An ,
Thành Phố Bến Tre, tỉnh Bến Tre.
Điện thoại cơ quan: 02758511923
Điện thoại nhà riêng:
0834.803.868
Fax: 02753824022
E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ 10/2000 đến 10/2002
Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Cao Đẳng Điện II Thành Phố HồChí

Minh.
Ngành học: Công nhân quản lý vận hành Đƣờng dây và trạm.
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Vừa làm vừa học
Thời gian đào tạo từ 10/2007 đến 7/2012
Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM.
Ngành học: Điện Công Nghiệp.
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp:
Ngƣời hƣớng dẫn:
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Vừa làm vừa học
Thời gian đào tạo từ 10/2017 đến 04/2019
Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM.
Ngành học: Kỹ Thuật Điện.

xác định vị trí và dung lƣợng máy phát điện phân
tán dùng pin quang điện để tổn thất công suấtt là nhỏ nhâ1tt

Tên luận văn:


.
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Ngày 28/4/2019, tại Trƣờng Cao Đẳng Bến Tre.
Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS. Trƣơng Việt Anh.
4. Tiến sĩ:
Hệ đào tạo:
Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/
……
Tại (trƣờng, viện, nƣớc):

Tên luận án:
Ngƣời hƣớng dẫn:
Ngày & nơi bảo vệ:
5. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh, B1.
6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi
cấp:

III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
Tháng
10/20012 đến
tháng 4/2016
Tháng
4/20016 đến
tháng 11/2017
Tháng
12/2017 đến
nay

Nơi cơng tác

Cơng việc đảm nhiệm
Phó Trƣởng Phịng King doanh
Điên lực Bình Đại– Cơng ty Điện lực
Điện Lực Bình Đại -Cơng ty
Bến Tre
Điện lực Bến Tre
Phó Trƣởng Phịng King doanh
Điên lực Châu Thành– Công ty Điện

Điện Lực Châu Thành -Công ty
lực Bến Tre
Điện lực Bến Tre
Phòng Kế hoạch và Vật tƣ – Công ty Chuyên viên quản lý hợp đồng
Điện lực Bến Tre
mua sắm vật tƣ thiết bị

IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ:


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 3 năm 2018
Ngƣời cam đoan


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất gửi đến thầy
Trương Việt Anh, người Thầy đã tận tình hướng dẫn em trong suốt q trình nghiên
cứu để hồn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn q thầy cơ Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật
TP.HCM đã giảng dạy em trong suốt q trình học tập.
Và cuối cùng, tơi xin cảm ơn đến tất cả các đồng nghiệp, bạn bè và đặc biệt
là gia đình đã giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập cũng như để hồn thành luận
văn này.

Xin trân trọng cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 3 năm 2019


TÓM TẮT
Hiện nay, với sự phát triển của các nguồn năng lƣợng mới từ các máy phát
điện phân tán (DG) đƣợc kết nối nhiều hơn vào hệ thống điện phân phối. Việc kết
nối DG vào lƣới điện phân phối sẽ giúp nâng cao độ tin cậy và khả năng cung cấp
điện. Tuy nhiên, nó cũng địi hỏi một cấu hình lƣới phù hợp để nâng cao hiệu quả
cung cấp điện, nhƣng thục tế hiện nay các DG chủ yếu phát công suất P nên vấn đề
cần xem xét các tụ bù trên lƣới điện phân phối cho phù hợp. Nhƣ vậy, với cơng cụ
tính tốn nhƣ hiện nay đã làm cho thời gian tính tốn của phƣơng pháp tối ƣu là rất
lớn, nên cần phải giảm thiểu thời gian tính toán tối ƣu.
Đề tài này tiếp cận bài toán xác định vị trí và cơng suất của các DG trên lƣới
điện phân phối có xét đến bài tốn tái cấu hình vận hành lƣới điện với mục tiêu là
giảm tổn thất công suất tác dụng và thỏa mãn công suất đƣa vào lƣới điện của các
khách hàng tham gia cung cấp trên hệ thống điện với thời gian tính tốn đƣợc giảm
thiểu với cơng cụ tính tốn là Back - Forward.
Việc xác định vị trí và cơng suất của các DG và các tụ bù trên lƣới điện tối
ƣu và xác định cấu hình vận hành mới của lƣới điện phân phối đƣợc thực hiện bằng
thuật tốn PSO. Trong đó, giải thuật PSO đề xuất sử dụng công cụ Backward –
Forward để tính phân bố cơng suất trên lƣới điện phân phối nhằm giảm thiểu tổng
thời gian tính tốn trên lƣới điện phân phối. Kết quả bài toán đƣợc kiểm nghiệm
trên lƣới điện 13 nút và lƣới điện 33 nút đã cho thấy hiệu quả của phƣơng pháp đề
xuất.


ABSTRACT
Currently, the development of new energy sources from distributed generators
(DG) is more connected to distribution power systems. Connecting DG to the
distribution grid will help improve reliability and power supply. However, it also

requires an appropriate grid configuration to improve the efficiency of power
supply, but nowadays DG mainly distributes P power so it is necessary to consider
compensating capacitors on the distribution grid for fit. Thus, with the current
calculation tool has made the calculation time of the optimal method is very large,
so it is necessary to minimize the optimal calculation time.
This topic approaches the problem of determining the position and capacity of
DGs on the distribution grid considering the re-configuring the operation of the grid
with the goal of reducing the capacity loss and satisfying capacity. put into the grid
of participating customers provided on the electrical system with the calculated time
is reduced with the calculation tool is Back - Forward.
Determining the position and power of DGs and compensating capacitors on
the optimal grid and determining the new operating configuration of the distribution
grid is implemented by PSO algorithm. In particular, the proposed PSO algorithm
uses Backward tool - Forward to calculate the power distribution on the distribution
grid to minimize the total calculation time on the distribution grid. The results of the
test on the 13-node grid and the 33-button grid showed the effectiveness of the
proposed method.


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2. 1. Sơ đồ phân loại nguồn điện phân tán .........................................................7
Hình 2. 2. Nguồn năng lƣợng mặt trời ........................................................................8
Hình 2. 3. Nhà máy địa nhiệt ......................................................................................9
Hình 2. 4. Nguồn năng lƣợng gió ..............................................................................10
Hình 2. 5. Pin nhiên liệu –FC ....................................................................................11
Hình 3. 1. Sơ đồ đơn tuyến .......................................................................................22
Hình 3. 2. Lƣu đồ giải thuật ......................................................................................24
Hình 3. 3. Ví dụ về hệ thống 6 bus ...........................................................................25
Hình 3. 4. Tính tổn thất cơng suất cho nhánh 56 ......................................................25
Hình 3. 5. Tính tổn thất cơng suất cho nhánh 25 ......................................................26

Hình 3. 6. Tính tổn thất cơng suất cho nhánh 24 ......................................................27
Hình 3. 7. Tính tổn thất cơng suất cho nhánh 23 ......................................................28
Hình 3. 8. Tính tổn thất cơng suất cho nhánh 12 ......................................................28
Hình 3. 9. Cập nhật lại giá trị đƣờng dây ..................................................................29
Hình 3. 10. Tính tổn thất trên nhánh 12 ....................................................................30
Hình 3. 11. Tính tổn thất trên nhánh 24 ....................................................................31
Hình 3. 12. Tính tổn thất trên nhánh 23 ....................................................................31
Hình 3. 13. Tính tổn thất trên nhánh 25 ....................................................................32
Hình 3. 14. Tính tổn thất trên nhánh 56 ....................................................................32
Hình 3. 15. Chuyển động của cá thể. ........................................................................36
Hình 3. 16. Sơ đồ đơn tuyến .....................................................................................40
Hình 3. 17. Lƣu đồ tính phân bố cơng suất bằng phƣơng pháp BW/FW cải tiến.....42
Hình 3. 18. LĐPP hình tia khi có sự tham gia của các DG.......................................43
Hình 3. 19. Lƣu đồ giải thuật PSO sử dụng BW/FW tính phân bố cơng suất ..........43
Hình 4. 1. Lƣới điện 3 nguồn ....................................................................................44
Hình 4. 2. Đặc tính hội tụ của giải thuật PSO trong phƣơng pháp đề xuất...............48
Hình 4. 3. Lƣới điện đƣợc vẽ trên phần mềm PSS/Adept ........................................48
Hình 4. 4. Kết quả thử nghiệm trên phần mềm PSS/Adept ......................................49
Hình 4. 5. Kết quả chạy chƣơng trình Topo..............................................................50


Hình 4. 6. Lƣới điện 33 nút, một nguồn ....................................................................51
Hình 4. 7. Độ hội tụ của PSO trong quá trình thực hiện ...........................................54
Hình 4. 8. Kết quả trên phần mềm PSS- ADEPT .....................................................55


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 4. 1. Thông số mạng 3 nguồn ..........................................................................44
Bảng 4. 2. Kết quả thực hiện hai giai đoạn trên hệ thống 16 nút ..............................46
Bảng 4. 3. So sánh kết quả thực hiện với một số phƣơng pháp ................................50

Bảng 4. 4. Thông số mạng 33 nút .............................................................................51
Bảng 4. 5. Kết quả thực hiện trên LĐPP 33 nút ........................................................53


MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ....................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề .........................................................................................................1
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài .......................................................................2
1.3. Phạm vi nghiên cứu ..........................................................................................3
1.4. Phƣơng pháp giải quyết bài toán ......................................................................3
1.5. Điểm mới của đề tài ..........................................................................................3
1.6. Giá trị thực tiễn của đề tài .................................................................................3
1.7. Bố cục ...............................................................................................................3
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................... 5
2.1. Tổng quan về lƣới điện phân phối ....................................................................5
2.2. Nguồn điện phân tán (DG - Distributed Generation) .......................................6
2.2.1. Năng lƣợng mặt trời....................................................................................7
2.2.2. Năng lƣợng địa nhiệt ..................................................................................8
2.2.3. Năng lƣợng gió ...........................................................................................9
2.2.4. Pin nhiên liệu ............................................................................................10
2.3. Lợi ích của lƣới điện phân phối khi vận hành có kết nối DG .........................11
2.3.1. Tác động lên giá điện ...............................................................................11
2.3.2. Giảm đầu tƣ nâng cấp hệ thống ................................................................12
2.3.3. Sử dụng năng lƣợng rác thải và nhiên liệu linh hoạt................................12
2.3.4. Nhiệt - Điện kết hợp .................................................................................12
2.3.5. Độ tin cậy .................................................................................................12
2.3.6. Điện khí hóa các vùng nơng thơn xa ........................................................13
2.4. Các tác động của DG lên lƣới điện phân phối ................................................13
2.5. Các nghiên cứu khoa học liên quan ................................................................14
2.5.1. Bài toán xác định cấu trúc vận hành lƣới điện phân phối ........................14

2.5.2. Bài tốn tối ƣu vị trí và dung lƣợng của các DG .....................................15
2.5.3. Bài toán kết hợp tái cấu hình và tối ƣu vị trí và cơng suất của các DG ...17
CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT .............................................................. 20
3.1. Giới thiệu ........................................................................................................20


3.2. Phƣơng pháp đề xuất: .....................................................................................22
3.2.1. Giải thuật tính tổn thất cơng suất trên lƣới điện phân phối hình tia .........22
3.2.2. Giải thuật tối ƣu bầy đàn (PSO – Particle Swarm Optimization) ............33
3.2.3. Hàm mục tiêu ...........................................................................................38
3.2.4. Mã hóa các biến ........................................................................................39
3.2.5. Phƣơng pháp đề nghị ...............................................................................40
CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TRÊN VÍ DỤ KIỂM CHỨNG .................. 44
4.1. Hệ thống mạng phân phối 13 nút, 3 nguồn .................................................44
4.2. Hệ thống mạng phân phối 33 nút, 1 nguồn [12]..........................................51
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN ........................................................................................ 56
5.1. Kết luận ...........................................................................................................56
5.2. Hƣớng phát triển .............................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 57


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề
Điện năng ngày càng giữ một vai trò quan trọng việc đảm bảo sự ổn định và
phát triển kinh tế xã hội, an ninh chính trị của mỗi quốc gia. Hiện nay, vấn đề về
thiếu hụt năng lƣợng, đặc biệt là năng lƣợng điện ngày càng có xu hƣớng gia tăng.
Nhất là trong một số giờ cao điểm, hệ thống phân phối không thỏa mãn nhu cầu
của phụ tải hoặc khách hàng phải chấp nhận mua điện với giá cao. Việc cải tạo
nâng cấp đƣờng dây hoặc lắp đặt thêm các trạm biến áp, đƣờng dây truyền tải và
phân phối nhằm đáp ứng nhu cầu của phụ tải trong một số giờ cao điểm làm cho

chi phí vận hành tăng cao và cần phải có vốn đầu tƣ lớn. Do đó, các cơng ty điện
lực và các khách hàng có sẵn hoặc lắp đặt thêm các DG để hỗ trợ cho hệ thống
điện, điều này làm giảm công suất điện mua từ hệ thống truyền tải và tận dụng các
nguồn năng lƣợng dƣ thừa của khách hàng (thƣờng là các nguồn năng lƣợng tái
tạo), từ đó có thể giảm giá điện, đồng thời đối phó với tình huống tăng giá đột biến
trong giờ cao điểm và trì hỗn việc xây dựng thêm đƣờng dây mới.
DG (Distributed generation) là các máy phát có cơng suất nhỏ hơn 10MW,
có giá thành rẽ, dễ vận hành và có thể xây dựng trong một thời gian ngắn. DG có
thể tận dụng các nguồn năng lƣợng tái tạo sẵn có thân thiện với mơi trƣờng nhƣ
thủy năng, phong năng, quang năng... công nghệ DG rất đa dạng: nhiệt điện kết
hợp, quang điện, tuabine gió, pin nhiên liệu, thủy điện công suất nhỏ, máy phát
động cơ đốt trong, microturbine... Các DG hoạt động độc lập có hiệu quả do chi
phí vận hành tăng cao, công suất phát điện lại không ổn định nên độ tin cậy cung
cấp điện thấp. Mặc khác, DG có trở kháng lớn, nên dịng ngắn mạch của nó rất
nhỏ, do đó mức độ ảnh hƣởng đến LĐPP khi nó vận hành song song là rất thấp. Vì
vậy, các DG thƣờng đƣợc kết nối trực tiếp với LĐPP trung áp/ hạ áp.
Sử dụng DG trong LĐPP sẽ mang lại một số lợi ích nhƣ giảm tải trên lƣới
điện, giảm tổn hao cơng suất và chi phí vận hành trên mạng điện, cải thiện chất
lƣợng điện và độ tin cậy, bình ổn giá điện, cung cấp các dịch vụ hỗ trợ…

Trang 1


Khi lƣới điện phân phối có kết nối các DG, thì khách hàng có thể kiểm
sốt giá thành điện năng và chuyển đổi nguồn điện sao cho họ có lợi nhất. Do
đó, các điều độ viên phải căn cứ vào cấu trúc lƣới điện, dung lƣợng cần
truyền tải, giá điện mua từ hệ thống và từ các DG và các yêu cầu về tác động
môi trƣờng và sinh thái... để đƣa ra các phƣơng án thay đổi cấu trúc lƣới điện
ở từng thời điểm sao cho chi phí vận hành bao gồm chi phí chuyển tải và tổn
thất cơng suất là bé nhất, đồng thời đảm bảo các yêu cầu về k ỹ thuật. Với

mục tiêu là tìm giải pháp để giảm tổn thất cơng suất, giảm chi phí vận hành
của lƣới điện phân phối trong trƣờng hợp có các DG, đề tài sẽ đề cập đến các
phƣơng pháp có liên quan đến vấn đề “Xác định vị trí và dung lƣợng máy
phát điện phân tán dùng pin quang điện để tổn thất công suất là nhỏ
nhất”. Kết quả của bài tốn sẽ góp phần hỗ trợ cho các cơng ty điện lực địa
phƣơng trong công tác vận hành lƣới điện phân phối.
Luận văn này tiếp cận bài toán xác định vị trí và cơng suất máy phát điện
phân tán trên lƣới điện phân phối có xét đến cấu trúc vận hành lƣới điện với
mục tiêu là giảm tổn thất công suất tác dụng trên hệ thống phân phối. Các DG
ở đây là các pin quang điện hiện nay đang đƣợc ứng dụng lắp đặt và kết nối vào
lƣới điện phân phối, các DG xác định ở ở luận văn này gồm có:
- Các DG chủ yếu phát cơng suất tác dụng là các Pin quang điện;
- Các DG phát công suất phản kháng là các tụ bù trên lƣới điện phân phối.
Với hàm mục tiêu là giảm thiểu tổn thất công suất tác dụng và nâng cao chất lƣợng
về điện áp trên lƣới điện phân phối.
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu việc: Giảm tổn thất công suất và nâng cao
chất lƣợng điện áp và độ tin cậy hệ thống điện lƣới điện phân phối.
-

Nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp tính phân bố cơng suất để tính tổn thất
cơng suất.
- Nghiên cứu việc giảm tổn thất công suất, giảm tổn thất về điện áp trên lƣới

phân phối khi có kết nối các DG và tụ bù vào lƣới điện phân phối.

Trang 2


- Xây dựng hàm đa mục tiêu, sử dụng giải thuật PSO để giải bài tốn tìm vị

trí và dung lƣợng thích hợp để kết nối DG và tụ bù nhằm giảm thiểu tổn thất công
suất.
- Áp dụng giải thuật vào kiểm nghiệm cho lƣới điện phân phối mẫu.
1.3. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào bài tốn giảm tổn thất cơng suất
và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khi kết nối DG nhằm cực tiểu chi phí vận
hành.
1.4. Phƣơng pháp giải quyết bài tốn
- Áp dụng các phƣơng pháp giải tích mạng điện xây dựng hàm đa mục tiêu
cực tiểu tổn thất cơng suất khi có DG kết nối vào lƣới điện phân phối.
- Sử dụng giải thuật PSO giải bài tốn đa mục tiêu khi có các DG là các Pin
quang điện và các tụ bù kết nối vào lƣới điện phân phối.
1.5. Điểm mới của đề tài
- Xây dựng hàm đa mục tiêu giải quyết vấn đề giảm thiểu tổn thất công suất
tác dụng và giảm thiểu tổn thất điện áp khi có kết nối DG (bao gồm các Pin quang
điện và các tụ bù).
- Áp dụng giải thuật PSO tìm vị trí và dung lƣợng tối ƣu khi kết nối DG trên
lƣới điện phân phối.
1.6. Giá trị thực tiễn của đề tài
- Cung cấp một giải thuật PSO và chƣơng trình tìm vị trí tối ƣu lắp đặt DG,
tụ bù giảm tổn thất trên lƣới với công cụ tính tốn phân bố cơng suất trên lƣới điện
hình tia.
- Góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến DG trong lƣới điện phân phối.
- Làm tài liệu tham khảo cho các công tác nghiên cứu và vận hành lƣới điện
khi có kết nối DG.
1.7. Bố cục

Trang 3

Đề tài dự kiến gồm 5 chƣơng
Chƣơng 1: Tổng quan
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết
Chƣơng 3: Phƣơng pháp đề xuất
Chƣơng 4: Phân tích kết quả
Chƣơng 5: Kết luận
Tài liệu tham khảo

Trang 4


CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Tổng quan về lƣới điện phân phối
Cấu trúc hệ thống điện truyền thống có dạng dọc, mạng phân phối sẽ nhận
điện từ lƣới truyền tải hoặc truyền tải phụ sau đó cung cấp đến hộ tiêu thụ điện.
Mạng phân phối có cấu trúc hình tia hoặc dạng mạch vòng nhƣng vận hành trong
trạng thái hở. Dịng cơng suất trong trƣờng hợp này đổ về từ hệ thống thông qua
mạng phân phối cung cấp cho phụ tải. Vì vậy, việc truyền tải điện năng từ nhà
máy điện đến hộ tiêu thụ sẽ sinh ra tổn hao trên lƣới truyền tải và mạng phân phối
(khoảng 10 - 15% tổng công suất của hệ thống). Với cấu trúc mới của lƣới phân
phối hiện nay, do có sự tham gia của các nguồn điện phân tán (distributed
generation - DG), dịng cơng suất khơng chỉ đổ về từ hệ thống truyền tải mà cịn
lƣu thơng giữa các phần của mạng phân phối với nhau, thậm chí đổ ngƣợc về
lƣới truyền tải. Cấu trúc này đƣợc gọi là cấu trúc ngang.
Với cấu trúc ngang có sự tham gia của các DG, lƣới điện phân phối thực
hiện tốt hơn nhiệm vụ cung cấp năng lƣợng điện đến hộ tiêu thụ đảm bảo chất
lƣợng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện và một số yêu cầu an toàn trong giới
hạn cho phép. Đồng thời mang lại nhiều lợi ích khác nhƣ: giảm tải trên lƣới điện,
cải thiện điện áp, giảm tổn thất cơng suất và điện năng, hỗ trợ lƣới điện.
Vì lý do kỹ thuật, các đƣờng dây phân phối điện luôn đƣợc vận hành hở

trong mọi trƣờng hợp, mặc dù đƣợc thiết kế theo kiểu mạch vòng để tăng độ tin
cậy cung cấp điện. Nhờ cấu trúc vận hành hở mà hệ thống relay bảo vệ chỉ cần sử
dụng lọai relay quá dòng. Để tái cung cấp điện cho khách hàng sau sự cố, hầu hết
các tuyến dây đều có các mạch vòng liên kết với các đƣờng dây kế cận đựơc
cung cấp từ một trạm biến áp trung gian khác hay chính từ trạm biến áp có đƣờng
dây bị sự cố. Việc khôi phục lƣới điện đƣợc thực hiện thơng qua các thao tác
đóng/cắt các cặp khóa điện nằm trên các mạch vịng, do đó trên lƣới phân phối có
rất nhiều khóa điện.
Khi lƣới điện đƣợc vận hành hở, tổn thất năng lƣợng và chất lƣợng điện
năng luôn kém hơn một lƣới điện đƣợc vận hành kín. Khi có sự cố, thời gian tái
lập việc cung cấp điện của lƣới điện vận hành hở sẽ lâu hơn do cần có thời gian
Trang 5


chuyển tải qua các tuyến dây khác. Tuy nhiên, do tính chất khác nhau cơ bản giữa
lƣới phân phối và truyền tải là:
- Số lƣợng phần tử nhƣ lộ ra, nhánh rẽ, thiết bị bù, phụ tải của lƣới phân
phối nhiều hơn lƣới điện truyền tải từ 5-7 lần.
- Có rất nhiều khách hàng tiêu thụ điện năng với công suất nhỏ và nằm
trên diện rộng, nên khi có sự cố, mức độ thiệt hại do gián đọan cung cấp điện ở
lƣới điện phân phối gây ra cũng ít hơn so với sự cố của lƣới điện truyền tải.
Vì vậy lƣới điện phân phối vận hành tia mặc dù có cấu trúc mạch vòng do
các nguyên nhân sau:
- Tổng trở của lƣới điện phân phối vận hành hở lớn hơn nhiều so với vận
hành vịng kín nên dịng ngắn mạch bé khi có sự cố. Vì vậy chỉ cần chọn các
thiết bị đóng cắt có dịng ngắn mạch chịu đựng và dòng ngắn mạch bé, nên mức
đầu tƣ giảm đáng kể.
- Trong vận hành hở, các relay bảo vệ lộ ra chỉ cần dùng các lọai relay
đơn giản, rẻ tiền nhƣ relay q dịng, thấp áp… mà khơng nhất thiết phải trang bị
các lọai relay phức tạp nhƣ relay định hƣớng, bảo vệ khỏang cách, so lệch… nên

việc phối hợp bảo vệ relay trở nên dễ dàng hơn và mức đầu tƣ cũng giảm xuống.
- Chỉ cần dùng các cầu chì tự rơi (FCO: Fuse cut out) hay cầu chì tự rơi
kết hợp cắt có tải (LBFCO: Load break fuse cut out) để bảo vệ các nhánh rẽ hình
tia trên cùng một đọan trục và phối hợp với recloser để tránh sự cố thóang qua.
- Do vận hành hở, nên khi có sự cố, khơng bị lan tràn qua các phụ tải khác.
- Do đƣợc vận hành hở, nên việc điều khiển điện áp trên từng tuyến dây
dễ dàng hơn và giảm đƣợc phạm vi mất điện trong thời gian giải trừ sự cố.
- Nếu chỉ xem xét giá xây dựng mới lƣới điện phân phối, thì phƣơng án kinh
tế là lƣới điện hình tia.
2.2. Nguồn điện phân tán (DG - Distributed Generation)
Khái niệm nguồn điện phân tán đã đƣợc nêu nhiều trong các quá trình nghiên
cứu về DG. Tuy nhiên các tác giả chƣa đƣa ra đƣợc định nghĩa chung cho khái

Trang 6


niệm này. Hiện nay trên thế giới cũng chƣa có định nghĩa thống nhất về nguồn
điện phân tán. Một số quốc gia định nghĩa nguồn điện phân tán là nguồn điện theo
các thông số cơ bản nhƣ: nguồn điện phân tán là nguồn điện sử dụng năng lƣợng
tái tạo, không điều khiển tập trung...; hoặc một số khác căn cứ theo cấp điện áp mà
nguồn điện đó đấu nối vào: nguồn điện phân tán là nguồn điện đấu nối vào lƣới
điện cung cấp điện trực tiếp cho phụ tải khách hàng.

Hình 2. 1. Sơ đồ phân loại nguồn điện phân tán
Khác với các dạng năng lƣợng truyền thống không thể tái tạo đƣợc nhƣ:
dầu mỏ, khí đốt, than đá thƣờng đƣợc dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy điện
tập trung có cơng suất lớn và xa tâm phụ tải. Các nguồn năng lƣợng tái tạo
đƣợc nhƣ: năng lƣợng mặt trời, năng lƣợng địa nhiệt, năng lƣợng gió, năng lƣợng
thủy triều... là những dạng năng lƣợng có thể xem nhƣ không cạn kiệt theo thời
gian và rất phù hợp với các cơng nghệ sản xuất điện năng mới có cơng suất nhỏ.

Các nguồn năng lƣợng tái tạo đƣợc này hiện hữu hầu nhƣ tất cả mọi nơi trên trái
đất. Việc khai thác các nguồn năng lƣợng này ngày càng đƣợc xúc tiến và thu đƣợc
nhiều thành quả.
2.2.1. Năng lƣợng mặt trời

Trang 7


Năng lƣợng mặt trời phát ra dƣới dạng sóng điện từ truyền trong chân
không và bị suy giảm khi qua lớp khí quyển xung quanh trái đất. Mật độ năng
lƣợng mặt trời chiếu trên mặt đất ở các nơi khác nhau là khơng giống nhau, trung
bình mật độ này vào khoảng 200W/m2, mức cao điểm đạt 1000W/m2. Xét qui mơ
tồn cầu thì năng lƣợng này khơng lớn lắm nhƣng nó rất có ý nghĩa với một số
quốc gia nhƣ: Ấn Độ, Trung Quốc và Châu Phi vì ở đó mạng lƣới phân phối điện
năng vẫn cịn thƣa thớt.

Hình 2. 2. Nguồn năng lƣợng mặt trời
2.2.2. Năng lƣợng địa nhiệt
Năng lƣợng địa nhiệt là nhiệt đƣợc lấy từ trong lòng đất, nhiệt năng của
trái đất là khoảng 64 tỉ kWh. Từ lâu ngƣời ta đã biết khoan sâu trong lòng đất 1
km thì nhiệt độ tăng thêm 30oC. Giá trị này tùy thuộc vào từng nơi. Ví dụ ở
đồng bằng sơng Hồng có lỗ khoan 3 km khơng phải là 90oC mà là 150oC. Trên thế
giới có những nơi với lỗ khoan nhƣ vậy đã tìm thấy nhiệt độ từ 200 đến
1000oC. Từ năm 1904 ở Larderelo (Italia) đã xây dựng thành cơng nhà máy địa
nhiệt có cơng suất 365 MW. Tại Mỹ vào năm 1960 ngƣời ta xây dựng hai nhà
máy có cơng suất 12,5 MW. Năm 1980 tại Sanfrancixco đã xây dựng thành công

Trang 8

nhà máy địa nhiệt có cơng suất 1180 MW cung cấp cho toàn thành phố.
Sự khác nhau giữa nhà máy địa nhiệt so với các nhà máy điện khác là loại
này chỉ lấy hơi từ lòng đất để sản xuất điện năng nên qui mô nhà máy rất gọn nhẹ,
đơn giản, không cần kho dự trữ nhiệt liệu nên an tồn và giảm diện tích. Mặc
dù hiệu suất khơng cao nhƣng chi phí xây dựng, lắp đặt thấp nên giá thành điện
năng tƣơng đối rẻ. Một dạng năng lƣợng địa nhiệt khác đó là bồn nhiệt nƣớc
nóng, do nƣớc sơi ở áp suất cao ở độ sâu lớn nên nhiệt độ có thể đạt đến 180 đến
370oC và năng lƣợng tồn tại dƣới dạng nƣớc nóng. Hiện nay ở NewZeland ngƣời
ta đã sử dụng năng lƣợng này để xây dựng nhà máy điện có cơng suất 75 MW.

Hình 2. 3. Nhà máy địa nhiệt
2.2.3. Năng lƣợng gió
Năng lƣợng gió là năng lƣợng cơ học trong tự nhiên, sáng kiến về cối xay
gió là một trong những sáng kiến quan trọng trong lịch sử sử dụng năng lƣợng gió
của con ngƣời. Ngày nay ngƣời ta sử dụng năng lƣợng gió để bơm nƣớc và sản
xuất điện năng đặc biệt ở những vùng xa xơi. Theo tính tốn, tổng số năng lƣợng
gió trên toàn thế giới là 350 triệu MWh nhƣng do khơng ổn định và phân tán
nên chỉ có thể sử dụng đƣợc một phần rất nhỏ. Tính đến năm 2002, cơng suất máy
phát điện bằng sức gió của tồn thế giới đã vƣợt quá 30 GW, sản lƣợng điện năng

Trang 9